轻型汽车转向系统设计论文

1、轻型汽车转向系设计 摘 要 汽车在行驶的过程中，需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向，即所 谓的汽车转向。汽车的转向系统是一套用来改变或恢复汽车行驶方向的专用机 构，本文的研究内容即是轻型汽车的转向系设计。 本文针对的是与非独立悬架相匹配的整体式两轮转向机构。利用相关汽车 设计和连杆机构运动学的知识，首先对汽车总体参数进行设计，在此基础上， 对转向器，转向传动机构进行选择，接着再对转向器和转向传动机构（主要是 转向梯形）进行设计，最后，利用软件 autocad 完成转向梯形和转向器的设 计图纸。 转向器在设计中选用的是循环球式齿条齿扇转向器，在对转向器的设计中， 包括了螺杆钢球螺母传动副的设

2、计和齿条齿扇传动副的设计，前者是基 于参照同类汽车，确定出钢球中心距，设计出一系列的尺寸，而后者则是根据 汽车前轴的载荷来确定出齿扇模数，再由此设计出所有参数的。 转向梯形的设计选用的是整体式转向梯形，本文在设计中借鉴同类汽车转 向梯形设计的经验尺寸对转向梯形进行尺寸初选。再通过对转向内轮实际达到 的最大偏转角时与转向外轮理想最大偏转角度的差值的检验，和作为一个四杆 机构对其最小传动角的检验，来判定转向梯形的设计是否符合基本要求。 本文在消化，吸收，总结，归纳前人的成果上，系统、全面地对机械转向 系进行理论分析，设计及优化。为轻型汽车转向系的设计开发提供了一种步骤 简单的设计方法。 关键词：转

3、向系 转向器 转向梯形 abstract in a moving vehicle, the driver will need to frequently change its traveling direction, the so-called steering. vehicle steering system is used to change or restore a car in the direction of a dedicated agency, the contents of this paper is the study of light vehicle steering sy

4、stem design. this article is aimed at non-independent suspension and would like to match the overall style of the two steering. the use of the relevant vehicle design and kinematic linkage of knowledge, first of all, the overall parameters of the vehicle design, in this basis, the steering gear, ste

5、ering transmission choice, and then to the steering gear and steering transmission (mainly trapezoidal steering ) design, and finally, the use of autocad software and the steering gear steering linkage to complete the design drawings. steering the ball of choice is the cycle of fan-type steering gea

6、r rack teeth, in the design of steering gear, including a screw - ball - vice-nut drive the design and rack - fan drive gear pair design, the former is based on the reference to similar vehicles, to determine the center distance of the ball, the design of a series of size, while the latter is based

7、on the vehicle front axle load to determine the fan module out of gear, and then all of the resulting design parameters. steering linkage design is a whole selection of steering trapezoid, the paper design is used in car steering linkage from a similar experience in the design of the size of the ste

8、ering linkage to the primary size. through to the actual steering wheel in the maximum deflection angle with the steering wheel in the most ideal test of the difference of deflection angle, and four institutions, as a minimum transmission angle of its examination, to determine whether the design of

9、steering trapezoid in line with the basic requirements. in this paper, digestion, absorption, and summing up, summing up the results of their predecessors, the systematic, comprehensive mechanical steering system to carry out theoretical analysis, design and optimization. for the light vehicle steer

10、ing system design and development provides a simple design method steps. key words： steering system steering gear steering trapezium 目目 录录 第 1 章 绪 论1 1.1 转向系概述1 1.2 汽车转向系统的现状及发展趋势1 第 2 章汽车总体参数的确定5 2.1 汽车形式的选择5 2.2 汽车主要参数的选择9 2.2.1 汽车主要尺寸的确定9 2.2.2 汽车质量参数的确定12 2.2.3 汽车性能参数的确定16 2.3 发动机的选择21 2.4 轮胎的选择

11、23 第 3 章 汽车转向系方案的选择25 3.1 转向系主要性能参数25 3.1.1 转向器的效率25 3.1.2 传动比的变化特性27 3.1.3 转向器传动副的传动间隙30 3.1.4 转向盘的总转动圈数30 3.2 转向系的选择30 3.2.1 机械转向系30 3.2.2 动力转向系32 3.3 机械式转向器的选择34 3.2.1 齿轮齿条式转向器34 3.2.2 循环球式转向器35 3.2.3 蜗杆滚轮式转向器36 3.2.4 蜗杆指销式转向器36 3.4 转向传动机构的选择36 3.4.1 与非独立悬架配用的转向传动机构37 3.4.2 与独立悬架配用的转向传动机构38 3.5 转

