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0014 柴油 动力 货车 设计 总体

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3吨柴油动力货车设计（总体设计）摘 要随着国内轻型载货汽车市场迅速发展,轻型载货汽车是载货汽车发展的一个重要方向。载货汽车市场竞争的加剧,车辆开发过程中对性能控制工作的需求越来越强烈。根据本次设计的车型和技术参数要求及现有的生产技术水平，为降低生产成本，使该车具有良好的燃油经济性，操纵性和结构简单的特点；后桥、转向器、传动轴、差速器和制动器等部件的选择和布置参照了BJ1041轻型载货汽车的相应部件选择和布置设计。文中还对汽车进行了主要部件的运动校核和性能预测，包括转向轮跳动、传动轴跳动、转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核，以及汽车的动力性、燃油经济性、机动性、操纵稳定性、通过性、制动性和平顺性等的预测。一辆汽车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，也取决于总体布置；总体设计水平的高低对汽车的使用性能和产品的生命力起决定性的影响。关键词： 汽车，设计，总布置 ,性能3T DIESEL FUEL POWER DUTY VEHICLE DESIGN (OVERALL DESIGN )ABSTRACT Light-duty vehicle is an important tendency of truck development, tractor-semitrailer are playing an important role in long way transportation. Taking light-duty truck as the target, this dissertation presents contents and methods of a study on performance control at design stage.According the design of the car and the ability of the manufacture technology at the present,in order to deciline the cost of the production anmake sure the car had a better quality and proper price ; The choices and arrangements of rear axle, steering gear, propeller shaft, differential and brake, etc is referred to the related parts on BJ1041 light truck. The movement corrections of key parts and the performance predictions of main components have been fulfilled including steering wheel hop, propeller hop and the mechanical motion correspondency between steering drag link and suspension guiding mechanism, so do the performances of driving, fuel economy, flexibility, steering stability, mobility over unprepared terrain, braking and riding comfort.A car performance depends not only on the merits of the various components of car, but also to a large extent depend on various parts of coordination and mate ，also depends on the overall layout;The high or low levels of design play a decisive impact on vehicle performance and the use of the vitality of products .KEY WORDS：Automobile，Design，Layout，PerformanceII车辆与动力工程学院毕业设计说明书 目 录第一章 前言 1第二章 汽车总体设计 1 2.1 概述 1 2.2 汽车形式的选择 1 2.3 汽车主要参数的选择 5 2.4 发动机的选择 12第三章 汽车的整体布置和各部件的选择 15 3.1 总布置图的绘制 15 3.2 确定车轮中心至车架上表面零线的最小布置距离 17 3.3 汽车各总成的布置要求 19第四章 运动校核 25 4.1 转向轮跳动图 25 4.2 传动轴跳动图 28 4.3 转向拉杆与悬架导向机构协调校核 29第五章 汽车性能参数的计算和确定 31 5.1 动力性参数的计算和确定 31第六章 结论 42参考文献 43致 谢 44车辆与动力工程学院毕业设计说明书第一章 前 言汽车自1886年诞生，至今已有100余年的历史。日前汽车行业以惊人的的速度发展，其数量之多，种类之全，覆盖面之广令人汗颜，它写下了近代人类文明史的重要篇章。随着时代的不断发展，汽车也成了衡量人们生活水平的重要指标之一。现在不仅在生产活动中，在日常生活中人们也逐渐离不开汽车。总之，汽车工业的发展也带动着国民经济不断的发展。汽车作为商品在世界各处都有广阔的市场，又因其生产批量大而给企业带来丰厚的利润。汽车品种的多样性可满足各种生产、生活活动的需求，而且有良好的社会效益。