轻型汽车底盘鼓式制动器设计毕业论文.doc

西南交通大学本科毕业设计 第III页轻型汽车底盘鼓式制动器设计毕业论文目录第1章 绪论11.1汽车制动系统的发展概况11.1.1汽车制动系统的组成11.1.2电制动的优缺点和存在的问题31.2研究制动系统的意义41.3对汽车制动系的展望4第2章 汽车总体参数的选择及计算82.1 总体设计应满足的基本要求82.2汽车形式的确定92.3汽车质量参数的确定102.4汽车主要尺寸的确定112.5汽车性能参数的确定132.6发动机的选择142.7轮胎的选择18第3章 鼓式制动器的方案选择213.1 鼓式制动器的结构形式213.1.1领从蹄式制动器223.1.2单向双领蹄式制动器253.1.3双向双领蹄式制动器263.1.4双从蹄式制动器273.1.5单向增力式制动器273.16双向增力式制动器283.2鼓式制动器方案的确定293.2.1制动效能因素293.2.2本设计中鼓式制动器方案的优选30第4章 制动过程的动力学参数的计算314.1制动过程车轮所受的制动力314.2制动距离与制动减速度计算374.3同步附着系数与附着系数利用率计算384.4制动器的最大制动力矩404.5制动器因素与制动蹄因素42第5章 制动器的结构及主要零部件设计465.1 鼓式制动器的结构参数465.2鼓式制动器主要零部件的设计495.2.1制动蹄495.2.2制动鼓505.2.3摩擦衬片515.2.4摩擦材料515.2.5蹄与鼓之间的间隙自动调整装置525.2.6制动支承装置535.2.7制动轮缸545.2.8张开机构54第6章 鼓式制动器的设计计算556.1 驻车制动能力的计算556.2 中央制动器的计算566.3压力沿衬片长度方向的分布规律576.4 制动蹄片上的制动力矩596.5 摩擦衬片磨损特性计算636.6 制动因素的计算646.6.1支承销式领从蹄制动器的制动因数656.6.2支承销式双领蹄制动器的制动因数66第7章 制动器驱动机构分析与计算677.1 驱动机构的方案选择677.2 制动管路的选择697.3 液压驱动机构的设计计算707.3.1制动轮缸直径的确定707.3.2制动主缸直径的确定717.3.3制动踏板力727.3.4制动踏板工作行程737.3.5真空助力器的设计计算73第8章 鼓式制动器主要零部件强度分析768.1 制动蹄支承销剪切应力计算768.2紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算77结论79致谢80参考文献81 西南交通大学本科毕业设计 第83页第1章 绪论1.1汽车制动系统的发展概况从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生了很大变化。1.1.1汽车制动系统的组成制动系统主要由下面的4个部分组成：(1)供能装置：也就是制动能源，包括供给、调节制动所需能量以及各个部件，产生制动能量的部分称为制动能源；(2)控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的部件；(3)传动装置：包括把制动能量传递到制动器的各个部件；(4)制动器：产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件，也包括辅助制动系统中的部件。现代的制动系统还包括制动力调节装置和报警装置，压力保护装置等辅助装置。供能装置的发展供能装置主要是指制动能源，制动能源有人力制动、伺服制动、动力制动或者上述任两者的结合使用。人力制动是开始有制动系统时的制动能源，它有机械式制动、液压式制动两种形式。机械式制动主要用于驻车制动系统中，驻车制动系统中要求用机械锁止方法保证汽车在原地停止不动，在任何情况下不至于滑动。液压式制动是通过制动踏板推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。伺服制动兼用人力和发动机作为制动能源，正常情况下制动能量由动力伺服系统供给，动力伺服系统失效时可由人力供给制动能量，这时伺服制动就变为人力制动。伺服制动可用气压能、真空能(负气压能)以及液压能作为伺服能量，形成各种形式的助力器。动力制动系统的制动能源是发动机所驱动的油泵或者气泵，人力仅作为控制来源，可分为气压制动、气顶液制动、液压制动。其中气压制动是发展最早的一种动力制动系统。它用空气压缩机提供气压，气顶液制动是用气压推动液压动作，产生制动作用。液压制动是目前得到广泛应用的一种制动系统，技术已经非常成熟。目前正在发展的电液复合制动以及电子制动中使用了电机作为制动能源，人力踩制动踏板作为控制来源。控制装置的发展最早的人力制动，通过机械的连接产生制动动作。发展到人力控制制动，通过踩制动踏板启动制动，再由传力装置把制动踏板力传到真空助力器，经过真空助力器的助力扩大后，传递到制动主缸产生液压力，然后通过油路把液压力传递到每个轮缸，开始制动。随着清洁能源汽车和电动汽车的研究应用，以及电子技术在汽车上面的广泛应用，制动系统的控制装置也出现了电子化的趋势，其中电制动完全改变了制动系统的控制和管理，会使汽车制动系统发生革命性的变化，它采用电子控制，可以更加准确、更高效率地实现制动。传动装置的发展人力制动时代是采用机械式的传动装置，气(液)压制动是利用气(液)压力和连接管路把制动力传递到制动器。电子制动则是利用制动电机产生制动力直接作用到制动器，它的控制信号来自控制单元(ECU)，用信号线传递制动信号和制动力信息。