货车总体设计

第1章汽车形式的选择

1.1汽车质量参数的确定

汽车质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、载荷分配等。

1.1.1汽车载人数和装载质量

汽车的载荷质量是指汽车在良好路面上所允许的额定装载质量。

汽车载客量：2人

汽车的载重量：m e=1250kg

1.1.2整车整备质量m o确定

整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随车工具，备胎等），加满燃料、水、但没有装货和载人时的整车质量。

质量系数η

mo 是指汽车载质量与整车整备质量的比值，η

mo

= m

e

/m

。根据表1-1 表1-1 货车质量系数ηmo

总质量m

a

/t η

mo

货车

1.8＜m

a

≤6.0 0.8～1.1

6.0＜m

a

≤14.0 1.20～1.35

m

a

≥14.0 1.30～1.70

本车型为轻型货车，1.8＜m a≤6.0，故取ηmo=0.8

根据公式ηmo= m e/m0；m o= m e/ηmo=1250/0.8=1562.5kg

1.1.3汽车总质量m a

汽车总质量m

a

是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。

m a= m o+ m e+2×65kg （1-1）式中：m a——汽车总质量，kg；

m o ——整车整备质量，kg ； m e ——汽车载质量，kg ； 根据公式（2-1）可得：

m a = m o + m e +2×65kg=1250+1562.5+2×65=2942.5kg

汽车总质量：2942.5kg

1.2汽车轮胎的选择

表1-2 各类汽车轴荷分配

满 载 空 载 前 轴

后 轴

前 轴

后 轴

商 用 货 车

4×2后轮单胎 32%～40% 60%～68% 50%～59% 41%～50%

4×2后轮双胎，长、端头式 25%～27% 73%～75% 44%～49% 51%～56% 4×2后轮双胎，平头式

30%～35% 65%～70% 48%～54% 46%～52% 6×2后轮双胎

19%～25% 75%～81% 31%～37% 63%～69%

根据表1-2，本车型为4×2后轮双胎，平头式，故暂定前轴占32%，后轴占68%，则：

前轮单侧： 8.4702

32

.05.2942n 32.01=?=?=G F z ?kg 后轮单侧： 8.5559

.0468.05.29429.0n 68.02

=??=??=G F z ?kg 其中?z F 为轮胎所承受重量 。

根据GB9744一1997可选择轮胎如表1-3表1-4所示

表1-3 轻型载重普通断面斜胶轮胎气压与负荷对应表

负荷，kg 气

压

kPa 轮胎规格

250

280 320 350 390 420 460 490 530 560

6.00.14LT S 500

540

580 [6]

620 655

685 [8]

. . . .

根据

?

z F ，选择轮胎型号6.00.14LT ，气压：320kPa ，层级：8。

轮胎规格基本参数主要尺寸，mm 允

许

使

用

轮

辋层

级

标

准

轮

辋

新胎

充气后

轮胎最大

只用尺寸

双胎

最小

中心

距

断面

宽度

外直径负

荷

下

静

半

径

断

面

宽

度

外

直

径

公

路

花

纹

越

野

花

纹

6.00.14LT 6,8 4.5J 170 680 . 324 184 707 196 4J 5J

1.3驾驶室布置

载货车驾驶室一般有长头式、短头式、平头式三种。

平头式货车的主要优点是：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能良好，汽车整备质量小，驾驶员视野得到明显的改善，平头汽车的面积利用率高。

短头式货车最小转弯半径、机动性能不如平头式货车，驾驶员视野也不如平头式货车好，但与长头式货车比较，还是得到改善，动力总成操作机构简单，发动机的工作噪声、气味、热量和振动对驾驶员的影响与平头货车比较得到很大改善，但不如长头式货车

长头式货车的主要优点是发动机及其附件的接触性好，便于检修工作，离合器、变速器等操纵稳定机构简单，易于布置，主要缺点是机动性能不好，汽车整备质量大，驾驶员的视野不如短头式货车，更不如平头式货车好，面积利用率低。

