中型货车总体设计及其3D造型毕业论文.docx

中型货车总体设计及其3D造型毕业论文目录1.货车主要参数的选择11.1汽车形式的选择11.1.1轴数和驱动形式11.1.2货车的布置形式21.2货车主要参数的确定31.2.1货车主要的尺寸的确定31.2.2货车质量参数的确定61.3发动机的选择131.3.1发动机的形式的选择131.3.2发动机的主要性能指标的选择131.3.3发动机的布置161.4轮胎的选择181.5传动比的计算和选择191.5.1驱动桥主减速器传动比的确定191.5.2.变速器档传动比的确定201.5.3变速器的选择212.货车主要性能的计算232.1货车动力性的分析232.1.1货车的驱动力与行驶阻力232.1.2货车动力特性计算252.2.3货车加速度262.2货车功率平衡计算272.2 货车燃油经济性的分析282.3货车操纵稳定性的分析312.4货车通过性的分析322.5运动校核332.5.1传动轴跳动校核332.5.2转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核343.货车的3D造型363.1 CATIA软件的简介363.1.1 CATIA软件的发展历史363.1.2 CATIA软件的应用现状363.1.3 CATIA V5在汽车工业上的应用373.1.4 CATIA V5版本应用特点：373.2 CATIA软件功能介绍383.2.1 CATIA V5基本功能简介383.2.2 基于CATIA 车身造型设计功能模块介绍393.3零部件的造型413.3.1驾驶室的造型413.3.2车架的造型463.3.2车厢的造型463.3.3轮胎的造型463.3.4其他主要部件的造型483.4货车的装配50结束语51致谢52参考文献53附录汽车参数表54附录matlab程序551.货车主要参数的选择人们从事生产劳动离不开汽车。在日常生活中，汽车特别是轿车是经常使用的交通工具。汽车工业出现的高新技术多数在轿车上首先得到应用。目前，轿车的产量、保有量占汽车总产量和保有量的绝对多数。一方面，拥有轿车是标志人们生活水平的提高；另一方面，大量运行着的汽车所造成的公害又降低了人们的生活质量。因此，人们对汽车提出越来越高的要求，包括研制节油汽车和开发应用新能源；有关法规对汽车的排放和噪声提出更严格的要求；对汽车安全性提出更高的要求，达到乘坐汽车有安全感、愉快感，汽车发生碰撞事故时能够妥善保护成员、对汽车提出居住性要求，不仅坐在汽车里舒适，而且能与外界进行信息交流。1.1汽车形式的选择不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。由于汽车形式对整车使用性能、外形尺寸、质量、轴荷分配和制造成本等方面影响很大，故在选择汽车形式时应综合考虑上述因素。1.1.1轴数和驱动形式汽车的轴数是根据车辆的用途、总质量、使用条件、公路车辆法规和轮胎负荷能力而确定。我国公路标准规定，对于四级公路及桥梁，单轴最大允许轴载质量为10t，双连轴最大允许轴载质量为18t（每轴9t）。根据公路对汽车轴载质量的限制、所设计汽车的总质量、轮胎的负荷能力以及使用条件等，可以确定汽车的轴数。由于双轴汽车结构简单、制造成本低，故总质量小于19t的公路运输车辆广泛采用这种方案。总质量在1926t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车采用四轴和四轴以上的形式。驱动形式常用42、44、62等代号表示。其中前一位数字表示车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。采用42驱动形式的汽车结构简单、制造成本低，多用于轿车和总质量小些的公路用车辆上。本车属于中型货车，总质量约为10t，考虑到制造成本和使用条件等因素，所以采用42驱动形式。1.1.2货车的布置形式汽车布置形式是指发动机、驱动轴和车身（或驾驶室）的相互关系和布置特点而言。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，汽车的布置形式对使用性能也有重要影响。根据发动机位置的不同，货车的布置形式有发动机前置后桥驱动、发动机中置后桥驱动和发动机后置后桥驱动。采用发动机前置后轮驱动布置形式的货车有维修发动机方便、传动系及操纵系统比较简单等优点，在货车上应用广泛。少数货车的发动机采用中置的型式。这种车型的优点是驾驶室的布置不受发动机的限制，座位和汽车的总高可以降低，噪声小，轴距主总长较短，这对轴荷分配有利，但发动机需特殊设计，维修不便，离合器，变速器和油门需远离操纵，故在货车上采用不多。后置发动机的型式在货车上应用就更少，只在后置发动机后轮驱动的轿车变型为货车时有所采用。这类车货箱底板过高，后轴过载，操纵复杂是其严重的缺点。按驾驶室与发动机相对位置的不同，货车可分为四种型式。（1）长头式：发动机布置在驾驶室之前。（2）短头式：发动机的小部分伸入到驾驶室内。（3）平头式：发动机机位于驾驶室内。