HGC1050轻型商用车总体设计论文说明书

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1、黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第 1 章 绪论 1 1.1 立题的背景及意义 1 1.2 国内外研究概况 2 1.2.1概况简述 2 1.2.2概况分析 4 1.3 研究内容及方法 5 1.4研究技术路线 5 第 2 章 总布置设计的准备 6 2.1市场调研 6 2.2样车分析 7 2.3制定设计目标 7 2.4货车主要“目标参数”的初步确定 7 2.5几个主要“目标参数”的确定 8 2.6发动机最大功率及转速 8 2.7发动机最大扭矩及其转速 10 2.8传动系速比的选择 10 2.8.1最小传动比

2、的选择 11 2.8.2最大传动比的选择 12 2.8.3变速器档位数的选择 13 2.9本章小结 14 第 3 章 汽车主要参数的选择 15 3.1 主要尺寸参数的选择 15 3.3.2 燃料经济性参数 23 3.3.3 机动性参数 23 3.3.4 操纵稳定性参数 24 3.3.5 行驶平顺性参数 24 3.3.6 制动性参数 24 3.3.7 通过性参数 25 3.4本章小结 26 第 4 章 整车型式的选择 27 4.1 发动机的种类和型式 27 4.2 离合器的初步选型 28 4.3 变速器的选型 28 4.4 传动轴的选型 29 4.5 驱动桥选

3、型 29 4.5.1驱动桥结构形式和布置形式的选择 29 4.5.2主减速器结构形式选择 30 4.5.3驱动桥的选型 30 4.6 驾驶室的型式 30 4.7 轮胎的选型 31 4.8 汽车的轴数和驱动形式 32 4.9 车头、驾驶室的型式 33 4.10本章小结 33 第 5 章 整车性能的计算 35 5.1 汽车动力性能计算 35 5.1.1汽车驱动力和行驶阻力 35 5.1.2汽车加速性能计算 36 5.2 汽车经济性计算 40 5.3 本章小结 41 第 6 章 商用车总布置图绘制 42 6.1 整车布置的基准线 42 6.1.1车架上平面线 42

4、 6.1.2前轮中心线 42 6.1.3汽车中心线 42 6.1.4地面线 43 6.1.5前轮铅垂线 43 6.2 总布置图绘制的基本原则 44 6.3 车身总布置设计 45 6.4 发动机总布置设计 45 6.5 转向节、车轮总成与前制动器总成的布置设计 46 6.6 发动机及传动系的布置 46 6.7 驾驶室的布置 48 6.7.1驾驶室布置及要求 48 6.7.2驾驶区尺寸布置及建模要求 48 6.7.3仪表板总布置设计 48 6.7.4灯具布置 48 6.7.5布置建模要求 49 6.8 悬架布置 49 6.8.1转向系统布置方案 49 6.8.2悬

5、架布置与设计硬点获取 49 6.8.3悬架尺寸布置及建模要求 49 6.9 车架总成外形及其横梁的布置 50 6.10 转向系的布置 50 6.10.1转向系统形式 50 6.10.2转向系统匹配 51 6.10.3转向系统尺寸布置及建模要求 51 6.11 制动系的布置 51 6.11.1制动系统布置和匹配 51 6.11.2制动系统尺寸布置及建模要求 51 6.12进、排气系统的布置 53 6.13 操纵系统的布置 53 6.14 本章小结 54 第 7 章 运动校核 55 7.1 轮胎运动校核 55 7.2 转向传动装置与悬架共同工作校核 57 7.3 传

6、动轴跳动校核 58 7.4 本章小结 60 第 8 章 主要总成尺寸概述 61 8.1 整车设计基准 61 8.2 总体设计方案及主要尺寸 61 8.2.1整车总体技术尺寸 61 8.2.2动力传动系统布置方案级设计尺寸 61 8.2.3动力传动系统附件布置及尺寸 63 8.3 底盘系统布置方案及主要尺寸 63 8.3.1悬架车轮系统 63 8.3.2转向系统 64 8.3.3制动系统 65 8.3.4电气的布置方案及主要尺寸 65 8.3.5空调系统 66 8.3.6附件 66 8.4 本章小结 67 结论 68 参考文献 69 致谢 70

7、 摘　　要 汽车设计工作基本可分为三个阶段，不同阶段要解决的主要问题也不一样。整车的总体设计主要解决社会雪球转化为汽车性能的问题，可认为是第一阶段；其次是汽车各子系统和总成的设计，主要解决汽车的功能和布置问题，可认为是第二阶段；最后是零部件的设计开发，主要解决强度、寿命和生产技术的问题，可认为是第三阶段。 本课题所研究的内容是5吨轻型货车的总体设计，也就是整车总布置。工作主要是解决社会需要转化为汽车性能的问题，也就是汽车设计的第一阶段。细分下来包括汽车形式的选择、汽车主要参数的选择、汽车主要总成部件的选择、动力性计算

8、、燃油经济性计算、汽车主要总成部件的布置、运动校核以及总布置图的绘制。 本设计的目的是在满足工况要求的动力性能基础上，尽量实现提高燃油经济性和降低排放。 文中对于如何进行汽车总布置设计进行了说明。 关键词: CA1050； 汽车总体设计；总布置；动力性计算；燃油经济性计算 ABSTRACT Automotive design work can be divided into three stages basically .Resolving main problem is different during

9、 the different stages. First stage: overall design is to resolve that social demand be converted into the problem of capability of car. Second stage: design of each subsystem and assembly resolve function and layout of car. Third stage: parts design resolves the problem of strength, life and produc

10、tion technology. This paper presents the overall design of 5t light truck. It resolves that social demand be converted into the problem of capability of car. It is the first stage. It includes the choice of auto form, main parameters, and main assembly parts, calculation of power , fuel economy

