汽车设计课程设计.docx
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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：
11980mmx2465mmx3530mm
轴数：
4；额定载质量：
驱动型式：
8x4;轴距：
1950mm+4550mm+1350mm
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
Pemax
（magf
3600
uamax
CdA3）
amax/
76140
（1-1）
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
式中Rmax――发动机最大功率，kW；
T――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：
T95%95%98%96%84.9%，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
部件名称
传动效率（%
4-6档变速器
95
辅助变速器（副变速器或分动器）
95
单级减速主减速器
96
传动轴万向节
98
ma――汽车总质量，ma=31000kg（整备质量11000kg,载重20000kg）；
2
g重力加速度，g=9.81m/s；
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f0.012。
表1-2良好路面上常用轮胎滚动阻力系数
轮胎种类
滚动阻力系数
中重型载货车用子午线轮胎
0.007-0.008
中重型载货车用斜交轮胎
0.010-0.012
轻型载货车用子午线轮胎
0.008-0.009
轻型载货车用斜交轮胎
0.010-0.012
轿车用子午线轮胎
0.012-0.017
轿车用斜交轮胎
0.015-0.025
Cd――空气阻力系数，取Cd=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，m2,取前轮距BiX总高H,A=2.4653.53m2
Uamax—该载货汽车的最咼车速，Uamax=90kmj/h。
将各值带入式1-1得:
7.83x9^x
p>1
\-195.65kW
、3600
76J40）
也可以利用比功率的统计值来确定发动机的功率值:
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引灯上必⑹kw
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np,初取np=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）
转矩适应性系数,
emax
TP
式中Temax一一发动机最大转矩，N.m；
Tp――最大功率时的转矩，N.m；
可参考同类发动机数值
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,
选取，初取=1.05;
Pemax一一发动机最大功率，kW；
2200
np最大功率时的转速，r/min。
所以
npnp
nT?
nT
般用发动机适应性系数表示发动机适应行驶工况的程度。
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。
值越大，说明发动机的适应性越好。
采用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nT=1450r/min,则土=1.60,心=匚°衆人60=人6占。
rh
I.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
II.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
ft
主鼻尺寸&
[E宣
%
应*CFt
P计mp4
用報料
皆通
faOQfiCO）
10
12
1:
259
1018
1030行拓
1Q3S
C10M5
1疏030500率詛
i+a（b.a>乩
7.017.41
7.0
7.Of亍
11100-20
（L0.00R30）
12
14
16
27B
10&S
1067
（ID&OJ
1CH3
tl0€&»
21GC0
:
■wsa
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D（i.
€
7l4（7.7>
7.5
T.SV3.0
8.0VS,00V
IL00-2Q
C11.00R20}
14
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（10951
262^）
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『+4（7⑺
良0
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B.SOTB.5V
1100-20
（12.00R2D）
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IB
315
113S
1145
（119b3
WOO
67（7.0）
7.4C7.7I
a.s
8,50V
虫cm
00-24
（12.WR24）
IF
315
122S
IM?
（12M）
M70O
flutao）
取3
S-Srr
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i。
。
主减速比i。
是主减速器设计的原始数据，应在汽车总体设计时就确定。
1-1中的曲线3所示，i0可
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，如图按下式选择
式中，rr—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=3.05,二一—心诗
np――发动机最大功率时的转速，np=2200r/min;
Uamax最咼车速，Uamax=90km/h；
igh――变速器最高档传动比，igh=1.0。
所以
!
^（0.377-0^72）x
0.5291x2200
~9（）xi.O~
初取i°5.0。
根据所选定的主减速比i°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
230mm-345mr之间。
减速器），并使之与汽车总布置所要求的离地间隙相适应。
表1-3汽车驱动桥离地间隙
"Mt
轿节
1?
（t190
12（1-230
13Q-160
殺就汽午
130^220
中魁
2]0-375
23&3<5
IS吃.轩革
2ZQ—2a0
中5L£9
2*0^400
ZG7"
中*0，大*ft
?
