Разработка карданной передачи заднего моста для легкового полноприводного автомобиля

Целью курсового проекта является разработка карданной передачи заднего моста для легкового полноприводного автомобиля. Для этого необходимо произвести тяговый расчет с целью установления массы автомобиля и распределения ее по осям. По полученным данным осуществить элементов карданной передачи (валов, шарниров).

1. Выбор исходных данных и их обоснование

Прежде чем выбрать исходные данные необходимо проанализировать существующие автомобили малого класса, и уже после сравнения их характеристик определиться с параметрами проектируемого автомобиля. Для сравнения были выбраны следующие автомобили: ВАЗ-2121; Шевроле-Нива; Toyota RAV4. Основные показатели этих моделей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Обзор параметров автомобилей прототипов

Основываясь на данных таблицы 1.1 произведем выбор исходных данных для тягового расчета.

Исходные данные для тягового расчета

2. Тяговый расчет автомобиля

2.1 Определение полной массы автомобиля

Полная масса автомобиля определяется по формуле:

где Мс — снаряженная масса автомобиля, кг; Мп — масса пассажира (принимаем равной 75 кг); n = 5 — количество пассажиров, включая водителя; Мб = 200 кг — масса багажа.

2.2 Подбор шин для автомобиля

Размер шин устанавливается по ГОСТ 4754–97 по нагрузке, приходящейся на одно колесо. Кроме нагрузки при выборе размера и типа шин будем учитывать максимальную скорость движения и условия эксплуатации автомобиля.

Нагрузка приходящаяся на одно переднее колесо Выбираем для автомобиля шины 185/80 R15 91S, где 185 — посадочная ширина покрышки в мм, 80 — высота профиля покрышки в процентах от ширины, R — обозначение радиальной покрышки, 15 — посадочный диаметр в дюймах, 91 — индекс нагрузки, S — индекс скорости (180 км/ч).

Статический радиус колеса:

где d0 — диаметр обода колеса, м; H — высота профиля, м; л* - коэффициент деформации шины (л*=0,1).

2.3 Определение параметров двигателя автомобиля

2.1.3 Мощность, необходимая для движения с максимальной скоростью

где Сх — коэффициент лобового сопротивления; с — плотность воздуха; Fa — площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к его продольной оси, м2; Vmax — максимальная скорость автомобиля, М/С; Ma — полная масса автомобиля, кг; g — ускорение свободного падения; fv — коэффициент сопротивления качению при малых скоростях (0,018); зтр — КПД трансмиссии на высшей передаче (0,82).

Площадь проекции автомобиля:

где Н — высота автомобиля, м; В — ширина автомобиля, м.

.

Коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости движения:

где f0 — коэффициент сопротивления качению при малых скоростях (f0=0.018).

.

Тогда:

2.3.2 Максимальная мощность двигателя

где — отношение угловой скорости вращения КВ при максимальной скорости к угловой скорости при максимальной мощности (л=1,1); коэффициенты a=b=c=1 так как двигатель бензиновый.

2.3.3 Построение скоростной характеристики двигателя

Если известны максимальная мощность ДВС, угловая скорость вращения коленчатого вала (КВ) при максимальной мощности, то скоростная характеристика ДВС при полной подаче топлива может быть построена по формуле:

где Ne — текущие значения мощности и угловой скорости вращения КВ.

Принимаем максимальную скорость вращения КВ: щmax =600 с-1.

Тогда угловая скорость вращения при максимальной мощности:

щ*= щmax/л=500/1,1=545 c-1.

Минимальная угловая скорость вращения КВ: щmin=90 с-1.

Крутящий момент рассчитывается по формуле:

где Ne — текущее значение мощности, кВт; щe — текущее значение угловой скорости вращения КВ, с-1.

Таблица 2.1 — Результаты расчета скоростной характеристики ДВС

По полученным значениям Ne и Me строим скоростную характеристику двигателя (см. прил. рис.1).

2.3.4 Определение рабочего объема и выбор двигателя

Рабочий объем двигателя определяем по известным значениям Nмах и щ*:

где Ре — среднее эффективное давление при максимальной мощности (0,9); Nмах — максимальная мощность ДВС, кВт; щ* - угловая скорость вращения КВ двигателя при максимальной мощности, с-1.

2.4 Определение параметров трансмиссии

2.4.1 Определение передаточного числа главной передачи

Передаточное число главной передачи находим из условия достижения автомобилем максимальной скорости на горизонтальной дороге с твердым покрытием на высшей передаче.

