3.3 Выбор шин

Максимальная нагрузка m_ш на одну шину определяется из выражения:

m_ш1 = m₁/i₁; (6)

m_ш2 = m₂/i₂, (7)

где i₁ и i₂ соответственно количество шин, установленных на передней и задней осях.

Максимальная нагрузка на шину должна учитывать перераспределение массы автомобиля при интенсивном разгоне и экстренном торможении, которое учитывается коэффициентом перераспределения m_p.

m_p1 = m_p2 = 1.35,

где m_p1 – коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на переднюю ось при торможении;

m_p2 – коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки на заднюю ось при интенсивном разгоне.

По максимальной нагрузке, приходящейся на одну шину и по максимальной скорости движения автомобиля – прототипа на высшей передаче выбирают по справочнику НИИАТ тип и размер шины.

Выбрав размер и тип шины, определяют номинальный радиус колеса r_н, который в данном расчете принимают за радиус качения r, м:

r_н ≈ r 0,0127×(d+1.7×B), (8)

где d и B соответственно диаметр обода и ширина профиля шины в дюймах.

В задании максимальная скорость автомобиля может быть не указана. Её следует определить, как указано в п. 1.4.1

3.3.1 Пример выбора шин для автомобиля ВАЗ-21120

m_ш1 = m_ш2 = (m₁/i₁)× m_p1 = (767,5/2)×1,35 = 524,8 кг

По максимальной нагрузке на шину и максимальной скорости автомобиля выбираем модель Я-524 185/65R14.

Наружный диаметр шины:

d_н = 0.596 м.

Статический радиус:

r_ст = 0,273 м.

Ширина профиля:

В = 0,189 м.

Максимальная нагрузка 5300 Н

Определяем номинальный радиус колеса r_н, который в дальнейших расчетах принимаем за радиус качения r, м:

r_н r = 0.0127× (d+1.7×B),

где d и В – соответственно диаметр обода и ширина профиля шины в дюймах.

r = 0.0127×(14+1.7×7,44) = 0.338 м.

3.4 Расчет скоростной характеристики двигателя

Скоростная характеристика двигателя – это зависимость мощности и крутящего момента от частоты вращения коленчатого вала.

В случае, если максимальная мощность двигателя N_max известна по автомобилю-прототипу, внешнюю скоростную характеристику можно рассчитать по формуле Р.С. Лейдермана:

N_e = N_max×[a×n_e/n_N + b×(n_e/n_N)² - c×(n_e/n_N)³, (9)

где a, b, c – коэффициенты, учитывающие тип двигателя, форму камеры сгорания двигателя;

n_N – значения частоты оборотов коленчатого вала при максимальной мощности, об/мин;

n_e – текущее значение оборотов, для которого определяется мощьность;

а = b = c = 1 – для автомобилей с бензиновыми двигателями;

а = 0.53; b = 1.56; c = 1.09 для автомобилей с дизельными двигателями.

Необходимо найти 6 – 8 значений мощности в диапазоне от минимально устойчивого числа оборотов двигателя n_min до максимальных оборотов n_max.

n_min = (950-1000) об/мин – для автомобилей с бензиновым двигателем;

n_min = (500-600) об/мин – для автомобилей с дизельным двигателем.

Максимальное число оборотов двигателя n_max принимается из следующих соотношений:

n_max = (1,05-1,16) n_N – для бензиновых двигателей;

n_max = n_N – для дизельных двигателей.

2.4.1 Определение максимальной мощности двигателя

Если максимальная мощность двигателя не задана, то она определяется следующим образом.

а) Легковые автомобили.

Максимальная мощность двигателя определяется из условий обеспечения заданных динамических качеств, при максимальной скорости движения.

Минимальный динамический фактор при этом рассчитывается по формуле:

D_в.min = ψ = 0.0165×[1+0.01×(V_max – 50)], (10)

где ψ – коэффициент суммарного сопротивления дороги при максимальной скорости движения;

V_max – максимальная скорость автомобиля, км/ч.

Для нахождения N_max вначале определяется мощность сопротивления N_Д + N_В при V_max представляющая собой мощность на ведущих колесах:

N_Д + N_В = (m×g×D_в.min× V_max)/3600 + (k×F×V³_max)/46656; (11)

где N_Д – мощность суммарного сопротивления дороги, кВт;

N_В – мощность сопротивления воздуха, кВт;

m – полная масса автомобиля, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

k – коэффициент обтекаемости;

k = (0,25-0,35)Нс²/м⁴ – для легковых автомобилей;

F – лобовая площадь автомобиля, м²;

