汽车模设计资料.pdf
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1、第一章 汽车总体设计 第一章 汽车总体设计 第一节 概 述 一、总体设计应满足的基本要求 一、总体设计应满足的基本要求 由动力装置、底盘、车身、电器及仪表等四部分组成的汽车,是用来载送人员和货物的 运输工具。 汽车可以按照用途或结构特点进行分类。我国把汽车分为七类:轿车、货车、越野车、 自卸汽车、牵引汽车、专用汽车和客车。上述七类汽车又根据发动机的排量 V 或汽车总质量 m a 或汽车尺寸(总长)不同进一步区分,如不同发动机排量的轿车,表明汽车的动力性和经 济性指标不一样。我国根据发动机排量不同,将轿车分为五级(表 l-1);货车按公路运行时 厂定最大总质量不同, 越野车按越野运行时厂定最大总
2、质量不同, 将它们分为四级(表 1-2); 而客车根据车辆总长不同来区分(表 l-3)。 表1表1l 轿车的分类 l 轿车的分类 轿车级别 微型 普通级 中级 中、高级 高级 发动机排量 VL V10 1040 表1表12 货车的分类 2 货车的分类 货车级别 微型 轻型 中型 重型 公路运行 最大总质量 m。 m。18 18140 表1表13 客车的分类3 客车的分类 客车级别 微型 轻型 中型 大型 车辆总长 L。 L。35 35100 人们从事生产活动离汽车。在日常生活中,汽车特别是轿车是经常使用的交通工具。汽 车工业出现的高新技术多数在轿车上首先得到应用。目前,轿车的产量、保有量占汽车
3、总产 量和保有量的绝对多数。一方面,拥有轿车是标志人们生活水平的提高;另一方面,大量运 行着的汽车所造成所造成的公害又降低了人们的生活质量。 因此, 人们对汽车提出越来越高 的要求, 包括研制节油汽车和开发应用新能源; 有关法规对汽车的排放和噪声提出更严格的 要求;对汽车安全性提出更高的要求,达到乘坐汽车有安全感、愉快感,汽车发生碰撞事故 时能够妥善地保护乘员;对汽车提出居住性要求,不仅坐在汽车里舒适,而且能与外界进行 信息交流。 进行总体设计应满足如下基本要求: 1)汽车外廓尺寸应符合 GBl58989 的外廓尺寸限界规定。 2)轴荷分布要合理,并应符合有关公路法规的限定要求。 3)汽车的各
4、项性能,要求达到设计任务书所给定的指标。 4)进行有关运动学方面的校核,保证汽车有正确的运动和避免运动干涉。 5)拆装与维修方便。 二、汽车开发程序 二、汽车开发程序 车型不同、生产纲领不同,新产品的开发阶段与工作内容也不同。一般新产品开发要经 历五个阶段,各阶段的主要工作内容见表 1-4。 表 1表 14 汽车新产品开发的一般程序 4 汽车新产品开发的一般程序 阶 段 新车设计 主要工作内容 国家汽车发展型谱或上级机关指令 工厂产品发展规划 概念设计 市场预测,使用调查,产品水平分析,形体 设计,工艺分析,产品的目标成本 产品的通用化、标准化、系列化,绘制方 案图,初步性能计算 设 计 任
5、务 书 编 制 阶 段 设计任务书的制定 绘制总布置草图,初选主要技术参数 技术 设计 阶段 技术设计 确定主要参数和结构,总成设计,绘制整 车校对图,运动干涉校核,整车性能计算, 出试制图和技术文件 改进设计 试制总成和样车,总成试验,整车试验,使 用试验,评价试验,改进没计 试制、 试验、 改进、 定型 阶段 鉴定定型 工艺审查,成本核算,价值分析,出生产 准备用图,编制鉴定文件 生产 准备 阶段 小批量生产、用户试验 工艺调试,继续试验,改进设计,完成生 产用图,小批试生产 生产 销售 阶段 批量生产与销售 正式销售,售后服务 1设计任务书编制阶段 产品(汽车)设计的前期, 从构思产品开
6、始到确定设计技术指标和下达产品设计任务书为 止的这一阶段工作称之为概念设计。概念设计是对新开发汽车的总体概念进行概括的描述, 是确定汽车性能、外形与内饰等主要方面的初步设计。 市场预测:要调查分析市场容量的大小,最经济的生产纲领、生产方式,用户对产品的 要求以及有关法规的规定。 使用调查:要调查同类汽车的使用情况,包括使用中反映出来的优缺点,还应当搜集总 成、零件的损坏统计资料和进行寿命分析;汽车的使用条件;用户对车型的要求。 产品应尽最大可能满足用户的要求,以求新开发的车型在同类型产品中处于领先地位, 在市场上能畅销,进而初定整车及主要总成的形式和主要参数。 产品水平分析: 主要是通过搜集资
