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機(jī)電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)方案
論證報(bào)告
設(shè)計(jì)題目: ZY1160貨車底盤總體及車架設(shè)計(jì)
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目次
一 貨車總體相關(guān)參數(shù)的論證 2
1 貨車形式的選擇 2
2 貨車主要尺寸參數(shù)的選擇 3
3 貨車主要性能參數(shù)的確定 5
4 貨車的機(jī)動(dòng)性參數(shù) 6
5 貨車的通過性幾何參數(shù) 6
二 底盤總體的方案論證 7
1 變速器擋位的選擇 7
2 主減速器級(jí)數(shù)的選擇 7
三 貨車車架的方案論證 7
參考文獻(xiàn) 8
一 貨車總體相關(guān)參數(shù)的論證
載貨汽車的總體設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)工作中最重要的一環(huán)，它對(duì)汽車的設(shè)計(jì)的質(zhì)量的好壞和使用性能的高低有著決定性的影響。因?yàn)樨涇囆阅艿暮脡牟粌H與相關(guān)總成及部件的工作性能有密切關(guān)系，而且在很大程度上還取決于有關(guān)總成及部件間的協(xié)調(diào)與匹配，取決于貨車的總體布置。貨車的總體設(shè)計(jì)主要包括貨車的形式的選擇和參數(shù)確定，發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎的選擇，總體布置和動(dòng)力性的計(jì)算等一系列重要的步驟。其中參數(shù)的確定又包括了貨車的主要尺寸參數(shù)，質(zhì)量參數(shù)和性能參數(shù)的選擇計(jì)算等。
1 貨車形式的選擇
不同的形式的貨車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式和布置形式上的不同。
1）貨車軸數(shù)的確定
貨車可以有雙軸、三軸、四軸乃至更多的軸數(shù)。這主要取決于貨車的總質(zhì)量、輪胎的復(fù)合能力以及道路法規(guī)對(duì)于軸載質(zhì)量的限制。
我國(guó)的相關(guān)公路法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于四級(jí)公路及橋梁而言，單軸所能承載的軸載質(zhì)量不能超過10噸，雙連軸軸載質(zhì)量不能超過18噸（單軸9噸）。在貨車軸數(shù)不變的情況下，貨車總質(zhì)量加大后，是公路承受的負(fù)荷增加，如果超過了公路的承載能力后就會(huì)破壞公路，為了保護(hù)公路為此有了上述規(guī)定。
對(duì)于貨車總質(zhì)量小于19噸的貨車以及軸荷不受橋梁道路限制的不在公路上行駛的車輛，均可采用兩軸方案?？傎|(zhì)量在19~26噸的貨車應(yīng)該采用三軸形式，總質(zhì)量更大的要采用更多的軸數(shù)。
本次設(shè)計(jì)的貨車的總質(zhì)量為16噸，故可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的兩軸形式以降低生產(chǎn)制造的成本。
2）貨車驅(qū)動(dòng)形式的確定
貨車有4*2/4、4*4、6*2、6*4/6、6*6、8*4、8*8等幾種形式，前一位數(shù)字表示貨車車輪總數(shù)，后面的表示驅(qū)動(dòng)輪數(shù)。影響驅(qū)動(dòng)形式的主要因素是貨車的用途、總質(zhì)量和通過性能的要求。貨車驅(qū)動(dòng)輪數(shù)增加能夠提高汽車的通過能力，但是結(jié)構(gòu)會(huì)變得復(fù)雜，整備質(zhì)量和制造成本也會(huì)有所增加，與此同時(shí)底盤的總體布置也會(huì)變得比較困難。因此對(duì)于總質(zhì)量小一些的貨車多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低的4*2的驅(qū)動(dòng)形式?？傎|(zhì)量在19~26噸的貨車可采用6*2或6*4的驅(qū)動(dòng)形式。
本次設(shè)計(jì)車型為ZY1160，總質(zhì)量為16噸故可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的4*2的驅(qū)動(dòng)形式。
3）貨車布置形式的確定
貨車的布置形式對(duì)于底盤的設(shè)計(jì)制造有很大的影響。故在底盤總體設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該予以充分的重視。對(duì)于貨車來言可以根據(jù)駕駛室的不同，分為平頭式、短頭式、長(zhǎng)頭式及偏置式四種。
