汽车设计微型货车总体设计.docx

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本次课程设计是利用汽车设计，汽车理论等教材对货车的车型、整车参数、布置形式、性能计算的整体设计，以及画总布置图。本次课程设计题目是设计载质量为0.75t、最高车速是80km/h，和滚动阻力系数为0.018的货车。首先根据已知条件查阅资料和查找相关车型，然后确定车型为微型货车，然后根据车型和相关限制条件确定货车的尺寸参数和质量参数，选择适合的发动机和变速器型号，初步布置，根据质心位置计算轴荷分配，看是否满足已选车型条件，再进行动力性计算，包括了驱动力与阻力的平衡，动力因数，加速度，加速时间的确定和燃油经济性等计算，最后计算货车的操纵稳定性，保证设计的车能够安全行驶，再利用cad画出总布置图，完成设计.关键词：车型；整车参数；质量参数；轴荷分配；性能计算第1章汽车形式的选择1.1货车轴数的选择汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多轴。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量,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。随着设计汽车的乘员数增多或装载质量增加,汽车的整各质量和总质量也增大。在轴数不变的前提下,汽车总质量增加以后,使公路承受的负荷增加。为了保护公路，有关部门制定道路法规，对汽车的轴载质量加以限制。但是汽车轴数增加以后，不仅轴，而且车轮、制动器、悬架等均相应增多，使汽车结构变得复杂,整车整备质量以及制造成本。对于质量不大的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的,均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案(3.7t<19t),本设计也采用两轴式汽车。1.2货车驱动形式的选择汽车的用途、总质量和对车辆通过性的要求等，是影响选取驱动形式的主要原因。增加驱动轮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，整车整备质量和制造成本也随之增加，同时也是汽车的总体布置工作变得困难。总质量小些的货车多采用结构简单、制造成本低的4×2驱动形式,本车也采用这种驱动形式。1.3货车的布置形式汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点而言。汽车的使用除取决于整车和各总成的有关参数外，其布置形式对使用性能也有主要影响。货车的布置形式可以按照驾驶室与发动机的相对位置的不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。货车又可以根据发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置方式。为了易于发现发动机故障；是发动机的接近性好、维护方便；离合器、变速器等操纵机构的结构简单，容易布置；货箱地板高度地等原因本次设计货车采用平头式、发动机前置后轮驱动(FR),驾驶室采用双排座,共乘坐3人。第2章汽车的主要参数的选择2.1汽车主要尺寸的确定2.1.1汽车外廓尺寸的确定根据GB1589-1989汽车外裤尺寸限界规定,货车总长不大于12m；不包括后视镜汽车宽不大于2.5m；空载、顶窗关闭状态下,汽车高不超过4m；后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度外250mm；顶窗、换气装置开启时不得超出车高3O0mm；同时,参考同类汽车的外廓尺寸(江淮牌HFC1040KT轻型载货汽车5390× 1950 ×2180)选择汽车外廓尺寸长×宽×高:4800×1950 ×2100。2.12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要求下选取。各类载货汽车的轴距选用范围如表2.1(1中表1.2)所示。表2.1载货汽车的轴距和轮距4×2货车总质量（t）轴距（mm）轮距（mm）1.8-6.0 2300-36001300-1650取L=2800mm2.1.3货车前轮轮距和后轮轮距的确定汽车轮距B应该考虑到车身横向稳定性, 主要取决于车架前部的宽度、前悬架宽度、前轮的最大转角和轮胎宽度,同时还要考虑转向拉杆、转向轮和车架之间的运动间隙等因素。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11所示。选取=1115mm, =1225mm。2.1.4货车前悬和后悬的确定前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧的长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。一般载货汽车的前悬不宜过长,但要有足够的纵向布置空间,以便布置发动机、水箱、转向器、散热器风扇等部件。后悬对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱长度、汽车造型等有影响,也不宜过长,一般为1200-2200mm之间。参考同类车型:取=1150mm， =1350mm。2.1.5货车车头长度的确定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。此外,车头长度对汽车外观效果、驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。平头型货车一般在1400-1500mm之间。本次课设平头货车车头长度为1500mm。