货车总体设计 (2)

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计题目 货车总体设计 班 级 04060302 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 刘 刚 2沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 汽车设计课程设计 院（系） 机电工程学院 专业 车辆工程 班级 04060302 课程设计题目 货车总体设计 课程设计时间: 2014 年 2 月 24 日至 2014年 3月 14 日课程设计的内容及要求一、设计参数：装载质量me= 1000kg 最大车速vmax= 115km/h滚动阻力系数fr= 0.018 二、设计内容1.查阅资料、调查研究、制定设计原则。2.选择整车和各总成的结构型式及主要技术特性参数和

2、性能参数，形成一个完整的整车概念。3.汽车主要技术参数的确定和计算（1）汽车质量参数的确定；（2）汽车主要尺寸参数的确定；（3）汽车主要性能参数的确定和计算。4.绘制总布置图（1）明确绘制总布置图的基准；（2）标注主要结构尺寸和装配尺寸。三、设计要求1.绘制汽车的总布置图，0号图纸一张。2.编写设计说明书，编写设计说明书时，必须条理清楚，语言通顺，图表、公式及其标注要清晰明确，对重点部分，应有分析论证，要能反应出学生独立工作和解决问题的能力。3.独立完成图纸的设计和设计说明书的编写，若发现抄袭或雷同按不及格处理。指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目录目录II摘 要II

3、I1载货汽车主要技术参数的确定11.1汽车质量参数的确定11.1.1 汽车载客量和装载质量11.1.2 汽车整车整备质量预估11.1.3 汽车总质量的确定21.1.4 汽车轴数,驱动形式及传动装置的确定21.2汽车主要尺寸的确定21.2.1汽车的外廓尺寸21.2.2汽车轴距的确定21.2.3 汽车前轮距和后轮距31.2.4 汽车前悬和后悬的确定31.2.5 汽车的车头长度31.2.6 汽车车厢尺寸的确定32 载货汽车主要部件的选择42.1 发动机的选择42.1.1 发动机型式的选择42.1.2 发动机的最大功率42.2 轮胎的选择63 轴荷分配及质心位置计算83.1 平静时的轴荷分配及质心位置

4、计算83.2水平路面上汽车满载行驶时各轴的最大负荷计算103.3.制动时各轴的最大负荷计算114 传动比的计算和选择134.1驱动桥主减速器传动比的选择134.2变速器传动比的选择134.2.1变速器1档传动比的选择134.2.2 变速器的选择145 汽车动力性能计算155.1 驱动力与行驶阻力平衡计算155.1.1 驱动力的计算155.1.2行驶阻力计算165.1.3 驱动力与行驶阻力平衡图175.2 动力特性计算175.2.1 动力因数计算175.2.2 滚动阻力系数与速度关系185 .2.3 动力特性图185.2.4 加速时间的计算195.2.5 汽车最大爬坡度计算215.3 功率平衡计

5、算225.3.1 汽车行驶时发动机能够发出的功率225.3.2 汽车行驶时所需发动机的功率225.3.3 汽车功率平衡图236 汽车燃油经济性计算247 汽车稳定性计算267.1 汽车不翻倒条件计算267.1.1 汽车满载不纵向翻倒条件的计算267.1.2汽车满载不横向翻倒条件的计算267.2汽车的最小转弯半径26总 结27参考文献28摘 要 货车的总体设计是设计工作中最重要的一环，它对汽车的设计的质量、使用性能和在市场上的竞争力有着决定性的影响。因为汽车性能的优劣不仅与相关总成及部件的工作性能有密切关系，而且在很大程度上还取决于有关总成及部件间的协调与参数匹配，取决于汽车的总体布置。 包括货

6、车的参数确定，发动机和轮胎的选择，总体布置和动力性的计算等一系列重要的步骤。其中参数的确定又包括了汽车的质量参数，主要尺寸和性能参数的计算等。而本次课程设计同时应用到了EXCEL，AutoCAD等计算机辅助软件，再通过多次校核质心位置和各部分的总成以保证货车的轴荷分配合理关键词：货车设计，发动机选择，变速器选择，AutoCAD作图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：3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=1000kg。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