制动器的发展制动器是制动的主要组成部分，目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器。鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。盘式制动器有固定钳式、浮动钳式、浮动钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应用。但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制，很多车是采用前盘后鼓的制动系统组成。电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机，在回收制动能量时起制动作用，它引入了新型的制动器。作为一种新的制动器型式，势必引起制动器型式的变革。电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点，将来汽车上会以盘式电制动器为主。1.1.2电制动的优缺点和存在的问题电子制动首先应用到飞机上，目前处于向汽车领域应用的研究和改进阶段，随着技术进步，各种问题会逐步得到解决，电制动系统最终会取代传统的以液压为主的制动控制系统以及电液复合制动系统。电制动或者线控制动(BBW)是未来制动系统发展的方向。电制动器和电制动控制单元、制动力模拟器是其重要组成部分，反馈制动力给制动踏板产生制动感觉。从结构上，电制动具有其它传统制动无法比拟的优点：(1)结构简单，系统质量较传统制动系统降低很多，从而减少了整车质量；(2)制动响应时间短，提高制动性能，缩短制动距离；(3)系统中不存在制动液，维护容易、简单，采用电线连接，系统的耐久性能良好；(4)系统总成的制造、装配、调试、标定更快，易于采用模块化结构；(5)已经开发出具有容错功能的适用于汽车的网络通讯协议如TTP/C，Flex Ray等通讯协议可以应用到电制动系统中。(6)易于进行改进和功能的增加，可以并入汽车CAN通讯网络进行集中管理和共享信息。对于大部分人来说，电制动系统是全新的制动系统，它为将来的智能化车辆提供了条件。基于现在的技术条件，要全面应用电制动，还有很多问题需要面对：(1)驱动能源问题，采用电子制动需要较多的电能，一个盘式制动器峰值需要lkW的驱动能量，目前12V的车辆电力系统无法提供这么大的能量，未来的车辆动力系统需要采用高压电，加大能源供应，以满足各系统能量的需求，同时解决好高压电的安全问题；(2)没计制动系统时必须要考虑的是制动系统的失效问题，电制动不存在主动的备用制动系统，不论是ECU、传感器、还是制动器本身、线束失效，都能使制动系统保证制动的基本性能，除了ECU可以采用冗余设计外，实现电制动的一个关键技术是相同失效时的信息交流协议如TTP/C等的研究应用；(3)实现和汽车底盘其他控制系统的集成，仍有待研究；(4)采用电制动后整车质量有所减少，但是非簧载质量可能会有所增加，这是要注意的；(5)制动器在持续制动或高强度制动过程会产生高温，这对电机和传动装置的性能和散热提出了高的要求。(6)成本比原有液压制动系统高，提高电制动系统的性价比是需要解决的问题。随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决。戴姆勒-克莱斯勒汽车公司已经把一种电制动系统测控一体化制动系统安装在奔驰乘用车上，它是一种功能强大的机电一体化的系统，在汽车运行中，系统感知制动踏板的动作，并把相关信息传递给控制单元，控制单元发出指令给执行器进行各车轮的制动，它可以根据制动踏板的加速度来识别驾驶员是否正在进行紧急制动并做出迅速反应，缩短制动距离，这种系统会增加驾驶者的安全感和舒适感，使停车过程平顺。可以预见不久的将来会有更多的电制动系统得到装车应用。1.2研究制动系统的意义汽车的“行驶”、“转弯”、“停车”3个最基本的机能之一的停车机能，是由制动装置来完成的。我们希望轻轻的踩下制动踏板时，汽车就能很平稳的停在所需要停车的地方。为了达到这一目的，必须充分考虑制动系统的控制机构和制动执行机构的各种性能。制动系统是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的快速发展和车流密度的日益增大，交通事故也不断增加。据有关资料介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。虽然近几年从德国大众、法国雷诺、美国通用等国外汽车公司引进了轿车，不少零配件的国产率也比较高，但引进的主要是总成和零配件，没有引进开发技术，至于轻型货车的开发技术引进就更少了，所以我国自行开发轻型货车及其轿车的能力，跟汽车发达国家相比差距还很大。近年来，我国出版过一些汽车制动方面的专著，但从数量上和深度上都远远不能满足汽车工业运输业发展的要求。特别是在汽车制动系统的开发设计方面与汽车发达国家相比水平差距甚远，许多尖端技术问题对我们来说迄今还不太了解。所以对于研究设计制动器来说，在我国有着非常重要的影响。1.3对汽车制动系的展望今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是扩大控制范围、增加控制功能；另一方面是采用优化控制理论，实施伺服控制和高精度控制。在第一方面，ABS功能的扩充除ASR外，同时把悬架和转向控制扩展进来，使ABS不仅仅是防抱死系统，而成为更综合的车辆控制系统。