汽车设计货车设计

1、摘要根据本次课程设计的任务，完成了任务书上所要求的某货车的总体设计。本篇说明书说明了货车设计的总体过程，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。然后查资料确定了汽车的整体结构，包括车身，车厢，车头的选择。细节有轮距，轴距的确定等。在确定了发动机之后，计算了车的传动比，选择了变速器，计算了汽车的动力特性，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。然后计算了汽车的经济问题，计算了理想状态下汽车的燃油消耗情况。最后计算

2、了汽车的稳定情况，保证了汽车可以安全的上路行使，完成了汽车的设计。关键词：货车；尺寸；结构；传动比；速度；布置。第1章 汽车的总体设计1.1 汽车总体设计的特点和要求汽车的总体设计在汽车设计中是很重要的，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。要求包括：（1） 零件标准化，部件通用化，产品系列化。（2） 考虑使用条件的复杂多变。（3） 重视汽车使用中的安全，可靠，经济与环保。（4） 车身设计既重视工程要求更注重外观造型。（5） 在

3、保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身质量。（6） 设计要在有关标准和法规的指导下进行。（7） 汽车设计是考虑人机工程，交通工程，制造工程，运营工程，管理工程的系统工程。1.2 汽车总体设计的一般顺序（1） 汽车形式的选择（2） 汽车主要参数的选择（3） 发动机的选择（4） 车身形式（5） 轮胎的选择（6） 汽车的总体布置（7） 运动校核1.3 汽车的轴数选择汽车有两轴、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、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。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，均可采用结

4、构简单、制造成本低廉的两轴方案。此货车的载质量是2750，参考同类车型，估算汽车的总质量小于6t，所以采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。表1.1 载货汽车按厂定汽车最大总质量的分类表（GB3730.188）载货汽车类型微型轻型中型重型厂定汽车最大总质量ma(t)1.81.8661414见表1.1，所以此货车属于轻型货车。1.4 汽车驱动形式的选择汽车的用途、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商用车（ma19t）

5、，多采用结构简单、制造成本低的4*2驱动形式。所以此货车采用4*2的驱动形式。1.5 汽车布置形式的选择货车可按驾驶室与发动机相对位置的不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式。见表1.2。表1.2 驾驶室与发动机的不同相对位置货车形式驾驶室与发动机的相对位置平头式发动机位于驾驶室内短头式发动机大部分在驾驶室前部，少部分在驾驶室内长头式发动机位于驾驶室前部参考同类车型，选择平头式、单排座、发动机前置后桥驱动的汽车。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.

6、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300mm;同时,参考同类汽车的外廓尺寸(解放 501轻卡汽车5995 20963020mm)选择汽车外廓尺寸长宽高600020003000mm。2.1.2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表2.1汽车的轴距和轮距汽车总质量轴距轮距4X2货车2300-36001300-1650跟据上表取L=3360mm。货车轮距的确定汽车轮距B应该考虑到车身横向稳定性,马主要取决于车架前部的宽度、前悬架宽度、前

7、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。B2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2-1所示。选取B1=1580mm,B2=1525mm。2.1.4货车前悬LF和后悬LR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,一般在12002200mm

8、之间。参考YTK1061SP，并根据本车结构特点取LF=1000mm，LR=1640mm。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,车头长度对车身长度有绝对影响。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,取货车车头长度为1400mm.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。参考解放 501-Q系列轻卡载货车，选取车箱尺寸428020002000mm（长宽高）2.2汽车质量参数的确定2

9、.2.1汽车载质量的确定汽车的载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=2500kg。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、备胎）,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2-2表2.2货车的质量系数1.86.0对于轻型柴油机的载货汽车,质量系数为0.8-1.O。选取=1.02.估算整车整备质量 =/=2500 kg （2-1）2.2.3汽车的载客量汽车乘坐人

10、员包括驾驶员在内共3人。 2.2.4汽车总质量的确定汽车总质量是指汽车整车整各质量、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。=+65=2500+2500+365= 5195kg (2-2）2.2.5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0.91.0以免超载,本次课程设计后轮采用双胎，由于两轮胎特性存在差异、装载质量分布不均匀和路面不平等因素造成轮胎超载影响，此时双胎并装的负荷能力要比单胎负荷能力加倍减少10%-15%。kg 其中为轮胎所承受重量，根据GB9744一199 表

11、4可选择轮胎规格：7.00-16层级：12胎压：630KPa最大负荷（Kg）：1215断面宽（mm）: 200 外直径（mm）: 775 2.2.6轴荷分配及质心位置的计算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2-4为各类载货汽车轴荷分配的统计值。表2.3载货汽车轴荷分配型式满载空载 前轴后轴前轴后轴42后轮双胎平头式30%-35%65%-70%48%-54%46%-52%表2.4汽车各部件质量及其位置部件名称质量gi（kg）质心到前轴距离li(m)质心离地高度giligihigihi空载满载(空载)（满载）发动机及附件592

