汽车设计讲稿-第一章.doc

第一章 汽车的总体设计11 概述一总体设计1 对总体设计的原则要求：一个成功的汽车产品设计应该满足技术、社会、经济和艺术造型等方面的要求。总体设计应根据整车设计的总目标，明确各种的要求的主次地位，统一协调，使它们和谐地组合在一起，形成既先进又合理的方案，以达到预期目的。对总体设计的基本要求：外廓尺寸、轴荷、性能、运动不干涉、拆装维修。2 对总设计师要求： 丰富的工作经验，工作几年，最好搞过底盘和车身 理论水平高（力学） 熟悉掌握国内、国外汽车市场和技术、国内外工业动向 善于团结周围同志一道工作，有一定的组织能力3 准备（日常，设计前）收集资料与分析收集：设计结构使用、试验、生产、技术等方面资料、表格各种参数画出参数图（广告）技术发展水平报告、前后对比其他国家法规进行使用调查使用条件：包括道路、气候、风沙使用情况：运货品种、装卸方式、运输距离、行李箱、质量用户对汽车行使要求，需求量。进行生产调查：生产条件：厂地面积、厂房面积、技术力量（技术人员、技工技术等级）原材料来源及运输方式、水、电供应、排污。生产设备：现有和要买的设备、工艺水平。进行样车对比、试验分析二汽车开发程序1设计任务书编制阶段（1） （制定设计原则和方案论证）概念设计： 主要技术经济要求：对先进性、工艺性、继承性、生产成本和零部件通用化的要求 优先保证某些使用性能：如微型车优先保证经济性和机动性高级轿车，优先保证动力性、舒适性和操纵稳定性 使用、经济和制造三方面要求发生矛盾时，应作技术经济分析 有哪些变型要求之后，发挥创造性，提出整车设想画多幅总体方案图（图1-1）分析寻优选出主要方案进行比较（2）选型和编写设计任务书：选型：主要画总布置草图，然后是车身设计方案图与总布置草图的区别方案图：只画大轮廓，突出各方案的主要区别，如货车长、短头，发动机前、中、后置。总布置草图：仔细布置各部件，轴荷分配和质心高度进行计算调整确定。整车主要尺寸：轴距、总长、宽应符合法规和标准主要性能质量参数各总成基本型式：画出形状和尺寸车身设计：车身总布置图、外形构思图、彩色效果图、制作1：5模型。造型设计、制作精确模型、风洞试验、修改外形。根据车身设计结果修改总布置草图计算主要性能确定各部件的特性参数检查这些参数与整车参数的匹配情况，以便修改后保证主要性能指标实现。编写设计任务书（以金龙牌邮政车为例）（1） （设计依据、设计原则和技术论证意见 ）可行性分析（2） 产品型号、整车布置型式及主要技术规格和参数（3） 各主要部件的结构型式和特性参数（4） 国内、外同类汽车技术性能的分析和对比（5） 拟用的新技术、新材料和新工艺、三化水平（6） 生产纲领（产量）、生产方式（单批、少批）、设备条件、制造成本、技术经济分析（7） 维修、保养的方便性2技术设计（1） 对总布置本身：画1：1或1：2尺寸控制图 精确确定各部件所在位置和支承连接方式（悬置等） 给出各部件的控制尺寸和控制质量 如传动轴多长，后桥上下跳动时，传动轴可伸长缩短，应保证后桥下跳最下方时，保证有连接重复。 运动校核：如转弯时，车轮不应碰到大梁和直拉杆，（半挂车转弯时可能），保证能拆、能装。 车身和驾驶室内部布置（小批量不做） 确定各总成的质心位置，再算出轴荷分配（2） 对各总成 提出具体的设计要求：包括型式、特性参数、控制尺寸和质量 绘出各总成，整车的有关尺寸及设计载荷 与部件设计人员一起完成选型（3） 绘汽车总装配图在零件图和总图完成后经设计和工艺审查后绘总装配图目的：图面装配、核算和标注外形尺寸和总布置的尺寸链检查安装空间：（如钢板弹簧能拆、装、动）三、试制、试验、修改和定型：1 试制：通过试制可以暴露出设计中的问题2 要求设计人员参加试制，并观察：工艺性是否合理； 各总成的质量是否合理； 底盘质量、汽车总质量、轴荷分配是否符合预想指标。