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毕业设计汽车的整体设计论文

`摘要本说明书从先进，实用，系统，科学的角度出发，介绍了0.5吨轻型货车的整体设计和车架，车箱的设计工三个部分，第一部分是整体设计部分，它包括了汽车型式，主要尺寸和参数的选择，汽车发动机的选择，汽车轮胎的选择，以及总布置草图设计和运动校核，本书的第二和第三部分，介绍了汽车车架和货箱的设计，车架设计部分，主要介绍了其结构形式的选择，并且对其受力情况进行了较为详尽的分析和计算，货箱设计部分就主要介绍了货箱的分类，结构及设计方法。

关键词货车整体设计车架货箱

AbstractThisSpecificationintroducesthreepartsof0.5tturning-lathetrailerincludethatthealloverdesignandchassissystemthecoachfromsophisticated,tlity,systematicandscience.Thefirstpartistheunitedesign,itincludetheselectionofthetype,maindimensionandarguments,theselectionofthetrailerengine,theselectionofthecarttires.Italsoincludegenerallayoutdrawingandcampaigncheck.Thesecondandthirdpartsofthespecificationintroducesthedesignoftrailerjoistedandcoach.Inthepartofjoisteddesign,itintroducestheselectionofitsarchitecture,thenanalysesandaccountesparticularlyonitsstrengththepartofthecartcoachdesignintroducescategories,architectureandcontrivemethod

KeyWordstraileroveralldesigntrailerjoistedcoach

引言我国汽车工业从无到有，从小到大经历了四十余年，产量已居世界前列，但在产品开发水平方面还处于落后状态。

面对国际市场的严峻挑战，唯一的出路只能是加强开发能力建设，提高工程技术人员的创新能力。

本书先进、实用、科学，既总结我们自己的经历，结合我国实际，又广泛吸收国外先进技术并具前瞻性。

随着我国农村和城乡经济的不断发展，交通运输已经不在局限于人力和畜力，机动车已几乎完全代替了人力和畜力。

轻型货车正以其运输灵活、快捷，性/价比大的优点被广泛应用于运输业包括家用运输。

本说明书本着先进、实用、科学的态度，从实际出发，着重介绍货车的整体设计，以及车架和货箱的设计。

其中亦较为详细地引用了一些图表说明，以便读者一目了然。

本说明书的出版的过程中，肯定了自己在设计过程中的劳动成果，同时，也得到了老师和同学们的帮助。

毕竟本书集众人之观点，很有参考和借用价值。

但也有很多错误和不足之处，这也是在所难免的。

第一部分汽车的整体设计

§1—1概述

汽车整体设计是汽车设计工作中十分重要部分。

它关系着汽车的使用性能、外形尺寸、重量、外形和产品质量有着重要关系。

汽车整体设计是许多部件有机结合的整体。

汽车性能的好坏不仅取决于各部件性能如何，而且在很大程度上取决于各部件的协调和配合，取决于总布置。

如果各部件型式和参数选择不当或布置得不好，则即使各部件性能很好，整车性能却不一定理想。

例如，对一个吨位不大的货车采用了一个功率很大的发动机，则不但其最大功率不能充分利用，而且汽车的耗油量也会大大增加。

因此，在汽车设计开始阶段应该有一个很消耗的整体设计，使整车设计有一个统一的目标、统一的设想和统一的指挥。

在各部件（全面）设计阶段，部件与整体之间、部件与部件之间经常会发生各种矛盾，这就需要我们从整车的技术合理性和全局出发，很好的予以协调，与部件设计的同学密切合作，找出完善的解决办法。

在各部件设计完成后，还要在总布置图上仔细校核，及时发现问题，提出修改意见。

所以，整体设计的好坏对汽车的设计质量、汽车性能和产品的生命力有着决定性的影响。

汽车整体设计的主要任务是：

1.从技术先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、重量和主要尺寸，提出整车设想（总体设计方案），为各部件设计提供整车参数和设计要求。

