汽车设计2011.doc

某型货车的整体设计沈阳航空航天大学课程设计说明书 课程名称 货车整体设计 专 业 汽车设计与制造 班 级 B742141 学 号 B7421434 学生姓名 郑元龙 指导教师 刘 刚 25目 录摘 要III第1章 汽车形式的选择11.1汽车质量参数的确定11.1.1汽车载客量和装载质量11.1.2质量系数mo11.1.3整车整备质量mo11.1.4汽车总质量ma11.2汽车轮胎的选择21.3驱动形式的选择31.4轴数的选择31.5货车布置形式4第2章 汽车发动机的选择52.1发动机最大功率52.2选择发动机6第3章 汽车主要参数选择83.1汽车主要尺寸的确定83.1.1外廓尺寸83.1.2轴距L83.1.3前轮距B1和后轮距B283.1.4前悬LF和后悬LR93.1.5货车车头长度93.1.6货车车箱尺寸93.2轴荷分配及质心位置的计算10第4章 传动比的计算和选144.1驱动桥主减速器传动比的选择144.2变速器传动比的选择144.2.1变速器头档传动比的选择144.2.2变速器的选择15第5章 动力性能计算165.1驱动平衡计算165.1.1驱动力计算165.1.2行驶阻力计算165.1.3汽车行驶的平衡方程185.2动力特性计算185.2.1动力因数D的计算185.2.2行驶阻力与速度关系195.2.3动力特性图195.2.4加速度倒数曲线205.2.5汽车最大爬坡度计算215.3功率平衡计算215.3.1汽车行驶时，发动机能够发出的功率215.3.2汽车行驶时，所需发动机功率215.3.3驱动平衡图22第6章.汽车燃油经济性计算23第7章 汽车不翻到条件计算257.1汽车满载不纵向翻倒的条件是257.2汽车满载不横向翻倒的条件是257.3汽车的最小转弯直径25参考文献26总 结27摘 要 本次课程设计是设计货车的整体造型.根据所给的最高车速、载重质量和汽车滚动阻力系数，按照设计要求一步步进行设计。本说明书说明了载重量1.0吨的轻型货车的总体设计过程，首先进行确定汽车的形式，其中包括汽车外尺寸的设计，质量参数的确定，轮胎，轴数，驱动形式以及布置形式的选择。再以汽车的最高车速和总质量确定汽车发动机型号。然后参考实际东风天锦中卡外形尺寸并根据资料确定汽车的整体结构，包括车身，车厢，车头的选择。具体有轮距，轴距的确定等。再根据发动机参数，计算汽车的变速器传动比并确定变速器品牌型号。计算汽车的动力特性，包括了驱动力与阻力的平衡，加速度，动力因数，加速时间的计算。然后计算汽车的燃油经济性，计算汽车等速百公里的燃油消耗情况。最后校核汽车的稳定性。完成设计。关键词：短头货车；总布置；传动比；动力性第1章 汽车形式的选择1.1汽车质量参数的确定1.1.1汽车载客量和装载质量汽车载客量：3人汽车的载重量：me=1000kg1.1.2质量系数mo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本车属轻型货车，取mo=0.81.1.3整车整备质量mo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，但没有装货和载人的整车质量。根据公式mo= me/m0可求mo= me/mo=750kg/0.8=940kg1.1.4汽车总质量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计即ma= mo+ me+565kg=940+750+565=2015kg1.2汽车轮胎的选择 经总体布置计算，汽车轮胎所承受的最大静负荷值，应与轮胎额定负荷值接近。两者之比称为轮胎负荷系数，此系数应该控制在0.851.00之间变化，以防止超负荷。超负荷不仅会导致轮胎寿命降低，而且会降低操纵稳定性和行驶安全性。对乘用车，可控制在下属范围的下限；对商用车，为了充分利用轮胎的负荷能力，轮胎负荷系数可控制在接近上限处。前轮的轮胎负荷系数应该低于后轮的。根据GB9744一1997 表可选择轮胎规格：6.50-16LT层级：8胎压：210KPa负载下静半径（mm）：350断面宽（mm）: 200 外直径（mm）:770 1.3驱动形式的选择汽车的驱动形式有很多种。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。增加驱动轮数能够提高汽车的通过能力，驱动轮数越多汽车的结构越复杂，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变困难。所以商用车多采用结构简单、制造成本低的42驱动的形式。所以本车采用42后单胎的驱动形式。1.4轴数的选择现代商用车有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。汽车的总质量和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对汽车的轴数有很大的影响。总质量小于19t吨的商用车一般采用结构简单、成本低廉的两轴方法,当汽车的总质量不超过32t时，一般采用三轴；当汽车的总质量超过32t时，一般采用四轴。所以本车轴数定为两轴。1.5货车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。本车为短头货车，多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。第2章 汽车发动机的选择2.1发动机最大功率 （2-1）式中：最大功率，kw； 传动效率，取0.849；是传动系效率（包括变速器、辅助变速器、传动轴万向节、主减速器的传动效率）分别取95%、95%、98%、96%. 重力加速度，取9.81m/s2； 滚动阻力系数，取0.016；空气阻力系数，取0.8；汽车正面迎风面积，其中为前轮距，为汽车总高，m2， =0.81.7=1.9 m2；汽车总重，kg；汽车最高车速，km/h。