Таблица 5 – Лобовая площадь различных автомобилей

Тип автомобиля	Лобовая площадь Fв, м2
Гоночные и спортивные	1,1 ... 1,5
Легковые: особо малый малый средний большой	1,2 ... 1,7 1,5 ... 1,9 1,9 ... 2,1 2,0 ... 2,5
Грузовые грузоподъемностью: 0,5 ... 2,0 т 2,0 ... 5,0 т 5,0 ... 15,0 т	3,0 ... 5,0 3,5 ... 5,5 5,0 ... 8,5
Магистральные автопоезда	7,5 ... 9,0
Автобусы: особо малый малый средний большой	3,5 ... 4,3 4,3 ... 6,2 5,2 ... 6,5 5,8 ... 9,1

Лобовую площадь так же можно вычислить по формуле, зная габаритные высоту Н_а и ширину В_а автомобиля:

F = 0,78×Н_а×В_а (12)

После определения мощности сопротивления дороги и воздуха, определяется мощность двигателя, кВт, при максимальной скорости движения:

N_V.max =( N_Д + N_В )/η, (13)

где η – КПД трансмиссии:

η = (0,92-0,95) – для легковых автомобилей;

η = (0,85-0,9) – для грузовых автомобилей;

η = (0,78-0,85) – для грузовых автомобилей повышенной проходимости.

Далее с помощью формулы Р.С. Лейдермана находят максимальную мощность двигателя:

N_max = N_V.max×[a×n_max/n_N+b×( n_max/n_N)²-c×(n_max/n_N)³] (14)

б) Грузовые автомобили, автобусы

Максимальную мощность двигателя определяют из условия обеспечения выбранного минимального динамического фактора D_min на прямой передаче при максимальной скорости движения.

Минимальный динамический фактор D_min для грузовых автомобилей и автобусов выбирается в интервале от 0,035 до 0,045.

Коэффициент обтекаемости грузового автомобиля и автобуса:

k = (0,5-0,7)Нс²/м⁴ – для грузовых автомобилей и автобусов;

Лобовая площадь может быть взята по таблице 4 или рассчитана по формуле:

F = 1,05×Н_а×В_а (15)

Потребляемая мощность при максимальной скорости определяется аналогично легковым автомобилям и принимается равной максимальной мощности двигателя.

Крутящий момент двигателя для принятых оборотов коленчатого вала определяется по формуле:

М_е = 9555,3×(N_e/n_e), Нм (16)

Полученные значения текущей мощности и момента следует свести в таблицу 5.

Таблица 6 – Значения мощности и крутящего момента

ne, об/мин	nmin	ne1	ne2	ne3	ne4	ne5	nN	nmax
Ne, кВт
Me, Нм

По полученным значениям текущей мощности и крутящего момента строится график внешней скоростной характеристики.

3.4.2 Пример расчета скоростной характеристики двигателя автомобиля ВАЗ-21120

Определим значения мощности N_e для следующих значений n_e:

n_min=1000 об/мин.;

n_e1= 2000 об/мин.;

n_e2= 3000 об/мин.;

n_e3= 4000 об/мин.;

n_e4= 5000 об/мин.;

n_N= 5400 об/мин.;

n_max=6000 об/мин.;

N_min=57.5×[1×(1000/5400)+1×(1000/5400)²-1×(1000/5400)³]=12.25 кВт;

N_e1=57.5×[1×(2000/5400)+1×(2000/5400)²-1×(2000/5400)³]=26.28 кВт;

N_e2=57.5×[1×(3000/5400)+1×(3000/5400)²-1×(3000/5400)³]=39.33 кВт;

N_e3=57.5×[1×(4000/5400)+1×(4000/5400)²-1×(4000/5400)³]=50.89 кВт;

N_e4=57.5×[1×(5000/5400)+1×(5000/5400)²-1×(5000/5400)³]=56.87 кВт;

N_max=57.5×[1×(5400/5400)+1×(5400/5400)²-1×(5400/5400)³]=57.5 кВт;

N_e5=57.5×[1×(6000/5400)+1×(6000/5400)²-1×(6000/5400)³]=56 кВт;

Для тех же частот вращения коленвала определяем крутящий момент М_е двигателя по формуле:

М_е=9555,3×(N_e/n_e), Нм;

М_min=9555.3×(12.25/1000)=117.05 Нм

М_е1=9555,3×(26,28/2000)=123,16 Нм

М_е2=9555,3×(39,33/3000)=125,27 Нм

М_е3=9555,3×(50,89/4000)=121,57 Нм

М_е4=9555,3×(56,87/5000)=108,68 Нм

М_е5=9555,3×(57,5/5400)=101,75 Нм

М_е6=9555,3×(56/6000)=89,18 Нм

Полученные значения текущих мощности и момента сводим в таблицу 1.

Таблица 7 – Значения мощности и крутящего момента

ne, об/мин.	1000	2000	3000	4000	5000	5400	6000
Ne, кВт	12,25	26,28	39,33	50,89	56,87	57,5	56,0
Me, Нм	117,05	123,16	125,27	121,57	108,68	101,75	89,18

По табличным значениям строим график внешней скоростной характеристики.

Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика ВАЗ- 2111