汽车总布置讲座.ppt

汽车设计 合肥工业大学汽车教研室马恒永 汽车总体设计 总布置 汽车设计教材与参考书 张洪欣 汽车设计 机械工业出版社1989 第一版 王望予 汽车设计 第三版 机械工业出版社2000 王望予 汽车设计 第四版 机械工业出版社2004 刘惟信 汽车设计 清华大学出版社2001 汽车工程手册编委会 汽车工程手册 设计篇 人民交通出版社2001 长春汽车研究所 汽车设计手册 1998 汽车技术 1972 1975 机械工程手册编委会 机械工程手册 汽车篇 机械工业出版社1997 汽车设计丛书 离合器 变速器 圆锥齿轮与双曲线齿轮传动 汽车车桥设计等 人民交通出版社 清华大学出版社 日 武田信之 载重汽车设计 人民交通出版社1998 日 自动车工学 德 汽车工程手册 汽车总体设计 1 1概述1 2汽车型式选择1 3汽车主要参数选择1 7汽车总体布置1 8汽车总体运动较核 1 1概述 1 1 1汽车分类1 1 2总体设计基本要求1 1 3汽车新产品开发程序1 1 4概念设计1 1 5汽车的产品型号 1 1 1汽车分类 GB T15089 机动车辆及挂车分类 GB T3730 1 汽车和挂车类型的术语及定义 其它标准中关于汽车分类的引用 中国汽车分类标准 GB T15089 机动车辆及挂车分类 GB T15089 2001 机动车辆及挂车分类 L M N O G 类 L类 两轮或三轮机动车辆 按发动机排量和车速分为L1 L5五类 M类 至少有四个车轮并且用于载客的机动车辆 按乘员座位数 含驾驶员座位 和最大设计总质量分为M1 M3三类 其中M2 M3类又细分为A B 级 N类 至少有四个车轮并且用于载货的机动车辆 按最大设计总质量分为N1 N3三类 N1 ma 3500kg N2 3500kg ma 12000kg N3 ma 12000kg O类 挂车 包括半挂车 按最大设计总质量分为O1 O2 O3 O4四类 G类 满足特定条件的M N类的越野车辆GB T15089 1994 机动车辆分类 L M N O 类 L类 少于四个车轮的机动车辆 按发动机排量和车速分为L1 L5五类 M类 至少有四个车轮 或有三个车轮且最大设计总质量超过1t的载客机动车辆 按乘客座位数 除驾驶员座位 和最大设计总质量分为M1 M3三类 其中M1类又细分为M1a M1b类 N类 至少有四个车轮并且用于载货的机动车辆 按最大设计总质量分为N1 N3三类 N1 ma 3 5t N2 3 5t ma 12t N3 ma 12t 与2001相同 O类 挂车 包括半挂车 按最大设计总质量分为O1 O2 O3 O4四类GB T15089 1989 汽车分类 类 GB T15089 1989 汽车分类 类 载货汽车按最大总质量分为 微型 ma 1 8t 轻型 1 8t ma 6t 中型 6t ma 14t 重型 ma 14t 货车 越野汽车按最大总质量分为 轻型 ma 5t 中型 5t ma 13t 重型 13t ma 23t 超重型 ma 23t 越野汽车 自卸汽车按最大总质量分为 轻型 中型 重型 矿用自卸汽车 牵引汽车按结构特征和用途分为 半挂 全挂牵引汽车 专用汽车按结构特征和用途分为 厢式 罐式汽车等 客车按总长分为 微型 轻型 中型 大型客车 轿车按发动机排量分为 微型 普通 中级 中高级 高级轿车 备用分类号 半挂车按最大总质量分为 轻型 中型 重型 超重型半挂车 P1 注 汽车产品图样编号中的汽车类型代码仍沿用该标准分类号 1 9 但不能再引用其中微型 轻型 中型和重型等术语和定义 GB T3730 汽车和挂车类型的术语及定义 GB T3730 1 2001 汽车和挂车类型的术语及定义 汽车 类 乘用车主要用于载运乘客 座位数 含驾驶员座位 的汽车 按其功用和结构分为11种 商用车用于载运人员和货物 不包括乘用车 的汽车 按其功用和结构分为客车 半挂牵引车和货车 种 其中客车系指座位数 的载运乘客的汽车 货车按其结构和用途分为普通货车 多用途货车 全挂牵引车 越野货车 专用作业车和专用货车 种 挂车汽车列车GB T3730 1 1988 