汽车工业的发展，带动了许多相关企业、事业，包括钢铁、石油、橡胶、机床、道路、汽车销售、售后服务、运输、交通管理、金融业、教育、科研等的发展，因而解决了大批人员的就业问题。汽车也是衡量人们生活水平的重要标准之一，购买汽车以及因此而形成的日常消费能促进货币回笼。近百年来，汽车工业之所以常胜不衰，主要得益于市场和科学技术的不断进步，使汽车能逐渐完善并满足使用者的需求。现在不仅在生产活动中，在日常生活中人们也离不开汽车。对于经济发达国家，选择汽车工业作为国民经济的支柱产业是完全正确的。我国的汽车产业也得到了长足的发展，而其中的轿车产业的发展更是突飞猛进。但纵观整个国内的汽车产业的效益却并不令人满意。究其主要原因则是市场没有充分开发。我国的主要国情是城市人口少，而乡村人口多；城市的人均收入较多，而乡村的人均收入较少；城市的人均消费水平较高，而乡村的人均消费水平较低。而现在地汽车（尤其是轿车）销售市场则主要在城市，乡村则极少有人问津。这当然有国家政府的一些原因。但在政府大力提倡“三农”政策以来，则就是企业的市场导向没搞好。他们大多还只是认为汽车是有钱人的享受，而并不是把汽车作为普通人的代步工具，这是完全错误的。故此，本次设计选择了日益火热的面向大众的经济型轿车。面对以上的问题，则首先需要纠正思想，在则运用现今先进实用的一些研究方法来进行系统性、理论性的分析，以求经济、实惠。1车辆与动力工程学院毕业设计说明书第二章 汽车总体设计2.1 概述汽车性能的优劣不仅取决于组成汽车的各部件的性能，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于总体布置；总体设计水平的高低对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起决定性的影响。汽车是一个系统，这是基于汽车只有如下属性而具备组成系统的条件： 汽车是由多个要素（子系统及连接零件）组成的整体，每个要素对整体的行为有影响； 组成汽车的各要素对整体行为的影响不是独立的； 汽车的行为不是组成它的任何要素所能具有的。由此，汽车具备系统的属性，对环境表现出整体性、一辆子系统属性匹配协调的汽车所具备的功能大于组成它的各子系统功能纯粹的、简单的总和、反之，如果子系统的属性因无序而相互干扰，即便是个体性能优良的子系统，其功能也会因相互扼制而抵消，功率循环、轴转向等就是这样的典型例子。系统论所揭示的系统整体性和系统功能的等级性必然会映像到设计任务中来、用整体性来解释汽车设计的终极目标是整车性能的综合优化，道理是十分显然的、汽车设计任务的等级形态表现为：上位设计任务是确定下位设计任务要实现的目标，下位设计是实现上位设计功能的手段、上、下位体系可从总体设计逐级分至零件设计，总体设计无疑处于这种体系的最上位，设计子系统的全部活动必须在总体设计构建的框架内进行、子系统设计固然重要，但统揽全局、设计子系统组合和相互作用体系规则的总体设计对汽车的性能和质量的影响更加广泛、更为深刻。2.2 汽车型式的选择汽车型式一般包括：驱动型式、布置型式、及车身型式。汽车的型式对汽车的使用性能，外形尺寸、重量、轴荷分配和制造成本等方面影响很大。2.2.1 、 轴数和驱动形式 不同类型的汽车有不同的轴数和驱动型式，这主要根据使用条件、用途、工厂的生产条件、制造成本及公路的轴荷限值等因素进行选择。我国公路干线和桥梁所允许的双轴汽车后轴的单轴负荷不超过130KN，前轴的允许负荷不超过60KN，各个国家的法规不一样，但相同的是后轴负荷大多在100-130KN之间。双轴汽车总重量一般不超过180190KN。结合以上的叙述，对于本次设计的3吨柴油动力货车，选用两轴即可。汽车最常用的布置形式是两轴、后驱动42式汽车，其中轿车还可以采用42前驱动式结构。对于一般总重小于 19t的汽车，都采用42后驱动的布置型式，因为这种汽车结构简单、布置合理、机动性好、成本低、适合于公路使用，是种典型的、成熟的结构型式。 随着汽车载重量的增加，各相关总成也要相应的加大，汽车的自重也要增加，这样会造成42式的汽车单轴的负荷增加，以至于超过公路、桥梁所规定的承载限值(公路允许单轴负荷为13t，双后轴负荷为24t)。为解决此矛盾，一般采用增加汽车轴数的办法来减少单轴的负荷，如从42变成62、64、84，如果想增加驱动能力，提高越野通过性能，可以采用44、66、88等增加前驱动型式的结构，同时也可提高载重量。采用增加轴数的办法，可以提高载重量而不增加单轴负荷，同时还不会增加车箱底板的离地高度，提高通用化、系列化水平，便于生产、降低生产成本等。所以汽车厂家多年来一直都采用这种办法变型出更多品种的汽车。 对于一般轻型的货车经常在良好的公路上行驶，与动力性要求相比对通过性的要求较低些，所以3吨的轻型货车采用42后轮驱动比较好。2.2.2 、车头、驾驶室的型式车头、驾驶室的型式是汽车的最主要的型式之一。其选择主要决定于用户的要求、安全性、维修保养的方便性和生产条件等因素。车头的型式如长头、短头、平头等都各有其优缺点。车头、驾驶室与发动机，前轴的布置位置，也可组成不同的布置结构，形成不同风格的整车外形，使轴荷分配、轴距、转弯直径等发生变化。对使用、性能也有一定的影响。 平头式货车的发动机位于驾驶室内短头式货车的发动机大部分位于驾驶室前部，小部分位于驾驶室内长头式货车的发动机位于驾驶室的前部（下为长头和平头车的简图）图2-1驶室与发动机，前轴的布置位置通过查找数据、参照当今市场上现存货车的布置形式以及从燃油经济性考虑，最后经过和同组同学们商量确定采用平头式。平头式货车主要的优点叙述如下： 1、汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯半径小、机动性能好； 2、不需要发动机罩和翼子板，加之总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减小； 3、驾驶员视野得到明显改善； 4、采用翻转式驾驶室能改善发动机及其附件的接近性； 5、汽车的货箱与整车的俯视面积之比称为面积利用率，平头式货车的该项指标比较高。