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柴油
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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
- 内容简介：
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I 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 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 T ( is an of an in as of a on at of of at in to of a of is to of of so do of A on of of to a on of on he or of a on of of 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 述 1 车形式的选择 1 车主要参数的选择 5 动机的选择 12 第三 章 汽车的整 体布置和各部件的选择 15 布置图的绘制 15 定车轮中心至车架上表面 零线的最小布置距离 17 车各总成的布置要求 19 第四 章 运动校核 25 向轮跳动图 25 动轴跳动图 28 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 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 1 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。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 第 二 章 汽车总体设计 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。 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。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 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 130 轴 的 允许负 荷不超 过 60 个国 家的法 规 不一 样 ，但相同的是后 轴负 荷大多在 100 双轴 汽 车总重 量一般不超 过 180 190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 4 2 式汽 车 ，其中 轿车还 可以采用 4 2 前驱动 式 结 构。 对 于一般 总重 小于 19t 的汽 车 ，都采用 4 2 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 4 2 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 4 2 变 成 6 2、6 4、 8 4，如果想增加 驱动能 力，提高越野通 过 性能，可以采用 4 4、 6 6、 8 8 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 4 2 后 轮驱动 比 较 好。 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 。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 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。 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。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 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 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 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 2 1 选用轮胎的参数 轮胎规格（采用纵向花纹） 16 标准轮辋 许使用轮辋 胎断面宽度 240胎外直径 860胎双层厚度不小于 带：最小展平宽度 180部厚度不小于 缘厚度不大于 门嘴型号 78 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 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： 车主要外廓尺寸的确定 一、 外廓尺寸 货车总长 +R ( 650+1015+1795=6460车总宽 880车总高 220 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， 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； 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 50 100 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 取： L=3650 三、 前轮距和后轮距 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 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 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 385轮距 425、 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 015悬 079 汽车的主要参数 汽车质量参数的确定 汽车质量参数包括：整车整备质量 载客质量、装在质量、汽车总质量 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，亦车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 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 2 2 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(重心距前 轴L(m) 重心距地面h(m) g.L(g.h(发动 机及附件 420 合器及操 纵 机构 87 动轴 36 2 2 18 变 速器机离合器 壳 120 32 60 后 桥 、 轮毂及 后制 动 器 360 296 价及支架 360 2 1 720 360 前 轴 、 轮毂、转向 梯形及前制 动 189 悬 及 减 震器 60 0 30 后 悬即减 震器 135 轮及轮 胎 总 成 300 23 129 拖 钩装 置 36 6 转向 器 、纵拉 杆及固定件 36 36 制 动 器及操 纵 机构 21 动 系 驱动 机构 18 油箱及油管 27 音器及排气管 12 箱及 软 管 39 电 池 组 57 表及其固定零件 12 8 货 箱 300 3 00 360 驾驶 室 150 75 225 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 挡 泥板等 30 105 24 水、机油、燃 料及 装备 195 56 物 3000 400 3600 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： = （ 2 =G 总 h 重 （ 2 式中： 各总成品质（ 各总成重心距前轴距离（ m） 各总成重心距地面高度（ m） 后轴负荷（ G 总 汽车总重（ h 重 汽车重心高度 (m) 又有 1+ =G 总 （ 2 2=G 总 前轴负荷 ( （ 2 G 总 b （ 2 G 总 a （ 2 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： 1=3000- h 重 =m） a=m) b=m) 满载时： 6301=6000- 370辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 h 重 =m) a=m) b=m) 表 2 3 汽车质心位置 空 载 满载 重心距前 轴 a(m) 心距后 轴 b(m) 心高度 h(m) 2 4 汽车的轴荷分配计算结果 空 载 满载 前 轴 后 轴 前 轴 后 轴 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： 重重总 ）（ hL 1 （ 2 重重 a2 （ 2 式中： a、 b 重心距前轴和后轴的距离（ m） 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 附着系数 行驶时的前轴负荷（ 行驶时的后轴负荷（ 将数据带入得： 2=以可得轴荷转移系数： 7 1 7 0 8 81 11 满28 0 1222 (2制动时 各轴的最大负荷按下式计算： L （ 重总制 1(2重制 总（ 2 (2将数据带入得： Z 制 1= 制 2=动时的轴荷转移系： 制 (2 3 0 8 2222 制 (2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 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 1、保证汽车不纵向翻到的条件是 重 (2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： 3 重 (2所以满足要求 3、最小转弯半径 5.5 m 表 2 5 整车的主要参数 项 目 参数 外形尺寸 (6460 2200 2100 轴 距 (3650 前 /后 轮 距 (1385/1425 前 /后 悬 (1015/1795 整 备品质 m0(3000 最大 总质 量 (6000 接近角 /离去角 ( ) 593119 / 164430 最高 车 速 (km/h) 95 乘 员数 (人） 2 最小 转弯 半 径 (m) 小离地 间 隙 (240 发动 机型 号 大功率 (kw/r/88/3200 最大扭矩 Nm/r/340/1800 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 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。 