1. Określenie podstawowych danych samochodu

Wymiary i założenia:

długość: 4,27 [m]

szerokość: 1,65 [m]

wysokość: 1,42 [m]

rozstaw osi: 2,5 [m]

masa skorupy nadwozia: m_s = 510 [kg]

prędkość maksymalna: V_max= 198 [km/h]

liczba pasażerów: 5

napęd: K

ogumienie 185/70 R 13

promień dynamiczny: r_d=0,23 [m]

Rozmieszczenie mas względem początku układu wspłórzędnych:

Lp.	Nazwa	Masa [kg]	Współrzędna X[m]	Współrzędna Y[m]
1	Karoseria	510	2,2	1
2	Silnik	120	0,7	0,4
3	Skrzynia biegów	30	1,1	0,4
4.	Wał napędowy	40	2,8	0,4
5	Pasażerowie z przodu i fotele	150	2	0,4
6	Pasażerowie z tyłu i fotele	220	3	0,5
7	Bagaże	80	3,8	0,6
8	Bak z paliwem	40	3,7	0,3
9	Elementy zawieszenia przedniego i tylnego	100	2	0,3

Masa całkowita: m=1290[kg]

I. Wyznaczenie współrzędnych środka masy

Względem osi x

x=2,29 [m]

Względem osi y

y=0,63 [m]

II. Wyznaczenie normalnych reakcji drogi:

m=1290[kg]

l=2,5 [m]

l₁=1,54 [m]

l₂=0,96 [m]

Z₁= mgl₁/l = 1290 x 10 x 1,54/2,5 = 4954 [N]

Z₂= mgl₂/l = 1290 x 10 x 0,96/2,5 = 7946 [N]

III. Obliczenie mocy oporów ruchu

1. Moc oporu toczenia

współczynnik oporu toczenia fo=0,014

współczynnik dla drogi gładkiej A=5⋅10^-4 [s²/m²]

P_t=m_c⋅g⋅f_o(1+A⋅V²_max)V_max = 1290 ⋅ 10 ⋅ 0,014 (1+5⋅10^-4⋅55²) ⋅55=

= 25 [kW]

2. Moc oporu powietrza

Przyjmuje :

Gęstość powietrza γ = 1,292 [kg/m³]

wysokość pojazdu h = 1,42[m]

szerokość pojazdu b = 1,65[m]

współczynnik oporu powietrza Cx = 0,4

Pole powierzchni czołowej pojazdu
A = h⋅b⋅k = 2,34 [m²]

Współczynnik wypełnienia k = 0,75

P_p= γ ⋅A⋅0,5⋅Cx⋅V³_max

P_p=0,646⋅1,76⋅0,4⋅55³=76 [kW]

2. Łączna moc oporów

Moc oporów = Moc na kołach: P_k= P_t +P_p [kW]

P_k= 25 + 176 = 101 [kW]

IV. Dobór silnika

Sprawność skrzynki biegów - 0,96

Sprawność sprzęgła - 0,98

Sprawność wału i pozostałych elementów układu napędowego - 0,96

Sprawność całego układu 0,96 ⋅ 0,98 ⋅ 0,96 = 0,9

Moc silnika: P_s = P_k/
= 101/0,9 = 112 [kW]

Dobieram silnik ZI o parametrach:

P_max = 140 [kW] n_p=7000[obr/min]

T_max= 240[Nm] n_T=3200[obr/min]

n [obr/min]	Moc [kW]	Moment obrotowy [Nm]
1000	30	100
1500	40	110
2000	50	140
2500	60	195
3000	70	220
3500	80	240
4000	90	230
4500	100	210
5000	110	190
5500	119	170
6000	127	160
6500	134	150
7000	140	140
7500	134	130
8000	128	120

V. Dobór przełożenia przekładni głównej:

VI. Dobór przełożenia biegu pierwszego

1. kryterium przyczepności

μ=0,8

λ=1,15

2. kryterium wzniesień

Maksymalne wzniesienie, jakie może pokonać samochód ze względu na przyczepność:

3. kryterium przyspieszeń

I_s=0,2 [kg⋅m²]

I_k=0,6 [kg⋅m²]

δ_s=

δ_k

6,59

Prędkości maksymalne osiągane na pierwszym przełożeniu wg. 3 kryteriów

1. Kryterium przyczepności V_max1 = 76 km/h

2. Kryterium wzniesień V_max2 = 83 km/h

3. Kryterium przyspieszeń V_max3 = 30 km/h

Jako, że silnik do tego samochodu został stworzony częściowo w celach sportowych, dobieram przełożenie

według pierwszego kryterium, tj. i₁ = 2,6.

VI. Dobór przełożeń pośrednich

Ze względu na napęd klasyczny, jest tam trójwałkowa skrzynia biegów, co oznacza, że przełożenie biegu najwyższego jest równe 1.