根据式（2-1）可得：=kw考虑汽车其它附件的消耗，可以在再此功率的基础上增加1118即在7791.2kw选择发动机2.2选择发动机现把选择的发动机的主要技术参数公布如下：CY4102BZQ节能环保型主要技术参数 型 号：CY4102BZQ节能环保型 形 式：立式直列、水冷、四冲程、废气涡轮增压 气 缸 数：4102118 工作容积：3.856 燃烧室形式：直喷四角型燃烧室 压 缩 比：16.5:1 额定功率/转速：83/2800 最大扭矩/转速：324/1400-1800 标定工况燃烧消耗率：233 全负荷最低燃油消耗率：209 最高空载转速： 3080 怠速稳定转速：650 机油消耗率：1.63 工作顺序：1-3-4-2 噪声限制：112 烟 度：3.0 排放标准： 整机净质量：340 外形参考尺寸：810660813第3章 汽车主要参数选择3.1汽车主要尺寸的确定3.1.1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：510017001700（mm mmmm）3.1.2轴距L 轴距L对整车质量、汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。考虑本车设计要求和根据表2.2推荐，轴距L可选为3000 mm。表2.2各型汽车的轴距和轮距3.1.3前轮距B1和后轮距B2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。考虑本次课设实际要求和根据汽车设计第四版表1-2提供的数据，前轮距B1=1400mm后轮距B2=1400mm。3.1.4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。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置个总成、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。总质量在1.814.0t的货车后悬一般在12002200mm之间。参考SY5030XXYD-A，并根据本车结构特点确定前悬LF：800mm 后悬LR：1300mm。3.1.5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。参考金杯轻卡SY5030XXYD-A载货汽车，本车车头长2000mm3.1.6货车车箱尺寸参考东风天锦中卡DFL1140B-KD5-102-01AJ载货汽车,考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸：3100mm1700mm400mm（长宽高）3.2轴荷分配及质心位置的计算质心确定如下表：表3-2质心位置表（以前轴轴心中点为坐标原点） 质量gi（kg）质心到前轴距离li(m)质心离地高度giligihigihi部件及名称hi（m）(满载)（空载）满载空载发动机及附件3000.30.60.6590180195变速器及离合器壳300.70.650.652119.519.5万向节传动101.60.40.451644.5后轴及后轴制动器7030.380.4121026.628.7后悬架及其减震器4630.380.4113817.4818.86前悬架及其减震器2000.380.4107.68.2前轴前制动器轮毂转向机构5200.380.41019.7621.32车轮及轮胎总成1201.60.3480.419241.7648车架及支架拖钩982.30.50.55225.44953.9蓄电池组132.50.50.5532.56.57.15车箱总成802.80.80.852246468驾驶室400.50.80.85203234挡泥板1530.30.35454.55.25货物7502.80.90.952100675712.5人325111.05325325341.2519693638.91472.71566.13 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所求数据和式（3-1）可求满载：G2=kgG1=2015-1214.5=800.5kgmm前轴荷分配：=39.7后轴荷分配：=60.30.73m空载：512.97kg=940-512.97=427.03kg前轴荷分配: 56.2后轴荷分配：43.8m根据下表得知以上计算基本符合要求表3-3各型汽车轴荷分配b.水平路面上汽车满载行驶时各轴的最大负荷计算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； 行驶时候轴最大负荷，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，该值为0.80.9。 行驶时后轴轴荷转移系数，该值为1.11.2。根据式（2-2）可得:kgkg1.20c.汽车满载制动时各轴的最大负荷按下式计算： （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，1.41.6 制动时后轴轴荷转移系数。0.60.8根据式（2-3）可得：kgkg第4章 传动比的计算和选4.1驱动桥主减速器传动比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： （4-1）式中：汽车5档传动比，暂取0.8；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=11400=1400车轮半径，m。