11、and braking performance, layout of auto main assembly parts, sports check and drawing general arrangement. The content of design is to meet dynamic performance of working condition’ demand and try to increase fuel economy and decrease emission. This paper presents auto overall design. Key wo

12、rds: GHC1050; Auto overall design; General arrangement; Performance caculations; Calculations of fuel economy 第1章 绪 论 1.1 立题的背景及意义 汽车是重要的现代交通运输工具，汽车工业已成我国的支柱产业。汽车工业的规模及其产品的质量已成为衡量一个国家技术水平的重要标志之一。 我国汽车工业今后的发展方向，着重在于提升行业的集中度，提升自主品牌的市场地位；通过兼并重组，形成两至三家产销规模超过200万辆的大型企业集团，培育四至五家

13、产销规模超过100万辆的汽车企业集团，产销规模占市场份额90%以上的汽车企业集团数量由目前的14家减少到10家以内。同时，支持汽车企业通过兼并重组整合产品资源，开发新产品，鼓励汽车企业联合开发制造；提升自主品牌乘用车国内市场份额至40%以上，其中轿车达到30%，自主品牌汽车出口占销量的比例约为10%。 汽车总布置设计是新车型开发的第一道工序，而新车型总体方案的确定是总布置设计的第一步。 首先通过充分准备和综合分析，选择一个合理的整车方案，并经过一定的程序将其定下来。方案确定后，进行准确布置和计算，并为各总成下一步开展的工作打好基础、准备条件、提出要求并与各专业组协同完成全部的设计，共同实现

14、整车的总目标。 一种新车型的投产，除产品开发过程外，还要做大量的生产准备工作，如投入资金设备厂房、人员及制定一整套相关工艺等。这些都是为了保证整车能够稳定的大量的投入生产，并确保其整车性能和质量能被客户接受，所以整车总体方案和全部设计内容，也直接决定着工厂的投入。因此，总布置工作——方案选择、布置、和计算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。 做好整车设计工作，必须做好以下两点：第一、要能准确地分析市场形势、了解客户的心理状态、车辆使用特点，熟悉工厂的生产条件，以便真正确定出合理的整车方案；第二、要有独立工作的能力。因为方案确定后，实现该方案的所有布置、计算及整车的开发工作，基本上是由一个人

15、来完成，所以要求设计者工作不应该有任何失误，否则会造成反工和浪费，甚至失掉抢占市场的机会。因此要求设计者必须具有严谨、认真、细致、负责的精神，在整个开发过程中能协调和解决各方面问题和矛盾，使设计产品质量达到设计要求。 总布置工作虽然以完成全部图纸及技术文件资料来标志着阶段性的结束，但还应该进行整车装配图的校核工作，即利用已完成的全部图纸或三维数模进行全面的细致的整车装置的图面及运动校核，及时发现问题、解决问题，使设计中存在的问题消除在试制和试装车之前。 总布置设计在整车设计开发过程中，占有非常重要的位置，必须认真做好这项工作。 1.2 国内外研究概况 1.2.1 概况简述 汽车设计

16、包括整车总体设计、总成设计和零件设计。其中汽车总体设计又称汽车总布置，它是汽车设计中重要的一环，它对汽车的设计质量、汽车的性能和产品的生命力有着决定性影响，它不仅贯穿整个设计过程而且为各总成、部件的设计构建框架。总体设计是根据整车设计总目标明确各种要求的主次关系，协调统一，形成整车设计方案的过程，传统设计方法是经验设计，通过手工查阅国内外类似汽车获得设计参数，绘制出总布置图和总成部件图，初步得出整车参数和性能指标。其设计周期长，准确性差，费力又费时。作者李军求等针对汽车总布置设计的特点，用Visual C++610作为界面设计语言，运用ObjectARX开发工具Auto CAD2000进行二次

17、开发，进行了汽车底盘总布置设计。Object ARX 是在ARX基础上发展起来的第二代面向对象的C++编程环境。目前使用的是Object ARX 310 版。Object ARX应用程序具有可封装性、可继承性以及多态性等特点，其开发的CAD软件模块具有性能好、独立性强、连接简单、内部功能高效、代码可重用性强等优点，并支持MFC类库，能简洁高效地实现许多复杂功能[1]。 由于总体设计中牵涉的变数多，因此开发新车型不仅对设计师自身的经验和能力有较高的要求而且必须用先进的技术辅助设计师合理决策、优选参数、优化设计，以应对汽车市场激烈的竞争。随着计算机技术的不断应用与发展和CAD技术在工程机械各领域

18、的不断渗透，汽车的设计必然要与计算机结合。在国外，用于汽车开发的CAD/CAE/CAM软件已日益成熟，并提出了计算机集成制造思想。国内汽车设计人员在利用计算机绘图及性能计算方面取得了显著的成绩，但在总体设计阶段还是利用经验方法，这不仅影响了设计质量也增加了设计时间。因而总体设计亟待引进先进的计算方法和先进的绘图软件。作者黄晓云等针对此种情况，提出了以参数化绘图技术和专家系统技术为基础，结合数据库技术建造了基于参数化和专家系统技术的汽车总体设计CAD系统。该系统可以以人机交互的方式完成整车方案设计的全过程，最终给出符合设计目标的总布置图的三维模型，并且作者给出了该系统的总体结构，简述了设计参数选

19、择专家系统模块的实现方法和功能，详述了基于UGII，利用其二次开发工具开发的各参数化图库的功能和建造方法【2】。 汽车车身的设计是从车身总布置开始的，车身总布置是汽车总布置设计的重要组成部分，而车身总布置是以驾驶员座椅位置的布置为中心进行的。对汽车驾驶员位置进行合理地布置是提高整车适宜性、驾驶乘坐舒适性及安全性的关键措施。车身总布置的好坏，在很大程度上决定着车身设计的成败。只有当驾驶员座椅位置的布置工作完成后，才能进行车身造型，所以驾驶员座椅位置的布置是车身设计的首要环节。作者吴涛在实车开发工作中提出通过UG 等CAD 软件、模糊综合评判等方法，对已确定的汽车驾驶员手掌掌心、踵点及H点位置的

