方案論證-GD1041型商用車總體設(shè)計(jì)

1、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: GD1041型商用車總體設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 陳玉立 學(xué) 號： 0 專業(yè)班級： 車輛工程1003 指導(dǎo)教師： 吳心平 2014年 3 月 20日目 次1.概述2 1.1輕卡在中國的發(fā)展歷程2 1.2汽車總體設(shè)計(jì)的任務(wù)22.汽車形式的選擇2 2.1汽車軸數(shù)和驅(qū)動型式的確定2 2.2汽車主要參數(shù)的選擇3 2.3汽車質(zhì)量參數(shù)的確定4 2.4 汽車性能參數(shù)的確定53.發(fā)動機(jī)的選擇8 3.1 發(fā)動機(jī)的形式與型號的選擇8 3.2 發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇9 3.3 發(fā)動機(jī)的懸置94.輪胎的選擇9論證結(jié)果 11參考資料 111 概述 汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的

2、各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)配合，取決于總體布置；總體設(shè)計(jì)水平的高低對汽車的設(shè)計(jì)質(zhì)量、使用性能和產(chǎn)品的生命力起決定性的影響。汽車是一個系統(tǒng)，這是基于汽車只有如下屬性而具備組成系統(tǒng)的條件：汽車是由多個要素（子系統(tǒng)及連接零件）組成的整體，每個要素對整體的行為有影響；組成汽車的各要素對整體行為的影響不是獨(dú)立的；汽車的行為不是組成它的任何要素所能具有的。由此，汽車具備系統(tǒng)的屬性，對環(huán)境表現(xiàn)出整體性、一輛子系統(tǒng)屬性匹配協(xié)調(diào)的汽車所具備的功能大于組成它的各子系統(tǒng)功能純粹的、簡單的總合，反之，如果子系統(tǒng)的屬性因無序而相互干擾，即便是個體性能優(yōu)良的子系統(tǒng)，其功能也會因相互扼制而抵消，功率循

3、環(huán)、軸轉(zhuǎn)向等就是這樣的例子。1.1 輕卡在中國的發(fā)展歷程1958年3月10日，隨著當(dāng)時的南京汽車制配廠自力更生制造的“躍進(jìn)”輕卡駛出廠房，我國誕生了輕卡行業(yè)。以后的全國年產(chǎn)量雖然不到2萬輛，但是為國民經(jīng)濟(jì)做出了巨大的貢獻(xiàn)，在以后的20多年里，一直處于供不應(yīng)求的狀況。改革開放以后，輕卡行業(yè)隨著中國汽車的大發(fā)展也進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，1978年年產(chǎn)量已達(dá)近15萬輛，1993年至2000年一直保持30萬輛的年產(chǎn)量，之后就進(jìn)入了超常規(guī)發(fā)展時期，產(chǎn)量和產(chǎn)品品質(zhì)不斷提高，出口數(shù)量也不斷增加，我國成為輕型卡車制造大國。 值得驕傲的是，我國輕卡行業(yè)基本是依靠以我為主的引進(jìn)吸收和自主創(chuàng)新發(fā)展起來的，目前制造企業(yè)達(dá)

4、43家，自主品牌占絕對優(yōu)勢，北汽福田、一汽輕型汽車、江鈴汽車 , 南京依維柯、江淮汽車、沈陽金杯等一大批企業(yè)名揚(yáng)國內(nèi)外市場。據(jù)悉，我國輕卡行業(yè)已走上了產(chǎn)業(yè)升級之路，北京福田開始與康明斯合作建設(shè)可生產(chǎn)滿足高排放標(biāo)準(zhǔn)的新型發(fā)動機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)基地；南京依維柯將與外方合作使“躍進(jìn)”輕卡脫胎換骨。 歷經(jīng)50年發(fā)展，2008年我國輕型卡車年產(chǎn)量已達(dá)94萬輛，占到全世界輕卡170萬總產(chǎn)量的55%，而且輕卡行業(yè)中的自主品牌占絕對優(yōu)勢，份額超過了95%。 1.2汽車總體設(shè)計(jì)的任務(wù) 從技術(shù)先進(jìn)性、生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能指標(biāo)、質(zhì)量和主要尺寸參數(shù)，提出總體設(shè)計(jì)方案，為各部件設(shè)計(jì)提供整車參數(shù)和設(shè)計(jì)要求；對

