| Министерство образования и науки Российской Федерации
Тольяттинский государственный университет
Автомеханический институт
Кафедра "Автомобили и тракторы"
Тема проекта: Подвеска легкового автомобиля
Руководитель работы:
Лата Валерий Николаевич
______________ ______________
(
подпись) (дата)
Исполнитель: студент группы АХ-302
Кодин Артем Валериевич
______________ ______________
(подпись) (дата)
Тольятти 2009 г.
Содержание
Введение и постановка задачи
1. Тяговый расчет
1.1 Исходные данные
1.2 Определение полной массы автомобиля
1.3 Определение нагрузки на колеса
1.4 Подбор шин
1.5 Определение статического радиуса данной шины
1.6 Определение КПД трансмиссии
1.7 Определение параметров двигателя
1.7.1 Коэффициент сопротивления качению при максимальной скорости
1.7.2 Определение мощности двигателя на различных режимах
1.7.3 Определение эффективного крутящего момента двигателя
1.8 Определение передаточных чисел трансмиссии
1.8.1 Определение передаточного отношения главной передачи
1.8.2 Определение передаточных отношений КПП
1.9 Тяговый баланс автомобиля
1.9.1 Определение вращающихся масс автомобиля
1.9.2 Определение скоростей
1.9.3 Определение тяговых сил для каждой из передач
1.9.4 Определение силы сопротивления воздуха
1.9.5 Определение силы дорожного сопротивления
1.10 Динамическая характеристика автомобиля
1.11 Разгон автомобиля
1.12 Время и путь разгона автомобиля
1.13 Мощностной баланс
1.14 Топливная экономичность
2. Расчет подвески
2.1 Жесткость подвески
2.2 Выбор потребного хода подвески
2.3 Продольная и боковая жесткость подвески
2.4 Угловая жесткость подвески
2.5 Демпфирование в подвеске
Заключение
Список литературы
Приложение
Основными устройствами, защищающими автомобиль от динамических воздействий дороги и сводящими колебания и вибрации к приемлемому уровню, являются подвеска и шины.
Многолетний опыт показывает, что неровности дороги и вызываемые ими колебания кузова и колес автомобиля ведут, как правило, к ухудшению всех его эксплуатационно-технических качеств и к тем большему, чем хуже качество дороги.
Можно считать, что на дорогах с неровной поверхностью снижается производительность автомобиля вследствие уменьшения скоростей движения и увеличения простоев, возрастают расходы на техническое обслуживание и ремонты. Кроме этих прямых потерь есть и косвенные, вызванные, в частности, слабым использованием сети дорог с неровной поверхностью. Прямые и косвенные потери от эксплуатации различных автомобилей и автопоездов на дорогах с неровной поверхностью исчисляются значительными денежными суммами.
Есть два пути уменьшения этих потерь - строительство дорог с усовершенствованным покрытием и улучшение качества подвески. Оба направления дополняют друг друга, так как строительство дорог - процесс длительный и дорогостоящий. Кроме того, всегда требуется некоторое количество автомобилей повышенной и высокой проходимости, которым необходима совершенная подвеска.
Подвеской автомобиля называют совокупность устройств, связывающих колеса с рамой (кузовом) и предназначенных для уменьшения динамических нагрузок, передающихся автомобилю вследствие неровной поверхности дороги, а также обеспечивающих передачу всех видов сил и моментов, действующих между колесом и рамой (кузовом).
Разнообразные силы взаимодействия колеса и дороги можно свести к трем составляющим: вертикальной Z, продольной Х, поперечной или боковой У. Передача этих сил и их моментов состоит из трех устройств: упругого, демпфирующего и направляющего.
Упругим устройством на подрессоренную массу передаются вертикальные силы, действующие со стороны дороги, уменьшаются динамические нагрузки и улучшается плавность хода.
Направляющее устройство - механизм, воспринимающий действующие на колесо продольные и боковые силы и их моменты. Кинематика направляющего устройства определяет характер перемещения колеса относительно несущей системы.
Демпфирующее устройство - предназначено для гашения колебаний кузова и колес путем преобразования энергии колебаний в тепловую и рассеивание ее в окружающую среду.
Рис.1 Типы подвесок, классифицированных по различным признакам.
