汽车设计课程设计

西安交通大学汽车设计课程设计说明书载货汽车汽车动力总成匹配与总体设计姓名：班级：学号：专业名称：指导老师：日期：2104/12/1题目：设计一辆用于长途运输固体物料，载重质量20t 的重型货运汽车。

整车尺寸：11980mm×2465mm×3530mm轴数：4；驱动型式：8×4；轴距：1950mm+4550mm+1350mm额定载质量：20000kg整备质量：11000kg公路最高行驶速度：90km/h最大爬坡度：大于30%设计任务：1) 查阅相关资料，根据题目特点，进行发动机、离合器、变速箱传动轴、驱动桥、车轮匹配和选型；2) 进行汽车动力性、经济性估算，实现整车的优化匹配；3) 绘制车辆总体布置说明图；4) 编写设计说明书。

本说明书将从整车主要目标参数的初步确定、传动系各总成的选型、整车性能计算、发动机与传动系部件的确定四部分来介绍本课程设计的设计过程。

1.整车主要目标参数的初步确定1.1发动机的选择1.1.1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。

设计要求该载货汽车的最高车速是90km/h ，那么发动机的最大功率应该大于等于以该车速行驶时的行驶阻力功率之和，即:)761403600(13max max max a D a a Te u A C ufg m P ⋅+⋅⋅≥η（1-1）式中 max e P ——发动机最大功率，kW ；T η——传动系效率（包括变速器、传动轴万向节、主减速器的传动效率），参考传动部件传动效率计算得：95%95%98%96%84.9%T η=⨯⨯⨯=，各传动部件的传动效率见表1-1；表1-1传动系统各部件的传动效率a m ——汽车总质量，a m =31 000kg （整备质量11 000kg,载重20 000kg ）；g ——重力加速度，g =9.81m ／s 2；f ——滚动阻力系数,由试验测得，在车速不大于100km/h 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见表1-2。

取0.012f =。

表1-2良好路面上常用轮胎滚动阻力系数D C ——空气阻力系数，取D C =0.9；一般中重型货车可取0.8~1.0；轻型货车或大客车0.6~0.8；中小型客车0.4~0.6；轿车0.3~0.5；赛车0.2~0.4。

A ——迎风面积,2m ,取前轮距1B ×总高H ，A =2.465⨯3.532m max a u ——该载货汽车的最高车速，max a u =90km ／h 。

将各值带入式1-1得：也可以利用比功率的统计值来确定发动机的功率值：3max max max 1000 3.60076.14D e a a a T a TP fg C Au u m m ηη==+比功率 （1-2）求得比功率为6.311kw 。

因此，通过比功率计算得，该汽车选用发动机的功率kw参考日本五十铃、德国奔驰等同类型车型，同时由于该载货汽车要求的最高车速相对较高，因此应使其比功率相对较大，所选发动机功率应不小于195.61KW ，初步选择发动机的最大功率为200kW ；发动机最大功率时的转速p n ,初取p n =2200r/min 。

1.1.2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，可用下式确定发动机的最大扭矩。

（1-3）式中 max e T ——发动机最大转矩，N.m ；α——转矩适应性系数，α＝maxe pT T p T ——最大功率时的转矩，N.m ；α的大小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，α可参考同类发动机数值选取，初取α=1.05；max e P ——发动机最大功率，kW ；p n ——最大功率时的转速，r/min 。

所以一般用发动机适应性系数Φ表示发动机适应行驶工况的程度。

p Tn n αΦ=，p Tn n ——转速适应系数，通常取1.4-2.0，以保证汽车具有适当的最低稳定车速。

Φ值越大，说明发动机的适应性越好。

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

初取T n =1450r/min ，则p Tn n =1.60，。

1.2 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之一，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、降低汽车及其质心的高度、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、总搞等）的影响。

表1-2给出了部分国产汽车轮胎的规格、尺寸及使用条件。

根据各类汽车的轴荷分配来看，前轴在满载的时候负载在19%~25%， 后轴75%~81%。

经计算得到轮胎的最大静负载值为2790*9.8N ，根据表1-2选择前轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为2；第二轴轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为2；第三轴轮胎规格为11.00R20，轮胎数量为4；第四轴轮胎规格为11.00R20。

所选轮胎的单胎最大负荷28700N ，欺压0.74MPa ，加深花纹，外直径1090mm 。

表1-2 大客车、载货汽车及挂车的规格、尺寸及使用条件1.3 传动系最小传动比的确定普通载货汽车最高档通常选用直接档，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。