平頭式貨車 ：汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室內(nèi)部時(shí)稱為平頭式貨車。這種形式的布置特點(diǎn)是汽車總長(zhǎng)和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，機(jī)動(dòng)性能良好。主要缺點(diǎn)是空載時(shí)前軸負(fù)荷大，汽車通過性變壞；駕駛室有翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和鎖止機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)復(fù)雜；進(jìn)出駕駛室不如長(zhǎng)頭式方便；駕駛室內(nèi)受熱和振動(dòng)比較大；汽車正面與其他物體碰撞時(shí)容易使駕駛員和前排乘員受傷。
短頭式貨車 ：發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分在駕駛室前部，少部分位于駕駛室內(nèi)的貨車稱為短頭式貨車。其特點(diǎn)是汽車面積利用率及視野有所改善；有利于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱 ，操縱機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單。但其缺點(diǎn)視野差；機(jī)動(dòng)性能不好，駕駛室內(nèi)部空間擁擠。
長(zhǎng)頭式貨車：貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室前部稱為長(zhǎng)頭式貨車。其主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性好，便于檢修；滿載時(shí)前軸負(fù)荷小，有利于提高汽車的通過能力；發(fā)動(dòng)機(jī)散熱良好，操縱機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。由于汽車總長(zhǎng)和軸距均比較長(zhǎng)，最小轉(zhuǎn)彎直徑大，機(jī)動(dòng)性能不好；整備質(zhì)量大；視野差，面積利用率低。
偏置式貨車主要用于重型礦用自卸車上。它具有平頭式貨車軸距短、視野良好等一些優(yōu)點(diǎn)。此外，駕駛室的通風(fēng)條件好、維修發(fā)動(dòng)機(jī)方便。
綜合四種方案的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場(chǎng)上相關(guān)車型比如：東風(fēng)EQ1160S12DF與解放CA1160PK2L3EA80等車型，可知現(xiàn)在市場(chǎng)上平頭式貨車是主流產(chǎn)品，故此次ZY1160型貨車也可采用平頭式的布置形式。
2 貨車主要尺寸參數(shù)的選擇
貨車的尺寸參數(shù)有外廓尺寸、輪距、前懸、后懸、貨車車頭和車廂尺寸等。
1）貨車外廓尺寸的選擇
汽車的長(zhǎng)、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。貨車的外廓尺寸不僅要根據(jù)自身的裝載質(zhì)量的要求還有符合相關(guān)法律法規(guī)，更要考慮到涵洞和橋梁等道路尺寸條件。
GB1589-1989汽車外廓尺寸界限規(guī)定如下：貨車總長(zhǎng)不應(yīng)超過12m，半掛汽車列車不超過16.5m，全掛汽車列車不超過20m；不包括后視鏡的情況下，汽車寬不超過2.5m；空載、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m。
查找現(xiàn)在市面在售相關(guān)車型，根據(jù)自身的需要可以在上述的范圍中選擇本次設(shè)計(jì)車型（貨車ZY1160）的外廓尺寸為：整車長(zhǎng)9000mm；整車寬2500mm；整車高為2870mm。
2）貨車軸距的選擇
軸距對(duì)于整備質(zhì)量、汽車總長(zhǎng)、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動(dòng)軸長(zhǎng)度、縱向
通過半徑的等有影響。當(dāng)軸距短時(shí)，上述各指標(biāo)減小。此外其還對(duì)于軸荷分配、傳動(dòng)軸夾角有影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可按照表來根據(jù)貨車的總質(zhì)量來選取軸距.