12、-0.250.750.65-148444384.8变速器及离合器总成820.750.60.561.549.241万向节传动631.80.50.45113.431.528.35后轴及后轴制动器轮毂35030.3750.371050131.25129.5后悬架及减震器13130.50.439365.552.4前轴及前轴制动器轮毂17400.3750.35065.2560.9转向梯形310.30.350.359.310.8510.85前悬架及减振器5100.50.45025.522.95车轮及轮胎总成38530.3750.371155144.375142.45车架总成20220.80.7404161

13、.6141.4转向器25-0.30.750.7-7.518.7517.5乘员19510.90.85195175.5165.75驾驶室总成1021.20.90.85122.491.886.7车厢38830.850.751164329.8291油箱及油管202.50.40.355087蓄电池组3720.40.357414.812.95备胎462.50.550.4511525.320.7挡泥板714.20.60.5298.242.635.5货物25003.30.8907502200519514124.31835.5753851.7a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,

14、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高度g1l1+g2l2+g3l3+=G2Lg1h1+g2h2+g3h3+=Ghgg1+g2+g3+=G （3-4）G1+G2=GG1L=GbG2L=Ga式中：g1 、g2、 g3各总成质量，kg； l1 、l2 、l3各总成质心到前轴距离，m；G1 前轴负荷，kg；G2后轴负荷，kg；L汽车轴距，m；a汽车质心距前轴距离，m；b汽车质心距后轴距离，m；hg汽车质心高度，m。满载： G2=kgG1=5195-3527.66=1667.34kgmm后轴荷分配：=67.8前轴荷分配：=32.2m空载

15、：kg=2500-1502.77=1247.23kg 前轴荷分配: 45.36 后轴荷分配：54.64m算出的各轴荷分配符合表2-4，所以这个货车的布置比较合理b不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式计算：式中：Fz1：行驶时前轴最大载荷，；Fz2：行驶时后轴最大负荷，；：附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.70.8；令 式中：行驶时前轴轴荷转移系数，一般该值为0.80.9； ：行驶时后轴轴荷转移系数，一般该值为1.11.2；=0.538=1.164基本满足要求。c汽车制动时各轴的最大负荷按下式计算： 式中：制动

16、时前轴载荷，；：制动时后轴负荷，；令 式中：行驶时前轴轴荷转移系数，一般该值为1.41.6； ：行驶时后轴轴荷转移系数，一般该值为0.40.6；=1.526=0.810基本满足要求。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

17、的最高车速计算如下 (3-1)式中: 发动机最大功率，kw1 传动系效率, 对于单级减速器取0.9 重力加速度，取9.8 ； 滚动阻力系数，取0.018；空气阻力系数，取0.8；汽车正面迎风面积，=1.583.0=4.74 m2G汽车总重，kg；汽车最高车速，km/h。 在式2-1中带入相关数据的=119.81717kw 考虑汽车其它附件的消耗，可以在再此功率的基础上增加1118即在132.99141.38kw选择发动机3.2发动机的选择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WD415型发动机，主要技术参数见表3.1,其外特性曲线如图3.1。表3.1 发动机参数系列：WD415系列

18、形式：水冷、直列、四冲程、直喷进气方式：增压中冷气缸数缸径行程(mm)：4126130总排量(L)：6.48额定功率/转速(kW/r/min)：137/2200最大扭距/转速N.m/r/min)：710/1300-1600排放水平：国II全负荷最低燃油消耗率g/kW.h ：198图3.1 发动机外特性曲线第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/m

19、in； 这里取为1，则 =1=12200=2200 r/min车轮半径，m。这里r=0.3875m根据式（4-1）可得：=2.79474.2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： =3.6888一般货车最大爬坡度为30%，即=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；之间。取0.84.2.2变速器的选择根据3.68887.1512，可选择变速器为：产品型号：5J80TA-B速比：6.62,3.99,2.47,1.55,1，R6.48第5章 动力性能

20、计算 5.1驱动平衡计算5.1.1驱动力计算汽车的驱动力按下式计算： （5-1）式中：驱动力，N； 发动机转矩，N.m； 车速，km/h。表5.1发动机在不同转速下所对应的转矩和功率Pen(r/min)1000120014001600180020002200T(Nm)649.4676.5695.8716.2689.7644.6607.7Pe(Kw)6885102120130135140一档Ft127905 29069 29898 30777 29636 27698 26113 V17.90 9.48 11.05 12.63 14.21 15.79 17.37 二档Ft216819 17521

21、18020 18550 17862 16694 15739 V213.10 15.72 18.34 20.96 23.58 26.20 28.82 三档Ft310412 10846 11155 11483 11058 10335 9743 V321.16 25.40 29.63 33.86 38.09 42.33 46.56 四档Ft46534 6806 7000 7206 6939 6485 6114 V433.72 40.47 47.21 53.96 60.70 67.45 74.19 五档Ft54215 4391 4516 4649 4477 4184 3945 V552.27 62.7

