長安SXQ設(shè)計說明書.doc

長安SXQ4250A型半掛牽引車總體布置設(shè)計摘要 半掛汽車列車性能的好壞主要取決于各總成之間的結(jié)構(gòu)特性，即總體布置設(shè)計的合理性。本課題以研究長安SXQ4250A型半掛車為設(shè)計對象，根據(jù)技術(shù)要求和國家標準，選擇正確的外形尺寸、整車質(zhì)量參數(shù)，以及各主要部件。然后對整車進行合理的總體布置設(shè)計，并且對汽車的質(zhì)心進行估算、校核汽車的穩(wěn)定性和動力性等，以便提高整車行駛的機動性和安全性，方便駕駛。同時對半掛車性能進行校核計算和控制，保證半掛車主要性能指標，正確處理整車與部件、部件與部件之間以及設(shè)計、使用與制造之間的矛盾。關(guān)鍵詞：半掛汽車列車；總布置設(shè)計；結(jié)構(gòu)特性；校核計算Chang An SXQ4250A type half hanged tractor overall layout designAbstract The performance of tractor-semitrailer depends on the structural characteristics of the assembly. In other words, overall layout design must be rationally. This topic makes Chang an SXQ4250A type semi-trailer as the design object. According to the technical requirements and national standards to select correct dimensions, the quality parameters of the vehicle and all the major components. Then making an overall layout design of the vehicle, and estimate the cars centroid, check the cars stability and power and so on. So we can improve the vehicles driving mobility and safety, and convenience of motorists. In order to ensure the key performance indicators of the semitrailer, and correct handling the contradiction of the vehicle and components, the components and components, the design and manufacturing. So we must check calculation and control the performance of the semi-trailer. Key words: semitrailer train; general layout design; structure feature; check calculation; 目錄引言11半掛牽引車總體布置31.1 半掛牽引車總體布置設(shè)計的主要任務(wù)31.2 總體布置設(shè)計的基本要求31.3 已知參數(shù)31.4 本課題的主要工作41.5半掛牽引車實物42整車參數(shù)及結(jié)構(gòu)的選擇52.1 發(fā)動機的種類與形式52.2 汽車軸數(shù)和驅(qū)動形式62.3 布置形式62.4 輪胎選擇83汽車主要參數(shù)的選擇103.1主要尺寸參數(shù)的選擇103.1.1軸距103.1.2前輪距和后輪距103.1.3 前懸和后懸113.1.4 接近角與離去角113.1.5 半掛車車箱尺寸113.1.6 外廊尺寸113.2整車質(zhì)量參數(shù)估算123.2.1空車狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配123.2.2滿載狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配133.3 發(fā)動機主要性能指標的選擇133.3.1 發(fā)動機最大功率、最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速133.2.2 發(fā)動機的比功率和比轉(zhuǎn)矩153.4 傳動系參數(shù)的選擇163.4.1 傳動系統(tǒng)最小總傳動比163.4.2 傳動系統(tǒng)最大傳動比164 整車總體布置194.1 底盤的總體布置194.1.1 發(fā)動機的布置194.1.2 傳動軸的布置204.1.3 制動系統(tǒng)的布置204.1.4 電器裝置的布置214.1.5 其他附件的布置214.2 車身的總體布置224.2.1 駕駛室的布置234.2.2 貨箱的布置235設(shè)計計算校核255.1質(zhì)心高度的估算255.1.1 車架質(zhì)量的估算255.1.2各部件質(zhì)量及與其位置265.2 汽車穩(wěn)定性的驗算275.3 汽車不同車速各檔動力性的計算285.3.1 汽車常用符號表285.3.2 設(shè)計參數(shù)總表285.3.3 發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下汽車各檔理論車速的計算295.3.4不同轉(zhuǎn)速下的扭矩的計算315.3.5發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下汽車各檔切線牽引力的計算325.3.6 