ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Целью курсового проекта является закрепление знаний, по­лученных студентами при изучении ряда профилирующих дисциплин. Студенты выполняют проект самостоятельно, используя как учеб­ники и учебные пособия, так и справочники, ГОСТы, ОСТы, ОН, СТП, а также другие материалы, рекомендуемые руководителем.

В ходе проектирования решают задачи:

а) изыскания оптимальных путей и приемов усовершенствования конструкции узлов и деталей автотранспортного средства;

б) обоснованного выбора конструкционных и эксплуатационных материалов, технологии изготовления, условий сборки и ре­гулировки узлов и агрегатов;

в) критической оценки полученных данных при их сопостав­лении с результатами других работ.

Содержание курсового проекта

Проект должен содержать: расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автотранспортного средства (АТС) и конструктивную разработку одного из его агрегатов.

Пояснительная записка должна содержать следующие разделы: введение, технико – экономическое обоснование проекта, расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств АТС, подроб­ное описание конструкции разрабатываемого агрегата и его рабо­ты, расчет основных деталей агрегата с обязательным приведением расчетных схем, эпюр нагрузок и напряжений, результаты па­тентного поиска, перечень использованной литературы, оглавление.

В расчет тягово-скоростных и топливно-экономических свойств входят следующие вопросы:

а) выбор исходных данных для расчета;

б) определение внешней скоростной характеристики двигате­ля;

в) подбор передаточных чисел трансмиссии;

г) расчеты тягового усилия на ведущих колесах, динамическо­го фактора, ускорений, времени и пути разгона АТС;

д) расчет топливно-экономической характеристики АТС.

При описании конструкции разрабатываемого агрегата необходимо ссылаться на его кинематическую, конструктивную схемы и сборочный чертеж.

Расчет основных деталей агрегата производят на прочность, жесткость и долговечность. Необходимо указать марку материала для каждой рассчитываемой детали и привести показатели, характеризующие ее механические свойства и принятые режимы термообработки.

Объем графической части проекта - 4...5 листов формата AI.

На первом листе представляют результаты расчета тягово-скоростных и топливно-экономических свойств АТС: внешнюю скоростную характеристику двигателя, динамическую характеристику АТС, график ускорений, график времени и пути разгона, результирующий график времени и пути разгона АТС, топливно-экономическую характеристику АТС.

На втором третьем листе выполняют кинематическую схему разрабатываемого агрегата и рабочие чертежи четырёх основных рассчитываемых деталей.

На четвертом листе дают сборочный чертеж (два вида) разрабатываемого агрегата.

Оформление курсового проекта

Чертежи агрегата и деталей выполняют карандашом на листах ватмана в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации (ЕСКД), графики - карандашом или тушью на миллиметровой бумаге. На кривых графиков необходимо четко выделять расчетные точки.

В схемах, поясняющих работу разрабатываемой конструкции (направления силовых потоков, действующих нагрузок и т.д.), допускается применение цветных карандашей. Наименование каждого листа производят в стандартном штампе, помещенном в правом нижнем углу (см. СТП).

Каждый график первого листа необходимо сопровождать краткой пояснительной надписью. Все надписи должны быть выполнены чертёжным шрифтом. На осях координат нужно проставлять размерности величин. Шкалы на графиках должны иметь деления, соответствующие "круглым" значениям величин - 5, 10 и т.д.

В пояснительной записке номер рисунка (например, рис.1)

и название его проставляют под рисунком. Ссылки на таблицы в тексте дают сокращенно, например "табл.1", а сверху справа над таблицей пишут полностью "таблица I",

Выбор задания на курсовой проект

Основные данные дня выбора задания на курсовой проект приведены в табл.1-3. По двум последним цифрам шифра (табл.1 или 2) выбирают максимальную скорость и полезную нагрузку АТС (число мест или массу полезной нагрузки), а по третьей от кон­ца цифре шифра (табл.3) - разрабатываемый агрегат. Если третья от конца цифра - 9, то в зависимости от типа АТС и величины массы его полезной нагрузки выбирают или автоматическое оцеп­ление, или гидромеханическую коробку передач.

