机械5

摘要 沙滩车是一种配有大轮轮胎的休闲车辆，主要适合在沙丘地带或者沙滩行驶。体现了美国本土沙漠运动车的造型风格，具有抗震式车架，减震行程长、强度高，飞跃承载能力强的前悬挂系统，大扭矩、低油耗、高耐热的发动机系统以及独特新颖的外观设计，沙滩车的演变是通过其他车型改装过来的，将同样改装过的引擎装在敞开的车架上就成为了最原始的沙滩车原型。改装重点要么是减轻车身重量，要么是提高动力性，目的都是加大扭矩和减轻车重的比率。这对在整体车身布置、动力总成选择、材料的选择应用、制动安全性、转向的轻便及时等各项性能是否能更好的适应沙漠或沙滩上都有着高要求。 沙滩车最初的用途是在沙漠里或者沙滩上行驶。但是沙滩车逐渐演化，针对不同的地形逐渐分化出不同的车型，这样在做的目的是为了可以针对性的提高车子的舒适性或者是车子的性能。现在沙滩车的发展方向集中：轮胎的改进、底盘改造、动力系统改装、沙滩车的轻量化、增加承载量。 目录 摘要1 Abstract 2 第1章绪论5 1.1课题背景、目的与意义5 1.2沙滩车的研究发展方向6 1.3沙滩车的组成和要求8 1.4本章小结9 第2章沙滩车总体设计10 2.1沙滩车形式的选择10 2.2沙滩车主要参数的选择10 2.3沙滩车车身形式16 2.4本章小结17 第3章沙滩车的整体选配18 3.1沙滩车车动力装置参数的选定18 3.1.1发动机参数的确定18 3.1.2发动机型号的确定19 3.2沙滩车制动的选定20 3.2.1制动器结构形式的确定20 3.2.2盘式制动器主要参数的选定21 3.2.3制动器型号的确定22 3.3沙滩车转向系的选定23 3.3.1转向系主要性能参数选定23 3.3.2转向系型号的确定24 3.4本章小结24 第4章轮胎的选择25 4.1轮胎基本参数的确定25 4.2轮胎负荷能力的计算25 4.3轮胎外轮廓断面形状设计26 4.3.1外直径D与断面宽B的确定26 4.3.2胎圈着合直径d的确定27 4.3.3断面高H与断面水平轴H1和H2的确定27 4.3.4断面最宽点半径rm的确定27 4.3.5胎圈着合宽度C的确定27 4.3.6行驶面宽度b与弧度高h和h‘的确定28 4.3.7外轮廓弧度的计算28 4.4本章小结29 结论30 致谢31 参考文献32 附录1 33 附录2 35 1.1课题背景、目的与意义 沙滩车是全地形车All Terrai
n Vehicle（适合所有地形的交通工具）缩写是ATV的俗称，又称"全地形四轮越野机车"。它是可以在任何地形上行驶的车辆，在普通车辆难以机动的地形上也能行走自如。 沙滩车在我国的应用在不断发展。例如2007年12月就有两辆我国自主研发生产的水陆两栖全地形车首次亮相在南极科学考察的大舞台上。而后，4辆全地形车（消防）还进入了北京奥运村。 由于我国沙滩车的消费状况有限，因而国内生产的沙滩车主要依靠国际市场需求的增长，且以欧、美和东南亚地区为主。据统计，2000年全球沙滩车的市场规格为50万台左右，现在已达到100万台的规模。其中，美国沙滩车消费占了全球总销量的80％左右，2004年就达到80万辆。 2007年，尽管受人民币不断升值、出口退税率下调等不利因素的影响，但对九十多家沙滩车企业统计，滩车出口25.74万辆，同比增长25.13％。 2008年我国具有出口四轮全地珙车资质的生产企业）商业部和国家发展改革委员会共同认定）就有近200家。2008年1月份出口1.32万辆（同比下降1.76％），2月份出口2.35万辆（同比下降7.81％）等。 如今的ATV都用于工作和娱乐。 1、工作的应用包括农田，牧场，建筑工地，油田和现场维修等。与此同时ATV也运用在执法，军用和营救方面。 2、娱乐应用包括野外驾驶；拖拉物品，比如渔船，露营或打猎装备，拉送木材回家。 而且汽车的发展一直是朝一种多元化的发展方向，随着时代的变化人们物质生活的不断提高，对汽车在不同的路况、天气的驾驶性、速度等方面都有着更高要求。沙滩车的设计更加强调设计者对传统设计的一种突破和结合时代潮流的新颖设计，无论是在软件上的运用和专业知识的掌握对设计者都是一个高难度的挑战。 沙滩车是一种配有大轮轮胎的休闲车辆，主要适合在沙丘地带或者沙滩行驶。体现了美国本土沙漠运动车的造型风格，具有抗震式车架，减震行程长、强度高，飞跃承载能力强的前悬挂系统，大扭矩、低油耗、高耐热的发动机系统以及独特新颖的外观设计，沙滩车的演变是通过其他车型改装过来的，将同样改装过的引擎装在敞开的车架上就成为了最原始的沙滩车原型。改装重点要么是减轻车身重量，要么是提高动力性，目的都是加大扭矩和减轻车重的比率。