發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下汽車各檔所受空氣阻力的計算355.3.7發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下各檔位的動力因數(shù)的計算375.3.8 通過計算最大地面驅(qū)動力，確定最大動力因數(shù)405.3.9汽車最大爬坡度的計算415.3.10牽引車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖425.4半掛車和牽引車的聯(lián)接425.4.1半掛車牽引聯(lián)接裝置的選擇435.4.2 半掛車和牽引車的聯(lián)接尺寸435.4.3半掛車的前回轉(zhuǎn)半徑和牽引車的間隙半徑445.4.4半掛車的間隙半徑和牽引銷的后回轉(zhuǎn)半徑455.4.5半掛車的前懸距離455.4.6半掛車相對于牽引車的前俯角和后仰角455.5汽車燃油經(jīng)濟性計算46結(jié)論48致謝49參考文獻50長安SXQ4250A型半掛牽引車總體布置設(shè)計引言 按照新的國標GB/T3730.1-2001（代替了GB/T3730.1-1998）術(shù)語及通用性分類，汽車列車是指由一輛汽車（半掛牽引車、全掛牽引車）同一輛或多輛掛車（牽引桿掛車、半掛車、中置軸掛車）組成的車組。鉸接列車是指由一輛半掛牽引車與具有角向移動聯(lián)結(jié)的半掛車組成的車輛，也稱為半掛汽車列車。從2005年開始，交通部開展貨車車型推薦工作，出臺了貨運汽車及汽車車列車推薦車型工作規(guī)則。在規(guī)則中，汽車列車受重視，不僅標題有而且第七條指出，企業(yè)“可以將牽引車車型與相應(yīng)的掛車車型組成汽車列車一并申報”。半掛牽引車與半掛車組成半掛汽車列車，由半掛牽引車、半掛車、牽引連接裝置、車架、車橋、制動傳動機構(gòu)、支承裝置等組成。半掛牽引車必須和掛車配合使用，不能單獨運輸貨物。牽引車只有在牽引掛車時才和掛車連接在一起，當(dāng)掛車被拖到指定地點進行裝卸貨物時，牽引車就可脫開這一列掛車去牽引別的掛車以提高它的利用率。半掛汽車列車的優(yōu)點：采用半掛牽引車掛車方式搬運貨物，在一定的條件下比采用搬運車方式能獲得更好的經(jīng)濟效益，因而半掛汽車列車在搬運工作中得到較廣泛的應(yīng)用；半掛車與牽引車采用牽引座與牽引銷的方式，縮短了列車總長，提高了行駛穩(wěn)定性和安全性，增加了整體性能和機動性，減少了風(fēng)阻損失和牽引鉤環(huán)間的撞擊和噪聲；半掛車部分載荷由牽引車承受，從而提高了牽引車驅(qū)動輪的附著質(zhì)量，加大了牽引車的牽引力，使其發(fā)動機功率得到充分的利用。汽車列車運輸?shù)恼{(diào)度管理也在改進，實現(xiàn)了“甩掛運輸”用一輛牽引車輪流牽引多輛半掛車；“區(qū)段運輸”汽車列車到達指定區(qū)段站，掛車換掛，由其它牽引車繼續(xù)駛向目的地，該牽引車則牽引其它掛車返回，提高了運輸效率和牽引車利用率。將來，我國半掛車也將像全掛車一樣實現(xiàn)獨立牌照的甩掛運輸?！皾L裝運輸”將集裝箱連同掛車直接裝船和上岸。半掛汽車列車是實現(xiàn)上述改進的最好車型，但半掛車結(jié)構(gòu)相對要復(fù)雜一些。當(dāng)前，國內(nèi)外汽車列車正向重型、高速、專用，提高列車操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的方向發(fā)展。在裝載質(zhì)量方面，半掛車通常為廂式、一車一掛、總質(zhì)量32t。我國規(guī)定半掛汽車列車一車一掛總質(zhì)量不超過42t，美國全掛汽車列車總質(zhì)量允許達到62t。但從列車的機動性，公路的條件和綜合經(jīng)濟效益考慮，總質(zhì)量也不能過高，提高車輛速度通有效地增加其運輸效率，高速公路上的汽車列車速度可達（8090）km/h。同時，專用汽車列車也在不斷發(fā)展。利用專用掛車可以適應(yīng)不同貨物，不同運輸和裝卸條件的需要，提高貨物的完好率，減少損耗和重復(fù)勞動。當(dāng)然隨著汽車列車向大載荷、高速度方向發(fā)展，對其操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的要求也越來越高，各國對掛車的側(cè)滑、振動及其預(yù)防措施加強了研究。盡管半掛車產(chǎn)品在整個專用車市場上占有較大的比重，但如果要把半掛車保有量與整個運輸市場上普通載貨車保有量、半掛車市場占有率與整個載貨車市場總量這兩組數(shù)據(jù)變量做一下比較，就會發(fā)現(xiàn)我國的半掛車形勢不容樂觀。以與美國相比為例，美國在過去的30年里，其廂式半掛車占掛車總銷量的70%，是美國交通貨運的主力車型，而且在未來的5年內(nèi)，預(yù)計其廂式半掛車仍將占據(jù)著69%的市場份額。未來5年內(nèi)，干貨廂式半掛車占廂式半掛車總銷量的76.6%，呈上升趨勢，仍然是美國陸路貨運的主要運輸工具。而廂式掛車仍然是其中最重要的運輸車輛。而目前國內(nèi)，就是專用車的市場份額才只占貨車的30%多，而半掛車在整體專用車當(dāng)中又不到三分之一的比重，與發(fā)達國家專用掛車比例則有著很大的距離。551半掛牽引車總體布置1.1 半掛牽引車總體布置設(shè)計的主要任務(wù) 本課題以研究長安SXQ4250A型半掛牽引車為設(shè)計原型，從技術(shù)先進性生產(chǎn)合理性和使用要求出發(fā)，正確選擇性能指標、重量和主要尺寸，提出整車設(shè)想（總體布置設(shè)計方案）。在設(shè)計過程中對各部件進行合理性布置、運動校核以及油耗計算，使汽車不僅有足夠的裝載容量，而且能做到整車行駛的穩(wěn)定性和機動性，容易倒車，方便駕駛，行駛安全，保證結(jié)構(gòu)的緊湊，以及充分發(fā)揮牽引車的動力。