輕型 汽 車 驅(qū)動橋 設(shè)計 Design of Drive Axle For Light Truck 2009 年 6月 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 II 頁 摘要 驅(qū)動橋位于傳動系末端，其基本功用是增矩、降速，承受作用于路面和車架或車身之間的作用力。 它的性能好壞直接影響整車性能，而對于載重汽車顯得尤為重要。當采用大功率發(fā)動機輸出大的轉(zhuǎn)矩以滿足目前載重汽車的快速、重載的高效率、高效益的需要時，必須搭 配一個高效、可靠的驅(qū)動橋，所以采用傳動效率高的單級減速驅(qū)動橋已經(jīng)成為未來載重汽車的發(fā)展方向。 驅(qū)動橋設(shè)計應主要保證汽車在給定的條件下具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性。本設(shè)計根據(jù)給定的參數(shù)，按照傳統(tǒng)設(shè)計方法并參考同類型車確定汽車總體參數(shù)，再確定主減速器、差速器、半軸和橋殼的結(jié)構(gòu)類型，最后進行參數(shù)設(shè)計并對主減速器主、從動齒輪、半軸齒輪和行星齒輪進行強度以及壽命的校核。 驅(qū)動橋設(shè)計 過程中基本保證 結(jié)構(gòu)合理，符合實際應用，總成及零部件的設(shè)計能盡量滿足零件的標準化、部件的通用化和產(chǎn)品的系列化及汽車變型的要求，修理、保養(yǎng)方便，機 件工藝性好，制造容易。 關(guān)鍵字 ： 輕型貨車；驅(qū)動橋；主減速器； 差速器 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 III 頁 Abstract Drive axle is at the end of the powertrain, and its basic function is increasing the torque and reducing the speed,bearing the force between the road and the frame or body. Its performance will have a direct impact on automobile performance .Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speed， heavy-loaded， high efficiency， high benefit today heavy truck， must exploiting the high driven efficiency single reduction final drive axle is becoming the heavy truck developing tendency. Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition. According to the design parameters given ,firstly determine the overall vehicle parametres in accordance with the traditional design methods and reference the same vehicle parameters, then identify the main reducer, differential, axle and axle housing structure type, finally design the parameters of the main gear,the driven gear of the final drive, axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them. In design process of the drive axle,we should ensure a reasonable structure, practical applications, the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts, components and products univertiality and the serialization and change , convenience of repair and maintenance, good mechanical technology, being easy to manufacture. Key words: light truck; drive axle; single reduction final drive 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 IV 頁 目錄 第一章 緒論 . 1 1.1 論文研究的意義和目的 . 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 2 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容 . 