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機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
設(shè)計題目: JD1121載貨汽車總體及底盤布置設(shè)計
學(xué)生姓名：
學(xué) 號：
專業(yè)班級：
指導(dǎo)教師：
20xx年 4月 12 日
目 次
1載貨汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢…………………………………………………………1
2載貨汽車設(shè)計參數(shù)的選擇……………………………………………………………2
2.1貨車軸數(shù)的選擇 …………………………………………………………………2
2.2貨車驅(qū)動形式的選擇 ……………………………………………………………3
2.3貨車布置形式的選擇 ……………………………………………………………3
2.4貨車主要尺寸的選擇 ……………………………………………………………4
2.5貨車質(zhì)量參數(shù)的確定 ……………………………………………………………5
3汽車的主要性能參數(shù)…………………………………………………………………7
4.汽車的燃油經(jīng)濟性參數(shù) ……………………………………………………………7
5.汽車的機動性參數(shù)……………………………………………………………………8
論證結(jié)果…………………………………………………………………………………8
參考資料…………………………………………………………………………………8
1 載貨汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
載貨汽車一般稱作貨車，又稱作卡車，指主要用于運送貨物的汽車，有時也指可以牽引其他車輛的汽車，屬于商用車輛類別。它通常是將裝載的貨物和運輸物品品的貨廂與駕駛室安裝在相同的一個車架上，并根據(jù)不同的運輸要求生產(chǎn)設(shè)計成各種不同的樣式，它是運載貨物和產(chǎn)品用的一種汽車樣式，載貨汽車的結(jié)構(gòu)通常由發(fā)動機，底盤，車身，電器設(shè)備四個部分組成。載貨汽車又可以分為分為微型貨車、輕型貨車、中型貨車和重型貨車四種不同的樣式。將載質(zhì)量小于等于1.8t以下的稱為微型載貨汽車，大于1.8t小于等于6t的為輕型載貨汽車，大于6t小于等于14t的為中型載貨汽車，大于14t的為重型載貨汽車。
載貨汽車的駕駛室大多采用金屬結(jié)構(gòu)制造。載貨汽車的駕駛室按駕駛室與發(fā)動機相對位置不同一般有長頭式、短頭式、平頭式、偏置式四種形式。通常我們所說的長頭式其特點就是發(fā)動機在駕駛室的前面，如果發(fā)動機的少部分位于駕駛室里面，那就是短頭式，如果發(fā)動機正好都在駕駛室里面，我們就稱它為平頭式，然而偏置式是駕駛室偏置于發(fā)動機旁。對于這四種形式的布置形式，各有優(yōu)缺點，在設(shè)計時可根據(jù)自己的使用要求選擇合適的形式。
載貨汽車的貨箱一般可分為通用貨箱和專用貨箱兩種。通用貨箱有多種形式，通常運送大件箱裝貨物用平板或低欄板的貨箱，運送輕浮貨物則用高欄板或長貨箱，運送牲畜家禽等宜用高欄板、雙層或多層貨箱。用于特殊用途的載貨汽車貨箱則稱為專用貨箱，這樣的汽車被稱為專用運輸汽車。
中國載貨車市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢看，中國是發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，正處于計劃經(jīng)濟體制向市場經(jīng)濟體制、從農(nóng)業(yè)國向工業(yè)國、從不發(fā)達的農(nóng)業(yè)社會向發(fā)達的工業(yè)社會轉(zhuǎn)型過程之中。這一巨大的社會進步和社會變遷，必然會帶來市場對載貨車的巨大需求。這是中國做大做強載貨車自主品牌的堅實基礎(chǔ)，也是中國汽車工業(yè)參與國際競爭的優(yōu)勢所在?！?