Кроме того задачи повышения плавности хода на автомобильном транспорте становятся актуальней потому как это связано не только с требованиями повышения ресурса динамически нагруженных узлов автомобиля, но и с причиной перемещения центра вопроса в область обеспечения высокой безопасности движения, комфортабельности водителя и пассажиров и защиты их от воздействия высокочастотных колебаний. Особенно это важно для легковых автомобилей, которые, как правило, эксплуатируются при более высоких скоростях, чем грузовые и значительно легче последних, а потому более полно воспринимают неровности дороги. Однако большая номенклатура существующих конструкций подвесок говорит об отсутствии, какой либо универсальной. Более того, зачастую, казалось бы, подходящая конструкция для конкретного типа автомобиля требует доработки, и переработки ввиду различного рода эксплуатационных факторов, морального старения, с учетом возможности дальнейшей модернизации, с целью повышения ресурса и уменьшения нагрузок на её детали и узлы.
Таким образом, подвеска должна отвечать следующим требованием:
обеспечивать высокую плавность хода автомобиля;
обладать высокой динамической энергоемкостью;
эффективно гасить колебания кузова и колес автомобиля при движении;
обеспечивать правильную кинематику управляемых колес автомобиля;
иметь минимальную массу неподрессоренных частей.
Широкое распространение на заднеприводных автомобилях получила двухрычажная независимая подвеска. Она способствует высокой плавности хода, является простой в изготовлении, надежной в работе.
Целью настоящей работы является тяговый расчет автомобиля с заданными параметрами, проектирование подвески для этого автомобиля использую существующий аналог.
Тип автомобиля – легковой. Тип привода – задний. Класс автомобиля – 2. Число мест - пп
= 5. Снаряжённая масса автомобиля - mо
= 1045 кг. Масса одного пассажира - mп
= 75 кг. Масса багажа - mб
= 10 кг. Максимальная скорость движения - Vmax
= 165 км/ч или 45,8 м/с. Коэффициент сопротивления качению fk
= 0,011. Максимальный подъем, преодолеваемый на 1-й передаче αmax
= 0,27. Лобовая площадь - Аа
= 2,05 м².
k1
=
k2
= 0,5 - коэффициенты распределения массы по осям классического автомобиля.
Для расчета выбираем шину 175/70 R13, где
B = 175 мм - ширина профиля шины
Н/В = 70% - соотношение высоты профиля шины к ширине
мм - высота профиля шины
мм - посадочный диаметр
- статический радиус, где 
- коэффициент вертикальной деформации.
мм, 
мм
, где
k - число пар цилиндрических шестерней на высшей передече, l - число пар конических шестерней, m - количество карданных шарниров
Для легковых автомобилей, коэффициент суммарного сопротивления назначают равным коэффициенту качения при максимальной скорости.
, где
- значение частоты вращения коленчатого вала
Таблица 1
| ne
, об/мин
|
700
|
1800
|
2700
|
4200
|
5400
|
6050
|
| ωe
, с
|
73,267
|
188,400
|
282,6
|
439,600
|
565, 200
|
633,233
|
| ωe
/ωN
|
0,13
|
0,333
|
0,5
|
0,778
|
1
|
1,12
|
| (ωe
/ωN
) 2
|
0,017
|
0,111
|
0,250
|
0,605
|
1
|
1,255
|
| (ωe
/ωN
) 3
|
0,002
|
0,037
|
0,125
|
0,471
|
1
|
1,406
|
| ωe
/ωN
+ (ωe
/ωN
) 2
- (ωe
/ωN
) 3
|
0,144
|
0,407
|
0,625
|
0,912
|
1
|
0,969
|
| Ne, кВт
|
12,05
|
34,04
|
52,22
|
76,22
|
83,55
|
80,98
|
| Me, Н*м
|
164,50
|
180,67
|
184,78
|
173,37
|
147,82
|
127,89
|
передаточное отношение главной передачи, где
- частота вращения коленчатого вала при максимальной скорости
- передаточное отношение коробки передач. Высшая передача на которой достигается максимальная скорость т.к установлена 4х ступенчатая коробка передач и автомобиль имеет задний привод, то - 
- максимальная скорость
Максимальная тяговая сила на I передаче должна быть больше максимальной силы по дорожному сопротивлению и меньше предельной силы по сцеплению.
- максимальный крутящий момент двигателя
- коэффициент дорожного сцепления: 
- коэффициент нагрузки на ведущие колеса; 
Исходя из неравенства, примем
Передаточные отношения остальных передач возьмем из аналога ВАЗ-2106.