12、向梯形的选择39 3.5.1 整体式转向梯形39 3.5.2 断开式转向梯形40 第 4 章 转向系的设计计算42 4.1 转向器的结构型式选择及其设计计算42 4.1.1 螺杆钢球螺母传动副的设计42 4.1.2 齿条、齿扇传动副的设计46 4.1.3 循环球式转向器零件强度计算52 4.2 整体式转向梯形结构优化设计55 4.3 转向系结构元件61 结 论64 致 谢65 参考文献66 附录67 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 转向系概述 汽车转向系统是用来改变汽车行驶方向的专设机构的总称。 汽车转向系统的功用是保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行 驶。 对转向系提出的要求有： 1

13、）汽车转弯行驶时，理想情况下全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任 何车轮不应有侧滑。否则会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性； 2）汽车转向行驶后，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返 回到直线行驶位置，并稳定行驶； 3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动； 4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮 产生的摆动应最小； 5） 保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力； 6） 操纵轻便； 7） 转向轮碰撞到障碍物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小； 8） 转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调 整机构； 9） 在车祸中，

14、当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时 转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置； 10） 进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。 1.2 汽车转向系统的现状及发展趋势 作为汽车的一个重要组成部分, 汽车转向系统是决定汽车主动安全性 的关键总成, 如何设计汽车的转向特性, 使汽车具有良好的操纵性能, 始 终是各汽车生产厂家和科研机构的重要研究课题。特别是在车辆高速化、 驾驶人员非职业化、车流密集化的今天, 针对更多不同水平的驾驶人群, 汽车的操纵设计显得尤为重要。汽车转向系统经历了纯机械式转向系统、 液压助力转向系统、电动助力转向系统 3 个基本发展阶段。 1.纯机械式转向

15、系统 机械式的转向系统, 由于采用纯粹的机械解决方案, 为了产生足够大 的转向扭矩需要使用大直径的转向盘, 这样一来, 占用驾驶室的空间很大, 整个机构显得比较笨拙, 驾驶员负担较重, 特别是重型汽车由于转向阻力 较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向, 这就大大限制了其使用范围。 但因结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转向操纵力不大、对 操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。 2 液压助力转向系统 1953 年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统, 此后该技术迅速 发展, 使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的 进步。80 年代后期, 又出现了变减速比

16、的液压动力转向系统。在接下来的 数年内, 动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统, 比较有 代表性的是变流量泵液压动力转向系统( variable displacement power steering pump) 和电动液压助力转向( electric hydraulic powersteering, 简称 ehps) 系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较 高的行驶速度或者不需要转向的情况下, 泵的流量会相应地减少, 从而有 利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵, 由于 电机的转速可调, 可以即时关闭, 所以也能够起到降低功耗的功效。液压 助力转向系统使驾

17、驶室变得宽敞, 布置更方便, 降低了转向操纵力, 也使 转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助 力, 目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是 液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、 磨损与噪声等方面存在不足。 3 汽车电动助力转向系统(eps) eps 在日本最先获得实际应用, 1988 年日本铃木公司首次开发出一种 全新的电子控制式电动助力转向系统, 并装在其生产的 cervo 车上, 随后 又配备在 alto 上。此后, 电动助力转向技术得到迅速发展, 其应用范围已 经从微型轿车向大型轿车和客车方向发展。日本的大发汽

18、车公司、三菱汽 车公司、本田汽车公司, 美国的 delphi 公司, 英国的 lucas 公司, 德国的 zf 公司, 都研制出了各自的 eps。eps 的助力形式也从低速范围助力型向 全速范围助力型发展, 并且其控制形式与功能也进一步加强。日本早期开 发的 eps 仅低速和停车时提供助力, 高速时 eps 将停止工作。新一代的 eps 则不仅在低速和停车时提供助力, 而且还能在高速时提高汽车的操纵 稳定性。随着电子技术的发展, eps 技术日趋完善, 并且其成本大幅度降 低, 为此其应用范围将越来越大。 4 线控转向系统 线控转向系统( steering by wire-sbw) 是更新一代

