汽车设计三级项目最后一组

《汽车设计》课程
三级项目设计指导书
汽车动力总成匹配与总体设计
组别：车辆工程13-03班第九组成员：于嘉诺、荀子龙、宋子豪、甄雷
2016年10月
设计题目
载客汽车动力总成匹配与总体设计
1.整车性能参数
设计一辆用于长途中型载客的汽车。

整车尺寸（长×宽×高）7340mm×2290mm×2900mm
轴数2
轴距3800mm
总质量8300kg
整备质量6000kg
公路行驶最高车速105km/h
最大爬坡度≧20%
前/后悬1180/2360mm
前/后轮距1830/1680mm
2. 具体设计任务
1）查阅相关资料，根据设计题目中的具体特点，进行发动机、离合器、变速箱、传动轴、驱动桥以及轮胎的选型。

2）根据所选总成进行汽车动力性的估算，实现整车的优化配置。

3）撰写设计说明书。

目录
第一节整车主要目标参数的初步确定 (4)
一、发动机的选择 (4)
二、轮胎的选择 (6)
三、传动系最小传动比的确定 (7)
四、传动系最大传动比的确定 (8)
第二节传动系各总成的选型 (10)
一、发动机的选型 (10)
二、离合器的选型 (10)
三、变送器的选型 (10)
四、传动轴的选型 (11)
五、驱动桥的选型 (11)
第三节动机与传动系部件确定................................................................................................
第一节 整车主要目标参数的初步确定
一、发动机的选择
1.发动机的最大功率及转速的确定
汽车的动力性能在很大程度上取决于发动机的最大功率。

如要求设计的载客
汽车最高车速是a u =105km/h ，那么发动机的最大功率应该大于或等于以该车速
行驶时，滚动阻力功率与空气阻力功率之和，即
⎪⎭
⎫ ⎝⎛+≥max 3D max 7614036001max P a a a T u A C u gf m e η （1-1） 式中，max P e 是发动机最大功率(kW) ； T η是传动系效率(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)，T η=95 % × 95 % × 98 % × 96 % =84.
9 %，传动系各部件的传动效率如表1-1所示；a m 是汽车总质量，a m = 8300kg ；
g 是重力加速度，g =9. 8m/s²；
f 是滚动阻力系数，由试验测得，在车速为100km/h 左右的情况下可认为是常数。

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1-2所示。

取f =0.012； D C 是空气阻力
系数，一般中重型货车可取0.8～1.0，轻型货车或大客车取0.6～0.8，中小型客
车取0. 4～0. 6，轿车取0. 3～0. 5，赛车取0. 2～0. 4，这里取D C =0. 6 ； A 是
迎风面积（m²），取前轮距1B ×总高H ，A =1.830*2.900m 2
22D 3.2m 2.900m 1.8306.0A C =⨯⨯=
故
90.87kW kW 10576140 2.9001.8306.010********.081.98300849.01P 3max =⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯+⨯⨯⨯≥e
也可利用比功率的统计值来确定发动机的功率值。

如选取功率为90.87kW 的
发动机，则比功率为
t / kW 10.95t / kW 00
8390.871000m P 1000max =⨯=a e 参考宇通、金龙等同类型客车，并参照表1.3.3 营运客车等级评定性能指标，
可知普通中型载客汽车比功率均在11kW/t 以上，即总质量8.3t 的汽车，其发动
机应该具有的功率P e =11×8.3=91.3kW ；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103kW 。

表1-1 传动系各部件的传动效率
表1-1 传动系各部件的传动效率
表1-2 良好路面上常用轮胎的滚动阻力系数
2.发动机最大转矩及其转速的确定
当发动机最大功率和其相应转速确定后，可通过下式确定发动机的最大转矩。

P
emax max n αP 9549T =e （1-2） 式中，max e T 是发动机最大转矩（N·m ）；α是转矩适应性系数，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，P e T T max =
α，P T 是最大功率时的转矩（N·m ），α可参考同类发动机数值选取，初取α=1.05；max e P 是发动机最大功率（kW ）；P n 是最大功率时的转速（r/min ）。

所以 m 368.83N m N 008210305.19549max e ⋅=⋅⨯⨯
=T 一般用发动机适应性系数T
P n n α=Φ，表示发动机转速适应行驶工况的程度，Φ值越大，
说明发动机的转速适应性越好。

采用Φ值大的发动机可以减少换挡次数，减轻司机疲劳、减少传动系的磨损和降低油耗。

通常，汽油机取 1.2～1.4，柴油机取1.2～2.6，以保证汽车具有适当的最低稳定车速。

初取T n =1800r/min ，则T
P n n =1.56，Φ=1.05×1.56=1.633。

二、轮胎的选择
轮胎的尺寸和型号是进行汽车性能计算和绘制总布置图的重要原始数据，因此，在总体设计开始阶段就应选定。

选择的依据是车型、使用条件、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。

为了提高汽车的动力因数、降低汽车质心的高度、减小非簧载质量，对公路用车，在其轮胎负荷系数以及汽车离地间隙允许的范围内，应尽量选取尺寸较小的轮胎。

同时还应考虑与动力-传动系参数的匹配和对整车尺寸参数(例如汽车的最小离地间隙、总高等)的影响。

表1-3中给出了部分国产汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件。

通过查阅客车轮胎标准和参考同类车型所选轮胎规格，各轴轮胎规格选择如下：
前轴轮胎规格为9. 00-20，轮胎数量为2；后轴轮胎规格为9.00-20，轮胎数量为2。