同時對半掛車性能進行精確計算和控制，保證半掛車主要性能指標實現(xiàn)，正確處理整車與部件、部件與部件之間以及設(shè)計、使用與制造之間的矛盾，使產(chǎn)品符合好用、好修、美觀的原則。1.2 總體布置設(shè)計的基本要求半掛汽車列車是由半掛牽引車和半掛車組成，是當(dāng)前主要的公路運輸形式之一。在確定了總體設(shè)計的主要任務(wù)之后，進行總體設(shè)計時應(yīng)該滿足于如下的基本要求：（1）半掛車的外廓尺寸應(yīng)符合GB1589-2004的外廓尺寸限界規(guī)定。（2）軸荷分配要合理，并應(yīng)符合有關(guān)公路法規(guī)的限界要求。（3）半掛車的各項性能，要求達到設(shè)計任務(wù)書所給定的指標。（4）進行有關(guān)運動學(xué)方面的校核，保證半掛車有正確的運動和避免運動干涉。（5）拆裝和維修方便。1.3 已知參數(shù) 表1-1半掛車已知參數(shù)整車裝備質(zhì)量(kg)最大總質(zhì)量（kg）最大車速（km/h）900025000901.4 本課題的主要工作（1） 繪制半掛車總布置圖。（2）以SXQ4250A型半掛牽引車為模板，根據(jù)總布置設(shè)計確定的整車參數(shù)和性能指標提出對各總成和部件的設(shè)計要求：包括結(jié)構(gòu)形式，特性參數(shù)，尺寸與質(zhì)量限制等。提供整車有關(guān)數(shù)據(jù)與計算載荷等。（3）確定有關(guān)總成和部件的形式，結(jié)構(gòu)參數(shù)與特性等，特別是對發(fā)動機、變速箱、駕駛室和牽引座的形式。（4）確定各總成的質(zhì)心位置，核算汽車空載和滿載時的軸荷分配及整車質(zhì)心高度。（5）草擬布置圖，將各總成布置于其中，確定質(zhì)心位置；進行運動校核及燃油消耗計算，畫出汽車動力特性圖、驅(qū)動力行駛阻力平衡圖和等速百公里燃油消耗量曲線。（6）繪制底盤裝配圖及牽引座的二維圖形。1.5半掛牽引車實物圖1-1 半掛牽引車2整車參數(shù)及結(jié)構(gòu)的選擇2.1 發(fā)動機的種類與形式目前世界上絕大多數(shù)汽車安裝的都是往復(fù)式內(nèi)燃機。而且據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，在更長時間內(nèi)，往復(fù)式內(nèi)燃機仍將是汽車發(fā)動機的主要形式。在此討論的發(fā)動機選型就是針對這種發(fā)動機的。往復(fù)式內(nèi)燃機可分為汽油機和柴油機兩大類。目前，汽油機主要用于輕型汽車，例如轎車、微型和小型客車、微型和小型貨車等。這主要是因為汽油機質(zhì)量和尺寸小、單位功率大、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性好、工作柔和、振動和噪聲小、成本較低等。大型汽車已經(jīng)柴油化，中型汽車也多采用柴油機。這主要是因為，與汽油機相比，柴油機的燃油經(jīng)濟性更好、使用成本低。柴油機的主要缺點主要是尺寸和質(zhì)量大、轉(zhuǎn)速低、單位功率較低、振動噪聲比較大、造價高、易生黑煙等。這限制了其在轎車等輕型汽車上的應(yīng)用。近年來，隨著柴油機技術(shù)的進步，上述缺點在一定程度上得到了克服，并且提高了轉(zhuǎn)速，使其在一些輕型車和轎車上得到了應(yīng)用，特別是在歐洲。但是，目前用在輕型車和轎車上的主要發(fā)動機還是汽油機。本次設(shè)計的半掛牽引車從經(jīng)濟方面、使用性能方面等綜合考慮，選用柴油機。按照汽缸排列方式的不同，內(nèi)燃機可以分為直列、水平對置和V型發(fā)動機。直列發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、寬度小，布置方便，得到了最廣泛的應(yīng)用。但是，發(fā)動機汽缸數(shù)增多時會顯得過長，影響在汽車上的布置。因此，直列式發(fā)動機的汽缸數(shù)不超過6個。V型發(fā)動機具有長度小、高度低、曲軸剛度大等優(yōu)點，在大型轎車和發(fā)動機長度受限的重型貨車上得到了應(yīng)用。但是，由于其寬度比較大，在很多車輛上布置困難，造價也高，因此其應(yīng)用有限。水平對置式發(fā)動機要主要優(yōu)點是平衡好、高度低，在一些微型車上得到了應(yīng)用。綜合考慮到整車的布置以及成本最小化，本次設(shè)計選擇的發(fā)動機為6缸直列式。發(fā)動機的冷卻有風(fēng)冷和水冷兩種方式。風(fēng)冷的優(yōu)點是冷卻系統(tǒng)簡單、維修方便、對沙漠的異常氣候的適應(yīng)性好。但是，其存在冷卻不均勻、功率消耗大、噪聲大等缺點，故在汽車上應(yīng)用不多。大部分汽車都采用水冷發(fā)動機。水冷的優(yōu)點包括冷卻均勻、可靠，噪聲小，功率消耗小，能解決車內(nèi)供暖等。本次設(shè)計選用的發(fā)動機的冷卻方式為水冷。2.2 汽車軸數(shù)和驅(qū)動形式汽車的軸數(shù)是根據(jù)車輛的用途、總質(zhì)量、使用條件、公路車輛法規(guī)和輪胎負荷能力而確定的。根據(jù)有關(guān)部門規(guī)定，公路允許車輛的單后軸負荷為130kN，雙后軸負荷為240kN，雙軸汽車前后軸總負荷一般不大于190kN，而三軸汽車前后軸總負荷不超過320kN。總負荷超過上述數(shù)值的可采用四軸。礦用自卸車因不在公路上行駛，不受此限制。（其軸荷有的達到1000kN）。本次設(shè)計的半掛牽引車采用的是三軸，單前軸和并裝雙軸的形式。汽車的驅(qū)動形式常用如下代號表示，如42、44、66等，其中第一個數(shù)字代表車輪總數(shù)，第二個代表驅(qū)動輪數(shù)。