中型客车底盘总布置设计毕业设计.docx

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中型客车底盘总布置设计毕业设计

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摘要

客车底盘的总布置设计在客车设计中具有重要作用。

本文对中型客车底盘各主要部件进行选择及布置设计并对相应的参数进行了选取和计算，在此基础上完成底盘总体布置设计。

设计过程中，在给定客车类型、部分参数及驱动形式的情况下，对中型客车底盘进行选件布置；依据所确定的轴数、驱动形式、发动机的功率及汽车底盘布置形式，并考虑到商用车的舒适性及其对商用车的基本性能的要求来进行了汽车主要尺寸参数和性能参数的选取和计算，在此基础上选取并确定了底盘各部件的动力总成、制动系及转向系等。

最后参考了同类车型的底盘总布置方案来对所设计的中型客车进行底盘总布置，并绘制了底盘的总布置图。

本文在底盘的设计过程中，为了保证汽车驾驶的舒适性和安全性，对转向系的运动干涉问题进行了校核。

在分析过程中采用了图解法，对转向系在向左、向右时的不同情况进行校核，并测试其合理性，最后的分析结果表明，所设计的转向机构匹配合理，切合实际。

关键词：

客车；底盘；总布置；客车设计

Abstract

Thetotalpassengercarchassislayoutdesignofthebusplaysanimportantrole.Inthispaper,medium-sizedpassengercarchassisofthemaincomponentstochoosethedesignandlayoutandthecorrespondingparametersareselectedandcalculated,onthebasisofthecompletionoftheoveralllayoutdesignofthechassis.Thedesignprocess,thepassengerinagiventype,someformofdriverparametersandcircumstances,tocarryoutmedium-sizedpassengercarchassislayoutoptions;basedontheaxisdefinedbythenumberofforms-driven,enginepowerandchassislayoutoftheform,takingintoaccountthecommercialvehiclesandthecomfortofthebasicperformanceofthecommercialrequirementsofthemaindimensionsofthevehicleparametersandperformanceparametersoftheselectedandcalculated,onthisbasistoselectandidentifythevariouspartsofthechassispowertrain,brakesystemandsuchassteering.Finally,withreferencetothesamegenerallayoutchassismodelprogramtomedium-sizedpassengercarsdesignedtocarryoutgenerallayoutchassisandatotalmappingofthechassislayout.

Onthecourseofthedesignofthechassis,inordertomakesurethecomfortandthesafetyoftheautomobilism,wechecktheinterferencemovementofthesteeringsystem.Onthecoursethatweusethegraphicalmethod,checkthedifferentcasewhenthesteeringsystemturnleftorright.Theanalysisresultsindicatethatallthedesignofthesteeringsystemarematchingwithreasonandpracticableness.

