第一章汽车总体设计

汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系1汽车设计主讲教师：刘占峰汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系2第一章汽车总体设计汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系3本章重点•汽车类型的选择•主要尺寸参数及性能参数的确定•汽车总布置设计•运动校核汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系4第一节概述一、汽车设计技术的发展历程汽车是一种包罗了典型机械元件、零部件和各种金属与非金属材料以及各种机械加工工艺的典型机械产品，因此其设计理论显然要以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况，它涉及到许多基础理论、专业基础理论和专业知识，如：工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、电工学、工业电子学、电控技术、液压技术、汽车理论、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系5汽车设计技术经历了由经验设计到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段，进而自上世纪60年代中期在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计（CAD）等新方法，并使设计逐步实现半自动化和自动化。经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发往往要经过设计——试制——试验——改进设计——试制——试验等二次或多次循环，反复修改图纸，完善设计后才能定型，设计周期长，质量差，消耗大。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系6以科学实验和技术分析为基础的设计是在汽车设计过程中引进新的测试技术和专用的试验设备，进行科学实验，从各个方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试，同时广泛采用近代数学物理分析方法，对产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究。利用计算机作为分析计算手段，可采用较准确的多自由度的数学模型来模拟汽车在各种工况下的运动，采取现代先进的数学方法进行分析，可取得较准确的结果，这就为设计人员分析多种方案进行创造性的工作提供了很大的方便。汽车结构参数及性能参数的优化选择与匹配、零部件的强度核算与寿命预测、产品有关方面的模拟计算或仿真分析、车身的美工造型、设计图纸的绘制与修改、设计方案的选择及定型等均可在计算机上进行。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系7将计算机的快速计算和逻辑判断能力、大容量的数据储存及高效的时间处理能力、计算结果的动态图像显示功能与人的创造性思维能力及经验结合起来，实现人机对话式的半自动化设计，或与产品设计的专家系统相结合，实现自动化设计。CAD（computeraideddesign）：利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计。CAM（computeraidedmanufacture）：计算机辅助制造。CAT（computeraidedtest）：计算机辅助测试。CAD+CAM+CAT=CADMAT汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系8并行工程（CE，concurrentengineering）:集成、并行设计产品及相关过程（包括制造、维修等）的系统工程，它考虑到产品从概念设计、设计定型、制造、使用、维修直到报废这一全过程中的所有相关因素，能解决因设计与制造工艺脱节而引起的设计改动频繁、开发时间长、成本高等问题，可最大限度地提高设计质量和开发效率，提高产品的市场竞争力。面向制造与装配的设计（DFMA，designformanufacturingassembly）是并行工程的重要内容。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系9DFMA的设计原则：使产品零件的数量及类型最少；使产品的装配方向最少；模块化设计；减少紧固件的数量和品种；使产品零件易于定位；最少手工装配、最少装配夹具、最少装配中的调整；避免使用柔性零件。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系10二、汽车设计的内容汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。1.整车总体设计整车总体设计又称汽车的总布置设计，其任务是使所设计的产品达到设计任务书所规定的整车参数和性能指标的要求，并将这些整车参数和性能指标分解为有关总成的参数和功能。汽车各总成之间的联系人车之间的联系汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系112.总成设计总成设计的主要任务是满足整车设计对总成功能和布置的要求。各零部件之间的联系人车之间的联系（是否易于维修）3.零件设计零件设计主要是满足总成的设计要求并解决强度、寿命和生产技术问题。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系12三、汽车设计的特点和要求⑴零件标准化、部件通用化、产品系列化。标准化：设计中广泛采用标准件，以利于组织生产、提高质量、降低成本和方便维修。通用化：在同一系列或总质量相近的一些车型上，采用通用的总成或部件，以简化生产、提高效率。系列化：为了能供应各种型号的产品，又能进行大批量生产，而将产品合理分档，组成系列，并考虑各种变型。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系13⑵考虑使用条件的复杂多变。为了使汽车产品具有竞争力，设计中就要充分考虑提高其对复杂多变的使用条件的适应性。高原地区：发动机增压。热带地区：车厢隔热、空调或通风。寒带地区：发动机冷起动、车厢隔热、暖风。山区：爬坡能力、辅助制动。沿海地区：防腐能力。风沙地区：三滤。汽车设计第一章汽车总体设计14⑶注重汽车使用中的安全、可靠、经济、环保。