- коэффициент учёта вращающихся масс автомобиля
, где
- инерционный момент двигателя
- инерционный момент колеса
Рассчитаем коэффициент учёта вращающихся масс автомобиля при движении на всех передачах
Скорость автомобиля при соответствующей угловой скорости двигателя (
, рассчитаем по формуле:
, где i - номер передачи
Зависимость коэффициента сопротивления качению от скорости найдем по формуле
, где
- коэффициент сопротивления качению
Определение динамического фактора автомобиля на разных передачах.
Динамическим фактором автомобиля называют отношение разности силы тяги и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля.
По формуле и данным силового баланса рассчитаем динамическую характеристику автомобиля, которая является графическим изображением динамического фактора от скорости движения при различных передачах, при полной нагрузке автомобиля
во время разгона автомобиля по горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества при максимальном использовании мощности двигателя и отсутствии буксования ведущих колес.
Ускорение находят по формуле:
,
Где используется коэффициент учёта вращающихся масс автомобиля, обратные ускорения используем для определения зависимости времени разгона от скорости движения автомобиля
По формуле определим ускорение разгона, обратные ускорения и результаты внесем в таблицу. Поскольку при скоростях, близких к максимальной, ускорение стремится к нулю, то для расчёта обратных ускорений, ограничиваются скоростью 
Таблица 2
| ωe
, с-1
|
73,27
|
188,4
|
282,6
|
439,6
|
565,2
|
633,23
|
| Me, Н*м
|
164,5
|
180,67
|
184,78
|
173,37
|
147,82
|
127,89
|
| 1-я передача
Uк1
= 3,24 
1,1757
|
Vа, м/с
|
1,64
|
4,22
|
6,33
|
9,85
|
12,66
|
14, 19
|
| Fk, H
|
6704,41
|
7363,44
|
7530,95
|
7065,92
|
6024,60
|
5212,33
|
| Fв, Н
|
1,66
|
10,95
|
24,65
|
59,64
|
98,59
|
123,75
|
| ψv=fv
|
0,0110
|
0,0111
|
0,0112
|
0,0115
|
0,0119
|
0,0121
|
| D
|
0,465
|
0,510
|
0,521
|
0,486
|
0,411
|
0,353
|
| ja, м/с²
|
3,79
|
4,16
|
4,25
|
3,96
|
3,33
|
2,84
|
| 1/ja, с²/м
|
0,26
|
0,24
|
0,24
|
0,25
|
0,30
|
0,35
|
| 2-я передача
Uк2
= 1,98 
1,082
|
Vа, м/с
|
2,69
|
6,91
|
10,36
|
16,11
|
20,72
|
23,21
|
| Fk, H
|
4097,14
|
4499,88
|
4602,25
|
4318,06
|
3681,70
|
3185,31
|
| Fв, Н
|
4,44
|
29,33
|
66,00
|
159,70
|
263,99
|
331,37
|
| ψv=fv
|
0,0110
|
0,0113
|
0,0116
|
0,0124
|
0,0134
|
0,0140
|
| D
|
0,284
|
0,310
|
0,315
|
0,288
|
0,237
|
0, 198
|
| ja, м/с²
|
2,47
|
2,71
|
2,75
|
2,50
|
2,03
|
1,67
|
| 1/ja, с²/м
|
0,40
|
0,37
|
0,36
|
0,40
|
0,49
|
0,60
|
| 3-я передача
Uк3
= 1,29 
1,0498
|
Vа, м/с
|
4,12
|
10,60
|
15,90
|
24,73
|
31,80
|
35,63
|
| Fk, H
|
2669,35
|
2931,74
|
2998,43
|
2813,28
|
2398,68
|
2075,28
|
| Fв, Н
|
10,45
|
69,10
|
155,48
|
376,23
|
621,93
|
780,66
|
| ψv=fv
|
0,0111
|
0,0116
|
0,0124
|
0,0144
|
0,0166
|
0,0180
|
| D
|
0,184
|
0, 199
|
0, 197
|
0,169
|
0,123
|
0,090
|
| ja, м/с²
|
1,62
|
1,75
|
1,73
|
1,44
|
1,00
|
0,67
|
| 1/ja, с²/м
|
0,62
|
0,57
|
0,58
|
0,69
|
1,00
|
1,49
|
| 4-я передача
Uк4
= 1,0 
1,0404
|
Vа, м/с
|
5,32
|
13,67
|
20,51
|
31,91
|
41,02
|
45,96
|
| Fk, H
|
2069,26
|
2272,67
|
2324,37
|
2180,84
|
1859,44
|
1608,74
|
| Fв, Н
|
17,39
|
114,99
|
258,74
|
626,08
|
1034,95
|
1299,09
|
| ψv=fv
|
0,0112
|
0,0120
|
0,0133
|
0,0166
|
0,0203
|
0,0226
|
| Fψv, Н
|
160,87
|
173,46
|
192,00
|
239,37
|
292,10
|
326,17
|
| Fψv+Fв, Н
|
178,26
|
288,45
|
450,73
|
865,45
|
1327,06
|
1625,26
|
| D
|
0,142
|
0,150
|
0,143
|
0,108
|
0,057
|
0,021
|
| ja, м/с²
|
1,24
|
1,30
|
1,23
|
0,86
|
0,35
|
-0,01
|
| 1/ja, с²/м
|
0,81
|
0,77
|
0,82
|
1,16
|
2,87
|
-92,60
|
Время и путь разгона автомобиля определим графоаналитическим способом. С этой целью кривую обратных ускорений разбиваем на интервалы.