Rozpiętość przełożeń

Maksymalny iloraz szeregu
=e_n

Gdzie przyjmuje

Zaokrąglam 2,23 do 3.

Przyjmuję z=5

Obliczenia biegów pośrednich wg. pojedynczego ciągu geometrycznego

q<e_n

Obliczam podwójny ciąg geometryczny

Zestawienie wyników:

Pojedynczy ciąg geometryczny Podwójny ciąg geometryczny

i₁= 2,6 i₁= 2,6

i₂= 2,04 i₂= 1,93

i₃= 1,61 i₃= 1,49

i₄= 1,26 i₄= 1,2

i₅= 1 i₅= 1

Przyjmuje położenie biegów pośrednich według kryterium pojedynczego ciągu geometrycznego

VII. Bilans mocy na kołach

P_k=P_s⋅η_m

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500
Ps	30	40	50	60	70	80
Pk	27	36	45	54	63	72

4000	4500	5000	5500	6000	6500	7000
90	100	110	119	127	134	140
81	90	99	107,1	114,3	120,6	126

Bilans mocy na kołach przy maksymalnej prędkości:

P_k-P_op=126-101=25 [kW]

i₁=2,6

i₂=2,04

i₃=1,61

i₄=1,26

i₅=1

r_d=0,29[m] i_g=3,86

[km/h]

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500
Pk	27	36	45	54	63	72
V1	11	16	22	27	33	38
V2	14	21	28	35	42	49
V3	18	26	35	44	53	62
V4	23	34	45	56	68	79
V5	28	43	57	71	85	99

4000	4500	5000	5500	6000	6500	7000
81	90	99	107,1	114,3	120,6	126
44	49	55	60	65	71	76
56	63	69	76	83	90	97
70	79	88	97	106	114	123
90	101	113	124	135	146	158
113	128	142	156	170	184	198

VIII. Wykres trakcyjny i trakcyjny ulepszony

Wykres trakcyjny Fn=f(V), trakcyjny ulepszony Fn-Fp=f(V)

Siła napędowa na b-tym biegu

[N]

Prędkość samochodu na b-tym biegu
[km/h], Opór powietrza F_p= γ ⋅A⋅0,5⋅Cx⋅V²

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500
Ts [Nm]	100	110	140	195	220	240
V1	11	16	22	27	33	38
Fn1	3115	3426	4360	6074	6852	7475
Fp1	4	9	17	26	38	51
Fn1-Fp1	3110	3417	4344	6047	6815	7424
V2	14	21	28	35	42	49
Fn1	2444	2688	3421	4765	5376	5865
Fp1	7	15	27	42	61	83
Fn1-Fp1	2437	2673	3394	4723	5315	5782
V3	18	26	35	44	53	62
Fn1	1929	2122	2700	3761	4243	4629
Fp1	11	24	44	68	98	133
Fn1-Fp1	1918	2097	2657	3693	4145	4496
V4	23	34	45	56	68	79
Fn1	1509	1660	2113	2943	3321	3623
Fp1	18	40	71	111	160	218
Fn1-Fp1	1492	1620	2042	2832	3161	3405
V5	28	43	57	71	85	99
Fn1	1198	1318	1677	2336	2635	2875
Fp1	28	63	113	176	254	346
Fn1-Fp1	1170	1254	1564	2160	2382	2530

4000	4500	5000	5500	6000	6500	7000
230	210	190	170	160	150	140
44	49	55	60	65	71	76
7164	6541	5918	5295	4983	4672	4360
67	84	104	126	150	176	204
7097	6456	5813	5169	4833	4496	4156
56	63	69	76	83	90	97
5621	5132	4643	4154	3910	3666	3421
108	137	169	205	244	286	332
5512	4995	4474	3949	3666	3379	3089
70	79	88	97	106	114	123
4436	4050	3664	3279	3086	2893	2700
174	220	272	329	392	460	533
4262	3830	3392	2950	2694	2433	2167
90	101	113	124	135	146	158
3472	3170	2868	2566	2415	2264	2113
284	360	444	537	640	751	871
3187	2810	2424	2029	1775	1513	1243
113	128	142	156	170	184	198
2755	2516	2276	2036	1917	1797	1677
451	571	705	853	1015	1192	1382
2304	1944	1571	1183	901	605	295

IX. Charakterystyka dynamiczna

Wskaźnik dynamiczny podzielony przez prędkość pojazdu to właśnie charakterystyka dynamiczna.

