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機電工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計方案
論證報告
設(shè)計題目: GD6371輕型客車設(shè)計——總體設(shè)計
目次
1 我國汽車工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展的趨勢 1
2 汽車總體設(shè)計分析 2
3 汽車形式論證選擇 3
3.1 軸數(shù)和驅(qū)動形式 3
3.2 布置形式 4
4 商用車主要參數(shù)選擇 6
4.1尺寸參數(shù) 6
4.2 商用車質(zhì)量參數(shù)選擇 6
5 商用車發(fā)動機選擇 7
6 汽車輪胎選擇 8
論證結(jié)果 9
參考資料 10
1.我國汽車工業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展的趨勢
綜觀我國汽車工業(yè)現(xiàn)，展望我國汽車工業(yè)的未來，風(fēng)險與機遇并存。
改革開放以來，特別是近幾年我國汽車工業(yè)發(fā)展勢頭強勁。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，去年1至7月，汽車全行業(yè)完成工業(yè)總產(chǎn)值3723.82億元，同比增長29.44％：產(chǎn)品銷售收入3598.88億元，同比增長31.05％：利潤總額221.90億元，同比增長51.14％。主要經(jīng)濟指標增長都比較大，實現(xiàn)了增產(chǎn)增收。汽車產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)的地位越來越突出。去年交通運輸設(shè)備制造業(yè)對工業(yè)增長的貢獻率首次躍升至40個工業(yè)行業(yè)之首。以汽車制造業(yè)為主的交通運輸設(shè)備制造業(yè)已取代電子信息通信業(yè)，成為名副其實的領(lǐng)頭羊。
隨著市場需求的不斷擴大，我國汽車工業(yè)的發(fā)展?jié)摿σ卜浅Ｖ蟆?jù)有關(guān)部門分析，近幾年我國汽車消費市場的消費結(jié)構(gòu)已發(fā)生了很大變化。載貨汽車的需求量仍將持續(xù)增長，特別是次發(fā)達地區(qū)，如西部地區(qū)對中重型貨車、多種專用汽車、礦用車和大中型客車的需求將明顯增加。農(nóng)村汽車市場對輕、微型客貨車需求也會有較大增長。隨著國家有關(guān)鼓勵私人購車政策的出臺，預(yù)計個人購車比例將逐年快速增長。特別是轎車、客車，尤其是微型客車的需求量會有較大增長，市場份額將進一步提高。為此，國家將積極發(fā)展售價八萬元左右的經(jīng)濟型轎車，以滿足中國家庭的需要。此外，國家還將大力推進發(fā)展汽車工業(yè)的相關(guān)環(huán)境：至2005年，中國公路里程將增加至160萬公里，其中高速公路2.5萬公里。各地還將加大發(fā)展城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增加停車場地等交通配套設(shè)施。所有這些，都無疑會大大促進我國汽車工業(yè)的發(fā)展。
汽車工業(yè)發(fā)展形勢喜人，但同時也面臨著巨大的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。特別是“入世”以后，國門完全打開，我國的轎車產(chǎn)業(yè)與國外發(fā)達國家的汽車企業(yè)處于同一個大市場，將不可避免地面臨激烈的競爭與挑戰(zhàn)。我們現(xiàn)在的主要問題是：缺乏完整的轎車開發(fā)能力和自主的品牌，零部件制造體系相對薄弱，汽車產(chǎn)業(yè)的管理和服務(wù)體系仍十分落后，企業(yè)規(guī)模還難以與國外大公司抗衡。所有這些問題必須認真面對。
打通國際大市場，也給中國汽車工業(yè)的發(fā)展帶來了新的機遇，使我們可以有機會在與強手的合作與競爭中學(xué)習(xí)他們先進的技術(shù)、先進的管理和服務(wù)經(jīng)驗，不斷完善自己。同時也逼迫我們把自己做大做強。為了應(yīng)對國際汽車市場的激烈競爭，國家將致力于汽車工業(yè)的戰(zhàn)略重組，優(yōu)化資源配置，培育出兩到三家主業(yè)突出，核心能力強、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有較強國際競爭力的大型企業(yè)集團。同時，我們還可以充分利用“入世”后對幼稚工業(yè)的“保護期”進一步加大力度，開放市場，加強對汽車產(chǎn)業(yè)的管理，努力降低成本，提高競爭力：抓緊清理減少不合理稅費，鼓勵百姓的汽車消費。預(yù)計6年內(nèi)我國轎車價格可與國際初步接軌，10年內(nèi)可完全接軌。只要我們自強不息，艱苦奮斗，中國汽車工業(yè)的發(fā)展前景還是十分樂觀的。
有關(guān)人士預(yù)測，未來，我國汽車工業(yè)將呈現(xiàn)六大發(fā)展趨勢。
一、國有汽車生產(chǎn)企業(yè)將由市場”領(lǐng)導(dǎo)者”轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲎冯S者
二、汽車生產(chǎn)將由大批量方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娚a(chǎn)方式。
三、汽車企業(yè)將由整體性購并轉(zhuǎn)變?yōu)榫植啃再彶?