这对在整体车身布置、动力总成选择、材料的选择应用、制动安全性、转向的轻便及时等各项性能是否能更好的适应沙漠或沙滩上都有着高要求。 1.2沙滩车的研究发展方向 沙滩车最初的用途是在沙漠里或者沙滩上行驶。但是沙滩车逐渐演化，针对不同的地形逐渐分化出不同的车型，这样在做的目的是为了可以针对性的提高车子的舒适性或者是车子的性能。现在沙滩车的发展方向集中于以下五点： 一、轮胎的改进 轮胎是车辆性能最主要的展现者，因此沙滩车的改进根本在于轮胎。车辆的四驱能力再好，越野能力再强，动力再大，刹车再好，都要通过轮胎来表现。因此轮胎成为了主要的改进方向。 第一：选择合适的轮胎。越野轮胎有很多中，为适合不同的路面状况设计不同的花纹，沙地、泥地、碎石路、各种轮胎花纹都有自己的特点，根据行驶路况要选择合适的轮胎花纹。 第二：加大轮胎尺寸。大多数厂商都是通过选择轮胎的尺寸时候选择比原有车设计尺寸更大的轮胎，大尺寸的轮胎在沙地和泥地路况也有更好的性能表现。 第三：通过轮胎加工中配制硅原料。提高抓地性能和耐磨性能，让胎壁的整体变形状态达到了最合适的优化设计，从而保证胎壁较强的柔韧性和最大限度的减小胎面变形，而保证沙滩车在沙漠和沙滩有更好的表现。 二、底盘改造 底盘的改造有两个目的，一个是为适应更艰苦的路况，另一个是为了适应大尺寸的轮胎。城市车底盘设计有很大一方面因素是为了城市路况的舒适性设计的，这样的悬挂往往偏软，在越野路况就不能表现出好的附着力和车身稳定性，因此底盘悬挂的改装就要从加强悬挂系统的表现力开始着手，更换适合的弹簧、减震器、胶套、支臂、护板等配件，以加强悬挂系统的可靠性。第二，在更换大尺寸轮胎以后，原车悬挂的行程就不能满足大尺寸轮胎的需要了，因此要加大底盘悬挂的行程就是必然的了。沙滩车的底盘改造是严紧的系统工程，也是一个严肃的系统工程，配件之间的匹配是关键的，改装部件是不是全也是很关键的，只有全面的改装才能适应以后的悬挂系统需要，否则就会带来诸多的问题，还有可能影响行车安全。 三、动力系统改装 沙滩车的动力改装也同一般的车辆不一样，小车的发动机动力改装目的是为了竞速，改装时考虑功率多一些，改装方法主要是以涡轮增压或者机械增加等手段为主，而沙滩车对发动机的扭矩参数更看重，尤其是发动机低转速的扭矩。从根本上讲，能显著提高发动机低转扭矩的方法只有更换大排量的发动机，但是受到沙滩车本身车身大小的限制。现今市面上大多数厂商更多的是借助轮边减速器已达到动力上的上的要求。 四、沙滩车的轻量化 轻量化对于整个汽车产业的发展都具有着重要意义，汽车的油耗和动力主要取决于发动机的排量和汽车的总质量，在保持汽车整体品质性能和造价不变时优化的前提下，通过降低汽车自重量来提高输出功率，降低噪声、提升操纵性、可靠性、提高车速、降低油耗、减少废气排量、提升安全性是汽车轻量化的最总目的。 研究数字表明整车重量是降低10油效率可提高68若混合阻力减小10油效率可提高3若车桥变速器等装置的传动效率提高10油效率可提高7汽车车身约占汽车总质量30空载情况下约70油耗用在车身质量上，因此车身变轻对于整车的燃油经济性、车身控制和定性的碰撞安全性都有裨益。能源日趁紧张和环境压力加剧，车身的轻量化技术已经成为汽车工业发展中的重要研究课题之一，当然这也成为了沙滩车改造必要环节之一。 目前沙滩车轻量化主要途径： 1、对汽车整体布置，发动机等零部件进行结构优化。 2、使用材料方向通过替代或新材料来使汽车轻量化，在这方面主要是使用复合材料 3、采用先进的制造工艺 五、沙滩车的承载量 双座转向盘沙滩车是娱乐场汽车运动运送人员到达指定位置的专用车辆，也应用于特殊场地承担特种作业任务。通过双座方向盘沙滩车的研制，可改善工作环境，减轻疲劳强度，提高其工作的效率和安全性，满足需要，有重要的使用价值。 1.3沙滩车的组成和要求 沙滩车是基于对四轮摩托的改造或对小型的甲壳虫汽车的改装演变过来的，它基本由动力装置、转向装置、制动装置、车轮组成。 动力装置：是沙滩车的核心部分，决定了沙滩车在沙地上行驶的动力保障。 转向装置：指控制汽车转向运动的部分，由驾驶员直接或间接操作，转向力全部或部分呢由驾驶员的肌肉来提供。转向控制装置包括直到转向效果变为机械、液力或电力方式提供之处为止的全部零件，如转向盘、转向轴、转向器。 制动装置：由于沙滩车本身的限制对于制动的要求是机动和轻便，所以基本组成制动器和传动装置。 车轮：车轮与轮胎式汽车的行走部件，安装在车架上，可以绕车轴转动并沿地面滚动。轮胎及车轮将汽车发出的作用力传给地面，同时将地面给予的反作用力传回沙滩车。 