（4）偏置式：驾驶室偏置于发动机旁。长头式的优点是维修发动机方便，驾驶室受热、受振少，操纵杆容易布置，驾驶员的安全感较好，前轮负荷较轻；其缺点是汽车面积利用率低，总长较大，最小转弯半径较大，视野性差。它比较适合使用条件较差的中、重型货车和越野车。平头式的优缺点和长头式正好相反。而短头式的特点介于两者之间。由于平头式在面积利用率、机动性和视野性等方面的优点，因而在微、轻型货车上得到广泛的应用，它还用可翻式结构来克服发动机维修不便的缺点，所以在重型汽车列车上的应用也日益增多。不同吨位货车的平头式驾驶室，其布置也不同：（1）发动机位于前轴之上，且处于两侧座位之间；（2）发动机位于前轴之上，且位于座位之下；（3）发动机位于前轴之后，且位于座位之下。偏置式驾驶室主要用于矿山自卸车上，它具有平头式的一些优点，如视野宽广、轴距短等，还具有驾驶室通风条件好，便于发动机维修等优点。对比各布置型式，并考虑本车的实际情况，本车采用平头式，发动机布置于前轴之上且位于座位之下。1.2货车主要参数的确定1.2.1货车主要的尺寸的确定汽车的主要尺寸有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬等。1. 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。在总体设计时要力求减少汽车的外廓尺寸，以减轻汽车总重，提高汽车的动力性、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。这是为了适合本国的公路、桥梁和运输标准以及保证驾驶的安全性。GB1589-89汽车外廓尺寸限界规定汽车外廓尺寸长：货车、越野车、整体式客车不应超过，单铰接式客车不超过，半挂汽车列车不超过，全挂汽车列车不超过；不包括后视镜，汽车宽不超过；空载、顶窗关闭状态下，汽车高不超过；后视镜等单侧外伸量不得超出最大宽度处250；顶窗、换气装置开启时不得超出车高。根据本车的特点，参考同类车型，本车的外廓尺寸如下：总长：7810；总宽：2400；总高：2600。2. 轴距轴距对整备质量、汽车总长、最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径有影响。当轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配有影响。轴距过短会使车厢（箱）长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性和操纵稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。原则上轿车的级别越高，装载量或载客量多的货车或客车轴距取得长。对机动性要求高的汽车轴距宜取短些。为满足市场需要，工厂在标准轴距货车基础上，生产出短轴距和长轴距的变型车。不同轴距变型车的轴距变化推荐在0.40.6m 的范围内来确定为宜。各类汽车的轴距和轮距标准见下页表1.1表1.1各类汽车的轴距和轮距车型类别轴距轮距轿车微型级普通级中级中、高级高级2000220021002540250028602850340029003900110013801150150013001500140015801560162042货车微型轻型中型重型1700290023003600360055004500560011501350130016501700200018402000矿用自卸车总质量m/t 60320042003900480020004000大客车城市大客车（单车）长途大客车（单车）45005000500065007402050本车为中型货车，参照表1.1，轴距选取为4250mm3. 前轮距和后轮距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。轮距越大，则横向稳定性越好，悬架的角刚度也越大，对增大汽车车厢内宽也有利。但轮距加宽，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。汽车的前轮距主要取决于车架前部的宽度、前悬架的宽度、前轮最大转角、轮胎宽度、转向拉杆与转向轮以及车架间的运动间隙等因素，因此要通过具体布置才能最后确定。汽车的后轮距取决于车架后部的宽度、弹簧宽度、弹簧与车架和车轮之间的间隙以及轮胎宽度等因素。根据表1.1，并且参考同类车型以及根据本车的结构和布置，选取本车的前后轮距分别为：；。4. 前悬和后悬前悬的长度应能布置保险杠、散热器、风扇、发动机等部件。从撞车安全性考虑希望前悬长些，从视野角度考虑又要求前悬短些。前悬对平头汽车上下车的方便性有影响，前钢板弹簧长度也影响前悬尺寸。汽车的前悬长度不宜过长，否则汽车的接近角过小，不利于通过性。后悬的长度主要取决于轴距和轴荷分配的要求，同时要保证适当的离去角。一般来说，后悬不宜过长，否则上、下坡时容易刮地 ，转弯时也不灵活。货车的后悬一般在12002200之间。