Таблица I

Две последние цифры шрифта	Максимальная скорость АТС, км/ч	Число мест		Две последние цифры шрифта	Максимальная скорость АТС, км/ч	Число мест
03	140	4		25	105	25
04	120	5		26	100	30
05	130	5		27	80	32
06	140	5		28	90	32
07	150	5		29	80	42
08	160	5		30	85	48
09	140	6		31	80	50
10	150	6		32	85	54
11	160	6		33	70	60
12	175	6		34	80	60
13	165	6		35	80	64
14	150	7		36	75	70
15	160	7		37	85	70
16	170	7		38	75	80
17	180	7		39	85	80
18	190	7		40	70	90
19	90	8		41	70	100
20	110	8		42	80	100
21	165	8		43	90	100
22	200	8		44	90	110
23	110	10		45	70	120
24	110	20		46	80	120

Таблица 2.

Две последние шифры шрифта	Максимальная Скорость АТС, км/ч	Масса полезной нагрузки, кг		Две последние цифры шрифта	Максимальная скорость АТС, км/ч	Масса полезной нагрузки кг
48	80	1000		74	70	7000
49	90	1000		75	80	7000
50	85	1500		76	90	7000
51	95	1500		77	70	7500
52	70	2000		78	80	7500
53	80	2000		79	70	8000
54	90	2000		80	80	8000
55	70	2500		81	90	8000
56	80	2500		82	70	8500
57	90	2500		83	70	9000
58	90	3000		84	80	9000
59	85	3500		85	60	10000
60	70	4000		86	70	10000
61	80	4000		87	85	10000
62	90	4000		88	65	12000
63	70	4500		89	85	12000
64	80	4500		90	80	14000
65	90	4500		91	70	16000
66	75	5000		92	80	16000
67	85	5000		93	60	18000
68	70	5500		94	80	18000
69	80	5500		95	75	20000
70	90	5500		96	55	27000
71	70	6000		97	43	40000
72	80	6000		98	55	40000
73	90	6000		99	70	40000

Таблица 3

Третья от конца цифра шрифта	Наименование разрабатываемого агрегата
0	Сцепление
1	Коробка передач
2	Раздаточная коробка
3	Карданная передача
4	Ведущий мост
5	Ведущий и управляемый мосты
6	Управляемый мост и подвеска
7	Рулевое управление
8	Тормозная система
9	Автоматическое сцепление или гидромеханическая коробка передач

Тяговый расчет атс

Выбор исходных данных

Задачей тягового расчета является определение основных параметров АТС, обеспечивающих ему заданные тяговые или динамические свойства. При выполнении тягового расчета должны быть определены:

- внешняя скоростная характеристика двигателя;

- передаточные числа трансмиссии (и );

- динамическая характеристика АТС;

- ускорения, время и путь разгона АТС;

В техническом задании на проведение тягового расчета обычно задают:

- максимальную скорость на горизонтальном участке дороги ;

- грузоподъёмность или число мест, т.е. полезную нагрузку

АТС - , где - масса полезной нагрузки.

По техническим характеристикам прототипа после соответствующей корректировки выбирают  1, 2, 3 :

- максимальный подъём, преодолеваемый АТС на прямой передаче,

(или );

- максимальный подъём, преодолеваемый АТС на первой передаче,

(или );

- радиус ведущих колес ;

- фактор обтекаемости ;

- механический КПД трансмиссии .

М а к с и м а л ь н а я с к о р о с т ь соответствует движению АТС по горизонтальной дороге с коэффициентом сопротивления качению f = 0.02 … 0,04 . Меньшие значения f относят к легковым автомобилям, а большие – к грузовым. При движении с максимальной скоростью грузовой автомобиль должен иметь некоторый запас мощности, достаточный для преодоления сопротивления дороги, имеющей f = 0,03 … 0,04. При , превышающей 60 … 80 км/ч , коэффициент сопротивления качению следует корректировать, пользуясь табл.4 или формулой

(1)

где – коэффициент сопротивления качению при движении со скоростью , меньшей 60 … 80 км/ч (см. табл. 4 ).

