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機電工程學院
畢業(yè)設計方案
論證報告
設計題目: ZY1160貨車底盤總體及車架設計
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目次
一 貨車總體相關參數(shù)的論證 2
1 貨車形式的選擇 2
2 貨車主要尺寸參數(shù)的選擇 3
3 貨車主要性能參數(shù)的確定 5
4 貨車的機動性參數(shù) 6
5 貨車的通過性幾何參數(shù) 6
二 底盤總體的方案論證 7
1 變速器擋位的選擇 7
2 主減速器級數(shù)的選擇 7
三 貨車車架的方案論證 7
參考文獻 8
一 貨車總體相關參數(shù)的論證
載貨汽車的總體設計是汽車設計工作中最重要的一環(huán)，它對汽車的設計的質(zhì)量的好壞和使用性能的高低有著決定性的影響。因為貨車性能的好壞不僅與相關總成及部件的工作性能有密切關系，而且在很大程度上還取決于有關總成及部件間的協(xié)調(diào)與匹配，取決于貨車的總體布置。貨車的總體設計主要包括貨車的形式的選擇和參數(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)的確定又包括了貨車的主要尺寸參數(shù)，質(zhì)量參數(shù)和性能參數(shù)的選擇計算等。
1 貨車形式的選擇
不同的形式的貨車，主要體現(xiàn)在軸數(shù)、驅(qū)動形式和布置形式上的不同。
1）貨車軸數(shù)的確定
貨車可以有雙軸、三軸、四軸乃至更多的軸數(shù)。這主要取決于貨車的總質(zhì)量、輪胎的復合能力以及道路法規(guī)對于軸載質(zhì)量的限制。
我國的相關公路法規(guī)標準規(guī)定，對于四級公路及橋梁而言，單軸所能承載的軸載質(zhì)量不能超過10噸，雙連軸軸載質(zhì)量不能超過18噸（單軸9噸）。在貨車軸數(shù)不變的情況下，貨車總質(zhì)量加大后，是公路承受的負荷增加，如果超過了公路的承載能力后就會破壞公路，為了保護公路為此有了上述規(guī)定。
對于貨車總質(zhì)量小于19噸的貨車以及軸荷不受橋梁道路限制的不在公路上行駛的車輛，均可采用兩軸方案?？傎|(zhì)量在19~26噸的貨車應該采用三軸形式，總質(zhì)量更大的要采用更多的軸數(shù)。
本次設計的貨車的總質(zhì)量為16噸，故可采用結構簡單的兩軸形式以降低生產(chǎn)制造的成本。
2）貨車驅(qū)動形式的確定
貨車有4*2/4、4*4、6*2、6*4/6、6*6、8*4、8*8等幾種形式，前一位數(shù)字表示貨車車輪總數(shù)，后面的表示驅(qū)動輪數(shù)。影響驅(qū)動形式的主要因素是貨車的用途、總質(zhì)量和通過性能的要求。貨車驅(qū)動輪數(shù)增加能夠提高汽車的通過能力，但是結構會變得復雜，整備質(zhì)量和制造成本也會有所增加，與此同時底盤的總體布置也會變得比較困難。因此對于總質(zhì)量小一些的貨車多采用結構簡單、制造成本低的4*2的驅(qū)動形式?？傎|(zhì)量在19~26噸的貨車可采用6*2或6*4的驅(qū)動形式。
本次設計車型為ZY1160，總質(zhì)量為16噸故可以采用結構簡單的4*2的驅(qū)動形式。
3）貨車布置形式的確定
貨車的布置形式對于底盤的設計制造有很大的影響。故在底盤總體設計過程中應該予以充分的重視。對于貨車來言可以根據(jù)駕駛室的不同，分為平頭式、短頭式、長頭式及偏置式四種。
平頭式貨車 ：汽車的發(fā)動機位于駕駛室內(nèi)部時稱為平頭式貨車。這種形式的布置特點是汽車總長和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，機動性能良好。主要缺點是空載時前軸負荷大，汽車通過性變壞；駕駛室有翻轉(zhuǎn)機構和鎖止機構，使機構復雜；進出駕駛室不如長頭式方便；駕駛室內(nèi)受熱和振動比較大；汽車正面與其他物體碰撞時容易使駕駛員和前排乘員受傷。
短頭式貨車 ：發(fā)動機的大部分在駕駛室前部，少部分位于駕駛室內(nèi)的貨車稱為短頭式貨車。其特點是汽車面積利用率及視野有所改善；有利于發(fā)動機散熱 ，操縱機構布置簡單。但其缺點視野差；機動性能不好，駕駛室內(nèi)部空間擁擠。
長頭式貨車：貨車的發(fā)動機位于駕駛室前部稱為長頭式貨車。其主要優(yōu)點是發(fā)動機及其附件的接近性好，便于檢修；滿載時前軸負荷小，有利于提高汽車的通過能力；發(fā)動機散熱良好，操縱機構簡單。由于汽車總長和軸距均比較長，最小轉(zhuǎn)彎直徑大，機動性能不好；整備質(zhì)量大；視野差，面積利用率低。
偏置式貨車主要用于重型礦用自卸車上。它具有平頭式貨車軸距短、視野良好等一些優(yōu)點。此外，駕駛室的通風條件好、維修發(fā)動機方便。