19、的汽车电子转向 系统, 线控转向系统与上述各类转向系统的根本区别就是取消了转向盘和 转向轮之间的机械连接。该系统具有 2 个电机:路感电机和驱动电机。路感 电机安装在转向柱上, 控制器根据汽车转向工况控制路感电机产生合适的 转矩, 向驾驶员提供模拟路面信息。驱动电机安装在齿条上, 汽车的转向 阻力完全由驱动电机来克服, 转向盘只是作为转向系统的一个转角信号输 入装置。线控转向系统能够提高汽车被动安全性, 有利于汽车设计制造, 并能大大提高汽车的乘坐舒适性。但是由于转向盘和转向柱之间无机械连 接, 生成让驾驶员能够感知汽车实际行驶状态和路面状况的“路感”比较 困难; 且电子器件的可靠性难以保证。

20、所以线控转向系统目前处于研究阶 段, 只配备在一些概念汽车上。汽车转向技术的发展趋势助力转向系统经 过几十年的发展, 技术日趋完善。今后, 电动助力转向系统将进一步成熟, 线控转向系统将成为我们研究的努力方向。具体来说, 转向系统主要从以 下几个方面进一步发展: ( 1) 传感器技术 性能完善的电动助力转向系统需要采集转向盘转角信号、转向盘转矩 信号、转向盘转速信号、电机电压信号、电机电流信号等。目前, 传感器 的成本是制约电动助力转向系统迅速市场化的主要因素, 因此, 设计和开 发适合电动助力转向系统使用的性价比较高的传感器是未来技术发展的关 键。 ( 2) 控制策略的研究 控制策略是影响助

21、力转向系统性能的关键因素之一, 也是电动助力转 向系统的核心技术之一。目前, 国内外许多学者都在探讨将先进的控制理 论应用于助力转向系统的研究, 如鲁棒控制理论、模糊控制理论、神经网 络控制理论和自适应控制理论等。今后, 控制策略研究的重点主要集中在 如何抑制电机的力矩波动、如何获得较好的路感、如何抑制路面干扰和传 感器的噪声等方面, 以进一步优化和改善助力转向系统的动态性能和稳定 性。 ( 3) 助力电机的研究 助力电机是电动助力转向系统的执行元件,助力电机的特性直接影响到 控制的难易程度和驾驶员的手感。目前, 电动助力转向系统普遍采用成本 较低的直流有刷电机。由于直流无刷电机采用电子换向,

22、 减少了换向时的 火花, 不需要经常维护以及具有较高的效率和功率密度等优点而受到越来 越多的关注。因此, 开发适合助力转向系统使用的低成本的直流无刷电机 是今后助力电机的研究方向。 5 结束语 纯机械式转向系统结构简单、工作可靠、造价低廉, 目前在一部分转 向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用;液压 助力转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力, 在重型车辆上广泛应 用; eps 以其特有的优越性而得到青睐, 它代表着未来动力转向技术的发 展方向, eps 将作为标准配置装备到汽车上, 未来一段时间在动力转向领 域占据主导地位; 而 hbw 由于有利于提高汽车被动安全性

23、、有利于汽车设 计制造、有利于提高汽车乘坐舒适性和汽车操控稳定性等原因, 将成为动 力转向系统的发展方向。 第第 2 章章汽车总体参数的确定汽车总体参数的确定 本设计中给定参数为：汽车最高车速 115km/h；装载质量 2 吨；最小转 弯直径为 12.5m；最大爬坡度为 0.3。 2.1 汽车形式的选择 不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。 (1)轴数 汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素 主要有汽车的总质量、道路法规对质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车 的结构等。 为了保护公路，有关部门制定了道路法规，对汽车的轴载质量加以限 制，当设计的汽车

24、总质量增加到轴荷不符合道路法规的限定值时，设计师 可选择增加汽车轴数来解决。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，整备质量以及制造成本 增加。若转向轴数不变，汽车的最小转弯半径又增大，后轴轮胎的磨损速 度也加快，做一增加汽车轴数是不得已的选择。 包括乘用车以及汽车总质量小于 19t 的公路运输车辆和轴荷不受道路， 桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单， 制造成本低廉的两轴方案，总质量在 19 吨到 26 吨的公路运输车采用三轴 形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。 本设计中，由于汽车总质量小于 19 吨，故采

25、用结构简单、制造成本低 廉的两轴方案。 (2)驱动形式 汽车的驱动形式有 42、44、62、64、66、84、88 等， 其中前一位数字表示汽车车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。汽车的用 途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。 增加驱动轮数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，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得 困难。乘用车和总质量小些的轻型货车，由于行驶的主要路面条件较好， 多采用结构简单、制造成本低的 42 驱动形式。总质量在 1926 吨的公 路用车辆，采用 62 或 64 驱动形式。对于越野汽车，为提高其通过性，