20、合理性进行了分析验证，通过这些点预测了汽车驾驶员的驾驶姿态。并利用CAD技术，建立了布置汽车驾驶员位置的实用性很强的方法，在实开发工作中进行了验证，该方法可大幅度地缩短车身内部布置所需的时间，使整车开发成本得以降低。布置方法的建立有望为设计单位提供高效的设计手段。并且使以计算机技术为核心的CAD /CAM /CAE一体化产品开发技术在车身设计领域得到广泛应用【3】。 汽车视野设计使汽车总布置车身设计中的一个重要环节。汽车视野性的好坏直接到汽车行驶的安全性，使汽车安全认证的主要项目之一。英联邦法规FMVSS、欧洲ECC法规、日本“道路运输车辆保安标准”、我国国标都在视野方面制定了相应的法规和标

21、准。作者任金东等详细介绍了基于CATIA平台的汽车视野设计系统，该系统—汽车人体工程学的基本理论为指导，依据的标准是SAE和国标，将提炼之后的专家知识与CAD技术相结合，进行高效地指导汽车视野设计。并且该系统以CATIA为开发平台，以C语言和CATIA接口GII为主要开发工具。程序具有与主平台完全一致的Motif交互式界面，使用非常方便【4】。 在进行汽车总布置设计时，必须对车轮的运动进行校核，防止发生运动干涉。此校核的目的是确定车轮运动至极限位置时占用的空间(对于前轮应同时考虑上跳及转向至极限位置时的情况)，从而检查车轮与轮罩、纵梁之间的运动间隙是否足够，并由此决定前后轮罩设计的最小尺寸边

22、界。作者马红荣在2010年发表的《车轮跳动与轮罩设计校核》中对某型车前、后轮跳动情况进行了详细分析，并对其空间布置情况进行如何校核，如何为轮罩、挡泥板的设计提供依据【5】。 汽车产品设计必须满足客户及市场需求, 也要体现工程及制造要求, 还要体现政府法规及安全要求。这些要求需要有一个合适的托付物来体现。作者赵尚义提出的典型截面就是设计、制造要求、人员、安全因素及法规的多功能区的交流格式，它是以图形的方式表现这些设计要求的载体，内容包括车身，五门一盖，内外饰，电器及人机要素的“最佳截面”，以及动力总成及底盘截面。典型截面标准应该在总布置经理的管控之下，具体的典型截面信息数据库维护由技术研发部门

23、总布置组负责【6】。 在汽车总体布置设计中，经常涉及到轴荷的分配和整车质心位置的设计、计算和调整。最常用的方法是根据力矩平衡原理通过计算来完成。计算法有其准确、可靠的一面，亦存在数据收集处理繁琐复杂、计算过程不直观、调整数据不便等缺憾。作者林春旭提供一种几何作图的方法，可以非常直观地求得汽车的质心和重力，直接求得汽车的质心位置及轴荷，无须数学计算，调整和变动各部件的位置、质量也很方便，可简化汽车总布置设计时轴荷和质心的设计计算过程。有关质心位置和轴荷分配的计算过程。应用计算机辅助设计，此法将更快捷可靠【7】。 汽车的设计开发，必须围绕以人为中心的人性化前提展开。因此，在汽车的开发设计中，人

24、机工程设计与车内空间的确定占有重要地位，必须根据新产品的实际情况，进行合理的布置设计。汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾驶者感到操纵方便、高效、不易疲劳，使乘坐者感到舒适、安全的汽车产品，这不仅关系到有效利用车内空间及提高乘用舒适性，而且会影响整车、内外造型和尺寸参数，进而会影响整车性能和市场竞争力。而要获得人性化并贴近用户的最优化设计结果，就必须运用人机工程的设计方法程序。在我国，由于没有合适的人体数据及工具且缺乏设计经验，尚未形成清晰有效的汽车人机工程设计方法。但作者张冰在2005年发表的《人机工程在汽车总布置设计中的应用》中探讨总结了人机工程在汽车总布置设计的应用，同时阐述了汽车总布置

25、中的一些概念和定义，并给出了相关的标准和参考值，也可以为新产品的开发和技术改进提供参考和帮助【8】。 作者廖林清提出了以汽车行驶的能量利用率最高、加速时间尽可能短为目标函数，建立了在给定汽车底盘参数、整车性能参数和汽车行驶条件下的汽车发动机性能指标优化数学模型，对汽车发动机的最大功率厦其相应转速、最大转矩及其相应转速和发动机排量等参数进行优选，为汽车总布置设计中发动机的选型提供了依据【9】。 1.2.2 概况分析 拟解决的主要问题： （1）改善汽车的技术效果。改善或达到高于竞争对手的装载能力、动力性、舒适性、可靠性、燃料经济性等技术性能，降低污染，提高安全和方便程度等。这些都可以用硬指

26、标作为考核标准，通常是重要的设计目的。 （2）改善汽车的艺术效果。改变旧的形式，创造新颖美观的形式，这是汽车在竞争中至关重要的特性，也常是设计目的。 （3）改善汽车的经济效果。调整汽车在产品系列中的档次，调整其成本和售价，以改善汽车在市场上的竞争地位。 （4）改善汽车的形象。若旧车型由于种种原因在用户中形象不佳，则需要使产品以全新的形象出现于市场。 1.3 研究内容及方法 本次设计主要是通过查阅近几年来有关国内外总体设计的文献资料，结合所学专业知识进行设计。通过比较不同方案和方法选取最佳方案进行设计，计算整车的性能结构参数并对其进行校核计算；同时对离合器、变速器、驱动桥等结构元件进

