汽车的整体设计论文.doc

摘 要 本说明书从先进，实用，系统，科学的角度出发，介绍了0.5吨轻型货车的整体设计和车架，车箱的设计工三个部分，第一部分是整体设计部分，它包括了汽车型式，主要尺寸和参数的选择，汽车发动机的选择，汽车轮胎的选择，以及总布置草图设计和运动校核，本书的第二和第三部分，介绍了汽车车架和货箱的设计，车架设计部分，主要介绍了其结构形式的选择，并且对其受力情况进行了较为详尽的分析和计算，货箱设计部分就主要介绍了货箱的分类，结构及设计方法。关键词 货车 整体设计 车架 货箱abstract this specification introduces three parts of 0.5t turning-lathe trailer include that the allover design and chassis system the coach from sophisticated, tlity, systematic and science. the first part is the unite design ,it include the selection of the type, main dimension and arguments, the selection of the trailer engine ,the selection of the cart tires .it also include general layout drawing and campaign check. the second and third parts of the specification introduces the design of trailer joisted and coach. in the part of joisted design, it introduces the selection of its architecture, then analyses and accountes particularly on its strength the part of the cart coach design introduces categories, architecture and contrive method key words trailer overall design trailer joisted coach 引言 我国汽车工业从无到有，从小到大经历了四十余年，产量已居世界前列，但在产品开发水平方面还处于落后状态。面对国际市场的严峻挑战，唯一的出路只能是加强开发能力建设，提高工程技术人员的创新能力。本书先进、实用、科学，既总结我们自己的经历，结合我国实际，又广泛吸收国外先进技术并具前瞻性。 随着我国农村和城乡经济的不断发展，交通运输已经不在局限于人力和畜力，机动车已几乎完全代替了人力和畜力。轻型货车正以其运输灵活、快捷，性/价比大的优点被广泛应用于运输业包括家用运输。 本说明书本着先进、实用、科学的态度，从实际出发，着重介绍货车的整体设计，以及车架和货箱的设计。其中亦较为详细地引用了一些图表说明，以便读者一目了然。 本说明书的出版的过程中，肯定了自己在设计过程中的劳动成果，同时，也得到了老师和同学们的帮助。毕竟本书集众人之观点，很有参考和借用价值。但也有很多错误和不足之处，这也是在所难免的。第一部分 汽车的整体设计11 概述汽车整体设计是汽车设计工作中十分重要部分。它关系着汽车的使用性能、外形尺寸、重量、外形和产品质量有着重要关系。汽车整体设计是许多部件有机结合的整体。汽车性能的好坏不仅取决于各部件性能如何，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于总布置。如果各部件型式和参数选择不当或布置得不好，则即使各部件性能很好，整车性能却不一定理想。例如，对一个吨位不大的货车采用了一个功率很大的发动机，则不但其最大功率不能充分利用，而且汽车的耗油量也会大大增加。 因此，在汽车设计开始阶段应该有一个很消耗的整体设计，使整车设计有一个统一的目标、统一的设想和统一的指挥。在各部件（全面）设计阶段，部件与整体之间、部件与部件之间经常会发生各种矛盾，这就需要我们从整车的技术合理性和全局出发，很好的予以协调，与部件设计的同学密切合作，找出完善的解决办法。在各部件设计完成后，还要在总布置图上仔细校核，及时发现问题，提出修改意见。所以，整体设计的好坏对汽车的设计质量、汽车性能和产品的生命力有着决定性的影响。汽车整体设计的主要任务是：1. 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、重量和主要尺寸，提出整车设想（总体设计方案），为各部件设计提供整车参数和设计要求。2. 