26、 可采用 44、66、88 的驱动形式。 本设计中，由于装载质量为 2 吨，按总质量来分，属于小质量的商用 车，故采用了结构简单、制造成本低的 42 驱动形式。 (3)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。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外， 其布置形式对使用性能也有重要影响。 a.乘用车的布置形式 乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动（ff） （如图 2-1） ，发动 机前置后轮驱动（fr） （图 2-2） ，发动机后置后轮驱动（rr） （图 2-3）三 种，少数乘用车采用发动机前置全轮驱动。由于本设计涉及的是商用货车 的布

27、置形式，故这三种乘用车布置形式的优缺点不再详细叙述。 图 2-1 图 2-2 图 2-3 b.商用车的布置形式 （a）客车的布置形式：根据客车发动机位置不同，其布置形式有三种 如图 2-4 所示：发动机前置后桥驱动，发动机中置后桥驱动和发动机后置 后桥驱动。由于本次设计涉及的是商用货车的布置形式，故这三种商用客 车的布置形式的特点不再详细叙述。 图 2-4 （b）货车的布置形式：货车可以按照驾驶室与发动机相对位置的不同， 分为平头式(图 2-5)、短头式（图 2-6） 、长头式（图 2-7）和偏置式（图 2-8）四种。货车又可以根据发动机位置的不同，分为发动机前置、中置和 后置三种布置形式。

28、图 2-5 图 2-6 图 2-7 图 2-8 当货车的发动机位于驾驶室内时，称为平头式货车。这种形式货车的 布置特点是发动机在驾驶员和副驾驶员座位中间，因此驾驶室的前端不需 要凸出去，没有独立的发动机舱。 平头式货车的主要优点如下：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径 小，机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影 响，汽车整备质量减小；驾驶员视野得到明显改善；采用翻转式驾驶室时 能改善发动机及其附件的接近性；汽车货箱与整车的俯视面积之比称为面 积利用率，平头式货车的该指标比较高。 平头式货车的主要缺点有：空载时前轴负荷大，因而在坏路上的汽车 通过性变坏；因为驾驶室有翻转机构

29、和锁止机构，使得机构复杂；进出驾 驶室不如长头式货车方便；离合器、变速器等操纵机构复杂；发动机的工 作噪声、气味、热量和振动对驾驶员均有较大影响；汽车正面与其他物体 发生碰撞时，特别是驾驶室高度低些的平头货车，容易使驾驶员和前排乘 员受到严重伤害的可能性增加，这点不如长头式、短头式货车好。 平头式货车的发动机可以布置在座椅下后部，此时中间座椅处没有很 高的凸起，可以布置三人座椅，故得到广泛应用。 本设计中，由于给定参数中的最小转弯直径较小，汽车装载质量较小 等特点与平头式货车的优点相符合，故采用了平头式货车。 2.2 汽车主要参数的选择 汽车的主要参数包括尺寸参数、质量参数和汽车性能参数。 2

30、.2.1 汽车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、货车车 头长度和车厢尺寸。 （1）外廓尺寸 汽车的长、宽、高称为汽车外廓尺寸。在公路和市内行驶的汽车最大 外廓尺寸受有关法规限制不能随意确定，而非公路用车辆可以不受法规限 制，如矿用自卸车、机场摆渡车等。 gb15891989 汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不 应超过 12m，单铰接式客车不超过 18m，半挂汽车列车不超过 16.5m，全挂 汽车列车不超过 20m；不包括后视镜，汽车宽不超过 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处 250mm；

31、顶窗、换气装置开启时不得超出车高 300mm。 查阅相关资料并参考同类车型，轻型货车解放 ca1041，最终取以下数 据： 总长： 5500lmm 长 总宽： 1807lmm 宽 总高： 2016lmm 高 （2）轴距 l 表 2-1 各类汽车的轴距和轮距 车型类型轴距/l mm轮距/b mm v1.0 2000220011001380 1.0v1.6 2100254011501500 1.6v2.5 2500286013001500 2.54.0 2900390015601620 1.81700290011501350 1.8 6.02300360013001650 6.0 14.03600

32、550017002000 货车4 2 14.04500560018402000 60320042001840 3200 矿用自卸车 汽车总质量 / a mt 60390048002500 4000 45005000 大客车 城市大客车（单车） 长途大客车（单车）50006500 17402050 轴距对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵 l 向通过半径等有影响。当轴距短时，上述各指标减少。但轴距过短也会带 来一系列问题，例如车厢长度不足或后悬过长；汽车行驶时其纵向角震动 过大等。当然，在满足所设计驱车的车厢尺寸，轴荷分配，主要性能和整 体布置等要求的前提下，将轴距设计得短一些