2.2.3、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(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响。 轮胎所承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比，称为轮胎负荷系数。大多数汽车的轮胎负荷系数取为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，故它们的轮胎负荷系数应接近下限；对在各种路面上行驶的货车，其轮胎不应超载。在良好路面上行驶且车速不高的货车，其轮胎负荷系数可取上限甚至达1.1。超载会使轮胎早期磨损，甚至发生胎面剥落及爆胎等事故。试验表明：轮胎超载20时，其寿命将下降30左右。为了提高汽车的动力因子、降低汽车及其质心的高度、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。参考同类车型，选择轮胎参数如下：表 21 选用轮胎的参数 轮胎规格（采用纵向花纹）8.2516标准轮辋6.50G允许使用轮辋6.00G轮胎断面宽度240mm轮胎外直径860mm内胎双层厚度不小于3.5mm垫带：最小展平宽度180mm中部厚度不小于4.0mm边缘厚度不大于1.5mm气门嘴型号TZ78 2.3 汽车主要参数的选择 汽车主要参数包括：外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车头长度和货箱尺寸等。参考同类车型，确定设计车型的主要参数：1.3.1 汽车主要外廓尺寸的确定一、 外廓尺寸 货车总长 La=L+LF+LR ( mm ) La=3650+1015+1795=6460mm 货车总宽 Ba=1880mm 货车总高 Ha=2220mm；二、 轴距 轴距L对整备质量、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。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。在整车选型初期,可根据要求及驾驶室布置尺寸初步确定轴距:式中， LH货箱长度可根据汽车的装载质量、载货长度来确定，或参考同类型、同装载量汽车的货厢长度和装载面积来初步确定；LJ前轮中心至驾驶室后壁的距离它与布置方案选择有关，在该布置方案选定后，可通过对驾驶室、发动机和前轴的初步布置或参考同型、同类布置的汽车的这一尺寸初步确定； S驾驶室与货厢之间的间隙，一般取50100mm；LR后悬尺寸，可根据道路条件或参考同类型汽车初步确定。参考同类车型及各类汽车的轴距表（汽车设计表2-2） 取： L=3650 mm 三、 前轮距和后轮距 汽车轮距对车厢或驾驶室内宽度、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素有影响，并且受总车最大宽度不大于2.5m限制，在设计的过程中要保证前轮距有足够的转弯空间，保证发动机、车架、悬架等附属机构能布置下。参考同类车型取 前轮距 B1=1385mm 后轮距 B2=1425mm四、前悬和后悬 前后悬的长度影响汽车的接近角和离去角，及汽车的通过性。确定设计车型的该参数为： 前悬 LF=1015mm 后悬 LR=1079mm 图2.2 汽车的主要参数2.3.2 汽车质量参数的确定 汽车质量参数包括：整车整备质量m0、载客质量、装在质量、汽车总质量ma、轴荷分配等。一、水平静止时的轴荷分配及重心位置计算 在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数(包括：空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。各总成品质，可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记。 表 22 汽车各总成名称、质量及重心位置估计总成或部件名称重量g(kg)重心距前轴L(m)重心距地面h(m)g.L(kgm)g.h(kgm)发动机及附件4200.230.6896.6285.6离合器及操纵机构870.50.5343.546.11传动轴3620.57218变速器机离合器壳1201.10.513260后桥、轮毂及后制动器3603.60.431296154.8车价及支架36021720360前轴、轮毂、转向梯形及前制动189-0.050.43-9.4581.27前悬及减震器6000.5030后悬即减震器1353.50.55472.574.25后轮及轮胎总成3002.410.43723129拖钩装置365.451196.236转向器、纵拉杆及固定件36-10.7-3625.2手制动器及操纵机构211.50.531.510.5制动系驱动机构181.20.521.69油箱及油管271.90.651.316.2消音器及排气管124.20.450.44.8水箱及软管39-0.20.8-7.831.2蓄电池组572.30.57131.132.49仪表及其固定零件12-0.91.5-10.818货箱30031.2900360驾驶室150-0.51.5-75225挡泥板等30-3.50.8-10524水、机油、燃料及装备1950.80.7156136.5货物30002.81.284003600水平静止时重心位置及轴荷计算主要计算的是重心距前轴的距离a和距离的面的高度h 按力矩平衡原理得出下式： g1.l1+g2.l2+g3.l3+ =G2. G1L （2-1） g1h1+g2h2+g3h3+=G总h重 （2-2）式中：g1、g2、g3各总成品质（kg） l1、l2、l3各总成重心距前轴距离（m） h1、h2、h3各总成重心距地面高度（m） G2后轴负荷（kg） G总汽车总重（kg） h重汽车重心高度(m)又有 g1. 