4、 人力資源將由國內(nèi)單一配置轉(zhuǎn)為全球流動配置。
五、汽車產(chǎn)品將由價格競爭轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合素質(zhì)的競爭。
六、汽車消費由集團消費轉(zhuǎn)化為個人消費。
2.汽車總體設(shè)計分析
汽車可以根據(jù)用途或結(jié)構(gòu)特點進行分類。我國把汽車分為七類：轎車、貨車、越野車、自卸汽車、牽引汽車、專用汽車和客車。上述七類汽車又根據(jù)發(fā)動機的排量V或汽車總質(zhì)量m a或汽車尺寸(總長)不同進一步區(qū)分，如不同發(fā)動機排量的轎車，表明汽車的動力性和經(jīng)濟性指標不一樣。我國根據(jù)發(fā)動機排量不同，將轎車分為五級(表2-1)；貨車按公路運行時廠定最大總質(zhì)量不同，越野車按越野運行時廠定最大總質(zhì)量不同，將它們分為四級(表2-2)；而客車根據(jù)車輛總長不同來區(qū)分(表2-3)。
表2-1 轎車分類
轎車級別
微型
普通級
中級
中、高級
高級
發(fā)動機排量
V／L
V≤1．0
1．0< V≤1．6
1．6< V≤2．5
2．5< V≤4．0
V>4．0
表2-2 貨車分類
貨車級別
微型
輕型
中型
重型
公路運行
最大總質(zhì)量m。
m?！?．8
1．8
14．0
表2-3 客車分類
客車級別
微型
輕型
中型
大型
車輛總長L。
L?！?．5
3．5< L?！?．0
7．0< L?！?0．0
L。>10．0
人們從事生產(chǎn)活動離汽車。在日常生活中，汽車特別是轎車是經(jīng)常使用的交通工具。汽車工業(yè)出現(xiàn)的高新技術(shù)多數(shù)在轎車上首先得到應(yīng)用。目前，轎車的產(chǎn)量、保有量占汽車總產(chǎn)量和保有量的絕對多數(shù)。一方面，擁有轎車是標志人們生活水平的提高；另一方面，大量運行著的汽車所造成所造成的公害又降低了人們的生活質(zhì)量。因此，人們對汽車提出越來越高的要求，包括研制節(jié)油汽車和開發(fā)應(yīng)用新能源；有關(guān)法規(guī)對汽車的排放和噪聲提出更嚴格的要求；對汽車安全性提出更高的要求，達到乘坐汽車有安全感、愉快感，汽車發(fā)生碰撞事故時能夠妥善地保護乘員；對汽車提出居住性要求，不僅坐在汽車里舒適，而且能與外界進行信息交流。
進行總體設(shè)計應(yīng)滿足如下基本要求：
1)汽車外廓尺寸應(yīng)符合GBl589—89的外廓尺寸限界規(guī)定。
2)軸荷分布要合理，并應(yīng)符合有關(guān)公路法規(guī)的限定要求。
3)汽車的各項性能，要求達到設(shè)計任務(wù)書所給定的指標。
4)進行有關(guān)運動學(xué)方面的校核，保證汽車有正確的運動和避免運動干涉。
5)拆裝與維修方便。
車型不同、生產(chǎn)綱領(lǐng)不同，新產(chǎn)品的開發(fā)階段與工作內(nèi)容也不同。一般新產(chǎn)品開發(fā)要經(jīng)歷五個階段，各階段的主要工作內(nèi)容見表2-4。
表2-4 產(chǎn)品開發(fā)過程
階段
新車設(shè)計
主要工作內(nèi)容
設(shè)
計
任
務(wù)
書
編
制
階
段
國家汽車發(fā)展型譜或上級機關(guān)指令
工廠產(chǎn)品發(fā)展規(guī)劃
概念設(shè)計
市場預(yù)測，使用調(diào)查，產(chǎn)品水平分析，形體設(shè)計，工藝分析，產(chǎn)品的目標成本
產(chǎn)品的通用化、標準化、系列化，繪制方案圖，初步性能計算
設(shè)計任務(wù)書的制定
繪制總布置草圖，初選主要技術(shù)參數(shù)
技術(shù)
設(shè)計
階段
技術(shù)設(shè)計
確定主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)，總成設(shè)計，繪制整車校對圖，運動干涉校核，整車性能計算，出試制圖和技術(shù)文件