汽车和半挂车的术语及定义 与GB T15089 1989 汽车分类 相同 分为 类 其它标准中关于汽车分类的引用 GB7258 2004 机动车运行安全技术条件 类 术语和定义中汽车分为 类 乘用车 客车 半挂牵引车 货车 专用作业车 气体燃料汽车 两用燃料汽车 双燃料汽车和电动汽车 另有挂车和汽车列车 GB12676 1999 汽车制动系统结构 性能和试验方法 汽车类型采用GB T15089 1994 机动车辆分类 L M N O类 QC T698 1 2004 车辆说明文件第一部分 车辆注册技术参数表 车辆类型应按GB T37310 1 2001 汽车和挂车类型的术语及定义 的规定填写 例如 乘用车 货车 半挂牵引车 客车 挂车 专用车 车辆类型也可按其附录B的规定填写 车辆类型分类是GA24 4 2001 机动车登记信息代码机动车辆类型代码 规定的术语 例如 车辆规格术语中的载货汽车分 微型 车长 3 5m ma 750kg 轻型 车长 6m ma 4500kg 中型 车长 6m 4500kg ma 12000kg 和重型 车长 6m ma 12000kg 车辆排放限值 燃料消耗量试验方法标准 商用车 其它标准中关于汽车分类的引用 GB18352 2 2001 轻型汽车污染物排放限值及测量方法 汽车类型采用GB T15089 1994 机动车辆分类 适用于最大总质量 3 5t的M1 M2和N1类车辆 称轻型汽车 GB17691 2001 车用压燃式发动机排气污染物排放限值及测量方法 汽车类型采用GB T15089 1994 机动车辆分类 适用于车速 25km h的M2 M3 N1 N2 N3类车辆和最大总质量 3 5t的M1类车辆 装用压燃式发动机 已按GB18352 2 2001认证的M1和N1类车辆不按该标准 GB T12545 1 2002 乘用车辆燃料消耗量试验方法 汽车类型采用GB T15089 2001 适用于M1类和最大总质量 2t的N类车辆GB T12545 2 2002 商用车辆燃料消耗量试验方法 汽车类型采用GB T15089 2001 适用于M2 M3类和最大总质量 2t的N类车辆GB T19233 2003 轻型汽车燃料消耗量试验方法 汽车类型采用GB T15089 2001 适用于车速 50km h的M1类 最大总质量 3 5t的M2类和N1类车辆 称轻型汽车 1 1 2总体设计基本要求 外廓尺寸与轴荷分配符合GB1589 2004 道路车辆外廓尺寸 轴荷及质量限值 要求汽车性能达到国家 机动车辆类 汽车产品 强制性认证实施规则 CNCA 02C 023 2002 A2 有关标准和设计任务书要求运动校核保证汽车有正确的运动和避免运动干涉拆装与维修方便 P2 1 1 5汽车的产品型号 GB9417 88 汽车产品型号编制规则 车辆类别代号 表1 2 企业名称代号 汉语拼音字母 主参数代号 数字 产品序号 数字 汉语拼音字母或数字 企业自定代号 专用汽车分类代号 汉语拼音字母 结构特征 用途特征 轿车 发动机排量 L 客车 总长 m 其它 总质量 t 例 CA7600 TJ6481 EQ2080 HY5500GJYZ P15 1 2汽车型式选择 P5 汽车类型 GB T15089 2001 GB T3730 1 2001车型构成 商品等级 车身型式 驱动型式 发动机 变速器 驱动桥和悬架等总成结构型式 形式选择 汽车的不同形式 主要体现在轴数 驱动形式以及布置形式上的区别 轴数驱动型式布置形式 汽车轴数 P5 轴数形式 二轴 三轴 四轴甚至更多的轴数影响选取轴数的因素 汽车的总质量 道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力汽车轴数方案轿车均采用二轴 总质量较小 载货汽车严格遵循GB1589 2004 道路车辆外廓尺寸 轴荷及质量限值 要求二轴 总质量 16t 轴荷 10t 三轴 后并装双轴 16t 总质量 25t 轴荷 10t 四轴 前后并装双轴 和四轴以上 前后并装双轴或三轴 总质量 25t 轴荷更大采用 非公路行驶汽车多数采用二轴 