汽车理论---第三章--汽车动力装置参数匹配PPT课件.ppt

1 5 第三章 汽车动力装置参数匹配 2 5 3汽车动力传动系参数匹配 3 1发动机功率3 2最小传动比3 3最大传动比3 4变速器档数及其传动比3 5动力传动系匹配 3 5 引言 前2章讨论的性能 动力性 经济性 是汽车的主要性能中最主要的两性能 我们依据汽车的动力性 经济性评价指标 主要讨论已有汽车 即结构参数已定 发动机已有 在不同使用条件下的性能如何 以评价其好坏 4 5 在进行汽车造型和制定设计任务书时 或者进行改进设计或重新组装新车都必须研究整车和各总成的结构形式及主要参数 本章是反过来 根据使用条件和要求 主管部门和用户 如何更好地确定发动机 底盘 传动系中一些结构参数 也就是一个造型设计 是汽车设计的开始部分的工作 也是两章理论分析的具体应用 5 5 选择的依据 根据提供的汽车的动力性 Vomax iamax Domax r 和 经济性 Qs L 100km 指标 确定的对象 确定整车和各总成的结构型式和主要参数 本章只讨论结构参数中 1 发动机功率2 传动系的传动比 i0 ig 6 5 讨论方法 用功率平衡法来讨论 也就是从能量观点来分析确定 原则 主要从动力性出发来选择发动机功率 确定传动系参数 然后从经济性方面进行复核和修正 找出更为合适的结论 7 5 进行总布置计算大致步骤如下 1 根据任务书提出的载重量Gc要求 拟定汽车自重Go 控制数 求得总重 Ga Gc Go初步确定L1 L2 Hg 2 按G1 G2选择轮胎 确定Rk 3 参考同类型车确定CDA 以上是设计课的讨论内容4 选择发动机型式 确定主要性能参数 Pemax np Ttqmax nt 及外特性 5 确定传动系最小传动比itmin6 确定传动系最大传动比itmax7 确定变速器档数及各档调速比分配 后四个问题即为本章所讨论的内容 8 5 发动机最大功率和传动系传动比的确定 首先应考虑满足新设计汽车的动力性要求 如最高车速 最大爬坡度 加速能力等 同时还要兼顾汽车燃油经济性的要求和驾驶性的要求 在确定发动机最大功率和传动系传动比之前 先要参照同类型汽车和有关资料初步确定如下参数 1 汽车的质量 2 迎风面积和空气阻力系数 3 轮胎的型号和尺寸 4 传动系的机械效率 3 1发动机功率的确定 9 5 一 依据 原则 根据最大车速uamax选择Pe 设计常从汽车最高车速入手来选择发动机的功率 Vamax间接反映了汽车的爬坡 加速能力 10 5 二 常用的方法1 根据最高车速计算发动机最大功率所选发动机的最大功率应满足上式的计算结果 但也不宜过大 否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性 11 5 2汽车比功率 单位汽车质量具有的功率 常用单位为kw t 利用现有汽车统计数据估计汽车比功率 做汽车比功率 汽车总质量图 可以得到发动机功率 12 第一节发动机功率的选择 13 第一节发动机功率的选择 14 第一节发动机功率的选择 15 货车可以根据总质量与同类车辆比功率的统计数据 初步选择发动机功率 第一节发动机功率的选择 16 5 中型货车的比功率约为10kw t 其中Ff约占40 A m项 m增加 A增加有限 因此 A m随总质量的增加而减少 由上述两项可知 货车的比功率是随其总质量的增大而逐步变小 通常 货车的比功率约为7 35kW t 小于2 3t的轻型货车常是轿车或微型车的变型车 动力性能很好 比功率很大 重型货车汽车的Vamax低 比功率较小 总之货车可以根据同样总质量与同样类型车辆的比功率统计数据 初步选择发动机功率 17 轿车的车速高 最高车速变化范围大 比功率主要与有关 比功率还与CDA m T有关 2 轿车的比功率 第一节发动机功率的选择 18 AudiA6轿车的比功率 第一节发动机功率的选择 19 AudiA6轿车的比功率 第一节发动机功率的选择 20 根据设计轿车的总质量 预期的最高车速 利用轿车比功率曲线可大体确定发动机的功率 第一节发动机功率的选择 AudiA6与Bora比功率的比较 两车轴距相差337mm 质量相差170kg 21 5 有的国家对汽车的比功率有规定 以保证路上行驶的汽车动力性不低于一定的水平 