33、为好。表 2-1 提供的数据可 供初选轴距时参考。 根据表 2-1，同时参考同类汽车轴距，选取轴距为=3400mm。 l （3）前轮轮距和后轮轮距 1 b 2 b 汽车轮距的改变会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧b 倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽随之增加， 有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车总宽和总质量及最 小转弯直径等增加，导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。 受汽车总宽不得超过 2.5m 限制，轮距不宜过大。各类汽车的轮距可参 考表 2-1 提供的数据进行初选。 根据表 2-1，42 轻型货车的轮距应在 13001650mm 之间，

34、同时参考 同类汽车轮距，选取轮距为， 1 1480bmm 2 1470bmm （4）前悬和后悬 f l r l 汽车的前悬和后悬尺寸是由总布置最后确定的。前悬处要布置发动机， 水箱，风扇，弹簧前支架，车身前部或驾驶室的前支点，保险杠，转向器 等，要有足够的纵向布置空间。其长度与汽车的类型，驱动型式，发动机 的布置型式和驾驶室的型式及布置密切相关。汽车的前悬不宜过长，以免 使汽车的接近角过小而影响通过性。 后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱长度或者行李箱 长度、汽车造型等有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。总质量在 1.814.0 吨的货车后悬一般在 12002200mm 之间，特

35、长货箱的汽车后悬 可达到 2600mm，但不得超过轴距的 55%。 本设计参考金杯 sy104ldbf 及 dbfl 轻型货车技术参数，最终确定前悬 ，后悬990 f lmm1330 r lmm （4）货车车头长度 货车车头长度是指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。车身形式， 即长头型还是平头型对车头长度有绝对影响。此外，车头长度尺寸对汽车 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。 平头型货车一般在之间。本设计选为 1450mm。1400 1500mm （5）货车车厢尺寸 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

36、性有影响，一般在 450650mm 范围 内选取。车箱内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以利 缩短边板高度和车箱长度。 同样参考金杯 sy104ldbf 及 dbfl 轻型货车技术参数，确定车厢尺寸为： 3130 1760 380()mm 2.2.2 汽车质量参数的确定 汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数 0 m 、汽车总质量、轴荷分配等。 0m a m （1）汽车的载质量 g m 桥车的装载量即载客量，是指其最多乘坐人数，并以座位数表示。 载货汽车的装载量是指该车在良好的硬路面上行驶时装载货物量的最 大限额，通常其单位以 t 表示。它是由汽车制造厂根据设

37、计确定的。当汽 车在碎石路或其他非良好硬路面上行驶时，装载量应适当减少。 各种车型的装载量应符合行业产品规划对各类车装载量系列的规定， 本设计要求已给出装载量2.0 g mt （2）整车整备质量的确定 0 m 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，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造 成本和燃油经济性有影响。减少整车整备质量，是从事汽车设计工作必须 遵守的一项重要原则。整车整备质量在设计阶段需估算确定。在日常工作 中，收集大量同类型汽车各总成、部件和整车的有关质量数据，结合新车 设计的结构特点、工艺水平等初步估算各总成、部件的质量，再累计

38、构成 整车整备质量。 在没有参考样车的情况下，载货驱车可参考国内外同类型同级别的汽 车的装载量与整备质量之比（称为汽车的整备质量利用系数）为 0 / g mm 0m 新车型选择一个适当的整备质量利用系数，然后按其装载量计算汽车的 g m 整备质量。轿车和大客车的整备质量可按人均驱车整备质 000 (/) gm m mm 量的统计值来估算。 表 2-2 乘用车和商用客车人均整备质量值 乘用车型 人均整备质量值 1 /t a 人 商用车型 人均整备质量值 1 /t a 人 微型轿车0.150.16 普通轿车0.170.24 中级轿车0.210.29 车辆 总长 / a lm 10.0 10.0 0

39、.0960.160 0.0650.130 表 2-3 各类汽车的整备质量利用系数 0m 汽车类型 0m 备注 载货汽车轻型 中型 重型 0.8 1.1 1.2 1.35 1.31.7 柴油车为 0.8 1.0 矿用自卸车 装载量 45 g mt 45 g mt 1.11.5 1.31.7 本设计取，所以。 0 1.1 m 0 1.82mt （3）汽车总质量 a m 汽车的总质量是指已整备完好，装备齐全并按规定载满客，货时的汽 车质量。除包括汽车的整备质量及装载质量外，载货汽车还应计入驾 0 m g m 驶室坐满人的质量，其中，乘员和驾驶员每人质量按计，于是65kg （2-1） 0165ag m