綜合四種方案的優(yōu)缺點以及市場上相關車型比如：東風EQ1160S12DF與解放CA1160PK2L3EA80等車型，可知現(xiàn)在市場上平頭式貨車是主流產(chǎn)品，故此次ZY1160型貨車也可采用平頭式的布置形式。
2 貨車主要尺寸參數(shù)的選擇
貨車的尺寸參數(shù)有外廓尺寸、輪距、前懸、后懸、貨車車頭和車廂尺寸等。
1）貨車外廓尺寸的選擇
汽車的長、寬、高稱為汽車的外廓尺寸。貨車的外廓尺寸不僅要根據(jù)自身的裝載質(zhì)量的要求還有符合相關法律法規(guī)，更要考慮到涵洞和橋梁等道路尺寸條件。
GB1589-1989汽車外廓尺寸界限規(guī)定如下：貨車總長不應超過12m，半掛汽車列車不超過16.5m，全掛汽車列車不超過20m；不包括后視鏡的情況下，汽車寬不超過2.5m；空載、頂窗關閉狀態(tài)下，汽車高不超過4m。
查找現(xiàn)在市面在售相關車型，根據(jù)自身的需要可以在上述的范圍中選擇本次設計車型（貨車ZY1160）的外廓尺寸為：整車長9000mm；整車寬2500mm；整車高為2870mm。
2）貨車軸距的選擇
軸距對于整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向
通過半徑的等有影響。當軸距短時，上述各指標減小。此外其還對于軸荷分配、傳動軸夾角有影響。根據(jù)經(jīng)驗可按照表來根據(jù)貨車的總質(zhì)量來選取軸距.
表一 ：不同貨車的軸距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
軸距L/mm
1700~2900
2300~3600
3600~5500
4500~5600
根據(jù)市場在售車型以及結合本次設計的實際情況在表一中的范圍中可以選擇本次設計車型（ZY1160）的軸距為5000mm。
3）貨車輪距的選擇
改變貨車輪距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。并且受制于貨車總寬不能超過2.5m限制，輪距不宜過大。前后輪距可以在下表中選擇。
表二: 不同貨車的輪距
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
輪距L/mm
1150~1350
1300~1650
1700~2000
1840~2000
根據(jù)市面上正在銷售的相關車型，結合此次設計車型ZY1160的實際可以選擇前輪距為1920mm后輪距為1800mm。
4）貨車前懸后懸的選擇
前懸尺寸對于貨車通過性、碰撞安全性、駕駛室視野、前鋼板彈簧長度及貨車造型等均有影響。前懸的尺寸過大，則貨車的接近角減小，使通過性降低，并使視野變壞。但是又由于整體布置的需求前懸又不能過短，要能夠保證各種總成的布置。
后懸尺寸對于貨車通過性、貨車追尾時的安全性、貨箱長度及汽車造型等有影響，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?？傎|(zhì)量在1.8~14.0t的貨車后懸一般在1200~2200mm之間，特長貨箱的汽車后懸可達到2600mm，但不得超過軸距的55% 。
在市面上銷售的部分類似車型的前后懸尺寸如下表：
表三： 部分車型的前懸后懸尺寸
貨車型號
EQ1160S12DF
DFL1160BX5
CA1160
HFC1160
LF/LR (mm）
1180/2470
1430/2570
1312/2718
1235/2445
根據(jù)市場在售相關車型，以及考慮后續(xù)總體布置等各方面需求可以選擇本次設計的車型前懸為1430mm，后懸2570mm。
5）貨車車頭長度以及車型尺寸的選擇
貨車車頭長度指的是從貨車前保險杠到駕駛室后圍的距離。車身的形式對于車頭的長度有絕對的影響。平頭式貨車一般在1400~1500mm之間。
貨車車箱尺寸要首先滿足裝載質(zhì)量的需求，其次是對于裝卸貨物的方便性等的需求。車箱邊板高度 對于貨車質(zhì)心高度和裝卸貨物的方便性有影響，一般在450~650mm范圍內(nèi)選取。車箱寬度應在汽車外寬符合標準的情況下盡量取寬一些，以縮短邊板高度和車箱長度。
3 貨車主要性能參數(shù)的確定
貨車的性能參數(shù)主要包括動力性參數(shù)、燃油經(jīng)濟性參數(shù)、機動性參數(shù)、通過幾何性參數(shù)、制動性參數(shù)合舒適性參數(shù)。方案論證階段主要考慮動力性參數(shù)。
貨車的動力性參數(shù)主要包括最高車速、加速時間、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。
最高車速：隨著道路條件的改善，特別是高速公路的修建，汽車的最高車速普遍呈現(xiàn)逐漸提高的勢頭?？傎|(zhì)量小些的貨車要比總質(zhì)量大的稍大些。不同的貨車可以根據(jù)下表選擇最高車速。
表四：不通貨車最高車速參數(shù)范圍
最大總質(zhì)量ma/t
≤6.0
>6.0
最高車速vamax(km/h)
80~135
75~120