经过分析并参考同类样车，根据本车的结构性能要求，本车选取前悬，后悬 5.货车车头长度的确定货车车头长度指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离,车头长度对车身长度有绝对影响。此外,车头长度对汽车外观效果、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。本次课设驾驶室是单排座并且后带一个卧铺所以取货车车头长度为。6.货车车厢尺寸的确定要求车箱尺寸在运送散装煤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。参考同类车型选取车箱尺寸（外部）1.2.2货车质量参数的确定1.汽车的装载质量（简称装载量）汽车的装载质量是指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载量。汽车在碎石路面上行驶时，装载质量应为好路面的75%85%。越野汽车的装载量是指越野行驶时或在土路上行驶时的额定装载量。本车的装载质量5.5吨2.整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的成本和使用经济性均有影响。目前，尽可能减少整车整备质量的目的是通过减轻整车整备质量增加装载量或载客量；抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加；节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有：采用强度足够的轻质材料，新设计的车型应使其结构更合理。减少整车整备质量，是从事汽车设计工作中必须遵守的一项重要原则。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，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。因此，在设计新车时要力求减轻零部件的自身重量。据统计，货车的质量系数是随汽车的装载量的增大而增大的。有时质量系数也用装载质量与汽车干质量之比来表示。汽车干质量是指整备质量减去燃料、水和附属设备的质量。这种质量系数更能准确地反映该车的金属和材料的利用率，但在一般技术中很少列出汽车干质量值。因计算不便，故不常用。质量系数的选取一般参考表1.2表1.2货车的质量系数参数总质量质量系数货车1.86.00.801.106.014.01.301.70参考表1.2中型货车的质量系数为1.201.35，本车取质量系数为： =1.30，则：。由此就初步确定了整车整备质量。3.汽车的总质量汽车总质量是指装备齐全，并按规格载满客、货时的整车质量。商用货车的除总质量由整备质量装载量，和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即 (1.1)汽车总质量；汽车装载质量；整车整备质量；人数。本车采用单排座365=195kg由式（1.1）得本车的总质量为：5.轴荷分配及质心位置的确定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载荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。汽车的轴荷分配是汽车的重要参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响，因此，在总体设计时应根据汽车的布置形式、使用条件及性能要求合理的选定其轴荷分配。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的使用性能有影响。从轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的载荷应相差不大；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载荷，而从动轴载荷可以适当减少；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，转向轴的载荷不应过小。汽车的驱动形式不同，对轴荷分配有显著影响。表1.3给出了各类汽车的轴荷分配范围。表1.3各类汽车的轴荷分配车型满载空载前轴（%）后轴（%）前轴（%）后轴（%）轿车发动机前置前轮驱动4760405356663444发动机前置后轮驱动4550505551564449发动机后置后轮驱动4046546038505062货车42后轮单胎324060685059415042后轮双胎，长短头252773754449515642后轮双胎，平头303565704854465262后轮双胎19257581313763696. 汽车各部件及总成质量的确定及分布表1.4是汽车部件及总成的布置位置和质量的分布，根据这些数据可计算出轴荷分配和质心的高度。 