5、各部件進(jìn)行合理布置和運(yùn)動校核；對整車性能進(jìn)行計(jì)算和控制，保證汽車主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)；協(xié)調(diào)好整車與總稱之間的匹配關(guān)系，配合總稱完成布置設(shè)計(jì)，使整車的性能、可靠性達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2 汽車形式的選擇 2.1 汽車軸數(shù)和驅(qū)動型式的確定根據(jù)2010年國家標(biāo)準(zhǔn) GB15892004道路車輛外廊尺寸、軸荷及質(zhì)量限值，汽車總質(zhì)量小于19t的公路運(yùn)輸車輛，多采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉的兩軸方案。故本車軸數(shù)定為兩軸。驅(qū)動形式是指發(fā)動機(jī)的布置方式及驅(qū)動輪的數(shù)量、位置的形式。FF為前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動，F(xiàn)R為前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動。發(fā)動機(jī)前置后驅(qū)的優(yōu)點(diǎn)是軸荷分配合理、操縱機(jī)構(gòu)簡單、維修方便，成本比中置的要少。故本車選擇發(fā)動機(jī)前

6、置后輪驅(qū)動。卡車常見的驅(qū)動形式有42、44、62、64等，“”前的數(shù)字表示車輛車輪總數(shù)，后面的數(shù)字表示驅(qū)動輪數(shù)，并裝雙輪算一個輪子，一根車軸也就按兩個輪子算。本車總質(zhì)量較小，故選擇42驅(qū)動型式，前橋?yàn)檗D(zhuǎn)向橋，后橋?yàn)轵?qū)動橋。 2.2 汽車主要參數(shù)的選擇 2.2.1 外形尺寸外型尺寸指一款車的車身長度、車身寬度和車身高度。車身長度是垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面并分別抵靠在汽車前,后最外端突出部位的兩垂面之間的距離，簡單的說是汽車長度方向兩極端點(diǎn)間的距離。車身寬度是車身外側(cè)鈑金最突點(diǎn)之間的距離，一般車的前輪眉位置是最寬的。車身高度是指：一個車在水平路面上，輪胎充氣為廠商規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)胎壓情況下，從地面到車頂最

7、高點(diǎn)的垂直距離。對于車身高度，汽車行駛的不同環(huán)境對車身高度的要求是不一樣的?，F(xiàn)在很多車身高度是帶有可調(diào)節(jié)功能的，保證行駛的安全。GB15891989汽車外廓尺寸限界規(guī)定如下：貨車、整體式客車總長不應(yīng)超過12m，不包括后視鏡，汽車寬不超過2.25m；空載頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m。本次設(shè)計(jì)貨車為載質(zhì)量4噸柴油動力貨車，為輕型載貨汽車，據(jù)此選用車輛參數(shù)為：600023502050（）。 2.2.2 軸距L軸距是通過車輛同一側(cè)相鄰兩車輪的中點(diǎn)，并垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的二垂線之間的距離。軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距短時，上述各指標(biāo)減小。

8、原則上對發(fā)動機(jī)排量大的載質(zhì)量多的貨車，軸距取得長。對機(jī)動性要求高的汽車，軸距宜取得短些。根據(jù)國家推薦數(shù)據(jù)確定本車軸距L取3300（表2-1）。表2-1各型汽車的軸距和輪距類 別軸距/mm輪距/mm42貨車1.8t17002900115013501.8t6.0t23003600130016506.0t14.0t360055001700200014.0t4500560018402000 2.2.3 前后輪距、的選擇輪距為同一車橋左右輪胎胎面中心線間的距離。輪距B越大，駕駛舒適性越好，操縱平穩(wěn)性和橫向穩(wěn)定性越好。但輪距不宜過大，否則會使汽車的總寬和總質(zhì)量過大。如果輪距過寬還會影響汽車的安全性，因此，

9、輪距應(yīng)與車身寬度相適應(yīng)。要保證布置下發(fā)動機(jī)、車架、前懸架和前輪，保證轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動空間及桿系與車架、車輪之間的間隙；受后部車架寬度、懸架、輪胎寬度的影響，保證它們之間有足夠的間隙。故取，。 2.2.4、的選擇 前懸尺寸對汽車的通過性、碰撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧長度、上下車的方便性以及汽車造型等均有影響。對于平頭貨車，前懸尺寸還會影響從前門上、下車的方便性。初步選定前懸 。 后懸長，汽車離去角減小，使通過性降低。貨車（），一般在12002200之間；特長貨箱的貨車，可達(dá)到2600，但不得超過軸距的55%。故本車取后懸。 2.2.5 貨車車頭長度貨車車頭長度是指從汽車的前保險(xiǎn)杠到駕駛室后圍的距

