汽车设计说明书--李海林

1、货车总体设计沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书） 题目：货车总体设计班级： 14060302 学号：2011040603067姓名： 李海林 指导教师： 王文竹 目录摘要4第1章 汽车形式的选择51.1货车轴数的选择51.2货车驱动形式的选择51.3货车的布置形式5第2章 汽车的主要参数的选择62.1汽车主要尺寸的确定62.2汽车质量参数的确定72.3汽车轮胎的选择82.4轴荷分配8第3章 发动机选择与传动比的计算93.1发动机的选择93.2传动比的计算113.3变速器的选择12第4章 轴荷分配及质心位置的计算144.1汽车水平静止的轴荷分配及质心位置计算144.2水平路面上汽车满载行驶时

2、各轴的最大负荷计算164.3制动时各轴的最大负荷的计算17第5章 动力性能计算195.1驱动平衡计算195.2动力特性计算215.3功率平衡计算25第6章 汽车燃油经济性计算276.1 汽车等速百公里油耗计算27第7章 汽车不翻倒条件计算297.1汽车满载不纵向翻倒的条件297.2汽车满载不横向翻倒的条件29参考资料30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。本次汽车设计的题目是货车总体设计，主要内容是选择整车和各总成的结构形式及主要技术特性参数和性能参数，主要是进行发动机和底盘设计。设计要求为：汽车总质量5650kg，装载质量2750kg，最大车速120km/h，

3、滚动阻力系数f=0.018。本篇说明书说明了货车设计的总体过程，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，轮胎型号的初选，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、车头的尺寸选择。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，加速度倒数，加速时间的确定。然后计算了理想状态下汽车的燃油消耗情况。最后计算了汽车的稳定情况，保证了汽车可以安全的上路行驶，完成了汽车的设计。本次课设同时用到了wo

4、rd、excel、AutoCAD等计算机软件进行相关设计与计算。关键词：货车总体设计 尺寸参数 动力性 燃油经济性第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,汽车的整备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

5、总质量小于19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,均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案,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4×2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

6、外,其布置形式对使用性能也有总要影响。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。为了提高驾驶员的视野、减小转弯半径、缩短汽车总长等，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汽车外廓尺寸界限规定,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25

7、0mm；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(金杯车辆 金骐 120马力 栏板式 单排 轻卡 SY1060DV2Y 6990×2100×2530mm)选择汽车外廓尺寸长×宽×高:6300×2300×2380mm。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ma/t轴距L/mm4X2货车1.8-6.82300-3600根据上表取L=3400mm。2.1.3货车前轮轮距B1和后轮轮距B2的确定汽

8、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。参考金杯领骐轻型货车参数，选取B1=1650mm,B2=1650mm。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

9、长度、汽车造型等有影响,也不宜过长,一般在1200-2200mm之间。参考同类车型取LF=1100mm，悬架采用钢板弹簧式，7片；LR=1800mm，钢板弹簧式，10+8片。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。驾驶室采用平头单排座式，取车头长度为1600mm.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。参考同类车型选取车箱尺寸4500×2000

10、×4502.2汽车质量参数的确定2.2.1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=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、备胎）,加满油和水,但没有载货和载人时的整车质量,用表示。估算整车整备质量，乘坐人员数，汽车总重=，汽车装载重量 = 计算得=2.2.3汽车的载客量汽车乘坐人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,由课设给定数据可知：2.3汽车轮胎的选择轮胎所承受的最大静负荷

11、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,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%。单胎最大静载合=(×1.1)/n跟据GB9744-1997选取7.50R16LT轮胎，负荷1105kg，参数见表2-2表2-2轻型货车子午线轮胎轮胎规格基本参数主要参数（mm）允许使用轮辋层级标准轮辋外直径负荷下静半径轮胎最大使用尺寸公路花纹越野花纹断面宽度外半径7.50R16LT6，8，10，12，146.00G80581537523082

12、55.50F 6.50H2.4轴荷分配的许用范围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2-3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4×2后轮双胎平头式30%-35%65%-70%48%-54%46%-52%第3章 发动机选择与传动比的计算3.1发动机的选择 3.1.1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,

13、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的最高车速计算如下 (3-1)式中: 发动机最大功率，kw 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0.85；汽车正面迎风面积，=1.65×2.38=3.927m2汽车总重，kg；汽车最高车速，km/h。 在式3-1中带入相关数据得：=故汽车的发动机功率在范围内选取即可。 3.1.2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

