汽车设计-平头货车(共28页)

1、1 载货汽车主要技术参数的确定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：2人汽车的装载质量是指汽车在良好路面上行驶时所允许的额定装载，用me表示。me=2000kg。1.1.2 汽车整车整备质量预估 1.质量系数mo选取质量系数mo是指汽车装载质量与整车整备质量的比值： （1-1）根据表1-1：表1-1 各类汽车的整备质量系数mo对于轻型载货汽车，质量系数为0.80-1.0，取mo=1.0。2.估算整车整备质量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。 =/=2000/1.0=2000kg1.1.3 汽车总

2、质量ma的确定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。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+2×65kg=2000+2000+2×65=4130kg表1-2 质量参数：载质量me（Kg）质量系数m0整车整备质量m0（Kg）总质量（Kg）20001.0200041301.1.4 汽车轴数和驱动形式的确定总质量小于19吨的商用车一般采用结构简单、成本低廉的两轴方法，所以本车的轴数定为二轴。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

3、的驱动形式。1.2汽车主要尺寸的确定1.2.1汽车的外廓尺寸 我国法规对载货汽车外廓尺寸的规定是：总高不大于4米，总宽不大于2.5米，总长不大于12米。一般载货汽车的外廓尺寸随载荷的增大而增大。在保证汽车主要使用性能的条件下应尽量减小外廓尺寸。参考同类车型，取外廓尺寸:5046×1960×2011mm(长×宽×高)。1.2.2汽车轴距L的确定 在汽车的主要性能，装载面积和轴荷分配等各个方面的要求下选取。轴距L对汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。各类载货汽车的轴距选用范围如表1-3所示。表1-3 载货汽车的轴距和轮距4×

4、;2货车总质量（t）轴距（mm）轮距（mm）1.8-6.0 2300-36001300-1650选取L=2800mm。1.2.3 汽车前轮距B1和后轮距B2汽车轮距B应该考虑到车身横向稳定性,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。主要取决于车架后部宽度、后悬架宽度和轮胎宽度,同时还要考虑车轮和车架之间的间隙。各类载货汽车的轮距选用范围如表1-3所示。考虑本次课设实际要求和根据表1-3提供的数据，前轮距B1=1650mm,后轮距B2=1597mm。1.2.4 汽车前悬LF和后悬LR的确定 前悬尺

5、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，应当在保证能布置各总成、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。参考同类车型，取LF=891mm，LR=1355mm。1.2.5 汽车的车头长度货车车头长度指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离,车身形式对车头长度有绝对影响。平头型货车一般在1400-1500mm之间，参考同类车型，车头长度取1472mm。1.2.6 汽车车厢尺寸的确定

6、参考同类车型，考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸：3373mm×1950mm×370mm。2 载货汽车主要部件的选择2.1 发动机的选择2.1.1 发动机型式的选择目前汽车发动机主要采用往复式内燃机,分为汽油机和柴油机两大类。当前在我国的汽车上主要是汽油机,由于柴油机燃油经济性好、工作可靠、排气污染少,在汽车上应用日益增多。轻型汽车可采用汽油机和柴油机,参考同类车型,本车选取柴油发动机。2.1.2 发动机的最大功率 汽车的动力性主要取决于发动机的最大功率值,发动机的功率越大,动力性就好。最大功率值根据所要求的最高车速计算,如下: =（+） （2-1）式中： 最大功率,kw

7、传动系效率,对于单级减速器，取0.9 g重力加速度, f 滚动阻力系数,取0.02 空气阻力系数,取0.7 A汽车的正面迎风面积,本车A=2.0111.7=3.419 汽车总质量,本车为4130kg 汽车最高车速,本车为105km/h带入相关数据,可得:=（+）=67.20kw于是，发动机的外特性功率为: =×（1.101.15）=（73.9277.28）kw即在73.9277.28kw之间选择发动机。选取朝阳柴油机厂的CY4105Q型柴油机，主要参数见表2-1，其总功率外特性曲线如附录图2.1所示 。 表2-1 发动机主要技术参数 CY4105Q型主要技术参数  型

8、60;   号： CY4105Q  形    式： 立式直列、水冷、四冲程、自然吸气式  气 缸 数： 4105×118  工作容积： 4.087  燃烧室形式： 直喷四角型燃烧室  压 缩 比： 17.5:1  额定功率/转速： 74/3000  最大扭矩/转速： 265/2000  标定工况燃烧消耗率： 231.6  全负荷最低燃油消耗率： 2

