Теория автомобиля «ГАЗ 31029»

 

В настоящее время на автомобилях  наиболее широкое распространение  получили двигатели внутреннего  сгорания. Выбирать тип двигателя  вновь проектируемого автомобиля необходимо с учётом развития отечественного и  зарубежного двигателестроения. В  последние годы у нас в стране наблюдается тенденция устанавливать  на грузовые автомобили средней и  большой грузоподъемности дизельные  двигатели. На легковых и грузовых автомобилях  малой грузоподъемности применяют  бензиновые двигатели.

Выбрав тип двигателя, определяют его максимальную мощность N_max. Для этого сначала находят мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении на горизонтальной асфальтобетонной или другой заданной дороге. Мощность двигателя при V_max рассчитывают по формуле:

 

 

 

G_a = ma×g = 1825× 9,81 = 17903 (Н) – вес автомобиля;

V_max = 145 км/ч = 40,26 м/с;

kF = 0,4 Н с²/м²;

= 0,9, тогда коэффициент сопротивления  дороги при V_max:

А мощность двигателя при  выбранной максимальной скорости:

 

 

Степень использования оборотов двигателя:

 

 

 

где - обороты двигателя, соответствующее максимальной мощности. Для бензиновых двигателей =1,1…1,2.

Максимальная мощность определяется по формуле:

 

 

где a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1; тогда

 

      

 

Внешняя скоростная характеристика может быть получена из анализа следующей  формулы 

 

 

где N_max определено по формуле

Nm и nm – текущее значение мощности и числа оборотов вала двигателя в минуту;

a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию двигателя внутреннего сгорания, a = b = c = 1;

n_N = 4500 об/мин;

n_min = 600 об/мин;

n_max =  5000 об/мин;

 

 

Зададим в интервале от n_min до n_max еще ряд значений n_m, найдём соответствующие значения N_m и построим кривую зависимости N_m = f_(nm), а затем и M_m = f_(nm), имея в виду, что:

 

 

 

где N_m – в кВт;

n_m – в об/мин

ω_m – угловая частота вращения коленчатого вала, 1/с.

 

 

Таблица 1

n, об/мин	Nm, кВт	Mm, Н×м
600	8,78	139,84
1000	15,39	146,9
1400	22,31	152,1
1800	29,29	155,39
2200	36,09	156,66
2600	42,45	155,9
3000	48,13	153,21
3400	52,87	148,5
3800	56,43	141,8
4200	58,56	133,15
4600	59,01	122,5
5000	57,53	109,88
5400	53,87	95,27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – внешняя скоростная характеристика.

 

Рабочий объем (литраж) двигателя  рассчитывается по формуле:

 

 

где N_max (кВт) и n_N (об/мин) – выбрано по внешней скоростной характеристике;

τ – тактность двигателя; τ = 4 для четырёхтактного двигателя;

PeN – среднее эффективное давление при максимальной мощности;

p_eN = 0,6 1,0 МПа

 

По полученному рабочему объему двигателя можно установить класс и некоторые характеристики проектируемого легкового автомобиля. Автомобиль среднего класса второй группы.

Определение передаточного  числа главной передачи

 

Передаточное число главной  передачи определяется исходя из условия  обеспечения максимальной скорости движения автомобиля.

Определяем: какую максимальную скорость позволяет получить передаточное число главной передачи для заданной модели автомобиля:

 

;

 

где – передаточное число высшей передачи в КП: ;

 – передаточное число главной  передачи   U₀ = 3.9

 

 

 

 

Передаточное число главной  передачи при максимальных оборотах двигателя обеспечивает максимальную скорость приблизительно равную 150 км/ч.

 

Определение передаточных чисел коробки передач

 

Передаточное число первой передачи рассчитывается, исходя из того, чтобы автомобиль мог преодолеть максимальное сопротивление дороги, характеризуемое коэффициентом , не буксовал при трогании с места, и мог двигаться с устойчивой минимальной скоростью.

Для заданной модели автомобиля.U₁= 3.5

Максимальное сопротивление  дороги для легковых автомобилей  должно находиться в пределах .

