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汽車動(dòng)力總成匹配與總體設(shè)計(jì)說明書 指導(dǎo)老師： 董志強(qiáng) 設(shè)計(jì)者： 王旭東 班級(jí)： 車輛121201 學(xué)號(hào)： 201212040127 前言 “汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”是汽車設(shè)計(jì)制造專業(yè)學(xué)生的必修的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是鍛煉學(xué)生解決工程實(shí)踐與培養(yǎng)創(chuàng)新能力的一種具體手段。通過完成汽車某一總成的設(shè)計(jì)，或者解決某一具體設(shè)計(jì)實(shí)例問題，學(xué)習(xí)選擇汽車總成設(shè)計(jì)方案的思路，確定相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，選取合理的參數(shù)，繪制的合格的設(shè)計(jì)圖樣，進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，達(dá)到對(duì)前期所學(xué)“汽車構(gòu)造”、“汽車?yán)碚摗?、“汽車設(shè)計(jì)”等課程專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用。而汽車動(dòng)力總成指的是車輛上產(chǎn)生動(dòng)力，并將動(dòng)力傳遞到路面的一系列零部件組件。廣義上包括發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱，驅(qū)動(dòng)軸，差速器，離合器等等，但通常情況下，動(dòng)力總成，一般僅指發(fā)動(dòng)機(jī)，變速器，以及集成到變速器上面的其余零件，如離合器/前差速器等。 關(guān)鍵詞：動(dòng)力總成、傳動(dòng)系總成選型、整車性能計(jì)算目 錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書3 第1章 整車主要目標(biāo)參數(shù)的初步確定4 1.1、發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇4 1.1.1、發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率及轉(zhuǎn)速的確定4 1.1.2、發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的確定4 1.2、輪胎的選擇5 1.3、傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的確定6 1.4、傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比的確定7 第2章 傳動(dòng)系各總成的選型9 2.1、發(fā)動(dòng)機(jī)的選型9 2.2、離合器的初步選型10 2.3、變速器的選型11 2.4、傳動(dòng)軸的選型11 2.5、驅(qū)動(dòng)橋的選型11 2.5.1、驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式和布置形式的選擇11 2.5.2、主減速器結(jié)構(gòu)形式選擇12 2.5.3、驅(qū)動(dòng)橋的選型13 第3章 整車性能計(jì)算14 3.1.汽車動(dòng)力性能計(jì)算14 3.1.汽車經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算20 第4 章 設(shè)計(jì)總結(jié) 22 致謝24 參考文獻(xiàn)24  課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1、設(shè)計(jì)題目 載貨汽車動(dòng)力總成匹配與總體設(shè)計(jì) 2、性能參數(shù)要求 根據(jù)給定參數(shù)，設(shè)計(jì)一輛最高速度≥90km/h、最大爬坡度≥30%的載貨汽車。 額定裝載質(zhì)量（Kg） 最大總質(zhì)量（kg） 最大車速(Kmh-1) 比功率 (KWt-1) 比轉(zhuǎn)矩(Nmt-1) 學(xué)號(hào) 2750 5000 110 24 76 201212040127 3、具體設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 查閱相關(guān)資料，分析設(shè)計(jì)題目，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速箱傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋以及車輪的選型設(shè)計(jì)。 2) 根據(jù)所選總成進(jìn)行汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的估算，實(shí)現(xiàn)整車的優(yōu)化配置。 3) 繪制設(shè)計(jì)車輛的總體布置圖。 4) 完成≥1萬字的設(shè)計(jì)說明書。 4、參考文獻(xiàn) 1）王望予.汽車設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社. 2）余志生.汽車?yán)碚?機(jī)械工業(yè)出版社. 3）陳家瑞.汽車構(gòu)造.人民交通出版社. 4）汽車工程手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社. 5）成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）. 