宋金庄货车总体设计.doc

某货车总体设计（ =1500kg， =0.018，=115km/h）摘要根据本次课程设计的任务，完成了任务书上所要求的货车的总体设计。本次课程设计为载重量1.5吨的轻型货车的设计，首先对汽车的形式进行了确定，其中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。其次，以汽车的最高车速和总质量选择了汽车的发动机。查资料确定了汽车的整体结构，包括车身，车厢，车头的选择。有轮距，轴距的确定等。在确定了发动机之后，计算了车的传动比，选择了变速箱，计算汽车的动力特性，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。然后计算了汽车的燃油经济性问题。完成了汽车的设计。关键词：总体设计，轴荷分配，动力性，燃油经济性。目录摘要1第1章汽车形式的选择41.1货车轴数的选择41.2货车驱动形式的选择41.3货车的布置形式4第2章汽车的主要参数的选择62.1汽车主要尺寸的确定62.1.1汽车外廓尺寸的确定62.12汽车轴距的确定62.1.3货车前轮轮距和后轮轮距的确定62.1.4货车前悬和后悬的确定72.1.5货车车头长度的确定72.1.6汽车车箱尺寸的确定72.2汽车质量参数的确定72.2.1装载质量的确定72.2.2整车整备质量的预估82.2.3汽车的载客量82.2.4汽车总质量的确定82.3汽车轮胎的选择92.4.1发动机的最大功率92.4.2发动机及其最大转矩和相应转数的选择102.4.3选择发动机10第3章传动比的计算和选择133.1驱动桥主减速器传动比的选择133.2变速器传动比的选择143.2.1变速器一档传动比 的选择143.2.2变速器的选择154轴荷分配及质心位置的计算164.1汽车轴荷分配164.2汽车质心分配16第5章动力性能计算225.1 驱动力与行驶阻力平衡计算225.1.1 驱动力计算225.1,2行驶阻力计算235.1.3驱动力与行驶阻力平衡图245.2动力特性计算255.2,1动力因数计算255.2.2行驶阻力与速度关系255.2.3动力特性图265,2.4加速度倒数曲线265.2.5汽车最大爬坡度285.3.1汽车行驶时发动机能够发出的功率285.3.2汽车行驶时所需发动机功率295.3.3汽车功率平衡图30第6章汽车燃油经济性计算31第7章汽车不翻倒条件计算337.1汽车满载不纵向翻到条件337,2汽车满载不横向翻到条件337.3汽车最小转弯半径33总 结34参考文献.35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(3.7t19t),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42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),驾驶室采用单排座,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:52001950 2100。2.12汽车轴距的确定 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42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=1476mm, =1493mm。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=900mm， =1500mm。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3600 1760 380。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=150Okg。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1.86.0 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。=/。=1500/1=1500kg2.2.3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+653=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:=1.131959.86=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2.4汽车发动机的选择2.4.1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3.1 汽车总质量,kg 汽车最高车速,km/h带入相关数据,可得:=（+）=82.2kw于是，发动机的外特性功率为: =（1.121.18）=（9297）kw所以发动机平均功率的选择范围为（9297）kw2.4.2发动机及其最大转矩和相应转数的选择2.4.3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外观尺寸图第3章传动比的计算和选择3.1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115km/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=3.19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,Nm；-最大转矩时的车速。Km/h；在这里=75 Km/h于是=0.089满足直接档最大动力性因数的要求。3.2变速器传动比的选择3.2.1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: =2.71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: =4.225即是2.71 4.225参考同类车型选取=4.190。3.2.2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17Q37-00030410121754.192.811.591右侧1,2,3,4,锁销式东风4轴荷分配及质心位置的计算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14.2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部件质量空载质心坐标满载质心坐标空g* l空g*h满g* l满g*hkgmmlyhlyhG发动机330 -100700550-100700500-33000181500-33000165000G离合器6.9 2506905502506905001725379517253450变速器及离合器壳38.1380071047080071042030504179216万向节传动轴2322507004002250700350517509200517508050后轴，后轴制动器191.883300700324330070027463320462169.1263320452575.12后悬架及减震146.25320070050032007004504680007312546800065812.5前悬架及减震器98.75-100700500-100700450-987549375-987544437.5前轴，前制动轮毂转向梯形93.56-100700324-100700274-935630313.44-935625635.44车轮，前轮胎总成68.8807003240700274022317.12018873.12车轮，后轮胎总成137.193000700324330070027445272744449.5645272737590.06车架及支架，拖钩145.13150070060015007005502176958707821769579821.5转向器15.44-600300900-600300850-926413896-926413124手制动器7.630650920065087007019.606638.1制动驱动机构5.75-600250500-600250450-34502875-34502587.5油箱及油管58.441600100500160010045093504292209350426298消音器，排气管7.812100100030021001000250164012343164011952.5蓄电池组251100500500110050045027500125002750011250仪表及其固定零件10.88-500500800-500500750-54408704-54408160车箱总成263.7530007007903000700740671250176762.5671250165575驾驶室68.13-300700900-300700850-2043961317-2043957910.5前挡泥板3.75400038040003309500902595007837.5后挡泥板3.753600038036000330855009025855007837.5人130003005009500039000123500货物17500030007008000052500001400000整体36302347300129677066640003853495空载时： kg mmmm kgmm 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 k 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,Nm；: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1215413539140621421614154140001384713631353913385132001113151719222225262728档815190809431953494939389928691429080897788531619232629323637394142档461251385336539453715313525551735138508050092934404652586366697275档29013231335633933378334233053253323131953151V44655647383921011061101121155.1,2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:31959.80.0180=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1020304050658095110115 f576.79616.36682.31774.64893.351120.881407.7617542159.592307.985.1.3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100012001600180020002300240025002600395440462460455443440435429档0.3880.4320.4530.4510.4460.4330.4300.4250.419档0.2590.2890.3020.3000.2960.2860.2840.2800.275档0.1440.1590.1630.1600.1560.1470.1440.1400.136档0.0840.0900.0850.0790.0710.0570.0520.0460.040表5.4滚动阻力系数与车速1020405065801150.008160.008720.009840.01040.011240.012080.014045.2.3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115km/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根据公式 代入相关数据，得表5-6表5.6发动机发出功率与速度关系表10001200140016001800200022002300240025002600395440457462460455450443440435429406670808996103105107108110档11.0213.2215.4317.6319.8422.0422.2425.3526.4527.5528.65档16.4319.712326.2829.5732.8536.1437.7839.4241.0642.71档29.0334.8340.6446.4552.2558.0663.8666.7769.6772.5775.47档46.1655.3964.6273.8583.0892.31101.54106.16110.77114.391155.3.2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10203040506080901101151.443.085.129.2713.2218.2532.45420.467.3075.045.3.3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