货车总体设计_载重750_速度120.doc

货车总体设计（，）目录摘要1第1章汽车形式的选择21.1汽车质量参数的确定21.1.1汽车载人数和装载质量21.1.2整车整备质量m a确定21.1.3汽车总质量m a31.2汽车轮胎的选择31.3驾驶室布置41.4驱动形式的选择51.5轴数的选择51.6货车布置形式51.7外廓尺寸的确定61.8轴距l的确定61.9汽车前轮距b 1和后轮距b 261.10汽车前悬lf和后悬lr的确定61.11货车车头长度71.12货车车箱尺寸7第2章 汽车发动机的选择82.1 发动机型式的选择82.2 发动机的最大功率p emax82.3 发动机最大转矩t emax及其相应转速n t的选择10第3章传动比的计算和选择123.1驱动桥主减速器传动比i o的选择123.2 变速器传动比i g的选择123.2.1 变速器一档传动比i g1的选择123.2.2 变速器的选择13第4章 轴荷分配及质心位置计算154.1 平静时的轴荷分配及质心位置计算154.2水平路面上汽车满载加速行驶时各轴的最大负荷计算184.3.制动时各轴的最大负荷计算19第5章 汽车动力性能计算205.1 驱动力与行驶阻力平衡计算205.1.1 驱动力的计算205.1.2 行驶阻力计算215.1.3 驱动力与行驶阻力平衡图225.2 动力特性计算225.2.2 滚动阻力系数与速度关系235.2.3 动力特性图235.2.4 汽车最大爬坡度计算245.2.5 加速时间t的计算245.3 功率平衡计算255.3.1 汽车行驶时发动机能够发出的功率265.3.2 汽车行驶时所需发动机的功率265.3.3 汽车功率平衡图27第6章 汽车燃油经济性计算28第7章 汽车稳定性计算317.1 汽车不翻倒条件计算317.1.1 汽车满载不纵向翻倒条件的计算317.1.2汽车满载不横向翻倒条件的计算317.2汽车的最小转弯直径31总结33参考文献34附录35摘要根据本次课程设计的任务，完成了任务书上所要求的某货车的总体设计。本篇说明书说明了货车设计的总体过程，本次课程设计为载重量0.75吨的轻型货车的设计，首先对汽车的形式进行了确定，其中包括汽车外尺寸的设计，质量参数的确定，轮胎，轴数，驱动形式以及布置形式的选择。其次，以汽车的最高车速和总质量选择了汽车的发动机。查资料确定了汽车的整体结构，包括车身，车厢，车头的选择。细节有轮距，轴距的确定等。在确定了发动机之后，计算了车的传动比，选择了变速器，计算了汽车的动力特性，包括了驱动力与阻力的平衡，动力因数，加速度，加速时间的确定。然后计算了汽车的燃油经济性问题。最后计算了汽车的稳定情况，保证了汽车可以安全的上路行使，完成了汽车的设计。关键词：总体设计；轴荷分配；动力性；燃油经济性第1章汽车形式的选择1.1汽车质量参数的确定汽车质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、载荷分配等。1.1.1汽车载人数和装载质量汽车的载荷质量是指汽车在良好路面上所允许的额定装载质量。汽车载客量：3人汽车的载重量：=750kg1.1.2整车整备质量确定整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具，备胎等），加满燃料、水、但没有装货和载人时的整车质量。质量系数是指汽车装载质量与整车整备质量的比值： (1.1)表1-1 各类货车的质量系数汽车类型总质量载货汽车轻型1.86.00.801.10中型6.014.01.201.35重型14.01.301.70本车型为轻型货车，1.86.0，故=0.81.1.3汽车总质量汽车总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。商用货车的总质量由整备质量、载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，乘员和驾驶员每人质量按65kg计，即 （1.2）式中:汽车总质量，kg； 整车整备质量，kg； 汽车载质量，kg；表1-2 