Анализ технических характеристик автомобиля и выбор прототипа

1. Анализ технических  характеристик автомобиля и выбор  прототипа

1.1 Выбор прототипа

         По заданному классу и виду  автомобиля, заданной максимальной  мощности автомобиля, а также найденным значениям номинального момента двигателя в качестве прототипа к проектируемому автомобилю выбираем ГАЗ-3110 техническая характеристика которого приведена в таблице 1.

Таблица  1 - Техническая характеристика автомобиля ГАЗ-3110.

Параметры	ГАЗ-3110
Тип кузова	Седан
Число дверей	4
Количество мест, включая  водителя, и масса перевозимого груза	5 и 50 кг
Масса снаряженного автомобиля, кг	1400-1550
Полная масса автомобиля, кг	1790-1950
не оборудованного тормозами	700
оборудованного тормозами	1300
Допустимая масса установленного на крыше багажника с грузом, кг, не более	50
Минимальный дорожный просвет, мм	156
Наименьший радиус поворота по оси следа внешнего переднего  колеса, м, не более	5,8

 

 

Двигатели

Параметры	ЗМЗ-4021
Система питания	Карбюратор
Рабочий объем двигателя, л	2,445
Диаметр цилиндра, мм	92
Ход поршня, мм	92
Степень сжатия	6,7
Максимальная мощность, кВт (л.с.), не менее	66,2 (90)
Максимальный крутящий момент, Н•м (кгс•м), не менее	173 (17,6)
Топливо	Бензин с октановым  числом не менее 76

Трансмиссия

Сцепление	Однодисковое, сухое, с гидравлическим приводом выключения
Коробка передач	Механическая пятиступенчатая  с синхронизаторами на всех передачах  или четырехступенчатая, с синхронизаторами на всех передачах переднего хода
Передаточные числа на передачах (в скобках для четырехступенчатой коробки):
первой	3,618 (3,5)
второй	2,188 (2,26)
третьей	1,304 (1,45)
четвертой	1,0 (1,0)
пятой	0,794
заднего хода	3,28 (3,54)
Карданная передача	Двухвальная, с промежуточной  опорой или одновальная
Главная передача	Гипоидная, передаточное число – 3,9

Ходовая часть

Передняя подвеска	Независимая, пружинная, шкворневая, на поперечных рычагах со стабилизатором поперечной устойчивости
Задняя подвеска	Зависимая, на продольных полуэллиптических рессорах
Амортизаторы	Гидравлические, телескопические, двустороннего действия
Размер обода колеса	6,5Jx15H2
Шины:
тип	Радиальные, бескамерные
размер	195/65R15
Рулевое управление
Тип рулевого управления	Со встроенным в рулевой механизм гидроусилителем или без него
Тип рулевого механизма	Глобоидальный червяк –  ролик или винт – шариковая  гайка – рейка – сектор
Передаточное число рулевого механизма:
глобоидального	19.1
с шариковой гайкой	17.3
Рулевой привод	Трапеция; тяги с шаровыми шарнирами
Рулевая колонка	С противоугонным устройством, объединенным с выключателем зажигания
Тормозная система
Рабочая тормозная система:
тормозные механизмы передних колес	Дисковые, вентилируемые, с плавающей однопоршневой скобой
тормозные механизмы задних колес	Барабанные, колодочные, с одним рабочим цилиндром и двумя поршнями
Привод рабочей тормозной  системы	Гидравлический, двухконтурный, с вакуумным усилителем, регулятором давления задних тормозов и датчиком аварийного падения уровня тормозной жидкости
Тормозные механизмы стояночной тормозной системы	Барабанные колодочные на задних колесах
Привод стояночной тормозной  системы	Механический, тросовый, от рычага, установленного между передними сиденьями
Электрооборудование
Тип схемы	Однопроводная, с минусом на “массе” (кузов и силовой агрегат автомобиля)
Номинальное напряжение бортовой сети, В	12
Напряжение в бортовой сети при работающем двигателе, В	13,4–14,7
Аккумуляторная батарея	Стартерная, емкостью не менее 66 А•ч
Генератор	Переменного тока со встроенным выпрямителем (для ЗМЗ-4062 – 9422.3701 или 2502.3771; для ЗМЗ-402 – 1631.3701 или 192.3771)
Стартер	Постоянного тока, с дистанционным  управлением и муфтой свободного хода (для двигателя ЗМЗ-4062 – 42.3708-10; для двигателя ЗМЗ-402 – СТ 230-Б4)
Свечи зажигания	Для двигателя ЗМЗ-4062 –  А14ДВР; для двигателя ЗМЗ-402 –  А14ВР

 

 

 

 

 

 

2. Расчет массы  автомобиля и параметров трансмиссии

2.1 Определение массы автомобиля

Для грузового автомобиля в задании, как правило, дается масса  перевозимого груза, а для легковых автомобилей и автобуса указывается  количество пассажиров.

По этим данным полные массы  автомобиля рассчитываются по формуле:

m = m₀+(70+m_б)n =1390+(70+10)5 = 1790 кг,

где  m- полная масса автомобиля, кг;

m₀ – масса снаряженного автомобиля, кг;

70 – масса одного пассажира,  кг;

m_б – масса багажа, приходящегося на одного пассажира, кг;

n – число пассажирских мест, считая место водителя, чел;

Масса багажа для одного пассажира составляет:

- для легковых автомобилей  – 10 кг.

