Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля

Загрузить архив:
Файл: ref-23644.zip (208kb [zip], Скачиваний: 174) скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН.

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Д.М. Серикбаева

Факультетмашиностроения и транспорта

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине «Автомобили».

Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля.

Выполнил студент группы___________

Ф.И.О.____________________________

                                     Принял преподаватель

Ф.И.О.____________________________

Усть-Каменогорск

2006 г.


Содержание:

     

1.Тяговый расчет автомобиля………………………………………………….4

2.Расчет эксплуатационных свойств автомобиля…………………………….9

3.Расчет основных параметров агрегатов трансмиссии, подвески и механизмов, обеспечивающих безопасность движения автомобиля………...15

4. Расчет рулевого редуктора червячного типа………………………………19

5.Список используемой литературы…………………………………………24


ЗАДАНИЕ

Вариант 7.1.

Тип

автомобиля

Коли-чество мест для пас­сажиров,

Z.

Коэффи-циент использо-вания массы, Кп.

Макси­мальная скорость движения автомобиля,

Vmax, М/С

Автобус между-городний

Z=40

Кm=200

33

Тип двигателя

Коэффициенты сопротив­ления дороги

Узел для

конструк-торской разработки

Макси­мальный

Ψmax

При макси­мальной

скорости

Ψv

Дизельный

034

0,017

Коробка передач

1. Тяговыйрасчетавтомобиля.

1.2 Определениеполноговесаавтомобиля.

Полный вес автомобиля определяется по следующей формуле:

Gа=(m0+mn(Z + 2) +mб(Z + 2))g,Н

Gа=(8000+75*42+15*42)*9,81=115562,Н

mп - масса пассажира (mп=75 кг);

Z - число мест для пассажиров (по заданию);

g - ускорение свободного падения, м/с ;

mо - масса снаряженного автомобиля, кг;

m6 - масса багажа (массу багажа для автобусов междуго­родних принимают равной15 кг);

Массу снаряженного автомобиля определяют по следующей формуле:

Автобусы и легковые автомобили

m0=Z*Km,кг

m0=40*200=8000,кг

где Km - соответственно коэффициент использования массы (по заданию).

1.3 Распределениевесапомостамавтомобиля.

Компоновка автомобиля

Схема компоновки

Название

компоновки

Вес, приходящийся

на передний мост

автомобиля

Gа1,H

Двигатель

сзади

Gа1=0,5 Gа

Gа1=0,5*115562=

57781 Н

1.4 Выбор шин.

Выбор шин осуществляем по наиболее нагруженному колесу. Для этого определяют нагрузку на колеса при полностью груженом автомобиле по следующей формуле

где:

mak - полная масса автомобиля, приходящаяся на колесо, кг;

Gan - полный вес, приходящийся на передний или задний мост авто­мобиля, Н;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

к - количество колес на мосту автомобиля;

n - номер рассматриваемого моста ( передний мост n=1, задний мост (тележка) n=2).

     

По формуле определяем нагрузку на одно колесо перед­него моста и на одно колесо заднего моста и выбираем из них наи­более нагруженное.

Пользуясь таблицами приложения краткого автомобильного справочника НИИАТ по нагрузке на колесо подбираем шину. Выбор шин заключается в выборе радиуса колеса, рисунка протектора и максимальной допустимой нагрузки.

Параметры колеса:

маркировка шины-300-508Р

допустимая нагрузка-930, кг

рисунок протектора-Д

радиус колеса статический, rст=0,505, м.

1.4 Выбор двигателя автомобиля

1.4.1 Мощность двигателя, необходимая для движении автомоби­ля в заданных дорожных условиях с заданной скоростью

где:

Ga - полный вес автомобиля, Н;

ψv - коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоро­сти;

Кв - коэффициент сопротивления воздуха, Н·с2/м4;

F - лобовая площадь автомобиля, м2;

Vmax - максимальная скорость движения автомобиля, м/с;

ηmp - к.п.д. трансмиссии.