质量参数载质量me（kg）质量系数m0整车整备质量m0（kg）总质量（kg）7500.8937.51882.51.2汽车轮胎的选择表1-3各类汽车轴荷分配满载空载前轴后轴前轴后轴商用货车轴荷分配42后轮单胎32%40%60%68%50%59%41%50%42后轮双胎，长、端头式25%27%73%75%44%49%51%56%42后轮双胎，平头式30%35%65%70%48%54%46%52%62后轮双胎19%25%75%81%31%37%63%69%根据表1-3，本车型为42后轮单胎，平头式，故暂定前轴占32%，后轴占68%，则：前轮单侧：后轮单侧：=j其中为轮胎所承受重量根据gb9744一1997可选择轮胎如表1-4表1-5所示表1-4轻型载货断面子午线轮胎气压与负荷对应表格规kg荷负压气2502803203503904204604905305606.00r15ltd420460500535570605630s4305255706106456857206.50r15ltd480525570610650685720s5455956456907357808206.70r15ltd480530575615655690725760790830s550585650695740780825855900935根据j，选择轮胎型号6.00r15lt，气压：420kpa，层级：8表1-5轻型载货断面子午线轮胎参数轮胎规格层数断面宽度负荷下静半径相应气压最大使用尺寸外直径600r15lt8170mm329mm420kpa718mm1.3驾驶室布置载货车驾驶室一般有长头式、短头式、平头式三种。平头式货车的主要优点是：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能良好，汽车整备质量小，驾驶员视野得到明显的改善，平头汽车的面积利用率高。短头式货车最小转弯半径、机动性能不如平头式货车，驾驶员视野也不如平头式货车好，但与长头式货车比较，还是得到改善，动力总成操作机构简单，发动机的工作噪声、气味、热量和振动对驾驶员的影响与平头货车比较得到很大改善，但不如长头式货车长头式货车的主要优点是发动机及其附件的接触性好，便于检修工作，离合器、变速器等操纵稳定机构简单，易于布置，主要缺点是机动性能不好，汽车整备质量大，驾驶员的视野不如短头式货车，更不如平头式货车好，面积利用率低。综上各货车的优缺点，本车选用平头式，该布置形式视野较好，汽车的面积利用较高，在各种等级的载重车上得到广泛采用。1.4驱动形式的选择汽车的驱动形式有很多种。汽车的用途，总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。本车采用普通商用车多采用结构简单、制造成本低的42后单胎的驱动形式。1.5轴数的选择汽车的总质量和道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等对汽车的轴数有很大的影响。总质量小于19吨的商用车一般采用结构简单、成本低廉的两轴方法,当汽车的总质量不超过32t时，一般采用三轴；当汽车的总质量超过32t时，一般采用四轴。故本车轴数定为两轴。1.6货车布置形式汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的相互关系和布置而言。汽车的使用性能取决于整车和各总成。其布置的形式也对使用性能也有很重要的影响。本车为平头货车，发动机前置后桥驱动。1.7外廓尺寸的确定gb15891989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不应超过12m，不包括后视镜，汽车宽不超过2.25m；空载顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m；根据课设要求，并参考同类车型金杯领骐sy1022def3轻卡，本车的外廓尺寸如下：492019002000（mmmmmm）。1.8轴距l的确定轴距l对整车质量、汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。考虑本车设计要求和表附-1推荐，根据汽车总质量1882.5kg，并参考同类车型金杯领骐sy1022def3轻卡，轴距l选为2515mm。表1-6 载货汽车的轴距和轮距42货车后轮单胎总质量（t）轴距（mm）轮距（mm）1.8-6.02300-36001300-17001.9汽车前轮距b 1和后轮距b 2在选定前轮距b1范围内，应能布置下发动机、车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动空间间隙。在确定后轮距b2时，应考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。根据表3-1，并参考同类车型金杯领骐sy1022def3轻卡，前轮距b1=1580mm后轮距b2=1580mm。1.10汽车前悬lf和后悬lr的确定前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、下车和上车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置总成、部件的同时尽可能短些。