汽车设计课程设计

1、西安交通大学汽车设计课程设计说明书载货汽车汽车动力总成匹配与总体设计姓名： 班级： 学号： 专业名称： 指导老师： 日期： 2104/12/1 题目：设计一辆用于长途运输固体物料，载重质量 20t 的重型货运汽车。 整车尺寸：11980mm2465mm3530mm 轴数：4； 驱动型式：84；轴距：1950mm+4550mm+1350mm 额定载质量：20000kg 整备质量：11000kg 公路最高行驶速度：90km/h 最大爬坡度：大于 30% 设计任务： 1) 查阅相关资料，根据题目特点，进行发动机、离合器、变速箱传动轴、 驱动桥、车轮匹配和选型； 2) 进行汽车动力性、经济性估算，实现

2、整车的优化匹配； 3) 绘制车辆总体布置说明图； 4) 编写设计说明书。 本说明书将从整车主要目标参数的初步确定、传动系各总成的选型、整车性能计算、发动机与传动系部件的确定四部分来介绍本课程设计的设计过程。1. 整车主要目标参数的初步确定1.1发动机的选择1.1.1发动机的最大功率及转速的确定汽车的动力性能在很大程度上取决于发动机的最大功率。设计要求该载货汽车的最高车速是90km/h，那么发动机的最大功率应该大于等于以该车速行驶时的行驶阻力功率之和，即: （1-1）式中 发动机最大功率，kW； 传动系效率（包括变速器、传动轴万向节、主减速器的传动效率），参考传动部件传动效率计算得：，各传动部件

3、的传动效率见表1-1；表1-1传动系统各部件的传动效率部 件 名 称传动效率（%）4-6档变速器95辅助变速器（副变速器或分动器）95单级减速主减速器96传动轴万向节98汽车总质量，=31 000kg（整备质量11 000kg,载重20 000kg）；重力加速度，=9.81ms2；滚动阻力系数,由试验测得，在车速不大于100km/h的情况下可认为是常数。轮胎结构、充气压力对滚动阻力系数有较大影响，良好路面上常用轮胎滚动阻力系数见表1-2。取。表1-2良好路面上常用轮胎滚动阻力系数轮胎种类滚动阻力系数中重型载货车用子午线轮胎0.007-0.008中重型载货车用斜交轮胎0.010-0.012轻型载

4、货车用子午线轮胎0.008-0.009轻型载货车用斜交轮胎0.010-0.012轿车用子午线轮胎0.012-0.017轿车用斜交轮胎0.015-0.025 空气阻力系数，取=0.9；一般中重型货车可取0.81.0；轻型货车或大客车0.60.8；中小型客车0.40.6；轿车0.30.5；赛车0.20.4。 迎风面积,取前轮距总高H，=2.4653.53 该载货汽车的最高车速，=90kmh。将各值带入式1-1得：也可以利用比功率的统计值来确定发动机的功率值： （1-2）求得比功率为6.311kw。 因此，通过比功率计算得，该汽车选用发动机的功率kw参考日本五十铃、德国奔驰等同类型车型，同时由于该载

5、货汽车要求的最高车速相对较高，因此应使其比功率相对较大，所选发动机功率应不小于195.61KW，初步选择发动机的最大功率为200；发动机最大功率时的转速,初取=2200r/min。1.1.2发动机最大转矩及其转速的确定当发动机最大功率和其相应转速确定后，可用下式确定发动机的最大扭矩。 （1-3）式中 发动机最大转矩，N.m；转矩适应性系数，最大功率时的转矩，N.m；的大小标志着当行驶阻力增加时，发动机外特性曲线自动增加转矩的能力，可参考同类发动机数值选取，初取=1.05；发动机最大功率，kW；最大功率时的转速，r/min。所以 一般用发动机适应性系数表示发动机适应行驶工况的程度。，转速适应系数

