【正文】 器 第二軸的裝配 同倒檔軸的裝配情況類似，由于第二軸的各個(gè)部件也均是按照 x 軸方向建立的，所以各個(gè)部件的中心線都是共線的，在裝配過(guò)程中就可以運(yùn)用最簡(jiǎn)單的同軸裝配原理。完成后的第二軸總成的建模如圖 。 m ax0 .3 7 7 /o v a gi rn V i? ?????????????????? ???? ? () 式中 maxaV －汽車最高車速， km/h r － 車輪半徑， m vn －最高車速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min gi －汽車最高檔傳動(dòng)比，本車為 1 一般 vn ＝（ ～ ） pn 0 . 3 7 7 0 . 5 0 8 ( 0 . 9 ~ 1 . 1 ) 3 2 0 0 / 9 0 1 6 . 1 2 8 ~ 7 . 4 9 0oi? ? ? ? ? ? ? 選取 oi 還要考慮到直接檔行駛時(shí)汽車有足夠的動(dòng)力性能，即應(yīng)保證足上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 37 夠的 maxoD 2m a x ( / / 2 1 . 1 5 ) /o tq o t D a tD T i r C A V m g??????????????? () 式中： tqT －發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， Nm t? －傳動(dòng)系機(jī)械效率，變速箱傳動(dòng)效率 g? 取 ，雙級(jí)主減速器傳動(dòng)效率 0? 取 ，傳動(dòng)軸萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)效率 i? 取 ，故0 0 . 9 5 0 . 9 2 0 . 9 8 0 . 8 5T g i? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? DC －空氣阻力系數(shù)，取 A －迎風(fēng)面積， 2m atV －直接檔發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)車速 r－車輪半徑，根據(jù)有關(guān)資料 － 20， 14 層簾布的子午線輪 胎 自 由 半 徑 5490R mm? ， 子 午 線 系 數(shù) F ＝ ，有3 . 0 5 / 2 0 . 5 0 8r d m?? ? ? 綜上所述 oi 定為 變速器傳動(dòng)比 gi 的確定 變速器最低檔（一檔） 1gi 需滿足汽車的驅(qū)動(dòng)條件 在確定相宜的驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)比 0i 之后，可根據(jù)要求的車輛最 大爬坡度等確定變速器的一檔速比 汽車的驅(qū)動(dòng)力必須大于滾動(dòng)阻力、坡度阻力、空氣阻力之和，此稱為汽車的驅(qū)動(dòng)條件。）。則 /( )Z tq o TF r T i??? ＝ 91042（ ～ ） ＝ ～ 本車 1gi 為 ，小于上述范圍，所以符合汽車附著條件。但目前速比小于 l 的超速檔變速器日益增多。要使車輛獲得最大爬坡度和加速性能，則變速器其他各檔特別是第一檔的速比勢(shì)必加大，這將使變速器承受更大的負(fù)荷而變得尺寸過(guò)大。綜合考慮驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)比和變速器一檔速比的限制，滿足高平均車速和維持加速能力、最大爬坡能力和發(fā)動(dòng)機(jī)處于最省油區(qū)工作而設(shè)置超速檔。當(dāng)前，在較好路面上行駛的各型客貨車輛．為達(dá)到高速行駛上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 39 和節(jié)油的目的，越來(lái)越多地采用超速檔變速器。 變速器檔位數(shù)和各檔位傳動(dòng)比的確定 變速器的檔位數(shù)取決于車輛動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求和換檔的方便性、傳動(dòng)系的類型以及變速器總成系列化和通用化要求。對(duì)輕型車來(lái)說(shuō)，當(dāng)最低和最高檔速比確定后，五檔變速器較四檔變速器能使發(fā)動(dòng)機(jī)更穩(wěn)定于低油耗較窄范圍內(nèi)工 作，車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性好，同時(shí)還可增加發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)，提高了車輛的加速和爬坡能力。轎車在 10年前也由初產(chǎn)時(shí)的四檔變速器改為五檔變速器。一般載貨汽車的檔位數(shù)隨車重的增大而增多，輕型客貨車、小轎車和吉普車等多為四檔或五檔，中型客貨車最少為五檔，重型客貨車最少應(yīng)為六檔，某些重型貨車變速器檔位數(shù)高達(dá)十六檔，城市公共車輛一般為五檔或六檔。 變速器各檔速比的確定應(yīng)考慮加速性能好、換檔方便、相鄰檔位牽引力變化平滑及易于改變速比成多種產(chǎn)品等問(wèn)題。穩(wěn)定工況時(shí)外特性的轉(zhuǎn)矩曲線一般呈拋物線狀，并且為轉(zhuǎn)速的一元函數(shù)，因此采用最小二乘法曲線擬合法來(lái)描述。 利用上述公式，所繪發(fā)動(dòng)機(jī)外特性中 的功率曲線見(jiàn)圖 。汽車是一種高效率的運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率之高低在很大程度上取決于汽車的動(dòng)力性。從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點(diǎn)出發(fā)，汽車的動(dòng)力性主要可由三方面的指標(biāo)來(lái)評(píng)定，即：汽車的最高車速、汽車的加速時(shí)間、汽車能爬上的最大坡度。 汽車在水平道路上等速行駛時(shí)，必須克服來(lái)自地面滾動(dòng)阻力 fF 和來(lái)自空氣的空氣阻力 F? 。 為了清楚而形象地表現(xiàn)汽車行駛時(shí)的受力情況及其平衡關(guān)系，將汽車的驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力作在一副圖中，稱為汽車驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖。從圖上可以清楚地看出不上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 43 同車速時(shí)驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力之間的關(guān)系。 maxaV 最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高車速。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相等，汽車處于相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。常用原地起步加速時(shí)間與超車加上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 44 速時(shí)間來(lái)表明汽車的加速能力。當(dāng)汽車在水平良好路面上進(jìn)行加速時(shí)，由汽車行駛方程式可得 1[ ( ) ]t f Wdud t m F F F?? ???????????? ???????? () 由上式汽車的行駛加速度可簡(jiǎn)化為 ( ) /( )j t fa F F F m? ?? ? ? ???????????????????? () 式中， ja －汽車加速度， 2/ms ? －汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，將汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換為平移質(zhì)量： 在進(jìn)行汽車動(dòng)力性初步計(jì)算時(shí)， ? 的取值根據(jù)汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)表取值 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 45 圖 汽車的行駛加速度曲線 代入公式計(jì)算，繪 jaaV? 圖，見(jiàn)圖 。顯然，最大爬坡度是指Ｉ檔最大爬坡度。） tF －驅(qū)動(dòng)力，（ N） fF －滾動(dòng)阻力，（ N） F? －空氣阻力，（ N） G －汽車總重，（ N） 由圖 可知，當(dāng) 6 . 4 9 3 5 /aV km h? 時(shí)，本車的最大驅(qū)動(dòng)力1 3 6 3 1 .0 2tFN? ，所以 本車 max? ? 28 1739。39。 汽車經(jīng)濟(jì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo) 在保證動(dòng)力性的條件下，汽車以盡量少的燃油消耗量經(jīng)濟(jì)行駛的能力，稱作汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。 等速百公里燃油消耗量與循環(huán)行駛試驗(yàn)工況燃油消耗量是兩種普遍得到國(guó)際公認(rèn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 46 等速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算 根據(jù)萬(wàn)有特性曲線，可以確定發(fā)動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速 n、發(fā)車一定功率 eP時(shí)的燃油消耗率 b。 根據(jù)等速行駛車速 au 及阻力功率 P，在萬(wàn)有特性圖上（利用差值法）可確定相應(yīng)的燃油消耗率 b，從而計(jì)算出以該車速等速行駛時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的燃油消耗量（ ml/s）為 gPbQt ???????????????????????? （ ） 式中， b 為燃油消耗率 )]/([ hkWg ? , ? 為燃油的密度（ kg/L） , g 為重力加速度（ 2/sm ） , 汽油的 g? 可取 ~,柴油可 取為 。若加速度為 dtdu （ 2/sm ） ,則發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率 P（ kW）應(yīng)為 )3 6 0 07 6 1 4 03 6 0 0(1 3 dtdumuAuCG fuP aaDat ???? ?? ?????????????? （ ） 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 47 可以把加速過(guò)程分隔為若干區(qū)間，整個(gè)加速過(guò)程中的燃油消耗量即為這些區(qū)間之和，所以總油耗為 ?? ???????? ni nia Q 1 21???????????????? （ ） 加速區(qū)段內(nèi)汽車行駛的距離（ m）為 dtduuuS aaa 2122 ?? ????????????????????? （ ） 等減速行駛工況燃油消耗量的計(jì)算 減速行駛時(shí)，油門松開(kāi)（關(guān)至最小位置）并進(jìn)行輕微制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于強(qiáng)制怠速狀態(tài)，汽油耗量量即為正常怠速油耗。減速時(shí)間（ s）為 daadtduuut32 ?? ????????????????????? （ ） 式中，ddtdu 為減速度（ 2/sm ）； 2au 、 3au 為起始及減速終了的車速（ km/h） 減速過(guò)程燃油消耗量（ ml）為 idaaid Qdtduuut32 ???? ?????????????????? （ ） 式中， iQ 為怠速燃油消耗率（ ml/s）。從汽車使用要求來(lái)看，既不可脫離汽車燃料經(jīng)濟(jì)性來(lái)孤立地追求動(dòng)力性，也不能脫離動(dòng)力性來(lái)孤立地追求燃料經(jīng)濟(jì)性，最佳地設(shè)計(jì)方案是在汽車的動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性之間取得最佳折中。汽車動(dòng)力性燃料經(jīng) 濟(jì)性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)該能定量反映汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的程度，能夠反映出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與燃料經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮程度，能夠提示汽車實(shí)際行駛工況所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況與其理想工況的差異，能夠提示動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改善的潛力和可能的途徑。 