貨車整體設(shè)計[汽車類] 總布置設(shè)計

貨車整體設(shè)計[汽車類] 總布置設(shè)計,汽車類,貨車整體設(shè)計[汽車類],總布置設(shè)計,貨車,整體,設(shè)計,汽車,布置 目錄 第1章 概述 1 1.1 整車總布置設(shè)計的任務(wù) 1 1.2 設(shè)計原則目標(biāo) 1 1.3 汽車設(shè)計過程 2 第2章 整車型式的選擇 3 2.1 發(fā)動機的種類和形式 3 2.2 汽車的軸數(shù)和驅(qū)動型式 3 2.3 車頭及駕駛室的型式 4 2.4 輪胎的選擇 4 第3章 汽車主要參數(shù)的選擇 5 3.1 主要尺寸參數(shù)的選擇 6 3.2 整車質(zhì)量參數(shù)估算 9 3.3 主要性能參數(shù)的選擇 13 第4章 發(fā)動機選型 18 4.1 發(fā)動機基本形式的選擇 19 4.2 主要性能指標(biāo)的選擇 20 第5章 總布置圖的繪制 24 5.1 發(fā)動機及傳動系的布置 25 5.2 車頭駕駛室的布置 26 5.3 動軸的布置 26 5.4 懸架的布置 27 5.5 車架總成外形及其橫梁的布置 27 5.6 轉(zhuǎn)向系的布置 28 5.7 抽動系統(tǒng)的布置 29 5.8 進排氣系統(tǒng)的布置 30 5.9 操縱系統(tǒng)的布置 30 5.10車箱的布置 31 第6章 運動校核 31 6.1 轉(zhuǎn)向輪跳動圖 31 6.2 傳動軸跳動圖 33 6.3 轉(zhuǎn)向拉桿與懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào) 34 結(jié)論 37 致謝 38 參考文獻 39 II 1. 概述 汽車性能的優(yōu)劣不僅取決于組成汽車的各部件的性能，而且在很大程度上取決于各部件的協(xié)調(diào)和配合，取決于總體布置；總體設(shè)計水平的高低對汽車的設(shè)計質(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： ① 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； ② 組成汽車的各要素對整體行為的影響不是獨立的； ③ 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、簡單的總和、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，功率循環(huán)、軸轉(zhuǎn)向等就是這樣的典型例子。 系統(tǒng)論所揭示的系統(tǒng)整體性和系統(tǒng)功能的等級性必然會映射到設(shè)計任務(wù)中來、用整體性來解釋汽車設(shè)計的終極目標(biāo)是整車性能的綜合優(yōu)化，道理是十分顯然的、汽車設(shè)計任務(wù)的等級形態(tài)表現(xiàn)為：上位設(shè)計任務(wù)是確定下位設(shè)計任務(wù)要實現(xiàn)的目標(biāo)，下位設(shè)計是實現(xiàn)上位設(shè)計功能的手段、上、下位體系可從總體設(shè)計逐級分至零件設(shè)計，總體設(shè)計無疑處于這種體系的最上位，設(shè)計子系統(tǒng)的全部活動必須在總體設(shè)計構(gòu)建的框架內(nèi)進行、子系統(tǒng)設(shè)計固然重要，但統(tǒng)攬全局、設(shè)計子系統(tǒng)組合和相互作用體系規(guī)則的總體設(shè)計對汽車的性能和質(zhì)量的影響更加廣泛、更為深刻。 1.1 整車總布置設(shè)計的任務(wù) (1) 從技術(shù)先進性、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)計方案，為各部件設(shè)計提供整車參數(shù)和設(shè)計要求； (2) 對各部件進行合理布置和運動校核； (3) 對整車性能進行計算和控制，保證汽車主要性能指標(biāo)實現(xiàn)； (4) 協(xié)調(diào)好整車與總成之間的匹配關(guān)系，配合總成完成布置設(shè)計，使整車的性能、可靠性達到設(shè)計要求。 1.2 設(shè)計原則、目標(biāo) （1） 汽車的選型應(yīng)根據(jù)汽車型譜、市場需求、產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢和企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃進行。 （2）選型應(yīng)在對同類型產(chǎn)品進行深入的市場調(diào)查、使用調(diào)查、生產(chǎn)工藝調(diào)查、樣車結(jié)構(gòu)分析與性能分析及全面的技術(shù)、進行分析的基礎(chǔ)上進行 （3）應(yīng)從已有的基礎(chǔ)出發(fā)，對原有車型和引進的樣車進行分析比較，繼承優(yōu)點，消除缺陷，采用已有且成熟可靠的先進技術(shù)與結(jié)構(gòu)，開發(fā)新車型。 （4）涉及應(yīng)遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)、法律，不得侵犯他人專利。 （5）力求零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。 1.3汽車設(shè)計過程 (1)調(diào)查研究與初始決策：選定設(shè)計目標(biāo)，并制定產(chǎn)品設(shè)計工作及方針原則。 (2)總體方案設(shè)計：根據(jù)所選定的目標(biāo)及對開發(fā)目標(biāo)制定的工作方針、設(shè)計原則等主導(dǎo)思想提出整車設(shè)想，即概念設(shè)計（concept design）或構(gòu)思設(shè)計。 (3)繪制總布置草圖，確定整車主要尺寸、質(zhì)量參數(shù)與性能以及各總成的基本形式。 (4)車身造型設(shè)計及繪制車身布置圖：繪制不同外形、不同色彩的車身外形圖；制作相應(yīng)的造型的1：5整車模型；從中選優(yōu)后，再制作1：5或1：1的精確模型。 (5) 編寫設(shè)計任務(wù)書； (6) 汽車總布置設(shè)計； (7) 總成設(shè)計； (8) 試制、試驗、定型。 2. 整車型式的選擇 根據(jù)設(shè)計原則，目標(biāo)和用戶的需求特點，整車設(shè)計人員要提出被開發(fā)車型的整車型式方案，主要包括以下幾部分： (1)發(fā)動機的種類和型式； (2)軸數(shù)和驅(qū)動型式； (3)車頭和駕駛室的型式及與發(fā)動機、前軸(輪)的位置關(guān)系； (4)輪胎的選擇。 2.1發(fā)動機的種類和型式 對于發(fā)動機的種類和型式，在現(xiàn)代汽車上主要選用汽油機和柴油機，用其它燃料或其它種類的發(fā)動機，可根據(jù)車型的需要進行選取。 發(fā)動機的型式有直列式、V型和對置式等。冷卻方式有水冷和風(fēng)冷。 因此要根據(jù)具體車型的使用條件和布置上的結(jié)構(gòu)需要，而選擇不同種類和型式的發(fā)動機。 2.2汽車的軸數(shù)和驅(qū)動型式 不同類型的汽車有不同的軸數(shù)和驅(qū)動型式，這主要根據(jù)使用條件、用途、工廠的生產(chǎn)條件、制造成本及公路的軸荷限值等因素進行選擇。 最常用的是兩軸、后驅(qū)動4×2式汽車，其中轎車還可以采用4×2前驅(qū)動式結(jié)構(gòu)。對于一般總重小于 19t的汽車，都采用4×2后驅(qū)動的布置型式(前驅(qū)動的轎車除外)，因為這種汽車結(jié)構(gòu)簡單、布置合理、機動性好、成本低、適合于公路使用，是—種典型的、成熟的結(jié)構(gòu)型式。 