制动器开发厂商还提出了未来将ABS/TCS和VDC与智能化运输系统一体化运用的构想。随着电子控制传动、悬架系统及转向装置的发展，将产生电子控制系统之间的联系网络，从而产生一些新的功能，如：采用电子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率；在制动过程中，通过输入一个驱动命令给电子悬架系统，能防止车辆的俯仰。在第二个方面，一些智能控制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术，已经有人将其应用在汽车的制动控制系统中。ABS/ASR并不能解决汽车制动中的所有问题。因此由ABS/ASR进一步发展演变成电子控制制动系统(EBS)，这将是控制系统发展的一个重要的方向。但是EBS要想在实际中应用开来，并不是一个简单的问题。除技术外，系统的成本和相关的法规是其投入应用的关键。经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来。随着电子，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。如凯西-海斯(K-H)公司在一辆实验车上安装了一种电液(EH)制动系统，该系统彻底改变了制动器的操作机理。通过采用4个比例阀和电力电子控制装置，K-H公司的EBM就能考虑到基本制动、ABS、牵引力控制、巡航控制制动干预等情况，而不需另外增加任何一种附加装置。EBM系统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力，从而使制动距离缩短5%。一种完全无油液、完全的电路制动BBW(Brake-By-Wire)的开发使传统的液压制动装置成为历史。BBW是未来制动控制系统的L发展方向。全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。其主要包含以下部分：（1）电制动器。其结构和液压制动器基本类似，有盘式和鼓式两种，作动器是电动机；（2）电制动控制单元(ECU)。接收制动踏板发出的信号，控制制动器制动；接收驻车制动信号，控制驻车制动；接收车轮传感器信号，识别车轮是否抱死、打滑等，控制车轮制动力，实现防抱死和驱动防滑。由于各种控制系统如卫星定位、导航系统，自动变速系统，无级转向系统，悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成，所以ECU还得兼顾这些系统的控制；（3）轮速传感器。准确、可靠、及时地获得车轮的速度；（4）线束。给系统传递能源和电控制信号；（5）电源。为整个电制动系统提供能源。与其他系统共用。可以是各种电源，也包括再生能源。从结构上可以看出这种全电路制动系统具有其他传统制动控制系统无法比拟的优点：（1）整个制动系统结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置。液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低；（2）制动响应时间短，提高制动性能；（3）无制动液，维护简单；（4）系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构；（5）采用电线连接，系统耐久性能良好；（6）易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。全电制动控制系统是一个全新的系统，给制动控制系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。但是，要想全面推广，还有不少问题需要解决：首先是驱动能源问题。采用全电路制动控制系统，需要较多的能源，一个盘式制动器大约需要1kW的驱动能量。目前车辆12V电力系统提供不了这么大的能量，因此，将来车辆动力系统采用高压电，加大能源供应，可以满足制动能量要求，同时需要解决高电压带来的安全问题。其次是控制系统失效处理。全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。因为不存在独立的主动备用制动系统，因此需要一个备用系统保证制动安全，不论是ECU元件失效，传感器失效还是制动器本身、线束失效，都能保证制动的基本性能。实现全电制动控制的一个关键技术是系统失效时的信息交流协议，如TTP/C。系统一旦出现故障，立即发出信息，确保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时区(TDMA)，它可以保证不出现不可预测的信息滞后。TTP/C协议是根据TDMA制定的。第三是抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号，如何消除这些干扰信号造成的影响，目前存在多种抗干扰控制系统，基本上分为两种：即对称式和非对称式抗干扰控制系统。对称式抗干扰控制系统是用两个相同的CPU和同样的计算程序处理制动信号。非对称式抗干扰控制系统是用两个不同的CPU和不一样的计算程序处理制动信号。两种方法各有优缺点。另外，电制动控制系统的软件和硬件如何实现模块化，以适应不同种类的车型需要；如何实现底盘的模块化，是一个重要的难题。只有将制动、转向、悬架、导航等系统综合考虑进来，从算法上模块化，建立数据总线系统，才能以最低的成本获得最好的控制系统。