Автомобиль грузовой – Зил-5301

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Ю.А. ГАГАРИНА

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра «Автомобили и двигатели»

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

Автомобиль  грузовой – Зил-5301

(пояснительная  записка)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                         Выполнил: студент гр. ААХ-42

                                                                                         Трашенков А.В.

                                                                                         Проверил: доц. Любимов И.И.

 

 

 

 

Саратов 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Задание……………………………………………………………………….3
2. Выбор и обоснование выбора дополнительных данных…………………3
3. Расчёт максимальной мощности двигателя……………………………….6
4. Расчёт передаточных чисел агрегатов трансмиссии……………………...8
5. Построение внешней скоростной характеристики двигателя……………9
6. Тяговая характеристика и тяговый баланс автомобиля…………………11
7. Расчёт и построение динамической характеристики……………………14
8. Расчёт и построение характеристики топливной экономичности……15
9. Расчёт карданного вала……………………………………………………18
10. Литература………………………………………………………………….29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЗАДАНИЕ

 

 

 

 

Задание включает в себя следующее:

1. Тип автомобиля – грузовой;
2. Грузоподъёмность – 4 т.;
3. максимальная скорость - 100 км/ч;
4. максимальный динамический фактор на высшей передаче – - 0,038;
5. максимальное значение коэффициента сопротивления дороги, по которой автомобиль может двигаться на первой передаче – - 0,31.

 

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ

По данным выбрал грузовой автомобиль (прототип) Зил-5301, двигатель дизельный. Число мест – 3. Полная масса – 6950 кг. Масса снаряжённая – 3725. Максимально допустимая масса приходящаяся:

а). на переднюю ось – 2350;

б). на заднюю ось – 4900.

Грузоподъёмность прототипа Зил-5301 получилась – 3225 кг.

 

Далее проводим расчёт уже  проектируемого автомобиля Зил-5301 и  сравним полученные значения с оригинальным (прототипом) Зил – 5301.

 

С н а р я ж е н н а я м а с с а , кг, автомобиля определяется по величине показателя снаряженной массы, _{= 1,9:}

           (1)

Перед расчетом снаряженной массы  проектируемого автомобиля следует  задаться показателем снаряженной  массы, ориентируясь на прототип с учетом действующей тенденции к снижению массы автомобиля за счет совершенствования  конструкции  и применения прогрессивных  материалов.

П о л н а я   м а  с с а , кг, автомобиля определяется из выражения:

 

_,                                        (2)

 

где  – грузоподъемность, кг;

       – число мест в кабине;

 

Р а с п р е д е л  е н и е   м а с с ы   п о   о с я м   проводится с учетом обеспечения равномерного износа шин, недостаточной поворачиваемости и проходимости автомобиля. При выполнении проекта можно ориентироваться на распределение массы автомобиля-прототипа[1].

М а с с а,   п р и х о д я щ а я с я   н а   п е р е д н ю ю   о с ь, кг:

                  (3)

 

М а с с а,   п р и х о д я щ а я с я   н а з а д н ю ю   о с ь (тележку), кг:

                              (4)

В формулах (3) и (4) и – доли полной массы автомобиля, приходящиеся соответственно на переднюю и заднюю оси.

 

 

П о д б о р   ш и н   производится по следующей схеме:

• определяется нагрузка, Н, на одно переднее и одно заднее колесо:

   и _,                                      (5)

где и – статическая нагрузка, соответственно, на переднее или  заднее колесо, Н; – число передних колес; – число задних колес;           10 м/с² – ускорение свободного падения. Из полученных значений    и выбирают большее, то есть находится статическая нагрузка  наиболее нагруженного колеса.

При расчёте подобрали вид шин  по справочнику. Марка шины – 215/75R17,5, которые наиболее оптимальны для использования на нашем проектируемом Зил-5301.

• подсчитывается коэффициент , характеризующий степень использования допустимой максимальной скорости шины:

 

    ,                                                                                                         (6)

где  – максимальная скорость автомобиля (из задания);

       – допустимая для данной шины максимальная скорость движения (берется из соответствующей таблицы Государственного стандарта);

• по рассчитанной величине находится значение коэффициента  загрузки шины . При определении коэффициента следует пользоваться   приближенной зависимостью:

= 1,62- 0,99*1+0,37*1² = 1                         (7)

 

Из соображений безопасности движения не рекомендуется использовать шины, для которых максимальная скорость меньше заданной для проектируемого автомобиля.

• подсчитывается действительная нагрузка на шину, скорректированная с учетом скоростного фактора:

      = 19136,5/1 = 19136,5                                    (8)

• полученное значение      должно отличатся от максимально допустимой нагрузки  на выбранную в соответствии со стандартом шину - , не более, чем на 5-8%.