1+g2. +g3. + =G总 （2-3） G1+G2=G总 G1前轴负荷(kg) （2-4） G1L= G总b （2-5） G2L= G总a （2-6）a重心距前轴的距离（m） b重心距后轴的距离(m)按上式计算可得空载时：G2=1328.67kgG1=3000- G2=1671.33kgh重=0.723（m）a=2.033(m) b=1.617(m) 满载时： G2=3630kgG1=6000- G2=2370kgh重=0.961(m)a=2.208(m)b=1.152(m)表23 汽车质心位置空载满载重心距前轴a(m)2.0332.2082重心距后轴b(m)1.6171.4418重心高度h(m)0.7230.961表24 汽车的轴荷分配计算结果 空载满载前轴后轴前轴后轴55.70%44.30%36.80%63.20%汽车的左右负荷分配一般不用计算，但应在总布置时加以考虑，尽量使左右负荷相等。二、汽车行驶中的轴荷分配计算汽车行驶中各轴的负荷随着道路的条件和行驶工况的改变而改变。负荷的这种改变影响到多部件的设计，因此，好对行驶中的轴荷分配加以计算。一般只需计算汽车满载在水平路面行驶及制动时的轴荷改变；对于后轮驱动的汽车满载行驶时各轴的最大负荷按下式计算： （2-7） （2-8）式中： a、b重心距前轴和后轴的距离（m） 附着系数 Z1行驶时的前轴负荷（kg） Z2行驶时的后轴负荷（kg）将数据带入得：Z1=1688.98kgZ2=4311.02kg所以可得轴荷转移系数：(2-9) (2-10)制动时各轴的最大负荷按下式计算： (2-11) (2-12)将数据带入得：Z制1=3317.84kgZ制2=2682.16kg制动时的轴荷转移系： (2-13) (2-14)通过以上计算可得轴荷转移均满足要求。 三、汽车稳定性的计算1、保证汽车不纵向翻到的条件是 (2-15)所以满足2、保证汽车不横向翻倒和转弯不侧向翻倒的条件是： (2-16)所以满足要求3、最小转弯半径 Rmin Rmin5.5 m 表25 整车的主要参数 项目参数外形尺寸(mm)646022002100轴距(mm)3650前/后轮距(mm)1385/1425前/后悬(mm)1015/1795整备品质m0(kg)3000最大总质量(kg)6000接近角/离去角()/最高车速(km/h)95乘员数(人）2最小转弯半径(m)5.5最小离地间隙(mm)240发动机型号CY4D43T最大功率(kw/r/min)88/3200最大扭矩Nm/r/min)340/18002.4 发动机的选择发动机选型的依据因素很多，如汽车的类型、用途、使用条件、总布置型式、总质量及动力性指针、经济性要求、材料和燃料资源、排气污染和噪声方面的法规限制、已有的发动机系列及其技术指针水平、技术发展趋势、生产条件与制造成本、市场预测情况以及将来的配件供应及维修条件等，通常要经过多种方案的比较甚至通过先行的试验研究才能选定一个好的方案。2.4.1发动机基本形式的选择至今世界上绝大多数的汽车都是采用往复活塞式内燃机，其中绝大多数的轿车采用汽油机，而几乎全部的重型货车、绝大多数的中型货车和相当一部分轻型货车则采用柴油机。在汽车发动机基本型式的选择中首先应确定的是采用汽油机还是柴油机，其次是气缸的排列型式和发动机的冷却方式。结合汽车的动力性及最高车速；对于3吨的轻型货车，发动机选取水冷、4缸直列、涡轮增压的柴油发动机。2.4.2主要性能指针的选择一、发动机最大功率Pe max发动机功率愈大则汽车的动力性愈好，但功率过大会使发动机功率利用率降低，燃料经济性下降，动力传动系的质量也要加大。因此，应合理地选择发动机功率。设计初可参考同类型、同级别且动力性相近的汽车的比功率进行Pe max的估算或选取。Pe man亦可根据所要求的最高车速Ue max。按下式计算出: (2-17)式中：_发动机最大功率，kW；传动系的传动效率，对单级主减速器驱动桥的4 2式汽车取0.9；汽车总质量，kg；重力加速度，ms2；滚动阻力系数，对载货汽车取0.02， 最高车速，kmh；CD空气阻力系数，轿车取0.40.6，客车取0.60.7，货车取0.81.0A汽车正面投影面积，若无测量资料，可按前轮距B1、汽车总高H、汽车总宽B等尺寸近似计算： 对载货汽车 AB1 H。 按上式求出的Pe max应为发动机在装有全部附件下测定时得到的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1220 将数据带入得 根据所得的功率选取发动机 型号 CY4D43T 最大功率 Pemax=88kw 对应的转速 np=3200r/min二、 发动机最大转矩Te max当发动机最大功率和其相应转速确定后，可用下式确定发动机的最大扭矩。 (2-18)式中：发动机最大扭矩，Nm；扭矩适应性系数；即，柴油机；值的大小，标志着行驶阻力增加时，发动机沿外特性曲线自动增加扭矩的能力。的大小可参考同类样机的数值进行选取。取=1.2为最大功率点的扭矩，Nm；最大功率点转速，rmin。 将所选发动机的参数带入验证发动机的转矩： 所选发动机的转矩为 Te max=340Nm 所以能够满足要求。 选择发动机的型式及参数为：表 2-6 发动机的主要技术参数型号CY4D43T形式废气涡轮增压汽缸数-缸径行程(mm)4-112110工作容积 (L)4.334燃烧室形式直喷圆形缩口燃烧室压缩比181额定功率/转速（kw/r/min)88/3200最大扭矩/转速（Nm/r/min)340/1800工作顺序1-3-2-4机油消耗率(g/kwh)115烟度3.0排放标准达欧I标准外形尺寸 长宽高（mm)1121.5663788第三章 汽车的整体布置和各部件的选择3.1 总布置图的绘制在总成进行方案布置和设计计算的同时，要进行整车总体布置的有关计算(参数确定和性能计算)工作，并要在整车方案布置草图及各总成匹配布置的基础上正式绘制和布置整车总布置图。 整车总布置图包括侧视图、俯视图、前视图和必要的断面布置图、局部布置图。 在绘制整车总布置图的过程中，要随时配合、调整和确认其各总成的外廓尺寸、结构、布置型式、连接方式、各总成之间的相互关系、操纵机构的布置要求，悬置的结构与布置要求、管线路的布置与固定、装调的方便性等。 整车布置应从车型系列化角度出发，减少基础布置的变动，并可变型出多种车型，以适应大量生产和用户不同的使用要求，从而可以降低成本，提高可靠性。 