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长安SXQ4250A型半挂牵引车总体布置设计摘要 半挂汽车列车性能的好坏主要取决于各总成之间的结构特性，即总体布置设计的合理性。本课题以研究长安SXQ4250A型半挂车为设计对象，根据技术要求和国家标准，选择正确的外形尺寸、整车质量参数，以及各主要部件。然后对整车进行合理的总体布置设计，并且对汽车的质心进行估算、校核汽车的稳定性和动力性等，以便提高整车行驶的机动性和安全性，方便驾驶。同时对半挂车性能进行校核计算和控制，保证半挂车主要性能指标，正确处理整车与部件、部件与部件之间以及设计、使用与制造之间的矛盾。关键词：半挂汽车列车；总布置设计；结构特性；校核计算Chang An SXQ4250A type half hanged tractor overall layout designAbstract The performance of tractor-semitrailer depends on the structural characteristics of the assembly. In other words, overall layout design must be rationally. This topic makes Chang an SXQ4250A type semi-trailer as the design object. According to the technical requirements and national standards to select correct dimensions, the quality parameters of the vehicle and all the major components. Then making an overall layout design of the vehicle, and estimate the cars centroid, check the cars stability and power and so on. So we can improve the vehicles driving mobility and safety, and convenience of motorists. In order to ensure the key performance indicators of the semitrailer, and correct handling the contradiction of the vehicle and components, the components and components, the design and manufacturing. So we must check calculation and control the performance of the semi-trailer. Key words: semitrailer train; general layout design; structure feature; check calculation; 目录引言11半挂牵引车总体布置31.1 半挂牵引车总体布置设计的主要任务31.2 总体布置设计的基本要求31.3 已知参数31.4 本课题的主要工作41.5半挂牵引车实物42整车参数及结构的选择52.1 发动机的种类与形式52.2 汽车轴数和驱动形式62.3 布置形式62.4 轮胎选择83汽车主要参数的选择103.1主要尺寸参数的选择103.1.1轴距103.1.2前轮距和后轮距103.1.3 前悬和后悬113.1.4 接近角与离去角113.1.5 半挂车车箱尺寸113.1.6 外廊尺寸113.2整车质量参数估算123.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配123.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配133.3 发动机主要性能指标的选择133.3.1 发动机最大功率、最大转矩及其相应转速133.2.2 发动机的比功率和比转矩153.4 传动系参数的选择163.4.1 传动系统最小总传动比163.4.2 传动系统最大传动比164 整车总体布置194.1 底盘的总体布置194.1.1 发动机的布置194.1.2 传动轴的布置204.1.3 制动系统的布置204.1.4 电器装置的布置214.1.5 其他附件的布置214.2 车身的总体布置224.2.1 驾驶室的布置234.2.2 