27、行总体布置。然后利用计算机辅助绘图画出总布置图，并辅之以说明书。 1.4 研究技术路线 图1.1 研究技术路线图 第2章 总布置设计的准备 汽车从构思到投放市场需要一个较长的时间过程，发展汽车工业需要有战略眼光和思想。每个汽车企业都要有自己的发展战略，企业的发展规划就是一定时期内发展战略的文字载体。在企业的发展规划中，商品规划是核心内容。企业的一切经营活动都是以向市场提供适销对路的商品为目标，通过实现商品的销售而实现企业的利益和社会效益。任何商品都有一定的寿命周期，因此，企业要不断改进产品和开发新产品，以满足市场的要求，从而保证企业的生存和更快更好的发展。 商品

28、规划就是基于上述认识，使社会环境、市场要求和企业实际条件相协调，保证企业不断推出适销对路商品的一项计划和管理工作。 根据时间区段和任务的不同，商品规划分为两类。一是在一定时期内（如5年、10年）涉及企业所有商品系列的整个商品规划，即商品发展规划。二是按每一个商品制定方案的单个商品规划，它包括作为商品开发第一步，给商品下个大致定义的商品计划，以及在商品计划基础上进行的概念设计。商品计划包括确定商品市场目标、性能目标、成本目标及投产目标等；概念设计的任务主要是，提出产品应具有的基本结构、基本尺寸，应达到的性能和质量目标等。车辆总布置的任务是，把概念设计确定的基本结构和部件进行空间布置，使其达到最

29、佳组合，以保证实现概念设计中确定的目标。 为了保证实现商品计划的目标，保证及时完成开发的任务，使商品按时投放市场，还需要编制产品开发计划、生产准备计划和销售计划。 2.1 市场调研 市场调查是制定商品规划的前提和基础，企业为了获取对外部环境的认识，需要设置专门机构，不断地进行认真、细致和规范的市场调查和预测。 首先要认真编写调研提纲、调查项目、思考提出问题、地区条件、使用要求、用户的基本情况、货源和货物的种类等，最重要的是列出技术难点，进行重点调研，以求解决办法。 调研工作可以分为市场普查和专项调查。 （1）市场普查：可参与产品规划或情报部门每年进行的市场情况调查，包括国内外制造厂

30、家的产品开发生产销售国家政策地方规定、社会车辆运转情况统计、营运费用、管理维修、车辆性能、可靠性、寿命及备件供应等，从而掌握国内外市场情况、变化规律、发展趋势、用户的使用和需求状况，及时发现市场需求和预测未来。 （2）专项调查：参加为开发某车型而专门进行的市场调查，明确调查目标，细化调研提纲，对整车总成性能参数，必须有初步设想后，再到用户和使用现场逐项进行的了解、找出差异，特别重点调研有关技术难点——性能要求、结构处理、特殊用途或要求等。调查后要形成一个比较完整的方案。 调研的方法主要是通过听问看和测试等手段，达到预期的目的，通过研究思考达到完善和创新。每次调研都要有编写调研报告，对问题和

31、技术难点要有解决办法要有结论和建议。 2.2 样车分析 选同类型的国内外样车，作为设计参数和设计的目标车型。对同类型的国内外的样车进行性能测试，包括动力性、经济性、制动性、操纵稳定性和平顺性等。 对样车进行模型参数的测量，包括质量参数、布置参数及有关技术数据，然后输入计算机，并对性能进行计算，对比测试结果，修正和完善性能评价的计算方法、掌握选择不同参数时的变化规律，提高计算精度，更好的服务于产品的预开发设计。 对各总成之间的连接件进行测绘，分析其布置关系，找出布置和结构上的特点，进而掌握布置与性能、使用等方面的关系。 经过零件和装配位置的测绘后，进行运动校核，找出个部件之间的间隙值与

32、跳动量值并与实车的测量值进行比较，掌握布置规律，积累各部件间隙数据，提高运动件的布置水平和设计精度。 2.3 制定设计目标 整车设计人员要根据市场调研和样车分析的结果以及公司合同技术要求，提出对某一车型的设计原则和设计目标。其中包括汽车的主要用途、适用范围、技术水平、工艺性、通用化和系列化要求、生产继承性、优先保证的使用性能、载客量、生产纲领、目标成本、赶超车型的技术指标及变型需要等。新车的设计要有一个统一的明确的要求。 2.4 货车主要目标参数的初步确定 对于一种新车型的的开发，首先要明确其主要用途，货物类型、使用条件和一些特殊要求。总布置设计人员应初步确定以下各种参数，作为整车和总

33、成的原始数据和工作目标。在整车的方案（驾驶室的型式、发动机的种类、整车的初步外廓尺寸、主要布置参数和布置草图）初步确定之后，整车设计人员通过图面工作和计算、初步确定如下目标参数： （1）选定最高车速、最大爬坡度、各总成质量及其整车整备、总重、轮胎规格； （2）估算发动机的最大功率、最大扭矩及其对应的转速（或初步选定发动机型号； （3）变速器的头档速比和档位数，分动器速比和驱动桥的总减速比。 2.5 主要目标参数的确定 最高车速和最大爬坡度要根据具体的使用要求，车型用途、道路条件和安全措施等进行选定。 质量参数可以参考同类车型和总成质量进行确定。 轮胎规格的选择非常重要，可以参考国

34、内同类型车型来进行选择，对于国外同类型样车，应该有保留的参数。由于道路条件和轮胎的制造水平不同，轮胎的选择应该不同，一般情况下应该根据车辆类型、道路条件、载荷状态、轮胎负荷能力、车速、底板离地高度、平整性要求进行综合分析，合理的选择。 2.6 发动机最大功率及其转速 汽车的动力性能在很大程度上取决于发动机的最大功率。设定最高车速，发动机的功率应该大于等于该车速行使时所需要的行使阻力的功率之和。 我设计的载货汽车最高车速初选为=90km/h，那么发动机的最大功率应该大于等于以该车速行驶时，滚动阻力功率与空气阻力功率之和，即