Определим максимальное сопротивление  дороги, которое может преодолеть заданная модель автомобиля, при трогании с места:

 

;

 

 

Максимальное дорожное сопротивление, которое может преодолеть автомобиль при трогании с места _{= 0,338}

Определим минимальный коэффициент  сцепления, при котором данный автомобиль может тронуться с места без  пробуксовки ведущих колес:

 

;

 

где – коэффициент перераспределения нормальных реакций, для заднеприводного автомобиля принимаем .

 

 

Минимальный коэффициент  сцепления составил φ_min = 1.1854

Определим минимальную устойчивую скорость движения автомобиля:

 

;

 

где – минимальные устойчивые обороты двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке под нагрузкой, принимаем для карбюраторного двигателя об/мин.

 

 

Минимальная устойчивая скорость движения автомобиля составила _{5,79 км/ч.}

 

Определение передаточных чисел промежуточных передач

 

После определения передаточного  числа первой передачи переходят  к подбору передаточных чисел  на промежуточных передачах. При  этом в первую очередь задаются числом передач. С точки зрения получения хорошей динамичности автомобиля необходимо иметь  большое число передач. Однако при ручном переключении передач с увеличением  их числа значительно усложняется управление автомобилем. Поэтому практика автомобилестроения выработала для каждого типа автомобиля оптимальное число передач. У легковых автомобилей коробки перемены передач имеют  от трех до шести передач, а у грузовых – от четырех до 18.

Для расчета передаточных чисел на промежуточных передачах  используют неравенство:

 

Для четырехступенчатой коробки (u₄ = 1)

 

   .

                                                                        

Решая неравенства (16), имеем

 

;      

 

    

.

 

Передаточные числа, рассчитанные по этому методу, являются ориентировочными и при конструировании коробки передач могут быть изменены. При этом важно, чтобы выполнялось неравенство, т.е. передаточные числа на высших передачах должны быть сближены.

Если в коробку передач  вводится ускоряющая передача, служащая не для разгона, а для движения по хорошей дороге с высокой топливной экономичностью, то передаточное число этой передачи выбирают в пределах 0,65...0,80.

 

 

 

 

Рассчитанные и фактические  значения передаточных чисел коробки  передач приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Передаточные числа  КП

№ передачи	Обозначение	Фактическое значение	Рассчитанное значение
1	U1	3,5	3,67
2	U2	2,26	2,30
3	U3	1,45	1,51
4	U4	1,00	1,00

 

Как видно из таблицы 1.1 фактические  значения передаточных чисел промежуточных  передач меньше рассчитанных значений. Таким образом, коробка передач  заданного автомобиля не обеспечивает максимальной интенсивности разгона  автомобиля. Поскольку фактические  значения передаточных чисел промежуточных  передач незначительно отличаются от рассчитанных значений можно сделать  вывод, что данная коробка передач  обеспечивает уместную интенсивность  разгона автомобиля, при улучшенных показателях топливной экономичности.

 

Определение основных параметров динамичности автомобиля

 

Основными параметрам, характеризующими динамические качества автомобиля являются: тяговая характеристика, динамическая характеристика, мощностной баланс, ускорение  автомобиля при разгоне, время и  путь разгона.

 Для построения тяговой  характеристики автомобиля необходимо  расчитать силу тяги на его ведущих колесах P_к, определить суммарную силу сопротивления движению P_c и силу сопротивления воздуха P_W.

 

= .

Определение силы тяги на ведущих  колесах авомобиля  P_к производится по формуле:

.                 

 

                                                      

Суммарная сила сопротивления P_c определяется по формуле:

P_c = P_w + P_ψ,                                                                                                                                       (22)

P_ψ = G_a ψ.                                                                                            (23)

При этом сила сопротивления  воздуха P_W определяется по формуле (9).

 Расчет производится для всех передач и строится график тяговой характеристики автомобиля - зависимость P_к и P_c от υ_а в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2 - График тяговой  характеристики автомобиля

I – IV – номера передач.

  Результаты вычислений исходных данных для построения тяговой характеристики автомобиля должны быть сведены в таблицу 9.

 

Таблица 9 –  Данные для  построения тяговой характеристики автомобиля

Передача	nе,мин-1	υа, км/ч	Ме, Н·м	Рк, Н	Рс,Н
I	1000 ….
II
III
….

Для построения динамической характеристики автомобиля необходимо определить динамический фактор (коэффициент  динамичности). Коэффициент динамичности D определяется по формуле: