Е.А. Махотина Определение динамической характеристики автомобиля
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра автомобильных дорог
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ
Методические указания для практических занятий по дисциплине «Основы проектирования автомобильных дорог» для студентов специальности 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы»
Составители Е.А. Махотина Д.Г.Проскурин
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 18.12.01
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 291000 Протокол № 6 от 18.12.01
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
Кемерово 2002
1
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Определение динамической характеристики автомобиля. Необходимые сведения получают, изучая основные характеристики автомобиля. На основе полученных данных строят график динамической характеристики автомобиля. Работа рассчитана на 4 часа.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Фактический режим движения автомобиля по дороге определяется тремя факторами: эксплуатационными свойствами автомобилей, дорожными условиями, обеспечивающими возможность развить ту или иную скорость, и индивидуальными особенностями водителей, избирающих в зависимости от восприятия ими дорожных условий наиболее удобную для себя скорость.
Механическая энергия, вырабатываемая двигателем автомобиля, передается через трансмиссию автомобиля на его ведущие колеса. Крутящий момент колеса вызывает появление тягового усилия, которое передается через ведущий мост и рессоры на раму автомобиля и вызывает его движение. Вращающий момент, развиваемый двигателем, связан с его мощностью и частотой вращения коленчатого вала. Каждому числу оборотов коленчатого вала соответствует строго определенная скорость движения автомобиля. В зависимости от соотношения внешних сопротивлений происходит движение с постоянной скоростью, разгон или торможение автомобиля.
Тяговые или динамические качества автомобиля определяются динамическим фактором - разницей между силой тяги на ведущих колесах и сопротивлением воздушной среды, отнесенной к единице веса автомобиля. Динамический фактор характеризует запас тягового усилия на единицу веса автомобиля, движущегося со скоростью V, на преодоление дорожных сопротивлений f + i и на ускорение автомобиля.
Как сила тяги, так и сопротивление воздуха зависит от скорости движения. Поэтому величина динамического фактора не остается постоянной при изменении скорости. График зависимости величины динамического фактора от скорости движения при полной нагрузке на автомобиль называется динамической характеристикой.
При построении динамической характеристики используется способ описания экспериментальных внешних, скоростных характеристик,
|
|
|
|
2 |
|
|
|
предложенный проф. И.М. Лениным [2]. Для этого используется график |
|||||||
(рис. 1) или следующие данные (для карбюраторного двигателя): |
|||||||
nv |
nmax ,%… …20 40 60 80 |
100 120 |
|
|
|||
Nv |
Nmax , %….. 20 50 73 92 100 |
92 |
|
|
|||
Nv |
Nmax - мощность, затрачиваемая для движения автомобиля со |
||||||
скоростью V , и максимальная мощность; |
|
|
|
||||
nv |
nmax |
- частота вращения коленчатого вала двигателя при дви- |
|||||
жении со скоростью V и максимальной частотой, об/мин. |
|
||||||
Nv/Nmax |
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
nv/nmax |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
|
Рис. 1. График единой относительной скоростной характеристики |
|||||||
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Построить график динамической характеристики для автомобиля УАЗ – 452:
Nmax = 55,2 кВт - максимальная мощность;
nmax = 4000 об/мин - частота вращения коленчатого вала при мак-
симальной мощности;
rk = 0,370 м - радиус колеса;
i0 = 5,12 - передаточное число главной передачи; iI = 4,12 - I скорости;
3
iII = 2,64 - II скорости; iIII = 1,58 - III скорости; iIV = 1,00 - IV скорости;
Vmax = 95 км/ч - максимальная скорость автомобиля;
G = 26,9 кН - вес автомобиля;
Gсц = 13,8 кН - сцепной вес автомобиля; rk = 0,370·0,93 = 0,344 м - радиус качения.
ПОРЯДОК РАСЧЕТА
1. По формуле (1) вычисляем частоту вращения коленчатого вала двигателя для каждой передачи и скоростей:
V = 5; 8; 10; 15; 16; 18; 20; 24; 25; 30; 35; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 95.
n |
=V i0 iki |
, |
(1) |
v |
0,377rk |
|
|
|
|
|
|
гдеV - cкорость движения автомобиля, |
км/ч; i0 и iki |
- передаточные |
|
числа коробки передач; rk - радиус колеса автомобиля, м.