中國汽車工業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢在載貨車，中國載貨車發(fā)展的現(xiàn)實水平及與國際汽車制造業(yè)的比較優(yōu)勢也有利于大力發(fā)展載貨車。中國載貨車市場，曾經(jīng)以“中卡”為主導(dǎo)，“缺重少輕”，在這種背景下，一度出現(xiàn)東風(fēng)與一汽兩強對弈的競爭格局。伴隨著載貨車市場需求結(jié)構(gòu)變化和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，載貨車市場競爭，由“中卡”演化成重卡、中卡、輕卡、微卡等領(lǐng)域的多元競爭態(tài)勢。中國載貨車市場競爭，也因此由粗放走向細分，各細分市場的競爭格局異彩紛呈。
中國報告網(wǎng)行業(yè)分析師指出：2012年，國內(nèi)貨車(含非完整車輛、半掛牽引車)累計產(chǎn)銷分別為3241730輛和3303792輛，同比累計分別下降6.06%和6.80%。2013年，國內(nèi)貨車(含非完整車輛、半掛牽引車)累計產(chǎn)銷分別為346萬輛和349萬輛，同比分別累計增長7%和5%。2014年1-4月份，國內(nèi)貨車(含非完整車輛、半掛牽引車)累計產(chǎn)銷分別為1320094輛和1269521輛，同比累計分別增長5.77%和2.59%。2014年1-6月，貨車產(chǎn)銷180.09萬輛和177.07萬輛，同比下降1.04%和4.27%。
中國報告網(wǎng)發(fā)布的《中國載貨車市場分析及未來五年產(chǎn)業(yè)投資評估報告》顯示，展望未來，2020年我國GDP的構(gòu)成中，第三產(chǎn)業(yè)比重超過50%，第二產(chǎn)業(yè)和第一產(chǎn)業(yè)在GDP的構(gòu)成中的比重都將下降，屆時主要產(chǎn)生公路貨運量和公路貨物周轉(zhuǎn)量的第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)將減少對運輸裝備的需求量。公路貨物周轉(zhuǎn)量和載貨車保有量存在高度相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.98。2020年左右將是我國載貨車發(fā)展的一個重要拐點。屆時，公路運輸業(yè)對載貨車的需求將由現(xiàn)在的以新增需求為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿滦枨鬄橹鳌Ｒ愿滦枨鬄橹?，意味著對載貨車需求總量將長期保持在一個比較穩(wěn)定的水平，不會出現(xiàn)大幅增長或大幅下降。
2 載貨汽車設(shè)計參數(shù)的選擇
載貨汽車的總體設(shè)計對汽車設(shè)計的質(zhì)量的優(yōu)劣、使用性能的好壞以及產(chǎn)品的市場競爭力有著決定性的影響，是汽車設(shè)計工作中最重要的一個環(huán)節(jié)。因為汽車性能的好壞不僅與相關(guān)總成及部件的工作性能有密切關(guān)系，而且在很大程度上還取決于有關(guān)總成及部件間的協(xié)調(diào)與參數(shù)匹配，取決于汽車的總體布置。貨車的總體設(shè)計主要包括貨車的參數(shù)確定，發(fā)動機和輪胎的選擇，總體布置和動力性的計算等一系列重要的步驟。其中參數(shù)的確定又包括了汽車的質(zhì)量參數(shù)，主要尺寸和性能參數(shù)的計算等。不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動形式以及布置形式上的區(qū)別。