综上各货车的优缺点，本车选用平头式，该布置形式视野较好，汽车的面积利用较高，在各种等级的载重车上得到广泛采用

1.4驱动形式的选择

汽车的驱动形式有很多种。汽车的用途，总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。本车采用普通商用车多采用结构简单、制造成本低的4 2后轮双胎的驱动形式。

1.5轴数的选择

汽车的总质量和道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等对汽车的轴数有很大的影响。总质量小于19吨的商用车一般采用结构简单、成本低廉的两轴方法,当汽车的总质量不超过32t时，一般采用三轴；当汽车的总质量超过32t时，一般采用四轴。故本车轴数定为两轴。

1.6货车布置形式

汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的相互关系和布置而言。汽车的使

用性能取决于整车和各总成。其布置的形式也对使用性能也有很重要的影响。

本车为平头货车，发动机前置后桥驱动。

1.7外廓尺寸的确定

GB1589—1989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不应超过12m，不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m；空载顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m；根据课设要求，并参考同类车型HFC1042P93K5B3型载货汽车，本车的外廓尺寸如下：5090×1910×2130（mm× mm×mm）。

1.8轴距L的确定

轴距L对整车质量、汽车总长、汽车最小转弯半径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。考虑本车设计要求和表3-1推荐，根据汽车总质量2942.5kg，并参考HFC1042P93K5B3同类车型型载货汽车，轴距L选为2600mm。

表3-1各型汽车的轴距和轮距

类别轴距/mm 轮距/mm

4×2货车

1.8～6.02300～36001300～1650 6.0～14.03600～55001700～2000

1.9前轮距B1和后轮距B2

在选定前轮距B

1

范围内，应能布置下发动机、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间隙。在确定后轮距B2时，应考虑车架两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有必要的间隙。根据表3-1，并参考同类车型HFC1042P93K5B3型载货汽车，前轮距B1=1420mm后轮距B2=1395mm。

1.10前悬L F和后悬L R

前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、下车和上车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置总成、部件的同时尽可能短些。后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货厢长度、汽车造型等有影响，并决定于轴距和轴荷分配的要求。总质量在1.8～14.0t的货车后悬一般在1200～2200mm之间。参考同类车型HFC1042P93K5B3型载货汽车，并根据本车结构特点确定前悬L F：1070mm 后悬L R：1420mm。

1.11货车车头长度

货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。参考HFC1042P93K5B3型载货汽车，本车车头长1500mm

1.12货车车箱尺寸

参考HFC1042P93K5B3型载货汽车，考虑本车设计要求，确定本车车箱尺寸：3000mm×1810mm×370mm。

1.13 车架的选择

参考《中国汽车零配件大全》一书，选取：

边梁式车架（轴距3400mm）：4415×860×180

前要断面尺寸：180mm×69mm ×3mm

重量：118.5kg

满载负荷：30KN

1.14油箱

参考《中国汽车零部件大全》, 选取EQ1030系，镀铅板，筒式，滚焊，59L，310mm ×260mm×720mm

1.15 离合器

双片干式盘形磨擦离合器

1.16 万向传动轴

十字轴连接

第2章 汽车发动机的选择

2.1发动机最大功率max e P

当发动机的最大功率和相应的转速确定后，则发动机最大转矩和相应转速可随之确定，其值由下面公式计算： ??

? ??+=

3max max max 7614036001a D a T e v A C v Ggf

P η

（2-1） 式中：max e P ——最大功率，kw ； T η——传动效率，取0.9； g ——重力加速度，取10m/s 2； f ——滚动阻力系数，取0.02；

D C ——空气阻力系数，取0.8；

A ——汽车正面迎风面积，11H

B A =，其中1B 为前轮距（见第三章）

，1H 为汽车总高（见第三章） ；

11H B A ==1.42×2.13=3.02m 2；

Ma ——汽车总重,kg ；

max a v ——汽车最高车速,130km/h 。 根据公式（2-1）可得：

??