对各部件进行合理布置和运动校核，使汽车不仅有足够的装载容量，而且能做到尺寸紧凑、乘坐舒服、重量轻、重心低、安全可靠、操作轻便、造型美观、视野良好、维修方便、运作协调。3. 对汽车性能进行精确计算和控制，保证汽车主要性能指标实现。汽车整体设计通常是在产品规划的基础上进行的。产品长期规划一般确定五或七、八年后需要生产的汽车产品系列、现有车型的改进、补充和淘汰等大的方案以及十年设想草案，这是在市场调查和技术经济分析的基础上制定的。而个别车型发展计划规则确定新车的设计方案和主要经济指标。其中包括汽车的主要用途、级别、车型、产品售价、计划投资、生产纲领以及从设计到投产的各阶段日程。1-2 汽车型式的选择汽车的型式的选择是指汽车的轴数，驱动型式，布置型式以及车身（或驾驶室）型式而言。这些都是汽车整体设计首先要确定的主要参数。这样才能使汽车的使用性能、外形尺寸、重量、轴荷分配和制造成本等方面有较大的确定，因此应该综合考虑汽车的型式问题。 一、 汽车的轴数和驱动型式 汽车的轴数（二轴、三轴或四轴）是根据汽车的用途、重量、使用条件、公路车辆的法规限制和轮胎负荷能力确定的。 我国公路干线和桥梁所允许的双轴汽车后轴的单负荷为13t，前轴的单负荷允许为6t，三轴汽车的双后轴负荷为24t。各国的法规不一，但单后轴负荷大多在10-13t之间。故双轴汽车总重一般不超过18-19t，而三轴汽车的总重则不超过320kn总重更大的公路用车可采用四轴。超重型自卸汽车，因不在公路上使用，不受此限（其单轴负荷有的超过1000kn）。 驱动型式常用42、44、66等代号表示。其中第一个数字表示汽车车轮总数，第二个表示驱动轮数。 42 式汽车结构最简单，汽车自重较轻，制造成本低，油耗量也较少，故在轿车和总重小于19t的公路用车上得到最广泛的采用。现代双轴重型货车的总重量一般都接近公路法规限制的上限，以便尽可能提高汽车的载重量和运输能力。总重在19t以上至26t的公路用车一般均采用64或62的型式。总重28-32t的公路用车一般采用84型式。 综合考虑以上各因素，以及考虑大本火车的吨位不大（为2吨），故采用42单轴驱动。 二、 汽车布置型式的选择 汽车布置型式是指发动机，驱动轴和车身（或驾驶室）的相互位置关系和布置特点而言的。 对货车而言，根据发动机位置的不同，可分为三种布置型式：发动机前置、中置和后置。 发动机前置后轴驱动的型式由于发动机维修方便，能适应各种型式的发动机（直列的、v型的或卧置的等）以及传动系和操纵机构简单等优点，在货车上得到了广泛采用。少数货车采用发动机中置（卧置于货箱之下）的布置型式。其主要优点是驾驶室的布置不受发动机的限制，内部宽敞，地板又平又低；驾驶员的座位和汽车总高可以有所降低；驾驶室内噪声比较低，驾驶室可以显著地前移和缩短，故汽车的轴距和总长较短；轴荷分配也比较有利。但发动机维修不如前置方便，对保养条件和路面条件要求也较高；发动机需特殊设计，与其他车型通用性较差；离合器、变速器和油门需要远距离操纵。发动机后置的型式在货车上很少采用，仅在由后置发动机后置驱动的轿车变型而来的微型货车上有所采用。其优缺点与发动机中置时大体相同，但后轴载荷容易过重，对操纵稳定性不利，货厢底版的位置也较高。 根据驾驶室与发动机相对位置的不同，货车可分为长头式、短头式、平头式和偏置式四种。 1. 长头式 长头式的特点是将驾驶室布置在发动机之后。其优点是发动机维修方便，驾驶室受到的热量和震动较小，操纵机构简单，且易于布置，前轮负荷较轻，在坏的路上通过性较好。其缺点是轴距和汽车总长较大，视野性较差。因此，目前在轻型货车上很少采用。长头式比较适合于条件较差的货车和越野车。在中型和重型上采用长头式还不少，尤其在采用v型发动机时，其车头可以设计得较短。 2. 短头式 短头式是将发动机的一小部分伸入驾驶室内,因而汽车的轴距和总长可略为缩短.但驾驶室内部比较拥挤,发动机维修也不够方便.其他缺点基本上同上。 3. 平头式 这是将驾驶室布置在发动机之上，这种型式的优缺点正好同长头式相反。汽车的轴距总长比较短，自重较轻，机动性能好，视野良好，面积利用系数高。但驾驶室在夏季比较闷热，发动机维修也不方便，汽车高度较大。目前有不少结构措施可以减少上述缺点，如加强驾驶室的隔热、通风、密封、采暖和防振能力，减轻发动机的振动，采用可翻式驾驶室，改进悬架设计以减轻汽车的纵向摆动。总的来说，平头式的优点比较显著，因而在现代的轻型、中型货车上得到了广泛采用。 4. 偏置式 即将驾驶室遍置于发动机的一旁。这是平头式或长头式的一种变型。它除了具有平头式的优点外，还可以减少驾驶室的闷热，便于发动机的维修。在超宽的汽车上，驾驶室窄了一些，可以进一步改善视野，故这种布置型式在超重型矿用自卸车上用得较普遍。 因为我们设计的是轻型货车，故不采纳第四种布置型式。综合考虑长头式和平头式的优缺点，我决定采用第二种布置型式，即短头式。1-3 汽车主要尺寸和参数的选择一、 汽车主要尺寸的确定汽车主要尺寸是指汽车的轴距、轮距、总长、总宽、总高等。1.轴距 l轴距的长短直接影响汽车的长度、重量和许多使用性能。