35、 （2.1） 式中：—发动机最大功率，； —传动系效率（包括变速器、辅助变速器传动轴万向节、主减速器的传动效率），=95%96%98%=89.4%，传动系各部件的传动效率如表2.1所示； —汽车总质量，=5455kg； —重力加速度，g=9.8； ——滚动阻力系数，由试验测得，在车速不大于100 km/h的情况下可以认为是常数。轮胎结构、充气压力对滚动阻力系数有较大影响，良好路面上常用轮胎滚动阻力系数如表2.2所示。取=0.009； —空气阻力系数，一般轻型货车取0.60.8，这里取=0.7； —迎风面积（），取前轮距总高H，=1.672.38。 表2.1 传动系各部件

36、的传动效率 部件名称 传动效率（%） 4～6档变速器 辅助变速器（副变速器或分动器） 单级减速主减速器 双级主减速器 万向传动节 95 95 96 92 98 表2.2 良好路面上常用轮胎滚动阻力系数 轮胎种类 滚动阻力系数 中重型载货车用子午线轮胎 中重型载货车用斜交轮胎 轻型载货车用子午线轮胎 轻型载货车用斜交轮胎 轿车用子午线轮胎 轿车用斜交轮胎 0.0070.008 0.0100.012 0.0080.009 0.0100.012 =2.78 故43.25kw 除考虑最高车速外，还要满足最大爬坡度的要求，既要有足够的头档最

37、大动力因数。 通过上述方法计算的发动机功率可以互相补充，以便最后确定发动机的最大功率值。 发动机最大功率点的转速及转速范围，应根据发动机的类型、最高车速、最大功率值活塞平均速度、生产条件、参考同类样机的数值来确定。 也可以利用比功率的统计值来确定发动机的功率值。 初选取功率为88kw的发动机。 则比功率为=16.132 kw/ 参考一汽解放、东风二汽、日本五十铃、德国奔驰、瑞典斯堪的维亚等国内外同型汽车，比功率都在60kw/以上，即整备质量5.455吨的汽车；再考虑该载货汽车要求具有相对较高的车速，因此初步选择汽车发动机的最大功率为88kw。 2.7 发动机最大扭矩及其转速 当

38、发动机最大功率和其相应转速确定后，通过下式确定发动机的最大转矩。 =9549 （2.2） 式中：——发动机最大转矩，； ——转矩适应性系数，标志着当行驶阻力增加时，发动机外特性曲线自 动增加转矩的能力，=，是最大功率时的转矩，Nm，可参考同类发动机数值选取，初取=1.145； ——发动机最大功率，kw； ——最大功率时的转速，r/。 所以=300.67 。 一般用发动机适应性系数=，表示发动机转速适应行驶工况的程度，值越大，说明发动机的转速适应性更好。采用值大的发动机可以减少换挡次数，减轻司机疲劳、减少传动

39、系磨损和降低油耗。通常，柴油机取1.22.6，以保证汽车具有适当的最低稳定车速，初取=2000 r/，则=1.6，=1.832。 2.8 传动系速比的选择 确定传动系速比应该包含以下内容：变速器及副变速器的挡位数及各档速比、分动器的挡位数及各档速比、驱动桥总减速比（含单级或双级、轮边减速）。 在确定上述参数之前，首先要根据整车动力性、经济性及结构布置需要，确定传动系的最小传动比和最大传动比，看是否能满足最高车速、最大爬坡度和直接档的最低稳定车速、坏路面条件下通过能力，然后再从结构需要和操纵方面入手，进行档位数的合理分配。 2.8.1 最小传动比的选择 整车传动系统最小传动比的选择，可

40、根据最高车速及其功率平衡图来确定。 普通的汽车没有分动器或副变速器，而变速器的最小传动比常为1，所以传动系的最小传动比就是。若变速器的最高档不是直接档，或为超速档，则最小传动比应为变速器最高档传动比为主减速器传动比的乘积。 通常选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时车速，最高车速取最大。近年来为了提高发动机功率利用率和燃油经济性，出现了减小最小传动比的趋势，有的装有5档变速器的汽车，第5档的最高车速反而低于第四档的最高车速。相反，汽车的动力性会增强，后备功率会增大，但燃油经济性会下降。 在选定最小传动比时，要考虑到最高档行驶时的汽车应有足够的动力性能，及应有足够的最高档动力因数。中型

41、货车：0.04～0.08，中级轿车：0.1～0.15。 普通载货汽车最高档通常选用直接档，若无分动器或轮边减速器，则传动系的最小传动比等于主减速器的主减速比。主减速比是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。 载货汽车为了得到足够的功率储备而使最高车速有所下降，如图2.1中的曲线所示： 图2.1 不同主减速比时的汽车功率平和图 可按下式选择： =（0.3770.472） （2.3） 式中：—驱动车轮的滚动半径，m，所选轮胎型号为7.50-16的子午线轮胎，其自由直径为d=820mm，因计算常数F=3.05，故滚动半径 ==0.3982m；

42、 —发动机最大功率时的转速，=3200 r/； —最高车速，90km/h； —变速器最高档传动比，1.0。 所以=5.3386.683，初取=5.338。 根据所选定的主减速比的值，就可基本上确定主减速器的减速形式（单级减速，不需要轮边减速器）,并使之与汽车总布置所需要的离地间隙相适应。 汽车驱动桥离地间隙如表2.3所示。其中，轻型载货汽车的离地间隙要求在190220mm之间。 所以初选最小间隙为190mm。 表2.3 汽车驱动桥离地间隙 车型 离地间隙/mm 载货汽车 微型，轻型 中型 重型，超重型 190220 210275