2. Находим отношения частоты вращения коленчатого вала двигателя nv к его максимальной частоте вращения nmax = 4000 об/мин, для
каждой из принятых скоростей, по формуле :
nv
nv nv nv
I = |
i0iI |
V = |
5,125 4,12 |
V =39,52 4,12 V =162,8 V |
(2) |
0,377r |
0,377 0,344 |
||||
|
k |
|
|
|
|
II =39,52 2,64V =104,3V ;
III =39,52 1,58V =62,4V ;
IV =39,52 1,00V =39,52V .
3. По известным отношениям частоты вращения коленчатого вала двигателя и данным проф. И.М. Ленина (см. выше) находим отношения эффективных мощностей Nv 
Nmax ≤ 4000 об/мин. Так как максималь-
ная мощность известна, то из отношения эффективных мощностей находим мощность двигателя, необходимую для движения со скоростью
V .
4
Например:
n5 I V 100% =4,1 V =4,1 5=20,5%;
nmax
по данным для nv 
nmax и Nv 
Nmax (см.с.2) или графику на рис.1 находим N5 
Nmax = 21%, откуда (интерполяция)
N5 = n5 V Nmax =0,21 55,2 =11,6кВт.
nmax
Расчеты сводим в таблицу.
Передачи и |
V , |
nv , |
Nv , |
Ра, Н |
Рв, Н |
D |
передаточ- |
км/ч |
об/мин |
кВт |
|||
ные числа |
|
|
|
|
|
|
iI =4,12 |
5 |
|
|
|
|
|
I |
10 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iII =2,64 |
8 |
|
|
|
|
|
II |
16 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iIII =1,58 |
18 |
|
|
|
|
|
III |
25 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
5
Продолжение таблицы.
Передачи и |
V , |
n , |
N |
v |
, |
Ра, Н |
Рв, Н |
D |
передаточ- |
км/ч |
v |
|
|
||||
ные числа |
об/мин |
кВт |
|
|
|
|||
iIV =1,00 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
IV |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
95 |
|
|
|
|
|
|
|
4. Вычисленные значения эффективной мощности двигателя и частоты вращения коленчатого вала дают возможность определить значения тяговой силы на ведущих колесах автомобиля:
|
|
|
|
|
|
|
P |
=K |
|
Nvii0iki η |
(3) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
p |
nvi zk |
|
||||
PΙa =9,55 5,125 4,12 0,92 |
|
Nvi =539,29 Nvi |
; |
|||||||||||||
|
0,344 |
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
n |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
vi |
|
|
|
|
|
vi |
|
||
PΙΙ =9,55 |
5.125 2,64 0,92 |
|
|
Nvi |
=345,56 |
Nvi |
; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
a |
0,344 |
|
|
|
|
nvi |
|
|
|
|
|
nvi |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
PΙΙΙ =9,55 |
5,125 1,58 0.92 |
|
Nv |
=206,82 |
Nvi |
; |
|
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||
a |
0,344 |
|
|
|
|
nv |
|
|
|
|
nvi |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
pΙV =9,55 5,125 1,0 0,92 |
Nv =130,90 Nvi , |
|
||||||||||||||
a |
0,344 |
|
|
nv |
|
|
|
nvi |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
где K p - коэффициент размерности. Если в формулу подставляют Nv в ваттах (киловаттах), nv в оборотах в минуту, rk в метрах, то K p = 9,55
и сила тяги выражается в ньютонах (килоньютонах). η - механический КПД трансмиссии автомобиля, для автомобилей с одной главной передачей равен 0,85 - 0,92. Nv перевести в Вт.