轴距短一些，汽车长度就短，重量就轻，最小转弯半径和纵向通过半径就小。但若轴距过短，则会带来一系列缺点；如车厢长度不足或后悬过长，汽车行使是的纵摆和横摆较大；汽车制动或上坡时重量转移也大，使操纵性和稳定性变坏。因此，还会导致万向节传动的夹角过大等问题。因此，在确定轴距是综合考虑各方面的要求，在保证所设计车型的主要性能（如机动性或乘坐舒适性）、装载面积和轴荷分配等方面均得到满足的前提下把轴距设计得短一些好。 对货车来说，在整车选型初期，可首先根据货厢长度和驾驶室布置的需要初步确定一个轴距l（图1.2）.由图上可见l=ld+c+lhlr式中 ld从前轮中心到驾驶室后壁的距离，它主要取决于驾驶室型式和发动机位置及长短，可以通过驾驶室座位和发动机的初步布置（画方图案）或参考同样布置型式的汽车行的这一尺寸初步确定。参考同样布置型式的汽车，初步确定该值为1260mm。 c驾驶室与货厢之间的间隙，一般为50100mm。这里取80mm。 lh货厢长度，根据汽车的载重量和所运货物的比重算出所需要的货厢容积和货厢面积来确定，或参考同吨位车的货厢长度和装载面积初步确定。同样，我们参考同吨位的车，初步确定lh=1000mm。 lr后悬，根据道路条件，初步确定为800mm。 利用上述公式，初步算出轴距为3000mm。轴距的最终数值只有通过具体布置（画总布置草图）以后才能确定。如果通过布置和计算，发现传动夹角过大，轴荷分配不够有利，最小转弯半径过大或座位布置不够舒适，则应当调整轴距和有关部件的位置。 因轻型货车对机动车要求较高，故其轴距比一般货车要设计的短一些。表1.1为不同吨位货车的轴距范围（指基本型）。表1.1 货车轴距和轮距的一般范围汽车类型载重量（t）轴距（mm）轮距（mm）42货车0.351.01.02.02.02.54.05.56.08.08.210.01680240023003100240034003600435037005000410053001100140013001600135016501620180017001930184020002.前、后轮距b1、b2汽车轮距对汽车的总宽、总重、横向稳定性和机动性影响较大。轮距愈大，则横向稳定性愈好，悬架的角刚度也愈大，对增大车厢内宽也有利。但轮距宽了，汽车的总宽和总重一般也加大，而且容易产生向车身侧面甩泥的缺点。所以，轮距不宜过大。轮距的数值必须与所要求的汽车总宽相适应。、 货车的前轮距b1主要取决车架前部的宽度、前悬架的宽度、前轮最大转角和轮胎宽度、转向拉杆与转向轮以及车架间的运动间隙因素，因此要通过具体的布置才能最后确定。货车的后轮距b2取决于车架后部宽度t、弹簧宽度e、弹簧与车架及车轮之间的间隙（d+s）和（d+g）以及轮胎宽度k等因素（图1.3）。在确定轮距时，还要考虑到能否与现有后轴系列中所采用的轮距数值一致，以便尽可能选用现有的驱动轴。各吨位货车轮距的数值范围见表1.1。因qt2型货车自重及载重不大，故可考虑采用前后轮距一致，先确定其值为1320mm。3.前悬lf和后悬lr （图1.2）前悬和后悬的长度是在总布置中确定的。前悬的长度应足以固定和安装驾驶室前支点、发动机、水箱、转向机、弹簧前拖架和保险杠等零件和部件。驾驶室的型式和驾驶员座位的前后位置对前悬的大小也有很大的影响。汽车的前悬不宜过长，否则汽车的接近角过小。 后悬长度主要取决于货厢长度、轴距和轴载荷配情况，同时要保证适当的离去角。一般来说，后悬不宜过长，否则上下坡容易刮地，转弯是也不灵活。货车的后悬一般在10002200mm之间（微型车例外），特长货厢的长轴距汽车的后悬较大，有的长达2.6m。综合上述因素，初步确定后悬长度为1000mm。 4. 汽车的外廓尺寸 汽车的总长、总宽和总高应根据汽车的用途、道路条件、吨位、外形设计、公路限制和结构布置等因素来确定。在总体设计是要力求减少汽车的外廓尺寸，以减轻汽车自重，提高汽车的动力、经济性和机动性。 各国对公路运输车辆的外廓尺寸均有法规限制。这是为了使汽车外廓尺寸适合本国的公路、桥梁、涵洞和铁路运输的标准及保证行驶的安全性。我国对公路车辆的极限尺寸规定如下：总高不大于4m；总宽（不包括后视镜）不大于2.5m；总长货车不大于12m。总重在150kn以上的重型货车的总宽大多在2.42.5m之间，其总高则在2.52.9m之间。中吨位货车的总宽在2.12.4m之间，而总高则在2.22.6m之间。全轮驱动的汽车总高略高一些。集装箱运输汽车的总高一般在3.83.9m。汽车的总长、总宽和总高通过仔细的布置后才能最后确定。这里我们借鉴中吨位汽车的外廓尺寸进行适当选取。 5. 货车车头长度 货车车头长度是指从汽车的保险杠到驾驶室后围的距离。车身型式即长头型还是平头型对车头长度有绝对的影响。此外，车头长度尺寸对汽车外观效果、驾驶员居住性和发动机的接近性等有影响。 图1.3 货车的后轮距b2长头货车车头长度尺寸一般在25003000mm之间，平头型货车一般在14001500mm之间。