中重型载货汽车总布置设计规范.docx
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中重型载货汽车总布置设计规范
中重型载货汽车总布置设计规范
汽车的总体设计与汽车的使用性能、艺术造型与制造成本有着密切的关系，在很大程度上决定着汽车销售的成败，直接影响到汽车的结构、性能及其使用、维修、寿命和使用经济性，所以总体设计在汽车的设计中显得十分重要。
1、汽车总体设计的任务：
（1）从技术先进性、生产合理性和目标产品的用途、销售对象、控制成本及生产纲领等出发，正确选择整车性能指标、质量及尺寸参数，提出整车设计方案，为部件设计、选型提供依据。
（2）对各部件进行合理布置和运动校核，使汽车能满足主要性能的要求，使相对运动的部件不会产生相互干涉。
（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的实现。
（4）协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系。
（5）拟订整车技术文件。
如：
整车装调技术条件、产品标准
（6）进行各种有关整车的技术综合工作。
如：
总布置评审材料的准备；设计计算书（设计计算说明书）；项目描述书；试验任务书；零部件技术认证计划。
2、对整车设计师的要求：
作为一名整车设计师，需要具备以下几个条件：
（1）对汽车的有关标准、法规的了解和掌握；
（2）对汽车设计、试验知识的掌握和运用；
（3）对汽车使用、保养和修理知识的基本了解；
（4）对汽车生产工艺的基本了解；
（5）对国内外同类产品的技术状态及技术水平主要零部件资源的了解；
（6）有强烈的经济观念和市场意识，对市场的需求有必要的了解；
（7）要有科学的工作态度和严格细致的工作作风；
（8）要有协调各种关系的能力和耐心。
3、汽车设计的一般主要原则：
汽车的设计原则是解决设计中出现的各种矛盾的指导思想和统一的准则。
其中包括产品设计方针、主要技术—经济要求（对技术先进性、工艺性、继承性、生产成本和零部件互用化的要求），需要考虑哪些变型车；同时要规定在各自使用性能发生矛盾时应优先保证的性能等，对于不同类型的汽车，其设计原则是不相同的，但有一些普遍适用的主要原则，表现在：
（1）用户第一原则：
汽车是工业品，也可看作艺术品。
对一台车的评价指标是多方在面的，且极具社会性和时代性，作为用户，一般会从以下方面作出选择：
a）造型是否有时代感，能否体现使用者的社会地位或阶层；
b）驾乘是否舒适，操纵是否方便；
c）工作是否可靠，维修是否便利，备件供应是否充足；
d）各项技术性能等（如整车动力性、经济性、制动性能、机动性、货厢结构与
尺寸、舒适性、排放可靠性等）是否满足使用需求。
e）售价（或性能价格比）是否合理；
f）使用、维修成本是否低廉。
（2）贯彻“三化”原则：
贯彻“产品系列化、零部件通用化和零部件设计标准化”，可以大大减小零部件品种、降低成本、方便维修、减少投入，所以在设计一个新车型时，要考虑它的系列化变形的需要，最好系列车型一次性进行总体设计，同类零件进行合理的分档加以系列化，以满足用最少的零部件组合尽可能多的产品。
（3）层次设计相互交叉的原则：
汽车设计过程从整车到零部件大体可分为三个层次，上一个层次是下一个层次的设计依据，而下一个层次主要围绕上一个层次的基本技术要求来进行工作，且上、下层次应及时协调、沟通。
第一层次：
包括总体设计造型、外型造型设计、总布置尺寸设计、各系统或总成的性能要求和主要参数选择等。
第二层次：
包括汽车各系统或总成结构型式的选择、分析计算、特殊的运动校核。
第三层次：
零件结构、尺寸、材料的确定，受力分析、运动分析；
（4）遵循法规原则：