表1.4汽车部件及总成的质量分布部件名称重量()质心至前轴距()质心离地距离()空载满载空载满载空载满载驾驶室150345-43043018001600发动机560695360360850800离合器3030810810800750变速器14914911001100690690油箱454524002400730680前轴制动器及转向梯形28328300460450前胎19019000460460后轴制动器42042042504250490480后胎38038042504250490480车箱55060503560356010501350蓄电池组505011801180790760万向节传动808026602660500480车架48048035603560840840前悬架959500500480后悬架17017042504250500480转向器5555-1080-1080590540备胎959556705670590540工具箱909013301330730680储气罐4040224522457306807.水平静止时的轴荷分配及质心位置的计算：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：上式中,各总成质量(kg) ,各总成质心到前轴距离(),各总成质心距地面高度() 前轴负荷()； 后轴负荷()； 汽车总质量()； 汽车轴距（）； 汽车质心到前轴距离（）； 汽车质心到后轴距离（）；汽车质心高度（）。 (1)空载时：即后轴荷分配为：前轴荷分配：空载时的质心高度：（2）满载时即后轴荷分配为：前轴和分配为：满载时的质心高度：参照表1.3，本车的轴荷分配基本符合要求，可见总布置是合理的。1.3发动机的选择1.3.1发动机的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。根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷与风冷两种。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。1.3.2发动机的主要性能指标的选择1.发动机最大功率和相应转速根据所设计汽车应达到的最高车速，用下式估计发动机最大功率 （1.2）式中:发动机最大功率，（）；传动系效率,对于单级减速器取0.9； 重力加速度，取；滚动阻力系数，取0.02；空气阻力系数，取0.9；汽车正面迎风面积，汽车总重，（）；汽车最高车速：（）在式（1.2）中带入相关数据的 按上式求出的应为发动机在装有全部附件下测定时得到的最大有效功率或净输出功率，它比一般发动机外特性的最大功率值低12%20%最大功率对应转速的范围如下：汽油机的在，因乘用车最高车速最高，值多在以上，总质量小些的货车的值在之间，总质量居中的货车的值更低些。柴油机的值在之间，乘用车和总质量小些的货车用高速柴油机，值常取在之间；总质量大些的货车用的柴油机的值在之间。采用高速发动机虽然能提高功率，同时也有使活塞运动的平均速度增快、热负荷增加、曲柄连杆机构的惯性力增大并导致磨损加剧、寿命降低和震动及噪声的均增加的缺陷。2.发动机最大转矩及相应转速用下式计算确定式中：最大转矩，（）；转矩适应性系数，一般在之间；最大功率转速，（）； 要求与之间有一定差值，如果它们很接近，将导致直径当的最低稳定车速偏高，使汽车通过十字路口时换挡次数增多。因此，要求在之间。根据最大功率的要求和发动机其他要求，本车选择中国东风朝阳柴油机邮箱公司的CY6102BZLQ系列发动机，外特性曲线见图1.1，其参数见表1.6。图1.1 CY6102BZLQ发动机万特性曲线表1.6 CY6102BZLQ发动机参数发动机型号CY6102BZLQ适用车型轻型客、货车型式六直列水冷气缸数缸径行径（）6102118排量（）5.785压缩比（）17：1点火顺序1-5-3-6-2-4吸气方式增压中冷标定功率（）/转速（）132/2600最大扭矩5600/14001600最低油耗率210外形尺寸（）1156800881.5净重（）5601.3.3发动机的布置1.发动机的上下位置发动机的上下位置对离地间隙和驾驶员视野有影响。轿车前部因没有前轴，发动机油底壳至路面的距离，应保证满载状态下最小离地间隙的要求。货车通常将发动机布置在前轴上方，考虑到悬架缓冲块脱落以后，前轴的最大向上跳动量达，这就要求发动机有足够高的位置，以防止前轴破坏发动机油底壳。油底壳经常设计成深浅不一的形状，使位于前轴上方的地方最浅，同时再将前梁中部锻成下凹形状（注意前梁下部尺寸必须保证所要求的最小离地间隙）。所有这些措施将有利于降低发动机位置的高度，并使发动机罩随之降低，这能改善长头车驾驶员的视野，同时有利于降低汽车质心高度。除此之外，还要检查油底壳与横拉杆之间的间隙。发动机高度位置初定以后，用气缸体前端面与曲轴中心线交点到地面高度尺寸来标明其高度位置。在发动机高度位置初步确定之后，风扇和散热器的高度随之而定，要求风扇中心与散热器几何中心相重合，以使散热器在整个面积上接受风扇的吹风。