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某货车的整体设计（me=0.75t,vamax=105km/h,f=0.016）-摘要 本次汽车设计课程设计的题目是货车的整体布置和各总成的设计。 本次课程设计是利用汽车设计，汽车理论等教材对货车的车型、整车参数、布置形式、性能计算的整体设计，以及画总布置图。本次课程设计题目是设计载质量为0.75t、最高车速是105km/h，和滚动阻力系数为0.016的货车。首先根据已知条件查阅资料和查找相关车型，然后确定车型为微型货车，然后根据车型和相关限制条件确定货车的尺寸参数和质量参数，选择适合的发动机和变速器型号，初步布置，根据质心位置计算轴荷分配，看是否满足已选车型条件，再进行动力性计算，包括了驱动力与阻力的平衡，动力因数，加速度，加速时间的确定和燃油经济性等计算，最后计算货车的操纵稳定性，保证设计的车能够安全行驶，再利用cad画出总布置图，完成设计。关键词：车型；整车参数；质量参数；轴荷分配；性能计算第1章 汽车的总体设计1.1汽车总体设计的特点进行总体设计工作应满足如下基本要求：1） 汽车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品计划中所确定的指标。2） 严格遵守贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。3）尽最大可能地去贯彻三化，即标准化、通用化和系列化。4）进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和避免运动干涉。5）拆装与维修方便。1.2 汽车总体设计的一般顺序 1）汽车形式的选择：包括轴数；驱动形式；布置形式。 2）汽车主要参数的选择：包括汽车主要尺寸的确定（外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和车厢尺寸等）；汽车质量参数的确定（整车整备质量、汽车的载客量和装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配）；汽车性能参数的确定（动力性参数、燃油经济性参数、汽车最小转弯直径、通过性几何参数、操纵稳定性参数、制动性参数、舒适性）。3）发动机的选择（发动机形式的选择、发动机主要性能指标的选择）。4）车身形式。5）轮胎的选择。6）汽车的总体布置。7）运动校核。1.3 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。货车的布置形式可以按照驾驶室与发动机相对位置的不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。又根据发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。 本车为短头式货车，故采用发动机前置后桥驱动，以便于汽车的布置，更有利于汽车性能的发挥。1.4 轴数的选择汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、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。一般乘用车或货车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。本车总质量为1.67t，故本车采用两轴设计方案。1.5 驱动形式的选择汽车的驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等，其中前一位数字表示汽车车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。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。本货车因为总质量较小，所以采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。由于载重质量小，故采用后轮单胎。第2章 汽车主要参数的选择及各部件型号的确定2.1 汽车主要质量参数的确定2.1.1汽车装载质量me已知汽车载质量me=0.75t2.1.2质量系数m0 质量系数mo是指汽车载质量与整车整备质量的比值，mo= me/m0。根据表2-1表2-1 各类汽车的整备质量利用系数mo汽车类型mo备注载货汽车轻型中型重型0.81.1柴油车0.81.01.21.351.31.7矿用自卸车装载质量ma45t1.11.5ma45t1.31.7取mo=0.952.1.3 整车整备质量m0整车整备质量是指车上装有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人的整车质量。根据公式mo= me/m0可求mo= me/mo=750kg/0.95=790kg2.1.4 货车总质量ma汽车总质量ma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ma由整备质量mo、载质量me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计算，本货车由于质量偏小，故设计乘坐2人，即 ma= mo+ me+265kg=790+750+265=16707kg2.2 汽车主要尺寸参数的确定2.2.1外廓尺寸GB15891989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车总长不应超过12m；不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m；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，本车的外廓尺寸如下：长3500宽1500高1700（mm mmmm）。 