中型貨車總體設計及其3D造型

.某中型貨車總體設計及其3D造型教 學 部工學二部專 業(yè)機械設計制造及其自動化（汽車方向）班 級B742141學 號B74214104姓 名曹立明指導教師唐永革負責教師唐永革沈陽航空航天大學北方科技學院2011年7月.沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文）任務書教學部 工學二部 專業(yè) 機械設計制造及其自動化(汽車方向) 班級 B742141 學號 B74214104 姓名 曹立明 畢業(yè)設計（論文）題目 某中型貨車總體設計及其3D造型 畢業(yè)設計（論文）時間 2011 年 03 月 7 日至 2011 年 07 月 15 日畢業(yè)設計（論文）進行地點 沈陽航空航天大學北方科技學院 畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容及要求:（一）主要內(nèi)容本課題是運用汽車設計、汽車理論、汽車構造、車身結構與設計等專業(yè)理論知識，完成某中型貨車的總體設計及其3D造型。要有針對性地進行調(diào)研并提出本車型的設計方案，確定該車型的主要技術參數(shù)并進行發(fā)動機、輪胎等的選擇，進行動力性、經(jīng)濟性等的計算，并用計算機繪出該車的總布置圖和三維造型圖。（給定的基本參數(shù)：裝載質量；最高車速；滾動阻力系數(shù)。1.針對設計任務要求，進行調(diào)研、收集所需的資料，并認真消化；2.按照該型貨車的設計要求，選擇整車和各主要總成的結構形式，確定主要技術 特性參數(shù)和性能參數(shù),形成該車型總體設計方案；3.具體確定該車的質量參數(shù)、尺寸參數(shù)、主要性能參數(shù)等，并進行發(fā)動機、輪胎等的選擇；4.進行汽車動力性、經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性等的計算，繪制相關的曲線圖，可以使用MATLEAB或其他適用軟件來處理；5.完成該車總布置設計，計算機繪制汽車總布置圖；6.對該車進行三維造型設計，繪出三維造型圖；7.撰寫畢業(yè)設計說明書，完成外文資料的翻譯。（二）基本要求 1.設計說明書結構合理、內(nèi)容充實、格式規(guī)范，字數(shù)1.2萬字以上； 2.貨車總體設計方案正確，汽車主要參數(shù)確定合理，性能計算準確； 3.計算機繪制中型貨車總布置圖1張（），繪制三維造型圖1張； 4.要求具有一臺電腦和所需要軟件的運行環(huán)境，上機400小時以上； 5.翻譯相關外文資料，3000字以上。（三）參考文獻 1王望予主編.汽車設計（第4版）.北京：機械工業(yè)出版社，2008.4 2余志生主編.汽車理論（第4版）.北京：機械工業(yè)出版社，2009.1 3陳家瑞主編.汽車構造（上下冊）第3版. 北京：機械工業(yè)出版 社，2009.6 4黃天澤，黃金陵主編.汽車車身結構與設計.北京：機械工業(yè)出版社，2007 5凱德設計/編著.CATIA V5從入門到精通.北京：中國青年出版社，2008 6寧貴欣編著.CATIA V5工業(yè)造型設計實例教程.北京：清華大學出版社，2005 7龔微寒主編.汽車現(xiàn)代設計制造.北京：人民交通出版社，1995.8 8劉惟信主編.汽車設計.北京：清華大學出版社，2001.7 9王建昕主編. 發(fā)動機原理教程. 北京：清華大學出版社，2000.6 10清源計算機工作室編.MATLAB高級應用圖形及影像處理.北京：機械工業(yè)出版社，2000 11張平等編著.MATLAB基礎與應用簡明教程.北京：北京航空航天大學出版社，2001 12張德喜 周予生主編. MATLAB語言程序設計教程.北京：中國鐵道出版社.200613蒙以正編著. MATLAB 5.X應用技巧. 1版. 北京：科學出版社. 199914零點工作室 田東 郭治田 管殿柱等編著. AutoCAD 2004S機械工程繪圖基礎教程.北京：機械工業(yè)出版社.2004指導教師 2011 年 03 月 7 日負責教師 2011 年 03 月 7 日.摘要本論文主要闡述了某中型載貨汽車整車總體設計及其三維造型。首先，對汽車的形式進行確定，其中包括汽車外型尺寸，質量參數(shù)，輪胎，軸數(shù)，驅動形式以及布置形式，發(fā)動機，變速器等的選擇等。其次，根據(jù)所確定的參數(shù)和數(shù)據(jù)用matlab軟件對計算了汽車的動力特性，包括了驅動力與阻力的平衡，動力因數(shù)，加速度，加速時間等的確定。然后計算汽車的經(jīng)濟問題，計算理想狀態(tài)下汽車的燃油消耗情況，以及汽車的穩(wěn)定性。最后，根據(jù)前面所確定的汽車的參數(shù)，繪制本畢業(yè)設計所設計的貨車總布置圖,再根據(jù)總布置圖用CATIA軟件繪制此貨車的的主要部件，然后用CATIA的裝配功能進行裝配，完成三維造型。關鍵詞：貨車總體設計；性能計算；三維造型Abstract This paper describes a medium-sized truck and vehicle overall design of 3D modeling. Overall design of the vehicle, also known as automobile general layout, the task is to make products designed to meet the design requirements of the mission statement of the vehicle parameters and performance requirements, and the vehicle parameters and performance indicators related to the total decomposition into the parameters and functions. 