14、号为CY6102BZLQ增压中冷型柴油机，如表3-1,其外特性曲线如图3-1。表3-1 CY6102BZLQ增压中冷型柴油机参数型 号：CY6102BZLQ形 式：废气涡轮增压中冷气 缸 数：6102×118工作容积：5.785燃烧室形式：直喷圆形缩口燃烧室压 缩 比：17:1额定功率/转速：132/2600最大扭矩/转速：560/14001600标定工况燃烧消耗率：全负荷最低燃油消耗率：240最高空载转速：3000±100怠速稳定转速：700±50机油消耗率：0.6工作顺序：153624噪声限制：115烟 度：2.0排放标准：达欧洲号标准整机净质量：555外形参

15、考尺寸：1209.7×662×884.5图3-1 发动机外特性曲线3.2传动比的计算3.2.1驱动桥主减速器传动比的计算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： （3-2） 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×=1×2600=2600 r/min车轮半径，m。这里r=0.375m根据式（3-2）可得：=3.063.2.2变速器一挡传动比的选择在确定变速器一挡传动比时，需考虑驱动条件

16、和附着条件。为了满足驱动附着条件，其值应符合下式要求： （式 3-3）一般货车最大爬坡度为30%，即=16.7o。式中：驱动车轮所承受的质量，kg；附着系数，0.7-0.8之间，这里取=0.8。将各数据带入可得：=4.163.3变速器的选择轻型货车一般采用4-5挡变速,各挡变速比遵循如下关系 ，参考同类车型确定选用伊顿变速箱厂生产的FS-4205系列变速器，变速器主要参数见表3-2。表3-2变速器FS-4205B主要参数变速器型号FS-4205B各挡速比一挡6.99二挡3.78三挡2.13四挡1.28五挡1倒挡6.99中心距121.125mm净重kg105允许输入最大转矩570注油量5.9操纵

17、形式双杠远距离操纵同步器形式锁环视同步器第4章 轴荷分配及质心位置的计算 4.1汽车水平静止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高度g1l1+g2l2+g3l3+=G2Lg1h1+g2h2+g3h3+=Ghg g1+g2+g3+=G （4-1） G1+G2=G G1L=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

18、车质心距后轴距离，m； hg汽车质心高度，m。表4-1汽车各部件质量及其位置gi(kg)Li(mm)（mm）hi(满)（mm）hi（空）（mm）g*Lig*hi（满）g*hi（空）发动机及其附件55508509500471750527250离合器及操纵机构15700800900105001200013500变速器及离合器壳10510008009001050008400094500万向节传动351900800900665002800031500后轴及后轴制动器31034003754121054000116250127720后悬架及减振器14034006007004760008400098000前

19、悬架及减振器55060070003300038500前轴、前制动器、轮毂转向梯形145037541205437559740车轮及轮胎前总成120037541204500049440车轮及轮胎后总成30034003754121020000112500123600车架、支架、拖钩装置3003100725825930000217500247500转向器30-400900950-120002700028500手制动器及操作机构1001000110001000011000制动驱动机构10-400500550-400050005500油箱及油管251600500600400001250015000消声器及

20、排气管1018004004501800040004500蓄电池组401800500600720002000024000仪表及其固定零件10-80011501200-80001150012000车厢总成29029009001000841000261000290000驾驶室150-10011001200-15000165000180000前挡泥板25060070001500017500后挡泥板253400600700850001500017500乘员1952001200130039000234000253500货物2750295012000811250033000000合计565012886000

21、53383752270250根据表4-1及式4-1计算空载： 前轴轴荷分配： 后轴轴荷分配： 满载： 前轴荷分配： 后轴荷分配： 算出的各轴荷分配符合表2-3，所以这个货车的布置比较合理4.2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： 式（4-2）式中： FZ1行驶时前轴最大负荷，kg FZ2行驶时后轴最大负荷,kg ：附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上为0.70.8令： =m1 ， 式 （4-3）式中：m1：行驶时前轴轴荷转移系数，该值为0.8-0.9； m2：行驶时后轴轴荷转移系数，该值为1.1-1.2。代入相关

22、数据，计算的：=于是有: = = 基本满足要求。4.3制动时各轴的最大负荷的计算 汽车制动时各轴的最大负荷按下列公式计算： 式（4-4）式中：Fzr1行驶时前轴最大负荷，kg; Fzr2行驶时后轴最大负荷，kg;令： =， 式（4-5）式中:m1行驶时前轴轴荷转移系数，1.4-1.6; m2行驶时后轴轴荷转移系数，0.40-0.60;代入相关数据，计算得到：=于是有：= , =基本满足要求。第5章 动力性能计算 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汽车各挡驱动力和车速的关系n(r/min)12