汽车在交通安全、环保、节能等方面的设计必须符合国家及出口国的法规要求，而且各国的汽车法规都在不断地修改完善，所以，新开发的车型不仅要满足当前的法规，还要满足完成开发时或预期未来某一时间的法规，使产品的某些技术指标适当超前。
4、汽车总体设计的一般顺序：
（1）制订设计方案和选型：
通常没有统一的模式，但一般需做以下工作：
I、收集国内外同类型汽车的技术资料，为性能参数、零部件结构、产品系列、技术水平、适用法规、产品优缺点等。
II、使用调查：
目的是了解用户对汽车型式、载质量和性能的要求；了解使用条件（为道路条件：
一般公路或高速公路，平原或山区、坡道大小等，气候条件和地区海拔高度）；了解使用习惯，驾驶员的知识层次及技术水平，货物种类、装卸方式、运距、是否拖挂、功率输出等；了解同类车型的实际使用情况、优缺点，特别是动力性、经济性、舒适性、稳定性、可靠性、承载能力、维修方便性以及用户对发动机、变速器、前后桥、转向器、车架等主要零部件结构型式、品牌的偏好。
III、了解本企业的生产设备，工艺水平、员工素质等条件，掌握本企业的技术优势和劣势。
IV、给出主要性能指标和经济性能指标，制订出技术性能、经济指标、技术继承性和维修性的优先保证项目。
V、在以上基础上作出简化各个总成的多种设计方案草图，对各方案的优缺点进行比较。
VI、进行整车的总布置设计草图，确定整车的主要尺寸、质量参数及各主要总成的基本型式，大致计算主要性能。
（2）编写设计任务书：
设计任务书是设计方案的书面总结，为技术设计提供依据，除了附总布置草图和车身造型效果图外，一般应包括以下内容：
a、任务来源和设计依据；
b、产品用途及使用范围、使用条件；
c、设计原则；
d、产品型号、布置型式及主要技术规格和参数；
e、使用的可靠性、寿命及对环境的适应性；
f、主要部件的结构型式和特性参数；
g、国内外同类汽车性能的分析和对比；
h、本车拟采用的新技术、新材料和新工艺
i、系列化、标准化和通用化的水平。
j、生产纲领、生产方式、设备条件、目标成本和技术经济分析；
k、维修保养方便性要求和续驶里程。
（3）技术设计
设计任务书批准后，对汽车各部件的设计便全面展开。
我公司需在设计任务书下发后，绘制总布置草图，对国内外同类汽车性能进行分析、对比，确定并校核有关整车技术规格和参数，对设计任务书提出修改意见。
同时进行以下工作：
a、进一步细化总布置草图，形成尺寸控制图，完成总布置材料、设计任务书，精确地确定各部件的位置及支承连接方式；
b、对各部件提出具体的设计要求。
包括基本型式、特性参数、控制尺寸和控制质量等。
提供整车有关数据和设计载荷，完成项目描述书并及时修改及试制样车描述书。
c、在各部件设计过程中，总体设计人员与部件设计人员一起在尺寸控制图上对各部件的设计方案进行布置和分析，共同完成各子系统和部件的布置方案。
d、各部件总图完成后，要及时将部件图画在尺寸控制图上，作进一步的布置和运动校核图（绘制各种运动图），使之相互协调，并符合总体设计要求，保证各部件间有足够的静态和运动间隙，并有良好的维修方便性的装配工艺性。
e、确定各操纵机构走向、位置和活动范围。
f、确定各总成的质心位置，核算汽车满载和空载的轴荷和整车质心高度。
g、必要时，可做实体模型进行实体校核，也可利用三维设计进行运动及物理安装关系校核。
（4）绘制汽车总装配图：
（整车[方案评审申请单、评审报告处理及反馈]、底盘、各系统）
目的：
1、检查各部件相互位置、连接尺寸、安装空间和拆装方便性，核算尺寸链，检查运动件的活动范围。
2、标明外形尺寸及总布置的各项尺寸链；
3、检查操纵机构的活动范围及位置。
（五）试制、试验、修改和定型
完成并下发试制图纸的同时，要完成以下工作：
[1]专用件明细表（即新开发零部件选点推荐表），备注栏应注明车架、货厢、驾驶室及相关零部件需生产技术部组织的试制件。