在布置某一新车型时，在图面上同时考虑短轴距的42、64的自卸和牵引车的底盘布置要求，同时还考虑轴距加长后的几种变型车的布置关系，如油箱、备胎、贮气筒、电瓶、取力位置及方式、排气系统、进气系统、传动轴夹角的变化、悬架和车箱的系列化设计等。这虽然增加了不少工作量，但对车型的系列化发展及生产组织、管理会带来巨大的好处。3.1.1、整车布置的基准线零线的确定汽车在满载状态下，确定整车的零线(三维坐标面的交线)、正负方向及标注方式。 (1)整车在满载状态、车头向左来确定整车的坐标线。 X坐标线：通过左右前轮中心的铅垂面，在侧视和俯视图上的投影线即为X坐标线，前为、后为“+”，该线标记为。 Z坐标线：取车架纵梁上翼面上较长的一段平面，或承载式车身中部底板的下表面，并与水平面平行时，该面在前视和侧视图上的投影线即为Z坐标线，上为“+”、下为“-”，标记为。 y坐标线：通过汽车纵向中心线的铅垂面，在前视和俯视图上的投影线为了坐标线，前视图中右侧为“+”、右侧为“-”，标记为。 (2)在新车设计时，整车的坐标线确定后，车身(车头、驾驶室)、车架的坐标线也确定了，三者是统一的。上述的、三条线，统称为三个方向的零线。 在绘制总布置图时，先确定零线的位置。一般是从侧视图上开始，根据整车的前悬及车架上表面至地面的高度，确定X和Z坐标线的交点，然后通过该点画一水平线和一垂直线，分别代表和。俯视图和前视图坐标线的画法可照此法处理，但须保证X、Y、Z三个坐标线互相垂直。地面线可暂时不画，待前、后轮中心至车架上表面距离确定后，再以前、后轮中心为圆心，以车轮静力半径为半径，分别画两个圆弧，则两圆弧的切线即为地干线。图3.1 整车总布置图坐标系3.2 确定车轮中心至车架上表面零线的最小布置距离3.2.1、后轮中心至车架上表面零线的距离在前轮不驱动，仅后轮驱动的汽车上，前、后车轮中心至车架上表面零线的最小布置距离取决于后驱动桥处在满载状态下的布置尺寸。参见图2.2，图中车架纵粱上表面与整车零线重合时，后轮中心至车架上表面零线的距离为a+b+c。其中a为车架纵梁在后桥中心断面处的断面高度。b为满载时后桥壳至车架最大跳动距离。对于中、重型货车一般取95mm110mm。c为后桥壳中心至与车架下表面相碰时的桥壳上表面的距离。下表面相碰时的桥壳上表面的距离。图3.2 后轮中心至车架上表面零线的距离3.2.2 前轮中心至车架上表面零线的距离前轮中心至车架上表面零线的距离，一般均小于后轮中心至零线的距离，这样可以保证车架上表面在满载状态下与地面有一前低后高的夹角，使汽车在行驶时货物不会向后移。前轮中心至车架上表面零线的距离所以能小于后轮处，就因为前轴允许有一落差值，车架前端可以向下倾斜，以便满足布置上的要求。见图2.3，其中为前轮中心至车架上表面零线的距离，c为满载时前轮最大跳动量，对于中、重型货车，其值为95mm105mm左右，d为板簧总成的最大厚度，e为前轴落差值，即转向节中心至簧座上表面距离。前轮中心至零线的距离a=b+c+d-e。一般载货汽车的角取0.30.7。轿车多取0。图3.3 前轮中心至车架上表面零线的距离3.3 汽车各总成的布置要求3.3.1 发动机及传动系的布置根据总布置草图中所确定的发动机、前轴及前轮的相互位置关系、发动机总成、散热器总成、车头驾驶室总成的外形图，一起在总布置图中进行细化、准确定位，最后确定其坐标位置。 布置时要注意以下几点： 油底壳与前轴的最小跳动距离； 油底壳与横拉杆的间隙，除前轴垂直跳动量外，还要考虑制动时由于前簧的S变形而造成前轴向前有一转角(约34)所要求的额外间隙。特别是前驱动桥的传动轴与油底壳或附近的横梁等零件的间隙也应如此。散热器与风扇的位置关系。一般风扇至散热器芯部表面至少留40mm以上的间隙。风扇中心与散热器芯部中心可以对齐，或者高于芯部中心，但风扇不要超过上水室下边，这样的布置冷却效果差； 曲轴中心线与车架上表面零线，有一前高后低的夹角(约25)，一般取3左右。目的是能使汽车在满载状态时，传动系的轴线互相之间夹角最小，甚至从前至后成为一条直线，以提高万向节的传动效率和减少磨损；满载时传动轴的正常夹角在4以下最好，希望不超过8。越野车的传动夹角可达11多。有条件时，驱动桥自身可以倾斜一个角度，以便满足传动轴的等角速运转，或减小传动轴的夹角；单根传动轴不易过长，必要时可加中间支承，变成两根或多根传动轴传动。3.3.2车头、驾驶室的布置在发动机与车架、前轴、前轮布置关系确定后，即可布置车头、驾驶室，在总成设计阶段，对其关系进行协调。因此在这仅对其相互位置关系进行最后布置上的确认和坐标、尺寸的确定。3.3.3 传动轴的布置当发动机、离合器及变速器这一动力传动总成和后驱动桥的位置确定后，则可布置万向节与传动轴。下图给出了一根传动轴两端装有万向节这种最简单的万向节传动的两种布置应使万向节传动两端的夹角尽量相等，其数值在汽车满载静止时不应大于4，最大应超过7。有些车为了尽量降低传动轴的高度，切万向节叉轴线夹角不超过允许，要用图中(a)所示的U型布置方案来满足这一要求。然而当载荷变动使后驱动桥离开设计位置时，U型布置传动轴的前后万向节叉的轴线夹角的差值将增大而破坏等速条件，这也是引起传动系振动的原因，应采取专门的措施，例如，选择适宜的后悬架导向装置的几何参数，采用非对称板簧，采用等速万向节等。万向节传动轴与地板之间的间隙可取1015mm。图3.4 万向节传动的两种布置方案 （a)U型布置；(b)Z型布置3.3.4 悬架的布置以载货车的板簧为主，介绍布置上的要求。前板簧的布置要保证主销后倾角的要求，同时这种前高后低的布置也有利于产生不足转向。板簧的支架应尽量减少悬臂的长度，以求在较小尺寸和质量的前提下，获得较大的强度和刚度。后板簧的布置应做到前低后高，亦可获得不足转向。特别是高速轿车、轻型客车及吉普车等一定要考虑。对于载货车，可能因结构原因而造成布置上难度较大，则可较少考虑。减振器应尽量布置成垂直状态，以最大限度地利用其有效行程和减少偏差。若空间不允许，也可斜置。布置时应注意下支点的离地高度，后减振器的上支点不应高出车架上表面太高(不应超过80mm)，以免影响改装车的装配和布置。注意减振器上下行程的分配，不能发生上下顶死现象。前悬架采用独立悬架时，要注意导向机构的运动对前轮定位角、轮距变化的影响及布置上的抗点头角的作用，拆装油底壳的方便性等。