Keywords：

Bus；Chassis；Layout；BusDesign

第1章绪论1

1.1中型客车底盘概述1

1.1.1中型客车底盘的发展现状1

1.1.2中型客车底盘设计要求1

1.2本论文研究的内容2

第2章主要参数及各部件的确定4

2.1底盘总体设计的特点和要求4

2.2汽车形式的选择4

2.3中型客车主要参数的选择5

2.3.1主要尺寸参数的确定5

2.3.2主要质量参数的确定6

2.3.3主要性能参数的确定7

2.4发动机的选择11

2.4.1发动机形式的选择11

2.4.2发动机主要性能指标的选择11

2.4.3发动机的悬置12

2.5传动系统13

2.5.1驱动桥形式的选择13

2.5.2离合器的选择13

2.5.3变速器的选择15

2.5.4传动轴的选择16

2.6行驶系统16

2.6.1车架的形式17

2.6.2悬架的计算及形式的确定17

2.6.3轮胎的选择19

2.6.4后桥的选择19

2.7转向系统20

2.7.1前轴21

2.7.2转向器的选择21

2.7.3转向助力装置21

2.8制动系统22

2.8.1行车制动23

2.8.2驻车制动24

2.8.3辅助制动24

第3章总体布置25

3.1整车布置的基准线25

3.2发动机的布置26

3.3传动系的布置26

3.4转向装置的布置27

3.5悬架的布置28

3.6制动系的布置29

3.7踏板的布置30

3.8车架总成的布置30

3.9油箱和蓄电池的布置31

第4章运动校核32

4.1原理与计算32

4.2作图方法32

第5章平顺性分析与悬架匹配分析34

5.1客车平顺性概述34

5.2客车等效振动分析34

5.3客车车身加速度的幅频特性36

5.4悬架弹簧动挠度的幅频特性37

5.5相对动载的幅频特性38

第6章结论41

参考文献42

致谢43

附录Ⅰ43

附录Ⅱ47

第1章绪论

中型客车底盘概述

客车底盘技术是整车技术的关键，它直接影响客车的动力性、经济性、安全性、舒适性、环保性等性能，换句话来说，底盘技术的好与坏影响着用户对客车的评价，也决定了客车的质量。

中型客车底盘的发展现状

近年，我国经济的高速增长，极大地促进了交通运输业的发展。

促进了我国汽车工业的发展。

作为汽车家族主要组成部分的大中型客车，近年来同样进入了前所未有的发展时期。

大型化、环保化、高档化、低地板化、乘务电子化、造型现代化成为我国客车发展趋势。

近年来中型客车发展突飞猛进，中型客车无论是用在城市公交还是长途客车，都扮演着重要的角色。

车型发展趋向国际化、生产方式趋向简洁化、经营模式趋向精细化、未来发展趋向集中化。

随着科学技术的发展和人们的生活质量要求越来越高的因素的影响，安全性、舒适性、平稳性、经济性、美观性成为当今客车发展的重要因素。

随着客车底盘技术的发展和人们对客车乘坐舒适性的不断提高，提高客车安全性、改善其舒适性成为客车现阶段发展的主要特点，而且客车制造的核心技术在于底盘技术。

在动力性方面越来越多的采用大功率、大转距发动机，目前多采用多点喷射式柴油发动机并采用增压技术，还可使整车具有较好的燃油经济性前后轮均采用鼓式驻车制动型式，为了提高安全性和舒适性在行车制动方面应采用液压式的行车制动系统并且为了提高其制动效能应采用分路系统，装有ABS系统保证了可靠的制动性能进而提高安全性。

采用空气悬架或是采用钢板弹簧配减震器和适当的离地间隙，可增加汽车行驶的平顺性和舒适性，使车身底板空载与满载时保持平衡。

在设计过程中，将中型客车的底盘设计尽量做到紧凑化，以至充分利用整车的空间，发挥其多样性的优点。

中型客车底盘设计要求

（1）调查研究与初始决策：

选定设计目标，并制定产品设计工作及方针原则。

（2）总体方案设计：

根据所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出底盘设想。

（3）绘制底盘总布置草图，确定底盘主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形式。

（4）编写设计任务书。

（5）底盘总布置设计。

（6）总成设计。

（7）试制、试验、定型。

本论文研究的内容

客车的性能关键在于客车底盘总布置的质量，所以，在客车的设计中底盘总布置设计在整个客车的设计过程中占有相当重要的地位。

中型客车底盘是由四大系统构成，分别是传动系统、转向系统、制动系统、行驶系统，在对其进行总体的布置时，结合了同类型的中型客车底盘的布置形式以及市场对中型客车的需求和现代客车的发展趋势来进行设计，在底盘的设计过程中尽量使其更加紧凑、美观，这样不仅节省了一些空间而且也能降低地板的高度。