下面介紹公路車輛（轎車、運輸車）的常用驅(qū)動形式。公路車輛一般采用非全輪驅(qū)動形式（即在車輪總數(shù)中有非驅(qū)動輪），常用的形式有：42，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，在轎車及總質(zhì)量19t的公路用車上得到廣泛應(yīng)用；64或62，在總質(zhì)量超過19t、低于26t（19t26t的運輸車上得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計的半掛牽引車總質(zhì)量為25t，因此選擇64的驅(qū)動形式。2.3 布置形式半掛牽引車布置形式主要是指發(fā)動機、驅(qū)動軸和車身（或駕駛室）的相互關(guān)系和布置特點。1. 發(fā)動機位置決定的布置形式按照發(fā)動機的位置不同，貨車的布置形式可分為前置、中置、后置三種。（1） 發(fā)動機前置后軸驅(qū)動：這種布置形式在貨車上應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點是便于維修發(fā)動機、傳動系、操縱系統(tǒng)較簡單。（2） 發(fā)動機中置：發(fā)動機臥置于貨箱之下，少數(shù)貨車采用。其優(yōu)點是駕駛室布置不受發(fā)動機限制，座位和汽車總高可以降低，噪聲小，軸距和總長較短，有利于軸荷分配。缺點是發(fā)動機需特殊設(shè)計，維修不便，離合器、變速器和油門需遠距離操縱，導(dǎo)致機構(gòu)復(fù)雜，故在貨車上采用不多。（3） 發(fā)動機后置：在貨車上應(yīng)該更少。其缺點是，貨廂底板過高，后軸過載，操作復(fù)雜。圖2-1 貨車的布置形式2. 駕駛室與發(fā)動機相對位置決定的布置形式按照駕駛室與發(fā)動機的相對位置關(guān)系，貨車可以分為四種形式。（1） 長頭式：發(fā)動機布置在駕駛室之前；（2） 短頭式：發(fā)動機一小部分伸入駕駛室之內(nèi)；（3） 平頭式：發(fā)動機在駕駛員座位下；（4） 偏置式：駕駛室偏置于發(fā)動機一旁。在上述布置形式中，長頭式的優(yōu)點是便于維修發(fā)動機（打開發(fā)動機罩，接近性好），駕駛室受熱及受振較少，操作桿容易布置，駕駛員安全感較好，前輪負荷較輕；其缺點是汽車面積利用率低，總長較大，最小轉(zhuǎn)彎半徑較大，視野差。這種布置形式比較適合于使用條件較差的中、重型貨車和越野車。平頭式的優(yōu)缺點正好與長頭式的相反；而短頭式的特點介于前兩者之間。偏置式駕駛室主要用于礦用、工程車輛。由于平頭式在面積利用率、機動性和視野等方面的優(yōu)點，在微型、輕型貨車上得到了廣泛應(yīng)用。由于駕駛室采用可翻式結(jié)構(gòu)，克服了發(fā)動機維修不方便的缺點，所以其在重型貨車上也已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。同屬于平頭式的駕駛室，其布置形式也有不同：（1） 發(fā)動機位于前軸之上，且處于兩側(cè)座位之間；（2） 發(fā)動機位于前軸之上，且位于座位之下；（3） 發(fā)動機位于前軸之后，且位于座位之下。圖2-2(a)所示平頭駕駛室布置形式（發(fā)動機位于前軸之上，且處于兩側(cè)座位之間）在重型貨車上用得較多，與其他兩種形式相比，發(fā)動機位置較高，接近性較好，容易維修，不必采用可翻式結(jié)構(gòu)；座位較低，故汽車總高較低，可降低風(fēng)阻。其缺點是駕駛室內(nèi)較擁擠，隔熱和密封問題較難解決。平頭駕駛室的第（2）和第（3）種布置形式曾經(jīng)主要用于發(fā)動機外形較小的微型或輕型貨車上，其優(yōu)點是室內(nèi)較寬敞且有平坦的通道。但是，如果通過在座位下面設(shè)置可打開的艙口來進行發(fā)動機維修，則可接近性較差，維修不夠方便。而采用駕駛室可翻結(jié)構(gòu)可以解決這個問題。目前，由于普遍采用了駕駛室可翻結(jié)構(gòu)，這兩種布置形式在重型貨車上也得到了廣泛采用。發(fā)動機放在前軸之后的方案目的是減輕前軸負荷，但使軸距略有增長。2.4 輪胎選擇輪胎的尺寸和型號是進行汽車性能計算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)之一，因此，在總體設(shè)計開始階段就應(yīng)選定，而選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的靜負荷、輪胎的額定負荷以及汽車的行駛速度。當(dāng)然還應(yīng)考慮與動力一傳動系參數(shù)的匹配以及對整車尺寸參數(shù)（例如汽車的最小離地間隙、總高等）的影響。輪胎所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)。大多數(shù)汽車的輪胎負荷系數(shù)取為0.91.0，以免超載。轎車、輕型客車及輕型貨車的車速高、輪胎受動負荷大，故它們的輪胎負荷系數(shù)應(yīng)接近下限。輪胎選擇的基本原則：首先，根據(jù)軸荷計算輪胎的負荷能力和速度等級來確定輪胎的規(guī)格，這涉及到車輛的性能指標和行駛安全性。其次，根據(jù)車輛的結(jié)構(gòu)特點(如牽引車、自卸車、攪拌車等)、行駛道路條件、氣候等確定輪胎的結(jié)構(gòu)(子午胎或普通胎)及輪胎花等來滿足車輛的通過性、行駛平順性、轉(zhuǎn)向特性等和輪胎的互換性及維護的方便性等要求，并估算經(jīng)濟性。最后，再考慮輪胎的其他輔助要求，如輪胎貨源的穩(wěn)定性及車輛管理方面的問題等。選擇輪胎時首先必須保證輪胎不能超載，還要考慮輪胎的力學(xué)性能，也就是指輪胎的通過性能、緩沖性能和剛度。