3D modeling is based on general layout of the design parameters of the vehiclesFirst, determine the form of vehicles, including automotive exterior size, quality parameters, tires, axle number, driving in the form and layout, engines, transmissions and other preferences. General arrangement drawingSecondly, based on the determined parameters and data with matlab software to calculate the dynamic characteristics of the vehicle, including the balance of driving force and resistance, power factor, acceleration, speed up time to determine. Then calculate the vehicles economic problems, calculate the ideal state of the fuel consumption of cars and car stability. Finally, based on the parameters and reference models, with similar CATIA drawn the main components of the van, and then use the assembly of CATIA assembly function, and complete the 3 D modelKeyword: The automobile whole design； Computer aided design ； Truck； 3D modeling 目錄1.貨車主要參數(shù)的選擇11.1汽車形式的選擇11.1.1軸數(shù)和驅動形式11.1.2貨車的布置形式21.2貨車主要參數(shù)的確定31.2.1貨車主要的尺寸的確定31.2.2貨車質量參數(shù)的確定61.3發(fā)動機的選擇131.3.1發(fā)動機的形式的選擇131.3.2發(fā)動機的主要性能指標的選擇131.3.3發(fā)動機的布置161.4輪胎的選擇181.5傳動比的計算和選擇191.5.1驅動橋主減速器傳動比的確定191.5.2.變速器檔傳動比的確定201.5.3變速器的選擇212.貨車主要性能的計算232.1貨車動力性的分析232.1.1貨車的驅動力與行駛阻力232.1.2貨車動力特性計算252.2.3貨車加速度262.2貨車功率平衡計算272.2 貨車燃油經(jīng)濟性的分析282.3貨車操縱穩(wěn)定性的分析312.4貨車通過性的分析322.5運動校核332.5.1傳動軸跳動校核332.5.2轉向拉桿與懸架導向機構的運動協(xié)調(diào)校核343.貨車的3D造型363.1 CATIA軟件的簡介363.1.1 CATIA軟件的發(fā)展歷史363.1.2 CATIA軟件的應用現(xiàn)狀363.1.3 CATIA V5在汽車工業(yè)上的應用373.1.4 CATIA V5版本應用特點：373.2 CATIA軟件功能介紹383.2.1 CATIA V5基本功能簡介383.2.2 基于CATIA 車身造型設計功能模塊介紹393.3零部件的造型413.3.1駕駛室的造型413.3.2車架的造型463.3.2車廂的造型463.3.3輪胎的造型463.3.4其他主要部件的造型483.4貨車的裝配50結束語51致謝52參考文獻53附錄汽車參數(shù)表54附錄matlab程序55.1.貨車主要參數(shù)的選擇人們從事生產(chǎn)勞動離不開汽車。在日常生活中，汽車特別是轎車是經(jīng)常使用的交通工具。汽車工業(yè)出現(xiàn)的高新技術多數(shù)在轎車上首先得到應用。目前，轎車的產(chǎn)量、保有量占汽車總產(chǎn)量和保有量的絕對多數(shù)。一方面，擁有轎車是標志人們生活水平的提高；另一方面，大量運行著的汽車所造成的公害又降低了人們的生活質量。因此，人們對汽車提出越來越高的要求，包括研制節(jié)油汽車和開發(fā)應用新能源；有關法規(guī)對汽車的排放和噪聲提出更嚴格的要求；對汽車安全性提出更高的要求，達到乘坐汽車有安全感、愉快感，汽車發(fā)生碰撞事故時能夠妥善保護成員、對汽車提出居住性要求，不僅坐在汽車里舒適，而且能與外界進行信息交流。1.1汽車形式的選擇不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅動形式以及布置形式上有區(qū)別。由于汽車形式對整車使用性能、外形尺寸、質量、軸荷分配和制造成本等方面影響很大，故在選擇汽車形式時應綜合考慮上述因素。1.1.1軸數(shù)和驅動形式汽車的軸數(shù)是根據(jù)車輛的用途、總質量、使用條件、公路車輛法規(guī)和輪胎負荷能力而確定。我國公路標準規(guī)定，對于四級公路及橋梁，單軸最大允許軸載質量為10t，雙連軸最大允許軸載質量為18t（每軸9t）。根據(jù)公路對汽車軸載質量的限制、所設計汽車的總質量、輪胎的負荷能力以及使用條件等，可以確定汽車的軸數(shù)。由于雙軸汽車結構簡單、制造成本低，故總質量小于19t的公路運輸車輛廣泛采用這種方案?？傎|量在1926t的公路運輸車采用三軸形式，總質量更大的汽車采用四軸和四軸以上的形式。