9、09.4  最高空载转速：  3300  怠速稳定转速： 700  机油消耗率： 1.63  工作顺序： 1-3-4-2  噪声限制： 117  烟    度： 2.3  排放标准： 达欧洲号标准  整机净质量： 330  外形参考尺寸： 921×651×751 图2.12.1.3 发动机最大转矩 及其相应转速的选择 当发动机最大功率和相应的转速确定后,则发动机最大转

10、矩和相应转速可随之确定,其值由下式计算: = (2.2)式中: ：转矩适应性系数,一般1.11.3,取1.1；：最大功率时的转矩,：最大功率,kw：最大功率时转速,r /min：最大转矩, 而=1.4-2.0 ,则有:=1.5 <2.0=1.1×=259.12N·m<265N·m满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。2.2 轮胎的选择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,大多数轮胎负荷系数取为0.91.0，以免超载。本次课程设计后轮采用双胎。单胎承载量为:=1.1×41306=757.17kg根据GB9744-1997，

11、此车选用7.50R16LT轻型载重普通断面子午线轮胎。选取轮胎参数见下表2-3轮胎规格层数 断面宽度外直径负荷下静半径最小展平宽度相应气压最大使用尺寸外直径公路花纹越野花纹7.50R16LT6,8,10，12，14215mm805mm815mm375mm170mm350kPa825mm表2-3 轮胎参数2.3 车架的选择 参考中国汽车零配件大全一书，选取： 边梁式车架（轴距2800mm）：4614mm×860mm×180mm 前要断面尺寸：180mm×69mm×3mm 重量：118.5kg 满载负荷：30kN2.4 油箱参考同类车型，选取08AL型，镀铅

12、板，筒式，滚焊，70L，402mm×282mm×680mm2.5 离合器双片干式盘形磨擦离合器2.6 万向传动轴 十字轴万向节连接 3 轴荷分配及质心位置计算3.1 平静时的轴荷分配及质心位置计算总布置的侧视图上确定各个总成的质心位置,及确定各个总成执行到前轴的距离和距地面的高度。根据力矩平衡的原理,按下列公式计算各轴的负荷和汽车的质心位置: (3.1)式中: 、总成的质量，kg、各个总成质心到前轴的距离，m 、各个总成质心到地面的距离，m、后轴负荷，mL汽车轴距汽车质心到前轴的距离，m汽车质心到后轴的距离，m在总布置时,汽车的左右负荷分配应尽量相等，一般可以不计算，轴荷分

13、配和质心位置应满足要求，否则，要重新布置各总成的位置，如调整发动机或车厢位置，以致改变汽车的轴距。各总成质量及其质心到前轴的距离、离地高度见表3-2。表3-1 载货汽车轴荷分配车型满载（%）空载（%）前轴后轴前轴后轴4×2后轮双胎，平头式3035657048544652 x：各部件质心到前轮中心线的距离（单位：mm）y：各部件质心到地面线的距离（单位：mm） 表3-2 各部件质心坐标及质量主要部件部件质量（kg）空载时质心坐标满载时质心坐标(x,y)(x,y)发动机及其部件350(50，700)（50,600）离合器及操纵机构12(860,550)（860,450）变速器及离合器壳7

14、0(1250,550)（1250,450）万向节传动22(2300,530)（2300,4300）后轴及后轴制动器215(2800,440)(2800,340)后悬及减震器110(2800,470)(2800,370)前悬及减震器50(0,480)(0,380)前车轮及轮胎总成100(0,375)(0,375)前轴、前制动器、转向梯形148(200,450)(200,350)车后轮及轮胎总成185(2800,375)(2800,375)车架及支架、拖钩装置2152200,530(2200,430)转向器25(200,600)(200,500)手制动器及操纵机构28(-200,1050)(-20

15、0,950)制动驱动机构50(-300,650)（-300,550）油箱及油管22（1500,500）（1500,400）消声器及排气管8（1200,470）（1200,370）蓄电池组50（1500,500）（1500,400）仪表及其固定零件20（800,950）（800,850）车厢总成170（1400,900）（1400,800）驾驶室100（400,1000）（400,900）挡泥板等50（2800,450）（1200,350）人130（200,1100）货物2000(2470,1140)总质量4130(1333,585)(1828,828)由上表可得：1.空载时：kg mm kg

16、前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷在48%54%，后轴负荷在46%52%的范围内，所以满足轴荷分配要求。2.满载时: kg mm kg 前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷在30%35%，后轴负荷在65%70%的范围内，所以满足轴荷分配要求。3.2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列公式计算： （3.2）式中：行驶时前轴最大负荷，kg； 行驶时后轴最大负荷，kg; 路面附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8。令， （3.3）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，