7、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汽车类型总质量ma/t载货汽车轻型1.86.00.801.10中型6.014.01.201.35重型ma14.01.301.70对于轻型载货汽车，质量系数为0.80-1.0，取mo=0.8。 2.估算整车整备质量 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： =/=1000/0.8=1250kg231.1.3 汽车总质量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

8、三部分组成，乘员和驾驶员每人质量按65kg计，即 : ma= mo+ me+365kg=1000+1250+365=2445kg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）10000.8125024451.1.4 汽车轴数，驱动形式及传动装置的确定 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 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，不

9、包括后视镜，汽车宽不超过2.25m；空载顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m；根据课设要求，并参考同类车型金杯领骐SY1040DV1S轻卡，本车的外廓尺寸如下：573919002200（mm mmmm）。1.2.2汽车轴距的确定 轴距L对整车质量、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。考虑本车设计要求和表1-3推荐，根据汽车总质量2445kg，并参考同类车型金杯领骐SY1040DV1S轻卡，表1-3 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选取L=3350mm。1.2.3 汽车前轮距和后轮距在选定前

10、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。在确定后轮距B2时，应考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。根据表3-1，并参考同类车型金杯领骐SY1040DV1S轻卡，前轮距B1=1480mm后轮距B2=1480mm。1.2.4 汽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

11、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。参考同类车型金杯领骐SY1040DV1S轻卡，并根据本车结构特点确定前悬LF：863mm 后悬LR：1526mm。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1400mm。1.2.6 汽车车厢尺寸的确定 参考金杯领骐SY1040DV1S轻卡，考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸：4150mm1900mm380mm。2 载货汽车主要部件的选择2.1 发动机的选择2.1.

12、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 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=1.482.2=3

13、.256 汽车总质量,本车为2445kg 汽车最高车速,本车为115km/h带入相关数据,可得: = 考虑汽车其它附件的消耗，可以在再此功率的基础上增加1220即在8188kw选择发动机。选取CY4102BZLQ-A增压中冷型柴油机，其总功率外特性曲线如附录图2.1所示 。 型 号： CY4102BZLQ-A 形 式：立式直列、水冷、四冲程、增压中冷 气 缸 数： 4102118 工作容积：3.856 燃烧室形式：直喷圆型缩口燃烧室 压 缩 比：17:1 额定功率/转速： 88/2800 最大扭矩/转速：332/1400-1800 全负荷最低燃油消耗率：220 最高空载转速： 3100 怠速稳

14、定转速：750 机油消耗率：0.8 工作顺序：1-3-4-2 噪声限制：114 烟 度： 0.6 排放标准：达欧洲号标准 整机净质量：340 外形参考尺寸：963.1693820.8表2-1 发动机CY4102BZLQ-A主要技术参数 图2-1全负荷速度特性曲线 图2-2 CY4102BZLQ型柴油机外形图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。 承载量为： 1.1 =1.12445=2689.5kg， 表2-2 载货汽车轴荷分配车型满载（%）空载（%）前轴后轴前轴后轴42后轮双胎，平

15、头式3035657048544652 满载时，前轮单轮载荷量为：=430.32kg 由于两轮胎特性存在的差异，装载质量不均匀和路面不平等因素造成的轮胎超载影响,此时双胎的负荷能力要比单胎负荷能力加倍后减少10%15%，所以后轮单轮负荷量为： =411.5kg； 根据GB9744-1997，此车选用6.00-14LT轻型载重普通断面子午线轮胎。选取轮胎参数见下表2-3 表2-3 轮胎参数负荷，kg 气压 kPa轮胎规格2502803203503904204604905305606.00-14LTD44047051065405706008-根据，选择轮胎型号6.00-14LT，气压：250kPa，

16、层级：8 表2-4 轻型载重普通断面斜交线轮胎轮胎 规格基本参数主 要 尺 寸，mm允许使用轮辋层级标准轮辋新 胎充 气 后轮胎最大只用尺寸双胎最小中心距断面宽度外直径负荷下静半径断面宽度外直径公路花纹越野花纹6.00-14LT6,84.5J170680-3241847071964J 5J3 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