1) 動(dòng)力性能發(fā)揮程度的評(píng)價(jià)指標(biāo) —— 驅(qū)動(dòng)功率損失率 在行駛檔位一定的情況下，驅(qū)動(dòng)功率損失率表示實(shí)際汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)特性與理想的動(dòng)力傳動(dòng)系的差距，反映了汽車動(dòng)力性的大小與汽車動(dòng)力性能發(fā)揮程度。 2) 經(jīng)濟(jì)性能發(fā)揮程度的評(píng)價(jià)指標(biāo) —— 有效效率利用率 有效效率利用率為發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況平均有效效率與經(jīng)濟(jì)區(qū)有效效率的比值。 3) 汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配的綜合指標(biāo) —— 汽車能量利用率 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 50 汽車能量利用率是指燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車有用功的效率。這個(gè)指標(biāo)把發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的固有特性與汽車實(shí)際行駛條件相接合，既反映汽車具有的能力，又反映了 汽車的實(shí)際使用效果，因此用它作為汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)合理匹配綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，既反映汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與使用工況的匹配程度，又能提示動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)改善的潛力和途徑。驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比 0i 增大，可以增加汽車的后備功率，使汽車加速性能得以提高。由于 0i 增大，汽車后 備功率雖增大了，但在等速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率卻降低，一般發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率在９０％左右時(shí)經(jīng)濟(jì)性最佳，隨著負(fù)荷率的減少，燃料消耗率逐漸增加。本論文就是在這樣的約束條件下來(lái)優(yōu)化選取驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比。這樣，一方面可以在相同的道路條件與車速下，發(fā)動(dòng) 機(jī)的后備功率小，負(fù)荷率高，燃料消耗率低。這樣不但換檔方便，而且增加了發(fā)動(dòng)機(jī)在低油耗區(qū)工作的可能性，從而提高了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性。因此，為滿足汽車的最大爬坡要求，汽車的最大牽引力應(yīng)為： ??? s inc o s01m a x GGfr iiM Tge ?? ??????????????? （ ） 式中 maxeM —— 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 （ mN? ）； 1gi —— 變速器Ｉ檔傳動(dòng)比； 0i —— 驅(qū)動(dòng)橋主減速器傳動(dòng)比； T? —— 傳動(dòng)系效率； ｒ —— 車輪滾動(dòng)半徑（ｍ）； ? —— 道路坡道角； Ｇ —— 汽車總重（Ｎ）； ｆ —— 滾動(dòng)阻力系數(shù)。因此，希望在實(shí)際工況下，汽車的燃料消耗量為最少，就必須合理的選擇驅(qū)動(dòng)橋與變速器的傳動(dòng)比。 表 汽車各參數(shù)值的匯總 表 車輪半徑 ( r ) 滾動(dòng)阻力系數(shù)（ f） 空氣阻力系數(shù)（ DC ） 迎風(fēng)面積（ A） 5 2m 整車總質(zhì)量（ m） 9290kg 9290kg 傳動(dòng)系機(jī)械效率（ T? ） 附著系數(shù)（ ? ） 最大扭矩（ maxeM ） 353 mN? (n=1300r/min) 最大爬坡度（ maxi ） 28% ( ? ) 最大道路阻力系數(shù)（ max? ） 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ n） 3000r/min 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量（ fI ） 2mkg? 二前輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 1wI ） 2mkg? 四后輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ 2wI ） 2mkg? 驅(qū)動(dòng)輪法向反作用力（ ?z ） 67914 N 重力加速度（ g） kgN/ 怠速油耗（ idQ ） 由于最高檔為直接檔（ 15?gi ）， 變量 5X 也就是代表了驅(qū)動(dòng)橋主減速器的傳動(dòng)比 0i 。該六循環(huán)工況由 3個(gè)等速行駛工況、 2 個(gè)等加速行駛工況和 1個(gè)等減速工況組成，載貨汽車必須滿載，在路面良好、平直，縱向坡度在 %之內(nèi)的道路上進(jìn)行。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） SJ 汽車的動(dòng)力性仿真分析 54 eP 為發(fā)動(dòng)機(jī)凈功率 kW ， eP 可以按照以下公式計(jì)算 )(1 wfTe PPP ?? ? ?????????? ?????????? （ ） 表 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性曲線的擬合公式 n/(r* 1min ) 0B 1B 2B 3B 4B 815