3.3.5 车架总成外形及其横梁的布置先确定车架纵梁的断面高度，参考同类样车的车架最大断面高度，决定车架的最大断面高度。车架纵粱的外形，对于一般载货汽车来讲，前后轴之间的车架纵梁的断面高度为最大值，而在前、后轴附近及前、后端的断面高度均可变小，大多数车的前轴和后桥中心都处在车架纵粱断面高度变化的过渡区内。车架前部的变断面，除要保证足够的强度和刚度外，形状的变化及选择，要考虑布置上的需要和冲压的工艺性，如前簧的布置，主销后倾角度、前轮的跳动量、发动机和散热器等的悬置结构和处理是否理想、车头或驾驶室悬置的布置等，最后进行综合平衡后再确定车架前部外形尺寸和断面高度。车架总成外宽的确定：不同的车型、不同的厂家，所选的车架总成外宽不一样，虽然国家制订了车架外宽的标准，但目前国内没有达到统一。对车架总成的外宽，其前、中、后部不等，主要取决于布置上的需要。前部外宽取决于发动机的外宽及悬置结构的布置、散热器的尺寸及悬置、前轮距、前轮胎的型号及车轮最大转角、转向纵拉杆和减振器的布置、前悬架的结构型式和布置位置等因素。后部车架的外宽取决于后悬架的结构、尺寸、布置及后轮胎(特别是双胎)的型号、布置尺寸、整车外宽(不允许超过2.5m)。车架中部的外宽主要考虑国家标准的规定，及前、后部宽度的差值的大小和过渡区的工艺性等，尽量采用前、中、后部等外宽的车架，这样工艺性比较好，质量容易保证。车架总成的横梁布置应均匀、结构合理，在胶板上有总成固定支架的地方(即力的作用点)，应布置横梁，以便减少纵梁腹板的侧弯。悬架支架、发动机悬置、油箱、电瓶、驾驶室悬置等处都应考虑布置横梁。3.3.6 转向系的布置转向系统的布置，主要是保证驾驶员操纵轻便、舒适，并使汽车具有较高的机动性和灵敏度，转弯时减少车轮的侧滑，减轻转向盘上的反冲力和有自动回正作用。转向系布置的关键要保证转向传动装置及拉杆系统有足够的刚度和较小的传动比变化量。 转向机及转向柱的固定要牢靠，角度及转向盘的高度位置应保证驾驶员操作灵便，手臂没有被架高的感觉，抬腿蹬踏板时不碰转向盘。拉杆必须有足够的刚度，特别是弯拉杆，要保证没有弹性变形。在前轮左右最大转角区间内，各节点不能出现发卡，磨擦现象，拉杆之间不能出现死角，在转向过程当中传动比的变化应尽量小。在系列车型设计当中，由于轴距的变化会影响梯形底角的变化，在实际生产中，这种细小的变动很难处理，管理上容易出现误装或错装，生产也不好安排，为此就应在设计时回避这一误区。转向梯形的确定，以系列车型中，产量最大的、或轴距居中的车型、亦可两者兼顾后决定以某一车型为基础设计其转向梯形，其它车型直接乘用，这样便于组织生产和发展变型车；对使用影响也不大。在纵置板簧的布置中，转向垂臂的球头中心应与板簧的跳动中心重合或接近，上节臂的球头中心应与主片的高度相差，这样可以减少车轮跳动时的干涉量，紧急制动时的干涉跑偏问题。转向盘的高度、转向柱的角度固定方式等要与驾驶室、脚踏板及座椅的布置共同考虑。3.3.7 制动系统的布置国家标准中规定：汽车上应配有行车制动系统、驻车制动系统、应急制动功能，三者可以独立、亦可互相联系，当某二者失灵，另一系统仍具有应急的制动功能。应急制动的操作必须方便可靠，它可与行车制动或驻车制动的操纵机构结合，但三者不能合在一起。对于驻车制动，要求它必须通过机械装置把工作部件锁止，解除也应方便可靠。行车制动必须采用双回路或多回路系统，当部分管路失效后，其余部分仍有至少30的制动效能。整车设计人员要与总成设计人员共同商定，选择行车和驻车制动器的方案、制动操纵方式及驱动机构的型式、结构和布置。一般轻型货车上均采用液压制动系统。两种不同的驱动机构要求制动器的布置、整车制动系统的配置、操纵机构的型式和结构等也各不相同，所以对制动系统的方案选择和进行合理的布置是非常关键的。3.3.8 进、排气系统的布置进气与排气系统方案的选择及布置的合理性，对整车的性能、可靠性、排放和振动噪声等有影响。空气滤清器及进气管路是保证发动机得到充足和清洁空气的通道，所以吸气口要放在空气畅通、清洁、灰尘少的部位，管道长度应尽量短，以便减少阻力。空气滤清器的容量要足够，特别在风沙、灰土大的地区，要加大空气滤清器的容量，以增加滤清效果，减少发动机的磨损和保证其正常地工作。一般平头车的空气滤清器都放在车头的外面，有的从驾驶室背后竖起一个烟囱式的通气管道，吸气口在上端朝下或朝外。有的平头车的进气管道放在了乘客侧的车门和风窗玻璃的交接缝处，虽然不美观，但对性能有益。排气系的布置要保证发动机排气畅通，阻力小，同时要尽量减少噪声和振动，排气口要朝左或右，不许朝向人行道。排气管道的布置与油箱的距离应大于300mm，尽可能把它们布置在底盘的不同侧，若布置不开时，中间可加隔热板。排气管道的任何部位(除排气尾管的排气口外)都不允许发生漏气现象，以防止产生振动的噪声。消声器进气管应尽量与动力总成固定在一起，以减少振动干涉。排气系统在整车上要用软垫进行支承和固定，以减少管道各接口处的振动和干涉。在布置消声器时，注意离地间隙大小，不应影响通过性。3.3.9操纵系统的布置转向盘和转向柱的布置前面已经论述，这里仅对踏板(离合器、制动、油门)装置、变速操纵，驻车制动装置等进行论述。所有踏板和操纵手柄位置都应按人体工程学的要求进行布置，有条件的情况下可以在1:1的内模型中进行布置。要求所有的操纵机构都要有足够的刚度，运动件的连接处配合间隙要合理，尽量减小自由间隙，运动件不能出现发卡和干涉现象，确保操纵动作的灵活与准确。特别是变速操纵机构，使用频繁、要求轻便、自由间隙小、不仅要求操纵机构本身刚度好，而且要求用来固定操纵机构的基体件的刚度也要好，这样才能保证在换檔操作过程中灵活、准确、手感强。3.3.10 车箱的布置根据车型所确定的载重量、用户对车箱长度的要求、整车的外廓尺寸、车箱底板是否允许有车轮鼓包、货物的情况等，合理地选择车箱的内部尺寸，但必须要保证符合公司内部所确定的车箱内部尺寸系列，不应随意变动，这样可以便于组织生产和变型，有利于系列化和通用化。车箱前板及保险架离驾驶室后围或相关部件的间隙应不小于40mm。保险架的高度应超出驾驶室顶部70mmlOOmm。车箱纵、横梁布置要合理，保证自身有足够的强度和刚度，使车箱底板在长期承载使用状态下，不会产生永久变形。