货箱的布置235设计计算校核255.1质心高度的估算255.1.1 车架质量的估算255.1.2各部件质量及与其位置265.2 汽车稳定性的验算275.3 汽车不同车速各档动力性的计算285.3.1 汽车常用符号表285.3.2 设计参数总表285.3.3 发动机不同转速下汽车各档理论车速的计算295.3.4不同转速下的扭矩的计算315.3.5发动机在不同转速下汽车各档切线牵引力的计算325.3.6 发动机不同转速下汽车各档所受空气阻力的计算355.3.7发动机不同转速下各档位的动力因数的计算375.3.8 通过计算最大地面驱动力，确定最大动力因数405.3.9汽车最大爬坡度的计算415.3.10牵引车驱动力-行驶阻力平衡图425.4半挂车和牵引车的联接425.4.1半挂车牵引联接装置的选择435.4.2 半挂车和牵引车的联接尺寸435.4.3半挂车的前回转半径和牵引车的间隙半径445.4.4半挂车的间隙半径和牵引销的后回转半径455.4.5半挂车的前悬距离455.4.6半挂车相对于牵引车的前俯角和后仰角455.5汽车燃油经济性计算46结论48致谢49参考文献50长安SXQ4250A型半挂牵引车总体布置设计引言 按照新的国标GB/T3730.1-2001（代替了GB/T3730.1-1998）术语及通用性分类，汽车列车是指由一辆汽车（半挂牵引车、全挂牵引车）同一辆或多辆挂车（牵引杆挂车、半挂车、中置轴挂车）组成的车组。铰接列车是指由一辆半挂牵引车与具有角向移动联结的半挂车组成的车辆，也称为半挂汽车列车。从2005年开始，交通部开展货车车型推荐工作，出台了货运汽车及汽车车列车推荐车型工作规则。在规则中，汽车列车受重视，不仅标题有而且第七条指出，企业“可以将牵引车车型与相应的挂车车型组成汽车列车一并申报”。半挂牵引车与半挂车组成半挂汽车列车，由半挂牵引车、半挂车、牵引连接装置、车架、车桥、制动传动机构、支承装置等组成。半挂牵引车必须和挂车配合使用，不能单独运输货物。牵引车只有在牵引挂车时才和挂车连接在一起，当挂车被拖到指定地点进行装卸货物时，牵引车就可脱开这一列挂车去牵引别的挂车以提高它的利用率。半挂汽车列车的优点：采用半挂牵引车挂车方式搬运货物，在一定的条件下比采用搬运车方式能获得更好的经济效益，因而半挂汽车列车在搬运工作中得到较广泛的应用；半挂车与牵引车采用牵引座与牵引销的方式，缩短了列车总长，提高了行驶稳定性和安全性，增加了整体性能和机动性，减少了风阻损失和牵引钩环间的撞击和噪声；半挂车部分载荷由牵引车承受，从而提高了牵引车驱动轮的附着质量，加大了牵引车的牵引力，使其发动机功率得到充分的利用。汽车列车运输的调度管理也在改进，实现了“甩挂运输”用一辆牵引车轮流牵引多辆半挂车；“区段运输”汽车列车到达指定区段站，挂车换挂，由其它牵引车继续驶向目的地，该牵引车则牵引其它挂车返回，提高了运输效率和牵引车利用率。将来，我国半挂车也将像全挂车一样实现独立牌照的甩挂运输。“滚装运输”将集装箱连同挂车直接装船和上岸。半挂汽车列车是实现上述改进的最好车型，但半挂车结构相对要复杂一些。当前，国内外汽车列车正向重型、高速、专用，提高列车操纵稳定性和行驶平顺性的方向发展。在装载质量方面，半挂车通常为厢式、一车一挂、总质量32t。我国规定半挂汽车列车一车一挂总质量不超过42t，美国全挂汽车列车总质量允许达到62t。但从列车的机动性，公路的条件和综合经济效益考虑，总质量也不能过高，提高车辆速度通有效地增加其运输效率，高速公路上的汽车列车速度可达（8090）km/h。同时，专用汽车列车也在不断发展。利用专用挂车可以适应不同货物，不同运输和装卸条件的需要，提高货物的完好率，减少损耗和重复劳动。当然随着汽车列车向大载荷、高速度方向发展，对其操纵稳定性和行驶平顺性的要求也越来越高，各国对挂车的侧滑、振动及其预防措施加强了研究。尽管半挂车产品在整个专用车市场上占有较大的比重，但如果要把半挂车保有量与整个运输市场上普通载货车保有量、半挂车市场占有率与整个载货车市场总量这两组数据变量做一下比较，就会发现我国的半挂车形势不容乐观。以与美国相比为例，美国在过去的30年里，其厢式半挂车占挂车总销量的70%，是美国交通货运的主力车型，而且在未来的5年内，预计其厢式半挂车仍将占据着69%的市场份额。未来5年内，干货厢式半挂车占厢式半挂车总销量的76.6%，呈上升趋势，仍然是美国陆路货运的主要运输工具。而厢式挂车仍然是其中最重要的运输车辆。而目前国内，就是专用车的市场份额才只占货车的30%多，而半挂车在整体专用车当中又不到三分之一的比重，与发达国家专用挂车比例则有着很大的距离。551半挂牵引车总体布置1.1 半挂牵引车总体布置设计的主要任务 本课题以研究长安SXQ4250A型半挂牵引车为设计原型，从技术先进性生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、重量和主要尺寸，提出整车设想（总体布置设计方案）。