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500
Ts [Nm]	100	110	140	195	220	240
V1	11	16	22	27	33	38
Fn1-Fp1	3110	3417	4344	6047	6815	7424
D1	0,24	0,26	0,34	0,47	0,53	0,58
V2	14	21	28	35	42	49
Fn1-Fp1	2437	2673	3394	4723	5315	5782
D2	0,19	0,21	0,26	0,37	0,41	0,45
V3	18	26	35	44	53	62
Fn1-Fp1	1918	2097	2657	3693	4145	4496
D3	0,15	0,16	0,21	0,29	0,32	0,35
V4	23	34	45	56	68	79
Fn1-Fp1	1492	1620	2042	2832	3161	3405
D4	0,12	0,13	0,16	0,22	0,25	0,26
V5	28	43	57	71	85	99
Fn1-Fp1	1170	1254	1564	2160	2382	2530
D5	0,09	0,10	0,12	0,17	0,18	0,20

4000	4500	5000	5500	6000	6500	7000
230	210	190	170	160	150	140
44	49	55	60	65	71	76
7097	6456	5813	5169	4833	4496	4156
0,55	0,50	0,45	0,40	0,37	0,35	0,32
56	63	69	76	83	90	97
5512	4995	4474	3949	3666	3379	3089
0,43	0,39	0,35	0,31	0,28	0,26	0,24
70	79	88	97	106	114	123
4262	3830	3392	2950	2694	2433	2167
0,33	0,30	0,26	0,23	0,21	0,19	0,17
90	101	113	124	135	146	158
3187	2810	2424	2029	1775	1513	1243
0,25	0,22	0,19	0,16	0,14	0,12	0,10
113	128	142	156	170	184	198
2304	1944	1571	1183	901	605	295
0,18	0,15	0,12	0,09	0,07	0,05	0,02

X. Wykres przyspieszeń

ϑ=0,96

, f₀=0,014, A=
[s²/m²], V[km/h]

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000
V1	11	16	22	27	33	38	44
D1	0,24	0,26	0,34	0,47	0,53	0,58	0,55
K1	0,217	0,240	0,309	0,436	0,492	0,538	0,513
δ1							1,173
X"1	1,854	2,047	2,635	3,714	4,200	4,584	4,375
V2	14	21	28	35	42	49	56
D2	0,19	0,21	0,26	0,37	0,41	0,45	0,43
K2	0,167	0,185	0,238	0,337	0,381	0,415	0,394
δ2							1,122
X"2	1,491	1,646	2,123	3,002	3,392	3,698	3,515
V3	18	26	35	44	53	62	70
D3	0,15	0,16	0,21	0,29	0,32	0,35	0,33
K3	0,129	0,142	0,183	0,260	0,293	0,318	0,300
δ3							1,084
X"3	1,186	1,306	1,688	2,395	2,701	2,936	2,769
V4	23	34	45	56	68	79	90
D4	0,12	0,13	0,16	0,22	0,25	0,26	0,25
K4	0,097	0,106	0,137	0,195	0,219	0,236	0,218
δ4							1,060
X"4	0,912	0,999	1,290	1,838	2,061	2,223	2,060
V5	28	43	57	71	85	99	113
D5	0,09	0,10	0,12	0,17	0,18	0,20	0,18
K5	0,073	0,078	0,101	0,144	0,159	0,168	0,150
δ5							1,046
X"5	0,694	0,748	0,961	1,374	1,519	1,610	1,432

4500	5000	5500	6000	6500	7000
49	55	60	65	71	76
0,50	0,45	0,40	0,37	0,35	0,32
0,465	0,417	0,369	0,343	0,318	0,292
1,173
3,965	3,555	3,142	2,926	2,708	2,488
63	69	76	83	90	97
0,39	0,35	0,31	0,28	0,26	0,24
0,355	0,316	0,276	0,255	0,233	0,210
1,122
3,168	2,817	2,464	2,270	2,074	1,874
79	88	97	106	114	123
0,30	0,26	0,23	0,21	0,19	0,17
0,267	0,234	0,200	0,180	0,159	0,138
1,084
2,465	2,157	1,844	1,659	1,469	1,275
101	113	124	135	146	158
0,22	0,19	0,16	0,14	0,12	0,10
0,189	0,159	0,128	0,107	0,086	0,064
1,060
1,783	1,498	1,206	1,012	0,811	0,601
128	142	156	170	184	198
0,15	0,12	0,09	0,07	0,05	0,02
0,121	0,091	0,060	0,036	0,011	0,004
1,046
1,157	0,870	0,570	0,343	0,104	0,038

XI. Wykres rozpędzania

Pole pod wykresem funkcji, w przeliczeniu km/h na m/s mówi nam, jak długo nasz samochód będzie się rozpędzać do danej prędkości. Obliczyłem to w przybliżeniu metodą prostokątów i trapezów.

