10吨半挂车后桥总成设计

课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏10吨半挂车后桥总成设计课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏目 录第一章 概述 11.1 半挂车研究的目的与意义 .11.2 半挂车的地位、效益和作用 11.3 几种常见的汽车半挂车类型 21.4 半挂车目前的生产制造状况 .51.5 随动转向轴技术在多轴半挂车上的应用 .7第二章 半挂车整体方案的确定 92.1 半挂车列车及车体设计总体要求 .92.2 牵引车应具有的结构特点 .92.3 牵引车EQ4090EJ的基本参数 .92.4 半挂车列车自重的选择确定 102.4.1初步估算，确定半挂车合理的装载质量 102.5 半挂车列车总体布置和设计参数 .122.5.1半挂车外部尺寸的确定 132.5.2轴距和轮距 142.5.3半挂车前缘与牵引销的距离及后悬 152.5.4轴荷分配 172.5.5连接尺寸确定 182.5.6辅助支承位置的确定 192.5.7半挂车材料 20第三章 汽车列车牵引动力性计算 .213.1 汽车列车牵引动力性计算所需参数的确定 .213.1.1发动机外特性参数 213.1.2传动系速比确定 21课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏3.1.3车轮滚动半径r k的确定 .213.1.4滚动阻力系数f的确定 223.1.5附着系数的确定 223.2 牵引动力参数计算 .223.2.1最大牵引力F tmax 223.2.2最小转弯直径D min .23第四章 半挂车后桥总成结构设计 .244.1 后轴形式的选择 .244.2 后轴材料的选择 .244.3 后轴的结构设计 .254.4 轴头与轴体焊接加工工艺 .254.5 后轴强度计算 .254.5.1已知的数据及参数 264.5.2计算 264.5.3结论 274.6 后轴承载强度的计算 .284.6.1后轴的受力分析 284.6.2已知数据及参数 284.6.3后轴抗弯扭强度校核 284.7 计算得出结论 .35第五章 其他装置选择 .365.1 支承连接装置 .365.1.1牵引销 365.1.2牵引座 365.2 制动装置 .365.2.1对半挂车列车制动传动装置的要求 365.2.2断气制动 37课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏5.2.3连接和接头 375.2.4制动性能 375.3 辅助支承装置 .375.4 防护栏 .385.5 后保险杠 .385.6 挡泥板 .385.7 半挂车照明和信号装置 .385.8 半挂汽车主要技术参数 .38第六章 总结 .40致谢 .41参考文献 .42课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏第一章 概述随着改革开放的深入，我国的社会主义经济正在飞速发展。产品的结构越来越复杂，并且其规模也越来越大。这样对产品的运输也提出了各种特殊的要求。作为特种车辆之一的半挂车的发展显得越来越重要了。我国的半挂车运输的发展还比较落后。1.1 半挂车研究的目的与意义半挂汽车列车由半挂牵引车和半挂车组成，是当前主要的公路运输形式之一。采用半挂汽车列车运输主要有以下优点：由于半挂车和牵引车是采用牵引座与牵引销的无间隙联接方式，因而缩短了列车总长，提高了整车行驶的稳定性和机动性；减少了风阻损失和全挂车存在的牵引钩环间的撞击和噪声；半挂式的部分载荷由牵引车承受，从而提高了牵引车驱动轮的附着质量，加大了牵引车的牵引力，使发动机的功率得到充分发挥。半挂汽车列车易于实现“甩挂运输”用一辆牵引车轮流牵引多辆半挂车， “区段运输”汽车列车到达指定区段站，挂车换挂，由其它牵引车继续牵引驶向目的地，该牵引车则牵引另外的半挂车返回；“滚装运输”将集装箱连同挂车直接装船和上岸，将公路运输和水运直接联运起来等现代运输管理办法，因而得到了迅速发展。半挂车运输具有如下特征：a.拖挂运输相对单车运输经济效益好，拖挂运输中多轴半挂车比载货车拖带全挂车运输经济效益更好，其原因是半挂车燃料经济性好，保修费用低。据西德有关专家分析研究声明，鞍式牵引半挂车的百公里油耗比大载货车带全挂车低 13%，运输成本低 35%。b.半挂列车与全挂相比，具有车体短、转弯半径小、机动性好、直线行驶稳定等优点。装载相同重量的货物，半挂车比全挂车短 12.5m。c.半挂列车比全挂车运行安全性好。汽车拖带全挂式列车在汽车与挂车之间有 1 米多长的联结装置空隔，在混合交通公路上很容易在空隔内造成伤亡。再者后拖车的制动等安全性问题及拖车与主车的机械联结装置的可靠等影响，全挂车在车辆运行中比半挂车的安全可靠性要差。d.半挂车车厢承载面长，适宜安置专用车箱和便于组织甩挂运输。e.半挂车由于承载轴较多，单轴对路面的负荷较小，对路面损伤较弱。由于各国对单轴轴荷都有限制，所以，要想提高装载量（在最高限值范围） ，采取多轴半挂是比较有效的措施之一。1.2 半挂车的地位、效益和作用课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏（1）地位国民经济的发展自然离不开能源和交通,交通是先锋,而交通运输则在各类经济事物中起着不可替代的地位。