GD1031轻型货车设计—总体设计
GD1031轻型货车设计总体设计,gd1031,轻型,货车,设计,总体,整体
汽车总体设计1. 概述汽车性能的优劣取决于组成汽车的各部件的性能,还取决于汽车各部件的协调和配合,取决于总体布置;总体设计水平的高低对汽车的设计质量、使用性能和产品的生命力起决定性的影响。汽车是一个系统,这是基于汽车只有如下属性而具备组成系统的条件:汽车是由多个要素(子系统及连接零件)组成的整体,每个要素对整体的行为有影响; 组成汽车的各要素对整体行为的影响不是独立的; 汽车的行为不是组成它的任何要素所能具有的。1.1 整车总布置设计的任务(1) 从技术先进性、生产合理性和使用要求出发,正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数,提出总体设计方案,为各部件设计提供整车参数和设计要求;(2) 对各部件进行合理布置和运动校核;(3) 对整车性能进行计算和控制,保证汽车主要性能指标实现;(4) 协调好整车与总成之间的匹配关系,配合总成完成布置设计,使整车的性能、可靠性达到设计要求。1.2 设计原则、目标(1) 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。(2)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、样车结构分析与性能分析及全面的技术、进行分析的基础上进行(3)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,采用已有且成熟可靠的先进技术与结构,开发新车型。 (4)涉及应遵守有关标准、规范、法规、法律,不得侵犯他人专利。 (5)力求零件标准化、部件通用化、产品系列化。1.3汽车设计过程(1)调查研究与初始决策:选定设计目标,并制定产品设计工作及方针原则。(2)总体方案设计:根据所选定的目标及对开发目标制定的工作方针、设计原则等主导思想提出整车设想,即概念设计(3)绘制总布置草图,确定整车主要尺寸、质量参数与性能以及各总成的基本形式。 (4)车身造型设计及绘制车身布置图:绘制不同外形、不同色彩的车身外形图;制作相应的造型的1:5整车模型;从中选优后,再制作1:5或1:1的精确模型。(5) 编写设计任务书;(6) 汽车总布置设计;(7) 总成设计;(8) 试制、试验、定型。2. 整车型式的选择根据设计原则,目标和用户的需求特点,整车设计人员要提出被开发车型的整车型式方案,主要包括以下几部分:(1)发动机的种类和型式;(2)轴数和驱动型式;(3)车头和驾驶室的型式及与发动机、前轴(轮)的位置关系;(4)轮胎的选择。2.1发动机的种类和型式对于发动机的种类和型式,在现代汽车上主要选用汽油机和柴油机,燃用其它燃料或其它种类的发动机,可根据车型的需要进行选取。发动机的型式有直列式、V型和对置式等。冷却方式有水冷和风冷。因此要根据具体车型的使用条件和布置上的结构需要,而选择不同种类和型式的发动机。2.2汽车的轴数和驱动型式不同类型的汽车有不同的轴数和驱动型式,这主要根据使用条件、用途、工厂的生产条件、制造成本及公路的轴荷限值等因素进行选择。最常用的是两轴、后驱动42式汽车,其中轿车还可以采用42前驱动式结构。对于一般总重小于 19t的汽车,都采用42后驱动的布置型式(前驱动的轿车除外),对于汽车单轴的负荷增加,以致于超过公路、桥梁所规定的承载限值,一般采用增加汽车轴数的办法来减少单轴的负荷,如果想增加驱动能力,提高越野通过性能,可以增加前驱动型式的结构,同时也可提高载重量。