隨著汽車載重量的增加，各相關(guān)總成也要相應(yīng)的加大，汽車的自重也要增加，這樣會造成4×2式的汽車單軸的負荷增加，以致于超過公路、橋梁所規(guī)定的承載限值(公路允許單軸負荷為13t，雙后軸負荷為24t)。為解決此矛盾，一般采用增加汽車軸數(shù)的辦法來減少單軸的負荷，如從4×2變成6×2、6×4、8×4，如果想增加驅(qū)動能力，提高越野通過性能，可以采用4×4、6×6、8×8等增加前驅(qū)動型式的結(jié)構(gòu)，同時也可提高載重量。 采用增加軸數(shù)的辦法，可以提高載重量而不增加單軸負荷，同時還不會增加車箱底板的離地高度，提高通用化、系列化水平，便于生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本等。所以汽車廠家多年來一直都采用這種辦法變型出更多品種的汽車。 根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的ZNZ1091中型貨車的軸數(shù)為兩軸，所選的驅(qū)動形式為4×2（后輪為雙后輪）的布置形式。 2.3車頭、駕駛室的型式 車頭、駕駛室的型式是汽車的最主要的型式之一。其選擇主要決定于用戶的要求、安全性、維修保養(yǎng)的方便性和生產(chǎn)條件等因素。車頭的型式如長頭、平頭、凸頭等都各有其優(yōu)缺點。 車頭、駕駛室與發(fā)動機，前軸(前輪胎)的布置位置，也可組成不同的布置結(jié)構(gòu)，形成不同風(fēng)格的整車外形，使軸荷分配、軸距、轉(zhuǎn)彎直徑等發(fā)生變化。對使用、性能也有一定的影響。綜合以上結(jié)論，本次設(shè)計的最佳的驅(qū)動型式是發(fā)動機前置后輪驅(qū)動、所選的車頭為平頭式結(jié)構(gòu)。 圖2.1駕駛室與發(fā)動機，前軸(前輪胎)的布置位置 2.4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(shè)計開始階段就應(yīng)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(dāng)然還應(yīng)考慮與動力—傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù)(例如汽車的最小離地間隙、總高等)的影響。 輪胎所承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比，稱為輪胎負荷系數(shù)。大多數(shù)汽車的輪胎負荷系數(shù)取為0.9～1.0，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，故它們的輪胎負荷系數(shù)應(yīng)接近下限；對在各種路面上行駛的貨車，其輪胎不應(yīng)超載。在良好路面上行駛且車速不高的貨車，其輪胎負荷系數(shù)可取上限甚至達1.1；對車速不高的重型貨車、重型自卸汽車，此系數(shù)亦可偏大些。但過多超載會使輪胎早期磨損，甚至發(fā)生胎面剝落及爆胎等事故。試驗表明：輪胎超載20％時，其壽命將下降30％左右。 為了提高汽車的動力因數(shù)、降低汽車及其質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對公路用車在其輪胎負荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)應(yīng)盡量選取尺寸較小的輪胎。采用高強度尼龍簾布輪胎可使輪胎的額定負荷大大提高，從而使輪胎直徑尺寸也大為縮小。例如裝載量4t的載貨汽車在20世紀(jì)50年代多用的9.00—20輪胎早已被8.25—20；7.50—20甚至8.25—16等更小尺寸的輪胎所取代。越野汽車為了提高在松軟地面上的通過能力常采用胎面較寬、直徑較大、具有越野花紋的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車制動頻繁，制動鼓與輪輞之間的間隙應(yīng)大一些，以便散熱，故應(yīng)采用輪輞尺寸較大的輪胎。轎車都采用直徑較小、斷面形狀扁平的寬輪輞低壓輪胎，以便降低質(zhì)心高度，改善行駛平順性、橫向穩(wěn)定性、輪胎的附著性能并保證有足夠的承載能力。 我國各種汽車的輪胎和輪輞的規(guī)格及其額定負荷可查相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。轎車輪胎標(biāo)準(zhǔn)見GB 2978—82；貨車和客車的輪胎規(guī)格詳見國標(biāo)GB 516—82。貨車的后輪裝雙胎時，比單胎使用時的負荷可增加10％～15％。 3.汽車主要參數(shù)的選擇 總布置設(shè)計人員應(yīng)初步確定以下各種參數(shù)，作為整車和總成的原始數(shù)據(jù)和工作目標(biāo)。在整車的方案(車頭、駕駛室的型式、發(fā)動機的種類，整車初步的外廓尺寸、主要布置參數(shù)和布置草圖)初步確定之后，整車設(shè)計人員通過圖面工作和計算、初步確定如下目標(biāo)參數(shù)： (1) 汽車主要尺寸參數(shù) (2) 汽車質(zhì)量參數(shù) (3) 主要性能參數(shù) (4) 汽車的機動性參數(shù) (5)估算發(fā)動機的最大功率、最大扭矩及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 (6)變速器的頭檔速比和檔位數(shù)，和驅(qū)動橋的主減速比。 3.1主要尺寸參數(shù)的選擇 通過整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進而確定整車各有關(guān)的(布置)尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設(shè)計提供原始數(shù)據(jù)。 在繪制整車總布置草圖時，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 確定車頭，駕駛室的型式，以及同發(fā)動機、前軸(輪)的相互布置關(guān)系后，繪制布置總布置草圖，并在此基礎(chǔ)上布置各大總成。 (1)車架和車箱； (2)后簧、后橋和車輪； (3)前簧、前軸和車輪； (4)傳動系； (5)轉(zhuǎn)向機構(gòu)及拉桿系統(tǒng)，并確定前輪轉(zhuǎn)角和進行轉(zhuǎn)彎直徑的計算； (6)布置油箱、電瓶、消聲器、貯氣簡、及備胎等其它總成。 完成整車總布置草圖后，整車的外廓尺寸及相關(guān)的布置尺寸參數(shù)已基本確定，然后進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 計算質(zhì)量參數(shù)前，要列出各大總成的質(zhì)量，再定出空載和滿載時各總成的質(zhì)心至前軸和地面的距離，最后計算出空載和滿載時的軸荷分配和質(zhì)心至前軸、地面的距離。 通過整車總布置草圖的繪制，可以初步確定各總成的布置關(guān)系，進而確定整車各有關(guān)的(布置)尺寸參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)，以便為總成設(shè)計提供原始數(shù)據(jù)。 在繪制整車總布置草圖時，可以參考同類車型的相關(guān)總成的外廓尺寸和質(zhì)量，按本車的總布置需要，進行總布置草圖的繪制。初步確定主要布置尺寸和進行質(zhì)量參數(shù)的計算。 汽車的主要尺寸參數(shù)包括軸距、輪距、總長、總寬、總高、前懸、后懸、接近角、離去角、最小離地間隙等。 