n [obr/min]	1000	1500	2000	2500	3000	3500
V1	11	16	22	27	33	38
1/X"1	0,539418	0,488416	0,379551	0,269219	0,238117	0,218133
V2	14	21	28	35	42	49
1/X"2	0,670805	0,607551	0,471118	0,333136	0,294823	0,270406
V3	18	26	35	44	53	62
1/X"3	0,843515	0,765441	0,59258	0,417536	0,370268	0,340633
V4	23	34	45	56	68	79
1/X"4	1,096234	1,000965	0,775121	0,543937	0,485144	0,44976
V5	28	43	57	71	85	99
1/X"5	1,441331	1,336468	1,04078	0,727723	0,65812	0,621164

4000	4500	5000	5500	6000	6500	7000
44	49	55	60	65	71	76
0,228596	0,252181	0,281319	0,318236	0,341765	0,369273	0,401859
56	63	69	76	83	90	97
0,284468	0,315689	0,354956	0,405834	0,440485	0,482246	0,53354
70	79	88	97	106	114	123
0,361148	0,405643	0,463625	0,542293	0,6028	0,680622	0,784327
90	101	113	124	135	146	158
0,485428	0,560834	0,667368	0,829095	0,987997	1,233793	1,663301
113	128	142	156	170	184	198
0,698187	0,864201	1,14985	1,754685	2,915119	9,62841	26,15

V [km/h	0-50	0-100	0-150	0-198	60-100	80-120
czas [s]	ok. 5s	ok. 9s	ok. 23s	ok.. 82s	ok. 3s	ok. 4s

XII. Ogólna właściwości trakcyjnych samochodu.

Samochód jaki zaprojektowałem to półsportowy stary model Poloneza z silnikiem benzynowym o mocy 190 KM , mogący osiągnąć prędkość 198 km/h

Jak widać z tabeli i z wzorów samochód cechuje się wysokim, jak na tamte czasy przyspieszeniem i mocą z pojemności silnika równej 1481 cm³, a z tymi osiągami mógłby z sukcesem porównywać się z samochodami ówczesnymi.

Przyspieszenie do 100 km/h jest niemal takie samo jak realnego samochodu z takim silnikiem. Jest jedno ale : na 2 prędkość maksymalna to ok. 98 km/h więc teoretycznie, przy zmianie biegów na poziomie maksymalnej mocy, czy optymalnej jeździe sportowej, stracilibyśmy ok. 1s na samo przerzucenie biegu. Można temu zaradzić, poprzez ,,przeciągnięcie” obrotów na 2 ponad maksymalną moc - nie będzie on już tak przyspieszać, ale nie stracimy czasu na ruszenie lewarkiem. Jednakże ten przypadek można zastosować tylko i wyłącznie gdy mierzymy przyspieszenie, w przypadku rozpędzania się do wyższych prędkości, bieg należy zmienić wcześniej.

Ciekawe jest, że samochód szybciej się rozpędzi od 60 do 100 km/h na 4 niż na 3 biegu. Spowodowane jest to wysokim momentem obrotowym w niższym zakresie.

W czasach jego produkcji, czyli w latach 80 nie było zbyt wielu konkurentów dla tego modelu. Jedynymi zbliżonymi klasą i osiągami samochodami były Lancia Gamma lub Fiat 132.

	Mój polonez	Lancia Gamma	Fiat 132
moc	190 KM przy 7000 obr	142 KM przy 5400 obr	167 KM przy 5600 obr
moment obrotowy	240 Nm przy 3200 obr	209 Nm przy 3000 obr	249 Nm przy 3400 obr
0-100	9s	9,5s	ok. 10s
V-max	198 km/h	193 km/h	190 km/h

Jak widać, jest on najszybszy z porównywanych, ale trzeba mieć na uwadze że ma on 20-50 KM więcej, a różnice są niewielkie.

W porównaniu do nowszych konstrukcji plasuje się on następująco:

	Mój polonez	BMW E90 323i	Mercedes C200 Kompressor
moc	190 KM przy 7000 obr	191 KM przy 5900 obr	184 KM przy 5500 obr
moment obrotowy	240 Nm przy 3200 obr	230 Nm przy 3250-5000 obr	250 Nm przy 2800-5000 obrt
0-100	9s	7,8s	8,6s
V-max	198 km/h	233 km/h	235 km/h

Jak widać z tabeli, porównując mój samochód do najnowszych konstrukcji z napędem klasycznym, plasuje się on nieco poza nimi. Pomimo zbliżonych parametrów (moc i moment obrotowy) BMW i Mercedes mają lepsze przyspieszenie i wyższą prędkość maksymalną. Wynika to miedzy innymi z technologii wykonania i na pewno mniejszego współczynnika oporu powietrza.

OBLICZENIA TRAKCYJNE SAMOCHODU

Mateusz Tomaszuk, IEPS, 2010/2011, sem 4

---