1、中重型卡车总体设计指南中重型卡车总体设计指南 陈少轩陈少轩20192019年年8 8月月一、一、汽车总体设计的任务汽车总体设计的任务 目录目录三、三、汽车总体设计的一般顺序汽车总体设计的一般顺序 四、四、选型选型 六、整车性能计算六、整车性能计算 五、五、总布置草图设计总布置草图设计 二、二、汽车设计的一般原则汽车设计的一般原则 从技术先进性、生产合理性和使用（市场）要求出发，提出整车设计方案。拟定设计任务书。对各部件进行合理布置和运动校核。对汽车性能进行精确计算和控制。协调整车与部件、部件与部件之间的矛盾。进行各种有关整车的技术综合工作：项目描述书、试验任务书、A图文件编制、公告申报、CCC
2、认证提报等。一、一、汽车总体设计的任务汽车总体设计的任务 必须满足汽车法规要求。汽车在安全、环保、节能等方面必须满足国内或国外相关法规要求，不仅要满足现行法规，还要满足未来某个时间将执行的法规要求，有提前量。力求“三化”原则。贯彻产品系列化，零部件通用化和零部件设计标准化的“三化”原则，在此阶段就要充分考虑产品系列化变型要求。通过“三化”，最大限度地减小新增零件数量。技术先进性要求。工艺性要求。成本要求。用户（市场）使用要求。以及上述各种要求发生矛盾时，优先保证哪一种要求。二、二、汽车设计的一般原则汽车设计的一般原则 三、三、汽车总体设计的一般顺序汽车总体设计的一般顺序 调查研究和整车设想。资
3、料搜集。广泛收集国内外同类车型的技术资料。包括其产品结构、性能、参数、产品系列、技术水平、发展趋势以及相关的标准、法规、专利等。市场情报。各种车的销量、价格、故障模式。使用调查。a.了解用户对汽车型式、载重量、是否拖挂、性能（如平均车速、通过性）等的要求。b.道路条件。指海拔高度、气温、灰尘、路面水平、坡度情况、弯道急缓等。c.货物情况、装卸方式、运距。d.驾驶员使用习惯和对个别总成的偏好 e.成本要求、服务要求。本企业生产工艺调查。样车分析。对标杆样车进行拍照、参数测量（包括称重）、性能试验、乃至拆解、测绘、零部件称重、材料化验和应力分析。将国内外同类车型与标杆样车一起进行技术经济对比分析。
4、确定总体方案。选型。通过总布置草图和初步性能计算，确定整车主要尺寸参数、性能参数、质量参数和各总成的基本型式。（车身布置和车身造型也在此阶段进行）。在总布置草图上要较准确地示出汽车的轴距、总长、总宽、总高、离地间隙、货台高度，较准确地画出各部件的形状和尺寸。（选型将在以后详述）制定设计任务书（产品信函）。任务书包括以下内容：任务来源和设计依据。产品用途和使用范围、使用条件。设计原则。产品型号。整车布置型式和整车参数（整车尺寸参数、整车质量参数、整车性能参数）。主要零部件的型式和特性参数。同类车型对比分析。本车拟采用的新技术、新材料、新工艺。系列化方案、通用化水平。生产纲领、目标成本、技术经济分
5、析。技术设计。此阶段细化整车总布置方案，对各总成提出具体设计要求，各总成展开设计，并形成全车所有图纸文件。汽车总装配图绘制。在总布置进行过程或技术设计结束后，及时的把各系统的较准确的外形图，按着装配顺序装到整车上去，以便再次校核是否存在装配干涉、运动干涉和装配困难以及核算整车尺寸等。试制、试验、修改和定型。即样车试制验证、样车试验、A图完善、整车公告、CCC认证等。四、四、选型选型 汽车型式选择。指轴数，驱动型式的选择。主车轴数有2轴、3轴、4轴、5轴。列车轴数有2+2、2+3、3+3。其中，加号前面的为主车（牵引车）轴数，加号后面的为 挂车轴数。汽车轴数是根据汽车的用途、总重、使用条件、汽车
6、法规和轮胎负荷能力来确定的。轴荷限值：挂车及2轴货车：单胎 6T 双胎 10T 牵引车及3轴以上货车：单胎 7T 双胎驱动轴 11.5T 并装双轴 18T （轴距1300）16T （轴距1300）并装3轴 24T （轴距1300）驱动型式有：42、44、62、64、66、84、88、104等。其中第一个数为车轮总数（双胎计一个），第二个数为驱动轮数。42汽车结构简单、自重较轻、成本低、油耗小。在轿车和轻型车上采用。62汽车用于公路用车，平板车或牵引车。64汽车多用于重型牵引车、平板车、自卸车、砼车和其它专用车底盘。84汽车多用于重型平板车、自卸车、砼车底盘等。104汽车多用于平板车、砼车底盘等