护风罩用来增大送风量和减小散热器尺寸。为了保证空气的畅通，散热器中心与风扇之间应有不小于50的间隙，无护风罩时可减小到30。由于空气滤清器在发动机进气歧管上，其高度影响发动机罩高度，为此，将空气滤清器做成扁平状。发动机罩与发动机零件之间的间隙不得小于25，以防止关闭发动机罩时受到损伤。2.发动机的前后位置发动机的前后位置会影响汽车的轴荷分配、轿车前排座位的乘坐舒适性、发动机前置后轮驱动汽车的传动轴长度和夹角，以及货车的面积利用率。为减小传动轴夹角，发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成夹角，轿车多在之间。发动机前置后轮驱动的轿车，前纵梁之间的距离，必须考虑吊装在发动机上的所有总成（如发电机、空调装置的压缩机等）以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性。还应保证在修理和技术维护情况下，从上面安装发动机的可能性。发动机的前后位置应与上下位置一起进行布置。前后位置确定以后，在侧视图上画下它的外形轮廓然后用气缸体前端面与曲轴中心面交点到前轮中心线之间的距离来标明其前后位置。此后可以确定汽车前围的位置：发动机与前围之间必须留有足够的间隙，以防止热量传入客厢和保证零部件的安装；离合器壳与变速器应能同时拆下，而无需拆卸发动机的固定点，此时应特别注意离合器壳上面螺钉的接近性。3.发动机的左右位置发动机曲轴中心线在一般情况下于汽车中心线一致。这对底盘承载系统的受力和对发动机悬置支架的统一有利。少数汽车如44汽车，考虑到前桥是驱动桥，为了使前驱动桥的主减速器总成上跳时不与发动机发生运动干涉，将发动机和前桥主减速器向相反方向偏移。1.4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，而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数的影响。轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比，称为轮胎的负荷系数。大多数汽车的轮胎的负荷系数取为0.91.0，以免超载。轿车、轻型客车及轻型货车的车速高、轮胎受动负荷大，故他们的轮胎负荷系数应接近下限。按轮胎中帘线的排列不同，常见有三种形式可共选择：普通斜线胎，子午线胎和带束斜交胎。普通斜线胎的胎体帘线较多帘，胎侧厚，不易划破，侧向刚度也大，其缺点是缓冲性较差；子午线胎的结构特点是帘线呈子午线排列，这样帘线的刚度就能得到充分利用。表1.7 部分国产汽车轮胎的规格及使用条件轮胎规格层数主要尺寸使用条件断面宽外直径最大负荷相应气压标准轮辋允许使用轮辋普通花纹越野花纹7.50R208121414215215947585069003.24.26.0600T6.50T8.25R20101214232971983635075503.2(3.5)4.2(4.6)6.56.50T7.00T9.00R2025910181030680080003.2(3.5)4.2(4.6)7.07.00T7.50V10.00R2012141627810551065850096504.2(4.6)5.3(5.6)7.57.50V8.00V轮胎选择子午线轮胎,型号为8.25R20轮辋选择6.50-201.5传动比的计算和选择1.5.1驱动桥主减速器传动比的确定 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、发动机的参数、车轮的参数来确定，其值可按式1.3来计算 （1.3） 上式中：汽车最高车速； 最高车速时发动机的转速，一般,在此取1.0，本车r 车轮半径, 971/2=485.5mm=0.4855m变速器最高档传动比，这里选用超速挡变速器，取0.8 同时还要考虑到最高挡（本车为超速挡）行驶时汽车有足够的动力性能，即保证最高挡的动力因数足够大。 为最高档时，发动机发出的最大转矩时的汽车速度。和有以下关系：上式中：汽车总质量；重力加速度；直接挡时，发动机发出最大转矩时的汽车车速 。动力因数符合中型货车的范围，1.5.2.变速器档传动比的确定确定档传动比时要考虑三方面问题：1)最大爬坡度；2)附着力；3)汽车的最低稳定车速。就普通汽车而言，传动系最大传动比是变速器挡传动比与主减速器传动比的乘积。当已知时，确定传动系最大传动比也就是确定变速器挡传动比。汽车爬大坡时车速很低，可忽略空气阻力，汽车的最大驱动力应为 或 即 一般货车的最大爬坡度约为，其余各参数按照前面计算值代入，为了满足附着条件，其大小应符合下式要求： 上式中： 为驱动轮所承受的质量；为附着系数，=0.75。即的范围为：1.5.3变速器的选择变速器的档位与汽车动力性、燃油经济性有着密切的关系。就动力性而言，挡位数多，增大了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力；就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率下工作的可能行，降低了油耗。