中型載貨汽車總體設計說明書

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. 中型載貨汽車總體設計說明書 課 程 設 計 學院：機械與動力工程學院 班級：車輛一班 姓名：母兵魁 學號：311204000816 指導教師：趙凱輝 目 錄 摘要1 概述2 設計任務書4 第1章、 汽車形式和主要參數(shù)的初步確定5 一、汽車形式的選擇5 1.1、汽車軸數(shù)6 1.2、驅(qū)動形式6 1.3、布置形式7 二、汽車主要參數(shù)的選擇7 2.1、汽車主要尺寸參數(shù)的確定7 2.2、軸荷分配10 第2章 整車主要性能參數(shù)的確定和計算11 一、發(fā)動機的選擇11 1.1發(fā)動機最大功率及其轉(zhuǎn)速的確定11 1.2發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及其轉(zhuǎn)速的確定12 1.3發(fā)動機主要參數(shù)13 二、配置大柴BA6M1013-28E3發(fā)動機的整車性能計算16 2.1汽車動力性能計算16 2.2汽車的加速性能計算18 三、輪胎的選擇18 四、汽車重要性能參數(shù)和車身造型圖19 五、變速器檔位數(shù)的選擇20 第3章、總體布置20 一、總體布置要求與分析20 二、總體布置草圖24 設計總結(jié)26 參考文獻27 . 摘要 汽車的總體設計是汽車設計工作中最重要的一環(huán)，它對汽車的設計的質(zhì)量、 使用性能和在市場上的競爭力有著決定性的影響。因為汽車性能的優(yōu)劣不僅與相 關(guān)總成及部件的工作性能有密切關(guān)系，而且在很大程度上還取決于有關(guān)總成及部 件間的協(xié)調(diào)與參數(shù)匹配，取決于汽車的總體布置。 貨車的總體設計主要包括貨車的參數(shù)確定，發(fā)動機和輪胎的選擇，總體布置 和動力性的計算等一系列重要的步驟。其中參數(shù)的確定又包括了汽車的質(zhì)量參 數(shù)，主要尺寸和性能參數(shù)的計算等。而本次課程設計同時應用到了 EXCEL， 、等計算機輔助軟件，再通過多次校核質(zhì)心位置和各部分的總成以保證貨車的軸荷分配合理。 關(guān)鍵詞：貨車總體設計；整備質(zhì)量；動力性；燃油經(jīng)濟性。 概述 1.汽車總體設計的特點 汽車主要在寬度有限的道路上行駛，同時與汽車比較，還有人、自行車、 摩托車等弱勢群體也在使用同一道路，因此存在交通隱患。為了在有限的道 路上容納更多的車輛運行，減少交通事故以及從汽車造型和減輕質(zhì)量等方面 考慮，對汽車的外形尺寸需要予以限制。 2.汽車總體設計的基本要求 (1)汽車的各項性能、成本等，要求達到企業(yè)在商品計劃中所確定的指標。 (2)嚴格遵守和貫徹有關(guān)法規(guī)、標準中的規(guī)定，注意不要侵犯專利。 (3)盡量大可能地去貫徹三化，即標準化、通用化和系列化。 (4)進行有關(guān)運動學方面的校核，保證汽車有正確的運動和避免運動干涉。 (5)拆裝與維修方便。 3. 汽車總體設計的一般順序 (1)調(diào)查研究與初始決策；其任務是選定設計目標，并制定產(chǎn)品設計工作方 針及設計原則，調(diào)查研究的內(nèi)容應包括：老產(chǎn)品在服役中的表現(xiàn)及用戶意見；當前本行業(yè)與相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，特別是競爭對手的新產(chǎn)品與新技術(shù)；材料、零 部件、設備和工具等行業(yè)可能提供的條件；本企業(yè)在科研、開發(fā)及生產(chǎn)方面所取 得的新成果等等，它們對新產(chǎn)品設計是很有價值的。 (2)總體方案設計；其任務是根據(jù)領(lǐng)導決策所選定的目標及對開發(fā)目標制定 的工作方針、設計原則等主導思想的設想，因此又稱為概念設計或構(gòu)思設計。為 此要繪制不同的總體方案圖（比例為 1 ：10 ）供選擇。在總體方案圖上進行初 步布置和分析，對主要總成只畫出大輪廓而突出各方案間的主要差別，使方案對 比簡明清晰。經(jīng)過方案論證選出其中最佳者。 (3)繪制總布置草圖，確定整車主要尺寸、質(zhì)量參數(shù)與性能指標以及各總成 的基本型式。在總布置草圖上要較準確地畫出各總成及部件的外形和尺寸并進行 仔細的布置，對軸荷分配和質(zhì)心高度作計算與調(diào)整，以便較準確地確定汽車的軸 距、輪距、總長、總寬、總高、離地間隙、貨廂或車身地板高度等，并使之符合 有關(guān)標準和法規(guī)；進行性能計算及參數(shù)匹配。 (4)車身造型設計及繪制車身布置圖：繪制不同外形、不同方向、不同色彩 的車身外形圖．制作相應造型的 1：10 整車模型；從中選優(yōu)后再制作精確模型。 經(jīng)征求意見、工藝分析評審及風洞試驗后作進一步修改，審定后用三坐標測量儀 測量車身模型坐標點。 (5)編寫設計任務書：作為對以后的設計、試驗及工藝準備的指導和依據(jù)。 其內(nèi)容常包括：任務來源、設計原則和設計依據(jù)；產(chǎn)品的用途及使用條件；汽車 型號、承載容量、布置型式及主要技術(shù)指標和參數(shù)，包括空車及滿載下的整車尺 寸、軸荷及性能參數(shù)，有關(guān)的可靠性指標及環(huán)保指標等；各總成及部件的結(jié)構(gòu)型 式和特性參數(shù)；標準化、通用化、系列化水平及變型方案；擬采用的新技術(shù)、新 結(jié)構(gòu)、新裝備、新材料和新工藝；維修、保養(yǎng)及其方便性的要求；續(xù)駛里程；生產(chǎn)規(guī)劃、設備條件及預期制造成本和技術(shù)經(jīng)濟預測等。有時也加進與國內(nèi)外同類型汽車技術(shù)性能的分析和對比等。有的還附有汽車總布置方案草圖及車身外形方案圖。 (6)汽車的總布置設計：其主要任務是根據(jù)汽車的總體布置及整車性能提出 對各總成及部件的布置要求和特性參數(shù)等設計要求，協(xié)調(diào)整車與總成間、相關(guān)總 成問、總成與有關(guān)部件間的布置關(guān)系和參數(shù)匹配關(guān)系，使之組成一個在給定使用 條件下的使用性能達到最優(yōu)并滿足設計任務書所要求的整車參數(shù)和性能指標的 汽車。 設計任務書 中型載貨汽車總體設計 一、整車性能參數(shù)： 設計一輛重型載貨汽車，最大總質(zhì)量12.490t,整備質(zhì)量5.970t，最高車速為82km/h的中型載貨汽車。 驅(qū)動形式：42 軸數(shù)：2 軸距(mm): 5300 輪距(前/后mm):1940/1800 質(zhì)量參數(shù)： 整備質(zhì)量(kg) 5970 kg 總質(zhì)量(kg) 12490 kg 最高車速(km/h)：82km/h 最大爬坡度： ≥30% 輪胎規(guī)格: 9.00-20 手動5檔 二、總體設計要求： 1. 初步確定尺寸、性能、質(zhì)量參數(shù)等 1) 汽車軸數(shù) 2) 驅(qū)動形式 3) 布置形式 4) 車身型式 5) 汽車主要尺寸 6) 汽車質(zhì)量參數(shù)，軸荷分配。 2. 初步確定整車基本參數(shù) 1) 汽車重要性能參數(shù) 2) 發(fā)動機型式 3) 發(fā)動機主要性能指標 4) 輪胎 3. 總體布置 1) 畫總布置草圖 2) 進行車身總布置和造型 第1章、汽車形式和主要參數(shù)的初步確定 一、汽車形式的選擇 1.1汽車軸數(shù) 汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量和道路法規(guī)對軸載質(zhì)量的限制和輪胎的負荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。 隨著設計的成員數(shù)增多或裝載質(zhì)量增加，汽車的整備質(zhì)量和總質(zhì)量也增大。在汽車軸數(shù)不變的情況下，汽車總質(zhì)量增加以后，使公路承受的負荷增加。當這種負荷超越了公路設計的承載能力以后，公路會被破壞，使用壽命也會縮短。為了保護公路，有關(guān)部門制定了道路法規(guī)，對汽車的軸載質(zhì)量加以限制。當所設計的汽車總質(zhì)量增加到軸荷不符合道路法規(guī)的限定值時，設計師可以選擇增加軸數(shù)來減小因為總質(zhì)量的增加而帶來的道路負荷增加的問題。 汽車軸數(shù)增加以后，不僅軸，而且車輪、制動器、懸架等均相應增多，使整車結(jié)構(gòu)變得復雜，整備質(zhì)量以及制造成本增加。若轉(zhuǎn)向軸數(shù)不變，汽車的最小轉(zhuǎn)彎半徑增大，后軸輪胎的磨損速度也加快，所以增加汽車軸數(shù)是不得已的選擇。 一般的，包括乘用車及汽車總質(zhì)量小于19t的公路運輸車輛和軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，均采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉的兩軸方案。總質(zhì)量在19t-26t的公路運輸車采用三軸形式，總質(zhì)量更大的汽車宜采用四軸或者四軸以上的形式。我國公路及橋梁限定雙軸汽車的前后軸負荷應分別不超過 60kN 和 130kN ，而三軸汽車的前軸及雙后軸負荷應分別不超過 80kN 和 240kN ?？