后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货厢长度、汽车造型等有影响，并决定于轴距和轴荷分配的要求。总质量在1.814.0t的货车后悬一般在12002200mm之间。参考同类车型金杯领骐sy1022def3轻卡，并根据本车结构特点确定前悬l f：1000mm后悬l r：1405mm。1.11货车车头长度货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。参考金杯领骐sy1022def3轻卡，本车车头长1630mm。1.12货车车箱尺寸参考金杯领骐sy1022def3轻卡，考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸：3120mm1900mm380mm。第2章 汽车发动机的选择2.1 发动机型式的选择目前汽车发动机主要采用往复式内燃机,分为汽油机和柴油机两大类。当前在我国的汽车上主要是汽油机,由于柴油机燃油经济性好、工作可靠、排气污染少,在汽车上应用日益增多。轻型汽车可采用汽油机和柴油机,参考同类车型,本车选取柴油发动机。2.2 发动机的最大功率 汽车的动力性主要取决于发动机的最大功率值,发动机的功率越大,动力性就好。最大功率值根据所要求的最高车速计算,如下: =（+） （2.1）式中：最大功率,kw 传动系效率,对于单级减速器，取0.9 g重力加速度, f滚动阻力系数,取0.02 空气阻力系数,取0.8 a汽车的正面迎风面积, a=b*h=1.9*2=3.8, 所以本车a为3.8 汽车总质量, 本车为1882.5kg 汽车最高车速,本车为120km/h带入相关数据,可得:=（+）=90.3kw于是，发动机的外特性功率为: =（1.101.18）=（99.3106.6）kw即在99.3106.6kw选择发动机。选取cy4102bzlq型柴油机，主要参数见表2-1，其总功率外特性曲线如图2.1所示。表2-1 发动机主要技术参数cy4102bzlq增压中冷型主要技术参数 型 号：cy4102bzlq 形 式：立式直列、水冷、四冲程、增压中冷 气 缸 数：4102118 工作容积：3.856 燃烧室形式：直喷圆型缩口燃烧室 压 缩 比：17:1 额定功率/转速：103/2800 最大扭矩/转速：392/1400-1800 标定工况燃烧消耗率： 全负荷最低燃油消耗率：205 最高空载转速： 3100 怠速稳定转速：750 机油消耗率：0.8 工作顺序：1-3-4-2 噪声限制：114 烟 度：2.5 排放标准：达欧洲号标准 整机净质量：350 外形参考尺寸：963.1693820.8图2.1 cy4102bzlq型全负荷速度特性曲线图及尺寸2.3 发动机最大转矩 及其相应转速的选择当发动机最大功率和相应的转速确定后,则发动机最大转矩和相应转速可随之确定,其值由下式计算: = (2.2)式中: ：转矩适应性系数,一般1.11.3,取1.2；：最大功率时的转矩,：最大功率,kw：最大功率时转速,r /min：最大转矩, 而=1.4-2.0,在这里取为1.8,则有:=1556rmin=1.2=369.6nm满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。第3章传动比的计算和选择3.1驱动桥主减速器传动比的选择在选择驱动桥主减速器传动比时,首先可根据汽车的最高车速、发动机参数、车轮参数来确定,其值可按下式计算: (3.1)式中:-汽车的最高车速,已知120km/h；-最高车速时发动机的转速,一般,r/min；这里取1，则；r-车轮半径,r=0.329m；取=0.83；故=0.377=3.473.2 变速器传动比的选择3.2.1 变速器一档传动比的选择在确定变速器一档传动比时,需要考虑驱动条件和附着条件。为了满足驱动条件,其值应符合下式: （3.2）式中：最大爬坡度，=代入相关数据,计算得:=2.09同时为了满足附着条件,其值也应符合下式 (3.3) 式中：-路面附着系数,为0.70.8,这里取0.8带入相关数据,可得: =3.65即是2.09 3.65参考中国汽车零配件大全选取=3.63.2.2 变速器的选择轻型载货汽车采用45档变速,各档变速比遵循下式关系分配: （3.4）；实际上，对于挡位较少的变速器，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数级来分配传动比的，这主要是考虑到各挡利用率差别很大的缘故，汽车主要用较高挡位行驶的，中型货车5挡位变速器中的1、2、3三个挡位的总利用率仅为10%到15%，所以较高挡位相邻两个挡见的传动比的间隔应小些，特别是最高挡与次高挡之更应小些。