40、mmnkg 式中 包括驾驶员在内的人数，本设计是单厢货车，所以 1 n 1 2n 因此根据式（2-1） ，可算得 0165 1.8220.065 23.95 ag mmmnkgt （5）轴荷分配 汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平 面的垂直负荷，可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。 轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均 匀和寿命相考虑，各个车轮的负荷应该相差不大；为了保证汽车有良好的 动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当 减小，以利减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性；为了保证汽 车有良好的操纵稳定性，又要

41、求转向轴的负荷不应过小。因此，可以得出 作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要 求设计时应该对整车的性能要求、使用条件等，合理的选取轴荷分配。 汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件 等均对轴荷分配有显著影响。如发动机前置前轮驱动乘用车和平头式商用 货车前轴负荷较大，而长头式货车的前轴负荷较小。当总体布置进行轴荷 分配计算不能满足预定要求时，可通过重新布置某些总成、部件（如油箱、 备胎、蓄电池等）的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。 各类汽车的轴荷分配见表 2-4 表 2-4 各类汽车的轴荷分配 满载空载车型 前轴后轴前轴后轴 发动

42、机前置 前轮驱动47%60%40%53%56%66%34%44% 发动机前置 后轮驱动45%50%50%55%51%56%44%495 轿 车 发动机后置 后轮驱动40%46%54%60%38%50%50%62% 后轮 4 2 单胎32%40%60%68%50%59%41%50% 后轮 4 2 双胎，长短 头式 25%27%73%75%44%49%51%56% 后轮 4 2 双胎，平头 式 30%35%65%70%48%54%46%52% 货 车 后轮 6 4 双胎19%25%75%81%31%37%63%69% 本设计车型为货车，后轮单胎，根据表 2-4，可以确定该货车的 4 2 轴荷分配，

43、 空载：前轴，；后轴， 55%1.001t45%0.819t 满载：前轴，；后轴， 35%1.3825t65%2.5675t 由此可以得出满载时单侧前轮的负荷为： 1 1.38250.69125 2 tt 单侧后轮的负荷为： 1 2.56751.28375 2 tt 2.2.3 汽车性能参数的确定 （1）动力性参数 汽车动力性参数包括最高车速、加速时间 、上坡能力、比功率和 max v t 比转矩等。 a）最高车速 max v 随着道路条件的改善，汽车特别是中、高级轿车的最高车速有逐渐提 高的趋势。轿车的最高车速大于货车、客车的最高车速。级别高的轿车的 最高车速要大于级别低些轿车的最高车速。微

44、型、轻型货车最高车速大于 中型、重型货车的最高车速，重型货车最高车速较低。总质量小些的商用 货车最高车速稍大于总质量大些商用货车的最高车速。不同车型的最高车 速的范围见表 2-5。 max v 表 2-5 汽车动力性参数范围 汽车类别最高车速 1 max/ vkm ha 比功率 1 / b pkwt 比转距 1 / b tnmt 微型级110150306050110 普通级120170356580110 中级130190407090130 中、高级1402305080120140 轿车 高级16028060110100180 1.86283044 1.8 6.08013515253844 6.

45、0 14.010203347 货车汽车 总质 量 / a mt14.0 751206202950 本设计已给定汽车最高车速，与表中轻型货车的范围 max 115/ a vkm h 80135相符合。 /km h b)加速时间t 汽车在平直良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到最大车 速 所用去的时间，称为加速时间。对于100km/h 的汽车，常用加速到 max v 100km/h 所需的时间来评价；对于100km/h 的汽车，可用 060km/h 的 max v 加速时间来评价。 装载量的轻型载货汽车的 060km/h 的换挡加速时间多在 2 2.5t 。国标给出了汽车加速性能试验方法。

46、 17.5 30s/ 1254390gb t c)上坡能力 用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示 。因乘用 max i 车、货车、越野车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样。要 求货车能克服 30%坡度，越野车能克服 60%坡度。 本设计已给出最大爬坡度为 0.3。 d)汽车比功率和比转矩 b p b t 比功率是汽车所装发动机的标定最大功率和汽车最大总质量之 maxe p a m 比，即。它可以综合反映汽车的动力性，比功率大的汽车加速性能、 max/ea pm 速度性能要好于比功率小些的汽车。我国 gb7258-2004机动车运行安全技 术条件规定：农用运输车与运输用拖拉