Таблица 4

Тип и состояние дороги		f
С асфальтобетонным и цементо – бетонным покрытием в отличном состоянии в удовлетворительном состоянии Булыжная мостовая С гравийным покрытием Грунтовая дорога: сухая укатанная после дождя Песок Снег укатанный	0,012 0,018 0,030 0,040 - - - -	0,012 … 0,018 0,018 … 0,020 0,030 … 0,040 0,040 … 0,070 0,030 … 0,050 0,050 … 0,150 0,100 … 0,300 0,070 … 0,100

М а к с и м а л ь н ы й п о д ъ ё м , преодолеваемый АТС на прямой передаче, характеризует его способность двигаться в различных дорожных условиях без переключения на низшую передачу. Зная , можно определить значение коэффициента суммарного сопротивления дороги: . Обычно этот показатель условно относят к хорошей дороге

f = 0.02 … 0,04 .

М а к с и м а л ь н ы й п о д ъ ё м , который АТС должно преодолевать на первой передаче , определяет максимальный коэффициент суммарного сопротивления дороги.

П о г р у з о п о д ъ ё м н о с т и рассчитывают собственную силу тяжести АТС, а затем его полную , Н. Для этого задаются коэффициентом использования массы

(2)

где - собственная масса АТС, кг.

Величины коэффициента использования массы колеблются в следующих пределах :

- грузовые автомобили 0,8 … 1,4;

- автобусы 0,4 … 0,8 ;

- легковые автомобили 0,2 … 0,6;

Силу тяжести АТС рассчитывают по выражениям:

- для легкового автомобиля

; (3)

- для городского автобуса

; (4)

- для междугородного автобуса

; (5)

- для грузового автомобиля

. (6)

где n – число мест для проезда сидя;

– число мест для проезда стоя;

Р а д и у с к о л е с а (м) выбирают в зависимости от наибольшей нагрузки на колесо, которая определяется положением центра тяжести. Если неизвестны координаты центра тяжести в продольной плоскости АТС, то их можно определить из технической характеристики прототипа  1, 2, 3  по статистическим нагрузкам в процентах, приходящимся на переднюю и заднюю оси. Зная эти величины, по рассчитанной ранее силе тяжести , определяют вначале и , Н, а затем координаты центра тяжести а и в , м, предварительно задавшись базой АТС :

; (7)

(8)

По наибольшей нагрузке с помощью табл. 1, 5, 6 выбирают шину и находят радиус её в свободном состоянии. Затем, задавшись коэффициентом деформации шины (табл. 5), рассчитывают радиус колеса:

(9)

Таблица 5

Тип шины	Коэффициент деформации шины 
Шины низкого давления (до 0,5 МПа) Шины высокого давления (свыше 0,5 МПа) Полумассивные	0,930 … 0,935 0,945 … 0,950 0,96 … 0,980

Ф а к т о р о б т е к а е м о с т и характеризует аэродинамические свойства АТС. Его берут из технической характеристики прототипа с небольшой корректировкой (табл. 6) и из 4, 5.

Таблица 6.

АТС	H	F	H
Легковые : с закрытым кузовом с открытым кузовом Грузовые Автобусы с кузовом вагонного типа Гоночные	0,20 … 0,35 0,40 … 0,50 0,60 … 0,70 0,24 … 0,40 0,13 … 0,15	1,6 … 2,8 1,5 … 2,0 3,0 … 5,0 4,5 … 6,5 1,0 … 1,3	0,3 … 1,0 0,6 … 1,0 1,8 … 3,5 1,1 … 2,6 0,13 … 0,20

М е х а н и ч е с к и й К П Д характеризует потери мощности в трансмиссии. Его принимают таким же, как у АТС , близкого по классу и назначению к проектируемому (табл. 7).

Таблица 7

АТС
Гоночные и спортивные Легковые Грузовые и автобусы Высокой проходимости	0,90 … 0,95 0,88 … 0,92 0,80 … 0,90 0,70 … 0,85

Определение внешней скоростной

характеристики двигателя

Имея исходные данные, можно построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, обеспечивающую автомобилю заданные тяговые свойства при движении на прямой передаче.