铁路、空中、船舶运输固然重要,但他们都不是最终目的地,唯一能做到的只有汽车运输,可见汽车运输的地位。进入21 世纪,工业、农业和国防事业发展迅速,科技园区、仓储物流、特快传递及空车配货遍及全国各地,要求运输的货物品种之多、数量之大,且尺寸规格和重量等级更是参差不齐,一个单件尺寸长达数十米、重达数十吨、几百吨的如:水利发电设备、大型化工设备、大型推土机、压路机、挖掘机等等,还有飞机、坦克、导弹及火箭等专业化运输,这是普通载货汽车做不到的;而汽车半挂车弥补了载重汽车的弱点,更显出唯我独尊。它完全具有完成运输对象的独特优点和能力。各地的专业运输的90%以上都是由半挂车来承运。随着公路事业快速发展,汽车运输将担负整个货运量的75% ,而半挂车运输则占整个货运量的85%以上,因此,世界各大制造商不惜血本,纷纷出产各种半挂车抢占最有利地位。（2）效益事实说明,汽车半挂车应用很广,适用性也很强,它不但能大大提高运输效率、降低运输成本,而且周转快更是半挂汽车的一大特色,在完成大件、重件和特殊货物运输方面,普通载货汽车是无法达到的,汽车半挂车运输除有同载货汽车运输一样的机动灵活性外,它也能直接从生产地运输到消费者手中,更具独特的优点。在轴荷相同的情况下,通过桥梁、码头时受吨位限制,而半挂汽车就大可不必了。提高运输效率,在节省时间上,只要准确调度,安排合理,可节省一半的时间(与载重汽车相比) ,例如:汽车半挂车到达送货地点后,可将半挂车摘下,再挂上一辆装满货物准备发往回程的半挂车,实现往返循环作业,这样时间少了,车辆利用率也提高了。由此可见,汽车半挂车运输效率可提高一倍,其载重量也相对提高,但油耗并未增加,而是相对减少,每吨货物的油耗下降10%30% ,而且运输成本下降20%40% ,汽车半挂车运输的经济效益可想而知了。（3）作用半挂汽车最大的作用是单车(载重汽车) 难以完成的特殊运输。现代化建设和现实生活当中,一些特殊件、特长件、特重件,完成此类运输非半挂汽车莫属。专业运输更是汽车半挂车独具一格的特点,例如:水轮发电机的机壳、船闸的闸门、发电机的转子、飞机拖车、导弹火箭部件等等,汽车半挂车的作用真是无处不在。1.3 几种常见的汽车半挂车类型（1）单梁伸缩型(炮车)它专门运输尺寸较长的货物,如:原木、梁、钢材(钢管、圆钢、型钢) ,它的长短可根据货物的尺寸而定,单梁可以伸长或缩短,范围一般在13m 之间,伸缩间隔可根据需要来定,一般在0.51.5m 之间。课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏图1.1 单梁伸缩型(炮车)（2）平货台直梁型这种半挂车货台与车架(直梁) 在一个水平面上,货台全部高于车轮之上,重心较高,但承载面积大,货箱利用率较高,易运输尺寸货物、体积货物。由于车重心较高,它比其他形式的半挂车转弯半径小,故不易通用。图1.2 平货台直梁型（3）低货台阶梯型这是最为常见的半挂车,这种车前部通过一种连接方式坐落在牵引车上,而后部有着自己的独立轮轴,它的载荷和自重的一部分分配到了牵引车上(总重的40 %50 %) ,一部分由自己的轮轴承担,前部与牵引车的连接靠鞍式牵引座支承,即可以增加载重,又可以方便快捷的接合和分离。牵引车可以与不同的半挂车组成多种用途的半挂车,可循环运输,多头使用,同时为了运输安全和货物装卸方便,它与牵引车连接处的高度,要高于货台一大部分,货台要低得多,形成前高后低的阶梯型,也可根据货物要求制作出更低的货台,有时也可在半挂车尾部接装能翻起的爬梯,可使运输的自行机械(挖掘机、推土机、压路机等) 上下自如;也可在半挂车前部接装手动绞盘,用钢丝绳把货物拉上货台,这就减少了很多固定装车(货)台,这是当今常见、广用的一种半挂车车型。课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏图1.3 低货台阶梯型（4）凹梁型这种半挂车的最大特点就是有最低的装货平台,可在两侧同时进行装卸,方便快捷。其缺点就是轴距长、外形尺寸大,所以,其通过性能不好,一般只用作专业运输。图1.4 凹梁型（5）集装箱型这种结构形式是与铁路直接对接的专用半挂车,半挂车的四个角部装有固定锁舌装置,以固定集装箱用,同时也可拆除,其纵梁做成凹型,集装箱装上后半挂车后车架变平,靠车架和集装箱底梁来承载。这种车的承载能力非常强,一般自重55.5 t的半挂车,可装30 t 重的集装箱,其差值非常明显,且固定锁舌可以自行拆除,运输集装箱以外的货物。课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏图1.5 集装箱型1.4 半挂车目前的生产制造状况近些年来，随着国家经济的发展，交通运输业较为发达。就运输途径和形式来讲，当前世界各国均以公路运输为主。据有关资料介绍，美国公路运输占 75%，英国为 72.3%，俄罗斯为 70%，而且车型在向大型和重型发展。随着公路运输事业的快速发展和汽车拖挂运输的普及，半挂车已经成为道路货运的主要运输工具，而半挂车制造业已经成为汽车工业的重要组成部分。到 2003 年年底，我国半挂车制造厂已达 230 余家，生产各类半挂车超过了 10 万辆。为了促进我国半挂车生产制造的发展，并为用户提供优质产品，国内不少企业结合自己的生产实际需要，吸取国外同行业的先进经验，不断提高产品质量，开发具有科技含量高的产品(如多种专用的半挂车)，为不同的运输客户服务，提高车辆的运输效率，增加生产经济效益，从而形成生产、销售、使用的良性循环。