2 第二章 汽車總體參數(shù)的確定 . 3 2.1 給定設(shè)計參數(shù) . 3 2.2 汽 車形式的確定 . 3 2.2.1 汽車軸數(shù)和驅(qū)動形式的選擇 . 3 2.3 汽車主要參數(shù)的選擇 . 4 2.3.1 汽車主要尺寸的確定 . 4 2.3.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 . 7 2.3.3 汽車性能參數(shù)的確定 . 9 2.4 發(fā)動機的選擇 . 12 2.4.1 發(fā)動機形式的選擇 . 12 2.4.2 發(fā)動機主要性能指標的選擇 . 12 2.5 輪胎的選擇 . 14 第 三章 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式及選擇 . 17 3.1 概述 . 17 3.2 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式 . 17 3.3 驅(qū)動橋構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式 . 19 3.3.1 主減速器的結(jié)構(gòu)形式 . 20 3.3.2 差速器的結(jié)構(gòu)形式 . 23 3.3.3 驅(qū)動車輪傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式 . 24 3.3.4 驅(qū)動橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式 . 25 第四章 驅(qū)動橋的設(shè)計計算 . 27 4.1 主減速器的設(shè)計與計算 . 27 4.1.1 主減速比的確定 . 27 4.1.2 主減速器齒輪計算載荷的確定 . 28 4.1.3 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 . 30 4.1.4 主減速 器錐齒輪的材料 . 32 4.1.5 主減速器螺旋錐齒輪的幾何尺寸計算 . 33 4.1.6 主減速器圓弧齒輪螺旋齒輪的強度計算 . 37 4.2 差速器的設(shè)計與計算 . 41 4.2.1 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 . 42 4.2.2 差速器齒輪的材料 . 44 4.2.3 差速器齒輪幾何尺寸計算 . 44 4.2.4 差速器齒輪強度計算 . 47 4.3 全浮式半軸的設(shè)計 . 49 4.3.1 半軸基本參數(shù)計算及校核 . 49 4.3.2 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及材料與熱處理 . 50 4.4 驅(qū)動橋殼設(shè)計 . 51 4.4.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式 . 51 4.4.2 橋殼的受力分析及強度計算 . 52 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 V 頁 結(jié)論 . 54 致 謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參 考 文 獻 . 55 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 1 頁 第一章 緒論 1.1 論文研究的意義和目的 驅(qū)動橋的設(shè)計，由驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)組成、功用、工作特點及設(shè)計要求講起，詳細地分析了驅(qū)動橋總成的結(jié)構(gòu)型式及布置方法；全面介紹了驅(qū)動橋車輪的傳動裝置和橋殼的各種結(jié)構(gòu)型式與設(shè)計計算方法。 汽車驅(qū)動橋是汽車的重大總成，承載著汽車的滿載簧荷重及地面經(jīng)車輪、車架及承載式車身經(jīng)懸架給予的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩，以及沖擊載荷；驅(qū)動橋還傳遞著傳動系中的最大轉(zhuǎn)矩，橋殼還承受著反作用力矩。汽車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù)除對汽車的可靠性與耐久性有重要影響外，也對汽車的行駛性能 如動力性、經(jīng)濟性、平順性、通過性、機動性和操動穩(wěn)定性等有直接影響。另外，汽車驅(qū)動橋在汽車的各種總成中也是涵蓋機械零件、部件、分總成等的品種最多的大總成。例如，驅(qū)動橋包含主減速器、差速器、驅(qū)動車輪的傳動裝置（半軸及輪邊減速器）、橋殼和各種齒輪 。 由上述可見，汽車驅(qū)動橋設(shè)計涉及的機械零部件及元件的品種極為廣泛，對這些零部件、元件及總成的制造也幾乎要設(shè)計到所有的現(xiàn)代機械制造工藝。因此，通過對汽車驅(qū)動橋的學習和設(shè)計實踐，可以更好的學習并掌握現(xiàn)代汽車設(shè)計與機械設(shè)計的全面知識和技能。 驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動車輪的懸掛型式 密切相關(guān)。當驅(qū)動車輪采用非獨立懸掛時，都是采用非斷開式驅(qū)動橋；當驅(qū)動車輪采用獨立懸掛時，則配以斷開式驅(qū)動橋。與非斷開式驅(qū)動橋相比較，斷開式驅(qū)動橋能顯著減少汽車簧下質(zhì)量，從而改善汽車行駛平順性，提高了平均行駛速度；減小了其策劃行駛時作用于車輪和車橋上的動載荷，提高了零部件的使用壽命；增加了汽車的離地間隙；由于驅(qū)動車輪與路面的接觸情況及對各種地形的適應性較好，增強了車輪的抗側(cè)滑能力；若與之配合的獨立懸架導向機構(gòu)設(shè)計合理，可增加汽車的不足轉(zhuǎn)向效應，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。但其結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。斷開式驅(qū)動橋在乘用車 和部分越野汽車上應用廣泛。非斷開式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠，但由于其簧下質(zhì)量較大，對汽車的行駛平順性和降低動載荷有不利的影響。 本論文的 的研究目的在于通過對汽車整體的匹配性設(shè)計完成驅(qū)動橋的主減 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 2 頁 速器、差速器等部件型號的設(shè)計與計算，并完成校核的設(shè)計過程。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前我國正在大力發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè) ,采用后輪驅(qū)動 汽車的平衡性和操作性都將會有很大的提高 。后輪驅(qū)動的汽車加速時，牽引力將不會由前輪發(fā)出，所以在加速轉(zhuǎn)彎時，司機就會感到有更大的橫向握持力，操作性能變好。維修費用低也是后輪驅(qū)動的一 個優(yōu)點，盡管由于構(gòu)造和車型的不同，這種費用將會有很大的差別。如果變速器出了故障，對于后輪驅(qū)動的汽車就不需要對差速器進行維修，但是對于前輪驅(qū)動的汽車來說也許就有這個必要了，因為這兩個部件是做在一起的。所以后輪驅(qū)動必然會使得乘車更加安全、舒適，從而帶來可觀的經(jīng)濟效益 。目前國內(nèi)研究的重點在于：從橋殼的制造技術(shù)上尋求制造工藝先進、制造效率高、成本低的方法；從齒輪減速形式上將傳統(tǒng)的中央單極減速器發(fā)展到現(xiàn)在的中央及輪邊雙級減速或雙級主減速器結(jié)構(gòu)；從齒輪的加工形式上車橋內(nèi)部的的主從動齒輪、行星齒輪及圓柱齒輪逐漸采用精磨加 工，以滿足汽車高速行駛要求及法規(guī)對于噪聲的控制要求。 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容 (1) 完成汽車的總體布置和參數(shù)選擇； (2) 汽車驅(qū)動橋方案的確定； (3) 主減速器及差速器等部件的設(shè)計計算及校核。 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 3 頁 第二章 汽車總體參數(shù)的確定 2.1 給定設(shè)計參數(shù) 汽車最高時速 115km/h 裝載質(zhì)量 2.5t 最小轉(zhuǎn)彎半徑 12.5m 最大爬坡度 0.3 同步附著系數(shù) 0.4 2.2 汽車形式的確定 2.2.1 汽車軸數(shù)和驅(qū)動形式的選擇 汽車可以有二軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。影響軸數(shù)的因素主要 有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對于軸載的限制和輪胎的負荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。包括乘用車以及汽車總質(zhì)量小于 19t 的公路運輸車輛和軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，如礦用自卸車等，均采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉的兩軸方案。總質(zhì)量在 1926t 的公路運輸車采用三軸形式，總質(zhì)量更大的汽車宜采用四軸和四軸以上的形式。 所以根據(jù)給定的汽車轉(zhuǎn)載質(zhì)量選擇汽車的軸數(shù)為 2 軸。 汽車的用途、總質(zhì)量和對車輛通過性能的要求等，是影響選取驅(qū)動形式的主要因素。乘用車和總質(zhì)量小些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的 4 2驅(qū)動形式。 所以選擇汽車的驅(qū)動形式為 4 2式。 2.2.2 汽車布置形式的選擇 汽車的布置形式是指發(fā)動機、驅(qū)動橋和車身的相互關(guān)系和布置特點而言。