因设计为短头型货车，故先取其中间值为2000mm。6. 货车车箱尺寸 要求车箱尺寸在运送散装东西和袋装粮食时能装足额定吨数。车箱边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般应在450650mm范围内选取。车箱内宽在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以便缩短边板高度和车厢长度。行驶速度能达到较高车速的货车，使用过宽的车箱会增加汽车迎风面积，导致空气阻力增加。车箱内长应在能满足运送上述货物额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减小整备质量。详细尺寸见第三部分，车箱的设计。 二、汽车质量参数的确定 1.汽车的载重量和载客量 汽车的载重量是汽车基本使用性能之一。它关系到汽车的运输生产率、运输成本、使用方便性、产品系列化、生产装备等许多方面的因素，因而也关系到所设计的车型是否能受到使用部门的欢迎和能否畅销的问题。 在确定载重量时，我们应着重考虑以下几个方面： （1）必须与汽车的用途和使用条件相适应。资料表明，货流量大、运距长的公路运输，采用大吨位的货车，运输生产率就高，运输成本就低；而货流多变、运输距离短的市内运输，则采用中、小吨位的汽车比较经济和灵活。同时，从减少城市交通拥挤来看，特别是在大城市中，采用中、小吨位的货车比较有利。我 国已开始控制大型车在市内行驶。因此，在市内运输中，载重量为5t以下（特别是4t和2t）的汽车在国外用的越来越多。在长途运输方面，汽车吨位则不断提高。载重量为9t以上的货车的需求量日益增多，而过去常用的载重量为6t和8t的货车的产量则有所减少。所以，在确定载重量时，应注意研究同类型汽车的发展动向和国民经济的需要。 （2）各种车型的载重量要合理分级，以利于产品的系列化、通用化和标准化。因此，汽车的载重量通常不是单独的，而是从产品系列化角度确定的。 （3）要考虑到对现有生产设备和生产线变动的大小和可利用程度。 应当指出，汽车的载重量是指在硬质良好路面上行驶时，所允许的额定载重量。当汽车在碎石路面上行驶时，载重量应有所减少（应为好路上的75-80%）。 2.汽车自重m0的估计 汽车自重是指带有全部装备（包括随车工具、备胎）、加满油水、但没有装货和载人时的整车质量。 汽车自重是一个重要的设计指标。这个指标，既要先进，又要切实可行。为此，在整体设计初期，应对结构类似的同级样车及其部件进行整重和重量分析，在此基础上结合所设计汽车的具体情况估计出新车各部件的重量，从而估计出新车的自重g0。结合同类型车的重量参数，估计设计货车的自重为1.8t。 3.汽车总重的ma确定 汽车总重是指装备齐全、并按规定装满客、货（包括驾驶员）时的重量。 货车的总重可按下式计算 ma=me+m0+mp 式中 ma载重量，为0.5t m0汽车自重，这里为1.5t。 mp驾驶员及助手的重量，按座位数计算，座位数为4，每人可按65kg计。 计算可得货车总重为 ma=0.5+1.2+0.0654 =1.96t 3. 质量系数 在比较不同车型的设计、制造、材料水平时，常常引用质量系数这个评价指标。质量系数是指汽车装载质量me与汽车干重mm0的比值，即m0=mem0。汽车干重是指无冷却水、燃油、机油、备胎、工具和附属装备时的空车质量。显然，在汽车装载质量相同、且汽车使用寿命都比较长的情况下，汽车干重越小，则质量系数越高。这说明：该车型的金属材料消耗较少，材料利用较好，汽车设计与制造水平较高。因此，在设计时要力求减轻零部件的质量，提高质量利用系数。但是，m0的提高也受到一些因素的限制，如各部件的可靠性、材料的机械性能和制造工艺水平等。 由于一般汽车技术资料中常列出汽车自重，而不列出汽车干重，故常用汽车自重利用系数m0作为评价参数，m0=mem0。根据统计，汽车自重利用系数是随着汽车载重量的增加而提高的。目前，轻型货车的m0一般在1.1左右（装用柴油机时大都在0.81.0之间），中型货车的m0一般在1.35左右，而重货车的m0一般在1.5左右（1.31.7）。 随着道路条件的不断改善，材料性能的提高，特别是汽车零部件载荷谱和疲劳强度的发展，汽车的自重利用系数就会不断提高。 5.汽车的轴荷分配 轴荷分配适当与否对汽车的主要使用性能（如牵引性、通过性、操纵性和稳定性等）和轮胎使用寿命油很大的影响。因此，在总体设计时应对轴荷分配提出一定要求。 汽车的轴荷分配比例一般是根据轮胎磨损均匀的原则、汽车主要性能的需要以及汽车布置型式来确定的。为了使轮胎磨损均匀，一般希望满载时每个轮胎的负荷大致相等。故后轮为单胎的42式汽车，希望满载时前后轴的负荷各为50%左右。而后轴为双胎的42式汽车则希望前后州负荷大致按1/3和2/3的比例分配。但在实际情况下，大都数汽车的轴荷分配只是近似的满足这一要求，因为还要考虑其他性能的要求（如操纵稳定性和通过性等）；此外，轴荷分配受总布置型式的影响较大。