6、，通常取1.4-2.0，以保证汽车具有适当的最低稳定车速。值越大，说明发动机的适应性越好。采用值大的发动机可以减少换档次数，减轻司机疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。初取=1450r/min，则=1.60，。1.2 轮胎的选择轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据之一，因此，在总体设计开始阶段就应选定。选择的依据是车型、使用条件、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。为了提高汽车的动力因数、降低汽车及其质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内应尽量选取尺寸较小的轮胎。同时还应考虑与动力-传动系参数的匹配和对整车尺寸参数（例如汽车的最

7、小离地间隙、总搞等）的影响。表1-2给出了部分国产汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件。 根据各类汽车的轴荷分配来看，前轴在满载的时候负载在19%25%， 后轴75%81%。经计算得到轮胎的最大静负载值为2790*9.8N，根据表1-2选择前轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为2；第二轴轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为2；第三轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为4；第四轴轮胎规格为11.00R20。所选轮胎的单胎最大负荷28700N，欺压0.74MPa，加深花纹，外直径1090mm。表1-2 大客车、载货汽车及挂车的规格、尺寸及使用条件1.3 传动系最小传动比的确定普通载货汽车最高档

8、通常选用直接档，若无分动器或轮边减速器，则传动系的最小传动比等于主减速器的主减速比。主减速比是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。对于载货汽车，为了得到足够的功率储备而使最高车速有所下降，如图1-1中的曲线3所示，可按下式选择 （1-4）式中，驱动车轮的滚动半径（m），轮胎规格为12.00R20，普通花纹轮胎外直径d=1090mm,F=3.05, 发动机最大功率时的转速，=2200r/min; 最高车速，=90km/h; 变速器最高档传动比，=1.0。所以 ， 初取5.0。根据所选定的主减速比的值，就可基本上确定主减速器的减速型式（单级、双级以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车

9、总布置所要求的离地间隙相适应。汽车驱动桥离地间隙要求见表1-3。其中，重型载货汽车的离地间隙要求在230mm-345mm之间。表1-3 汽车驱动桥离地间隙1.4传动系最大传动比的确定传动系最大传动比为变速器的档传动比与主减速比的乘积。应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着条件、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合确定。汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有 （-5）则由最大爬坡度要求的变速器档传动比为 （-6）式中 汽车总质量，=31000kg； 重力加速度，=9.81m/： 道路最大阻力系数，= = 驱动车轮

10、的滚动半径（m），按计算，F=3.05，d=1090mm 所以=0.5294mm； 发动机最大转矩，N.m； 主减速比，=5.0； 传动系传动效率，=0.849。所以 根据驱动车轮与路面附着条件 （1-7）求得变速器档传动比为 （1-8） 式中 汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷 道路的附着系数，在良好路面上取0.8； ，同式（1-6）中的说明。 所以 这里将每个驱动承受的质量设为13t综上，初步确定变速器档传动比。2. 传动系各总成的选型2.1 发动机的选型题目要求的发动机最大功率为200kw, 最大转矩为911.5N，相应转速为2200rpm，经调查初步选择上海柴油机股份有限公司的

11、型号为6CL320-2的发动机，以及潍坊动力股份有限公司的型号为WD615.56、WD615.50的两款发动机。图2-1 潍坊动力典型发动机参数表2-1 上柴6CL320-2参数发动机型号6CL320-2外形尺寸(mm)1363925794汽缸数6气门4排量(ml)8820缸径(mm)114行程(mm)144标定功率(kW)235功率转速(r/min)2200扭矩(N.m)1250扭矩转速(r/min)1200最低燃料消耗率(g/kW.h)190净质量(kg)640排放标准(TAS)国匹配车型客车、货车将三个型号发动机主要参数集中在表2-2中，以及外特性曲线：表2-2 所选发动机的主要技术参数