2试验：用以检查样车性能包括整车的基本性能试验，5万km可靠性行使试验，典型地区的使用试验，特殊地区的适应性试验。新车定型试验全面检查新产品质量。3修改定型：总体设计人员应参加试制和试验工作，对其中暴露的问题进行分析和改进，为下一轮的试制做好准备。从新车设计到定型投产一般要经过2-3轮的试制，实验及修改设计的过程。四 （厂小批量总体设计）生产准备测绘、类比、选型、技术、试制、修改设计、试验、改进五 生产销售12 汽车形式的选择 汽车形式指轴数、驱动形式、布置形式及车身（或驾驶室）形式一、 轴数和驱动形式1、 轴数：根据用途、总质量、使用条件、法规和轮胎负荷能力而定 道路：公路：轴数少 越野：轴数多用途：运货车：轴数少 牵引车：轴数多总质量：（单后轴130KN）单轴允载质量10t （双后轴240KN）双连轴允载质量18t二、 驱动形式：用42,44表示第二个数字表示驱动轮数三、 布置形式的选择布置形式指发动机、驱动轴和车身（或驾驶室）的相互关系和布置特点 （一）货车的布置形式按发动机的位置可以分为前置，中置和后置三种布置形式 1、发动机和驱动轴的位置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、可用发动机形式直列、V、卧式卧式卧式2、维修发电机方便不方便不大方便3发动机的通用性好（空间大）差差4、操纵机构简单（离脚踏板近）复杂复杂5、驾驶室内部布置平头时，内部布置困难（因受发动机高度限制）容易容易6、驾驶室位置较高质心高（受发动机限制）较低较低7、驾驶室内噪声与振动有较轻更轻8、轴荷分配前重合理后重9、对路面要求（是否干净）低高高10、货厢地板高度低高高11、汽车总长长头时长短短2、驾驶室与发动机的位置 长头式（发-置于架-之前）短头式（发-小部分伸入架内，汽缸碰前围）平头式（发-在架下）偏置式（架偏置于发-旁）1、维修发动机方便不够方便不方便方便2、驾驶员受势及振动受热及振动小受热及振动小高热、振动大基本不受热有振动3、驾驶室内部空间较大较挤挤较挤4、驾驶室高度较高不高高高5、操纵机构简单简单稍复杂稍复杂6、轴荷分配与平头比，前轴轻，通过性好前轴较轻前轴重前轴重7、总长与轴距长较短短短8、机动性能差较好好好9、面积利用率低稍低高高10、最小转弯半径大稍小小小11、视野差中最好较好 （二）大客车的布置形式 项目比较型式前置后驱动中置后驱动后置后驱动在热带，发动机冷却条件好（风冷）较差不好在寒带，发动机保温条件不好较差好发动机有故障时容易发现不易发现不易发现发动机是否容易为尘土弄脏不容易容易比较不容易维修发动机条件好困难好车厢内噪声与振动大差、中小车厢内气味与热量有较少基本没有操纵机构简单复杂复杂轴荷分配前重较合理较合理车厢面积利用差最好好表现单人管理不能（无前门）能能传动轴长度长（太长发生共振）短短地板高高（传动轴在下）高低座椅布置受发动机限制不受发动机限制基本不受发动机控制与货车通用件多不多不多13汽车主要（尺寸和）参数选择一、 主要尺寸的确定：轴距，轮距和外廓尺寸1、外廓尺寸：法规规定 总高4 m 总宽2.5 m（除后视镜外）总长：货车12 m 客车12 m 铰接客车18 