某货车总体设计课程设计

第1章汽车的总体设计1.1汽车总体设计的一般顺序(1)调查研究与初始决策；其任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则，调查研究的内容应包括：老产品在服役中的表现及用户意见；当前本行业与相关行业的技术发展，特别是竞争对手的新产品与新技术；材料、零部件、设备和工具等行业可能提供的条件；本企业在科研、开发及生产方面所取得的新成果等等，它们对新产品设计是很有价值的。(2)总体方案设计；其任务是根据领导决策所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出移车设想，因此又称为概念设计或构思设计。为此要绘制不同的总体方案图（比例为1：10）供选择。在总体方案图上进行初步布置和分析，对主要总成只画出大轮廓而突出各方案间的主要差别，使方案对比简明清晰。经过方案论证选出其中最佳者。(3)绘制总布置草图，确定整车主要尺寸、质量参数与性能指标以及各总成的基本型式。在总布置草图上要较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置，对轴荷分配和质心高度作计算与调整，训便较准确地确定汽车的轴距、轮距、总长、总宽、总高、离地间隙、货厢或车身地板高度等，并使之符合有关标准和法规；进行性能计算及参数匹配。(4)车身造型设计及绘制车身布置图：绘制不同外形、不同方向、不同色彩的车身外形图．制作相应造型的1：10整车模型；从中选优后再制作精确模型。经征求意见、工艺分析评审及风洞试验后作进一步修改，审定后用三坐标测量仪测量车身模型坐标点。(5)编写设计任务书：作为对以后的设计、试验及工艺准备的指导和依据。其内容常包括：任务来源、设计原则和设计依据；产品的用途及使用条件；汽车型号、承载容量、布置型式及主要技术指标和参数，包括空车及满载下的整车尺寸、轴荷及性能参数，有关的可靠性指标及环保指标等；各总成及部件的结构型式和特性参数；标准化、通用化、系列化水平及变型方案；拟采用的新技术、新结构、新装备、新材料和新工艺；维修、保养及其方便性的要求；续驶里程；生产规划、设备条件及预期制造成本和技术经济预恻等。有时也加进与国内外同类型汽车技术性能的分析和对比等。有的还附有汽车总布置方案草图及车身外形方案图。(6)汽车的总布置设计：其主要任务是根据汽车的总体布置及整车性能提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求，协调整车与总成间、相关总成问、总成与有关部件间的布置关系和参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足设计任务书所要求的整车参数和性能指标的汽车。其具体工作有:l)绘制汽车总布置图：它是在总布置草图和各总成、部件设计的基础上用1:1或1：2的比例精确地绘出，用于精确控制各部尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，因此又称为尺寸控制图。要特别注意汽车整体布置的合理性，驾驶室和车厢内部布置应具有视野性好、驾驶操作方便、座位舒适、安全，维修方便等特点。2)根据总布置设计确定的整车参数和性能指标提出对各总成和部件的设汁要求．包括结构型式、特性参数、尺寸与质量限制等。提供整车有关数据与计算载荷等。3)绘制转向车轮跳动等有关部分的运动图；用于校核布置空间以避免发生运动千涉。4)确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等，特别是对发动机前后支承、驾驶室支承和排气管支承的位置和刚度要精心选择。5)确定各总成的质心位置，核算汽车空载和满载时的轴荷分配及整车质心高度。6)制作模型进行布置空间的校核：通常制作1:l的车身内、外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性、视野范围、乘坐空间及舒适性等。7)汽车总成、部件及零件的选型与设计：其任务除了要保证总成和整车的性能指标外，还要考虑零部件本身的强度、寿命与可靠性等问题等。8)设计图纸的工艺审查及必要的修改。9)绘制汽车总装配图：其目的是进行图面装配校核，仔细检查相连接总成及部件的连接关系、连接部分的尺寸与配合以及拆装的方便性；核算与标注汽车整车和有关总成与部件的安装尺寸链，为汽车总装作技术准备和提供依据。10)试制、试验、修改与定型。设计完成后投入样品试制时，应考虑有一定数量的零部件和总成投人台架试验，至少有3一4辆样车投人整车室内试验与道路试验。注意了解制造和装配中的工艺问题及质量控制情况并及时把关，杜绝不合格的样品装车。要查明整车、总成及零部件的尺寸参数、质量参数、性能参数是否符合设计要求及问题所在，以便修改图纸或采取其他措施予以纠正。应按有关标准、法规进行全面的试验，以检查新产品的各项性能指标。1.2布置形式本车设计为平头货车，采用发动机位于前轴之上、驾驶室之正下方，这时驾驶室布置在发动机之正上方。这种布置的优缺点正好与长头车相反．可获得最短的轴距和车长尺寸；自重轻；机动性及视野性好；面积利用率高。但驾驶室易受发动机的振动、噪声、热等影响，而且其危险系数相比长头车比较高；其次维修不方便，用可翻倾式驾驶室解决这一间题；这种布置方案使驾驶室地板最高，上下车不方便。对于上述缺点，目前已有不少改善措施，如对驾驶室采取隔热、通风、密封、采暖、隔振等措施以及加装空调设备等，使平头式方案在现代轻、中型载货汽车上得到了广泛采用。1.3轴数的选择根据汽车的用途、总质量、使用条件、轮胎最大标定负荷和我国公路及桥梁限定双轴汽车的前后轴负荷应分别不超过60kN和130kN。本车载重为1500kg，为轻型货车，因此采用两轴型式。1.4驱动形式的选择