首先，对于传动系，这里采用了发动机后置后轮驱动，这样的布置轴荷分配比较合理，发动机的接近性也比较好。

传动系中的发动机、离合器、变速器连为一体，根据发动机的扭矩来定离合器和变速器的型号，在将驱动力传递给后轮的驱动桥。

在柴油发动机的布置过程中，对与发动机的悬置问题进行了初步的研究。

对于制动系来说，前后都采用了鼓式制动器，为了保持汽车制动效能，采用了制动管路的回路系统，采用了液压式的行车制动。

对于转向系统，采用了循环球式的转向器。

对行驶系统，前后悬架都为非独立悬架，使用钢板弹簧并配用减震器。

为了保证转向系与底盘不发生运动干涉在这里进行了运动校核，保证了汽车行驶的安全性和舒适性，设计表明，所设计的转向系匹配合理，切合实际。

通过这样的设计，将底盘的总布置尽量做到布置合理化、完美化。

从发展的观点来看，合理的布置将中型客车底盘设计成多样化，达到了中型客车用途多样化的功效，并适应市场的需求。

综合上述原因，本论文主要对中型客车底盘总布置和设计，论文主要作了以下工作：

一、中型客车的用途

中型客车属于多功能用车，一般都用于城市公交车、通勤车、旅游大巴、长途客运等行业用车，在这里设计的中型客车的实际应用是属于商用车类。

商用车是一种专门的车型，这种汽车的乘客一般会在三十人左右，外观、内饰相对较为豪华舒适，更适用于商用活动。

所以在底盘设计过程中要注意底盘形式的理念化。

二、底盘主要参数及部件的确定

在主要参数的选择和计算问题上，主要考虑了中型客车整体的安全性、动力性、舒适性等，以及底盘总体布置的难易程度来进行的。

汽车是由动力装置、底盘、车身、电器及仪表等四部分组成的，是用来载送人员和物品的交通运输工具。

在客车型号与驱动方式已经给出的情况下对底盘进行设计，主要是对底盘部件的选取及布置。

设计主要包括：

车型构成：

车辆的主要尺寸、驱动方式和采用的主要部件（如发动机、变速器、驱动桥、悬架、转向器）及附属设备；车辆的总体布置；整车性能、计算校核。

各部件的选择主要考虑到利用国内各汽车部件生产厂的现有资源，可从中选择适合的部件，并对同型号车进行参考，避免对各部件单独设计以降低生产成本。

三、各部件及总成总体位置的确定

在初步确定汽车的载客量（载质量）、驱动形式、发动机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制总布置草图，并根据理论依据校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。

第2章对于各部件及总成在车架上安装位置的问题，主要考虑到它们之间的工作关系、运动关系、安全因素和对轴荷分配的影响来完成的。

如果对上述问题考虑的不周到、不全面，将会给整车带来性能上不好的影响及安全隐患。

主要参数及各部件的确定

底盘总体设计的特点和要求

根据任务要求对中型客车底盘设计并布置。

中型客车整车设计即客车的总体设计。

传统的整车设计工作主要包括以下几方面内容：

（1）确定整车型式、结构和尺寸；

（2）确定整车的主要性能指标；

（3）初选各总成的结构型式、尺寸和性能；

（4）协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系。

前几项需要进行选件分析，后一项需要进行理论校核分析，使其该设计底盘达到最优。

汽车是一种交通工具，具有在自然环境条件下使用的特点。

自然环境变化因素多，要求汽车能适应变化的环境而且安全的行驶，就必须制定有关法规强制企业执行，这也是工程技术人从事设计工作的依据之一。

汽车形式的选择

（1）轴数

由于中型客车主要以载客为主，其总质量小于吨的公路运输车，且我国公路及桥梁限定双轴汽车的前后轴负荷应分别不超过60KN和130KN,故采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。

（2）驱动形式

随着汽车载重量的增加，各相关总成也要相应的加大，汽车的自重也要增加，这样会造成4×2式的汽车单轴的负荷增加，以致超过公路、桥梁所规定的承载限值。

为解决此矛盾，一般采用增加汽车轴数的办法来减少轴的负荷。

采用增加轴数的办法，可以提高载重量而不增加轴负荷，同时还不会增加车箱底板的离地高度，提高通用化、系列化水平，便于生产、降低生产成本等。

所以汽车厂家多年来一直都采用这种办法变型出更多品种的汽车。

中型客车主要在城市道路行驶，其工作条件好，且总质量小于吨，故采用后轮驱动的布置形式。

因为这样布置结构简单、布置合理、机动性好、成本低、适合于公路使用，是—种典型的、成熟的结构型式。

（3）布置形式

根据任务书要求在此采用发动机后置后轮驱动的形式。

这种布置方案的优点是：

能较好地隔绝发动机的气味和热量，客车中、前部基本不受发动机工作噪声和振动的影响；检修发动机方便；轴荷分配合理；同时由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大，可改善车厢后部的乘坐舒适性；发动机纵置时，车厢面积利用较好，并且布置座椅受发动机影响较少；作为城市间客车使用时，能够在地板下方和客车全宽范围内设立体积很大的行李箱；作为市内用客车不需要行李箱时，因后桥前面的地板下方没有传动轴，则可以降低地板高度，乘客上、下车方便；传动轴长度短。