]0-J90
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
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档传动比ig与主减速比i0的乘积。
ig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
（1-6）
imagmax「「
igii
Temaxi0T
i°——主减速比，i°=5.0；
（1-7）
（1-8）
根据驱动车轮与路面附着条件
Temaxigi0T
——g——G2
道路的附着系数，在良好路面上
取0.8;
求得变速器档传动比为
G2r「
igTi
Iemaxi0T
式中
G2――汽车满载静止于水平路面时驱动桥给地面的载荷
rr,Temax,i0,T--—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o
2•传动系各总成的选型
题目要求的发动机最大功率为柴油机股份有限公司的型号为
WD615.50的两款发动机。
2.1发动机的选型
200kw,最大转矩为911.5N，相应转速为2200rpm，经调查初步选择上海
6CL320-2的发动机，以及潍坊动力股份有限公司的型号为WD615.56、
[阜TectinicalParameter
ModalWD€1S
C/ImderNumbtr忙Lhrnn]
D
Ritalen；
May「arq.aNr-）
M.TiTn町ifSppp-|MinFuelConaumptronmtFull
Lwd护b：
h）
ETiis&isrStandard
WD€1555:
WD6155€.OT616.SO
G
126-130
572S
175193206
"200
1000；11C01160
1400-16001300-16001100-1600
s19fl
EuroII
dirb讥&6l（KG）675
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）
1363X925X794
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n
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
机型
WD615.56
WD615.50
6CL320-2
缸径/行程（mn）
126/130
126/130
114/144
排量（L）
9.726
9.726
9.0
额定功率（kW
193
213
235
额定转速（r/min）
2200
2200
2200
最大转矩（N.m）
1100
1160
1250
最大转速（r/min）
1300-1600
1100-1600
1300-1500
最低燃油消耗率
（g/kW.h）
198
198
198
满足排放标准
欧II
欧II
欧II
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
倒1
倒2
12.961
9.693
7.370
5.540
3.846
3.37
2.520
1.916
1.440
1.000
2.938
11.301
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。
当传动轴分段时，需加设安装在车架横梁上的中间支承，以补偿传动轴轴向和角度方向的安
装误差，以及车辆行驶过程中由于弹性支承的发动机的窜动和车架等变形所引起的位移。
橡胶弹性元件能吸收传动轴的振动，降低噪声。
这种弹性中间支承不能传递轴向力，它主要承受传动轴因动不平衡、偏心等因素引起的径向力，以及万向节上的附加弯矩所引起的径向力。
初步采用重庆重型汽车集团传动轴有限责任公司生产的重型汽车传动轴总成，编号为：
006。
工作扭
矩为：
15000N.m。
2-5驱动桥的选型
驱动桥处于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动车轮具有差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架之间的铅垂力、纵向力和横向力。
1、驱动桥结构型式和布置型式的选择
驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式相关。
绝大多数载货汽车的驱动车轮采用非独立悬挂，相应地采用非断开式驱动桥。
现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置形式。
在贯通式驱动桥的布置中，各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内，且相邻两桥的传动轴是串联布置的。
其优点是，不仅减少了传动轴的数量，而且提高了各驱动桥零件的相互通用性，并且简化了结构，减少了体积和质量，成本较低。
2、主减速器结构型式选择
减速型式的选择与汽车的类型及使用条件有关，主要取决于由动力性、经济性等整车性能所要求得
主减速比i0的大小及驱动桥的离地间隙、驱动桥的数目及减速型式等。
双级主减速器有两级齿轮减速组成，结构复杂、质量加大，制造成本也显著增加，仅用于主减速比
较大（7.6i012）且采用单级减速不能满足既定的主减速比和离地间隙要求的重型汽车上。