17、该值为1.11.2根据公式（3.2）可得:kgkg3.3.制动时各轴的最大负荷计算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，该值为1.41.6 制动时后轴轴荷转移系数，该值为0.40.7根据公式（3.3）可得：kg 故满足要求。4 传动比的计算和选择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:ig=1;-汽车的最高车速,已知105km/h;-最高车速时发动机的转速,一般;r-车轮半径

18、,r=0.375m故=0.377×=4.03同时考虑到最高档(货车一般为直接档)形式是汽车有足够的动力性。 4.2 变速器传动比的选择4.2.1 变速器一档传动比的选择 在确定变速器一档传动比时,需要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: （4.3）式中：最大爬坡度，=代入相关数据,计算得: =4.94同时为了满足附着条件,其值也应符合下式 式中：-路面附着系数,为0.70.8,这里取0.8带入相关数据,可得: =8.42即是4.948.42参考中国汽车零配件大全选取=5.56。4.2.2 变速器的选择轻型载货汽车采用45档变速,各档变速比遵循下式关系分配:参考中

19、国汽车零配件大全,选取变速箱，型号为CAS525，确定各档传动比如表4-1。表4-1变速器主要参数型号额定输入扭矩（N·m）中心距（mm）总成干重（Kg）速比档位操纵方式额定输入转速（r/min）取力部位CAS528280100755.56，2.83，1.63，11,2,3,4远距式直接4000右侧5 汽车动力性能计算5.1 驱动力与行驶阻力平衡计算5.1.1 驱动力的计算 汽车驱动力按下式计算： （5.1）式中:驱动力,N:发动机转矩,N·m；:发动机转速,汽车的车速,105km/h:变速器的传动比:主减速器的传动比代入相关数据,计算所得数据如下表5.1所示。 表5.1

20、驱动力Ft与车速Va的关系Ne(r/min)140016001800200022002400260028003000Te(N*m)250260263265262255250244238一档Ft1(N)13444 13982 14143 14251 14089 13713 13444 13121 12799 Va1(km/h)9 10 11 13 14 15 16 18 19 二档Ft2(N)6843 7117 7199 7254 7171 6980 6843 6679 6514 Va2(km/h)17 20 22 25 27 30 32 35 37 三档Ft3(N)3941 4099 4146

21、 4178 4131 4020 3941 3847 3752 Va3(km/h)30 34 39 43 47 52 56 60 65 四档Ft4(N)2418 2515 2544 2563 2534 2466 2418 2360 2302 Va4(km/h)49 56 63 70 77 84 91 98 105 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:-道路的坡度,平路是;-行驶加速度, ，等速行驶时为0;-汽车旋转质量换算系数,其值按估算,其中=0.04代入相关数据,得:=4130×10×0.02=826+0.1代入各个速度值,即得表

22、5-2。 表5-2 行驶阻力F阻与车速Va的关系Va(km/h)15 35 55 75 85 95 105 115 F阻(N)849 949 1129 1389 1549 1729 1929 2149 5.1.3 驱动力与行驶阻力平衡图 按照表5.1,5.2作 、曲线图,则得到汽车的驱动力-行驶阻力平衡图,如5.1所示。利用该图可以分析汽车的动力性,图中曲线与直接档曲线的交点对应的车速,即是汽车的最高车速。 图5.1 驱动力-行驶阻力平衡图5.2 动力特性计算5.2.1 动力因数计算汽车的动力性因数按下式关系计算: (5.3)带入相关的数据,计算所得结果见表5-3。表5-3 动力因数D与车速V

23、a的关系Ne(r/min)1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 Te(N*m)250 260 263 265 262 255 250 244 238 1档Va1(km/h)9 10 11 13 14 15 16 18 19 D0.325 0.338 0.342 0.345 0.341 0.331 0.325 0.317 0.309 2档Va2(km/h)17 20 22 25 27 30 32 35 37 D0.165 0.171 0.173 0.174 0.172 0.167 0.163 0.158 0.154 3档Va3(km/h)30

24、34 39 43 47 52 56 60 65 D0.093 0.096 0.096 0.096 0.094 0.090 0.087 0.083 0.079 4档Va4(km/h)49 56 63 70 77 84 91 98 105 D0.052 0.052 0.051 0.049 0.045 0.040 0.036 0.031 0.025 5.2.2 滚动阻力系数与速度关系滚动阻力系数与车速的关系 （5.4）计算所得的数据如表5-4所示。 表5-4 滚动阻力系数f与车速Va的关系Va(km/h)15 35 55 75 85 95 105 115 f0.008 0.010 0.011 0.0