汽車的使用性能除取決于整車和各總成的有關(guān)參數(shù)外，其布置形式對使用性能也有 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 4 頁 重要影響。 貨車可以根據(jù)駕駛室與發(fā)動機的相對位置不同，分為平頭式、短頭式、長頭式和偏置式四種。貨車又可以根據(jù)發(fā)動機的位置不同分為發(fā)動機前置、中置、和后置三種布置形式。 平頭式貨車總長和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎半徑小，機動性能良好；不需要發(fā)動機罩和翼子板，加上總長縮短等因素的影響，汽車整備質(zhì)量減?。获{駛員視野得 到明顯改善；采用 翻轉(zhuǎn)式駕駛室時能改善發(fā)動機及其附件的接近性；汽車貨箱與整車的俯視面積之比稱為面積利用率，平頭貨車的該項指標較高。故本設(shè)計采用的布置形式為平頭式貨車。 發(fā)動機前置后橋驅(qū)動貨車的主要優(yōu)點是：可以采用直列、 V 型或臥式發(fā)動機；發(fā)現(xiàn)發(fā)動機故障容易；發(fā)動機的接近性良好，維修方便；離合器、變速器等操縱機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，容易布置；貨箱地板高度較低。并且大多貨車均采用該形式的布置方式。 2.3 汽車主要參數(shù)的選擇 汽車的主要參數(shù)包括尺寸參數(shù)，質(zhì)量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。 2.3.1 汽車主要尺寸的確定 汽車的主要 尺寸參數(shù)包括外廓尺寸、軸距、前懸、后懸、貨車車頭長度和車廂尺寸等。 (1) 外廓尺寸 汽車的長、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。 汽車長度尺寸小不僅可以減少行駛期間需要的道路長度，同時還可以增加車流密度，在停車時占用的停車場面積也小。除此之外，汽車的整備質(zhì)量相應減少，這對提高比功率、比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟性有利。 GB 1589 1989 汽車外廓尺寸限界規(guī)定如下：貨車、整體式客車總長不應超過 12m，單鉸接式客車不超過 18m，半掛汽車列車不超過 16.5m，全掛汽車列車不超過 20m；不包括后視鏡，汽車寬不超過 2.5m；空載 、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下， 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 5 頁 汽車高不超過 4m；后視鏡等單側(cè)外伸量不得超過最大寬度處 250mm； 頂窗、 換氣裝置開啟時不得超出車高 300mm。 參考同類型貨車的外廓尺寸，確定本設(shè)計中輕型貨車的外廓尺寸為： 長 寬高 5400 1950 2100mm (2)軸距 L 軸距 L對 整備質(zhì)量、汽車總長 、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。當軸距短時，上述個指標減小。此外軸距還對軸荷分配、傳動軸夾角有影響。軸距過短會使車廂長度不足或后懸過長，汽車上坡、制動或加速時軸荷轉(zhuǎn)移過大，使汽車制動性 或操作穩(wěn)定性 變壞；車身縱向角振動增大，對平順性不利；萬向節(jié)傳動軸的夾角增大。 原則上對發(fā)動機排量大的乘用車、載重量或載客量多的貨車或客車，軸距取得長。對機動性要求高的汽車，軸距宜取短些。 表 2-1 部分汽車的軸距和輪距 車型 類別 軸距 L/mm 輪距 B/mm 客車 城市客車（單車） 45005000 17402050 長途客車（單車） 50006500 4 2 貨 車 汽車總質(zhì)量 m/t 17002900 23003600 36005500 11501350 13001650 17002000 1.8 1.86.0 6.014.0 根據(jù)表 2-1，本設(shè)計中選取軸距 L=2800mm (3) 輪距 B 改變汽車輪距 B 會影響車廂或駕駛室內(nèi)寬、汽車總寬、總質(zhì)量、側(cè)傾剛度、最小轉(zhuǎn)彎直徑等因素發(fā)生變化。增大輪距則車廂內(nèi)寬隨之增加，并有利于增加側(cè)傾剛度，汽車橫向穩(wěn)定性變好；但是汽車的總寬和總質(zhì)量及最小轉(zhuǎn)彎半徑等增加，并導致汽車的比功率、比轉(zhuǎn)矩指標下降，機動性變壞。 受總寬不得超過 2.5m 限制，輪距不宜過大。但在選定的前輪距 范圍內(nèi)，應能布置下發(fā)動機、車架、前懸架和前輪，并保證前輪有 足夠的轉(zhuǎn)向空間，同時轉(zhuǎn)向桿系與車架、車輪之間有足夠的運動間隙。在確定后輪距時，應考慮車架兩縱梁之間的寬度、懸架寬度和輪胎寬度及他們之間應留有必要的間隙。 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 6 頁 部分汽車的輪距可以參考表 2-1 提供的數(shù)據(jù)進行初選。