中型客车主要参数的选择

主要尺寸参数的确定

（1）轴距

轴距对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、纵向通过半径等有影响。

由于是中型客车，根据汽车总质量在6.0～14.0t，轴距长度一般在3600～5500mm之间，这里取。

（2）前轮距和后轮距

改变汽车轮距会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。

受汽车总宽不得超过限制，轮距不宜过大。

但在选定的前轮距范围内，应能布置下车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足

够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动空间。

在确定后轮距时，应考虑能布置下发动机等动力总成，考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。

为此，轮距宽度应在规定的轮距，这里取前轮距，后轮距。

（3）前悬和后悬

汽车的前悬和后悬尺寸是由总布置最后确定的。

前悬处要布置钢板弹簧前支架、车身前部或驾驶室的前支点、保险杠、转向器等，要有足够的纵向布置空间。

其长度与汽车的类型、驱动型式、发动机的布置型式和驾驶室的型式密切相关。

汽车的前悬不宜过长。

以免使汽车的接近角过小而影响通过性。

中型客车后悬长度一般不得超过轴距的，绝对值不大于。

故取前悬，后悬。

主要质量参数的确定

汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量、装备质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。

（1）整车整备质量

整车整备质量是指车上带有全部装备，加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。

整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。

中型客车的整备质量可按每人占汽车整备质量的统计平均值估计。

客车车辆总长的车，人均整备质量值在人，这里取人均整备质量值为人。

由于中型客车的载客量一般35人，故汽车的整车整备质量为：

（2）载质量（客车载客量）

由于是中型客车，所以乘员数大于22人，包括驾驶员座位在内，座位数超过9个，且最大设计总质量超过5000kg的载客车辆。

此类汽车的类型属于类，Ⅲ级汽车。

（3）汽车的总质量

汽车的总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。

客车的总质量由整备质量、乘员和驾驶员质量以及行李质量三部分构成。

其中，乘员和驾驶员每人质量按计，于是有：

（2－1）

式中，为包括驾驶员在内的载客数；为行李数，所设计的客车为长途客车，行李数，由于是中型客车，载客数一般定为35人，即，所以在这里汽车的总质量由（2－1）得：

（4）轴荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。

汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，后置发动机后轮驱动的客车满载时后轴负荷最好不超过59％，否则，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。

根据国际标准：

中型客车一般采用4×2后轮驱动双胎平头，满载时前轴载荷在30%～35%之间，后轴载荷65%～70%之间；空载前轴载荷在48%～54%之间，后轴载荷在46%～52%之间。

