GD1031輕型貨車設計—總體設計,gd1031,輕型,貨車,設計,總體,整體 機電工程學院 畢業(yè)設計方案 論證報告 設計題目: GD1030輕型貨車設計——總體設計 學生姓名： 鄭 勇 學 號： 201115910332 專業(yè)班級： 車輛工程1102 指導教師： 沙 杰 2015年 04月 02日 目次 1. 我國汽車工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢……………………………………………………1 2. 輕型貨車總體設計方案論證………………………………………………………2 2.1輕型貨車總體設計概述…………………………………………………………2 2.2輕型貨車總體設計應滿足要求…………………………………………………2 2.3輕型貨車總體設計流程…………………………………………………………2 2.4輕型貨車形式選擇………………………………………………………………5 2.5輕型貨車主要參數(shù)………………………………………………………………5 2.5.1尺寸參數(shù)………………………………………………………………………5 2.5.2質量參數(shù)………………………………………………………………………6 2.5.3性能參數(shù)………………………………………………………………………7 2.6輕型貨車發(fā)動機選擇……………………………………………………………7 2.7輕型貨車輪胎選擇………………………………………………………………9 論證結果……………………………………………………………………………10 參考資料……………………………………………………………………………11 1.我國汽車工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著人民的生活水平逐步提高，我國平均汽車擁有量逐年提高，但與發(fā)達國家相比，仍舊保守，與我國的實際國力不符。其次，自主品牌占有量相對較少，技術相對落后，而國際知名汽車集團爭相進入中國市場，至使民族汽車工業(yè)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著中國加入WTO，世界知名汽車工業(yè)巨頭相繼進入中國，跨國公司集團內的零部件廠也開始加速進入國內市場。諸多因素致使我國汽車工業(yè)產業(yè)大而不強，實力較弱；在較長的時期內，將會依賴合資企業(yè)模式來發(fā)展。 雖然我國人口眾多，人民消費水平逐步提升，國家汽車消費市場潛力巨大，但是，自主品牌缺乏完整的整車開發(fā)能力，零部件制造體系非常薄弱，汽車產業(yè)管理和服務體系十分落后，自主品牌企業(yè)規(guī)模難以與跨國汽車公司想抗衡。這些問題應當引起我們的重視。 2014年國內銷量前十車型： 序號 生產廠商 品牌車型 2014年銷量(萬輛) 1 長安福特 ?？怂? 39.18 2 上海大眾 朗逸 37.2 3 上海大眾 桑塔納 30.73 4 一汽大眾 速騰 30.01 5 東風日產 軒逸 30.01 6 一汽大眾 捷達 29.7 7 上海通用 凱越 29.31 8 上海通用 科魯茲 26.6 9 上海通用 新賽歐 25.33 10 北京現(xiàn)代 朗動 25.23 當然，國家對汽車工業(yè)的重視愈加強烈，鼓勵以及引導國內汽車生產企業(yè)進行兼并、重組，產業(yè)結構調整，擴大企業(yè)規(guī)模效益，逐步提高產業(yè)集中度，極力避免散、亂和低水平的重復建設；鼓勵通過自主品牌通過市場競爭機制進行重組、兼并形成幾家具有國際競爭力的大型汽車公司，力爭走出車門，成為有名的中國知名品牌；同時鼓勵汽車生產企業(yè)之間優(yōu)勢互補和資源共享，形成企業(yè)聰明，擴大經營規(guī)模。