傎|(zhì)量更大的公路用車可采用四軸。礦用自卸汽車為非公路汽車，不受此限制，其單軸負荷有的超過 1000kN 。本車參照一般中型貨車將其車頭定為平頭貨車，綜合考量，根據(jù)設計要求，我所要設計的中型載貨汽車采用2軸形式。 1.2驅(qū)動形式 汽車的驅(qū)動形式有很多種。驅(qū)動型式常用 4x2 , 4x4 , 6x4 , 6x6 , 8x8 等代號表示。其中第一個數(shù)字為汽車的車輪總數(shù)，第二個數(shù)字為驅(qū)動輪數(shù)，對于雙胎車輪仍按一個車輪計。 汽車的用途，總質(zhì)量和對車輛通過性能的要求等，是影響選取驅(qū)動形式的主要因素。增加驅(qū)動輪數(shù)能夠提高汽車的通過能力，驅(qū)動輪數(shù)越多汽車的結(jié)構(gòu)越復雜，整備質(zhì)量和制造成本也隨之增加，同時也使汽車的總體布置工作變困難。 對于乘用車以及小質(zhì)量的商用車，多采用簡單的、制造成本低的4x2驅(qū)動形式?？傎|(zhì)量大的商用車宜采用6x4、8x4等驅(qū)動形式。考慮到成本和結(jié)構(gòu)布置，且汽車重量不超過19t，所以我設計的中型載貨汽車采用4x2的驅(qū)動形式，即車輪總數(shù)4個，驅(qū)動輪2個。 1.3布置形式 汽車的布置形式是指發(fā)動機、驅(qū)動橋和車身的相互關(guān)系和布置而言。汽車的使用性能取決于整車和各總成。其布置的形式也對使用性能也有很重要的影響。本車采用發(fā)動機位于前軸的上方、駕駛室的正下方設計。 如圖 1-1 所示。這時駕駛室布置在發(fā)動機的正上方．其前端形成較平坦的 車頭。故具有這種布置方案的汽車屬于“平頭車”型。這種布置的優(yōu)缺點正好 與長頭車相反，可獲得最短的軸距和車長尺寸；自重輕；機動性及視野性好； 面積利用率高。但駕駛室易受發(fā)動機的振動、噪聲、熱等影響，夏天悶熱；發(fā)動機罩突出于駕駛室內(nèi)兩側(cè)座之間，不易設置中間座位；經(jīng)在駕駛室內(nèi)設置的 可打開的艙口維修發(fā)動機，其接近性仍差，維修不方便，采用可翻傾式駕駛室 雖可解決這一間題，但也帶來操縱的傳動機構(gòu)的復雜化；這種布置方案使駕駛 室地板最高，上下車不方便。對于上述缺點，目前已有不少改善措施，如對駕 駛室采取隔熱、通風、密封、采暖、隔振等措施以及加裝空調(diào)設備等，再加之其原有的優(yōu)點，使平頭式（包括下述布置）方案在現(xiàn)代輕、中型載貨汽車上得到了廣泛采用，甚至某些重型載貨汽車也采用了平頭式方案，但在重型牽引車上則多采用長頭式布置。貨車發(fā)動機布置形式有發(fā)動機前置后橋驅(qū)動貨車、發(fā)動機中置后橋驅(qū)動貨車、發(fā)動機后置后橋驅(qū)動貨車。發(fā)動機前置后輪驅(qū)動的軸荷分配合理，有利于提高輪胎的使用壽命。前輪不驅(qū)動，因而不需要采用等速萬向節(jié)，這樣有利于減少制造成本。而且操縱機構(gòu)簡單，發(fā)動機冷卻條件好，上坡行駛時，因驅(qū)動輪上的附著力增大，所以爬坡能力強。除此之外，變速器與主減速器分離，容易維護和維修，發(fā)動機接近性良好，這些優(yōu)點使我們在充分考慮的情況下，通過取舍采用的布置形式。所以我設計的中型載貨汽車發(fā)動機采用發(fā)動機前置后驅(qū)的布置形式。 圖 1-1 平頭貨車 二、汽車主要參數(shù)選擇 2.1汽車主要尺寸參數(shù)的確定 2.1.1汽車載質(zhì)量的確定 （1） 質(zhì)量系數(shù)的確定 質(zhì)量系數(shù)是指汽車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值： = / 表1-1 各類汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù) 對于中型載貨汽車，質(zhì)量系數(shù)為1.20-1.35，取=1.20。 （2） 整車整備質(zhì)量 整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人的整車質(zhì)量。 根據(jù)已知數(shù)據(jù)整備質(zhì)量=5970㎏。 （3）估算汽車載質(zhì)量 ==59701.20=7164㎏ 2.1.2軸距L 軸距L對整車質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。軸距減小時，上述各指標減小。此外，軸距過短會使車廂長度不足或后懸過長。也會使汽車上坡、制動或加速時軸荷轉(zhuǎn)移過大，使汽車制動性或操縱穩(wěn)定性變差，車身縱向角震動過大，對平順性不利。