在设计过程中对各部件进行合理性布置、运动校核以及油耗计算，使汽车不仅有足够的装载容量，而且能做到整车行驶的稳定性和机动性，容易倒车，方便驾驶，行驶安全，保证结构的紧凑，以及充分发挥牵引车的动力。同时对半挂车性能进行精确计算和控制，保证半挂车主要性能指标实现，正确处理整车与部件、部件与部件之间以及设计、使用与制造之间的矛盾，使产品符合好用、好修、美观的原则。1.2 总体布置设计的基本要求半挂汽车列车是由半挂牵引车和半挂车组成，是当前主要的公路运输形式之一。在确定了总体设计的主要任务之后，进行总体设计时应该满足于如下的基本要求：（1）半挂车的外廓尺寸应符合GB1589-2004的外廓尺寸限界规定。（2）轴荷分配要合理，并应符合有关公路法规的限界要求。（3）半挂车的各项性能，要求达到设计任务书所给定的指标。（4）进行有关运动学方面的校核，保证半挂车有正确的运动和避免运动干涉。（5）拆装和维修方便。1.3 已知参数 表1-1半挂车已知参数整车装备质量(kg)最大总质量（kg）最大车速（km/h）900025000901.4 本课题的主要工作（1） 绘制半挂车总布置图。（2）以SXQ4250A型半挂牵引车为模板，根据总布置设计确定的整车参数和性能指标提出对各总成和部件的设计要求：包括结构形式，特性参数，尺寸与质量限制等。提供整车有关数据与计算载荷等。（3）确定有关总成和部件的形式，结构参数与特性等，特别是对发动机、变速箱、驾驶室和牵引座的形式。（4）确定各总成的质心位置，核算汽车空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。（5）草拟布置图，将各总成布置于其中，确定质心位置；进行运动校核及燃油消耗计算，画出汽车动力特性图、驱动力行驶阻力平衡图和等速百公里燃油消耗量曲线。（6）绘制底盘装配图及牵引座的二维图形。1.5半挂牵引车实物图1-1 半挂牵引车2整车参数及结构的选择2.1 发动机的种类与形式目前世界上绝大多数汽车安装的都是往复式内燃机。而且据有关专家预测，在更长时间内，往复式内燃机仍将是汽车发动机的主要形式。在此讨论的发动机选型就是针对这种发动机的。往复式内燃机可分为汽油机和柴油机两大类。目前，汽油机主要用于轻型汽车，例如轿车、微型和小型客车、微型和小型货车等。这主要是因为汽油机质量和尺寸小、单位功率大、转矩适应性好、工作柔和、振动和噪声小、成本较低等。大型汽车已经柴油化，中型汽车也多采用柴油机。这主要是因为，与汽油机相比，柴油机的燃油经济性更好、使用成本低。柴油机的主要缺点主要是尺寸和质量大、转速低、单位功率较低、振动噪声比较大、造价高、易生黑烟等。这限制了其在轿车等轻型汽车上的应用。近年来，随着柴油机技术的进步，上述缺点在一定程度上得到了克服，并且提高了转速，使其在一些轻型车和轿车上得到了应用，特别是在欧洲。但是，目前用在轻型车和轿车上的主要发动机还是汽油机。本次设计的半挂牵引车从经济方面、使用性能方面等综合考虑，选用柴油机。按照汽缸排列方式的不同，内燃机可以分为直列、水平对置和V型发动机。直列发动机结构简单、宽度小，布置方便，得到了最广泛的应用。但是，发动机汽缸数增多时会显得过长，影响在汽车上的布置。因此，直列式发动机的汽缸数不超过6个。V型发动机具有长度小、高度低、曲轴刚度大等优点，在大型轿车和发动机长度受限的重型货车上得到了应用。但是，由于其宽度比较大，在很多车辆上布置困难，造价也高，因此其应用有限。水平对置式发动机要主要优点是平衡好、高度低，在一些微型车上得到了应用。综合考虑到整车的布置以及成本最小化，本次设计选择的发动机为6缸直列式。发动机的冷却有风冷和水冷两种方式。风冷的优点是冷却系统简单、维修方便、对沙漠的异常气候的适应性好。但是，其存在冷却不均匀、功率消耗大、噪声大等缺点，故在汽车上应用不多。大部分汽车都采用水冷发动机。水冷的优点包括冷却均匀、可靠，噪声小，功率消耗小，能解决车内供暖等。本次设计选用的发动机的冷却方式为水冷。2.2 汽车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的。根据有关部门规定，公路允许车辆的单后轴负荷为130kN，双后轴负荷为240kN，双轴汽车前后轴总负荷一般不大于190kN，而三轴汽车前后轴总负荷不超过320kN。总负荷超过上述数值的可采用四轴。矿用自卸车因不在公路上行驶，不受此限制。（其轴荷有的达到1000kN）。本次设计的半挂牵引车采用的是三轴，单前轴和并装双轴的形式。汽车的驱动形式常用如下代号表示，如42、44、66等，其中第一个数字代表车轮总数，第二个代表驱动轮数。下面介绍公路车辆（轿车、运输车）的常用驱动形式。