对沙地路面行驶的要求： 1、长距离沙地行驶，须保证你驾驶车辆的四轮驱动系统可靠完善。沙地行驶，由于行驶阻力加大，按照沙化程度，要分别使用4轮高速驱动方式，以及4轮低速驱动方式，而且使用时间和持续使用强度都相对较大，这些对于你车辆的整个动力系统、传动系统、悬挂系统都是不小的考验。很多四轮驱动档位切换装置平时很少使用，或根本没有使用过，或是刚刚进行的调整维修，这些车辆的应仔细的检查轮驱动装置是否可靠，档位是否正确，切换是否顺畅，否则在野外出了问题那将带来生命危险。 2、动力系统也需要稳定可靠。为了抵抗沙地所带来的行驶阻力，发动机需要提供更大的传动扭矩和功率来维持车辆在这一地形的行驶，发动机会长时间频繁工作在扭矩峰值和功率峰值转速附近，发动机机油压力须保持稳定，传动皮带工作可靠，冷却液循环散热可靠，应绝对避免怠速水温高、高速行驶水温高的车辆在这样的地形地貌上行驶。 3、传动系统的传动十字轴，传动轴轴套，传动系统各部位的油封应润滑良好，密封可靠，否则沙地行驶时大量的沙尘将严重磨损你车的各个传动部位。比较常见的是前后传动轴十字轴损坏，前桥半轴十字轴损坏，这些故障都足以让车辆停滞不前。另外频繁的高转速使用车辆对于手排挡车离合器系统要求须工作可靠，切换正常。 4、更加宽大的轮胎，或选用更适合于沙地行驶的MT轮胎，会让你的车辆在这种地形上发挥更好的行驶性能和操控性能。 1.4本章小结 本章对沙滩车的历史演变进行概述，沙滩车最初的用途是在沙漠里或者沙滩上行驶。但是沙滩车逐渐演化，针对不同的地形逐渐分化出不同的车型从审计的难度和沙滩车的设计创新为切入点，说明了本设计的立题目的与意义，解释沙滩车沙滩车是一种配有大轮轮胎的休闲车辆，主要适合在沙丘地带或者沙滩行驶。体现了美国本土沙漠运动车的造型风格，具有抗震式车架，减震行程长、强度高，飞跃承载能力强的前悬挂系统，大扭矩、低油耗、高耐热的发动机系统以及独特新颖的外观设计，沙滩车的演变是通过其他车型改装过来的，及沙滩车的组成及要求它基本由动力装置、转向装置、制动装置、车轮组成。 第2章沙滩车总体设计 2.1沙滩车形式的选择 一、驱动形式 沙滩车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等，是影响选取驱动形式的主要因素。增加驱动轮数能提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，沙滩车的结构复杂，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变的困难。沙滩车本身条件的限制，所以采用结构简单、制作成本低的4x2驱动形式。 二、布置形式 布置形式是指发动机、驱动桥和车身的互相关系和布置特点而言。沙滩车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，其布置形式对使用性能也有重要影响。 乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动、发动机后置后轮驱动、发动机前置后轮驱动三种，沙滩车车身形式的局限性和整体布置的要求，所以选择发动机后置后轮驱动的布置形式。 发动机后置后轮驱动的优点：除了动力总成的布置成一体而使结构紧凑以外，汽车前部高度有条件下降，改善了驾驶员视野；同时排气管不必从前部向延伸，加上可以省掉传动轴，改善了驾驶员的出入条件；整车整备质量小；上坡行驶时，由于驱动轮附着力增加，爬坡能力提高；当发动机布置在轴距外时轴距短，汽车动力性能好①。 2.2沙滩车主要参数的选择 汽车主要参数包括：尺寸参数、质量参数、汽车性能参数 一、汽车主要尺寸的确定 汽车的主要尺寸有外廓尺寸、轴距、轮距。 1、外廓尺寸 GBl58989汽车外廓尺寸限界规定汽车外廓尺寸长：货车、越野车、整体式客车不应超过12m，单铰接式客车不超过18m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车列车不超过20m；不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m；空载、顶窗关闭状态下，汽车高不超过4m；后视镜等单侧外伸量不得超出最大宽度处250mm；顶窗、换气装置开启时不得超出车高300mm。 沙滩车总长是轴距L、前悬和后悬的和。它与轴距L有下述关系：La＝L/C。式中，C为比例系数，其值在0.52～0.66之间。发动机前置前轮驱动汽车的C值为0.62～0. 