轿车和厂定汽车总质量小于19t的公路用车，广泛采用4x2的驱动型式，因为其结构简单、制造成本低。本车载重为1500kg，小于19t，因此采用4×第2章载货汽车主要技术参数的确定2.1汽车质量参数的确定2.1.1汽车装载质量的确定汽车的装载质量是指汽车在良好路面上所允许的额定装载质量，用me表示。题目中给定的是1500kg2.1.2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m0表示。(1)质量系数的选取对于轻型载货汽车，质量系数为0.8—1.10，取=0.8。(2)估算整车整备质量m0m0=me/=1500/0.8=1875kg2.1.3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。ma=me+m0+365=3570kg2.1.4汽车的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。表2.1为各类载货汽车轴荷分配的数据。表2.1载货汽车轴荷分配货车型式满载（%）空载（%）前轴后轴前轴后轴42，平头32-4060-6850-5941-502.2汽车主要尺寸的确定2.2.1汽车的主要尺寸在汽车的主要性能、装载面积和轴荷分配以及经验数据等各个方面要求下选取。参考国内同类车型，本车轴距取L=3300mm。轮距取B=1800mm。前悬LF=891mm，后悬LR=1517mm。2.2.2汽车的外廓尺寸我国法规对载货汽车外廓尺寸的规定是：总高不大于4米，总宽不大于2.5米，外开窗、后视镜等突出部分宽度不大于250mm,总长不大于12米。参考同类车型取外形尺寸长宽高=503022152460mm。车厢尺寸长宽高=3300*1950*370mm。2.3汽车主要尺寸性能参数的确定2.3.1汽车动力性参数的确定(1)最高车速Vamax的确定载货汽车的最高车速主要是根据汽车的用途以及使用条件和发动机功率大小来确定,给定的Vamax=120km/h。(2)加速时间的确定汽车起步连续换档加速时间是汽车加速性能的一项重要指标。载货汽车通常用0-60km/h的加速时间来评价。(3)最大爬坡度的确定由于载货汽车在各地路面上行驶，要求有足够的爬坡能力。一般在30%左右。2.3.2汽车燃油经济性参数的确定载货汽车的燃油经济性常用单位燃油消耗量来评价。单位燃油消耗量是汽车每一吨总质量行使100km所消耗的燃油量。第3章载货汽车主要部件的选择及布置3.1发动机的选择与布置3.1.1发动机型式的选择目前汽车发动机主要采用汽油机和柴油机两大类.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。轻中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。3.1.2发动机主要性能指标的选择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。(1)发动机最大功率Pemax及其相应转速ne的选择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Vamax计算，如下：（3.1）式中：Pemax……最大功率，kwηT………传动系效率，对于单级减速器取0.9g…………重力加速度，9.8m/s2f…………滚动阻力系数，取0.016CD…….空气阻力系数，取0.8A…………汽车的正面迎风面积，本车A=Bh=1.542.46=3.79㎡ma………汽车总质量，3570Vamax……汽车最高车速，120带入相关数据，可得：Pemax==99.78kw于是，发动机的外特性功率为：Pe=Pemax(1.12~~1.20)=99.78(1.12~~1.20)=111.75~~119.74kw查阅资料，选取东风朝阳柴油机厂朝柴NGD3.0型柴油机主要技术参数见表3.1,其总功率特性曲线如图3.1所示。表3.1朝柴NGD3.0型柴油机技术参数详细参数品牌朝柴发动机型号NGD3.0系列NGD3.0系列进气形式增压中冷外形尺寸(mm)603×676×702汽缸数4排量(ml)2968缸径(mm)96行程(mm)102.5压缩比17:1标定功率(kW)120功率转速(r/min)3800扭矩(N.m)380扭矩转速(r/min)1600～2200燃油种类柴油最低燃料消耗率(g/kW.h)205净质量(kg)280供油系统高压共轨排放标准(TAS)国Ⅳ匹配车型轻型卡车、越野车（SUV）、皮卡车、轻型客车、多功能车（MPV）图3.1发动机全负荷速度特性曲线(2)发动机最大转矩Temax及其相应转速nT的选择当发动机最大功率Pemax和相应的转速np确定后，则发动机最大转矩Temax和相应转速nT可随之确定，其值由下式计算：==（3.2）式中：—转矩适应系数，一般1.1-1.3，在这里取1.1；Pemax____最大功率，120kwnp______最大功率时转速，3800r/minTemax____最大转矩，380Nm而np/nT=1.4-2.0，在这里取为1.8，则有：nT=np/1.8=3800/1.8=2112r/minTemax==275.84Nm满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。3.2轮胎的选择载货汽车轮胎主要是根据轴荷分配、轮胎的额定复合、使用条件以及车速来选择。G=0.753570*/4=669.375kg。G为各个轮承受的重量。根据GB9744-1997，选择轮胎规格为7.00R15LT，层数10，断面宽度200m，负荷下静半径350mm，最大使用外直径780mm。3.3离合器的选择双片干式盘形摩擦离合器3.4万向传动轴的选择本车轴距较短，所以选用轴式传动轴,两端十字轴连接3.5主减速器的形式单级主减速器圆柱齿轮传动第4章总体布置的计算4.1轴荷分配及质心位置计算4.1.1平静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：g1l1+g2l2+……=Gg1h1+g2h2+……=Ghgg1+g2+…………=G （4.1）G1+G2=GG1LG2L式中：g1、g2、……各个总成的质量，kgl1、l2、………各个总成质心到前轴的距离，mh1、h2、…………各个总成质心到地面的距离，mG1、G2………前、后轴负荷，mhg……….