2.对各部件进行合理布置和运动校核，使汽车不仅有足够的装载容量，而且能做到尺寸紧凑、乘坐舒服、重量轻、重心低、安全可靠、操作轻便、造型美观、视野良好、维修方便、运作协调。

3.对汽车性能进行精确计算和控制，保证汽车主要性能指标实现。

汽车整体设计通常是在产品规划的基础上进行的。

产品长期规划一般确定五或七、八年后需要生产的汽车产品系列、现有车型的改进、补充和淘汰等大的方案以及十年设想草案，这是在市场调查和技术经济分析的基础上制定的。

而个别车型发展计划规则确定新车的设计方案和主要经济指标。

其中包括汽车的主要用途、级别、车型、产品售价、计划投资、生产纲领以及从设计到投产的各阶段日程。

§1-2汽车型式的选择

汽车的型式的选择是指汽车的轴数，驱动型式，布置型式以及车身（或驾驶室）型式而言。

这些都是汽车整体设计首先要确定的主要参数。

这样才能使汽车的使用性能、外形尺寸、重量、轴荷分配和制造成本等方面有较大的确定，因此应该综合考虑汽车的型式问题。

一、汽车的轴数和驱动型式

汽车的轴数（二轴、三轴或四轴）是根据汽车的用途、重量、使用条件、公路车辆的法规限制和轮胎负荷能力确定的。

我国公路干线和桥梁所允许的双轴汽车后轴的单负荷为13t，前轴的单负荷允许为6t，三轴汽车的双后轴负荷为24t。

各国的法规不一，但单后轴负荷大多在10-13t之间。

故双轴汽车总重一般不超过18-19t，而三轴汽车的总重则不超过320KN总重更大的公路用车可采用四轴。

超重型自卸汽车，因不在公路上使用，不受此限（其单轴负荷有的超过1000KN）。

驱动型式常用4×2、4×4、6×6等代号表示。

其中第一个数字表示汽车车轮总数，第二个表示驱动轮数。

4×2式汽车结构最简单，汽车自重较轻，制造成本低，油耗量也较少，故在轿车和总重小于19t的公路用车上得到最广泛的采用。

现代双轴重型货车的总重量一般都接近公路法规限制的上限，以便尽可能提高汽车的载重量和运输能力。

总重在19t以上至26t的公路用车一般均采用6×4或6×2的型式。

总重28-32t的公路用车一般采用8×4型式。

综合考虑以上各因素，以及考虑大本火车的吨位不大（为2吨），故采用4×2单轴驱动。

二、汽车布置型式的选择

汽车布置型式是指发动机，驱动轴和车身（或驾驶室）的相互位置关系和布置特点而言的。

对货车而言，根据发动机位置的不同，可分为三种布置型式：

发动机前置、中置和后置。

发动机前置—后轴驱动的型式由于发动机维修方便，能适应各种型式的发动机（直列的、v型的或卧置的等）以及传动系和操纵机构简单等优点，在货车上得到了广泛采用。

少数货车采用发动机中置（卧置于货箱之下）的布置型式。

其主要优点是驾驶室的布置不受发动机的限制，内部宽敞，地板又平又低；驾驶员的座位和汽车总高可以有所降低；驾驶室内噪声比较低，驾驶室可以显著地前移和缩短，故汽车的轴距和总长较短；轴荷分配也比较有利。