所以，原則上應該對載貨貨車的軸距取長。對于42貨車，總質(zhì)量在6.0t到14t噸重的，軸距取值在3600mm到5500mm。 載貨汽車軸距和輪距 總質(zhì)量（t） 軸距（mm） 輪距(mm) 6.0-14.0 3600-5500 1700-2000 綜合考慮本車設計要求和根據(jù)汽車設計手冊與市場上的對標車型，軸距L可選5300mm。 2.1.3前輪距B1和后輪距B2 汽車輪距B應考慮到車身橫向穩(wěn)定性，B1主要取決于車架前部的寬度、前懸架寬度、前輪的最大轉(zhuǎn)角和輪胎寬度，同時還要考慮轉(zhuǎn)向拉桿、轉(zhuǎn)向輪和車架之間的運動間隙等因素。B2主要取決于車架局部寬度、后懸架寬度和輪胎寬度，同時還要考慮車輪和車架之間的間隙。在選定前輪距B1范圍內(nèi)，應能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運動空間間隙。在確定后輪距B2時，應考慮車架兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度及它們之間應留有必要的間隙。各類載貨汽車的輪距選用范圍根據(jù)本次課設實際要求和根據(jù)《汽車設計》第四版表1-2提供的數(shù)據(jù),總質(zhì)量在6.0t到14t噸重的貨車輪距取值1700mm到2000mm，所以取前輪距B1=1900mm,后輪距B2=1800mm。 2.1.4前懸LF和后懸LR 前懸尺寸對汽車通過性、碰撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧長度、下車和上車的方便性以及汽車造型等均有影響。 初選的前懸尺寸，應當在保證能布置個總成、部件的同時盡可能短些。后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時的安全性、貨廂長度、汽車造型等有影響，并決定于軸距和軸荷分配的要求。總質(zhì)量在1.8t到14.0t的貨車后懸一般在1200mm到2200mm之間，中型特長貨箱汽車的前懸可達2600mm，參考實際同類車型的前后懸尺寸，并根據(jù)本車結(jié)構(gòu)特點確定可以取中型貨車前懸LF：1350mm 和后懸LR：2050mm。 2.1.5貨車外廓尺寸 根據(jù)GB1589—1989，我國法規(guī)對載貨汽車外廓尺寸的規(guī)定是：總高不大于4米，總寬不大于 2.5米，外開窗、后視鏡等突出部分寬度不大于 250mm ,總長不大于 12 米。一般載貨汽車的外廓尺寸隨載荷的增大而增大?？蛰d、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，根據(jù)要求，在保證汽車主要使用性能的條件下應盡量減小外廓尺寸。參考同類車型取外形尺寸長寬高=941024702600mm。 車廂尺寸長寬高=75402000900mm。 貨車車頭長度系從汽車的前保險杠到駕駛室后圍的距離。車身形式即長頭型還是平頭型對車頭長度有絕對影響。 長頭型貨車車頭長度一般在2500mm到3000mm之間，平頭型貨車一般在1400mm到1500mm之間，由于本車采用平頭型貨車車頭，參考同類型車，本車車頭長1500mm。 2.2汽車的軸荷分配 汽車的軸荷分配影響汽車的使用性能和輪胎的使用壽命，為了使輪胎的壽 命一致。表 2-1 為各類載貨汽車軸荷分配的數(shù)據(jù)。 表 2-1 載貨汽車軸荷分配 根據(jù)上表我設計的中型卡車軸荷分配： 滿載：第一軸35%，第二軸65% 空載：第一軸32%，第二軸68% 第2章、整車主要性能參數(shù)的確定和計算 一、 發(fā)動機的選擇 1．1發(fā)動機的最大功率及轉(zhuǎn)速的確定 汽車的動力性能在很大程度上取決于發(fā)動機的最大功率。參考該題目中的參數(shù)，按要求設計的載貨汽車最高車速是=82km/h，那么發(fā)動機的最大功率應該大于或等于以該車速行駛時，滾動阻力功率與空氣阻力功率之和，即 （1-1） 式中是發(fā)動機的最大功率（KW）；是傳動系效率（包括變速器、輔助變速器傳動軸萬向節(jié)、主減速器的傳動效率） 表1-1傳動系各部件的傳動效率 部件名稱 傳動效率（%） 4-6擋變速器 95 輔助變速器 95 單級減速主減速器 96 雙級主減速器 92 萬向傳動節(jié) 98 根據(jù)上表可得=95%*95%*98%*96%=84.9%，傳動系各部件的傳動效率參考了機械工業(yè)出版社的《汽車設計課程設計指導書》表1-1得。是汽車總質(zhì)量=12490kg；g是重力加速度，g=9.8m/s2；f是滾動阻力系數(shù)，由試驗測得。在車速不大于100km/h的情況下可認為是常數(shù)。