本設(shè)計中取為1B=2B=1500mm (4) 前懸FL和后懸RL前懸尺寸對汽車通過性、碰撞安全性、駕駛員視 野、前鋼板彈簧長度、上車和下車的方便性以及汽車造型等均有影響。增加前懸尺寸， 減小 了汽車的接近角，使 通過性降低，并使駕駛員的視野變壞。因在前懸這段尺寸內(nèi)要布置保險杠、散熱器風扇、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向器等部件，故前懸不能縮短。長 些 的前懸尺寸有利于在撞車時對乘員起保護作用，也有利于采用長些的鋼板彈簧。對于平頭汽車，前懸還會影響前門上下車的方便性。初選的前懸尺寸，應當在保證能布置下上述個總成、部件的同時盡可能的短些。對于載客量少的平頭車，考慮到正面碰撞能有足夠多的結(jié)構(gòu)件吸收碰撞能量，保護前排乘員的安全，這又要求前懸有一定的 尺寸。在本設(shè)計中，參考同類型車輛，選取FL=740mm。 后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時的安全性、貨箱貨行李箱長度、汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。后懸長，則汽車離去角減小，使通過性降低，總質(zhì)量在 1.814.0t 的貨車后懸一般在 12002200mm 之間，特長貨箱的汽車后懸可達到 2600mm，但不得超過軸距的 55%。本設(shè)計中，選取RL=1300mm。 (5) 貨車車頭長度 貨車車頭長度系指 從汽車的前保險杠到駕駛室后圍的距離。車身形式，即長頭型還是平頭型對車頭的長度有絕對影響。此外，車頭長度尺寸對汽車的外觀效果，駕駛室居住性、汽車面積利用率和發(fā)動機的接近性等有影響。 平頭型貨車一般在 14001500mm 之間。 (6) 貨車車廂尺寸 要求車廂尺寸在運送散裝煤和袋裝糧食時能裝有足額定噸數(shù)。車廂邊版高度對汽車質(zhì)心高度和裝卸貨物的方便性有影響，一般應在 450650mm 范圍內(nèi)選取。車廂內(nèi)寬應在汽車外寬符合國家標準的前提下適當取寬些，以縮短邊板高度和車箱長度。對于能達到較高車速的貨車，使用過寬的車箱會 增加汽車的迎風面積，導致空氣阻力增加。車箱內(nèi)長應在滿足運送上述貨物達到額定噸位的條件下盡可 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 7 頁 能的取短些，以利于減小整備質(zhì)量。 2.3.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車裝備質(zhì)量0m，載客量、裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)0m、汽車總質(zhì)量am、軸荷分配等。 (1) 整車整備質(zhì)量0m整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備（包括 隨車工具、備胎），加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時的整車質(zhì)量。 整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟性有影響。目前，盡可能減少整車整備質(zhì)量的目的是：通過減輕整備質(zhì)量增加加載質(zhì)量或載客量，抵消因滿足安全標準、排氣標準和噪聲標準所帶來的整備質(zhì)量的增加、節(jié)約燃料。 減少整車整備質(zhì)量是從事汽車設(shè)計工作必須遵守的一項總要原則。 整車整備質(zhì)量在設(shè)計階段需估算確定。在日常生活中，收集大量同類型汽車總成、部件和整車的有關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)，結(jié)合新車設(shè)計的結(jié)構(gòu)特點、工藝水平等初步估算各總成、部件的質(zhì)量，再累計構(gòu)成整車整備質(zhì)量。乘用車和 商用客車的整備質(zhì)量也可按每人所占汽車整備質(zhì)量的統(tǒng)計平均值估計。在沒有樣車參考時，先初選一恰當?shù)馁|(zhì)量系數(shù)0m（定義為裝載質(zhì)量與整車質(zhì)量之比） ，再按給定的裝載質(zhì)量推算出整備質(zhì)量。 根據(jù)表 2-2， 初取0m=1，可得0m=em/0m=2t 表 2-2 貨車的質(zhì)量系數(shù)0m參數(shù) 車型 總質(zhì)量am/t 0m貨車 1.86.0 0.81.10 6.014.0 1.201.35 14.0 1.301.70 (2) 汽車的載客量 n 和裝載質(zhì)量em（簡稱載質(zhì)量） 普通輕型貨車的載客量： 24，選定載客量為 3 座。 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 8 頁 汽車載重量em是指在硬質(zhì)良好的路面上行駛時所允許的額定載質(zhì)量。 本設(shè)計中裝載質(zhì)量為給定參數(shù)，em=2t (3) 質(zhì)量系數(shù)0m質(zhì)量系數(shù)是指汽車載重量與整車整備質(zhì)量的比值，即0m=em/0m。