但发动机维修不如前置方便，对保养条件和路面条件要求也较高；发动机需特殊设计，与其他车型通用性较差；离合器、变速器和油门需要远距离操纵。

发动机后置的型式在货车上很少采用，仅在由后置发动机—后置驱动的轿车变型而来的微型货车上有所采用。

其优缺点与发动机中置时大体相同，但后轴载荷容易过重，对操纵稳定性不利，货厢底版的位置也较高。

根据驾驶室与发动机相对位置的不同，货车可分为长头式、短头式、平头式和偏置式四种。

1.长头式长头式的特点是将驾驶室布置在发动机之后。

其优点是发动机维修方便，驾驶室受到的热量和震动较小，操纵机构简单，且易于布置，前轮负荷较轻，在坏的路上通过性较好。

其缺点是轴距和汽车总长较大，视野性较差。

因此，目前在轻型货车上很少采用。

长头式比较适合于条件较差的货车和越野车。

在中型和重型上采用长头式还不少，尤其在采用v型发动机时，其车头可以设计得较短。

2.短头式短头式是将发动机的一小部分伸入驾驶室内,因而汽车的轴距和总长可略为缩短.但驾驶室内部比较拥挤,发动机维修也不够方便.其他缺点基本上同上。

3.平头式这是将驾驶室布置在发动机之上，这种型式的优缺点正好同长头式相反。

汽车的轴距总长比较短，自重较轻，机动性能好，视野良好，面积利用系数高。

但驾驶室在夏季比较闷热，发动机维修也不方便，汽车高度较大。

目前有不少结构措施可以减少上述缺点，如加强驾驶室的隔热、通风、密封、采暖和防振能力，减轻发动机的振动，采用可翻式驾驶室，改进悬架设计以减轻汽车的纵向摆动。

总的来说，平头式的优点比较显著，因而在现代的轻型、中型货车上得到了广泛采用。

4.偏置式即将驾驶室遍置于发动机的一旁。

这是平头式或长头式的一种变型。

它除了具有平头式的优点外，还可以减少驾驶室的闷热，便于发动机的维修。

在超宽的汽车上，驾驶室窄了一些，可以进一步改善视野，故这种布置型式在超重型矿用自卸车上用得较普遍。

因为我们设计的是轻型货车，故不采纳第四种布置型式。

综合考虑长头式和平头式的优缺点，我决定采用第二种布置型式，即短头式。

§1-3汽车主要尺寸和参数的选择

一、汽车主要尺寸的确定

汽车主要尺寸是指汽车的轴距、轮距、总长、总宽、总高等。

1.轴距L

轴距的长短直接影响汽车的长度、重量和许多使用性能。

轴距短一些，汽车长度就短，重量就轻，最小转弯半径和纵向通过半径就小。

但若轴距过短，则会带来一系列缺点；如车厢长度不足或后悬过长，汽车行使是的纵摆和横摆较大；汽车制动或上坡时重量转移也大，使操纵性和稳定性变坏。

因此，还会导致万向节传动的夹角过大等问题。

因此，在确定轴距是综合考虑各方面的要求，在保证所设计车型的主要性能（如机动性或乘坐舒适性）、装载面积和轴荷分配等方面均得到满足的前提下把轴距设计得短一些好。

对货车来说，在整车选型初期，可首先根据货厢长度和驾驶室布置的需要初步确定一个轴距L（图1.2）.由图上可见

L=Ld+C+LH—LR

式中Ld——从前轮中心到驾驶室后壁的距离，它主要取决于驾驶室型式和发动机位置及长短，可以通过驾驶室座位和发动机的初步布置（画方图案）或参考同样布置型式的汽车行的这一尺寸初步确定。

