汽车的动力总成匹配与总体设计.doc

目录正文、2-3第一节 整车主要目标参数的初步确定、4一、发动机的选择、4-5 二、轮胎的选择、5-6三、传动系最小传动比的确定、6-7四、传动系最大传动比的确定、7-8第二节 传动系各总成的选型、8 一、发动机的选型、8二、离合器的初步选型、9 三、变速器的选择、9-10 四、传动轴的选型、10五、驱动桥的选型、11第三节 整车性能计算、12 一、配置东风康明斯eqb210-20发动机时的整车性能计算、12-16 二、配置潍柴tbd226b-6b发动机时的整车性能计算、16-18 三、汽车经济性能计算、18-19第四节 发动机与传动系部件的确定、20设计总结、21致谢、22参考文献、23 正 文我选择的题目是东风牌eq1146g2型载货汽车的动力总成匹配与总体设计，主要任务就是通过东风牌eq1146g2型载货汽车的基本参数，通过计算选择一款发动机，以及与之匹配的轮胎、离合器、变速箱、传动轴和驱动桥。并且对各个部件进行验算，是否各个部件匹配的良好，最后画出一张整车总体布置草图。东风牌eq1146g2型载货汽车的基本参数如表所示：东风牌eq1146g2型载货汽车接近角/离去角 34/14最高车速(km/h)90车辆外形长(mm)8530车辆外形宽(mm)2470车辆外形高(mm)2830整备质量6150总质量14335额定质量7990前轮距1940后轮距1860轴距5000轴数2悬挂(前/后）1245/2285最大爬坡度(%)30%第一节 整车主要目标参数的初步确定一、发动机的选择1发动机的最大功率及转速的确定汽车的动力性能很大程度上取决于发动机的最大功率。要设计的载货汽车最高车速是，那么发动机的最大功率应该大于或者等于该车速行驶时，滚动阻力功率与空气阻率之和，即 （1-1）式中，是发动机的最大功率（kw）; 是传动系效率（包括变速器、辅助变速器传动轴万向节、主减速器的传动效率），（查课程设计指导书表1-1得） , 是汽车总质量，=14335kg; g是重力加速度，g=9.8； f是滚动阻力系数，有实验测得，车速再不大于100km/h的情况下可以认为是常数。取f=0.008（查课程设计指导书表1-2得）；是空气阻力系数，一般中重型货车可取0.81.0 ，这里去=0.9； a是迎风面积（），取前轮距总高h， a=1.9402.830。 a=0.91.9402.830=4.94故 也可利用比功率的统计值来确定发动机的功率值。 如选取功率为88.83kw的发动机，则比功率为： 参考汽车理论图3-1东风载重货车比功率大约在9kw/t左右，在这里我取10kw/t 。 所以该质量14335kg的汽车，其发动机应该具有的功率；再考虑该载重货车要求的车速，因此初步选择汽车发动机的最大功率为150kw 。2、发动机最大转矩及其转速的确定当发动机最大功率和其相应的转速确定后，可通过下式确定发动机的最大转矩。 （1-2）式中，是发动机最大转矩（）；是转矩适应性系数，标志着当行驶阻力增加时，发动机外特性曲线自动增加转矩的能力， , 是最大功率时的转矩（） ，初取=1.05 （参考课程设计指导书）；是发动机最大功率（kw）；是最大功率时的转速（r/min）。所以 （其中转速是参考东风康明斯发动机有限公司网站上产品介绍取的值）一般用发动机适应性系数，表示发动机转速适应行驶工况的程度，越大，说明发动机的转速适应性越好。采用值大的发动机可以减少换挡次数，减轻司机疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。通常，汽油机取1.21.4，柴油机取1.22.6，以保证汽车具有适应的最低稳定车速。初取=1450r/min , 则，。二、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，因此，在总体设计开始阶段就应选定。选择的依据是车型、使用条件、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。为了提高汽车的动力因数、降低汽车质心的高度、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。同时还应考虑与动力传动系参数的匹配和对整车尺寸参数的影响。参考同类车型所选轮胎规格，各轴轮胎规格选择如下：前轴轮胎规格为10.00r20,轮胎数量为2；后轮并装双胎，型号为10.00r20,轮胎数量为4。