附：有關(guān)公式 ； ； ；；；；； ；； 第1章 整車主要目標(biāo)參數(shù)的初步確定 1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇 1.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率及轉(zhuǎn)速的確定 汽車的動(dòng)力性能在很大程度上取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率。參考該題目中的參數(shù)，要求設(shè)計(jì)的載貨汽車最高車速是ua=110km/h，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率應(yīng)該大于或等于以該車速行駛時(shí)，滾動(dòng)阻力功率與空氣阻力功率之和，即 （1-1） 式中，是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率（KW）；ηT是傳動(dòng)系效率（包括變速器、輔助變速器傳動(dòng)軸萬向節(jié)、主減速器的傳動(dòng)效率），ηT=95%*95%*98%*96%=84.9%，傳動(dòng)系各部件的傳動(dòng)效率參考《汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1-1得；是汽車總質(zhì)量，=5000kg；g是重力加速度，g=9.8m/s2；f是滾動(dòng)阻力系數(shù)，由試驗(yàn)測(cè)得，在車速大于100km/h的情況下不可認(rèn)為是常數(shù)。取f=0.008，參考《汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1-2得；CD是空氣阻力系數(shù)，一般輕型貨車可取0.4～0.6，這里取CD=0.5；A是迎風(fēng)面積（㎡），取前輪距B1*總高H，A=1.9832.221㎡。 故 參考《汽車?yán)碚摰?版》圖3-1，東風(fēng)汽車公司貨車、躍進(jìn)汽車公司貨車、國產(chǎn)微型貨車等同類型汽車，在此初步選擇汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為130KW。 1.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及其轉(zhuǎn)速的確定 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率和其相應(yīng)轉(zhuǎn)速確定后，可通過下式確定發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 （1-2） 式中，Temax是發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）；α是轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，標(biāo)志著當(dāng)行駛阻力增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線自動(dòng)增加轉(zhuǎn)矩的能力，，Tp是最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)矩（Nm），α可參考同類發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值選取，初取α=1.05；Pemax是發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率（KW）;np是最大功率是的轉(zhuǎn)速（r/min）。 所以 （其中是參考東風(fēng)康明斯柴油機(jī)的產(chǎn)品所介紹） 一般用發(fā)動(dòng)機(jī)適應(yīng)性系數(shù),表示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速適應(yīng)行駛工況的程度，Φ越大，說明發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速適應(yīng)性越好。采用Φ值大得發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少換擋次數(shù)，減輕司機(jī)疲勞、減少傳動(dòng)系的磨損和降低油耗。通常，汽油機(jī)取1.2～1.4，柴油機(jī)取1.2～2.6，以保證汽車具有相當(dāng)?shù)淖畹头€(wěn)定車速。初取nT=1450r/min，則，。 1.2 輪胎的選擇 輪胎的尺寸和型號(hào)是進(jìn)行汽車性能計(jì)算和繪制總布置圖的重要原始數(shù)據(jù)，因此，在總體設(shè)計(jì)開始階段就應(yīng)選定。選擇的依據(jù)是車型、使用條件、輪胎的額定負(fù)荷以及汽車的行駛速度。為了提高汽車的動(dòng)力因數(shù)、降低汽車質(zhì)心的高度、減小非簧載質(zhì)量，對(duì)公路用車，在其輪胎負(fù)荷系數(shù)以及汽車離地間隙允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量選取尺寸較小的輪胎。同時(shí)還應(yīng)考慮與動(dòng)力—傳動(dòng)系參數(shù)的匹配和對(duì)整車尺寸參數(shù)（例如汽車的最小離地間隙、總高等）的影響。參考《汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1-3給出的部分國產(chǎn)汽車輪胎的規(guī)格、尺寸及使用條件。通過查閱貨車輪胎標(biāo)準(zhǔn)GB2977-2008《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》和參考同類車型所選輪胎規(guī)格，各軸輪胎規(guī)格選擇如下： 前后軸輪胎規(guī)格為275/70R22.5,輪胎數(shù)量4個(gè)。