17、，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。质心确定如下表4-1所示表4.1 各部件质心位置部件重量gi (kg)li(m)hi（满）(m)hi（空）(m)Gihi（满）gihi（空）人19501.251.350243.75263.25发动机附件3400.20.8168272340离合器及操纵机构370.60.850.922.231.4533.3变速器及离合器壳580.40.850.923.249.3

18、52.2后轴及后轴制动器1333.350.350.4445.5546.5553.2后悬架及减振器673.300.450.55221.130.1536.85前悬架及减振器2000.450.50910前轴前制动器轮毂转向梯形7000.320.42022.429.4车轮及轮胎总成2053.350.40.45686.758292.25车架及支架拖钩装置1003.40.80.853408085转向器10-0.350.80.85-3.588.5挡泥板312.50.50.777.515.521.7油箱及油管102.30.40.552345.5蓄电池组202.20.50.65441013车箱总成1212.80

19、.91338.8108.9121驾驶室540.51.11.152759.462.1货物10003.21.2032001200024455513.62272.41227.25.水平静止时的轴荷分配及质心位置计算根据表4-1所求数据和公式（4-1）可求满载：G2=G1=2445-1645.85=799.15kgmm前轴荷分配：=32后轴荷分配：=68mm空载：kg=1445-691=754kg前轴荷分配: 后轴荷分配：m3.2水平路面上汽车满载加速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

20、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，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

21、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：汽车最高车速，km/h； 最高车速时发动机的转速，一般=（0.91.1），其中为发动机最大功率时对应的转速，r/min；这里取为1，则 =1=12800=2800车轮半径，0.324m。取=1；根据公式（3-1）可得：4.2变速器传动比的选择4.2.1变速器1档传动比的选择（1）在确定变速器1档传动比时，需考虑驱动条件和附着条件。为了满足驱动条件，其值应符合下式要求：式中：汽车的最大爬坡度，初选为16.7o。为了满足附着条件，其大小应符合下式规定：式中：驱动车轮所承受的质量，kg； =244565%=1590kg 附

22、着系数。0.7-0.8之间，取=0.8。（2）各挡传动比确定：由于在2.574. 60取=4，且=1汽车各档传动比大体按等比级数排列： 按等比数级分配各挡传动比,= 则q=1.414,=4，=q3=2.828，=q2=2，=q1=1.414，=1 4.2.2 变速器的选择参考中国汽车零配件大全,选取变速箱，型号为ZQCAS5-20G，确定各档传动比如表4-1。 表4-1变速器主要参数型号中心距扭矩速比档位ZQCAS5-20G100mm345N.m4.51，1.841，1，2.963，1.238 1 3 52 4 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

23、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,115km/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 驱动力Ft与车速Va的关系列1T（N.m）338343340336330320310300N（r/min）14001600180020002200240026002800一档Va1（km/h）13 15 16 18 20 22 24 26 Ft1（N）12576 12762 12651 12502 12278 11906 11534 11162 二档Va2（km/h）19 22 25 28 31 33

24、 36 39 Ft2（N）8262 8385 8311 8213 8067 7822 7578 7333 三档Va3（km/h）31 36 40 45 49 54 58 63 Ft3(N)5134 5210 5164 5103 5012 4860 4708 4556 四档Va4（km/h）47 53 60 66 73 80 86 93 Ft4(N)3452 3503 3473 3432 3370 3268 3166 3064 五档Va5（km/h）58 66 74 82 90 99 107 115 Ft5(N)2789 2830 2805 2772 2723 2640 2558 2475 5.