公路车辆一般采用非全轮驱动形式（即在车轮总数中有非驱动轮），常用的形式有：42，其特点是结构简单、制造成本低，在轿车及总质量19t的公路用车上得到广泛应用；64或62，在总质量超过19t、低于26t（19t26t的运输车上得到了广泛应用。本次设计的半挂牵引车总质量为25t，因此选择64的驱动形式。2.3 布置形式半挂牵引车布置形式主要是指发动机、驱动轴和车身（或驾驶室）的相互关系和布置特点。1. 发动机位置决定的布置形式按照发动机的位置不同，货车的布置形式可分为前置、中置、后置三种。（1） 发动机前置后轴驱动：这种布置形式在货车上应用广泛，其优点是便于维修发动机、传动系、操纵系统较简单。（2） 发动机中置：发动机卧置于货箱之下，少数货车采用。其优点是驾驶室布置不受发动机限制，座位和汽车总高可以降低，噪声小，轴距和总长较短，有利于轴荷分配。缺点是发动机需特殊设计，维修不便，离合器、变速器和油门需远距离操纵，导致机构复杂，故在货车上采用不多。（3） 发动机后置：在货车上应该更少。其缺点是，货厢底板过高，后轴过载，操作复杂。图2-1 货车的布置形式2. 驾驶室与发动机相对位置决定的布置形式按照驾驶室与发动机的相对位置关系，货车可以分为四种形式。（1） 长头式：发动机布置在驾驶室之前；（2） 短头式：发动机一小部分伸入驾驶室之内；（3） 平头式：发动机在驾驶员座位下；（4） 偏置式：驾驶室偏置于发动机一旁。在上述布置形式中，长头式的优点是便于维修发动机（打开发动机罩，接近性好），驾驶室受热及受振较少，操作杆容易布置，驾驶员安全感较好，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，视野差。这种布置形式比较适合于使用条件较差的中、重型货车和越野车。平头式的优缺点正好与长头式的相反；而短头式的特点介于前两者之间。偏置式驾驶室主要用于矿用、工程车辆。由于平头式在面积利用率、机动性和视野等方面的优点，在微型、轻型货车上得到了广泛应用。由于驾驶室采用可翻式结构，克服了发动机维修不方便的缺点，所以其在重型货车上也已经得到了广泛应用。同属于平头式的驾驶室，其布置形式也有不同：（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。图2-2(a)所示平头驾驶室布置形式（发动机位于前轴之上，且处于两侧座位之间）在重型货车上用得较多，与其他两种形式相比，发动机位置较高，接近性较好，容易维修，不必采用可翻式结构；座位较低，故汽车总高较低，可降低风阻。其缺点是驾驶室内较拥挤，隔热和密封问题较难解决。平头驾驶室的第（2）和第（3）种布置形式曾经主要用于发动机外形较小的微型或轻型货车上，其优点是室内较宽敞且有平坦的通道。但是，如果通过在座位下面设置可打开的舱口来进行发动机维修，则可接近性较差，维修不够方便。而采用驾驶室可翻结构可以解决这个问题。目前，由于普遍采用了驾驶室可翻结构，这两种布置形式在重型货车上也得到了广泛采用。发动机放在前轴之后的方案目的是减轻前轴负荷，但使轴距略有增长。2.4 轮胎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一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。轮胎选择的基本原则：首先，根据轴荷计算轮胎的负荷能力和速度等级来确定轮胎的规格，这涉及到车辆的性能指标和行驶安全性。其次，根据车辆的结构特点(如牵引车、自卸车、搅拌车等)、行驶道路条件、气候等确定轮胎的结构(子午胎或普通胎)及轮胎花等来满足车辆的通过性、行驶平顺性、转向特性等和轮胎的互换性及维护的方便性等要求，并估算经济性。最后，再考虑轮胎的其他辅助要求，如轮胎货源的稳定性及车辆管理方面的问题等。选择轮胎时首先必须保证轮胎不能超载，还要考虑轮胎的力学性能，也就是指轮胎的通过性能、缓冲性能和刚度。轮胎行驶过程中将产生噪声，不同结构和不同花纹的轮胎，在不同车速时，产生的噪声水平不一样，有时噪声会达到恼人的程度。总之，轮胎的选择和使用要根据车辆的载荷、速度、道路条件、气候环境来综合考虑，才能保证车辆行驶的安全性和经济性。初选轮胎型号：11.00-20 尼龙胎胎面宽度B=1125.4=279.4mm,轮胎直径D=（112+20）25.4=1066.8mm 3汽车主要参数的选择3.1主要尺寸参数的选择半挂牵引车的主要尺寸是指轴距、轮距、前后悬和外廊尺寸等。3.1.1轴距1轴距（L）与汽车的许多特性都有关，例如制动性，操纵稳定性、平顺性。下面分析缩短轴距的影响。缩短轴距的优点包括：整备质量小，有利于改善燃油经济性和动力性；机动性好（转弯半径小）；纵向通过半径小，通过性好等。