7、。44、66、88等全驱动型式，多用于越野能力要求较高的军车或自卸车等。汽车布置型式的选择。汽车布置型式是指发动机、驱动轴和车身的相互位置关系和布置特点而言的。重型货车主要是发动机前置后驱动的型式。重型货车的驾驶室主要有平头式和长头式两种。1.平头式，发动机布置在驾驶室下方。缺点：a.维修发动机不便（当驾驶室可前翻时可消除此不足）；b.换档操纵距离远，换档机构较复杂；c.驾驶室隔热、隔振效果差，需增加隔热、隔振措施；d.发动机进气系统布置稍显复杂；e.汽车高度较大；f.被动安全性较差。优点：a.载货面积利用率高；b.整车总长小，机动性好；c.转向灵活；d.驾驶员视野好；e.自重小；长头式，发动
8、机布置在驾驶室前方。优缺点与平头式相反。尺寸参数的选择：轴距：轴距与影响汽车的总长、总重、货厢长度、轴荷分配、转向通过性、传动轴夹角等。对单车而言：二轴汽车：总质量8T 车长7m 总质量12T 车长8m 总质量12T 车长9m 三轴汽车：总质量20T 车长11m 总质量20T 车长12m 2.轮距：前轮距：要保证前桥外宽不超宽（2500）/轮胎与驾驶室在宽度方向协调；要保证能布置得下车架、板簧、转向纵拉杆（在转向轮最大转角情况下），在前轮跳动及转向情况下轮罩空间足够。还要取决于现有前桥资源。后轮距：要保证能布置得下车架、板簧、骑马螺栓、轮胎，且要考虑选装最大轮胎及轮 胎用旧的情况。轮胎间隙通常
9、在3040mm之间，骑马螺栓与车架间隙通常在15mm以上。前悬 从纵梁内侧而言，要保证能布置得下发动机、前轴、发动机前悬置、水箱、中冷器、前横梁、前保险杠等；从纵梁外侧而言，要保证能布置得下前簧前支座、转向器、车身前悬置、拖车钩等；从车身而言，要保证机舱能容得下发动机，车身轮罩协调等；要从保证接近角考虑；还要从整车轴荷分配考虑。后悬 首先是长度不能超限，货车后悬55%轴距，其次要保证能布置得下后簧支架、稳定杆、备胎、自卸车翻转轴、后防钻保护杠等。后悬要满足整车离去角的要求。自卸车等专用车的底盘后悬长度，还要满足上装运动空间的要求。汽车外廓尺寸 汽车外廓尺寸必须符合GB7258外廓尺寸限值要求。
10、车辆类别 长 宽高载货汽车（包括载货越野车）12 2.54半挂汽车列车 16.52.54全挂汽车列车 202.54质量参数的选择 1.装载质量 装载质量也叫载质量，指在硬实良好路面上行驶时的额定装载质量，在坏路上其值相 应减少。载质量首先要满足质量利用系数的要求。二类底盘与整车的载质量之间差一个上装的质量。在牵引车上，称为鞍载质量，同时还增加准拖挂车总质量的概念。提倡将载质量进行圆整。2.整备质量 它是指车上带有全部装备（随车工具、备胎），加满燃油、水，但没有装货和载人时的质量。降低整备质量，提高质量利用系数，是技术发展的趋势，它必须依靠新技术、新材料和新工艺的采用，要量力而行。在总布置阶段确
11、定整备质量，一个方法是先给定一个质量利用系数，再用给定的载质量进行估算。3.总质量 指装备齐全，并按规定装满货物和乘员时的质量，其中每人按65kg计。总质量要尽量取整数。总质量要符合法规要求，既不能高标也不能低标。牵引车的总质量既要满足法规要求，又要满足比功率的要求。法规要求详见下表：2轴货车 总质量16吨 3轴货车 16吨总质量25吨 4轴货车 24吨总质量31吨 5轴汽车列车 总质量43吨 6轴汽车列车 总质量49吨4.汽车轴荷分配 a轮胎磨损均匀的原则 b要充分考虑使用备件 泥泞路面行驶的车辆，如越野车、部分工地用自卸车，往往满载前轴荷：2627左右，后轴荷：7374左右（以减小前轮阻力