所選輪胎的單胎最大負(fù)荷2900kg，氣壓900KPa，輪胎花紋XZE 2+，外直徑962mm。 1.3傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比的確定 普通載貨汽車最高檔通常選用直接擋，若無分動(dòng)器或者輪邊減速器，則傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比等于主減速器的主減速比 。主減速比是主減速器設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)，應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)就確定。 載重貨車為了得到足夠的功率儲(chǔ)備而使最高的車速有所下降，可按下式選擇 （1-3） 式中，是驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑（m），所選輪胎規(guī)格為275/70R22.5的子午線輪胎，其自由直徑d=962mm，因計(jì)算常數(shù)F=3.05(子午線輪胎F=3.05),故滾動(dòng)半徑 np是發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，np=2500r/min; uamax是最高車速，uamax=110km/h； igh是變速器最高檔傳動(dòng)比，igh=1.0。 所以，初取i0=4.5。 根據(jù)所選定的主減速比的值，就可基本上確定主減速器的減速形式（單級(jí)、雙級(jí)以及是否需要輪邊減速器），并使之與汽車總布置所要求的離地間隙相適應(yīng)。 汽車驅(qū)動(dòng)橋離地間隙要求參考《汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1-4所示。其中，輕型載貨汽車的離地間隙要求在220～280mm之間。 1.4 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比的確定 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比為變速器的Ι擋傳動(dòng)比igΙ與主減速比的乘積。 igΙ應(yīng)根據(jù)汽車最大爬坡度、驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著條件、汽車的最低穩(wěn)定車速以及主減速比和驅(qū)動(dòng)車輪的滾動(dòng)半徑等綜合確定。 汽車爬坡度時(shí)車速不高，空氣阻力可以忽略，則最大驅(qū)動(dòng)力用于克服輪胎與路面間的滾動(dòng)阻力及爬坡阻力。故有 （1-4） 則由最大爬坡度要求的變速器Ι檔傳動(dòng)比為 （1-5） 式中，αmax是道路最大坡度角，設(shè)計(jì)要求最大爬坡度為大于30%，取坡度角，此時(shí)最大爬坡度為57.7%，Ψmax是道路最大阻力系數(shù)。 前面已將計(jì)算得rr=0.467m；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩Temax=533N.m；主減速比i0=4.5；傳動(dòng)系傳動(dòng)效率ηT=0.849。所以 根據(jù)驅(qū)動(dòng)車輪與路面附著條件 （1-6） 求得變速器的Ι檔傳動(dòng)比為 （1-7） 式中，是道路的附著系數(shù)，在良好的路面上取=0.8；是汽車滿載靜止于水平路面時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋承受的載荷（N），初步設(shè)計(jì)采用雙聯(lián)車橋驅(qū)動(dòng)，每個(gè)驅(qū)動(dòng)橋承受的質(zhì)量為13t，則 通過《汽車?yán)碚摰谖灏妗返谌铝私獾睫I車的變速器普遍采用5擋變速器，也有六擋變速器，輕型貨車和中型貨車一般采用5擋變速器，如果超過五個(gè)（指前進(jìn)擋）一般采用組合變速器。實(shí)際上，汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)比大體上是按等比級(jí)數(shù)分配的，所以可以認(rèn)為，一般汽車的各檔傳動(dòng)比大致符合如下關(guān)系 i_g1/i_g2 ≥i_g2/i_g3 ≥… (1-8) 式中q為常數(shù)，也就是各檔的公比，而且擋與擋之間的比值不宜大于1.7～1.8。由上述計(jì)算得知5.7≤≤6.74，所以有 計(jì)算各檔傳動(dòng)比檔位： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 倒擋 6.35 3.74 2.33 1.55 1 0.83 6.34  第2章 傳動(dòng)系各總成的選型 2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 根據(jù)所需發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速，初步選擇東風(fēng)康明斯柴油機(jī)有限責(zé)任公司的ISDe180 30，它的主要技術(shù)參數(shù)以及外特性曲線如下表2-1、圖2-1所示。 