m牵引车+半挂车16 m汽车+挂车20 m2、轴距L（1） L对汽车的影响：整备质量（自重）： L短轻最小转弯半径：L短小纵向通过半径：L短小，通过性好 总长：L短短，车厢长度不足或后悬过长轴荷分配：L短因制动或上坡轴荷转移过大，制动性和操纵稳定性变坏纵向振动角：L短过大万向节夹角：L短传动轴夹角（2） 确定方法：见表11货车如要装载量多，装轻飘物长 如要机动性好短 轿车：高级轿车追求舒适性长，常见轿车轮距： 3、前、后轮距B1和B2（1） 对汽车的影响：车厢宽度：B大增大车厢宽度横向稳定性：B大提高横向稳定性（不易侧翻）总宽：B过大总宽增大（汽车总宽法规）总质量：B过大总质量增大轿车的=0.50.54。微型车为0.550.64（2） 货车轮距：与汽车的结构和布置有关 B1取决于：车架前部的宽度、前悬架的宽度、前轮最大转角、轮胎宽度、转向拉杆与转向轮和车架间的运动间隙 B2取决于车架后部的宽度A、弹簧宽度E、弹簧与车架间隙P+C、弹簧与车轮间隙G1、轮胎宽度K 。 图1-84、前悬LF，后悬LR前悬：足够长度：固定，安装发动机、水箱类 太长：接近角太小，不利于通过性后悬：长度：取决于货厢长度，轴距和轴荷的分配的要求，保证离去角 太长：上、下坡容易刮地，转弯也不灵活大客车后悬一般不大于轴距的65%，绝对值不大于3.5m货车后悬一般1.22.2 m间5、货车车头长度6、车厢尺寸7、典型车辆主要尺寸二、 汽车参数质量的确定1、整备质量：（空车重）-重要的设计指标 定义：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 影响：成本和使用经济性 （1）、，装载量和载客量 （2）、安全，排气净化和噪声标准使质量，应 （3）、省油（轻量化） 措施：轻质材料、结构应合理 估算方法：收集大量数据，根据新车特点估算总成，再累计。轿、客车的按平均值估计。表1-6 2、载客量和装载质量 （1）、载客量的确定 轿车：微型、普通型：2、3、4座 中级：4、5座 高级：5-7座 大客：长途、旅游：无站席，载客量=座位数 市内：座位数+站立（8-10人/m2） （2）、装载质量的确定定义：在硬质良好路面上行驶，所允许的额定装载量（野车：指在越野行驶条件下或土路上所允许的额定装载量）确定：大的用于长距离、大吨位 大的用于矿山、水电站小的用市内：货源多变、远距短 符合国家标准（系列化） 3、质量系数：反映汽车设计和工艺水平 = 4、汽车总质量的确定指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量计算公式： 载货汽车： 大客车： 轿车： 式中：汽车整备质量 ：汽车装备质量 ：乘客和驾驶员质量，每人65 kg：行李质量，轿车每人按5-10 kg ,长途大客每人按10-15 kg计：附加设备质量（钟、每火机等） 5、载荷分配：指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直载荷 表示：用空载或满载总质量的百分比表示 影响：轮胎寿命，汽车使用性能 要求：各车轮载荷应相差不大轮胎磨损均匀和寿命相近驱动轮应有足够载荷动力性和通过性转向轴载荷不应过小操纵稳定性 见表1-8三、 汽车性能参数的确定 1、动力性参数 （1）、最高车速，特别是轿车有逐步提高趋势 轿客、货 高轿低轿车 微、轻货中、重货 （2）、加速时间t0- 100km/h，中、高轿t=8-12s普轿t=12-25s （3）、上坡能力：货车30%坡 越野车60% （4）、比功率和比转矩A、 比功率：发动机标定最大功率与最大总质量之比，综合反映汽车动力 性 规定：农用车和运输用拖拉机的比功率4.0kw/t,其他4.8kw/tB、比转矩 见表1-9 2、燃油经济性参数用百公里油耗（L/100km）来评价见表1-10，1-11 3、最小转弯直径Dmin：方向盘打最大时，前外轮中心转过的直径选择依据：用途、道路和结构特点影响因素：轮距、轴距转向轮最大转角（军用45，民用35） 机动性要求高的汽车Dmin应取小值。GB7258：Dmin24m，当Dmin=24m，前转向轴和末轴的内轮差（以两内轮 轨迹中心计）3.5m表1-12 4、通过性的几何参数 最小离地间隙hmin 接近角离去角纵向通过半径15、操纵稳定性参数 、转向特性参数，要有一定程度的不足转向 以0.4g向心加速度转向，前后轮侧偏角之差(1-2)在13为定、车身侧偏角 以0.4g向心加速度沿定圆等速行驶，侧偏角3以内，7。、制动前俯角 以0.4g减速度制动时，1.5 6、制动性参数汽车制动性：短距离停车且方向稳定，下长坡安全低速，坡道长期驻车用制动距离St和平均制动减速度j评价 7、舒适性：舒适的乘坐环境和方便的操作条件0 包括：平顺性、空调性能、噪声、乘坐环境(车门及通道宽度、活动空间、内部设施)及操作性能 悬架动挠度也作为评价之一。14汽车发动机选择：一、发动机形式的选择，新形发动机未广泛采用，往复式是汽车发动机主要型式，以下针对往复式而言：（一）汽、柴油机选择：柴汽1、燃油经济性 压缩比好 1523不好 8102、功率大小3、工作可靠性比较可靠比较不可靠4、使用成本低高5、火灾不易容易6、振动与噪声大小7、尺寸及重量大小8、振动难易9、成本高低10、转矩适应性不好好11、油箱容量 小 大 12、排污少多重型车用柴油，小型用汽油（二）气缸排列形式的选择：1、直列：优：较简单，工作可靠，成本低，宽度窄。 缺：长度长，高度高，质量重、（最多8缸）。2、V型：优：长度缩短20%30%，曲轴刚度增强，质量减20%30%，功率范围大，可1012缸，可用于中高级轿车、重型货车。 缺：宽度宽，加工设备贵，成本高。3、水平对置：（大客车，放在贷厢底板下）平衡好，高度低。（三）水冷，风冷选择：（自学）1、水冷：优：冷却均匀、可靠、散热良好，气缸与活塞变形不大 噪声低成本低易解决供热 缺：冷却系难维护保养 冰箱须用铜或铝做，成本高 受气温影响，夏天易过热，冬季易结冰2、冈冷：优：冷却系统简单维护容易使用方便 缺：缸径大，散热效果低冷却不均匀，缸盖的热负荷太高，可靠性降低油耗大噪声高世界上汽车以水冷为主，福建汽车也用水冷。二、发动机主要性能指标的选择：1、Pemax（发动机最大功率）及np（相应转速）：汽车的动力性在很大程度上取决于发动机的功率。功率越大，动力性越好（1）粗略估计：参考同级汽车比功率统计值选用新车（2）也可根据最大车速确完：Vamax(km/h) 可查发动机型谱T-传动系效率r-滚动阻力系数CD-空气阻力系数A-汽车正面投影面积（2） 规定最大功率转速np范围汽油机upcdo-7000r/min：轻、微型轿车 30006000轻货 40005000柴油机：中货（柴） 18004000 轿、轻货 320040002、Temax（发动机最大转矩）及nt（相应转速） Pemax发动机最大功率，kw式中：转矩适应性系数，可参考同级发动值的试验值，取1.11.3，np最大功率转速。