12、机型WD615.56WD615.506CL320-2缸径/行程（mm）126/130126/130114/144排量（L）9.7269.7269.0额定功率（kW）193213235额定转速（r/min）220022002200最大转矩(N.m)110011601250最大转速(r/min)1300-16001100-16001300-1500最低燃油消耗率(g/kW.h)198198198满足排放标准欧II欧II欧II2.2 离合器的初步选型根据发动机的最大转矩，可为该重型载货汽车初步选定离合器。离合器生产企业：东风传动轴有限公司离合器型式： 拉式膜片弹簧离合器型号/规格： DSP430转矩

13、容量： 2700N.m 该离合器： 与WD615.56匹配时，其后备系数为2.45；与WD615.5匹配时，其后备系数为2.33；与6CL320-2匹配时，其后备系数为2.13。2.3 变速器的选型重型货车需要多档变速器，用于适应复杂多变的使用条件，且易于保证重型汽车具有良好的动力性、经济型、加速性。前，组合式机械变速器已成为重型汽车的主要形式，即，以一到两种46档变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器，得到一组不同档数不同传动比范围的变速器系列。根据发动机最大转矩911.5N和变速器的一档传动比5.0，初步选择中国第一汽车集团公司生产的10档组合式机械变速器，变速器型号：CAT

14、S10-130,额定输入扭矩为1274N.m，该变速器最高档采用直接档，传动比范围为12.961。变速器各档速比见表2-3。表2-3 所选变速器格档速比12345678910倒1倒212.9619.6937.3705.5403.8463.372.5201.9161.4401.0002.93811.3012-4 传动轴的选型该车前后轴距较大，为了提高传动轴的临界转速，避免共振以及考虑整车总布置上的需要，常将传动轴分段。当传动轴分段时，需加设安装在车架横梁上的中间支承，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的窜动和车架等变形所引起的位移。橡胶弹性元件能吸收传动

15、轴的振动，降低噪声。这种弹性中间支承不能传递轴向力，它主要承受传动轴因动不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。初步采用重庆重型汽车集团传动轴有限责任公司生产的重型汽车传动轴总成，编号为：006。工作扭矩为：15000N.m。2-5 驱动桥的选型驱动桥处于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动车轮具有差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架之间的铅垂力、纵向力和横向力。1、驱动桥结构型式和布置型式的选择驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式相关。绝大多数载货汽车的驱动车轮采用非独立悬挂，相应地采用非断开式驱

16、动桥。现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置形式。在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，且相邻两桥的传动轴是串联布置的。其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构，减少了体积和质量，成本较低。2、主减速器结构型式选择减速型式的选择与汽车的类型及使用条件有关，主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求得主减速比的大小及驱动桥的离地间隙、驱动桥的数目及减速型式等。双级主减速器有两级齿轮减速组成，结构复杂、质量加大，制造成本也显著增加，仅用于主减速比较大且采用单级减速不能满足既定的主减速比和离地间隙要求的重型汽车上。单级贯通式主减

17、速器用于多桥驱动汽车的贯通桥上，其优点是结构简单、主减速器的质量较小、尺寸紧凑，并可使中、后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有互换性。综上所述，由于所设计的载货汽车的轴数和驱动型式为，以及单级贯通式主减速器具有结构简单等诸多优点，同时又能满足使用要求。所以，选用单级减速贯通式驱动桥。3、驱动桥的选型根据计算的主减速比初步选择重庆红岩汽车车桥厂的单级减速双联驱动桥，产品型号：20048302。中、后桥均采用铸钢桥壳，中、后驱动桥承载能力均为13吨。最大输入扭矩40000N.m，大于最大的输入扭矩，主减速器传动比=4.875。3 整车性能计算3.1 配置上柴6CL320-2发动机时的