取f=0.008，參考《汽車設計課程設計指導書》表1-2得；CD是空氣阻力系數(shù)，輕型貨車貨車可取0.6～0.8，這里取CD=0.8；A是迎風面積（㎡），取前輪距B1*總高H，A=1.9302.850㎡。 故 也可以通過比功率計算發(fā)動機最大功率 如選取功率為63.9KW的發(fā)動機，則比功率為 表1-2 良好路面上常用輪胎滾動阻力系數(shù) 輪胎種類 滾動阻力系數(shù) 中重型載貨車用子午線輪胎 0.007-0.008 中重型載貨車用斜交輪胎 0.010-0.012 輕型載貨車用子午線輪胎 0.008-0.009 輕型載貨車用斜交輪胎 0.010-0.012 轎車用子午線輪胎 0.012-0.017 轎車用斜交輪胎 0.015-0.025 參考了國內(nèi)的一汽解放J6M中型卡車、中國豪沃系列42中型卡和國外的沃爾沃、奔馳等同類型汽車，其比功率都在5KW/t以上，故比功率為5.17KW/t符合市場要求，則汽車總質(zhì)量為13t的汽車，其發(fā)動機應具有 =5.1713=67.21KW/t 再考慮該載貨汽車要求具有相對高的車速，因此初步選擇汽車發(fā)動機的最大功率為80kw。 1.2發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩及其轉(zhuǎn)速的確定 當發(fā)動機最大功率和其相應轉(zhuǎn)速確定后，可通過下式確定發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩。 （1-2） 式中，是發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；α是轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù)，標志著當行駛阻力增加時，發(fā)動機外特性曲線自動增加轉(zhuǎn)矩的能力，，是最大功率時的轉(zhuǎn)矩（Nm），α可參考同類發(fā)動機數(shù)值選取，初取ɑ=1.05；是發(fā)動機最大功率（KW）;是最大功率是的轉(zhuǎn)速（r/min）。 所以 一般用發(fā)動機轉(zhuǎn)矩適應性系數(shù),表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速適應行駛工況的程度，Φ越大，說明發(fā)動機的轉(zhuǎn)速適應性越好。采用Φ值大得發(fā)動機可以減少換擋次數(shù)，減輕司機疲勞、減少傳動系的磨損和降低油耗。通常，汽油機取1.2～1.4，柴油機取1.2～2.6，以保證汽車具有相當?shù)淖畹头€(wěn)定車速。初取=1400r/min，則，。 1.3發(fā)動機的主要參數(shù) 方案一、根據(jù)所需發(fā)動機的最大功率和最大轉(zhuǎn)矩及相應轉(zhuǎn)速，第一個方案初步選擇上海柴油機股份有限公司的型號為6CL320-2的發(fā)動機，以及濰柴動力股份有限公司的型號為WD615.56、WD615.50的兩款發(fā)動機，他們的主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示，外特性曲線分別如圖2-2a、b、c所示。 表2-1 所選發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù) 由圖可知，濰柴WD615.56和濰柴WD615.50的轉(zhuǎn)速范圍為1000-2200r/min;上柴6CL320-2的轉(zhuǎn)速范圍為800-2200r/min。 從上述發(fā)動機外特性曲線可得其轉(zhuǎn)矩特性、比油耗特性，并且用最小二乘法擬合成五次多項式，結(jié)果如表2-3所示。 2-3由發(fā)動機外特性曲線算得的轉(zhuǎn)矩、比油耗特性 方案二、第二個方案初步選擇一汽大連柴油機股份有限公司的型號BF6M1013-28E3的發(fā)動機，它的主要技術(shù)參數(shù)如下表2-4所示。 表2-4 大柴BF6M1013-28E3發(fā)動機的主要技術(shù)參數(shù) 單位 大柴BF6M1013-28E3 外形尺寸（長寬高） mm 1146622897 缸徑/行程 mm 108/130 質(zhì)量 ㎏ 650 排量 L 7.14 額定工況功率/轉(zhuǎn)速 Kw/(r/min) 206/2200 最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速/最大馬力 Nm/(r/min)/馬力 1050/1400/120 最低燃油消耗率 g/(kwh) ≤203 一米外噪音 B 96 壓縮比 18.1 滿足排放要求 國Ⅲ/歐Ⅲ 進氣形式/每缸氣門數(shù) 增壓中冷/4 氣缸排列形式 直列 二、配置大柴BF6M1013-28E3發(fā)動機的整車性能計算 2.1汽車動力性能計算 （1） 汽車驅(qū)動力和行駛阻力 汽車行駛過程中必須克服滾動阻力和空氣阻力的作用，加速時會受到加速阻力的作用，上坡時會受到重力沿坡道的分力——坡度阻力的作用。