1.4.2 Максимальная мощность двигателя

где:

a, b, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя(Дизель- ные двигатели a=0.53;b=1.56;с=1,09);

ωe - текущее значение угловой скорости коленчатого вала, 1/с;

ωN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощно­сти двигателя, 1/с;

Отношение угловых скоростей ωe/ωN необхо­димо принять для карбюраторных двигателей легковых автомобилей ωe/ωN =1;

1.4.3 Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зави­симость эффективной мощности Nе и эффективного момента Ме от угловой скорости коленчатого вала.

1.4.4 Эффективная мощность

Для определения эффективной мощности двигателя принимаем следующие значения ωe/ωN, для дизельных двигателей любых типов автомобилей
0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.                               

1.4.5 Эффективный момент.

Эффективный момент двигателя определяют по следующей формуле

Ме =l000Ne/ωe, H·м;

Чтобы определить значения Ме необходимо знать текущие (изменяющиеся по времени) значения угловой скоро­сти коленчатого вала ωe. Для этого поступаем следующим образом. Задаёмся угловой скоростью коленчатого вала при максимальной мощности ωN (рекомендуемые значения ωN = 220 ÷ 360 1/с.), а за­тем используя отношение ωe/ωN, определяем значения ωe. Напри­мер: при ωe/ωN =0,2 - ωe = 0,2ωN, а при ωe/ωN =0,4 - ωe =0,4ωN и т.д.

Определив значения Ne, Me и ωe, их вносим в таблицу и по ее данным строим скоростную характеристику двигателя.

Таблица

ωe/ωN

0,2

0,4

0,6

0,8

1

ωe

1/с

72

144

216

288

360

Ne

кВт

27,882

68,420

112,478

150,920

174,611

Me

Нм

387,249

475,137

520,730

524,028

485,031

Примечание - на скоростной характеристике двигателя отмечаем следующие значения угловой скорости коленчатого вала:

ωmin - минимальная угловая скорость коленчатого вала, при ко­торой двигатель работает устойчиво;

ωm - угловая скорость коленчатого вала при максимальном мо­менте;

ωN - угловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

ωmax - максимальная угловая скорость коленчатого вала (значе­ния ωN и ωmax могут совпадать)

Kм= Мmax/МN

Kω =ωN/ωM

ωmin=72

ωm=288

ωN=360

ωmax=360

Kм= 524,028/485,031=1,08

Kω =360/288=1,25

1.5 Определение параметров трансмиссии

1.5.1 Передаточное число главной передачи

Передаточное число главной передачи U0 определяют из условия обеспечения движения автомобиля с максимальной скоростью при максимальной угловой скорости коленчатого вала ютах, которую определяют по скоростной характеристике.

где:

Vmax - максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по зада­нию);

Uкв - передаточное число высшей передачи коробки передач (выс­шая передача коробки передач принимается прямой или повышаю­щей, причем повышающая передача, как правило, в пятиступенча­тых коробках передач и передаточное число может находиться в пределах 0,75...0,9)

Uркв - передаточное число высшей передачи раздаточной коробки (высшая передача раздаточной коробки, как правило, является пря­мой, т.е. Uркв = 1,0);

ωemax - максимальная угловая скорость коленчатого вала, 1/с;

r - радиус колеса, м.

1.5.2 Передаточные числа коробки передач

1.5.2.1 Передаточное число первой (низшей) передачи коробки передач

Передаточное число первой передачи определяем из условия возможности преодоления автомобилем максимального сопротивле­ния дороги

где:

ψmax - максимальный коэффициент сопротивления дороги (по зада­нию);

Меmах - максимальный эффективный момент двигателя, Нм (по ско­ростной характеристике двигателя).

Определенное по формуле передаточное число первой передачи коробки передач проверяем по возможности реализации его по условиям сцепления колес с дорогой по следующей формуле

где φ - коэффициент сцепления шин с дорогой (φ = 0,85);

Gвк - вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля, Н;

Если Uк1>Uк1(φ), то передаточное число первой передачи при­нимаем по второму условию, но при этом в состав трансмиссии необходимо включать раздаточ­ную коробку.

Методика определения передаточных чисел раздаточной короб­ки приведена ниже.

1.5.2.2 Передаточные числа промежуточных передач

Передаточные числа коробки передач определяем исходя из диапазона коробки передач (D=UK1/Uкв - отношение передаточных чисел крайних передач) и числа ступеней.