参考同样布置型式的汽车，初步确定该值为1260mm。

C——驾驶室与货厢之间的间隙，一般为50—100mm。

这里取80mm。

Lh——货厢长度，根据汽车的载重量和所运货物的比重算出所需要的货厢容积和货厢面积来确定，或参考同吨位车的货厢长度和装载面积初步确定。

同样，我们参考同吨位的车，初步确定Lh=1000mm。

Lr——后悬，根据道路条件，初步确定为800mm。

利用上述公式，初步算出轴距为3000mm。

轴距的最终数值只有通过具体布置（画总布置草图）以后才能确定。

如果通过布置和计算，发现传动夹角过大，轴荷分配不够有利，最小转弯半径过大或座位布置不够舒适，则应当调整轴距和有关部件的位置。

因轻型货车对机动车要求较高，故其轴距比一般货车要设计的短一些。

表1.1为不同吨位货车的轴距范围（指基本型）。

表1.1货车轴距和轮距的一般范围

汽车类型

载重量（t）

轴距（mm）

轮距（mm）

4×2货车

0.35—1.0

1.0—2.0

2.0—2.5

4.0—5.5

6.0—8.0

8.2—10.0

1680—2400

2300—3100

2400—3400

3600—4350

3700—5000

4100—5300

1100—1400

1300—1600

1350—1650

1620—1800

1700—1930

1840—2000

2.前、后轮距B1、B2

汽车轮距对汽车的总宽、总重、横向稳定性和机动性影响较大。

轮距愈大，则横向稳定性愈好，悬架的角刚度也愈大，对增大车厢内宽也有利。

但轮距宽了，汽车的总宽和总重一般也加大，而且容易产生向车身侧面甩泥的缺点。

所以，轮距不宜过大。

轮距的数值必须与所要求的汽车总宽相适应。

、

货车的前轮距B1主要取决车架前部的宽度、前悬架的宽度、前轮最大转角和轮胎宽度、转向拉杆与转向轮以及车架间的运动间隙因素，因此要通过具体的布置才能最后确定。

货车的后轮距B2取决于车架后部宽度T、弹簧宽度E、弹簧与车架及车轮之间的间隙（D+S）和（D+G）以及轮胎宽度K等因素（图1.3）。

在确定轮距时，还要考虑到能否与现有后轴系列中所采用的轮距数值一致，以便尽可能选用现有的驱动轴。

各吨位货车轮距的数值范围见表1.1。

因QT2型货车自重及载重不大，故可考虑采用前后轮距一致，先确定其值为1320mm。

3.前悬LF和后悬LR（图1.2）

前悬和后悬的长度是在总布置中确定的。

前悬的长度应足以固定和安装驾驶室前支点、发动机、水箱、转向机、弹簧前拖架和保险杠等零件和部件。

驾驶室的型式和驾驶员座位的前后位置对前悬的大小也有很大的影响。

汽车的前悬不宜过长，否则汽车的接近角过小。

后悬长度主要取决于货厢长度、轴距和轴载荷配情况，同时要保证适当的离去角。

一般来说，后悬不宜过长，否则上下坡容易刮地，转弯是也不灵活。

货车的后悬一般在1000—2200mm之间（微型车例外），特长货厢的长轴距汽车的后悬较大，有的长达2.6m。

综合上述因素，初步确定后悬长度为1000mm。

4.汽车的外廓尺寸

汽车的总长、总宽和总高应根据汽车的用途、道路条件、吨位、外形设计、公路限制和结构布置等因素来确定。

在总体设计是要力求减少汽车的外廓尺寸，以减轻汽车自重，提高汽车的动力、经济性和机动性。

各国对公路运输车辆的外廓尺寸均有法规限制。

这是为了使汽车外廓尺寸适合本国的公路、桥梁、涵洞和铁路运输的标准及保证行驶的安全性。

我国对公路车辆的极限尺寸规定如下：

总高不大于4m；总宽（不包括后视镜）不大于2.5m；总长货车不大于12m。

总重在150KN以上的重型货车的总宽大多在2.4—2.5m之间，其总高则在2.5—2.9m之间。

中吨位货车的总宽在2.1—2.4m之间，而总高则在2.2—2.6m之间。

全轮驱动的汽车总高略高一些。

集装箱运输汽车的总高一般在3.8—3.9m。

汽车的总长、总宽和总高通过仔细的布置后才能最后确定。

这里我们借鉴中吨位汽车的外廓尺寸进行适当选取。

5.货车车头长度

货车车头长度是指从汽车的保险杠到驾驶室后围的距离。

车身型式即长头型还是平头型对车头长度有绝对的影响。

此外，车头长度尺寸对汽车外观效果、驾驶员居住性和发动机的接近性等有影响。

图1.3货车的后轮距B2