47、机的比功率不小于 4.0kw/t，其它 机动车不小于 4.8kw/t。 比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比， b t maxe t a m 能反映汽车的牵引能力。 max/bea ttm 不同车型的比功率和比转矩范围见表 2-5。 本设计取比功率为 18kw/t。比转矩为：40n.m/t。 (2)燃油经济性参数 汽车在良好的水平硬路面上以直接档满载等速行驶时的最低燃 100km 料消耗量，称为汽车的“百公里最低燃料消耗量” ，是汽车的 ( /100)q lkm 燃料经济性常用的评价指标，它也是满载的汽车在良好硬路面上用直接档 以经济车速等速行驶时的百公里耗油量。单位汽车总质量的百

48、公里最低燃 料消耗量，又称为汽车的“单位燃料消耗量”，该值越小燃( /(100)lkm t 油经济性越好。 在新车设计时，其燃料经济性可参考总质量相近的同类型车型的百公 里耗油量或单位燃料消耗量来估算。表 2-6 为载货汽车的单位燃料消耗量 的统计范围。 表 2-6 载货汽车的单位燃料消耗量 1 (100) lt km 汽车总质量 / a mt 汽油机柴油机 43.00 4.002.00 2.80 4 62.80 3.201.90 2.10 6 122.68 2.821.55 1.86 122.50 2.601.431.53 根据表 2-6，取该货车的单位质量百公里燃油消耗量为 3.5 1 (

49、100) lt km (3)汽车最小转弯直径 min d 转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨 迹圆的直径，称为汽车最小转弯直径。它用来描述汽车的转向机动性， min d 是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标。 影响汽车的因素有两类，即与汽车本身有关的因素和法规及使用 min d 条件对的限定。前者包括汽车转向轮最大转角，汽车轴距，轮距以及 min d 转向轮数等对汽车最小转弯直径均有影响，除此之外，有关的国家法规和 汽车的使用道路条件对的确定也是重要的影响因素。转向轮最大转角 min d 越大，轴距越短，轮距越小和参与转向的车轮数越多时，汽车的最小转弯 直径越小

50、。gb72581997机动车运行安全技术条件中规定：机动车的 最小转弯直径不得大于 24m。当转弯直径为 24m 时，前转向轴和末轴的内 轮差（以两内轮轨迹中心计）不得大于 3.5m。本设计中，给定最小转向直 径为 12.5m。 各类汽车的最小转弯直径见表 2-7 min d 表 2-7 各类汽车的最小转弯直径 min d 车型级别 min/ dm 车型级别 min/ dm 微型79.5微型812 普通型811轻型1019 中级912中型1220 轿车 高级1114 货车 重型1321 微型1013 中型1420客车 大型1722 矿用自卸 车 装载质量 / e mt 45 e m 45 e

51、m 1519 1824 本设计已给出最小转弯直径 min 12.5dm (4)通过性几何参数 表 2-8 汽车通过性的几何参数 车型 min/ hmm 1/( ) 2/( ) 1/m 轿车 4 2 150220203015223.08.3 轿车 4 4 210250455035401.73.6 货车 4 2 180300406025452.36.0 、 4 46 6 货车260350456035451.93.6 4 26 4 客车22037010406204.09.0 总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙，接近角， min h 1 离去角，纵向通过半径等.各类汽车的通过性参数视车型和

52、用途而异， 2 1 其范围见表 2-8。 根据表 2-8 与相关车型，确定通过性几何参数分别为： 最小离地间隙为：， min 248hmm 接近角：， 0 1 40 离去角：， 0 2 26 纵向通过性。 1 3m (5)操纵稳定性参数 汽车操纵稳定性的评价参数较多，与总体设计有关并能作为设计指标 的有： a)转向特性参数 为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向。通 常用汽车以 0.4g 的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差 作为评价参数。此参数在 13为宜。 12 b)车身侧倾角 汽车以 0.4g 的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在 3 内为好，最大不超

53、过 7。 c)制动前俯角 为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以 0.4g 的减速度制动时，车身的前 俯角度不大于 1.5 (6)制动性参数 汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方 向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能 力。 目前常用制动距离、平均制动减速度和行车制动踏板力及应急制动 t sj 时的操纵力来评价制动效能。 gb72581997机动车运行安全条件对路试检验行车制动和应急制 动性能要求做出了规定 (7)舒适性 汽车应为乘员提供舒适的乘坐环境和方便的操作条件，称之为舒适性。 舒适性应当包括平顺性、空气调节性能（温度、湿度等） 、车内噪声、乘