缩短轴距的缺点包括：为了保证车内空间而使后悬增大，从而减小车辆的离去角，降低通过性；加速、制动、上坡时轴荷转移大，车身纵向角振动大，使制动性、操纵稳定性、乘坐舒适性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，确定轴距应综合考虑各方面的要求，在满足主要性能、车内（装载）面积和轴荷分配等方面要求的前提下，把轴距设计得短些为宜。轴距对专用汽车总长、最小转向直径、纵向通过半径、装备质量等都有影响，轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距过短，会使车厢长度不足或后悬过长，上坡或制动时轴荷转移过大，制动性和操纵稳定性变坏，平顺性就差。因此，基于原有车型的基础上，对于本次设计的半挂牵引车，采用的轴距为2925mm+1350mm。3.1.2前轮距和后轮距轮距影响到车辆总宽、横向通过半径、转向时的通道宽度以及车轴的横向稳定性。受汽车总宽限制，轮距要与车宽相适应，不宜过大。对汽车列车，要求挂车轮距和牵引车轮距一致。参考原来车型，初选半挂牵引车的前轮距=2035，后轮距=1800。挂车的轮距与牵引车的后轮距一致。3.1.3 前悬和后悬汽车的前、后悬直接限制汽车的接近角和离去角，影响通过性能。前悬应满足车辆接近角和轴荷分配的要求。前悬长度与驾驶室、发动机、转向器、前保险杠等总成布置有关。后悬应满足车辆离去角和轴荷分配的要求，同时还要满足有关标准的规定，即对于客车和全封闭厢式车辆，后悬不得超出轴距的0.65倍；对于其车辆，后悬不得超出轴距的0.55倍，绝对值不大于3.5m。综合考虑各因素，结合原有车型，初步确定前悬=1570mm，后悬=835mm。3.1.4 接近角与离去角接近角、离去角和纵向通过角的大小是体现汽车通过性的重要几何参数。通过性（越野性）好的汽车，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、凹凸不平的地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）。而通过性差的汽车，在面对坏路、无路地带和各种障碍时则会力不从心。综合半挂牵引车的总体布置，选取接近角为16、离去角为32。3.1.5 半挂车车箱尺寸半挂车的车架采用鹅颈式，其前部昂起像鹅颈状而命名的。该车架又称阶梯式车架。其旁边两根纵梁承阶梯型，断面为工字型，阶梯高度随长度变化而变化。要求车箱尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额吨数。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。车箱内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以利缩短边板高度和车箱长度。行驶速度能达到较高车速的牵引车，使用过宽的车箱会增加汽车迎风面积，导致空气阻力增加。车箱内长应在能满足运送上述货物额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减小整备质量。参照已有车型，选取车厢的尺寸为：8500mm 2500mm 2500mm 3.1.6 外廊尺寸2外廊尺寸即指整车的长、宽、高，由所选的汽车底盘及工作装置确定，但最大尺寸要满足法规要求。GB15892004道路车辆外廊尺寸、轴荷及质量限值明确规定：普通车辆车高不超过4m，车宽（不包括后视镜）不超过2.5m，货车车长不超过12m，半挂汽车列车车长不超过16.5m，全挂汽车列车车长不超过20m。对于货厢整体密闭厢式货车，车长限值增加1m，车宽最大限制为2.55m。对于专用作业车辆，车长限值不适用，对于不在公路上行驶的汽车，外廊尺寸不受上述规定的限制。基于原本车型的基础上，初步确定半挂牵引车的长、宽、高的尺寸为6680mm2490mm3670mm。3.2整车质量参数估算2已知的整车参数信息见表3-1。表3-1 整车参数信息装载质量（kg）整备质量最大车速（km/h）比功率（kw/t）250009000909.883.2.1空车状态下整车质量、轴荷分配汽车总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。半挂牵引车的总质量由整备质量、装载质量和乘客与驾驶员质量三部分组成，其中，乘员和驾驶员每人质量按65kg计，取3人，即 = （3-1） 根据已知参数，半挂车的总质量=25000kg，整车装备质量=9000kg。64后轮双胎货车空载时前轴轴荷分配范围为31%-37%1，后轴轴荷分配范围为63%-69%，据此，可选取空载时客车前、后轴荷分配为34%、66%。