1 Выбор основных параметров проектируемого легкового автомобиля и двигателя

1. Обзор автомобилей – прототипов

Таблица 1 - Характеристики прототипов, проектируемого типа автомобиля

Марка автомобиля (фирма-производитель, страна) Параметр	BMW 530d Германия	BMW 740d Германия	Opel (Omega) 2.5 TD Германия
1	2	3	4
Двигатель Тип Рабочий объем Vh ,л Максимальная мощность Pemax при частоте вращения вала nр, кВт(л.с)/об/мин Максимальный крутящий момент Memax при частоте вращения коленчатого вала nM, Нм/об/мин Удельная мощность Руд=Pemax/ma, кВт/т	дизель 2,9 135(184)/ 4000 390/1750 63,83	дизель 3,9 175(238)/ 4000 560/1750 70,14	дизель 2,5 96(131)/ 4500 250/2200 53,33
Трансмиссия Тип Привод Колесная формула Передаточные числа: коробки передач: u1 u2 u3 u 4 uв главной передачи	Механич. задний 4х2 5,24 2,91 1,81 1,27 1 2,35	Механич. задний 4х2 3,55 2,24 1,55 1 0,79 2,65	Механич. задний 4х2 3,58 2,02 1,35 1 0,81 3,45

Продолжение таблицы 1

Шины, типоразмер	225/65R15	235/60WR16	205/65R15
4. Габаритные размеры 4.1 Высота Нг, м 4.2 Ширина Вг, м 4.3 Колесная база L, м 4.4 Коэффициент обтекаемости Сх	1,430 1,800 2,830 -	1,430 1,860 2,930 -	1,450 1,785 2,730 -
5. Масса 5.1Полная mа, т 5.2Снаряженная mо, т 5.3 Сухая mc, т	2,115 1,575 -	2,495 1,960 -	2,120 1,550 -
6. Динамические характеристики Максимальная скорость Vamax, км/ч Время разгона tр, с 0-100км/ч, с	225 8	242 6,4	200 12
Расход топлива, л/100км При скорости 120км/ч; 90км/ч	9,8 5,7	14,6 7	10,9 6,1
Вместимость 8.1 Число мест для сидения n	5	5	5

1.2 Техническое задание

Таблица 2 – Данные технического задания на проектирование легкового автомобиля

Параметр	Значение
Двигатель 1.1 Тип 1.2 Рабочий объем, л 1.3 Коэффициент приспособляемости по частоте вращения, Кп 1.4 Коэффициент приспособляемости по моменту,KM	Дизельный 2,29 1,21
Трансмиссия: число передач, i	6
Масса 3.1 Сухая mc, т 3.2 Снаряжения mсн, т	1,417 0,142
Число мест для сидения n (включая водителя)	5
5. Максимальная скорость Vamax, км/ч	230

2. Параметры проектируемого автомобиля

1.3.1 Полная масса

m_a = m_c + m_сн + n (m_ч + m_б), (1)

где m_c = 1417 кг – сухая масса;

m_сн = 142 кг – масса снаряжения;

m_ч = 75 кг – масса человека;

m_б =10 кг – масса багажа водителя и пассажиров для легкового автомобиля;

n = 5 – число мест для сидения

m_a = 1417 + 142 + 5∙( 75+10) = 1984 кг

2. Габариты

Основываясь на данных автомобилей - прототипов, принимаем для проектируемого автомобиля:

- габаритную высоту Н_г = 1,43 м;

- габаритную ширину В_г = 1,80 м;

- колесную базу L = 2,83 м;

- коэффициент обтекаемости С_х = 0,24

Рассчитываем коэффициент сопротивления воздуха К_β и площадь лобового сопротивления S:

К_β = 0,5·С_х·ρ, (2)

где ρ=1,225 кг/м³ – плотность воздуха

К_β = 0,5 ∙ 0,24 ∙ 1,225 = 0,147 Н·с²/м⁴

S = α · В_г · Н_г, (3)

где α = 0,78…0,8 – коэффициент заполнения площади

Принимаем α = 0,78

S=0,79·1,8·1,43 =2,03 м²

2. Трансмиссия

Рисунок 1 – Упрощенная кинематическая схема трансмиссии

Рассчитаем КПД трансмиссии по формуле:

η_т=η_кп ·η^п_к.ш.·η_о , (4)