2.1.6汽车车箱尺寸的确定要求车箱尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数。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,一般在450-650范围内选取。但是由于本车要求的最高车速较高,为了降低质心选择边板高度低些。参考同类车型选取车箱尺寸3015× 1760× 350。2.2汽车质量参数的确定2.2.1装载质量的确定汽车的载荷质量是指汽车在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载质量,用表示。题目中要求的是=750kg。2.2.2整车整备质量的预估汽车的整车整备质量是指车上带有全部装备,包括随车工具和轮胎,加满油和水,但没有载货和载人时的整车质量,用表示。1.质量系数的选取质量系数是指汽车载质量与整车整备质量的比值,即。该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平, 值越大,说明汽车的结构和制造工艺越先进。参考表1.2(l中表1.4):表2.2货车的质量系数货车总质量1.8<<6.0 0.8-1.10 对于轻型柴油机的载货汽车,质量系数为0.8-1.00。选取=12.估算整车整备质量。=/。=750/1=750kg2.2.3汽车的载客量汽车乘坐人员包括驾驶员在内共3人,驾驶1人,副驾驶2人。2.2.4汽车总质量的确定汽车总质量是指汽车整车整备质量、汽车装载质量和驾驶室乘员(含驾驶室)质量三者之和,用表示。驾驶室乘员质量以每人65kg。按乘员人数为3人。=+65kg=1500+1500+65×3=3195kg2.3汽车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0.9-1.0以免超载,对于在良好路面上行驶且车速不高的货车其轮胎负荷系数可去上限甚至达到1.1.本次课程设计后轮采用双胎。根据GB516-82货车后轮装双胎时比单胎使用负荷可增加10%-15%。单胎最大静负荷为:=1.1×3195×9.86=5740.4N选取轮胎参数见下表2.3(2中表)轮胎规格层数断面宽外直径最大负荷相应气压标准轮辋允许使用轮辋普通花纹越野花纹6.5R16LT6,8,101857507605953205.50F5.00E5.00F表2.3轮胎参数2.4轴荷分配及质心位置的计算2.4,1汽车轴荷分配汽车的轴荷分配影响汽车的使用性能和轮胎的使用寿命,为了使轮胎的寿命一致,希望满载时每个轮胎负荷大致相同。表4为各类载货汽车轴荷分配的统计值。型式满载(%)空载(%)前轴后轴前轴后轴4× 2后轮双胎 平头30-3665-7058-5446-52表2.4载货汽车轴荷分配12.4.2汽车质心分配1)静止时的轴荷分配及质心位置: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: (2.1)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3.1。表3.1各总成质量及其质心坐标主要部件空载时质心坐标（x，y）满载时质心坐标（x，y）部件质量（kg）发动机及其部件(0,1.13)(0,1)280离合器及操纵机构(0.8,0.9)(0.8,0.8)6变速器及离合器壳(1.2,0.8)(1.2,0.7)75万向节及离合器(1.4,0.7)(1.4,0.6)21后轴及后轴制动器(2.7,0.638)(2.7,0.538)180后悬及减震器(2.85,0.505)(2.85,0.405)90前悬及减震器(-0.5,0.505)(-0.5,0.405)30前轴、前制动器、轮毂转向梯形(0,0.725)(0,0.625)75车轮及轮胎总成(2.7,0.385)(2.7,0.375)255车架及支架、拖钩装置(1.6,1.4)(1.6,1.3)120转向器(-0.5,1.3)(-0.5,1.2)15手制动器及操纵机构(-0.4,1.15)(-0.4,1.05)10.5制动驱动机构(-0.6,1.05)(-0.6,0.95)9油箱及油管(0.9,0.975)(0.9,0875)15消声器及排气管(0.9,0.9)(0.9,0.8)6蓄电池组(0.9,0.85)(0.9,0.75)27仪表及其固定零件(0.8,1.63)(0.8,1.53)6车厢总成(2.5,1.33)(2.5,1.23)150驾驶室(0.4,1.6)(0.4,1.5)45挡泥板等(2.8,0.926)(2.8,0.825)45人(0.5,1.5)195货物(2.5,1.6)1500空载时： kg mm kg 前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷44%49%后轴负荷在51%56%的范围内。所以满足轴荷分配要求满载时: kg mm kg 前轴轴荷分配 后轴轴荷分配 符合前轴负荷25%27%后轴负荷在73%75%的范围内。所以满足轴荷分配要求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：: （2.2）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， （2.3）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：kgkg第3章汽车发动机的选择3.1发动机的最大功率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。发动机的主要性能指标是发动机最大功率和发动机的最大转矩。