Автомобили: конструкция, расчет и потребительские свойства

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
Ставропольский государственный аграрный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
АВТОМОБИЛИ:  
КОНСТРУКЦИЯ, РАСЧЕТ  
И ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА 
 
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию  
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению  
подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин  
и комплексов» и по специальности 190603.65 «Сервис транспортных  
и технологических машин и оборудования в АПК» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ставрополь  
2013 

1

УДК 656.13 
ББК 40.75 
А22 
 
 
Составители: 
Л. И. Высочкина, М. В. Данилов, В. Х. Малиев,  
Д. Н. Сляднев, Р. М. Якубов 
 
Рецензент 
кандидат технических наук,  
заведующий кафедрой «Мобильные энергетические средства»  
И. И. Швецов 
 
А22    
Автомобили: конструкция, расчет и потребительские свойства : 
учебно-методическое пособие по курсовому проектированию / сост.  
Л. И.  Высочкина, М. В. Данилов, В. Х. Малиев и др. – Ставрополь, 
2013. – 68 с. 
 
Приведена примерная структура и содержание тематик курсового проекта, 
представлены общие требования к оформлению пояснительной записки и графического материала. В первой части пособия излагается порядок расчета тяговодинамических и топливо-экономических качеств автомобилей с механической 
трансмиссией, являющийся первой частью курсового проекта. Вторая часть выполняется по индивидуальному заданию и содержит расчет механизма или системы автомобиля. Материал, изложенный в методическом пособии, окажет помощь в выборе необходимых конструктивных параметров и расчетных коэффициентов при выполнении первой части курсового проекта. 
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 190600.62 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и по специальности 
190603.65 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в 
АПК». 
 
Рекомендовано к изданию учебно-методической комиссией  
факультета механизации сельского хозяйства Ставропольского  
государственного аграрного университета (протокол № 5 от 11.11.2013) 
 
 
УДК 656.13 
    
 
ББК 40.75 
 
Подписано в печать 5.12.2013. Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. 
Печать офсетная. Гарнитура «Times». Усл. печ. л. 3,95. Тираж 80 экз. Заказ № 558. 
 
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии  
издательско-полиграфического комплекса СтГАУ «АГРУС», 355017,  
г. Ставрополь, ул. Пушкина, 15 
 
 
 
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный 
 
 
аграрный университет, 2013. 

2

СОДЕРЖАНИЕ 
 
Цель и задачи курсового проекта  ........................................................... 4 
Оформление курсового проекта  ............................................................. 4 
Структура курсового проекта  ................................................................. 4 
Исходные данные для проектирования  ................................................. 5 
Основное содержание курсового проекта по разделам ........................ 6 
1. Расчет массы, мощности двигателя и параметров трансмиссии 
автомобиля  ........................................................................................... 6 
1.1. Определение массы автомобиля (автобуса) ........................... 6 
1.2. Выбор шин автомобиля ............................................................. 8 
1.3. Определение максимальной мощности двигателя  ................ 9 
1.4. Расчет внешней скоростной характеристики двигателя  ...... 12 
1.5. Выбор передаточных чисел трансмиссии  .............................. 14 
2. Расчет тягово-скоростных свойств автомобиля ...............................  16 
2.1. Расчет и построение динамической 
характеристики автомобиля ..................................................... 16 
2.2. Расчет времени и пути разгона автомобиля ........................... 18 
3. Расчет топливной экономичности автомобиля ................................. 21 
4. Анализ результатов расчета ................................................................ 23 
5. Проектирование агрегата автомобиля ............................................... 24 
5.1. Общие указания ......................................................................... 24 
5.2. Перечень типовых агрегатов, которые могут быть 
выбраны для разработки  .......................................................... 25 
5.3. Перечень оригинальных агрегатов, которые могут быть 
приняты для разработки в курсовом проекте ......................... 25 
Литература  ................................................................................................ 26 
Приложения ............................................................................................... 27 
 

 
 

3

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 
 
Курсовой проект имеет своей целью закрепление и углубление теоретического материала, полученного при изучении разделов дисциплины «Конструкция, расчёт и потребительские свойства изделий», приобретение практических навыков самостоятельного решения инженерных задач при проектировании автомобиля. 
При выполнении курсового проекта студенты осваивают методику тягового расчета автомобиля при его проектировании, рассчитывают показатели тягово-скоростных свойств и топливной экономичности нового автомобиля, разрабатывают конструкцию заданного агрегата автомобиля и оценивают 
его влияние на эксплуатационные свойства автомобиля, выполняют рабочие 
чертежи заданных деталей агрегата в соответствии с действующими требованиями ЕСКД и ГОСТ. 
 
ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 
 
Текстовую часть пояснительной записки необходимо выполнять на нелинованной писчей бумаги формата А4 (210х297 мм). На листах оставляют 
поля: слева – 35, вверху – 20 (от обреза листа до линии строки),  справа – 8 и 
внизу – 20 мм. Число строк на листе 28…30, расстояние между строками – 9 
мм, высота букв и цифр должна быть не менее 3 мм. 
Текст пояснительной записки следует писать кратким и четким, исключающим возможность субъективного толкования. Технология и определения должны соответствовать стандартам, а при отсутствии – общепринятым в научно-технической литературе. 
Нумерация рисунков, таблиц, формул и страниц, представленных в пояснительной записке, должна быть сквозной. 
Графическая часть проекта выполняется карандашом на чертежной бумаге формата А1. Чертежи по формату, условным обозначениям, шрифтам 
должны соответствовать требованиям ЕСКД и ГОСТам. 
 
СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТА 
 
Курсовой проект включает в себя пояснительную записку объемом 
25…30 страниц и графический материал на трех листах формата А1. 
Пояснительная записка должна иметь следующее расположение материала: 
1. Титульный лист. 
2. Задание (на бланке кафедры). 
3. Содержание пояснительной записки с указанием страниц. 
4. Введение. 
5. Разделы расчета (основной материал) и описание конструкции. 
6. Список использованной литературы. 
 

4

Для введения обязательна следующая структура изложения: 
- цель выполнения проекта; 
- современные тенденции развития автомобилей и двигателей; 
- актуальность темы проекта. 
 
В расчетно-пояснительной записке раздела «Проектирование агрегата 

автомобиля» должны содержаться следующие подразделы: 
- анализ известных конструкций и конструктивных решений; 
- технико-экономическое обоснование принимаемых решений; 
- описание конструкции (со ссылкой на чертежи агрегата); 
- выбор расчетной схемы; 
- расчеты рабочего процесса агрегата и расчеты на прочность наиболее 
нагруженных элементов; 
- обоснование материалов для изготовления деталей. 
Выбор расчетной схемы и результаты расчетов обсуждаются студентом 
с руководителем курсового проекта. 
Перед выполнением разделов курсового проекта в соответствии с методическими указаниями следует выбрать близкий по характеристикам автомобиль – прототип российского или зарубежного производства – и выписать 
в рабочую тетрадь все необходимые параметры, чтобы после расчета тяговоскоростных свойств и топливной экономичности проектируемого автомобиля 
провести 
сравнение 
параметров 
и 
дать 
обоснованную 
техникоэкономическую оценку результатов проектировочного расчета. Перед выполнением расчетов и чертежей проектируемого узла автомобиля следует 
провести анализ аналогичных узлов известных автомобилей, изучить рабочий процесс узла и выявить наиболее неблагоприятные режимы его нагружения при эксплуатации автомобиля, что необходимо при расчетах проектируемого узла. 
В пояснительной записке должны быть приведены расчетные формулы, 
расчеты с подстановкой численных значений (один вариант), таблицы расчетных величин, пояснение методики расчетов, анализ кинематических схем 
агрегатов трансмиссии, анализ результатов расчетов, краткие выводы. 
Объем графического материала состоит из трех листов чертежей формата А1. Перечень чертежей указывается в задании.   
  

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
 
При выполнении расчетов используются два вида исходных данных: 
заданные и выбираемые. Для расчета задаются: 
‐ 
тип автомобиля, его назначение и область использования; 
‐ 
грузоподъемность или пассажировместимость; 
‐ 
тип двигателя (карбюраторный, дизельный и др.); 
‐ 
тип трансмиссии (механическая, гидромеханическая и др.); 
‐ 
 максимальная скорость движения Vmax, км/ч; 

5

‐ 
осевая (колесная) формула; 
‐ 
частота вращения коленчатого вала при номинальной мощности 
двигателя, об/мин; 
‐ 
продольный уклон дороги, α. 
 