10、離。車頭長度尺寸還對汽車外觀效果、駕駛室居住性、汽車面積利用率和發(fā)動機(jī)的接近性等有影響。本車采用平頭型，取車頭長度為1450。 2.2.6 貨車車廂形式及尺寸常見的貨箱型式分為欄板式、倉柵式、廂式三種。欄板式載貨部位為欄板結(jié)構(gòu)。用途廣泛，主要適用于中重型及散裝貨物的中長途運(yùn)輸，適用性強(qiáng)，已成為中、長途貨運(yùn)車輛之首選。故本車采用欄板式貨箱。貨箱大小計(jì)算時以散裝貨來計(jì)算，根據(jù)汽車車身設(shè)計(jì)要求，散裝貨物的容積質(zhì)量平均為0.6t/m3，公路用汽車的最大容許寬度為2500，欄板高度H主要受載重力的限制，一般取為500800。根據(jù)設(shè)計(jì)要求為載質(zhì)量4噸的貨車，經(jīng)計(jì)算車廂尺寸為：。 2.3 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定

11、汽車質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量、載貨質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車總質(zhì)量、軸荷分配等。 2.3.1 整車整備質(zhì)量為車上帶有全部裝備（包括隨車工具、備胎等），加滿燃料和水，但沒有裝貨和載人是的整車質(zhì)量。整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有重要影響。本車設(shè)計(jì)整車整備質(zhì)量為。 2.3.2 汽車的載質(zhì)量為在硬質(zhì)良好路面上行駛時所允許的額定載質(zhì)量。汽車在碎石路面上行駛時，載質(zhì)量約為好路面的75%85%。商用貨車載質(zhì)量的確定，首先應(yīng)與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次要考慮到汽車的用途和使用條件。原則上，對貨流大、運(yùn)距長或礦用自卸車應(yīng)采用大噸位貨車以利降低運(yùn)輸成本，提高效率；對貨源變化頻繁、運(yùn)距短的市內(nèi)運(yùn)輸車，宜采用中、小

12、噸位的貨車比較經(jīng)濟(jì)。本車設(shè)計(jì)對象為貨運(yùn)車輛，為2200kg載貨量。汽車的駕駛員人數(shù)為2人座貨車。 2.3.3 質(zhì)量系數(shù)指汽車載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即 。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進(jìn)。 根據(jù)推薦標(biāo)準(zhǔn) 滿足要求。 2.3.4汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質(zhì)量。商用貨車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、載質(zhì)量和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即 (座位數(shù)n=2)。故本車的汽車總質(zhì)量為。 2.3.5 軸荷分配 確定軸荷分配的原則：為使各輪胎磨損均勻，壽命相近，各車輪負(fù)荷應(yīng)相近；為保證汽車良好的動力性和通過性，驅(qū)動橋應(yīng)有足夠大的負(fù)荷；為了保

13、證汽車的操縱穩(wěn)定性，要求轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷不應(yīng)過小。前/后軸=1950/3545。 商用貨車42后輪雙胎,平頭式的軸荷分配如表2-2。表2-2 汽車的載荷分配滿載空載前輪后輪前輪后輪30%35%65%70%48%54%46%52%本車的軸荷分配為：滿載：前軸35%，后軸65%；空載：前軸50%，后軸50%。滿足要求。 2.4 汽車性能參數(shù)的確定 2.4.1 動力性系數(shù) 汽車動力性參數(shù)包括、加速時間t、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。 最高車速指在無風(fēng)條件下，在水平、良好的瀝青或水泥路面上，汽車所能達(dá)到的最大行駛速度。按我國的規(guī)定，以1.6公里長的試驗(yàn)路段的最后500米作為最高車速的測試區(qū)，共往返四次，取

14、平均值。最高車速不同于理論最高車速（指發(fā)動機(jī)在最佳狀態(tài)所發(fā)揮的最佳成績，僅限于理論）。本車設(shè)計(jì)最高車速設(shè)計(jì)為。 加速時間t汽車在平直的良好路面上，從原地起步開始以最大加速度加速到一定車速所用時間，稱為加速時間。由于低于的汽車，加速時間可用加速到所需的時間來評價(jià)，初定本車加速時間。 上坡能力用汽車滿載時在良好路面上的來表示汽車的上坡能力。通常要求貨車能克服30%的坡度，故本車設(shè)計(jì)最大爬坡度為，即16.7。 汽車和 是汽車所裝發(fā)動機(jī)的標(biāo)定與的比值，即。它綜合反映了汽車的動力性。 是汽車所裝發(fā)動機(jī)的與的比值，即。它反映了汽車的牽引能力。參考國家規(guī)定，本車取，。 2.4.2 燃油經(jīng)濟(jì)性系數(shù)汽車的燃油經(jīng)