54、坐 环境（活动空间、车门及通道宽度、内部设施等）及驾驶员的操作性能。 其中，汽车行驶平顺性常用垂直振动参数评价，包括频率和振动加速 度等，此外悬架动挠度也用来作为评价参数之一。 2.3 发动机的选择 （1）发动机选择 本设计选用 6 缸直列水冷式汽油机。 （2）发动机的最大功率及其相应转速 maxe p p n 发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 选择发动机功率。 设计时，可以根据所要求的最高车速按下式计算出： max 115/ a vkm h （式 2-2） 3 maxmaxmax 1 3600761

55、40 ad eaa t m gfc a pvv 式中 发动机的最大功率，kw； maxe p 传动系的传动效率，对单级主减速器驱动桥的式汽 t 4 2 车取； 0.9 t 汽车总质量，kg； a m 重力加速度，； g 2 /m s 滚动阻力系数，对载货汽车取 0.02，对矿用自卸车取 f 0.03，对轿车等高速车影响并取； 0.01650.0001(50) a fv 最高车速，km/h； maxa v 空气阻力系数，轿车取 0.40.6，客车取 0.60.7，货 d c 车取 0.81.0； 汽车正面投影面积，若无测量数据，可按前轮距、 a 2 m 1 b 汽车总高 h、汽车总宽 b 等尺寸

56、近似计算： 对轿车 , 0.78abh 对载货汽车 1 ab h 在此， max 3.95 ,9.8,0.02,115/ ,0.8 arad mt gfkm h c 1.48 2.016,0.9 t a 所以 3 3 max 13.95 109.8 0.020.8 1.48 2.016 115115 0.9360076140 e p 计算得 max 80.5 e pkw 4500 / min p nr （式 2- max max t7019 e ep p ap at n 3） 式中 发动机的转矩适应系数； 最大功率时的转矩，； p t n ma 最大功率，kw； maxe p 最大功率的相应转

57、速，r/min。 p n 将数据代入式 2-3 中，有， max 1.2 80.5 7019150.67 4500 e tn m a 通常取，并由发动机设计保证，在此选取，/1.4 2.0 pt nn /1.6 pt nn 计算出。2812.5 /min t nr （3）发动机适应性系数 ，这里将数据代入，计算得到 max / p eppt t an tnt n n 。 1.2 1.61.92 2.4 轮胎的选择 表 2-9 国产汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件 主要尺寸使用条件 外直径 最大 负荷 相应气压 p0.1 轮胎规则层数断面 宽普通 花纹 加深 花纹 越野 花纹 nmpa 标准 轮辋

58、 允许 使用 轮辋 轻型货车，中，小客车及其挂车轮胎 6.50-14 6 8 180705- 5850 6900 3.2 4.2 1 4 2 j 5j 6.50-16 (6.50r16) 6 8 755765765- 6350 7550 3.2(3.5) 4.2(4.6) 5.50f 5.50e 5.50f 7.55-15 (7.00r15) 6 8 200750760- 6800 8000 3.2(3.5) 4.2(4.6) 5.50f6.00g 7.00-16 (7.00r16) 8 10 200780790- 8500 9650 4.2(4.6) 5.3(5.6) 5.50f6.00g

59、7.50-15 (7.50r15) 8 10 220785790- 9300 10600 4.2(4.6) 5.3(5.6) 6.00g 5.50f 6.50f 7.50-16 (7.50r16) 8 10 12 220810820- 9700 11050 12400 4.2(4.6) 5.3(5.6) 6.3(6.7) 6.00g 5.00f 6.50h 8.25-16 (8.25r16) 12240860870-135005.3(5.6)6.50h6.00g 9.00-16 (9.00r16) 8 10 225890900- 12200 13550 3.5(3.9) 4.2(4.6) 6.

60、50h6.00g 车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该选定，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形式速度。当然还 要考虑与动力-传动系数的匹配以及整车尺寸参数的影响。 表 2-9 给出了部分国产汽车轮胎的规格，尺寸及使用条件。货车的轮 胎规格详见国标 gb516-82。货车的后轮装双胎时，比单胎使用时的负荷可 增加 10%到 15%。 本设计选用轮胎的规格为：12 层 7.50-16。轮胎气压为 4.2mpa 第第 3 章章 汽车转向系方案的选择汽车转向系方案的选择 3.1 转向系主要性能参数 转