CSU1060C货车总体设计及前悬架设计说明书

一、课程设计任务课题内容为给定基本设计参数的汽车进行总体设计，计算并匹配合适功率的发动机，轴荷分配和轴数，确定主要尺寸参数；详细计算前悬架的设计参数，绘出前悬架的装配图。给定参数如下：额定装载质量3500Kg最大总质量6730Kg最大车速：100Km/h课题任务要求总体设计计算要求1．据已知数据，确定轴数、驱动形式、布置形式。注意国家道路交通法规规定和汽车设计规范。2.确定汽车主要尺寸、轴荷分配，可参考同类车型选取参数。3.选定发动机功率、转速、扭矩，确定发动机型号。4.确定汽车轮胎。5.确定传动系最小传动比，即主减速器传动比。6.确定传动系最大传动比，从而计算出变速器最大传动比。总成设计要求前悬架的结构形式，主要参数计算，弹性元件的详细设计。课题完成后应提交的资料（或图表、设计图纸）1．前悬架总装配图1张（零号图）2．设计计算说明书1份（含设计方案论证，设计分析与计算，设计总结、结论，参考文献等），说明书正文不少于5000字。主要参考文献[1]王望予.汽车设计（第4版）[M].机械工业出版社，2004.[2]王霄峰．汽车底盘设计[M]，清华大学出版社，2010.[3]王国权，蔡国庆．汽车设计课程设计指导书[M]．机械工业出版社，2009.[4]刘涛.汽车设计[M].北京大学出版社，2008.[5]余志生.汽车理论（第5版）[M].机械工业出版社，2010.[6]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册[M].人民交通出版社，2001.[7]陈家瑞.汽车构造（第3版）[M].机械工业出版社，2009.[8]闻邦椿.机械设计手册（第5版）[M].机械工业出版社，2009.同组设计者苏弥贺黎吴伟肖会雷春华二、课程设计进度表：阶段日期应完成任务内容检查日期检查结果18周2日前布置题目，借阅参考资料，完成方案选型、论证。18周5日前设计、计算并编写说明书19周4日前绘图、修改、完成三、学生课程设计装袋要求：1.课程设计说明书按以下排列顺序印刷与装订成一本（撰写规范见教务处网页之毕业论文撰写规范）。(1)封面(2)课程设计任务书(3)中文摘要(4)目录(5)正文(6)参考文献(7)附录（公式的推演、图表、程序等）2.图纸。3．说明书及图纸电子文档。学生送交全部文件日期学生（签名）指导教师验收（签名）CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`5目录第一章总体设计计算11.1轴数及驱动形式的确定11.2布置形式11.3汽车主要参数设计21.3.1汽车轴距和前、后轮距21.3.2汽车的前悬和后悬31.3.3汽车的外廓尺寸错误!未定义书签。1.3.4轴荷分配错误!未定义书签。1.4发动机功率、转速、扭矩及发动机型号的确定41.4.1发动机功率的确定41.4.2发动机最大转矩及相应转速的选择51.4.3发动机的选择51.4.4发动机的布置51.5汽车轮胎的选择71.6确定传动系最小传动比71.7确定传动系最大传动比8第二章货车前悬架设计92.1悬架结构及布置形式92.2悬架主要参数的确定92.2.1悬架的静挠度92.2.2悬架的动挠度92.2.3单个钢板弹簧的载荷102.3钢板弹簧主要参数的确定102.3.1满载弧高102.3.2钢板弹簧长度L的确定102.3.3钢板弹簧断面宽度b的确定112.3.4钢板弹簧片厚h的选取122.3.5钢板断截面形状的选择122.3.6钢板弹簧片数122.3.7钢板弹簧各片长度的确定122.3.8钢板弹簧刚度的验算132.3.9钢板弹簧总成在自由状态下的弧高142.3.10钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径152.3.11钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定152.3.12弹簧总成各片在自由状态下弧高的计算162.3.13钢板弹簧总成弧高的核算162.4钢板弹簧强度验算172.5钢板弹簧主片的强度的核算172.6钢板弹簧弹簧销的强度的核算182.7减振器设计18CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`62.7.1结构形式182.7.2减振器阻尼系数的确定182.7.3最大卸荷力的确定192.7.4筒式减振器工作缸直径的确定19参考文献20致谢21CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`7CSU1060C中型货车总体及前悬架设计摘要悬架是现代汽车的重要总成之一，它把车架（或车身）与车轴（或车轮）弹性地连接起来。