[2]编制生准单（按车型生产技术部组织的件与试验所组织的专用件分开列、通用件与专用件分开列出。
注；a、未下发A图的借用件应按专用件列出；b、按采购状态列出，无重复、遗漏）。
[3]图样清单；
[4]试验任务书；
[5]零部件技术认证要求及计划；
[6]试验问题整改、样车评审意见整改。
[7]完成生产技术准备用图（A图）设计及有关文件编制；
[8]完成服务文件（说明书、备件目录、维修手册、改装指南、产品主要卖点）。
一、汽车的总体设计
（一）、汽车型式的选择：
即轴数、驱动型式、布置型式以及车身型式；型式对汽车的使用性能、外形尺寸、重量、轴荷分配及成本有密切关系。
1、汽车的轴数和驱动型式：
a、轴数：
根据汽车的用途、总重、使用条件、公路车辆的总重限制和轮胎的承载能力来确定。
交通部[2000II号令]公路车辆总重及轴荷限制：
单车、挂车列车、全挂列车：
≤4000kg双联轴（每侧单胎）：
≤10000kg
集装箱半挂列车车货总重：
≤4600kg双联轴（每侧单+双胎）：
≤14000kg
单轴（每侧单胎）：
≤6000kg双联轴（每侧双胎）：
≤18000kg
单轴（每侧双胎）：
≤10000kg三联轴（每侧单胎）：
≤12000kg
三联轴（每侧双胎）：
≤22000kg
b、驱动型式：
常用4×2、6×4、4×4、6×6、等代号表示，其中第一个数为汽车车轮总数（双排轮胎按一个胎计），第二个表示驱动轮数；
c、4×2式汽车结构最简单，自重小，成本低，油耗低，常用于总重≤19t的公路用车；
d、6×4式载重量大，但自重较大，成本较高，常用于总重＞20~32t的公路车辆；
e、4×4越野性能好，爬坡能力强，但结构复杂，成本高，自重大，常用于矿山工地的恶劣使用条件；
f、8×4、6×2、
g、6×6、8×8多用于越野性能要求高的军车；
（二）汽车布置型式的选择：
指以动机、驱动轴和车身的相互位置关系而言，货车按驾驶室与发动机的相对位置的不同，分为平头、长头、短头（半长头）式。
1、平头式：
发动机布置在驾驶室的下方。
缺点：
1）维修发动机不便（当驾驶室可前翻时可消除此不足）；
2）换档操纵距离远，换档机构较复杂；
3）驾驶室隔热、隔振效果差，需增加隔热、隔振措施；
4）发动机进气系统布置稍显复杂；
5）汽车高度较大；
被动安全性较差。
优点：
1）载货面积利用率高；
2）整车总长小，机动性好；
3）转向灵活；
4）驾驶视野好；
5）自重小；
由于重型车总长受法规限制，及轻抛货运输对长货厢的需求，平头式货车优点较显著，使用日益广泛。
（3）平头式的不同布置方式：
1）发动机在前轴之上，两座位之间
优点：
发动机位置较高，易维修，整车高度可降低，风阻可小些。
缺点：
乘座空间拥挤，隔热、隔振困难，右行时驾驶员从左走向右仙下车不方便。
一般用于重型车
2）发动机在前轴之上、座位之下：
优点：
室内宽敞，通道平坦，乘座舒适性改善。
3）发动机在前轴之后、座位之下：
缺点：
驾驶室需要前翻，否则维修不便。
方案3）：
由于发动机后移，使后轴荷加大，对后双胎车较有利，满载时后轴荷可达68%，空载后轴荷可达50%左右，故空车时侧滑现象可减少，乘座舒适性改善，驾驶室两侧有轮包，当轮胎较大时，会占去不少空间，故中型车上较少采用。
2、长头车：
发动机布置在驾驶室前方。
（缺点与平头车相反）
3、短头车：
将发动机一小部分伸入到驾驶室内。
4、偏置式：
驾驶室偏置于发动机的一旁，常用于超重型自卸车及特种车辆上，
（三）汽车主要尺寸的选择；
1、轴距：
（空载状态测量）
轴距短时：
通过性和机动性提高，自重轻，但若轴距过短时，导致货厢长度不足，或后悬过长，汽车行驶时的纵摆和横摆较大，乘座舒适性变坏，制动或上坡时重量转移大，操纵性和稳定性变坏，传动轴夹角变大，故一般来说：