2.3车头、驾驶室的型式车头、驾驶室的型式是汽车的最主要的型式之一。其选择主要决定于用户的要求、安全性、维修保养的方便性和生产条件等因素。车头的型式如长头、平头、凸头等都各有其优缺点。车头、驾驶室与发动机,前轴(前轮胎)的布置位置,也可组成不同的布置结构,形成不同风格的整车外形,使轴荷分配、轴距、转弯直径等发生变化。对使用、性能也有一定的影响2.4轮胎的选择轮胎在总体设计开始阶段就应选定,而选择的依据是车型、使用条件、轮胎的静负荷、轮胎的额定负荷以及汽车的行驶速度。当然还应考虑与动力传动系参数的匹配以及对整车尺寸参数的影响。我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查相应的国家标准。3.汽车主要参数的选择总布置设计人员应初步确定以下各种参数,作为整车和总成的原始数据和工作目标。在整车的方案(车头、驾驶室的型式、发动机的种类,整车初步的外廓尺寸、主要布置参数和布置草图)初步确定之后,整车设计人员通过图面工作和计算、初步确定如下目标参数:(1) 汽车主要尺寸参数(2) 汽车质量参数(3) 主要性能参数(4) 汽车的机动性参数(5)估算发动机的最大功率、最大扭矩及其对应的转速。(6)变速器的头档速比和档位数,和驱动桥的主减速比。3.1主要尺寸参数的选择通过整车总布置草图的绘制,可以初步确定各总成的布置关系,进而确定整车各有关的(布置)尺寸参数和质量参数,以便为总成设计提供原始数据。 确定车头,驾驶室的型式,以及同发动机、前轴(轮)的相互布置关系后,绘制布置总布置草图,并在此基础上布置各大总成。完成整车总布置草图后,整车的外廓尺寸及相关的布置尺寸参数已基本确定,然后进行质量参数的计算。计算质量参数前,要列出各大总成的质量,再定出空载和满载时各总成的质心至前轴和地面的距离,最后计算出空载和满载时的轴荷分配和质心至前轴、地面的距离。通过整车总布置草图的绘制,可以初步确定各总成的布置关系,进而确定整车各有关的(布置)尺寸参数和质量参数,以便为总成设计提供原始数据。在绘制整车总布置草图时,可以参考同类车型的相关总成的外廓尺寸和质量,按本车的总布置需要,进行总布置草图的绘制。初步确定主要布置尺寸和进行质量参数的计算。汽车的主要尺寸参数包括轴距、轮距、总长、总宽、总高、前悬、后悬、接近角、离去角、最小离地间隙等。图3.1 汽车的主要尺寸参数3.2整车质量参数估算在整车设计方案确立后,总布置设计草图初步完成的情况下,应首先对整车质量参数(包括:空载状态下的整车整备质量、轴荷分配、质心高度;满载状态下的整车最大总质量、轴荷分配以及非悬架质量等)进行估算,为整车性能计算和总成设计提供依据。3.2.4整备质量利用系数汽车的整备质量利用系数m0是汽车的装载量mG与整备质量m0之比,即它表明单位汽车整备质量所承受的汽车装载质量。设计新车型时在保证汽车零部件的强度、刚度及可靠性与寿命的前提下,应力求减轻其质量,增大这一系数值。3.2.5轴荷分配汽车的轴荷分配是汽车的重要质量参数,它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。因此,在总体设计时应根据汽车的布置型式、使用条件及性能要求合理地选定其轴荷分配。3.3主要性能参数的选择3.3.1动力性参数汽车的动力性参数主要有最高车速、加速时间、汽车的比功率和比转矩等。3.3.1.3最高车速Vmax选择时应考虑汽车的类型、用途、道路条件、具备的安全条件和发动机功率的大小等,并以汽车行驶的功率平衡为依据来确定。3.3.1.4汽车的比功率和比转矩这两个参数分别表示发动机最大功率和最大转矩与汽车总质量之比。