Для выполнения полного расчета необходимо построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, для чего определяют максимальную мощность Nmax и ее текущие значения Nei при различных величинах частоты вращения коленчатого вала.
Максимальную мощность двигателя подсчитывают по формуле:
(1.8)
где (С1; С2; С3 – эмпирические коэффициенты,
Для карбюраторных двигателей С1=С2=С3=1
Для дизелей С1=0,53 С2=1,56 С3=1,09
λ = nv / nN , (1.9)
где: nv - частота вращения вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, мин-1
nN -частота вращения вала двигателя при номинальной (максимальной) мощности двигателя, мин-1(выбирают по двигателю-прототипу).
Для дизелей и бензиновых двигателей с ограничителем частоты вращения λ = 1.
Характеристика строится в интервале частот вращения
от nmin=500 мин-1 (дизель), 1000 мин-1 (бензин) до nv.
Текущие значения мощности определяют по формуле:
, (1.10)
где nei - произвольное, в пределах рабочей зоны, значение частоты вращения вала двигателя, мин-1.
Значения эффективного крутящего момента Ме определяются при тех же значениях частоты вращения коленчатого вала по формуле:
, Н∙м (1.11)
Эффективный удельный расход топлива определяют по формуле:
, г/кВт∙ч (1.12)
gN- эффективный удельный расход топлива на номинальном режиме (при Nemax) (принимают по заданию), г/квт.ч,
gei- эффективный удельный расход топлива при Nei, г/квт.ч.
d - эмпирический коэффициент, зависящий от типа двигателя.
Для бензиновых двигателей d = 1,2; для дизелей d = 1,55.
При построении внешней скоростной характеристики двигателя по оси абсцисс откладывают как частоту вращения вала двигателя, так и скорость автомобиля на высшей передаче, используя формулу коэффициента оборотности ηо:
ηо = nv / Vmax (1.13)
Рассчитанное значение ηо одинаково во всем диапазоне частоты вращения вала двигателя и скорости движения автомобиля для конкретной передачи.
Используя формулу (1.13) можно по известным значениям скорости движения автомобиля определить для конкретной передачи соответствующую частоту вращения вала двигателя и наоборот.
Построение внешней характеристики двигателя проводят в следующей последовательности:
Определяют по формулам (1.5) и (1.8) значения Nv и Nmax
2. Произвольно, в пределах рабочей зоны, через равные промежутки, выбирают значения nei (6-8 значений). В эти значения должны входить nv, nNи nmax.
3. Для выбранных значений nei определяют скорости движения (используя формулу 1.13), а по формулам (1.10), (1.11), (1.12) определяют величины Nei, Mei, gei.
Результаты расчетов заносят в таблицу 1.1 и по ним строят внешнюю скоростную характеристику двигателя.
Таблица 1.1
| № | n , мин-1 | Nе , кВт | Mе , H∙м | ge, г/кВт∙ч |
| 1 | ||||
| 2 | ||||
| 3 | ||||
| 4 | ||||
| 5 | ||||
| 6 | ||||
| 7 | ||||
| 8 |
На регуляторной ветви характеристики дизеля принимают изменения мощности Ne , крутящего момента Me по закону прямой линии.
При этом частоту вращения на холостом ходу, когда Ne= 0 , определяют из выражения:
nmax=nN∙(1,07…1,08) (1.14)
Пример построения внешней скоростной характеристики бензинового двигателя приведен на рис.1.1(а), регуляторной характеристики дизеля на рис.1.1(б).
(a)
(б)
Определение передаточного числа главной передачи.
Передаточное число главной передачи существенно влияет на тягово-динамические и экономические показатели автомобиля, его определяют по формуле:
(1.15)
где iк - передаточное число коробки передач на высшей передаче.
Если наивысшая передача прямая, то iк= 1, если имеет место ускоряющая передача, то iк = 0,5…0,8.
Для полноприводных, специальных, сельскохозяйственных автомобилей и автобусов iо увеличивают на 10…20% по сравнению с базовой моделью с целью обеспечения запаса мощности двигателя для преодоления дополнительных сопротивлений, часто встречающихся на тяжелых дорогах.
Для маломонтажных автомобилей и при ограниченной мощности двигателя iо также повышают на 8…10%.
Рассчитанное передаточное число главной передачи с учетом указанных условий следует сопоставить с величиной iоавтомобиля-прототипа.
Определение передаточных чисел в коробке передач.
Вначале определяют передаточное число коробки передач на первой передаче iк1, при этом передаточное число должно удовлетворять следующим условиям:
обеспечить преодоление заданного максимального дорожного сопротивления,
обеспечить реализацию касательной силы тяги при передаче максимального крутящего момента двигателя по сцеплению.