圖3.1 汽車的主要尺寸參數(shù) 軸距的選擇要考慮它對整車其他尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和使用性能的影響。軸距短一些，汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過半徑就小一些。但軸距過短也會帶來一系列問題，例如車廂長度不足或后懸過長；汽車行駛時其縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時軸荷轉(zhuǎn)移過大而導(dǎo)致其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮對有關(guān)方面的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計汽車的車廂尺寸、軸荷分配、主要性能和整體布置等要求的前提下，將軸距設(shè)計得短一些為好。 在整車選型初期,可根據(jù)要求及駕駛室布置尺寸初步確定軸距: 式中，LH——貨箱長度可根據(jù)汽車的裝載質(zhì)量、載貨長度來確定，或參考同類型、同裝載量汽車的貨廂長度和裝載面積來初步確定； LJ——前輪中心至駕駛室后壁的距離，它與布置方案選擇有關(guān)，在該布置方案選定后，可通過對駕駛室、發(fā)動機和前軸的初步布置或參考同型、同類布置的汽車的這一尺寸初步確定； S——駕駛室與貨廂之間的間隙，一般取50～100mm； LR——后懸尺寸，可根據(jù)道路條件或參考同類型汽車初步確定。 軸距的最終確定應(yīng)通過總布置和相應(yīng)的計算來完成，其中包括檢查最小轉(zhuǎn)彎半徑和萬向節(jié)傳動的夾角是否過大，軸荷分配是否合理，乘坐是否舒適以及能否滿足整車總體設(shè)計的要求等。 汽車輪距對汽車的總寬、總質(zhì)量、橫向穩(wěn)定性和機動性都有較大的影響。輪距愈大，則懸架的角剛度愈大，汽車的橫向穩(wěn)定性愈好，車廂內(nèi)橫向空間也愈大。但輪距也不宜過大，否則，會使汽車的總寬和總質(zhì)量過大。輪距必須與汽車的總寬相適應(yīng)。 汽車的外廓尺寸包括其總長、總寬、總高。它應(yīng)根據(jù)汽車的類型、用途、承載量、道路條件、結(jié)構(gòu)選型與布置以及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)限制等因素來確定。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)力求減小汽車的外廓尺寸，以減小汽車的質(zhì)量，降低制造成本，提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和機動性。GBl589—79對汽車外廓尺寸界限作了規(guī)定。 前懸處要布置發(fā)動機、水箱、風(fēng)扇、彈簧前支架、車身前部或駕駛室的前支點、保險杠、轉(zhuǎn)向器等，要有足夠的縱向布置空間。其長度與汽車的類型、驅(qū)動型式、發(fā)動機的布置型式和駕駛室的型式及布置密切相關(guān)。汽車的前懸不宜過長，以免使汽車的接近角過小而影響通過性。 汽車的后懸長度主要與貨廂長度、軸距及軸荷分配有關(guān)。后懸也不宜過長，以免使汽車的離去角過小而引起上下坡時刮地，同時轉(zhuǎn)彎也不靈活。城市大客車的后懸一般不大于其軸 距的60％，其長度不大于3.5m。輕型及以上的載貨汽車的后懸一般為1.2～2.2m。長軸距、特長貨廂的汽車，其后懸可長達約2.6m。 3.2整車質(zhì)量參數(shù)估算 在整車設(shè)計方案確立后，總布置設(shè)計草圖初步完成的情況下，應(yīng)首先對整車質(zhì)量參數(shù)(包括：空載狀態(tài)下的整車整備質(zhì)量、軸荷分配、質(zhì)心高度；滿載狀態(tài)下的整車最大總質(zhì)量、軸荷分配以及非懸架質(zhì)量等)進行估算，為整車性能計算和總成設(shè)計提供依據(jù)。 各總成質(zhì)量，可通過樣件實測得到，亦可參照同類車型樣件實測值修正得到。 各總成質(zhì)心位置可通過實測得到或按其幾何形狀和結(jié)構(gòu)特點估計得到，然后在整車總布置圖上確定其質(zhì)心相對于前輪中心的縱向位移 (一般規(guī)定在前輪中心后為正值，在前輪中心前為負值)以及空載狀態(tài)下的離地高度；和滿載狀態(tài)下的離地高度。 一般整車總布置圖在滿載狀態(tài)下繪制，在確定各總成質(zhì)心在空載狀態(tài)下的離地高度時應(yīng)考慮到前、后輪胎和懸架相對滿載狀態(tài)的垂直變形的影響；空載狀態(tài)下各總成質(zhì)心縱向位置相對滿載狀態(tài)的變化忽略不記。 3.2.1空車狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計算 整車整備質(zhì)量(自重) 按下式計算： ＝ 式中 No——用估算整車整備質(zhì)量的全部總成數(shù)量(總成的劃分可根據(jù)實際情況由設(shè)計人員自定)； ——整車裝備質(zhì)量，kg。 空車后軸荷按下式計算： ＝ 式中 L——軸距， mm； ——空車后軸荷， kg。 空車前軸荷Mci按下式計算： 式中 Mcf——空車前軸荷， kg。 空車質(zhì)心高度——mgo按下式計算： 式中 ——空車質(zhì)心高度， mm。 3.2.2滿載狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配和質(zhì)心高度的計算 整車最大總質(zhì)量(總重)按下式計算： N1——用于估算整車最大總質(zhì)量的全部總成和負載的數(shù)量(一般在整車整備質(zhì)量基礎(chǔ)上加上乘員和最大裝載質(zhì)量)。 滿載后軸荷按下式計算： 式中 ——滿載后軸荷，kg。 滿載前軸荷按下式計算 ＝ 式中 ——滿載前軸荷，kg 滿載質(zhì)心高度按下式計算： 式中 ——滿載質(zhì)心高度，mm。 3.2.3非懸架質(zhì)量的估算 對于非獨立懸架，整個車橋總成(包括制動器、輪轂、車輪等)都屬于非懸架質(zhì)量；一端與車橋鉸接，另一端與車架固定點鉸接件(如轉(zhuǎn)向拉桿、傳動軸、導(dǎo)向臂、穩(wěn)定桿等)可將靜止時作用于車橋鉸接點的質(zhì)量作為非懸架質(zhì)量(轉(zhuǎn)向拉桿、傳動軸等件可取其質(zhì)量的作為非懸架質(zhì)量)；螺旋彈簧取其質(zhì)量的作為非懸架質(zhì)量；吊掛式鋼板彈簧取其質(zhì)量的作為非懸架質(zhì)量；平衡懸架鋼板彈簧取其質(zhì)量的作為非懸架質(zhì)量。 對于獨立懸架和其它特殊形式的懸架可視其結(jié)構(gòu)特點進行非懸架質(zhì)量估算。 3.2.4整備質(zhì)量利用系數(shù) 汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù)ηm0是汽車的裝載量mG與整備質(zhì)量m0之比，即 它表明單位汽車整備質(zhì)量所承受的汽車裝載質(zhì)量。顯然，此系數(shù)越大表明該車型的材料利用率越高和設(shè)計與工藝水平越高。因此，設(shè)計新車型時在保證汽車零部件的強度、剛度及可靠性與壽命的前提下，應(yīng)力求減輕其質(zhì)量，增大這一系數(shù)值。 各類汽車的整備質(zhì)量利用系數(shù) 汽車類型 ηm0 備注 載貨汽車 輕型 0.8～1.1 柴油車為0.8～1.0 中型 1.2～1.35 重型 1.3～1.7 礦用自卸車 裝載量 MG<45t 1.1～1.5 MG>45t 1.3～1.7 3.2.5軸荷分配 汽車的軸荷分配是汽車的重要質(zhì)量參數(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(shè)計時應(yīng)根據(jù)汽車的布置型式、使用條件及性能要求合理地選定其軸荷分配。 