12、，保证足够后轮驱动力）。c轴荷因汽车型式不同而不同。平头车前轴荷一般在30%以上，长头车一般在28%以下。d轴荷还要考虑操纵稳定性要求 为保证汽车的不足转向特性，要求汽车的重心要位于中性转向点之前 e要注意使各轴荷符合法规轴荷限值，并不超出车桥的最大额定承载量。性能参数的选择 1.动力性参数 a直接档最大动力因数D0max 它标志着加速能力和不换档克服坡道阻力能力，由汽车的类型、用途、道路条件以及对 加速、油耗的要求来决定。见下表：汽车类型 直接档最大动力因数D0max 一档最大动力因数D1max（G2t）轻型载货汽车 0.10.14 0.300.40 中型货车 0.0550.10 0.300
13、.40 重型车 0.040.06 0.300.35鞍式牵引列车 0.03左右 0.300.30 b一档最大动力因数D1max：它标志着最大爬坡能力、克服困难路段能力和起步连续换档加速能力。主要根据汽车所要求的最大爬坡度和附着条件来选择（见上表），一般公路用车，D1max0.30.4，矿用自卸车，D1max0.30.46。c最高车速：根据汽车用途、道路条件等来选择。汽车类型 最高车速（km/h）比功率（kW/t）比扭矩（N.m/t）中型货车 75120 8.514.0 3347 重型货车 70110 7.413.0 2950 半挂牵引车 90120 5 d比功率和比扭矩 比功率：评价汽车动力性的
14、综合指标。比扭矩：反映汽车的牵引能力。e、加速时间 常用原地起步换档加速到某一车速如80km/h的时间,或直接档从30km/h加速到80km/h的时间，来反映该车的加速能力。2经济性参数 一般用限定条件下的等速百公里油耗值来表示（在良好的水泥沥青路面上）3通过性参数 a通道圆与外摆值 汽车和汽车列车（不计具有作业功能的专用装置）必须能在同一个车辆通道圆内通过，车辆通道圆的外径D1为25.00m，车辆通道圆的内径为10.60m。汽车和汽车列车由直线行驶过渡到上述圆周运动时，任何部分的车辆外摆值T不得大于0.80m。b最小离地间隙，与路面情况有关 中重型车一般220300mm 自缷车对此要求较高
15、此外自缷车还要求油底、水箱、油箱、空滤、消声器等到地面的间隙也要较大。c接近角 d离去角 注意离去角应算后防钻保护杠。e纵向通过半径 对军车可能要求较高。4操纵稳定性参数 a转向特性参数 为保证良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的不足转向特性。通常以0.4g的向心加速度作定圆转向时，前后轴的侧偏角之差 作为评价参数。b.车身侧倾角 当汽车以0.4g的向心加速度沿定圆周等速行驶时，车身侧倾角应抑制在 以内，最大不超过 。c.制动点头角 当汽车以0.4g的减速度制动时，车身点头角不应大于超过 d撒手稳定性5平顺性参数 即前后悬架的偏频 和 应使 ，稍大于 ，以减轻纵向角振动和共振。货车满载时，1
16、.52.1Hz，1.72.17Hz6.制动性参数 即制动距离，制动减速度和踏板力，应符合GB7258要求。发动机选型 目前重型卡车主要采用柴油机作为动力。1 发动机主要性能指标的选择 a发动机最大功率及其相应转速 一方面可参考同类车型选取，另一方面可以按照所要求的最大车速 来确定，即：其中：传动系机械效率,对单级主减42型式的,可取0.9 g 重力加速度 f 滚动阻力系数，取0.15-0.2 空气阻力系数,货车取0.6-1.0 A 汽车正面投影面积,货车A=B1H，其中B1为前轮距，H为汽车总高 最高车速 汽车总质量 这里算出的 应理解为净功率，其最大功率应比此高1015%发动机的额定转速选择