所选轮胎的单胎最大负荷26300n，气压0.74mpa，普通花纹，外直径1055mm。（轮胎的选择参考课程设计指导书表1-3）三、传动系最小传动比的确定 普通载货汽车最高档通常选用直接挡，若无分动器或者轮边减速器，则传动系的最小传动比等于主减速器的主减速比 。主减速比是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。 载重货车为了得到足够的功率储备而使最高的车速有所下降，可按下式选择 （1-3） 式中，是驱动轮的滚动半径（m），所选轮胎规格为10.00r20的子午线轮胎，其自由直径d=1055mm，因计算常数f=3.05(子午线轮胎f=3.05),故滚动半径：；是发动机最大功率时的转速，=2500r/min；是最高车速，=90km/h；是变速器最高挡传动比，=1.0。所以初取=6.0 根据所选定的主减速比的值，就可基本上确定主减速器的减速行驶，并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。汽车驱动桥离地间隙要求如图1-4所示。其中，中型载货汽车的离地间隙要求在230345mm之间。（参考课程设计指导书表1-4）四、传动系最大传动比的确定传动系最大传动比为变速器的i挡传动比与主减速比的乘积。应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着条件、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合确定。汽车爬坡度时车速不高，空气阻力可以忽略，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有 （1-4）则由最大爬坡度要求的变速器i挡传动比为 （1-5）式中，是汽车总质量，=14335kg；g是重力加速度，g=9.81m/;是道路最大坡度角，设计要求最大爬坡度为30%，即坡度角=；是道路最大阻力系数。 前面已经计算得=0.5121m；发动机最大转矩=；主减速器比=6.0；传动系效率=0.894。所以根据驱动车轮与地面附着条件 （1-6）求得变速器的i挡传动比为 （1-7 ）式中，是道路的附着系数，在良好的路面上去=0.8；是汽车满载静止于水平路面时驱动桥承受的载荷（n），初步设计采用单车桥驱动，驱动桥承受的质量为10t，则综上所述，初步选取变速器i挡传动比。 第二节 传动系各总成的选型一、 发动机的选型 根据所需发动机的最大功率和最大转矩及相应转速，初步选择东风康明斯发动机有限公司的型号为eqb210-20的发动机，以及潍柴动力股份有限公司的型号为tbd226b-6b的发动机。它们的主要参数如表所示：单位eqb210-20tbd226b-6b缸径/行程mm102/120105/120排量l5.96.23额定工况功率/转速kw/(r/min)155/2500155/2500最大转矩/转速( r/min)700/1500730/1400-1600最低燃油消耗率g/()215无资料质量kg413无资料满足排放要求欧ii欧ii外形尺寸（长x宽x高）mm无资料无资料 东风康明斯发动机有限公司的型号eqb210-20发动机转速范围750-2750 r/min；而潍柴动力股份有限公司的型号为tbd226b-6b发动机转速范围无资料可查。二、 离合器的初步选型 为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。后备系数后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择夕时，应考虑以下几点：1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。2)要防止离合器滑磨过大。3)要能防止传动系过载。显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。各类汽车口值的取值范围通常为：轿车和微型、轻型货车 =120175中型和重型货车 =150225越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =180400根据发动机的最大转矩，和上述的原则。