比功率是评价汽车动力性能如速度性能和加速性能的综合指标,比转矩则反映了汽车的比牵引力或牵引能力。在比较各国车型的比功率时,应考虑到各国内燃机功率测定标准的差异。3.3.1.5汽车的加速时间汽车由起步并换档加速到一定车速Va的时间,称为“0Va的换档加速时间”;而在直接档下由车速为20kmh加速到某一车速Va (kmh)的时间,称为20Va的直接档加速时间”,它们均为衡量汽车加速性能和动力性能的重要指标。国外也有用起步并换档加速行驶到某一距离(例如0400m,0500m,01000m)所花费的时间来衡量汽车的加速性能的。3.3.2燃料经济性参数汽车在良好的水平硬路面上以直接档满载等速行驶100 km时的最低燃料消耗量Q(L100km),称为汽车的“百公里最低燃料消耗量”,是汽车的燃料经济性常用的评价指标。它也是满载的汽车在良好的硬路面上用直接档以经济车速等速行驶时的百公里耗油量。单位汽车总质量的百公里最低燃料消耗量,又称为汽车的“单位燃料消耗量” (L(100kmt)。在新车设计时,其燃料经济性可参考总质量相近的同类车型的百公里耗油量或单位燃料消耗量来估算。3.3.3机动性参数最小转弯直径是指当转向盘转至极限位置时由转向中心至前外轮接地中心的距离,它反映了汽车通过小曲率半径弯曲道路的能力和在狭窄路面上或场地上调头的能力。其值与汽车的轴距、轮距及转向车轮的最大转角等有关,并应根据汽车的类型、用途、道路条件、结构特点及轴距等尺寸选取。3.3.4操纵稳定性参数操纵稳定性参数参数有:(1) 转向特性参数;由于轮胎的侧偏使前、后轴产生相应的侧偏角。其角度差为正、负、零时使汽车分别获得“不足转向”、“过度转向”和“中性转向”等特性。(2) 车身侧倾角;汽车以0.4g的向心加速度作匀速圆周运动时的车身侧倾角应在3之内,在大不超过7。(3) 制动点头角;汽车以0.4g的减速度制动时的车身点头角应不大于1.5。3.3.5行驶平顺性参数 行驶平顺性通常用车身振动参数来评价。在总体设计时,通常应给出前后悬架的偏频或静挠度、动挠度以及车身振动加速度等参数值作为设计要求。3.3.6制动性参数常以制动距离、制动减速度和制动踏板力作为汽车制动性能的主要设计指标和评价参数。制动距离是指在良好的试验跑道上和规定的车速下,紧急制动时由踩制动踏板起到完全停车的距离。3.3.7通过性参数4.发动机选型4.1发动机基本形式的选择 在汽车发动机基本型式的选择中首先应确定的是采用汽油机还是柴油机,其次是气缸的排列型式和发动机的冷却方式。 按气缸排列型式,发动机又有直列、水平对置和V型等区别。4L以下的汽油机多采用直列式,V型发动机相对于直列式有许多优点,对于长度受到限制的车辆来说,适宜于这类车辆的总体布置,水平对置双缸发动机在微型汽车上得到应用。 按冷却方式,发动机又有水冷式和风冷式之分。绝大多数的汽车都采用了水冷发动机。但其冷却性能受气温影响显著。风冷发动机的冷却系统简单,维修简便;安装小排量发动机的微型汽车上得到应用,在其他类型的汽车上应用不多。4.2主要性能指标的选择4.2.1发动机最大功率Pe max及其相应转速np发动机功率愈大则汽车的动力性愈好,但功率过大会使发动机功率利用率降低,燃料经济性下降,动力传动系的质量也要加大。因此,应合理地选择发动机功率。设计初可参考同类型、同级别且动力性相近的汽车的比功率进行Pe max的估算或选取。4.2.2发动机最大转矩Te max及其相应转速nm当发动机最大功率和其相应转速确定后,可通过公式确定发动机的最大扭矩。在选取发动机最大扭矩点的转速时,一般希望该转速与最大功率点的转速有一定的比例关系,即保证(转速适应性系数)在1.42.0之间,4.2.3发动机适应性系数发动机适应性系数是转矩适应系数与转速适应系数的乘积。