18、整车性能计算3.1.1 汽车动力性能计算1）汽车驱动力和行驶阻力汽车行驶过程中必须克服滚动阻力和空气阻力，加速时会受到加速阻力的作用，上坡时会受到重力沿坡道的分力坡度阻力。汽车行驶时驱动力与行驶阻力的平衡方程式为： （3-1） 发动机在转速下发出的转矩经汽车传动系传递到驱动轮上的驱动力按下式计算： （3-2）式中 汽车驱动力，N；发动机转矩，N.m；变速器速比；主减速器速比，4.875；传动系效率，；车轮的滚动半径，；在驱动轮不打滑的情况下，发动机转速所对应的汽车车速（km/h）为： （3-3）式中 发动机转速，r/min； ，同式（1-10）说明。滚动阻力： （3-4）式中 重力加速度，；

19、坡道的坡度角，； 滚动阻力系数，同式（1-1）说明； 空气阻力： （3-5）式中 空气阻力系数，；迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积, =2.4653.530；空气密度，一般；汽车行驶速度，m/s。若以km/h计，则 坡度阻力： （3-6）坡道的坡度为时 加速阻力： （3-7）式中 汽车旋转质量换算系数，按式估算，取， 为变速器速比； 汽车总质量，； 汽车行驶加速度，。2）汽车的行驶性能曲线通过计算各档车速对应的发动机转速，由发动机外特性曲线可得到相应的发动机转矩，由式（3-2）可求得汽车的驱动力，由式（3-4）和（3-5）可求得，再作出汽车的行驶性能曲线。计算数据见表3-1。表3-1 汽车驱

20、动力与行驶阻力计算列表一档车速（km/h）3.54567（r/min）1108.01266.31582.91899.52216.1（kN）128.8128.6115.0113.3105.0（N）3536.13537.53540.93544.93549.7二档车速（km/h）56789（r/min）1183.81420.61657.31894.12130.9（kN）93.395.590.084.782.0（N）3540.93544.93549.73555.33561.6三档车速（km/h）678911（r/min）1080.11260.11440.21620.21980.2（kN）64.271.

21、272.570.063.3（N）3544.93549.73555.33561.63576.4四档车速（km/h）810121416（r/min）1082.61353.21623.81894.52165.1（kN）48.355.8952.548.346.7（N）3555.33568.63584.93604.13626.3五档车速（km/h）1114172023（r/min）1033.41315.21597.01878.82160.7（kN）33.038.235.833.332.5（N）3576.43604.13638.53679.63727.3六档车速（km/h）1316202326（r/min

22、）1070.11317.01646.31893.32140.2（kN）30.032.529.729.228.3（N）3594.13626.33679.63727.33781.7七档车速（km/h）1822263035（r/min）1108.01354.21600.41846.62154.4（kN）22.025.825.023.321.7（N）3651.53710.73781.73864.63984.9八档车速（km/h）2330354045（r/min）1076.41404.01638.01872.02106.0（kN）11.313.015.018.818.7（N）3727.33864.639

23、84.94123.64280.9九档车速（km/h）3040455060（r/min）1055.21406.91582.81758.72110.4（kN）9.714.713.313.211.5（N）3864.64123.64280.94456.64863.6直接档车速（km/h）4560708090（r/min）1099.21465.61709.81954.12198.3（kN）8.39.89.08.38.0（N）4280.94863.65344.65899.66528.6表3-2 不同坡度时的坡度阻力坡度 ( %)369121518坡度阻力（N）9119.218213.927259.8362

24、33.345111.857405.8坡度 ( %)212427303336坡度阻力（N）6254.370971.079271.187385.395301.3103008.0将各档驱动力随车速的变化关系和不同坡度时的随的变化关系画在同一张图上，则形成汽车的行驶性能曲线。发动机6CL320-2与变速器CATS10-130（最高档为直接档）和单级减速双联驱动桥（主减速比为4.875）匹配使用时的行驶性能曲线见图3-1。由汽车的行驶性能曲线可知该车的最高车速、最大爬坡度、档位的使用情况及各档位某车速的爬坡能力。由图3-1可知该车的最高车速为92km/h（与发动机最大额定转速相对应）；由图3-1可计算一

