汽车总体设计

汽车总体设计一章一、概述1.汽车新产品开发流程：分为规划阶段、开发阶段、生产准备阶段和生产阶段。2.概念设计：从产品创意开始，到构思草图、出模型和试制出概念样车等一系列活动的全过程。概念设计阶段要完成造型设计、选择基本尺寸和主要总成结构、绘制总体方案图、画总布置草图调查分析市场容量、确定生产纲领和生产方式、确定整车指标，最后编写设计任务书。二、汽车形式的选择1.汽车的分类：国标将汽车分为乘用车和商用车。乘用车指在设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行李和或临时物品的汽车，包括驾驶员座位在内最多不超过9个座位；商用车指在设计和技术特性上用于运送人员和货物的汽车，商用车又有客车、半挂牵引车、货车之分。2.乘用车的布置形式（1）发动机前置前轮驱动（FF）采用前轮驱动使前桥轴荷大，有明显的不足转向特性；前轮驱动使越障能力高；动力总成结构紧凑，车内地板凸包高度降低，提高乘坐舒适性；发动机在轴距外时轴距可缩短，有利于提高机动性；散热条件好；行李箱空间足够大；易改装为客货两用或救护车；供暖机构简单、效率高；操纵机构简单；整备质量轻；发动机横置时主减速器的锥齿轮被圆柱齿轮取代，制造难度降低。前轮驱动并转向需要等速万向节，结构和制造工艺复杂；前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；爬坡能力降低；后轮易抱死并引起汽车侧滑；发动机横置时总布置困难，接近性差；碰撞时发动机损失大，维修费用高。（2）发动机前置后轮驱动（FR）轴荷分配合理，利于提高轮胎的寿命；不需等速万向节，降低成本；操纵机构简单；供暖机构简单、效率高；散热条件好；上坡时驱动轮附着力增大使爬坡能力增强；易改装为客货两用或救护车；行李箱空间足够大；变速器与主减速器分开使拆装、维修容易；发动机的接近性良好。地板上有通道，后排座椅中部座垫减薄，影响乘坐舒适性；正面碰撞时易使发动机进入客舱，严重伤害前排乘员；总长、轴距均较长，整车装备质量增大，同时影响到燃油经济性和动力性。（3）发动机后置后轮驱动（RR）动力总成结构紧凑；汽车前部高度有条件降低，改善驾驶员视野；地板凸包只需容纳操纵机构杆件和加强地板高度即可，改善了后排座椅中间乘员出入的条件；整车装备质量小；乘客座椅能够布置在舒适区内；上坡时驱动轮附着力增大使爬坡能力增强；发机在轴距外时轴距可缩短，有利于提高机动性。后桥负荷重使汽车具有过多转向倾向，操纵性变坏；前轮附着力小，高速时转向不稳定，影响操纵稳定性；行李箱体积不够大；操纵机构复杂；驾驶员不易发现发动机故障；散热条件差且前风挡玻璃除霜不利，发动机噪声易传给乘员，追尾时发动机对后排乘员过构成险；不易改装为客货两用或救护车。因存在上述缺点，目前极少采用发动机后置后轮驱动方案。3.汽车主要参数的选择（1）汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不超过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超过最大宽度处250mm；顶窗、换气装置开启时不得超出车高300mm。（2）汽车质量参数的确定[1]整车装备质量m0：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。[2]载质量me：在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量。[3]质量系数ηm0：汽车载质量与整车装备质量的比值，即ηm0=me/m0。[4]总质量ma：装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。[5]轴荷分配：汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载的百分比来表示。（3）汽车的动力性参数包括最高车速amax、加速时间t、上坡能力、比功率和比转矩等。[1]最高车速vamax：在水平良好的路面上汽车能达到的最高行驶车速。[2]加速时间t：在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用时间。[3]上坡能力：用满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数imax来表示。[4]比功率Pb：汽车所装发动机的标定最大功率Pemax与汽车最大总质量ma之比，即Pb=Pemax/ma。[5]比转矩Tb：汽车所装发动机的最大转矩Temax与汽车总质量ma之比，即Tb=Temax/ma。（4）燃油经济性参数：汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量（L/100km）来评价。（5）最小转弯直径Dmin：转向盘转至极限位置时汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径。（6）通过性几何参数有：最小离地间隙hmin、接近角γ1、离去角γ2、纵向通过半径ρ1等。（7）操纵稳定性参数[1]转向特性参数：汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前后轮侧偏角之差δ1-δ2应在1°～3°为宜。[2]车身侧倾角：汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角应在3°以内，不超过7°。[3]制动前俯角：汽车以0.4g的减速度制动时车身的前俯角不大于1.5°。（8）制动性参数：常用制动距离s1、平均制动减速度j和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。（9）舒适性：包括平顺性、空气调节性能、车内噪声、乘坐环境及驾驶员的操作性能。三、发动机的选择1.发动机主要性能指标的选择（1）发动机最大功率根据所设计的汽车应达到的最高车速vamax（km/h），用下式估算：emax=1Tagr3600amax+D76140amax3其中，Pemax为发动机最大功率（kW）；ηT为传动系效率；ma为汽车总质量（kg）；g为重力加速度（m/s2）；fr为滚动阻力系数，对乘用车fr=0.0165×[1+0.01(va－50)]，va用vamax带入；CD为空气阻力系数；A为汽车正面投影面积（m2）。以上式估算的Pemax为发动机装有全部附件时测定得到的最大有效功率，约比发动机外特性的最大功率值低12%～20%。2.发动机最大转矩Temaxemax=9549×emaxp其中，Temax为最大转矩（N·m）；α为转矩适应性系数；Pemax为发动机最大功率（kW）；np为最大功率转速（r/min）。要求np/nT在1.4～2.0之间选取。