Существует два принципиально различных метода определения внешней скоростной характеристики двигателя при проведении тягового расчета АТС. Первый метод разработан академиком Е.А. Чудаковым 6, второй предложен д. т. н. , профессором Г.В. Зимелевым 5. Метод Е.А. Чудакова, скорректированный нами в соответствии с практикой современного автомобилестроения, рекомендуется для расчета внешней скоростной характеристики грузовых автомобилей средней и большой грузоподъёмности и автобусов большой вместительности, а метод Г.В. Зимелева – для легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъёмности.

Сущность первого метода заключается в том, что вначале выбирают кривую динамической характеристики АТС на прямой передаче (рис.1). Здесь - максимальная скорость АТС, которая задаётся при условиях, оговоренных выше; – максимальный динамический фактор на прямой передаче ; - критическая скорость на прямой передаче, соответствующая ; – динамический фактор АТС на прямой передаче, соответствующий его минимальной устойчивой скорости ; - динамический фактор АТС, соответствующий его максимальной скорости. Так как максимальная скорость дана для горизонтальной дороги, то  = 0, и коэффициент суммарного сопротивления дороги  равен коэффициенту сопротивления качению f , и следовательно, .

Имея кривую динамической характеристики на прямой передаче, можно получить данные, необходимые для построения внешней скоростной характеристики двигателя (рис.2), представляющей зависимость эффективных мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала при полном открытии дроссельной заслонки или полной подаче топлива. Динамический фактор вычисляют по формуле

, (10)

где – тяговое усилие на ведущих колёсах;

– cила сопротивления воздуха движению АТС.

Тяговое усилие на ведущих колёсах, Н,

, (11)

где – эффективный крутящий момент двигателя, Нм;

, – соответственно передаточные числа коробки передач и главной передачи;

– механический КПД трансмиссии;

– радиус колеса, м.

Сила сопротивления воздуха, Н,

, (12)

где – коэффициент обтекаемости (табл.6);

F – Лобовая площадь АТС, (табл.6);

– скорость АТС, км/ч.

Существует и несколько иной подход к расчетному определению силы - сопротивления воздуха, заимствованный из аэродинамики.

Лобовую площадь можно определить по формуле

F = BH, (13)

где B – колея АТС;

Н – наибольшая высота, м.

Решая (10) относительно , получим

, (14)

Мощность на ведущих колёсах, кВт, вычисляют по выражению

, (15)

Взяв для различных значений скорости АТС величины D (рис.1) и подставив соответствующие значения , вычисленные по (12), рассчитывают эффективную мощность двигателя

, (16)

где силы измеряют в Н, а скорость – в км/ч.

Полученная зависимость эффективной мощности от скорости АТС (рис.2) может быть перестроена в зависимость эффективной мощности от частоты вращения коленчатого вала. Для этого необходимо задаться коэффициентом оборотности.

Коэффициент оборотности представляет собой отношение частоты вращения к скорости автомобиля при движении на прямой передаче:

. (17)

Величины коэффициента оборотности для различных типов АТС приведены в табл.8.

Полученную зависимость эффективной мощности от (рис.2) корректируют с помощью одной из эмпирических формул, например, формулы С.Р. Лейдермана:

, (18)

где – частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая максимальной мощности;

, – коэффициенты , зависящие от способа смесеобразования в двигателе (табл.9)

Таблица 8

Тип АТС
С карбюраторным двигателем С дизельным двигателем Особо большой грузоподъёмности с дизельным двигателем КамАЗ	0.86 … 0,96 0,88 … 0,99 0,88 … 0,99 0,88 … 0,99	0.44 … 0.71 0,70 … 0,75 0,70 … 0,75 0,58	0,20 … 0,23 0,43 … 0,52 0,43 … 0,52 0,38	36 … 45 35 … 43 60 … 67 23

Таблица 9

Тип двигателя
Карбюраторный Дизель с неразделенной камерой сгорания Дизель с предкамерой Дизель с вихревой камерой	1,0 0,5 0,6 0,7	1,0 1,5 1,4 1,3

Для этого из полученной зависимости (рис.2) берут значения и , а затем , задавшись коэффициентами и по (18) вычисляют величины эффективной мощности , уточнённой внешней скоростной характеристики двигателя.