驅動形式常用42、44、62等代號表示。其中前一位數(shù)字表示車輪總數(shù)，后一位數(shù)字表示驅動輪數(shù)。采用42驅動形式的汽車結構簡單、制造成本低，多用于轎車和總質量小些的公路用車輛上。本車屬于中型貨車，總質量約為10t，考慮到制造成本和使用條件等因素，所以采用42驅動形式。1.1.2貨車的布置形式汽車布置形式是指發(fā)動機、驅動軸和車身（或駕駛室）的相互關系和布置特點而言。汽車的使用性能除取決于整車和各總成的有關參數(shù)以外，汽車的布置形式對使用性能也有重要影響。根據(jù)發(fā)動機位置的不同，貨車的布置形式有發(fā)動機前置后橋驅動、發(fā)動機中置后橋驅動和發(fā)動機后置后橋驅動。采用發(fā)動機前置后輪驅動布置形式的貨車有維修發(fā)動機方便、傳動系及操縱系統(tǒng)比較簡單等優(yōu)點，在貨車上應用廣泛。少數(shù)貨車的發(fā)動機采用中置的型式。這種車型的優(yōu)點是駕駛室的布置不受發(fā)動機的限制，座位和汽車的總高可以降低，噪聲小，軸距主總長較短，這對軸荷分配有利，但發(fā)動機需特殊設計，維修不便，離合器，變速器和油門需遠離操縱，故在貨車上采用不多。后置發(fā)動機的型式在貨車上應用就更少，只在后置發(fā)動機后輪驅動的轎車變型為貨車時有所采用。這類車貨箱底板過高，后軸過載，操縱復雜是其嚴重的缺點。按駕駛室與發(fā)動機相對位置的不同，貨車可分為四種型式。（1）長頭式：發(fā)動機布置在駕駛室之前。（2）短頭式：發(fā)動機的小部分伸入到駕駛室內(nèi)。（3）平頭式：發(fā)動機機位于駕駛室內(nèi)。（4）偏置式：駕駛室偏置于發(fā)動機旁。長頭式的優(yōu)點是維修發(fā)動機方便，駕駛室受熱、受振少，操縱桿容易布置，駕駛員的安全感較好，前輪負荷較輕；其缺點是汽車面積利用率低，總長較大，最小轉彎半徑較大，視野性差。它比較適合使用條件較差的中、重型貨車和越野車。平頭式的優(yōu)缺點和長頭式正好相反。而短頭式的特點介于兩者之間。由于平頭式在面積利用率、機動性和視野性等方面的優(yōu)點，因而在微、輕型貨車上得到廣泛的應用，它還用可翻式結構來克服發(fā)動機維修不便的缺點，所以在重型汽車列車上的應用也日益增多。不同噸位貨車的平頭式駕駛室，其布置也不同：（1）發(fā)動機位于前軸之上，且處于兩側座位之間；（2）發(fā)動機位于前軸之上，且位于座位之下；（3）發(fā)動機位于前軸之后，且位于座位之下。偏置式駕駛室主要用于礦山自卸車上，它具有平頭式的一些優(yōu)點，如視野寬廣、軸距短等，還具有駕駛室通風條件好，便于發(fā)動機維修等優(yōu)點。對比各布置型式，并考慮本車的實際情況，本車采用平頭式，發(fā)動機布置于前軸之上且位于座位之下。1.2貨車主要參數(shù)的確定1.2.1貨車主要的尺寸的確定汽車的主要尺寸有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸等。1. 外廓尺寸汽車的總長、總寬和總高應根據(jù)汽車的用途、道路條件、噸位、外形設計、公路限制和結構布置等因素來確定。在總體設計時要力求減少汽車的外廓尺寸，以減輕汽車總重，提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和機動性。各國對公路運輸車輛的外廓尺寸均有法規(guī)限制。這是為了適合本國的公路、橋梁和運輸標準以及保證駕駛的安全性。GB1589-89汽車外廓尺寸限界規(guī)定汽車外廓尺寸長：貨車、越野車、整體式客車不應超過，單鉸接式客車不超過，半掛汽車列車不超過，全掛汽車列車不超過；不包括后視鏡，汽車寬不超過；空載、頂窗關閉狀態(tài)下，汽車高不超過；后視鏡等單側外伸量不得超出最大寬度處250；頂窗、換氣裝置開啟時不得超出車高。根據(jù)本車的特點，參考同類車型，本車的外廓尺寸如下：總長：7810；總寬：2400；總高：2600。2. 軸距軸距對整備質量、汽車總長、最小轉彎半徑、傳動軸長度、縱向通過半徑有影響。當軸距短時，上述各指標減小。此外，軸距還對軸荷分配有影響。軸距過短會使車廂（箱）長度不足或后懸過長；上坡或制動時軸荷轉移過大，汽車制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；車身縱向角振動增大，對平順性不利；萬向節(jié)傳動軸的夾角增大。原則上轎車的級別越高，裝載量或載客量多的貨車或客車軸距取得長。對機動性要求高的汽車軸距宜取短些。為滿足市場需要，工廠在標準軸距貨車基礎上，生產(chǎn)出短軸距和長軸距的變型車。不同軸距變型車的軸距變化推薦在0.40.6m 的范圍內(nèi)來確定為宜。各類汽車的軸距和輪距標準見下頁表1.1表1.1各類汽車的軸距和輪距車型類別軸距輪距轎車微型級普通級中級中、高級高級2000220021002540250028602850340029003900110013801150150013001500140015801560162042貨車微型輕型中型重型1700290023003600360055004500560011501350130016501700200018402000礦用自卸車總質量m/t< 60> 60320042003900480020004000大客車城市大客車（單車）長途大客車（單車）45005000500065007402050本車為中型貨車，參照表1.1，軸距選取為4250mm3. 前輪距和后輪距汽車輪距對汽車的總寬、總重、橫向穩(wěn)定性和機動性影響較大。輪距越大，則橫向穩(wěn)定性越好，懸架的角剛度也越大，對增大汽車車廂內(nèi)寬也有利。但輪距加寬，汽車的總寬和總重一般也加大，而且容易產(chǎn)生向車身側面甩泥的缺點，所以輪距不宜過大，輪距的數(shù)值必須與所要求的汽車總寬相適應。