轴荷不受道路桥梁限制如矿用自卸车等 汽车驱动型式 P5 驱动形式有4x2 4x4 6x2 6x4 6x6 8x4 8x8等 其中前一位数字表示汽车车轮总数 后一位数字表示驱动轮数 影响选取驱动形式的因素汽车的总质量和通过性汽车驱动方案轿车和总质量小的公路用汽车 均采用4x2 总质量在19 26t的公路用汽车 采用6x2或6x4 越野汽车 采用全轮驱动形式 提高汽车通过性 汽车布置形式 P6 布置形式指发动机 驱动桥和车身 或驾驶室 的相互关系和布置特点 影响选取布置形式的因素汽车使用性能汽车车身与布置形式方案轿车车身与布置形式载货汽车布置形式客车布置形式 汽车布置形式 P6 布置形式指发动机 驱动桥和车身 或驾驶室 的相互关系和布置特点 影响选取布置形式的因素汽车使用性能汽车车身与布置形式方案轿车车身与布置形式载货汽车布置形式客车布置形式 轿车车身与布置形式 P6 19 轿车布置形式 发动机布置形式 轿车车身形式 载货汽车布置形式 P7 货车布置形式 发动机布置形式 长头式 短头式 平头式 偏置式 某些重型汽车采用 客车布置形式 P8 发动机前置 后桥驱动 发动机中置 后桥驱动 发动机后置 后桥驱动 1 3汽车主要参数选择 主要尺寸L B 外廓尺寸 LF LR P9 质量参数m0 ma m 轴载分配 P12 性能参数动力性 燃料经济性 机动性 操稳 平顺性 制动性 通过性等 P13 P9 1 7汽车总布置设计 P21 总布置设计对汽车总成 部件进行空间布置并使其达到最佳组合的设计 以实现概念设计提出的目标 总布置设计结果总布置图 总布置草图 校对图 总布置图作用总布置草图 描述总布置设计师的总体方案和主要尺寸控制并提供各总成 部件设计师进行相关设计的依据和边界条件 通常包括 总布置草图和 总布置尺寸控制图 总布置校对图 校对确认总布置设计是否合理及各系统总成设计师的设计是否符合总布置设计的要求 总布置图绘制 满载 总布置尺寸校核图 总布置考虑的主要项目 发动机与传动系布置 转向装置 悬架和制动系布置 车身内部 载货 客 空间布置 驾驶区座椅 踏板和变速杆等布置 燃料箱 备胎 行李箱和蓄电池等附件布置 底板 仪表板等车身基本骨架形状 发动机舱 室内装置和后行李舱等局部空间布置 悬架 轮胎 车轮 的工作范围 1 7 1总布置草图绘制 满载状态 画总布置基准线 总布置坐标系 总布置基准线 坐标系 P21 地面线 车架上平面线 前轮中心线 汽车中心线 货车 客车 车架上平面 车架纵梁上翼面较长的一段 客车 承载式车身 车身中部地板或边梁上翼面 轿车 车身地板平面或通过前轮中心的水平线 基准线 坐标系画法 轿车总布置基准线 坐标系 前轮中心 X O Z 地面线 Z 总布置基准线 坐标系画法 前轮垂直线 后轮垂直线 O 总布置基准线 坐标系 F 后轴中心线 O Z 前轮中心线 总布置基准线 坐标系 P21 F 前轮垂直线 后轮垂直线 地面线 车架上平面线 X O F 0 5 1 5 后轮中心线 货车与客车的车架上平面线 一般设计成与地面线有一个小夹角 F 0 5 1 5 即前低后高 以保证汽车在驱动行驶时车厢能趋于水平 画总布置草图常将车架上平面线置为水平线 而地面线为斜线 轿车不必如此 地面线皆为水平线 车身与驾驶区布置 车架上平面线 P25 车身位置 与汽车车身形式有关 并保证车身不与其他部分干涉 车身内部与驾驶区布置 主要考虑乘坐舒适性 安全性和人体特性要求货车系指驾驶室内部 操纵机构 仪表板与驾驶员座椅 尺寸和布置 轿车 客车包括车身内部及其乘客座椅尺寸和布置 表1 5 图1 14 15 人体基本尺寸 表1 16 18 图1 16 18 内部尺寸范围 货车驾驶室内部布置 P29 图1 17 表1 17 轿车车身内部布置 P27 图1 16 表1 16 轿车车身内部布置示例 轿车车身内部布置 轿车车身内部布置 客车车身内部布置 P31 P31 图1 18 表1 18 货车车箱布置 货车货箱布置 影响汽车总体尺寸 轴荷分配 质心高度与货物装卸方便性 安全性等 Lr L hP 平头车和自卸车 动力总成 发动机 离合器 变速器 布置 前轮中心 注 