（1）我国半挂车生产制造发展速度快，在专用车生产中比例不断增大我国商品的异地交流发展迅速，由于物流发展对半挂车的需求，半挂车生产制造规模不断扩大，产量增加，所以在国内专用车生产制造方面，半挂车比例不断增大，从多年前少量、小规模生产制造状况发展到今天，占据了专用车较大比例。以 2002 年为例，专用车生产分别为：厢式汽车：33104 辆；罐式汽车：15595 辆；起重举升车：7534 辆；特种结构汽车：4530 辆；其它改装汽车 5498 辆，而半挂车生产量为 45752 辆，居专用汽车生产量第一位。半挂车产量在专用车中的比例不断增大，其主要原因在于半挂车具有价格比较低廉、运输效率快、载重量大，以及运费较低等优点。另外，半挂车和其他货车比较，在运输综合经济效益方面，有着更大的优势条件，特别是在码头、货物的集装箱运输方面表现得更为突出和明显。（2）在半挂车生产制造发展中，重型半挂车与超重型半挂车迅猛增长近几年来，在半挂车生产制造发展的历程中，重型半挂车与超重型半挂车异军突起，课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏出现了迅猛增长的势头。据有关资料介绍，在 2001-2003 年间，在半挂车生产系列中，超重型半挂车从 6478 辆发展到 15203 辆；重型半挂车从 9345 辆发展到 11996 辆；而中型半挂车从 14260 辆仅发展到 14729 辆；轻型半挂车从 882 辆仅发展到 1220 辆。重型与超重型半挂车产量增长速度很快，并且把以前一直占据生产数量大份额的中型半挂车远远甩在后面，而且还有上升空间。这种发展势头与国家调整交通运输设备结构，大力发展集装箱专用运输车、厢式货车、特种专用车和载质量在 8t 以上的载货车，以及加快普通敞篷车的厢式化有着很大的关系。国家出台的道路运输业发展规划纲要和制定一系列鼓励重型专用车的优惠政策对货运市场上的重型专用车比例增长起了促进作用。比如，在公路收费方面采取降低收费标准的措施鼓励交通运输行业加大重型专用车的结构比例。在 2003 年，交通部制定的道路货物运输企业经营资质管理办法明确规定了不同级别的企业自有车辆的总载质量以及专用车辆占车辆总数的比例、车辆的新度系数等，对于重型、超重型半挂车生产制造的发展，具有明显的拉动作用。（3）国内半挂车生产制造技术纵观半挂车生产制造，其生产工艺流程为：大梁下料制作底盘组焊底盘组合焊接成型悬架系安装一车桥安装栏板(厢体)、防护装置制作栏板(厢体)，防护装置组装喷漆电器系统、制动系统安装成车出厂。这就是半挂车生产工艺过程的 8 道主要生产工序。从半挂车生产工艺流程中关键工序的技术难度来讲，最主要的，也是十分关键的工序是底盘的组合焊接。因为半挂车的使用可靠性在其底盘组焊的质量上完全反映出来。如果底盘焊接质量得不到应有的保障，一辆半挂车有时使用一段时间以后，在大梁和货箱连接处的焊接点就出现细小的裂纹，在凹凸不平的道路上行驶较久，就会发现部分焊点脱落的现象。半挂车生产制造工艺过程中，各部件之间的联接组合主要是通过焊接成型，工作量大，技术质量要求高，所以半挂车生产制造的关键工序是焊接质量的控制。为了同国际接轨，提高国内半挂车制造技术档次和水平，有必要采用较先进的焊接工艺等离子弧焊。等离子弧焊工艺方法具有焊接速度快、焊缝美观而且质量好，同时成本降低等一系列技术优越性，现今国内外机械制造业正在推广应用。因此，在半挂车生产行业采用和推广等离子弧焊工艺，将是提高半挂车焊接质量的重要途径。（4）采用现代新材料和新工艺，提高半挂车的经济性和环保性能根据国外同行业先进经验，在硬体厢式半挂车中广泛采用金属复合材料，在软体厢式半挂车、自卸半挂车、油罐半挂车中在量采用铝合金以及不锈钢板等，具有防污染、保品质、寿命长、安全可靠的优点。 在半挂车生产制造中采用新工艺技术，如在车架焊接中采用等离子弧焊，同时要从生产制造手段方面进行改革，从手工作业向半机械化、机械化、以及自动化方向发展，保证生产工序质量，提高生产效率。专用半挂车在高等级公路运输的综合效率与单车相比，运输效率可以提高 30%-50%。成本降低 30%-40%，油耗下降 20%30%，其综合经济效益十分显著。对于半挂车，国际一流水平的标准是降低牵引车燃油消耗率、整备质量最小化、以及有效载荷和有效容积最大化 3 个条件。由于采用金属复合材料作为硬体厢式半挂车的主要结构材料，在半挂车底盘课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏与厢体地板间实现结构一体化。因为金属复合材料的保温性和防蒸气渗透性十分优越，从而使保温厢体根本上隔绝了其保温层的吸水特性，保证厢体的自重和保温性能在整个使用过程中保持不变。由于上述三方面条件，使得半挂车的整备质量达到最小化，并提高了有效载荷和有效容积，减少了无效结构重量，进而可以大大提高牵引车燃油经济性以及环保性能。1.5 随动转向轴技术在多轴半挂车上的应用随着国家强制性标准GB1589道路车辆外廓尺寸轴荷及质量限值的出台,对汽车、挂车等不同车辆产品的外廓尺寸、轴荷及总质量提出了限值要求。近年来,半挂汽车列车不断向大吨位、高速度方向发展,受轴荷限制,半挂车将会采用更多的车轴来适应多轴化发展。但是由于受到列车机动性和通过性的制约,目前大多数半挂车只能匹配三根固定承载轴,要想实现多轴化,必须增加转向车轴。由于半挂车自身特点,强制转向车轴在半挂车上较难实现,所以,随动转向轴成为解决半挂车多轴化的一个良好途径。