輪胎行駛過程中將產(chǎn)生噪聲，不同結(jié)構(gòu)和不同花紋的輪胎，在不同車速時，產(chǎn)生的噪聲水平不一樣，有時噪聲會達到惱人的程度?？傊?，輪胎的選擇和使用要根據(jù)車輛的載荷、速度、道路條件、氣候環(huán)境來綜合考慮，才能保證車輛行駛的安全性和經(jīng)濟性。初選輪胎型號：11.00-20 尼龍?zhí)ヌッ鎸挾菳=1125.4=279.4mm,輪胎直徑D=（112+20）25.4=1066.8mm 3汽車主要參數(shù)的選擇3.1主要尺寸參數(shù)的選擇半掛牽引車的主要尺寸是指軸距、輪距、前后懸和外廊尺寸等。3.1.1軸距1軸距（L）與汽車的許多特性都有關(guān)，例如制動性，操縱穩(wěn)定性、平順性。下面分析縮短軸距的影響?？s短軸距的優(yōu)點包括：整備質(zhì)量小，有利于改善燃油經(jīng)濟性和動力性；機動性好（轉(zhuǎn)彎半徑?。?；縱向通過半徑小，通過性好等?？s短軸距的缺點包括：為了保證車內(nèi)空間而使后懸增大，從而減小車輛的離去角，降低通過性；加速、制動、上坡時軸荷轉(zhuǎn)移大，車身縱向角振動大，使制動性、操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性變壞；萬向節(jié)傳動的夾角過大等。因此，確定軸距應(yīng)綜合考慮各方面的要求，在滿足主要性能、車內(nèi)（裝載）面積和軸荷分配等方面要求的前提下，把軸距設(shè)計得短些為宜。軸距對專用汽車總長、最小轉(zhuǎn)向直徑、縱向通過半徑、裝備質(zhì)量等都有影響，軸距短時，上述各指標減小。此外，軸距過短，會使車廂長度不足或后懸過長，上坡或制動時軸荷轉(zhuǎn)移過大，制動性和操縱穩(wěn)定性變壞，平順性就差。因此，基于原有車型的基礎(chǔ)上，對于本次設(shè)計的半掛牽引車，采用的軸距為2925mm+1350mm。3.1.2前輪距和后輪距輪距影響到車輛總寬、橫向通過半徑、轉(zhuǎn)向時的通道寬度以及車軸的橫向穩(wěn)定性。受汽車總寬限制，輪距要與車寬相適應(yīng)，不宜過大。對汽車列車，要求掛車輪距和牽引車輪距一致。參考原來車型，初選半掛牽引車的前輪距=2035，后輪距=1800。掛車的輪距與牽引車的后輪距一致。3.1.3 前懸和后懸汽車的前、后懸直接限制汽車的接近角和離去角，影響通過性能。前懸應(yīng)滿足車輛接近角和軸荷分配的要求。前懸長度與駕駛室、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向器、前保險杠等總成布置有關(guān)。后懸應(yīng)滿足車輛離去角和軸荷分配的要求，同時還要滿足有關(guān)標準的規(guī)定，即對于客車和全封閉廂式車輛，后懸不得超出軸距的0.65倍；對于其車輛，后懸不得超出軸距的0.55倍，絕對值不大于3.5m。綜合考慮各因素，結(jié)合原有車型，初步確定前懸=1570mm，后懸=835mm。3.1.4 接近角與離去角接近角、離去角和縱向通過角的大小是體現(xiàn)汽車通過性的重要幾何參數(shù)。通過性（越野性）好的汽車，能以足夠高的平均車速通過各種壞路和無路地帶（如松軟地面、凹凸不平的地面等）及各種障礙（如陡坡、側(cè)坡、壕溝、臺階、灌木叢、水障等）。而通過性差的汽車，在面對壞路、無路地帶和各種障礙時則會力不從心。綜合半掛牽引車的總體布置，選取接近角為16、離去角為32。3.1.5 半掛車車箱尺寸半掛車的車架采用鵝頸式，其前部昂起像鵝頸狀而命名的。該車架又稱階梯式車架。其旁邊兩根縱梁承階梯型，斷面為工字型，階梯高度隨長度變化而變化。要求車箱尺寸在運送散裝煤和袋裝糧食時能裝足額噸數(shù)。車箱邊板高度對汽車質(zhì)心高度和裝卸貨物的方便性有影響。車箱內(nèi)寬應(yīng)在汽車外寬符合國家標準的前提下適當(dāng)取寬些，以利縮短邊板高度和車箱長度。行駛速度能達到較高車速的牽引車，使用過寬的車箱會增加汽車迎風(fēng)面積，導(dǎo)致空氣阻力增加。車箱內(nèi)長應(yīng)在能滿足運送上述貨物額定噸位的條件下盡可能取短些，以利于減小整備質(zhì)量。參照已有車型，選取車廂的尺寸為：8500mm 2500mm 2500mm 3.1.6 外廊尺寸2外廊尺寸即指整車的長、寬、高，由所選的汽車底盤及工作裝置確定，但最大尺寸要滿足法規(guī)要求。GB15892004道路車輛外廊尺寸、軸荷及質(zhì)量限值明確規(guī)定：普通車輛車高不超過4m，車寬（不包括后視鏡）不超過2.5m，貨車車長不超過12m，半掛汽車列車車長不超過16.5m，全掛汽車列車車長不超過20m。對于貨廂整體密閉廂式貨車，車長限值增加1m，車寬最大限制為2.55m。對于專用作業(yè)車輛，車長限值不適用，對于不在公路上行駛的汽車，外廊尺寸不受上述規(guī)定的限制?；谠拒囆偷幕A(chǔ)上，初步確定半掛牽引車的長、寬、高的尺寸為6680mm2490mm3670mm。3.2整車質(zhì)量參數(shù)估算2已知的整車參數(shù)信息見表3-1。表3-1 整車參數(shù)信息裝載質(zhì)量（kg）整備質(zhì)量最大車速（km/h）比功率（kw/t）250009000909.883.2.1空車狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配汽車總質(zhì)量是指裝備齊全，并按規(guī)定裝滿客、貨時的整車質(zhì)量。半掛牽引車的總質(zhì)量由整備質(zhì)量、裝載質(zhì)量和乘客與駕駛員質(zhì)量三部分組成，其中，乘員和駕駛員每人質(zhì)量按65kg計，取3人，即 = （3-1） 根據(jù)已知參數(shù)，半掛車的總質(zhì)量=25000kg，整車裝備質(zhì)量=9000kg。64后輪雙胎貨車空載時前軸軸荷分配范圍為31%-37%1，后軸軸荷分配范圍為63%-69%，據(jù)此，可選取空載時客車前、后軸荷分配為34%、66%?？