例如，长头的42式货车由于车厢比较靠后，满载是的前轴负荷一般都在28%以下（达不到总重的1/3），而平头式货车的前轴负荷则一般都在30%以上。在确定轴荷分配时还要充分考虑汽车的使用条件和操纵稳定性。对条件较差的货车，为了保证在泥泞路面上的通过能力，往往将满载时前轴负荷控制在2627%左右，这样不仅可以减少前轮的滚动阻力，而且可使后驱动轮上有足够的附着力。对于主要在良好路面上行使的货车，则满载时前轴负荷可提高到3034%左右。但也不宜过高，否则转向沉重。后轮装用单胎的42货车空车时后轴负荷应当大于41%，否则在滑路上容易产生严重的侧滑事故。总之，在决定轴荷分配时要综合考虑汽车的主要使用性能和轮胎磨损等方面的要求。各类货车轴荷分配的统计值见表1.2。表1.2各类货车轴荷分配统计值车型满载空载前轴%后轴%前轴%后轴%42后轮单胎32-4060-8850-5941-5042后轮双胎，长头式25-2773-7544-4950-5642后轮胎，平头式30-3565-7048-5446-5264后轮双胎19-2575-8131-3763-69 短头式接近30%。 大多在19-21%之间有表1.2可知，本设计货车的前后轴分配分别为30%和70%左右。三、汽车主要性能参数的选择（一） 动力性能参数1. 直接挡最大动力因素d0maxd0max的选择必须考虑到汽车的类型、用途、道路条件以及对汽车加速性和燃料经济性的要求。总重在0.5t左右的货车，其d0max一般在0.8以上，总重2.8吨左右的货车的d0max在0.05-0.08之间。这里先取d0max=0.8。2. 头档最大动力因素d0maxd0max标志着汽车的最大爬坡能力和克服困难路段的能力，也标志着起步连续换档时的加速能力。d0max主要根据汽车所要求的最大爬坡度和附着条件来选择。对于公路用车，这个参数设计在0.30-0.38之间。这里取d0max=0.30。3. 最高车速vamaxvamax主要根据汽车用途、公路条件及有无各种安全措施来选择。随着道路条件的改善，汽车最高速度普遍有所提高。微型、轻型货车最高车速大于中型、重型货车的最高车速，重型货车最高车速较低。相关最高车速范围见表1.3。由表1.3确定qt0.5型货车的vamax=90km/h表1.3 汽车动力性能参数范围货车类型最高车速vamax/（km/h）比功率p/ma/（kw/t）比转矩t/ma/（nm/t）微型轻型中型重型80-13575-12016-2815-2510-206-2030-4438-4433-4729-504. 上坡能力imax用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数imax来表示汽车上坡能力。通常要求货车能克服30%坡度。5. 汽车比功率和比转矩这两个参数分别为发动机最大功率和最大转矩对汽车总质量之比。比功率可以综合的评价汽车动力性能，如速度性能和加速性能等。比转矩则反映了汽车的牵引能力。不同车型的比功率和比转矩范围见表1.3。由表1.3初步确定qt0.5型货车的比功率和比转矩分别为20kw/t和40nm/t。（二） 燃油经济性参数 汽车的燃油经济性有汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行使百公里的燃油消耗量（l/100km）来评价。该值越小燃油经济性越好。货车有时用单位质量的百公里油耗量来评价。见表1.4。表1.4 货车单位质量百公里燃油消耗量 l（100tkm）总质量ma/t汽油机柴油机总质量ma/t汽油机柴油机44-63.0-4.02.8-3.22.0-2.81.9-2.16-12122.68-2.822.50-2.601.55-1.861.43-1.53（二） 汽车最小转弯半径rmin汽车最小转弯半径rmin是指方向盘转至极限位置时从转向中心到前外轮接地中心的距离。它是汽车机动性的主要指标之一。转向轮最大转角、汽车轴距、轮距对汽车最小转弯半径均有影响。对机动性要求较高的汽车，rmin应取小一些。对于rmin，其数值主要根据汽车的用途、道路条件和结构特点选取。轻型货车的rmin一般为5-9.5m。这里先确定为5m。（三） 通过性的几何参数总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙hmin，接近角t1，离去角t2，纵向通过半径1等。42货车的hmin为180-230mm，t1为40-60。，t2为25-45。，1为2.3-6.0m。（四） 汽车操纵稳定性参数作为设计指标的汽车操纵稳定性参数有：1.转向特性 当汽车转弯或受侧向风作用时，前轴和后轴的速度方向会产生响应的侧偏角1和2，当12时，汽车具有不足转向特性；当1=2时中性转向；当12时汽车具有过度转向特性。一般说来，为了保证良好的操纵稳定性，汽车应具有一定的程度的不足转向特性。