17、：一般中型货车用柴油机22003400r/min 重型货车用柴油机 18002600r/min 轻型货车用柴油机 32004200r/min b发动机最大扭矩及其转速 其中：扭矩适应性参数，通常取1.11.3，发动机最大功率 最大功率转速 由此可求出最大扭矩 。而 叫转速适应性参数，通常取1.42.0 其中：最大扭矩时转速 由此可求出 。c发动机适应性系数 该值越大，发动机适应性越好，柴油机 值在1.62.6之间。轮胎的选型 选择轮胎主要依据汽车的类型，使用条件，轮胎承载能力和车速来选择 公路用车尽量采用子午胎，斜交胎；越野车常用越野轮胎、超低压轮胎；高速公路用车采用子午胎和无内胎；要求降低整
18、车高度的采用小轮胎；要求超载能力强的采用子午胎；斜交胎不允许最高车速超过90km/h。五、五、总布置草图设计总布置草图设计 图样画法基本要求通常先画出主、俯、正三视图（2D），几个基准面 车架上平面（通常画成水平），它是标注高度方向尺寸的基准；前轮中心线，过左右前轮中心，并垂直于车架上平面的平面，在主俯视图上投影，它是标 注前后方向尺寸的基准。汽车中心线，汽车纵向垂直对称平面在俯视图和正视图上的投影，它是标注宽度方向尺寸的基准。通常要画出空载和板簧压平状态的车轮位置，及相应的地面线。在总布置草图上要标出汽车总长，总宽，总高，货箱尺寸，前后悬，轴距，轮距，接近角，离去角，车架倾角，车身定位尺寸，
19、发动机定位尺寸，前后轴处的车架高度，悬架主要尺寸，传动轴长度夹角，前后桥倾角，车身和上装的翻转角度，上装主要结构元素或连接点的尺寸 （如鞍座前置距，自卸车翻转轴）发动机和传动系的布置 发动机定位点通常用飞轮壳后端面与曲轴中心线的交点的三坐标及曲轴线与车架上平面的夹角来表示。车架的布置 a首先要确定车架主截面高度，以及主视图上的形状，要不要变截面。一般车架前端要截面变小，或纵梁打弯，这取决于悬架、车身和方向机的布置。b其次是确定车架外宽，是否要采用变宽度结构，要保证内宽能容得下发动机及附件、发动机悬置、水箱、中冷器；外宽要保证前面能布得下前轮（最大转角状态），转向纵拉杆，板簧，减震器，车身举升机
20、构，后面能布得下后轮，板簧，U型螺栓等。c横梁的布置：除前后必有横梁外，一般在发动机悬置处，各个板簧支架处及车身支撑处，上装连接处尽量要有横梁。前横梁位置要保证能布得下风扇，水箱，中冷器等。发动机前悬置处有时采用弯管梁，发动机后悬置处，有时采用U型截面的下兜梁或上弯梁，变速箱后面的主横梁，可以是立槽形的，平槽形的，也可以是形的，上下片结构的，或背靠背双槽形的。可以是直通的，也可以是拱形的，上拱可以为传动轴让出空间。横梁要尽量与纵梁腹板相连接，尽量避免与纵梁上下翼面连接。横梁布置要适当兼顾底盘部件安装的需要，横梁布置还须兼顾传动轴中间支撑的位置要求。采用中置牵引装置的前后横梁要有足够强度，一般要
21、衬入加强件或加斜支撑。d车架上还要留出上装连接用的孔和支架，64专用车一般要在平衡轴处留出一块大的平面连接板，用以连接上装，牵引车要在后桥附近铆出L形的角板用以连接鞍式牵引座。驾驶室的布置 a保证发动机舱空间足够 b保证轮罩空间足够 c保证转向机构布置理想 d保证车轮与车身外观协调 e尽量让出上装空间悬架的布置 a先确定前后悬架的形式，多片簧、少片簧、空气弹簧等 b确定前后簧处车架高度预期值 c确定前后簧偏频及匹配 d确定前后簧的动行程 e确定前后簧倾角，满足转向特性要求 f确定前后簧侧倾角刚度匹配，可用横向稳定杆调节 g布置板簧支架，减震器，缓冲块 h布置导向机构 i保证悬架与转向运动协调转
22、向的布置 a转向盘的布置符合人体工程学的要求 b保证转向与悬架运动协调 c保证转向传动轴下万向节靠近车身翻转中心，以便翻转时运动协调 d在车身翻转情况下，转向传动轴不应有夹角太大或抽出，顶死情况 e在各极限转角情况下，转向摇臂与拉杆不应有死角，或干涉，直拉杆与板簧轮胎应保持15以上间隙 f当直拉杆太长时，可设置中间过渡摇臂 g转向器支架设计应牢固可靠，安全系数高桥的布置 a前后桥吨位要符合整车要求，前后桥的断面要合理 b前桥、后桥的轮距在符合整车要求同时，还要尽量采用社会资源 c前桥的前轮定位要符合整车要求 d中后桥的倾角要保证传动轴夹角尽量小，且要符合转向特性要求 e前桥的极限转角及梯形机构