表2-1 康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)ISDe180 30的主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)： 康明斯ISDe180 30 系列： 發(fā)動(dòng)機(jī)廠商： 東風(fēng)康明斯 適配范圍： 以輕型卡車、越野車（SUV）、皮卡車、輕型客車、多功能車（MPV）等為主要配套對(duì)象，市場(chǎng)前景非常廣闊 進(jìn)氣形式： 增壓中冷 汽缸數(shù)： 6 燃料種類： 柴油 汽缸排列形式： 直列 排量： 6.7L 排放標(biāo)準(zhǔn)： 國三/國四 最大輸出功率： 133kW 額定功率轉(zhuǎn)速： 2500rpm 最大馬力： 180馬力 最大扭矩： 650N.m 最大扭矩轉(zhuǎn)速： 1400rpm 全負(fù)荷最低燃油耗 發(fā)動(dòng)機(jī)形式： 直列六缸 電控系統(tǒng) 增強(qiáng)型高壓共軌 顆粒濾清器 發(fā)動(dòng)機(jī)凈重： 280kg 發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸： 603676702mm 缸徑x行程： 96x102.5mm 康明斯ISDe180 30 圖2-1 康明斯ISDe180 30外特性曲線 2.2 離合器的初步選型 后備系數(shù)β為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，必須大于1。β是離合器設(shè)計(jì)時(shí)用到的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1)摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩； 　　2)防止離合器滑磨時(shí)間過長； 　　3)防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等。 顯然，為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，β不宜選取太小；為使離合器尺寸不致過大，減少傳動(dòng)系過載，保證操縱輕便，β又不宜選取太大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，β可選取小些；當(dāng)使用條件惡劣，需要拖帶掛車時(shí)，為提高起步能力、減少離合器滑磨，β應(yīng)選取大些；貨車總質(zhì)量越大，β也應(yīng)選得越大；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的β值應(yīng)比汽油機(jī)大些；發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，β可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的β值可比螺旋彈簧離合器小些；雙片離合器的β值應(yīng)大于單片離合器。各類汽車離合器β的取值范圍見表2-3。 表2-3 離合器后備系數(shù)β的取值范圍 車型 后備系數(shù)β 乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車 1.20～1.75 最大總質(zhì)量為6～14t的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩及上述要求，初步選擇長春華眾離合器有限公司生產(chǎn)，轉(zhuǎn)矩容量為850Nm的DKS255膜片彈簧離合器。該離合器與康明斯ISDe180 30匹配時(shí)，其后備系數(shù)為1.31。 2.3 變速器的選型 由于輕型汽車的裝載質(zhì)量小，使用條件復(fù)雜，同時(shí)，輕型貨車滿載與空載的質(zhì)量變化極大，欲保證輕型汽車具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和加速性，需要采用多檔變速器。因?yàn)?，檔位越多，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)就越大，可以提高汽車的加速與爬坡能力；同時(shí)也能增加發(fā)動(dòng)機(jī)在地燃油消耗率的轉(zhuǎn)速范圍工作的機(jī)會(huì)，可以提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。目前，機(jī)械變速器已經(jīng)成為輕型汽車的主要形式。 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和變速器的I擋傳動(dòng)比，初步選擇萬里揚(yáng)WLY6T150 變速箱，最大扭矩5000Nm，該變速器最高檔采用直接擋，傳動(dòng)比范圍為1～6.25。變速器各擋速比見表2-4。 表2-4 所選變速器各擋速比 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 倒 6.25 3.58 2.217 1.363 1 0.737 5.75 2.4 傳動(dòng)軸的選型 該車前后軸距較大， 為了提高傳動(dòng)軸的的臨界轉(zhuǎn)速，避免共振以及考慮整車總布置上的需要，常將傳動(dòng)軸分段。當(dāng)傳動(dòng)軸分段時(shí)，需要加設(shè)安裝在車架橫梁上的彈性中間支撐，以補(bǔ)償傳動(dòng)軸軸向和角度方向的安裝誤差，以及車輛行駛過程中由于彈性支承的發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)和車架等變形所引起的位移。彈性元件能吸收傳動(dòng)軸的震動(dòng)，降低噪聲。這種彈性中間支撐不能傳遞軸向力，它只要承受傳動(dòng)軸因動(dòng)不平衡，偏心等因素引起的徑向力，以及萬向節(jié)上的附加彎矩所引起的徑向力。 一般驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸均采用一對(duì)十字軸萬向節(jié)。十字萬向節(jié)兩軸的夾角不宜過大，當(dāng)α由增至?xí)r，滾針軸承壽命將下降至原壽命的1/4。十字軸萬向節(jié)夾角的允許范圍參照《汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表1-8。 初步選取重慶重型汽車集團(tuán)傳動(dòng)軸有限責(zé)任公司生產(chǎn)的重型汽車傳動(dòng)軸總成，編號(hào)為002，工作轉(zhuǎn)矩為6000Nm。 