单级贯通式主减速器用于多桥驱动汽车的贯通桥上，其优点是结构简单、主减速器的质量较小、尺寸紧凑，并可使中、后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有互换性。
综上所述，由于所设计的载货汽车的轴数和驱动型式为84，以及单级贯通式主减速器具有结构简
单等诸多优点，同时又能满足使用要求。
所以，选用单级减速贯通式驱动桥。
3、驱动桥的选型
根据计算的主减速比初步选择重庆红岩汽车车桥厂的单级减速双联驱动桥，产品型号：
20048302。
中、后桥均采用铸钢桥壳，中、后驱动桥承载能力均为13吨。
最大输入扭矩40000N.m,大于最大的输
入扭矩，主减速器传动比i0=4.875。
3整车性能计算
3.1配置上柴6CL320-2发动机时的整车性能计算
3.1.1汽车动力性能计算
1）汽车驱动力和行驶阻力
汽车行驶过程中必须克服滚动阻力Ff和空气阻力Fw，加速时会受到加速阻力Fj的作用，上坡时会
受到重力沿坡道的分力一一坡度阻力Fi。
汽车行驶时驱动力与行驶阻力的平衡方程式为：
FtFfFwFiFj（3-1）
发动机在转速n下发出的转矩Te经汽车传动系传递到驱动轮上的驱动力Ft按下式计算：
（3-2）
Teigi0T
卜trr
式中Ft——汽车驱动力，N；
Te——发动机转矩，N.m;
ig——变速器速比；
i°――主减速器速比，4.875；
t――传动系效率，t0.849；
rr――车轮的滚动半径，m，□册伽；
在驱动轮不打滑的情况下，发动机转速n所对应的汽车车速Ua（km/h）为：
nrr
（3-3）
Ua0.377」
igi0
式中
n——发动机转速,
r/min;
滚动阻力
式中
空气阻力
式中
ig,i0,rr——同式
（1-10）说明。
Ff:
g重力加速度,
坡道的坡度角,
滚动阻力系数,
Fw:
Cd――空气阻力系数,
Ffmagcos
2
g9.81m/s；
同式（1-1）说明;
（3-4）
FwJCdA
2
Ua
（3-5）
A――迎风面积，即汽车行驶方向的投影面积
2
A=2.4653.530m；
空气密度，一般
1.2258N.s2.m4；
Ua――汽车行驶速度,
m/s。
若ua以km/h计，则
Fw
CDA2ua21.15
坡度阻力Fi:
Fi
magsin
（3-6）
坡道的坡度为i时
arctani
加速阻力Fj:
Fj
du
ma—
dt
（3-7）
式中
汽车旋转质量换算系数,
按式
2
112ig估算，取120.04，ig为变速
器速比;
ma汽车总质量，
包一一汽车行驶加速度,
dt
2）汽车的行驶性能曲线
m/s2。
Te,由式
通过计算各档车速对应的发动机转速n,由发动机外特性曲线可得到相应的发动机转矩
（3-2）可求得汽车的驱动力Ft，由式（3-4）和（3-5）可求得FfFw，再作出汽车的行驶性能曲线。
计算数据见表3-1。
表3-1汽车驱动力与行驶阻力计算列表
一档
ig112.961
车速ua（km/h）
3.5
4
5
6
7
n（r/min）
1108.0
1266.3
1582.9
1899.5
2216.1
Ft（kN）
128.8
128.6
115.0
113.3
105.0
FfFw（N
3536.1
3537.5
3540.9
3544.9
3549.7
二档
ig29.693
车速ua（km/h）
5
6
7
8
9
n（r/min）
1183.8
1420.6
1657.3
1894.1
2130.9
Ft（kN）
93.3
95.5
90.0
84.7
82.0
FfFw（N
3540.9
3544.9
3549.7
3555.3
3561.6
三档
ig37.370
车速ua（km/h）
6
7
8
9
11
n（r/min）
1080.1
1260.1
1440.2
1620.2
1980.2
Ft（kN）
64.2
71.2
72.5
70.0
63.3
FfFw（N
3544.9
3549.7
3555.3
3561.6
3576.4
四档
ig45.54
车速ua（km/h）
8
10
12
14
16
n（r/min）
1082.6
1353.2
1623.8
1894.5
2165.1
Ft（kN）
48.3
55.89
52.5
48.3
46.7
FfFw（N
3555.3
3568.6
3584.9
3604.1
3626.3
五档
ig53.846
车速ua（km/h）
11
14
17
20
23
n（r/min）
1033.4
1315.2
1597.0
1878.8
2160.7
Ft（kN）
33.0
38.2
35.8
33.3
32.5
FfFw（N
3576.4
3604.1
3638.5
3679.6
3727.3
六档
ig63.370
车速ua（km/h）
13
16
20
23
26
n（r/min）
1070.1
1317.0
1646.3
1893.3
2140.2
Ft（kN）
30.0
32.5
29.7
29.2
28.3
FfFw（N
3594.1
3626.3
3679.6
3727.3
3781.7
车速ua（km/h）
18
22
26
30
35
七档
ig72.520
n（r/min）
1108.0
1354.2
1600.4
1846.6
2154.4
Ft
（kN）
22.0
25.8
25.0
23.3
21.7
Ff
Fw（N
3651.5
3710.7
3781.7
3864.6
3984.9
车速ua（km/h）
23
30
35
40
45
八档
n
（r/min）
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