轻型货车总体设计.doc

货车总体设计沈阳航空航天大学课 程 设 计题目 货车总体设计 班 级 7406111 学 号 200704061371 学 生 姓 名 王式鹏 指 导 教 师 付 强 - 30 -目录目录I摘要III第1章、汽车形式的选择- 1 -1.1汽车质量参数的确定- 1 -1.1.1汽车载客量和装载质量- 1 -1.1.2质量系数mo- 1 -1.1.3整车整备质量mo- 1 -1.1.4汽车总质量ma- 1 -1.2汽车轮胎的选择- 2 -1.3驱动形式的选择- 2 -1.4轴数的选择- 2 -1.5货车布置形式- 2 -第2章.汽车发动机的选择- 5-2.1发动机最大功率- 5-2.2选择发动机- 5-第3章、汽车主要参数选择- 9 -3.1汽车主要尺寸的确定-9 -3.1.1外廓尺寸-9 -3.1.2轴距L- 9 -3.1.3前轮距B1和后轮距B2-9 -3.1.4前悬LF和后悬LR- 10-3.1.5货车车头长度- 10 -3.1.6货车车箱尺寸-10 -3.2轴荷分配及质心位置的计算- 10 -第4章.传动比的计算和选取- 15 -4.1驱动桥主减速器传动比的选择- 15 -4.2变速器传动比的选择- 15 -4.2.1变速器头档传动比的选择- 15 -4.2.2变速器的选择- 16 -第5章.动力性能计算- 17 -5.1驱动平衡计算- 17 -5.1.1驱动力计算- 17 -5.1.2行驶阻力计算- 17 -5.1.3力的平衡方程- 19-5.2动力特性计算- 20 -5.2.1动力因数D的计算- 20 -5.2.2行驶阻力与速度关系- 20 -5.2.3动力特性图- 21 -5.2.4加速度倒数曲线- 22 -5.2.5汽车最大爬坡度计算- 24 -5.3功率平衡计算- 24 -5.3.1汽车行驶时，发动机能够发出的功率- 24 -5.3.2汽车行驶时，所需发动机功率- 24 -5.3.3驱动平衡图- 25 -第6章. 汽车燃油经济性计算- 27 -第7章. 汽车不翻到条件计算- 29 -7.1汽车满载不纵向翻到的条件是- 29 -7.2汽车满载不横向翻到的条件是- 29 -总结- 30 -参考文献- 31 -摘要本次课程设计任务是设计载重1吨，最高车速120千米每小时，滚动助力系数0.016的轻型货车。首先确定汽车的形式，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。然后参考实际轻型货车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型号。计算汽车的动力特性，包括了驱动力速度的平衡，加速度的倒数，动力因数，加速度时间，爬坡度等的计算。然后汽车的燃油经济性，计算汽车的等速百公里的燃油消耗情况。最后校核汽车的稳定性。关键词：汽车；质量；尺寸；轴距；轮距；结构；传动比；速度第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=1000/0.8=1250kg1.1.4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=1000+1250+365=2445kg1.2汽车轮胎的选择kg 其中为轮胎所承受重量；根据GB9744一1997 表3、4可选择轮胎规格：6.00-14LT层级：10胎压：390KPa负载下静半径（mm）：324断面宽（mm）: 184 外直径（mm）: 707 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后双胎的驱动形式。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19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0.9； 重力加速度，取9.8m/s2； 滚动阻力系数，取0.016；空气阻力系数，取0.95；汽车正面迎风面积，其中为前轮距，为汽车总高，m2， =1.52.1=3.15 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1111.8即在98.62105.79kw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：适用范围：适用于23吨载货汽车、各种中巴车、城市公交车及豪华旅游车等。主要技术特点：CY4102EZLQ型柴油机，AVL技术咨询，采用空对空中冷系统，高供油压力喷油泵(P型或VE型)，小压力室P型多孔喷油器。AVL技术优化的圆形缩口带凸台燃烧室，使其性能指标达到国内同类机型先进水平，尤其是升功率、比质量和强化程度处于领先地位。功率更强劲，性能更可靠。根据用户需求可个性化配置空调、排气制动、转向助力泵和电熄火等辅助装置。 CY4102EZLQ主要技术参数 型 号：CY4102EZLQ 形 式：立式直列、水冷、四冲程、增压中冷 气 缸 数：4102118 工作容积：3.856 燃烧室形式：直喷圆形缩口燃烧室 压 缩 比：17：1 额定功率/转速：103/2800 最大扭矩/转速：392/14001800 标定工况燃烧消耗率： 全负荷最低燃油消耗率：205 最高空载转速： 3100 怠速稳定转速：750 机油消耗率：0.6 工作顺序：1342 噪声限制：114 烟 度：2.0 排放标准：欧 整机净质量：340 外形参考尺寸：963.1693820.8图2-1 CY4102EZLQ的外特性曲线第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：590018802200（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=1500mm后轮距B2=1500mm。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YTK1061SP，并根据本车结构特点确定前悬LF：1100mm 后悬LR：1800mm。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。参考同类型轻型载货汽车，本车车头长1900mm3.1.6货车车箱尺寸参考金杯领驰SY1041DA8S载货汽车,考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸： 3890mm1700mm400mm（长宽高）3.2轴荷分配及质心位置的计算质心确定如下表部件名称质量gi（kg）质心到前轴距离li(m)质心离地高度hi（m）giligihi(满载)gihi（空载）满载空载人19500.81.10156214.5发动机附件3400.20.60.8568204289变速器600.40.40.65242439万向节传动201.250.40.6525813前轴及前轴制动器轮毂转向梯形10000.30.4503045前悬架及减振器2000.350.50710后轴及后轴制动器轮毂12530.30.4537537.556.25后悬架及减震器6030.350.51802130车架总成801.80.350.51442840驾驶室总成700.111.5770105车厢12020.81.0524096126油箱及油管251.50.40.5537.51013.75蓄电池组251.50.40.5537.51013.75车轮及轮胎总成20530.20.366154173.8货物10002.810280010000244545531712.51069.05.