|
|
|
|
6 |
|
|
5. Силу сопротивления воздуха при разных скоростях вычисляем |
||||||
по формуле |
|
|
P = К F V 2 |
|
|
|
|
|
|
, |
(4) |
||
|
|
|
в |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где F = Вл . |
Нл - |
лобовая площадь; К - коэффициент обтекаемости, |
||||
равный 0,15 - 0,34; F = 0,8 - для легковой машины; F = 0,9 - для гру- |
||||||
зовой машины; В и Н - габаритные размеры автомобиля. |
||||||
|
|
P =0,3 2,5 |
V 2 =0,0577 V 2 . |
|
||
|
|
в |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Динамический фактор для каждой скорости движения и переда- |
||||||
чи определяем по формуле |
D = Pa −Pв , |
|
|
|||
|
|
|
|
(5) |
||
|
|
|
|
G |
|
|
где Pa ; Pв; G - выражены в ньютонах. |
|
|
||||
Результаты сводим в таблицу, по ним строим график динамиче- |
||||||
ских характеристик автомобиля (рис.2). |
|
по силе тяги |
||||
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
--- по сцеплению |
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
20 |
40 |
|
60 |
80 |
100 км/ч |
Рис.2. Динамические характеристики автомобиля УАЗ-452 |
||||||
7
На график динамической характеристики необходимо нанести кривые динамического фактора по сцеплению. Для этого задаемся рядом значений коэффициента сцепления ϕ = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 и по формуле (6) вычисляем динамический фактор
D |
=ϕ |
Gсц |
− |
P |
|
|
|
|
в |
, |
(6) |
||||
G |
|||||||
сц |
1 |
|
G |
|
|
где ϕ - коэффициент продольного сцепления автошины с поверхностью дорожного покрытия; Gсц- часть веса, приходящаяся на ведущую ось автомобиля (сцепной вес), Н; G - полный вес автомобиля, H. Вычисляем динамический фактор по сцеплению для скоростей 10, 20, 40, 60, 80 км/ч.
Полученные значения динамического фактора по сцеплению наносим на график динамической характеристики по силе тяги.
ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ
Составляют один отчет на бригаду из 3-5 студентов. Отчет оформляют в виде пояснительной записки на листах А4 (210х297 мм).
В отчете приводят таблицы с результатами расчетов, рисунок динамических характеристик. Текстовая часть должна быть минимальной по объему. Не следует приводить экспликацию формул. Текст отчета составляют по следующей схеме: наименование и номер работы; ее цель; все необходимые расчеты; выводы по работе.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Для каких целей используется график динамической характеристики?
2.Что такое динамический фактор?
3.Какие дорожные сопротивления преодолевает автомобиль?
4.Какие внешние скоростные характеристики описывал в своих экспериментах проф. И.М. Ленин?
8
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Автомобильные дороги: (Примеры проектирования): Учеб. пособие для вузов / Под. ред. В.С. Порожнякова. - М.: Транспорт, 1973.- 303 с.
2.Краткий автомобильный справочник / НИИАТ; Министерство автомобильного транспорта РСФСР. - М.: Транспорт, 1995.- 627с.
3.Литвинов А.С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств.
-М.: Машиностроение, 1989.- 264 с.
9
Приложение
Параметры для расчета динамических характеристик автомобилей
Параметр |
ВАЗ-2115 |
ВАЗ-21103 |
ГАЗ-2752 |
ВАЗ-2123 |
|
|
|
“Соболь” |
“Нива” |
|
|
|
|
|
G , кН |
13,95 |
15,10 |
28,00 |
17,60 |
Gсц, кН |
9,7 |
10,35 |
19,75 |
13,10 |
Vmax , км/ч |
155 |
185 |
120 |
140 |
Nmax , кВт |
51 |
68 |
80 |
58,5 |
nmax , об/мин |
5600 |
5600 |
4700 |
5000 |
i1 |
3,64 |
3,64 |
4,05 |
3,67 |
i2 |
1,95 |
1,95 |
2,34 |
2,1 |
i3 |
1,36 |
1,36 |
1,395 |
1,36 |
i4 |
0,94 |
0,94 |
1,0 |
1,0 |
i0 |
4,13 |
4,13 |
4,55 |
3,9 |
rk , см |
33,02 |
35,6 |
40,6 |
40,6 |