?

??+=

3max max

max 7614036001a D a T e v A C v Ggf

P η=

kw 1011307614002.38.0130360002.0102942.59.013=???

????+???

于是，发动机的外特性功率为:

e P =max e P /（0.8～0.88）=（114.8～126.25）kw

即在112.8～124.1kw 之间选择发动机。选取CY6102BZQ 型柴油机，主要参数见表2.1，其总功率外特性曲线如附录图2.1所示

表2.1发动机主要技术参数

CY6102BZQ 节能环保型主要技术参数

型 号： CY6102BZQ 节能环保型

形 式： 立式直列、水冷、四冲程、废气涡轮增压 气 缸 数： 6—102×118 工作容积： 5.785

燃烧室形式： 直喷四角型燃烧室 压 缩 比： 16.5:1 额定功率/转速： 120/2800 最大扭矩/转速： 462/1800 标定工况燃烧消耗率： 224 全负荷最低燃油消耗率： 204 最高空载转速： 3076 怠速稳定转速： ≤750 机油消耗率： ≤1.33 工作顺序： 1-5-3-6-2-4 噪声限制： 111.68 烟 度： ≤3.5

排放标准： 达欧洲Ι号标准 整机净质量： 560

外形参考尺寸：

1209.7×662×884.5

2.2发动机的最大转矩max e T 及其相应转速T n

当发动机的最大功率和相应的转速确定后，则发动机最大转矩和相应转速可随之确定，其值由下面公式计算： max e T α

P

e n P max

9549 （2-2） 式中：α——转矩适应系数，一般去1.1～1.3，取1.1 P T ——最大功率时转矩，N ?m max e P ——最大功率，kw P n ——最大功率时转速，r/min max e T ——最大转矩，N ?m

其中，P n /T n 在1.4～2.0之间取。这里取1.7

根据公式（2-2）

=max e T M N .16.4502800

12095491.1=??

T n =P n /1.7=2800/1.7=1647r/min

第3章 传动比的计算和选择

3.1驱动桥主减速器传动比0i 的选择

在选择驱动桥主减速器传动比0i 时，首先可根据汽车的最高车速、发动机参数、车轮参数来确定，其值可按下式计算： 5

m ax 0377.0g a v

i v rn i =

（3-1）

式中：max a v ——汽车最高车速（km/h ）；

v n ——最高车速时发动机的转速，一般v n =（0.9～1.1）p n ，其中p n 为发动

机最大功率时对应的转速，r/min ；

这里取v n 为1，则 v n =1×p n =1×2800=2800

r ——车轮半径 0.324m

选用超速档变速箱，取5g i =0.858 根据公式（3-1）可得：

5

max 0377.0g a v

i v rn i =

06.3858.01302800324.0377.0=???=

3.2变速器传动比g i

的选择

3.2.1变速器头档传动比1g i 的选择

（1）在确定变速器头档传动比1g i 时，需考虑驱动条件和附着条件。

为了满足驱动条件，其值应符合下式要求：

32

.29

.006.316.45010324.0)5.16sin 5.16cos 02.0(5.2942)sin cos (0m ax m ax m ax 1=????+??=+≥

? T

e g i T rg

f G i ηαα

式中：max α——汽车的最大爬坡度，初选为16.5o 。 为了满足附着条件，其大小应符合下式规定：

18.49

.006.316.45010

324.08.020000m ax 1=?????=

≤

T

e z g i T rg F i η??