2.5 驅(qū)動(dòng)橋的選型 驅(qū)動(dòng)橋處于傳動(dòng)系的末端，其基本公用是增大由傳動(dòng)軸傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)輪具有差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車價(jià)之間的垂向力、縱向力和橫向力。 2.5.1 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)形式和布置形式的選擇 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架形式有關(guān)。絕大多數(shù)載貨汽車的驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架，相應(yīng)的采用非斷開式車橋。 2.5.2 主減速器結(jié)構(gòu)形式選擇 主減速器形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，主要取決與動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等整車性能所要求的主減速比的大小以及驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及減速形式等。 雙級(jí)主減速器有兩集齒輪減速組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大，制造成本也顯著增加，僅用于主減速比較大（）且采用單級(jí)減速器不能滿足既定的主減速比和離地間隙要求的重型汽車上。 單級(jí)貫通式主減速器用于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通橋上，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，主減速器的質(zhì)量較小，尺寸緊湊，并可使中、后橋的大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性。 綜上所述，由于所設(shè)計(jì)的載貨汽車的軸數(shù)和驅(qū)動(dòng)形式為，以及單級(jí)減速雙聯(lián)主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)，又能滿足使用要求。所以，選用單級(jí)減速雙聯(lián)主減速器。 2.5.3 驅(qū)動(dòng)橋的選型 根據(jù)計(jì)算的主減速比，初步選擇杭州匯豐車橋有限公司的單級(jí)減速雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋，產(chǎn)品型號(hào)：HF1058B。后橋采用沖焊橋殼，后驅(qū)動(dòng)橋承載能力為4t，最大輸入轉(zhuǎn)矩為4500Nm，大于輸入轉(zhuǎn)矩6506.25Nm=4062.5Nm，主減速器傳動(dòng)比=4.875和5.125兩種。因車速要求較高，就選=4.875計(jì)算，如果汽車阻力功率曲線與發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線不能交在其最大功率點(diǎn)上，再進(jìn)行調(diào)整。  第3章 整車性能計(jì)算 3.1 汽車動(dòng)力性能計(jì)算 （1） 汽車驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力 汽車行駛過程中必須克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力的作用，加速時(shí)會(huì)受到加速阻力的作用，上坡時(shí)會(huì)受到重力沿坡道的分力——坡度阻力的作用。汽車行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的平衡方程式為 （3-1） 發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速n下發(fā)出的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)汽車傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力Ft按下式計(jì)算 （3-2） 式中，Te是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩（Nm）；ig是變速器速比；i0是主減速器速比，io=4.875；ηT是傳動(dòng)系效率，ηT=0.849；rr是車輪的滾動(dòng)半徑（m），rr=0.5249m。 在驅(qū)動(dòng)輪不打滑的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n（r/min）所對(duì)應(yīng)的汽車車速ua（Km/h）為 （3-3） 滾動(dòng)阻力Ff為 （3-4） 式中，g是重力加速度，g=9.8m/s2;α是坡道的坡度角（）；f是滾動(dòng)阻力系數(shù)，同式（1-1）說明。 空氣阻力Fw為 （3-5） 式中，CD是空氣阻力系數(shù)，CD=0.5；A是迎風(fēng)面積，即汽車行駛方向的投影面積，A=2.0653.390㎡；ρ是空氣密度，一般取ρ=1.2258Ns2m-4；ua是汽車行駛速度（m/s）,若ua以km/h計(jì)，則。 坡度阻力Fi為 （3-6） 式中，i是道路坡度，計(jì)算時(shí)i取值從0%到60%。坡度阻力隨坡度角α的增加而增大，且與變速器檔位和車速無關(guān)。 將各擋驅(qū)動(dòng)力Ft隨車速Ua的變化關(guān)系和不同坡度i時(shí)的隨Ua的變化關(guān)系畫在同一張紙上，則形成汽車的行駛性能曲線(圖3-1)。由汽車的行駛性能曲線可知該車的最高車速、最大爬坡度、檔位的使用情況及各檔位某車速的爬坡能力。 選用康明斯ISDe180 30時(shí)，汽車的行駛性能曲線如圖3-1、圖3-2所示。 