汽車的布置型式對軸荷分配影響較大，例如對載貨汽車而言，長頭車滿載時的前軸負荷分配多在28％上下，而平頭車多在33％～35％。對轎車而言，前置發(fā)動機前輪驅(qū)動的轎車滿載時的前軸負荷最好在55％以上，以保證爬坡時有足夠的附著力；前置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時的后軸負荷一般不大于52％；后置發(fā)動機后輪驅(qū)動的轎車滿載時后軸負荷最好不超過59％，否則，會導(dǎo)致汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性而使操縱性變壞。 在確定軸荷分配時也要考慮到汽車的使用條件。對于常在較差路面上行駛的載貨汽車，為了保證其在泥濘路面上的通過能力，常將滿載前軸負荷控制在26％～27％，以減小前輪的滾動阻力并增大后驅(qū)動輪的附著力。對于常在潮濕路面上行駛的后驅(qū)動輪裝用單胎的4×2平頭貨車，空載時后軸負荷應(yīng)不小于41％，以免引起側(cè)滑。 軸荷分配對前后輪胎的磨損有直接影響。為了使其磨損均勻，對后輪裝單胎的雙軸汽車，要求其滿載時的前后軸荷分配均為50％，而對后輪為雙胎的雙軸汽車，則前后軸荷可大致按1／3和2／3的比例處理。當(dāng)然，在實際設(shè)計中由于許多因素的影響，上述要求只能近似地滿足。 在確定汽車的軸荷分配時，還要考慮汽車的靜態(tài)方向穩(wěn)定性和動態(tài)方向穩(wěn)定性。根據(jù)理論分析，汽車質(zhì)心位置到汽車中性轉(zhuǎn)向點的距離s對汽車的靜態(tài)方向穩(wěn)定性有決定性的影響。這個距離可由下式計算得到： 式中 ，—分別為汽車質(zhì)心離前、后軸的距離。和取決于軸荷分配， ，； —兩個前輪的輪胎側(cè)偏剛度之和，N/rad； —后輪的輪胎側(cè)偏剛度之和，N/rad； —汽車全部輪胎的總側(cè)偏剛度之和，N/rad； 當(dāng)s<0時，亦即當(dāng)L1Ca1－L2Ca2<0時，汽車質(zhì)心位于中性轉(zhuǎn)向點之前，汽車具有不足轉(zhuǎn) 向特性，汽車靜態(tài)的方向穩(wěn)定性較好。反之，當(dāng)s>0時，汽車具有過度轉(zhuǎn)向特性。此時存在著一個臨界車速，低于此車速時，汽車的行駛時穩(wěn)定的，高與此車速，則汽車就不能穩(wěn)定行駛。在汽車設(shè)計時一般希望汽車具有適度的不足轉(zhuǎn)向特性。為此，要很好地匹配上述參數(shù)，使 L1Ca1－L2Ca2<0 汽車動態(tài)方向穩(wěn)定性的條件是 式中，K—穩(wěn)定性因素； v—汽車車速，m/s； L—軸距，m。 3.3主要性能參數(shù)的選擇 3.3.1動力性參數(shù) 汽車的動力性參數(shù)主要有直接檔和I檔最大動力因數(shù)、最高車速、加速時間、汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩等。 3.3.1.1直接檔動力因數(shù)D0max D0max的選擇主要是根據(jù)對汽車加速性與燃料經(jīng)濟性的要求，以及汽車類型、用途和道路條件而異。轎車的D0max隨發(fā)動機排量的增大而增大。中、高級轎車對加速性要求高，故D0max值較大。微型和普通級轎車為了節(jié)省燃料，D0max值較小。載貨汽車的D0max值是隨汽車總質(zhì)量的增大而逐漸減小的，但也有個限度。微型貨車的D0max值較大，輕型貨車次之，因為它們不會拖帶掛車，而且對平均車速和加速性能的要求也較高。中、重型貨車的D0max多在0.04～0.07范圍內(nèi)。對中、重型貨車選擇D0max時的要求是：拖帶掛車后仍能以直接檔在具有3％坡度的公路上行駛。鞍式牽引汽車及半掛車等汽車列車的D0max應(yīng)在0.03以上。礦用自卸汽車的行駛阻力大，其D0max值也應(yīng)不小于0.04?？蛙嚨腄0max值也是隨著其總質(zhì)量的增大而減小，但豪華型客車應(yīng)比普通型客車的D0max值要大一些。 3.3.1.2 Ⅰ檔動力因數(shù)DImax I檔最大動力因數(shù)DImax直接影響汽車的最大爬坡能力和通過困難路段的能力以及起步并連續(xù)換檔時的加速能力。它和汽車總質(zhì)量的關(guān)系不明顯而主要取決于所要求的最大爬坡度和附著條件。對于公路用車，DImax多在0.30～0.38。中級及以上的轎車，其DImax值的上限可高達0.5，以便獲得必要的最低車速和較強的加速能力。礦用自卸汽車(裝載量為6.5t以下)的DImax值多在0.30～0.46，當(dāng)采用液力機械傳動時，由于汽車起步后動力因數(shù)下降較快，為保證有足夠的爬坡速度和加速能力，DImax值還應(yīng)取大一些。軍用越野汽車的爬坡能力要求高達60％～75％，故其DImax值多選擇在0.63以上。 3.3.1.3最高車速Vmax 隨著汽車性能特別是主被動安全性能的提高以及各國公路路面的改善和高速公路的發(fā)展，汽車的最高車速普遍有所提高。選擇時應(yīng)考慮汽車的類型、用途、道路條件、具備的安全條件和發(fā)動機功率的大小等，并以汽車行駛的功率平衡為依據(jù)來確定。本次設(shè)計的ZNZ1091中型貨車的最大速度為90Km/h。 3.3.1.4汽車的比功率和比轉(zhuǎn)矩 這兩個參數(shù)分別表示發(fā)動機最大功率和最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比。比功率是評價汽車動力性能如速度性能和加速性能的綜合指標(biāo)，比轉(zhuǎn)矩則反映了汽車的比牽引力或牽引能力。在比較各國車型的比功率時，應(yīng)考慮到各國內(nèi)燃機功率測定標(biāo)準(zhǔn)的差異。為了保證載貨汽車在高速公路上的速度適應(yīng)性，有些國家對汽車的比功率值有所規(guī)定。我國標(biāo)準(zhǔn)GB7258—97中規(guī)定，對公路用的機動車輛其比功率的最小值不能低于4.8kW／t。農(nóng)用運輸車不低于4kW／t。 3.3.1.5汽車的加速時間 汽車由起步并換檔加速到一定車速Va的時間，稱為“0—Va的換檔加速時間”；而在直接檔下由車速為20km／h加速到某一車速Va (km／h)的時間，稱為"20—Va的直接檔加速時間”，它們均為衡量汽車加速性能和動力性能的重要指標(biāo)。轎車常用“0—100km／h”或“0—80km／h”的換檔加速時間來評價。中、高級轎車的0—100km／h的換檔加速時間約為8～15s；普通級轎車為12～25s。也可采用0—80km／h的換檔加速時間來衡量其加速性能。載貨汽車常用0—60km／h的換檔加速時間或在直接檔下由20km／h加速到某一車速的時間來評價。裝載量2～2.5t的輕型載貨汽車的0—60km／h的換檔加速時間多在0.5～30s；重型貨車的0—50km／h的換檔加速時間為40～60s。城市大客車和旅游用大客車的0—70km／h的換檔加速時間多在33～65s。國外也有用起步并換檔加速行駛到某一距離(例如0—400m，0—500m，0—1000m)所花費的時間來衡量汽車的加速性能的。 3.3.2燃料經(jīng)濟性參數(shù) 汽車在良好的水平硬路面上以直接檔滿載等速行駛100 km時的最低燃料消耗量Q(L／100km)，稱為汽車的“百公里最低燃料消耗量”，是汽車的燃料經(jīng)濟性常用的評價指標(biāo)。它也是滿載的汽車在良好的硬路面上用直接檔以經(jīng)濟車速等速行駛時的百公里耗油量。 單位汽車總質(zhì)量的百公里最低燃料消耗量，又稱為汽車的“單位燃料消耗量” (L／(100km·t))。