Время разгона автомобиля определим по формуле:
, где
i - порядковый номер интервала
Найдем общее время разгона на всех интервалах, для этого к времени на первом интервале прибавляем время второго
, и т.д. аналогично
| tр1 =
|
(
|
0,26
|
+
|
0,24
|
)
|
*
|
(
|
4,22
|
-
|
1,64
|
)
|
=
|
0,645 с
|
| tр2 =
|
(
|
0,24
|
+
|
0,25
|
)
|
*
|
(
|
9,85
|
-
|
4,22
|
)
|
=
|
1,379 с
|
| tр3 =
|
(
|
0,25
|
+
|
0,35
|
)
|
*
|
(
|
14, 19
|
-
|
9,85
|
)
|
=
|
1,302 с
|
| tр4 =
|
(
|
0,38
|
+
|
0,4
|
)
|
*
|
(
|
16,11
|
-
|
14, 19
|
)
|
=
|
0,749 с
|
| tр5 =
|
(
|
0,4
|
+
|
0,49
|
)
|
*
|
(
|
20,72
|
-
|
16,11
|
)
|
=
|
2,051 с
|
| tр6 =
|
(
|
0,49
|
+
|
0,6
|
)
|
*
|
(
|
23,21
|
-
|
20,72
|
)
|
=
|
1,357с
|
| tр7 =
|
(
|
0,66
|
+
|
1
|
)
|
*
|
(
|
31,8
|
-
|
23,21
|
)
|
=
|
7,130 с
|
| tр8 =
|
(
|
1
|
+
|
1,49
|
)
|
*
|
(
|
35,63
|
-
|
31,8
|
)
|
=
|
4,768 с
|
| tр9 =
|
(
|
1,72
|
+
|
2,87
|
)
|
*
|
(
|
41,02
|
-
|
35,63
|
)
|
=
|
12,370 с
|
Путь разгона автомобиля определим по формуле:
Найдем общее время разгона на всех интервалах, для этого к времени на первом интервале прибавляем время второго
. и т.д. аналогично
| Sр1 =
|
(
|
1,64
|
+
|
4,22
|
)
|
/
|
2
|
*
|
0,645
|
=
|
1,890 м
|
| Sр2 =
|
(
|
4,22
|
+
|
9,85
|
)
|
/
|
2
|
*
|
1,379
|
=
|
9,704 м
|
| Sр3 =
|
(
|
9,85
|
+
|
14, 19
|
)
|
/
|
2
|
*
|
1,302
|
=
|
15,650 м
|
| Sр4 =
|
(
|
14, 19
|
+
|
16,11
|
)
|
/
|
2
|
*
|
0,749
|
=
|
11,344 м
|
| Sр5 =
|
(
|
16,11
|
+
|
20,72
|
)
|
/
|
2
|
*
|
2,051
|
=
|
37,777 м
|
| Sр6 =
|
(
|
20,72
|
+
|
23,21
|
)
|
/
|
2
|
*
|
1,357
|
=
|
29,808 м
|
| Sр7 =
|
(
|
23,21
|
+
|
31,8
|
)
|
/
|
2
|
*
|
7,130
|
=
|
196,102 м
|
| Sр8 =
|
(
|
31,8
|
+
|
35,63
|
)
|
/
|
2
|
*
|
4,768
|
=
|
160,765 м
|
| Sр9 =
|
(
|
35,63
|
+
|
41,02
|
)
|
/
|
2
|
*
|
12,370
|
=
|
474,082 м
|
Таблица 3
| Vа, м/с
|
1,64
|
4,22
|
9,85
|
14,2
|
16,11
|
20,7
|
23,21
|
31,8
|
35,63
|
41,02
|
| 1/ja, с²/м
|
0,26
|
0,24
|
0,25
|
0,38
|
0,4
|
0,49
|
0,66
|
1
|
1,72
|
2,87
|
| tрi
, с
|