Первое условие будет выполнено, если максимальная касательная сила будет равна
(1.16)
откуда
(1.17)
Второе условие будет обеспечено, если
(1.18)
откуда
(1.19)
где G - вес автомобиля, Н
ψmax - (заданный) коэффициент дорожного сопротивления,
rк- радиус качения ведущего колеса, м
λ - коэффициент нагрузки ведущих колес (= 0,75),
φmax- коэффициент сцепления ведущих колес с опорным основанием (дорогой), ηтр - КПД трансмиссии.
Таким образом, передаточное число первой ступени коробки передач должно лежать в пределах, обусловливающих преодоление автомобилем максимального дорожного сопротивления и отсутствие буксования ведущих колес.
Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче равно
iтр1 = io∙ iк1 (1.20)
Передаточные числа промежуточных передач КПП определяют из условия распределения их по закону геометрической прогрессии, для которого справедливы следующие соотношения:
(1.21)
откуда
; ;или
Знаменатель геометрической прогрессии определяется из выражения
(1.22)
где z - число передач,
iкпz - передаточное число на высшей передаче.
Если высшая передача прямая iкпz=1 , то
(1.23)
Таким образом могут быть найдены передаточные числа коробки передач на всех передачах.
Зная передаточные числа коробки передач и главной передачи, определяют передаточные числа трансмиссии по формуле:
iтрi = iкi∙io
После этого определяют скорость движения автомобиля по передачам, используя выражение
, км/ч (1.24)
Расчет и построение
динамической характеристики автомобиля
Динамической характеристикой называют графическую зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.
Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы тяги к весу автомобиля
(2.1)
Таким образом величина динамического фактора зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя Мк , передаточного числа трансмиссии iтр , скорости движения автомобиля V , и его веса Ga.
Для получения данных, необходимых для построения теоретической динамической характеристики автомобиля, проводят расчеты в следующей последовательности:
1. Принимают выбранные при построении скоростной характеристики двигателя значения частот вращения коленчатого вала – nei.
2. Для этих значений частоты вращения коленчатого вала подсчитывают величины скоростей движения автомобиля на каждой передаче по формуле (1.24) и величины касательных сил тяги по формуле:
, H (2.2)
Величину Mкi при каждом значении частоты вращения коленчатого вала определяют по ранее построенной внешней скоростной характеристике двигателя (рис.1.1).
3. Подсчитывают значения силы сопротивления воздуху
, H (2.3)
Полученные в результате расчета данные заносят в таблицу:
Таблица 2.1
| Передача | Расчет. точка | n. мин-1 | V. км/ч | Мк, Н∙м | Рк, Н | Рw, Н | D |
| І | 1 | ||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 4 | |||||||
| 5 | |||||||
| 6 | |||||||
| 7 | |||||||
| 8 | |||||||
| … | |||||||
| V | 1 | ||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 4 | |||||||
| 5 | |||||||
| 6 | |||||||
| 7 | |||||||
| 8 |
.
Общий вид динамической характеристики приведен на рис.2.1
studfiles.net
Основной силой, движущей автомобиль, является сила тяги, приложенная к его колесам. Она возникает вследствие работы двигателя и взаимодействие колес с дорогой.
Сила тяги в первую очередь зависит от внешней скоростной характеристики двигателя.
Внешняя скоростная характеристика двигателя – это зависимость изменения крутящего момента Ме и мощности Nе, развиваемой на коленчатом валу двигателя от его угловой скорости ωе (рад/с, с-1) или частоты вращения nе (об/мин).
Внешняя скоростная характеристика двигателя показана на рис. 2.1.
рис. 2.1 Внешняя скоростная характеристика двигателя:
1 - зависимость изменения крутящего момента Ме(ωе), развиваемого на коленчатом валу двигателя от угловой скорости ωе его вращения;
2 - зависимость изменения мощности Nе(ωе), развиваемой на коленчатом валу двигателя от угловой скорости ωе его вращения;
Mmax– максимальный крутящий момент развиваемой на коленчатом валу двигателя;
Nmax-максимальная мощность развиваемая на коленчатом валу двигателя;
MN- крутящий момент развиваемой на коленчатом валу двигателя при максимальной мощности;
NM-мощность развиваемая на коленчатом валу двигателяпри максимальном крутящем моменте;
ωmax– максимальная угловая скорость вращения коленчатого вала;
ωN- угловая скорость вращения коленчатого валапри максимальной мощности;
ωM-угловая скорость вращения коленчатого валапри максимальном крутящем моменте;
ωmin- минимальная угловая скорость вращения коленчатого вала.
