毕业设计（论文）-前置前驱乘用车总体设计（全套图纸）.pdf

毕 业 设 计 说 明 书 设计题目设计题目: 前置前驱乘用车总体设计前置前驱乘用车总体设计 目次 1 引言 1 2 汽车主要形式的选择 1 2.1 汽车的轴数 1 2.2 汽车的驱动形式 1 2.3 汽车的布置形式 1 3 汽车主要参数的选择 2 3.1 汽车的主要尺寸参数 2 3.2 汽车的主要质量参数 3 3.3 汽车的主要性能参数 4 4 汽车主要总成部件的选择 7 4.1 发动机的选择 7 4.2 轮胎的选择 9 4.3 变速器的选择 10 4.4 其它总成的选择 12 5 汽车的总体布置设计 14 5.1 汽车总布置图基准线的确定 14 5.2 汽车主要总成部件的布置 14 5.3 车身的布置设计 15 5.4 运动校核 15 设计总结 17 参考文献 18 致谢 17 1 引言引言 本设计前置前驱乘用车总体设计作为整个汽车设计的第一个环节， 在整 个汽车的设计中有着十分重要的统领全局设计的作用，本文将从整车设计方案、 各总成的配合与协调、总体布置、设计计算等各个方面阐述该车的总体设计。 全套图纸加 153893706 2 汽车主要形式的选择汽车主要形式的选择 2.1 汽车的轴数汽车的轴数 本设计车辆为质量较轻的紧凑型乘用车， 设计目的仅为满足客户最基本的出 行需要，因此对轴荷的要求不高，一般常见的两轴便可满足要求，本设计便采用 结构、制造简单，成本较低的两轴式。 2.2 汽车的驱动形式汽车的驱动形式 本设计采用市面上最常见的 4X2 驱动形式。 2.3 汽车的布置形式汽车的布置形式 本设计采用前置前驱的布置形式,良好的转向不足特性使整车的操作稳定性、 舒适性都能得到保证。由于没有很长的传动轴，较短的传动路线使整车的总质量 比较轻，有利于提高汽车的燃油经济性，同时也降低了制造成本，良好的发动机 接近性也有利于日后的维修。 图 1 不同形式的布置形式 图 2 前置后驱的驱动形式 3 汽车主要参数的选择汽车主要参数的选择 3.1 汽车的主要尺寸参数汽车的主要尺寸参数 3.1.1 轴距 L 轿车的轴距与其市场定位、总体长度和用途有关，轿车的轴距与总长之间要 有适当的比例，轴距一般为总长的 54%60%。本次设计的 HG7164 乘用车作为一 款定位于家用、紧凑型的中级汽车，要达到机动性好、成本低的目的，因此轴距 不宜过长，参考表 1 提供的相关数据，本次设计轴距采用 2600mm。 3.1.2 前轮距 B1、后轮距 B2 轮距的大小对汽车的横向稳定性、整车总体宽度和总质量都会产生影响。轿 车一般的轮距可按照经验公式初步选定： B = 0.75B + 100(80)或 B = kL 其中，B轿车的轮距，mm； Ba轿车总宽，mm； L轿车轴距，mm； k系数，轿车一般取 0.50.54。 参考表 1 中各级别轿车的轮距，本次设计的汽车轮距取：前轮距 1475mm， 后轮距 1476mm. 表 1 各级别轿车的轴距和轮距 车型 类别 轴距 L/mm 轮距 B/mm 轿车 微型 20002200 11001380 普通 21002540 11501500 中级 25002860 13001500 中高级 25803400 14001580 高级 29003900 15601620 3.1.3 前悬L 和后悬L 汽车前悬的设计长度应考虑到在此长度内能否布置下发动机、转向器、水箱 等部件，过短会导致上述部件无法安装下，过长会导致汽车的接近角变小从而影 响通过能力。轿车后悬长度主要影响汽车后备行李箱的大小和轴核分配的要求， 过短过长分别会影响整车携带货物能力和离去角大小。本设计选取前悬 L = 905mm，后悬L = 1010mm。 3.1.4 外廓尺寸 轿车总长可根据下述经验公式选取： L = L + L + L 或L = L C 其中：L轴距，mm； L 前悬，mm； L 后悬，mm； C比例系数，对于前置前驱的汽车，取 0.620.66。 轿车总宽可按经验公式取值： B = L 3 + (195 60) 其中：B 汽车总宽，mm； L 汽车总长，mm。 本设计车辆总长取 4515mm，总宽取 1725mm，总高取 1445mm。 