7、料和进行样车试验与测绘, 深入了解国内外企业同类 型汽车的发展水平和动向。对搜集到的各种资料经整理、分类、分析,在消化的基础上加以 利用,以确定新车型的先进性,初定整车主要性能所要达到的指标,同时满足国内外有关标 准与法规的规定,保证市场销售对路。 形体设计:在概念设计阶段,通过整车和车身内部尺寸布置绘制外形构思草图,(图 l-1)、美术效果图和制作油泥模型等,为人们提供准备开发的车型形体概念。 车身外形应在保证汽车拥有较小空气阻力系数的同时, 具有符合审美规律的形体。 车身 内部设计要符合人体工程学的要求,保证驾驶员操纵方便,乘员乘坐舒适。实车制造出来之 前,在图样上表现新开发汽车造型效果的
8、图称之为美术效果图,该图应具有真实感。图上应 表示出车型前面、侧面、后面的关系。画出汽车的前侧面与后侧面的美术效果图,能概括出 车型的整个形状(图 l-2), 表达造型的构思,真实反映车身外形,用来提供作为初步选型的参考。因为在图面上表 达车身外形不能代替空间形体,因此还要制作油泥模型。概念设计阶段可以制作比例为 1 10 或 l5 的便于制作和修改的油泥模型。 为了使新开发的汽车投放市场后在价格上占有优势, 使企业获得效益和发展, 在概念设 计阶段就要控制成本, 对产品进行价值工程分析, 并把产品的目标成本列入设计指标考核内 容。目标成本售价利润,即根据产品在市场上的定位确定售价(与同类产品
9、进行比较), 减去希望得到的利润,即可确定目标成本。如果实际成本(决定于材料、工艺、结构复杂程 度等)大于目标成本,则利润将减少,因为在市场竞争中某一档次产品的售价是不会因为其 实际成本高或低而改变的。 市场需求的变化,会影响产品的变化。为了在更新产品时能减少投资、降低成本,应该 尽可能少地更换生产设备和工艺装备等。 因此, 在开发新车型的时候就要注意总成及零部件 的通用化、标准化和系列化。 总体设计师根据整车设想, 画出多幅总体方案图进行分析比较。 方案图对主要总成只画 出租线条的轮廓,重点放在突出各方案之间的差别上,做到对比时一目了然。 总体方案确定后要画总布置草图, 此图要对各部件进行较
10、为仔细的布置, 应较为准确地 各部件的形状和尺寸,确定各总成质心位置,然后计算轴荷分配和质心位置高度,必要时还 要进行调整。 此时应较准确地确定与汽车总体布置有关的各尺寸参数, 同时对整车主要性能 进行计算,并据此确定各总成的技术参数,确保各总成之间参数匹配合理,保证整车各性能 指标达到预定要求。 上述工作完成后,着手编写设计任务书。设计任务书主要应包括下列内容: 1)可行性分析。 其内容包括市场预测, 企业技术开发和生产能力分析, 产品开发的目的, 新产品的设计指导思想,预计的生产纲领和产品的目标成本以及技术经济分析等。 2)产品型号及其主要使用功能,技术规格和性能参数。 3)整车布置方案的
11、描述及各主要总成的结构、 特性参数。 标准化、 通用化、 系列化水平。 4)国内、外同类汽车技术性能分析和对比。 5)本车拟用的新技术、新材料和新工艺。 开发新车的各项性能指标要符合国家有关标准、法规要求,特别要注意贯彻机动车运 行安全技术条件(GB7258 一 1997)的国家标准。 2技术设计阶段 设计任务书对汽车形式和汽车的各项技术指标,对各总成的形式、尺寸、质量、性能等 均有明确要求。此外,总体设计师对各总成提出的要求和边缘条件等也应以书面形式提出, 作为双方共同工作的依据。在上述条件具备后,各总成设计师可以进行工作,而总体设计师 在此期间要协调总成与整车和总成与总成之间出现的各种矛盾
12、。 各总成完成设计后, 总体设 计师负责将各总成设计结果反映到整车校对图上进行校对, 目的是发现问题、 解决问题, 以减少试制、装车时出现的技术问题。有关运动校核也是技术设计阶段应该完成的工作。最 后要编制包括整车明细表和技术条件在内的整车技术文件。 3试制、试验、改进、定型阶段 试制、试验阶段的主要工作是进行样车试制,然后对样车进行试验。其目的是:判断根 据设计图样制造出来的零部件组装起来之后是否达到预期目标, 找出不足, 并取得进行修改 的依据;评价汽车的可靠性及强度。仅通过理论计算作为根据是不够的,最终需经过样车试 验来判别。试验应根据国家制定的有关标准逐项进行。不同车型有不同的试验标准