汽車的前輪距主要取決于車架前部的寬度、前懸架的寬度、前輪最大轉角、輪胎寬度、轉向拉桿與轉向輪以及車架間的運動間隙等因素，因此要通過具體布置才能最后確定。汽車的后輪距取決于車架后部的寬度、彈簧寬度、彈簧與車架和車輪之間的間隙以及輪胎寬度等因素。根據(jù)表1.1，并且參考同類車型以及根據(jù)本車的結構和布置，選取本車的前后輪距分別為：；。4. 前懸和后懸前懸的長度應能布置保險杠、散熱器、風扇、發(fā)動機等部件。從撞車安全性考慮希望前懸長些，從視野角度考慮又要求前懸短些。前懸對平頭汽車上下車的方便性有影響，前鋼板彈簧長度也影響前懸尺寸。汽車的前懸長度不宜過長，否則汽車的接近角過小，不利于通過性。后懸的長度主要取決于軸距和軸荷分配的要求，同時要保證適當?shù)碾x去角。一般來說，后懸不宜過長，否則上、下坡時容易刮地 ，轉彎時也不靈活。貨車的后懸一般在12002200之間。經(jīng)過分析并參考同類樣車，根據(jù)本車的結構性能要求，本車選取前懸，后懸 5.貨車車頭長度的確定貨車車頭長度指從汽車的前保險杠到駕駛室后圍的距離,車頭長度對車身長度有絕對影響。此外,車頭長度對汽車外觀效果、駕駛室居住性、汽車面積利用率和發(fā)動機的接近性等有影響。本次課設駕駛室是單排座并且后帶一個臥鋪所以取貨車車頭長度為。6.貨車車廂尺寸的確定要求車箱尺寸在運送散裝煤和袋裝糧食時能裝足額定噸數(shù)。車箱邊板高度對汽車質心高度和裝卸貨物的方便性有影響。參考同類車型選取車箱尺寸（外部）1.2.2貨車質量參數(shù)的確定1.汽車的裝載質量（簡稱裝載量）汽車的裝載質量是指在硬質良好路面上行駛時所允許的額定裝載量。汽車在碎石路面上行駛時，裝載質量應為好路面的75%85%。越野汽車的裝載量是指越野行駛時或在土路上行駛時的額定裝載量。本車的裝載質量5.5噸2.整車整備質量整車整備質量是指車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時的整車質量。整車整備質量對汽車的成本和使用經(jīng)濟性均有影響。目前，盡可能減少整車整備質量的目的是通過減輕整車整備質量增加裝載量或載客量；抵消因滿足安全標準、排氣凈化標準和噪聲標準所帶來的整備質量的增加；節(jié)約燃料。減少整車整備質量的措施主要有：采用強度足夠的輕質材料，新設計的車型應使其結構更合理。減少整車整備質量，是從事汽車設計工作中必須遵守的一項重要原則。3.質量系數(shù)質量系數(shù)是指汽車裝載質量與整車整備質量的比值，即。該系數(shù)反映了汽車的設計水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結構和制造工藝越先進。因此，在設計新車時要力求減輕零部件的自身重量。據(jù)統(tǒng)計，貨車的質量系數(shù)是隨汽車的裝載量的增大而增大的。有時質量系數(shù)也用裝載質量與汽車干質量之比來表示。汽車干質量是指整備質量減去燃料、水和附屬設備的質量。這種質量系數(shù)更能準確地反映該車的金屬和材料的利用率，但在一般技術中很少列出汽車干質量值。因計算不便，故不常用。質量系數(shù)的選取一般參考表1.2表1.2貨車的質量系數(shù)參數(shù)總質量質量系數(shù)貨車1.8<<6.00.801.106.0<<14.01.201.35>14.01.301.70參考表1.2中型貨車的質量系數(shù)為1.201.35，本車取質量系數(shù)為： =1.30，則：。由此就初步確定了整車整備質量。3.汽車的總質量汽車總質量是指裝備齊全，并按規(guī)格載滿客、貨時的整車質量。商用貨車的除總質量由整備質量裝載量，和駕駛員以及隨行人員質量三部分組成，即 (1.1)汽車總質量；汽車裝載質量；整車整備質量；人數(shù)。本車采用單排座365=195kg由式（1.1）得本車的總質量為：5.軸荷分配及質心位置的確定汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止狀態(tài)下，各車軸對支承平面的垂直載荷，也可以用占空載或滿載總質量的百分比來表示。汽車的軸荷分配是汽車的重要參數(shù)，它對汽車的牽引性、通過性、制動性、操縱性和穩(wěn)定性等主要使用性能以及輪胎的使用壽命都有很大的影響，因此，在總體設計時應根據(jù)汽車的布置形式、使用條件及性能要求合理的選定其軸荷分配。軸荷分配對輪胎壽命和汽車的使用性能有影響。從輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各個車輪的載荷應相差不大；為了保證汽車有良好的動力性和通過性，驅動橋應有足夠大的載荷，而從動軸載荷可以適當減少；為了保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，轉向軸的載荷不應過小。汽車的驅動形式不同，對軸荷分配有顯著影響。表1.3給出了各類汽車的軸荷分配范圍。表1.3各類汽車的軸荷分配車型滿載空載前軸（%）后軸（%）前軸（%）后軸（%）轎車發(fā)動機前置前輪驅動4760405356663444發(fā)動機前置后輪驅動4550505551564449發(fā)動機后置后輪驅動4046546038505062貨車42后輪單胎324060685059415042后輪雙胎，長短頭252773754449515642后輪雙胎，平頭303565704854465262后輪雙胎19257581313763696. 汽車各部件及總成質量的確定及分布表1.4是汽車部件及總成的布置位置和質量的分布，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可計算出軸荷分配和質心的高度。 