通常用汽车在0.4g的向心加速度下沿定圆转向时前后轴侧偏角之差1-2作为评价参数。此参数在1。-3。为宜。2.车身侧倾角 当汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行使时车身的侧倾角控制在3。左右较好，一般不超过4.5。，最大不应超过7。3.制动前俯角 当汽车以0.4g的减速度制动时，车身的点头角最好在1.5。以下，否则乘客会感到不适，并且都转向轮的稳定有不良的影响。4.撒手稳定性 当汽车等速直线行使时猛打方向盘时，然后立刻撒手，此时汽车因急打舵而受到横向扰动，在横向平面内发生自由衰减振动，这种自由振动的固有频率fn和相对阻尼系数是常用的评价参数。相对虚拟大一些，汽车行使方向的左右摆动就消失得快一些，但也不应引起过大的相位之后现象。fn多在0.8-1.1之间。（六） 汽车行使平顺性参数汽车行使平顺性主要取决于车身的振动加速度，自由振动固有频率、振幅、人-车振动系统的响应特性（或传递函数）等参数。作为设计要求的一般参数有前、后悬架的偏频n1和n2（或前、后悬架的静挠度fc1和fc2），车身振动加速度以及前、后悬架的动挠度fd1和fd2。表1.5为货车的前、后悬架便频、静挠度和动挠度的一般范围。表1.5货车的前、后悬架便频、静挠度和动挠度车型满载时偏频，hz静挠度，cm动挠度，cm前悬架前悬架前悬架前悬架前悬架前悬架货车1.5-2.11.7-2.176-115-96-93-8前、后悬架的振动偏频应尽量接近或使后悬架的振动频率n1略高于前悬架的振动频率n2。（七）制动动性参数汽车的制动距离st，制动减速度jmax和踏板力是汽车制动性能的主要评价参数和设计指标。制动距离st一般是指良好的实验跑道上在指定的初速度下紧急制动时从踩踏板起到完全停车的距离。它取决于制动初速度v0、附着系数、汽车总重和制动系起作用的时间。初速度v0越大，则st也越大。对于不同类型的汽车，制动初速度的规定通常不一样。货车的v0一般为40-60km/h。 紧急制动时的踏板力，对货车要求不大于700n。 1-4 发动机的选择 发动机的选型需要考虑很多因素，如：汽车的用途、总重、总布置型式，动力特点和经济性要求，使用条件，材料和燃料资源，排气污染和噪声方面的法规限制，现有的发动机系列，生产成本和生产条件以及技术发展趋势等。 一、 发动机基本型式的选择 当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主。它分为汽油机和柴油机两种。 与汽油机比较，柴油机有下列优点： 1.燃料经济性好，在部分负荷时能节省更多的燃料。而且，柴油机的价格便宜，故汽车使用成本较低。 2.工作可靠，耐久性好（无点火系统，故障少，而且大部分零件使用寿命较长）。 3.可采用较高的增压和较大的缸径来提高功率，易于设计成大功率发动机。 4.派气污染较低。 5.在同样的驾驶里程下油箱容积小，便于布置。 6.不易发生火灾。 柴油机主要缺点是：由于提高了压缩比，要求活塞和缸盖的间隙尽可能小，加工精度比汽油机要求更高；因自燃产生的爆发压力很大，因此要求柴油机各部分的结构强度比汽油机高，使尺寸和质量加大，振动与噪声大。 由于柴油机设计的不断完善，转速不断提高，重量和噪声不断减轻，在轻型货车乃至轿车上采用柴油机的也日益增多。 鉴于上述因素，采用柴油机。 在采用柴油机的情况下，还要进一步确定其基本型式和冷却方式。 （一） 基本型式 根据发动机汽缸排列型式不同，发动机有直列式、水平对置和v型三种。 直列式发动机结构简单，工作可靠，成本低，使用维修方便，发动机的宽度也小，布置起来比较灵活。因而在中小吨位的货车和排量不大的轿车上得到广泛采用。但是发动机排量较大时，直列式发动机的缺点就比较突出：不是缸径过大影响工作性能，就是缸数过多，发动机过长过高，重量也大。 v型发动机与直列式相比有不少优点：（1）长度缩短，高度较低，重量可减轻20-30%；（2）曲轴箱和曲轴的刚度增加，扭振特性可有所改善；（3）容易设计出尺寸紧凑的高转速和大功率的发动机；（4）通过缸数变化容易形成功率范围很大的发动机系列。其缺点是：宽度大，在平头车上布置起来比较困难；在缸心距相同时，主轴承宽度受到一定的限制；对刚体的铸造技术要求较高，加工设备较贵，造价高。 水平对置式发动机的主要优点是平衡好，高度低。 （二）冷却方式 根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷和风冷两种。 水冷的优点是：（1）冷却均匀可靠，散热好，因而缸盖、活塞等主要零件的热负荷较低，同时，汽缸变形也小，活塞与汽缸的间隙可以减小，机油耗量也少。（2）噪声较低。（3）平均有效压力可提高5-10%，比油耗量较低。（4）车内供暖易于解决。（5）制造成本较低。（6）能较好的适应增压后散热的需要。其缺点是：（1）冷却系的使用和维护不够方便；（2）冷却性能受大气温度影响大，夏天易过热；（3）汽缸温度低，腐蚀性磨损较大。 