（1）随动转向轴介绍随动转向轴是一种非强制转向车轴,它通过将转向主销前置,使车轮相对轴体产生一个转向力矩,在列车转弯时,通过地面传给车轮的转向侧向力来实现转向。它主要由轮毂及制动器总成、轴体总成、主销、横拉杆、稳定装置、倒车锁止装置等部件组成,见图1.6 。图1.6 随动转向轴（空气囊式）其中,轮毂及制动器总成和轴体总成的主要结构与一般半挂车承载轴相同,不同的是通过转向主销将这两部分连接起来。因此,车轮的轴头部分和轴体总成两端需要做相应变动,向前伸出一个拳形部位,并设置通孔,以插入主销进行连接。主销设置在轴体两端向前,距离一般在120140 mm 之间,有一定的后倾和内倾角度,但数值较小。横拉杆将左右车轮连接起来,实现两侧车轮同步转向。稳定装置根据结构的不同,大致有三种形式:一种是空气囊(图1.6) ,一种是气室推杆(图1.7) ,再有一种是机械弹簧(图1.8) ,这三种形式的稳定装置原理相同,通过空气或弹簧课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏作为阻尼介质,设定一个稳定力矩,在半挂车直线行驶时,控制车轮的回正,衰减车轮的抖动,保证车轮行驶的稳定。在半挂车转弯时,车轮转向力矩克服稳定力矩实现转向,一旦转向力矩变小,车轮在稳定力矩的作用下迅速回正。图1.7 气室推杆形式图1.8 机械弹簧形式倒车锁止装置一般设置在轴体中间,通过电磁阀控制气动元件,在半挂车倒车时,将横拉杆锁住,车轮不再随动转向,保证倒车的顺利进行。随动转向轴最大转角一般在2022之间。（2）随动转向轴在多轴半挂车上的应用情况根据设计原理和使用要求的不同,随动转向轴在多轴半挂车上的安装位置有所不同,有的放在固定承载轴之前,有的放在固定承载轴之后。它可明显提高多轴半挂车的转向性能和通过性能,减少轮胎磨损。以新近开发的四轴半挂车(前两轴为固定承载轴,后两轴为随动转向轴) 为例,与相同轴距布置的三轴半挂车(三轴均为固定承载轴) 相比,计算表明,在相同的转弯直径下,四轴半挂车的通道宽度要比三轴半挂车缩小1000 mm 左右。也就是说,在通过相同弯路时,三轴半挂车要产生更大的侧滑才能通过,这将增大车轴的受力,加剧轮胎的磨损。根据四轴半挂车的试验情况,多轴半挂车应用随动转向轴,不仅有效减少了最小转弯直径和通道宽度,提高了列车的通过性和机动性,而且大大提高了半挂车的可靠性和维修性。在15000 km 的可靠性行驶试验中,车轴未发生故障,轮胎没有爆胎,没有更换,随动转向轴车轮轮胎与固定承载轴车轮轮胎相比,磨损明显降低,较好地解决了多轴半挂车车轴易损坏,轮胎磨损验证的技术难题。随动转向轴在半挂车上的装配与固定承载轴相似,通过U 型螺栓与悬架相连,只是稳定装置和倒车锁止装置中的气囊和气室要与相匹配的气路系统连接起来。需要特别指出的是,课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏应注意校核随动转向轴车轮的转向和跳动空间。由于转向主销前置,车轮在随动转向时,呈现出向后向上的螺旋运动,与一般的转向轴和固定承载轴不同,应仔细分析其运动轨迹,留出足够的空间位置,否则将发生干涉。第二章 半挂车整体方案的确定2.1 半挂车列车及车体设计总体要求（1）本课题要求半挂车列车装载质量：10t ；（2）牵引车拟采用国产 EQ4090EJ 牵引车；（3）车体采用栏板式车厢。2.2 牵引车应具有的结构特点（1）由于半挂车载重 10 吨，因此要求牵引车传动系中装有附加变速器，以增加驱动扭矩； （2）为提高半挂车机动性能，牵引车轴距应适当缩短； （3）发动机应有良好的冷却系统，保证在长期拖带挂车时不致过热； （4）制动系统应保证牵引车与半挂车同时制动；（5）驾驶室应尽可能布置在发动机上面，以缩短车架和后悬的长度； （6）连接装置应采用无间隙式结构，以减轻挂车的冲撞提高汽车列车的行驶稳定性。（7）装有短时间提高发动机功率的可调节增压器；（8）重载汽车应采用液力变矩器；综合上述要求，选择国产 EQ4090EJ 牵引车。该型牵引车驱动形式是 42；轴距为3950mm；全长为 5935mm；整备质量为 3315kg；功率为 99.26kw；扭矩为 353Nm；制动采用双管路制动系统，轮胎采用 9.0020 轮胎（14 层级） 。EQ4090EJ 牵引车的动力性，燃油经济性与使用性能在国内同行业中处于领先地位。故此，选用该型牵引车。2.3 牵引车 EQ4090EJ 的基本参数（1）整车整备质量 3315kg前轴轴载质量 1850kg后轴轴载质量 1440kg（2）外形尺寸全长 5935mm总高（空载，按驾驶室计） 2325mm（按保险架计） 2455mm课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏（3）轴距 3950mm（4）轮距前轮（沿地面） 1810mm后轮（双胎中心线间距离） 1800mm（5）最小离地间隙（满载时）前轴下 360mm后桥下 265mm（6）底盘通过角度（满载时）接近角 38离去角 23（7）最小转弯半径（按前外轮迹中心计） 8.05m（8）车架纵梁宽 75mm车架宽 860mm车架前端高 805mm车架有效长度 3280mm后桥车架上平面高 840mm（9）后轮外援最大宽度 2370mm（10）驾驶室总宽 2170mm（11）前后悬长前悬长 1055mm后悬长 930mm2.4 半挂车列车自重的选择确定半挂车列车自重应当在保证主要部件强度的前提下，应尽量减轻。