在满足主要性能、装载质量和轴荷分配条件下将轴距设计的短一些，牵引车的机动性要求较高，故轴距较短。
为满足多种用户的需要，针对同一系列产品车，应考虑出基本型，长轴距和短轴距等几种变型。
三轴汽车的中后轴之间轴距多为轮胎直径的1.1~1.5倍。
其中：
C—一般取50~100（重型车可适当增大），若有副水箱、进气道，应保证进气道、副水箱与车厢间隙50~100。
LH—根据汽车载质量及货物比重计算出货厢容积、货厢面积来定，现常常参照同类车型或根据市场、任务书要求来定。
LR—符合GB7258要求，货车≤55%L。
LF—一般由车身或初步总体布置来确定，自卸车应大一些，同时还应考虑总长LF+L+LR不超过法规：
载货车≤12m；全挂列车：
≤20m；半挂列车≤16.5m；
最小转弯半径满足GB7258。
（考虑避开在常用车速时整车发生振动的可能性）
2、轮距：
1轮距大时—优点：
横向稳定性好，悬架角刚度大；缺点：
易给车身甩泥。
2轮距小时—优点：
不易给车身甩泥；缺点：
横向稳定性不好，悬架角刚度小。
影响因素：
a、前轮距与车身宽度要协调；后轮距总宽不超过25000mm。
b、考虑法规：
GB7258：
最大侧倾稳定角不小于35°。
总质量／整备质量＜1.2：
≥30°
3前轮距需受以下因素的影响：
1）车架前部宽度。
2）前钢板弹簧的布置方式及片宽。
3）前轮最大转角和轮胎宽度（双胎中心距）
4）转向纵拉杆与车轮及车架（或板簧）的动态间隙：
胎与拉杆间隙不小于20mm；球销拉杆与板簧不小于15mm。
5）前桥资源的影响。
以上因素需要总体布置才能确定。
4后轮距需受以下因素的影
B2＝2l+k+2G+4d+2F+2S+T
其中：
l—车轮外偏距（按不小于双胎中心距确定）
G—U型螺栓与轮胎间隙（＞30～40mm）
d—可压扁
F—轻卡：
70～80mm；中重卡：
80～120mm
S—U型螺栓与车架间隙：
≥15mm，对于平衡悬架，需考虑限位板δ20+3～5
3、前悬LF
由车身状态及总布置而定。
应满足以下几方面的需要：
1应保证前轴、发动机、车身轮罩三者之间的X方向相对位置关系。
2足以安装钢板弹簧前支架、车身前悬置、发动机悬置及水箱、转向器、保险杠、大灯支架、牵引钩等。
3保证接近角达到设计任务书要求。
4、后悬LR
1取决于货厢长度、轴距、轴荷分配。
2满足离去角要求。
3后悬长不超限（GB7258要求，载货车LR≤55％轴距）
5、汽车的外廓尺寸
（1）总长、总宽、总高要通过详细的总布置才能确定。
（2）外廓尺寸必须符合GB7258《外廓尺寸限值》要求。
车辆类别
长
宽
高
载货汽车（包括载货越野车）
≤12
≤2.5
≤4
半挂汽车列车
≤16.5
≤2.5
≤4
全挂汽车列车
≤20
≤2.5
≤4
（四）汽车质量参数的确定
1、装载质量：
应考虑以下几个方面的需要
（1）满足质量利用系数的要求：
中重卡：
装载质量／整备质量≥1。
（2）必须与汽车的用途和使用条件相适应。
在碎石路等坏路上行驶的车辆较良好路面行驶的车辆的在质量应有所减少（约为好路上的75～85％）。
（3）符合同类车型的在质量发展趋向及市场的需要。
2、整备质量：
定义为：
带有全部装备，加满油箱（油箱中加油量超过90％的油泵容积），但无装载和乘员时的汽车质量。
主要考虑：
即要先进性，又要可行。
在总体设计阶段，需要预先估计出整备质量，其方法如下：
a、对同样级别的样车和各个部件的质量进行测试及计算，以此为参考，进行估算。
b、无样车时，应先考虑国内外同类级别汽车的数据，为新车选择一个适当的质量利用系数，再按所要求的装载质量算出整备质量。
3、总质量：
指装备齐全，按规定装满乘员和货物的整车质量。
65kg/人。
4、汽车的轴荷分配