隨著政府政策的積極改變以及國內人士的努力，我國汽車產業(yè)結構正在不斷升級和優(yōu)化，汽車產業(yè)結構也正趨于穩(wěn)定。 隨著低碳時代的到來，汽車未來的發(fā)展方向將以新能源為主題。目前國內新能源汽車技術基本成熟，形成了混合動力、純電動以及燃料電池三類新能源汽車研發(fā)體系。如果未來能夠集中產學研優(yōu)勢，攻克關鍵技術和系統(tǒng)集成難題，新能源汽車將會迎來極大發(fā)展。國家新能源政策的相繼制定和落實，都證實了在未來的五到十年，我國將進入新能源汽車大規(guī)模發(fā)展的產業(yè)化階段。同時，如果自主品牌能在這股潮流中抓住機遇，將會為我國經濟帶來巨大貢獻。 2.輕型貨車總體設計方案論證 2.1輕型貨車總體設計概述 汽車整體性能的優(yōu)劣不但取決于汽車的各組成部件的性能，而且很大程度上也取決于各部件之間的協(xié)調配合工作，取決于總體布置；汽車總體設計的水平高低對汽車的質量、性能和產品的生命力有著決定性的影響。 汽車是一個整體的系統(tǒng)，這是因為汽車只有如下性質而具有組成系統(tǒng)的條件： ①汽車是由多個要素組成的整體，每個要素對整體的行為都有影響； ②汽車的各組成要素對整體行為的影響不是獨立的，而是相互作用； ③汽車的整體行為不是組成它的任何一要素所能具有的。 因此，汽車整體具備系統(tǒng)的屬性，對外表現(xiàn)整體性能；各子系統(tǒng)協(xié)調工作的汽車所具備的性能比組成它的各個子系統(tǒng)的性能總和要多且大。當然，如果汽車的各個子系統(tǒng)之間相互干擾的話，即使它每個個體的性能都非常優(yōu)良，其功能也會非常糟糕。 系統(tǒng)論所提示的這些內容必將在設計任務中反映，因此在設計中，我們極力把握總體設計?？傮w設計的任務： ①正確選擇性能指標、重量和尺寸參數(shù)，提出整車總體設計方案。 ②對各部件進行合理布置，并進行運動校核。 ③對汽車性能進行精確控制和計算，保證主要性能指標的實現(xiàn)。 ④協(xié)調各種矛盾。 2.2輕型貨車總體設計應滿足要求 總體設計的原則要求：理解汽車是一種為人類所用的交通工具，因此應當滿足社會、技術、經濟和藝術造型等方面的基本要求；同時應當根據(jù)整車設計目標，明確汽車的各種任務，統(tǒng)一協(xié)調各部分的工作，形成先進且合理的設計方案，以達到設計的預期目的。 基本要求： ①汽車的各項性能、成本和要求就達到設計任務的要求。 ②設計的汽車應當嚴格遵守及貫徹法規(guī)與標準，不侵犯他人專利。 ③設計的汽車應盡量三化，即標準化，通用化，系列化。 ④進行運動方面的校核，保證汽車運動正確，不發(fā)生干涉。 ⑤拆裝和維修簡單方便。 2.3輕型貨車總體設計流程 汽車行業(yè)能帶來豐厚的利潤，因此吸引著大量的投資者。但隨著汽車行業(yè)競爭加劇，市場開始趨向飽和，汽車企業(yè)之間的競爭愈演愈烈。因此，企業(yè)要想在激烈的競爭中存活，就要在汽車的開發(fā)流程中狠下功夫，制定良好的方案，才能在汽車生產中處于有得地位。 汽車開發(fā)程序： ①汽車新產品開發(fā)流程：汽車開發(fā)工作比較復雜，參與的部門和人力都較多，耗時非常的長，除此之外還要有足夠的資金和政策。因此，要求各部門必須協(xié)調一致地工作。下圖列出了個別企業(yè)的開發(fā)流程圖。它規(guī)定了在汽車的開發(fā)流程（規(guī)劃階段，開發(fā)階段，生產準備階段到生產階段）中各個部門應當承擔的工作與責任。 汽車總體設計流程圖A 汽車總體設計流程圖B ②概念設計：從產品的創(chuàng)意，到構思草圖，到出模型，再到試制出概念車等一系列的活動過程，即是概念設計。