В общем случае передаточные числа коробок передач промежу­точных передач определяем по формуле

где:

n - количество передач в коробке передач;

m - номер передачи.

1.5.3 Передаточные числа трансмиссии

Передаточные числа трансмиссии для автомобилей без разда­точных коробок определяем по формуле

Umpn =UKn·U0;

где n- количество передач.

Из формулы видно, что количество передач трансмис­сии равно количеству передач коробки передач.

Ump1 =8,086·5,51=44,552

Ump2 =4,029·5,51=22,197

Ump3 =2,007·5,51=11,059

Ump4 =1·5,51=5,510

2. Расчет эксплуатационных свойств автомобиля

2.1 Динамический паспорт автомобиля

Динамический паспорт автомобиля представляет собой совокупность динамической характеристики и номограммы нагрузок. Динамический паспорт автомобиля позволяет решать уравнение движения с учетом конструктивных параметров автомобиля (Мс и др.), основных характеристик дороги (коэффициентов ψ и φ) и нагрузки на автомобиль.

2.2 Динамическая характеристика

Динамическую характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С изменением веса автомобиля динамический фактор ме­няется и его можно определить по формуле

где:

Рт - тяговая сила, Н;

Рв - сила сопротивления воздуха, Н;

Ga - полный вес автомобиля, Н.

где:

Ме - эффективный момент двигателя (определяется в скоростной характеристике), Н·м;

Uтр - передаточное число трансмиссии;

Кв - коэффициент сопротивления воздуха, нс2/м4;

F - лобовая площадь автомобиля, м2;

ηтр- к.п.д. трансмиссии;

r - радиус колеса, м;

V - скорость движения автомобиля, м/с.

Скорость движения автомобиля определяем по следующей формуле

где ωе - угловая скорость коленчатого вала двигателя, 1/с (оп­ределяется в скоростной характеристике двигателя).

Параметры, определенные по формулам, а также значения ωе и Ме вносим в таблицу и по ее дан­ным строим динамическую характеристику.

Таблица

ωе

1/с

72

144

216

288

360

Ме

Н·м

387,249

475,137

520,730

524,028

485,031

Ump1 =8,086·5,51=44,552

V

м/с

0,816

1,632

2,449

3,265

4,081

РТ

Н

29035,491

35625,209

39043,716

39291,012

36367,097

Рв

Н

0,999

3,997

8,994

15,990

24,984

Da

-

0,251

0,308

0,338

0,340

0,314

Ump2 =4,029·5,51=22,197

V

м/с

1,638

3,277

4,915

6,553

8,191

РТ

Н

14466,119

17749,262

19452,437

19575,646

18118,887

Рв

Н

4,026

16,104

36,234

64,416

100,649

Da

-

0,125

0,153

0,168

0,169

0,156

Ump3 =2,007·5,51=11,059

V

м/с

3,288

6,577

9,865

13,153

16,441

РТ

Н

7207,339

8843,072

9691,632

9753,017

9027,228

Рв

Н

16,219

64,876

145,971

259,504

405,476

Da

-

0,062

0,076

0,083

0,082

0,075

Ump4 =1·5,51=5,510

V

м/с

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

РТ

Н

3590,854

4405,813

4828,584

4859,167

4497,563

Рв

Н

65,340

261,360

588,060

1045,440

1633,500

Da

-

0,031

0,036

0,037

0,033

0,025


2.3 Номограмма нагрузок

Чтобы не пересчитывать при каждом изменении веса (нагрузки) величину динамического фактора D, динамическую характеристику дополняют номограммой нагрузок, которую строят следующим образом. Ось абсцисс динамической характери­стики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произволь­ной длины. На этом отрезке наносят шкалу нагрузки Н в процентах. Через нулевую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллель­ную оси Da, и на ней наносят шкалу динамического фактора для по­рожнего автомобиля D0. Масштаб для шкалы D0 определяем по формуле

a0=aa-Ga/G0;

где:

aа - масштаб шкалы динамического фактора для автомобиля с полной нагрузкой;

G0=m0·g - вес снаряженного автомобиля, Н (m0 - масса снаряжен­ного автомобиля, кг

Равнозначные деления шкал D0 и Da (например 0,05; 0,1 и т.д.) соединяют прямыми линиями.