车箱纵梁的后端允许超出车架尾端不大于200mm，以便减轻车架的质量。 第四章 运 动 校 核4.1 转向轮跳动图目前，国内的载货汽车大多数采用非独立悬架的结构，应对其进行运动校核。采用非独立悬架的前桥(轴)相对于车架、车身上下跳动，其跳动受悬架和纵拉杆的限制。在进行运动校核时，首先要确定前桥的跳动极限位置，一侧车轮在平地上或过坑而暂时悬空，而另一侧车轮遇到路面凸起，使前轴倾斜。但是在具体作法上，目前不统。有的以一侧车轮上跳到钢板弹簧盖板与车架下翼面接触(即铁碰铁)时的位置作为最高位置。此时假设缓冲块已丢失；有的假定橡胶缓冲块被压缩或为车轮上跳的最高位置。平头驾驶室结构的车型，发动机的油底壳一般布置在前轴上方，前轴、横拉杆和油底壳也有相对运动。一般情况下，非独立悬架的轻型车前桥的动行程，即前桥满载位置到缓冲块压缩时为80左右，那么静止满载时前轴、横拉杆和油底壳的间隙应不小于90。按下列方法步骤绘制前轮跳动图:画出汽车满载静止时车架、前轴钢板弹簧、轮胎等有关部件的三个视图；根据车轮内外最大转角，作出满载状态的外轮廓线，然后投影到侧视图上；确定前轴斜跳的回转中心为点，该点是处在左、右钢板弹簧主体厚度中点的联在线，且与汽车对称中点线偏离一个距离(偏向压得较紧的弹簧一侧)。根据第一汽车集团公司CAl0B汽车试验结果，偏距为前钢板弹簧中心距的15。然而其比例关系不一定适合每个车型，在缺乏试验数据的情况下，可近似地把汽车对称中心和板簧主片厚度中心联线的交点作为跳动中心。以为圆心，以点到前轴中心线的垂直距离为半径画个圆弧，按确定的前轴对车架的侧角做一直线(D线)与该圆弧相切。则此切线为斜跳后的前轴中心线。在这条在线的上面画出上跳后轮胎形状，并将外轮廓线投影到其余视图上。选取不同断面，用上述方法作图，就可以得到较完整的车轮跳动图。有了跳动图，就可以判断转向轮与相邻的零部件是否会发生干涉，从而更好地确定它们的位置和形状。另外还要考虑必要的间隙(如胎面需装防滑链等)。采用作图的方法进行校核。为了简化作图时不考虑主销内倾和后倾，即假定主销垂直于地面。作图时首先画出俯视图,即画出转向轮绕主销中心O点向左和向右转的极限位置。分别在不同的截面画出车轮的外包络线，然后使车轮上跳，即可得到车轮既转又跳的外包络线。因此可近似认为车轮上跳为一种平动。采用非独立悬架时转向轮跳动图如图4.1。图4.1采用非独立悬架时转向轮跳动4.2 传动轴跳动图目的：(1)确定传动轴上下跳动的极限位置及最大摆角；(2)确定空载时万向节传动的夹角；(3)确定传动轴长度的变化量(伸缩量)，设计时应保证传动轴长度最大时花键与轴不致脱开，而在长度小时不致顶死；(4)校核后轮和车箱横梁和车箱地板的间隙。 画法：随悬架型式而异。现就以货车上最常用的钢板弹簧悬架为例说明其画法.首先，画出汽车满载时车架、后钢板弹簧、后桥壳和传动轴的位置，对于一端固定的对称的钢板弹簧，可以足够准确认为：(1)弹簧主片中部与桥壳夹紧的一段及后桥壳在车轮上下跳动时作平移运动。(2)弹簧主片中点(主片厚度平均线的中点)A的轨迹为一圆弧，其圆心点的位置在纵向与卷耳中心C相距 (为卷耳中心至前U型螺栓中心的距离)。在高度上与卷耳中心相距，由于后轮随着弹簧中部作平移运动，故后万向节中心B与主片中心A的联线也是作平移运动，因此，直线可看成平行四边形机构上的一条边，作出这个平行四边形，即可求出了B点的回转中心。为此，在图上画出A点的跳动中心，连接A和AB两条直线，从B点作A的并行线，从点作AB的并行线，交于点，此点即为所求的后万向节中心B的旋转中心。以为圆心，B为半径画圆弧，此圆弧为B点的运动轨迹。过B点作车架的垂直线，在线上分别取BF等于挠度，等于静挠度，以及等于反跳挠度 (这相当于车轮遇坑下落到弹簧超过自由状态的情况)，过、和点作平行于车架的线段与B点的运动轨迹交于、和三点，这三点分别相应于悬架压紧(缓冲块被压紧)、自由和反跳三种状态下万向节中心的位置。连接、和即得相应工况传动轴的位置。其中DE为传动轴上跳的极限位置，和相当于下跳的极限位置(视道路条件而定)，和为传动轴的最大摆角。此角度以不超过40为宜(每边20)，传动轴的最大长度等于和，其最短长度为和中较短的一个。汽车空载时的传动轴位置和夹角可用类似的方法求得。图4.2 汽车传动轴跳动图 4.3 转向拉杆与悬架导向机构运动协调校核目的：检查转向拉杆与悬架导向机构的运动是否协调，以及校核转向传动的零件在转向和悬架变形时是否会与其它零件相碰。前悬架采用钢板弹簧的情况下，当前轮相对车身上、下振动时，转向节臂与纵拉杆相连的铰接点(球销中心)一方面要随着前轮沿着弹簧主片所决定的轨迹运动，同时又要绕着纵拉杆另一端摆动。如果这两运动轨迹偏差较大，则会引起前轮摆振和反向冲击。因此，要求转向摇臂下端的，点尽量与转向节臂的球销中心的摆动中心点接近，点位置取决于弹簧主片中点C的摆动中心。根据试验研究，C点的轨迹近似于一段弧，其圆心的位置与弹簧固定端的卷耳中心相距在高度上相距e/2，取图上点(L1和L2为钢板弹簧前半段后半段的有效长度，e为卷耳内孔半径)，由于C点与点在空间作同一运动，其联线作平移运动，故找到了C点的摆动中心后，即可按平行四边形机构原理，作平行四边形C找出找出点，由于点是在弹簧固定端一侧，故现在国内所有厂家生产的轻型车(干头)的转向机构都布置在弹簧固定端附近。图4.3悬架与转向的运动校核图悬架与转向的运动校核步骤:以转向节臂球销中心的摆动中心为中心，以为半径画出圆弧，再以转向器摇臂下端为圆心，为半径作圆弧。过A点作主片卷耳联线的垂直线，并以点向上截取距离为动挠度的点，向下截以距离为静挠度的点，通过这两点作垂直于的直线与两个运动轨迹分别交于和四点，和为钢板弹簧与转向纵拉杆运动不协调所造成的轨迹偏差，和应尽量小一些，尤其在常遇到的跳动范围内应保证轮胎的弹性范围以内，如果偏差较大则应对转向器的位置，转向摇臂长度作适当修改，转向垂臂下端的应尽量布置在的运动中心的附近。当前轮采用独立悬架时，校核方法判断不同，此时应根据前悬架导向机构的结构特点，找出转向节臂铰接点的运动轨迹的瞬心，看它是否与分段式转向横拉杆的铰接点(断开点)相重合，则悬架的变形不会引起前轮转向。