选nT时希望，如该比值小，（如小于1.4），则np已定，nT，即直接档（最常用）稳定车速会偏高，通过市内交叉路口时换档次数变多，冲坡性能变坏（最大转矩时车速高）三、发动机的悬置：1、重要性：汽车是振动体，而发动机是振源之一，发动机通过悬置元件装在车架上。 悬置影响振动、噪声、零部件和整车寿命。2、悬置的设计要求： （1）刚度大些：承担动力总成质量。 （2）隔振性好：激励通过悬置元件传递。 （3）减振降噪功能： A、低频大振幅时（如急速）、阻尼大 B、高频小振幅（如高速公路）、动刚度小，高频噪声。 （4）耐疲劳、热稳定性，抗腐蚀。3、传统的橡胶悬置：结构简单，成本低，但阻尼损失角（越大，则阻尼越大）和动刚度基本不随激励频率变化。4、液压阻尼式 和动制度有很强的变频特性，在525H2范围内较大，怠速频段内大幅振动很有利，比较16，b和a。15车身形式一、轿车车身发动机舱客厢行李厢基本形式折背式：用于大排量发动机，排量大于4.0L直背式：流浅性好，有利降阻和行李箱舱背式：行李箱容积小，用于1.0L以下排量发动机动机1.04.0二、客车：发动机在车厢内，为平头车1-6轮胎选择：总体设计开始就要选好轮胎的型号和尺寸，因为总是绘制总布置图和性能计算的重要原始数据。型号根据车型，使用条件，轮胎静载荷，轮胎的额定负荷，车速选择。2、根据轮胎负荷系数选择： 轮胎负荷系数=最大静负荷轮胎额定负荷为避免超载，一般取0.91.0良好路面，低速，可取1.1不得大于1.2轮胎超载20%，寿命下降30%左右，超载很大时，轮胎可能从锁圈中飞出。选择原则：a、车速高，动负荷大（轿车及轻型货车）取下限b、越野车宽胎面，大直径超低压胎c、山区轮辋尺寸较大（常刹车）d、轿车：为降低重心高度，取低断面直径轮胎，无内胎轮胎，子午胎。3、帘线选择：图斜线胎轮胎帘线层数多，侧向刚度大，但缓冲性能差，子午胎帘线强度充分利用，缓冲性能好，寿命长，滚动阻力小，附着性能好，但侧向刚度差，应用广带束斜交胎结构和性能介于以上两者之间，应用不广。1-7 汽车的总体布置确定载客量，驱动形式，车身形式，发动机形式后，要绘制总布置草图，并校核初选各部件结构尺寸是否符合整车尺寸和参数要求，以寻求合理的总布置方案。总布置草图绘图前要确定画图的基准线。一、 整车布置基准线（面）零线的确定。注意：应在汽车满载下进行，绘图时汽车前部绘于左侧。1、 垂直方向尺寸基准线：车架上平面线：Z坐标线，纵梁翼面上较长的一段平面在侧（前）视图上的投影线承载式车身中部底板边梁的上缘面分段式纵梁以前轴上方的一段平面作为基准（当车架与地面平行时，前轮垂直线即与前轮中心线相重合（如轿车）货车的车架上平面在满载静止位置时，通常设计成对地面倾斜一个小的角度（0.51.5），即前低后高，这是为了在汽车驱动时车厢能接近水平。为了制图方便，常将车架上平面线画成水平的，而地面线画成斜的（与水平线成角）。2、 纵向尺寸基准线：前轮中心线（垂直于车架上平面线）过前轮中心并垂直于车架平面线的平面在侧、俯视图上的投影线。3、 横向尺寸基准线：汽车中心线， y0 。汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线。4、 地面线：地平面在侧视图和前视图上的投影线，它是标注汽车高度，货台高度，接近角，离去角和离地间隙等尺寸的基准线。5、 前轮垂直线：（垂直于地面）通过前轮中心并垂直于地面的平面在侧视图和俯视图上的投影线。它是标注汽车轴距和前悬的基准线。