試制、
試驗、
改進、
定型
階段
改進設(shè)計
試制總成和樣車，總成試驗，整車試驗，使用試驗，評價試驗，改進沒計
鑒定定型
工藝審查，成本核算，價值分析，出生產(chǎn)準備用圖，編制鑒定文件
生產(chǎn)
準備
階段
小批量生產(chǎn)、用戶試驗
工藝調(diào)試，繼續(xù)試驗，改進設(shè)計，完成生產(chǎn)用圖，小批試生產(chǎn)
生產(chǎn)
銷售
階段
批量生產(chǎn)與銷售
正式銷售，售后服務(wù)
3. 汽車形式論證選擇
3.1 軸數(shù)和驅(qū)動形式
不同類型汽車有不同軸數(shù)和驅(qū)動型式，主要根據(jù)使用條件、用途、產(chǎn)條件、制造成本及公路條件等因素進行選擇。
最常用的是4×2前驅(qū)動式結(jié)構(gòu)。一般乘用車都采用4×2前驅(qū)動的布置型式，因為這種汽車結(jié)構(gòu)簡單、布置合理、機動性好、成本低、適合于公路使用，是—種典型的、成熟的結(jié)構(gòu)型式。
采用增加軸數(shù)的辦法，可以提高載重量而不增加單軸負荷，同時還不會增加車箱底板的離地高度，提高通用化、系列化水平，便于生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本等。所以汽車廠家多年來一直都采用這種辦法變型出更多品種的汽車。
本次設(shè)計汽車最大總質(zhì)量為1.35t，故選擇兩軸、4×2前驅(qū)動形式。
3.2 布置形式
乘用車的布置形式主要有發(fā)動機前置前輪驅(qū)動（FF）、發(fā)動機前置后輪驅(qū)動(FR)、發(fā)動機后置后輪驅(qū)動（RR），中置后驅(qū)（MR）等。
FF型
FF型布置形式在發(fā)動機排量為2.5L以下的乘用車得到廣應(yīng)用，主要優(yōu)點：
1）省略傳動軸裝置，減輕車重，結(jié)構(gòu)比較緊湊；
2）有效地利用了發(fā)動機室空間，駕駛室內(nèi)空間較為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；
3）發(fā)動機靠近驅(qū)動輪，動力傳遞效率高，燃油經(jīng)濟性好；
4）發(fā)動機等總成前置，增加前軸的負荷，提高了轎車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性和制動時的方向穩(wěn)定性；
5）簡化了后懸架系統(tǒng)；
6）在積雪或易滑路面上行駛時，靠前輪牽拉車身，有利于保證方向穩(wěn)定性；
7）汽車散熱器布置在汽車前部，散熱條件好，發(fā)動機可得到足夠的冷卻；
8）行李箱布置在汽車后部，所以有足夠大的行李箱空間等。
圖3-1 汽車前置前驅(qū)布置
缺點：
1）啟動、加速或爬坡時，前輪負荷減少，導(dǎo)致牽引力下降；
2）前橋既是轉(zhuǎn)向橋，又是驅(qū)動橋，結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)雜，制造成本高、維修保養(yǎng)困難。
3）前橋負荷較后軸重，并且前輪又是轉(zhuǎn)向輪，故前輪工作條件惡劣，輪胎壽命短。
4）前輪驅(qū)動并轉(zhuǎn)向需要等速萬向節(jié)，其機構(gòu)和制造工藝較為復(fù)雜。
5）一旦發(fā)生正面碰撞事故，因其發(fā)動機及其附件損失較大，維修費用高等。
FR型
FR型布置的優(yōu)點；
1）在拼合良好的路面上啟動、加速或爬坡時，驅(qū)動輪的負荷增大(即驅(qū)動輪的附著壓力增大)，其牽引性能比前置前驅(qū)型式優(yōu)越；
2）軸荷分配比較均勻，因而具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，并有利于延長輪胎的使用壽命；
3）發(fā)動機、離合器和變速器等總成臨近駕駛室，簡化了操縱機構(gòu)的布置；