参考中国汽车零配件大全,选取变速箱，型号为ca016，确定各档传动比如下表表3-1ca016变速箱参数型号额定输入扭矩（nm）中心距（mm）总成干重（kg）速比档位操纵方式ca01644075543.60,2.13，1.36,1,0.831,2,3,4,5远距直接第4章 轴荷分配及质心位置计算4.1 平静时的轴荷分配及质心位置计算总布置的侧视图上确定各个总成的质心位置,及确定各个总成执行到前轴的距离和距地面的高度。根据力矩平衡的原理,按下列公式计算各轴的负荷和汽车的质心位置: (4.1)式中: 、总成的质量，kg、各个总成质心到前轴的距离，m 、各个总成质心到地面的距离，m前轴负荷，m后轴负荷，ml汽车轴距，m汽车质心到前轴的距离，m汽车质心到后轴的距离，m在总布置时,汽车的左右负荷分配应尽量相等，一般可以不计算，轴荷分配和质心位置应满足要求，否则，要重新布置各总成的位置，如调整发动机或车厢位置，以致改变汽车的轴距。各总成质量及其质心到前轴的距离、离地高度见表4-2表4-1 载货汽车轴荷分配车型满载（%）空载（%）前轴后轴前轴后轴42后轮单胎，平头式32%40%60%68%50%59%41%50%表4-2 各部件质心坐标及质量主要部件部件质量（kg）空载时质心坐标满载时质心坐标空载 空载满载满载lhlhg*lg*hg*lg*h发动机及其部件350600550600500210000192500210000175000变速器及离合器壳601300400130035078000240007800021000离合器4.5115045011504005175202551751800万向节传动1520503602050310307505400307504650后轴及后轴制动器90251532925153292263502916022635029160后悬及减震器392515500251545098085195009808517550前悬及减震器12050004500600005400前轴、前制动 器、轮毂转向梯形35100329100329350011515350011515车轮及轮胎总成90.7125832912583291140582984311405829843车架及支架、拖钩装置80150060015005501200004800012000044000转向器8-300900-300850-24007200-24006800手动制动器5.215092015087078047847804524制动驱动机构3.1-500800-500450-15501550-15501395消音器，排气管2.5150030015002506000120060001000油箱及油管815005001500450120004000120003600蓄电池组1515004001500350225006000225005250仪表及固定零件1.5-500800-500750-7501200-7501125货箱总成8322507602250710186750630801867505893驾驶室20-200900-200850-400018000-400017000挡泥板1516573801657330248555700248554950人19500300950005850185250货物750002250750001687500562500汽车总质量1882.5112910847343828751081137728由上表可得：1.满载时： kg mm kg 前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷在32%40%，后轴负荷在60%68%的范围内，所以满足轴荷分配要求。2.空载时: kg mm kg 前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷在50%59%，后轴负荷在41%50%的范围内，所以满足轴荷分配要求。4.2水平路面上汽车满载加速行驶时各轴的最大负荷计算对于后轮驱动的载货汽车在水平路面上满载行驶时各轴的最大负荷按下列公式计算： （4.2）式中：行驶时前轴最大负荷，kg； 行驶时后轴最大负荷，kg; 路面附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8。 令， （4.3）式中：行驶时前轴轴荷转移系数，该值为0.80.9 行驶时后轴轴荷转移系数，该值为1.11.2根据公式（3.2）可得:kgkg4.3.