挂车列车结构的合理性和强度的可靠性，以半挂车的有效载重量和自重的比值重量利用系数评定。重量利用系数 随着挂车列车的有效装载质量的增加而增大。重量利用系数 越大，说明单位自重的装载质量越大。半挂车重量利用系数统计数值列于表 2.1。表 2.1 质量利用系数装载质量（t） 半挂车310 2.32.51015 2.53.51540 3.55又根据交通部颁布的标准，半挂车载重与自重比3.0。本次设计取重量利用系数 =3.3。半挂车自重：10/3.3=3.03 （t） （考虑其他因素取自重为 3.035t）满载时半挂车总重：10+3.035+3.315+0.21=16.56（t）课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏（乘坐 3 人，按 70kg/人计）2.4.1 初步估算，确定半挂车合理的装载质量（一）根据附着条件确定假定不考虑爬坡时候附着质量的变化以及在这些路上起步时运动阻力增加的影响，根据牵引附着条件，牵引力为：Ft=gmd（N） （2.1）g：重力加速度（m/s 2） ；md：驱动桥承受的装载质量（ kg） ；：附着系数；FtF （2.2）F ：道路阻力；F =gm（f+i） （N） （2.3）g：重力加速度（m/s 2） ；m：附着质量（kg） ；f：滚动阻力系数；i：爬坡度；对于后轮驱动的牵引车则 mrg=gm 0（f+i ） （2.4）m0=md0+mt0 （2.5）mr：后桥承受的装载质量（kg） ；m0：汽车列车总质量（kg） ；md0：牵引车总质量（kg） ；mt0：半挂车总质量（kg） ；因此， mr=（m d0+mt0）（f+i ） （2.6）一般，取 f=0.03，i max=0.2， =0.6，m r=（0.70.8）m d0，将以上条件代入（1.6）得：mt0=（ 0.831.09）m d0 （2.7）（1.7）式中 mt0 就是挂车的总质量，对于半挂车，m t0 就是分配在挂车轴上的质量，其全部拖挂质量还要加上支承于牵引汽车鞍座上的垂直载荷。对于后轮驱动的牵引车鞍座上的负荷为（0.60.7）m d0。因此，半挂列车拖挂最大总质量为：mt0=（1.431.79）m d0 （2.8）牵引车的总质量：m d0=牵引车总整备质量 +鞍座上的垂直载荷=3.315+（0.60.7）m d0=（8.311.1）t及列车的拖挂质量：m t0=1.438.3=11.87（t）说明依据附着条件设计选择满足装载质量为 10t 的要求，且充分利用半挂车的最大拖挂总质量。课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏（二）根据比功率确定比功率是牵引车发动机最大功率与汽车列车最大总质量的比值。即：Nr= （kw/t） （2.9）max0Nr：比功率（kw/t） ；m0：汽车列车最大总质量（t） ；Nmax：发动机最大功率（kw） ；在平原公路上汽车列车平均速度不低于 30km/h，在 3%的坡道上行驶速度不低于30km/h。在市郊道路行驶的汽车列车应有一定的加速能力，以免堵塞交通。为此，总质量不大于 43t 的汽车列车比功率应不低于 4.78kw/t，一般以 5.155.88kw/t 为好，在一级公路和高速公路上则应提高到 5.886.22kw/t。本设计采用的牵引车发动机的最大功率为 99.26kw，汽车总质量为 16.56t，则比功率为：Nr= =5.99（kw/t）符合 GB642086 货运挂车系列的规定，即 Nr 不低于 4.78kw/t。9.26152.5 半挂车列车总体布置和设计参数半挂车总体布置，通常追求的目标是加大载质量，增加货箱尺寸，减轻整备质量，降低质心高度（承载面高度） ，合理分布轴荷以保证较好的机动性能和行驶性能。随着车辆行驶速度的增加，近年来对操作稳定性，制动稳定性，整车和零部件可靠性等也提出了较高的要求。国家和部门通过实施所颁发的标准的各项要求包括减小公害和提高安全性在内作出了法规指令，在总体布置时应严格遵守。半挂车基本型的结构布置主要是安排车架和车轮之间的相对关系。图 2.1 为三种可行方案。第一种（a ）方案为平货台直梁式，此方案结构简单，便于放置货物，便于进行装卸作业，接近性好，但装载高度大，这是一种使用较多的方案；第二种（b）方案为前部高起，支承于牵引座上，形成阶梯形或鹅颈式（低货台直梁式）装载高度较小，有较低的质心位置，因此行驶稳定性较好，但通过性较差；第三种（c）方案为前部和后部都高起，中部装货的形式（凹梁式） ，其装载高度只受车架强度和离地间隙的影响，可以做得很低，因而行驶稳定性最好，也便于在半挂车侧向进行装卸作业，但是通过性最差。课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏一般认为具有如下优点，才算得上是一个较好的挂车车型：（1） 最低的装载货占面和较高的货占面积利用率；（2） 最小的转弯半径和较好的通过能力；（3） 结构简单，重量轻，使用维修方便，最少的轮胎数目；（4） 和国内同类车型中的零部件有较高的通用性和互换性；（5） 有较高的动力性和行驶稳定性。综上所述，本设计采用方案（a）即：平货台直梁式挂车。本设计要求半挂车采用承载的吨位为 10t，吨位较小，故选择单轴半挂即可。半挂车列车采用断气制动。因半挂车列车车厢较长，侧栏板分三段并可以翻转，后栏板可以后翻，前栏板与保险架固定在一起。