在新車設(shè)計時，其燃料經(jīng)濟性可參考總質(zhì)量相近的同類車型的百公里耗油量或單位燃料消耗量來估算。下表為載貨汽車的單位燃料消耗量的統(tǒng)計值范圍。轎車的單位燃料消耗量為7.5～10.5L／(100km·t)。國標(biāo)GB4352—84和GB 4353—84分別給出了載貨汽車和載客汽車運行燃料消耗量。 載貨汽車的單位燃料消耗量 汽車總質(zhì)量 (t) 汽油機 柴油機 <4 3.0～4.0 2.0～2.8 4～6 2.8～3.2 1.9～2.1 6～12 2.68～2.82 1.55～1.86 >12 2.50～2.60 1.43～1.53 3.3.3操縱穩(wěn)定性參數(shù) 與總體設(shè)計關(guān)系密切且應(yīng)在設(shè)計中當(dāng)作設(shè)計指標(biāo)予以控制的操縱穩(wěn)定性參數(shù)參數(shù)有： (1) 轉(zhuǎn)向特性參數(shù)； 由于輪胎的側(cè)偏使前、后軸產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)偏角。其角度差為正、負、零時使汽車分別獲得“不足轉(zhuǎn)向”、“過度轉(zhuǎn)向”和“中性轉(zhuǎn)向”等特性。為了保證良好的操縱穩(wěn)定性，希望得到不足轉(zhuǎn)向特性。通常用汽車以0.4g的向心加速度作定圓等速行駛時前、后軸的側(cè)偏角之差作為評價轉(zhuǎn)向特性的參數(shù)，希望它是一個較小的正角度值，例如轎車以1o～3o為宜。 (2) 車身側(cè)傾角； 汽車以0.4g的向心加速度作勻速圓周運動時的車身側(cè)傾角應(yīng)在3°之內(nèi)，在大不超過7°。 (3) 制動點頭角； 汽車以0.4g的減速度制動時的車身點頭角應(yīng)不大于1.5°。 3.3.5行駛平順性參數(shù) 行駛平順性通常用車身振動參數(shù)來評價。在總體設(shè)計時，通常應(yīng)給出前后懸架的偏頻或靜撓度、動撓度以及車身振動加速度等參數(shù)值作為設(shè)計要求。 前、后懸架的偏頻與應(yīng)接近且應(yīng)使略高于，以免發(fā)生較大的車身縱向角振動。但微型轎車因軸距短使后排座接近后輪，為了改善其后座的舒適性，可以將后懸架設(shè)計的軟一些而使，下表為各類汽車的偏頻和靜、動撓度值的一般范圍。對于舒適性要求高的汽車偏頻值取低限。對于前、后懸架的靜撓度值和的匹配，推薦??；而對于貨車考慮到前、后軸荷的差別和避免駕駛員疲勞，則前、后靜撓度值之比要更大些。 車型 滿載偏頻Hz 滿載靜撓度 滿載動撓度 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 前懸架 后懸架 轎車 普通級、中級 1.02～1.44 1.18～1.58 12～24 10～18 8～11 10～14 高級 0.91～1.12 0.98～1.29 20～30 15～26 8～11 10～14 客車 1.29～1.89 7～15 5～8 載貨汽車 1.51～2.04 1.67～2.23 6～11 5～9 6～9 6～8 越野汽車 1.391～2.04 12～24 7～13 3.3.6制動性參數(shù) 常以制動距離、制動減速度和制動踏板力作為汽車制動性能的主要設(shè)計指標(biāo)和評價參數(shù)。制動距離是指在良好的試驗跑道上和規(guī)定的車速下，緊急制動時由踩制動踏板起到完全停車的距離。我國通常以車速為30km／h和50km／h的最小制動距離來評比不同車型的制動效能。對于緊急制動時踏板力，貨車要求不大于700N；轎車要求不大于500N。設(shè)計中在制訂制動性能標(biāo)準(zhǔn)時還應(yīng)適應(yīng)有關(guān)安全性的國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等對汽車制動效能的要求。 3.3.7通過性參數(shù) 汽車類型 最小離地間隙(m) 接近角(o) 離去角(o) 總線通過半徑(m) 轎車 微型、普通級 0.12～0.18 20～30 15～23 3～5 中級、中高級、高級 0.13～0.20 5～8 客車 輕型 0.18～0.22 12～40 8～20 中型、大型 0.24～0.29 9～20 5～9 貨車 輕型 0.18～0.22 25～60 25～45 2～4 中型、重型 0.22～0.30 4～7 礦用自卸汽車 >0.32 越野汽車 0.26～0.37 36～60 35～48 1.9～3.6 4.發(fā)動機選型 發(fā)動機選型的依據(jù)因素很多，如汽車的類型、用途、使用條件、總布置型式、總質(zhì)量及動力性指標(biāo)、經(jīng)濟性要求、材料和燃料資源、排氣污染和噪聲方面的法規(guī)限制、已有的發(fā)動機系列及其技術(shù)指標(biāo)水平、技術(shù)發(fā)展趨勢、生產(chǎn)條件與制造成本、市場預(yù)測情況以及將來的配件供應(yīng)及維修條件等，通常要經(jīng)過多種方案的比較甚至通過先行的試驗研究才能選定一個好的方案。 4.1發(fā)動機基本形式的選擇 至今世界上絕大多數(shù)的汽車都是采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機，其中絕大多數(shù)的轎車采用汽油機，而幾乎全部的重型貨車、絕大多數(shù)的中型貨車和相當(dāng)一部分輕型貨車則采用柴油機。近二三十年來在極少數(shù)汽車上采用了轉(zhuǎn)子發(fā)動機、燃氣輪機、高能蓄電池和電動機等動力裝置。為消除污染以蓄電池為能源的電動汽車受到各國的重視，列為發(fā)展方向并在加緊研制中。但從目前的情況來看，在相當(dāng)長的時期內(nèi)，往復(fù)式內(nèi)燃機仍將是汽車發(fā)動機的主要型式。因此，這里僅就汽車內(nèi)燃機的選型問題進行討論。 在汽車發(fā)動機基本型式的選擇中首先應(yīng)確定的是采用汽油機還是柴油機，其次是氣缸的排列型式和發(fā)動機的冷卻方式。 就世界范圍而言，大型汽車的發(fā)動機已經(jīng)柴油化，中型汽車也多采用柴油機，輕型載貨汽車采用柴油機的也不少，甚至歐洲已將小型高速柴油機用到某些轎車上。與汽油機相比，柴油機具有油耗低、燃料經(jīng)濟性好、無點火系統(tǒng)，故障少、工作更可靠，耐久性好、壽命長，排氣污染較低和防火安全性好等優(yōu)點。但一般柴油機的振動及噪聲較大，輪廓尺寸及質(zhì)量較大，造價較高，起動較困難并易冒黑煙。近年來，由于柴油機在產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝方面的不斷完善，其上述缺點已得到較好的克服。較大馬力、高轉(zhuǎn)速、低噪聲、小型化且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的柴油機的研制開發(fā)成功，使裝柴油機的輕型汽車日益增多，在轎車上的裝用也取得成功。但預(yù)計在今后相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，考慮到燃料使用的平衡及汽油機的轉(zhuǎn)速高、升功率高、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性較好、輪廓尺寸及質(zhì)量較小、便于布置、振動及噪聲較低和適于高速車輛等特點，絕大多數(shù)的轎車和小型車輛仍將采用汽油機，而裝載量6t以上的汽車將全部裝用柴油機，裝載量2—5t的部分輕型和中型汽車則采取兩種發(fā)動機均可安裝而由用戶選擇的方式為宜。 按氣缸排列型式，發(fā)動機又有直列、水平對置和V型等區(qū)別。直列式的結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價低廉、工作可靠、寬度小、易布置，因而在中型及以下的貨車上和排量不大的轎車上得到了廣泛應(yīng)用。