15、濟(jì)性用汽車在水平的水泥或?yàn)r青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量來評價(jià)，該值越小燃油經(jīng)濟(jì)性越好。貨車有時用單位質(zhì)量的百公里油耗來評價(jià)（表2-3）。表2-3 貨車單位質(zhì)量百公里燃油消耗 總質(zhì)量汽油機(jī)柴油機(jī)3.004.002.002.80462.803.201.902.106122.682.821.551.86122.502.601.431.53 2.4.3 最小轉(zhuǎn)彎直徑是表明汽車轉(zhuǎn)彎性能靈活與否的參數(shù)。通常，汽車說明書中給出的轉(zhuǎn)彎直徑是指外轉(zhuǎn)向輪的軌跡圓直徑。它是指汽車的外轉(zhuǎn)向輪的中心平面在車輛支承平面（一般就是地面）上的軌跡圓直徑，即汽車前輪處于最大轉(zhuǎn)角狀態(tài)行駛時，汽車前軸離轉(zhuǎn)

16、向中心最遠(yuǎn)車輪胎面中心在地面上形成的軌跡圓直徑，即圖2-1中的直徑大小。轉(zhuǎn)彎直徑直接影響汽車的機(jī)動性。轉(zhuǎn)彎直徑越小，汽車通過狹窄彎曲地帶或繞開不可越過的障礙物的能力就越強(qiáng)，就越靈活。轉(zhuǎn)彎直徑與汽車的軸距、輪距及轉(zhuǎn)向輪的極限轉(zhuǎn)角直接有關(guān)。軸距、輪距越大，轉(zhuǎn)彎直徑也越大；轉(zhuǎn)向輪的極限轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)彎直徑就越?。ū?-4）。表2-4 商用貨車最小轉(zhuǎn)彎直徑 車型級別商用貨車最大總質(zhì)量8.012.010.019.012.020.013.021.0圖 2-1 汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑 2.4.4 通過性幾何參數(shù)總體設(shè)計(jì)要確定的通過性幾何參數(shù)有：、，等（表2-5）。表2-5 42貨車通過性的幾何參數(shù)車型1803004

17、06025452.36.0參考國家標(biāo)準(zhǔn)本車上述參數(shù)為：250、50、35、 4.0m。 2.4.5 操縱穩(wěn)定性參數(shù)汽車操縱穩(wěn)定性的評價(jià)參數(shù)較多，與總體設(shè)計(jì)有關(guān)并能作為評價(jià)指標(biāo)的有： 轉(zhuǎn)向特性參數(shù) 前、后輪側(cè)偏角之差作為評價(jià)參數(shù)，此參數(shù)在13為宜。 車身側(cè)傾角 汽車以0.4g的向心加速度沿定圓等速行駛時，車身側(cè)傾角控制在3以內(nèi)最好，最大不允許超過7。 制動前俯角 汽車以0.4g的減速度制動時，車身的前俯角不大于1.5。 2.4.6 制動性參數(shù)常用制動距離、平均制動減速度j和行車制動的踏板力以及應(yīng)急制動時的操縱力來評價(jià)制動效能。GB72581997機(jī)動車運(yùn)行安全條件中規(guī)定的路試檢驗(yàn)行車制動和應(yīng)急制

18、動性能要求列于表2-6中。表2-6 路試檢驗(yàn)行車制動和應(yīng)急制動性能要求車輛類型行車制動應(yīng)急制動制動初車速/()制動距離/mFMDD/()試車道寬度踏板力制動初車速/()制動距離/mFMDD/()操縱力/N()總質(zhì)量4.5t的汽車滿載50225.42.570030182.6手 600腳 700空載215.8450 2.4.7 舒適性汽車應(yīng)為乘員提供舒適性的乘坐環(huán)境和方便的操作條件，稱之為舒適性。舒適性應(yīng)包括平順性常用垂直振動參數(shù)評價(jià)，見表2-7。表2-7 懸架的靜撓度、動撓度和偏頻n參數(shù)車 型靜撓度動撓度偏頻貨車5011060901.52.23 發(fā)動機(jī)的選擇發(fā)動機(jī)提供汽車的動力，是汽車的關(guān)鍵總成