43、 230345 2.8.2 最大传动比的选择 最大传动比为变速器头档速比与主减速器速比的乘积，若主减速比确定，则在确定变速器头档速比即可。该速比主要是用来爬坡与道路条件很差的情况汽车仍能行使。 最后验算最低档时的最低稳定车速，该车速没有规定的限值。一般情况下，汽车只要能满足最大爬坡度的要求（即最大动力因数），那最低稳定车速也能满足。轿车一般要求爬坡能力达到30%以上。 设计的传动系的最大传动比为变速器的I档传动比与主减速比的乘积。 应根据汽车最大爬坡度、驱动车轮与路面的附着条件、汽车的最低稳定车速以及主减速比和驱动车轮的滚动半径等综合确定。 汽车爬陡坡是车速不高，空气阻力可以忽略

44、，则最大驱动力用于克服轮胎与路面间的滚动阻力及爬坡阻力。故有 （2.4） 则由最大爬坡度要求的变速器I档传动比为4.117 根据驱动车轮与路面附着条件 （2.5） 式中：—道路的附着系数，在良好路面上取=0.8； —汽车满载静止于水平路面时，驱动桥承受的载荷（N），初步设计 采用前/后驱动桥承受的质量为3000kg，则 ≤6.527 所以4.117≤≤6.527 综上所述，初步选取变速器I档传

45、动比=5.3。 2.8.3 变速器档位数的选择 变速器档位数的多少，要根据汽车的类型，使用条件和性能要求及最高档和最低档的速比范围大小而定。 档位数越多，发动机的功率利用率越高，（高功率区工作时间长），即增加了动力性，同时也增加了发动机在低油耗区工作的可能性，提高了燃油经济性。 由于相邻档之间的比值不能太大(一般不超过 1.7~1.8，太大了换档困难)，所以在最大传动比与最小传动比值越大，则档位数应增多。而档位多的变速器即 7个前进档时，其变速器结构，特别是操纵机构就会很复杂，所以有的车辆就采用增加前置或后置式变速器的办法来解决此矛盾。如需要全轮驱动，可以增设两档的分动器。 因为我所

46、设计的事轻型载货汽车，它的比功率小，所以选择五档变速器。各档之间壁纸不宜大于1.71.8。 采用等比数列分配格挡传动比，则公比q1.517 所以二档传动比3.257，三档传动比2.273，四档传动比1.501，符合条件。 2.9 本章小结 本章确定了发动机的最大转矩及相应转速，确定了发动机的最大扭矩及相应转速并确定了传动系的传动比。其中发动机的最大功率为88kw；发动机的最大功率时的转速为3200；发动机的最大扭矩为300Nm；发动机的最大扭矩时的转速为2000；主减速器的传动比为5.0；变速器的传动比为一档传动比5.3，二档传动比3.257，三档传动比2.273，四档传动比1.501

47、，五档传动比1。 第3章 汽车主要参数的选择 总布置设计人员应初步确定以下各种参数，作为整车和总成的原始数据和工作目标。在整车的方案(车头、驾驶室的型式、发动机的种类，整车初步的外廓尺寸、主要布置参数和布置草图)初步确定之后，整车设计人员通过图面工作和计算、初步确定如下目标参数： (1)汽车主要尺寸参数； (2)汽车质量参数； (3)主要性能参数； (4)汽车的机动性参数； (5)估算发动机的最大功率、最大扭矩及其对应的转速； (6)变速器的头档速比和档位数，和驱动桥的

48、主减速比。 3.1 主要尺寸参数的选择 通过整车总布置草图的绘制，可以初步确定各总成的布置关系，进而确定整车各有关的(布置)尺寸参数和质量参数，以便为总成设计提供原始数据。 在绘制整车总布置草图时，可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量，按本车的总布置需要，进行总布置草图的绘制。初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。 确定车头，驾驶室的型式，以及同发动机、前轴(轮)的相互布置关系后，绘制布置总布置草图，并在此基础上布置各大总成。 (1)车架和车箱； (2)后簧、后桥和车轮； (3)前簧、前轴和车轮； (4)传动系； (5)转向机构及拉杆系统，并确定前轮转角和进行转弯直

49、径的计算； (6)布置油箱、电瓶、消声器、贮气简、及备胎等其它总成。 完成整车总布置草图后，整车的外廓尺寸及相关的布置尺寸参数已基本确定，然后进行质量参数的计算。 计算质量参数前，要列出各大总成的质量，再定出空载和满载时各总成的质心至前轴和地面的距离，最后计算出空载和满载时的轴荷分配和质心至前轴、地面的距离。 整车总布置应提供以下参数，为总成开发提供原始数据。 (1)整车的外廓尺寸； (2)轴距和前、后轮距； (3)前悬和后悬长度； (4)车头、驾驶室和发动机、前轮的布置关系； (5)轮胎型号、静力半径和滚动半径、负载能力； (6)车箱内长及外廓尺寸； (7)发动机的功率

50、、扭矩及相应转速； (8)变速器头档速比(2 种)和档位数； (9)后桥总速比(可有几种)； (10)最高车速； (11)最大爬坡度； (12)整备质量及载质量； (13)转向盘直径，车轮转角及最小转弯直径 (14)前轮接地点至前簧座的距离； (15)前簧中心距； (16)后簧中心距； (17)车架前部和后部外宽； (18)车架纵梁外形尺寸及横梁位置； (19)前簧作用长度； (20)后簧作用长度； (21)前簧非悬架质量； (22)后簧非悬架质量； (23)后轮毂及制动器总成质量。 通过整车总布置草图的绘制，可以初步确定各总成的布置关系，进而确定整车各有关的

51、(布置)尺寸参数和质量参数，以便为总成设计提供原始数据。 在绘制整车总布置草图时，可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量，按本车的总布置需要，进行总布置草图的绘制。初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。 汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、接近角、离去角、最小离地间隙等。 图3.1 汽车的主要尺寸参数 轴距的选择要考虑它对整车其他尺寸参数、质量参数和使用性能的影响。轴距短一些，汽车总长、质量、最小转弯半径和纵向通过半径就小一些。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振动过大；汽车加速、制动或上坡时轴荷转移