Наклонные линии на номограмме нагрузок обычно проводят через «круглые» значения динамического фактора.

2.4 Ускорение при разгоне

Ускорение во время разгона автомобиля определяют для случая движения на всех передачах трансмиссии по следующей формуле

        

где:

коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоро­сти

- ускорение свободного падения, м/с2;

δвр- коэффициент учета вращающихся масс.

δвр=1,03 + 0,04·

δвр=1,03 + 0,04·8,0862=3,645

Таблица

Ump1 =44,552         δвр=3,645

V

м/с

0,816

1,632

2,449

3,265

4,081

Da

-

0,251

0,308

0,338

0,340

0,314

j

м/с2

0,631

0,785

0,864

0,870

0,801

Ump2 =22,197         δвр=1,679

V

м/с

1,638

3,277

4,915

6,553

8,191

Da

-

0,125

0,153

0,168

0,169

0,156

j

м/с2

0,632

0,798

0,883

0,888

0,812

Ump3 =11,059         δвр=1,191

V

м/с

3,288

6,577

9,865

13,153

16,441

Da

-

0,062

0,076

0,083

0,082

0,075

j

м/с2

0,373

0,486

0,541

0,537

0,475

Ump4 =5,51         δвр=1,07

V

м/с

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

Da

-

0,031

0,036

0,037

0,033

0,025

j

м/с2

0,124

0,173

0,181

0,147

0,071

2.5 Топливная экономичность автомобиля

Показателем топливной экономичности автомобиля служит контрольный расход топлива, т.е. путевой расход.

1.6.5.1 Путевой расход топлива

Путевой расход топлива определяется по следующей формуле

где:

- минимальный удельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч

- мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, кВт;

V– скорость движения автомобиля, м/с;

- плотность топлива, ;

- к.п.д. трансмиссии.

Плотность топлива в расчетах можно принять следующую:

- для дизельного топлива ρт =0,860 кг/дм3;

Коэффициенты, зависящие от степени использования мощности и от угловой скорости коленчатого вала можно определить по сле­дующим эмпирическим зависимостям:

-для карбюраторных двигателей

;

Где:

U– называется степенью использования мощности и определяется по следующей зависимо­сти

    где

- тяговая мощность автомобиля, кВт.

                              

мощно­сти и определяют по формулам,

                        

    

Пример расчёта                       

Для оформления расчетов и построения графика топливной экономичности автомобиля заполняем таблицу.

Таблица

0,2

0,4

0,6

0,8

1

кВт

27,882

68,420

112,478

150,920

174,611

кВт

23,69963969

58,15673107

95,60596132

128,2820177

148,4195873

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,095

1,006

0,964

0,968

1,018

V

м/с   

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

кВт

12,966

25,932

38,898

51,864

64,830

кВт

0,431

3,450

11,644

27,600

53,906

кВт

13,397

29,382

50,542

79,464

118,736

U

0,565

0,505

0,529

0,619

0,800

0,827

0,861

0,846

0,808

0,825

л/100 км

18,280

19,188

20,707

23,399

30,055

Заполнив таблицу, строим график топливной экономично­сти автомобиля. На графике отмечают экономи­ческую скорость которая соответствует минимальному путевому расходу топлива .


Для оформления расчетов и построения графика мощностного баланса автомобиля заполняем таблицу.

1-ая передача

We/WN

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Nt

кВт

23,69964

58,15673

95,60596

128,282

148,419

V

м/с

0,816

1,632

2,449

3,265

4,081

2 - ая передача

Nt

кВт

23,699

58,156

95,605

128,282

148,419

V

м/с

1,638

3,277

4,915

6,553

8,191

3-я передача

Nt

кВт

23,699

58,156

95,605

128,282

148,419

V

м/с

3,288

6,577

9,865

13,153

16,441

4-ая передача

Nt

кВт

23,699

58,156

95,605

128,282

148,419

V

м/с

6,600

13,200

19,800

26,400

33,000

Nψ +NB

кВт

13,397

29,382

50,542

79,464

118,736

3 Расчет основных параметров агрегатов транс­миссии, подвески и механизмов, обеспечивающих безопасность движения

3.1 Сцепление

3.1.1 Максимальный момент передаваемый сцеплением

                

где:

- максимальный эффективный момент двигателя,(опреде­ляется по скоростной характеристике двигателя);

- коэффициент запаса сцепления (для легковых автомобилей =1,3... 1,75; для грузовых автомобилей и автобусов =1,6...2,0).