不同类型的汽车，变速器其档位数也不尽相同。轿车变速器传动比变化范围较小（约为)，过去常用3个或4 个前进档，但近年来为了提高其动力性尤其是燃料经济性，多已采用5个前进档。轻型货车变速器的传动比变化范围为，其他货车为7个以上，其中总质量在3.5t 以下者多用4档变速器，为了降低油耗亦趋向于增加1个超速档；总质量为3.510t多用五档变速器，大于10t的多用六档或更多的档位本车选用5个前进档的变数器这里参考同类车型选择万里杨的WLY525五档变速箱，变速箱的主要参数见表1.8表1.8 变速箱WLY525的主要参数变速器型号WLY525各档速比一档5.568二档2.879三档1.634四档1.00五档0.814倒挡5.011中心距85净重149kg允许输入最大转矩610注油量1.7操纵形式：直接操控，双杆远距离操纵同步器形式锁环式同步器2.货车主要性能的计算2.1货车动力性的分析由于汽车是一种高效率的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性，所以动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。所谓汽车的动力性是指汽车在良好的路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定：1)汽车的最高车速；2)汽车的加速时间；3)汽车能爬上的最大坡度。2.1.1货车的驱动力与行驶阻力确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度。汽车的行驶方程式为： 即：其中，为驱动力，为滚动阻力，为空气阻力，为坡度阻力，为加速阻力。上述各阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的，坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。此公式表明了汽车行驶时驱动力和外界阻力之间相互关系的普遍情况。当发动机的转速特性、变速器的传动比、主减速比、传动效率、车轮半径、空气阻力系数、汽车迎风面积以及汽车质量等初步确定后，便可利用此公式分析在附着性良好的典型路面（混凝土、沥青路面）上的行驶能力，即确定汽车在节气门全开时可能达到的最高车速、加速能力和爬坡能力。为了清晰而形象的表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般是将汽车行驶方程式用图解法来进行分析的，就遇到的滚动阻力和空气阻力都画出来，作出汽车的驱动力行驶阻力平衡图，并以它来确定汽车的动力性。汽车的动力性计算公式如下： 用matlab软件做出本车的驱动力-行驶阻力平衡图，如图2.1，程序在附录。图2.1 驱动力-行驶阻力平衡图2.1.2货车动力特性计算将汽车行驶方程两边除以汽车的重力并整理如下令为汽车的动力因数并以符号表示，则 式中：回转质量转换系数，其中，。选取，。汽车在各档下的动力因数与车速的关系曲线称为动力特性图，如图2.2 图2.2 动力特性图2.2.3货车加速度汽车的加速能力可以用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价,由于汽车的加速度的值不易测量，实际中常用加速时间来表示汽车的加速能力。譬如用直接档行驶时，由于最低稳定速度到一定距离或80%说需要的时间来表示汽车的加速能力。现在根据图2.1求出汽车的加速时间。由汽车行驶方程的显然，利用图2.1可以计算得出各档节气门全开时的加速度曲线，见图2.3。由图可以看出，高档位时的加速度要小些。 图2.3 汽车加速度曲线2.2货车功率平衡计算汽车行驶是，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力也总是平衡的，就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。将汽车行驶方程式两边乘以车速，并经单位换算整理出汽车功率平衡方程式如下与力的平衡处理方式相同，功率平衡方程式可用图解发表示。若以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率、汽车经常遇到的阻力功率对车速的关系曲线绘制在坐标图上，即得汽车功率平衡图，如图2.4即为本车的功率平衡图图2.4 汽车功率平衡图2.2 货车燃油经济性的分析在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力，称作汽车的燃油经济性。燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、减少国家对进口石油的依赖性、节省石油资源；同时也降低了发动机产生的（温室效应气体）的排放量，起到防止地球变暖的作用。