初步选定潍坊鹤镇机械有限公司生产，转矩容量为1300的hz-305-cks-nc离合器。该离合器与eqb210-20发动机匹配时，其后备系数为1.85；与tbd226b-6b匹配时，其后备系数是1.78；三、 变速器的选择 由于重型汽车的装载质量大，使用条件复杂，同时中型货车满载与空载的质量变化极大，要保证重型汽车具有良好的动力性、经济性和加速性，需要采用多档变速器。因为，档位越多，发动机发挥最大功率附近高功率的机会就越大，可以提高汽车的加速与爬坡能力；同时也能增加发动机在地燃油消耗率的转速范围工作的机会，可以提高汽车的燃油经济性。目前，组合式机械变速器已经成为重型汽车的主要形式，即以一到两种4-6挡变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器，得到一组不同的挡数、不同传动比范围的变速器系列。根据发动机最大转矩和变速器的i挡传动比，初步选择哈尔滨一汽变速箱股份有限公司生产的vi挡变速箱型号为ca6-75b（直接）。变速箱为三轴同步机械式汽车变速箱，具有六个前进档和一个倒档，三、四、五、六采用锁环式惯性同步器换档，二档采用锁环式同步器换档，一档和倒档为滑动齿套式换档，变速箱采用上下分体式结构，上盖为换档操作部分，下箱体为齿轮传动部分，便于拆解维修。变速器的输入转矩范围为735833，该变速器的最高档采用直接挡，传动比的范围是1-7.640。变速器各挡速比如表所示：iiiiiiivvvi倒7.6404.7142.9321.8951.3371.0007.107四、 传动轴的选型 该车前后轴距较大， 为了提高传动轴的的临界转速，避免共振以及考虑整车总布置上的需要，常将传动轴分段。当传动轴分段时，需要加设安装在车架横梁上的弹性中间支撑，以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的传动和车架等变形所引起的位移。弹性元件能吸收传动轴的震动，降低噪声。这种弹性中间支撑不能传递轴向力，它只要承受传动轴因动不平衡，偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节。十字万向节两轴的夹角不宜过大，当由增至时，滚针轴承寿命将下降至原寿命的1/4。十字轴万向节夹角的允许范围如表所示：驱动桥传动轴汽车满载静止时一般汽车越野汽车行驶中的极限夹角一般汽车短轴距越野汽车 选择传动轴时应注意，当变速器为i挡时，发动机最大转矩经过变速器的减速增扭后。输出的扭矩的是否大于传动轴的工作扭矩。选择潍柴动力股份有限公司的型号为tbd226b-6b的发动机。最大转矩是730，当经过哈尔滨一汽变速箱股份有限公司ca6-75b vi挡变速箱减速增扭后，所输出的转矩是5577.2。通过游览重庆重型汽车集团传动轴有限公司生产的中型汽车传动轴总成，编号为002，工作转矩为6000。能承受变速器输出的最大扭矩。五、 驱动桥的选型 驱动桥处于传动系的末端，其基本公用是增大由传动轴传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动轮具有差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车价之间的垂向力、纵向力和横向力。 1、驱动桥结构形式和布置形式的选择 驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式有关。绝大多数载重货车的驱动车轮采用非独立悬架，相应的采用非断开式车桥。 现代多桥驱动汽车都采用贯通式驱动桥的布置。 在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动布置在同一个纵向垂直平面内，且相邻的两桥的传动轴是串联的布置。其优点是不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各种驱动桥零件的互通性，并且简化了结构，减少了体积和质量，成本较低。东风牌eq1146g2型载货汽车不是采用多桥驱动，所以不采用贯通式驱动桥布置。 2、主减速器结构形式选择 主减速器形式的选择与汽车的类型及使用条件有关，主要取决与动力性、经济性等整车性能所要求的主减速比的大小以及驱动桥的离地间隙、驱动桥的数目及减速形式等。 