Расчетно- графическая по проектированию военных гусеничных и колесных машин

1 Подбор двигателя колесной машины
1.1 Построение внешней скоростной характеристики

Необходимая мощность двигателя для движения машины с максимальной скоростью определяется по формуле:
Pe max = (Pg+Pb)1/η_тр
где Pg – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений дороги;
Pв – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха;
η_тр. – КПД трансмиссии машины.
Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги:
Pg=G∙Ψ_(v max)∙V_max;
где G - сила тяжести машины;
G = m·g= 11000∙9,81 = 107910 Н = 107,91кН;
Pg= 107,91∙0,04∙79 = 340,9956 кВт.
Мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха
P_b=K_W∙S∙V_max^3
где K_W=0,2 – коэффициент сопротивления воздуха [H∙c^2/м^4 ] устанавливается путем испытания модели проектируемой машины в аэродинамической трубе;
Vmax= 79 км/ч =79000/3600=21,944 м/с.
S – лобовая площадь машины, [м^2 ]
S = A∙Bo∙H=0,9∙2,2∙2,4=4,752 м2,
где А=0,9 – коэффициент для автомобилей с кузовом-фургоном или с тентом;
Bo∙= 2,2 м – колея автомобиля;
Н = 2,4 м – высота автомобиля
Pв= 0,2∙4,752∙21,9443 = 10042,8 Вт = 10,05 кВт
Для определения КПД трансмиссии необходимо определить расчетную схему трансмиссии (см. Приложение 10.1)
η_тр=0,97к ∙ 0,98z ∙ 0,99m,
где к – количество конических пар шестерен, участвующих в передаче крутящего момента при максимальной скорости;
z – количество цилиндрических пар шестерен, при тех же условиях;
m – количество шарниров карданных валов, участвующих в передаче.
η_тр=0,973 ∙ 0,983 ∙ 0,998 = 0,77.
PeVmax = (340,99 + 10,05)/0,77 = 455,90 кВт.
Определяем максимальную мощность двигателя по формуле:
Pe max = P_(e V_max )⁄((aλ+bλ^2-cλ^3 ) )
где λ = 0,9; a = 0,53; b = 1,56; c = 1,09;

Pe max = 455,90⁄((0,53∙0,9+1,56∙〖0,9〗^2-1,09∙〖0,9〗^3 )=481,93кВт.)

P_еk=P_(e max) [a(n_k/(nP_emax ))+b(n_k/(nP_emax ))^2-c(n_k1/(nP_emax ))^3 ]
P_е1=481,93[0,53∙0,1+1,56∙〖0,1〗^2-1,09〖∙01〗^3 ]=32,54кВт
P_e2=76,96кВт;
P_e3=130,11кВт;
P_e4=188,84кВт;
P_e5=250,0кВт;
P_e6=310,44кВт;
P_e7=367,0кВт;
P_e8=416,54кВт;
P_e9=455,90кВт;
P_e10=481,93кВт.
Определяем величину крутящего момента на валу двигателя по формуле: М_е=9,555∙Р_ек/n_к
М_е=9,55∙32,54/260=1,2кНм;
М_е1=1,2кНм;
М_е2=1,42кНм;
М_е3=1,59кНм;
М_е4=1,74кНм;
М_е5=1,84кНм;
М_е6=1,9кНм;
М_е7=1,93кНм;
М_е8=1,91кНм;
М_е9=4,1048кНм;
М_е10=1,77кНм.
Результаты расчетов вносим в таблицу 1 и строим график внешней скоростной характеристики двигателя (см. Приложение 10.2).
Таблица 1. Внешняя скоростная характеристика двигателя
№
п/п Показатели внешней скоростной характеристики
n_k/n_(P_(e max) ) n_k,об/мин P_(e ),кВт М_е, кНм
1 0,1 260 32,54 1,2
2 0,2 520 76,96 1,42
3 0,3 780 130,11 1,59
4 0,4 1040 188,84 1,74
5 0,5 1300 250,0 1,84
6 0,6 1560 310,44 1,90
7 0,7 1820 367,0 1,93
8 0,8 2080 416,54 1,91
9 0,9 2340 455,90 1,86
10 1 2600 481,93 1,77

1.2 Построение тяговой характеристики автомобиля
Тяговая характеристика строится в координатах «Fg - V», т.е. необходимо указать ряд значений силы тяги на всех передачах.
Для этого воспользуемся формулой:
F_g=(3,6P_ek∙η_тр)/V
гдеF_g-сила тяги по двигателю,кН,
η_тр – КПД трансмиссии
V – скорость движения машины на каждой передаче
P_ek – мощность, развиваемая двигателем при различных числах оборотов.
Для нахождения скорости движения машины на каждой передачи определим величины передаточных чисел коробки передач и всей трансмиссии в целом на каждой передаче. Передаточное отношение трансмиссии равно произведению передаточных чисел агрегатов автомобиля: главной передачи, коробки передач и раздаточной коробки (для автомобилей формулой 4х4; 6х6; 6х4).
"u" _"тр" "=" i_(г.п.) "∙" i_(к.п.) ".∙" i_(р.к) "."
Расчет начинаем с определения передаточного числа главной передачи при условии движения машины по ровной дороге с включенной прямой передачей, т.е. i_(к.п.)=i_(р.к)=1,0
i_(г.п.)=0,377 (n_v∙r_к)/V_max
Определим величину радиуса колеса из условия нагрузки на каждое колесо по таблице 2:
Таблица 2. Выбор шин из условия нагрузки
Единица
измерения Маркировка шин
первые цифры –В
вторые цифры - d Нагрузка на
шину, P кгс Максимальная скорость машины,
V км/ч
Размерность, мм 220 - 508 1000 200
240 - 508 1500 110
260 - 508 2030 100
280 - 508 2080 100
300 - 508 2350 100