傻茫蛰d后軸軸荷為：=66% =900066% =5940kg 空載前軸軸荷為：= =90005940 =3060kg 3.2.2滿載狀態(tài)下整車質(zhì)量、軸荷分配64后輪雙胎貨車滿載時前軸軸荷分配范圍為19%-24%，后軸軸荷分配范圍為76%-81%，據(jù)此，可選取滿載時貨車前、后軸荷分配為21.5%、78.5%。可得，滿載時后軸軸荷為：=78.5% =2500078.5% =19625kg滿載時前軸軸荷為： = =2500019625 =5375kg由此，可對前面所選輪胎的負荷能力進行校核，后軸負荷大，根據(jù)所選輪胎的型號，可知輪胎的最大負荷為26250N，即2679kg。由于滿載時后軸負荷為19625kg，雙后軸雙輪胎，共8個輪胎，所以每個輪胎的負荷為：=2453kg2679kg，所以所選的輪胎符合要求。3.3 發(fā)動機主要性能指標的選擇43.3.1 發(fā)動機最大功率、最大轉(zhuǎn)矩及其相應(yīng)轉(zhuǎn)速根據(jù)已選擇的數(shù)據(jù)對發(fā)動機的最大功率進行估算得： （3-2） 式中：傳動系效率，半掛牽引車取=0.8943； 重力加速度（m/s2）； 滾動阻力系數(shù)，對半掛牽引車取0.02； 空氣阻力系數(shù)，半掛牽引車取=0.90； 汽車正面投影面積（m2），它可根據(jù)前輪距、汽車總高H、修正系數(shù)k（載重汽車k=1，小車k=0.78）等尺寸近似計算，對半掛牽引車：A=由所選參數(shù)可估算出=2.0393.671=7.468。 =() =208.94kw參考已有車型，可選發(fā)動機型號為wp10.336如圖3-1，它的主要優(yōu)點有：結(jié)構(gòu)緊湊，強度高、密封好、安裝方便，燃燒效率高、高效低耗、噪聲低、振動??；低速大扭矩，爬坡?lián)Q檔響應(yīng)迅速，滿足國III排放標準等。其主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。表3-1wp10.336型發(fā)動機技術(shù)參數(shù)型號Wp10.336形式水冷、直列、帶排氣門制動、四沖程、直噴進氣方式增壓中冷氣缸數(shù)缸徑行程(mm)6126130額定功率/轉(zhuǎn)速(kW/r/min)247/1900最大扭矩/轉(zhuǎn)速(N.m/r/min)1500/1350排量（L）9.726最低燃油消耗率（g/kw.h）190額定工況燃油消耗率（g/kw.h）200凈質(zhì)量（kg）875外型尺寸(長寬高)(mm3-1 濰柴wp10.336由上表可知，發(fā)動機的=247kw，對應(yīng)功率下的轉(zhuǎn)速=2200r/min。發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩為： = （3-3）式中，為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)， 一般在1.1-1.3之間，取=1.1。代入上述數(shù)據(jù)，可得：=9549 =1365.51Nm所選的發(fā)動機扭矩符合要求。3.2.2 發(fā)動機的比功率和比轉(zhuǎn)矩比功率是汽車所裝發(fā)動機的標定最大功率與汽車最大總質(zhì)量之比，如下式所示： （3-4） = =9.88發(fā)動機的比功率為9.88。它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些的汽車，乘用車的比功率明顯大于貨車和客車，半掛牽引車的比功率隨著總質(zhì)量的增加而減少。為保證路上行駛車輛的動力性不低于一定的水平，防止某些動力性能差的車輛阻礙交通，應(yīng)對車輛的最小比功率作出規(guī)定。GB7258-1997規(guī)定：農(nóng)用運輸車與運輸用拖拉機的比功率，而其他機動車。比轉(zhuǎn)矩是汽車所裝發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩與汽車總質(zhì)量之比，它反映汽車的牽引能力，其計算公式如下： （3-5） = =54.62半掛牽引車的不應(yīng)小于50 10，所以半掛牽引車的牽引力符合要求。 3.4 傳動系參數(shù)的選擇6 3.4.1 傳動系統(tǒng)最小總傳動比傳動系統(tǒng)最小總傳動比一般可根據(jù)最高車速來確定。 （3-6）式中：車輪滾動半徑（mm）； 最大功率轉(zhuǎn)速(r/min)； 汽車最高車速（km/h）。 按上式計算出的要進行圓整，圓整后的應(yīng)略大于圓整前的計算結(jié)果。另外，還應(yīng)使用計算出的來校核直接檔最大動力因素，使得在規(guī)定的范圍內(nèi)。代入數(shù)據(jù)，得： =4.25 3.4.2 傳動系統(tǒng)最大傳動比確定最大傳動比時，要考慮三方面的問題：最大爬坡度、附著率及汽車最低穩(wěn)定車速。最大傳動比為變速器的頭檔速比與主減速比的乘積。該速比主要是用于汽車爬坡或道路條件很差（阻力大）的情況下（此時空氣阻力可以不計）汽車仍能行駛。 變速器最大速比公式： （3-7）式中，汽車總重力，N； 車輪的滾動半徑，m； 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，Nm 傳動系的傳動效率； 道路阻力系數(shù)，其中，為滾動阻力系數(shù)，為最大爬坡度。代入數(shù)據(jù)，得：29.86由此，可選擇變速箱的型號為法士特12JSD160TA，它有12個前進擋和2個倒擋，可左臥、右臥、立式，與發(fā)動直接或分開安裝。