可得，空载后轴轴荷为：=66% =900066% =5940kg 空载前轴轴荷为：= =90005940 =3060kg 3.2.2满载状态下整车质量、轴荷分配64后轮双胎货车满载时前轴轴荷分配范围为19%-24%，后轴轴荷分配范围为76%-81%，据此，可选取满载时货车前、后轴荷分配为21.5%、78.5%。可得，满载时后轴轴荷为：=78.5% =2500078.5% =19625kg满载时前轴轴荷为： = =2500019625 =5375kg由此，可对前面所选轮胎的负荷能力进行校核，后轴负荷大，根据所选轮胎的型号，可知轮胎的最大负荷为26250N，即2679kg。由于满载时后轴负荷为19625kg，双后轴双轮胎，共8个轮胎，所以每个轮胎的负荷为：=2453kg2679kg，所以所选的轮胎符合要求。3.3 发动机主要性能指标的选择43.3.1 发动机最大功率、最大转矩及其相应转速根据已选择的数据对发动机的最大功率进行估算得： （3-2） 式中：传动系效率，半挂牵引车取=0.8943； 重力加速度（m/s2）； 滚动阻力系数，对半挂牵引车取0.02； 空气阻力系数，半挂牵引车取=0.90； 汽车正面投影面积（m2），它可根据前轮距、汽车总高H、修正系数k（载重汽车k=1，小车k=0.78）等尺寸近似计算，对半挂牵引车：A=由所选参数可估算出=2.0393.671=7.468。 =() =208.94kw参考已有车型，可选发动机型号为wp10.336如图3-1，它的主要优点有：结构紧凑，强度高、密封好、安装方便，燃烧效率高、高效低耗、噪声低、振动小；低速大扭矩，爬坡换档响应迅速，满足国III排放标准等。其主要技术参数如下表所示。表3-1wp10.336型发动机技术参数型号Wp10.336形式水冷、直列、带排气门制动、四冲程、直喷进气方式增压中冷气缸数缸径行程(mm)6126130额定功率/转速(kW/r/min)247/1900最大扭矩/转速(N.m/r/min)1500/1350排量（L）9.726最低燃油消耗率（g/kw.h）190额定工况燃油消耗率（g/kw.h）200净质量（kg）875外型尺寸(长宽高)(mm3-1 潍柴wp10.336由上表可知，发动机的=247kw，对应功率下的转速=2200r/min。发动机的最大转矩为： = （3-3）式中，为转矩适应性系数， 一般在1.1-1.3之间，取=1.1。代入上述数据，可得：=9549 =1365.51Nm所选的发动机扭矩符合要求。3.2.2 发动机的比功率和比转矩比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比，如下式所示： （3-4） = =9.88发动机的比功率为9.88。它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些的汽车，乘用车的比功率明显大于货车和客车，半挂牵引车的比功率随着总质量的增加而减少。为保证路上行驶车辆的动力性不低于一定的水平，防止某些动力性能差的车辆阻碍交通，应对车辆的最小比功率作出规定。GB7258-1997规定：农用运输车与运输用拖拉机的比功率，而其他机动车。比转矩是汽车所装发动机最大转矩与汽车总质量之比，它反映汽车的牵引能力，其计算公式如下： （3-5） = =54.62半挂牵引车的不应小于50 10，所以半挂牵引车的牵引力符合要求。 3.4 传动系参数的选择6 3.4.1 传动系统最小总传动比传动系统最小总传动比一般可根据最高车速来确定。 （3-6）式中：车轮滚动半径（mm）； 最大功率转速(r/min)； 汽车最高车速（km/h）。 按上式计算出的要进行圆整，圆整后的应略大于圆整前的计算结果。另外，还应使用计算出的来校核直接档最大动力因素，使得在规定的范围内。代入数据，得： =4.25 3.4.2 传动系统最大传动比确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度、附着率及汽车最低稳定车速。最大传动比为变速器的头档速比与主减速比的乘积。该速比主要是用于汽车爬坡或道路条件很差（阻力大）的情况下（此时空气阻力可以不计）汽车仍能行驶。 变速器最大速比公式： （3-7）式中，汽车总重力，N； 车轮的滚动半径，m； 发动机最大转矩，Nm 传动系的传动效率； 道路阻力系数，其中，为滚动阻力系数，为最大爬坡度。代入数据，得：29.86由此，可选择变速箱的型号为法士特12JSD160TA，它有12个前进挡和2个倒挡，可左卧、右卧、立式，与发动直接或分开安装。具有高承载能力，高可靠性，低噪声；传动比优化设计，挡间级差小，整车燃油经济性高，国内同类12挡变速器油耗最低 ；国内同类12挡变速器安装长度最短；可配置液力或电涡流缓速器接口；可提供个性化连接结构等优点。