它表明发动机适应汽车行驶工况的程度。4.3传动系参数的选择4.3.1最小传动比的选择整车传动系最小传动比的选择,可根据最高车速及其功率平衡图来确定。4.3.2最大传动比的选择最大传动比为变速器的头档速比与主减速比的乘积。该速比主要是用于汽车爬坡或道路条件很差(阻力大)的情况下(此时空气阻力可以不计)汽车仍能行驶。4.3.3变速器档位数的选择变速器档位数的多少,要根据汽车的类型,使用条件和性能要求及最高档和最低档的速比范围大小而定。5.总布置图的绘制在总成进行方案布置和设计计算的同时,要进行整车总体布置的有关计算(参数确定和性能计算)工作,并要在整车方案布置草图及各总成匹配布置的基础上正式绘制和布置整车总布置图。 整车总布置图包括侧视图、俯视图、前视图和必要的断面布置图、局部布置图。 5.1整车布置的基准线零线的确定汽车在满载状态下,确定整车的零线(三维坐标面的交线)、正负方向及标注方式。 (1)整车在满载状态、车头向左来确定整车的坐标线。 (2)在新车设计时,整车的坐标线确定后,车身(车头、驾驶室)、车架的坐标线也确定了,三者是统一的。整车零线的画法上述的、三条线,统称为三个方向的零线。 在绘制总布置图时,先确定零线的位置。是从侧视图上开始,俯视图和前视图坐标线的画法可照此法处理,但须保证X、Y、Z三个坐标线互相垂直。地面线可暂时不画,待前、后轮中心至车架上表面距离确定后,再以前、后轮中心为圆心,以车轮静力半径为半径,分别画两个圆弧,则两圆弧的切线即为地干线。图5.1 整车总布置图坐标系5.2确定车轮中心至车架上表面零线的最小布置距离最早5.2.1后轮中心至车架上表面零线的距离在前轮不驱动,仅后轮驱动的汽车上,前、后车轮中心至车架上表面零线的最小布置距离取决于后驱动桥处在满载状态下的布置尺寸。参见图5.2,图5.2 后轮中心至车架上表面零线的距离5.2.2 前轮中心至车架上表面零线的距离前轮中心至车架上表面零线的距离,一般均小于后轮中心至零线的距离,使汽车在行驶时货物不会向后移。前轮中心至车架上表面零线的距离能小于后轮处,见图5.3,图5.3 前轮中心至车架上表面零线的距离5.2.3前驱动轮中心至车架上表面零线的距离如果汽车前后轮均能驱动时,则前后轮中心至零线的最小布置距离取决于前驱动轮处在满载状态下的布置尺寸。一旦该距离确定后,根据角就可确定后轮中心至零线的距离。 5.3前轴落差的确定当前轮中心确定后,根据选定的车轮外倾角定出主销中心的高度位置,然后选一合理的前轴落差值(前簧座上表面至主销中心的距离),在工艺允许的情况下尽量取大些,5.4发动机及传动系的布置根据总布置草图中所确定的发动机、前轴及前轮的相互位置关系、发动机总成、散热器总成、车头驾驶室总成的外形图,一起在总布置图中进行细化、准确定位,最后确定其坐标位置。 5.5车头、驾驶室的布置在发动机与车架、前轴、前轮布置关系确定后,即可布置车头、驾驶室,在总成设计阶段,对其关系进行协调。因此在这仅对其相互位置关系进行最后布置上的确认和坐标、尺寸的确定。5.6传动轴的布置当发动机、离合器及变速器这一动力传动总成和后驱动桥的位置确定后,则可布置万向节与传动轴。下图给出了一根传动轴两端装有万向节这种最简单的万向节传动的两种布置应使万向节传动两端的夹角尽量相等,其数值在汽车满载静止时不应大于4,最大应超过7。图5.4 万向节传动的两种布置方案 (a)U型布置;(b)Z型布置5.7悬架的布置以载货车的板簧为主,介绍布置上的要求。前板簧的布置要保证主销后倾角的要求,同时也有利于产生不足转向。板簧的支架应尽量减少悬臂的长度,后板簧的布置应做到前低后高,亦可获得不足转向。