2.5.1 半挂车外部尺寸的确定半挂车的外廓尺寸由半挂车长，宽和高组成。半挂车长是指垂直于半挂车纵向对称平面，并分别抵靠在半挂车前，后最外端突出部分的两垂直面之间的距离。半挂车宽是指平行于半挂车纵向对称平面并分别抵靠在半挂车两侧固定突出部分的两平面之间的距离。但不包括后视镜，侧面标志灯，示位灯，转向指示灯，挠性挡泥板，折叠式踏板，防滑链以及轮胎与行驶表面接触部分的变形。半挂车高（无装载质量）是指半挂车支承表面与半挂车最高突出部分向抵靠的水平平面之间的距离。所有的半挂车固定部件包括在此平面内，同时半挂车应处于运行状态。GB642086 规定总质量 34t 以下的半挂车其外廓尺寸应符合 GB15892004汽车外廓尺寸的限制的规定，即车辆高4m ，宽2.5m ，列车总长 16m，挂车车身长8m，并且列车高度不得大于牵引车高度。（一） 货箱容积由汽车信息1988.NO.1 查知，车箱容积的大小应根据该车经常运输的货物比重的平均值来确定。车箱栏板的高度一般在 450650mm 之间，常采用 550mm。车箱宽度最大不超过与牵引车同吨位的载货汽车车箱宽度，中型挂车一般在 22002300mm，重型半挂车为 30003800mm。车箱长度可根据车箱容积及已定的车箱宽度和高度求出。本次设计中，栏板的高度取为 550mm，车箱宽（内）取为 2280mm。由汽车运用工程师手册查得，货箱内部长度可由下式计算：Ln= iqGb（2.10）(a) (b) (c)图 2.1 半挂车的三种方案课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏Ln：货箱内部长度（m） ；G：所装载货物的质量（kg） ；bn：货箱内宽度（m） ；qi：作用在半挂车底板上的单位载荷（kg/m 2） 。当装载质量为 47t 时，q i 可取 350650kg/m2；712t 时，取 450650kg/m2；12t 以上时，取 6001000kg/m2。本设计中取 qi=626.6kg/m2。因此车箱内部长度为： =7.0（m ）=70000（mm ）10.86.nL货箱容积：V=7.02.280.55=8.78m 3（二） 承载面高度的确定所谓半挂车承载面高度即底板平面与行驶路面之间的垂直距离。它可分前端，后端，空载和额定质量 4 种高度。降低承载面高度有助于提高半挂汽车列车的行驶稳定性，便于装卸货物。为了降低承载面高度，通常应力求减小轮胎直径和半挂车的跳动间隙。影响承载面高度的因素可以大致归纳为悬架种类、悬架刚度、空载时副簧上方与钢板支架之间的间隙、簧上载荷、轮胎直径以及径向变形，车架纵梁断面高度、鹅颈断面高度或边梁断面高以及轮胎弹跳时可能碰撞的对象等。10t 半挂车的承载面高度通常在 11601350mm 之间。本设计采用 9.0020 轮胎（14 层级） ，估算其直径：d+2B=（20+29.00）25.4=965.2mm，通常取 D=1000mm。考虑悬架以及其他因素，取满载时承载面高度为 1210mm，空载时承载面高度为1300mm。通常认为，为了使车辆在驱动时货箱接近水平状态，应使空载时承载面的后端稍高于前端，形成 1520。按照惯例，后端与前端的差值可在 30150mm 范围内，以保证在规定装载额定质量时，承载面基本呈现水平状态。本设计中前后端差值取 100mm。（三） 货箱外部轮廓尺寸的确定车箱栏板厚选为：50mm，前后附件所占长度各为：50mm，锁钩尺寸为：50mm。货箱长=货箱内长+ 前后栏板厚度+ 前后附件长=7000+250+250=7200（mm）货箱宽=货箱内宽+ 左右栏板厚度+ 左右锁钩尺寸=2280+250+250=2480（mm）货箱高（外形）=承载面高+ 箱高=1300+550=1850（mm）以上外廓尺寸符合交通部颁布的标准 JT311585货运半挂车通用技术条件和国家课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏标准 GB15892004汽车外廓尺寸限制的规定。（四） 外廓尺寸的最终确定牵引车总高（按保险架计）为 2455mm（空载） ；半挂车列车总高为 1850mm（空载） ；满载时为 1760mm；符合规定。2.5.2 轴距和轮距（一）轴距半挂车的轴距是指牵引销轴线（垂直与行驶路面时）且通过半挂第一轴轴线的垂直面的距离。正确确定半挂车车轴距的重要性在于，半挂车列车车轴距的数值直接影响轴荷分配，影响半挂车列车的机动性，行驶稳定性，车架刚度，强度，截面尺寸与整车质量。半挂车车架长度与轴距 L 的比值对半挂车车架的弯矩值有很大影响。比值增加，弯矩值减小，但剪力值一般不变。轴距增加，汽车列车行驶稳定性提高，但过份加长轴距，会使汽车列车的最小转弯半径加大，机动性降低，并且车架的受力情况变坏。轴距小，半挂车总长度减小，质量减小最小转弯半径也减小，但轴距过小，也会带来一系列缺点，如货箱长减小，装载面积变小，挂车上坡或制动时质量转移大等。设计时应综合考虑，查得推荐车架长度和半挂车轴距之比为：1.31.6。车架长度为 7200mm，取半挂车轴距为 L=4900mm，则车架长度与半挂车轴距之比为：7200/4900=1.47，符合上述推荐值。（二）轮距轮距越大，汽车列车横向稳定性愈好，悬架的角度刚度也越大，另外，对增加车箱容积也有好处。但过大的轮距会使机动性变差。