发动机的燃油消耗率与排放污染是有密切关系的，只能在保证排放达到有关法规要求的前提下来降低发动机的燃油消耗率，提高汽车的燃油经济性。由于节约燃料、保护环境已成为全球关注的重大事件，汽车燃油经济受到全国政府、汽车制造业于汽车使用者进一步的重视。汽车的燃油经济性长用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为 L/100km，即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。美国为MPG或mile/USgal，指的是每加仑燃油能行驶的英里数。这个数值越大，汽车燃油经济性越好。等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高挡在水平良好的路面上等速行驶100km的燃油消耗量。常测出每隔10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线，成为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性。根据发动机的万有特性图上的等燃油消耗率曲线，可以确定发动机在一定转速n，发出一定功率时的燃油消耗率。计算时，还需要汽车在水平路面上等速行驶，为克服滚动阻力与空气阻力，发动机应提供的功率为根据等速行驶车速及阻力功率，在万有特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消耗率，从而计算出以该车速等速行驶时单位时间内的燃油消耗量（单位为）为上式中： 燃油消耗率()； 燃油的重度，汽油可取，柴油可取。整个等速过程行经行程的燃油消耗量为折算成等速百公里燃油消耗量为图2.5 CY6102BZLQ发动机万有特性图 根据图2.5用matlab做出本车的汽车燃油经济性图，如图2.6图2.6 汽车燃油经济性图2.3货车操纵稳定性的分析汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。汽车的操纵稳定性不仅影响到汽车驾驶的操纵方便程度，而且也是决定高速汽车安全行驶的一个主要性能，所以人们称之为“高速车辆的生命线”。1.汽车不纵向翻倒的条件是空载时：满载时： 2.汽车不横向翻倒的条件是空载时：满载时：3.汽车侧偏极限角空载时：满载时：根据汽车不纵向和不横向的翻倒条件，。因此，无论汽车在空载还是满载时，都是先滑后翻，满足设计要求。2.4货车通过性的分析汽车的通过性是指它能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。根据地面对汽车通过性影响的原因，它又分为支承通过性和几何通过性。汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数。同时，它还与汽车的其他性能，如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性等密切相关。参考同类车型后，取本车的通过性几何参数见表2.1。表2.1 汽车通过性的几何参数最小离地间隙（）282接近角 27离去角 12最小转弯半径（） 152.5运动校核在总布置设计中，进行运动校核一般要校核传动轴的跳动、悬架与转向杆系的运动等，确定其运动轨迹及运动空间，防止产生运动干涉和不协调等情况发生。校核采用作图方法，绘制跳动或运动图并检查其是否符合设计要求。由于汽车是由许多总成组装在一起的，总体设计就应从整车角度出发考虑，根据总体布置和各总成结构特点完成运动正确性的校核。如发动机前置时，要进行运动学方面的校核，以保证有足够的前进挡数。又如转向轮的转动方向必须与转向盘的转动方向保持一致，为此应对螺杆的旋向、摇臂的位置、转向传动机构的构成等进行运动学正确性的校核。2.5.1传动轴跳动校核图2.7 传动轴跳动校核图 作2.7图的目的是为了确定：1.传动轴的极限位置及最大摆角；2.空载时万向节传动的夹角；3.传动轴花键连接处的伸缩量，检查是否可以脱开或顶死。如图2.7，先按比例会出汽车满载时车架、钢板弹簧、后桥壳及传动轴的位置。其中为弹簧片中点（主片中性面与中央螺栓中心线的交点）；为传动轴后万向节中点；为传动轴前万向节中点。对于一端固定的对称的或不对称程度小于10%的钢板弹簧来说，可以足够精确的认为其主片中部与后桥壳夹紧的一段在车轮上下跳动时是与后桥壳作平移运动的，且弹簧主片中点的轨迹为一圆弧，圆心为。由于后桥是随着弹簧中部作平移运动，故弹簧主片中点与传动轴后万向节中点的连线亦作平移运动。因此，与可看成是平行四边形的两个边，画出其对应的另两个边得交点即时点的回转中心。以点为圆心、为半径画圆弧，即得后万向节中点的运动轨迹。过点作车架上平面线的垂直线，并在此垂直线上取等于弹簧动挠度 ，取等于弹簧静挠度，取等于反跳静挠度运动轨迹交于、三点。这三点分别相当于悬架处于压紧、自由及跳动工况下后万向节中点的位置。前万向节中点的位置在传动轴跳动时不变。连接、既得到相应工况下的传动轴位置。