本次設(shè)計為JD1121載貨汽車總體及底盤布置設(shè)計。JD為企業(yè)的識別代號，1代表載貨汽車，12代表貨車的總質(zhì)量為12噸，尾數(shù)1代表是第二代產(chǎn)品。
2.1貨車軸數(shù)的選擇
載貨汽車在產(chǎn)品的設(shè)計時其軸數(shù)可以設(shè)計為兩軸、三軸和四軸，甚至六軸等幾種不同地形式。汽車軸數(shù)的確定要根據(jù)車輛的總質(zhì)量、使用條件、用途、公路相關(guān)法規(guī)、以及輪胎的負荷能力等的綜合要求來考慮。
結(jié)合本次我所設(shè)計的JD1121載貨汽車的總質(zhì)量、輪胎的負荷能力以及載貨汽車的實際使用條件，并遵守我國公路相關(guān)法規(guī)的前提下，基本上就可以確定載貨汽車的軸數(shù)數(shù)量。在設(shè)計制造時兩軸式的載貨汽車的原理結(jié)構(gòu)比較簡單、制造的成本也不高，因此對于總質(zhì)量小于19t的載貨汽車在設(shè)計時普遍采用這種兩軸的設(shè)計方案。
本次設(shè)計的JD1121載貨汽車為總質(zhì)量12t的中型貨車，故因此將設(shè)計采用兩軸方案。
2.2 貨車驅(qū)動形式的選擇
載貨汽車的驅(qū)動形式有很多，常用4x2、4x4、6x2、6x4、6x6等代號來表示。影響驅(qū)動形式選擇的主要因素有汽車的用途、對車輛通過性能的要求等。如果增加汽車的驅(qū)動輪輪數(shù)可以提高汽車的通過能力，但是驅(qū)動輪輪數(shù)增加會使汽車的結(jié)構(gòu)變的復(fù)雜，整備質(zhì)量及制造成本也隨著增加，而且使汽車的總體布置變的更加困難
考慮到本次設(shè)計的載貨汽車的的結(jié)構(gòu)類型：本次設(shè)計的JD1121載貨汽車的總質(zhì)量為12噸，因此將設(shè)計采用的是4×2驅(qū)動形式。
2.3 貨車布置形式的選擇
載貨汽車的性能除了與貨車整車總成和各零部件總成的相關(guān)性能指標(biāo)及尺寸參數(shù)的有關(guān)之外，其布置形式也有十分的影響。貨車按照發(fā)動機與駕駛室相對位置的不同，一般分為長頭式、短頭式、平頭式及偏置式四種不同的形式。同時，貨車根據(jù)發(fā)動機的安裝位置的不同，又可分為發(fā)動機前置、發(fā)動機中置及發(fā)動機后置三種不同布置形式。此次設(shè)計的JD1121載貨汽車是在公路上面進行貨物的運輸，汽車行駛時環(huán)境條件變化也較大，適合采用前置后驅(qū)的布置形式。這種布置形式的優(yōu)點是：能夠采用直列、臥式和V型發(fā)動機；發(fā)動機發(fā)生故障時容易發(fā)現(xiàn)，又由于接地性好，維修也很方便；離合器及變速器等操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，所以也比較容易布置；除此之外，貨箱的地板高度低。另外兩種形式已經(jīng)不再采用或極少采用。
以下為四種車型布置的特點：
方案一：平頭式
汽車的發(fā)動機位于駕駛室內(nèi)部時，稱為平頭式貨車。平頭式貨車的布置特點是發(fā)動機被放置于駕駛員與副駕駛員座位的中間，故駕駛室的前部不必凸出去，也沒有獨立的發(fā)動機艙。它的優(yōu)點是機動性能較好，整備質(zhì)量減小，視野得到改善，汽車面積利用率比較高；主要缺點是空載時前軸負荷比較大，導(dǎo)致汽車在壞路上通過性變壞；駕駛室布置有翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及鎖止機構(gòu)，使機構(gòu)變的復(fù)雜；進、出駕駛室沒有長頭式的方便等。
方案二：短頭式