电制动控制系统首先用在混合动力制动系统车辆上，采用液压制动和电制动两种制动系统。这种混合制动系统是全电制动系统的过渡方案。由于两套制动系统共存，使结构复杂，成本偏高。随着技术的进步，上述的各种问题会逐步得到解决，全电制动控制系统会真正代替传统的以液压为主的制动控制系统。综上所述，现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性，将取代传统的以液压为主的传统制动控制系统。同时，随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展，电子元件的成本及尺寸不断下降。汽车电子制动控制系统将与其他汽车电子系统如汽车电子悬架系统、汽车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的汽车电子控制系统，未来的汽车中就不存在孤立的制动控制系统，各种控制单元集中在一个ECU中，并将逐渐代替常规的控制系统，实现车辆控制的智能化。但是，汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的汽车现有及潜在的市场的吸引，各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全，这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。第2章 汽车总体参数的选择及计算2.1 总体设计应满足的基本要求由动力装置、底盘、车身、电器及仪表等四部分组成的汽车，是用来载送人员和货物的运输工具。汽车主要在宽度有限的道路上行驶，同时与汽车比较，还有人、自行车、摩托车等弱势群体也在使用同一道路，因此存在交通隐患。为了在有限的道路上容纳更多的车辆运行、减少交通事故以及从汽车造型和减轻质量等方面考虑，对汽车的外形尺寸需要予以限制。使用汽车加快了人得生活节奏，提高了工作效率，出门远行也更方便；与使用火车、飞机、船舶等交通工具相比较，受到的约束减少了很多。因此，更多的人愿意选择汽车作为交通工具。几十年来，汽车的保有量始终居高不下，凡是人类密集的地方，汽车也密集，由此而引起的环境污染问题也日益严重。共同保护好人类的生存环境已经受到全世界的重视，各国政府普遍采用制定相关法规的形式来从事交通方面的管理工作。交通工具具有在自然环境条件下使用的特点，汽车也不例外。自然环境的变化因素很多，有些还没有规律，如温度、湿度、雾、白昼与黑夜、干燥的硬路面与泥泞深浅不定的软路面等等，要求汽车能适应这些环境而安全地行驶，就必须制定有关法规强制企业执行，这也是工程技术人员从事设计的工作依据之一。进行汽车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）严格遵守和贯彻有关法规、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、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。我国制定的有关方面的法规、标准正在得到不断的完善，它们中有些是结合我国具体条件制定的，有些是参照国外的法规、标准制定的。这些法规、标准涉及的面很广，如有关汽车外廓尺寸标准（GB15891989汽车外廓尺寸限界）、汽车的污染物排放标准以及有关公路法规对汽车轴荷限定的要求等等。在进行总体设计工作时，要特别注意正在实施的强制性标准，我国目前已有40项，随着时间的迁移还会有变化。这些强制性标准与汽车类型有关，设计师要严格遵守。2.2汽车形式的确定汽车的分类按照GB/T3730.12001将汽车分为乘用车和商用车。乘用车是指在设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行礼或临时物品的汽车，包括驾驶员座位在内的最多不超过9个座位。它也可以牵引一辆挂车。商用车是指在设计和技术特性上用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂车，且商用车又有客车、半牵引挂车、货车之分。不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式、以及布置形式上有区别。（1）轴数汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。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负荷能力以及汽车的结构等。包括乘用车以及汽车总质量小于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，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。总质量在19t26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴或四轴以上的形式。由于本设计中汽车的装载质量是两吨，其总质量小于19t，所以采用两轴的布置方案。（2）驱动形式汽车驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等，其中第一个数字代表汽车的车轮总数，第二个数字表示驱动轮数。乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。总质量在19t以上至26t的公路运输车，用64或62的型式，总质量更大的公路运输车则采用84型式。所以本设计采用42的驱动形式。(3)布置形式货车可以按照驾驶室与发动机相对位置不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。货车又可按发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。平头式货车的发动机位于驾驶室内，其主要优点是：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能好；不需要发动机罩和翼子板，汽车整备质量减小，驾驶员视野得到明显改善，采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；汽车货箱与整车的俯视面积之比比较高。平头式货车得到广泛的应用。所以本设计采用平头式的布置形式，并且采用发动机前置后桥驱动。2.3汽车质量参数的确定汽车的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、轴荷分配等。（1）整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随行工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时额整车质量。其对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。（2）装载质量汽车的装载质量是指在硬质良好的路面上行驶时所允许的额定装载质量。商用货车装载质量的确定首先应与企业产品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。本设计中给出了装载质量t。（3）质量系数质量系数是指汽车装载质量与整车整备质量的比值，即。该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，值越大，说明该汽车的设计水平和工艺水平越先进。参考同类型的汽车的质量系数值（表2-1）后，综合选定本设计中的质量系数值表 2-1 不同类型汽车的质量系数汽车类型货车轻型080-110中型120-135重型130-170由此可以确定整车整备质量，t。（4）汽车的总质量汽车总质量是指装备齐全，并按照规定装满客，货时的整车质量。商用货车的总质量由整备质量、装载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即Kg式中，为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。代入数据，n=2，t，可得到总质量t。（5）轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的负荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性，为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小，因此，可以得出作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求，使用条件等，合理地选择轴荷分配。各类汽车的轴荷分配见表2-2。表2-2 各类汽车的轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘用车发动机前置前轮驱动发动机前置后轮驱动发动机后置后轮驱动47% 60%45% 50%40% 46%40% 53%50% 55%54% 60%56% 66%51% 56%38% 50%34% 44%44% 49%50% 62%商用货车后轮单胎后轮双胎，长、短头式后轮双胎，平头式后轮双胎32% 40%25% 27%30% 35%19% 25%60% 68%73% 75%65% 70%75% 81%50% 59%44% 49%48% 54%31% 37%41% 50%51% 56%46% 52%63% 69%本设计选择后轮双胎，平头式的数据进行计算。2.4汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸，轴距，轮距，前悬，后悬，货车车头长度和车厢尺寸等。（1）外廓尺寸汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。在公共路上和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受有相关法规限制不能随意确定，而非公路用车辆可以不接受法规限制。GB1589-1989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，单铰链式客车不超过18m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车不超过20m，不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m，空载，顶窗关闭状态下，汽车不超过4m，后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm，顶窗，换气装置开启时不得超出车高300mm。