减振器应尽量布置成垂直状态。前悬架采用独立悬架时,要注意导向机构的运动对前轮定位角、轮距变化的影响及布置上的抗点头角的作用,拆装油底壳的方便性等。5.8车架总成外形及其横梁的布置先确定车架纵梁的断面(胶板)高度,车架纵粱的外形,对于一般载货汽车来讲,前后轴之间的车架纵梁的断面高度为最大值,而在前、后轴附近及前、后端的断面高度均可变小,车架前部的变断面,除要保证足够的强度和刚度外,形状的变化及选择,要考虑布置上的需要和冲压的工艺性,车架总成外宽的确定对车架总成的外宽,其前、中、后部不等,主要取决于布置上的需要。前部外宽取决于发动机的外宽及悬置结构的布置、散热器的尺寸及悬置、前轮距、前轮胎的型号及车轮最大转角、转向纵拉杆和减振器的布置、前悬架的结构型式和布置位置等因素。后部车架的外宽取决于后悬架的结构、尺寸、布置及后轮胎(特别是双胎)的型号、布置尺寸、整车外宽。车架中部的外宽主要考虑国家标准的规定,及前、后部宽度的差值的大小和过渡区的工艺性等,5.9转向系的布置转向系布置的关键要保证转向传动装置及拉杆系统有足够的刚度和较小的传动比变化量。 转向机及转向柱的固定要牢靠,角度及转向盘的高度位置应保证驾驶员操作灵便,拉杆必须有足够的刚度,特别是弯拉杆,要保证没有弹性变形。在纵置板簧的布置中,转向垂臂的球头中心应与板簧的跳动中心重合或接近,上节臂的球头中心应与主片的高度相差转向盘的高度、转向柱的角度固定方式等可与车身总布置共同商定,5.10制动系统的布置行车制动必须采用双回路或多回路系统,当部分管路失效后,其余部分仍有至少30的制动效能。整车设计人员要与总成设计人员共同商定,选择行车和驻车制动器的方案、制动操纵方式及驱动机构的型式、结构和布置。5.11进、排气系统的布置进气与排气系统方案的选择及布置的合理性,对整车的性能、可靠性、排放和振动噪声等有影响。一般长头车的空气滤清器放在发动机罩内,但平头车或重型车的空气滤清器(空气滤清器较大)都放在车身(头)的外面,对于长头重型车,由于空滤器较大,也可放在车头侧面。排气系的布置要保证发动机排气畅通,阻力小(排气制动系统除外),同时要尽量减少噪声和振动,排气口要朝左或右,不许朝向人行道。消声器进气管应尽量与动力总成固定在一起,以减少振动干涉。排气系统在整车(车架)上要用软垫进行支承和固定,以减少管道各接口处的振动和干涉。5.12操纵系统的布置转向盘和转向柱的布置前面已经论述,这里仅对踏板(离合器、制动、油门)装置、变速操纵,驻车制动装置等进行论述。所有踏板和操纵手柄位置都应按人体工程学的要求进行布置,可以在1:1的内模型中进行布置。5.13车箱的布置根据车型所确定的载重量、有利于系列化和通用化。车箱前板及保险架离驾驶室后围或相关部件的间隙应不小于40mm。保险架的高度应超出驾驶室顶部70mmlOOmm。车箱纵梁的后端允许超出车架尾端不大于200mm,以便减轻车架的质量。6. 运动校核6.1 转向轮跳动图目载货汽车大多数采用非独立悬架的结构,应对其进行运动校核。采用非独立悬架的前桥(轴)相对于车架、车身上下跳动,其跳动受悬架和纵拉杆的限制。而且在车桥(轴)和车架之间均装有缓冲块,对车桥(轴)的跳动进行限制。在进行运动校核时,首先要确定前桥的跳动极限位置,一侧车轮在平地上或过坑而暂时悬空,而另一侧车轮遇到路面凸起,使前轴倾斜。6.4 转向拉杆与悬架导向机构运动协调目的:检查转向拉杆与悬架导向机构的运动是否协调,以及校核转向传动的零件在转向和悬架变形时是否会与其它零件相碰。图6.4悬架与转向的运动校核图
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