汽車的發(fā)動機大部分被安放在駕駛室的前部，少部分在駕駛室內(nèi)，稱為短頭式貨車。短頭式貨車的特點是發(fā)動機有單獨的罩蓋及獨立的發(fā)動機艙，發(fā)動機艙和駕駛室它們共同形成貨車的車頭部分。這種布置形式的貨車的優(yōu)缺點是：它的機動性和視野比長頭式好，但不如平頭式；動力總成操縱機構(gòu)比較簡單；發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲、熱量、氣味及振動對駕駛員的影響得到很大改善，好于平頭式但不如長頭式貨車；它位于駕駛室內(nèi)的發(fā)動機的后部接近性不好，導(dǎo)致駕駛室內(nèi)部空間很擁擠，因此給布置踏板的工作帶來了困難。同樣的，也給前輪后移帶來了相似的問題，改善布置踏板的困難可以考慮通過增加地板高度的方法，但是這樣又會產(chǎn)生上、下車不方便的矛盾；當(dāng)汽車正面與其他車輛或物體發(fā)生碰撞的時候，前排乘員和駕駛員受傷害的程度會比平頭式貨車輕很多。
方案三：長頭式
發(fā)動機位于駕駛室前部的貨車，被稱為長頭式貨車。它的發(fā)動機艙及車頭部分比短頭式更長些，其他貨車車身的結(jié)構(gòu)特點和短頭式相同。它的主要優(yōu)點是：發(fā)動機及附件的接近性好，有利于檢修；滿載時前軸負荷較小，有利于提高汽車在壞路面上的通過能力；它的地板低，上下車方便；操縱機構(gòu)簡單，方便布置；發(fā)生正面碰撞時，人員受傷害程度比平頭式好很多。它的缺點是：汽車總長和軸距都比較長，最小轉(zhuǎn)彎直徑比較大，導(dǎo)致機動性能差；貨車的整備質(zhì)量大；視野差；面積利用率低。
方案四：偏置式
駕駛室偏置于發(fā)動機旁邊，為偏置式貨車。這種貨車主要用在重型礦用自卸車上。它具備平頭式貨車的部分優(yōu)點，比如軸距短、視野良好。另外，它還有駕駛室通風(fēng)條件好，維修發(fā)動機比較方便等優(yōu)點。
對于載貨汽車而言，為了盡可能地提高載貨質(zhì)量，需增加車廂的長度，考慮到本次設(shè)計的主要對象是公路貨物的運輸，因此除發(fā)動機前置布置外，本次設(shè)計的載貨汽車考慮采用平頭式布置形式。因為這種布置使汽車在盡可能小的尺寸條件下，獲得盡可能大的載貨質(zhì)量。同時采用平頭式的布置形式，使汽車的總長和軸距尺寸都比較短，所以最小轉(zhuǎn)彎直徑比較小，使汽車機動性能改善，整備質(zhì)量減小，駕駛員視野也得到了明顯的改善，汽車面積利用率也比較高。
經(jīng)分析對比論證本次JD1121載貨汽車設(shè)計采用平頭式的布置方案。
2.4 貨車主要尺寸的選擇
載貨汽車的主要尺寸有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸、貨車車頭長度以及車箱的尺寸。
(1) 外廓尺寸
根據(jù)我國有關(guān)法規(guī)對汽車外廓尺寸的規(guī)定:汽車高不能超過4m，總寬不能超過2.5m。本次設(shè)計的JD1121載貨汽車總長為8400mm，總寬為2400mm，總高為2700mm。
(2) 軸距L
汽車軸距L對汽車的總長、整備質(zhì)量、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑等都有影響。如果軸距取長些時，上述指標(biāo)會減小。另外，軸距也會對軸荷分配、傳動軸夾角有影響。
原則上對機動性要求比較高的汽車，軸距應(yīng)取得短些。對載質(zhì)量多的貨車，軸距應(yīng)取得長些。參照下表，結(jié)合本次設(shè)計車型的特點，軸距選為4500mm。
車型
汽車總質(zhì)量ma/t
軸距L/mm
輪距B/mm
4×2貨車
1.8～6.0
2300～3600
1300～1650
6.0～14.0
3600～5500
1700～2000
表2-1各型汽車地軸距和輪距
(3) 前輪距B1和后輪距B2