23、要满足整车转向性能要求 f前后桥的最小离地间隙要符合通过性要求 g桥上的连接横向稳定杆，减震器，板簧，导向机构等的结构要符合整车要求。发动机悬置的布置 a首先要保证本系统的功能特性，前后悬置刚度匹配，能有效减震，防抖，降噪 b要保证前后悬置结构设计能够实现 c在前后悬置处尽量能布置横梁或托架梁，防止车架变形 d保证发动机吊装工艺性良好，易于使用气动工具紧固 e要考虑发动机维修、拆卸的可行性、方便性冷却系的布置 a首先要保证散热器的散热能力满足发动机的要求 b护风圈偏心不宜太大 c风扇至水箱芯片距离要合理 d保证水箱离地间隙及与车身的运动间隙 e副水箱要布于较高处，副水箱补水管和溢气管走向合理，
24、便于补水和排气，加水要方便 f风扇与护风圈的间隙，上下方向单边应在20-25，左右方向单边应在15-20 g自卸车等工程车辆，水箱下面要加护栏保护，防撞 h要保证接近角的要求进气系统的布置 a首先选择空滤器、中冷器的容量要满足发动机的要求 b考虑滤芯保养的可能性和方便性 c高位进气口要布置在正压区且较高处，以保证进气清洁 d若高位进气管随车身翻转，不能与周围部件干涉，且管路的活动连接处，密封要严密可靠 e发动机与固定在车架上的管接口之间的连接，要通过橡胶管最好是波纹管连接，以消除运动干涉和振动 f各进出气管路截面要足够大，走向顺畅，不能打急弯，管路要尽量短，接头要少排气的布置 a排气管的走向要
25、尽量顺畅，不能打急弯 b排气管的截面要足够大 c发动机与车架之间的排气管要用挠性管过渡 d要考虑排气制动的安装空间 e消声器的布置要符合离地间隙的要求 f消声器在车架上的悬置，要采用弹性元件 g消声器与周围不宜受热的部件之间，要保持足够间隙，或加隔热板 h排气尾管不能直吹轮胎、制动气室、地面等供油系布置 a燃油箱的容积要保证续驶里程的需要 b油箱的位置要离发动机油泵尽量近，并要尽量与消音器、排气管分开，油箱的布置要尽量使左右载荷均匀，并适当照顾轴荷分配，油箱的布置要尽量模块化，并能满足多种轴距的需要 c油箱的走向要顺畅，贴近车架走，合理固定，不能因相互运动磨擦而损坏蓄电池的布置 蓄电池要尽量靠
26、近起动机，蓄电池要拆装方便，蓄电池的布置要考虑轴荷和模块化要求。储气筒及制动管路的布置 储气筒可以模块化地集中布置，也可以分开布置在纵梁外侧或内侧，两轴之间或后悬内。但储气筒不能高出车架上平面，也不能太低以致于影响通过性。储气筒与传动轴、车桥、制动气室等活动部件要有足够的运动间隙。储气筒要易于接近，放水方便。制动管路要尽量与电线束分开布于两侧，并走向规范，合理夹固。备胎的布置 备胎可布于底盘，也可布于上装上（包括自卸车、半挂车上等）。可在轴距之间，也可在后悬上。可前后斜置（后悬上，或在自卸车前栏板上），也可左右斜置（轴距之间），可平置，也可立置。可以是一个，也可是两个。但必须保证足够的离地间隙
27、或离去角，固定牢固可靠，以及备胎装拆方便。还要注意备胎对轴荷的影响。上装的布置 上装与驾驶室之间要留出足够的间隙。上装要考虑底盘的轴荷限值要求,上装的副车架前端要采用刚度渐变的结构。要考虑上装机构工作时，产生的各种集中与分散载荷对底盘车架的影响。要与上装充分协商底盘与上装的连接结构的型式和位置。还要考虑当上装作业时重心的变化，及与周围部件（包括车身顶部、地面）的干涉情况。当底盘上已无法布置时，有时需将备胎、工具箱、轮罩、驻车垫块等布置到上装上。六、六、整车性能计算整车性能计算 整车动力性计算：1确定发动机功率、转速及最大扭矩等（最高车速、最大爬坡度、加速性能）2匹配变速器速比及后桥速比整车经济性计算：根据发动机万有特性及整车的质量参数、尺寸参数、传动速比等计算出百公里油耗。以验证传动系匹配是否合理，同时与动力性计算进行协调。最小转弯直径计算。整车整备质量、轴荷、质心高计算及轮胎负荷率计算。整车高度计算。整车平顺性计算。同步附着系数计算。传动系的扭矩匹配计算。稳定性计算（侧倾、纵倾）。
