载货汽车动力总成匹配与总体设计方案

载货汽车动力总成匹配与总体设计 方案 第 1 章 整车主要目标参数的初步确定 动机的选择 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。参考该题目中的参数，要求设计的载货汽车最高车速是 10km/h，那么发动机的最大功率应该大于或等于以该车速行驶时，滚动阻力功率与空气阻力功率之和，即 )761403600(1 （ 1 式中， 发动机的最大功率（ 括变速器、辅助变速器传动轴万向节、主减速器的传动效率）， T=95%*95%*98%*96%=传动系各部件的传动效率参考汽车设计课程设计指导书表 1汽车总质量， 5000g=试验测得，在车速大于 100km/h 的情况下不可认为是常数。取 f=考汽车设计课程设计指导书 表 1般轻型货车可取 里取 ），取前轮距 高 H， A= 22 故 1076140 3参考汽车理论第 5 版图 3风汽车公司货车、跃进汽车公司货车、国产微型货车等同类型汽车，在此初步选择汽车发动机的最大功率为 130 动机的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，可通过下式确定发动机的最大转矩。 （ 1 式中， N m）； 是转矩适应性系数，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， 最大功率时的转矩（ N m）， 可参考同类发动机数值选取，初取 =发动机最大功率（ ;最大功率是的转速（ r/ 所以 5212500 （其中 参考东风 康明斯 柴油机的产品所介绍 ） 一般用发动机适应性系数 ,表示发动机转速适应行驶工况的程度，越大，说明发动机的转速适应性越好。采用值大得发动机可以减少换挡次数，减轻司机疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。通常，汽油机取 油机取 保证汽车具有相当的最低稳定车速。初取 450r/ T， 。 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，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（例如汽车的最小离地间隙、总高等）的影响。参考汽车设计课程设计指导书表 1寸及使用条件。通过查阅货车轮胎标准 重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷和参考同类车型所选轮胎规格，各轴轮胎规格选择如下： 前后轴轮胎规格为 275/胎数量 4 个。所选轮胎的单胎最大负荷2900压 900胎花纹 +，外直径 962 动系最小传动比的确定 普通载货汽车最高档通常选用直接挡，若无分动器或者轮边减速器，则传动系的最小传动比等于主减速器的主减速比 0i 。主减速比 0i 是主减速 器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。 载重货车为了得到足够的功率储备而使最高的车速有所下降， 0i 可按下式选择 77.0（i （ 1 式中， r 是驱动轮的滚动半径（ m），所选轮胎规格为 275/自由直径 d=962计算常数 F=午线轮胎 F=故滚动半径 dr r F 500r/ 10km/h； 所以 1102 5 0 77.0（ ，初取 根据所选定的主减速比 0i 的值，就可基本上确定主减速器的减速形式（单级、双级以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车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参考汽车设计课程设计指导书表 1示。其中，轻型载货汽车的离地间隙要求在 220 280间。 动系最大传动比的确定 传动系最大传动比为变速器的挡传动比 主减速比 0i 的乘积。 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。 汽车爬坡度时车速不高，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 m a xm a xm a a x )s i nc （ 1 则由最大爬坡度要求的变速器档传动比为 0m a xm a x（ 1 式中， 计要求最大爬坡度为大于 30%，取坡度角 30，此时最大爬坡度为 道路最大阻力系数。 ） 动机最大转矩 减速比 动系传动效率 T=以 g 根据驱动车轮与路面附着条件 20r （ 1 求得变速器的档传动比为 0m a （ 1 式中， 是道路的附着系数，在良好的路面上取 =2G 是汽车满载静止于水平路面时，驱动桥承受的载荷（ N），初步设计采用双联车桥驱动，每个驱动桥承受的质量为 13t，则 通过汽车理论第五版第三章了解到轿车的变速器普遍采用 5 挡变速器，也有六挡变速器，轻型货车和中型货车一般采用 5挡变速器，如果超过五个（指前进挡）一般采用组合变速器。实际上，汽车传动系的传动比大体上是按等比级数分配的，所以可以认为，一般汽车的各档传动比大致符合如下关系 (1式中 就是各档的公比，而且挡与挡之间的比值不宜大于 上述计算得知 以有 计算各档传动比档位： 倒挡 第二章 传动系各总成的选型 动机的选型 根据所需发动机的最大功率和最大转矩及相应转速，初步选择 东风 康明斯 柴油机有限责任公司的 0，它的主要技术参数以及外特性曲线如下表 2 2 表 2 康明斯柴油发动机 0 的主要技术参数 发动机： 康明斯 0 系列： 发动机厂商： 东风康明斯 适配范围： 以轻型卡车、越野车（ 皮卡车、轻型客车、多功能车（ 为主要配套对象，市场前景非常广阔 进气形式： 增压中冷 汽缸数： 6 燃料种类： 柴油 汽缸排列形式： 直列 排量： 放标准： 国三 /国四 最大输出功率： 133定功率转速： 2500大马力： 180马力 最大扭矩： 大扭矩转速： 1400负荷最低燃油耗 发动机形式： 直列六缸 电控系统 增强型高压共轨 颗粒滤清器 发动机净重： 280动机尺寸： 603 676 702径 明斯 0 图 2明斯 0 外特性曲线 合器的初步选型 后备系数为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于 1。是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩； 2)防止离合器滑磨时间过长； 3)防止传动系过载以及操纵轻便等。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的 值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。各类汽车离合器的取值范围见表 2 表 2合器后备系数的取值范围 车型 后备系数 乘用车及最大总质量小于 6t 的商用车 大总质量为 6 14车 据发动机的最大转矩及上述要求，初步选择长春华众离合器有限公司生产，转矩容量为 850N m 的 离合器与康明斯 0匹配时，其后备系数为 速器的选型 由于轻型汽车的装载质量小，使用条件复杂，同时，轻型货车满载与空载的质量变化极大，欲保证轻型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，需要采用多档变速器。因为，档位越多，发动机发挥最大功率附近高功率的机会就越大，可以提高汽车的加速与爬坡能力；同时也能增加发动机在地燃油消耗率的转速范围工作的机会，可以提高汽车的燃油经济性。目前，机械变速器已经成为轻型汽车的主要形式。 根据发动机最大转矩和变速器的 步选择 万里扬 速箱 ，最大扭矩 5000N m，该变速器最高档采用直接挡，传动比范围为 1 速器各挡速比见表 2 表 2所选变速器各挡速比 倒 动轴的选型 该车前后轴距较大， 为了提高传动轴的的临界转速，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，需要加设安装在车架横梁上的弹性中间支撑，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传动和车架等变形所引起的位移。弹性元件能吸收传动轴的震动，降低噪声。这种弹性中间支撑不能传递轴向力，它只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。 一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节。十字万向节两轴的夹角 不宜过大，当由 4 增至 16 时，滚针轴承寿命将下降至原寿命的 1/4。十字轴万向节夹角的允许范围参照汽车设计课程设计指导书表 1 初步选取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 002，工作转矩为 6000N m。 动桥的选型 驱动桥处于传动系的末端，其基本公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、右驱动轮具有差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车价之间的垂向力、纵向力和横向力。 