水平静止时的轴荷分配及质心位置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：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=2445-1517.7=927.3kgmm前轴荷分配：=37.9后轴荷分配：=62.1m空载：kg=1000-584.3=415.7kg后轴荷分配: 41.6前轴荷分配：58.3根据下表得知以上计算符合要求表3-3各型汽车轴荷分配b.水平路面上汽车慢在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； 行驶时后轴轴荷转移系数。根据式（2-2）可得:kgkgc.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； 制动时后轴轴荷转移系数。根据式（2-3）可得：kgk第4章 传动比的计算和选取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0.9，则 =0.9=0.92800=2520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：驱动车轮所承受的质量，kg； 附着系数。0.6-0.7之间，这里取=0.7。4.2.2变速器的选择根据3.745.37，可选择变速器为：型号：17Q01-00030 各档速比:档:4.76档:2.81 档:1.59档:1档:0.76倒档:7.66最大输入扭矩（N.m）：410总成质量（kg）：80 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，现列下表：表5-1各档驱动力，速度T300360385390383380372361350n120014001600180020002200240026002800一档Ft17060.66666678472.8906186666679014.11777788943.51111118755.22666678496.33555568237.4444444V110.26453781511.97529411813.6860504215.39680672317.10756302518.81831932820.5290756322.23983193323.950588235二档Ft24168.16666675001.8534961666675321.35944445279.67777785168.52666675015.69388894862.8611111V217.38761565820.2855516012308142348828.97935943131.87729537434.77523131737.6731672640.571103203三档Ft32358.52830.23026.74166673066.053011.01833332987.43333332924.542838.06166672751.5833333V330.72905660435.85056603840.97207547246.09358490651.2150943456.33660377461.45811320866.57962264271.701132075四档Ft41483.333333317801903.61111111928.33333331893.72222221878.88888891839.33333331784.94444441730.5555556V448.859257.002465.145673.288881.43289.575297.7184105.8616114.0048五档Ft51127.33333331352.81446.74444441465.53333331439.22888891427.95555561397.89333331356.55777781315.2222222V552.12574679960.81337126669.5009957337887624466695.563869132104.2514936112.93911807121.626742535.1.3力的平衡方程（5-4）根据表5-1及公式（5-4）可绘出驱动力速度平衡图图5-1 驱动力-速度平衡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n120014001600180020002200240026002800一档Va110.26453781511.97529411813.6860504215.39680672317.10756302518.81831932820.5290756322.23983193323.950588235f10.00817481411760.00827061647060.00836641882350.00846222117650.00855802352940.00865382588240.00874962823530.00884543058820.0089412329412D10.29405113490.352761126010.377058002710.381675429410.374471360480.371161704640.362906263230.351669524840.34039822237二档Va217.38761565820.2855516012308142348828.97935943131.87729537434.77523131737.6731672640.571103203f20.00857370647690.00873599088970.00889827530250.00906055971530.00922284412810.00938512854090.00954741295370.00970969736650.0098719817794D20.172171040620.206317625210.220070128780.222126365810.217125170710.214344212290.208564801840.200946647960.19322931356三档Va330.72905660435.85056603840.97207547246.09358490651.2150943456.33660377461.45811320866.57962264271.701132075f30.00932082716980.00960763169810.00989443622640.0101812407550.0104680452830.0107548498110.011041654340.0113284588680.011615263396D30.0928548534840.110527479920.116406741090.115414176150.1101746060.10593767240.0997504518730.0922691496280.0844780