где η_кп = 0,97 – КПД коробки передач;

η_к.ш.= 0,995 – КПД карданных шарниров;

n = 2 – число карданных шарниров;

η_о = 0,97 – КПД главной передачи

η_т=0,97·0,995²·0,96=0,92

1.4 Параметры двигателя

Определим мощность двигателя P_eV, необходимую для движения автомобиля с максимальной скоростью:

, (5)

где = 230 км/ч - максимальная скорость автомобиля ;

= 0,92 - КПД трансмиссии ;

g = 9,81 м²/с – ускорение свободного падения ;

m_а = 1984 кг – полная масса автомобиля ;

= 0,025 коэффициент сопротивления дороги при движении автомобиля с максимальной скоростью

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания – зависимость эффективной мощности и крутящего момента двигателя Р_е и М_е от частоты вращения коленчатого вала n, приближенно может быть представлена зависимостью:

, (6)

где Р_е – текущая мощность ДВС, кВт;

Р_еmax – максимальная мощность ДВС, кВт;

a,b,c – коэффициенты зависящие от типа и конструкции ДВС;

n_е – текущая частота вращения коленчатого вала ДВС, об/мин;

n_р – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС, об/мин

Основываясь на данных по ДВС автомобилей - прототипов, принимаем для ДВС проектируемого автомобиля:

n_еmin = 750 об/мин – минимальную устойчивую частоту вращения коленчатого вала;

n_р = 4000 об/мин – частоту вращения коленчатого вала при максимальной мощности, развиваемой ДВС;

n_m = 1750 об/мин – частоту вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, развиваемой ДВС;

Максимальная частота вращения коленчатого вала для дизельного двигателя:

n_emax = n_p (7)

n_emax = 4000 об/мин

Принятые и рассчитанные значения характеристик частот вращения коленчатого вала заносим в таблицу 3.

Таблица 3 – Характерные частоты вращения коленчатого вала ДВС проектируемого автомобиля

Частота ДВС	обозначение	Величина, об/мин
Минимальная устойчивая	nemin	750
При максимальном крутящем моменте Меmax	nM	1750
При максимальной мощности Реmax	np	4000
максимальная	nemax	4000

Определим коэффициенты a, b и с входящие в формулу (6):

Если коэффициенты a, b и c определены правильно, то должны выполняться следующие условия:

1) с < 0,

-0,66<0;

2) a + b + c = 1,

1,08 + 0,578 + (-0,66) = 1;

3) b + 2c / К_п = 0,

0,578+2·(-0,66) / 2,29 = 0;

4) a + b/К_n + с/К_n² = К_М,

1,08 + 0,578/2,29 + (-0,66)/2,29² = 1,21;

Рассчитанные и проверенные коэффициенты a, b и c заносим в таблицу 4

Таблица 4 – Коэффициенты для построения ВСХ

a	1,08
b	0,578
c	-0,66

Из формулы (6) выразим максимальную мощность P_emax , развиваемую ДВС:

Для дизельного ДВС максимальная мощность P_emax равна мощности при максимальной скорости P_eV , т.к. n_emax = n_p:

;

= 138,39 кВт

Рассчитаем удельную мощность Р_уд. Для проектируемого автомобиля:

Р_уд.= Р_emax/m_a, (9)

Р_уд.=138,39/1,984 = 69,75 кВт/т

Крутящий момент М_р при максимальной мощности Р_emax:

М_р = 9550·Р_emax/n_р, (10)

М_р = 9550·138,39/4000 = 330,4 Н∙м

Тогда максимальный крутящий момент М_emax равен:

М_emax = М_р·К_М, (11)

М_emax = 330,4·1,21 = 399,34 Н∙м

Рассчитанные показатели мощности ДВС Р_emax, крутящего момента M_emax и удельной мощности Р_уд заносим в таблицу 5 и сравниваем с показателями ДВС автомобилей-прототипов.

Таблица 5 – Основные показатели ДВС проектируемого автомобиля и автомобилей-прототипов

	Рemax кВт/об/мин	Мemax Н∙м/об/мин	Руд. кВт/т
Проектируемый автомобиль	138,39/4000	399,34/1750	69,75
Автомобиль-прототип	135/4000	390/1750	63,83

Значение Р_уд. проектируемого автомобиля лежит заданных в пределах для легковых автомобилей (17…90 кВт/т).