Основным показателем внешней скоростной характеристики двигателя является крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу при определенной частоте вращения (подробно см. курс «Теория двигателя»).
На малых оборотах работы двигателя скорость движения поршня в цилиндре невысока, время рабочего хода поршня большое и значительная часть тепла, получаемого от сгорания топлива, рассеивается через стенки цилиндра, сила давления газов в цилиндре снижается, крутящий момент Ме на коленчатом валу двигателя падает.
При увеличении скорости вращения коленчатого вала силы инерции, действующие на КШМ, возрастают в квадрате от скорости и крутящий момент Ме также снижается.
В общем виде, приближенно, крутящий момент есть функция от разности между силами давления газов в цилиндре и силами инерции, действующими на кривошипно-шатунный механизм двигателя
,
где РГ - сила давления газов на поршень в цилиндре двигателя;
РИ – суммарная сила инерции, действующая на кривошипно-шатунный механизм двигателя.
Вторичным показателем внешней скоростной характеристики является мощность, развиваемая на коленчатом валу двигателя, которую определяют как произведение крутящего момента Ме на угловую скорость ωе вращения коленчатого вала:
.
При измерении мощности в киловаттах:
,
в лошадиных силах:
.
Из графиков рис. 2.1 следует, что максимумы функций Ме(ωе) и Nе(ωе) не совпадают. Например, карбюраторные двигатели автомобилей ВАЗ – 2101…2107 объемом 1,2…1,6л развивают максимальный крутящий момент 120…140 Нм при частоте вращения коленчатого вала 3500…3800 об/мин, а максимальную мощность 62…77л.с при частоте вращения 5500…5800 об/мин.
Для оценки тягово-скоростных свойств автомобиля большое значение имеет характер кривой Ме(ωе), имеющей максимум (рис.2.1) при скорости вращения ωM < ωN.Если ωе > ωM, то увеличение нагрузки на двигатель, вызывая падение скорости вращения коленчатого вала, приведет к возрастанию Ме. При этом двигатель автоматически приспосабливается к изменению нагрузки, т. е. работает устойчиво. При одном и том же изменении нагрузки изменение скорости вращения коленчатого вала, а следовательно, и связанной с ней скорости движения автомобиля, будут тем меньше, чем выпуклее кривая Ме(ωе), т. е. чем больше в каждой ее точке производная dМе/dωе.
Пределы изменения нагрузки на двигатель, соответствующей его устойчивой работе, т. е. способности автоматически приспосабливаться к изменениям нагрузки на колесах оценивают запасом крутящего момента М3(%)
Отношение
Мтах/МN = kм
называют коэффициентом приспосабливаемости по крутящему моменту, a
ωN/ωM = kω,
коэффициентом приспосабливаемости по скорости вращения или по оборотам. Чем выше kм, тем шире диапазон устойчивой работы двигателя. Практика показывает, что увеличение kмпри неизменном значении ωNулучшает топливную экономичность автомобиля.
Внешнюю скоростную характеристику определяют экспериментально следующим образом.
Обкатанный отрегулированный двигатель устанавливают на тормозной стенд, запускают и дают «полный газ» при этом замеряют его максимальные обороты.
Далее тормозным стендом нагружают коленчатый вал определенным крутящим моментом, обороты двигателя при этом снижаются. Фиксируя величину крутящего момента и обороты двигателя по точкам строят зависимость Ме(ωе).
Затем используя формулу
, кВт
вычисляют мощность развиваемую двигателем и строят график Nе(ωе).
Различают полную и частичную внешние характеристики двигателя.
Полную определяют при полностью открытой дроссельной заслонке карбюраторного (воздушной заслонки инжекторного) двигателей или при полной подаче топлива дизельного двигателя. Частичную – при их частичных положениях.
В реальных условиях эксплуатации полная внешняя характеристика двигателя используется достаточно редко, при разгоне автомобиля или при преодолении подъемов. В основном, управляя педалью «газа» водитель принуждает двигатель работать на частичных характеристиках или на режимах переходных с одной частичной характеристики на другую.
При проведении испытаний двигателей внешнюю скоростную характеристику определяют по разным методикам.
Внешнюю скоростную характеристику нетто (чистую), а соответственно и мощность и момент получают на испытаниях при всех или почти всех подключенных потребителях.
Внешняя характеристика брутто определяется стендовыми испытаниями двигателей, при которых снимают или отключают часть вспомогательного оборудования двигателя, работа которого сопряжена с потерями мощности. В том числе глушителя, генератора, водяного насоса, вентилятора и других потребителей (потребляющих от 10 до 20 % мощности), вместо которых к двигателю подключают внешние системы охлаждения, электрообеспечения, смазки и т.д.