Далее рассчитывают значения эффективного крутящего момента:

, Нм. (19)

Рис.1 динамическая характеристика

Для построения кривой динамической характеристики (см.рис.1) недостаточно задаться тремя её характерными точками, соответствующими скоростям , и . Значение динамического фактора при равно коэффициенту сопротивления качению f ,так как даётся для горизонтальной дороги, т.е. = f = 0.02 … 0.04 . меньшие значения f берут для легковых АТС , большие – для грузовых, рассчитывают по максимальному подъёму , преодолеваемому АТС на прямой передаче: .

Остальные величины динамической характеристики (, , ) вычисляют, пользуясь данными табл.8

При определении внешней скоростной характеристики двигателя по методу Г.В. Зимелева 5 , вначале рассчитывают мощность двигателя , необходимую для движения автомобиля с заданной максимальной скоростью . Для этого в выражение (16) вместо текущего значения скорости вводят максимальную скорость , а вместо D подставляют f , так как при  =0 ,  = f = D. Тогда получим

(20)

где f – коэффициент сопротивления качению.

При расчёте по (12) вместо подставляют . Величину откладывают на графике (рис.2). таким образом, мы имеем одну точку внешней скоростной характеристики двигателя с координатами , . Чтобы построить всю характеристику, воспользуемся формулой (18), предварительно задавшись коэффициентом оборотности (табл.8), который для легковых АТС колеблется в пределах 30 … 40 , и коэффициентами и . Перестроив шкалу скоростей в шкалу частот вращения коленчатого

вала (рис.2) и подставив в (18) вместо текущих значений и известные величины и (рис.2), рассчитываем максимальную мощность двигателя

. (21)

Отношения колеблются в следующих пределах: 1,10 … 1,25 – для карбюраторных двигателей без ограничения максимальных оборотов; 0,80 … 1,15 – для карбюраторных двигателей с ограничителем и 0,9 … 1,0 – для дизелей. Зная максимальную мощность двигателя и частоту враще-

Рис.2. Внешняя скоростная характеристика

ния коленчатого вала , определенную из отношения, можно по формуле (18) рассчитать всю внешнюю скоростную характеристику двигателя (рис. 2). Полученная характеристика не учитывает необходимости преодоления на прямой передаче заданного максимального подъема . Поэтому надо выяснить, сможет ли АТС, двигаясь на прямой передаче, преодолеть . Для этого по формуле (16) строят зависимость мощности двигателя от скорости, подставив вместо D величину суммарного сопротивления движению . Тогда получим

(22)

Эта кривая должна пересечься с кривой мощности двигателя или в крайнем случае касаться ее. Точка пересечения или касания дает максимальную скорость АТС и частоту вращения коленчатого вала , при которых преодолевается на прямой передаче заданный максимальный подъем (см. рис. 2). В противном случае АТС, двигаясь на прямой передаче, не сможет преодолеть заданный максимальный подъем . Чтобы оно могло преодолеть , необходимо увеличить мощность двигателя.

После получения требуемой внешней скоростной характерис­тики двигателя, обеспечивающей заданные тяговые свойства АТС на прямой передаче, приступают к выбору двигателя из числа существующих так, чтобы характеристика его наиболее близко подходила к требуемой. Выбрав двигатель, определяют, будет ли новая характеристика его обеспечивать АТС заданные тяговые свойства. Если ни одна из характеристик существующих двигате­лей не соответствует требуемой, то приступают к проектированию нового двигателя.