22、3 73.18 83.64 94.09 104.5 115.0 5.1.2行驶阻力计算汽车行驶时，需要克服的行驶阻力为： = (5-2)式中： 道路的坡度，平路上行驶时，其值为0o； 行驶加速度，m/s2,等速行驶时，其值为0； 回转质量换算系数，其值可按下式估算： （5-3）式中：=0.030.05，取0.05； =0.040.06，取0.05； 变速器各档位时的传动比。根据公式（5.1）及（5.2）可计算出各档位汽车行驶时，驱动力，车速， 需要克服的行驶阻力，现列下表：表5.2行驶阻力和车速的关系 (km/h)152535455565758595105115 (N)1142 1187 12

23、55 1346 1459 1596 1755 1936 2140 2367 2617 5.1.3驱动力-行驶阻力平衡图 图5.1 驱动力与行驶阻力平衡图5.2动力特性计算5.2.1动力因数D的计算汽车的动力因数按下式计算： (5-4)表5.3各档速度与驱动因数n(r/min)1000120014001600180020002200T(Nm)649.4676.5695.8716.25689.7644.6607.7一档D10.50 0.52 0.54 0.55 0.53 0.50 0.47 V17.90 9.48 11.05 12.63 14.21 15.79 17.37 二档D20.30 0.3

24、1 0.32 0.33 0.32 0.30 0.28 V213.10 15.72 18.34 20.96 23.58 26.20 28.82 三档D30.19 0.19 0.20 0.20 0.19 0.18 0.17 V321.16 25.40 29.63 33.86 38.09 42.33 46.56 四档D40.11 0.12 0.12 0.12 0.11 0.10 0.09 V433.72 40.47 47.21 53.96 60.70 67.45 74.19 五档D50.07 0.07 0.06 0.06 0.05 0.04 0.03 V552.27 62.73 73.18 83.6

25、4 94.09 104.55 115.00 5.2.2滚动阻力系数与速度关系 （5-5）表5.4滚动阻力系数与车速的关系Va152535455565758595105115f0.008440.0090.009560.010120.010680.011240.01180.012360.012920.013480.014045.2.3动力特性图根据表5.3和表5.4生成动力特性图图5.2动力因数平衡图5.2.4加速度倒数曲线由汽车行驶方程得 (5-6)公式（5.3）可得各档值,见表5.5：表5.5各档位的值一档二档三档四档五档6.623.992.471.5513.231.831.341.161.0

26、9表5.6各档速度与加速度倒数一档V17.99.4811.0512.6314.2115.7917.371/a10.690.660.640.620.650.690.74二档V213.115.7218.3420.9623.5826.228.821/a20.660.640.620.60.620.670.72三档V321.1625.429.6333.8638.0942.3346.561/a30.830.790.770.750.780.850.91四档V433.7240.4747.2153.9660.767.4574.191/a41.251.21.171.151.221.361.51五档V552.276

27、2.7373.1883.6494.09104.551151/a52.232.192.222.272.633.44.68由表5.4 可绘出加速度倒数曲线：图5.3汽车加速度倒数曲线图5.2.5汽车最大爬坡度 （5-7） （5-8）式中：汽车1档动力因数。由式（5-7）可得：最大爬坡度为：约为24.25.3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，发动机能够发出的功率就是发动机使用外特性的功率值。见表5-15.3.2汽车行驶时所需发动机功率汽车行驶时，所需发动机功率即为克服行驶阻力所需发动机功率，其值按下式计算： （5-9）当汽车在平路上等速行驶时，其值为 （5-10）由公式

28、（5.10）及表（5.3）得汽车在平路上等速行驶时所需发动机功率表5.7表5.7各档速度与发动机功率关系一档V17.90 9.48 11.05 12.63 14.21 15.79 17.37 Pe(Kw)68.00 85.00 102.00 120.00 130.00 135.00 140.00 二档V213.10 15.72 18.34 20.96 23.58 26.20 28.82 Pe(Kw)68.00 85.00 102.00 120.00 130.00 135.00 140.00 三档V321.16 25.40 29.63 33.86 38.09 42.33 46.56 Pe(Kw)

29、68.00 85.00 102.00 120.00 130.00 135.00 140.00 四档V433.72 40.47 47.21 53.96 60.70 67.45 74.19 Pe(Kw)68.00 85.00 102.00 120.00 130.00 135.00 140.00 五档V552.27 62.73 73.18 83.64 94.09 104.55 115.00 Pe(Kw)68.00 85.00 102.00 120.00 130.00 135.00 140.00 表5.8行驶阻力与车速的关系Va5152535455565758595105115Pf1.554.838.

30、6113.2218.9926.2535.3546.5960.3376.8996.61119.815.3.3汽车功率平衡图作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功率曲线，即得到汽车的功率平衡图 图5.4汽车功率平衡图第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：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),其值由发动机外特性得到； 燃油重度，N/L,柴油为7.948.13，其值取8.00； 汽车单位行程燃油消耗量，L/100km； 最高挡车速。根据计算公式（6-1）列出燃油消耗率，见表6.1表6.1汽车油耗V552.2762.7373.1883.6494.09104.5115n(r/min)100012001400160018002000220