动桥结构形式和布置形式的选择 驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式有关。绝大多数载货汽车的驱动车轮采用非独立悬架，相应的采用非断开式车桥。 减速器结构形式选择 主减速器形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，主要取决与动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比 0i 的大小以及驱动桥的离地间隙、驱动桥的数目及减速形式等。 双级主减速器有两集齿轮减速组成，结构复杂、质量大，制造成本也显著增 加，仅用于主减速比较大（ ）且采用单级减速器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形式为 24 ，以及单级减速双联主减速器具有结构简单等诸多优点，又能满足使用要求。所以，选用单级减速双联主减速器。 动桥的选型 根据计算的主减速比，初步选择杭州汇丰车桥有限公司的单级减速双联驱动桥，产品型号： 桥采用冲焊桥壳，后驱动桥承载能力为 4t，最大输入转矩为 4500N m，大于输入转矩 650 m=m，主减速器传动比 0i = 种。因车速要求较高，就选 0i =算，如果汽车阻力功率曲线与发动机功率曲线不能交在其最大功率点上，再进行调整。 第三章 整车性能计算 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 空气阻力 作用，加速时会受到加速阻力 作用，上坡时会受到重力沿坡道的分力 坡度阻力车行驶时驱动力与行驶阻力的平衡方程式为 （ 3 发动机在转速 n 下发出的转矩 经汽车传动系传递到驱动轮上的驱动力0 （ 3 式中， N m）； T=m）， 在驱动轮不打滑的情况下，发动机转速 n（ r/对应的汽车车速 Km/h）为 （ 3 滚动阻力 co s （ 3 式中， g=是坡道的坡度角（）； 式（ 1明。 空气阻力 2w 21aD （ 3 式中， 汽车行驶方向的投影面积，A=是空气密度，一般取 =m/s） ,若 km/ 。 坡度阻力 F （ 3 式中， 算时 %到 60%。坡度阻力 a随坡度角的增加而增大，且与变速器档位和车速无关。 将各挡驱动力 车速 形成汽车的行驶性能曲线 (图 3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。 选用康明斯 0 时，汽车的行驶 性能曲线如图 3 3示。 各档位的转速（ r/及车速（ km/h）关系如下： 转速 档位 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 6 档 500 | (km/h) 600 | (km/h) 700 | (km/h) 800 | (km/h) 900 | (km/h) 1000 | (km/h) 1100 | (km/h) 1200 | (km/h) 1300 | (km/h) 1400 | (km/h) 1500 | (km/h) 1600 | (km/h) 1700 | (km/h) 1800 | (km/h) 1900 | (km/h) 2000 | (km/h) 2100 | (km/h) 2200 | (km/h) 2300 | (km/h) 2400 | (km/h) 2500 | (km/h) 2600 | (km/h) 2700 | (km/h) 各档位的转速（ r/及驱动力（ 系如下： 转速 档位 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 6 档 500 | (600 | (700 | (800 | (900 | (1000 | (1100 | (1200 | (1300 | (1400 | (1500 | (1600 | (1700 | (1800 | (1900 | (2000 | (2100 | (2200 | (2300 | (2400 | (2500 | (2600 | (2700 | ( 图 3车驱动力曲线行驶阻力曲线 各档位的转速（ r/及爬坡能力（ %）关系如下： 转速 档位 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 6 档 500 | (%) 600 | (%) 700 | (%) 800 | (%) 900 | (%) 1000 | (%) 1100 | (%) 1200 | (%) 1300 | (%) 1400 | (%) 1500 | (%) 1600 | (%) 1700 | (%) 1800 | (%) 1900 | (%) 2000 | (%) 2100 | (%) 2200 | (%) 2300 | (%) 2400 | (%) 2500 | (%) 2600 | (%) 2700 | (%) 图 3车各档爬坡度曲线 从图 3以得出，最 高车速应在 138km/h，一档时最大爬坡度为%i 。 （ 2）汽车的加速性能计算 加速阻力 ()j t f w F F F 计算。为计算最大加速能力，这里就取道路坡道为零的平直道路上行驶进行计算。 ，由此可得 （ 3 式中，是汽车旋转质量换算系数，按式 2 估算， ,过计算得汽车各挡加速度曲线如图 3 通过图形得出汽车的最大加速度为 图 3车行驶加速曲线 由a 得 故,1 10211 （ 3 通过上式可求得汽车从初始车速 t，结合汽车的行驶性能曲线，可以作出该汽车连续换挡加速时间曲线如图 3 时间 ( s ) 0 . 0 6 9 0 . 2 3 9 0 . 3 7 3 0 . 4 9 3 0 . 6 1 2 0 . 7 3 7 0 . 8 7 2 1 . 0 2 1速度 ( k m / h ) 3 . 4 4 3 5 . 0 0 8 6 . 8 8 6 8 . 7 6 4 1 0 . 6 4 2 1 2 . 5 2 1 4 . 3 9 8 1 6 . 2 7 6时间 ( s ) 1 . 2 4 7 1 . 6 0 5 1 . 9 9 3 2 . 4 2 4 2 . 9 4 6 3 . 8 5 5 4 . 8 5 6 5 . 9 9 2速度 ( k m / h ) 1 8 . 5 7 9 2 1 . 8 5 7 2 5 . 1 3 6 2 8 . 4 1 4 3 1 . 7 6 5 3 7 . 0 5 9 4 2 . 3 5 4 4 7 . 6 4 8时间 ( s ) 7 . 6 1 7 1 0 . 2 4 8 1 5 . 4 3 2 1 . 7 7 8 3 4 . 1 1 7 7 9 . 3 8 6速度 ( k m / h ) 5 3 . 6 3 6 6 2 . 5 9 9 7 8 . 2 4 8 9 3 . 8 9 8 1 1 1 . 4 8 1 3 2 . 7 1 4时间 ( s ) 0 6 . 2 7 5 9 . 2 3 1 2 . 8 9 1 1 4 . 0 5 6 1 8 . 8 2 2 2 4 . 2 2 2 2 9 . 1 2 9速度 ( k m / h ) 1 9 . 5 6 2 3 5 . 2 1 2 3 5 . 2 1 2 4 6 . 9 4 9 5 0 . 8 6 1 6 6 . 5 1 1 8 2 . 1 6 1 9 3 . 8 9 8时间 ( s ) 3 5 . 4 2 1I 档起步加速到最高档- 速度时间参数直接档初始速度： 1 9 . 5 6 2 k m / h(其中蓝色曲线为直接挡加速时间曲线，红色为 1挡加速时间曲线 ) 图 3车加速时间 速度曲线 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。汽车设计开发过程中，常需要在实际样车制成之前，根据发动机特性和汽车功率平衡图对汽车的燃油经济性进行评算，最简单、最基本的是等速行驶百公里燃油消耗量的估算。对货车来讲，等速百公里燃油消耗量 是在满载时以最高挡在水平良好的路面上等速行驶100 汽车百公里燃油消耗量 （ 3 式中， P 是汽车以车速 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（ )761403600(11 3 ）（； T 是传动系效率， T =汽车总质量； f 是滚动阻力系数， f =空气阻力系数 A 是迎风面积； 燃油消耗率 ( / ( ) )g kw h ，可根据发动机转速从外特性曲线图上读取； 汽车车速（ km/h）； g 是燃油的重度，柴油取 ，取 g =。 经计算使用康明斯 0 发动机时汽车在各个档位时的等速百公里燃 油消耗量曲线如下图 3 一档 g/h) s/(km/h) s/(L (1001) 挡 g/h) s/(km/h) s/(L (1001) 挡 g/h) s/(km/h) s/(L (1001) 挡 g/h) 09 s/(km/h) s/(L (1001) 挡 g/h) 15 km/h) s/(L (1001) 挡 g/h) 15 217 s/(km/h) 3 06 133 L (1001) 3置康明斯 0 的汽车各档位百公里燃油消耗量曲线 第四章 设计总结 根据前面的计算，可以确定设计车辆的动力传动系统。万里扬 速箱、汇丰单级减速双联驱动桥与康明斯 0 匹配使用时，汽车的最高车速为 138km/h，最大爬坡度为 从一档起步连续换挡加速到 75km/h 车速的加速时间为 15s，以常用车速等速行驶时百公