Расчет передаточных чисел трансмиссии

Вначале рассчитывают передаточное число главной передачи:

- для легковых автомобилей

; (23)

- для гоночных автомобилей

; (24)

- для грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями

; (25)

- при установке на АТС дизеля

; (26)

Подбор передаточных чисел коробки передач начинают с рас­чета передаточного числа первой передачи. Оно должно бить таким, чтобы АТС, двигаясь на первой передаче, могло преодолеть максимальный заданный подъем . Поэтому исходное условие для расчета передаточного числа, первой передачи запишем так:

, (27)

где - максимальное тяговое усилие на первом передаче;

- максимальная сила суммарного сопротивления дороги. Пренебрегая сопротивлением воздуха , получим

(28)

или

. (29)

Вычислив передаточное число первой передачи (29), прове­ряет, не будут ли ведущие колеса буксовать, что возможно, ес­ли тяговое усилие на них окажется больше силы сцепления с дорогой. Для АТС с задними ведущими колесами условие отсутствия буксования выражается следующим образом:

, (30)

где - нормальная реакция дороги на задние ведущие колеса;

- коэффициент сцепления шин ведущих колес с дорогой. Ho можно вычислить из выражения

, (31)

где a - расстояние центра тяжести АТС от оси передних ко­лес;

L - база АТС;

- высота центра тяжести.

Примечание. В настоящее время для обозначения реакций применяют

символ R . В данной работе нормаль­ные реакции обозначен символом Z , так как такие же обозначения приняты в литературных источниках, на которые производятся ссылки в тексте.

Подставив значение из (31) в формулу (30) при и решив последнюю относительно , получим

(32)

Для большей надежности результатов проверки на отсутствие буксования ведущих колес на сухой дороге с твердым покрытием берут некоторые средние значения коэффициента сцепления =0,5...0,6. Для АТС со всеми ведущими колесами в неравенстве (30) вместо , подставляют , где - нормальная реакция дороги на передние ведущие колеса.

После определения передаточного числа первой передачи переходят к подбору передаточных чисел на промежуточных передачах. При этом в первую очередь задаются числом передач. С точки зрения получения хорошей динамичности желательно иметь возможно большее число передач, т.е. бесступенчатую коробку. Однако при ручном переключении передач с увеличением их числа значительно усложняется управление автомобилем. Поэтому практика автомобилестроения выработала для каждого типа автомобиля наивыгоднейшее с этой точки зрения число передач. У легковых автомобилей коробки имеют обычно три или четыре передачи, а у грузовых - четыре или пять.

Для расчета передаточных чисел на промежуточных передачах используют неравенство [4]

(33)

Для трехступенчатой коробки передач, (третья передача является прямой - ) из (33) получим неравенство

, (34)

Откуда

(35)

Для четырехступенчатой коробки

; . (36)

Решая неравенства, имеем

, (37)

, (38)

Для пятиступенчатой коробки, имеющей четвёртую прямую, а пятую ускоряющую передачи, передаточные числа и рассчитывают по формулам (37) и (38).

Если у пятиступенчатой коробки передач прямой передачей является пятая, то , и из (33) получим условия

; ; . (39)

Из этих условий

, (40)

, (41)

, (42)

Передаточные числа, рассчитанные по этому методу, являются ориентировочными и при конструировании коробки передач могут быть изменены. При этом важно, чтобы выполнялось неравенство (33), т.е. передаточные числа на высших передачах должны быть сближены.

Если в коробку передач вводится ускоряющая передача, служащая не для разгона, а для движения по хорошей дороге с высокой топливной экономичностью, то передаточное число этой передачи выбирают в пределах 0,65 … 0,80.

Определение основных показателей динамичности АТС

Рассчитав передаточные числа трансмиссии, приступают к вычислению показателей динамичности АТС: динамического фактора, ускорения, времени и пути разгона в зависимости от скорости.

Динамический фактор рассчитывают по формуле (10) для всех передач.

Ускорения АТС вычисляют из выражения

; (43)

где - коэффициент учета вращающихся масс автомобиля, рассчитываемый по приближённой формуле 4,

. (44)

Время и путь разгона определяют графо – аналитическим методом 5, 7 и наносят на графики в зависимости от скорости.

Скорость АТС, км/ч, рассчитывают по формуле

. (45)