0
|
0,65
|
1,38
|
1,30
|
0,75
|
2,05
|
1,36
|
7,13
|
4,77
|
12,37
|
| ∑tр
, с
|
0
|
0,65
|
2,02
|
3,33
|
4,08
|
6,13
|
7,48
|
14,61
|
19,38
|
31,75
|
| |
| Sрi, м
|
0
|
1,89
|
9,70
|
15,65
|
11,34
|
37,78
|
29,81
|
196,10
|
160,76
|
474,08
|
| ∑Sp, м
|
0
|
1,89
|
11,59
|
27,24
|
38,59
|
76,37
|
106,17
|
302,28
|
463,04
|
937,12
|
Объединяя 1-ю и 2-ю таблицы составим 4-ю для построения скоростной характеристики в Vа-N координатах.
Для 4-й передачи на график на несем зависимость (Nψv+Nв) /ηт от Va, учитывая: (Nψv+Nв) /ηт = Vaּ (Fψv+Fв) /ηт.
Таблица 4
| Ne, кВт
|
12,05
|
34,04
|
52,22
|
76,22
|
83,55
|
80,98
|
| 1-я
|
Vа, м/с
|
1,64
|
4,22
|
6,33
|
9,85
|
12,66
|
14, 19
|
| 2-я
|
Vа, м/с
|
2,69
|
6,91
|
10,36
|
16,11
|
20,72
|
23,21
|
| 3-я
|
Vа, м/с
|
4,12
|
10,60
|
15,90
|
24,73
|
31,80
|
35,63
|
| 4-я
|
Vа, м/с
|
5,32
|
13,67
|
20,51
|
31,91
|
41,02
|
45,96
|
| (Nψv+Nв) /ηт, кВт
|
1,04
|
4,32
|
10,13
|
30,24
|
59,63
|
81,82
|
При этом мощность на колесах равна: Nк = Neּηт.
Таблица 5
| Nк, кВт
|
11,00
|
31,08
|
47,68
|
69,58
|
76,28
|
73,94
|
| 1-я
|
Vа, м/с
|
1,64
|
4,22
|
6,33
|
9,85
|
12,66
|
14, 19
|
| 2-я
|
Vа, м/с
|
2,69
|
6,91
|
10,36
|
16,11
|
20,72
|
23,21
|
| 3-я
|
Vа, м/с
|
4,12
|
10,60
|
15,90
|
24,73
|
31,80
|
35,63
|
| 4-я
|
Vа, м/с
|
5,32
|
13,67
|
20,51
|
31,91
|
41,02
|
45,96
|
Путевой расход топлива определяется по формуле:
, где
Е = 
; 
- для всех типов ДВС
; 
- для карбюраторных ДВС
- минимальный удельный расход топлива
- плотность бензина
Таблица 6
| Vа, м/с (4-я)
|
5,32
|
13,67
|
20,51
|
31,91
|
41,02
|
45,96
|
| E = ωe/ωN
|
0,13
|
0,33
|
0,5
|
0,78
|
1
|
1,12
|
| Кск = f (E)
|
1,14
|
1,02
|
0,97
|
0,96
|
1
|
1,03
|
| И = (Nψv+Nв) / (ηт*Nе)
|
0,09
|
0,13
|
0, 19
|
0,4
|
0,71
|
1,01
|
| Ки = f (И)
|
2,63
|
2,37
|
2,00
|
1,25
|
0,9
|
1,01
|
| Fψv+Fв, Н
|
178,26
|
288,45
|
450,73
|
865,45
|
1327,06
|
1625,26
|
| Qs, г/кВт*ч
|
8,45
|
11,04
|
13,83
|
16,43
|
18,89
|
26,77
|
содержание ..
1545
1546
1547 ..
|
|
|