式中：?z F ——驱动车轮所承受的质量，kg ；由于第一章中后轴轴荷分配暂定为68%，故?z F =2942.5×68%=2000kg

?——附着系数。0.7—0.8之间，取?=0.8。 3.2.2变速器的选择

根据18.4i 32.2g1≤≤，可选择变速器为 产品型号： 5J55T 最大输入扭矩：550N ·m 最高输入转矩：2800r/min 体长：654mm

表 3·1各档传动比

档位 Ⅰ档 Ⅱ档 Ⅲ档 Ⅳ档

V 档 倒档 ig

3.494

2.033

1.32

1 0.858

4.141

第4章 轴荷分配及质心位置的计算

4.1轴荷分配及质心位置的计算

根据力矩平衡原理，按下列公式计算汽车各轴的负荷和汽车的质心位置：

11223321122331231212g g l g l g l G L g l g l g l Gh g g g G G G G G L Gb

G L Ga +++=??+++=?

?+++=?

?+=?

?=?

=??

（6-1） 在（6-1）式中：1g 、2g 、3g －各总成质量，kg ；

1l 、2l 、3l —各总成质心到前轴距离，m ； 1G —前轴负荷，kg ； 2G —后轴负荷，kg ；

L —汽车轴距，m ；

a —汽车质心距前轴距离，m ；

b —汽车质心距后轴距离，m ； g h —汽车质心高度，m

质心确定如表 4.1所示

表4.1 各部件质心位置

主要部

件 部件 质量 空载质心坐标（mm ） 满载质心坐标（mm ） 空g*l 空g*h 满g*l 满g*h kg l h l h

G 发动机 560 180 550 180 500 100800 30800

0 100800 280000 G 离合器 25 400 550 400 500 10000 13750 10000 12500 变速器及离合器壳

35

700

470

600

420

24500

16450

21000

14700

万向节15 2000 400 2000 350 30000 6000 30000 5250 后轴，

180 2850 324 2850 274 513000 58320 513000 49320 后轴制

动器

58 2850 500 2850 450 165300 29000 165300 26100 后悬架

及减震

前悬架

45 0 500 0 450 0 22500 0 20250 及减震

器

前轴，

50 50 324 50 274 2500 16200 2500 13700 前制动

轮毂转

向梯形

50 0 324 0 274 0 16200 0 13700 前轮胎

总成

130 2600 324 2600 274 338000 42120 338000 35620 后轮胎

总成

车架及

144 2200 600 2200 550 316800 86400 316800 79200 支架，

拖钩

转向器15 -600 900 -600 850 -9000 13500 -9000 12750

6 0 920 0 870 0 5520 0 5220 手制动

器

制动驱

10 -500 500 -500 450 -5000 5000 -5000 4500 动机构

8 1500 500 1500 450 12000 4000 12000 3600 油箱及

油管

3 2500 300 2500 250 7500 900 7500 750 消音

器，排

气管

20 1000 500 1000 450 20000 10000 20000 9000 蓄电池

组

8 -400 800 -400 750 -3200 6400 -3200 6000 仪表及

其固定

零件

车箱总

120 2000 790 2000 740 240000 94800 240000 88800 成

驾驶室60 0 900 0 850 0 54000 0 51000

10 500 380 500 330 5000 3800 5000 3300 前挡泥

板

后挡泥

10 3300 380 3300 330 33000 3800 33000 3300 板

人130 0 0 250 950 0 0 32500 123500

⑴.水平静止时的轴荷分配及质心位置计算 根据表4.1所求数据和公式（4-1）可求 满载：

G 2=

3.18672600

4855200

1

==

∑=L

l

g n

i i

i kg

G 1=2942.5—1867.3=1075.2kg

0.16505

.29422600

3.18672=?=?=

G L G a mm 0.95016502600=-=-=a L b mm

前轴荷分配：

5.29422

.10751=

G G =36% 后轴荷分配：5

.29423

.18672=G G =64%

632.85

.29421862060

1

==

=

∑=G

h

g h n

i i

i g mm

空载：

7.6922600

1801200

1

2

==

='∑=L

l

g G n

i i

i kg

='1

G 2G G '-'=1562.5-692.7=869.8kg 前轴荷分配: 5.15628

.869''

1=G G =5

后轴荷分配： 5

.15627

.692''