长头货车车头长度尺寸一般在2500—3000mm之间，平头型货车一般在1400—1500mm之间。

因设计为短头型货车，故先取其中间值为2000mm。

6.货车车箱尺寸

要求车箱尺寸在运送散装东西和袋装粮食时能装足额定吨数。

车箱边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般应在450—650mm范围内选取。

车箱内宽在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以便缩短边板高度和车厢长度。

行驶速度能达到较高车速的货车，使用过宽的车箱会增加汽车迎风面积，导致空气阻力增加。

车箱内长应在能满足运送上述货物额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减小整备质量。

详细尺寸见第三部分，车箱的设计。

二、汽车质量参数的确定

1.汽车的载重量和载客量

汽车的载重量是汽车基本使用性能之一。

它关系到汽车的运输生产率、运输成本、使用方便性、产品系列化、生产装备等许多方面的因素，因而也关系到所设计的车型是否能受到使用部门的欢迎和能否畅销的问题。

在确定载重量时，我们应着重考虑以下几个方面：

（1）必须与汽车的用途和使用条件相适应。

资料表明，货流量大、运距长的公路运输，采用大吨位的货车，运输生产率就高，运输成本就低；而货流多变、运输距离短的市内运输，则采用中、小吨位的汽车比较经济和灵活。

同时，从减少城市交通拥挤来看，特别是在大城市中，采用中、小吨位的货车比较有利。

我国已开始控制大型车在市内行驶。

因此，在市内运输中，载重量为5t以下（特别是4t和2t）的汽车在国外用的越来越多。

在长途运输方面，汽车吨位则不断提高。

载重量为9t以上的货车的需求量日益增多，而过去常用的载重量为6t和8t的货车的产量则有所减少。

所以，在确定载重量时，应注意研究同类型汽车的发展动向和国民经济的需要。

（2）各种车型的载重量要合理分级，以利于产品的系列化、通用化和标准化。

因此，汽车的载重量通常不是单独的，而是从产品系列化角度确定的。

（3）要考虑到对现有生产设备和生产线变动的大小和可利用程度。

应当指出，汽车的载重量是指在硬质良好路面上行驶时，所允许的额定载重量。

当汽车在碎石路面上行驶时，载重量应有所减少（应为好路上的75-80%）。

2.汽车自重m0的估计

汽车自重是指带有全部装备（包括随车工具、备胎）、加满油水、但没有装货和载人时的整车质量。

汽车自重是一个重要的设计指标。

这个指标，既要先进，又要切实可行。

为此，在整体设计初期，应对结构类似的同级样车及其部件进行整重和重量分析，在此基础上结合所设计汽车的具体情况估计出新车各部件的重量，从而估计出新车的自重G0。

结合同类型车的重量参数，估计设计货车的自重为1.8t。

3.汽车总重的ma确定

汽车总重是指装备齐全、并按规定装满客、货（包括驾驶员）时的重量。

货车的总重可按下式计算

ma=me+m0+mp

式中

ma—载重量，为0.5t

m0—汽车自重，这里为1.5t。

mp—驾驶员及助手的重量，按座位数计算，座位数为4，每人可按65Kg计。

计算可得货车总重为

ma=0.5+1.2+0.065×4

=1.96t

3.质量系数

在比较不同车型的设计、制造、材料水平时，常常引用质量系数这个评价指标。

质量系数是指汽车装载质量me与汽车干重mm0的比值，即ηm0=me／m0。

汽车干重是指无冷却水、燃油、机油、备胎、工具和附属装备时的空车质量。

显然，在汽车装载质量相同、且汽车使用寿命都比较长的情况下，汽车干重越小，则质量系数越高。

这说明：

该车型的金属材料消耗较少，材料利用较好，汽车设计与制造水平较高。

因此，在设计时要力求减轻零部件的质量，提高质量利用系数。

但是，ηm0的提高也受到一些因素的限制，如各部件的可靠性、材料的机械性能和制造工艺水平等。

由于一般汽车技术资料中常列出汽车自重，而不列出汽车干重，故常用汽车自重利用系数ηm0作为评价参数，ηm0=me／m0。

根据统计，汽车自重利用系数是随着汽车载重量的增加而提高的。

目前，轻型货车的ηm0一般在1.1左右（装用柴油机时大都在0.8—1.0之间），中型货车的ηm0一般在1.35左右，而重货车的ηm0一般在1.5左右（1.3—1.7）。