另外，概念設計階段還要完成汽車的外形設計工作（外部造型，內飾設計和色彩設計）。造型設計即要實用又要美觀，優(yōu)美的外部造型的設計不但給人美的享受，還影響著市場的銷量，是非常重要的工作之一。當然外部造型設計建立在汽車總體布置的基礎上，設計出的造型還應當有良好的空氣動力學特性和良好的制造工藝性能。汽車的總體布置應當保證汽車具有良好的使用性能，因此，當外部造型設計與總體布置設計出現(xiàn)矛盾的時候，外部造型設計應當為總體布置設計讓路。這會給外部造型設計工作帶來很大的困難，要求造型設計人員能在限定的條件下從事創(chuàng)造性的工作。 汽車外形構思草圖 其次是總體方案的確定，當總體方案確定后就要畫展部布置草圖。為了滿足不同客戶的要求，在開發(fā)基本車型的時候，還要考慮變形車，使之系列化，適應不同客戶的需求。上述工作完成后，還要編寫設計任務書。設計任務書以下內容： a.可行性分析，包括市場預測，企業(yè)技術開發(fā)能力與生產能力分析，產品開發(fā)目的，設計新產品的指導思想，預計生產綱領與產品目標成本及技術經濟分析等。 b.設計產品型號，及它的主要使用功能、技術規(guī)格與性能參數(shù)。 c.整車布置方案的描述與各主要總成結構、性能參數(shù)；標準化，通用化，系列化等。 d.國內外同類汽車技術性能的對比與分析。 e.本車設計中擬采用的新技術、新材料及新工藝。 ③目標成本：在概念設計時要進行成本控制，這樣新開發(fā)的車型在面向市場后才能有價格優(yōu)勢。 ④試抽、試驗、改進與定型：在試制過程中，要不斷發(fā)現(xiàn)設計中暴露的問題，并使其的投產前解決，使校車的性能達到設計目標要求。在本階段，應根據(jù)國家制定的有關標準進行，其次不同的車型也有著不兩只的試驗標準，在試驗中暴露的問題要進行改進設計，再進行第二輪甚至第三輪試驗，真到產品定型。 ⑤生產準備階段：為增加可靠性，在正式投產前要進行生產準備和小批量試生產，讓試抽車型進一步經受用戶的考驗。 ⑥銷售階段：在經開發(fā)與生產試制階段后，進行正式批量生產，投放市場銷售和進行今后服務工作。在后續(xù)工作中不斷征求用戶意見，并進行改進及不斷提高產品質量、擴大市場。 2.4輕型貨車形式選擇 ①軸數(shù)與驅動形式選擇： 不同類型的汽車會采用不同的軸數(shù)及驅動型式，這些主要根據(jù)使用條件、用途、生產條件、制造成本和公路軸荷限值等因素進行優(yōu)劣選擇。 這其中最常用兩軸、后輪驅動4×2式汽車。對于乘用車及汽車總質量小于 19t的車輛，大都采用4×2后驅動的布置型式，因為這種車輛結構簡單、布置合理、機動性能優(yōu)良、成本低廉、適合公路使用，為典型、成熟的結構型式之一。 隨著汽車載質量的增加，各相關總成部件也要相應的增大，汽車的自重自然也要增加，這樣如果再采用4×2式車輛則會使單軸負荷增加，以致超過公路或橋梁所規(guī)定的承載極限值。要解決此矛盾，一般增加汽車軸數(shù)來減少單軸的負荷，比如從4×2變成6×2、6×4、8×4等形式，而如果想增加汽車驅動能力，提高越野通過性，可以采用4×4、6×6、8×8等增加前驅型式結構，同時也可提高載質量。 綜上所述，考慮本車總質量3t，為輕型載貨汽車，應采用4×2兩軸驅動形式。 ②布置形式： 布置形式分為平頭式、短頭式、長頭式和偏置式，又分為發(fā)動機前置、中置和后置布置形式。其中平頭貨車得到廣泛應用。從貨車的安全性與乘坐舒適性來看，長頭式和短頭式要比平頭車優(yōu)越，從貨物的承載量來看，平頭車相對優(yōu)越。 本車采用平頭式，發(fā)動機前置后輪驅動方案。 駕駛室與發(fā)動機，前軸(前輪胎)的布置位置 2.5輕型貨車主要參數(shù) 汽車的主要參數(shù)包括尺寸參數(shù)、質量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。 