具有高承載能力，高可靠性，低噪聲；傳動比優(yōu)化設(shè)計，擋間級差小，整車燃油經(jīng)濟性高，國內(nèi)同類12擋變速器油耗最低 ；國內(nèi)同類12擋變速器安裝長度最短；可配置液力或電渦流緩速器接口；可提供個性化連接結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。其主要參數(shù)如表3-2所示。表3-2 12JSD160TA型變速箱主要參數(shù)長寬高（mm）680380480重量（kg）365擋速比倒一檔11.56倒二檔2.59一檔12.10二檔9.41三檔7.31四檔5.71五檔4.46六檔3.48七檔2.71八檔2.11九檔1.64十檔1.28十一檔1.00十二檔0.784 整車總體布置4.1 底盤的總體布置為了滿足專用汽車的特殊要求，有時要對汽車底盤進行改裝，一般主要涉及發(fā)動機布置、傳動軸的布置、制動系統(tǒng)布置、電器裝置布置和其他附件的布置。在總布置圖上進行底盤改裝部件布置之前，要確定基準線，一般以底盤車架的上平面線作為高度基準，以前輪中心線作為縱向基準，以汽車中心線（縱向?qū)ΨQ平面）作為橫向基準。如圖4-1所示。圖4-1 整車總布置圖坐標系4.1.1 發(fā)動機的布置布置原則：（1） 應(yīng)使整車質(zhì)心在橫向盡量落在縱向?qū)ΨQ垂直平面內(nèi)，即汽車中心線上。（2） 在保證適當(dāng)?shù)碾x地間隙和轉(zhuǎn)向拉桿等桿件間的運動間隙條件下，盡量降低發(fā)動機的位置高度，以便于傳動系的布置和降低整車的質(zhì)心高度。（3） 發(fā)動機曲軸中心線可以與車架上平面有一定的傾角，以減小萬向節(jié)傳動夾角。（4） 發(fā)動機布置要保證維修保養(yǎng)方便。4.1.2 傳動軸的布置對于需要變動軸距的車輛，要對傳動軸作重新布置。布置時要注意以下兩點：（1） 滿載靜止時，兩傳動軸的夾角不大于34度。傳動軸夾角過大，會使傳動效率下降，磨損加劇。（2） 傳動軸加長后，要重新計算傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速（r/min）。臨界轉(zhuǎn)速是指當(dāng)傳動軸的工作轉(zhuǎn)接近于其彎曲固有振動頻率時，即出現(xiàn)共振現(xiàn)象，引起振幅急劇增加而導(dǎo)致傳動軸折斷時的轉(zhuǎn)速。它取決于傳動軸結(jié)構(gòu)、尺寸和支承情況 （4-1）式中，傳動軸的支承長度，取兩個萬向節(jié)的中心距（mm）； 、傳動軸的外徑和內(nèi)徑（mm）。傳動軸設(shè)計時一般取安全系數(shù)K9=，為傳動軸最高安全工作轉(zhuǎn)速。 傳動軸過長時，為提高傳動軸的臨界轉(zhuǎn)速，可以把傳動軸分為兩根或三根，同時注意在中間傳動軸上設(shè)置中間支承。此外，當(dāng)軸距改變后，專用汽車的轉(zhuǎn)向性能會受到影響，其理論轉(zhuǎn)向梯形特性曲線（理論的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系）與實際轉(zhuǎn)向梯形特性曲線（實際的內(nèi)、外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系）會產(chǎn)生較大偏差，因此，也應(yīng)進行校核，必要時對轉(zhuǎn)向梯形的結(jié)構(gòu)參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整。4.1.3 制動系統(tǒng)的布置制動系統(tǒng)用來制約專用汽車運動，直接影響專用汽車的安全性，因此在對汽車底盤的行車制動、駐車制動和輔助制動系統(tǒng)進行改裝時，應(yīng)注意以下事項：（1） 管路的布置在增加制動管路時，要采用與底盤相同的制動管或軟管、管夾等連接件。制動管與其他運動件之間要留有足夠大的自由運動空間，避免因為運動干涉引起制動管路摩擦損壞，影響制動能力，必要時應(yīng)附加防護裝置。（2） 儲氣筒和附加耗氣裝置的布置 儲氣筒的布置要方便檢查和排水。當(dāng)專用工作裝置或其操縱控制機構(gòu)需要氣源時，可以從底盤制動系統(tǒng)的儲氣筒或氣路中直接取氣，但要對耗氣量進行計算。一般允許一次取11.5L的壓縮空氣，如果附加耗氣裝置是在汽車非行駛狀態(tài)下使用，則允許耗氣量可提高到2L。對于耗氣量大、工作壓力高的耗氣裝置，則需要附加輔助儲氣筒，其容量根據(jù)需要確定。輔助儲氣筒與底盤行車制動系統(tǒng)的儲氣筒相連接，通常用一個單向溢流閥與前橋制動回路連接，保證輔助儲氣筒失效產(chǎn)生壓降時，可以使行車制動系統(tǒng)儲氣筒內(nèi)的壓力仍保持盡可能高的數(shù)值。4.1.4 電器裝置的布置（1） 專用蓄電池如果專用工作裝置的驅(qū)動系統(tǒng)或控制系統(tǒng)需要電源，一是可直接接上底盤電路，但首先要校核底盤所裝用的發(fā)動機、蓄電池的功率和容量是否跢，必要時應(yīng)相應(yīng)地增大功率和容量；二是附加專用蓄電池。例如當(dāng)欄板起重運輸車采用電動起重欄板時，需選用功率較大的發(fā)電機和容量較大的蓄電池，或附加專用蓄電池。（2） 電器裝置的接地專用汽車所用電器均是負極接地（搭鐵）。對于加油或運油的油灌車，必須采取措施對靜電進行疏導(dǎo)。一般在加油或供油的專用工作裝置如油罐、管路、附件等與車架及地面管道之間都要有導(dǎo)線或?qū)w相連，并通過金屬鏈條或?qū)Ｓ脤?dǎo)電橡膠板條接地。（3） 導(dǎo)線的布置延長或加裝的導(dǎo)線，應(yīng)盡量與底盤上導(dǎo)線型號、顏色相同，并通過插接件或接線柱相連。當(dāng)導(dǎo)線需要穿過車架縱橫梁時，應(yīng)有保護裝置，防止刮破甚至刮斷。導(dǎo)線的固定管夾的間距應(yīng)在200800mm之間。4.1.5 其他附件的布置（1） 消聲器專用汽車消聲器進行重新布置時要考慮其安全性。