13、。试制、 试验完成后应对结果进行分析, 并针对暴露出来的技术问题进行改进设计, 再进行第二轮试 制和试验,直至产品定型。 4生产准备阶段 生产准备阶段的主要工作是进行生产准备和小批量试生产, 并让试生产车进一步经受用 户的考验。 5生产销售阶段 生产销售阶段是对产品进行正式批量生产, 并对产品进行销售和售后服务工作。 在售后 服务工作中还要征求用户意见, 并将这些意见反映给有关部门, 以利改进和不断提高产品质 量、扩大市场。上述各阶段工作有些须先行一步,如市场调查和进行概念设计等;有些工作 可以同时或交叉进行,如在完成产品设计的同时又进行样车试验,以及完成工厂的扩建、新 建工程工作。 第二节
14、汽车形式的选择 第二节 汽车形式的选择 不同形式的汽车,主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。 一、轴数 汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质 量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力。 我国公路标准规定,对于四级公路及桥梁,单轴最大允许轴载质量为 10t,双连轴最大 允许轴载质量为 18t(每轴 9t)。根据公路对汽车轴载质量的限制、所设计汽车的总质量、轮 胎的负荷能力以及使用条件等, 可以确定汽车的轴数。 因为双轴汽车结构简单、 制造成本低, 故总质量小于 19t 的公路运输车辆广泛采用这种方案。 总质量在 1926t 的公路运输车采用
15、三轴形式,总质量更大的汽车用四轴和四轴以上的形式。 因为轿车总质量较小,均采用两轴形式。不在公路上行驶的汽车,轴荷不受道路桥梁限 制,如矿用自卸车等多数采用两轴形式。 二、驱动形式 汽车驱动形式有 42、44、62、64、66、84、88 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。采用 42 驱动形式的汽车结构简单、制造成 本低,多用于轿车和总质量小些的公路用车辆上。总质量在 1926t 的公路用汽车,采用 6 2 或 64 的驱动形式。为了提高越野汽车的通过性,应采用全轮驱动形式。 三、布置形式 汽车的布置形式是指发动机、 驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点而言
16、。 汽 车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外, 汽车的布置形式对使用性能也有重要 影响。 1轿车的布置形式 轿车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动、 发动机前置后轮驱动、 发动机后置后轮驱 动三种,见图 1-3,少数轿车采用发动机前置全轮驱动。 (1)发动机前置前轮驱动 发动机前置前驱动时, 可以纵置或者前置, 也可以布置在轴 距外、轴距内或前桥上方。这种布置形式目前在中级及其以下级别轿车上得到广泛应用,主 要是因为有下述优点: 与后轮驱动汽车比较,前轮驱动汽车的前桥轴荷大,有明显的不足转向性能;因为前轮 是驱动轮,所以越过障碍的能力高;主减速器与变速器装在一个壳体内,因而动力总成结
17、构 紧凑;因为没有传动轴,车内地板凸包高度可以降低(此时地板凸包仅用来容纳排气管),有 利于提高乘坐舒适性;当发动机布置在轴距外时,汽车的轴距可以缩短,因而有利于提高汽 车的机动性;汽车散热器布置在汽车前部,散热条件好,发动机得到足够的冷却;行李箱布 置在汽车后部, 故有足够大的行李箱空间; 容易改装为客货两用车或救护车; 供暖机构简单, 且因管路短所以供暖效率高;因为发动机、离合器、变速器与驾驶员位置近,所以操纵机构 简单;发动机可以来用纵置或横置方案,特别是采用横置发动机时,能缩短汽车的总长,加 上取消了传动轴等因素的影响, 汽车消耗的材料明显减少, 使整各质量减轻; 发动机横置时, 原主
18、减速器的锥齿轮用圆柱齿轮取代, 降低了制造难度, 同时在装配和使用时也不必进行齿 轮调整工作,此时变速器和主减速器可以使用同一种润滑油。 发动机前置前轮驱动轿车的主要缺点是: 前轮驱动并转向需要采用等速万向节,其结构和制造工艺均复杂;前桥负荷较后轴重, 并且前轮又是转向轮,故前轮工作条件恶劣,轮胎寿命短;上坡行驶时因驱动轮上附着力减 少,汽车爬坡能力降低;一旦发生正面碰撞事故,发动机及其附件损失较大,维修费用高。 目前我国生产的 Audil00、Santana2000、Jetta、CA7220、Bulck、Passat、Accord、富康、 英格尔(南汽)、夏利等轿车,均采用发动机前置前轮驱动