4L以下的汽油機多采用直列式，但對大排量的直列發(fā)動機而言，不是缸徑過大，就是缸數(shù)過多，使發(fā)動機過長和過高，質(zhì)量也過大。因此，在中高級以上的轎車、重型載貨汽車和重型越野汽車上，采用V型發(fā)動機的日益增多。V型發(fā)動機相對于直列式有許多優(yōu)點，其長度顯著縮短(約25％～30％)，高度降低，質(zhì)量減小約20％～30％；曲軸箱及曲軸的剛度增大；易于設(shè)計尺寸緊湊的高轉(zhuǎn)速、大功率發(fā)動機且易于系列化，如V6，V8，V1O及V12等，而直列式通常到6缸，最多8缸。對于長度受到限制的車輛來說，由于V型發(fā)動機的長度短，適宜于這類車輛的總體布置，但由于其寬度大，故在乎頭車上布置困難。V型發(fā)動機的造價高，故在應(yīng)用中受到限制，多用于排量在6L以上和缸徑大于150mm的汽油機和12L以上的柴油機。水平對置式發(fā)動機的高度低且易于平衡，水平對置雙缸發(fā)動機在微型汽車上得到應(yīng)用。 按冷卻方式，發(fā)動機又有水冷式和風(fēng)冷式之分。水冷發(fā)動機冷卻均勻可靠，散熱好，氣缸變形小，缸蓋、活塞等主要零件的熱負荷較低，可靠性高；能很好地適應(yīng)大功率發(fā)動機的冷卻要求；發(fā)動機增壓后也易于采取措施(加大水箱、增加泵量)加強散熱；噪聲?。卉噧?nèi)供暖易解決。因此，絕大多數(shù)的汽車都采用了水冷發(fā)動機。但其冷卻性能受氣溫影響顯著，設(shè)計時應(yīng)考慮避免高溫天氣出現(xiàn)發(fā)動機過熱的問題。風(fēng)冷發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)簡單，維修簡便；對于在沙漠和缺水地區(qū)及炎熱、酷寒地區(qū)使用的適應(yīng)性好，不會產(chǎn)生發(fā)動機過熱和凍結(jié)等故障；還可省去消耗銅材的水箱。但大缸徑的風(fēng)冷發(fā)動機的冷卻不夠均勻；缸蓋等有關(guān)零件的熱負荷高，可靠性不及水冷式的；噪聲大；油耗較高，故僅在安裝小排量發(fā)動機的微型汽車上得到應(yīng)用，在其他類型的汽車上應(yīng)用不多。大型風(fēng)冷發(fā)動機雖也能達到較高的性能指標(biāo)，但需采用較多的結(jié)構(gòu)、工藝措施，造價較高。 4.2主要性能指標(biāo)的選擇 4.2.1發(fā)動機最大功率Pe max及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速np 發(fā)動機功率愈大則汽車的動力性愈好，但功率過大會使發(fā)動機功率利用率降低，燃料經(jīng)濟性下降，動力傳動系的質(zhì)量也要加大。因此，應(yīng)合理地選擇發(fā)動機功率。 設(shè)計初可參考同類型、同級別且動力性相近的汽車的比功率進行Pe max的估算或選取。Pe man亦可根據(jù)所要求的最高車速Ue max。 按下式計算出: 式中：——_發(fā)動機最大功率，kW： ——傳動系的傳動效率，對單級主減速器驅(qū)動橋的4× 2式汽車取≈0.9； —汽車總質(zhì)量，kg； __重力加速度，m／s2； __滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取0.02，對礦用自卸汽車取0.03，對轎車等高速車輛需考慮車速影響并?。?.0165+0.0001(Va-50)； ___最高車速，km／h； CD—空氣阻力系數(shù)，轎車取0.4～0.6，客車取0.6～0.7，貨車取0.8—1.0 A__汽車正面投影面積，㎡，若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距B1、汽車總高H、汽車總寬B等尺寸近似計算： 對轎車 A≈0.78BH， 對載貨汽車 A≈B1 H。 按上式求出的Pe max應(yīng)為發(fā)動機在裝有全部附件下測定時得到的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％。 在整車選型階段還應(yīng)對發(fā)動機最大功率時的轉(zhuǎn)速np±△np提出要求，因為它不僅影響發(fā)動機本身的技術(shù)指標(biāo)和使用性能及壽命，而且影響整車的性能(例如)、傳動系的壽命以及對主減速比i0的選擇。 近年來，隨著車速的提高，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也在不斷地提高。同時，提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速也是提高其功率、減小其質(zhì)量的有效措施。但提高轉(zhuǎn)速會使活塞的平均速度加快及熱負荷增高、曲柄連桿機構(gòu)的慣性力增大而加劇磨損，導(dǎo)致壽命下降，并加大振動和噪聲。因此，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高也有一定的限度。當(dāng)前，轎車汽油機的， 大多為4000—6000r／min；輕型貨車汽油機的 大多為3800～5000r／min；中型貨車汽油機的多為3200—4400r／min；其柴油機的多為2200～3400r／min；重型貨車柴油機的多為1800～2600r／min；轎車和輕型客車、輕型貨車用的小型高速柴油機的多為3200～4200r／min。應(yīng)根據(jù)汽車與發(fā)動機的類型、最高車速、最大功率、選用的活塞平均速度Cm、活塞沖程s、缸徑、缸數(shù)、工藝水平等因素來合理的確定 (Cm＝s·／30，單位為m／s)。 4.2.2發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Te max及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速nm 當(dāng)發(fā)動機最大功率和其相應(yīng)轉(zhuǎn)速確定后，可用下式確定發(fā)動機的最大扭矩。 式中：——發(fā)動機最大扭矩，N·m； ——扭矩適應(yīng)性系數(shù)； 即＝；一般汽油機，柴油機；值的大小，標(biāo)志著行駛阻力增加時，發(fā)動機沿外特性曲線自動增加扭矩的能力。的大小可參考同類樣機的數(shù)值進行選取。 ——為最大功率點的扭矩，N·m； ——最大功率點轉(zhuǎn)速，r／min。 在選取發(fā)動機最大扭矩點的轉(zhuǎn)速時，一般希望該轉(zhuǎn)速與最大功率點的轉(zhuǎn)速有一定的比例關(guān)系，即保證（轉(zhuǎn)速適應(yīng)性系數(shù)）在1.4—2.0之間，如果取得過高，會使的比值變小，若小于1.4，會使直接檔的穩(wěn)定車速偏高，造成在市區(qū)內(nèi)行駛、轉(zhuǎn)彎等情況下增加換擋次數(shù)。所以希望不要太高。 4.3傳動系參數(shù)的選擇 4.3.1最小傳動比的選擇 整車傳動系最小傳動比的選擇，可根據(jù)最高車速及其功率平衡圖來確定。 在普通的載貨汽車上，變速器的最高檔大都取1.0，則傳動系的最小總傳動比即為驅(qū)動橋的主減速比io，若有超速檔或副變速器、分動器時，最小傳動比則為它們的速比和i的乘積。 4.3.2最大傳動比的選擇 最大傳動比為變速器的頭檔速比與主減速比的乘積。該速比主要是用于汽車爬坡或道路條件很差（阻力大）的情況下（此時空氣阻力可以不計）汽車仍能行駛。 此時變速器最大速比 式中 ——最大爬坡角度，； ——車輪滾動半徑，m。 求出以后，再驗算一下附著條件，牽引力不應(yīng)大于附著力 式中 ——最大牽引力，N； ——附著力，N； --驅(qū)動橋質(zhì)量，kg； ——附著系數(shù)，?。?.7。 