23、001400160018002000220024002600T(N·m)505550555550540525510495一挡Ft(N)2592428234284912823427721269512618125411F阻10071010101410191024103010361043va(km/h)89111213151617二挡Ft(N)1401915268154071526814991145741415813741F阻10311043105710731091111111321156va(km/h)1517202224272932三挡Ft(N)79008603868286038447

24、821279787743F阻11041142118712371294135614241499va(km/h)2630353943485256四挡Ft(N)47475170521751705076493547944653F阻12931400152316631819199221812387va(km/h)4351586572798794五挡Ft(N)37094039407640393966385637453635F阻14821657185920882344262729373274va(km/h)55657483921021111205.1.2行驶阻力计算汽车行驶时，需要克服的行驶阻力为： = (5

25、-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0.04； =0.040.06，取0.05； 变速器各挡位时的传动比。根据公式（5-1）及（5-2）可计算出各挡位汽车行驶时，驱动力，车速， 需要克服的行驶阻力，现列于表5-2：表5-2行驶阻力和车速的关系(km/h)102540557085100110120 (N)1012109512491474177021372575290632695.1.3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.

26、2.1动力因数D的计算汽车的动力因数按下式计算： (5-4)代入相关的数据，计算所得结果见表5-3。表5-3 各挡速度与驱动因数一挡va(km/h)89111213151617D0.4680.5100.5140.5100.5000.4860.4720.458二挡va(km/h)1517202224272932D0.2530.2750.2770.2740.2690.2610.2530.245三挡va(km/h)2630353943485256D0.1410.1530.1530.1510.1470.1420.1360.131四挡va(km/h)4351586572798794D0.0800.086

27、0.0850.0810.0770.0710.0650.059五挡va(km/h)5565748392102111120D0.0580.0610.0580.0530.0470.0400.0330.0255.2.2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va(km/h)10.0025.0040.0055.0070.0085.00100.00110.00120.00f0.0080.0090.0100.0110.0120.0120.0130.0140.0145.2.3动力特性图根据表5-3和表5-4生成动力特性图图5-2动力特性图5.2.4加速度倒数曲线由汽车行驶方程得 (5

28、-6)公式（5-3）可得各挡值,见表5-5：表5-5各挡位的值一挡二挡三挡四挡五挡i6.993.782.131.2813.481.751.271.121.09表5-6各挡速度与加速度倒数一挡D0.470.510.510.510.500.490.470.46va(km/h)891112131516171/a(s2/m)0.790.720.720.720.740.760.780.81二挡D0.250.270.280.270.270.260.250.25va(km/h)15172022242729321/a(s2/m)0.760.700.690.700.710.730.760.79三挡D0.140.

29、150.150.150.150.140.140.13va(km/h)26303539434852561/a(s2/m)1.060.960.960.971.001.051.091.15四挡D0.080.090.080.080.080.070.070.06va(km/h)43515865727987941/a(s2/m)1.831.681.711.801.942.152.422.79五挡D0.060.060.060.050.050.040.030.02va(km/h)55657483921021111201/a(s2/m)2.772.592.783.163.805.017.6217.04由表5-6

30、可绘出加速度倒数曲线：图5-3汽车加速度倒数曲线图 跟据加速度倒数曲线计算汽车加速时间，汽车一挡从启动加速到100km/h所用时间。5.2.5汽车最大爬坡度 （5-7） （5-8）式中：汽车1挡动力因数。由式（5-8）（5-7）可得：最大爬坡度为：约为29°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，发动机能够发出的功率就是发动机使用外特性的功率值。见表5-75.3.2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（5-10）及表（5-3）得汽

31、车在平路上等速行驶时所需发动机功率见表5-7表5-7各挡速度与发动机功率关系一挡va(km/h)89111213151617Pe587388100110120128132二挡va(km/h)1517202224272932Pe587388100110120128132三挡va(km/h)2630353943485256Pe587388100110120128132四挡va(km/h)4351586572798794Pe587388100110120128132五挡va(km/h)5565748392102111120Pe587388100110120128132表5-8行驶阻力与车速的关系va(km/h)102540557085100110120P阻381525385679991215.3.3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5-3汽车功率平衡图第6章 汽车燃油经济性计算6.1 汽车等速百公里油耗计算在总体设计时，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