該系數(shù)反應了汽車的設(shè)計水平和和工藝水平，0m越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進。本設(shè)計中以選取0m=1.0 (4) 汽車的總質(zhì)量am汽車的總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質(zhì)量。 商用 貨車的總質(zhì)量am由整備質(zhì)量、載質(zhì)量和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分 組 成，即 am=0m+em+n65kg 本設(shè)計中 n=3,故am=2t+2t+3 65kg=4.195t (5) 軸荷分配 汽車的軸荷分配是指在空載或滿載靜止狀態(tài)下，各車軸對支承平面的垂直負荷，也可以用站空載或滿載總質(zhì)量 的 百分比來表示 . 軸荷分配對輪胎壽命和汽車的許多性能有影響。從各輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各個車輪的負荷應相差不大；為保證汽車有良好的動力性和通過性，驅(qū)動橋應有足夠大的負荷，而從動軸上的負荷可以適當減小，以利減小從動輪滾 動阻力和提高在 壞 路面上的通過性；為了保證汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，又要求轉(zhuǎn)向軸的負荷不應過小。因此，可以得出作為很重要的軸荷分配參數(shù)，各使用性能對其要求是相互矛盾的，這就要求 設(shè)計時 應根據(jù)對整車的性能要求、使用 條件等，合理的選取軸荷分配。 汽車的驅(qū)動形式與發(fā)動機位置、汽車結(jié)構(gòu)特點、車頭形式和使用條件等均對軸荷分配有顯著影響。如發(fā)動機前置前輪乘用車和平頭式商用貨車前軸負荷較大，而長頭式貨車前軸負荷較小。常在壞路面上形式的越野汽車，前軸負荷應該小些。參考各類汽車的軸荷分配表，取 滿載時前軸軸荷為 35%，后軸軸荷為 65%； 空載時前軸軸荷為 50%，后軸軸荷為 50%。 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 9 頁 表 2-3 各類汽車的軸荷分配 車型（商用貨車） 滿載 空載 前軸 后軸 前軸 后軸 4 2后輪單胎 4 2后輪雙胎，長、短頭式 4 2后輪雙胎，平頭式 6 4后輪雙胎 32%40% 25%27% 30%35% 19%25% 60%68% 73%75% 65%70% 75%81% 50%59% 44%49% 48%54% 31%37% 41%50% 51%56% 46%52% 63%69% 2.3.3 汽車性能參數(shù)的確 定 (1) 動力性參數(shù) a) 最高車速maxav隨著道路條件的改善，特別是高速公路的修建，汽車尤其是發(fā)動機排量大些的乘用車最高車速 有逐漸提高的趨勢。在本設(shè)計中，該參數(shù)給定為 115km/h。 b) 加速時間 t 汽車在平直的良好路面上，從原地起步開始以最大加速度加速到一定車速所用去的時間，稱為加速時間。對于最高車速maxav100km/h 的汽車，加速時間常用加速到 100km/h 所需的時間來評價。 載貨汽車常用 0 60km/h 的換擋加速時間或在直接檔由 20km/h 加速到某一車速來評價。一般裝載量 2 2.5t 的輕型貨車的0 60km/h 的換擋加速時間在 17.5 30s。 c) 上坡能力 用汽車滿載時在良好路面上的最大坡度阻力系數(shù)maxi來表示汽車的上坡能力。通常要求貨車能克服 30%坡度，越野汽車能克服 60%坡度。 d) 比功率bP和比轉(zhuǎn)矩bT比功率bP是汽車所長發(fā)動機的標定最大功率與汽車最大總質(zhì)量之比，它可以綜合反映汽車的動力性，比功率大的汽車加速性能、速度性能要好于比功率小一些的汽車。我國 GB7258 1997機動車運行安全技術(shù)條件規(guī)定：農(nóng)用運輸車 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10 頁 與運輸用拖拉機的 比功率bP 4.0kW/t，而其他機動車bP 4.8kW/t。 比轉(zhuǎn)矩bT是汽車所裝發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比。他反 映汽車的牽引能力。不同車型的比功率和比轉(zhuǎn)矩范圍揀表 2-4 。 表 2 4 汽車動力性參數(shù)范圍 汽車類別 最高車速 max 1avkm h比功率 1bPkW t比轉(zhuǎn)矩 1bTN m t貨車 最大總質(zhì)量 /amtam 1.8 80135 1628 3044 1.8am 6.0 1525 3844 1.8am 14.0 75120 1020 3347 am 14.0 620 2950 (2) 燃油經(jīng)濟性參數(shù) 汽車的燃油經(jīng)濟性用汽車在水平的水泥或瀝青路面上，以經(jīng)濟車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量 (L/100km)來評價。貨車有時用單位質(zhì)量的百公里油耗量來評價 (表 2 5)。 