Автомобиль грузовой – Зил-5301

  – скорость вращения коленчатого вала двигателя при , рад/с.

Максимальная мощность двигателя принята из условия обеспечения заданного максимального значения динамического фактора, значит .

П е р е д а т о ч н ы е   ч и с л а   п р о м е ж у т о ч н ы х   п е р е д а ч   рассчитываются в предположении, что общий ряд передаточных чисел коробки передач должен представлять собой геометрическую прогрессию. Тогда расчет ведется по формуле:     

U₂ = ^{= 2},25;

U₃ = ^{= 2},19;

U₄ = ^{= 1},48;

U₅ = 1.                     (23)

где   – передаточное число первой передачи;

 – число ступеней переднего  хода, включая прямую передачу          (для трехвальной коробки передач);

       – номер ступени, для которой рассчитывается передаточное число.

 

5. ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ СКОРОСТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

 

Для построения внешней скоростной характеристики может быть использовано одно из предложенных эмпирических выражений, например, уже упоминавшаяся ранее формула С.Р. Лейдермана:

 

.  (24)

 

Таблица 1

 

Результаты  расчета внешней скоростной характеристики двигателя

 

Скорость вращения коленчатого вала , рад/с	Мощность  , кВт	Крутящий момент , Н×м
1	2	3
80.0000	44.2374	552.9677
110.0000	66.6581	605.9826
140.0000	89.6326	640.2329
175.8000	115.4211	656.5478
200.0000	130.4879	652.4396
225.0000	142.9589	635.3731
251.2000	151.6000	603.5032

 

 

По результатам расчета строится внешняя скоростная характеристика двигателя.

 

Рис. 1. Внешние  скоростные характеристики дизельного двигателя

 

6. ТЯГОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ТЯГОВЫЙ БАЛАНС АВТОМОБИЛЯ

 

Тяговая характеристика представляет собой зависимость силы тяги на колесах  автомобиля от скорости движения по передачам  .

Значения скоростей вращения коленчатого вала принимаются         такими же, как и при построении внешней скоростной характеристики      двигателя.

Значения силы тяги, Н, в расчетных  точках определяются по формуле:

=                    (25)

Для удобства выполнения расчета и  анализа получающихся результатов  все рассчитанные значения заносятся  в соответствующие столбцы таблицы  основных результатов тягового расчета  по передачам (табл. 2).

 

 

Рис. 2. Тяговая характеристика автомобиля

 

 

 