其主要参数如表3-2所示。表3-2 12JSD160TA型变速箱主要参数长宽高（mm）680380480重量（kg）365挡速比倒一档11.56倒二档2.59一档12.10二档9.41三档7.31四档5.71五档4.46六档3.48七档2.71八档2.11九档1.64十档1.28十一档1.00十二档0.784 整车总体布置4.1 底盘的总体布置为了满足专用汽车的特殊要求，有时要对汽车底盘进行改装，一般主要涉及发动机布置、传动轴的布置、制动系统布置、电器装置布置和其他附件的布置。在总布置图上进行底盘改装部件布置之前，要确定基准线，一般以底盘车架的上平面线作为高度基准，以前轮中心线作为纵向基准，以汽车中心线（纵向对称平面）作为横向基准。如图4-1所示。图4-1 整车总布置图坐标系4.1.1 发动机的布置布置原则：（1） 应使整车质心在横向尽量落在纵向对称垂直平面内，即汽车中心线上。（2） 在保证适当的离地间隙和转向拉杆等杆件间的运动间隙条件下，尽量降低发动机的位置高度，以便于传动系的布置和降低整车的质心高度。（3） 发动机曲轴中心线可以与车架上平面有一定的倾角，以减小万向节传动夹角。（4） 发动机布置要保证维修保养方便。4.1.2 传动轴的布置对于需要变动轴距的车辆，要对传动轴作重新布置。布置时要注意以下两点：（1） 满载静止时，两传动轴的夹角不大于34度。传动轴夹角过大，会使传动效率下降，磨损加剧。（2） 传动轴加长后，要重新计算传动轴的临界转速（r/min）。临界转速是指当传动轴的工作转接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，引起振幅急剧增加而导致传动轴折断时的转速。它取决于传动轴结构、尺寸和支承情况 （4-1）式中，传动轴的支承长度，取两个万向节的中心距（mm）； 、传动轴的外径和内径（mm）。传动轴设计时一般取安全系数K9=，为传动轴最高安全工作转速。 传动轴过长时，为提高传动轴的临界转速，可以把传动轴分为两根或三根，同时注意在中间传动轴上设置中间支承。此外，当轴距改变后，专用汽车的转向性能会受到影响，其理论转向梯形特性曲线（理论的内、外轮转角关系）与实际转向梯形特性曲线（实际的内、外轮转角关系）会产生较大偏差，因此，也应进行校核，必要时对转向梯形的结构参数作相应调整。4.1.3 制动系统的布置制动系统用来制约专用汽车运动，直接影响专用汽车的安全性，因此在对汽车底盘的行车制动、驻车制动和辅助制动系统进行改装时，应注意以下事项：（1） 管路的布置在增加制动管路时，要采用与底盘相同的制动管或软管、管夹等连接件。制动管与其他运动件之间要留有足够大的自由运动空间，避免因为运动干涉引起制动管路摩擦损坏，影响制动能力，必要时应附加防护装置。（2） 储气筒和附加耗气装置的布置 储气筒的布置要方便检查和排水。当专用工作装置或其操纵控制机构需要气源时，可以从底盘制动系统的储气筒或气路中直接取气，但要对耗气量进行计算。一般允许一次取11.5L的压缩空气，如果附加耗气装置是在汽车非行驶状态下使用，则允许耗气量可提高到2L。对于耗气量大、工作压力高的耗气装置，则需要附加辅助储气筒，其容量根据需要确定。辅助储气筒与底盘行车制动系统的储气筒相连接，通常用一个单向溢流阀与前桥制动回路连接，保证辅助储气筒失效产生压降时，可以使行车制动系统储气筒内的压力仍保持尽可能高的数值。4.1.4 电器装置的布置（1） 专用蓄电池如果专用工作装置的驱动系统或控制系统需要电源，一是可直接接上底盘电路，但首先要校核底盘所装用的发动机、蓄电池的功率和容量是否跢，必要时应相应地增大功率和容量；二是附加专用蓄电池。例如当栏板起重运输车采用电动起重栏板时，需选用功率较大的发电机和容量较大的蓄电池，或附加专用蓄电池。（2） 电器装置的接地专用汽车所用电器均是负极接地（搭铁）。对于加油或运油的油灌车，必须采取措施对静电进行疏导。一般在加油或供油的专用工作装置如油罐、管路、附件等与车架及地面管道之间都要有导线或导体相连，并通过金属链条或专用导电橡胶板条接地。（3） 导线的布置延长或加装的导线，应尽量与底盘上导线型号、颜色相同，并通过插接件或接线柱相连。当导线需要穿过车架纵横梁时，应有保护装置，防止刮破甚至刮断。导线的固定管夹的间距应在200800mm之间。4.1.5 其他附件的布置（1） 消声器专用汽车消声器进行重新布置时要考虑其安全性。例如油罐车，必须将消声器及排气口安放在前保险杆的下面，且排气口不得指向右侧，禁止将它们安放到车厢下部。同时还要注意消声器对车辆接近角的影响。（2） 燃油箱在专用汽车改装中，燃油箱位置会经常被移动或对燃油箱进行改装，还有需要加装副油箱。在改装过程中，需要加装副油箱时，应尽量使用车架上已有的安装孔位。