表 2 5 貨車單位質(zhì) 量的百公里燃油消耗量 L(100t km) -1 總質(zhì)量 汽油機 柴油機 總質(zhì)量 汽油機 柴油機 4t 3.004.00 2.002.80 612t 2.682.82 1.551.86 46t 2.803.20 1.902.10 12t 2.502.60 1.431.53 (3) 汽車最小轉(zhuǎn)彎 直徑minD轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至 極限位置是，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支撐平面上的軌跡圓的直徑，稱為汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑minD。minD用來描述汽車轉(zhuǎn)向機動性，是汽車轉(zhuǎn)向能力和轉(zhuǎn)向安全性能的一項重要指標。本設(shè)計中，給定minD=12.5m。 (4)通過性幾何參數(shù) 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 11 頁 總體設(shè)計要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙minh，接近角1，離去角2，縱向通過半徑1等。各類汽車的通過性參數(shù)視車型和用途而異，其范圍見表 2 5。 表 2 5 汽車通過性的幾何參數(shù) 車型 minh /mm 1 /（ ） 2 /（ ） 1 /m 42 乘用車 150 220 20 30 15 22 3.0 8.3 44 乘用車 210 45 50 35 40 1.7 3.6 42 貨車 180 300 40 60 25 45 2.3 6.0 44 貨車、 66 貨車 260 350 45 60 35 45 1.9 3.6 確定 最小離地間隙minh=200mm，1接近角 =42，2離去角 =27， 縱向通過半徑1=3m。 (6) 操縱穩(wěn)定性參數(shù) a)轉(zhuǎn)向特性參數(shù) 為了保證有良好的操縱穩(wěn)定性，汽車應具有一定的不足轉(zhuǎn)向。通常用汽車以0.4g 的向心加速度沿頂圓轉(zhuǎn)向時，前后輪側(cè)偏角之差1-2作為評價參數(shù)。此參數(shù)在 1 3為宜。 b) 車身 側(cè)傾角 汽車以 0.4g 的向心加速度沿定圓等速行駛時，車身側(cè)傾角控制在 3 以內(nèi)較好，最大不允許超過 7 . c) 制動前俯角 為了不影響乘坐舒適性，要求汽車以 0.4g 的減速度制動時，車身前俯角不大于 1.5。 (7) 制動性參數(shù) 目前常用制動距離 s、平均制動減速度 j和行車制動的踏板力及應急制動時的操縱力來評價制動效能。對于總質(zhì)量小于 4.5t的輕型貨車，當av=30km/h 時，總制動距離應小于等于 18m，制動減速度應大于等于 2.6 2ms ，操縱力小于 700N。 (8) 舒適型參數(shù) 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 12 頁 舒適性應包括平順性、空氣調(diào)節(jié)性能、車內(nèi)噪聲、乘坐環(huán)境及駕 駛員的操作性能。 其中汽車行駛平順性常用垂直振動參數(shù)作評價，包括頻率和振動加速度等，此外懸架動撓度也用來作為評價參數(shù)之一。 對于貨車，靜撓度cf=50110mm，動撓度df=6090mm，偏頻 n=1.52.2Hz。 2.4 發(fā)動機的選擇 2.4.1 發(fā)動機形式的選擇 選 為：直列水冷汽油發(fā)動機。 汽油機的優(yōu)點：平穩(wěn)、噪聲小、轉(zhuǎn)速高、體積小、易啟動、轉(zhuǎn)矩適應性好等。 直列式的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價低廉 、工作可靠、寬度小、易布置，因而在中型及以下的貨車上得到廣泛應用。 水冷的優(yōu)點： 冷卻均勻可靠、散熱好、噪聲??；能提供車內(nèi)供暖、較好適應發(fā)動機增壓 和 散熱的需要。 2.4.2 發(fā)動機主要性能指標的選擇 (1) 發(fā)動機最大功率maxep和相應轉(zhuǎn)速pn根據(jù)所設(shè)計汽車應達到的最高車速maxav，用下式估算發(fā)動機最大功率 3m a x m a x m a x1 3 6 0 0 7 6 1 4 0a De a aTm g f CAp v v （ 2-1） 式中： maxep 發(fā)動機最大功率， Kw ； T 傳動系的傳動效率 ， 對單級主減速器驅(qū)動橋的 42 式汽車取 0.9 am 汽車總質(zhì)量， kg ； g 重力加速度， 2/ms ； 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 13 頁 f 滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取 0.02 maxav 最高速度， /Km h ； DC 空氣阻力系數(shù)，貨車取 0.8 1.0； A 汽車正面投影面積， 2m ，無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距1B、汽車總高 H 、汽車總寬 B 等尺寸近似計算： 對貨車 1A BH此處取 A =3.15 2m 根據(jù)式 (2-1) 計算得emaxp=62.92Kw 按上式估算的maxep為發(fā)動機裝有全部附件時測定得到的最大有效功率，約比發(fā)動機外特性的最大功率低 12%20%。 