风冷发动机则正好相反。 但目前大多数发动机仍采用水冷式，故这里也选择水冷式发动机。 至此，发动机的基本型式确定为水冷直列式柴油机。 二、 发动机主要性能指标的选择 （一）发动机最大功率pmax和相应转速np 纵所周知，发动机功率越大，则发动机性能越好。但若功率过大，则发动机利用率降低，燃料经济性下降，发动机和传动系的重量也增加。故要合理选择发动机的功率。 根据所需的最高车速vamax（km/h），用下式估算发动机最大功率式中 r传动系数，对驱动桥用单级主减速器的42汽车可取为0.9； ma汽车总质量，前面计算结果为3.93t=3.93103kg； g重力加速度，取9.8m/s2。 fr滚动阻力系数，对货车，取0.02 cd空气阻力，货车取0.80-1.0，这里取0.9。 a汽车正面投影面积，对货车，a=b1h，h为汽车总高2.01（m），b1为前轮距1.32（m）。故a=2.6532m2。 vmax最高车速，90km/h。 代入数据计算 =36.74 kw在整车选型阶段，除了要确定发动机的最大功率外，还要对 最大功率转速提出一定要求，以为它不仅影响发动机的排量、尺寸、性能和使用寿命，而且影响汽车传动系的寿命、最大车速和主传动比i0的选择。总的来说，最大功率转速高一些比较有利。 最大功率转速np的范围如下：轻型货车的i0值常取在3200-4000r/min之间，重型货车用柴油机的i0值取得低些。这里取i0值为3500r/min。 由此选取发动机型号为485qc，其参数如下： 缸数：4； 缸径行程：95110mm； 排量：3.05l 标定功率：55kw； 外形尺寸：876612720mm； 净重：300kg （三） 发动机最大转距temax和相应转速nt 用下式计算确定 temax = 9549 式中，为转距适应性系数，一般在1.11.3之间选取，这里取1.2；pmax为发动机最大功率，由前面所选发动机可知最大功率为55kw；np为最大功率转速，3200r/min。 计算得 temax = 9549 =156.8nm15 轮胎的选择轮胎尺寸是绘制总布置草图及进行各种性能计算的原始数据之一。所以，在整体设计之初就必须选择轮胎型号。 轮胎的型号主要根据汽车的类型，使用条件，轮胎的静负荷，轮胎的承载能力以及汽车行使速度来选择。此外还要考虑最小离地间隙。 轮胎的类型，按用途可分为轿车轮胎，公路用的货车和大客车轮胎以及越野汽车轮胎三种。、 按轮胎的胎体结构，可分为实心轮胎和充气轮胎两种。 按轮胎的断面形状，可分为普通轮胎，宽断面轮胎，拱形轮胎和椭圆形轮胎四种。 本设计车为0.5t轻型货车，一般在公路和城市行使，行使路面状况比较好。选用普通公路货车用轮胎即可满足设计要求。因最小离地间隙为200mm，故采用7.50-16型轮胎。其规格特征见表1.6。 表1.6 7.50-16型汽车轮胎规格及特征 （摘自gb516-74）轮胎规格7.50-16帘布层数10花纹类型普通冲气后主要外缘尺寸（mm）外直径8105断面宽2055使用条件最大负荷（n）11000相应气压10-1（n/mm2）5.3适用轮辋型式5.50f允许使用轮辋型式6.00g1-6 汽车总布置草图设计 在初步确定汽车的装载量、驱动型式、车身形势、发动机形势等以后，要开始汽车的总体布置，包括绘制总布置草图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。 在绘制总布置草图前要确定画图的基准线（面），通常用下列平面作为基准面或坐标面，或称为零线。1. 车架平面线以车架纵梁翼面上较长的一段平面（即车架上平面）作为标注各部件垂直方向安装尺寸的基准面或零线（图1.4）。2. 前轮中心线通过左右前轮中心联线，并垂直于车架基准面的平面在侧视图和俯视图上的投影。它是表注各部件纵向安装尺寸的基准线（零线）。 rr1，rr2-轮胎滚动半径 r01，r02-轮胎自由半径 a，b-分别为前轮中心线与后轮中心线与车架上平面的交点3. 汽车中心线即汽车纵向垂直对称平面在俯视图和正视图上的投影。它是表注横向尺寸的基准线。 此外，还有两条辅助的基准线，即地面线和前轮中心对地面的垂直线（简称前轮垂直线）。地面线是标注汽车高度、货台高度、接近角、离去角和离地间隙等尺寸的基准线。前轮垂直线则是表注汽车轴距和前悬的基准。货车的车架上平面在满载静止位置时通常设计成对地面倾斜一个小的角度f（0.5。1.5。，本设计取1。），即前面低一些，这是为了在汽车驱动时车厢能接近水平。此时，如将地面画成水平的，则车架及驾驶室、货厢等部件上的许多线条都得画成斜的，制图时不够方便。为了简便，把车架上平面画成水平的，而地面画成斜的（与水平线成f角）。 下面是本设计总布置草图的一般过程和注意事项。一、 画出基准线汽车布置草图一般是从侧视图开始的。首先，在侧视图上画出地面线（图1.4）。 在上取两a、b两点，是a、b=l（轴距）。通过a、b两点分别作地面的垂直线和，即前后轮垂直线。