表1.4汽車部件及總成的質量分布部件名稱重量()質心至前軸距()質心離地距離()空載滿載空載滿載空載滿載駕駛室150345-43043018001600發(fā)動機560695360360850800離合器3030810810800750變速器14914911001100690690油箱454524002400730680前軸制動器及轉向梯形28328300460450前胎19019000460460后軸制動器42042042504250490480后胎38038042504250490480車箱55060503560356010501350蓄電池組505011801180790760萬向節(jié)傳動808026602660500480車架48048035603560840840前懸架959500500480后懸架17017042504250500480轉向器5555-1080-1080590540備胎959556705670590540工具箱909013301330730680儲氣罐4040224522457306807.水平靜止時的軸荷分配及質心位置的計算：根據(jù)力矩平衡原理，按下列公式計算汽車各軸的負荷和汽車的質心位置：上式中,各總成質量(kg) ,各總成質心到前軸距離(),各總成質心距地面高度() 前軸負荷()； 后軸負荷()； 汽車總質量()； 汽車軸距（）； 汽車質心到前軸距離（）； 汽車質心到后軸距離（）；汽車質心高度（）。 (1)空載時：即后軸荷分配為：前軸荷分配：空載時的質心高度：（2）滿載時即后軸荷分配為：前軸和分配為：滿載時的質心高度：參照表1.3，本車的軸荷分配基本符合要求，可見總布置是合理的。1.3發(fā)動機的選擇1.3.1發(fā)動機的形式的選擇當前汽車上使用的發(fā)動機仍然是以往復式內(nèi)燃機為主。它分為汽油機、柴油機兩類。與汽油機比較，柴油機具有較好的燃油經(jīng)濟性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設置容積小些的油箱。柴油機壓縮比可以達到1523，而汽油機一般控制在810；柴油機熱效率高達38，而汽油機為30；柴油機工作可靠，壽命長，排污量少。柴油機的主要缺點是：由于提高了壓縮比，要求活塞和缸蓋的間隙盡可能小，加工精度比汽油機要求更高；因自燃產(chǎn)生的爆發(fā)壓力很大，因此要求柴油機各部分的結構強度比汽油機高，使尺寸和質量加大，振動與噪聲大。柴油機主要用于貨車、大型客車上。隨著發(fā)動機技術的進步，輕型車和轎車用柴油機有日益增多的趨勢。根據(jù)發(fā)動機氣缸排列形式不同，發(fā)動機有直列、水平對置和V型三種。根據(jù)發(fā)動機冷卻方式不同，發(fā)動機分為水冷與風冷兩種。當選用尺寸和質量小的發(fā)動機時，不僅有利于汽車小型化、輕量化，同時在保證客廂內(nèi)部有足夠空間的條件下，還能節(jié)約燃料。由于天然氣資源充足，在今后一個階段內(nèi)天然氣汽車將得到應用。無排氣公害、無噪聲的電動汽車，是理想的低污染車，在解決高能蓄電池和降低成本后會在汽車上得到推廣使用。太陽能汽車也是理想的低污染汽車，目前還未達到商品化階段。1.3.2發(fā)動機的主要性能指標的選擇1.發(fā)動機最大功率和相應轉速根據(jù)所設計汽車應達到的最高車速，用下式估計發(fā)動機最大功率 （1.2）式中:發(fā)動機最大功率，（）；傳動系效率,對于單級減速器取0.9； 重力加速度，??；滾動阻力系數(shù)，取0.02；空氣阻力系數(shù)，取0.9；汽車正面迎風面積，汽車總重，（）；汽車最高車速：（）在式（1.2）中帶入相關數(shù)據(jù)的 按上式求出的應為發(fā)動機在裝有全部附件下測定時得到的最大有效功率或凈輸出功率，它比一般發(fā)動機外特性的最大功率值低12%20%最大功率對應轉速的范圍如下：汽油機的在，因乘用車最高車速最高，值多在以上，總質量小些的貨車的值在之間，總質量居中的貨車的值更低些。柴油機的值在之間，乘用車和總質量小些的貨車用高速柴油機，值常取在之間；總質量大些的貨車用的柴油機的值在之間。采用高速發(fā)動機雖然能提高功率，同時也有使活塞運動的平均速度增快、熱負荷增加、曲柄連桿機構的慣性力增大并導致磨損加劇、壽命降低和震動及噪聲的均增加的缺陷。2.發(fā)動機最大轉矩及相應轉速用下式計算確定式中：最大轉矩，（）；轉矩適應性系數(shù)，一般在之間；最大功率轉速，（）； 要求與之間有一定差值，如果它們很接近，將導致直徑當?shù)淖畹头€(wěn)定車速偏高，使汽車通過十字路口時換擋次數(shù)增多。因此，要求在之間。根據(jù)最大功率的要求和發(fā)動機其他要求，本車選擇中國東風朝陽柴油機郵箱公司的CY6102BZLQ系列發(fā)動機，外特性曲線見圖1.1，其參數(shù)見表1.6。圖1.1 CY6102BZLQ發(fā)動機萬特性曲線表1.6 CY6102BZLQ發(fā)動機參數(shù)發(fā)動機型號CY6102BZLQ適用車型輕型客、貨車型式六直列水冷氣缸數(shù)缸徑行徑（）6102118排量（）5.785壓縮比（）17：1點火順序1-5-3-6-2-4吸氣方式增壓中冷標定功率（）/轉速（）132/2600最大扭矩5600/14001600最低油耗率210外形尺寸（）1156800881.5凈重（）5601.3.3發(fā)動機的布置1.發(fā)動機的上下位置發(fā)動機的上下位置對離地間隙和駕駛員視野有影響。轎車前部因沒有前軸，發(fā)動機油底殼至路面的距離，應保證滿載狀態(tài)下最小離地間隙的要求。貨車通常將發(fā)動機布置在前軸上方，考慮到懸架緩沖塊脫落以后，前軸的最大向上跳動量達，這就要求發(fā)動機有足夠高的位置，以防止前軸破壞發(fā)動機油底殼。油底殼經(jīng)常設計成深淺不一的形狀，使位于前軸上方的地方最淺，同時再將前梁中部鍛成下凹形狀（注意前梁下部尺寸必須保證所要求的最小離地間隙）。所有這些措施將有利于降低發(fā)動機位置的高度，并使發(fā)動機罩隨之降低，這能改善長頭車駕駛員的視野，同時有利于降低汽車質心高度。除此之外，還要檢查油底殼與橫拉桿之間的間隙。