2=G G =44%

货物 1250 0 0 2100 800 0 0 2625000 1000000 整体

2942

1801200

816660

4855200

1862060

6.5225

.156281660

1

==

'

=

∑=G h

g h n

i i

i

g mm

根据下表得知以上计算符合要求

表4.2各类汽车的轴荷分配

满 载

空 载

前 轴

后 轴 前 轴 后 轴 商 用 货 车

4×2后轮单胎 32%～40% 60%～68% 50%～59% 41%～50% 4×2后轮双胎，长、端头式 25%～27% 73%～75% 44%～49% 51%～56% 4×2后轮双胎，平头式

30%～35% 65%～70% 48%～54% 46%～52% 6×2后轮双胎

19%～25%

75%～81%

31%～37%

63%～69%

a.水平路面上汽车满载加速行驶时各轴的最大负荷计算

对于后轮驱动的载货汽车在水平路面上满载行驶时各轴的最大负荷按下式计算：

g

g z h L h b G F ??--=

)(1

g

z h L Ga

F ?-=

2 （4-2）

式中：1z F ——行驶时前轴最大负荷，kg ； 2z F ——行驶时候轴最大负荷，kg;

?——附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上，该值为0.7～0.8。

令

111m G F z =，22

2m G F

z = 式中：1m ——行驶时前轴轴荷转移系数，0.8—0.9； 2m ——行驶时后轴轴荷转移系数，1.1—1.2。

根据式（4-2）可得:

g

g z h L h b G F ??--=

)(1kg kg

3.7176.5228.02600)

6.5228.0950(5.2942=?-?-=

63.088

.81965.513111===

G F m z 2.22256

.5228.026001650

5.29422=?-?=-=

g z h L Ga F ?kg

19.11867

2225

222===

G F m z 满足要求

b.汽车满载制动时各轴的最大负荷按下式计算：

???

????

-=+=L h a G F L

h b G F g z g z )()(2

1??ττ （4-3）

式中：1τz F ——制动时的前轴负荷，kg ； 2τz F ——制动时的后轴负荷，kg ；

令

111ττm G F z =， 22

2ττm G F

z = 式中： 1τm ——制动时前轴轴荷转移系数，1.4—1.6； 2τm ——制动时后轴轴荷转移系数，0.4—0.7。

根据式（4-3）可得：

3.15482600

)

6.5228.0950(5.2942)

(1=?+=

+=

L

h b G F g z ?τkg

44.11075

1548

111===

G F m z z ττ 2.13942600

)

6.5228.01650(5.2942)

(2=?-=

-=

L

h a G F g z ?τkg

74.018671394

222===

G F m z z ττ

第5章 动力性能计算

5.1驱动平衡计算

5.1.1驱动力计算

汽车的驱动力按下式计算：

???

?

?

??==00377

.0i i rn v r i i T F g e a T g e t η （5-1）

式中：t F ——驱动力，N ； e T ——发动机转矩，N ·m ； a v ——车速，km/h 。 5.1.2行驶阻力计算

汽车行驶时，需要克服的行驶阻力阻F 为：

阻F =dt

dv

G Av C Gg gf a D δαα+++15.21sin cos G 2

式中：α——道路的坡路，度，平路上时，其值为0o ；

dt

dv

——行驶加速度，m/s 2,等速行驶时，其值为0； 阻F =15

.21G 2

a

D Av C gf + (5-2)

根据公式（5-1）及（5-2）可计算出各档位汽车行驶时，驱动力t F ，车速a v ， 需要克服的行驶阻力阻F ，如表 5.1 表5.2 所示：

T （N ·m ）

428.0 446.0 454.0 460.0 456.0 450.0 444.0 430.0 410.0

表5.1各档驱动力，速度

5.1.3汽车驱动力.行驶阻力平衡图 根据表5.1可绘出驱动力.行驶阻力平衡图

图5.1 驱动力.行驶阻力平衡图

n(r/mi n)

1200.0 1400.0 1600.0 1800.0 2000.0 2200.0 2400.0 2600.0 2800.0

一 Ft 1(N) 12711.2 13245.8 13483.3 13661.5 13542.7 13364.6 13186.4 12770.6 12176.