防止阻碍正常交通流 国内大客车的标准明确规定了最高车速与功率的数值 可以作为初步确定发动机质的依据 图3 2也给出了一定条件下 某些类型轿车的比功率值点 利用这些数点形成的区域 可以根据设计轿车的总质量 预期的最高车速 大体确定发动机的功率 22 第三章汽车动力装置参数的选择 第二节最小传动比的选择 返回目录 23 1 最小传动比与动力性和燃油经济性的关系 第二节最小传动比的选择 三轴式变速器 1 的确定 i0的确定 副变速器传动比 思考 汽车传动系由哪些传动部件组成 传动系总传动比it如何确定 2020 3 26 24 当时 汽车的最高车速最高 1 最高车速 uamax1uP3uamax2 uamax3 uamax1 第二节最小传动比的选择 发动机最大功率对应的车速 汽车的最高车速 2020 3 26 25 2 后备功率 第二节最小传动比的选择 后备功率 26 i01的后备功率最小 i03的后备功率最大 i01的燃油经济性最好 i03的燃油经济性最差 1 动力性好 燃油经济性差 第二节最小传动比的选择 2 后备功率 2020 3 26 27 不同的取值在轿车中所占的比例 第二节最小传动比的选择 28 2 最小传动比与驾驶性能 驾驶性能是指加速性 动力装置的转矩响应 噪声和振动 大排量发动机提供较大 较快 较平稳的转矩响应 前置前驱动传动系转矩响应较前置后驱动好 最小传动比过小 汽车在重负荷下工作 加速性不好 出现噪声和振动 最小传动比过大 燃油经济性差 发动机高速运转的噪声大 第二节最小传动比的选择 29 第二节最小传动比的选择 根据每千克车质量的发动机排量毫升值 查出允许的最小值 对于选择轿车最小传动比有参考价值 2020 3 26 30 满足汽车的最大爬坡度 max 传动系最大传动比主要用于什么工况 思考 满足汽车的最低稳定车速uamin 满足汽车加速时间的要求 满足汽车的附着条件 3 3最大传动比的确定 31 当汽车低速爬坡时FW 0 0 一 保证最大爬坡度 第三节最大传动比的选择 2020 3 26 32 已知参数 G 26950N f 0 02 r 367 15mm 310 i0 3 70 副变速器传动比 2 64 T 0 90 以奔驰ML320越野汽车为例 计算满足最大爬坡度要求前提下的传动系最大传动比 求得ig1 2 619 第三节最大传动比的选择 33 4 二 满足附着条件 34 4 取ig1除了应满足 要求外 还要考虑道路的附着条件 对于越野汽车还要考虑最低稳定车速 三 满足最低稳定车速uamin的要求 35 4 通过上述 我们便可确定出itmin itmax 根据不同用作汽车变化范围 车型itmaxitminitmax itmin货车30 506 76 7轿车12 153 63 4货车主要是牵引力 兼顾V 所以itmax大 轿车则以Vamax为主 36 9 3 4档数及其传动比的确定 由于使用条件变化很大 车速驱动力等 因此变速器必须有n种不同的速比 才能较好满足使用条件 一般讲 itmax itmin 间隔大 档数应多 而象轻型车 Domax大 而 1max小些 所以间隔小 则挡数设置少些 档数多少 视工作条件变化幅度大小 主要由下述几方面所决定 路面状况变化坡度大小变化车速变化载荷变化 传动系档数的确定 37 比功率大 挡位数少 阻力靠后备功率克服 比功率小 挡位数多 阻力靠变换挡位克服 重型货车和越野汽车使用中 载质量变化大 路面条件复杂 大 挡数较多 挡位数多 对汽车动力性和燃油经济性都有利 动力性 挡位数多 增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会 提高了汽车的加速和爬坡能力 燃油经济性 挡位数多 增加了发动机在低燃油消耗率转速区工作的可能性 降低了油耗 第四节传动系挡数与各挡传动比的选择 2020 3 26 38 9 乘用车 过去常为3 4档 近年来增加到5 6档轻中型载重车 客车 4 5档 近年来有6档3 5T以上6档3 5T以下有5档重型车 大客车 有副变速器 8 10 12档 越野车 变速器和两端分动器3 5T以下四档3 5T以上5 6档 39 9 档位数多 增加了发动机发挥最大功率附近功率的机会 提高了汽车的加速和爬坡能力同时也增加了发动机在低燃油消耗率工作的机会 