所选轮胎的单胎最大负荷29000N ，加深花纹，外直径1018mm 。

表1-3 部分国产载客汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件
三、传动系最小传动比的确定
普通载客汽车最高挡通常选用直接挡，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0i 。

主减速比0i 是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。

载客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1-1中的01i 曲线所示，0i 可按下式选择
()gh
a i u n r i max p r 0472.0377.0～= （1-3） 式中，r r 是驱动车轮的滚动半径（m ），所选轮胎规格为9.00-R20的子午线轮胎，其自由直径d =1018mm ，因计算常数F =3.05，故滚动半径
4942m .0494.2mm mm 1416
.32181005.32r ==⨯⨯==πFd r P n 是发动机最大功率时的转速，P n =2800r/min ；max a u 是最高车速，max a u =105km/h ；
gh i 是变速器最高挡传动比，gh i =1.0。

所以() 6.660～5.3190
.110500824942.0472.0～377.00=⨯⨯⨯=i ，初取0i =6.0。

根据所选定的主减速比0i 的值，就可基本上确定主减速器的减速形式（单级、双级以及是否需要轮边减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。

汽车驱动桥离地间隙要求如表1-4所示。

其中，中型载客汽车的离地间隙要求在210～290 mm 之间。

图1-1 不同主减速比时的汽车功率平衡图
表1-4 汽车驱动桥离地间隙
四、传动系最大传动比的确定
传动系最大传动比为变速器的I 挡传动比I g i 与主减速比0i 的乘积。

I g i 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。

汽车爬陡坡时车速不高，空气阻力可以忽略，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
()max max max T 0max sin cos r
ψααηg m f g m r i i T a a g e =+≥I （1-4）
则由最大爬坡度要求的变速器I 挡传动比为
T
0max r max ηψi T r g m i e a g ≥
I （1-5）
式中，max α是道路最大坡度角， 设计要求最大爬坡度为20%，即坡度角max α=11.3°；m ax ψ是道路最大阻力系数。

()21.011.3sin 11.3cos 012.0sin cos max max max =︒+︒⨯=+=ψααf 前面已经计算得r r = 0.4942 m ；发动机最大转矩T emax =450N ﹒m ；；主减速比i 0=6.0;传动系传动效率T η=0.849。

所以
3.93849.00.64504942.021.081.98300=⨯⨯⨯⨯⨯≥
I g i 根据驱动车轮与路面附着条件
ϕη2r
T 0max G r i i T g e ≤I （1-6） 求得变速器的I 挡传动比为
T 0m ax r 2gI i ηϕi T r G e ≤ （1-7） 式中，ϕ是道路的附着系数，在良好路面上取ϕ=0.8；2G 是汽车满载静止于水平路面时，驱动桥承受的载荷(N)，初步设计采用双联车桥驱动，每个驱动桥承受的质量为4.5t ，则
8.115849
.00.64506752.08.081.94500i g =⨯⨯⨯⨯⨯≤I 综上所述，初步选取变速器I 挡传动比gI i =8。

第二节传动系各总成的选型
一、发动机的选型
根据所需发动机的最大功率和最大转矩及相应转速，初步选择型号为玉柴YC4D140-41 国四发动机，它们的主要技术参数如表所示
根据发动机的最大转矩，初步选定东风传动轴有限公司生产，转矩容量（离合器的最大静摩擦力矩）为1054 N•m的DS350拉式膜片弹簧离合器。

该离合器与YC4D140-41发动机匹配时，其后备系数为2.34。

三、变速器的选型
根据发动机最大转矩和变速器的I挡传动比，初步选择东风公司生产的6挡手动变速器，变速器型号为：DF6S900，额定输入转矩为900N·m，该变速器5挡为直接挡，传动比范围为0.789~6.134，变速器各档速比见表
根据前面的计算和汽车参数，可以确定汽车的传动系统的选择，因此决定采用洛阳铭迪传动轴有限公司生产的中型汽车传动轴总成
一般驱动桥传动轴均采用一对十字轴万向节。

十字轴万向节两轴的夹角α不宜过大，当α由4°增至16°时，滚针轴承寿命将下降至原寿命的1/4。

十字轴万向节夹角的允许范围如表1-8所示。

表1-8 十字轴万向节夹角的允许范围
第三节发动机与传动系部件的确定
根据前面的计算，可以确定涉及车辆的动力传动系统。

根据收集的资料确定发动机选用玉柴YC4D140-41，满足最大功率要求。

变速器选用东风公路客车变速器DF6S900。

根据发动机最大转矩和变速器的I挡传动比，初步选择东风公司生产的6挡手动变速器，变速器型号为：DF6S900，额定输入转矩为900N•m，该变速器5挡为直接挡，传动比范围为0.789~6.134，变速器各档速比见表：
离合器
根据发动机的最大转矩，初步选定东风传动轴有限公司生产，转矩容量（离合器的最大静摩擦力矩）为1054 N•m的DS350拉式膜片弹簧离合器。

该离合器与YC4D140-41发动机匹配时，其后备系数为2.34。

传动轴：铭迪1-1
驱动桥：江西江铃底盘股份有限公司：8A-2
与玉柴YC4D140-41匹配使用时:汽车的最高车速为103.45km/h最后确定的发动机和传动系各部件如表所示。

发动机和传动系各部件选型
整车布置图如图所示。

小组分工及得分。