布置时应使主、副油箱的底部处于同一水平面，并且安装位置尽可能靠近主油箱，同时还要注意避免偏载。燃油箱和燃油管的布置尽可能避免排气管，距排气管的距离应该在300mm以上。如果布置有困难，则必须在燃油箱和排气管之间加装隔热板。（3） 备胎架备胎架也是底盘中经常改装的部件，在布置时要注意以下事项：只设置单个备胎架时，将备胎架布置在车辆前进方向的右侧。汽车列车一般应设2个备胎架。（4） 防护装置专用汽车防护装置又称为护栏，包括侧面防护装置和后下部防护装置，是一种人身安全防护装置。其作用是有效保护无防御行人，避免其跌于车侧而被卷入车轮下面，以及防止小型车辆从后部嵌入大车的下方。我国分别从1989年开始制定汽车防护要求标准，从1994年和2001年又进行了两次修订，GB11567.1-2001汽车和挂车侧面防护要求和GB11567.2-2001汽车和挂车后下部防护要求分别对侧面防护的技术要求和后下部防护装置的技术要求和试验方法进行了强制规定。护栏一般都用圆形管材制作，防护装置的设计和安装尺寸要符合上述标准规定要求，同时在安装时，要注意排气管口不要对准侧护栏管口。（5） 阀门箱及泵箱专用汽车上所用到的阀门箱及泵箱一般设置在车辆前、后轴之间，布置时，要考虑对车辆最小离地间隙及纵向通过角的影响。4.2 车身的总体布置载货汽车车身由驾驶室和货箱两部分组成，其布置可按这两部分分别来考虑。4.2.1 驾驶室的布置5驾驶室可分按座位数分为单人座、双人座、三人座等几种。载货汽车驾驶员座椅及操纵机构的布置。座椅的布置直接影响驾驶员的视野性。为了改善此性能，可适当提高座椅高度并减小坐垫与靠背的倾角，此外，还应尽可能使驾驶员的眼睛处于靠近玻璃的位置。对载货汽车驾驶员的视野性有以下规定：驾驶员应能观察到离开汽车前端12m远、5m高处的交通信号灯。驾驶室的车门可以布置成顺开或逆外。为了便于上、下车，平头式驾驶室车门也有采用后一种形式的。另外，在车身总布置设计过程中，确定门、窗、顶盖、前围板、后围板和侧壁的尺寸时，应注意通过性问题，以尽量减少设备投资和降低成本。4.2.2 货箱的布置一般通用的栏板式货箱的尺寸可根据下列原始因素来确定。主要因素是货箱的计算容积，该容积应能保证在运输散装货物和成包货物时，尽可能充分利用汽车的装载质量。汽车的使用实践表明，为了保证正常可靠的运输，散装货物在货箱内的装载高度必须低于栏板高度约50mm，成包货物则容许高出栏板高度约100mm。因此，货箱的计算容积可根据车辆吨位和所运输货物的不同来选取。第二个因素是选择货箱尺寸。虽然交通法规容许汽车有较大长度，但是为了减轻其自重和提高机动性，设计时总是力图缩短其长度。公路用汽车的最大容许宽度为2500mm，而货箱的宽度由于必须考虑侧栏板厚度，所以稍小于以上值。栏板高度H主要受装载质量限制，一般取为500800mm。第三个因素是考虑给定的轴荷分配。通常货箱的质心（按载荷均布而考虑位于货箱的正中心）位于汽车后轴线之前一定距离（约为轴距的2%20%）处，因此，货箱长度可按来确定，为货箱质心至驾驶室后围板的距离减去前栏板厚度和驾驶室与货箱之间的间隙。初步确定货箱长度之后，还必须校核是否能获得满意的有效容积。当需要加长时，应考虑离去角的限制。5设计计算校核5.1质心高度的估算3由前面所选的部件参数及布置图上各部件的分布，可初步估算出质心的高度。汽车满载时，影响质心高度的主要有：车桥、驾驶室、车厢、车架、发动机及货物等。根据所选的部件及参考相同吨位的已有车型，可知车桥、驾驶室及发动机等的质量，下面对车架及车厢的质量进行估算。5.1.1 车架质量的估算梯子形车架是最基本的形式，它是由两根和汽车行驶方向平行的纵梁及与之垂直的一定数量的横梁以适当的方法连接成梯子形结构的，在此，取平行梯子形车架对其质量进行估算。参考已有车型的车架，车架的断面尺寸如下图所示。图4-1 车架断面尺寸由总体布置图可知，车架的总长为6680mm,且车架的材料为钢，其密度为，所以，可得出车架的纵梁总质量为：=619kg由图可知，横梁的长度为2500mm，共有6个横梁，所以横梁的质量为：=692kg所以，车架的总质量为：=619+692=1311kg5.1.2各部件质量及与其位置由以上估算的值及已有的参数，根据总体布置图，可得出下列数值，如表4-1所示。表4-1 各部件质量及与其位置项目质量m（kg）X方向值Y 方向值Z 方向值1前桥10000002后桥（一）10001300003后桥（二）10004500004驾驶室800200012005发动机1000-5002006车架1311300003007变速器70055001508第一轴车轮3000009第二轴车轮50000010第三轴车轮500240000其中，x方向指汽车前进的方向，y方向为汽车宽度方向，z方向为汽车高度方向，它们的数值均为各部件到汽车中