Передаточное число главной передачи находим по формуле:

где — передаточное число расчетной передачи, при которой достигается максимальная скорость автомобиля.

2.4.2 Определение передаточных чисел коробки передач

Передаточное число первой передачи выбираем из двух условий:

— преодоление автомобилем максимального дорожного сопротивления на первой передаче при равномерном движении;

— отсутствие буксования ведущих колес по условию сцепления шин с дорогой.

Условие выбора передаточного числа первой передачи:

где ц — коэффициент сцепления колеса с дорогой; - коэффициент общего дорожного сопротивления на первой передаче (0,35); Мmax — масса, приходящаяся на переднюю ось автомобиля в статическом состоянии, кг.

Тогда

Таким образом, расчетное значение передаточного числа первой передачи должно находиться в интервале i1a < i1 < i1б.

Из ходя из выше указанного условия, выбираем передаточное число первой передачи равным i1=4,43.

Зная передаточное число первой передачи, переходим к определению передаточных чисел на промежуточных передачах:

где к — порядковый номер рассчитываемой передачи; n — число передач.

В современном автомобилестроении получили распространение коробки передач с ускоряющей или так называемой обратной передачей, передаточное число которой меньше 1. Включением ускоряющей передачи в хороших дорожных условиях несколько повышается максимальная скорость движения, уменьшается расход топлива и износ двигателя. Обычно передаточное число для ускоряющей передачи принимается в пределах 0,7 — 0,85. В связи с этим передаточное число ускоряющей передачи принимаем i5=0,75.

Таблица 2.2 — Результат расчета передаточных чисел КПП

Понижающая передача дополнительной коробки передач где — минимальная скорость движения, — минимальная частота вращения двигателя.

.

2.5 Расчет показателей динамичности 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.

2.5.1 Построение тягово-скоростной характеристики автомобиля

Производительность автомобиля, характеризуемая средней скоростью, зависит от тягово-скоростных качеств. Эти качества определяются всеми действующими на автомобиль продольными силами, равновесие которых в случае равномерного движения по горизонтальной дороге может быть представлено в виде:

где РТ — сила тяги на колесах; Pf — сила сопротивления качению; Pw — сила сопротивления воздуха.

В развернутом виде это уравнение запишется в виде:

.

Это уравнение движения, называемое тяговым балансом, используется для оценки тягово-скоростных качеств автомобилей.

Тягово-скоростную характеристику строят по данным внешней скоростной характеристики двигателя, передаточным числам трансмиссии и другим параметрам автомобиля. Тяговый баланс автомобиля представляют в виде графика, на котором в системе координат Р=F (V) наносят силы тяги на колесах РТ на различных передачах и силы сопротивления движению Pf и Pw.

Тяговые усилия на колесах при различных включенных передачах находят по выражению:

где РТ[k, n] - тяговые усилия на ведущих колесах при различных передачах; Ме[n] - текущее значение крутящего момента; i[k] - передаточные числа КПП.

Скорость автомобиля при отсутствии буксования сцепления и ведущих колес находят по выражению:

где V[k, n] - скорость автомобиля при различных передачах, м/с; We [n] - текущее значение угловой скорости вращения КВ двигателя, с-1.

Таблица 2.3 — Результаты расчета показателей динамичности автомобиля

Тяговое усилие, подводимое к ведущим колесам автомобиля, расходуется на преодоление сопротивления качению и воздуха (в случае равномерного движения автомобиля по горизонтальной дороге). Сопротивление качению находится из выражения:

автомобиль скорость тяговый мощность

Сопротивление воздуха определяется по формуле:

где СХ — коэффициент лобового сопротивления; с — плотность воздуха; Fa — лобовая площадь автомобиля, м2; Va — скорость движения автомобиля, м/с.

2.5.2 Построение динамической характеристики автомобиля

Динамическая характеристика автомобиля — зависимость динамического фактора на различных передачах от скорости автомобиля. Динамический фактор это отношение разности тягового усилия на колесах и силы сопротивления воздуха к полному весу автомобиля:

где Ga — полный вес автомобиля, Н.

Угол подъема, который может преодолеть автомобиль при той или иной равномерной скорости и заданном коэффициенте сопротивления качению, находится по выражению:

где Dмах — максимальное значение динамического фактора на первой передаче; f — коэффициент сопротивления качению.