各檔位的轉(zhuǎn)速（r/min）以及車速（km/h）關(guān)系如下： 轉(zhuǎn)速\檔位 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 6 檔 ─────────────────────────────────────── 500 | 3.13 5.464 8.824 14.899 19.562 26.543 (km/h) 600 | 3.756 6.557 10.588 17.879 23.475 31.851 (km/h) 700 | 4.382 7.65 12.353 20.858 27.387 37.16 (km/h) 800 | 5.008 8.743 14.118 23.838 31.299 42.469 (km/h) 900 | 5.634 9.836 15.883 26.818 35.212 47.777 (km/h) 1000 | 6.26 10.929 17.647 29.798 39.124 53.086 (km/h) 1100 | 6.886 12.021 19.412 32.777 43.037 58.394 (km/h) 1200 | 7.512 13.114 21.177 35.757 46.949 63.703 (km/h) 1300 | 8.138 14.207 22.942 38.737 50.861 69.012 (km/h) 1400 | 8.764 15.3 24.706 41.717 54.774 74.32 (km/h) 1500 | 9.39 16.393 26.471 44.696 58.686 79.629 (km/h) 1600 | 10.016 17.486 28.236 47.676 62.599 84.937 (km/h) 1700 | 10.642 18.579 30.001 50.656 66.511 90.246 (km/h) 1800 | 11.268 19.671 31.765 53.636 70.424 95.554 (km/h) 1900 | 11.894 20.764 33.53 56.615 74.336 100.863 (km/h) 2000 | 12.52 21.857 35.295 59.595 78.248 106.172 (km/h) 2100 | 13.146 22.95 37.059 62.575 82.161 111.48 (km/h) 2200 | 13.772 24.043 38.824 65.555 86.073 116.789 (km/h) 2300 | 14.398 25.136 40.589 68.534 89.986 122.097 (km/h) 2400 | 15.024 26.229 42.354 71.514 93.898 127.406 (km/h) 2500 | 15.65 27.321 44.118 74.494 97.811 132.714 (km/h) 2600 | 16.276 28.414 45.883 77.474 101.723 138.023 (km/h) 2700 | 16.902 29.507 47.648 80.453 105.635 143.332 (km/h) 各檔位的轉(zhuǎn)速（r/min）以及驅(qū)動(dòng)力（kN）關(guān)系如下： 轉(zhuǎn)速\檔位 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 6 檔 ─────────────────────────────────────── 500 | 7.648 4.381 2.713 1.607 1.457 .902 (kN) 600 | 15.671 8.977 5.559 3.292 2.985 1.848 (kN) 700 | 20.994 12.025 7.447 4.41 3.999 2.476 (kN) 800 | 24.628 14.107 8.736 5.174 4.691 2.904 (kN) 900 | 27.137 15.544 9.626 5.701 5.169 3.2 (kN) 1000 | 28.857 16.529 10.236 6.062 5.497 3.403 (kN) 1100 | 30.005 17.187 10.643 6.303 5.715 3.538 (kN) 1200 | 30.723 17.598 10.898 6.454 5.852 3.623 (kN) 1300 | 31.111 17.82 11.036 6.536 5.926 3.669 (kN) 1400 | 31.239 17.893 11.081 6.563 5.95 3.684 (kN) 1500 | 31.159 17.848 11.053 6.546 5.935 3.674 (kN) 1600 | 30.91 17.705 10.964 6.494 5.888 3.645 (kN) 1700 | 30.522 17.483 10.827 6.412 5.814 3.599 (kN) 1800 | 30.019 17.195 10.648 6.306 5.718 3.54 (kN) 1900 | 29.417 16.85 10.435 6.18 5.603 3.469 (kN) 2000 | 28.733 16.458 10.192 6.036 5.473 3.388 (kN) 2100 | 27.978 16.026 9.924 5.878 5.329 3.299 (kN) 2200 | 27.161 15.558 9.635 5.706 5.174 3.203 (kN) 2300 | 26.291 15.06 9.326 5.523 5.008 3.1 (kN) 2400 | 25.375 14.535 9.001 5.331 4.833 2.992 (kN) 2500 | 24.417 13.986 8.661 5.13 4.651 2.879 (kN) 2600 | 23.423 13.417 8.309 4.921 4.462 2.762 (kN) 2700 | 22.396 12.829 7.944 4.705 4.266 2.641 (kN) 圖3-1，汽車驅(qū)動(dòng)力曲線行駛阻力曲線 