汽車行駛時驅(qū)動力與行駛阻力的平衡方程式為 （3-1） 發(fā)動機在轉(zhuǎn)速n下發(fā)出的轉(zhuǎn)矩Te，經(jīng)汽車傳動系傳遞到驅(qū)動輪上的驅(qū)動力按下式計算 （3-2） 式中，是發(fā)動機轉(zhuǎn)矩（Nm）；是變速器速比；是主減速器速比，=4.875；是傳動系效率，=0.849；是車輪的滾動半徑（m），=0.5249m。在驅(qū)動輪不打滑的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速n（r/min）所對應的汽車車速（Km/h）為 （3-3） 滾動阻力為 （3-4） 式中，g是重力加速度，g=9.8m/s2;α是坡道的坡度角（）；f是滾動阻力系數(shù)，同式（1-1）說明。 空氣阻力為 （3-5） 式中，是空氣阻力系數(shù)，=0.8；A是迎風面積，即汽車行駛方向的投影面積，A=1.9302.850㎡；是空氣密度，一般取=1.2258Ns2m-4；是汽車行駛速度（m/s）,若以82 km/h計，則。 坡度阻力為 （3-6） 式中，i是道路坡度，計算時i取值從0%到40%。坡度阻力隨坡度角α的增加而增大，且與變速器檔位和車速無關(guān)。 將各擋驅(qū)動力隨車速的變化關(guān)系和不同坡度i時的隨的變化關(guān)系畫在同一張紙上，則形成汽車的行駛性能曲線。由汽車的行駛性能曲線可知該車的最高車度、最大爬坡度、檔位的使用情況及各檔位某車速的爬坡能力。 選用大柴BF6M1013-28E3發(fā)動機時，參照《汽車設計課程設計指導書》中圖1-7的汽車的行駛性能曲線可看出，最高車速在82km/h時，經(jīng)計算，一檔時最大爬坡度為。 2．2汽車的加速性能計算 加速阻力計算。為計算最大加速能力，這里就取道路坡道為零的平直道路上行駛進行計算。 ，由此可得 （3-7） 式中，是汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，按式估算，取,為變速器速比。參照《汽車設計課程設計指導書》中的圖1-8繪制出汽車加速度曲線圖。 進而參照《汽車設計課程設計指導書》中的圖1-9繪制各擋加速度倒數(shù)曲線圖。 由得 （3-8） 通過上式可求得汽車從初始車速全力加速到的加速時間t，結(jié)合汽車的行駛性能曲線，可以參照《汽車設計課程設計指導書》中的圖1-10作出該汽車連續(xù)換擋加速時間曲線圖。M 三、輪胎的選擇 輪胎的尺寸和型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)，因此，在總體設計開始階段就應選定。選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的額定負荷以及汽車的行駛速度。為了提高汽車的動力因數(shù)、降低汽車質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對公路用車，在其輪胎負荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)，應盡量選取尺寸較小的輪胎。同時還應考慮與動力—傳動系參數(shù)的匹配和對整車尺寸參數(shù)（例如汽車的最小離地間隙、總高等）的影響。參考《汽車設計課程設計指導書》表1-3給出的部分國產(chǎn)汽車輪胎的規(guī)格、尺寸及使用條件。通過查閱貨車輪胎標準GB2977-2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》和參考同類車型所選輪胎規(guī)格，各軸輪胎規(guī)格選擇如下： 前軸輪胎規(guī)格為9.00R20,輪胎數(shù)量為2；中間軸輪胎規(guī)格為9.00R20，輪胎數(shù)量為2；后輪并裝單軸雙胎，型號為9.00R20,輪胎數(shù)量為4。所選輪胎的單胎最大負荷22500N，氣壓0.74MPa，加深花紋，外直徑1025mm。