发动机曲轴中心线一般设计成与车架上平面线向下有一个小夹角 E 货车1 4 轿车3 4 即前高后低 以减小传动轴夹角 1 发动机前置 后驱动 P22 图1 10 Z 总布置 动力总成布置发动机前置 后驱动 O 发动机的上下位置 影响质心高度 离地间隙和驾驶员视野 发动机的前后位置 影响前后轴荷分配 轿车前排座位的乘坐舒适性 传动轴长度和夹角 货车的面积利用率 发动机的左右位置 影响底盘系统的受力和发动机悬置 车架上平面线 发动机的上下位置布置 发动机的上下位置影响离地间隙和驾驶员视野以及油底壳与横拉杆之间的间隙 要求发动机有足够高的位置 以防止前轴碰发动机油底壳 要考虑到悬架缓冲块脱落以后 前轴的最大向上跳动量达70 100mm 降低发动机位置的高度 能改善驾驶员视野 同时有利于降低汽车质心高度 风扇和散热器的高度随发动机高度位置而定 要求风扇中心与散热器几何中心相重合 以使散热器在整个面积上接受风扇的吹风 护风罩用来增大送风量和减小散热器尺寸 为了保证空气的畅通 散热器中心与风扇之间间隙应有不小于50mm 无护风罩时可减小到30mm 空气滤清器高度影响发动机罩高度 其高度位于发动机进气歧管上 为此将空气滤清器做成扁乎状 发动机罩与发动机零件之间的间隙不得小于25mm 以防止关闭发动机罩时受到损伤 发动机前后位置布置 发动机的前后位置影响汽车的轴荷分配 轿车前排座位的乘坐舒适性 发动机前置后轮驱动汽车的传动轴长度和夹角 以及货车的面积利用率 发动机常布置成向后倾斜减小传动轴夹角 发动机前置 后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状 使曲轴中心线与水平线之间形成1 4 夹角 轿车多在3 4 之间 发动机前置 后轮驱动的轿车 前纵梁之间的距离必须考虑吊装在发动机上的所有总成 如发电机 空调装置的压缩机等 以及从下面 包括修理和技术维护情况下从上面 将发动机安装到汽车上的可能性 发动机的前后位置应与上下位置一起进行布置 发动机左右位置布置 发动机的左右位置影响底盘系统的受力和发动机悬置 发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致 少数汽车 如4x4汽车 考虑到前桥是驱动桥 为了使前驱动桥的主减速器总成上跳时不与发动机发生运动干涉 将发动机和前桥主减速器向相反方向偏移 驱动桥 传动轴布置发动机前置 后驱动 P23 主减速器主动轴线位置 与车架上平面有一个夹角 r 即向上翘起 以减小传动轴夹角 并使万向节传动轴两端夹角相等 轿车常将传动轴布置成 形方案 图2 21 可降低传动轴轴线的高度 有利于客厢地板和后排中间座椅的布置 减小地板凸包 驱动桥半轴中心位置 与驱动轮中心重合 差速器壳体中心线位置 最好与汽车中心线重合 以使左 右半轴通用 E 车架上平面线 悬架 转向装置布置 前悬架装置布置 前悬架钢板弹簧布置在纵梁下方 且成前高后低状 满足转向轮偏转所需要的空间和主销后倾角的要求 并保证悬架满载弧高fa 减振器应尽可能布置成直立状 以充分利用其有效行程 有利于缓和来自路面的冲击 空间不允许时才布置成斜置状 弹簧销 吊耳 CA1091前悬架 前悬架装置布置示例 EQ1090E前悬架 满载弧高fa 汽车满载时悬架在静载作用下的弧高取fa 10 20mm 以使在车架高度受限时能得到足够的动挠度值 后悬架装置布置 后悬架钢板弹簧 布置在车架纵梁外侧与车轮之间 且成前低后高状 并保证悬架满载弧高f0 板簧前端通过弹簧销和支架与车架连接 而后端用吊耳和支架与车架相连 有利于缓和来自路面的冲击 另应注意板簧上的 形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙 减振器 应尽可能布置成直立状 以充分利用其有效行程 空间不允许时才布置成斜置状 某轿车非对称钢板弹簧后悬架 后悬架装置布置示例 少片簧钢板弹簧后悬架 后悬架装置布置示例 某渐变刚度钢板弹簧后悬架 后悬架装置布置示例 主 副钢板弹簧后悬架 B B A2 转向摇臂 转向节臂 纵拉杆 纵拉杆 转向摇臂 