Выбор основных параметров двигателя и трансмиссии автомобиля
1.1 Описание автомобиля-прототипа
ВАЗ-21099 «Спутник» (неоф. название «Девяносто девятая») — советский и российский переднеприводныйавтомобиль II группы малого класса с кузовом типа седан. Представляет собой наиболее полноразмерную модель в семействе Лада «Спутник».
Машина была подготовлена к конвейерному выпуску в марте 1990 года, но начало производства было отложено в связи с задержкой в поставках комплектующих от предприятий-смежников.
Серийно выпускался на заводе АвтоВАЗ с 22 декабря 1990 года по 30 июня 2004 года.
До конца 2011 года собирался на Украине на заводе «ЗАЗ» из российских машинокомплектов с оформлением салона, как у, ВАЗ-2115. На экспорт ВАЗ-21099 шёл под названиями Lada Forma, Lada Sagona, Lada Diva, Lada Sable, Lada Samara Saloon.
От остальных моделей семейства «Самара» ВАЗ-21099 изначально отличала передняя часть кузова с длинными крыльями, без пластикового «клюва» спереди и более длинным капотом, новая решётка радиатора, панель приборов стала серого цвета, в отличие от коричневых панелей на других «Самарах». Впоследствии эти нововведения были перенесены на все семейство «Самара» ради унификации моделей.
С момента начала производства в разные годы выпускались модификации с карбюраторными и впрысковыми двигателями рабочим объёмом 1,3 л (ВАЗ-210993) и 1,5 л (ВАЗ-210990).
В модельном ряду ОАО «АВТОВАЗ»представлены модификации ВАЗ-21099 с карбюраторным и впрысковым двигателями 210992 (ВАЗ-21099i).
Также выпускалась версия с постоянным полным приводом (Лада-Виктори), но из-за низких продаж выпуск прекратили.
А модель с турбированным 8-ми клапанным двигателем (Lada Sport) производилась только по индивидуальному заказу.
Технические характеристика автомобиля-прототипа (ВАЗ 2107):
|
Объем двигателя, куб.см |
1498 |
|
|
Мощность |
71,5 л.с. |
|
|
Система подачи топлива |
карбюратор |
|
|
Тип КПП |
механика 5 ступени |
|
|
Разгон до 100 км/ч |
13,5 |
|
|
Максимальная скорость, км/ч |
154 |
|
|
Расход топлива, л на 100 км |
5,9 |
|
|
Тип привода |
передний |
|
Легковой автомобиль-аналог — автомобиль среднего класса;
- Полная масса автомобиля -1395 кг;
- Снаряженная масса — 970 кг;
- Максимальная скорость движения — 154 км/ч;
- Максимальное сопротивление дороги — 0,28;
- Коэффициент сопротивления качению — 0,012;
- Коэффициент качения — 0,011;
- Коэффициент сопротивления воздуха — 0,2;
- Коэффициент сцепления — 0,9;
- Коэффициент обтекаемости — 0,20;
- КПД трансмиссии — 0,9;
- Масса, приходящаяся на ведущую ось — 700 кг;
- Лобовая площадь сопротивления — 1,8 ;
- Продольная база — 2,5 м;
- Номинальная частота вращения коленвала двигателя — 5000 об/мин;
- Максимальная частота вращения коленвала двигателя — 5600 об/мин;
- Радиус качения колеса — 0,317;
- Длина — 4,115;
- ширина — 1,620;
- высота — 1,443.
|
, об/мин |
800 |
1600 |
2400 |
3200 |
4000 |
4800 |
5000 |
5600 |
|
|
, |
83,73 |
167,47 |
251,20 |
334,93 |
418,67 |
502,40 |
523,33 |
586,13 |
|
|
N, кВт |
8,437 |
12,487 |
18,094 |
28,067 |
37,414 |
45,241 |
50,606 |
52,6 |
|
|
M, Нм |
100,71 |
108,00 |
111,68 |
111,65 |
108,01 |
100,68 |
89,702 |
86,645 |
|
1. Возможности преодоления автомобилем заданного максимального дорожного сопротивления:
2. Возможности полной реализации сцепной массы автомобиля:
- где ц — коэффициент сцепления;
- сцепной вес автомобиля, равный весу, приходящемуся на ведущие колеса автомобиля.
Сцепной вес автомобиля можно определить по формуле:
где коэффициент сцепного веса автомобиля.
3. Обеспечение минимально устойчивой скорости движения в заданных дорожных условиях:
Передаточные числа промежуточных ступеней могут быть рассчитаны по геометрической прогрессии или гармоническому ряду.
Определение передаточных чисел промежуточных ступеней коробки передач по геометрической прогрессии производится по формуле:
- где m — номер ступени коробки передач;
- n — число ступеней коробки передач за исключением передачи заднего хода.
При корректировке передаточных чисел коробки передач должны соблюдаться следующие рекомендации:
2. Анализ конструкций заданного механизма трансмиссии
На проектируемый автомобиль выбираем постоянно замкнутое сухое фрикционное сцепление с центрально расположенной диафрагменной пружиной.
Выбор размеров сцепления производим из условия передачи максимального крутящего момента двигателя, который получен в предыдущем разделе расчетным путем и составил с учетом коэффициента запаса сцепления.