制动时各轴的最大负荷计算汽车满载制动时各轴的最大负荷按下式计算： （4.4）式中：制动时的前轴负荷，kg； 制动时的后轴负荷，kg； 令， （4.5）式中：制动时前轴轴荷转移系数，该值为1.41.6 制动时后轴轴荷转移系数，该值为0.40.7根据公式（3.3）可得：kg 满足要求第5章 汽车动力性能计算5.1 驱动力与行驶阻力平衡计算5.1.1 驱动力的计算 汽车驱动力按下式计算： （5.1）式中:发动机转矩,nm；:发动机转速,汽车的车速,120km/h:变速器的传动比:主减速器的传动比r:轮胎静负荷半径：传动效率由发动机特性曲线确定发动机的某一速度时转矩，根据公式5.1确定汽车的速度和驱动力。代入相关数据,计算所得数据如下表5-1所示表5-1各档驱动力、速度n（r/min）1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 t（nm）354 386 388 384 380 372 362 350 一挡v 1（km/h）14 16 18 20 22 24 26 28 f 1（n）12107 13201 13270 13133 12996 12722 12380 11970 二挡v 2（km/h）23 27 30 34 37 40 44 47 f 2（n）7163 7811 7852 7770 7689 7527 7325 7082 三挡v 3（km/h）37 40 47 53 58 63 68 74 f 3（n）4574 4987 5013 4961 4910 4806 4677 4522 四挡v 4（km/h）52 59 66 74 81 88 95 103 f 4（n）3262 3557 3575 3538 3501 3428 3335 3225 五挡v 5（km/h）6069788695103112120f 5（n）278930483057302529942930285227575.1.2 行驶阻力计算汽车行驶时,需要克服的行驶阻力为: = (5.2)式中:-道路的坡度,平路是;-行驶加速度, ，等速行驶时为0;-汽车旋转质量换算系数,其值按估算,其中=0.04代入相关数据,得: =代入各个速度值,即得表5.2表5-2 行驶阻力f阻与车速vav a(km/h）20406080100120f阻（n）4265998861229180624395.1.3 驱动力与行驶阻力平衡图 按照表5.1,5.2作 、曲线图,则得到汽车的驱动力-行驶阻力平衡图,如5.1所示。利用该图可以分析汽车的动力性,图中曲线与直接档曲线的交点对应的车速,即是汽车的最高车速。图5.1 驱动力-行驶阻力平衡图5.2 动力特性计算5.2.1 动力因数计算汽车的动力性因数按下式关系计算: (5.3)带入相关的数据,计算所得结果见表5-3表5-3 动力因数d与车速van（r/min）14001600180020002200240026002800t（nm）354382388382380372360350一挡v 1（km/h）14 16 18 20 22 24 26 28 d 10.64 0.70 0.70 0.69 0.69 0.67 0.65 0.63 二挡v 2（km/h）23 27 30 34 37 40 44 47 d 20.37 0.41 0.41 0.40 0.39 0.38 0.37 0.35 三挡v 3（km/h）37 40 47 53 58 63 68 74 d 30.24 0.26 0.26 0.25 0.24 0.23 0.22 0.21 四挡v 4（km/h）52 59 66 74 81 88 95 103 d 40.16 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 0.12 0.10 五挡v 5（km/h）6069788695103112120d 50.120.130.120.110.090.070 0.060.045.2.2 滚动阻力系数与速度关系滚动阻力系数与车速的关系 （5.4）计算所得的数据如表5-4所示表5-4 滚动阻力系数f与车速vav a（km/h）20406080100120f0.009 0.010 0.011 0.012 0.013 0.014 5.2.3 动力特性图按照公式5.3,5.4作、曲线图,则得到汽车的动力特性图,如图5.2所示。利用该曲线也可以分析汽车的动力性,图中线与直接档曲线的交点对应的车速是汽车的最高车速。图5.2 动力特性图5.2.4 汽车最大爬坡度计算 (5.5)式中:-汽车变速器i档的最大动力因数,为0.7则 =92%30%，满足最大爬坡度的要求。