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 
ПО РАЗДЕЛАМ 
 
1. РАСЧЕТ МАССЫ, МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ 
И ПАРАМЕТРОВ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ 
 
Основными конструктивными параметрами, определяющими тяговоскоростные свойства автомобиля в заданных условиях эксплуатации, являются: характеристики двигателя, характеристики трансмиссии (передаточные 
числа и КПД), параметры обтекаемости, массовые и линейные параметры, 
характеристики движителя (радиус колес, тип и размер шин и др.). 
 
1.1 Определение массы автомобиля (автобуса) 
 
Для грузового автомобиля в задании, как правило, дается масса перевозимого груза, а для легковых автомобилей и автобуса указывается количество пассажиров. По этим данным полные массы автомобилей рассчитываются 
по формулам: 
    - для легкового автомобиля 
70 б,                                    (1) 

    - для автобуса 

70 б,                                   (2) 

    - для грузового автомобиля 

гр 75,                                      (3) 

где  – полная масса автомобиля (автобуса), кг; 

– масса снаряженного автомобиля (автобуса), кг; 

70 и 75 – масса одного пассажира, кг; 

б - масса багажа, приходящаяся на одного пассажира, кг; 

– число пассажирских мест, считая место водителя, чел.; 

– номинальная вместимость, не включая основного и сменного водителя, гида и кондуктора, чел.; 

 гр - масса перевозимого груза, кг. 

6

Массы багажа для одного пассажира составляют: 

- для легковых автомобилей – 10 кг; 

- для междугородних и туристических автобусов – 15 кг; 

- для остальных автобусов – 5 кг. 

Число пассажирских мест для грузовых автомобилей равно: 

- 2 для автомобилей грузоподъемностью до 5000 кг; 

- 3 при грузоподъемности 5000 кг и более. 

При проектировочных расчетах снаряженный массы грузовых автомо
билей и автобусов рекомендуется определять соответственно по формулам:  

 
 
 
 
· ,,                                     
(4) 

 
 
 
 
· гр
,,   
 
 
 
(5) 

где универсальный показатель совершенства автомобиля по массе, кг;  

гр масса груза, кг; 

число пассажиров, чел. 

При заданном классе легкового автомобиля снаряженную массу определяют по формуле: 

  
 
 
 
· , 
 
 
 
(6) 

где  , постоянные величины, 80 … 110, 56 … 72; 

класс автомобиля (первая цифра по ОН 025270-66) (Приложение 1). 

 

Таблица 1 – Показатели совершенства автомобилей по массе 

Вид  
автомобиля 
Осевая 
формула 

Рекомендуемые 
 значения Пределы изменения  
для существующих двигателей  
бензиновые 
двигатели 
дизельные 
двигатели 

1 
2 
3 
4 
5 

Грузовые 
2·1, 3·1 
4,2 
5,0 
4,08 … 6,1 

Грузовые 
3·2 
4,4 
5,2 
4,33 … 5,6 

Самосвалы 
2·1 
4,7 
5,4 
4,68 … 6,32 

Самосвалы 
3·2 
- 
5,7 
5,67 … 7,11 

7

Самосвалы карьерные 
3·2, 2·1 
- 
6,2 
5,98 … 8,43 

Автомобили повышен- 
ной проходимости 
2·2 
7,95 
8,3 
7,93 … 8,82 

Автомобили повышенной проходимости 
3·3 
7,0 
8,5 
6,1…9,28 

Прицепной автопоезд 
2·1, 3·2 
3,9 
4,5 
3,86…4,58 

Седельный автопоезд 
2·1, 3·2 
- 
4,6 
4,52…5,57 

Автомобильный фургон 
2·1, 3·2 
6,5 
7,2 
6,2…9,03 

Седельный автопоезд с 
полуприцепом фургоном 
2·1, 3·2 
2,3 
3,0 
2,2…3,04 

Автомобили цистерны 
2·1 
4,9 
6,5 
4,86…6,79 

Автобусы 
2·1 
250 
280 
237…290 

Автобусы 
2·2 
300 
350 
296…358 

Автобусы междугородние 
2·1 
- 
460 
456…460 

Примечание. В таблице 1 во второй графе первая цифра осевой формулы означает количество осей, вторая – количество ведущих осей.  