3. Расчет сцепления
3.1 Определение основных параметров сцепления
Выбор размеров сцепления производится из условия передачи максимального крутящего момента двигателя посредством трения с некоторым запасом.
Статический момент трения сцепления определяют по формуле:
- где — статический момент трения сцепления, Нм;
- максимальный крутящий момент двигателя, Нм;
- коэффициент запаса сцепления.
Средний радиус дисков определяют по формуле:
- где — средний радиус дисков, м;
- соответственно, наружный и внутренний радиус фрикционных накладок, м.
Наружный радиус дисков предварительно можно определить по формуле:
- где- наружный радиус дисков, м;
- максимальный крутящий момент двигателя, Нм;
- А=4,7 — коэффициент.
При этом внутренний радиус фрикционных накладок:
Таким образом, расчетные наружный и внутренний диаметры дисков будут, соответственно:
Рассчитанные величины необходимо привести в соответствие с требованиями ГОСТ 12238-76, поэтому выбираем стандартные размеры фрикционных накладок:
- D=180 мм; d=100 мм.
При этом средний радиус дисков будет:
3.2 Определение параметров нагруженности сцепления
Определяем нажимное усилие пружин по формуле:
- где- нажимное усилие пружин, Н;
- статический момент трения сцепления;
- расчетный коэффициент трения;
- i=2 — число пар трения;
- средний радиус дисков, м.
Давление на фрикционные накладки рассчитывают по формуле:
Допустимые давления на фрикционные накладки, как правило, составляют [] = 0,15-0,25 МПа.
Удельную работу буксования сцепления рассчитывают по формуле:
- где — удельная работа буксования сцепления, Дж/;
- работа буксования, Дж;
- F — площадь поверхности одной стороны фрикционной накладки, м2.
Работу буксования определяют по формуле:
- где — момент инерции приведенного к коленчатому валу двигателя маховика, заменяющего поступательно движущуюся массу автомобиля, кгм2;
- угловая скорость коленчатого вала, рад/с;
- момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к коленчатому валу двигателя, Нм.
Момент инерции приведенного к коленчатому валу двигателя маховика можно определить по формуле:
- где — масса автомобиля, кг;
- радиус качения колеса, м;
- передаточное число главной передачи;
- передаточное число первой передачи коробки передач;
- передаточное число раздаточной коробки.
Угловая скорость коленчатого вала двигателя для автомобилей с бензиновым двигателем определяют по формуле:
- где — угловая скорость коленчатого вала двигателя, рад/с;
- угловая скорость при максимальном крутящем моменте, рад/с.
Момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к коленчатому валу двигателя, рассчитывают при допущении равенства радиусов качения всех колес автомобиля по формуле:
Нагрев ведущего диска при одном трогании с места рассчитывают по формуле:
- где — нагрев ведущего диска, °С;
- доля теплоты, поглощаемая диском;
- масса нажимного диска, кг;
- удельная теплоемкость материала диска, Дж/(кг•град ).
Допустимый нагрев составляет .
Следовательно, условие выполняется:
Радиальные размеры дисков выбираются, исходя из размеров фрикционных накладок. Толщина дисков предварительно принимается в зависимости от наружного диаметра накладок и затем уточняется по результатам теплового расчета сцепления:
где — толщина диска, м.
Определив геометрические размеры нажимного диска, можно определить его массу:
- где D и d — соответственно, наружный и внутренний диаметр нажимного диска;
- p = 7000 кг/м3 — плотность материала диска.
4.
Расчет коробки передач
4.1 Определение основных параметров коробки передач
После выбора схемы коробки передач определяют ее основные размеры. В первую очередь оценивается межосевое расстояние. Межосевое расстояние приближенно можно определить по формуле:
- где А — межосевое расстояние, мм;
- максимальный крутящий момент двигателя, Нм;
- a=14,5 — коэффициент.
Нормальный модуль определяют по формуле:
- где — нормальный модуль, м;
- диаметр начальной окружности, м;
- z=32 — число зубьев зубчатого колеса.
Торцевой модуль рассчитывают по формуле:
- где — торцевой модуль, м;
- в — угол наклона спирали зубьев, град.
Угол наклона спирали зубьев [7]:
- для зубчатых колес двухвальных коробок передач — в = 20-25°;
- для зубчатых колес трехвальных коробок передач- в = 22-34°.
Рабочую ширину венцов зубчатых колес коробки передач можно определить из соотношения:
двигатель трансмиссия скоростной колесо
5. Расчет привода колес
5.1 Расчет привода колеса с шарнирами равных угловых скоростей
При расчете привода колес с шарнирами равных угловых скоростей определяются параметры привода, ШРУСа, и ступичных подшипников .
5.1.1 Расчет привода колеса
Максимальную частоту вращения карданного вала, соответствующую максимальной скорости автомобиля, рассчитывают по формуле:
- где — максимальная частота вращения привода вала, об/мин;
- частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности, об/мин;
- передаточное число высшей ступени коробки передач;
- k = 1,2 — коэффициент.
Расчетный крутящий момент на карданном валу определяют по формуле:
- где — расчетный момент на приводном валу, Н·м;
- передаточное число первой ступени коробки передач.
Критическую частоту вращения приводного вала определяют по формуле:
- где — критическая частота вращения приводного вала, об/мин;
- внешний диаметр приводного вала, м;
- внутренний диаметр приводного вала, м;
- длина приводного вала, м.