3.2 汽车的主要质量参数汽车的主要质量参数 3.2.1 汽车的装载量 轿车一般情况下主要用于载送乘客人员， 因此其装载量就是可承载的最多人 数，本车作为中级车最大载客量一般为 5。 3.2.2 汽车的整备质量 作为一项重要的设计指标， 汽车的整备质量的大小可以粗略评估一辆车整体 的使用油耗与设计成本。本车整备质量取 1250kg。 3.2.3 汽车的总质量 轿车的总质量可由下式确定： m = m + m + m 其中：m 汽车总质量，kg； m 汽车整备质量，为 1250kg； m 附加设备质量，取 55kg； m 乘客和驾驶员质量，每人以 65kg 计算，取 325kg。 根据上式便可得出该车的总质量，为 1630kg。 3.2.4 汽车的轴荷分配 汽车的轴荷分配即前后轴所承载重量占整车的比重。参考表 2，本车轴荷分 配为： 空载时：前轴 58%62%，后轴 38%42%； 满载时：前轴 50%55%，后轴 45%50%。 表 2 各类轿车的轴荷分配范围 车型 空载 满载 前轴 后轴 前轴 后轴 轿车 前置前驱 FF 56%66% 34%44% 47%60% 40%53% 前置后驱 FR 50%55% 45%50% 45%50% 50%55% 后置后驱 RR 42%50% 50%58% 40%45% 55%60% 3.3 汽车的主要性能参数汽车的主要性能参数 3.3.1 动力性参数 直接档和档最大动力因数D 和D D 的选择主要考虑对汽车加速性、经济性的要求，D 标志着汽车的 爬坡能力和通过能力的好坏，该两项参数的值均要求在表 3 所规定的范围内，随 后的计算中会对这两项参数进行校核。 最高车速u 参考表 3 的相关数据，本车设计最高车速为 180km/h。 比功率和比转矩 各国均对这两项指标有所规定， 参照表 3， 本车比功率拟定范围 4550kW/t， 比转矩拟定范围为 90100Nm/t。 表 3 轿车动力性参数取值范围 汽车类别 直接档最大 动力因数 D 档最大动 力因数 D 最高车速 u /（km/h） 比功率/ （kW/t） 比转矩/ （Nm/t） 轿 车 微型 发 动 机 排 量 1.0L 0.070.11 0.300.40 90120 1850 4060 普通级 1.01.6L 0.090.12 0.300.45 120160 3664 8099 中级 1.62.5L 0.110.13 0.300.50 160200 4368 90110 中高级 2.54.0L 0.130.15 0.300.50 180220 5072 95125 高级 4.0 0.150.20 0.300.50 200260 60110 100160 加速时间 本设计汽车采用 0 到 100km/h 的百公里加速时间，设计值定为 13s。 上坡能力 汽车的上坡能力一般用最大爬坡度来表示。 轿车的工作环境大部分在城市地 区， 路况通常较好， 因此所要求能达到的坡度要求不高， 本设计最大爬坡度 30%， 即16.7。 3.3.2 机动性参数 汽车机动性参数主要指汽车的最小转弯半径R ， 即当转向盘转至极限位置 时由转向中心至前外轮接地中心的距离，其值与汽车的轴距、轮距及车轮的最大 转向角有关。轿车的通常为轴距的 22.5 倍，参照表 4，该车的为 5.2m。 表 4 各级轿车的最小转弯半径 级别 R /m 微型 3.55.0 普通级 4.56.0 中级 5.06.5 中高级 5.07.0 高级 5.57.5 3.3.3 操纵稳定性参数 前、后轮侧偏角绝对值之差 本车设计值为2。 车身侧倾角 本车设计值为2。 制动点头角 为了减小汽车在通过凹凸路面时对乘客造成的不适感，汽车以 0.4g 的减速 度制动时，车身的点头角不应大于1.5，本车设计值为1。 3.3.4 行驶平顺性参数 汽车的行驶平顺性一般以垂直震动参数来表示，本设计以前后悬架的静、动 挠度或偏频及车身振动加速度等参数值作为设计要求。 表 5 给出了相关参数的取 值范围，通常情况下，n 与n 要接近且n 略大于n 。 