3.发动机的悬置（1）传统橡胶悬置：结构简单，制造成本低，但动刚度和阻尼损失角的特性曲线基本上不随激励频率变化；（2）液压悬置：其动刚度和阻尼角有很强的变频特性四、车身形式1.乘用车车身形式：基本形式有折背式、直背式和舱背式三种。主要全部在车身顶盖与车身后部形状之间的关系上有差别。折背式有明显的发动机舱、客舱和行李箱，车身顶盖与车身后部成折线连接；直背式后风窗与行李箱连接，接近平直；舱背式车身顶盖比折背式长，后窗与后行李箱盖形成一个整体车门。将折背式车身顶盖向后延伸到车尾，形成两厢式的变形乘用车车身。2.客车车身形式：有单层和双层之分，按车头形式不同又有平头式和短（长）头式。五、汽车的总体布置1.整车布置的基准线（面）——零线的确定确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。（1）车架上平面线：纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线，称为车架上平面线。它作为标注垂直尺寸的基准线（面），即z坐标线，向上为“+”、向下为“－”，该线标记为0。为了方便，可将车架上平面线画成水平的，将地面线画成斜的。（2）前轮中心线：通过左、右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线称为前轮中心线。它作为标注纵向尺寸的基准线（面），即x坐标线，向上为“－”、向下为“+”，该线标记为0。（3）汽车中心线：汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线，称为汽车中心线。它作为标注横向尺寸的基准线（面），即y坐标线，向左为“+”、向右为“－”，该线标记为y0。4）地面线：地平面在侧视图和前视图上的投影线，称为地面线。它是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。（5）前轮垂直线：通过左、右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和前视图上的投影线，称为前轮垂直线。它是用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合（如乘用车）。2.各部件的布置（1）发动机的布置[1]发动机的上下位置：发动机高度位置初定以后，用汽缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度尺寸b来标明；[2]发动机的前后位置：应与发动机的上下位置一起确定，前后位置确定后，用汽缸体前端面与曲轴中心线交点K到前轮中心线之间的距离来标明；[3]发动机的左右位置：发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。（2）油箱的布置：根据汽车最大续驶里程（一般为200km～600km）来确定油箱的容积。（3）车身内部布置[1]人体基本尺寸：人体尺寸测量所得的统计数据。[2]H点与R点：躯干与大腿相连的旋转点称为“跨点”，实车测得的“跨点”位置称为H点；座椅调整至最后、最下位置时的“跨点”称为R点。六、运动检查包括两方面内容：从整车角度出发进行运动学正确性的检查；对有相对运动的部件或零件进行运动干涉检查。第二章离合器设计一、离合器的主要功用：切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；换挡时将发动机与其传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所受到的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。二、离合器的结构方案分析1.从动盘数的选择（1）单片离合器：结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证接合平顺。（2）双片离合器：与单片离合器相比，传递转矩的能力较大；接合更为平顺、柔和；传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小；中间压盘通风散热性差，易引起摩擦片过热，加快磨损甚至烧坏；分离行程较大，不易分离彻底；轴向尺寸较大，结构复杂；从动部分转动惯量较大。（3）多片离合器：多为湿式，接合更平顺、柔和，摩擦表面温度较低，磨损较小，使用寿命长；但分离行程大，分离不彻底，轴向尺寸和从动部分转动惯量大。2.压紧弹簧的选择：周置弹簧离合器、中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器和膜片弹簧离合器。三、离合器主要参数的选择离合器的静摩擦力矩为c=12031−3其中，f为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0.25～0.30；Z为摩擦面数，单片离合器的Z=2，双片离合器的Z=4；p0为摩擦面承受的单位压力；D为摩擦片外径；c为摩擦片内、外径之比，即c=d/D，一般在0.53～0.70之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即c=emax式中，Temax为发动机最大转矩；β为离合器的后备系数。1.后备系数β：离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。2.单位压力p0：决定摩擦表面的耐磨性。3.摩擦片外径D、内径d和厚度b离合器结构形式及摩擦片材料已定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算摩擦片外径，即=12emax01−33也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选用=Demax式中KD为直径系数。外径D确定后摩擦片内径d可根据d/D在0.53～0.70之间来确定。厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。4.摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙∆t摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素，其材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍。离合器间隙∆t是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙∆t一般为3～4mm。四、膜片弹簧1.膜片弹簧工作点位置的选择：曲线上拐点H对应膜片弹簧的压