Таблица 2. Основные данные расчёта по передачам

Передача	№ точки	, рад/с	, м/с	, Н	,  Н	, Н		, кВт	,  кВт	, кВт	, м/с2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
I Пере-дача	1 2 3 4 5 6 7	80 110 140 175 200 225 251	1.832 2.519 3.206 4.026 4.580 5.153 5.753	22.9 25.1 26.5 27.2 27.0 26.3 25.0	1.45 2.75 4.46 7.03 9.10 11.5 14.3	22.1 24.2 25.6 26.3 26.1 25.4 24.0	0.33 0.36 0.38 0.39 0.39 0.38 0.36	4.20 6.33 8.51 10.9 12.3 13.5 14.4	0.02 0.06 0.14 0.28 0.41 0.59 0.85	4.05 6.11 8.23 10.6 11.9 13.1 13.8	1.45 1.59 1.68 1.73 1.71 1.67 1.58
II Пере-дача	1 2 3 4 5 6 7	80 110 140 175 200 225 251	3.923 5.394 6.865 8.621 9.808 11.03 12.31	10.7 11.7 12.4 12.7 12.6 12.3 11.6	6.67 12.6 20.4 32.2 41.7 52.8 65.8	9.82 10.7 11.3 11.5 11.4 10.9 10.2	0.15 0.17 0.17 0.18 0.17 0.17 0.16	4.20 6.33 8.51 10.9 12.3 13.5 14.4	0.26 0.68 1.40 2.78 4.09 5.83 8.11	3.85 5.82 7.81 9.98 11.1 12.0 12.5	1.10 1.21 1.27 1.29 1.28 1.23 1.14
III Пере-дача	1 2 3 4 5 6 7	80 110 140 175 200 225 251	4.030 5.542 7.054 8.857 10.07 11.33 12.65	10.4 11.4 12.0 12.3 12.3 11.9 11.3	7.05 13.3 21.5 34.0 44.0 55.7 69.5	9.53 10.4 11.0 11.2 11.0 10.6 9.86	0.15 0.16 0.17 0.17 0.17 0.16 0.15	4.20 6.33 8.51 10.9 12.3 13.5 14.4	0.28 0.73 1.52 3.01 4.44 6.32 8.79	3.84 5.80 7.78 9.93 11.1 12.0 12.4	1.081 1.188 1.252 1.272 1.252 1.202 1.119
IV Пере-дача	1 2 3 4 5 6 7	80 110 140 175 200 225 251	5.964 8.201 10.43 13.10 14.91 16.77 18.72	7.045 7.721 8.157 8.365 8.313 8.095 7.689	15.4 29.1 47.2 74.5 96.4 122 152	6.07 6.61 6.86 6.80 6.53 6.05 5.35	0.10 0.10 0.11 0.11 0.10 0.10 0.09	4.20 6.33 8.51 10.9 12.3 13.5 14.4	0.92 2.39 4.93 9.77 14.3 20.4 28.5	3.62 5.42 7.16 8.91 9.73 10.1 10.0	0.767 0.835 0.868 0.859 0.825 0.765 0.676
V Пере-дача	1 2 3 4 5 6 7	80 110 140 175 200 225 251	8.827 12.13 15.44 19.39 22.06 24.82 27.71	4.760 5.217 5.512 5.652 5.617 5.470 5.195	33.8 63.9 103 163 211 267 333	3.605 3.760 3.659 3.202 2.686 1.978 1.044	0.064 0.067 0.065 0.059 0.051 0.041 0.027	4.202 6.332 8.515 10.96 12.39 13.58 14.40	2.98 7.75 15.9 31.6 46.6 66.4 92.4	3.18 4.56 5.65 6.21 5.92 4.91 2.89	0.480 0.501 0.488 0.427 0.358 0.263 0.139

 

 

Сила сопротивления воздушной  среды, Н, равна:

= 0,48*19,3 ²*9,04 = 1616,3   (26)

где  – сила сопротивления воздушной среды, Н;

        – коэффициент сопротивления воздуха, H∙с²/м⁴;

          – лобовая площадь автомобиля, м²;

        – скорость автомобиля, м/c.

Значения  рассчитываются для всех точек и заносятся в столбец 6 табл. 2. График зависимости от  скорости представляет собой параболу, проходящую через начало координат. Для удобства дальнейшего анализа этот график смещают вверх на величину (в принятом масштабе).

 

7. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Динамическая характеристика представляет собой зависимость динамического  фактора автомобиля от скорости на разных передачах. В каждой расчетной точке на каждой передаче динамический фактор рассчитывается, согласно его определению, по формуле:

=      (27)

Рассчитанные значения заносятся в столбец 8 табл. 2. По этим значениям строятся графики для каждой передачи. Вид динамической характеристики Зил-5301  приведен на рис. 4.

 

                 Рис. 3. Динамическая характеристика автомобиля

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Характеристика разгона

Va	t	S
1.832 2.519 3.206 4.026 4.580 5.153 5.753 5.394 6.865 8.621 9.808 11.03 11.33 10.43 13.10 14.91 16.77 15.44	0.472 0.902 1.388 1.708 2.041 2.400 2.547 3.922 4.835 5.793 6.837 7.171 8.664 10.76 13.02 15.57 21.58 27.83	0.788 2.010 3.036 4.377 6.021 12.17 18.44 26.70 36.94 39.83 41.18 63.08 92.67 130.7 156.5 253.1 402.4 644.3

Результаты  расчёта времени и пути автомобиля занесены с таблицу 3.

 

8. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

 

Характеристика топливной экономичности  представляет собой зависимость  путевого расхода топлива  в литрах на 100 км пробега автомобиля от скорости движения в заданных дорожных условиях. В курсовом проекте эта характеристика строится только для высшей передачи переднего хода и для трех вариантов дорожных условий, характеризуемых значениями суммарного коэффициента сопротивления дороги , , . Рекомендуется принять ;  ; .

 

Рис. 4. График времени и пути разгона

 

 

Значения  можно взять из характеристики двигателя прототипа или ориентировочно принять:

  = 190.

Плотность топлива ориентировочно:

= 0,725 кг/дм³

Результаты расчета сводятся в  табл. 4 .