表 5 汽车悬架的偏频、静挠度和动挠度 车型 满载时偏频n/Hz 满载时静挠度f /cm 满载时动挠度f /cm 前悬架n 后悬架n 前悬架f 后悬架f 前悬架f 后悬架f 轿 车 普通级、中级 1.021.44 1.181.58 1214 1018 811 1014 高级 0.911.12 0.981.29 2030 1526 811 1014 3.3.5 制动性参数 我国通常以车速 30km/h 的最小制动距离来评价汽车的制动效能，表 6 给出 了相关参数范围。 表 6 汽车制动距离的统计值范围 车型 v = 30km/h时的制动距离/m v = 50km/h时的制动距离/m 轿 车 微型 5.06.0 普通级 5.56.5 中级 5.56.5 中高级、高级 5.28.0 1419 3.3.6 通过性参数 在总体设计中需要确定的有：最小离地间隙h 、接近角、离去角及纵向 通过半径， 参照表7的取值范围， 本设计汽车h 取180mm， 取27， 取25， 取 6m。 表 7 汽车通过性的几何参数 车型 最小离地间隙 h /m 接近角 /（） 离去角 /（） 纵向通过半径 /m 轿 车 微型、普通级 0.120.18 2030 1525 35 中、中高、高级 0.130.20 58 4 汽车主要总成部件的选择汽车主要总成部件的选择 4.1 发动机的选择发动机的选择 4.1.1 发动机形式的选择 就目前整个汽车市场而言，绝大部分的汽车均采用往复活塞式内燃机，其分 为柴油机和汽油机两大类。从市场现有发动机可挑选性、质量、成本、震动、噪 声和可互换性等角度考虑，本设计汽车采用直列往复活塞式汽油发动机。 4.1.2 发动机最大功率及其相应转速 发动机最大功率可由汽车的最高车速来确定： P = 1 （ m gf 3600 u + C A 76140 u ） 式中，P 发动机最大功率，kW； 传动系的传动效率，轿车一般取 0.9； m 汽车总质量，取 1630kg； g重力加速度，取 9.8g； u 最高车速，km/h，本车取 180km/h； f滚动阻力系数，对轿车而言，f=0.0165+0.0001（u -50） ，其中u 为 车速（km/h） ，本车 f 计算得 0.0295； A汽车正面投影面积，m 。对于轿车而言，可按前轮距、汽车总高 等尺寸近似计算，即，对于本车而言，A 计算得 1.66； C 空气阻力系数，轿车一般取 0.280.4，本车取 0.3。 将相关参数带入式中，计算得： P = 1 0.9 1630 9.8 0.0295 3600 180 + 0.3 1.66 76140 180 = 68.56kW 由该式计算出的功率为发动机的净功率，即有效功率，而发动机最大额定功 率通常比有效功率高12%20%，所以可选择的发动机最大额定功率区间值为 76.7982.28kW。轿车发动机最大功率的相应转速n 一般比较大，多在 4000 以 上，参考其他同级车辆，本车拟定n = 6000。 4.1.3 发动机最大转矩及其相应转速 T = K T = 9549 K P n 式中，T 发动机最大转矩，Nm； K 转矩适应性系数，参考同级别发动机实验值选取，一般汽油 机取 1.11.3，本车取 1.15； T 最大功率点的转矩，Nm； n 最大功率点转速，r/min； P 发动机最大功率，kW。 将上述参数带入式中，可得： T = 9549 1.15 （76.7982.28） 6000 = （140.54150.59）N m n 和n 之间要求满足关系式： n n = 1.42.0 由此，n 可得取值区间为 30004285r/min，本设计取 3600。 根据上述计算与选择的相关主要参数， 本次设计车辆决定选用 F16D3 型发动 机，其相关性能参数如下表所示： 表 8 F16D3 型发动机性能参数 发动机型号 F16D3 气缸排列型式 L 型 进气类型 自然吸气 型式 MT/AT 排气量（ml） 1598 压缩比 9.5 供油方式 多点电喷 气门结构 双顶置凸轮（DOHC） 最大功率（kW/rpm） 78/6000 最大扭矩（Nm/rpm） 146/3600 排放法规 国四 缸盖材料 铝合金 缸体材料 铸铁 燃料类型 汽油 从参数中可以看出，该发动机最大功率为 76.7982.28kW范围内， 最大扭矩为 的设计范围，均满足设计要求 4.2 轮胎的选择轮胎的选择 轮胎的型号和尺寸是一项十分重要的计算参数 计算中对结果的影响甚大，需谨慎选取 图 3 由于子午线轮胎比起普通斜线轮胎和带束斜交轮胎有如耐磨性好 长、 附着性能好等众多优点， 综合考虑 R14）型轮胎：该轮胎的生产过程中使用环保的材料以降低工厂对环境的污染 同时在保证长使用周期的前提下能最大限度地降低汽车油耗和二氧化碳的排放 并保持高性能和安全性、提高驾驶舒适性 4.3 变速器的选择变速器的选择 4.3.1 最小总传动比i 最小总传动比i 可由最高车速来确定 式中，r 车轮滚动半径 n 发动机最大功率对应的转速 u 汽车最高车速 带入相关数据，得： i = 0 用下式对直接档最大动力因数 D 该发动机最大功率为 78 kW 在设计计算中所规定的区间 最大扭矩为 146 N m， 同样在（140.54150.59） 均满足设计要求。 轮胎的型号和尺寸是一项十分重要的计算参数，其在制动系、转向系的设计 需谨慎选取。 3 CINTURATO P1 型轮胎 由于子午线轮胎比起普通斜线轮胎和带束斜交轮胎有如耐磨性好、 使用寿命 综合考虑， 本设计选用倍耐力 CINTURATO P1 （ 该轮胎的生产过程中使用环保的材料以降低工厂对环境的污染 同时在保证长使用周期的前提下能最大限度地降低汽车油耗和二氧化碳的排放 提高驾驶舒适性。 可由最高车速来确定： i = 0.377 n r u 车轮滚动半径，计算得 0.289m； 发动机最大功率对应的转速，为 6000r/min； 汽车最高车速，为 180km/h。 0.377 6000 0.289 180 = 3.632 用下式对直接档最大动力因数D 进行校核： = F F G 0.113 在设计计算中所规定的区间 ）N m 转向系的设计 使用寿命 （185/65 该轮胎的生产过程中使用环保的材料以降低工厂对环境的污染， 同时在保证长使用周期的前提下能最大限度地降低汽车油耗和二氧化碳的排放， 查表 3 知该值在直接档最大动力因数D 要求的范围内，因此最小传动比 i 可取该计算值。 4.3.2 主减速器传动比i 本设计采用带有直接档的三轴式变速器，则主减速器传动比i 就等于传动系 最小总传动比i ，即i = 3.632。 4.3.3 最大传动比i 由 F = F + F 或 T i i r = Gfcos + Gsin 即 i G(fcos + sin )r T i 式中, T 发动机最大转矩，为 146Nm； i 1 档传动比； i 主减速器传动比，为 3.632； 传动系效率，取 0.9； r 车轮滚动半径，为 0.289m； f滚动阻力系数，取 0.0295； 最大爬坡度，取16.7。 将上述数据带入式中，可得： i 1630 9.8 (0.0295 cos16.7 + sin16.7) 0.289 146 0.9 3.632 = 3.05 用下式中对D 进行校核： D = fcos + sin = 0.3156 根据表 3 提供的档最大动力因素范围， 该值满足要求， 因此可取计算值范围。 同时，汽车驱动轮仍需满足路面附着条件： T i i r G 即 i r G T i 其中，路面附着系数，干燥、良好的沥青或混凝土路面一般为 0.7 0.8，这里取 0.75。 带入相关参数可得： i 0.289 0.52 0.75 1630 9.8 146 3.632 0.9 3.773 综上可知档传动比取值范围为3.05 i 3.773，本设计i 取 3.5。 4.3.4 档位数与各档传动比的选择 本车选用 5 档变速器。各档分配的传动比可按等比级数分配，即： i i = i i = i i = i i = q 因 5 档为直接档，即i = 1，则由i = 3.5，得 i = q，i = q ，i = q ，i = q 即： i = i = 1.368 i = i = 1.871 i = i = 2.559 但实际上各档传动比满足下式关系： i i i i i i i i 但各档位间的比值一般不超过，综合考虑，本设计变速器各档位传动比的分 配如下表所示： 表 9 变速器各档位传动比的分配 档位 1 档 2 档 3 档 4 档 5 档 倒档 传动比 3.5 2.5 1.8 1.32 1 3.3 4.4 其它总成的选择其它总成的选择 离合器、主减速器、悬架、转向系统、制动系统、车架与车身等剩余总成或 结构的选择均从成本、性能、质量等角度出发进行，本着减轻质量、节约油耗、 对汽车有良好适应性、满足合理的人机工程学等原则，选择出最可靠、安全、经 济的相关部件，现将选择的结构汇总于下表： 表 10 部分总成部件或结构的选择 离 合 器 类型 摩擦式离合器 从动盘类型 单盘 压紧机构 膜片弹簧 从动盘外径尺寸 180mm 工作环境 干式 分离指向 拉式 操纵机构 人力机械式 主 减 速 器 类别 单级式 齿轮副结构、轮齿类型 斜齿圆柱式 传动比 3.632 悬 架 系 统 前悬架 类型 麦克弗森式独立悬架 结构 滑动立柱、横摆臂、减震器 后悬架 类型 扭转梁随动臂式半独立悬架 结构 无需横向稳定器 转 向 系 统 转向类型 液压动力辅助 转向盘 三辐条式、皮革套、位置可调 转向轴 装配吸能装置、万向节，可锁止 转向盘极限圈数 3 圈 转向器类型 齿轮齿条式、可逆式 转向系角传动比 20 最小转弯半径 5.2m 制 动 系 行车制动形式 真空助力、ABS 助力比 5 双回路类型 型 驻车制动形式 机械式、可锁止 前 后 制 动 器 类型 盘式 制动盘直径 250mm 钳盘类型 浮钳盘式 驱动机构 简单制动 制动缸 主缸活塞直径 38mm 轮缸活塞直径 28mm 车 身 壳体形式 承载式 材料 铝合金 车门 开启方法 顺开式 数量 4 车窗 风窗 前、后均为曲面玻璃 升降玻璃 圆柱面、按钮式调节 附 属 装 置 及 安 全 座椅 前后位置、倾斜度可调 前、后保险杠及护条 安全气囊 三点固定式安全带 5 汽车的总体布置设计汽车的总体布置设计 5.1 汽车总体布置图基准线的确定汽车总体布置图基准线的确定 绘制汽车的总布置图，首先要确定各视图的基准线：地面线、前轮中心线、 车架上平面线、汽车中心线、前轮垂直线。这些基准线是绘图设计的参考基准， 对汽车的总体布置和制图有重大影响。 5.2 汽车主要总成部件的布置汽车主要总成部件的布置 5.2.1 动力总成的布置 发动机上下位置的布置要考虑发动机油底壳到路面的距离应满足汽车在满 载情况下对最小离地间隙的要求；发动机过高容易出现下面达到离地间隙极限、 上面碰到发动机罩的的现象，此时需要协调整车总布置和车身布置；发动机前后 位置的布置也应考虑轴荷分配与前排乘坐空间等因素以提高汽车的性能与乘坐 舒适性；前置前驱发动机的乘用车曲轴中心线与水平线常形成的夹角。 5.2.2 传动系的布置 传动系的布置形状从侧面看去一般为 U 形，这样可有效降低汽车地板高度， 增大后排座椅到前排座椅的距离。 5.3.3 转向系统的布置 转向盘的布置以保证驾驶员有充足外部视野和内部仪表视野为原则， 使方向 盘与水平面呈一定夹角。 转向杆件和转向器的布置要保证在极限运动范围内无死 角或死点，并且不能产生运动干涉，以保证转向系与整车运动协调。 5.3.4 制动系统的布置 操作方便是对制动踏板和手制动杆件的首要要求， 其次操纵杆件位移时应无 死角和干扰，以保证车身震动时不会发生自行制动的现象。 5.3.5 悬架的布置 轿车悬架的布置要满足汽车具有一定运动性的要求， 减震器尽可能直立布置 以充分利用有效行程。前悬架要留出足够空间满足转向轮的转向需求。 5.3.6 其他部件的布置 备胎的布置 布置在行李箱下以方便取出。 油箱的布置 布置在行李箱内，并远离消音器和排气管。 蓄电池的布置 为缩短线路与起动机同侧并要求距离达到最小。 声器的布置 消声器应尽量靠近刚性横梁并与地板间要留有足够间隙。 5.3 车身的布置设计车身的布置设计 车身的布置设计首先应确定各总成、 构件的主要控制点和主要中心线以作为 后续设计的依据点。然后进行车身内部的布置，在必要时，布置设计中应采用人 体模型以保证结构的合理性。 5.4 运动校核运动校核 本设计需要确定前轮转向轮的跳动、传动轴跳动、转向传动装置与悬架共同 运动。 图 4 转向拉杆与悬架导向机构的运动协调校核图 图 5 转向轮跳动图 图 6 传动轴跳动图 设计总结