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:=（+）式中：最大功率,kw 传动系效率,对于单级减速器取0.9 g重力加速度,9.8 f滚动阻力系数,取0.018 空气阻力系数,取0.9 A汽车的正面迎风面积,本车A取3.08 汽车总质量,kg 汽车最高车速,km/h带入相关数据,可得:=（+）=91.2kw于是，发动机的外特性功率为: =×（1.121.18）=（102.1107.6）kw所以发动机平均功率的选择范围为（102.1107.6）kw3.2发动机及其最大转矩和相应转数的选择3.2,1选择发动机查阅相关网络资源和老师所给的资料选取的发动机型号为CY4D43TI，主要技术参数见表3.1,其外特性曲线如图3.1所示,轮廓尺寸图如图3.2所示。表3.1 CY4D43TI主要技术参数图3.1柴油机CY4D43TI外特性曲线图图3.2柴油机CY4D43TI外观尺寸图3.2.2发动机的最大转矩及其相应转数的选择当发动机最大功率和相应的转速确定后,则发动机最大转矩和相应转速可随之确定,其值由下式计算: = (3.2)式中: -转矩适应系数,一般1.1-1.3,在这里取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=1.4-1.6,在这里取为1.6,则有:=1625rmin=1.1×=472.7N·m满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。第4章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:-汽车的最高车速,已知120km/h;-最高车速时发动机的转速,一般,r/min;r-车轮半径,r=0.375m故=0.377×=3.063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, 与应满足下列关系： （4.2）式中: -最大转矩,N·m；-最大转矩时的车速。Km/h；在这里=75 Km/h于是=0.084满足直接档最大动力性因数的要求。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: =2.82周时为了满足附着条件,其值也应符合下式 式中： -驱动车轮锁承受的质量,占汽车总质量的50%6O%,在这里取58%;路面附着系数,为0.70.8,这里取0.8。带入相关数据,可得: =4.296即是2.994 4.296参考同类车型选取=4.190。4.2.2变速器的选择这种轻型载货汽车采用45档变速,各档变速比遵循下式关系分配:参考同类车型确定为各档传动比为如下表3.2表4.1变速器主要参数型号额定输入转矩中心距mm总成干重Kg速比取力部位档位同步器生产厂 家17Q37-00030410121754.192.811.5910.76右侧1,2,3,4,5，锁销式东风第5章动力性能计算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,km/h:主减速器的传动比:变速器的传动比。代入相关数据,计算所得数据如下表5.1所示表5.1驱动力与车速关系10001200140016001800200022002300240025002600395440457462460455450443440435429档12154.6913539.4014062.5114216.3714154.8314000.9713847.1113631.7113539.4013385.5413200.9111.0213.2215.4317.6319.8422.0422.2425.3526.4527.5528.65档8151.479080.129430.949534.139492.859389.679286.499142.039080.128976.948853.1216.4319.7123.0026.2829.5732.8536.1437.7839.4241.0642.71档4612.405137.865336.375394.765371.405313.025254.635172.895137.865079.485009.4229.0334.8340.6446.4552.2558.0663.8666.7769.6772.5775.47档2900.883231.363356.213392.933378.243341.523304.803253.393231.363194.643150.5846.1655.3964.6273.8583.0892.31101.54106.16110.77115.39120.005.1,2行驶阻力计算汽车行驶时,需要克服的行使阻力为: (5.2)式中: -道路的坡度,平路是;-行驶加速度, 等速行驶时为0;-变速器各档的传动比;-回转质量换算系数,其值按估算,其中=0.03-0.05,取为0.04;=0.04-0.06,取为0.05;代入=0,=0及相关数据,可得:3195×9.8×0.0180=0.1319+563.60代入各个速度值,即得表5.2。表5.2行驶阻力与车速关系1020304050658095110120576.79616.36682.31774.64893.351120.881407.761754.002159.592462.965.1.3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4.1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汽车驱动力-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。