2.2.2 轴距L 轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。表2-2各型汽车的轴距和轮距车型类别轴距L/mm轮距B/mm商用车42货车汽车总质量ma/t1.817002900115013501.86.023003600130016506.014.0360055001700200014.04500560018402000本车总质量为1670kg,属于微型车，微型车对机动性要求高，故轴距应该取短些，又根据表2.2，故选轴距L=2000mm。2.2.3 前轮距B1和后轮距B2改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽增加，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯直径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。受汽车总宽不得超过2.5m限制，轮距不宜过大。但在选定前轮距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。参考表2.2和货车总质量及轴距，选前轮距B1=1160mm，根据查阅相似车型，选后轮距B2=1150mm。2.2.4 前悬LF 和后悬LR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。增加前悬尺寸，减小了汽车的接近角，使通过性降低，并使驾驶员视野变坏。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。后悬长，则汽车离去角减小，使通过性降低。货车后悬不得超过轴距的55%。总质量在1.814.0t的货车后悬一般在12002200mm之间。本货车总质量小于1.8t，轴距为2000mm，故后悬LR=850mm，前悬LF=650mm。钢板弹簧：前悬架12片，后悬架10片。2.2.5 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。车身形式，即长头型还是平头型对车头长度有绝对影响。此外，车头长度尺寸对汽车外观效果、驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。由于货车总长较短，故选用短头型，车头长为1450mm。2.2.6 货车车厢尺寸 根据货车外廓尺寸，设计车厢尺寸为：长2000宽1500高1400（mm mmmm）2.3 发动机的选择发动机最大功率：根据所设计汽车应达到的最高车速（km/h），用下式估算发动机最大功率： （2-1）式中：最大功率，kw 传动效率，取0.9； 重力加速度，取9.8m/s2； 滚动阻力系数，取0.016；空气阻力系数，0.80-1.00，取0.8；汽车正面迎风面积，其中为前轮距，为汽车总高，m2； =1160mm1700mm=1.972 m2；汽车总重，kg；汽车最高车速，km/h。根据公式（2-1）可得： =1/0.9（16709.80.016105/3600+0.81.9721053/74160）=35kw考虑汽车其它附件的消耗，可以在再此功率的基础上增加1220即在3943kw选择发动机。现把选择的发动机的主要技术参数公布如下：型号475Q型汽油机气缸数4气缸布置直列进气方式自然进气燃烧室形式半球形缸径/行程（mm）75/86排量（L）1.519最大功率/转速（kw/r/min）48/4500最低燃油消耗率（g/(kw/h)）292机油燃油消耗率（%）0.8净质量（kg）118外形尺寸（长宽高）(mm)510570660表2-3发动机参数龙门式铸铁缸体，干式缸套，铸铝缸盖，顶置气门，顶置凸轮轴，凸轮轴由齿形带传动；使用双腔分动化油器。图2-1 475Q型汽油机 图2-2 BJ475Q型汽油机外特性曲线2.4 汽车其他主要部件的型号及尺寸2.4.1汽车轮胎的选择 轮胎及车轮部件应满足下述基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。 =G/n=1670/4=418kg,其中为轮胎所承受重量； 根据GB9744一1997 表2-3，表2-4可选表2-3微型载重普通断面斜交轮胎气压与负荷对应表轮胎规格负荷，kg气压，kpa1401601802002202402602803003255.00-12ULTD25027029031032434543603753956410S26528530532534536043803954154430表2-4微型载重普通断面斜交轮胎轮胎规格基本参数主要尺寸，mm气门嘴型号允许使用轮辋层级标准轮辋新胎充气后轮胎最大使用尺寸双胎最小中心距断面参数公路花纹外直径负荷下静半径断面宽度外直径5.00-12ULT6，83.50B143568265154582164Z1-02-13.00D，3.00B，4J31/2J,4.00B轮胎规格：5.00-12ULT层级：6,8胎压：430KPa负载下静半径（mm）：265断面宽（mm）: 143 外直径（mm）: 5822.4.2 驱动桥主减速器传动比i0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： （2-2）式中：汽车最高车速，km/h； 最高车速时发动机的转速，一般=（0.91.1），其中为发动机最大功率时对应的转速，r/min； 这里取为1，则 =1=14500=4500 r/min车轮半径，m根据公式（2-2）可得：=0.3770.2654500/105=4.2822.4.3 变速器的选择变速器头档传动比的选择：在确定变速器头档传动比时，需考虑驱动条件和附着条件。为了满足驱动条件，其值应符合式2-3要求： （2-3）式中：汽车的最大爬坡度，初选为16.5o。为了满足附着条件，其大小应符合式2-4规定： （2-4） 式中：驱动车轮所承受的质量，kg； 附着系数。