轴荷分配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
寿命有很大影响，因此，在总体设计时应当对轴荷分配提出要求。
主要确定原则：
1轮胎磨损均匀原则；希望每个轮在满载状态下的负荷大致相等。
2充分考虑使用条件和操稳性。
3轮胎允许的最高车速应满足整车最高车速的需要。
4轮胎花纹应满足使用条件（附着性能、行驶噪声等）的需要。
货车类型
满载
空载
前轴％
后轴％
前轴％
后轴％
4×2后单胎
32～40
60～68
50～59
41～50
4×2后双胎（长头）
25～30
73～75
44～49
50～56
4×2后双胎（平头）
30～35
65～70
48～54
46～52
6×4后双胎
大多19～25
19～25
大多79～81
75～81
31～37
63～69
对于在泥泞路面上行驶的车辆（如越野车,部分工地用自卸车）,往往满载前轴荷：
26～27％左右，后轴荷：
73～74％左右（以减小前轮阻力，保证足够后轮驱动力）。
良好路面上的货车：
满载前轴荷可增大至30～34％，但不宜过大，否则转向沉。
4×2后单胎：
前轴荷≤59％，否则后轴易侧滑（空车）。
鞍式牵引车：
由于驱动时后轴的轴荷转移系数m2有所减小，可适当增加后轴的负荷,以提高附着重量及牵引力.
5静态与动态的方向稳定性要求
a、静态方向稳定性条件：
其中：
L1—质心至前轴距。
L2—质心至后轴矩。
Cα1、Cα2—两前轮胎侧偏刚度。
当S＜0时：
重心位于中性转向点之前，汽车有不足转向特性，静态稳定性好。
当S＞0时：
重心位于中性转向点之后，汽车有过度转向特性，静态稳定性不好。
当S＝0时：
为汽车临界车速。
低于此车速，行驶稳定；高于此车速，汽车就会失去操纵稳定性。
b、动态方向稳定性条件：
V—车速（m/s）。
K—稳定性因素。
L—轴距（m）
〈五〉汽车主要性能参数的选择
1、动力性参数
（1）直接档最大动力因数D0max，标志着加速能力和不换档克服坡道阻力能力，有汽车的类型、用途、道路条件以及对加速、油耗的要求来决定。
汽车类型
直接档最大动力因数D0max
一档最大动力因数D1max
（G＜2t）轻型载货汽车
0.1～0.14
0.30～0.40
中型货车
0.055～0.10
0.30～0.40
重型车
0.04～0.06
0.30～0.35
鞍式牵引列车
0.030左右
0.30～0.35
（2）一档最大动力因数D1max：
标志最大爬坡能力、克服困难路段能力和起步连续换档加速能力。
主要根据汽车所要求的最大爬坡度和附着条件来选择（见上表）一般公路用车D1max＝0.3～0.4，矿用自卸车D1max＝0.3～0.46。
（3）最高车速：
根据汽车用途、道路条件及有关按转措施来选择。
汽车类型
最高车速（km/h）
比功率（Kw/t）
比扭矩（N.m/t）
轻型货车
100～130
15～21
38～44
中型货车
75～120
8.5～14.0
33～47
重型货车
70～110
7.4～13.0
29～50
半挂牵引车
90～120
GB7258规定≥4.8
（4）比功率和比扭矩
比功率：
评价汽车动力性的综合指标。
比扭矩：
反映汽车的牵引能力。
2、燃油经济性参数：
一般设计任务书中要求的是等数百公里油耗（在良好的水泥或沥青路面上）
3、通过性参数：
一般参考同类车型来选取
最小转弯半径（直径）
最小离地间隙
纵向通过性
接近角
离去角
4、操纵稳定性参数
1不足转向特性参数：
通常用在0.4g向心加速度作圆周运动时前、后轴侧偏角之差δ1－δ2作为评价指标。
2车身侧倾角：
当汽车以0.4g的向心加速度作圆周运送时车身的侧倾角在3°左右，最大不超过4.5°。
否则要在设计上采取措施。
3制动点头角：
当以0.4g减速度制动时，点头角＜4.5°，否则不舒适。