19、，其選擇及布置形式對汽車的性能都有影響，尤其對汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、使用的可靠性和耐久性、維修的方便性以及制造成本、市場競爭力等都有直接的影響。因此，在汽車總體設(shè)計(jì)時，發(fā)動機(jī)的選擇是一項(xiàng)關(guān)鍵的決策。 3.1 發(fā)動機(jī)的形式與型號的選擇經(jīng)過計(jì)算與查找有關(guān)資料，本車選擇東風(fēng)股份ZD30D14-3N發(fā)動機(jī)，適用于輕卡系列、工程系列、微車和皮卡等105-200馬力發(fā)動機(jī)的車型。采用水冷，水冷發(fā)動機(jī)冷卻可靠、散熱性能好、氣缸變形小、缸蓋活塞等主要零件的熱負(fù)荷較低，整體性能可靠性高。本車采用前置后驅(qū)形式（FR），前后軸荷分配均勻，傳動效率較高，機(jī)構(gòu)簡單、布置緊湊，發(fā)動機(jī)為縱向布置（表3-1）。表3-1

20、東風(fēng)ZD30D13-4N發(fā)動機(jī)的技術(shù)參數(shù)發(fā)動機(jī)東風(fēng) ZD30D13-4N發(fā)動機(jī)廠商東風(fēng)股份燃料種類柴油汽缸數(shù)4汽缸排列形式直列排量2.953L排放標(biāo)準(zhǔn)國四/歐四最大輸出功率95kw最大馬力130馬力最大扭矩480Nm發(fā)動機(jī)凈重281發(fā)動機(jī)尺寸757.7702.7756.8壓縮比16.91缸徑行程96102每缸氣門數(shù)4個點(diǎn)火次序1-3-4-2 3.2 發(fā)動機(jī)主要性能指標(biāo)的選擇根據(jù)本車，5噸貨車發(fā)動機(jī)功率取要大于75kw。最大轉(zhuǎn)矩： 式中，為最大轉(zhuǎn)矩（）；為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，??；為發(fā)動機(jī)最大功率()；為最大功率轉(zhuǎn)速（）。所需發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為： 經(jīng)過比較，所選東風(fēng)ZD30D13-4N發(fā)動機(jī)的最大功率

21、為95,最大轉(zhuǎn)矩為480，最大功率和轉(zhuǎn)矩都小于所選發(fā)動機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)矩，所以選用該型號發(fā)動機(jī)滿足本車設(shè)計(jì)要求。 3.3 發(fā)動機(jī)的懸置汽車是多自由度的振動體，并受到各種振源的作用而發(fā)生振動，發(fā)動機(jī)就是振源之一。發(fā)動機(jī)是通過懸置元件安裝在車架上的，懸置元件既是彈性元件又是減震裝置，其特性直接關(guān)系到發(fā)動機(jī)振動向車體的傳遞，并影響整車的振動與噪音。合理的懸置不但減小振動、降低噪聲，可以改善乘坐的舒適性，還能提高零部件和整車壽命?？紤]到貨車設(shè)計(jì)的一般要求，并參考東風(fēng)有關(guān)車型，本車采用由金屬板件和橡膠元件共同組成的傳統(tǒng)橡膠懸置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。發(fā)動機(jī)和離合器與變速器三者連為一體，采用前后四

22、點(diǎn)支撐法固定在車架上。4 輪胎的選擇輪胎是汽車上最重要的組成部件之一，它的作用主要有：支持車輛的全部重量，承受汽車的負(fù)荷；傳送牽引和制動的扭力，保證車輪與路面的附著力；減輕和吸收汽車在行駛時的震動和沖擊力，防止汽車零部件受到劇烈震動和早期損壞，適應(yīng)車輛的高速性能并降低行駛時的噪音，保證行駛的安全性、操縱穩(wěn)定性、舒適性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。輪胎通常按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)劃分為斜交線輪胎、子午線輪胎。子午線胎與斜交線胎的根本區(qū)別在于胎體（圖4-1）。斜交線胎的胎體是斜線交叉的簾布層；而子午線胎的胎體是聚合物多層交叉材質(zhì)，其頂層是數(shù)層由鋼絲編成的鋼帶簾布，可減少輪胎被異物刺破的幾率。斜交輪胎的簾線按斜線交叉排列，故而得名。特點(diǎn)是胎面和胎側(cè)的強(qiáng)度大，但胎側(cè)剛度較大，舒適性差，由于高速時簾布層間移動與磨擦大，并不適合高速行駛。隨著子午線輪胎的不斷改進(jìn)，斜交輪胎將基本上被淘汰。圖4-1 斜交輪胎與子午線輪胎的結(jié)構(gòu)子午線輪胎的簾線排列方向與輪胎子午斷面一致，其簾布層相當(dāng)于輪胎的基本骨架。由于行駛時輪胎要承受較大的切向作用力，為保證簾線的穩(wěn)固，在其外部又有若干層由高強(qiáng)度、不易拉伸的材料制成的帶束層，