转向装置组成与结构 转向传动轴 转向器 转向器 转向盘 转向轴 转向装置布置 P23 转向盘位置 由驾驶区布置确定 以保证驾驶员转向操作舒适 且转向轴线应与汽车中心面平行 转向器位置 转向摇臂端点位置应考虑与转向桥悬架运动的协调问题 转向器转向摇臂端点布置在前悬架钢板弹簧跳动中心附近 即前钢板弹簧前吊耳支架偏后一点的位置处 转向盘转向轴 转向器连接 常通过转向传动轴相连 因为转向盘转向轴 转向器转向器常不同轴线 且可防止正面碰撞时转向盘后移对驾驶员影响 转向摇臂 纵拉杆 纵拉杆 转向节臂之间的夹角 在直线行驶位置时应尽可能接近直角 以保证有较高的传动效率 转向摇臂与纵拉杆铰接点 点位置 布置在转向节臂端点 1随悬架运动的跳动中心 2附近 即前钢板弹簧前吊耳支架偏后一点的位置处 以避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象 转向 前悬架 钢板弹簧 应考虑悬架运动与转向机构运动的协调问题 且满足转向轮偏转所需要的空间和主销后倾角的要求 转向 前悬架装置布置非独立式悬架 钢板弹簧 制动系布置 制动踏板布置 考虑人体特性要求 布置在更靠近驾驶员处 并且还要做到脚制动踏板和手制动操纵轻便 踩下制动踏板所需要的力 比踩下油门踏板要大得多 因此应检查杆件运动时有无干涉和死角 更不应当在车轮跳动时自行制动 制动管路布置 要注意安全可靠 整齐美观 在一条管路上 当两个固定点之间有相对运动时 要采用软管过渡 平行管之间的距离不小于5mm 或者完全柬在一起 交叉管之间的距离应不小于2Omm 同时注意不要将管子布置在车架纵梁内侧下其上 以免由于积水使管腐蚀 踏板布置 离合器踏板 制动踏板和油门踏板 布置在地板凸包与车身内侧壁之间 在离合器踏板左侧 应当留出离合器不工作时可以放下左脚的空间 因此 轮罩最好不要凸出到客厢内 油门踏板一般比制动踏板稍低 要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度 6Omm 的距离 油门踏板保证驾驶员应当用脚后跟支靠在地板上 因为汽车行驶时驾驶员要不停顿地踩油门踏板 所以要求踩下时轻便 变化操纵时仅仅是通过改变棵关节角度来达到 为了操纵方便 从驾驶员方向看 油门踏板布置成朝外转的样子 考虑人体特性要求 油箱 备胎 行李箱和蓄电池等附件布置 油箱 油箱应远离消声器 排气管和裸露的电器接头及开关 应布置在撞车时油箱不会受到损坏的位置 更不应当布置在发动机舱内 货车油箱一般布置在纵梁外侧 且和蓄电池分置两侧 轿车油箱常布置在行李箱内或靠近后排座椅的后部 备胎 应保证备胎拆装方便 并有利于汽车质心位置的降低 轿车备胎常布置在行李箱内 平置或立置于行李箱侧壁或后壁 货车备胎一般布置在车架尾部或车架中部货箱底板的下部 行李箱 应保证有足够的有效容积 中级轿车0 4 0 7m3 高级轿车为0 7 0 9m3 应能整齐地安放手提箱 底部应平整 客货两用轿车将后排座椅设计成可翻式 形成大容积的行李箱 蓄电池 蓄电池与起动机应位于同侧 并且它们之司的距离越近越好 以缩短线路 同时还要考虑拆装方便性和良好的接近性 1 7 2总体尺寸较核 货车 1 7 2总体尺寸较核 轿车 1 8汽车总体运动校核 P35 在进行总体设计时 需要对各相对运动的零部件进行运动校核 一般皆利用计算机分析软件 以确定它们的运动轨迹和运动空间 防止各部件之间产生运动干涉 运动校核一般包括以下各项 转向轮跳动和转向过程中与翼子板 转向杆系之间运动关系 传动轴随后轮跳动时的运动关系 转向杆系与悬架导向机构 转向轮 运动协调所产生的转向干涉 可通过分别作转向节臂球头随悬架运动和随直拉杆运动的轨迹求出干涉量 一般控制干涉量在产生轻微不足转向的范围内 后轮跳动时与翼子板间的相对关系 制动时前轴的扭转所产生的转向干涉 防止产生制动跑偏 驾驶区各种操纵机构的运动轨迹 主要校核各种操纵动作是否会发生干涉或人体的动作是否在舒适的范围内 可翻转的驾驶室翻转时 连接驾驶室和车架之间的杆件 软管和电线束等的运动轨迹校核 1 8 1转向轮跳动校核 转向轮 轮罩 翼子板 纵拉杆 车架