各檔位的轉(zhuǎn)速（r/min）以及爬坡能力（%）關(guān)系如下： 轉(zhuǎn)速\檔位 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 6 檔 ─────────────────────────────────────── 500 | 15.001 8.17 4.714 2.386 2.02 .779 (%) 600 | 32.879 17.798 10.561 5.799 5.088 2.615 (%) 700 | 46.448 24.445 14.491 8.057 7.105 3.791 (%) 800 | 57.072 29.159 17.205 9.589 8.46 4.549 (%) 900 | 65.356 32.517 19.093 10.633 9.37 5.023 (%) 1000 | 71.633 34.874 20.39 11.331 9.964 5.295 (%) 1100 | 76.154 36.472 21.252 11.777 10.326 5.417 (%) 1200 | 79.136 37.478 21.783 12.03 10.512 5.423 (%) 1300 | 80.797 38.019 22.057 12.135 10.561 5.337 (%) 1400 | 81.346 38.187 22.127 12.122 10.5 5.176 (%) 1500 | 80.984 38.056 22.033 12.014 10.351 4.953 (%) 1600 | 79.893 37.682 21.807 11.829 10.128 4.677 (%) 1700 | 78.231 37.112 21.472 11.578 9.844 4.356 (%) 1800 | 76.135 36.38 21.047 11.274 9.508 3.995 (%) 1900 | 73.715 35.515 20.546 10.923 9.127 3.599 (%) 2000 | 71.061 34.542 19.981 10.533 8.708 3.171 (%) 2100 | 68.244 33.48 19.362 10.108 8.254 2.715 (%) 2200 | 65.319 32.343 18.697 9.653 7.77 2.231 (%) 2300 | 62.328 31.145 17.992 9.172 7.26 1.723 (%) 2400 | 59.302 29.897 17.254 8.668 6.725 1.192 (%) 2500 | 56.265 28.606 16.485 8.142 6.168 .64 (%) 2600 | 53.234 27.281 15.691 7.598 5.591 .067 (%) 2700 | 50.22 25.927 14.874 7.037 4.995 -.526 (%) 圖3-2，汽車各檔爬坡度曲線 從圖3-1和3-3可以得出，最高車速應(yīng)在138km/h，，一檔時(shí)最大爬坡度為。 （2）汽車的加速性能計(jì)算 加速阻力計(jì)算。為計(jì)算最大加速能力，這里就取道路坡道為零的平直道路上行駛進(jìn)行計(jì)算。 ，由此可得 （3-7） 式中，δ是汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，δ按式估算，取,ig為變速器速比。通過計(jì)算得汽車各擋加速度曲線如圖3-4所示。 通過圖形得出汽車的最大加速度為4.4m/s2, 圖3-4，汽車行駛加速曲線 由得 （3-8） 通過上式可求得汽車從初始車速u1全力加速到u2的加速時(shí)間t，結(jié)合汽車的行駛性能曲線，可以作出該汽車連續(xù)換擋加速時(shí)間曲線如圖3-5所示。 (其中藍(lán)色曲線為直接擋加速時(shí)間曲線，紅色為1擋加速時(shí)間曲線) 圖3-5，汽車加速時(shí)間—速度曲線 3.2 汽車經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車使用中的另一項(xiàng)重要性能。汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，常需要在實(shí)際樣車制成之前，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)特性和汽車功率平衡圖對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)算，最簡單、最基本的是等速行駛百公里燃油消耗量的估算。對(duì)貨車來講，等速百公里燃油消耗量是在滿載時(shí)以最高擋在水平良好的路面上等速行駛100km的燃油消耗量。 汽車百公里燃油消耗量Qs為 （3-9） 式中，P是汽車以車速等速行駛時(shí)用于克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力發(fā)動(dòng)機(jī)所消耗的功率（kw），；是傳動(dòng)系效率，=0.849；是汽車總質(zhì)量；是滾動(dòng)阻力系數(shù)，=0.008；是空氣阻力系數(shù)=0.5；是迎風(fēng)面積；是燃油消耗率，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從外特性曲線圖上讀?。皇瞧囓囁伲╧m/h）；是燃油的重度，柴油取7.94～8.13N/L，取=8.00N/L。 經(jīng)計(jì)算使用康明斯ISDe180 30發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)汽車在各個(gè)檔位時(shí)的等速百公里燃油消耗量曲線如下圖3-6所示。 