При заданном классе легкового  автомобиля снаряженную массу рекомендуется  определить по формуле:

m₀ = (a+bk)n = (110+563)5 =1390 кг,

где  а = 80... 110, b = 56... 72 – постоянные величины;

k – класс автомобиля ( первая цифра по ОН 025270-662)

2.2.Выбор шин автомобиля

Шины выбираю аналогичные  прототипу.

Радиальные, бескамерные.195/65 R15

2.3 Определение максимальной скорости.

При установившейся максимальной скорости мощность двигателя идет на преодоление воздушного и дорожного  сопротивления, а также теряется в трансмиссии автомобиля, поэтому  потребная мощность двигателя определяется по формуле:

где  Р_Д – сила дорожного сопротивления, Н;

Р_В – сила воздушного сопротивления, Н;

V_max – максимальная скорость автомобиля, м/c;

η_ТР – коэффициент полезного действия трансмиссии, η_ТР = 0,92.

Для остальных скоростей  значения N_v в таблице 1.

Сила дорожного сопротивления  определяется по формуле:

Р_Д=mgψ=17909,810,011165 = 196,0563

где  m – масса автомобиля, кг;

g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

ψ – суммарный коэффициент сопротивления дороги.

Для остальных суммарных  сопротивлений ψ значение P_Д в таблице 1.

На горизонтальном участке  дороги коэффициент дорожного сопротивления  численно равен коэффициенту сопротивления  качению, причем

ψ = f = f₀(1+0,0006V²) = 0,011(1+0,00065²) = 0,011165

где f₀ – коэффициент сопротивления качению при малой скорости.

Рекомендуется принимать  следующие значение f₀:

f₀ = 0,011 для легковых автомобилей;

Для остальных скоростей  значения ψ в таблице 1.

Сила воздушного сопротивления  определяется по формуле:

P_В = 0,5с_xp_BS_BV² = 0,50,351,221,95² = 11,30025

где  c_X – коэффициент лобового сопротивления воздуха, c_X = 0,35;

р_В – плотность воздуха, р_В = 1,22 кг/м³;

S_B – лобовая площадь, S_B = 1,9 м;

V – скорость автомобиля, м/с.

Для остальных скоростей  значение P_B в таблице 1.

Таблица 2 - Расчет значений ψ, P_В, Р_Д, N_v.

Vmax	ψ	Pд	Pв	Nv
5	0,011165	196,0563	11,30025	0,95384
10	0,01166	204,7484	45,201	2,299535
15	0,012485	219,2354	101,7023	4,428939
20	0,01364	239,517	180,804	7,733907
25	0,015125	265,5935	282,5063	12,60629
30	0,01694	297,4647	406,809	19,43795
35	0,019085	335,1307	553,7123	28,62074
40	0,02156	378,5914	723,216	40,54651
45	0,024365	427,847	915,3203	55,60712
49	0,026847	471,4236	1085,276	70,17602

По данным Vmax и Nv строю график

График 1. Зависимость максимальной скорости от мощности.

V_max48 м/c.

2.4 Выбор передаточных чисел трансмиссии

Знаменатель ряда геометрической прогрессии определяется по формуле:

где ψ_1max – максимальный коэффициент дорожного сопротивления, который можно проделать на 1 передаче;

V_max – максимальная скорость автомобиля, м/c;

n – номер передачи, обеспечивающей максимальную скорость;

a_q = 0,5;

M_max – максимальный крутящий момент двигателя, Нм;

s – номер прямой передачи;

ω_max – максимальная угловая скорость коленчатого вала;

Максимальный коэффициент  дорожного сопротивления ψ_1max, который можно определить на первой передачи, находится в пределах:

0,30... 0,40 – для легковых  автомобилей, ψ_1max = 0,35.

Передаточные числа коробки  определяются по формуле:

,

где U_s – передаточное число прямой передачи;

i – номер текущей передачи;

s – номер прямой передачи.

U_k1 = 1,52^{3(1-0,667+0,889) = 3},51

U_k2 = 1,52^{2(1-0,167+0,056) = 2},05

U_k3 = 1,52^{(1-0,333+0,222) = 1,35}

U_k4 = 1

U_k5 = 1,52^{-1(1-0,667+0,889) = 0,804}

Передаточное число главной  передачи определяется из выражения:

где r_k – радиус качения колеса, который можно принять равным статистическому радиусу r_ст;

u_n – передаточное число передачи, обеспечивающей максимальную скорость автомобиля;

 

 

 

3. Расчет характеристик  тягово-скоростных свойств

 автомобиля

 

3.1. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя

Зависимость текущих значений эффективности мощности двигателя от угловой скорости вращения коленчатого вала устанавливается формулой:

,кВт,                             

где  – коэффициенты, зависящие от типа и конструкции двигателя. Для карбюраторного двигателя .

         Для угловой скорости вращения  коленчатого вала двигателя  получаем:

.

         Для остальных значений угловой  скорости вращения коленчатого вала двигателя значения эффективной мощности рассчитываем аналогично, и результаты сводим в таблицу 3.

Текущее значение крутящего  момента определяется выражением: , Нм.                                              

         Для угловой скорости вращения  коленчатого вала двигателя  получаем:

.

         Для остальных значений угловой  скорости вращения коленчатого  вала двигателя значения крутящего  момента рассчитываем аналогично и результаты сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 - Результаты расчета внешней скоростной характеристики двигателя.

ωe	50	125	200	275	350	425	500
Ne	6,18976	17,92563	31,16224	44,2788	55,65448	63,66849	66,7
Me	123,7952	143,405	155,8112	161,0138	159,0128	149,8082	133,4