 |
Построение графиков силового баланса и динамической характеристики
|
|
|
|
Содержание
1. Задание для расчетно-графического анализа и выбор исходных данных….3
2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя……………....4
3. Построение графиков силового баланса динамической характеристики….7
4. График мощностного баланса автомобиля………………………………….12
5. Анализ тягово-скоростных свойств автомобиля…………………………....15
6. Перечень ссылок на использованный материал…………………………….17
Задание
гр. 36
В соответствии с заданием, в курсовой работе необходимо провести тягово-скоростной анализ автомобиля ВАЗ - 2107 при движении по дороге с суммарным коэффициентом дорожного сопротивления 
=0,014.
Из справочников выбираем для заданной модели автомобиля исходные данные для расчета и реальные значения основных параметров автомобиля для сравнений их с полученными расчетами. Выбранные параметры заносим в табл. 1., а реальные значения - в табл. 2.
Таблица 1 - Исходные данные для расчета
| Параметры | Значения параметра |
| 1. Вид автомобиля | ВАЗ-2107 |
| 2. Полная масса, кг | |
| 3. Марка и тип двигателя | |
| 4. Максимальная мощность двигателя Nemax, кВт | 52,5 |
| 5. Частота вращения вала двигателя при максимальной мощности nN, об/мин | |
| 6. Наличие ограничителя частоты вращения вала двигателя | - |
| 7. Передаточные числа: | |
| Коробки передач Uк1 Uк2 Uк3 | 1-3,67; 2-2,10; 3-1,36; 5-0,82 |
| Раздаточной коробки или делителя | |
| Главной передачи и0 | 4,1 |
| 8. Маркировка шин | 175/70R13 |
| 9. Статический радиус колеса rcm, м | |
| 10. Габаритные размеры ширина Вг, м высота Нг, м | 1620/1435 |
| 11. КПД трансмиссии | 0,9 |
| 12. Коэффициент сопротивления воздуха К, Н*с2/м4 | Нет данных |
Таблица 2 - Реальные значения основных параметров автомобиля для сравнения их с полученными расчетами
|
|
|
| Максимальный крутящий момент двигателя Меmax, Н*м | |
| 2. Частота вращения вала двигателя при максимальном крутящем моменте nM, об/мин | |
| 3. Максимальная скорость Vmax, км/ч | |
| 4. Время разгона до 100 км/ч tp, с |
Построение внешней скоростной характеристики двигателя
Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу, позволяющую по известным координатам одной точки характеристики (Nemax и nN) воспроизвести всю кривую мощности:
где Ne – текущее значение мощности двигателя, соответствующее частоте вращения вала n, в кВт; А1 и А2 – эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя. Для карбюраторного двигателя А1 = А2 = 1, для дизельного двигателя А1 = 0,5, А2 = 1,5.
Для выбора текущего значения n диапазон частоты вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов nmin до nN разбиваем на произвольное число участков (рекомендуется 6-8, целесообразно с постоянным интервалом 
кратным 50 или 100 для упрощения расчетов):
Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничения частоты вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала nmax при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышать частоту nN, для него берут еще одно значение n после nN с тем же интервалом 
Минимальную частоту вращения коленчатого вала выбирают в пределах 400…800 об/мин. Меньшие значения принимают для дизелей.
Большее – для карбюраторных двигателей легковых автомобилей и АТС на их базе, среднее – для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей и АТС на их базе.
В данном случае примем 
= 800
Δn = 800
Текущее значение крутящего момента, а Н м:
111
Значение мощности и крутящего момента при частоте вращения коленчатого вала n = 800 (начинаем с nminи с шагом в Δnстроим график)
|
|
|
Ne =кВт
Me =Н*м
Результаты расчетов значений мощности и крутящего момента на различных оборотах представить в таблице, график внешней скоростной характеристики двигателя представить на рисунке.
| Параметры | Значение параметров | |||||||
| n, об/мин | ||||||||
| 0,14 | 0,28 | 0,42 | 0,57 | 0,71 | 0,85 | 1,14 | |
| 0,019 | 0,0784 | 0,1764 | 0,3249 | 0,5041 | 0,7225 | 1,2996 | |
| 0,0027 | 0,0219 | 0,074 | 0,1851 | 0,3579 | 0,6141 | 1,4815 | |
| 0,1563 | 0,3365 | 0,5224 | 0,7098 | 0,8562 | 0,9584 | 0,9581 | |
| Ne,кВт | 8,2 | 17,7 | 27,4 | 37,2 | 44,9 | 50,3 | 52,5 | 50,3 |
| Me,Нм | 97,9 | 105,6 | 107,2 | 89,5 |
Построение графиков силового баланса и динамической характеристики
При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силового баланса:
Тяговое усилие на ведущих колесах определяют из выражения, Н:
Pk1 
Pk2= 
Pk3= 
Pk4 
Pk5= 
Pk6= 
Pk7= 
Pk8= 
где rд – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимаем равным rст, м.
Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяют по формуле, Н:
где G = gm – полный вес автомобиля, Н; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
В расчетах не учитывается влияние скорости движения на коэффициент сопротивления качения, в связи с чем полагают 
.
Для автомобиля ВАЗ 2107 G= 14322H
а при заданном 
РΨ = 200 Н
5 передача
Сила сопротивления воздуха, Н:
Pw1= 
Pw2= 
5
Pw3= 
Pw4= 
20
Pw5= 
35,5
Pw6= 
55,5
Pw7= 
67,2
Pw8= 
86,8
где F – лобовая площадь, м2; v – скорость автомобиля, км/ч.
Лобовая площадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его отсутствии – приближенно по выражению.
F=0.8*1.62*1.45=1.8 м2
где 
- коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей =0,75…0,9 / большие значения принимаются для автомобилей с большей полной массой /; для автобусов = 0,85…0,95 / меньшие значения принимаются для автобусов малой вместимости, а большие – большой /.
Для автомобиля ВАЗ 2107 F = 1.8 м2
Сила сопротивления разгону, Н:
Pj1=Pk1-P⍦-Pw1=8286-200-1,25=8084,7
Pj2=Pk2-P⍦-Pw2=8937-200-5=8732
Pj3=Pk3-P⍦-Pw3=9225-200-13,8=9011,2
Pj4=Pk4-P⍦-Pw4=9394-200-20=9174
Pj5=Pk5-P⍦-Pw5=9073-200-35,5=8837,5
Pj6=Pk6-P⍦-Pw6=8463-200-55,5=8207,5
Pj7=Pk7-P⍦-Pw7=7575-200-67,2=7307,8
Pj8=Pk8-P⍦-Pw8=6347-200-86,8=6060,2
где 
- коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс;
|
|
|
j – ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с2.
При построении и анализе графиков силового баланса величина Pj не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия Pk и суммы сопротивлений движению (
).
График силового баланса и все последующие строят в функции скорости автомобиля v, км/ч, которая связана с частотой вращения вала двигателя n зависимостью:
V1= 
V2= 
V3= 
V4= 
V5= 
V6= 
V7= 
V8= 
где rk – радиус качения колеса, м, равный при отсутствии проскальзывания статическому радиусу rст.
Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростей движения по формуле:
D1= 
D2= 
D3= 
D4= 
D5= 
D6= 
D7= 
D8= 
Переменные по скорости величины PK, PW и D рассчитывают по формулам, сводят данные расчетов в таблицу и строят по ним графики силового баланса и динамической характеристики.