推荐值中，双胎挂车轮距不小于 1700mm，且最好与牵引车后轴轮距一致，以减少软路面上的滚动阻力，挂车轮距不应超过牵引车的轮距。基于此，本设计选择轮距为：1800mm，与牵引车后轴轮距相同。2.5.3 半挂车前缘与牵引销的距离及后悬这两个参数直接影响着半挂汽车列车的轴荷分配，货箱长度和通过性。后悬是指通过半挂车最后车轮轴线的垂面与抵靠在车轮最后端（包括车牌等固定在车辆后部的任何刚性部件）并垂直于半挂车纵向对称面的垂面之间的距离。为增大驱动桥的轴荷在设计时候，应尽可能增大半挂车前缘与牵引销间的距离以及减小后悬。较小的后悬有利于增大半挂汽车列车的离去角。但选择的范围受到半挂车轴荷下限的限制，以及整车各总成的干扰的影响。在牵引车轴距和驾驶室后壁位置不变的情况下，半挂车前缘与牵引销距离的增加导致半挂车前缘与驾驶室后壁，即与驾驶室后车架上作业台的干扰。同时比值过大，也将导致牵引车与半挂车之间连接线路在列车转向行驶时勾锁损坏。半挂车后悬的数值受到一些法规的限制，如 1985 年的城市机动车辆安全检验暂行标课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏NGsX1N1 N2Ge49007000准规定半挂车后悬不超过牵引车轴距的一半。半挂车前悬和后悬的确定必须保证在均匀载荷时，半挂车各轴和轮胎负荷的合理分配。同时前，后悬还影响列车行驶的稳定性和通过性。其尺寸大小的确定原则是：在均匀载荷时，半挂车轴负荷略大于牵引销处的垂直载荷。还要考虑牵引销至牵引车后轴中心距离的影响。图 2.2 半挂车受力分析简图一般 42 中型货车的轴载质量 Gs约为汽车自重 G0的 2/3，对半挂车列车设计参考该经验值。满载时有效载荷 Ge均布在车箱全长上（内箱上） ，单位有效载荷 ge为：N=Gs+Ge=（3035 +10000）9.8=117828.7（N）23初步确定牵引销处承受 45%的载荷，半挂车后轴承受 55%的载荷：N1=n45%=117828.745%=53022.9（N）N2=N-N1=117828.7-53022.9=64805.8（N）对后轮支点取矩：N（ -X2）=N 1490070117828.7（3500-X 2）=53022.94900X2=1295（mm）则：X 1=7000-4900-1295=805（mm）为了增大后悬，调整 X2，取 X2=1350（mm）则：X 1=7000-4900-1350=750（mm）车箱外部长为：7200mm，内箱长为 7000mm，前后各增加 100mm。前悬为：l 1=X1+100=750+100=850（mm）后悬为：l 2=X2+100=1350+100=1450（mm）修正 N1，N 2，对后轮交点取矩：X2课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏N（ -X2）=N 1490070117828.7（3500-1350）=N 14900N1=51700.3（N）则 N2=N-N1=117828.7-51700.3=66128.4（N）本设计中半挂车后轴轮胎选用 9.0020（14 层级） ，双轮胎布置。该轮胎单胎承载能力为：22009.8=21560（N） ，则后轴轮胎承载能力为：421560=86240（N） 。后轴承载为N2，但后轴轮胎承受的压力则要大于 N2，但小于（G 0-N1） ，其中：G0-N1=165609.8-51700.3=110587.7（N）86240（N）66128.4（N）故后轴轮胎承受能力满足要求。最后确定：N1=51700.3（N）N2=66128.4（N）l1=850（mm）l2=1450（mm）本设计中牵引销在牵引车上的前置距取：200mm，符合 ISO 及 GB（250mm）的规定。2.5.4 轴荷分配牵引车后轴载荷分配：牵引车自身轴荷分配（据挂车技术1998 年 NO.1）R1=18509.8=18130（N）R2=14409.8=14112（N）对后轴取矩：R13950+N1200=R13950181303950+51700.3200=R13950R1=20747.7（N）对前轴取矩：R1R1N1R22003950 R2图 2.3 牵引车受力简图课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏R23950+N1（3950-200）=R 23950141123950+51700.3（3950-200）=R 23950R2=63194.6（N）牵引车前轮为单轮胎，允许载荷为：220029.8=43120（N）R1=20747.7（N）43120（N）牵引车后轮为双轮胎，允许载荷为：220049.8=86240（N）R2=63194.6（N）86240（N）所以，这说明设计方案合理。在实际中，为了有利于车轴和有关总成的系列化，GB642086 对轴荷进行分级，规定半挂车最大允许总质量为 7.10，10.80，13.30，19.50，22.50，26.00 和 34.00 时，单轴轴载质量级别为（t）：10，14，16，18 和 20。本半挂车列车总质量为 13.035（t） ，列入单轴轴载 10 吨的级别。由于半挂汽车的三个轴的轴荷均小于 10t 的级别，说明该设计符合实际要求。2.5.5 连接尺寸确定由货运半挂车通用技术条件可以查得半挂汽车列车连接及互换尺寸。