例如油罐車，必須將消聲器及排氣口安放在前保險桿的下面，且排氣口不得指向右側(cè)，禁止將它們安放到車廂下部。同時還要注意消聲器對車輛接近角的影響。（2） 燃油箱在專用汽車改裝中，燃油箱位置會經(jīng)常被移動或?qū)θ加拖溥M行改裝，還有需要加裝副油箱。在改裝過程中，需要加裝副油箱時，應(yīng)盡量使用車架上已有的安裝孔位。布置時應(yīng)使主、副油箱的底部處于同一水平面，并且安裝位置盡可能靠近主油箱，同時還要注意避免偏載。燃油箱和燃油管的布置盡可能避免排氣管，距排氣管的距離應(yīng)該在300mm以上。如果布置有困難，則必須在燃油箱和排氣管之間加裝隔熱板。（3） 備胎架備胎架也是底盤中經(jīng)常改裝的部件，在布置時要注意以下事項：只設(shè)置單個備胎架時，將備胎架布置在車輛前進方向的右側(cè)。汽車列車一般應(yīng)設(shè)2個備胎架。（4） 防護裝置專用汽車防護裝置又稱為護欄，包括側(cè)面防護裝置和后下部防護裝置，是一種人身安全防護裝置。其作用是有效保護無防御行人，避免其跌于車側(cè)而被卷入車輪下面，以及防止小型車輛從后部嵌入大車的下方。我國分別從1989年開始制定汽車防護要求標準，從1994年和2001年又進行了兩次修訂，GB11567.1-2001汽車和掛車側(cè)面防護要求和GB11567.2-2001汽車和掛車后下部防護要求分別對側(cè)面防護的技術(shù)要求和后下部防護裝置的技術(shù)要求和試驗方法進行了強制規(guī)定。護欄一般都用圓形管材制作，防護裝置的設(shè)計和安裝尺寸要符合上述標準規(guī)定要求，同時在安裝時，要注意排氣管口不要對準側(cè)護欄管口。（5） 閥門箱及泵箱專用汽車上所用到的閥門箱及泵箱一般設(shè)置在車輛前、后軸之間，布置時，要考慮對車輛最小離地間隙及縱向通過角的影響。4.2 車身的總體布置載貨汽車車身由駕駛室和貨箱兩部分組成，其布置可按這兩部分分別來考慮。4.2.1 駕駛室的布置5駕駛室可分按座位數(shù)分為單人座、雙人座、三人座等幾種。載貨汽車駕駛員座椅及操縱機構(gòu)的布置。座椅的布置直接影響駕駛員的視野性。為了改善此性能，可適當(dāng)提高座椅高度并減小坐墊與靠背的傾角，此外，還應(yīng)盡可能使駕駛員的眼睛處于靠近玻璃的位置。對載貨汽車駕駛員的視野性有以下規(guī)定：駕駛員應(yīng)能觀察到離開汽車前端12m遠、5m高處的交通信號燈。駕駛室的車門可以布置成順開或逆外。為了便于上、下車，平頭式駕駛室車門也有采用后一種形式的。另外，在車身總布置設(shè)計過程中，確定門、窗、頂蓋、前圍板、后圍板和側(cè)壁的尺寸時，應(yīng)注意通過性問題，以盡量減少設(shè)備投資和降低成本。4.2.2 貨箱的布置一般通用的欄板式貨箱的尺寸可根據(jù)下列原始因素來確定。主要因素是貨箱的計算容積，該容積應(yīng)能保證在運輸散裝貨物和成包貨物時，盡可能充分利用汽車的裝載質(zhì)量。汽車的使用實踐表明，為了保證正?？煽康倪\輸，散裝貨物在貨箱內(nèi)的裝載高度必須低于欄板高度約50mm，成包貨物則容許高出欄板高度約100mm。因此，貨箱的計算容積可根據(jù)車輛噸位和所運輸貨物的不同來選取。第二個因素是選擇貨箱尺寸。雖然交通法規(guī)容許汽車有較大長度，但是為了減輕其自重和提高機動性，設(shè)計時總是力圖縮短其長度。公路用汽車的最大容許寬度為2500mm，而貨箱的寬度由于必須考慮側(cè)欄板厚度，所以稍小于以上值。欄板高度H主要受裝載質(zhì)量限制，一般取為500800mm。第三個因素是考慮給定的軸荷分配。通常貨箱的質(zhì)心（按載荷均布而考慮位于貨箱的正中心）位于汽車后軸線之前一定距離（約為軸距的2%20%）處，因此，貨箱長度可按來確定，為貨箱質(zhì)心至駕駛室后圍板的距離減去前欄板厚度和駕駛室與貨箱之間的間隙。初步確定貨箱長度之后，還必須校核是否能獲得滿意的有效容積。當(dāng)需要加長時，應(yīng)考慮離去角的限制。5設(shè)計計算校核5.1質(zhì)心高度的估算3由前面所選的部件參數(shù)及布置圖上各部件的分布，可初步估算出質(zhì)心的高度。汽車滿載時，影響質(zhì)心高度的主要有：車橋、駕駛室、車廂、車架、發(fā)動機及貨物等。根據(jù)所選的部件及參考相同噸位的已有車型，可知車橋、駕駛室及發(fā)動機等的質(zhì)量，下面對車架及車廂的質(zhì)量進行估算。5.1.1 車架質(zhì)量的估算梯子形車架是最基本的形式，它是由兩根和汽車行駛方向平行的縱梁及與之垂直的一定數(shù)量的橫梁以適當(dāng)?shù)姆椒ㄟB接成梯子形結(jié)構(gòu)的，在此，取平行梯子形車架對其質(zhì)量進行估算。參考已有車型的車架，車架的斷面尺寸如下圖所示。圖4-1 車架斷面尺寸由總體布置圖可知，車架的總長為6680mm,且車架的材料為鋼，其密度為，所以，可得出車架的縱梁總質(zhì)量為：=619kg由圖可知，橫梁的長度為2500mm，共有6個橫梁，所以橫梁的質(zhì)量為：=692kg所以，車架的總質(zhì)量為：=619+692=1311kg5.1.2各部件質(zhì)量及與其位置由以上估算的值及已有的參數(shù)，根據(jù)總體布置圖，可得出下列數(shù)值，如表4-1所示。表4-1 各部件質(zhì)量及與其位置項目質(zhì)量m（kg）X方向值Y 方向值Z 方向值1前橋10000002后橋（一）10001300003后橋（二）10004500004駕駛室800200012005發(fā)動機1000-5002006車架1311300003007變速器70055001508第一軸車輪3000009第二軸車輪50000010第三軸車輪500240000其中，x方向指汽車前進的方向，y方向為汽車寬度方向，z方向為汽車高度方向，它們的數(shù)值均為各部件到汽車中