發(fā)動機高度位置初定以后，用氣缸體前端面與曲軸中心線交點到地面高度尺寸來標明其高度位置。在發(fā)動機高度位置初步確定之后，風扇和散熱器的高度隨之而定，要求風扇中心與散熱器幾何中心相重合，以使散熱器在整個面積上接受風扇的吹風。護風罩用來增大送風量和減小散熱器尺寸。為了保證空氣的暢通，散熱器中心與風扇之間應有不小于50的間隙，無護風罩時可減小到30。由于空氣濾清器在發(fā)動機進氣歧管上，其高度影響發(fā)動機罩高度，為此，將空氣濾清器做成扁平狀。發(fā)動機罩與發(fā)動機零件之間的間隙不得小于25，以防止關閉發(fā)動機罩時受到損傷。2.發(fā)動機的前后位置發(fā)動機的前后位置會影響汽車的軸荷分配、轎車前排座位的乘坐舒適性、發(fā)動機前置后輪驅動汽車的傳動軸長度和夾角，以及貨車的面積利用率。為減小傳動軸夾角，發(fā)動機前置后輪驅動汽車的發(fā)動機常布置成向后傾斜狀，使曲軸中心線與水平線之間形成夾角，轎車多在之間。發(fā)動機前置后輪驅動的轎車，前縱梁之間的距離，必須考慮吊裝在發(fā)動機上的所有總成（如發(fā)電機、空調(diào)裝置的壓縮機等）以及從下面將發(fā)動機安裝到汽車上的可能性。還應保證在修理和技術維護情況下，從上面安裝發(fā)動機的可能性。發(fā)動機的前后位置應與上下位置一起進行布置。前后位置確定以后，在側視圖上畫下它的外形輪廓然后用氣缸體前端面與曲軸中心面交點到前輪中心線之間的距離來標明其前后位置。此后可以確定汽車前圍的位置：發(fā)動機與前圍之間必須留有足夠的間隙，以防止熱量傳入客廂和保證零部件的安裝；離合器殼與變速器應能同時拆下，而無需拆卸發(fā)動機的固定點，此時應特別注意離合器殼上面螺釘?shù)慕咏浴?.發(fā)動機的左右位置發(fā)動機曲軸中心線在一般情況下于汽車中心線一致。這對底盤承載系統(tǒng)的受力和對發(fā)動機懸置支架的統(tǒng)一有利。少數(shù)汽車如44汽車，考慮到前橋是驅動橋，為了使前驅動橋的主減速器總成上跳時不與發(fā)動機發(fā)生運動干涉，將發(fā)動機和前橋主減速器向相反方向偏移。1.4輪胎的選擇輪胎的尺寸和型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此，在總體設計開始階段就應選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負荷、輪胎的額定負荷以及汽車的行駛速度。當然還應考慮與動力傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù)的影響。輪胎所承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比，稱為輪胎的負荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪胎的負荷系數(shù)取為0.91.0，以免超載。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負荷大，故他們的輪胎負荷系數(shù)應接近下限。按輪胎中簾線的排列不同，常見有三種形式可共選擇：普通斜線胎，子午線胎和帶束斜交胎。普通斜線胎的胎體簾線較多簾，胎側厚，不易劃破，側向剛度也大，其缺點是緩沖性較差；子午線胎的結構特點是簾線呈子午線排列，這樣簾線的剛度就能得到充分利用。表1.7 部分國產(chǎn)汽車輪胎的規(guī)格及使用條件輪胎規(guī)格層數(shù)主要尺寸使用條件斷面寬外直徑最大負荷相應氣壓標準輪輞允許使用輪輞普通花紋越野花紋7.50R208121414215215947585069003.24.26.0600T6.50T8.25R20101214232971983635075503.2(3.5)4.2(4.6)6.56.50T7.00T9.00R2025910181030680080003.2(3.5)4.2(4.6)7.07.00T7.50V10.00R2012141627810551065850096504.2(4.6)5.3(5.6)7.57.50V8.00V輪胎選擇子午線輪胎,型號為8.25R20輪輞選擇6.50-201.5傳動比的計算和選擇1.5.1驅動橋主減速器傳動比的確定 在選擇驅動橋主減速器傳動比時，首先可根據(jù)汽車的最高車速、發(fā)動機的參數(shù)、車輪的參數(shù)來確定，其值可按式1.3來計算 （1.3） 上式中：汽車最高車速； 最高車速時發(fā)動機的轉速，一般,在此取1.0，本車r 車輪半徑, 971/2=485.5mm=0.4855m變速器最高檔傳動比，這里選用超速擋變速器，取0.8 同時還要考慮到最高擋（本車為超速擋）行駛時汽車有足夠的動力性能，即保證最高擋的動力因數(shù)足夠大。 為最高檔時，發(fā)動機發(fā)出的最大轉矩時的汽車速度。和有以下關系：上式中：汽車總質量；重力加速度；直接擋時，發(fā)動機發(fā)出最大轉矩時的汽車車速 。動力因數(shù)符合中型貨車的范圍，1.5.2.變速器檔傳動比的確定確定檔傳動比時要考慮三方面問題：1)最大爬坡度；2)附著力；3)汽車的最低穩(wěn)定車速。就普通汽車而言，傳動系最大傳動比是變速器擋傳動比與主減速器傳動比的乘積。當已知時，確定傳動系最大傳動比也就是確定變速器擋傳動比。汽車爬大坡時車速很低，可忽略空氣阻力，汽車的最大驅動力應為 或 即 一般貨車的最大爬坡度約為，其余各參數(shù)按照前面計算值代入，為了滿足附著條件，其大小應符合下式要求： 上式中： 為驅動輪所承受的質量；為附著系數(shù)，=0.75。即的范圍為：1.5.3變速器的選擇變速器的檔位與汽車動力性、燃油經(jīng)濟性有著密切的關系。就動力性而言，擋位數(shù)多，增大了發(fā)動機發(fā)揮最大功率附近高功率的機會，提高了汽車的加速與爬坡能力；就燃油經(jīng)濟性而言，擋位數(shù)多，增加了發(fā)動機在低燃油消耗率下工作的可能行，降低了油耗。