 

1.2. Выбор шин автомобиля 
 
Выбор шин автомобиля производится по наиболее загруженным колесам с помощью таблиц ГОСТ на шины [2]. Прежде чем обратится к таблицам, нужно по осевой формуле и типу автомобиля определить количество 
колес. Затем, используя прототип, распределить массу (полную) по мостам и 
определить наиболее нагруженное колесо.  
По графе «Максимальная допустимая нагрузка и давление, соответствующее этой нагрузке» в таблицах ГОСТа находят равную или большую 
ближайшую нагрузку и определяют марку шин, выписывают ее обозначение 
и статистический радиус. При отсутствии прототипа распределение массы по 
мостам рекомендуется произвести, используя таблицу 2. 
 
Таблица 2 – Распределение массы по мостам при полной нагрузке 

Описание схемы 
Распределение массы в %, 
передний мост/тележка  

1. Легковые автомобили: 
 

- двигатель – спереди, ведущие колеса – 
  задние (классическая схема) 
- двигатель – спереди, ведущие колеса – передние  
- двигатель – сзади, ведущие колеса - задние  

48/52 
 
58/42 
42/58 

2. Грузовые автомобили: 
- двигатель над осью передних колес, кабина 
27 … 32/68 … 73(2·1) 
24 … 28/72 … 76 для (3·1) 

8

над двигателем или впереди двигателя 
и 
(3·2) 

3. Автобусы 
- вагонной компоновки 
- капотной компоновки 

 
30 … 40/60 … 70 
26/74 

 
1.3. Определение максимальной мощности двигателя 
 
При установившейся максимальной скорости мощность двигателя идет 
на преодоление воздушного и дорожного сопротивления, а также теряется в 
трансмиссии автомобиля, поэтому потребная мощность двигателя (NV) определяется по формуле: 

 
 
 
 
NV (РД+РВ)·Vmax

1000·ηТР
, кВт,  
 
 
(7) 

где РД – сила дорожного сопротивления, Н; 
РВ – сила воздушного сопротивления, Н; 
максимальная скорость автомобиля, м/с; 
ТР коэффициент полезного действия трансмиссии. 
Сила дорожного сопротивления определяется по формуле: 
 
 
 
 
РД · · ,   
 
 
 
 (8) 
где масса автомобиля, кг; 
ускорение свободного падания, 9,81 м/с2; 
суммарный коэффициент сопротивления дороги. 
При наличии уклона 
 
 
 
 
· , 
 
 
 
(9) 
где  α – продольный уклон дороги; 
коэффициент сопротивления качению автомобиля. 
На горизонтальном участке дороги коэффициент дорожного сопротивления численно равен коэффициенту сопротивления качению, причем: 
 
 
1 0,0006 · ,  
 
 
 
(10) 
 где коэффициент сопротивления качению при малой скорости. 
Значения рекомендуется принимать следующие: 
- для легковых и грузовых автомобилей  0,011 2 · 1; 
- для грузовых автомобилей  0,012 2 · 2; 
- для грузовых автомобилей  0,013 2 · 2; 3 · 2; 
- для полноприводных автомобилей  0,014 3 · 3. 
При определении потребной мощности коэффициент сопротивления 
дороги определяется по формуле (10). Сила воздушного сопротивления определяется по формуле: 
 
 
 
 
РВ 0,5· В · В · ,  
 
 
(11) 
где  коэффициент лобового сопротивления воздуха (табл. 3); 
В плотность воздуха, кг/м3; 
В лобовая площадь, м2 (выбирается по прототипу или табл. 4); 
V – скорость автомобиля, м/с. 

9

При расчетах можно принять  В 1,22 кг/м3 [2].  
 
Лобовую площадь автомобиля по прототипу определяют  по формулам: 
 
 
 
 
В 0,78В · Н,   
 
 
 
(12) 
 
 
 
 
В 0,88В · Н, 
 
 
 
 
(13) 
где В – габаритная ширина автомобиля, м; 
Н – габаритная высота автомобиля, м. 
По формуле (12) рекомендуется определять В  для легковых автомобилей и для грузовых автомобилей со стандартным кузовом, а по формуле 
(13) для грузовых автомобилей с тентом, с кузовом типа фургон и автобусов. 
 