735四档Va448.859257.002465.145673.288881.43289.575297.7184105.8616114.0048f40.01033611520.01079213440.01124815360.01170417280.0121601920.01261621120.01307223040.01352824960.0139842688D40.0478096447440.0551004695770.0543857705350.0487608552730.0398765545380.0310345298270.0203775965480.0187650.015768五档Va552.12574679960.81337126669.5009957337887624466695.563869132104.2514936112.93911807121.62674253f50.0105190418210.0110055487910.0114920557610.0119785627310.0124650697010.0129515766710.0134380836420.0139245906120.014411097582D50.0310042782540.0300560.0318557602710.0250633835670.0154977043620.0153680.0153240.015233-0.015465.2.3动力特性图 利用表5-2做出动力特性图图5-2 各档速度与动力因数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ig4.762.811.5910.762.182881.4448051.1764051.11.07888由此可得各档汽车行驶时各档速度及加速度倒数，列表如下表5-4各档速度与加速度倒数一档V110.26453781511.97529411813.6860504215.39680672317.10756302518.81831932820.5290756322.23983193323.9505882351/a10.779158121720.646586338290.60414413260.596824689560.608731179350.614449699430.628938822920.649729295210.67201134461二档V217.38761565820.2855516012308142348828.97935943131.87729537434.77523131737.6731672640.5711032031/a20.901170440270.746167942870.698147405570.691941538330.709126656040.719309819980.740784925680.770923616880.80405337601三档V330.72905660435.85056603840.97207547246.09358490651.2150943456.33660377461.45811320866.57962264271.7011320751/a31.437035084111270183918120394611621.26116586231.35320655751.4830776141.6474978986四档V448.859257.002465.145673.288881.43289.575297.7184105.8616114.00481/a42.99531160592.5332682332.60201897863.02900557924.04977016036.094198945715.36471898821.43407445262.92702508五档V552.12574679960.81337126669.5009957337887624466695.563869132104.2514936112.93911807121.626742531/a55.37410423735.77885503665.40617724378.413550120636.30170074945.55898571958.37469696184.140175774-3.6854955067由表5-4 可绘出加速度倒数曲线：图5-3 加速度倒数5.2.5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） （5-10）由公式（5-9）（5-10）及表（5-3）得汽车在平路上等速行驶时发动机功率现将数据统计为下表表5-5各挡功率一档P137.69633507952.7748691164.50261780173.50785340380.20942408487.53926701693.48691099598.282722513102.61780105Pf11.26178866061.49198363391.7313617751.98123496472.24291508442.51771401492.80694363753.11191583333.4339424832二档P237.69633507952.7748691164.50261780173.50785340380.20942408487.53926701693.48691099598.282722513102.61780105Pf22.28696712662.76484168383.28735318073.86087832294.4917938162595130267876.79264945927.7168934134三档P337.69633507952.7748691164.50261780173.50785340380.20942408487.53926701693.48691099598.282722513102.61780105Pf34.9031894996.25423142277.85166273439.730681917711.92648745714.47427783617.40925153920.7666070524.581542853四档P437.69633507952.7748691164.50261780173.50785340380.20942408487.53926701693.48691099598.282722513102.61780105Pf410.87482792914.83317945519.7819372325.86258786133.21661795341.98551411552.31076295264.33385107378.196265084五档P537.69633507952.7748691164.50261780173.50785340380.20942408487.53926701693.48691099598.282722513102.62 Pf512.35276948517.01725765322.88437347830.12592090938.91370389749.41952639461.8151923576.27250571692.963270444 5.3.3驱动平衡图作发动机能够发出的功率P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