根據(jù)表中數(shù)據(jù)并且參考市場在售同類車型以及考慮到設計車輛的實際用途可以選擇此次設計車型的最高車速為 80km/h。
加速時間：它指的是汽車在平直良好路面上，從原地起步開始以最大加速度到一定車速 所用驅(qū)動時間。對于最高車速vamax低于100km/h的貨車加速時間可用加速到60km/h所需的時間來評價。
上坡能力：用貨車滿載時在良好路面上的最大坡度阻力系數(shù)imax來表示貨車的上坡能力。通常要求貨車能夠克服30%坡度。
貨車的比功率Pb和比轉(zhuǎn)矩Tb：比功率可以綜合放映貨車的動力性，比功率大貨車加速性能、速度性能要好一些。比轉(zhuǎn)矩反映貨車的牽引能力。兩者的范圍根據(jù)貨車總質(zhì)量的不同而不同。
表五：不同貨車比功率、比轉(zhuǎn)矩的范圍
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
比功率Pb(kW/h)
16~28
15~25
10~20
6~20
比轉(zhuǎn)矩Pb（N*m/t)
30~44
38~44
33~47
29~50
4 貨車的機動性參數(shù)
貨車的機動性參數(shù)可以有貨車的最小轉(zhuǎn)彎半徑來評價，它主要知道是轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時，貨車前外轉(zhuǎn)向輪轍中心在支承平面上的軌跡圓的直徑。貨車的轉(zhuǎn)彎直徑應該符合下表中的范圍。
表六：各種貨車的轉(zhuǎn)彎半徑Dmin
貨車總質(zhì)量ma/t
≤1.8
1.8~6.0
6.0~14.0
>14.0
Dmin/m
8.0~12.0
10.0~19.0
12.0~20.0
13.0~21.0
5 貨車的通過性幾何參數(shù)
貨車的通過性幾何參數(shù)主要有：接近角，離去角，最小離地間隙，縱向通過半徑，其范圍如下表：
表七：貨車的通過性幾何參數(shù)范圍
車型
/mm
/°
/°
/m
4×2貨車
250～300
25～60
25～45
4.0～7.0
貨車總體方案論證結果：綜上所述，本次設計的ZY1160型載貨汽車軸數(shù)為兩軸，采用平頭式車頭發(fā)動機前置后驅(qū)。貨車的基本尺寸為：車長為9000mm；車寬為2500mm；車高為2870mm。前輪距為1920mm；后輪距為1800mm。貨車的軸距為5000mm；前懸為1430mm；后懸為2570mm。
二 底盤總體的方案論證
底盤總體設計是后續(xù)底盤各個系統(tǒng)設計的基礎，底盤的總體設計要為后續(xù)的設計提供設計的依據(jù)與方向，并且還要保證各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，這樣才會是整車有良好的綜合性能。在上文中已將汽車的軸數(shù)、驅(qū)動形式及布置形式已選定，那么對于底盤總體的論證來言只需確定變速器擋位及主減速器的形式即可。
1 變速器擋位的選擇
變速器的擋位對于貨車的經(jīng)濟性，動力性都有較大的影響。增加變速器的擋位可以提高車輛在最佳狀態(tài)下工作的機會，有利于經(jīng)濟性和動力性的提高。但是擋位過多又會是變速器結構變得復雜。為此要選擇合適的擋位?，F(xiàn)在常用的三擋、四擋、五擋、六檔以及擋位更多的惰擋變速器。參考市面上的常見同類車型以及考慮到設計車型的經(jīng)濟性及動力性可以選擇使用六檔變速箱套。
2 主減速器級數(shù)的選擇
主減速器是用來將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應降低轉(zhuǎn)速，并且在需要的情況下轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)矩的傳遞方向。根據(jù)齒輪對數(shù)的不同單級式和雙極式兩種。雙極式的減速比比較大，適用于總質(zhì)量比較大的貨車，但是其結構較為復雜。單級式比較常見且結構比較簡單應用廣泛。結合市面在售相關車型以及設計車型的實際情況本次實際采用單級式主減速器。
底盤總體論證結果：綜上所述，ZY1160型貨車的采用六檔手動變速器，單級式主減速器。
三 貨車車架的方案論證
車架是整個汽車的裝配基體。汽車的絕大多數(shù)總成都是通過車架來固定其為位置的。
車架主要有邊梁式、中梁式及綜合式三種。
邊梁式車架：其有兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成。主要應用于貨車。
中梁式車架：只有一根位于中央貫穿于前后的縱梁。這種結構的車架有較大的扭轉(zhuǎn)剛度。使車輪有較大的運動空間。
綜合式車架：車架的前部是邊梁式而后部是中梁式。同時具有中梁式和邊梁式的特點。
圖一：邊梁式車架
圖二：綜合式車架 圖三：中梁式車架
綜合考量三種車架的特點，并且參考市場上同類車型選擇本次設計的車架為邊梁式車架。
參考文獻
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