汽车设计(第三版)

上海理工大学机械系《汽车设计》第三版，周萍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ma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昀大总质量不同，越野车按越野运行时厂定昀大总质量不同，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—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V／LV≤1．01．0V≤1．61．6V≤2．52．5V≤4．0V4．0表1—2货车的分类货车级别微型轻型中型重型公路运行昀大总质量m。m。≤1．81．8m。≤6．06．0m。≤14．0m。14．0表1—3客车的分类客车级别微型轻型中型大型车辆总长L。L。≤3．53．5L。≤7．07．0L。≤10．0L。10．0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GBl589—89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—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，昀经济的生产纲领、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。产品应尽昀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l／5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。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。昀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，昀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。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19～26t的公路运输车采用三轴形式，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4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8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4×2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19～26t的公路用汽车，采用6×2或6×4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。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