随着道路条件的不断改善，材料性能的提高，特别是汽车零部件载荷谱和疲劳强度的发展，汽车的自重利用系数就会不断提高。

5.汽车的轴荷分配

轴荷分配适当与否对汽车的主要使用性能（如牵引性、通过性、操纵性和稳定性等）和轮胎使用寿命油很大的影响。

因此，在总体设计时应对轴荷分配提出一定要求。

汽车的轴荷分配比例一般是根据轮胎磨损均匀的原则、汽车主要性能的需要以及汽车布置型式来确定的。

为了使轮胎磨损均匀，一般希望满载时每个轮胎的负荷大致相等。

故后轮为单胎的4×2式汽车，希望满载时前后轴的负荷各为50%左右。

而后轴为双胎的4×2式汽车则希望前后州负荷大致按1/3和2/3的比例分配。

但在实际情况下，大都数汽车的轴荷分配只是近似的满足这一要求，因为还要考虑其他性能的要求（如操纵稳定性和通过性等）；此外，轴荷分配受总布置型式的影响较大。

例如，长头的4×2式货车由于车厢比较靠后，满载是的前轴负荷一般都在28%以下（达不到总重的1/3），而平头式货车的前轴负荷则一般都在30%以上。

在确定轴荷分配时还要充分考虑汽车的使用条件和操纵稳定性。

对条件较差的货车，为了保证在泥泞路面上的通过能力，往往将满载时前轴负荷控制在26—27%左右，这样不仅可以减少前轮的滚动阻力，而且可使后驱动轮上有足够的附着力。

对于主要在良好路面上行使的货车，则满载时前轴负荷可提高到30—34%左右。

但也不宜过高，否则转向沉重。

后轮装用单胎的4×2货车空车时后轴负荷应当大于41%，否则在滑路上容易产生严重的侧滑事故。

总之，在决定轴荷分配时要综合考虑汽车的主要使用性能和轮胎磨损等方面的要求。

各类货车轴荷分配的统计值见表1.2。

表1.2各类货车轴荷分配统计值

车型

满载

空载

前轴%

后轴%

前轴%

后轴%

4×2后轮单胎

32-40

60-88

50-59

41-50

4×2后轮双胎，长头式

25-27①

73-75

44-49

50-56

4×2后轮胎，平头式

30-35

65-70

48-54

46-52

6×4后轮双胎

19-25②

75-81

31-37

63-69

①短头式接近30%。

②大多在19-21%之间

有表1.2可知，本设计货车的前后轴分配分别为30%和70%左右。

三、汽车主要性能参数的选择

（一）动力性能参数

1.直接挡最大动力因素D0max

D0max的选择必须考虑到汽车的类型、用途、道路条件以及对汽车加速性和燃料经济性的要求。

总重在0.5t左右的货车，其D0max一般在0.8以上，总重2.8吨左右的货车的D0max在0.05-0.08之间。

这里先取D0max=0.8。

2.头档最大动力因素D0max

D0max标志着汽车的最大爬坡能力和克服困难路段的能力，也标志着起步连续换档时的加速能力。

D0max主要根据汽车所要求的最大爬坡度和附着条件来选择。

对于公路用车，这个参数设计在0.30-0.38之间。

这里取D0max=0.30。

3.最高车速Vamax

Vamax主要根据汽车用途、公路条件及有无各种安全措施来选择。

随着道路条件的改善，汽车最高速度普遍有所提高。

微型、轻型货车最高车速大于中型、重型货车的最高车速，重型货车最高车速较低。