不同類型的汽車，變速器其檔位數(shù)也不盡相同。轎車變速器傳動比變化范圍較?。s為)，過去常用3個或4 個前進檔，但近年來為了提高其動力性尤其是燃料經(jīng)濟性，多已采用5個前進檔。輕型貨車變速器的傳動比變化范圍為，其他貨車為7個以上，其中總質量在3.5t 以下者多用4檔變速器，為了降低油耗亦趨向于增加1個超速檔；總質量為3.510t多用五檔變速器，大于10t的多用六檔或更多的檔位本車選用5個前進檔的變數(shù)器這里參考同類車型選擇萬里楊的WLY525五檔變速箱，變速箱的主要參數(shù)見表1.8表1.8 變速箱WLY525的主要參數(shù)變速器型號WLY525各檔速比一檔5.568二檔2.879三檔1.634四檔1.00五檔0.814倒擋5.011中心距85凈重149kg允許輸入最大轉矩610注油量1.7操縱形式：直接操控，雙桿遠距離操縱同步器形式鎖環(huán)式同步器2.貨車主要性能的計算2.1貨車動力性的分析由于汽車是一種高效率的運輸工具，運輸效率的高低在很大程度上取決于汽車的動力性，所以動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。所謂汽車的動力性是指汽車在良好的路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達到的平均行駛速度。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點出發(fā)，汽車的動力性主要可由三方面的指標來評定：1)汽車的最高車速；2)汽車的加速時間；3)汽車能爬上的最大坡度。2.1.1貨車的驅動力與行駛阻力確定汽車的動力性，就是確定汽車沿行駛方向的運動狀況。為此，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅動力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關系建立汽車行駛方程式，就可以估算汽車的最高車速、加速度和最大爬坡度。汽車的行駛方程式為： 即：其中，為驅動力，為滾動阻力，為空氣阻力，為坡度阻力，為加速阻力。上述各阻力中，滾動阻力和空氣阻力是在任何行駛條件下均存在的，坡度阻力和加速阻力僅在一定行駛條件下存在。在水平道路上等速行駛時就沒有坡度阻力和加速阻力。此公式表明了汽車行駛時驅動力和外界阻力之間相互關系的普遍情況。當發(fā)動機的轉速特性、變速器的傳動比、主減速比、傳動效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、汽車迎風面積以及汽車質量等初步確定后，便可利用此公式分析在附著性良好的典型路面（混凝土、瀝青路面）上的行駛能力，即確定汽車在節(jié)氣門全開時可能達到的最高車速、加速能力和爬坡能力。為了清晰而形象的表明汽車行駛時的受力情況及其平衡關系，一般是將汽車行駛方程式用圖解法來進行分析的，就遇到的滾動阻力和空氣阻力都畫出來，作出汽車的驅動力行駛阻力平衡圖，并以它來確定汽車的動力性。汽車的動力性計算公式如下： 用matlab軟件做出本車的驅動力-行駛阻力平衡圖，如圖2.1，程序在附錄。圖2.1 驅動力-行駛阻力平衡圖2.1.2貨車動力特性計算將汽車行駛方程兩邊除以汽車的重力并整理如下令為汽車的動力因數(shù)并以符號表示，則 式中：回轉質量轉換系數(shù)，其中，。選取，。汽車在各檔下的動力因數(shù)與車速的關系曲線稱為動力特性圖，如圖2.2 圖2.2 動力特性圖2.2.3貨車加速度汽車的加速能力可以用它在水平良好路面上行駛時能產(chǎn)生的加速度來評價,由于汽車的加速度的值不易測量，實際中常用加速時間來表示汽車的加速能力。譬如用直接檔行駛時，由于最低穩(wěn)定速度到一定距離或80%說需要的時間來表示汽車的加速能力?，F(xiàn)在根據(jù)圖2.1求出汽車的加速時間。由汽車行駛方程的顯然，利用圖2.1可以計算得出各檔節(jié)氣門全開時的加速度曲線，見圖2.3。由圖可以看出，高檔位時的加速度要小些。 圖2.3 汽車加速度曲線2.2貨車功率平衡計算汽車行駛是，不僅驅動力和行駛阻力互相平衡，發(fā)動機功率和汽車行駛的阻力也總是平衡的，就是說，在汽車行駛的每一瞬間，發(fā)動機發(fā)出的功率始終等于機械傳動損失功率與全部運動阻力所消耗的功率。將汽車行駛方程式兩邊乘以車速，并經(jīng)單位換算整理出汽車功率平衡方程式如下與力的平衡處理方式相同，功率平衡方程式可用圖解發(fā)表示。若以縱坐標表示功率，橫坐標表示車速，將發(fā)動機功率、汽車經(jīng)常遇到的阻力功率對車速的關系曲線繪制在坐標圖上，即得汽車功率平衡圖，如圖2.4即為本車的功率平衡圖圖2.4 汽車功率平衡圖2.2 貨車燃油經(jīng)濟性的分析在保證動力性的條件下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟行駛的能力，稱作汽車的燃油經(jīng)濟性。燃油經(jīng)濟性好，可以降低汽車的使用費用、減少國家對進口石油的依賴性、節(jié)省石油資源；同時也降低了發(fā)動機產(chǎn)生的（溫室效應氣體）的排放量，起到防止地球變暖的作用。發(fā)動機的燃油消耗率與排放污染是有密切關系的，只能在保證排放達到有關法規(guī)要求的前提下來降低發(fā)動機的燃油消耗率，提高汽車的燃油經(jīng)濟性。由于節(jié)約燃料、保護環(huán)境已成為全球關注的重大事件，汽車燃油經(jīng)濟受到全國政府、汽車制造業(yè)于汽車使用者進一步的重視。汽車的燃油經(jīng)濟性長用一定運行工況下汽車行駛百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽車行駛的里程來衡量。