4撒手稳定性。
5、行驶平顺性参数：
设计要求：
前、后悬架的偏频n1和n2（或fc1、fc2）车身振动加速度及前后悬架的动挠度fd1、fd2。
设计时，应保证：
n1≈n2或n1稍大于n2，以减轻纵向角振动和共振。
货车
满载n
fc（cm）
fd（cm）
n1
n2
fc1
fc2
fd1
fd2
1.5～2.1
1.7～2.17
6～11
5～9
6～9
6～8
6、制动性能参数
必须符合GB7258
主要设计要求及指标
km/n初速制动距离：
不超出车道宽度：
踏板力：
（六）发动机的选型：
考虑汽车用途、总重、总布置形式、动力特性和经济性要求，使用条件、材料和燃料资源，排放和噪声方面的法规限制，现有的社会资源成本以及技术发展水平，用户偏好等。
1、发动机型式的选择
1）目前，载货车、牵引车、自卸车采用柴油机的比例越来越大，其主要原因是柴油机相对汽油机有以下优点：
（1）燃油经济性好，在部分负荷下节省的燃油更多，且柴油价格低，故使用成本低。
（2）工作可靠，耐久性好。
（3）排气污染低。
（4）在同样续驶里程下油箱小，易布置。
（5）不易发生火灾。
（6）可通过增压，增大缸径来提高功率，易获得大功率发动机。
缺点：
工作较粗暴，振动和噪声较大，尺寸和重量较大，造价较高，启动较困难。
但这些缺点随着柴油机设计和制造工艺水平的提高，已大大改善。
2）发动机基本型式（即直列或V型、平置或斜置等）和冷却方式的选择。
直列式结构：
工作可靠，结构简单，成本低，维修方便，密度小，布置灵活，中重型货
车上普遍采用。
但当发动机排量较大时，直列式缺点突出：
如过长、过高、
重量大。
V型：
①长度显著缩短（约25～30％），高度低，重量减轻20～30％。
②曲轴管和曲轴刚度增加，扭振特性改善。
③缸数变化范围大，如V6、V10、V12（而直列一般6缸，最多为8缸）
④易设计出高转速、大功率的发动机。
⑤整车布置时，发动机可前移，从而使轴距短、自重小。
但是：
造价高，在平头车上布置易受车身的影响。
3）冷却方式：
一般采用水冷（风冷仅用于军车及重型越野车）
2、发动机主要性能指标的选择
1）发动机最大功率Pemax及相应转速np
1
按最大车速Vamax计算Pemax
其中：
ηT—4×2（驱动方式）：
0.9
f—0.15～0.02
Ga—单位：
N
Vamax—单位：
km/h
K—风阻系数
F—通风面积m2（B1×H）
Pemax为净输出功率，一般比发动机外特性上的最大功率低12～20％。
2按要求的最大爬坡度imax%计算：
（作为前一种方法的补充）
Va—一般货车取15km/h（按一档、发动机最大扭矩计算）
θmax—最大坡度角（可按最大爬坡度imax%计算，imax%＝tgθmax）
发动机转速的选择：
一般中型货车用柴油机2200～3400r/min
重型货车用柴油机1800～2600r/min
轻型货车用柴油机3200～4200r/min
发动机转速高时：
发动机重量可减轻，但发动机热负荷将增高，磨损加剧，寿命下降，振动和噪声将加大，低速性能将变坏，故发动机最大功率转速不宜过高，尤其是重型车不宜过高。
3、
发动机适应性系数φ
其中：
驾驶员疲劳,减少传动系磨损,降低油耗。
柴油机φ值范围：
1.6～2.6之间（1.7以上较多）
WD615.67A：
φ= ；6C280：
φ=；6C215：
φ=
（七）轮胎的选择
轮胎尺寸是绘制总布置图和性能计算的原始数据之一，故总体设计前必须选择轮胎型号。
（1）选择依据：
（1）汽车类型：
载货汽车可按设计满载工况计算轮胎负荷系数（即最大静负荷与轮胎额定负荷之比），一般取1或稍小于1，常取0.9～1.0。
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