这里只考虑最大总质量轴荷的分配，故前轴取2856kg,占最大总质量的34%；后轴载荷取5544kg占最大总质量的66%。

主要性能参数的确定

（1）动力性参数

汽车动力性参数包括最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转矩等。

1）最高车速

中型客车发动机排量一般＞4.0L，考虑到所设计的客车发动机排量＞4.0L，根据公式

（2－2）

其中公式中为发动机最大功率所对应转速，取

为车轮半径，=0.514，

为主减速器传动比，在此取，

为变速器传动比，在此取，

根据公式（2－2）得：

。

2）加速时间

汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。

对于≥的汽车，加速时间常用某一速度加速到另一速度所需的时间来评价。

在此取从加速到所需的时间。

根据汽车行驶方程求加速度

（2－3）

其中为汽车驱动力（2－4）

其中公式（2－4）中为发动机特性，

为主减速器传动比，在此取，

为变速器传动比，在此选择三档变速比，

为机械效率，查的，

为车轮半径，=0.514

根据公式（2－4）得

N

为滚动阻力，（2－5）

公式（2－5）中CD位客车空气空气阻力系数，中型客车一般为0.6至0.7，在此取0.6，

迎风面积，其中为前轮距，=1.945为汽车总高，=3.2

所以得

根据公式（2－5）得：

N

根据公式（2－3）得：

所得加速时间为

3）爬坡能力

所设计的车型为中型客车，查的档最大动力因数

因为

经过公式推倒得：

（2－6）

其中

（经验公式）

根据公式（2－6）求最大爬坡度

所以求得

°

4）比功率和比转矩

比功率是评价汽车动力性能如速度性能和加速性能的综合指标，比转矩则反映了汽车的比牵引力或牵引能力。

在比较各国车型的比功率时，应考虑到各国内燃机功率测定标准的差异。

为了保证汽车在高速公路上的速度适应性，有些国家对汽车的比功率值有所规定。

比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比，即。

比功率大的汽车加速性能、速度性能要较比功率小的汽车好。

比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比，即。

它能反映汽车的牵引能力。

（2）汽车最小转弯直径

转向盘转至极限位置时，汽车外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹的直径，称为汽车最小转弯直径。

大型客车的车辆总长时，最小转弯直径。

（3）通过性几何参数

底盘设计要确定的通过性几何参数有：

最小离地间隙、接近角、离去角等。

由于车型为后桥驱动的大型客车，所以的值应在之间，这里取，，

（4）制动性参数及计算

汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车制动的能力。

1）制动减速度j

一般在考虑附着条件的情况下对制动减速度进行验算。

在考虑附着条件时，最大制动力为：

（2－7）

式中：

—车轮与路面间的附着系数查的

根据公式（2－7）得：

这时的制动减速度为：

一般来说总是<最低要求减速度的推荐值一般多为：

轿车5.8-7（制动初速度=80km，最大扭矩1500rmin。

发动机的悬置

汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动。

发动机就是振源之一。

现代的发动机是采用弹性支承安装的，称之为发动机的悬置系统。

如不采用弹性元件而直接将发动机布置在汽车车架上，当汽车行驶在不平坦路面上将导致机身由于车架的变形、冲击而破坏，而且还有来自发动机与车架与车身产生的噪音。

所以，在这里采用了发动机悬置系统。

其功用是：

（1）允许身架或车身扭转而不致给车身造成过大的残余应力，并防止给装置造成过大的应力变形，特别是四点支撑式结构。

（2）减少由发动机震动产生的噪音，并减少声波的传输。

（3）防止由发动机振动引起的人体不舒适和疲劳。

（4）防止部件的疲劳、损坏。

考虑到悬置元件的结构和整车的制造成本，拟选用金属板与橡胶块组合的橡胶悬置作为发动机的悬置元件。

传动系统

动力装置和驱动轮之间的所有传动部件总称为传动系。

传动系的功用是将动力装置输出的功率传动给驱动轮，并改变动力装置的功率输出特性以满足汽车行驶要求。

所设计的中型客车根据动力性、经济性、可靠性等因素选用整体式液压内助力方向机。

驱动桥形式的选择

所设计的中型客车适用于城市公交、长途客运、旅游大巴、公司班车，其工作条件好、载客量大，驱动形式采用4×2的后轮驱动的布置形式。

驱动桥地选择应满足一下要求：

1）选择适当的主减速比，保证给定条件下的动力性和经济性。

2）外廓尺寸小，保证汽车有足够的离地间隙，。

3）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。

4）在各种载荷和工况下有高的传动效率。

5）具有足够的强度和刚度；质量尽可能小。

6）与悬架导向机构运动协调。

7）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修、调整方便

前面提到悬架采用非独立悬架，所以应采用非断开式驱动桥。

非断开驱动桥具有结构简单，成本低，工作可靠等优点，故采用东风康明斯公司生产的153型，冲压焊接整体式驱动桥。

离合器的选择

离合器在机械传动中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机连接的总成。

目前广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。

客车的离合器较大，一般采用膜片弹簧，也有采用单片或干式螺旋弹簧。

为了保证离合器具有良好的工作性能，选择时应满足以下基本要求：

1）在任何行驶条件下，即能可靠地传递发动机的最大扭矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。

2）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。

3）分离时要迅速、彻底。

4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

5）应有足够的吸热能力和良好的通风散