2.5.1尺寸參數(shù) 外廓尺寸包括包括汽車的長、寬、高。因汽車要在公路和市內行駛，所以其外廓尺寸受有關法規(guī)限制而不能隨意確定，但非公用車輛可以不受有關法規(guī)限制。 GB 1589——1989汽車外廓尺寸界限規(guī)定如下：貨車、整體式客車部長不應該超過12m，單鉸接工客車不超過18m，半掛汽車列車不應超過16.5m，全掛汽車不應該超過20m；在不包括后視鏡的情況下，汽車寬不應超過2.5m；在空載、頂窗關閉狀態(tài)下，汽車高不應該超過4m。 汽車的主要尺寸參數(shù) 軸距的選擇須要考慮其他諸多因素。軸距短的話，汽車總長、質量、最小轉彎半徑及縱向通過半徑就會相應地小一些。但軸距過短會產生許多問題，例如車廂長度不夠或后懸太長；汽車行駛狀態(tài)中縱向角振動過大；汽車加速、制動或上坡時其制動性和操縱穩(wěn)定性變壞；萬向節(jié)傳動夾角過大等。因此，在選擇軸距時應綜合考慮糨對其他方面的影響。當然，在滿足所設計汽車的車廂尺寸、主要性能和整體布置等要求的前提下，應將軸距設計得短一些。 汽車輪距對汽車總寬、總質量、機動性和橫向穩(wěn)定性都有較大影響。輪距越大，則懸架的角剛度就會越大，汽車的橫向穩(wěn)定性也就越好，車廂內橫向空間也越大。但輪距也不能設計得過大，否則，會增大汽車的總寬和總質量。 前懸處要布置發(fā)動機、水箱、風扇、彈簧前支架、車身前部或駕駛室的前支點、轉向器、保險杠等，因此要有足夠的縱向布置空間。其長度與汽車的類型、驅動方式、駕駛室的型式及布置和發(fā)動機的布置型式相關。汽車的前懸不應太長，以免使汽車的接近角過小而影響通過性。 汽車的后懸與車廂長度、軸距及軸荷分配等有關。后懸也不應太長，以免使汽車的離去角太小而引起上坡或下坡時刮地，同時會使轉彎不靈活。城市大客車后懸一般情況下不應大于其軸距的60％，長度不應大于3.5m。輕型及以上載貨汽車的后懸一般設計為1.2～2.2m。長軸距、特長貨廂的汽車，后懸可長達2.6m。 綜上所述，另參考江淮康鈴HFC1042P93K3B3車型，本車長、寬、高選擇為5100mm×1910mm×2120mm；軸距設計為2600mm；輪距設計為，前輪距1420mm，后輪距1395mm；前懸和后懸分別設計為1100mm和1400mm；貨車車頭長度設計為1500mm；貨車車廂尺寸設計為3400mm×1810mm×370mm。 2.5.2質量參數(shù) 汽車的質量參數(shù)包括整車整備質量、載客量、裝載質量質量系數(shù)、汽車總質量和軸荷分配等。 在整車設計方案確定后，初步完成總布置設計草圖的情況下，首先應對整車質量參數(shù)（包括：空載狀態(tài)下的整車整備質量、軸荷分配、質心高度；滿載狀態(tài)下的整車最大總質量、軸荷分配以及非懸架質量等）進行估算，為整車性能計算和總成設計提供依據(jù)。 整車整備質量對汽車制造成本與燃油經濟性有著重要影響。因此，應當盡量減少整車整備質量。貨車載質量的確定應與企業(yè)商品規(guī)劃符合，其次應當考慮汽車用途和使用條件。 汽車軸荷分配是汽車重要質量參數(shù)之一，它對汽車的通過性、牽引性、制動性、穩(wěn)定性和操縱性等主要使用性能以及輪胎使用壽命都有極大影響。因此，合理選定軸荷分配時，應充分考慮汽車的布置型式、使用條件和性能要求等。 在確定軸荷分配時,要考慮汽車的結構特點和性能要求，做出有利于設計的選擇。另外還要考慮汽車的靜態(tài)和動態(tài)方向穩(wěn)定性。。 本車所給部分參數(shù)如下： 額定裝載質量Kg 最大總質量Kg 最高車速Km/h 比功率Kw/t 比轉矩N.m/t 1500 3000 125 25 44 另算出整車整備質量1370kg；裝載質量1500kg；質量系數(shù)1.09。 