表一 ：不同貨車的軸距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
軸距L/mm
1700~2900
2300~3600
3600~5500
4500~5600
根據(jù)市場(chǎng)在售車型以及結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況在表一中的范圍中可以選擇本次設(shè)計(jì)車型（ZY1160）的軸距為5000mm。
3）貨車輪距的選擇
改變貨車輪距B會(huì)影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化。并且受制于貨車總寬不能超過2.5m限制，輪距不宜過大。前后輪距可以在下表中選擇。
表二: 不同貨車的輪距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
輪距L/mm
1150~1350
1300~1650
1700~2000
1840~2000
根據(jù)市面上正在銷售的相關(guān)車型，結(jié)合此次設(shè)計(jì)車型ZY1160的實(shí)際可以選擇前輪距為1920mm后輪距為1800mm。
4）貨車前懸后懸的選擇
前懸尺寸對(duì)于貨車通過性、碰撞安全性、駕駛室視野、前鋼板彈簧長(zhǎng)度及貨車造型等均有影響。前懸的尺寸過大，則貨車的接近角減小，使通過性降低，并使視野變壞。但是又由于整體布置的需求前懸又不能過短，要能夠保證各種總成的布置。
后懸尺寸對(duì)于貨車通過性、貨車追尾時(shí)的安全性、貨箱長(zhǎng)度及汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。后懸長(zhǎng)，則汽車離去角減小，使通過性降低?？傎|(zhì)量在1.8~14.0t的貨車后懸一般在1200~2200mm之間，特長(zhǎng)貨箱的汽車后懸可達(dá)到2600mm，但不得超過軸距的55% 。
在市面上銷售的部分類似車型的前后懸尺寸如下表：
表三： 部分車型的前懸后懸尺寸
貨車型號(hào)
EQ1160S12DF
DFL1160BX5
CA1160
HFC1160
LF/LR (mm）
1180/2470
1430/2570
1312/2718
1235/2445
根據(jù)市場(chǎng)在售相關(guān)車型，以及考慮后續(xù)總體布置等各方面需求可以選擇本次設(shè)計(jì)的車型前懸為1430mm，后懸2570mm。
5）貨車車頭長(zhǎng)度以及車型尺寸的選擇
貨車車頭長(zhǎng)度指的是從貨車前保險(xiǎn)杠到駕駛室后圍的距離。車身的形式對(duì)于車頭的長(zhǎng)度有絕對(duì)的影響。平頭式貨車一般在1400~1500mm之間。
貨車車箱尺寸要首先滿足裝載質(zhì)量的需求，其次是對(duì)于裝卸貨物的方便性等的需求。車箱邊板高度 對(duì)于貨車質(zhì)心高度和裝卸貨物的方便性有影響，一般在450~650mm范圍內(nèi)選取。車箱寬度應(yīng)在汽車外寬符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下盡量取寬一些，以縮短邊板高度和車箱長(zhǎng)度。
3 貨車主要性能參數(shù)的確定
貨車的性能參數(shù)主要包括動(dòng)力性參數(shù)、燃油經(jīng)濟(jì)性參數(shù)、機(jī)動(dòng)性參數(shù)、通過幾何性參數(shù)、制動(dòng)性參數(shù)合舒適性參數(shù)。方案論證階段主要考慮動(dòng)力性參數(shù)。
貨車的動(dòng)力性參數(shù)主要包括最高車速、加速時(shí)間、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。
最高車速：隨著道路條件的改善，特別是高速公路的修建，汽車的最高車速普遍呈現(xiàn)逐漸提高的勢(shì)頭?？傎|(zhì)量小些的貨車要比總質(zhì)量大的稍大些。不同的貨車可以根據(jù)下表選擇最高車速。
表四：不通貨車最高車速參數(shù)范圍
最大總質(zhì)量ma/t
≤6.0
>6.0
最高車速vamax(km/h)
80~135
75~120
根據(jù)表中數(shù)據(jù)并且參考市場(chǎng)在售同類車型以及考慮到設(shè)計(jì)車輛的實(shí)際用途可以選擇此次設(shè)計(jì)車型的最高車速為 80km/h。
加速時(shí)間：它指的是汽車在平直良好路面上，從原地起步開始以最大加速度到一定車速 所用驅(qū)動(dòng)時(shí)間。對(duì)于最高車速vamax低于100km/h的貨車加速時(shí)間可用加速到60km/h所需的時(shí)間來評(píng)價(jià)。
上坡能力：用貨車滿載時(shí)在良好路面上的最大坡度阻力系數(shù)imax來表示貨車的上坡能力。通常要求貨車能夠克服30%坡度。
貨車的比功率Pb和比轉(zhuǎn)矩Tb：比功率可以綜合放映貨車的動(dòng)力性，比功率大貨車加速性能、速度性能要好一些。比轉(zhuǎn)矩反映貨車的牽引能力。兩者的范圍根據(jù)貨車總質(zhì)量的不同而不同。
表五：不同貨車比功率、比轉(zhuǎn)矩的范圍
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
比功率Pb(kW/h)
16~28