 

Таблица 4

Расчет  характеристики топливной экономичности

 

 

 

 

 

 

 

 

	, м/с	, рад/с	, кВт	, кВт	, кВт				, л/100км	, л/100км
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
0.014 0.014 0.014 0.014 0.014 0.014 0.014 0.029 0.029 0.029 0.029 0.029 0.029 0.029 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045	8.82 12.1 15.4 19.3 22.0 24.8 27.7 8.82 12.1 15.4 19.3 22.0 24.8 27.7 8.82 12.1 15.4 19.3 22.0 24.8	80 110 140 175 200 225 251 80 110 140 175 200 225 251 80 110 140 175 200 225	44.2 66.6 89.6 115 130 142 151 44.2 66.6 89.6 115 130 142 151 44.2 66.6 89.6 115 130 142	8.41 11.5 14.7 18.4 21.0 23.6 26.4 17.4 23.9 30.5 38.3 43.5 49.0 54.7 27.0 37.2 47.3 59.4 67.6 76.0	2.98 7.75 15.9 31.6 46.6 66.4 92.4 2.98 7.75 15.9 31.6 46.6 66.4 92.42.98 7.75 15.9 31.6 46.6 66.4	0.2713 0.3053 0.3609 0.4576 0.5460 0.6633  0.8252 0.4859 0.5011 0.5462 0.6383 0.7279 0.8500 1.0218 0.7148 0.7100 0.7439  0.8311 0.9219 1.0493	1.15 1.06 0.99 0.95 0.94 0.95 0.99 1.15 1.06 0.99 0.95 0.94 0.95 - 1.15 1.06 0.99 0.95 0.94 -	1.25 1.20 1.13 1.03 0.96 0.91 0.91 1.01 0.99 0.96 0.92 0.90 0.92 - 0.90 0.90 0.90 0.91 0.95 -	14.3 15.5 17.1 19.5 21.5 24.4 29.9 20.7 21.2 22.2 24.3 26.8 31.4 - 27.327.3 28.3 31.3 35.6 -	42.1 42.4 41.9 41.2 40.7 40.2 39.6 42.1 42.4 41.9 41.2 40.7 40.2 39.6 42.1 42.4 41.9 41.2 40.7 40.2

 

Рис. 5. Характеристика топливной экономичности автомобиля

 

9. Расчёт карданного вала

         Карданный вал рассчитывают на  изгибные колебания (критическую  частоту вращения вала), на деформации  растяжения-сжатия, кручения и на  жёсткость. Шлицевое соединение  карданной передачи проверяется  на смятие и срез.

1.1 Определение критической частоты вращения карданного вала

         Размеры вала принимают, ориентируясь  на конструкцию карданного вала  автомобиля-прототипа (табл.1), при  этом наружный и внутренний  диаметры вала должны соответствовать  требованиям  ГОСТа 5005-82.

 

=                                       ⁽¹⁾

 

где L_к - длина карданного вала – расстояние между центрами шипов крестовин карданных шарниров, м; D, d - наружный и внутренний диаметры вала, м; n_кр - критическая частота вращения вала, об/мин.

         Для сохранения устойчивости  прямолинейной формы оси вращающегося  карданного вала следует иметь  запас К по критической частоте, необходимость введения в расчёт которого обусловлена податливостью опор, неточностью балансировки, наличием зазоров в шлицевом соединении и эксплуатационным износом:

                  

                                       ,                                      (2)

 

где  n_max - максимальная частота вращения карданного вала:

 

.

 

Здесь Va_max - максимальная скорость движения автомобиля, км/ч; U_в-к - передаточное число трансмиссии от карданного вала к ведущим колёсам на высшей передаче; r_к - радиус качения колеса, м.

         Если размеры выбранного вала  не обеспечивают требуемого запаса  устойчивости  , то следует или уменьшить длину, или изменить сечение вала.         В уравнении (3) второе слагаемое уравнения определяет длину трубы, заменяющей стержень из условия равенства критических частот вращения стержневой и заменяющей её трубчатой частей вала.

 

Рис. 1. Схема  к расчёту критической частоты  вращения карданного вала

 

1.1.2 Расчёт карданного вала на  деформацию кручения

 

         Карданный вал, проверенный на  устойчивость при максимальной  частоте вращения, рассчитывается  на прочность при передаче  максимального динамического момента Mк_j. Напряжения кручения определяется формулой