根据式（4-1）可得：4.2变速器传动比的选择4.2.1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，其值应符合下式要求：式中：汽车的最大爬坡度，初选为16.7o。为了满足附着条件，其大小应符合下式规定：式中：后轴负荷，kg； 附着系数。0.6-0.7之间，这里取=0.6。4.2.2变速器的选择根据3.1464.547，可选择变速器为：型号：SC69系列变速器 各档速比:档:3.652档:1.948档:1.424档:1.000档:0.795倒档:3.466最大输入扭矩（N.m）：840 第5章 动力性能计算5.1驱动平衡计算5.1.1驱动力计算汽车的驱动力按下式计算： （5-1）式中：驱动力，N； 发动机转矩，Nm； 车速，km/h。5.1.2行驶阻力计算汽车行驶时，需要克服的行驶阻力为： = (5-2)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： (5-3)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（5-1）及（5-2）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，现列下表：表5-1各档驱动力，速度 T600745815830820805775745700n80010001200140016001800200022002400一档Ft115515.98 19265.68 21075.88 21463.78 21205.18 20817.28 20041.48 19265.68 18101.98 V10.50 13.12 15.74 18.37 20.99 23.62 26.24 28.87 31.49 F阻1116.43 1129.72 1145.96 1165.16 1187.32 1212.42 1240.48 1271.50 1305.46 二档Ft28263.58 10260.61 11224.69 11431.28 11293.56 11086.97 10673.79 10260.61 9640.84 V219.71 24.64 29.56 34.49 39.42 44.34 49.27 54.20 59.13 F阻1176.10 1222.96 1280.24 1347.92 1426.02 1514.53 1613.46 1722.80 1842.55 三档Ft36050.04 7512.14 8217.98 8369.23 8268.39 8117.14 7814.64 7512.14 7058.38 V326.92 33.65 40.38 47.11 53.84 60.57 67.30 74.03 80.76 F阻1248.21 1335.64 1442.48 1568.76 1714.46 1879.59 2064.15 2268.13 2491.54 四档Ft44248.63 5275.38 5771.05 5877.27 5806.46 5700.24 5487.81 5275.38 4956.73 V438.33 47.92 57.50 67.08 76.67 86.25 95.83 105.42 115.00 F阻1407.95 1585.22 1801.88 2057.94 2353.39 2688.24 3062.48 3476.11 3929.14 五档Ft53377.66 4193.93 4587.99 4672.43 4616.13 4531.69 4362.81 4193.93 3940.60 V548.22 60.27 72.33 84.38 96.44 108.49 120.55 132.60 144.65 F阻1591.43 1871.91 2214.72 2619.86 3087.33 3617.13 4209.26 4863.72 5580.50 5.1.3汽车行驶的平衡方程 （5-4）根据表5-1及公式（5-4）可绘出驱动力行驶阻力平衡图 图（5-1）驱动力行驶阻力平衡图5.2动力特性计算5.2.1动力因数D的计算汽车的动力因数按下式计算： （5-5）5.2.2行驶阻力与速度关系 0.0076+0.000056 （5-6）根据式（5-5）及表（5-6）得汽车各档行驶动力因数，现列下表：表5-2各档速度与动力因素T600745815830820805775745700n80010001200140016001800200022002400一档Va110.497 13.121 15.745 18.369 20.993 23.617 26.241 28.865 31.490 D10.255 0.317 0.346 0.352 0.348 0.341 0.328 0.314 0.295 F0.008 0.008 0.008 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 二档va219.709 24.636 29.563 34.490 39.417 44.344 49.272 54.199 59.126 D20.135 0.167 0.182 0.184 0.181 0.176 0.167 0.159 0.146 F0.009 0.009 0.009 0.010 0.010 0.010 0.010 0.011 0.011 三档Va326.919 33.649 40.379 47.109 53.839 60.569 67.299 74.029 80.758 D30.097 0.120 0.130 0.130 0.126 0.121 0.113 0.104 0.093 F0.009 0.009 0.010 0.010 0.011 0.011 0.011 0.012 0.012 四档Va438.333 