汽车质心高度，m………汽车轴距,m………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4.1。表4.1汽车各部件及总成的质量分布部件M质心坐标（空载）（x,y）质心坐标（满载）(x,y)发动机及离合器360（0,1.13）（0，1）离合器及操纵机构26（0.8,0.9）（0.8,0.8）变数器95（1.2,0.8）（1.2,0.7）万向节及传动装置26（1.4,0.7）（1.4,0.6）后轴及后制动器195（2.7,0.595）（2.7,0.548）后悬及减震器89（2.85,0.505）（2.85,0.405）前悬架及减震器35（-0.5,0.505）（-0.5,0.405）前轴，前制动器及转向梯形175（0,0.595）（0,0.548）车轮及轮胎总成285（2.7,0.595）（2.7,0.548）车架总成155（1.6,1.4）（1.6,1.3）转向器25（-0.5，1.3）（-0.5,1.2）手制动器等16（-0.4，1.15）（-0.4,1.05）制动驱动机构19（-0.6,1.05）（-0.6,0.95）油箱及油管25（0.9,0.975）（0.9,0.875）消声器及排气管26（0.9，0.9）（0.9,0.8）蓄电池32（0.9,0.85）（0.9,0.75）仪表及固定零件26（0.8,1.63）（0.8，1.53）车厢总承155（2.5,1.33）（2.5,1.23）驾驶室65（0.4,1.6）（0.4,1.5）挡泥板等45（2.8,0.926）（2.8,0.825）人195（0.5,1.5）货物1500（2.5,1.6）M——部件质量，kgh——部件质心距地面高度，ml——部件质心距前轴距离，m由表4.1可得：空载时：2956.87=3.3G21524.38=1875hgG2+G1=18753.3G1=1875b3.3G2=187所以G2=978.98kg，G1=896.02kg，a=1.723m,b=1.57m,hg=0.813m前轴荷分配G1/G=978.98/1875=52.21%后轴荷分配G2/G=47.78%满载时，7755.429=3.3G22545.41=3570hgG2+G2=35703.3G1=3570b3.3G2=3570a所以G2=2350.13kg，G1=1219.87kg，a=2.17mm,b=1.13m，hg=0.713m前轴荷分配G1/G=1219.87/3570=34.17%后轴荷分配G2/G=65.83%4.1.2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：（4.2）式中：FZ1………行驶时前轴最大负荷，kgFZ2………行驶时后轴最大负荷,kgΦ：附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上为0.7—0.8令：=m1，（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。代入相关数据，计算的：=(3570*(1.13-0.7*0.713))/(3.3-0.7*0.713)=1049.09kg=(3570*2.17)/(3.3-0.7*0.713)=2765.86kg于是有:==0.86,=1.18满足要求。4.1.3制动时各轴的最大负荷计算：汽车制动时各轴的最大负荷按下列公式计算： （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：=，（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，0.40-0.80;代入相关数据，计算得到：=(3570*(1.13+0.7*0.713))/3.3=1762.39kg=(3570*(2.17-0.7*0.713))/3.3=1807.61kg于是有：==1.44kg,=0.76满足要求。4.2驱动桥主减速器传动比i0的选择在选择驱动桥主减速器传动比i0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：（4.6）式中:Vamax………汽车的最高车速,已知120km/h;…………最高车速时发动机的转速，r/min,一般==3800r/min;r……………车轮静半径，r=0.35m故i0==0.377（0.35*3800）/120=5.414.3变速器传动比的选择4.3.1变速器一档传动比的选择在确定变速器一档传动比ig1时,需要考虑驱动条件和附着条件。为了满足驱动条件，其值应符合下式子：式中：imax……最大爬坡度，imax=16.7度代入相关数据，计算得：=（3570*9.8（0.018*cos16.7+sin16.7）*0.35）/(380*5.41*0.9)2.61ig1=3570*9.8*cos16.7*0.35*0.7/(380*5.41*0.9)5.744.3.2变速器档数和各档传动比的选择这中型载货汽车采用5档变速，各档变速比遵循下式关系分配：（4.7）参考同类车型确定各档传动比为如下表4.2参数配置变速箱参数品牌：东风变速箱：东风17Q56-00030(DF5S410系系列：DF5S系列档位数：5档换挡形式：手动产品特点：特点:二、三档和四、五档为惯性锁销式同步器，带手制动器，带后悬左右支架，远距离操纵。匹配范围：可配车型：微型卡车前进档位：5档倒档档位数：1个是否有同步器：最大扭矩：410N.m额定转速：rpm换挡方式：手动主箱中心距：121mm倒档速比：7.66头档速比：4.762档传动比：2.813档传动比：1.594档传动比：15档传动比：0.76变速箱重量：125kg变速箱油容量：5.5L第5章汽车动力性及燃油经济性计算5.1汽车动力性能的计算5.1.1驱动平衡的计算(1)驱动力的计算汽车的驱动力按下式进行计算： （5.1）式中：Ft………驱动力，NTe………发动机转矩，Nm;ne………发动机转速，r/min;Va………汽车的车速，km/hi0: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相关计算结果列表N(r/min)2000220024002600280030003200340036003800Te(Nm)295310325357353347340331318311Ⅰ