| Ме | 97,9 | 105,6 | 107,2 | 89,5 | |||||
| Uк1 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | 3,67 | |
| Uк2 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | 2,1 | |
| Uк3 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | 1,36 | |
| Uo | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | 4,1 | |
| кпд | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | |
| Rд | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | |
| G | |||||||||
| PΨ | |||||||||
| F | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | |
| n, об/мин | |||||||||
| 1-я передача | V, км/ч | ||||||||
| Рк, Н | |||||||||
| Pw, Н | 1,25 | 13,8 | 35,5 | 55,5 | 67,2 | 86,8 | |||
| Рк-Рw, Н | 8284,75 | 9211,2 | 9037,5 | 8407,5 | 7507,8 | 6260,2 | |||
| D | 0,58 | 0,62 | 0,64 | 0,65 | 0,63 | 0,59 | 0,52 | 0,44 | |
| 2-я передача | V,км/ч | 5,6 | 11,2 | 16,8 | 22,4 | 33,6 | 39,2 | 44,8 | |
| Рк, Н | |||||||||
| Pw, Н | 4,3 | 17,4 | 39,2 | 69,7 | 108,8 | 156,8 | 213,4 | 278,7 | |
| Рк-Рw, Н | 4736,7 | 5096,6 | 5239,8 | 5306,3 | 5083,2 | 4686,2 | 4121,6 | 3353,3 | |
| D | 0,33 | 0,35 | 0,36 | 0,37 | 0,35 | 0,32 | 0,28 | 0,23 | |
| 3-я передача | V,км/ч | ||||||||
| Рк, Н | |||||||||
| Pw, Н | 8,8 | 35,6 | 142,2 | 222,2 | 435,6 | 533,9 | |||
| Рк-Рw, Н | 3062,2 | 3278,4 | 3339,8 | 3139,8 | 2371,4 | 1818,1 | |||
| D | 0,21 | 0,22 | 0,22 | 0,23 | 0,22 | 0,19 | 0,17 | 0,13 | |
| PΨ+Рw, Н | 208,8 | 235,6 | 342,2 | 422,2 | 635,6 | 733,9 |
График мощностного баланса автомобиля
|
|
|
| Параметр | Значение параметра | ||||||||
| n, об/мин | |||||||||
| Ne, кВт | 8,2 | 17,7 | 27,4 | 37,2 | 44,9 | 50,3 | 52,5 | 50,3 | |
| Nк, кВт | 7,38 | 15,93 | 24,66 | 33,48 | 40,41 | 45,27 | 47,25 | 45,27 | |
| V, км/ч | Uk1=3.67 | ||||||||
| Uk2 =2.1 | 5,6 | 11,2 | 16,8 | 22,4 | 33,6 | 39,2 | 44,8 | ||
| Uk3 =1.36 | |||||||||
| N⍦, кВт | 0,16 | 0,33 | 0,55 | 0,66 | 0,88 | 1,11 | 1,22 | 1,38 | |
| Nw, кВт | 0,001 | 0,008 | 0,038 | 0,067 | 0,157 | 0,308 | 0,411 | 0,602 | |
| N⍦+Nw, кВт | 0,161 | 0,338 | 0,588 | 0,727 | 1,037 | 1,418 | 1,631 | 1,982 |
Сводим результаты расчетов составляющих баланса мощности из ранее полученных данных
Таблица 5 - Результаты расчетов составляющих баланса мощности
Уравнение баланса мощности могут быть выражены через мощность двигателя Ne:
Или через мощность на колесах Nk:
где Nr - мощность, теряемая в трансмиссии; 
- мощность, расходуемая на преодоление соответственно суммарных дорожных сопротивлений и сопротивления воздуха; Nj - мощность, используемая для разгона.
Вначале вычисляют мощность на ведущих колесах NK. Эту величину определяют через мощность Ne (см. табл. 3), развиваемую на коленчатом валу двигателя, с учетом потерь в трансмиссии:
Nk1=Ne1*η=8,2*0.9=7,38
Nk2=17,7*0.9=15,93
Nk3=27,4*0.9=24,66
Nk4=37,2*0.9=33,48
Nk5=44,9*0.9=40,41
Nk6=50,3*0,9=45,27
Nk7=52,5*0,9=47,25
Nk8=50,3*0,9=45,27
Значения мощностей 
и 
рассчитывают с использованием величин 
и 
, взятых из табл. 4 для 5 передачи с целью обеспечения всего диапазона скоростей движения автомобиля:
; 
;
N⍦1= 
0,16
N⍦2= 
0,33
N⍦3= 
0,55
N⍦4= 
0,66
N⍦5= 
0,88
N⍦6= 
1,11
N⍦7= 
1,22
N⍦8= 
1,38
Nw1 
0,001
Nw2 
0,008
Nw3 
Nw4 
Nw5 
Nw6 
Nw7 
Nw8 
Полученные значения величин 
и 
суммируем.
Из табл. 4 берем также значения скоростей движения автомобиля на всех передачах, соответствующие принятым ранее величинам частоты вращения коленчатого вала двигателя. Данные расчетов сводим в табл. 8 и по ним строим график мощностного баланса автомобиля.
N⍦1+Nw1=0,16+0,001=0,161
N⍦2+Nw2=0,33+0,008=0,338
N⍦3+Nw3=0,55+0,038=0,588
N⍦4+Nw4=0,66+0,067=0,727
N⍦5+Nw5=0,88+0,157=1,037
N⍦6+Nw6=1,11+0,308=1,418
N⍦7+Nw7=1,22+0,411=1,631
N⍦8+Nw8=1,38+0,602=1,982
|
|
|
