Курсач Атс. Автотранспортные средства

• Название: Автотранспортные средства
• Анкор: Курсач Атс
• Дата: 01.12.2022
• Размер: 409.4 Kb.
• Имя файла: Курсач Атс.docx
• Тип: Курсовая; #822905

«Министерство образования и науки Российской Федерации»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Архитектурно-строительный институт
Кафедра «Эксплуатация наземного транспорта в нефтегазовой промышленности и строительстве»

Профиль «Технологическое оборудование транспортных систем»

Направление подготовки 15.03.02 Технологические машины и оборудования

ПРОЕКТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЁТЫ АВТОМОБИЛЯ

Курсовая работа

по дисциплине «Автотранспортные средства»

Выполнил студент группы БОТ-20-01 Елкибаев З.Р.

Руководитель: доцент Зиннатуллин В.В.

________________________________________________________________________

Уфа 2022

Задание на курсовую работу по дисциплине

«Автотранспортные средства»
Вариант №4
Исходные данные:

№	Тип, марка автомобиля	Пов. проход.
1.	Колёсная формула	4 x 4
2.	Пассажировместимость	5 человек
3.	Максимальная скорость	132 км/ч
4.	Тип двигателя	бензиновый
5.	Число оборотов коленчатого вала при максимальной мощности	5400 об/мин
6.	Максимальный коэффициент суммарного дорожного сопротивления	0,64
7.	Полная масса	1870 кг
8.	Снаряженная масса	1470 кг
9.	Распределение снаряженной массы	Передний мост: 745кг Задний мост: 625 кг
10.	Распределение полной массы	Передний мост: 915кг Задний мост: 955кг
11.	Передаточные числа раздаточной коробки передач	Высшее: 1.2 Низшее: 2.135

Компоновочная схема легкового автомобиля ВАЗ 2129
ПОЛНАЯ МАССА АВТОМОБИЛЯ

Полную массу легкового автомобиля определяют из следующего выражения:

m_а = m_с + m_сн + m_з + (m_n + m _баг)*z _n, кг

где:

m_с – сухая масса автомобиля (без снаряжения и заправки) кг;

m_сн – масса снаряжения, кг;

m_з ≈ 0,1 m_с – масса заправки, кг;

z_n – число пассажиров, включая водителя;

m_n = 70кг– масса одного пассажира;

m _баг - 10кг– масса багажа на одного пассажира
m_a = 1370+35+65+(70+10)*5=1870 КГ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПОДБОР ШИН ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КОЛЕСА 6

2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ 7

2.1. Определение мощности двигателя при максимальной скорости автомобиля 7

2.2. Определение максимальной мощности двигателя 9

2.3. Расчёт и построение внешней скоростной характеристики двигателя 10

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ 14

3.1. Передаточное число главной передачи 14

3.2. Передаточное число первой передачи 14

3.3. Определение передаточных чисел промежуточных передач 16

4. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ 18

5. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОД 24

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 25

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Автотранспортные средства» предполагает изучение конструкции и принципов работы узлов и агрегатов как легковых, так и грузовых автомобилей и автобусов. Полученные знания необходимы для работы на предприятии, связанном с автотранспортным сервисом.

В данной курсовой работе рассматриваются такие параметры как проектировочный тяговый расчёт, тягово-скоростные свойства и топливная экономичность. Производится анализ конструкции и расчёт параметров характеристик рабочего процесса рассматриваемого агрегата. К расчётам приложены соответствующие графики.

Основная цель курсовой работы: систематизация и закрепление знаний по вопросам основных эксплуатационных параметров автомобилей, а также формирование навыков применения результатов теоретических расчетов для повышения эксплуатационных свойств автомобиля.

1. ПОДБОР ШИН ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КОЛЕСА

Нагрузка, приходящаяся на одно колесо, рассчитывается по формуле:



где M_a – полная масса автомобиля, указанная в исходных данных, для легкового автомобиля ВАЗ 2129 M_a = 1870 кг [6],

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

k – доля нагрузки, приходящейся на задний ведущий мост,



где M_вд – нагрузка полной массы автомобиля на задний ведущий мост, указанная в исходных данных, M_вд = 955 кг [6].



n – число колёс на ведущей оси автомобиля.



В соответствии с ГОСТ Р 52900-2007 при полученной нагрузке на колёса для легкового автомобиля ВАЗ 2129 рекомендуется применять шины размерности 175/80 R16/62 ВлИ-10 ЗМШ

Статический радиус колеса для выбранной шины r_ст = 326 мм = 0,326 м. Для данной работы статический радиус колеса принимается равным радиусу качения.

2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

2.1. Определение мощности двигателя при максимальной скорости автомобиля

Мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля с максимальной скоростью, определяется из уравнения мощностного баланса для случая равномерного движения по горизонтальной поверхности с максимальной скоростью:



где Nv_mах – мощность на валу двигателя, необходимая для движения с максимальной скоростью;

η_тр – коэффициент полезного действия трансмиссии на передаче, при которой достигается максимальная скорость. Для легкового автомобиля на всех передачах КПД трансмиссии определяется в промежутке от 0,85 до 0,89. В данной работе для легкового автомобиля ВАЗ 2129 КПД трансмиссии считается равным 0,88 [2];

N_W – мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления воздуха;

N_f – мощность, затрачиваемая на преодоление силы сопротивления качению.

Представив вышеприведённое уравнение в развернутом виде и разделив обе части на КПД трансмиссии, получим:



где С_х ‒ коэффициент лобового сопротивления;

ρ ‒ плотность воздуха, кг/м³;

F_a ‒ площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к его продольной оси, м²;

v_max ‒ максимальная скорость автомобиля, м/с;

M_a ‒ полная масса автомобиля, кг;

f_v ‒ коэффициент сопротивления качению:



f₀ - коэффициент сопротивления качению при малых скоростях (до 22 м/с). Для асфальтобетонного покрытия в удовлетворительном состоянии коэффициент сопротивления качению находится в промежутке от 0,018 до 0,020 [9]. В данной работе f₀ = 0,019;



Коэффициент лобового сопротивления C_x для легковых автомобилей принимают в пределах от 0,7 до 0,8. В данной работе C_x = 0,75 [9].

Площадь проекции автомобиля ,

где Н_г – габаритная высота автомобиля, м;

В_г – габаритная ширина автомобиля, м (габаритные размеры указаны в компоновочной схеме автомобиля в исходных данных);

q – коэффициент заполнения формы сечения (для легкового автомобиля ‒ 0,8 – 0,95) [9]. Для легкового автомобиля ВАЗ 2129 q = 0,9.



Плотность воздуха и ускорение свободного падения по ГОСТ 4401-81 на высоте 150 м над уровнем моря и при температуре окружающего воздуха 14 ºС составляют: ρ = 1,207 кг/м3 ; g = 9,8 м/с² [5].

2.2. Определение максимальной мощности двигателя

Максимальная мощность двигателя определяется по формуле:



где ‒ отношение угловой скорости вращения коленчатого вала при максимальной скорости к угловой скорости при максимальной мощности. На двигатели легкового автомобиля обычно устанавливается ограничитель, следовательно, λ определяется в пределах от 0,8 до 0,9[9]. В данной работе λ = 0,85;

a, b, c – коэффициенты. для карбюраторного двигателя равные: a=0,53; b=1,56; c=1,09 [9].

2.3. Расчёт и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Динамические, скоростные и экономические показатели автомобилей неразрывно связаны с возможностями установленных на них двигателей. Наиболее полно возможности двигателя отображает его внешняя скоростная характеристика, представляющая собой зависимость мощности, крутящего момента и удельною расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива. Таким образом, внешняя скоростная характеристика автомобильного двигателя может быть представлена тремя кривыми:



где N_e - текущее значение эффективной мощности при максимальной подаче топлива, кВт;

M_e - крутящий момент двигателя на том же режиме, Н ;

g_e - удельный эффективный расход топлива на том же режиме, г/(кВт ; ω_e - текущая частота вращения коленчатого вала двигателя, .

Угловая скорость коленчатого вала на номинальном режиме при



где частота вращения коленчатого вала двигателя (об/мин), указанная в задании.

=

= = 98700Вт

Минимальная угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле, :



Для дальнейшего построения промежуточных значений мощности диапазон частот от до :



где n=10-количество точек.





где максимальная эффективная мощность двигателя, Вт;

a, b, c - эмпирические коэффициенты, для карбюраторного двигателя равные: a=0,53; b=1,56; c=1,09 [9].

Кривая зависимости крутящего момента на валу двигателя от его частоты вращения строится с использованием уравнения:





Зависимость удельного расхода топлива двигателем с достаточной для расчетов точностью определяется выражением:



где удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности, , для бензиновых двигателей находится в промежутке от 200 до 250 г/(кВт·ч)[9]. Для данной работы g_eN = 225 г/(кВт·ч);

ω_еi – текущее значение угловой скорости вращения коленчатого вала, с-1 ;

ω_N ‒ угловая скорость вращения коленчатого вала (по скоростной характеристике двигателя) при максимальном крутящем моменте, с-1 .

коэффициент, учитывающий влияние частоты вращения коленчатого вала на удельный расход топлива, среднее значение которого определяется по формуле:



где для всех типов двигателей





Аналогично рассчитываем и для других частот вращения коленчатого вала , для удобства итоги расчётов сводим в таблицу 1. Затем по данным указанной таблицы строим график внешней скоростной характеристики двигателя.

Таблица 1. Расчёт внешней скоростной характеристики двигателя

Показатели	ωe, с-1
	ωxx	ω2	ω3	ω4	ω5	ω6	ω7	ω8	ω9	ωn
	67	96,77	126,5	156,3	186	215,8	245,6	275,4	305	335
ωci/ωn	0,2	0,29	0,377	0,466	0,555	0,644	0,733	0,822	0,91	1
a(ωci/ωn)	0,106	0,154	0,2	0,247	0,294	0,341	0,388	0,436	0,48	0,53
(ωci/ωn)2	0,04	0,084	0,142	0,217	0,308	0,415	0,537	0,675	0,828	1
b*(ωci/ωn)2	0,0624	0,131	0,22	0,338	0,48	0,647	0,838	1,053	1,29	1,56
(ωci/ωn)3	0,008	0,024	0,053	0,101	0,171	0,267	0,394	0,555	0,753	1
c(ωci/ωn)3	0,0087	0,026	0,058	0,11	0,186	0,291	0,429	0,605	0,82	1,09
kωi	1,084	1,035	0,996	0,966	0,946	0,934	0,929	0,931	0,938	0,95
Nei, Вт	15760	25560	35730	42750	58030	68790	78660	87250	93760	98700
Mei, Н·м	214,52	240,88	257,55	273,51	284,52	290,68	292,06	288,89	280,33	268,66
gei, г/(кВт·ч)	243,9	235,87	224,1	217,35	212,85	210,15	209,02	209,47	211,05	213,75

Рисунок 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Благодаря проделанной работе я выяснил, что самое эффективное количество оборотов в минуту для экономии топлива от 2000 до 3000 об/мин, максимальный крутящий момент достигается при 2400 об/мин.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

3.1. Передаточное число главной передачи

Передаточное число главной передачи определяется по формуле:



где i_к.п – высшее передаточное число коробки передач. Для модели легкового автомобиля ВАЗ 2129 число высшей передачи принимается равным 1[7].

Радиус качения колеса r_к = статическому радиусу = 0,453 м.

3.2. Передаточное число первой передачи

Если на автомобиле имеется раздаточная коробка, то передаточное число первой передачи определяют с учетом низшей ступени передаточного числа раздаточной коробки и передаточного числа главной передачи:



где ψ_max – максимальный коэффициент суммарного дорожного сопротивления;

G_а = m_а·g – полный вес автомобиля, Н. G_а = 1870 · 9.8 = 18328 Н;

Me_max – максимальное значение крутящего момента, Me_max = 292,06;

i_ркн – передаточное число низшей ступени раздаточной коробки, указанное в исходных данных. Для легкового автомобиля ВАЗ 2129 i_ркн = 2,135 [7].

η_тр – механический КПД трансмиссии.



Должно выполняться следующее неравенство:



где φ_сц – коэффициент сцепления колес с дорогой.

Gφ – сцепной вес автомобиля: для автомобилей с полным приводом значение Gφ выбирают равной Gа = 18328 Н.

Для асфальтного и цементобетонного покрытия в удовлетворительном состоянии коэффициент сцепления с дорогой находится в интервале от 0,45 до 0,6 [9]. Для последующих расчетов φ_сц = 0,5.



Условие соблюдается, следовательно, шины подобраны правильно, компоновка автомобиля изменений не требует.

Передаточное число первой передачи из условия реализации минимальной скорости:



где ω_min – минимально устойчивая частота вращения вала двигателя;

V_{а min} – минимальная скорость движения автомобиля = 4.44 м/с.

3.3. Определение передаточных чисел промежуточных передач

На легковом автомобиле ВАЗ 2129 установлена механическая трансмиссия. Сцепление - однодисковое, привод выключения - гидравлический. Коробка передач четырёхступенчатая. Раздаточная коробка передач механическая, двухступенчатая, с приводом на передний мост. Передаточные числа раздаточной коробки передач: прямая передача – 1, понижающая передача – 1,982. Карданная передача открытого типа, состоит из трёх валов: от двигателя к раздаточной коробке и от раздаточной коробки к мостам. Главная передача - одинарная, гипоидная, передаточное число - 6,8 [8].

Определив передаточное число первой передачи, рассчитывают передаточные числа промежуточных передач по формуле:



где i_k1 - передаточное число первой передачи;

n – число ступеней переднего хода;

s – номер ступени, для которой рассчитывается передаточное число.



Аналогично рассчитываем и для других передач. Результаты вычислений заносим в таблицу передаточных чисел.

Таблица 2. Значения передаточных чисел

Передача		Главная	1-я	2-я	3-я	4-я
Передаточные числа передач		6,8	5,4	3,078	1,75	1

4. ТЯГОВО-СКОРОСТНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ

Показателями динамичности автомобиля при равномерном движении являются: максимальная скорость движения автомобиля в данных дорожных условиях; значения коэффициентов сопротивления дороги, преодолеваемые автомобилем на различных передачах; значения величин динамического фактора на различных передачах при заданной скорости движения, максимальное ускорение, время и путь разгона до контрольной скорости.

Скорость автомобиля при отсутствии буксования ведущих колес находят по выражению:


здесь выбирается из таблицы 1.

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колесам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивления качению и воздуха. Сопротивление качению находится по выражению:



где f₀ – коэффициент сопротивления качению при скорости менее 22 м/с. В данной работе f₀ = 0,019.

Сопротивление воздуха определяется по формуле:



где С_х – коэффициент лобового сопротивления; ρ – плотность воздуха кг/м³;

F_a – площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к его продольной оси, м²;

v_a – скорость движения автомобиля, м/с.

Скорость на первой передаче:



Сопротивление качению на первой передаче:



Сопротивление воздуха на первой передаче:



Сила тяги по сцеплению ведущих колес с опорной поверхностью в случае равномерного движения по горизонтальной ровной поверхности и без учета опрокидывающего действия силы сопротивления воздуха рассчитывается по формуле:



Минимальная сила тяги для первой передачи:



Значения динамического фактора определяются для выбранных скоростей АТС на всех передачах по зависимости:



Минимальное значение динамического фактора для первой передачи:



Числовые значения возможных ускорений АТС на определённой передаче определяют по зависимости:



где коэффициент учета вращающихся масс, определяемый по зависимости для различных передач [9]:



Для первой передачи:

Минимальное числовое значение возможных ускорений на первой передаче:



Аналогичным способом просчитываются данные для всех передач и заносятся в таблицу 3.

передача	величина	ω	67	96,77	126,5	156,3	186	215,8	245,6	275,4	305	335
		Mei	214,52	240,88	257,55	273,51	284,52	290,68	292,06	288,89	280,33	268,66
1(ik=5,4)	PТ, Н		15302,24	17182,56	18371,67	19510,14	20295,5	20734,92	20833,35	20607,23	19996,63	19164,17
	Va, м/с		0,83	1,19	1,56	1,93	2,29	2,66	3,03	3,4	3,76	4,13
	Pw, Н		2,18	4,49	7,71	11,8	16,61	22,42	29,09	36,63	44,79	54,04
	D		0,22	0,25	0,281	0,282	0,29	0,301	0,302	0,3	0,29	0,28
	F		0,019
	J (δ=2,216)		0,89	1,02	1,158	1,16	1,2	1,247	1,25	1,242	1,2	1,15
2(ik=3,078)	PТ, Н		8772,27	9724,06	10471,85	11120,78	11568,44	11818,9	11875	11746,12	11398,07	10923,58
	Va, м/с		1,45	2,09	2,74	3,38	4,03	4,67	5,32	5,96	6,6	7,25
	Pw, Н		6,66	13,84	23,79	36,2	51,46	69,1	89,67	112,54	138	166,54
	D		0,13	0,14	0,15	0,16	0,172	0,171	0,17	0,169	0,163	0,16
	F		0,019
	J (δ=1,43)		0,76	0,83	0,9	0,96	1,05	1,04	1,03	1,028	0,99	0,96
3(ik=1,75)	PТ, Н		4959,06	5568,42	5953,78	6322,73	6577,25	6719,65	6751,55	6678,27	6480,39	6210,61
	Va, м/с		2,55	3,68	4,81	5,95	7,08	8,21	9,35	10,48	11,61	12,75
	Pw, Н		20,6	42,9	73,3	112,17	158,82	213,56	276,99	347,98	427,07	515,06
	D		0,07	0,08	0,085	0,09	0,093	0,095	0,094	0,09	0,088	0,083
	F		0,019
	J (δ=1,17)		0,43	0,51	0,055	0,6	0,62	0,64	0,63	0,6	0,58	0,53
4(ik=1)	PТ, Н		2833,75	3181,95	3402,16	3612,99	3758,43	3839,8	3858,03	3816,15	3703,08	3548,92
	Va, м/с		4,46	6,45	8,43	10,41	12,39	14,37	16,36	18,35	20,32	22,32
	Pw, Н		63,02	131,81	225,16	343,35	486,38	654,26	848	1066,86	1308,23	1578,43
	D		0,04	0,044	0,046	0,048	0,047	0,046	0,044	0,04	0,035	0,029
	F		0,019
	J (δ=1,09)		0,19	0,22	0,24	0,26	0,25	0,24	0,22	0,19	0,14	0,09

Таблица 3. Расчёт тяговой и динамической характеристик





Рисунок 2. Тяговая, динамическая характеристики (б, в) и график ускорений (а) проектируемого автомобиля.

Вывод по графикам:

а) График ускорений автомобиля позволяет определить максимальное ускорение автомобиля с учетом условий сцепления. Точка пересечения линии ускорения с осью абсцисс определяет максимальную скорость автомобиля. Если в результате расчетов имеются значения отрицательных ускорений, то движение автомобиля в данных условиях невозможно. Отрицательные значения ускорений на графике не показываются.

б) Тяговой силой называется отношение крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес автомобиля. Это толкающая ав­томобиль сила, которая передается от ведущих колес к несущей системе (рама, кузов). При увеличении тяговой силы на ведущих колесах автомобиль может развивать большие ускорения, преодо­левать более крутые подъемы, буксировать прицепы большей массы и иметь лучшие тягово-скоростные свойства.

в) Значения динамического фактора по тяге позволяют судить о тягово-скоростных свойствах конкретного автомобиля при раз­ных нагрузках и сравнивать тягово-скоростные свойства различных автомобилей. При этом чем больше динамический фактор по тяге, тем лучше тягово-скоростные свойства и выше проходимость ав­томобиля: он способен развивать большие ускорения, преодо­левать более крутые подъемы и буксировать прицепы большей массы.

5. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОД

Параметр	Проектируемый автомобиль	Прототип (ВАЗ 2129)
Полная масса, кг	1870	1870
Пассажировместимость, чел	5	5
Максимальная скорость, км/ч	130	130
Тип двигателя	бензиновый	бензиновый
Мощность двигателя (кВт) при частоте вращения коленчатого вала(об/мин)	90 5400	90 5400
Крутящий момент двигателя (Н	292,06	288
Эффективный расход топлива , г/(кВт	115	115
Количество ступеней КПП	4	4
Передаточные числа ступеней КПП 1 2 3 4	5,4 3,078 1,75 1	5,66 3,02 1.69 1
Передаточное число главной передачи	6,8	6,17
Размер шин	175/80 R16	175/80 R16

ВАЗ 2129 легковой автомобиль, предназначен для эксплуатации по дорогам со всеми видами покрытия.

В результате тягово-динамического расчёта получили, что максимальная мощность автомобильного двигателя равна , которая совпадает с прототипом; максимальный крутящий момент по расчёту а у прототипа ; максимальная скорость V=150 км/ч, а у прототипа =130км/ч. При сравнении полученных характеристик с характеристиками прототипа ВАЗ 2129 были выявлены расхождения с прототипом, но они не приводят к значительным ошибкам в расчете тягово-скоростных и топливо-экономических характеристик двигателя, следовательно, можно сделать вывод, что расчеты были проведены верно.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Краткий автомобильный справочник. М.: Транспорт,1985. – 220с.

2. Учебно-методическое пособие к курсовому проекту по дисциплине "Автотранспортные средства". Зиннатуллин В. В, Шамсутдинов Д. М. – Уфа: УГНТУ, 2019. – 48с.

3. ГОСТ Р 52899-2007. Шины пневматические для грузовых механических транспортных средств и прицепов к ним. Технические условия. – М. : Стандартинформ, 2008. ‒ 26 с.

4. ГОСТ Р 52900-2007. Шины пневматические для легковых автомобилей и прицепов к ним. Технические условия. – М. : Стандартинформ, 2008. ‒ 20 с.

5. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры (с изменениями № 1). – М. : ИПК Изд-во стандартов, 2004. – 180 с.

6. Электронный ресурс: https://zen.yandex.ru/media/id/5d42cf85f0d4f400ae3f3ecf/tehnicheskie-harakteristiki-vaz-2129-niva-kedr-602c273aae93e667d24505f4

7. Электронный ресурс: http://whobycar.com/ru/a/vaz/2129/0/4021/

8. Электронный ресурс: https://www.drom.ru/catalog/lada/2129/291979/

9. Тяговый расчет автомобиля : метод. указания к курсовому проектированию по дисциплине «Конструкция и потребит. свойства автомобилей» / Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых ; сост. Р. В. Нуждин. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2018. – 36 с.