影响乘用车总高的因素有轴间底部离地高，地板及下部零件高、室内高和车顶造型高度等。轴间底部离地高应大于最小离地间隙。一般在1120-1380mm之间。车顶造型高度大约在20-40mm范围内变化。因此综合考虑，选择此轻型货车的外廓尺寸为（）。汽车的质心高度参考同类型轻型货车可以选择空载时的质心高度为=710mm，满载时的质心高度取为=930mm。（2）轴距轴距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。当轴距小时，上述指标均减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短，会带来一系列缺点，车厢长度不足或后悬过长，制动或上坡时轴荷转移过大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏，车身纵向角震动过大，此外还会导致万向节传动的夹角过大等问题。表2-3显示了各类汽车的轴距和轮距。 表2-3 各类汽车的轴距和轮距 车型 汽车总质量/ t 轴距Lmm 轮距Bmm 商用车（4X2货车） 1.8 1700-2900 1150-1350 1.8-6.0 2300-3600 1300-1650 6.0-14.0 3600-5500 1700-2000 14.0 4500-5600 18402000综合各方面数据选择轻型货车的轴距L=3300mm。（1）前轮距和后轮距改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽，总车宽度，总质量，倾斜刚度，最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽度随之增大，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半径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。受汽车总宽度不超过2.5m的限制，轮距不宜过大，在选定前轮距范围内，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间隙。在确定后轮距时，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的必要的间隙。根据表2-3选择此轻型汽车的mm。（2）前悬和后悬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，上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选前悬尺寸，应当在保证能布置下个总成，部件的同时应尽可能短些。对于平头式车，考虑到正面碰撞能有足够多的结构部件吸收碰撞能量，保护前排乘员的安全，这又要求前悬有一定的尺寸。选择此轻型货车的前悬为800mm。后悬尺寸对汽车通过性，汽车追尾时的安全性，货厢长度或行李箱长度，汽车造型等都有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。总质量在1.8-14t的货车后悬一般在1200-2200mm之间。此轻型货车的后悬mm。（3）货车车头长度货车车头长度是指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。长头型货车车头长度尺寸一般在2500-3000mm之间，平头型货车一般在1400-1500mm之间。选择此轻型货车的车头长度为1400mm。2.5汽车性能参数的确定（1）动力性参数汽车动力性参数包括最高车速、加速时间t、上坡能力、比功率和比转矩等。最高车速 随着道路条件的改善，特别是高速公路的修建，汽车尤其是发动机大些的乘用车最高车速有逐渐提高的趋势。而此设计中任务书给定的最高车速km/t。加速时间t 汽车在平直的良好的路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。对于最高车速 km/t的汽车，加速时间常用加速到100km/h所需的时间来评价。上坡能力 用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车上坡能力。此设计中任务书给定的。汽车比功率和比转矩 比功率是汽车所装发动机的标定的最大功率与汽车最大总质量之比，即。它可以综合反映汽车的动力性，比功率大的汽车加速性能、速度性能要好于比功率小的汽车。我国GB72581997机动车运行安全技术条件规定：农用运输车与运输用拖拉机的比功率kW/t，而其它机动车kW/t。比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比，。它能反映汽车的牵引能力。货车总质量在1.86.0之间，则比功率在1525kw/t的范围内，比转矩在3844Nm/t的范围内。初取=20kW/t，=40Nm/t，则=82.6kw，=165.2kW。（2）燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里燃油消耗量来评价。该值越小燃油经济性越好。本设计中取百公里燃油消耗量为3.1L/(100tkm)。