Таблица 3 – Коэффициент лобового сопротивления автомобилей 

Автомобили 
Коэффициент лобового сопротивления воздуха, Легковой автомобиль 70-х годов 
0,44 … 0,52 

Современный легковой автомобиль  
0,30 … 0,39 

Гоночный автомобиль 
0,15 … 0,19 

Легковой автопоезд с жилым прицепом 
0,65 … 0,70 

Бортовой автомобиль с полукапотной компоновкой 
0,60 … 0,70 

Бортовой автомобиль (кабина за двигателем) 
0,88 … 0,96 

Бортовой автомобиль (кабина над двигателем) 
0,90 … 1,00 

Фургон (тент), кабина за двигателем 
0,70 … 0,80 

Фургон (тент), кабина над двигателем 
0,75 … 0,85 

Автопоезд бортовой с прицепом, кабина за двигателем 
1,05 … 1,15 

Автопоезд бортовой с прицепом, кабина над  двигателем  
1,08 … 1,20 

Автопоезд прицепной фургон, кабина за двигателем 
0,90 … 1,00 

Автопоезд прицепной фургон, кабина над двигателем 
0,95 … 1,05 

Автопоезд седельный (фургон), кабина за двигателем 
0,90 … 1,00 

Автопоезд седельный (фургон), кабина над двигателем 
1,00 … 1,10 

Городской автобус  
0,55 … 0,60 

Междугородний автобус 
0,60 … 0,65 

 
Таблица 4 – Лобовые площади автомобилей 

Автомобили  
Лобовая площадь 
, мЛегковые автомобили: 
 

- особо малого класса 
1,4 … 1,7 

- малого класса 
1,6 … 1,9 

- среднего класса 
1,8 … 2,3 

- большого класса 
2,3 … 2,7 

Грузовые автомобили грузоподъемностью, т: 
 

- 0,5 … 2,0 
3,2 … 4,5 

- 2,1 … 5,0 
4,1 … 6,0 

10

- 5,1 … 15,0 
4,8 … 7,6 

свыше 15  
8,1 … 13,5 

Автобусы 
3,5 … 7,4 

 
Потери энергии в трансмиссии оцениваются коэффициентом полезного 
действия трансмиссии. Величина его переменная и зависит от режима движения, а также от класса и вида автомобиля, конструктивных особенностей 
его трансмиссии и т.п.   
В таблице 5 приведены средние значения КПД трансмиссии различных 
автомобилей. 
 
Таблица 5 – Коэффициент полезного действия трансмиссии 

Автомобили  
Осевая формула 
Вид главной  
передачи 

КПД трансмиссии, 
ТРГоночные и спортивные 
2 · 1 
Одинарная  
0,90 … 0,95 

Легковые  
2 · 1
Одинарная  
0,92 

Легковые  
2 · 2
Одинарная 
0,86 

Грузовые   
2 · 1
Одинарная  
0,90  

Грузовые  
2 · 1 
Двойная  
0,89 

Грузовые 
3 · 2 
Двойная 
0,87 

Грузовые  
3 · 2, 2 · 2 
Одинарная или 
двойная 
0,87 

Автобусы  
2 · 1 
Одинарная или 
двойная 
0,88 … 0,90 

 
С учетом вышеизложенного, потребная мощность при максимальной 
скорости равна 

  
 
···,····ТР
,             
 
(14) 

 

Максимальная мощность двигателя определяется по формуле: 

  
 
 
,   
 
 
(15) 

 
где kp – коэффициент, учитывающий затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов и приборов (вентилятор, генератор, насос гидроусилителя, компрессор и др.),  
для легковых автомобилей  kp=0,92;  
для грузовых автомобилей (2·1) с массой до 8 т kp =0,89;  
для грузовых автомобилей и автобусов с осевой формулой (3·2), (3·1), 
(2·2), (3·3)·kp = 0,86 [2];  
ap, bp, cp – эмпирические коэффициенты; 

11