26 四、汽車重要性能參數(shù) （1）動力性能參數(shù) 根據(jù)以上的計算可知該設計車輛的動力性能參數(shù)： 最高車速82km/h，比功率5.17KW/t,最大爬坡度≥30% （2）貨車單位質(zhì)量百公里燃油消耗量 1.45L/（100t.km） 即空載時約為 17.5L/100km，滿載時約為40L/100km (3)最小轉(zhuǎn)彎直徑約為14m， (4)通過性的幾何參數(shù)（繪圖實測） 1)最小離地間隙265mm 2)接近角約為30 3)離去角約為12 4)縱向通過半徑約為3.5m （5）操縱穩(wěn)定性參數(shù) 1）通常用汽車以0.4g的向心加速度沿著定圓轉(zhuǎn)向時，前后輪側(cè)偏角之差作為評價參數(shù)，此參數(shù)在1-3，此處取2 2）通常用汽車以0.4g的向心加速度沿著定圓等速行駛時，車身側(cè)傾角控制 在3以內(nèi)較好，最大不超過7，此處取6 3) 汽車以0.4g的減速度制動時，車身的前俯角不大于1.5 根據(jù)前面的計算和目標參數(shù)的綜合考慮，可以確定設計車輛的動力傳動系統(tǒng)匹配120馬力的柴BF6M1013-28E3發(fā)動機匹配使用時，整車的爬坡性能、加速性能和轉(zhuǎn)矩適應性都有了較為顯著的提高，經(jīng)濟車速的范圍也較大，燃油經(jīng)濟性較好，同時也滿足最高車速為82km/h的設計要求。 五、變速器檔位數(shù)的選擇 變速器檔位數(shù)的多少，要根據(jù)汽車的類型，使用條件和性能要求及最高檔和最低檔的速比范圍大小而定。 載貨汽車的噸位越小，檔位數(shù)可取少些，隨著噸位的增大，檔位數(shù)也增多。這主要從動力性、經(jīng)濟性、操縱性、結(jié)構(gòu)復雜程度及需要進行選擇。 檔位數(shù)越多，發(fā)動機的功率利用率越高(高功率區(qū)工作時間長)，既增加了動力性，同時也增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性，提高了燃油經(jīng)濟性。 由于相鄰檔之間的比值不能太大(一般不超過1.7～1.8，太大時換檔困難，所以在最大傳動比與最小傳動比值越大，則檔位數(shù)也應增多。而檔位多的變速器即7個前進檔時，其變速器的結(jié)構(gòu)，特別是操縱機構(gòu)會很復雜，所以有的車輛就采用增加前置或后置式副變速器的辦法來解決此矛盾。如需要全輪驅(qū)動，可以增設兩檔的分動器。本次設計貨車的變速器共五個檔前進檔，一個倒車。各檔的傳動比如下； 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 4.76 2.808 1.54 1.00 0.756 4.99 第3章、總體布置 一、 總體布置要求與分析 1、總體布置基準線的選擇和畫法 車架上平面：縱梁上翼面較長的一段平面在前視圖上的投影線，作為垂直方向尺寸的基準線。 前輪中心線：通過左右前輪中心，并垂直于車架平面線的平面，在側(cè)視圖和俯視圖上的投影線，作為縱向方向尺寸的基準線。 汽車中心線：汽車縱向垂直對稱面在俯視圖和前視圖上的投影線，作為橫向尺寸的基準線。 地面線：地平面在側(cè)視圖和前視圖上的投影線，是標注汽車高度、接近角、離去角、離地間隙、等尺寸基準線。 前輪垂直線：通過左右前輪中心，并垂直于地面的平面，在側(cè)視圖和俯視圖上的投影線，用來標注汽車軸距和前懸的基準線。 2、發(fā)動機的布置 1）、懸置位置 a．首先要保證本系統(tǒng)的功能特性，前后懸置剛度匹配，能有效減震，防抖，降噪 b．要保證前后懸置結(jié)構(gòu)設計能夠?qū)崿F(xiàn) c．在前后懸置處盡量能布置橫梁或托架梁，防止車架變形 d．保證發(fā)動機吊裝工藝性良好，易于使用氣動工具緊固 e．要考慮發(fā)動機維修、拆卸的可行性、方便性 2）、發(fā)動機總成位置及傾角的確定 a、在前懸已經(jīng)確定的情況下，發(fā)動機，中冷器和水箱一起盡可能靠前，使之靠近駕駛室前外罩，以增加發(fā)動機的散熱能力； b、上下位置的確定，一要考慮發(fā)動機與駕駛室地板的空間，二要考慮前軸或橫拉桿在上跳最大撓度狀態(tài)下與油底殼之間的間隙； c、發(fā)動機的傾角對不同噸位的載貨汽車有不同的要求 中型車 準重型車 重型a 重型b 傾角 1.5-2o 2-3o 4-5o 5-5.5o 本設計車輛發(fā)動機傾角取5o 3、冷卻系的布置 a．首先要保證散熱器的散熱能力滿足發(fā)動機的要求 b．護風圈偏心不宜太大 c．風扇至水箱芯片距離要合理 d．保證水箱離地間隙及與車身的運動間隙 e．副水箱要布于較高處，副水箱補水管和溢氣管走向合理，便于補水和排氣，加水要方便 f．風扇與護風圈的間隙，上下方向單邊應在20-25mm，左右方向單邊應在15-20mm g．自卸車等工程車輛，水箱下面要加護欄保護，防撞 h．要保證接近角的要求 4、傳動系的布置 由于發(fā)動機、離合器、變速器裝成一體，所以發(fā)動機位置確定之后，包括發(fā)動機、離合器、變速器在內(nèi)的動力總成位置就確定了，驅(qū)動橋的位置取決于驅(qū)動輪的位置，為了是左右半軸通用，差速器殼體中心線應與汽車中心線重合。