5.2.5 加速时间t的计算汽车在平路上等速行驶时,有如下关系： （5.6）即是 （5.7）表5.5 加速度倒数n（r/min）14001600180020002200240026002800t（nm）354382388382380372360350一挡v 1（km/h）14 16 18 20 22 24 26 28 a 1(m/s)3.74.04.04.04.03.83.73.61/a 10.27 0.25 0.25 0.25 0.25 0.26 0.27 0.28 二挡v 2（km/h）23 27 30 34 37 40 44 47 a 2(m/s)2.83.13.13.02.92.92.82.61/a 20.36 0.32 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.38 三挡v 3（km/h）37 40 47 53 58 63 68 74 a 3(m/s)2.02.22.22.12.01.91.81.71/a 30.50 0.46 0.46 0.48 0.50 0.53 0.55 0.58 四挡v 4（km/h）52 59 66 74 81 88 95 103 a 4(m/s)1.31.41.31.21.11.10.90.81/a 40.75 0.70 0.75 0.81 0.87 0.94 1.15 1.28 五挡v 4（km/h）6069788695103112120a 5(m/s)1.01.11.00.90.70.50.40.251/a 510.921.011.111.421.922.374.02做出关系曲线,如图5.3图5.3 加速度倒数曲线对加速度倒数和车速之间的关系曲线积分，可以得到汽车在平路上加速行驶时的加速时间。v档从稳定加速到60km/h的时间 s(为一个小格代表的时间)。5.3 功率平衡计算 5.3.1 汽车行驶时发动机能够发出的功率汽车行驶时，发动机能够发出的功率就是发动机使用外特性的功率值。发动机转速和汽车速度之间的关系，见表5.6根据公式 (5.8)代入相关数据，得表5.6表5.6 发动机发出的功率与速度关系表n（r/min）1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 t（nm）354 382 388 382 380 372 360 350 一挡v 1（km/h）14 16 18 20 22 24 26 28 p 1（kw）52 65 73 80 88 93 98 103 二挡v 2（km/h）23 27 30 34 37 40 44 47 p 2（kw）52 65 73 80 88 93 98 103 三挡v3（km/h）37 40 47 53 58 63 68 74 p3（kw）52 65 73 80 88 93 98 103 四挡v4（km/h）52 59 66 74 81 88 95 103 p4（kw）52 65 73 80 88 93 98 103 五挡v5（km/h）60 69 78 86 95 103 112 120p5（kw）52 65 73 80 88 93 98 103 5.3.2 汽车行驶时所需发动机的功率汽车行驶时,所需要的发动机的功率是克服行驶阻力所消耗的功率,其值按下式计算: （5.9）当汽车在平路上匀速行驶时，i=0，dv/dt=0，可简化为下式： （5.10）代入相关的数据计算得表5-7所示 表5-7 行驶阻力所消耗的功率与车速n(r/min)20406080100120pe(kw)3 7 16 32 56 90 5.3.3 汽车功率平衡图做出发动机能够发出的功率与车速之间的关系曲线,并作汽车在平路上匀速行驶时所需发动机的功率的曲线,即得到汽车的功率平衡图,如图5.4所示,利用该图分析汽车的动力性,上述两条曲线的交点所对应的车速就是汽车的最高车速。图5.4 功率平衡图第6章 汽车燃油经济性计算在总体设计时，通常主要是对汽车稳定行驶时的燃油经济性进行计算，其计算公式如下： （6.1）式中：qs汽车等速百公里燃油消耗量，l/kw*h； 汽车稳定行驶时所需发动机功率，kw； 发动机的燃油消耗率，g/(kw.h),其值由发动机万有特性曲线得到； 燃油重度，n/l,柴油为7.948.13，其值取8.00； 最高挡车速。查万有特性曲线图，计算得，见表6-1表6-1 燃油消耗v a（km/h）70 80 85 90 95100 110 120 n(r/min)16251858197420902206232225542786g e (g/kw*h)254242240237232234235236p e(kw)23 32 37