对于载货汽车，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中的曲线3所示，0i 可按下式选择iu n r i ghprmax 0)472.0~377.0(= （1-4）式中，r r —驱动车轮的滚动半径（m ），轮胎规格为12.00R20，普通花纹轮胎外直径d=1090mm,,F=3.05,p n ——发动机最大功率时的转速，p n =2200r/min; max a u ——最高车速，max a u =90km/h; gh i ——变速器最高档传动比，gh i =1.0。

所以， 初取0i =5.0。

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型式（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见表1-3。

其中，重型载货汽车的离地间隙要求在230mm-345mm 之间。

表1-3 汽车驱动桥离地间隙1.4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 档传动比g i I 与主减速比0i 的乘积。

g i 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 0max max max (cos sin )e g Ta a rT i i m g f m g r ηααψI ⋅⋅⋅≥⋅⋅⋅+=⋅⋅ （１-5）则由最大爬坡度要求的变速器I 档传动比为max max 0a rgI e Tm g r i T i ψη⋅⋅⋅≥⋅⋅ （１-6）式中 a m ——汽车总质量，a m =31000kg ； g ——重力加速度，g =9.81m/2s ：max ψ——道路最大阻力系数，max ψ=max max (cos sin )f αα⋅+=0.0138cos16.7sin16.70.301⨯+= r r ——驱动车轮的滚动半径（m ），按2r F dr π⋅=计算，F=3.05，d=1090mm 所以r r =0.5294mm ； max e T ——发动机最大转矩，N.m ； 0i ——主减速比，0i =5.0；T η——传动系传动效率，T η=0.849。

所以根据驱动车轮与路面附着条件max 02e g T rT i i G r ηϕI ⋅⋅⋅≤ （1-7）求得变速器I 档传动比为2max 0r g e TG r i T i ϕηI ⋅⋅≤⋅⋅ （1-8） 式中2G ——汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷ϕ——道路的附着系数，在良好路面上ϕ取0.8； r r ，max e T ，0i ，T η——同式（1-6）中的说明。

所以这里将每个驱动承受的质量设为13t综上，初步确定变速器 档传动比。

2.传动系各总成的选型2.1 发动机的选型题目要求的发动机最大功率为200kw, 最大转矩为911.5N，相应转速为2200rpm，经调查初步选择上海柴油机股份有限公司的型号为6CL320-2的发动机，以及潍坊动力股份有限公司的型号为WD615.56、WD615.50的两款发动机。

图2-1 潍坊动力典型发动机参数表2-1 上柴6CL320-2参数发动机型号6CL320-2外形尺寸(mm) 1363×925×794汽缸数 6气门 4排量(ml) 8820缸径(mm) 114行程(mm) 144标定功率(kW) 235功率转速(r/min) 2200扭矩(N.m) 1250扭矩转速(r/min) 1200最低燃料消耗率(g/kW.h) 190净质量(kg) 640排放标准(TAS) 国Ⅱ匹配车型客车、货车将三个型号发动机主要参数集中在表2-2中，以及外特性曲线：表2-2 所选发动机的主要技术参数2.2 离合器的初步选型根据发动机的最大转矩，可为该重型载货汽车初步选定离合器。

离合器生产企业：东风传动轴有限公司离合器型式：拉式膜片弹簧离合器型号/规格： DSP430转矩容量： 2700N.m该离合器：与WD615.56匹配时，其后备系数为2.45；与WD615.5匹配时，其后备系数为2.33；与6CL320-2匹配时，其后备系数为2.13。

2.3 变速器的选型重型货车需要多档变速器，用于适应复杂多变的使用条件，且易于保证重型汽车具有良好的动力性、经济型、加速性。

前，组合式机械变速器已成为重型汽车的主要形式，即，以一到两种4～6档变速器为主体，通过更换系列齿轮副和配置不同的副变速器，得到一组不同档数不同传动比范围的变速器系列。

根据发动机最大转矩911.5N和变速器的一档传动比5.0，初步选择中国第一汽车集团公司生产的10档组合式机械变速器，变速器型号：CATS10-130,额定输入扭矩为1274N.m，该变速器最高档采用直接档，传动比范围为12.961。

变速器各档速比见表2-3。

表2-3 所选变速器格档速比2-4 传动轴的选型该车前后轴距较大，为了提高传动轴的临界转速，避免共振以及考虑整车总布置上的需要，常将传动轴分段。