25、档最大爬坡度:一档时汽车能克服的最大行驶阻力为=107260N，对应的最大爬坡阻力为，由得，所以，=24.35，=45%；3）汽车的加速性能计算汽车在水平路面上（）加速行驶时驱动力与行驶阻力平衡方程式 （3-8）或，由此可得 （3-9）式中 汽车旋转质量换算系数，按式估算，取， 为变速器速比； 、如前所述。由得， （3-10）通过上式可求得汽车从初始车速全力加速到的加速时间。由式（3-9）、（3-10）和汽车的行驶性能曲线可以作出各档加速时间曲线和连续换档加速时间曲线。计算数据见表3-3。表3-3 汽车连续换档加速时间曲线计算列表一档车速（km/h）3.54567（kN）128.8128.61

26、15.0113.3105.0（N）3536.13537.53540.93544.93549.7（）0.5210.5200.4630.4560.422二档车速（km/h）56789（kN）93.395.590.084.782.0（N）3540.93544.93549.73555.33561.6（）0.6030.6180.5810.5450.527三档车速（km/h）678911（kN）64.271.272.570.063.3（N）3544.93549.73555.33561.63576.4（）0.6090.6790.6920.6670.600四档车速（km/h）810121416（kN）48.3

27、55.8952.548.346.7（N）3555.33568.63584.93604.13626.3（）0.6360.7440.6960.6360.613五档3.846车速（km/h）1114172023（kN）33.038.235.833.332.5（N）3576.43604.13638.53679.63727.3（）0.5810.6840.6360.5860.569六档车速（km/h）1316202326（kN）30.032.529.729.228.3（N）3594.13626.33679.63727.33781.7（）0.5700.6230.5620.5500.529七档车速（km/h）

28、1822263035（kN）22.025.825.023.321.7（N）3651.53710.73781.73864.63984.9（）0.4570.5510.5290.4850.442八档车速（km/h）2330354045（kN）11.313.015.018.818.7（N）3727.33864.63984.94123.64280.9（）0.2060.2480.2990.4000.392九档车速（km/h）3040455060（kN）9.714.713.313.211.5（N）3864.64123.64280.94456.64863.6（）0.1680.3040.2590.2510.19

29、1直接档车速（km/h）4560708090（kN）8.39.89.08.38.0（N）4280.94863.65344.65899.66528.6（）0.1200.1470.1090.0720.044图3-2 6CL320-2发送机用于货车的加速度曲线图3-3 6CL320-2发动机用于货车的加速度倒数曲线图3-4 6CL320-2发动机用于货车的加速时间曲线21同理，可以求出用WD615.56、WD615.50两款发动机是汽车的性能曲线。3.1.2 汽车经济性能计算汽车的燃油经济性是汽车使用中的另一项重要性能。我国汽车燃油经济性的主要评价指标有等速行驶燃油消耗量和循环工况行驶燃油消耗量，一

30、般用等速百公里油耗（L/100km）表示。汽车百公里燃油消耗量（L/100km）为 （3-11）式中 汽车以车速等速行驶时用于克服滚动阻力和空气阻力，发动机所消耗的功率， ，kW； 传动系效率，； 汽车总质量，； ，同式(1-1)说明； 燃油消耗率，g/(kW.h)，可根据发动机转速从外特性曲线上读取； 汽车车速，km/h； 燃油的重度，柴油取7.948.13N/L，取=8.04 N/L。 通过计算，可作出汽车在各档位的等速百公里燃油消耗量曲线（图3-4）。图3-4 配置6CL320-2发动机时汽车各档位的等速百公里燃油消耗曲线从图3-2中可以看出随车速的提高，汽车的等速百公里油耗增大；在常用车速46.4663.32km/h，以直接档行驶时燃油消耗率较低，为32.4 L/100km；车速在33.1746.46 km/h，以九档行驶时燃油经济性较好；车速