Проектирование автомобиля с бензиновым двигателем (стр. 2 из 6)

.

Примем лобовую площадь автомобиля по рекомендации ([1], таблица 3) F=2,15 м² ; Тогда получаем:

=103 л.с.

На основании накопленного опыта отечественного и зарубежного двигателестроения принимаем частоту вращения коленчатого вала ДВС (n_N), соответствующую,максимальной мощности n_N = 4500 об/мин.

По выбранному числу оборотов n_N и рассчитанной максимальной мощности ДВС определяется его рабочий объем по формуле:

(9)

где N_еmax- максимальная мощность в л.с.;

Р_ф - среднее эффективное давление, бар.

Среднее эффективное давление принимают: для карбюраторных ДВС легковых автомобилей Р_ф =8,0 Бар.

Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

При проектировании рекомендуется один из методов расчета и воспроизведения скоростной характеристики ДВС по координатам одной точки (N_emax, nN) ( метод профессора С.Р. Лейдермана ).

Изменение мощности ДВС можно представить в виде функциональной зависимости:

(10)

где a=b=c=1 для карбюраторных ДВС.

Наименее устойчивое число оборотов коленчатого вала двигателя (n_emin) принимаем n_emin =0,13n_N=0,13*4500=585 об/мин.

Равномерно разбив диапазон чисел оборотов в котором работает ДВС (n_emin-n_emax) на 7 частей, воспроизводим всю кривую внешней скоростной характеристики.

Одновременно с мощностной характеристикой получаем характеристику изменения крутящего момента на валу ДВС (М_е), значение которого получаем по формуле, в кг*м:

(11)

где N_e– эффективная мощность, л.с.;

n_e– частота вращения коленчатого вала, соответствующая N_e.

Или, в Н*м:

(12)

где N_e– эффективная мощность, кВт.

Расчёт заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Параметры внешней скоростной характеристики

Параметры	Число оборотов коленчатого вала
	585	1000	1500	2500	3500	4500	5500
Ne, кВт	10,98	19,78	30,92	52,58	69,24	75,90	67,57
Me, Н*м	179,28	188,90	196,86	200,83	188,90	161,06	117,32
Ne, л.с.	14,94	26,90	42,05	71,51	94,16	103,00	91,90
Me, кг*м	18,28	19,26	20,07	20,47	19,26	16,42	11,96

По данным таблицы 1 строим график внешней скоростной характеристики (рисунок 1).

Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика.

3. Расчет передаточных чисел трансмиссии

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется выражением:

i_TP=i_k* i_o, (13)

где i_Kи i_o - передаточные числа соответственно КПП и главной передачи.

Следовательно, для определения передаточного числа трансмиссии автомобиля необходимо отдельно определить передаточное число главной передачи (i_o) и передаточное число коробки передач (i_k).

Расчёт передаточного числа главной передачи

Передаточное главной передачи равно:

, (14)

где r_k- радиус качения колеса;

n_N– число оборотов вала ДВС, соответствующие максимальной мощности;

v_N – скорость автомобиля, соответствующие максимальной мощности.

Расчёт передаточного числа первой передачи

Определение передаточного числа первой передачи производится по условиям:

1. Преодоление максимальных сопротивлений движению.

2. Сцепление колес с дорогой.

Выполнение первого условия обеспечивает неравенство:

, (15)

где M_emax- максимальный крутящий момент на валу ДВС, определяемый по внешней скоростной характеристике; ψ_max - максимальная величина коэффициента дорожного сопротивления.

При работе двигателя с полной нагрузкой можно считать, что

η_тр~χ,

где χ – коэффициент влияния нагрузки.

, (16)

где с, к, n – число пар цилиндрических, конических и количество карданов, передающих крутящий момент двигателя на ведущие колеса автомобиля.

По кинематической схеме автомобиля:

с=2; к=1; n=2,

Для легкового автомобиля примем ψ_max=0,27:

Второе условие требует выполнения неравенства:

, (17)

где G_сц - вес приходящийся на ведущие колёса автомобиля;

m_p - коэффициент перераспределения реакций при разгоне автомобиля.

Так как проектируемый автомобиль заднеприводной, то m_p=1,2.

С учетом обоих условий примем i₁=3,5 , как у аналога.

Расчёт передаточных чисел промежуточных передач

Количество ступеней (передач) в коробке передач и соотношения передаточных чисел определяют величину ускорений при разгоне автомобиля. Но главное - это использование мощности ДВС. Чем больше число ступеней, тем лучше использование мощности, но при этом увеличиваются вес и габаритные параметры коробки передач и осложняются условия управления ей. Именно поэтому количество передач в коробке принимаем равным 5. С целью лучшего использования мощности ДВС передаточные числа коробки подбирают так, чтобы разгон на каждой передаче начинать при одинаковой скорости вращения коленчатого вала ДВС и заканчивать при скорости коленчатого вала, соответствующей максимальной мощности ДВС. С учетом всех требований передаточные числа равны:

(18)

4. Тяговая характеристика автомобиля

Тяговой характеристикой называют зависимость силы тяги от скорости автомобиля на определенной передаче при полной подаче топлива.

При движении автомобиля на первой передаче при n_e=585об/мин и М_e=179,28 Н*м со скоростью:

, (19)

сила тяги будет равна:

, (20)

Расчеты скоростей движения автомобиля на передачах ивеличины силы тяги Р_Т им соответствующие сводим в таблицу 2 и строим график тяговой характеристики (рисунок 2).

Таблица 2 -Скорости движения и сила тяги на передачах

Параметры	Число оборотов коленчатого вала, об/мин
	585	1000	1500	2500	3500	4500	5500
Ne, кВт	10,98	19,78	30,92	52,58	69,24	75,90	67,57
Me, Н*м	179,28	188,90	196,86	200,83	188,90	161,06	117,32
V1, км/ч	6,00	10,26	15,39	25,64	35,90	46,16	56,42
V2, км/ч	9,13	15,61	23,41	39,02	54,63	70,24	85,85
V3, км/ч	13,82	23,62	35,43	59,05	82,67	106,29	129,91
V4, км/ч	21,00	35,90	53,85	89,75	125,65	161,56	197,46
Pт1, Н; η1=0,9	5379,74	5668,46	5907,14	6026,47	5668,46	4833,11	3520,42
Pт2, Н; η1=0,91	3574,54	3766,38	3924,96	4004,26	3766,38	3211,33	2339,12
Pт3, Н; η1=0,92	2388,26	2516,44	2622,39	2675,37	2516,44	2145,59	1562,84
Pт4, Н; η1=0,93	1588,30	1673,55	1744,01	1779,24	1673,55	1426,92	1039,36

Длины шкал чисел оборотов при движении на третьей, второй и первой передачах соответственно равны:

; ; ; (21)

Рисунок 2 – Скоростные характеристика тяговой силы.

5.Тяговая динамика автомобиля

Силовой баланс автомобиля

Уравнение силового баланса имеет вид:

(22)

При движении автомобиля без ускорения: