Конструирование и расчет агрегатов и систем автомобиля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН.

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ НИВЕРСИТЕТ

им. Д.М. Серикбаева

Факультета машиностроения 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 типа19

5. Список используемой литературы24

ЗАДАНИЕ

Вариант 7.1.

Тип втомобиля	Коли-чество мест для паснсажиров, Z.	Коэффи-циент использо-вания массы, Кп.	Максинмальная скорость движения автомобиля, max, М/С
втобус между<-городний	Z<=40	Кm=200	33

Тип двигателя	Коэффициенты сопротивления дороги	Узел для конструк<-торской разработки
	Максимальный Ψ	При максинмальной скорости Ψ
Дизельный	034	0,017	Коробка передач

1. Тяговый расчет автомобиля.

1.2 Определение полного веса автомобиля.

Полный вес автомобиля определяется по следующей формуле:

G_а=(0+n(Z + 2) +б(Z + 2))

G_а=(8+75*42+15*42)*9,81=115562,Н

m_п - масса пассажира (п=75 кг);

Z - число мест для пассажиров (по заданию);

g - скорение свободного падения, м/с ;

m_о - масса снаряженного автомобиля, кг;

m₆ - масса багажа (массу багажа для автобусов междугородних принимают равнойа 15 кг);

Массу снаряженного автомобиля определяют по следующей формуле:

втобусы и легковые автомобили

m₀=Z*Km,кг

m₀=40*200=8,кг

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

1.3 Распределение веса по мостам автомобиля.

Компоновка автомобиля
Схема компоновки	Название компоновки	Вес, приходящийся на передний мост втомобиля 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:

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

G_an - полный вес, приходящийся на передний или задний мост автонмобиля, Н;

g - скорение свободного падения, м/с²;

к - количество колес на мосту автомобиля;

- номер рассматриваемого моста ( передний мост

По формуле определяем нагрузку на одно колесо передннего моста и на одно колесо заднего моста и выбираем из них наинболее 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-300-50Р

допустимая нагрузка-930, кг

рисунок протектора-Д

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

1.4 Выбор двигателя автомобиля

1.4.1 Мощность двигателя, необходимая для движении автомобинля в заданных дорожных словиях с заданной скоростью

где:

G_a - полный вес автомобиля, Н;

ψ_v - коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоронсти;

К_в - коэффициент сопротивления воздуха, Нс²/м⁴;

F - лобовая площадь автомобиля, м²;

_max - максимальная скорость движения автомобиля, м/с;

η_mp - к.п.д. трансмиссии.

1.4.2 Максимальная мощность двигателя

где:

a, b, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя(Дизель- ные двигатели

ω_e - текущее значение гловой скорости коленчатого вала, 1/с;

ω_N - гловая скорость коленчатого вала при максимальной мощнонсти двигателя, 1/с;

Отношение угловых скоростей ω_e/ω_N необхондимо принять для карбюраторных двигателей легковых автомобилей ω_e/ω_N =1;

1.4.3 Скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя представляет собой завинсимость эффективной мощности N_е и эффективного момента М_е от гловой скорости коленчатого вала.

1.4.4 Эффективная мощность

Для определения эффективной мощности двигателя принимаем следующие значения ω_e/ω_N, 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

М_е =ee, H<м;

Чтобы определить значения М_е необходимо знать текущие (изменяющиеся по времени) значения гловой скоронсти коленчатого вала ω_e. Для этого поступаем следующим образом. Задаёмся гловой скоростью коленчатого вала при максимальной мощности ω_N (рекомендуемые значения ω_N = 220 ÷ 360 1/с.), зантем используя отношение ω_e/ω_N, определяем значения ω_e. Напринмер: при ω_e/ω_N =0,2 - ω_e = 0,2ω_N, при ω_e/ω_N =0,4 - ω_e =0,4ω_N и т.д.

Определив значения N_e, M_e и ω_e, 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 гловой скорости коленчатого вала:

ω_min - минимальная гловая скорость коленчатого вала, при конторой двигатель работает стойчиво;

ω_m - гловая скорость коленчатого вала при максимальном монменте;

ω_N - гловая скорость коленчатого вала при максимальной мощности;

ω_max - максимальная гловая скорость коленчатого вала (значенния ω_N и ω_max могут совпадать)

K_м= М_max/М_N

K_ω =ω_N/ω_M

ω_min <=72

ω_m <=288

ω_N <=360

ω_max <=360

K_м= 524,028/485,031=1,08

K_ω =360/288=1,25

1.5 Определение параметров трансмиссии

1.5.1 Передаточное число главной передачи

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

где:

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

U_кв - передаточное число высшей передачи коробки передач (высншая передача коробки передач принимается прямой или повышаюнщей, причем повышающая передача, как правило, в пятиступенчантых коробках передач и передаточное число может находиться в пределах 0,75...0,9)

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

ω_emax - максимальная гловая 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 словия возможности преодоления автомобилем максимального сопротивленния дороги

где:

ψ_max - максимальный коэффициент сопротивления дороги (по заданнию);

М_еmах - максимальный эффективный момент двигателя, Нм (по сконростной характеристике двигателя).

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

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

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

Если U_к1>U_к1(φ), то передаточное число первой передачи приннимаем по второму словию, но при этом в состав трансмиссии необходимо включать раздаточнную коробку.

Методика определения передаточных чисел раздаточной коробнки приведена ниже.

1.5.2.2 Передаточные числа промежуточных передач

Передаточные числа коробки передач определяем исходя из диапазона коробки передач (D=U_K1/U_кв - отношение передаточных чисел крайних передач) и числа ступеней.

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

где:

- количество передач в коробке передач;

m - номер передачи.

1.5.3 Передаточные числа трансмиссии

Передаточные числа трансмиссии для автомобилей без разданточных коробок определяем по формуле

U_mpn =U_KnU₀;

где

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

U_mp1 =8,0865,51=44,552

U_mp2 =4,0295,51=22,197

U_mp3 =2,0075,51=11,059

U_mp4 =15,51=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 четом конструктивных параметров автомобиля (М_с 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 менняется и его можно определить по формуле

где:

Р_т - тяговая сила, Н;

Р_в - сила сопротивления воздуха, Н;

G_a - полный вес автомобиля, Н.

где:

М_е - эффективный момент двигателя (определяется в скоростной характеристике), Нм;

U_тр - передаточное число трансмиссии;

К_в - коэффициент сопротивления воздуха, нс²/м⁴;

F - алобовая площадь автомобиля, м²;

η_тр- к.п.д. трансмиссии;

r - радиус колеса, м;

- скорость движения автомобиля, м/с.

Скорость движения автомобиля определяем по следующей формуле

где ω_е - гловая скорость коленчатого вала двигателя, 1/с (опнределяется в скоростной характеристике двигателя).

Параметры, определенные по формулам, также значения ω_е и М_е вносим в таблицу и по ее даым строим динамическую характеристику.

Таблица

ωе	1/с	72	144	216	288	360
Ме	Нм	387,249	475,137	520,730	524,028	485,031
Ump1 =8,0865,51=44,552
	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,	3,997	8,994	15,990	24,984
Da	-	0,251	0,308	0,338	0,340	0,314
Ump2 =4,0295,51=22,197
	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 =2,0075,51=11,059
	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 =15,51=5,510
	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,
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 характеринстики продолжают влево и на ней откладывают отрезок произвольнной длины. На этом отрезке наносят шкалу нагрузки Н в процентах. Через нулевую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллельнную оси D_a, и на ней наносят шкалу динамического фактора для понрожнего автомобиля D₀. Масштаб для шкалы D₀ определяем по формуле

a₀=a_a-G_a/G₀;а

где:

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

G₀=m₀g - вес снаряженного автомобиля, Н (0 - масса снаряжеого автомобиля, кг

Равнозначные деления шкал D₀ и D_a (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 скорение при разгоне

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

где:

коэффициент сопротивления дороги при максимальной скоронсти

а<- скорение свободного падения, м/с²;

δ_вр- коэффициент учета вращающихся масс.

δ_вр=1,03 + 0,04

δ_вр=1,03 + 0,048,086²=3,645

Таблица

Ump1 =44,552 δвр=3,645
	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
	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,	0,812
Ump3 =11,059 δвр=1,191
	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
	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,
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

а

где:

а<- минимальный дельный эффективный расход топлива, г/кВт-ч

а<- мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, кВт;

- скорость движения автомобиля, м/с;

а<- плотность топлива, ;

<- к.п.д. трансмиссии.

Плотность топлива в расчетах можно принять следующую:

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

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

- для карбюраторных двигателей

;

Где:

U - называется степенью использования мощности и определяется по следующей зависимонсти

где

а<- тяговая мощность автомобиля, кВт.

мощнонсти аи аопределяют по формулам,

Пример расчёт а

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

Таблица

		0,2	0,4	0,6	0,8	1
а	кВт	27,882	68,420	112,478	150,920	174,611
	кВт	23,69963969	58,15673107	95,60596132	128,2820177	148,4195873
а		0,2	0,4	0,6	0,8	1
а		1,095	1,006	0,964	0,968	1,018
	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,
а	кВт	12,966	25,932	38,898	51,864	64,830
а	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
а		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 экономичнонсти автомобиля. На графике отмечают экономинческую скорость акоторая соответствует минимальному путевому расходу топлива .

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

	1-ая передача
W		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
N	кВт	23,69964	58,15673	95,60596	128,282	148,419
	м/с	0,816	1,632	2,449	3,265	4,081
			2 - ая передача
N	кВт	23,699	58,156	95,605	128,282	148,419
	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
	м/с	3,288	6,577	9,865	13,153	16,441
			4-ая передача
N	кВт	23,699	58,156	95,605	128,282	148,419
	м/с	6,600	13,200	19,800	26,400	33,
Nψ <+NB	кВт	13,397	29,382	50,542	79,464	118,736

3 Расчет основных параметров агрегатов транснмиссии, 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);

а<- 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 силие прижатие дисков

Где:

z<-количество пар поверхностей трения

μ-коэффициент трения (μ≈0,25)

а<-средний радиус трения

а

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 гловая скорость карданного вала

где:

D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры карданнонго 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 а<- толщина стенки вала (для легковых автомобилей <=0,002- 0,0035 м; для грузовых автомобилей и автобусов <=0,002-0,006 м);

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

3.3.2 Максимальная гловая скорость карданного вала

где:

а<- максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по заданнию);

а<- передаточное число высшей передачи трансмиссии, соответствующее передаточным числам агрегатов трансмиссии, расположеых между рассчитываемым карданным валом и ведущими колесанми автомобиля;

г - радиус колеса, м.

ω_кр/ω_мах= 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 а(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

а

Пер.подвеска

Зад.подвеска

где

Техническая частота колебаний определяется для передней и задней подвесок. Для этого выбирают статический прогиб передней подвески

Статический прогиб задней подвески определяют из соотношений:

для автобусов 3 =(1,0-1,2)n;

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

втобусы 70-100 колеб/мин;

3.7 Рулевое правление

3.7.1 Момент сопротивления повороту

,

где:

а<- полный вес, приходящийся на управляемые колеса, Н;

f<- коэффициент сопротивления качению (

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

г-радиус колеса, м;

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

а<- 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

а

Пер.мост

Зад.мост

где:

а<- вес, приходящийся на тормозящее колесо, Н;

Ч коэффициент сцепления шин с дорогой (а<=0,8);

г - радиус колеса, м;

m - коэффициент перераспределения масс (для передних тормозов а<=1,5.,.2,0; для задних тормозов- а<-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=15, Н