0.6-0.7之间，这里取=0.6。 变速器的选择：根据3.378.47，可选择变速器为： 表2-5 变速器参数型号5T09H型式手机机械式匹配发动机465、466后驱档数5中心距1（mm）扭矩90N.m（NM）传动比的变化方式有级式变速器变矩器回油压力1变矩器进油压力1变速器中心距1超速档1（d）档速比1倒档1（R）相配发动机额定转速1（r/min）液压马达型号1（bar）主减速比1产地连云港配件编号5T09H 图2-3 5T09H变速器变速器重量为17.5kg外形尺寸为长507.5宽380高287（mmmmmm）各档传动比：表2-6 变速器各档传动比 传动比 I II III IV V 3.769 1.941 1.393 1.0 0.811 第3章 各主要部件质心坐标的确定及轴荷分配的计算3.1 汽车各主要部件质心坐标的确定表3-1 质心坐标各主要部件名称占地盘干重（%）部件质量gn（kg）距前轴距离ln（mm）距地面高度hn（mm）Gn*ln Gn*hn 空载 满载空载满载发动机及附件118-300730680-354008614080240变速器及离合器壳182635705204734102609360万向节传动1.7912103953451089035553105后轴及后轴制动器158320003162651660002622821995后悬架及减震器7392000390340780001521013260前轴、前制动器、轮毂转向梯形844031526501386011660车轮及轮胎总成2011112833152651424133496529415车架及支架14771000460410770003542031570转向器1.27-415630580-290544104060油箱及油管161100310260660018601560蓄电池组21111003102601210034102860车厢总成13721900131012601368009432090720驾驶室6332201100105072603630034650货物75019000126014250000945000其他130270100095035100130000123500总计1525206359250197314081403.2 货车轴荷分配的计算水平静止时的轴荷分配及质心位置计算根据力矩平衡原理，按下列公式计算汽车各轴的负荷和汽车的质心位置：g1l1+g2l2+g3l3+=G2Lg1h1+g2h2+g3h3+=Ghgg1+g2+g3+=G （3-1）G1+G2=GG1L=GbG2L=Ga式中：g1 、g2、 g3 各总成质量，kg； l1 、l2 、l3 各总成质心到前轴距离，m； G1 前轴负荷，kg； G2 后轴负荷，kg； L 汽车轴距，m； a汽车质心距前轴距离，m； b汽车质心距后轴距离，m； hg汽车质心高度，m。根据表3-1所求数据和公式（3-1）可求满载：G1=G-G2=1525-1032=493kgb=L-a=2000-1353=647mm前轴荷分配：后轴荷分配： 空载： G=2063.592-1425=593kgG2=G-G1=539-270=269kg前轴荷分配: 后轴荷分配： 根据表3-2得知以上计算符合要求。 表3-2 各型汽车轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴商用货车42后轮单胎32%40%60%68%50%59%41%50%42后轮双胎，长、短头式25%27%73%75%44%49%51%56%42后轮双胎，平头式30%35%65%70%48%54%46%52%64后轮双胎19%25%75%81%31%37%63%69% 3.3 水平路面上汽车满载行驶时各轴的最大负荷 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式计算： （3-2）式中：行驶时前轴最大负荷，kg； 行驶时后轴最大负荷，kg; 附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8。令，式中：行驶时前轴轴荷转移系数，一般该值为0.80.9； 行驶时后轴轴荷转移系数，一般该值为1.11.2。根据式（3-2）可得: 3.4 制动时各轴最大负荷的计算 （3-3）式中：制动时的前轴负荷，kg； 制动时的后轴负荷，kg；令， 式中： 制动时前轴轴荷转移系数，一般该值为1.41.6； 制动时后轴轴荷转移系数，一般该值为0.40.6。根据公式（3-3）可得： 第4章 汽车的动力性及燃油经济性的计算 4.1 汽车驱动力行驶阻力平衡图的绘制 4.1.1 驱动力计算 汽车的驱动力按下式计算： （4-1） 式中：驱动力，N； 发动机转矩，Nm； 车速，km/h。 4.1.2 行驶阻力的计算 汽车行驶时，需要克服的行驶阻力为： = (4-2)式中：道路的坡路，度，平路上时，其值为0o； 行驶加速度，m/s2,等速行驶时，其值为0； 回转质量换算系数，其值可按下式估算： （4-3）式中：=0.030.05，取0.05； 0.06，取0.05； 变速器各档位时的传动比。