其主要任务是传递作用在车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩；缓和路面传递给车架（或车身）的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，保证汽车的行驶平顺性；保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性，保证汽车的操纵稳定性，使汽车获得高速行驶能力。货车一般采用以纵置钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架。其主要优点是：结构简单，制造容易，维修方便，工作可靠。缺点是：由于整车布置上的限制，刚度比较大，前轮易摆振，悬架易与转向传动机构干涉。关键词：非悬架设计；钢板弹簧CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`8第一章总体设计计算根据任务书给定的要求如下表来设计货车的总体尺寸表1CSU1060C的初始参数1.1轴数及驱动形式的确定汽车的轴数主要是根据车辆的总质量、公路车辆法规和汽车的用途来确定的。当汽车的总质量不超过19t时，一般采用两轴。对于载货汽车的驱动型式，本次设计的两轴车辆为4×2。1.2布置形式按驾驶室与发动机相对位置的不同，货车有长头式、短头式、平头式和偏置式。长头式的特点是发动机位于驾驶室前部，当发动机有少部分位于驾驶室内时称为短头式，发动机位于驾驶室内时称为平头式，驾驶室偏置在发动机旁的货车称为偏置式。布置形式为平头式的货车，其主要优点如下：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能良好；不需要发动机罩和翼子板，加上总长缩短等因素的影响，汽车整备质量减小；驾驶员的视野得到明显改善；采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；汽车面积利用率高。平头式货车的主要缺点有：前轴负荷大，因而汽车通过性能变坏；因为驾驶室有翻转机构和锁住机构，使机构复杂；进、出驾驶室不如长头式货车方便；离合器、变速器等操纵机构复杂；驾驶室内受热及振动均比较大；汽车正面与其它物体发生碰撞时，特别是微型、轻型平头货车，使驾驶员和前排乘员受到严重伤害的可能性增加。平头式货车的发动机可以布置在座椅下后部，此时中间座椅处没有很高的凸起，可以布置三人座椅，故得到广泛应用。发动机布置在驾驶员和副驾驶员座椅中间形成凸起隔断的布置方案仅在早期的平头车上得到应用。平头式货车在各种级别的货车上得到广泛应用。装载质量（Kg）汽车型号最大总质量（kg）最大车速(Km·h-1)3500CSU1060A6730100CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`9长头式货车的主要优缺点与平头式货车的优缺点相反，而短头式介于两者之间，但更趋于与长头式优缺点相近。长头式货车的前轮相对车头的位置有三种：靠前、居中、靠后。前轮靠前时因轴荷分配不合理，已不采用；前轮靠后时，轮罩凸包会影响驾驶员的操作空间；前轮居中时外形美观、布置匀称，故得到广泛应用。偏置式驾驶室的货车主要用于重型矿用自卸车上。它具有平头式货车的一些优点，如轴距短、视野良好等，此外还具有驾驶室通风条件好、维修发动机方便等优点。因此，本设计选用平头、单排驾驶室的布置设计1.3汽车主要参数设计1.3.1汽车轴距和前、后轮距在确定汽车轴距时，应该综合考虑汽车的主要性能、装载面积和轴荷分配等各方面的要求。在各方面均能得到满足的情况下，以轴距短些为宜。一般来说，轻型载货汽车对机动性要求高，故轴距应取短些；装运质量小，体积大货物的载货汽车的轴距可取长些；三轴汽车的中轴和后轴之间的轴距一般为轮胎直径的1.1～1.25倍[2]。各类载货汽车的轴距选用范围如表2所示。载货汽车的轮距与汽车的结构布置有关。