双级主减速器有两集齿轮减速组成，结构复杂、质量大，制造成本也显著增加，仅用于主减速比较大且采用单节减速器不能满足既定的减速比和离地间隙要求的重型汽车上。 目前，轿车和一般的轻、中型货车采用单级主减速器，即可满足汽车动力性要求。它具有结构简单、体积小、质量轻和传动效率高等优点。 综上所述，由于所设计的载货汽车的轴数和驱动形式为2x2，以及单级主减速器还有结构简单等诸多优点，又能满足使用要求。所以，选用单机主减速器。 3、 驱动桥的选型 根据计算的主减速比，初步选择重庆红岩汽车车桥厂的单级减速单后驱动桥，产品编号为20048301。单级减速桥总成采用铸钢桥壳，整体刚性好，结实耐用，承载能力强，能满足恶劣路况需求。承载能力为13t，最大输入转矩6858，大于最大的输入转矩，主减速器传动比=4.875和5.833两种。因车速要求较高，就选=4.875计算，如果汽车阻力功率曲线与发动机功率曲线不能交在其最大功率点上，在进行调整。 第三节 整车性能计算一、配置东风康明斯eqb210-20发动机时的整车性能计算1、汽车动力性能计算（1） 汽车驱动力和行驶阻力汽车行驶过程中必须克服滚动阻力和空气阻力的作用，加速时会受到加速阻力的作用，上坡时会受到重力沿坡道的分力坡度阻力的作用。汽车行驶时驱动力与行驶阻力的平衡方程为 （1-8）发动机在转速n下发出的扭矩，经过汽车传东西传递到驱动轮上的驱动力按下式计算 （1-9）式子中，是发动机转矩（）；是变速器减速比；是主减速器减速比，=5.833；是传动系效率，=0.894；是车轮的滚动半径（m），=。在驱动轮不不打滑的情况下，发动机转速n(r/min)所对应的汽车车速（km/h）为 （1-10）滚动阻力为 （1-11）式子中，g是重力加速度，g=9.81；是坡道的坡度角；f是滚动阻力系数，f=0.008. 空气阻力为 （1-12）式子中，是空气阻力系数，=0.9；是迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积，=1.9402.830；是空气密度，一般取；是汽车行驶速度（s/m），若以km/h计，则 。坡度阻力 为 （1-13）式子中，i是道路坡度，计算时i取值从0%到40%。坡道阻力随着坡道的坡度变大而增大，且与变速器档位和车速无关。（1）搭配东风康明斯eqb210-20发动机时，汽车的最高速度。在网上查找到东风康明斯eqb210-20发动机的外特性曲线图。选择东风康明斯eqb210-20的发动机时的最高车速当车速为99km/h的时候，汽车的驱动力应该大于汽车所受到的阻力，此时不考虑汽车所受到的坡道阻力和加速阻力。= 所以此时车速能达到90km/h以上。 （2）计算搭配东风康明斯eqb210-20发动机时，汽车的最大爬坡度。 计算汽车最大爬坡度时候，是汽车变速器的挡位是i挡，此时汽车的速度比较慢，此时所受到的风阻和加速阻力可以忽略不计，当一档的时候汽车车轮的最大驱动力为： 坡道阻力为滚动阻力为所以算出汽车的最大爬坡度，是指汽车满载时在良好路面上用第一档克服的最大坡度，它表征汽车的爬坡能力。爬坡度用坡度的角度值（以度数表示）或以坡度起止点的高度差与其水平距离的比值（正切值）的百分数来表示。只有当汽车牵引力大于上坡阻力和滚动阻力（空气阻力不计）时，汽车才能爬上坡。表述这种汽车爬坡能力的计量方法就是百分比坡度，用坡的高度和水平距离的比例来表示，即百分比坡度100%，其中是坡面与水平面的夹角。例如“汽车爬坡度”是30%，根据上述公式得：100%=30%，即=301000.3，查三角函数表得16.7，即此车可爬越的最陡坡度是16.7。所以100%=33.3%，一挡时候的最大爬坡度为33.3%（3）搭配东风康明斯eqb210-20发动机时，汽车的加速性能计算。加速阻力计算。为计算最大加速能力，这里就取道路坡道为零的平知道路上进行失算。,由此可得 （1-14）式中，是汽车旋转质量换算系数，按式子估算，取，为变速器速比。通过计算得到汽车各个挡位加速度时间。由得，故 （1-15）通过上式可求得汽车从初始车速全力加速到的加速时间t。