由于汽車總寬不能超過2.5m的限制，輪距不能太大。前輪距B1的選定除了要在上面圖表的范圍內(nèi)外，還要考慮到能夠布置發(fā)動機、前懸架、車架及前輪，而且要保證前輪能夠有足夠的轉(zhuǎn)向空間。另外，也要保證轉(zhuǎn)向桿系與車輪、車架之間能有足夠的運動間隙。在選定后輪距B2的取值時，需要考慮懸架寬度、輪胎寬度和車架兩縱梁的寬度，以及他們之間要有必要的間隙。根據(jù)上表，選定前輪距B1=1800mm 后輪距B2=1700mm。
(4) 前懸和后懸
前懸尺寸對汽車有多方面的影響，其中包括汽車通過性、汽車造型、碰撞安全性、駕駛員視野等。增加前懸的尺寸，可以減小汽車的接近角，導(dǎo)致汽車通過性變差，駕駛員視野變壞。又因為要在前懸這段尺寸內(nèi)布置發(fā)動機、散熱器風(fēng)扇、轉(zhuǎn)向器等部件，所以前懸尺寸不能太小。長點的前懸尺寸在車輛發(fā)生碰撞時可以對乘員起到更好的保護作用，同時也更利于采用長點的鋼板彈簧。對于平頭汽車，前懸尺寸大小還會影響到從前門上下車時的方便性。初選前懸尺寸大小時，應(yīng)在保證可以布置下上述各總成及部件的前提下，盡可能的取得短些。
后懸尺寸取決于軸距及軸荷分配的要求，它對汽車的通過性、貨箱長度、追尾時的安全性等都有影響。對總質(zhì)量在1.8~14.0t的貨車來說，后懸尺寸范圍一般在1200~2200mm之間。
綜合考慮本次設(shè)計的JD1121載貨汽車總體尺寸的大小范圍，在滿足設(shè)計要求的前提下，為了上、下車的方便性，本次設(shè)計前懸為1200mm，本次設(shè)計后懸為2100mm。
（5）貨車的車頭尺寸和車箱尺寸
車身的形式、汽車外觀效果、駕駛室居住性、發(fā)動機的接近性以及貨車的面積利用率均對貨車的車頭長度有絕對的影響。平頭式貨車車頭尺寸范圍一般在1400~1500mm之間。
2.5貨車質(zhì)量參數(shù)的確定
汽車的質(zhì)量參數(shù)包括汽車的裝載質(zhì)量和載客量、整車整備質(zhì)量、汽車的總質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù)、汽車的軸荷分配等
（1） 汽車總質(zhì)量
汽車總質(zhì)量是當(dāng)汽車裝備齊全，并且按照規(guī)定裝滿貨、客時的整車質(zhì)量。本次設(shè)計為JD1121車型，汽車總質(zhì)量為12t。
（2） 質(zhì)量系數(shù)
汽車的裝載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，就是質(zhì)量系數(shù)。它可以反映出汽車的設(shè)計水平及工藝水平。數(shù)值越大，表明汽車的結(jié)構(gòu)及制造的工藝越先進。對于中型載貨汽車質(zhì)量系數(shù)在1.2~1.35之間。
（3） 整車整備質(zhì)量
整車整備質(zhì)量就是指汽車帶上所有裝備，其中包括隨車工具、備胎等，并加滿燃料和水，但沒有裝載貨物及人員時的整車質(zhì)量。在本次設(shè)計時，整車整備質(zhì)量初選為m=4500kg。
（4） 裝載質(zhì)量
汽車的裝載質(zhì)量為汽車在硬質(zhì)良好的路面上行駛時，所允許的額定裝載質(zhì)量。在確定商用貨車裝載質(zhì)量me 的大小時要考慮到兩點，第一要與企業(yè)的商品規(guī)劃相符合，第二要考慮到汽車的用途及使用條件。本次設(shè)計的JD1121載貨汽車，裝載質(zhì)量初選為7500kg。
（5） 軸荷分配
軸荷分配的恰當(dāng)與否對汽車的很多使用性能及輪胎的壽命有很大的影響。因此在總體設(shè)計時應(yīng)當(dāng)對軸荷分配提出一定的要求。
3 汽車的主要性能參數(shù)
（1）最高車速