前轮距主要取决于车架前部的宽度、前悬架宽度、前轮最大转角和轮胎宽度，同时还需考虑转向拉杆、转向轮和车架之间的运动间隙等。后轮距主要取决于车架后部宽度、后悬架宽度和轮胎宽度，同时还需考虑车轮和车架之间的间隙。各类载货汽车的轮距选用范围如表2所示。表2各类汽车的轴距和轮距总质量（t）轴距（m）轮距（m）〈2.21.7～2.91.15～1.352.2～3.02.3～3.21.30～1.503.5～5.02.6～3.31.40～1.656.0～9.03.6～4.21.70～1.8510.0～14.03.6～5.51.84～2.0014.0～17.04.5～5.61.84～2.00结合本次设计，总质量大约为6.73t，故轴距范围为3.6～4.2；轮距范围为1.70～1.85m。CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`10本设计参数选择轴距为4000mm，前轮距为1500mm；后轮距：1400mm1.3.2汽车的前悬和后悬汽车的前悬是通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端并垂直于汽车纵向对称平面的垂面之间的距离。其长度应能布置发动机、水箱、转向器等部件；但不能过长，不然接近角太小，影响汽车的通过能力。汽车的后悬是通过汽车最后车轮轴线的吹面与抵靠在汽车最后端并垂直于汽车纵向对称平面的垂面之间的距离。其长度主要取决于货厢的长度、轴距和轴荷分配的要求。一般载货汽车的后悬在1.2～2.2m的之间；但各类载货汽车的后悬不得超过轴距的55%。1.3.3汽车的外廓尺寸GB1589-1989规定了汽车外廓尺寸限界，并参考同类车型选取，我国法规对载货汽车外廓尺寸的规定是：总高不大于4m。总宽（不包括后视镜）不大于2.5m；外开窗、后视镜等突出部分宽度不大于250mm。总长不大于12m；一般载货汽车的外廓尺寸随载荷的增大而增加。结合这次设计，并参考EQ1061G2D3—272车型，保证汽车主要使用性能的条件下，所设计的车辆长为6790mm；宽为1899mm；空载时候的高度为2785mm。1.3.4轴荷分配汽车的轴荷分配对汽车的使用性能和轮胎使用寿命有明显的影响。为使轮胎的寿命一致，希望满载时每个轮胎负荷大致相同。对于本次设计的汽车，由于是4×2且后轮装有双胎的平头汽车，为了保证汽车后轮上有足够的附着力，后轮装有单胎的汽车，空车时后轴负荷应大于41%，满载时后轴负荷控制在66%左右。而前轴负荷在33%左右。根据有关公路车辆法规，公路允许车辆的单后轴轴载质量为13t，双后轴轴载质量为24t[2]。CSU1060C货车总体设计及前悬架设计`11表3商用车的轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴商用车4*2后轮单胎4*2后轮双胎，长、头式4*2后轮双胎，平头式6*4后轮双胎32%-40%25%-27%30%-35%19%-25%60%-68%73%-75%65%-70%75%-81%50%-59%44%-49%48%-54%31%-37%41%-50%51%-56%46%-52%63%-69%在总布置的侧视图上确定各个总成的质心位置，即确定各总成质心到前轴的距离和距地面的高度。根据力矩平衡的原理，计算汽车各轴的负荷和汽车的质心位置。在总体布置时，汽车的左右负荷分配应尽量相等，一般可不计算。轴荷分配和质心位置应满足要求，否则要重新布置各总成的位置，如调整发动机或车厢位置，以至改变汽车的轴距。本次设计满载时取前轴30%后轴满载70%，可算出G1=2019kg,G2=4711kg,G=6730kg1.4发动机功率、转速、扭矩及发动机型号的确定1.4.1发动机功率的确定根据给定的基本设计参数按下式估算发动机的最大功率：式中：Pemax——_发动机最大功率，kwT——传动系的传动效率，对单级主减速器驱动桥的4×2式汽车取≈0.85；am——汽车总质量，kgg——重力加速度m/s2f——滚动阻力系数，对载货汽车取0.02Vamax——最高车速，km/hDC——空气阻力系数，货车取0.8～1.0A——汽车正面投影面积，A=B*H对于载货汽车若无测量数据，可按前轮距、汽车总高计算)761403600(13maxmaxmaxaDaraTevACvgfmPCSU1060C货车总体设计及前悬架设计`12对于本次设计，式中各参数值如下：T=0.9；g=