5.2.2行驶阻力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5.3 各档动力因数表10001200140016001800200022002300240025002600395440457462460455450443440435429档0.3880.4320.4490.4530.4510.4460.4400.4330.4300.4250.419档0.2590.2890.2990.3020.3000.2960.2910.2860.2840.2800.275档0.1440.1590.1640.1630.1600.1560.1510.1470.1440.1400.136档0.0840.0900.0900.0850.0790.0710.0620.0570.0520.0460.040表5.4滚动阻力系数与车速10203040506580951101200.008160.008720.009280.009840.01040.011240.012080.012920.013760.014325.2.3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。5,2.4加速度倒数曲线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加速度倒数值档0.5150.4620.4450.4400.4430.4480.4540.4610.4650.4710.478档0.5830.5230.5040.5000.5040.5120.5200.5290.5340.5420.552档0.8840.7960.7740.7770.7950.8220.8520.8800.9000.9260.957档1.5121.3961.4171.5081.6681.9132.2732.5882.9423.4794.323做出关系曲线,如图5.3，对加速度倒数和车速之问的关系曲线积分，可以得到汽车在平路上加速行驶时的加速时间。四档从80加速到120km/h的时间。(为一个小格代表的时间的倒数)图5-3汽车的加速度倒数曲线5.2.5汽车最大爬坡度 (5.7)式中:汽车变速器头档的最大动力因数,为0.453。则 =49%30%，满足最大爬坡度的要求。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时的功率值。发动机转速和汽车速度之间的关系如表5.6表5.6发动机发出功率与速度关系表档11.0213.2215.4317.6319.8422.0422.2425.3526.4527.5528.65406670808996103105107108110档16.4319.7123.0026.2829.5732.8536.1437.7839.4241.0642.71406670808996103105107108110档29.0334.8340.6446.4552.2558.0663.8666.7769.6772.5775.47406670808996103105107108110档46.1655.3964.6273.8583.0892.31101.54106.16110.77115.39120.004066708089961031051071081105.3.2汽车行驶时所需发动机功率汽车行驶时,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: （5.8）当汽车在平路上行驶的时候，简化为下式: （5.9）代入相关的数据计算得到表5.7所示表5.7行驶阻力所消耗的功率与车速10203040506580951101201.443.085.127.7511.1718.2228.1641.6659.3973.905.3.3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,并作汽车在平路上等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,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 汽车的功率平衡图第6章汽车燃油经济性计算在总体设计时，通常是计算汽车稳定行驶时的燃油经济性，计算公式如下:： （6.1）式中： ：汽车稳定行驶时所需发动机的功率，kw； ：汽车等速百公里燃油消耗量，1/km：燃油消耗率，：燃油重度N/L，柴油为7.948.16，这里取8.00。查速度特性图(6.1)并计算燃油经济性计算结果见表(6.1)。图6.1汽车发动机的速度特性曲线表6.1燃油经济性计算结果n（r/min）867 1083 1300 1517 1733 1950 2167 2383 2600 (kw)354062758496100108110(m/s)405060708090100110120(g/kw·h)230214206203201202207209215Q(L/100km)19.66 20.98 23.09 24.65 25.86 26.41 27.37 28.15 30.15 根据数据做出曲线如图6.2。 图6.2等速百公里油耗图第7章汽车不翻倒条件计算7.1汽车满载不纵向翻到条件汽车不纵向翻到的条件计算： （7.1）带入相关数据有满足要求。7,2汽车满载不横向翻到条件汽车不横向翻倒的条件计算： （7.2）代入相关的数据有: 满足要求7.3汽车最小转弯半径汽车的最小转弯半径的计算公式是式中:为汽车前内轮的最大转角,这里取最大值45度代入相关数据，计算得：满足要求表 汽车通过性几何参数汽车类型最小离地间隙h/mm接近角/（°）离去角/（°）最小转弯直径dmin/m4×2货车25030025602545814参考文献（1）汽车设计 王望予主编 4版 北京：机械工业出版社，2004.8（2）汽车理论 余志生主编 5版 北京：机械工业出版社，2009.3（3）汽车构造 陈家瑞主编 2版 北京：机械工业出版社，2005.1（4）九十年代内燃机 赵士林主编（5）汽车现代设计制造 龚微寒主编 人民交通出版社专心-专注-专业