档F1（N)19534.4320527.721520.9823639.9723375.122977.7822514.2621918.2921057.451220593.92Va（km/h）10.2479111.272712.2974913.3222814.3470715.3718616.3966517.4214418.4462324719.47102D0.557920.586220.6145120.6749710.6672840.6558030.642420.6252440.6004879680.587081/a0.2267910.2154960.2052750.1863840.1885910.1919860.19610.2016470.2102171830.21517Ⅱ

档F2（N)11531.8812118.2512704.6113955.5313799.1613564.6213290.9812939.1612430.9743412157.34Va（km/h）17.3594419.0953920.8313322.5672824.3032226.0391727.7751129.5110531.2469987732.98294D0.3283790.344880.3613560.3968020.3919990.3849370.3767330.366270.3513120730.3430341/a0.3945140.3745990.3566240.3232530.3274040.3337050.3413370.3515920.367370370.376727Ⅲ

档F3（N)6525.1566856.9437188.7317896.5447808.0687675.3527520.5187321.4467033.8965146879.062Va30.6792733.747236.8151239.8830542.9509846.018949.0868352.1547655.2226833658.29061D0.1826510.1913240.1999210.2191880.2156180.2107060.2050850.1981220.1885532210.1827011/a0.7436880.7064730.6730890.608630.6196250.6354190.6545110.6798110.7179517250.743464Ⅳ