近年來道路條件有了很大提高，特別是高速公路的建修，所以汽車的最高車速逐漸提高。總質(zhì)量小些的貨車最大車速要比總質(zhì)量大的稍大些。根據(jù)本次設(shè)計的要求，貨車的最大總質(zhì)量在6.0～14.0t時，根據(jù)相關(guān)的參考標(biāo)準(zhǔn)：，最高車速= 90～120km/h。初選取設(shè)計=90km/h。
（2）加速時間
加速時間是汽車在平直良好的路面上，初速度為零以最大加速度加速到某一速度時所用的時間。由于本次設(shè)計的最高車速初步選定為=90km/h，對于最高車速小于100km/h的汽車而言，加速時間一般用汽車加速到60km/h的時間來作為加速時間的評價指標(biāo)。估計本次設(shè)計汽車的加速時間為15s。
（3）上坡能力
汽車的上坡能力，用汽車在滿載貨物的狀況下在良好路面上行駛時的最大坡度阻力系數(shù)來表示。由于不同類型的車它們的使用條件不同，所以它們對上坡能力的要求也不同。通常載貨汽車要能夠克服30%的坡度，本次設(shè)計最大爬坡度為30°。
（4）比功率Pb與比轉(zhuǎn)矩Tb
汽車的比功率會隨著總質(zhì)量的增加而減小。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對于總質(zhì)量為6.0～14.0t的貨車，比功率為8.5～14kw/t，比轉(zhuǎn)矩為33～47N·m/t。
4 汽車的燃油經(jīng)濟性參數(shù)
貨車的單位燃油消耗量用單位質(zhì)量百公里燃油消耗量表示，如表4-1所示
總質(zhì)量ma/t
柴油機
貨車
＜4
2.0～2.8
4～6
1.9～2.1
6～12
1.55～1.86
>12
1.43～1.53
表4-1貨車單位質(zhì)量百公里燃油消耗量 L(100t.km)-1
5 汽車的機動性參數(shù)
（1）貨車的最小轉(zhuǎn)彎直徑的確定： 通常用來描述汽車轉(zhuǎn)向機動性的好壞，是評價汽車轉(zhuǎn)向能力及轉(zhuǎn)向安全性能的重要指標(biāo)。根據(jù)國家法規(guī)規(guī)定，貨車的汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑如表5-1所示：
總質(zhì)量ma/t
/m
貨車
<1.8
8.0～12.0
1.8～6
10～19
6～14
12～20
>=14
13～21
表5-1各類汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑
本次設(shè)計的汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑值為 =16m
（2）通過性幾何參數(shù)：載貨汽車的通過性幾何參數(shù)包括：接近角、離去角、最小離地間隙、縱向通過半徑，其參考參數(shù)如表5-2所示：
車型
/mm
/°
/°
/m
4×2中型貨車
180～220
25～60
25～45
2～4
表5-2汽車通過性的幾何參數(shù)
論證結(jié)果
綜上所述，本次設(shè)計的JD1121載貨汽車汽車軸數(shù)選用兩軸、驅(qū)動形式為4×2 ，布置方案采用發(fā)動機前置后輪驅(qū)動。整車整備質(zhì)量為4.5t,裝載質(zhì)量為7.5t。載貨汽車的尺寸取值為：總長取值為8400mm，總寬值為2400mm，總高值為2700mm；軸距值為4500mm，前輪距值為1800mm，后輪距值為1700mm，接近角值為28°，離去角值為18°，最小離地間隙值為200mm,前懸值為1200mm，后懸值為2100mm。
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