66，发动机后置后轮驱动汽车的C值约为0.52～0.56。 沙滩车总长La＝L/C=1800/C=2800mm 沙滩车宽度尺寸一方面由乘员必需的室内宽度和车门厚度来决定，另一方面应保证能布置下发动机、车架、悬架、转向系和车轮等。轿车总宽与车辆总长之间有下述近似关系：Ba＝(La/3)＋(195±60)mm。故取Ba=2000mm 沙滩车总高=轴间底部离地高地板及下部零件高室内高车顶造型高度 沙滩车总高Ha=Hm Hp Hb Ht=1300mm 2、轴距 轴距L对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径有影响（表2-1）。当轴距短时，上述各指标减校此外，轴距还对轴荷分配有影响。轴距过短会使车厢(箱)长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性和操纵稳定性变坏；车身纵向角振动增大，对平顺性不利；万向节传动轴的夹角增大。 表2-1各类汽车的轴距和轮距 车型类别轴距L/m轮距B/m 4×2载货汽车汽车总质量 Ma/t <2.2 2.2~3.4 3.5~5.9 6.0~9.9 10.0~13.9 14.0~25.0 1.70~2.90 2.30~3.20 2.60~3.60 3.60~4.20 3.60~5.00 4.10~5.60 1.15~1.35 1.30~1.50 1.40~1.65 1.70~1.85 1.84~2.00 1.84~2.00 矿用自卸车<60 >60 3.20~4.20 3.90~4.80 1.84~3.20 2.50~4.00 大客车城市大客车（单车） 长途大客车（单车） 4.50~5.00 5.00~6.50 1.74~2.05 1.74~2.05 轿车微型 普通级 中级 中高级1.65~2.40 1.10~1.27 2.12~2.54 1.15~1.50 2.50~2.86 1.30~1.50 2.85~3.40 1.40~1.58 续表2-1各类汽车的轴距和轮距 车型类别轴距L/m轮距B/m 轿车高级3.40~3.90 1.56~1.62 二、汽车质量参数的确定 1、整车整备质量M0 车整备质量是指车上带有全部装备(包括随车工具、备胎等)，加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量（表2-2）。 整车整备质量对汽车的成本和使用经济性均有影响。目前，尽可能减少整车整备质量的目的是通过减轻整备质量增加装载量或载客量；抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加；节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有：采用强度足够的轻质材料，新设计的车型应使其结构更合理。减少整车整备质量，是从事汽车设计工作中必须遵守的一项重要原则。 表2-2各类车人均整备质量值 车型微型轿车普通级轿车中级轿车中高级轿车30座以下客车大客车 人均整备质量/t 0.15~0.16 0.18~0.24 0.21~0.29 0.29~0.34 0.096~0.16 0.065~0.13 汽车总质量Ma 汽车的总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货是的整车质量。 沙滩车的总质量是由整备质量、乘员和驾驶员质量以及乘员的行李质量三部分构成。其中，乘员和驾驶员每人质量按65kg计 Ma=M0 65
n a
n=150×2 65×2 10×2=450kg 式中，
n为包括驾驶员在内的载客数；a行李系数，发动机排量小于2.5 a=10 三、汽车性能参数的确定 1．动力性参数 (1)最高车速随着道路条件的改善，汽车特别是中、高级轿车的最高车速有逐渐提高的趋势。选取120kmh。不同车型的最高车速的范围见表2-3。 (2)加速时间t汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大的加速强度加速到一定车速所用去的时间称为加速时间。对于最高车速＞100km／h的汽车，常用加速到100km/h所需的时间来评价。t选取10s。 (3)上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车上坡能力。因轿车、货车、越野汽车的使用条件不同，对它们的上坡能力要求也不一样。通常要求货车能克服30％坡度，越野汽车能克服60％坡度③。