二、各部件的布置1、发动机（1）上下位置a、影响：离地间隙、视野b、要求与措施：轿车：满载时最小离地间隙（油底壳）贷车：（前置前驱动），考虑缓冲块脱落后，前轴最大向上跳动量达70100mm使油底壳位于前轴上方的地方最浅措施前梁中部锻成下凹形状（2）前后位置：a、 影响：轴荷分配，轿前排的舒适性，FR汽车传动轴长度和夹角，货车面积利用率。（3）左右位置：一般居中，但RR低地板客车偏置。（4）主要参数：a：FR ：发动机位置由下面三参数表示c：气缸体前端面与曲轴中心线交点到前轮中心线的纵向距离b：该交点的离地高度：曲轴中心线相对车架上平面的倾角c、b、的确定：c：主要根据轴荷分配、驾驶室形式（平头或长头）、前轴结构（整体或断开）和传动轴大小，并参考同类汽车后确定。此后可确定前围板位置（足够间隙离合器变速器拆卸）。b：大了，会提高质心位置，小了，要有足够的离地间隙和运动间隙。2、传动系的布置：发动机、离合器、变速器装成一体发动机位置确定后，动力总成（包括以上三者）的位置也随之而定。要使万向节传动轴两端夹角相等，且满载静止时夹角4，最大7。采取：后桥主减速器的轴线向上翘起，轿车采用V形布置方案。3、转向装置的布置：（1） 转向盘位置：注意：转向盘平面与水平面夹角转向盘前部盲区最小不影响观察仪表（2）转向器位置：a、纵向：对前悬架采用钢板弹簧时，为避免悬架运动与转向机构运动不协调，应将转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近，即前钢板弾簧支架偏后一些。b、 联接：用万向节和转向传动轴连，两轴不在一个平面上，对防撞车有利用一根刚性轴连接，要求转向轴在水平面内与汽车中心线夹角5，否则驾驶员操作不便，影响踏板布置和腿部动作。c、夹角：中间位置布置成直角，以保证传动效率转向摇臂与纵拉杆 转向节臂与纵拉杆4、悬架： 前钢板弹簧布置在纵梁下：满足转向轮偏转所需空间 钢板弹簧前端通过钢板弹簧销和支架与车架连接，后端用吊耳和支架与车架相连，利于缓和路面冲击 货车的前钢板弹簧布置成前高后低，以满足主销后倾后钢板弹簧布置在后架与车轮之间，注意螺栓和车架之间应有足够间隙减震器应布置成直立。5、制动系：6、踏板：7、油箱等：（1）油箱应远离消声器和排气管，（轿车要求大于300mm）距电器接头与开关200mm。（2） 备胎：轿车：常布置行李箱底板下，便于取出。 货车：布置在车架尾部下方或中部货厢底板下。（3）行李箱（4）蓄电池8、车内布置（见车身）9、轿车外廓尺寸的确定：（1）H和R点：a、 胯点：躯干与大腿相连的旋转点b、R点：总布置设计时，按总布置要求确定座椅调至最后、最下位置时的“胯点”c、H点：实车测得“胯点”位置为H点（座椅调至最后、最下，用三组人体模型测得“胯点” ）将H点与R点相认证，如果满足一定条件（H点不超出以R点为中心的水平边长30mm，铅直边长20mm的矩形方框内，靠背角与设计值之间差值不大于3，）则认为H点与R点的相对位置满足。H点位置重要性：决定车内尺寸基准（与驾驶员操作方便，乘坐舒适性相关）。d、H点和R点又是如何确定脚踏板位置：（2）顶盖（3）车身横截面10、安全带的位置：（1）主动安全性与被动安全性，（2）一次、二次碰撞：一次：车与车或车与障碍物之间的碰撞二次碰撞：一次碰撞后汽车速度下降，车内驾驶员和乘员受惯性力作用继续以原有速度向前运动，并与车内物体碰撞，称为二次碰撞，并受到伤害。 二次碰撞后果：从轻伤到致死（3）措施：a、车厢内无尖锐突出物，