2.5.3性能參數(shù) 汽車的性能參數(shù)主要包括動力性參數(shù)、燃油經濟性參數(shù)、汽車最小轉彎半徑、通過性幾何參數(shù)、操縱穩(wěn)定性參數(shù)、制動性參數(shù)和舒適性。 汽車的動力性參數(shù)包括直接檔和I檔最大動力因數(shù)、加速時間、最高車速、汽車的比轉矩和比功率等。 隨著汽車性能的提高以及各國公路路面的改善和高速公路的發(fā)展，汽車的最高車速普遍提高。選擇時應充分考慮汽車類型、用途、道路條件、安全條件和發(fā)動機功率大小等，并以依據(jù)汽車行駛時的功率平衡來確定。 汽車由起步開始，換檔加速到一定車速V的時間，稱為“0—V的換檔加速時間”，它是衡量汽車加速性和動力性的重要指標。轎車常用“0—100km／h”換檔加速時間來評價。 汽車機動性的主要參數(shù)可以用最小轉變半徑來表示，它反映了汽車通過小曲率半徑彎路的能力和在狹窄路面上及場地上調頭的能力。 汽車制動性設計指標和評價參數(shù)有制動距離、制動減速度和制動踏板力。設計中，在制訂制動性能標準時應滿足有關安全性的國家標準、法規(guī)對汽車制動效能的要求。 2.6輕型貨車發(fā)動機選擇 當前汽車上使用的發(fā)動機仍然是以往復式內燃機為主。它包括汽油機和柴油機兩種。汽油機的優(yōu)點是：平衡、噪聲小、轉速高、體積小、易啟動、轉矩適應性好等；缺點是：排污大、功率小、大。柴油機優(yōu)點是：功率大、排污小、小、壽命長、成本低等；缺點是：工作粗暴、噪聲大、小、體積大、啟動困難。汽油機主要用于輕型車和轎車上，柴油機主要用于貨車、大型客車上。隨著發(fā)動機技術的進步，輕型車和轎車上用柴油機有日益增多的趨勢。 按汽缸排列形式有直列式、水平式、v型式。直列式結構簡單、寬度窄、布置方便。但當發(fā)動機的缸數(shù)多時，在汽車上布置困難，且高度尺寸大。適用于6缸以下的發(fā)動機。水平式平衡性好，高度低。在少量大客車上得到應用。V型曲軸風度高，尺寸小，發(fā)動機系列多。但用于平頭車時，發(fā)動機寬布置較為困難，造價高。主要用于中、高轎車以及重型貨車上。 按冷卻形式分為風冷和水冷兩種。風冷結構簡單、維修方便、適應性好。但冷卻不均勻、噪聲大、耗功大。主要用于摩托車。水冷冷卻均勻可靠、散熱好、噪聲小。能提供車內供暖、較好適應發(fā)動機增壓后散熱的需要。缺點是冷卻系結構復雜。使用與維修不方便。冷卻性能愛環(huán)境溫度影響較大，夏季冷卻水容易過熱，冬季又容易過冷，并且在室外存放，水結冰后能凍壞氣缸缸體和散熱器。 發(fā)動機主要指標的選擇： 發(fā)動機功率越大則汽車的動力性越好，但功率太大會使發(fā)動機功率利用率下降，同時燃料經濟性下降，動力傳動系的質量也要加大。因此，應合理地選擇發(fā)動機功率。用正式估算發(fā)動機的最大功率： 式中： ——發(fā)動機最大功率，kW; ——傳動系的傳動效率，對單級主減速器驅動橋的4× 2式汽車取≈0.9； ——汽車總質量，kg； ——重力加速度，m／s2； ——滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取0.02，對礦用自卸汽車取0.03，對轎車等高速車輛需考慮車速影響并?。?.0165+0.0001(Va-50)； ——最高車速，km／h； ——空氣阻力系數(shù)，轎車取0.4～0.6，客車取0.6～0.7，貨車取0.8—1.0 ——汽車正面投影面積，㎡，若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距B1、汽車總高H、汽車總寬B等尺寸近似計算： 對轎車 A≈0.78BH， 對載貨汽車 A≈B1 H。 