汽车的使用性能是多方面的，而且在某些性能之间有时是相互矛盾的。因此，在汽车设计中，要在给定的使用条件下，协调各种使用性能的要求，优选各种使用性能指标，使汽车在该使用条件下的综合使用性能达到最优。⑷车身设计既重视工程要求更注重外观造型。工程设计：满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求、冲压分块的工艺要求，适应车身的空气动力学要求。美工设计：适应时代的特点和人们的爱好，给人以高度美感，起到美化环境的目的。汽车车身的外形、油漆及色彩是汽车给人们的第一个外观印象，是人们评价汽车最直接的方面，也是汽车设计非常重要的内容。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系15⑸在保证可靠性和安全性的前提下尽量减小汽车的自身质量。整车尺寸限制标准；⑹汽车设计要在有关标准和法规的指导下进行。汽车安全性标准；油耗限制标准；汽车排放物限制标准；汽车噪声限制标准。汽车作为运输工具和大批量生产的产品，自身质量直接影响其燃油经济性和生产成本。合理地减小汽车自身质量，不仅可以减小燃料消耗，还可以节约大量的制造材料，降低生产成本，对汽车工业和汽车运输业会带来巨大的经济效益。汽车设计第一章汽车总体设计16⑺汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程和管理工程的系统工程。汽车是由人来驾驶和乘坐的，因此其设计必须考虑人—车关系，即汽车操纵要方便，乘坐要舒适；汽车是一种交通工具，其设计必须符合交通工程的要求，如转向盘的位置、灯光与显示系统、外廓尺寸及轴荷等均要符合交通法规；汽车设计必须考虑制造工艺，使零件易于加工、便于装配，适于大批量生产；汽车设计必须考虑其运营效益：使用性能好、运输效率高、便于维修保养；汽车设计应符合有关管理部门制定的汽车产品型谱及一切与汽车有关的管理法规。汽车设计第一章汽车总体设计17四、汽车设计的工作方针及原则汽车设计的工作方针是汽车设计工作的指导思想，而设计原则是指导设计的总则。它包括对产品在技术先进性、制造工艺性、结构继承性、零件标准化与部件通用化程度及生产成本等主要技术和经济方面的要求以及对汽车变型的规定，同时要规定在各种使用性能中优先保证的主次。⑴汽车的选型应根据汽车型谱、市场需求、产品的技术发展趋势和企业的产品发展规划进行。⑵选型应在对同类型产品进行深入的市场调查、使用调查、生产工艺调查、样车结构分析及全面的技术、经济分析的基础上进行。新车型应是技术先进、结构合理、经济实用、美观畅销的产品。汽车设计第一章汽车总体设计18⑶应从已有的基础出发，对原有车型和引进的样车进行分析比较，继承优点，消除缺陷，采用已有的且成熟可靠的先进技术与结构，开发新车型。⑷应从解决设计中的主要矛盾或关键问题入手，依次解决设计方案中的其他问题和要求。⑸设计应遵守有关标准和法规，不得侵犯他人专利。⑹力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。⑺设计要从严要求。为了防止发生严重的错误，每个步骤都应进行检查，每个阶段应作可能进行的实践考验，以便高质量地完成设计任务。汽车设计第一章汽车总体设计19五、汽车总体设计的任务⑴正确选择性能指标、重量和尺寸参数，提出整车总体设计方案。⑵对各部件进行合理布置，并进行运动校核。⑶对汽车性能进行精确控制和计算，保证主要性能指标的实现。⑷协调各种矛盾。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系20六、汽车开发程序汽车产品的开发概括来说可分为四个阶段：决策阶段、设计阶段、试制试验阶段和生产阶段。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系21商品计划商品计划是商品开发的首要步骤，而且是商品开发其他步骤（产品设计、生产准备、销售策划）的工作依据和指导文件。商品计划从市场分析和前景预测以及对本企业现有产品的评价出发，确定新开发商品的概念和在本企业系列商品中的定位以及对象用户，制定目标纲领、目标销售量及价格，并决定投产时间等。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系22商品计划项目及内容项目内容商品开发目的根据社会、市场需求及企业实际，明确商品开发的必要性和目的商品定位目标用户和市场、发往地、用途及商品级别等商品概念大致规定商品应具备的特性、造型风格、主要性能、附属设备、目标价格等，用数量、实物和图像等表示其他目标纲领、销量、利润目标及投产时间等汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系23概念设计概念设计是指从创意、构思、草图到模型和概念样车的全过程的活动。技术人员通过概念设计把商品计划中确定的大致产品定义形象化、具体化，达到能够具体设计（工业化设计）的程度。概念设计在商品开发过程中起着十分重要的作用，它不仅影响商品开发的进度和质量，对开始确定的开发基本构想能否实现也起到关键作用。因此，它是商品开发成功与否的关键环节。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系24车型构成（车身形式、驱动形式、商品等级、发动机、变速器和悬架等）；车辆基本结构形式和尺寸；装用的主要部件和附属设备；车辆总体布置；性能、品质、质量和成本目标；开发日程。概念设计主要考虑的项目：汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系25⑴进行积极的市场调研和技术调研，提出准确的市场预测和技术可行性报告。⑵进行可行性分析。⑶对可行性报告进行评审。⑷可行性报告通过决策并批准立项，则列入企业产品开发计划。⑸编写产品开发任务书或开发建议书。1.决策阶段（规划阶段）决策阶段的任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系262.设计阶段（开发阶段）⑴调查研究与初始决策其任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则。调查研究的内容包括：老产品在使用中的表现及用户意见；当前本行业与相关行业的技术发展，特别是竞争对手的新产品与新技术；材料、零部件、设备和工具等行业可能提供的条件；本企业在科研、开发及生产方面所取得的新成果。汽车设计第一章汽车总体设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系27⑵总体方案设计其任务是根据决策所选定的目标以及对开发目标所制