15~25
10~20
6~20
比轉(zhuǎn)矩Pb（N*m/t)
30~44
38~44
33~47
29~50
4 貨車的機(jī)動(dòng)性參數(shù)
貨車的機(jī)動(dòng)性參數(shù)可以有貨車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來評(píng)價(jià)，它主要知道是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時(shí)，貨車前外轉(zhuǎn)向輪轍中心在支承平面上的軌跡圓的直徑。貨車的轉(zhuǎn)彎直徑應(yīng)該符合下表中的范圍。
表六：各種貨車的轉(zhuǎn)彎半徑Dmin
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
Dmin/m
8.0~12.0
10.0~19.0
12.0~20.0
13.0~21.0
5 貨車的通過性幾何參數(shù)
貨車的通過性幾何參數(shù)主要有：接近角，離去角，最小離地間隙，縱向通過半徑，其范圍如下表：
表七：貨車的通過性幾何參數(shù)范圍
車型
/mm
/°
/°
/m
4×2貨車
250～300
25～60
25～45
4.0～7.0
貨車總體方案論證結(jié)果：綜上所述，本次設(shè)計(jì)的ZY1160型載貨汽車軸數(shù)為兩軸，采用平頭式車頭發(fā)動(dòng)機(jī)前置后驅(qū)。貨車的基本尺寸為：車長(zhǎng)為9000mm；車寬為2500mm；車高為2870mm。前輪距為1920mm；后輪距為1800mm。貨車的軸距為5000mm；前懸為1430mm；后懸為2570mm。
二 底盤總體的方案論證
底盤總體設(shè)計(jì)是后續(xù)底盤各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，底盤的總體設(shè)計(jì)要為后續(xù)的設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)的依據(jù)與方向，并且還要保證各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，這樣才會(huì)是整車有良好的綜合性能。在上文中已將汽車的軸數(shù)、驅(qū)動(dòng)形式及布置形式已選定，那么對(duì)于底盤總體的論證來言只需確定變速器擋位及主減速器的形式即可。
1 變速器擋位的選擇
變速器的擋位對(duì)于貨車的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性都有較大的影響。增加變速器的擋位可以提高車輛在最佳狀態(tài)下工作的機(jī)會(huì)，有利于經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的提高。但是擋位過多又會(huì)是變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。為此要選擇合適的擋位。現(xiàn)在常用的三擋、四擋、五擋、六檔以及擋位更多的惰擋變速器。參考市面上的常見同類車型以及考慮到設(shè)計(jì)車型的經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性可以選擇使用六檔變速箱套。
2 主減速器級(jí)數(shù)的選擇
主減速器是用來將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速，并且在需要的情況下轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。根據(jù)齒輪對(duì)數(shù)的不同單級(jí)式和雙極式兩種。雙極式的減速比比較大，適用于總質(zhì)量比較大的貨車，但是其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。單級(jí)式比較常見且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單應(yīng)用廣泛。結(jié)合市面在售相關(guān)車型以及設(shè)計(jì)車型的實(shí)際情況本次實(shí)際采用單級(jí)式主減速器。
底盤總體論證結(jié)果：綜上所述，ZY1160型貨車的采用六檔手動(dòng)變速器，單級(jí)式主減速器。
三 貨車車架的方案論證
車架是整個(gè)汽車的裝配基體。汽車的絕大多數(shù)總成都是通過車架來固定其為位置的。
車架主要有邊梁式、中梁式及綜合式三種。
邊梁式車架：其有兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成。主要應(yīng)用于貨車。
中梁式車架：只有一根位于中央貫穿于前后的縱梁。這種結(jié)構(gòu)的車架有較大的扭轉(zhuǎn)剛度。使車輪有較大的運(yùn)動(dòng)空間。
綜合式車架：車架的前部是邊梁式而后部是中梁式。同時(shí)具有中梁式和邊梁式的特點(diǎn)。
圖一：邊梁式車架
圖二：綜合式車架 圖三：中梁式車架
綜合考量三種車架的特點(diǎn)，并且參考市場(chǎng)上同類車型選擇本次設(shè)計(jì)的車架為邊梁式車架。
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