3.1.2 Наружный диаметр фрикционного диска

                                    

Если значение , то рекомендуется применять двухдисковое сцепление. В этом случае в формулу подставляют зна­чение 0,5 .

3.1.3 Внутренний диаметр фрикционного диска

      

                                       

3.1.4 Усилие прижатие дисков

    

                                  

Где:

z-количество пар поверхностей трения

μ-коэффициент трения(μ≈0,25)

-средний радиус трения

                                          

3.2 Коробка передач


2.2.1 Межосевое расстояние

                 

                         

Где:

К – коэффициент, зависящий от типа автомобиля (для легковых автомобилей К=8,9-9,3; для грузовых К=8,6-9,6)

3.3 Карданная передача

3.3.1 Критическая угловая скорость карданного вала

 

где:

D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры карданно­го вала, м (легковые автомобили d=0,035-0,06 м; грузовые автомо­били и автобусы d=0,06-0,10 м). Значения диаметра D определяют, задаваясь толщиной стенки вала. D=d+, где - толщина стенки вала (для легковых автомобилей =0,002- 0,0035 м; для грузовых авто­мобилей и автобусов =0,002-0,006 м);

- длина карданного вала, м (длина карданного вала выбирается на основе анализа существующих конструкций).

3.3.2 Максимальная угловая скорость карданного вала

где:   

- максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по зада­нию);

- передаточное число высшей передачи трансмиссии, соответст­вующее передаточным числам агрегатов трансмиссии, расположен­ных между рассчитываемым карданным валом и ведущими колеса­ми автомобиля;

г - радиус колеса, м.

ωкр/ωмах= 760/343,44=2


3.4 Главная передача

3.4.1 Число зубьев шестерен главной передачи

При одинарной главной передаче.

Приняв количество зубьев ведущей шестерни (для легковых автомобилей =5-10; для грузовых автомобилей и автобусов =6-14), определяют количество зубьев ведомой шестерни

                 

3.4.2 Конусное расстояние

Где передаточное число первой передачи коробки передач

3.6 Подвеска

3.6.1 Техническая частота колебаний

Пер.подвеска

Зад.подвеска                                  

где f — статический прогиб упругого элемента подвески, см:

Техническая частота колебаний определяется для передней и задней подвесок. Для этого выбирают статический прогиб передней подвески fn (для автобусов fn=8-12 см.)

Статический прогиб задней подвески определяют из соотноше­ний:

для автобусов f3=(1,0-1,2)fn;

Определенное значение технической частоты колебаний под­вески должно лежать в следующих пределах:

автобусы 70-100 колеб/мин;


3.7 Рулевое управление

3.7.1 Момент сопротивления повороту

,

где:

- полный вес, приходящийся на управляемые колеса, Н;

f- коэффициент сопротивления качению (f=0,02);

а- плечо обкатки, м (автобусы а=0,06-0,1);

г-радиус колеса, м;

- коэффициент сцепления шин с дорогой (=0,8);

- к.п.д. рулевого управления (.

3.8 Тормозное управление

3.8.1 Максимальный тормозной момент

Максимальный тормозной момент рассчитывают для передних и задних тормозов по следующей формуле

Пер.мост

Зад.мост

где:

- вес, приходящийся на тормозящее колесо, Н;

— коэффициент сцепления шин с дорогой (=0,8);

г — радиус колеса, м;

m - коэффициент перераспределения масс (для передних тормозов =1,5.,.2,0; для задних тормозов- -0,5...0,7).

Для определения веса, приходящегося на тормозящее колесо пользуются формулой:

Gk=Gan/k,H;

Где Gan – полный вес на мост автомобиля;

К – кол-во колес на мосту автомобиля;

N – номер моста

Gk1=57781/2=28891,Н           Gk2=57781/4=14445, Н