在我國及歐洲，燃油經(jīng)濟性指標的單位為 L/100km，即行駛100km所消耗的燃油升數(shù)。其數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟性越差。美國為MPG或mile/USgal，指的是每加侖燃油能行駛的英里數(shù)。這個數(shù)值越大，汽車燃油經(jīng)濟性越好。等速行駛百公里燃油消耗量是常用的一種評價指標，指汽車在一定載荷（我國標準規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載）下，以最高擋在水平良好的路面上等速行駛100km的燃油消耗量。常測出每隔10km/h或20km/h速度間隔的等速百公里燃油消耗量，然后在圖上連成曲線，成為等速百公里燃油消耗量曲線，用它來評價汽車的燃油經(jīng)濟性。根據(jù)發(fā)動機的萬有特性圖上的等燃油消耗率曲線，可以確定發(fā)動機在一定轉速n，發(fā)出一定功率時的燃油消耗率。計算時，還需要汽車在水平路面上等速行駛，為克服滾動阻力與空氣阻力，發(fā)動機應提供的功率為根據(jù)等速行駛車速及阻力功率，在萬有特性圖上（利用插值法）可確定相應的燃油消耗率，從而計算出以該車速等速行駛時單位時間內(nèi)的燃油消耗量（單位為）為上式中： 燃油消耗率()； 燃油的重度，汽油可取，柴油可取。整個等速過程行經(jīng)行程的燃油消耗量為折算成等速百公里燃油消耗量為圖2.5 CY6102BZLQ發(fā)動機萬有特性圖 根據(jù)圖2.5用matlab做出本車的汽車燃油經(jīng)濟性圖，如圖2.6圖2.6 汽車燃油經(jīng)濟性圖2.3貨車操縱穩(wěn)定性的分析汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件下，汽車能遵循駕駛者通過轉向系及轉向車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的操縱方便程度，而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能，所以人們稱之為“高速車輛的生命線”。1.汽車不縱向翻倒的條件是空載時：滿載時： 2.汽車不橫向翻倒的條件是空載時：滿載時：3.汽車側偏極限角空載時：滿載時：根據(jù)汽車不縱向和不橫向的翻倒條件，。因此，無論汽車在空載還是滿載時，都是先滑后翻，滿足設計要求。2.4貨車通過性的分析汽車的通過性是指它能以足夠高的平均車速通過各種壞路和無路地帶（如松軟地面、凹凸不平地面等）及各種障礙（如陡坡、側坡、壕溝、臺階、灌木叢、水障等）的能力。根據(jù)地面對汽車通過性影響的原因，它又分為支承通過性和幾何通過性。汽車的通過性主要取決于地面的物理性質及汽車的結構參數(shù)和幾何參數(shù)。同時，它還與汽車的其他性能，如動力性、平順性、機動性、穩(wěn)定性、視野性等密切相關。參考同類車型后，取本車的通過性幾何參數(shù)見表2.1。表2.1 汽車通過性的幾何參數(shù)最小離地間隙（）282接近角 27離去角 12最小轉彎半徑（） 152.5運動校核在總布置設計中，進行運動校核一般要校核傳動軸的跳動、懸架與轉向桿系的運動等，確定其運動軌跡及運動空間，防止產(chǎn)生運動干涉和不協(xié)調(diào)等情況發(fā)生。校核采用作圖方法，繪制跳動或運動圖并檢查其是否符合設計要求。由于汽車是由許多總成組裝在一起的，總體設計就應從整車角度出發(fā)考慮，根據(jù)總體布置和各總成結構特點完成運動正確性的校核。如發(fā)動機前置時，要進行運動學方面的校核，以保證有足夠的前進擋數(shù)。又如轉向輪的轉動方向必須與轉向盤的轉動方向保持一致，為此應對螺桿的旋向、搖臂的位置、轉向傳動機構的構成等進行運動學正確性的校核。2.5.1傳動軸跳動校核圖2.7 傳動軸跳動校核圖 作2.7圖的目的是為了確定：1.傳動軸的極限位置及最大擺角；2.空載時萬向節(jié)傳動的夾角；3.傳動軸花鍵連接處的伸縮量，檢查是否可以脫開或頂死。如圖2.7，先按比例會出汽車滿載時車架、鋼板彈簧、后橋殼及傳動軸的位置。其中為彈簧片中點（主片中性面與中央螺栓中心線的交點）；為傳動軸后萬向節(jié)中點；為傳動軸前萬向節(jié)中點。對于一端固定的對稱的或不對稱程度小于10%的鋼板彈簧來說，可以足夠精確的認為其主片中部與后橋殼夾緊的一段在車輪上下跳動時是與后橋殼作平移運動的，且彈簧主片中點的軌跡為一圓弧，圓心為。由于后橋是隨著彈簧中部作平移運動，故彈簧主片中點與傳動軸后萬向節(jié)中點的連線亦作平移運動。因此，與可看成是平行四邊形的兩個邊，畫出其對應的另兩個邊得交點即時點的回轉中心。以點為圓心、為半徑畫圓弧，即得后萬向節(jié)中點的運動軌跡。過點作車架上平面線的垂直線，并在此垂直線上取等于彈簧動撓度 ，取等于彈簧靜撓度，取等于反跳靜撓度運動軌跡交于、三點。這三點分別相當于懸架處于壓緊、自由及跳動工況下后萬向節(jié)中點的位置。前萬向節(jié)中點的位置在傳動軸跳動時不變。連接、既得到相應工況下的傳動軸位置。其中為上跳極限位置；為較好路面時傳動軸的下限位置；為懸架反跳時傳動軸的下限位置。 上述方法僅討論了隨懸架上下跳動時傳動軸的跳動情況，如需要考慮傳動軸跳動時花鍵處的最大滑出量，則需考慮制動時縱置鋼板彈簧扭曲變形對傳動軸最大滑出量的影響。2.5.2轉向拉桿與懸架導向機構的運動協(xié)調(diào)校核作圖2.8的目的是為了檢查轉向拉桿與懸架導向機構的運動是否協(xié)調(diào)。先在圖上畫出轉向器及轉向拉桿系于懸架的位置，當前輪上下跳動時，轉向節(jié)臂球銷中心點要沿著彈簧主片中心所決定的軌跡運動。彈簧中心的擺動中心為。由于點與點一起作平移運動，故找到點的擺動中心后，即可按平行四邊形機構原理作出平行四邊形，頂點就是點的擺動中心，其運動軌跡為。另一方面，點是縱拉桿上的一點