52、过大而导致其制动性和操纵稳定性变坏；万向节传动的夹角过大等。因此，在选择轴距时应综合考虑对有关方面的影响。当然，在满足所设计汽车的车厢尺寸、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为好。 在整车选型初期,可根据要求及驾驶室布置尺寸初步确定轴距: = 式中：—货箱长度可根据汽车的装载质量、载货长度来确定，或参考同类型、同装载量汽车的货厢长度和装载面积来初步确定； —前轮中心至驾驶室后壁的距离，它与布置方案选择有关，在该布置方案选定后，可通过对驾驶室、发动机和前轴的初步布置或参考同型、同类布置的汽车的这一尺寸初步确定； —驾驶室与货厢之间的间隙

53、，一般取50～100mm； —后悬尺寸，可根据道路条件或参考同类型汽车初步确定。 轴距的最终确定应通过总布置和相应的计算来完成，其中包括检查最小转弯半径和万向节传动的夹角是否过大，轴荷分配是否合理，乘坐是否舒适以及能否满足整车总体设计的要求等。 三轴汽车的中后轴之间的轴距，多取为轮胎直径的1.1～1.25倍。汽车轮距对汽车的总宽、总质量、横向稳定性和机动性都有较大的影响。轮距愈大，则悬架的角刚度愈大，汽车的横向稳定性愈好，车厢内横向空间也愈大。但轮距也不宜过大，否则，会使汽车的总宽和总质量过大。轮距必须与汽车的总宽相适应。 汽车的外廓尺寸包括其总长、总宽、总高。它应根据汽车的类型、用途

54、、承载量、道路条件、结构选型与布置以及有关标准、法规限制等因素来确定。在满足使用要求的前提下，应力求减小汽车的外廓尺寸，以减小汽车的质量，降低制造成本，提高汽车的动力性、经济性和机动性。GBl589—79对汽车外廓尺寸界限作了规定。 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。 汽车的后悬长度主要与货厢长度、轴距及轴荷分配有关。后悬也不宜过长，以免使汽车的离去角过小而引起上下坡时刮地，同时转弯

55、也不灵活。城市大客车的后悬一般不大于其轴距的60％，其长度不大于3.5m。轻型及以上的载货汽车的后悬一般为1.2～2.2m。长轴距、特长货厢的汽车，其后悬可长达约2.6m。 3.2 整车质量参数估算 在整车设计方案确立后，总布置设计草图初步完成的情况下，应首先对整车质量参数(包括：空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度；满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算，为整车性能计算和总成设计提供依据。 各总成质量可通过样件实测得到，亦可参照同类车型样件实测值修正得到。 各总成质心位置可通过实测得到或按其几何形状和结构特点估计得到，然后在整车总布置图上确定其质心相对

56、于前轮中心的纵向位移(一般规定在前轮中心后为正值，在前轮中心前为负值)以及空载状态下的离地高度；和满载状态下的离地高度。 一般整车总布置图在满载状态下绘制，在确定各总成质心在空载状态下的离地高度时应考虑到前、后轮胎和悬架相对满载状态的垂直变形的影响；空载状态下各总成质心纵向位置相对满载状态的变化忽略不记。 3.2.1 空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算 整车整备质量(自重)按下式计算： = 式中：—用估算整车整备质量的全部总成数量(总成的划分可根据实际 情况由设计人员自定)； —整车装备质量，kg。 3.2.2 满载状态下整车质量、轴荷分配和质心高度的计算 整车最大

57、总质量(总重)按下式计算： = —用于估算整车最大总质量的全部总成和负载的数量(一般在整车整备质量基础上加上乘员和最大装载质量)。 3.2.3 非悬架质量的估算 对于非独立悬架，整个车桥总成(包括制动器、轮毂、车轮等)都属于非悬架质量；一端与车桥铰接，另一端与车架固定点铰接件(如转向拉杆、传动轴、导向臂、稳定杆等)可将静止时作用于车桥铰接点的质量作为非悬架质量(转向拉杆、传动轴等件可取其质量的1/2作为非悬架质量)；螺旋弹簧取其质量的1/2作为非悬架质量；吊挂式钢板弹簧取其质量的3/4作为非悬架质量；平衡悬架钢板弹簧取其质量的1/4作为非悬架质量。 对于独立悬架和其它特殊形式的悬架可

58、视其结构特点进行非悬架质量估算。 3.2.4 整备质量利用系数 汽车的整备质量利用系数是汽车的装载量与整备质量之比，即 它表明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。显然，此系数越大表明该车型的材料利用率越高和设计与工艺水平越高。因此，设计新车型时在保证汽车零部件的强度、刚度及可靠性与寿命的前提下，应力求减轻其质量，增大这一系数值。 表3.1 各类汽车的整备质量利用系数 汽车类型 备注 载货汽车 轻型 0.8～1.1 柴油车为0.8～1.0 中型 1.2～1.35 重型 1.3～1.7 矿用自卸车 装载量 <45t 1.1～1.5 >45t

59、 1.3～1.7 3.2.5 轴荷分配 汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此在总体设计时应根据汽车的总体布置型式、使用条件及性能要求合理地选定轴荷分配。 汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，例如对载货汽车而言，长头车满载时的前轴负荷分配多在28％上下，而平头车多在33％～35％。对轿车而言，前置发动机前轮驱动的轿车满载时的前轴负荷最好在55％以上，以保证爬坡时有足够的附着力；前置发动机后轮驱动的轿车满载时的后轴负荷一般不大于52％；后置发动机后轮驱动的轿车满载时后轴负荷最好不超过59％，否则