当汽车挂一挡起步并且加速到10时所用的时间为11s当汽车从10挂二档加速到20时所用的时间为10s当汽车从20挂三档加速到30时所用的时间为12.3s当汽车从30挂四挡加速到45时所用的时间为26.3s当汽车从45挂五档加速到60时所用的时间为39.8s当汽车从60挂六挡加速到75时所用的时间为67s当汽车从静止通过连续换挡加速到75时所用的时间为166.4s 二、配置潍柴tbd226b-6b发动机时的整车性能计算（4）搭配潍柴tbd226b-6b发动机时，汽车的最高速度计算由于网络上没有潍柴tbd226b-6b的外特性图，可能数据有些误差选择潍柴tbd226b-6b发动机时的最高车速当车速为99km/h的时候，汽车的驱动力应该大于汽车所受到的阻力，此时不考虑汽车所受到的坡道阻力和加速阻力。= 所以此时车速能达到90km/h以上。（5）计算搭配潍柴tbd226b-6b发动机时，汽车的最大爬坡度。计算汽车最大爬坡度时候，是汽车变速器的挡位是i挡，此时汽车的速度比较慢，此时所受到的风阻和加速阻力可以忽略不计，当一档的时候汽车车轮的最大驱动力为： 坡道阻力为滚动阻力为所以算出所以当搭配潍柴tbd226b-6b发动机时，汽车的最大爬坡度是。（6）搭配搭配潍柴tbd226b-6b发动机时，汽车的加速性能计算。加速阻力计算。为计算最大加速能力，这里就取道路坡道为零的平知道路上进行计算。,由此可得 式中，是汽车旋转质量换算系数，按式子估算，取，为变速器速比。通过计算得到汽车各个挡位加速度时间。由得，故 通过上式可求得汽车从初始车速全力加速到的加速时间t。当汽车挂一挡起步并且加速到10时所用的时间为10.4s当汽车从10挂二档加速到20时所用的时间为9.8s当汽车从20挂三档加速到30时所用的时间为11.7s当汽车从30挂四挡加速到45时所用的时间为25s当汽车从45挂五档加速到60时所用的时间为37.7s当汽车从60挂六挡加速到75时所用的时间为61.5s当汽车从静止通过连续换挡加速到75时所用的时间为156.1s三、汽车经济性能计算 汽车的燃油经济性是汽车使用中的另一项重要性能。汽车设计开发过程中，常需要在十几样车之称之前，根据发动机特性和汽车功率平衡图对汽车的燃油经济性进行评算，最简单、最基本的是等速行驶百公里燃油消耗量的估算。对货车来讲，等速百公里耗油量是满载时可以最高挡在水平良好的路面上等速行驶100km的燃油消耗量。 汽车百公里燃油消耗量为 （1-16）式子中，p是汽车以车速等速行驶时勇于克服滚动阻力和空气阻力发动机所消耗的功率（kw），；是传动系效率，=0.894；是汽车总质量， 是滚动阻力系数，=0.008；是空气阻力系数=0.9；是迎风面积；是燃油消耗率，可根据发动机转速从外特性曲线图上读取；是汽车车速（km/h）；是燃油的重度，柴油取7.948.13n/l，取=8.04n/l。（1）计算搭配东风康明斯eqb210-20发动机时，汽车以90等速行驶百公里的燃油消耗量。（2）计算搭配潍柴tbd226b-6b发动机时，汽车以90等速行驶百公里的燃油消耗量。 第四节 发动机与传动系部件的确定 根据前面的计算，可以确定设计车辆的动力传动系统。1）哈尔滨一汽变速器ca6-75b（最高挡为直接挡）、单级减速驱动桥（主减速比为4.875）与东风康明斯eqb210-20发动机匹配使用时，汽车最高车速是，最大爬坡能力是33.3%，从一挡起步连续换挡加速到车速的加速度时间为166.4s。2）哈尔滨一汽变速器ca6-75b（最高挡为直接挡）、单级减速驱动桥（主减速比为4.875）与潍柴tbd226b-6b发动机匹配使用时，汽车的最高车速是，最大爬坡能力是34.9%，从一挡起步连续换挡加速到车速的加速度时间为156.1s。两种匹配情况下的汽车性能比较见表：发动机型号 整车主要性能最大车速最大爬坡度i（%）从一挡起步加速到的时间t/s以90km/h车速等速行驶百公里耗油量东风康明斯eqb210-2033.3%166.4s28.58潍柴tbd226b-6b34.9%156.1s29.7可见，选用潍柴tbd226b-6b时，整车的爬坡性能、加速性能有了显著地提高，经济车速的范围也比较大，燃油经济性较好，同时也能满足最高车速90km/h的设计要求。最后确定的发动机和传东西各部件如表所示：部件型号主要技术参数发动机潍柴tbd226b-6b最大功率及转速155kw/(2500r/min)离合器潍坊鹤镇的hz-305-cks-nc转矩容量为1300变速器哈尔滨一汽变速器ca6-75b工作转矩735833传动轴重庆重型传动轴002工作转矩为6000驱动桥重庆红岩单级减速单后驱动桥20048301最大输入转矩6858 设计总结课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实