В таблице 2.1 показаны комплектация и стандартные условия стендовых испытаний двигателей в некоторых странах
Таблица 2.1
Комплектация и стандартные условия стендовых испытаний двигателей
| Страна, стандарт | Элементы и агрегаты, отключаемые при измерении внешней характеристики |
| Россия ГОСТ | Нетто: приборы и оборудование, обслуживающие шасси и кузов. Брутто: вентилятор и приборы, обслуживающие шасси |
| Германия DIN | Радиатор, приборы, обслуживающие шасси и кузов. |
| США SAE (старый) | Воздухоочиститель, глушитель, генератор, вентилятор, радиатор, приборы, обслуживающие шасси и кузов. |
| США SAE (новый) | Радиатор, приборы, обслуживающие шасси и кузов. |
| Япония IS | Глушитель, радиатор, приборы, обслуживающие шасси и кузов. |
При отсутствии экспериментальных зависимостей используют эмпирические формулы, позволяющие по известным значениям ωе и Nе построить всю кривую. Наиболее распространена формула:
studopedya.ru
Cтраница 2
Скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения показывает, что скорость вращения двигателя резко меняется при изменениях нагрузки. Такую скоростную характеристику принячо называть мягкой. [16]
Скоростные характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения. [17]
Скоростная характеристика двигателя грузового автомобиля часто ограничивается регулятором числа оборотов. Поэтому расчет может быть проведен с нахождением на скоростной характеристике двигателя не точки а, а точки Ь, соответствующей наиболее экономичной работе двигателя при полном открытии дросселя. [19]
Скоростные характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения. С увеличением тока в якоре число оборотов якоря уменьшается в большей мере, чем в двигателях параллельного возбуждения, за счет увеличения магнитного потока, вызываемого увеличением тока в последовательной обмотке возбуждения. При холостом ходе двигатель смешанного возбуждения не идет в разнос, так как магнитный поток не уменьшается до нуля в результате наличия параллельной обмотки возбуждения. [20]
Дроссельные, высотные и скоростные характеристики двигателя должны учитывать возможные физические ограничения, возникающие в работе двигателя. [21]
Скоростными характеристиками двигателя называются кривые, характеризующие изменение различных показателей его работы ( мощности, крутящего момента, расхода топлива) в зависимости от числа оборотов коленчатого вала при постоянном положении рейки насоса или дроссельной заслонки. [22]
Скоростной характеристикой двигателя ( рис. 3) называют кривые, показывающие зависимость мощности, крутящего момента и расхода топлива от числа оборотов коленчатого вала. [23]
Скоростной характеристикой двигателя постоянного тока называют зависимость частоты его вращения от тока якоря п / ( / а), а механической - зависимость частоты вращения двигателя от момента п f ( M) при U const и / const. [24]
Снять скоростные характеристики двигателя при двух напряжениях U0 ( Уони l / o - 0.9 UOH и изменении тормозного момента от нуля до значения, отвечающего току / 0 ( 1 1 - 5 - 1 2) / он, где / он - номинальный ток машины, и при каждой установленной нагрузке измерять строботахометром частоту вращения якоря. [25]
Снятие скоростных характеристик двигателей может быть произведено по схеме возвратной работы или по схеме взаимной нагрузки, приведенных на рис. 7 - 28 и 7 - 29 с заменой испытуемого генератора нагрузочным генератором и нагрузочного двигателя-испытуемым двигателем. Сопряжение нагрузочного генератора и испытуемого двигателя в случае индивидуального привода валков осуществляется через последние. Проверка компенсированности машин может быть осуществлена осциллографирова-нием тока возбуждения двигателя при разгоне и замедлении привода. [27]
Параметрами скоростных характеристик двигателей постоянного тока являются напряжение, ток, сопротивление якоря, магнитный поток, поэтому отклонения действительных характеристик приводных электродвигателей от номинальных будут определяться отклонениями в значениях этих величин. [28]
При благоприятной скоростной характеристике двигателя ( соответствующее протекание кривой крутящего момента в диапазоне малых и средних чисел оборотов) для мотоциклов с общим рабочим объемом двигателя до 200 см3 вполне достаточно иметь трехступенчатую коробку передач даже и при одноцилиндровом двигателе. Установка четырехступенчатой коробки передач вряд ли оправдана уже хотя бы потому, что это влечет за собой значительное удорожание конструкции. [29]
При нахождении скоростной характеристики двигателя для легкового автомобиля типичными точками характеристики могут быть точки d или е на рис. 50 или какая-либо другая точка за перегибом характеристики. [30]
Страницы: 1 2 3 4 5
www.ngpedia.ru