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。 要性能指针的选择 一、 发动机最大功率 Pe 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 取。 Pe 速 Ue 按下式 计 算出 : 3m a xm a xm a x 761 40360 01 (2车辆与动力工程学院毕业设计说明书 13 式中： _发动 机最大功率， T 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T 汽 车总质 量， g 重力加速度， m f 滚动 阻力系 数 ， 对载货 汽 车 取 最高 车 速， h； 空气阻力系 数 ， 轿车 取 客车 取 货车 汽 车 正面投影面 积 ，若 无测 量资 料，可按前 轮 距 车总 高 H、汽 车总宽 B 等尺寸近似 计 算： 对载货 汽 车 A 。 按上式求出的 Pe 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 12 20 将数 据 带 入得 576140 m a x 3 根据所得的功率 选 取 发动 机 型 号 最大功率 8对应 的 转 速 200r/、 发动机最大转矩 Te 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。 m a 4 9m a x (2式中： 发动 机最大扭矩， N m； 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 扭 矩适应 性系 数 ； 即 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 =p 为 最大功率 点 的扭矩， N m； 最大功率 点转 速， r 将所选发动 机的 参数带 入 验证发动 机的 转矩 ： 00 49m a x 所选发动 机的 转矩为 Te 40所以能 够满 足要求。 选择发动机的 型式及参数为： 表 2发动机的主要技术参数 型 号 式 废 气 涡轮 增 压 汽 缸数 行程 (4110 工作容 积 (L) 烧 室形式 直喷圆 形 缩 口燃 烧 室 压缩 比 18 1 额 定功率 /转 速（ kw/r/88/3200 最大扭矩 /转 速（ Nm/r/340/1800 工作 顺 序 1油消耗率 (g/ 115 烟 度 放 标 准 达欧 I 标 准 外形尺寸 长 宽 高（ 663 788 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 第三章 汽车的整体布置和各部件的选择 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 4 2、 6 4 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 。 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 即车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 为 X 坐 标线 ，前 为 、后 为 “+” ， 该线标记为0X。 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0Z。 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0Y。 (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0X、0Y、0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0 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。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 17 图 车总布置图坐标系 定车轮中心至车架上表面 零线的最小布置距离 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。 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 95110 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 轮中心至车架上表面 零线的距离 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 18 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 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 95105d 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+ 一般 载货 汽 车 的 角取 。 轿车多 取 0 。 图 轮中心至车架上表面 零线的距离 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 19 汽车各总成的布置要求 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 3 4 )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 40 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 2 5) ，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 。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 20 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。 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 10 15 图 向节传动的两种布置方案 （ a)U 型布置； (b)Z 型布置 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 21 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 80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。 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。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书 22 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 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。 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 的车辆与动力工程学院毕业设计说明书 23 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 。 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。 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 300尽 可能把它 们 布置在底 盘车辆与动力工程学院毕业设计说明书 24 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。 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 。 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 40 保 险 架的高度 应 超出 驾驶 室 顶 部 70 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 200便 减轻车 架的 质 量。 车辆与动力工程学
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