一檔 ge/(g/KWh) 218.6 218.3 217.2 216.3 215.2 Us/(km/h) 3.13 6.26 9.39 12.52 15.65 Qs/(L(100km)-1) 3.4622 3.484462 3.51162 3.559413 3.62106 二擋 ge/(g/KWh) 214.2 213.2 212.2 211.2 210.2 Us/(km/h) 5.46 10.93 16.39 21.86 27.32 Qs/(L(100km)-1) 3.4105 3.47499 3.591726 3.760521 3.979942 三擋 ge/(g/KWh) 209.2 208.2 207.2 206.2 202.8 Us/(km/h) 8.824 17.65 26.47 35.5 44.1 Qs/(L(100km)-1) 3.3732 3.561552 3.883323 4.349542 4.861307 四擋 ge/(g/KWh) 206.9 207.5 208.5 209 209.9 Us/(km/h) 14.9 29.8 44.7 59.6 74.5 Qs/(L(100km)-1) 3.4614 4.05236 5.044631 6.421832 8.212178 五擋 ge/(g/KWh) 210.5 212.3 213.2 215.5 215 Us/(km/h) 19.56 39.1 58.7 78.2 97.8 Qs/(L(100km)-1) 3.6637 4.717844 6.45548 8.942999 12.03939 六擋 ge/(g/KWh) 216.6 215 217 216.4 219.3 Us/(km/h) 26.5 53 79.6 106 133 Qs/(L(100km)-1) 4.0609 5.934654 9.206733 13.63772 19.76818 圖3-6，配置康明斯ISDe180 30的汽車各檔位百公里燃油消耗量曲線 第4章 設(shè)計(jì)總結(jié) 根據(jù)前面的計(jì)算，可以確定設(shè)計(jì)車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。萬里揚(yáng)WLY6T150 變速箱、匯豐單級(jí)減速雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋與康明斯ISDe180 30匹配使用時(shí)，汽車的最高車速為138km/h，最大爬坡度為81.3%，從一檔起步連續(xù)換擋加速到75km/h車速的加速時(shí)間為15s，以常用車速等速行駛時(shí)百公里燃油消耗量為31.5L/100km。 最后確定的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系各部件如表4-1所示，整體布置圖如圖4-1所示。 表4-1 發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系各部件選型 部件 型號(hào) 主要技術(shù)參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī) 康明斯ISDe180 30 最大功率及轉(zhuǎn)速 133kw/(2500r/min) 離合器 DKS255 轉(zhuǎn)矩容量 850Nm 變速器 萬里揚(yáng)WLY6T150 變速箱 額定輸入轉(zhuǎn)矩 900Nm 傳動(dòng)軸 重型汽車傳動(dòng)軸002 工作轉(zhuǎn)矩 6000Nm 驅(qū)動(dòng)橋 杭州匯豐車橋有限公司的單級(jí)減速雙聯(lián)驅(qū)動(dòng)橋HF1058B 額定輸入轉(zhuǎn)矩4500Nm 圖4-1，整車總體布置草圖 總結(jié)： 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，也是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。通過這次的汽車課程設(shè)計(jì)，使我之前學(xué)習(xí)的課本知識(shí)得以鞏固，同時(shí)也更加系統(tǒng)全面的了解了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系和驅(qū)動(dòng)橋之間的匹配關(guān)系。  致 謝 課程設(shè)計(jì)中，會(huì)用到很多以前老師講解的知識(shí)，特別是不是課本上的知識(shí)。感謝大學(xué)幾年來，車輛工程專業(yè)的所有老師對(duì)我學(xué)習(xí)上的幫助和生活上的關(guān)懷，正是你們的辛勤工作，才使我們學(xué)到了專業(yè)的知識(shí)，同時(shí)知識(shí)面得到擴(kuò)展。感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這幾年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意。 另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這個(gè)過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們?cè)谶@學(xué)期快要結(jié)課的時(shí)候，能夠?qū)W(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。 參考文獻(xiàn) [1] 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[2] 王國權(quán)，龔國慶.汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. [4] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京.清華大學(xué)出版社，2003. [5] 余志生.汽車?yán)碚揫M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [6]鄭建.整車動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì).鄭州：鄭州輕型汽車有限公司，2007. [7] 何戰(zhàn)慧，饒衛(wèi)斌.整車動(dòng)力性能匹配計(jì)算 .江西：江陵控股有限公司開發(fā)中心，2011.