25、1.2行驶阻力计算汽车行驶时，需要克服的行驶阻力为：= 式中：道路的坡路，度，平路上时，其值为0o； 行驶加速度，m/s2,等速行驶时，其值为0； = (5-2)根据公式（5-2）可计算出各档位汽车行驶时， 需要克服的行驶阻力，表5-2 所示：表5-2 行驶阻力F阻与车速Va的关系Va（km/h）355565758595105115F阻(N)399675855 1062 1297 1560 1851 2167 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, 如图5.1 所示。利用该图可以分析汽车的动力性,图中曲线与超速挡曲线的交点对应

26、的车速,即是汽车的最高车速。图5.1 驱动力-行驶阻力平衡图结合图形可知：理想最高车速与设计要求的最高车速接近,汽车的动力性能良好，故满足要求。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Va的关系T(N.m)338343340336330320310300N(r/min)14001600180020002200240026002800一档Va1（km/h）1315161820222426D10.5250.5330.5280.5210.5120.4960.480.464二档Va2（km

27、/h）1922252831333639D20.3430.3480.3440.3390.3320.3210.310.299三档Va3（km/h）3136404549545863D30.2090.2110.2080.2030.1970.1890.180.171四档Va4（km/h）4753606673808693D40.1340.1320.1280.1220.1150.1050.0960.086五档Va5（km/h）586674829099107115D50.10.0970.090.0830.0740.0630.0510.0395.2.2 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）

28、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的关系车速km/h254555758595105115f0.0090.010.0110.0120.0120.0130.0130.0145 .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,图中线与超速档曲线的交点对应的车速是汽车的最高车速。 图5.2 动力特性图 结合图形可知，曲线整体走势满足要求，且理想车速接近115km/h5.2.4 加速时间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）回转质量换算系数，其值可按下式估算：

29、 （5.7）式中：=0.030.05，取0.04； 0.06，取0.05； 变速器各档位时的传动比。公式（5.7）可得各档值：表5.5各档回转质量换算系数i4.512.9631.8411.23812.0571.4791.2091.1171.09带入相关数据，可得到加速度倒数的值，见表5-6。表5-6加速度倒数1/a与速度Va的关系T(N.m)338343340336330320310300N(r/min)14001600180020002200240026002800一档V1（km/h）13 15 16 18 20 22 24 26 D10.525 0.533 0.528 0.521 0.51

30、2 0.496 0.480 0.464 1/a10.414 0.408 0.412 0.417 0.425 0.439 0.455 0.471 二档V2（km/h）19 22 25 28 31 33 36 39 D20.343 0.348 0.344 0.339 0.332 0.321 0.310 0.299 1/a20.464 0.458 0.463 0.470 0.480 0.498 0.517 0.538 三档V3（km/h）31 36 40 45 49 54 58 63 D30.209 0.211 0.208 0.203 0.197 0.189 0.180 0.171 1/a30.64

31、4 0.639 0.650 0.666 0.688 0.722 0.761 0.806 四档V4（km/h）47 53 60 66 73 80 86 93 D40.134 0.132 0.128 0.122 0.115 0.105 0.096 0.086 1/a40.986 0.996 1.041 1.099 1.179 1.303 1.464 1.681 五档V5（km/h）58 66 74 82 90 99 107 115 D50.100 0.097 0.090 0.083 0.074 0.063 0.051 0.039 1/a51.352 1.407 1.536 1.717 1.993

32、2.482 3.356 5.343 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(加速时间0到100km/h速度对应曲线下围成的面积，需要进行单位换算km/h换算为m/s)综上分析，结合图形可知：汽车的加速性能良好，满足设计要求。5.2.5 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 = =31.17=60.5%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

33、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)代入相关数据，得表5-7。 表5-7 发动机发出的功率Pe与速度Va关系表T(N.m)338343340336330320310300N(r/min)14001600180020002200240026002800P1(Kw)50 57 64 70 76 80 84 88 一档Va（km/h）113 15 16 18 20 22 24 26 二档Va2（km/h）19 22 25 28 31 33 36 39 三档Va3（km/h）31 36 40 45 49 54 58 63 四档Va4（

34、km/h）47 53 60 66 73 80 86 93 五档Va5（km/h）58 66 74 82 90 99 107 115 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5-8。表5-8行驶阻力所消耗的功率Pe与车速Va的关系Va（km/h）254555758595105115Pe(kw)3.89 9.27 13.30 25.15 33.40 43.47 55.60 69.99 5.3.3 汽车功率平衡图

35、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 功率平衡图结合图形可知汽车的理想最高车速与设计要求的最高车速接近，故满足要求。 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