档F4（N)4103.8714312.5434521.2144966.384910.7344827.2664729.8864604.6834423.8342864326.454Va（km/h）48.7800453.6580458.5360463.4140568.2920573.1700678.0480682.9260687.8040665492.68207D0.107550.1114670.1151890.1254760.1212530.1160390.1102330.1034370.094855540.0884651/a1.3673771.3100741.2599041.1393181.1859161.2489781.3275991.4332041.5932355541.737737Ⅴ

档F5（N)3118.9423277.5333436.1233774.4493732.1583668.7223594.7133499.5593362.1140573288.105Va（km/h）64.1842670.6026977.0211183.4395489.8579696.27639102.6948109.1132115.5316665121.9501D0.0722680.0732560.0739070.0793570.073590.0668820.0595330.0512430.0414064880.0330451/a2.2563782.2160292.1902451.9956892.2027062.5050032.94823.6834315.2314118828.138647(1)行使阻力的计算汽车行驶时，需要克服的行使阻力为：F阻（5.2）式中：:道路的坡度，平路是0：行使加速度，m/等速行驶时为0:回转质量换算系数,其值按=1+估算,其中=0.03-0.05,取为0.04;=0.04-0.06,取为0.05;ig:变速器各档的传动比.代入i=0,=0及相关数据，可得：F阻=35709.80.018（0.8*3.79*/21.15）=629.748+0.1434(5.3)代入各个速度值,即得表5.2.表5.2行驶阻力F阻与车速VaVa（km/h）102540557080100110120F阻644719859106313321548206423652695(2)驱动力——行驶阻力平衡图按照公式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。阻力与5挡交点是速度为最高车速。图5.1驱动力—行驶阻力平衡图5.1.2动力特性的计算(1)动力因数D的计算汽车的动力性因数按下式关系计算：D=（5.4）代入相关的数据，计算所得结果见表5.1。滚动阻力系数f与车速的关系f=0.0076+0.000056（5.5）计算所得的数据如表5.3表5.3滚动阻力系数f与车速Va(km/h)102540557085100110120120f0.0080.0090.0090.0100.0110.0120.0130.0130.0140.014(2)动力特性图按照公式5.4，5.5作D—、f-曲线图，则得到汽车的动力特性图，如图5.2所示。图5.2动力特性图(3)加速时间t的计算汽车在平路上等速行驶时，有如下关系：（5.6）即是（5.7）代入相关的数据，可得到加速度倒数1/a的值，见表5.1。作出1/a-关系曲线，如图5.3，图5.3加速度倒数曲线通过求面积可得货车0-60km/h的加速时间为25.2s。(4)汽车最大爬坡度imax的计算imax==(5.8)式中:D1max:汽车变速器头档的最大动力因数,为0.67。则==arcsin(0.67-f(1-0.67*0.67+0.0018*0.018))/(1+0.018*0.018)=47°imax==47%≥30%满足最大爬坡度的要求。5.2功率平衡计算(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Pe就是发动机使用外特性时的功率值。发动机转速np和汽车速度Va之间的关系同前。根据公式(5.9)代入相关数据，得表5.4。表5.4发动机发出的功率Pe与速度Va关系表Te(Nm)2000220024002600280030003200340036003800N(r/min)295310325357353347340331318311P1(Kw)61.7871.4181.6797.19103.4109.0113.9117.8119.8123.7Ⅰ

档Va（km/h）10.2411.2712.2913.3214.3415.3716.3917.4218.4419.47Ⅱ

档Va（km/h）17.3519.0920.8322.5624.3026.0327.7729.5131.2432.98Ⅲ

档Va3（km/s）30.6733.7436.8139.8842.9546.0149.0852.1555.2258.29Ⅳ

档Va（km/h）48.7853.6558.5363.4168.2973.1778.0482.9287.8092.6V

档Va（km/h）64.1870.6077.0283.4389.8596.27102.6109.1115.5121.9(2)汽车行驶时所需要的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：（5.10）当汽车在平路上行驶的时候，简化为下式：（5.11）代入相关的数据计算得到图表5.5所示：表5.5所需发动机功率Va（kn/h）102540557085100110120125Pe(kw)1.98795.550510.60618.05128.78243.69363.68280.27199.781110.71作出发动机能够