Размеры колеса см. приложение 10.3.
Для подбора шин нужно определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо с учетом веса и конструкции машины. У грузовых автомобилей с колесной формулой 6х6 нагрузка распределения на каждую ось поровну
P_к= m/n=11000/6=1833,33кгс,
где m – общая нагрузка машины, кг,
n – количество колес.
Из таблицы показатель «B-d»соответствует «260-508» мм с учетом рассчитанной величины нагрузки на колесо и скорости движения 79 км/час.
Определим радиус колеса по формуле для миллиметровой маркировки:
r_к=((d/2+B)∙C)/1000=((508/2+260)∙0,95)/1000=0,7353м,
где С –коэффициент деформации шины под нагрузкой ( С= 0,95 для шин высокого давления).
Определим численное значение передаточного числа главной передачи при условии движения машины по ровной дороге без ускорений на четвертой передаче,
i_(к.п.)=i_(р.к)=1,0
i_(г.п.)=0,377∙(n_v∙r_к)/V_max =0,377∙(2600∙0,7353)/79=9,123

Определим численное значение передаточного числа коробки передач при езде на включенной первой передаче из условия преодоления машиной заданного максимального сопротивления дороги:
i_(к.п.)=(G∙ψ_max∙r_к)/(М_еmax 〖∙i〗_(р.к.)∙i_(г.п.)∙η_тр )
где ψ_max=0,38-максимальное сопротивление дороги
М_еmax =1930Нм – максимальный крутящий момент, определенный по наивысшей точке графика внешней скоростной характеристики машины
η_тр=0,77
i_(к.п.)=(107910∙0,38∙0,7353)/(1930∙1∙9,123∙0,77)=2,22
Определим передаточные числа КПП на остальных передачах. Для заднего хода принимаем
iз.х.= (1,0  1,2)·iк.п. = (1,0  1,2)·2,22 = 2,13  2,64
Находим остальные передаточные числа на других передачах
I=√(ч-1&i_кn1^(ч-m),)
где ч = 5 – число передач, не считая первую;
m – порядковый номер передачи.
I_2=√(5-1&〖2,22〗^(5-2) )=1,82;
I_3=√(5-1&〖2,22〗^(5-3) )=1,49;
I_4=√(5-1&〖2,22〗^(5-4) )=1,22;
I_5=1;
uтр1 = iгп ∙ iкп1 ∙ 1 = 9,123 ∙ 2,2 ∙ 1 = 20;
uтр2 = 9,123 ∙ 1,82 = 16,6;
uтр3 = 9,123 ∙ 1,49 = 13,6;
uтр4 = 9,123 ∙ 1,22 = 11,13;
uтр5 = 9,123 ∙ 1 = 9,123;
uтрз.х. = 9,123 ∙ 2,64 = 9,123.
Результаты вычислений заносим в таблицу 3.
Таблица 3. Передаточные числа на передачах

Агрегат трансмиссии Передача передняя Задний ход
1 2 3 4 5 6
Коробка передач 2,2 1,82 1,49 1,22 1 2,64
Главная передача 9,123
Раздаточная коробка 1 1,86
uтр при uрк = 1,0 20 16,6 13,6 11,13 9,123 24,08
uтр при uрк = 1,86 37,33

i_рк=(G∙φ∙r_k)/(M_emax∙i_кп1∙i_гп∙η_тр )=(107910∙0,7∙0,7353)/(1930∙2,2∙9,123∙0,77)=1,86
uтр при uрк = 1,86
uтр = 9,123 ∙ 1,86 ∙ 2,2 = 37,33.
Численное значение скорости машины при включении различных передач в зависимости от частоты вращения коленчатого вала найдем по формуле:
V_k=0,377∙(n_k∙r_r)/u_тр .

Для первой передачи V_к1=(0,377∙260∙0,7353)/20=0,014∙260=3,6км/ч
Для второй передачи V_к2=(0,377∙260∙0,7353)/16,6=0,0166∙260=4,34км/ч
Для третьей передачи V_к3=(0,377∙260∙0,7353)/13,6=0,02∙260=5,2км/ч
Для четвертой передачи V_к4=(0,377∙260∙0,7353)/11,13=0,025∙260=6,5км/ч
Для пятой передачи V_к5=(0,377∙260∙0,7353)/9,123=0,03∙260=7,8км/ч
Для заднего хода V_(з.х.)=(0,377∙260∙0,7353)/24,08=0,012∙260=3,12км/ч

Результаты расчета скорости движения машины на различных передачах занесем в таблицу 4.
Определим силу тяги по двигателю по формуле
F_д=(3,6∙P_ek∙η_тр)/V,кН,
где Рек – мощность двигателя при определенном числе оборотов;
ƞтр – КПД трансмиссии;
V – скорость машины при определенном числе оборотов.