2.6 Определение параметров разгона автомобиля

2.6.1 Определение ускорений при разгоне

Ускорения на различных передачах рассчитываются по формуле:

где D[k, n] - динамический фактор автомобиля на различных передачах; д[k] - коэффициент учета вращающихся масс автомобиля при различных включенных передачах.

Коэффициент учета вращающихся масс автомобиля на различных передачах рассчитывается по выражению:

где i[k] - передаточное число включенной передачи.

2.6.2 Определение времени разгона автомобиля

Пользуясь дифференциальной зависимостью, находим, следовательно, время разгона автомобиля от скорости V1 до V2:

где V1 — начальная скорость, м/с; V2 — конечная скорость, м/с; (1/ja) — величина обратного ускорения для данного шага.

Этот интеграл решается графическим способом. Для решения интеграла необходимо иметь вспомогательный график величин, обратных ускорениям:

где n — количество интегралов.

Разбивая кривые обратных ускорений на n интервалов и считая, что в каждом интервале изменения скорости автомобиль разгоняется с постоянным ускорением (j), найдем время разгона автомобиля на каждом интервале:

.

Таблица 2.4 — Результаты расчета времени разгона

Тогда суммарное время разгона до контрольной скорости будет равно:

.

Таблица 2.5 — Результаты расчета времени разгона

По данным таблицы 2.5 строим зависимость времени разгона до контрольной скорости от скорости движения автомобиля (см. прил. рис.6).

2.6.3 Определение пути разгона

где t0 — время начала разгона; tn — время конца разгона; Дt — шаг интегрирования.

Путь разгона на каждом интервале:

.

Таблица 2.6 — Результаты расчета пути разгона

Тогда суммарный путь разгона автомобиля до контрольной скорости:

Таблица 2.7 — Результаты расчета пути разгона

По данным таблицы 2.7 строим зависимость пути разгона до контрольной скорости от скорости движения автомобиля (см. прил. рис.7).

2.7 Построение топливно-экономической характеристики автомобиля

Удельный расход топлива определяется по формуле:

где ge — удельный расход топлива при полной нагрузке на двигатель; Ки — коэффициент, учитывающий изменение расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя (зu).

Числовое значение этого коэффициента можно определить по выражению:

Текущее значение удельного расхода топлива при полной нагрузке на двигатель определяется по формуле:

где gmin — минимальный расход топлива, г/(кВт ч); ще — текущее значение угловой скорости вращения КВ, с-1; щ* - угловая скорость вращения КВ при максимальном крутящем моменте, с-1.

Расход топлива в литрах на 100 км пути рассчитывается по формуле:

где г — плотность топлива (гб=740 кг/м3).

Таблица 2.6 — Результаты расчета топливно-экономической характеристики

Заключение

В соответствии с заданием в курсовом проекте произведен выбор и обоснование исходных данных для тягового расчета легкового полноприводного автомобиля и по его результатам построены графики. После этого, используя результаты тягового расчета, была спроектирована карданная передача вид общий которой представлен на плакате ВлГУ. 1 900 603.06.4.01 ВО.

Библиографический список

1. Тяговый расчет автомобиля. 2-е изд. испр. и доп. /Владим. гос. ун-т; Сост.: Соцков Д. А. Тимофеева С.И. Владимир, 2002. 44 с.

2. Конструирование и расчет автомобиля. Часть 1. Трансмиссия: Метод, указания к курсовому проектированию по курсу «Автомобили» /Владим. гос. ун-т; Сост.: В. П. Фролов, В. А. Немков. Владимир, 1997. 32 с.

3. Лукин П. П и др. «Конструирование и расчет автомобиля», М: Машиностроение, 1984;376 сю, ил.

4. Осепчугов В. В. Фрумкин А.К. «Автомобиль' М, :Машиностроение, 1989.-304 с, ил.

5. Федоренко В. А., Шошин А. И. Справочник по машиностроительному черчению.— 14-е изд., перераб. и доп./Под ред. Г. Н. Поповой. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. — 416 с., ил.

6. Автомобиль: Основы конструкции: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» /Н.Н. Вишняков, В. К. Вахламов, А. Н Нарбут и др.— 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986. — 304 с.: ил.

Приложение 1

Графики тягового расчета Рис. 1. — Внешняя скоростная характеристика двигателя.

Рис. 2. — Зависимость силы тяги на колесах от скорости автомобиля.

Рис. 3. — Зависимость динамического фактора от скорости автомобиля.