因此 最大功率maxep=1.15 62.92=72.36Kw 總質(zhì)量小些的貨車的pn值在 40005000r/min 之間，總質(zhì)量居中的貨車pn更低些。本設(shè)計中選取pn=4500r/min。 (2) 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩maxeT及相應轉(zhuǎn)速Tn用下式確定maxeTm a xm a x 9540 eepPTn (2-2) 式中：maxeT為最大轉(zhuǎn)矩（ N m） 1 . 1 1 . 3 1 . 2 為 轉(zhuǎn) 矩 適 應 性 系 數(shù) ， 一 般 在 之 間 選 取 ， 這 里 取 m a xeP 最 大 功 率 ；pn 最 大 功 率 轉(zhuǎn) 速 。故有maxeT=184.08N m 選 / 1 . 4 2 . 0 / 1 . 6 2 8 1 2 . 5 / m i nT p T p T Tn n n n n n r :時 希 望 在 之 間 ， 在 此 ， 取 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 14 頁 在此，圓整為 2 8 0 0 / m inTnr。 2.5 輪胎的選擇 總體設(shè)計開始階段就要選好輪胎的型式和尺寸。因為它們是繪制總布置圖 和進行性能計算的重要原始數(shù)據(jù)之一。 輪胎的型號主要根據(jù)車型，使用條件，輪胎的靜負荷，輪胎的額定負荷及車速來選擇。 所選輪胎在使用中承受的靜負荷值應等于或接近輪胎的靜負荷值，我國各種汽車的輪胎和輪輞的規(guī)格及其額定負荷可查輪胎的國 家標準。表 2-9 提供了一些貨車的輪胎規(guī)格和特征。表中各列數(shù)據(jù)中如無帶括號的數(shù)據(jù)，表示該列數(shù)據(jù)對斜交輪胎和子午線輪胎通用，否則，不帶括號的數(shù)據(jù)適用于斜交胎，而帶括號的數(shù)據(jù)適用于子午線輪胎，貨車上雙胎并裝時，負荷約比單胎使用時的負荷增加10%: 15%。轎車輪胎標準見 GB2978-82. 輪胎多承受的最大靜負荷與輪胎額定負荷之比稱為輪胎負荷系數(shù)。為了避免超載，此系數(shù)取 0.9: 1.0 之間。對于在良好路面上行駛，車 速不高的貨車，此系數(shù)允許取 1.1。但不得大于 1.2。因為輪胎超載 20%， 其壽命將下降 30%左右。轎車及輕型貨車的車速高，動負荷大，系數(shù)應取下限；重型貨車，重型自卸車的車速低，此系數(shù)可略偏高。近年來，貨車上普遍采用高強度尼龍簾布輪胎，使輪胎承受能力提高。因此，同樣載重量的汽車所用的輪胎尺寸已減少。越野汽車長用胎面寬，直徑大的超低壓輪胎。山區(qū)使用的汽車，制動鼓與輪輞的間隙應大些，故采用輪輞較大的輪胎。轎車為降低質(zhì)心和提高行駛平穩(wěn)性，采用直徑較小的寬輪輞低壓輪胎。 按輪胎胎體中簾線的排列不同，常見的有三種型式可供 選擇，即普通斜線胎，子午線胎和帶束斜交胎等，普通斜線胎的胎體簾線層較多，胎側(cè)厚，使用中不易劃破，側(cè)向剛性也大。其缺點是緩沖性較差；子午線的結(jié)構(gòu)特點是簾線呈子午向排列，這樣簾線的強度就能得到充分利用。此外，選用高強度材料組成多層緩沖層，加強了胎冠，使緩沖性能得到提高，與普通斜線胎相比較，子午線輪胎還有使用壽命長，滾動阻力小，附著性能好等優(yōu)點。子午線胎的缺點是胎側(cè)較薄，側(cè) 西南交通大學本科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 15 頁 向穩(wěn)定性差，胎側(cè)易發(fā)生裂口，制造技術(shù)要求高。由于子午線胎的優(yōu)點較多，今年來在汽車上應用日益增多。 帶束斜交胎的結(jié)構(gòu)和性能介于普通斜交胎和子午線 胎之間，其耐磨性和壽命雖比普通斜交胎好，但不如子午線胎，僅側(cè)向穩(wěn)定性比子午線胎好，所以應用不廣。在本設(shè)計中選用斜交輪胎。 由前述計算，應該根據(jù)滿載時前輪靜載荷計算。此時其最大負荷： 4 1 9 0 9 . 8 3 5 % 7 1 9 4 . 4 32FN 表 2-9 國產(chǎn)汽車輪胎規(guī)格及特征 輪胎規(guī)則 層數(shù) 主要尺寸 使用條件 斷面寬 外直徑 最大負荷 相應氣壓p 0.1 標準輪輞 允許使用輪輞 普通花紋 加深花紋 越野花紋 N MPa 輕型 貨車，中，小客車及其掛車輪胎 6.50-14 6 8 180 705 - - 5850 6900 3.2 4.2 412J5J 6.50-16 (6.50R16) 6 8 755 765 765 - 6350 7550 3.2(3.5) 4.2(4.6) 5.50F 5.50E 5.50F 7.55-15 (7.00R15) 6 8 200 750 760 - 6800 8000 3.2(3.5) 4.2(4.6) 5