在和上分别取ao1=rr1，bo2=rr2（式中rr1和rr2分别为前后轮的滚动半径），并以o1和o2为圆心分别画出前后轮的滚动圆和外圆。接着，确定车架上平面的位置。为此，要确定车架上平面上处于前后轮中心正上方两点a和b的离地高度a和b。尺寸a可根据汽车前部的尺寸链（前梁下的离地间隙、前梁断面高度、弹簧总高度、动挠度、缓冲块和车架断面高度）估计。尺寸b可根据轮胎半径、后轴管尺寸和轴管的最大跳动量（取决于悬架的动挠度）、运动间隙和纵梁高度来估计。尺寸a和b也可参考同类型车初步确定。这里我们参照同类型车ht-18y取a=470mm。确定a后，另一尺寸根据两者的关系b=a+ltgf求出为515mm。连接a、b两点即得车架上平面线。通过o1点作的垂直线v（前轮中心线）得到a。俯视图上的前轴中心线可按投影关系画出。二、 各部件的布置1.发动机和传动系布置发动机的位置通常以下列三个参数表示：汽缸体前端面与曲轴中心线的交点到前轮中心线的纵向距离x和该点离地高度y，以及曲轴中心线相对车架上平面的倾斜角（图1.5）。这个倾斜角是为了减少万向节传动的夹角，故在布置传动轴的过程中预先确定，一般为1-4。之间，这里我选4。发动机的前后位置x主要根据驾驶室形式、轴荷分配、前轴结构（整体式或断开式）和传动轴夹角的大小，并参考同类型汽车确定。发动机的高度要布置得低一点，但要保证足够的离地间隙和运动间隙（对于前轴或转向拉杆等），并尽可能使发动机上常要维修的部件，如柴油机上的高压油磅等，能露出在车架上平面之上以便维修。 图1.5 货车的总体布置接着,布置变速器、传动轴和驱动轴等部件,即布置传动线。此时要保证万向节传动两端的夹角1和2尽可能相等，而且其数值在满载静止时不超过4。，最大不超过7。，否则万向节传动效率显著降低，磨损也快。为了减少传动轴后万向节的夹角2，后轴主传动器的轴线通常往上翘起一个不大的角度（图1.5）。2.驾驶室的布置 首先确定驾驶室的地板线。此线与车架上平面之间有一个距离c，使驾驶室与车架之间与必要的运动间隙（在弹性支撑下有一定的相对运动），并保证地板下的操纵杆件有足够的运动间隙，该尺寸定为50-80mm。地板线确定以后，进一步确定坐垫的高度a。这个尺寸要保证驾驶员有适当的坐姿和有利于操作。尺寸a在这里取400mm。在坐垫与车顶（内表面）之间也要留有足够的高度h，以免驾驶员的头部在上下振动时经常撞击车顶。这个尺寸选900mm。这些尺寸确定后，汽车的总高h即可得出。 驾驶员座位的纵向位置的确定是汽车总体布置中的一项重要工作，它直接影响驾驶室的长短、位置、造型、视野、上下车方便性、汽车的轴距、前悬和重量分配等，甚至还影响发动机的布置。轻型短头货车上，驾驶员的座位在保证操作方便的情况下一般力求向前，以便缩短驾驶室后围板到前轮中心的距离，从而缩短汽车长度，但同时也要保证驾驶员座位有足够向后调的余地。3.转向系的布置 在确定转向器位置时，除了要考虑方向盘的倾角外，还要保证前悬架和转向拉杆的运动协调。在采用弹簧钢板的情况下，当前轮相对车身上下振跳时，转向节臂与纵拉杆相连的铰接点（球梢中心a1）一方面要随着前轮沿着弹簧主片所决定的运动轨迹运动（图1.6），同时又要绕着纵拉杆另一端摆动。如果这两种运动的轨迹偏差较大，则会引起前轮摆动和反向冲击。因此，在布置转向器时应使转向臂下端的b1点尽量与转向节臂的球销中心a1的摆动中心o2点接近。o2点的位置取决于弹簧主片中心点c的摆动中心o1。c点的轨迹还近似于一段圆弧，其圆心的位置与弹簧固定端的卷耳中心相距（l1+l2）/8，在高度上相距e/2，即图上o1处。（l1和l2为弹簧钢板前半段和后半段的有效长度，e为卷耳内孔半径）。由于e点与a1点在空间作同一运动其联线ca1作平移运动，故找到了c点的摆动中心o1后，即可按平行四边形机构原理作出平行四边形o1ca1o2，找出o2点。由于o2点是在弹簧固定端一侧，故大多数汽车的转向机构都布置在弹簧固定端附近。 转向摇臂与纵拉杆之间以及纵拉杆与转向节臂之间的夹角在中间位置时应尽可能接近直角，这样可以保证向左、右转向时转向传动装置的传动比相近，同时可保证较高的传动效率。 为了使转向器（内部行程）在向左和向右转时都得到充分利用（使转向器能设计得更紧凑），必须使转向器向前和向后摆动的角度大致相等；为此，将转向摇臂在中间位置时布置成与垂直线有一个不大的角度（图1.6，一般往后偏一角度）。在此情况下，转向摇臂与纵拉杆之间的夹角就不一定成直角。布置转向拉杆时，还要检查在转向极限范围内，杆件的运动不应有死角。 转向节臂的球头中心在高度上尽可能接近钢板弹簧主片的高度，以免在紧急制动时由于弹簧的纵向扭曲和球销位移最大而引起前轮转向和跑偏的现象。 4. 货厢的布置 货厢与驾驶室之间有一定的距离（通常为50100mm），因为在紧急制动是货厢可能向前窜；此外，当车架变形较大时货厢与驾驶室有可能发生摩擦，所以必须与足够间隙。 货厢和货物的中心离后轴中心线的距离对汽车轴荷分配有决定性的影响。为了