其中为上跳极限位置；为较好路面时传动轴的下限位置；为悬架反跳时传动轴的下限位置。 上述方法仅讨论了随悬架上下跳动时传动轴的跳动情况，如需要考虑传动轴跳动时花键处的最大滑出量，则需考虑制动时纵置钢板弹簧扭曲变形对传动轴最大滑出量的影响。2.5.2转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核作图2.8的目的是为了检查转向拉杆与悬架导向机构的运动是否协调。先在图上画出转向器及转向拉杆系于悬架的位置，当前轮上下跳动时，转向节臂球销中心点要沿着弹簧主片中心所决定的轨迹运动。弹簧中心的摆动中心为。由于点与点一起作平移运动，故找到点的摆动中心后，即可按平行四边形机构原理作出平行四边形，顶点就是点的摆动中心，其运动轨迹为。另一方面，点是纵拉杆上的一点 ，纵拉杆是绕转向摇臂下端球销中心点摆动，其摆动轨迹为圆弧。过点作垂线，并从点向上截取距离为动挠度的点，向下截取距离为静挠度的点。通过这两个点作垂直于的直线。此直线与两个运动轨迹分别交于、和四点。和即是运动不协调造成的轨迹偏差，这一偏差在轮胎经常跳动范围内保持在轮胎的弹性范围内。如果偏差过大，则应修改的位置或的位置，直到合格。图2.8 转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核图3.货车的3D造型3.1 CATIA软件的简介3.1.1 CATIA软件的发展历史CATIA软件是全称是Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application,它是法国Dassault System(达索系统)公司开发的CAD/CAE/CAM一体化软件。CATIA诞生于20世纪70年代，从1982年到1988年，CATIA相继发布了V1版本、V2版本、V3版本，并于1993年发布了功能强大的V4版本。为了扩大软件的用户群并使软件能够易学易用，Dassault System(达索系统)公司于1994年开始重新开发全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM软件的一种全新风貌。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。3.1.2 CATIA软件的应用现状CATIA是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。由法国Dassault System公司的一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。汽车工业中CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA 在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（end to end ）的解决方案。CATIA 涉及产品、加工和人三个关键领域。CATIA 的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。 一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在CATIA 上都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。CATIA的技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。从近来一些著名汽车制造商所做的采购决定，如Renault、Toyota、Karman 、Volvo、Chrysler 等，足以证明数字化车辆的发展动态。3.1.3 CATIA V5在汽车工业上的应用CATIA是汽车工业的事实标准，是欧洲、北美洲和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。CATIA在自由风格造型、车身和引擎设计等方面具有独到的长处，为各种车辆的设计和制造提供了全面地解决方案，解决方案设计产品、加工和人三个关键因素。CATIA的可伸缩性和并行工作能力可显著缩短产品上市时间，提高产品的竞争力。一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车等各种车辆在CATIA上都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。CATIA在汽车工业领域内的技术是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。3.1.4 CATIA V5版本应用特点：1、重新构造的新一代体系结构为确保CATIA 产品系列的持续发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术