最后驗算最低檔時的最低穩(wěn)定車速，該車速沒有規(guī)定的限值。一般情況下，載貨汽車，只要能滿足最大爬坡度的要求(即最大動力因數(shù))，那最低穩(wěn)定車速也能滿足。但越野車為了避免在松軟地面上行駛時，土壤受沖擊剪切破壞而損害地面附著力，要求車速很低，此時的最大速比為 式中 ——發(fā)動機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，r/min； 對于汽油機＝350 r/min～500 r/min； 對于柴油機＝650 r/min～850 r/min； ——汽車最低穩(wěn)定車速，km／h。 4.3.3變速器檔位數(shù)的選擇 變速器檔位數(shù)的多少，要根據(jù)汽車的類型，使用條件和性能要求及最高檔和最低檔的速比范圍大小而定。 載貨汽車的噸位越小，檔位數(shù)可取少些，隨著噸位的增大，檔位數(shù)也增多。這主要從動力性、經(jīng)濟性、操縱性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及需要進行選擇。 檔位數(shù)越多，發(fā)動機的功率利用率越高(高功率區(qū)工作時間長)，既增加了動力性，同時也增加了發(fā)動機在低油耗區(qū)工作的可能性，提高了燃油經(jīng)濟性。 由于相鄰檔之間的比值不能太大(一般不超過1.7～1.8，太大時換檔困難，所以在最大傳動比與最小傳動比值越大，則檔位數(shù)也應(yīng)增多。而檔位多的變速器即7個前進檔時，其變速器的結(jié)構(gòu)，特別是操縱機構(gòu)會很復(fù)雜，所以有的車輛就采用增加前置或后置式副變速器的辦法來解決此矛盾。如需要全輪驅(qū)動，可以增設(shè)兩檔的分動器。本次設(shè)計貨車的變速器共五個檔前進檔，一個倒車。各檔的傳動比如下； 一檔 二檔 三檔 四檔 五檔 倒檔 4.76 2.808 1.54 1.00 0.756 4.99 5.總布置圖的繪制 在總成進行方案布置和設(shè)計計算的同時，要進行整車總體布置的有關(guān)計算(參數(shù)確定和性能計算)工作，并要在整車方案布置草圖及各總成匹配布置的基礎(chǔ)上正式繪制和布置整車總布置圖。 整車總布置圖包括側(cè)視圖、俯視圖、前視圖和必要的斷面布置圖、局部布置圖。 在繪制整車總布置圖的過程中，要隨時配合、調(diào)整和確認(rèn)其各總成的外廓尺寸、結(jié)構(gòu)、布置型式、連接方式、各總成之間的相互關(guān)系、操縱機構(gòu)的布置要求，懸置的結(jié)構(gòu)與布置要求、管線路的布置與固定、裝調(diào)的方便性等。 整車布置應(yīng)從車型系列化角度出發(fā)，減少基礎(chǔ)布置的變動，并可變型出多種車型，以適應(yīng)大量生產(chǎn)和用戶不同的使用要求，從而可以降低成本，提高可靠性。、 5.1發(fā)動機及傳動系的布置 根據(jù)總布置草圖中所確定的發(fā)動機、前軸及前輪的相互位置關(guān)系、發(fā)動機總成、散熱器總成、車頭駕駛室總成的外形圖，一起在總布置圖中進行細化、準(zhǔn)確定位，最后確定其坐標(biāo)位置。 布置時要注意以下幾點： ①油底殼與前軸的最小跳動距離； ②油底殼與橫拉桿的間隙，除前軸垂直跳動量外，還要考慮制動時由于前簧的S變形而造成前軸向前有一轉(zhuǎn)角(約3～4)所要求的額外間隙。特別是前驅(qū)動橋的傳動軸與油底殼或附近的橫梁等零件的間隙也應(yīng)如此。 ③散熱器與風(fēng)扇的位置關(guān)系。一般風(fēng)扇至散熱器芯部表面至少留40mm以上的間隙。風(fēng)扇中心與散熱器芯部中心可以對齊，或者高于芯部中心，但風(fēng)扇不要超過上水室下邊，這樣的布置冷卻效果差； ④曲軸中心線與車架上表面——零線，有一前高后低的夾角(約2°～5°)，一般取3°左右。目的是能使汽車在滿載狀態(tài)時，傳動系的軸線互相之間夾角最小，甚至從前至后成為一條直線，以提高萬向節(jié)的傳動效率和減少磨損； ⑤滿載時傳動軸的正常夾角在4°以下最好，希望不超過8°。越野車的傳動夾角可達11°多。有條件時，驅(qū)動橋自身可以傾斜一個角度，以便滿足傳動軸的等角速運轉(zhuǎn)，或減小傳動軸的夾角； ⑥單根傳動軸不易過長，必要時可加中間支承，變成兩根或多根傳動軸傳動。 轎車傳動軸的布置，在不影響離地間隙的情況下，主要考慮車身地板的傳動軸鼓包越小越好，因此傳動線可布置成中間低兩頭高的形式。 5.2車頭、駕駛室的布置 在發(fā)動機與車架、前軸、前輪布置關(guān)系確定后，即可布置車頭、駕駛室，在總成設(shè)計階段，對其關(guān)系進行協(xié)調(diào)。因此在這僅對其相互位置關(guān)系進行最后布置上的確認(rèn)和坐標(biāo)、尺寸的確定。 5.3動軸的布置 當(dāng)發(fā)動機、離合器及變速器這一動力傳動總成和后驅(qū)動橋的位置確定后，則可布置萬向節(jié)與傳動軸。 下圖給出了一根傳動軸兩端裝有萬向節(jié)這種最簡單的萬向節(jié)傳動的兩種布置應(yīng)使萬向節(jié)傳動兩端的夾角盡量相等，其數(shù)值在汽車滿載靜止時不應(yīng)大于4o，最大應(yīng)超過7o。 轎車為了盡量減小地板上的傳動軸通道凸包高度，在不低于其最小離地間隙的前提下，都盡量降低傳動軸的高度，但應(yīng)使萬向節(jié)叉軸線夾角不超過允許值。圖中(a)所示的U型布置方案可滿足這一要求。然而當(dāng)載荷變動使后驅(qū)動橋離開設(shè)計位置時，U型布置傳動軸的前后萬向節(jié)叉的軸線夾角的差值將增大而破壞等速條件，這也是引起傳動系振動的原因，應(yīng)采取專門的措施，例如，選擇適宜的后懸架導(dǎo)向裝置的幾何參數(shù)，采用非對稱板簧，采用等速萬向節(jié)等。萬向節(jié)傳動軸與地板之間的間隙可取10～15mm。 圖5.4 萬向節(jié)傳動的兩種布置方案 （a)U型布置；(b)Z型布置 5.4懸架的布置 以載貨車的板簧為主，介紹布置上的要求。 前板簧的布置要保證主銷后傾角的要求，同時這種前高后低的布置也有利于產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向。 板簧的支架應(yīng)盡量減少懸臂的長度，以求在較小尺寸和質(zhì)量的前提下，獲得較大的強度和剛度。 后板簧的布置應(yīng)做到前低后高，亦可獲得不足轉(zhuǎn)向。特別是高速轎車、輕型客車及吉普車等一定要考慮。對于載貨車，可能因結(jié)構(gòu)原因而造成布置上難度較大，則可較少考慮。 減振器應(yīng)盡量布置成垂直狀態(tài)，以最大限度地利用其有效行程和減少偏差。若空間不允許，也可斜置。布置時應(yīng)注意下支點的離地高度，后減振器的上支點不應(yīng)高出車架上表面太高(不應(yīng)超過80mm)，以免影響改裝車的裝配和布置。 注意減振器上下行程的分配，不能發(fā)生上下頂死現(xiàn)象。 前懸架采用獨立懸架時，要注意導(dǎo)向機構(gòu)的運動對前輪定位角、輪距變化的影響及布置上的抗點頭角的作用，拆裝油底殼的方便性等。 5.5車架總成外形及其橫梁的布置 先確定車架縱梁的斷面(膠板)高度，可通過有限元計算，并參考同類樣車的車架最大斷面高度，決定車架的最大斷面高度。 車架縱粱的外形，對于一般載貨汽車來講，前后軸之間的車架縱梁的斷面高度為最大值，而在前、后軸附近及前、后端的斷面高度均可變小，大多數(shù)車的前軸和后橋中心都處在車架縱粱斷面高度變化的過渡區(qū)內(nèi)。 也有的載貨汽車或越野車，車架縱梁的后部斷面也取為最大值。對產(chǎn)量不大的重型車，車架從前到后采用等直的斷面高度，即為落料成矩形斷面，再壓彎成“C”型結(jié)構(gòu)，這樣的縱梁制造工藝簡單、成本低，但是質(zhì)量偏大，前部布置上不太理想。 