47.917 57.500 67.083 76.667 86.250 95.833 105.417 115.000 D40.065 0.079 0.083 0.081 0.075 0.068 0.058 0.048 0.035 F0.010 0.010 0.011 0.011 0.012 0.012 0.013 0.014 0.014 五档Va548.218 60.273 72.327 84.382 96.436 108.491 120.545 132.600 144.654 D50.047 0.056 0.057 0.052 0.043 0.033 0.021 0.007 -0.009 F0.010 0.011 0.012 0.012 0.013 0.014 0.014 0.015 0.016 5.2.3动力特性图利用表5-2做出动力特性图图（5-2）动力特性图5.2.4加速度倒数曲线由汽车行驶方程得： （设Fi=0） （5-6）由公式（5-3）可得各档值：表5-3各档回转质量换算系数ig3.6521.9481.4241.0000.7951.716851.239741.151391.11.08160由此可得各档汽车行驶时各档加速度及加速度倒数，列表如下表5-4各档速度与加速度倒数一档v110.497 13.121 15.745 18.369 20.993 23.617 26.241 28.865 31.490 1/a0.739 0.586 0.534 0.524 0.531 0.543 0.566 0.591 0.633 二档v219.709 24.636 29.563 34.490 39.417 44.344 49.272 54.199 59.126 1/a1.084 0.850 0.772 0.762 0.778 0.802 0.848 0.900 0.985 三档v326.919 33.649 40.379 47.109 53.839 60.569 67.299 74.029 80.758 1/a1.485 1.155 1.053 1.049 1.088 1.144 1.240 1.360 1.562 四档v438.333 47.917 57.500 67.083 76.667 86.250 95.833 105.417 115.000 1/a2.399 1.847 1.717 1.784 1.973 2.262 2.810 3.787 6.632 五档v548.218 60.273 72.327 84.382 96.436 108.491 120.545 132.600 144.654 1/a3.751 2.886 2.823 3.264 4.383 7.326 43.638 -10.004 -4.086 由表5-4 可绘出加速度倒数曲线：图（5-3）加速度倒数曲线加速时间约为41.28s5.2.5汽车最大爬坡度计算= （5-7）式中：汽车头档动力因数。由式（5-7）可得：=最大爬坡度为：约为5.3功率平衡计算5.3.1汽车行驶时，发动机能够发出的功率汽车行驶时，发动机能够发出的功率就是发动机使用外特性的功率值。见表（5-1）。5.3.2汽车行驶时，所需发动机功率汽车行驶时，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： （5-8）当汽车在平路上等速行驶时，其值为 （5-9）由公式（5-9）及表（5-3）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下表:表5-5各挡功率n80010001200140016001800200022002400一档Pe13.62 4.57 5.57 6.61 7.69 8.84 10.05 11.33 12.69 V110.50 13.12 15.74 18.37 20.99 23.62 26.24 28.87 31.49 二档Pe25.79 7.53 9.46 11.62 14.05 16.79 19.87 23.34 27.24 V219.71 24.64 29.56 34.49 39.42 44.34 49.27 54.20 59.13 三档Pe38.40 11.24 14.56 18.48 23.08 28.46 34.73 41.98 50.30 V326.92 33.65 40.38 47.11 53.84 60.57 67.30 74.03 80.76 四档Pe413.49 18.99 25.90 34.51 45.11 57.97 73.37 91.61 112.96 V438.33 47.92 57.50 67.08 76.67 86.25 95.83 105.42 115.00 五档Pe519.18 28.21 40.05 55.27 74.43 98.11 126.85 161.23 201.81 V548.22 60.27 72.33 84.38 96.44 108.49 120.55 132.60 144.65 5.3.3驱动平衡图作发动机能够发出的功率与车速之间的关系曲线，并作汽车在平路上等速行驶时所需发动机功率曲线，即得到汽车的功率平衡图图（5-4）功率平衡图第6章.汽车燃油经济性计算在总体设计时，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： （6-1）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，N/L,柴油为7.948.13，其值取8.00； 汽车单位行程燃油消耗量，L/100km； 最高挡车速。发动机万有曲线图： 图（6-1）根据计算公式（6-1）列出燃油消耗率，见下表表（6-1）燃油消耗T80010001200140016001800200022002400最高档（五档