6

档 v 1(km/h)

13.7 16.0 18.3 20.6 22.8 25.1 27.4 29.7 32.0 二 Ft 2(N) 7396.1 7707.1 7845.3 7949.0 7879.9 7776.2 7672.5 7430.6 7085.0 档 v 2(km/h)

23.6 27.5 31.4 35.3 39.3 43.2 47.1 51.1 55.0 三 Ft 3(N) 4802.2 5004.1 5093.9 5161.2 5116.3 5049.0 4981.7 4824.6 4600.2 档 v 3(km/h)

36.3 42.3 48.4 54.4 60.5 66.5 72.6 78.6 84.7 四 Ft 4(N) 3638.0 3791.0 3859.0 3910.0 3876.0 3825.0 3774.0 3655.0 3485.0 档 v 4(km/h)

47.9 55.9 63.9 71.9 79.8 87.8 95.8 103.8 111.8 五 Ft 5(N) 3121.4 3252.7 3311.0 3354.8 3325.6 3281.9 3238.1 3136.0 2990.1 档

V 5(km/h)

55.8 65.1 74.4 83.7 93.0 102.4 111.7 121.0 130.3 Va 15 35

55

65

80

90

100

110

120

130 F 阻

614.2

728.4 934.1 1071.1 1319.6 1513 1730.8 1970.7 2233

2519

从图5.1上可以清楚的看出不同车速时驱动力和行驶阻力之间的关系。汽车以最高挡行驶时的最高车速，可以直接在图5.1上找到。显然，F t5 曲线与F f ﹢F w 曲线的交点便是u amax 。因为此时驱动力和行驶阻力相等，汽车处于稳定的平衡状态。图5.1中最高车速大于105km/h ，满足设计要求。

5.2动力特性计算

5.2.1动力因数D 的计算

汽车的动力因数按下式计算：

????

?

????=-=

2

0377.015.21i i rn

v G Av C r i i T D g e

a a D T

g e η

（5-3） 5.2.2行驶阻力与速度关系

=f 0.0076+0.000056a v （5-4） 根据式（5-3）及式（5-4）得汽车各档行驶动力因数，如表 5.3所示：

Te 300.000 360.0

00 385.0

00

390.0

00

385.0

00

380.0

00

370.0

00

360.0

00

350.0

00

Ne 1200.00

0 1400.

000

1600.

000

1800.

000

2000.

000

2200.

000

2400.

000

2600.

000

2800.

000

1档Va1 13.700 16.00

0 18.30

20.60

22.80

25.10

27.40

29.70

32.00

D 0.431 0.449 0.457 0.463 0.458 0.452 0.445 0.431 0.410

2档Va2 23.600 27.50

0 31.40

35.30

39.30

43.20

47.10

51.10

55.00

D 0.249 0.259 0.263 0.265 0.262 0.257 0.252 0.242 0.229

3档Va3 36.300 42.30

0 48.40

54.40

60.50

66.50

72.60

78.60

84.70

D 0.158 0.163 0.164 0.164 0.160 0.154 0.149 0.140 0.128

4档Va4 47.900 55.90

0 63.90

71.90

79.80

87.80

95.80

103.8

00

111.8

00

D 0.115 0.117 0.115 0.113 0.107 0.100 0.093 0.082 0.070

5档Va5 55.800 65.10

0 74.40

83.70

93.00

102.4

00

111.7

00

121.0

00

130.3

00

D 0.094 0.094 0.091 0.087 0.079 0.071 0.062 0.050 0.036 Va 15 35 55 65 80 90 100 110 120 130

f 0.00

84 0.0096 0.010

6

0.011 0.012 0.013 0.012

2

0.013

8

0.014

3

0.014

88