為了滿足萬向傳動兩端的夾角相等，在滿載時不大于4o，最大不大于7o要求，常將后橋主減速器的軸向上翹起。我們的軸距總長為4200mm，故而需采用單傳動軸的傳動方式， 變速器輸出軸和差速器輸入軸轉(zhuǎn)角差為零的主要條件是=； =；=0，如下圖所示 5、轉(zhuǎn)向裝置的布置 a．轉(zhuǎn)向盤的布置符合人體工程學的要求 b．保證轉(zhuǎn)向與懸架運動協(xié)調(diào) c．保證轉(zhuǎn)向傳動軸下萬向節(jié)靠近車身翻轉(zhuǎn)中心，以便翻轉(zhuǎn)時運動協(xié)調(diào) d．在車身翻轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)向傳動軸不應有夾角太大或抽出，頂死情況 e．在各極限轉(zhuǎn)角情況下，轉(zhuǎn)向搖臂與拉桿不應有死角，或干涉，直拉桿與板簧輪胎應保持15cm以上間隙 6、懸架的布置 貨車的前后懸架，多采用縱置半橢圓形鋼板彈簧，為了滿足轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)所需要的空間，常將前鋼板彈簧布置在縱梁下面。鋼板彈簧端通過彈簧銷和支架與車架相連，而后端用吊耳和支架與車架相連，同時為了滿足主銷后傾的要求，前鋼板彈簧布置成前高后低狀。后鋼板彈簧布置在車架與車輪之間，應注意鋼板彈簧上的U形螺栓和固定彈簧的螺栓與車架之間應有足夠的間隙。減震器盡可能布置成直立狀，以充分利用其有效行程。 根據(jù)設計要求和實際對標車型的特點，本設計車輛采前懸架為9塊鋼板彈簧、后懸架采用12塊鋼板彈簧的布置方式。 7、制動系的布置 制動踏板應布置在靠近駕駛員附近，并且要求做到腳制動踏板和手制動操縱輕便。應檢查桿件運動時有無干涉和死角，更不應在車輪跳動時自行制動。 布置制動管路時注意安全可靠、整齊美觀。在一條管路上，當兩個固定點之間相對運動時，要采用軟管過渡。平行管之間的距離不小于5mm，或者完全束在一起，交叉管之間的距離應不小于20mm，同時注意不要將管子布置在車梁內(nèi)側(cè)下翼上，以免由于積水使管路腐蝕。 8、油箱、備胎、蓄電池的布置 油箱： a．燃油箱的容積要保證續(xù)駛里程的需要 b．油箱的位置要離發(fā)動機油泵盡量近，并要盡量與消音器、排氣管分開，油箱的布置要盡量使左右載荷均勻，并適當照顧軸荷分配，油箱的布置要盡量模塊化，并能滿足多種軸距的需要 c．油箱的走向要順暢，貼近車架走，合理固定，不能因相互運動磨擦而損壞 備胎： 備胎可布于底盤，也可布于上裝上（包括自卸車、半掛車上等）。可在軸距之間，也可在后懸上?？汕昂笮敝茫ê髴疑?，或在自卸車前欄板上），也可左右斜置（軸距之間），可平置，也可立置?？梢允且粋€，也可是兩個。但必須保證足夠的離地間隙或離去角，固定牢固可靠，以及備胎裝拆方便。還要注意備胎對軸荷的影響。 蓄電池： 蓄電池要盡量靠近起動機，蓄電池要拆裝方便，蓄電池的布置要考慮軸荷和模塊化要求 9、駕駛室的布置 a．保證發(fā)動機艙空間足夠 b．保證輪罩空間足夠 c．保證轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置理想 d．保證車輪與車身外觀協(xié)調(diào) e．盡量讓出上裝空間 二、繪制總體布置草圖 根據(jù)上述分析和各目標參數(shù)等方面因素的綜合考慮，繪制出該重型載貨汽車的整車總體布置草圖。 三維立體圖 設計總結(jié) 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，也是我們會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程。通過這次的汽車課程設計，使我之前學習的課本知識得以鞏固，同時也更加系統(tǒng)全面的了解了汽車發(fā)動機與傳動系和驅(qū)動橋之間的匹配關(guān)系。 本次課程設計中，會用到很多以前老師講解過的知識，尤其是《汽車構(gòu)造》、《發(fā)動機原理》和《汽車理論》上的一些重點內(nèi)容，感謝學院老師對我們學習上的幫助和生活上的關(guān)懷，增強了我們實踐操作和動手應用能力，提高了獨立思考的能力。我們不僅學到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設計能力。 由于設計資料和能力比較有限，此次設計尚有許多不足之處，懇請老師和同學給予批評指正。 最后，向?qū)Ρ敬握n程設計盡心指導的趙凱輝老師表示衷心的感謝！ 參考文獻 [1] 王望予.汽車設計[M].4版.北京：機械工業(yè)出版社，2004. 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