档位数增加对动力性和燃油经济性均有利 近年来 随着对车型的经济性要求的提高 档数整体呈增加的趋势 档位数还影响邻档间传动比的比值 比值过大会造成换档困难 通常其比值要小于1 7 1 8 最大与最小传动比值越大 档位数应越大 40 9 但档数越多 变速器结构复杂 成本高 操作频繁 T下降 也不易太多 41 第四节传动系挡数与各挡传动比的选择 1 各挡传动比的分配 变速器各挡传动比基本按等比级数分配 即 设5挡变速器的ig5 1 一 各挡传动比的确定 42 1 发动机工作范围都相同 加速时便于操纵 2 各挡工作所对应的发动机功率都较大 有利于汽车动力性 3 便于和副变速器结合 构成更多挡位的变速器 以下将重点分析上述优点 2 等比级数分配传动比的优点 第四节传动系挡数与各挡传动比的选择 43 发动机工况图变速器工况图 国产奥迪A6轿车的各项技术参数 第四节传动系挡数与各挡传动比的选择 44 ig1 ig2 1 85 ig2 ig3 1 432 ig3 ig4 1 346 ig4 ig5 1 355 且 第四节传动系挡数与各挡传动比的选择 2020 3 26 45 9 46 9 47 9 48 9 49 9 50 9 51 9 52 9 由此可见 若每次发动机都是提高到转速n2换挡 只要发动机都降到同一低转速n1 离合器就能无冲击地接合 就是说 换挡过程中 发动机总在同一转速范围n1 n2内工作 这样 驾驶员在起步加速时操作就方便得多了 53 9 速比的计算 54 9 由此可倒出n档变速器的各档传动比 55 9 上述分析表明 换挡过程中 发动机总在同一转速范围n1 n2内工作 这样 驾驶员在起步加速时操作就方便得多了 不过 按等比级数分配传动比的主要目的还在于 充分利用发动机提供的功率 提高汽车的动力性 56 9 当汽车需要大功率 如全力加速或上坡 时 若排挡选择恰当 具有按等比级数分配传动比的变速器 能使发动机经常在接近外特性最大功率Pemax处的大功率范围内运转 从而增加了汽车的后备功率 提高了汽车加速或上坡能力 下面比较三种不同传动比分配的3挡变速器在加速过程中发动机功率发挥的程度 以说明传动比分配规律对汽车后备功率的影响 57 9 58 9 59 9 三种方案在I挡时 发动机工作区域相同 在II挡和III挡时 由于发动机在换挡时的起始转速不同 其功率曲线覆盖的面积也不同 60 9 按第一个方案 即按等比级数分配传动比的方案 可以在汽车需要大功率时 较好地利用发动机特性曲线功率比较大的一段来增加汽车的后备功率 提高汽车的加速或上坡能力 61 9 若按第二个方案 在使用II挡时 与第一个方案相比较 利用发动机功率的范围少掉一段较大功率区域 在III挡时与第一个方案相比较 汽车多利用了较小的功率区域 总的来看 失去的是较大功率区域 62 9 同理 第三个方案 也有同样情况 不过得到功率区域与失去功率区域的挡位不同 63 9 若每次均将转速提高到n2换档 只要发动机降低到n1 离合器就能无冲击地接合 由于符合人的操作习惯 这样布档能方便驾驶员加速时换档操作 按等比级数分配传动比也在于可充分地利用发动机的功率 提高发动机的动力性 汽车需要大功率时 若档位传动比分配得当 就可使发动机经常在接近外特性最大功率范围内运转 从而相对增加汽车后备功率 提高汽车加速和爬坡能力 小结 64 9 按等比级数分配传动比的主变速器 还便于和副变速器结合构成更多挡位的变速器 例如一具有5挡位的主变速器 各挡问的公比为q2 其传动比序列为l q2 q4 q6 q8 若结合一后置两挡副 减速 变速器 其传动比为1 q 便可构成一具有10挡位的变速器 各挡间的公比为q 其传动比序列为 1 q2 q3 q9 65 9 实际上 对于挡位较少 如5挡以下 的变速器 各挡传动比之间的比值常常并不正好相等 即并不是正好按等比级数来分配传动比的 主要是考虑到各挡利用率差别很大的缘故 汽车主要是用较高档行驶的 例如中型货车5挡变速器中的l 2 3三个挡位的总利用率仅为10 15 所以较高挡位相邻两挡间的传动比的间隔应小些 特别是最高挡与次高挡之间更应小些 66 由于高挡的利用率远大于低挡 实际各挡传动比常按下式分布 CA72205挡变速器传动比 第四节传动系挡