60、，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。 在确定轴荷分配时也要考虑到汽车的使用条件。对于常在较差路面上行驶的载货汽车，为了保证其在泥泞路面上的通过能力，常将满载前轴负荷控制在26％～27％，以减小前轮的滚动阻力并增大后驱动轮的附着力。对于常在潮湿路面上行驶的后驱动轮装用单胎的4×2平头货车，空载时后轴负荷应不小于41％，以免引起侧滑。 在确定轴荷分配时,还要充分考虑汽车的结构特点及性能要求。例如：重型矿用自卸汽车的轴距短、质心高，制动或下坡时质量转移会使前轴负荷过大，故在设计时可将其前轴负荷适当减小，使后轴负荷适当加大。为了提高越野汽车在松软路面和无路地区的通过性，其前轴负荷应适当减小

61、以减小前轮的滚动阻力。 轴荷分配对前后轮胎的磨损有直接影响。为了使其磨损均匀，对后轮装单胎的双轴汽车，要求其满载时的前后轴荷分配均为50％，而对后轮为双胎的双轴汽车，则前后轴荷可大致按1/3和2/3的比例处理。当然，在实际设计中由于许多因素的影响，上述要求只能近似地满足。 在确定汽车的轴荷分配时，还要考虑汽车的静态方向稳定性和动态方向稳定性。根据理论分析，汽车质心位置到汽车中性转向点的距离s 对汽车的静态方向稳定性有决定性的影响。这个距离可由下式计算得到： = 式中：，—分别为汽车质心离前、后轴的距离。 和 取决于轴荷分配， —两个前轮的轮胎侧偏刚度之和，N/rad； —后轮的轮胎

62、侧偏刚度之和，N/rad； —汽车全部轮胎的总侧偏刚度之和，N/rad； 当s0时，汽车质心位于中性转向点之前，汽车具有不足转向特性，汽车静态的方向稳定性较好。反之，当s0时，汽车具有过度转向特性。此时存在着一个临界车速，低于此车速时，汽车的行驶时稳定的，高与此车速，则汽车就不能稳定行驶。在汽车设计时一般希望汽车具有适度的不足转向特性。为此，要很好地匹配上述参数，使 <0 3.3 主要性能参数的选择 3.3.1 动力性参数 汽车的动力性参数主要有直接档和 I 档最大动力因数、最高车速、加速时间、汽车的比功率和比转矩等。 3.3.1.1 直接档动力因数 的选择主要是根据对汽车加速

63、性与燃料经济性的要求，以及汽车类型、用途和道路条件而异。轿车的随发动机排量的增大而增大。中、高级轿车对加速性要求高，故值较大。微型和普通级轿车为了节省燃料，值较小。载货汽车的值是随汽车总质量的增大而逐渐减小的，但也有个限度。微型货车的值较大，轻型货车次之，因为它们不会拖带挂车，而且对平均车速和加速性能的要求也较高。中、重型货车的多在0.04～0.07范围内。对中、重型货车选择时的要求是：拖带挂车后仍能以直接档在具有3％坡度的公路上行驶。鞍式牵引汽车及半挂车等汽车列车的应在0.03以上。矿用自卸汽车的行驶阻力大，其值也应不小于0.04。客车的值也是随着其总质量的增大而减小，但豪华型客车应比普通型

64、客车的值要大一些。 3.3.1.2 Ⅰ档动力因数 I档最大动力因数直接影响汽车的最大爬坡能力和通过困难路段的能力以及起步并连续换档时的加速能力。它和汽车总质量的关系不明显而主要取决于所要求的最大爬坡度和附着条件。对于公路用车，多在0.30～0.38。中级及以上的轿车，其值的上限可高达0.5，以便获得必要的最低车速和较强的加速能力。矿用自卸汽车(装载量为6.5t以下)的值多在0.30～0.46，当采用液力机械传动时，由于汽车起步后动力因数下降较快，为保证有足够的爬坡速度和加速能力，值还应取大一些。军用越野汽车的爬坡能力要求高达60％～75％，故其值多选择在0.63以上。 3.3.1.3 最

65、高车速Vmax 随着汽车性能特别是主被动安全性能的提高以及各国公路路面的改善和高速公路的发展，汽车的最高车速普遍有所提高。选择时应考虑汽车的类型、用途、道路条件、具备的安全条件和发动机功率的大小等，并以汽车行驶的功率平衡为依据来确定。 3.3.1.4 汽车的比功率和比转矩 这两个参数分别表示发动机最大功率和最大转矩与汽车总质量之比。比功率是评价汽车动力性能如速度性能和加速性能的综合指标，比转矩则反映了汽车的比牵引力或牵引能力。在比较各国车型的比功率时，应考虑到各国内燃机功率测定标准的差异。为了保证载货汽车在高速公路上的速度适应性，有些国家对汽车的比功率值有所规定。我国标准GB7258—

66、97 中规定，对公路用的机动车辆其比功率的最小值不能低于4.8kW/t。农用运输车不低于4kW/t。 3.3.1.5 汽车的加速时间 汽车由起步并换档加速到一定车速的时间，称为“0—的换档加速时间”；而在直接档下由车速为20km/h加速到某一车速(km/h)的时间，称为"20— 的直接档加速时间”，它们均为衡量汽车加速性能和动力性能的重要指标。轿车常用“0—100km/h”或“0—80km/h”的换档加速时间来评价。中、高级轿车的0—100km/h 的换档加速时间约为8～15s；普通级轿车为12～25s。也可采用0—80km/h的换档加速时间来衡量其加速性能。载货汽车常用0—60km/h的换档加速时间或在直接档下由20km/h加速到某一车速的时间来评价。装载量2～2.5t的轻型载货汽车的0—60km/h的换档加速时间多在0.5～30s；重型货车的0—50km/h的换档加速时间为40～60s。城市大客车和旅游用大客车的0—70km/h的换档加速时间多在33～65s。国外也有用起步并换档加速行驶到某一距离(例如0—400m，0—500m，0—1000m)所花费的时间来衡量汽车的加速性能