（3）汽车最小转弯直径汽车最小转弯直径由任务书中给定的值为12.5m。（4）通过性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，接近角，离去角，纵向通过半径等。表2-4汽车通过性的几何参数车型/mm/()/()/m42货车180300406025452.36.0计算可得=250mm，初取=，=，=3.5m。（5）操纵稳定性参数转向特性参数 为了保证有良好的操纵稳定性，汽车具有一定程度的不足转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差()作为评价参数。此参数13为宜，取=2。（6）车身侧倾角汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3以内较好，最大不允许超过7。（7）制动前俯角为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g减速度制动时，车身的前俯角不大于1.5。2.6发动机的选择（1）发动机形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、柴油机两类。与汽油机比较，柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩比可以达到1523，而汽油机一般控制在810；柴油机热效率高达38，而汽油机为30；柴油机工作可靠，寿命长，排污量少。柴油机的主要缺点是：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。柴油机主要用于货车、大型客车上。随着发动机技术的进步，轻型车和轿车用柴油机有日益增多的趋势。根据发动机气缸排列形式不同，发动机有直列、水平对置和V型三种。气缸直列式排列具有结构简单、宽度窄、布置方便等优点。但当发动机缸数多时，长度尺寸过长，在汽车上布置困难，因此直列式适用于6缸以下的发动机。此外，直列式还有高度尺寸大的缺点。与直列发动机比较，V型发动机具有长度尺寸短因而曲轴刚度得到提高，高度尺寸小，发动机系列多等优点。其主要缺点是用于平头车时，因发动机宽而布置上较为困难，造价高。水平对置式发动机的主要优点是平衡好，高度低。V型发动机主要用于中、高级和高级轿车以及重型货车上，水平对置式发动机在少量大客车上得到应用。根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷与风冷两种。大部分汽车用水冷发动机，因为它具有冷却均匀可靠、散热良好、噪声小和能解决车内供暖问题，以及加大散热器面积后，能较好适应发动机增压后散热的需要等优点。水冷发动机的主要缺点是冷却系结构复杂；使用与维修不方便；冷却性能受环境温度影响较大，夏季冷却水容易过热，冬季又容易过冷，并且在室外存放，水结冰后能冻坏气缸缸体和散热器。当选用尺寸和质量小的发动机时，不仅有利于汽车小型化、轻量化，同时在保证客厢内部有足够空间的条件下，还能节约燃料。由于天然气资源充足，在今后一个阶段内天然气汽车将得到应用。无排气公害、无噪声的电动汽车，是理想的低污染车，在解决高能蓄电池和降低成本后会在汽车上得到推广使用。太阳能汽车也是理想的低污染汽车，目前还未达到商品化阶段。（2）发动机主要性能指标的选择发动机最大功率和相应转速 根据所需要的最高车速 (kmh)，用下式估算发动机最大功率式中，为发动机最大功率(kW)；为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的42汽车可取为90；为汽车总质量(kg)；g为重力加速度(m/s)；为滚动阻力系数，对轿车=0.0165 1+0.01(-50)，对货车取0.02，矿用自卸车取0.03，用最高车速代入；为空气阻力系数，轿车取0.300.35，货车取0.801.00，大客车取0.60070；A为汽车正面投影面积(m)；为最高车速。参考同级汽车的比功率统计值，然后选定新设计汽车的比功率值，并乘以汽车总质量，也可以求得所需的最大功率值。最大功率转速的范围如下：汽油机的在30007000rmin，因轿车最高车速高，值多在4000rmin 以上，轻型货车的值在40005000rmin之间，中型货车的值更低些。柴油机的值在18004000rmin之间，轿车和轻型货车用高速柴油机，值常取在32004000rmin之间，重型货车用柴油机的值取得低。发动机最大转矩及相应转速 用下式计算确定 式中，为最大转矩(Nm)；a为转矩适应性系数，一般在1.11.3之间选取；为发动机最大功率(kW)；为最大功率转速(rmin)。要求在1.42.0之间选取。（3）发动机的悬置汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动。发动机就是振源之一。发动机是通过悬置元件安装在车架上。悬置元件既是弹性元件又是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小振动、降低噪声以改善乘坐舒适性，还能提高零部件和整车寿命。因此，发动机的悬置设计越来越受到设计者的重视。 