車架前部的變斷面，除要保證足夠的強度和剛度外，形狀的變化及選擇，要考慮布置上的需要和沖壓的工藝性，如前簧的布置，主銷后傾角度、前輪的跳動量、發(fā)動機和散熱器等的懸置結(jié)構(gòu)和處理是否理想、車頭或駕駛室懸置的布置等，最后進行綜合平衡后再確定車架前部外形尺寸和斷面高度。 車架總成外寬的確定 不同的車型、不同的廠家，所選的車架總成外寬不一樣，雖然國家制訂了車架外寬的標(biāo)準(zhǔn)，但目前國內(nèi)沒有達到統(tǒng)一。 對車架總成的外寬，其前、中、后部不等，主要取決于布置上的需要。前部外寬取決于發(fā)動機的外寬及懸置結(jié)構(gòu)的布置、散熱器的尺寸及懸置、前輪距、前輪胎的型號及車輪最大轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向縱拉桿和減振器的布置、前懸架的結(jié)構(gòu)型式和布置位置等因素。后部車架的外寬取決于后懸架的結(jié)構(gòu)、尺寸、布置及后輪胎(特別是雙胎)的型號、布置尺寸、整車外寬(不允許超過2.5m)。車架中部的外寬主要考慮國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，及前、后部寬度的差值的大小和過渡區(qū)的工藝性等，盡量采用前、中、后部等外寬的車架，這樣工藝性比較好，質(zhì)量容易保證。 轎車的車架主要是根據(jù)布置需要，多采用承載式車身，而高級的轎車還是采用有車架式結(jié)構(gòu)，但車架的外形都根據(jù)布置上的需要，做成前后窄而高、中間寬而低的形式，這樣可以保證整車質(zhì)心低而且運行平穩(wěn)。 車架總成的橫梁布置應(yīng)均勻、結(jié)構(gòu)合理，在膠板上有總成固定支架的地方(即力的作用點)，應(yīng)布置橫梁，以便減少縱梁腹板的側(cè)彎。懸架支架、發(fā)動機懸置、油箱、電瓶、駕駛室懸置等處都應(yīng)考慮布置橫梁。 5.6轉(zhuǎn)向系的布置 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的布置，主要是保證駕駛員操縱輕便、舒適，并使汽車具有較高的機動性和靈敏度，轉(zhuǎn)彎時減少車輪的側(cè)滑，減輕轉(zhuǎn)向盤上的反沖力和有自動回正作用。 轉(zhuǎn)向系布置的關(guān)鍵要保證轉(zhuǎn)向傳動裝置及拉桿系統(tǒng)有足夠的剛度和較小的傳動比變化量。 轉(zhuǎn)向機及轉(zhuǎn)向柱的固定要牢靠，角度及轉(zhuǎn)向盤的高度位置應(yīng)保證駕駛員操作靈便，手臂沒有被架高的感覺，抬腿蹬踏板時不碰轉(zhuǎn)向盤。 拉桿必須有足夠的剛度，特別是彎拉桿，要保證沒有彈性變形。在前輪左右最大轉(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi)，各節(jié)點不能出現(xiàn)發(fā)卡，磨擦現(xiàn)象，拉桿之間不能出現(xiàn)死角，在轉(zhuǎn)向過程當(dāng)中傳動比的變化應(yīng)盡量小。 在系列車型設(shè)計當(dāng)中，由于軸距的變化會影響梯形底角的變化，在實際生產(chǎn)中，這種細小的變動很難處理，管理上容易出現(xiàn)誤裝或錯裝，生產(chǎn)也不好安排，為此就應(yīng)在設(shè)計時回避這一誤區(qū)。轉(zhuǎn)向梯形的確定，以系列車型中，產(chǎn)量最大的、或軸距居中的車型、亦可兩者兼顧后決定以某一車型為基礎(chǔ)設(shè)計其轉(zhuǎn)向梯形，其它車型直接乘用，這樣便于組織生產(chǎn)和發(fā)展變型車；對使用影響也不大。 在縱置板簧的布置中，轉(zhuǎn)向垂臂的球頭中心應(yīng)與板簧的跳動中心重合或接近，上節(jié)臂的球頭中心應(yīng)與主片的高度相差，這樣可以減少車輪跳動時的干涉量，緊急制動時的干涉跑偏問題。 轉(zhuǎn)向盤的高度、轉(zhuǎn)向柱的角度固定方式等可與車身總布置共同商定，亦可在1：1的內(nèi)模型內(nèi)確定，并與腳踏板和坐椅一同考慮。 5.7制動系統(tǒng)的布置 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：汽車上應(yīng)配有行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)、應(yīng)急制動功能，三者可以獨立、亦可互相聯(lián)系，當(dāng)某二者失靈(踏板或制動閥除外)，另一系統(tǒng)仍具有應(yīng)急的制動功能。應(yīng)急制動的操作必須方便可靠，它可與行車制動或駐車制動的操縱機構(gòu)結(jié)合，但三者不能合在一起。對于駐車制動，要求它必須通過機械裝置把工作部件(制動器)鎖止，解除也應(yīng)方便可靠。 行車制動必須采用雙回路或多回路系統(tǒng)，當(dāng)部分管路失效后，其余部分仍有至少30％的制動效能。 總質(zhì)量大于12t的長途客車、旅游客車和總質(zhì)量大于16t并帶10t掛車的列車必須裝ABS，所以配合好制動系統(tǒng)的布置和設(shè)計是非常重要。 整車設(shè)計人員要與總成設(shè)計人員共同商定，選擇行車和駐車制動器的方案、制動操縱方式及驅(qū)動機構(gòu)的型式、結(jié)構(gòu)和布置。 一般輕、轎車上均采用液壓制動系統(tǒng)。中、重型車上采用氣壓制動系統(tǒng)。兩種不同的驅(qū)動機構(gòu)要求制動器的布置、整車制動系統(tǒng)的配置、操縱機構(gòu)的型式和結(jié)構(gòu)等也各不相同，所以對制動系統(tǒng)的方案選擇和進行合理的布置是非常關(guān)鍵的。 5.8進、排氣系統(tǒng)的布置 進氣與排氣系統(tǒng)方案的選擇及布置的合理性，對整車的性能、可靠性、排放和振動噪聲等有影響。 空氣濾清器及進氣管路是保證發(fā)動機得到充足和清潔空氣的通道，所以吸氣口要放在空氣暢通、清潔、灰塵少的部位，管道長度應(yīng)盡量短，以便減少阻力。空氣濾清器的容量要足夠，特別在風(fēng)沙、灰土大的地區(qū)，要加大空氣濾清器的容量，以增加濾清效果，減少發(fā)動機的磨損和保證其正常地工作。 一般長頭車的空氣濾清器放在發(fā)動機罩內(nèi)，但平頭車或重型車的空氣濾清器(空氣濾清器較大)都放在車身(頭)的外面，有的從駕駛室背后豎起一個煙囪式的通氣管道，吸氣口在上端朝下或朝外。有的平頭車的進氣管道放在了乘客側(cè)的車門和風(fēng)窗玻璃的交接縫處，雖然不美觀，但對性能有益。 對于長頭重型車，由于空濾器較大，也可放在車頭側(cè)面。 排氣系的布置要保證發(fā)動機排氣暢通，阻力小(排氣制動系統(tǒng)除外)，同時要盡量減少噪聲和振動，排氣口要朝左或右，不許朝向人行道。 排氣管道的布置與油箱的距離應(yīng)大于300mm，若布置不開時，中間可加隔熱板。 排氣管道的任何部位(除排氣尾管的排氣口外)都不允許發(fā)生漏氣現(xiàn)象，以防止產(chǎn)生振動的噪聲。 消聲器進氣管應(yīng)盡量與動力總成固定在一起，以減少振動干涉。排氣系統(tǒng)在整車(車架)上要用軟墊進行支承和固定，以減少管道各接口處的振動和干涉。 在布置消聲器時，注意離地間隙大小，特別是轎車更應(yīng)選擇合適的方案，不應(yīng)影響通過性。 5.9操縱系統(tǒng)的布置 轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱的布置前面已經(jīng)論述，這里僅對踏板(離合器、制動、油門)裝置、變速操縱，駐車制動裝置等進行論述。 所有踏板和操縱手柄位置都應(yīng)按人體工程學(xué)的要求進行布置，可