根据公式（4-1）及（4-2）可计算出各档位汽车行驶时，驱动力，车速， 需要克服的行驶阻力，现列表4-1：表4-1各档驱动力，速度档数传动比T（N/m）100105108112115109100n（r/min）1500200025003000350040004500一档3.77Ft1（N）5481575559206138630259735481V1（km/h）9121516192124二档1.94Ft2（N）2822296330483161324630762822V2（km/h）15212631364146三档1.39Ft3（N）2025212721872268232922082025V3（km/h）22293643505765四档1.00Ft4（N）1454152715701628167215851454V4（km/h）30405060708090五档0.81Ft5（N）1179123812741321135612851179V5（km/h）374962748699111表4-2 各档行驶阻力档数传动比n（r/min）1500200025003000350040004500一档3.77V1（km/h）9121516192124F阻（N）268273280281288296305二档1.94V2（km/h）15212631364146F阻（N）280294312334359389423三档1.39V3（km/h）22293643505765F阻（N）300324358401451509575四档1.00V4（km/h）30405060708090F阻（N）329382449532629742869五档0.81V5（km/h）374962748699111F阻（N）3644445476728209921181根据表4-1和表4-2绘制图4-1：图4-1 驱动力行驶阻力曲线4.2 动力特性计算4.2.1 动力因数D的计算汽车的动力因数按式4-4计算： （4-4） 4.2.2 行驶阻力与速度的关系 0.0076+0.000056 （4-5）根据式（4-4）及式（4-5）得汽车各档行驶动力因数，现列表4-3：表4-3各档速度与动力因素档数传动比T（N/m）100105108112115109100n（r/min）1500200025003000350040004500一档3.77V1（km/h）9121516192124D10.330.350.360.370.380.340.33f0.0080.0080.0080.0080.0090.0090.009二档1.94V2（km/h）15212631364146D20.170.180.180.190.200.180.16f0.0080.0090.0090.0090.0100.0100.010三档1.39V3（km/h）22293643505765D30.120.130.130.130.130.120.11f0.0090.0100.0100.0110.0120.0120.013四档1.00V4（km/h）30405060708090D40.080.090.080.080.080.070.05f0.0090.0100.0100.0110.0120.0120.013五档0.1V5（km/h）374962748699111D50.070.070.060.070.050.030.02f0.0100.0100.0110.0120.0120.0120.0144.2.3 动力特性图根据表4-3绘制出图4-2:图4-2 动力特性图 4.2.4 加速度倒数曲线 由汽车行驶方程得： （设Fi=0） （4-6）由公式（4-3）可得各档值：表4-4各档回转质量换算系数ig3.771.941.391.000.811.761.241.151.101.08由此可得各档汽车行驶时各档加速度及加速度倒数，列表4-5:表4-5各档速度与加速度倒数档数n（r/min）1500200025003000350040004500一档V1（km/h）9121516192124a1(m/s2)1.81.92.02.02.12.01.81/a10.60.50.50.40.50.50.6二档V2（km/h）15212631364146a2(m/s2)1.31.31.41.41.41.31.21/a20.80.80.70.70.70.80.8三档V3（km/h）22293643505765a3(m/s2)0.91.01.01.01.01.10.81/a31.11.01.01.01.01.01.3四档V4（km/h）30405060708090a4(m/s2)0.60.60.60.60.60.50.31/a41.61.61.61.61.72.13.0五档V5（km/h）374962748699111a5(m/s2)0.50.50.40.40.30.2-0.0011/a52.12.22.42.73.35.9根据表4-5绘制出图4-3：图4-3 加速度倒数曲线4.2.5 最大爬坡度imax的计算 = （4-7）式中：汽车头档动力因数。由式（4-7）可得： =最大爬坡度约为21。4.2.6 加速时间t的计算 4.3 汽车功率平衡图的绘制 汽车行驶时，所需发动机功率即为克服行驶阻力所需发动机功率，其值按下式计算： （4-8）当汽车在平路上等速行驶时，其值为： （4-9）由公式（4-9）及表（4-1）得汽车在平路上等速行驶时所需发动机功率现将数据统计为表4-6 表4-6各挡功率 一档V19121516192124Pe110253038414348二档V215212631364146Pe210253038414348三档V322293643505765Pe310253038414348四档V430405060708090Pe410253038414348五档V5374962748699111Pe5471015223041根据表4-6绘制图4-4：图4-4 功率平衡图4.4 汽车燃油经济性的计算 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： （4-10）式中：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得到； 燃油重度，汽油为6.967.15，其值取7.00； 汽车单位行程燃油消耗量，L/100km； 最高挡车速。图4-5 发动机万有特性曲线根据计算公式（4-10）列出燃油消耗率，见表4-7表4-7 燃油消耗率最高档（五档）V5374962748699111Pe5471015223041ge3203002953052992953021.027.147.147.147.147.147.147.14Q5679111315根据表（4-7）及公式（4-10）可作出图4-6：图4-6 汽车等速百公里燃油消耗曲线 第5章 汽车不翻倒条件计算5.1 汽车满载不纵向翻倒的条件 （5-1）5.2 汽车满载不横向翻到的条件 （