图 2.4 半挂汽车列车支承连接尺寸综合考虑，本设计选用下列尺寸：L max=900mm；R fmax=1540mm；R rmax=1470mm；H=11301187mm；l=550mm；C r70mm；C f70mm。Rf为半挂车前回转半径，指半挂车列车牵引销轴线至半挂车前端距离牵引销轴线最远点的距离。该距离影响到半挂车转向时，半挂车是否发生干扰。表 2.2 半挂汽车列车连接装置互换尺寸 （mm）M（t） L 最大 Rf最大 Rr最大 H H1 l 最小课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏4 800 1400 1310 11301160 10801110 50046.5 900 1540 1470 11301187 10801137 5006.58.5 1000 1600 1550 11871226 11371176 5508.510 1000 1600 1670 11261315 11761265 7501017 1200 2000 1900 12501400 12001350 75017 1600 2050 2200 1400 1350 750注：1. H 为牵引座无负荷时接合平面离地高度；H 1为支承装置起升后半挂车接合面离地最小值，C f、C r不小于 70mm。2. M8.5t 的 L、R f、R r、H、H 1、l 值适用于单后轴牵引车也适用于双后轴牵引车。Rf= （2.11）2BlB 为车箱宽（mm） ；代入数据得：Rf= 224805=1503.4（mm）R fmax=1540（mm） 。此外还应保证在坑洼地段和弯道行驶时车前部不与车架，驾驶室后壁相碰，并与后壁保持 160220mm 的间距。本设计中备胎架放在驾驶室后壁，故上述间距应为到备胎架后壁的间距。该牵引车后壁到前轴距离为 1600mm，所以后壁距牵引车后轴的距离为： 3950-1600=2350（mm） 。轮胎宽度为 285mm，备胎架宽度为：285+40=325（mm） 。所以备胎架后壁到半挂车列车前段的距离为：2350-200-850-325=975（mm） ，备胎架后壁至半挂车前端的最小距离为：2350-200-1503.4-325=321.6mm200mm。该间距合理，半挂车转向时各部件不会发生干扰。2.5.6 辅助支承位置的确定交通部颁布的部标规定，辅助支承装置在支承工况时，承载量不超过半挂车列车的总质量的 60%，满载时施于辅助支承装置手柄的力不超过 147N，在辅助支承装置升起后，最低点离地间隙不小于 300mm。支腿负荷为：F=N60%=117828.760%=70697.2（N）对后轴交点取矩：FX=N（3500-1350）70697.2X=117828.72150X=3583（mm）课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏N3500F X 1350N27000图 2.5 辅助支承作用示意图Rr是指半挂牵引车牵引座销空中心轴线至牵引车后部最远点的距离。牵引车车架宽度为：860mm，车后部距后轴为：930mm。后回转半径 Rr可按下式计算：Rr= 21BC（2.12）B1：牵引车车架宽度（mm） ；C：秦引座销空中心轴线至牵引车后部最远点的距离（mm） 。代入数据得：Rr= =1209（mm）22860(930)Rr=1209mmR rmax=1470mm故此设计合理。支腿离牵引销的距离为：4900-3583=1317（mm）大于 Rr+Cr=1209+70=1279（mm）课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏故此方案合理。同时取 H=1150mm；H 1=1110mm。2.5.7 半挂车材料半挂汽车列车基本结构材料是钢、木材和铝合金。为了满足列车的使用要求并能减轻列车重量，半挂车更多地使用高强度钢材、轻合金及塑料。第三章 汽车列车牵引动力性计算3.1 汽车列车牵引动力性计算所需参数的确定3.1.1 发动机外特性参数Nmax=99.26kw； n N=3000r/min；Mmax=353NM； n w=12001400r/min；适应性系数：柴油机为 1.11.15，在此取 1.12。3.1.2 传动系速比确定变速箱传动比：i g1=7.31；i g2=4.31；i g3=2.45；ig4=1.54；i g5=1；i g 倒 =7.66。主减速器传动比：i 0=6.33传动效率可参见表 3.1：表 3.1 各部件传动效率部件名称 m（%）46 档变速器 95辅助变速器（副）变速器和分动器 958 档以上变速器 90单级主减速器 96双级主减速器 92传动轴的万向节 98由表可知，传动总效率为：0.950.920.98=0.863.1.3 车轮滚动半径 rk的确定车轮滚动半径可由下式近似计算课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏课件之家精心整理资料-欢迎你的欣赏rk= （m） d0.254b1（3.1）d：轮直径（英寸） ；b：轮胎断面宽度（英寸） ；：轮胎径向变形系数；本设计采用的轮胎是 9.0020（14 层级） ，故 d=20 英寸；b=9.00 英寸，对于硬路面满载的汽车标准轮胎和宽断面轮胎 =0.10.16；超低压拱形轮胎 =0.15。rk= =0.448（m）20.549.10.53.1.4 滚动阻力系数 f 的确定滚动阻力系数 f 的数值由实验确定。滚动阻力系数