第五章 汽车性能参数的计算和确定5.1 动力性参数的计算和确定汽车的动力性是指汽车在良好的路面上直线行驶，是由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效的运输工具，运输效率之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最基本、最重要的性能。 主要可以用以下指标来评价：1.最高车速Vmax；2.汽车的加速时间t；3.汽车的最大爬坡度imax。5.1.1 各种参数的计算和曲线随着道路条件的改善，汽车的速度越来越高。根据设计要求确定最高车速为95km/h，并进行计算验证。一 、 各文件速度的计算 （5-1）式中：r汽车行驶时的滚动半径（m） n发动机曲轴转速(r/min) ig变速器各檔的传动比 io汽车主减速器传动比由发动机的外特性曲线和一些主要参数，代入上式得下列表格：表51 发动机各挡速度IIIIIIIV14009.36088516.6249326.3269341.56233160010.6981518.9999230.0879247.49981180012.0354221.3749133.8489153.43728200013.3726923.749937.6099159.37476220014.7099626.1248941.370965.31223240016.0472328.4998845.1318971.24971260017.384530.8748748.8928877.18718280018.7217733.2498652.6538783.12466300020.0590435.6248556.4148689.06214320021.3963137.9998460.1758594.99961 图 5.1 各挡速度曲线二、 文件驱动力计算和驱动力图 （5-2）计算结果如下表： 表42 各挡驱动力Ft140015336.338635.3195453.0323454.1281600161999121.0565759.7653648.422180016294.859175.0275793.8463670.011200016151.079094.0715742.7243637.628220015815.598905.1735623.4393562.069240015288.48608.3345435.9913443.334260014809.148338.485265.5843335.392280014281.958041.6415078.1363216.657300013419.297555.9054771.4033022.362320012604.547097.1534481.712838.861 图4.2 汽车驱动力平衡图三、 气阻力Fw的计算 Fw=CDA/21.15 （5-3）式中 Va汽车行驶速度(km/h) CD空气阻力系数，轻型货车取0.6 A汽车迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积（m）取轮距乘车高 代入数据得下表： 表53 各挡空气阻力140015.5624149.08657123.0959306.7764160020.3264164.11308160.7783400.6875180025.7256181.14311203.485507.1201200031.76002100.1767251.2161626.0743220038.42962121.2138303.9715757.5499240045.73442144.2544361.7512901.5469260053.67443169.2986424.55521058.065280062.24963196.3463492.38351227.106300071.46004225.3975565.23621408.667320081.30564256.4523643.11321602.75四、阻力的计算Ff=G.f （5-4）又 f=f低速+0.000002V （5-5）f低速=0.33+0.4 由汽车运用工程师手册可得 轮胎 8.2516的一些参数最大负荷为：1185kgf气压为：4.2kgf/cm 轮胎断面高度为：22.7cm 轮胎断面宽度为：24 cm 车轮载荷为：6000/6=1000f低速=0.33+0.4=0.53 ( % )可知滚动阻力系数 f =0.0053+0.000002V代入数据得下表： 表 5.4 各挡滚动阻力系数14000.0054750.0058530.0066860.00875516000.0055290.0060220.0071110.00981218000.005590.0062140.0075910.01101120000.0056580.0064280.0081290.01235122000.0057330.0066650.0087230.01383124000.0058150.0069240.0093740.01545326000.0059040.0072070.0100810.01721628000.0060010.0075110.0108450.01911930000.0061050.0078380.0116650.02116432000.0062160.0081880.0125420.02335汽车各挡的滚动阻力Ff=G.f计算结果表55 各挡动阻力1400321.9448344.1433393.1494514.78551600325.0994354.0933418.1013576.97281800328.6745365.3699446.3801647.45192000332.6703377.9732477.9858726.22262200337.0866391.9032512.9184813.28492400341.9236407.1598551.1779908.63892600347.1812423.7431592.76441012.2852800352.8594441.6531637.67771124.2223000358.95814