 

Р а д и у с   к а ч е н и я   к о л е с а   , м, может быть рассчитан ориентировочно по размерам шины,  В_ш  , , приведенным в ее обозначении:

                                                             (9)

К о э ф ф и ц и е н т   п о л е з н о г о   д е й с т в и я   т р а н с м и с с и и     характеризует потери мощности при передаче ее механизмами трансмиссии и равен произведению коэффициентов полезного действия ее механизмов.

Ориентировочное значение без учета гидравлических потерь  подсчитывают по формуле:

 

= 0,98 ⁰ *0,97*0,99 ² = 0,95                               (10)

где , и – число пар соответственно цилиндрических, конических шестерен и число карданных шарниров, передающих крутящий момент от двигателя к колесам. При оценке численных значений  z, k и n надо воспользоваться кинематической схемой  трансмиссии,  проектируемого автомобиля.

    

     Л о б о в у ю   п л о щ а д ь   , м², автомобиля выбираем ориентируясь на прототип. Для ориентировочной оценки можно использовать следующие зависимости:

 

= 1,05*2,36*3,65 = 9,04                                            (11)

 

 

К о э ф ф и ц и е н т   с о п р о т и в л е н и я в о з д у х а , Н×с²/м⁴:

= 0,8* = 0,48                                            (12)

где – коэффициент обтекаемости, безразмерная величина, зависящая, главным образом от формы автомобиля (определяется экспериментально путем продувки автомобиля в аэродинамической трубе [3]); – плотность воздуха (для условий окружающей среды 1,22  кг/м³).

3. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Максимальная мощность двигателя  рассчитывается из условий обеспечения  движения автомобиля на двух режимах: на режиме максимальной скорости на высшей передаче и режиме заданного максимального динамического фактора также на высшей передаче в коробке передач. По этим двум условиям максимальная мощность рассчитывается дважды, а затем из двух полученных значений выбирается большее. Очевидно, что эта мощность обеспечит возможность движения автомобиля на обоих рассматриваемых режимах.

Расчет мощности двигателя, необходимой  для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью, ведется по формуле:

 

 

 

=                                                              (13)

где – мощность двигателя на режиме максимальной скорости автомобиля, кВт;

       – полный вес автомобиля, Н;

       – суммарный коэффициент сопротивления дороги на режиме максимальной скорости;

       – максимальная скорость автомобиля, м/c;

       – коэффициент сопротивления воздуха, Н∙с²/м⁴;

       – лобовая площадь, м²;

       – КПД трансмиссии.

 

Для расчета  эмпирических коэффициентов a , b, c, ориентируясь на  современные модели двигателей, следует задаться коэффициентом приспособляемости двигателя по моменту:

  = = 1,13               (14)

и коэффициентом  приспособляемости по скорости вращения:

   =                  (15)

, – максимальный крутящий момент, Н·м, и скорость вращения выходного вала двигателя при максимальном крутящем  моменте, рад/с;

        – крутящий момент  при  максимальной мощности двигателя, Н·м.

а = =  в = =   с  = =       (16)

Мощность, обеспечивающая движение автомобиля, на режиме максимального динамического  фактора на высшей передаче  , кВт, рассчитывается по формуле:

=                                                                        (17)

где – заданное максимальное значение динамического фактора на высшей передаче;

        – скорость автомобиля на режиме максимального динамического фактора на высшей передаче, м/с.

= 27,7*0,7 = 19,3            (18)

Значение максимальной мощности двигателя  по условию обеспечения заданного максимального значения динамического фактора на высшей передаче также определяется с помощью формулы С.Р. Лейдермана:

=               ⁽19)

Окончательно максимальная мощность двигателя выбирается, как наибольшее значение из двух рассчитанных по описанной  выше методике мощностей  и . Получим, что _{= 151,6 кВт максимальное значение мощности автомобиля.}

 

4.  РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ АГРЕГАТОВ ТРАНСМИССИИ

Передаточное число главной  передачи рассчитывается из условия обеспечения заданной максимальной скорости автомобиля по выражению:

=      (20)

где – скорость вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной скорости автомобиля, рад/с;

 – радиус качения колеса, м;

– максимальная скорость автомобиля, м/с;

 – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

 – передаточное число дополнительной коробки передач (при ее отсутствии: = 1).

П е р е д а т о ч н о е   ч и с л о   п е р в о й   п е р е д а ч и рассчитывается из условия преодоления заданного максимального сопротивления дороги, характеризующегося суммарным коэффициентом сопротивления по формуле:

=     (21)

где   – полный вес автомобиля, Н;

  – максимальный крутящий момент  двигателя, Н∙м;

 – КПД трансмиссии.

Максимальный крутящийся момент определяется из формулы:

=                                             (22)

где   – мощность двигателя при максимальном крутящем моменте, кВт;