19、的布置形式。 (2) 发动机前置后轮驱动 发动机前置后轮驱动轿车有如下主要优点:轴荷分配合理, 因而有利于提高轮胎的使用寿命;前轮不驱动,因而不需要采用等速万向节,并有利于减少 制造成本;操纵机构简单;采暖机构简单,且管路短供暖效率高;发动机冷却条件好;上坡 行驶时,因驱动轮上的附着力增大,故爬坡能力强;改装为客货两用车或救护车比较容易; 有足够大的行李箱空间;因变速器与主减速器分开,故拆装、维修容易。 发动机前置后轮驱动轿车的主要缺点是: 因为车身地板下有传动轴, 地板上有凸起的通 道, 并使后排座椅中部座垫的厚度减薄, 影响了乘坐舒适性; 汽车正面与其它物体发生碰撞, 易导致发动机进入客厢
20、, 会使前排乘员受到严重伤害; 汽车的总长较长, 整车整备质量增大, 同时影响到汽车的燃油经济性和动力性。 发动机前置后轮驱动轿车因客厢较长,乘坐空间宽敞,行驶平稳,故在中高级和高级轿 车上得到应用。 (3)发动机后置后轮驱动 对于发动机后置后轮驱动轿车, 除去动力总成, 包括发动机、 离合器、 变速器和主减速器布置成一体, 使结构紧凑以外, 还有下述优点: 因为发动机后置, 汽车前部高度有条件降低,改善了驾驶员视野;整车整备质量小;没有传动轴,而且排气管 不必从前部向后延伸, 故客厢内地板比较平整, 只需用较低的凸包高度来容纳操纵机构的杆 件和加强地板刚度, 这就改善了后排座椅中间座位乘员的
21、出入条件; 乘客座椅能够布置在舒 适区内;在坡道上行驶时,由于驱动轮上附着力增加,爬坡能力提高;发动机布置在轴距外 时,汽车轴距短,机动性能好。 发动机后置后轮驱动轿车的主要缺点是:后桥负荷重,使汽车具有过多转向的倾向;前 轮附着力小,高速行驶时转向不稳定,影响操纵稳定性;行李箱在前部,受转向轮转向占据 一定空间和改善驾驶员视野影响,行李箱空间不够大;因动力总成在后部,距驾驶员较远, 所以操纵机构复杂;受发动机高度影响,改装为客货两用车或救护车困难。 因上述缺点,发动机后置后轮驱动轿车几乎已不采用。 2货车布置形式 按驾驶室与发动机相对位置的不同,货车有长头式、短头式、平头式和偏置式。长头式
22、的特点是发动机位于驾驶室前部, 当发动机有少部分位于驾驶室内时称为短头式, 发动机位 于驾驶室内时称为平头式,驾驶室偏置在发动机旁的货车称为偏置式。 布置形式为平头式的货车,其主要优点如下: 汽车总长和轴距尺寸短,最小转弯直径小,机动性能良好;不需要发动机罩和翼子板, 加上总长缩短等因素的影响,汽车整备质量减小;驾驶员的视野得到明显改善;采用翻转式 驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性;汽车面积利用率高。 平头式货车的主要缺点有:前轴负荷大,因而汽车通过性能变坏;因为驾驶室有翻转机 构和锁住机构,使机构复杂;进、出驾驶室不如长头式货车方便;离合器、变速器等操纵机 构复杂;驾驶室内受热及振动均比
23、较大;汽车正面与其它物体发生碰撞时,特别是微型、轻 型平头货车,使驾驶员和前排乘员受到严重伤害的可能性增加。 平头式货车的发动机可以布置在座椅下后部, 此时中间座椅处没有很高的凸起, 可以布 置三人座椅, 故得到广泛应用。 发动机布置在驾驶员和副驾驶员座椅中间形成凸起隔断的布 置方案仅在早期的平头车上得到应用。 平头式货车在各种级别的货车上得到广泛应用。 长头式货车的主要优缺点与平头式货车的优缺点相反, 而短头式介于两者之间, 但更趋 于与长头式优缺点相近。长头式货车的前轮相对车头的位置有三种:靠前、居中、靠后。前 轮靠前时因轴荷分配不合理,已不采用;前轮靠后时,轮罩凸包会影响驾驶员的操作空间
24、; 前轮居中时外形美观、布置匀称,故得到广泛应用。 偏置式驾驶室的货车主要用于重型矿用自卸车上。 它具有平头式货车的一些优点, 如轴 距短、视野良好等,此外还具有驾驶室通风条件好、维修发动机方便等优点。 货车按照发动机位置不同,可分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。其中发动机 前置后桥驱动货车得到广泛应用。 它与其它两种布置形式比较有如下主要优点: 维修发动机 方便;离合器、变速器等操纵机构简单;货箱地板高度低;可以采用直列发动机、V 型发动 机或卧式发动机;发现发动机故障容易。 发动机前置后桥驱动的货车有下述主要缺点: 如果采用平头式驾驶室, 而且发动机布置 在前轴之上,处于两侧座位之间
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