发动机悬置应满足下述要求：因悬置元件要承受动力总成的质量，为使其不产生过大的静位移而影响工作，因此要求悬置元件刚度大些为好；发动机本身的激励以及来自路面的激励都经过悬置元件来传递，因此又要求悬置元件有良好的隔振性能；因发动机工作频带宽，大约在10500Hz范围内，要求悬置元件有减振降噪功能，并要求悬置元件工作在低频大振幅时(如发动机怠速状态)提供大的阻尼特性，而在高频低幅振动激励下提供低的动刚度特性，以衰减高频噪声；悬置元件还应当满足耐机械疲劳、橡胶材料的热稳定性及抗腐蚀能力等方面的要求。传统的橡胶悬置由金属板件和橡胶组成，见图2-1。图2-1橡胶悬置结构图其特点是结构简单，制造成本低，但动刚度和阻尼损失角(阻尼损失角越大表明悬置元件提供的阻尼越大)的特性曲基本上不随激励频率变化，如图2-2所示。液压阻尼式橡胶悬置(以下简称液压悬置)的动刚度及阻尼损失角有很强的变频特性，见图2-2。从图2-2a看到，液压悬置的动刚度在10Hz左右达到最小，在20Hz左右达到最大，而后开始下降；在频率超过30Hz以后趋于平稳。图2-2b表明液压悬置阻尼损失角在525Hz范围内比较大，这一特性对于衰减发动机怠速频段内(一般为2025Hz)的大幅振动十分有利。 图2-2 橡胶悬置和液压悬置动特性图2-3液压悬置结构简图1螺纹连接杆；2限位挡板；3上惯性通道体；4橡胶膜；5盘状加强圈；6下惯性通道体；7橡胶底膜；8底座；9橡胶主簧座；10惯性通道体；11橡胶主簧；12金属骨架图2-3所示为液压悬置结构简图，图中螺纹联接杆1与发动机支承臂联接，底座8的螺孔与车身联接，液压悬置主要由橡胶主簧11、惯性通道体10、橡胶底膜7和底座8构成。惯性通道体把液压悬置分为上、下两个液室，内部充满液体。由具有节流孔的惯性通道体连通上下两个液室。通常下室体积刚度比上室低。当经发动机支承臂传至螺纹联接杆的载荷发生变化时，上室内的压力跟随变化。如果上室液体受到压缩，则液体经节流孔流人下室；当上室受到的压力解除后，液体又流回上室。液体经节流孔上、下流动过程中产生的阻尼吸收了振动能量，减轻了发动机振动向车身(架)的传递，起到隔振作用。液压悬置目前在轿车上得到比较广泛的应用。发动机前悬置点应布置在动力总成质心附近，支座应尽可能宽些并布置在排气管之前。2.7轮胎的选择在总体设计开始阶段就要选好轮胎的型式和尺寸。因为它们是绘制总布置图和进行性能计算的重要原始数据之一。轮胎的型号主要根据车型，使用条件，轮胎的静负荷，轮胎的额定负荷及车速来选择。所选轮胎在使用中承受的静负荷值应等于或接近轮胎的静负荷值，我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查轮胎的国家标准。表2-8提供了一些货车的轮胎规格和特征。表中各列数据中如无带括号的数据，表示该列数据对斜交轮胎和子午线轮胎通用，否则，不带括号的数据适用于斜交胎，而带括号的数据适用于子午线轮胎，货车上双胎并装时，负荷约比单胎使用时的负荷增加10%15%。轿车轮胎标准见GB2978-82.轮胎多承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比称为轮胎负荷系数。为了避免超载，此系数取0.91.0之间。对于在良好路面上行驶，车速不高的货车，此系数允许取1.1。但不得大于1.2。因为轮胎超载20%，其寿命将下降30%左右。轿车及轻型货车的车速高，动负荷大，系数应取下限；重型货车，重型自卸车的车速低，此系数可略偏高。近年来，货车上普遍采用高强度尼龙帘布轮胎，使轮胎承受能力提高。因此，同样载重量的汽车所用的轮胎尺寸已减少。越野汽车长用胎面宽，直径大的超低压轮胎。山区使用的汽车，制动鼓与轮辋的间隙应大些，故采用轮辋较大的轮胎。轿车为降低质心和提高行驶平稳性，采用直径较小的宽轮辋低压轮胎。按轮胎胎体中帘线的排列不同，常见的有三种型式可供选择，即普通斜线胎，子午线胎和带束斜交胎等，普通斜线胎的胎体帘线层较多，胎侧厚，使用中不易划破，侧向刚性也大。其缺点是缓冲性较差；子午线的结构特点是帘线呈子午向排列，这样帘线的强度就能得到充分利用。此外，选用高强度材料组成多层缓冲层，加强了胎冠，使缓冲性能得到提高，与普通斜线胎相比较，子午线轮胎还有使用寿命长，滚动阻力小，附着性能好等优点。子午线胎的缺点是胎侧较薄，侧向稳定性差，胎侧易发生裂口，制造技术要求高。由于子午线胎的优点较多，今年来在汽车上应用日益增多。带束斜交胎的结构和性能介于普通斜交胎和子午线胎之间，其耐磨性和寿命虽比普通斜交胎好，但不如子午线胎，仅侧向稳定性比子午线胎好，所以应用不广。由以上的分析可知，选用斜交轮胎。表2-8给出了国产轮胎的规格及其特征。表2-8 国产汽车轮胎规格及特征轮胎规则层数主要尺寸使用条件断面宽外直径最大负荷相应气压p0.1标准轮辋允许使用轮辋普通花纹加深花纹越野花纹N轻型货车，中，小客车及其挂车轮胎6.50-1468180705-585069003.24.245J6.50-16(6.50R16)68755765765-635075503.2(3.5)4.2(4.6)5.50F5.50E5.50F7.55-15(7.00R15)68200750760-680080003.2(3.5)4.2(4.6)5.50F6.00G7.00-16(7.00R16)810200780790-850096504.2(4.6)5.3(5.6)5.50F6.00G7.50-15(7.50R15)810220785790-9300106004.2(4.6)5.3(5.6)6.00G5.50F6.50F7.50-16(7.50R16)81012220810820-970011050124004.2(4.6)5.3(5.