用下式確定： ——最大轉矩（N·m）； ——轉矩適應性系數(shù)，一般在1.1~1.3之間選取； ——發(fā)動機最大功率（kw）； ——最大功率轉速（r/min）。 通過以上計算及綜合考慮，本車的發(fā)動機選擇為： 發(fā)動機 福田環(huán)保動力BJ486ZLEQ4 系列 BJ486汽油系列 發(fā)動力廠商 福田環(huán)保動力 適配范圍 輕客、大皮卡、SUV、MPV 進氣形式 增壓中冷 汽缸數(shù) 4 燃料種類 汽油 汽缸排列形式 直列 排量 1.998L 排放標準 國四/歐四 最大輸出功率 118KW 額定功率轉速 5000RPM 最大馬力 160馬力 最大扭矩 250N.m 全負荷最低燃油耗率 265g/kw.h 發(fā)動機形式 16氣門，VVT技術 發(fā)動機凈重 169kg 發(fā)動機尺寸 683×720×648mm 壓縮比 8.8：1 缸徑×行程 86×86mm 第缸氣門數(shù) 4個 點火次序 1-3-4-2 2.7輕型貨車輪胎選擇 輪胎及車輪對汽車的承載能力有著重要影響，其中包括動力性、通過性、經濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性及汽車的承載能力和行駛安全性。因此，輪胎的選擇也成為極關重要的工作。 輪胎及車輪部件應當滿足以下基本要求：足夠的負荷能力與速度能力；良好的均勻性與質量平衡性；較小的滾動阻力與行駛哭聲；耐磨損、耐老化和良好的氣密性；質量小、價格低、拆裝方便、互換性優(yōu)良。 按結構分類：子午線輪胎、斜交輪胎。 按花紋分類：條形花紋、橫向花紋輪胎、混合花紋輪胎、越野花紋輪胎。 按車種分類：PC——轎車輪胎、LT——輕型載貨汽車輪胎、TB——載貨汽車及大客車胎、AG——農用車輪胎、OTR——工程車輪胎、ID——工業(yè)用車輪胎、AC——飛機輪胎、MC——摩托車輪胎。 按尺寸分類：全尺寸備胎、非全尺寸備胎。 按承壓分類：普通輪胎、零壓輪胎。 子午線輪胎與斜交胎的比較：子午線輪胎的特點是滾動阻力小、溫升低、胎體緩沖性能和胎面附著性能好，裝車后油耗低、壽命長、高速性能優(yōu)良，因此，適應現(xiàn)代汽車對安全、高速、低能耗的發(fā)展要求，是汽車設計時首選輪胎。但其制造困難，造價較斜交輪胎高且不易翻修等。斜交胎則有著與此相反的性能。 此外，不但要考慮單個輪胎，還要考慮后輪采用雙胎并裝時，由于兩輪胎我發(fā)存在差異、裝載質量分布不均勻、路面不平等因素造成輪胎超載的影響，此時雙胎并裝的負荷能力要好比單胎負荷能力加倍后減少10％--20％. 輪胎由專業(yè)化生產廠制造，具有高度的標準化、系列化等特點。輪胎的外直徑、斷面寬、斷面高寬比、配用輪輞名義直徑、輪輞形式及規(guī)格、胎面花紋形式及深度、額定負荷下的半徑等尺寸特性和負荷指數(shù)可查GB/T2977--1997、GB9743--1997、GB9744--1997等國家標準。 斜交輪胎結構圖 子午線輪胎結構圖 論證結果： 由本車的設計參數(shù)與設計目標，經過以上論證，另參考江淮康鈴HFC1042P93K3B3車型，考慮本車為總質量3t的輕型載貨汽車，得出應采用4×2后輪雙胎發(fā)動機前置后驅形式；設計本車長、寬、高選擇為5100mm×1910mm×2120mm；軸距設計為2600mm；輪距設計為，前輪距1420mm，后輪距1395mm；前懸和后懸分別設計為1100mm和1400mm；貨車車頭長度設計為1500mm；貨車車廂尺寸設計為3400mm×1810mm×370mm；發(fā)動機選擇福田環(huán)保動力BJ486ZLEQ4；輪胎選擇6.5R16LT。 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