25、12 0.012 0.013 0.013 0.014 5.2.3 动力特性图按照公式5.3,5.4作、曲线图,则得到汽车的动力特性图,如图5.2所示。利用该曲线也可以分析汽车的动力性,图中线与直接档曲线的交点对应的车速是汽车的最高车速。 图4.2 动力特性图5.2.4 加速时间t的计算汽车在平路上等速行驶时,有如下关系： （5.5）即是 （5.6）带入相关数据，可得到加速度倒数的值，见表5-5。表5-5加速度倒数1/a与速度Va的关系Ne(r/min)1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 Te(N*m)250 260 263 265 262

26、255 250 244 238 1档Va1(km/h)9 10 11 13 14 15 16 18 19 D0.325 0.338 0.342 0.345 0.341 0.331 0.325 0.317 0.309 1/a0.746 0.715 0.707 0.701 0.710 0.731 0.747 0.767 0.788 2档Va2(km/h)17 20 22 25 27 30 32 35 37 D0.165 0.171 0.173 0.174 0.172 0.167 0.163 0.158 0.154 1/a0.939 0.899 0.889 0.884 0.897 0.928 0.9

27、52 0.983 1.016 3档Va3(km/h)30 34 39 43 47 52 56 60 65 D0.093 0.096 0.096 0.096 0.094 0.090 0.087 0.083 0.079 1/a1.571 1.508 1.503 1.507 1.552 1.637 1.715 1.814 1.929 4档Va4(km/h)49 56 63 70 77 84 91 98 105 D0.052 0.052 0.051 0.049 0.045 0.040 0.036 0.031 0.025 1/a3.382 3.348 3.522 3.780 4.314 5.321 6.

28、856 10.087 20.037 做出关系曲线,如图5.3 图5.3 加速度倒数曲线对加速度倒数和车速之间的关系曲线积分，可以得到汽车在平路上加速行驶时的加速时间。V档从0km/h加速到100km/h的时间 (为一个小格代表的时间=1.39s5.2.5 汽车最大爬坡度计算 (5.7)式中:-汽车变速器I档的最大动力因数,为0.345则 =19.03°=34.5%30%，满足最大爬坡度的要求。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。发动机转速和汽车速度之间的关系，见表5-6根据公式 (5.8)代入相

29、关数据，得表5-6。Ne(r/min)140016001800200022002400260028003000Te(N*m)2502602632652622552502442381档Va1(km/h)9 10 11 13 14 15 16 18 19 Pe（Kw）37 44 50 55 60 64 68 72 75 2档Va2(km/h)17 20 22 25 27 30 32 35 37 Pe（Kw）37 44 50 55 60 64 68 72 75 3档Va3(km/h)30 34 39 43 47 52 56 60 65 Pe（Kw）37 44 50 55 60 64 68 72 75

30、 4档Va4(km/h)49 56 63 70 77 84 91 98 105 Pe（Kw）37 44 50 55 60 64 68 72 75 表5-6 发动机发出的功率Pe与速度Va关系表5.3.2 汽车行驶时所需发动机的功率汽车行驶时,所需要的发动机的功率是克服行驶阻力所消耗的功率,其值按下式计算: （5.9）当汽车在平路上匀速行驶时，i=0，dv/dt=0，可简化为下式： （5.10）代入相关的数据计算得表5-7。表5-7 行驶阻力所消耗的功率Pe与车速Va的关系Va(km/h)15 35 55 75 85 95 105 115 Pe(kw)4 10 20 34 43 54 67 82

31、 5.3.3 汽车功率平衡图做出发动机能够发出的功率与车速之间的关系曲线,并作汽车在平路上匀速行驶时所需发动机的功率的曲线,即得到汽车的功率平衡图,如图5.4所示,利用该图分析汽车的动力性,上述两条曲线的交点所对应的车速就是汽车的最高车速。 图5.4 功率平衡图6 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：Qs汽车等速百公里燃油消耗量，L/100km； 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曲线得到； 燃油重度，N/L,柴油为7.948.13，其值取8.00； 最高挡车速。查万有特性曲线图，计算得，见表6-1 表6-1 燃油消耗表n(r/min)1126 1351 1576 1802 2027 2252 2365 Pe(kw)17 23 30 38 48