4）轉(zhuǎn)向輪是從動輪，轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、便于維修等。
缺點：
1）由于采用傳動軸裝置，不僅增加車重，還影響乘坐的舒適性；同時降低動力傳動系的傳動效率，影響了燃油經(jīng)濟性和動力性；
2）縱置發(fā)動機、變速器和傳動軸等總成的布置，使駕駛室空間減小，影響乘坐舒適性；同時，地板高度的降低也受到限制；汽車正面發(fā)生碰撞時，易導(dǎo)致發(fā)動機進入車廂，會對前排駕駛員造成傷害。
3）在雪地或易滑路面上啟動加速時，后輪推動車身，易發(fā)生擺尾現(xiàn)象等。
圖3-2 汽車前置后驅(qū)布置
中置后驅(qū)（MR）
布置優(yōu)點：
1）極為優(yōu)異的轉(zhuǎn)向特性。在轉(zhuǎn)向時，一轉(zhuǎn)動方向盤，汽車很快就跟著轉(zhuǎn)向，二者間的時間差非常短，車身緊隨轉(zhuǎn)向動作的性能特別好。
2）起步和加速性能較好。因為當(dāng)起步或減速時，整車的重量向后移動，從而增加了后輪對地面的附著力，驅(qū)動力再大也很難使輪胎打滑。
缺點：
1）于是中置發(fā)動機，發(fā)動機和傳動機構(gòu)都集中地布置在汽車中部。在其它的驅(qū)動方式中，汽車中部都是乘客使用的空間，因而，這種汽車的高性能代價極大，嚴重地影響了車身空間的利用，使其車內(nèi)空間狹小，實用性較差，一般只布置兩個座椅。
2）由于發(fā)動機布置在駕乘人員的身后，因此發(fā)動機的聲音也聽得較為清晰。
幾種布置形式相比，考慮到車型為輕型客車，參考常見相同車型，選擇中置后驅(qū)形式，有點：軸荷分配合理，有利于提高輪胎的使用壽命；前輪不驅(qū)動，因而不用等速萬向節(jié)，降低了成本；上坡時驅(qū)動輪附著力大，故爬坡能力強；變速器與主減速器分開，拆裝和維修方便；并且乘坐空間寬敞，行駛平穩(wěn)。
4 商用車主要參數(shù)選擇
汽車主要參數(shù)包括尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)和汽車性能參數(shù)。
4.1尺寸參數(shù)
GB 1589——1989汽車外廓尺寸界限規(guī)定：貨車、整體式客車部長不應(yīng)該超過12m，單鉸接工客車不超過18m，半掛汽車列車不應(yīng)超過16.5m，全掛汽車不應(yīng)該超過20m；在不包括后視鏡的情況下，汽車寬不應(yīng)超過2.5m；在空載、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車高不應(yīng)該超過4m；后視鏡等單側(cè)外伸量不得超過最大寬度處250mm；頂窗、換氣裝置開啟時不得超出車高300mm。
軸距的選擇須考慮其他很多因素。軸距短，相應(yīng)汽車總長、質(zhì)量、最小轉(zhuǎn)彎半徑及縱向通過半徑就會小一些。但軸距過短會產(chǎn)生車廂長度不夠或后懸太長、汽車行駛狀態(tài)中縱向角振動過大、汽車制動性和操縱穩(wěn)定性變壞、萬向節(jié)傳動夾角過大等問題。因此，在選擇軸距時應(yīng)綜合考慮多方面因素的影響。當(dāng)然，在滿足所設(shè)計汽車的車廂尺寸、主要性能和整體布置等要求的前提下，應(yīng)將軸距設(shè)計得短一些。
汽車輪距對汽車總寬、總質(zhì)量、機動性和橫向穩(wěn)定性都有較大影響。輪距越大，則懸架的角剛度就會越大，汽車的橫向穩(wěn)定性也就越好，車廂內(nèi)橫向空間也越大。但輪距也不能設(shè)計得過大，否則，會增大汽車的總寬和總質(zhì)量。
前懸和后懸對汽車的通過性、安全性等有很大影響。初選前懸的尺寸應(yīng)該在保證布置下個總成前提下，盡可能?。缓髴覄t根據(jù)所涉及車型要求，是擔(dān)當(dāng)選取。
故參照長安之星參數(shù)，選取此商用車尺寸，長*寬*高為3725×1560×1895（mm），軸距為2350mm，前輪距1280mm，后輪距1290mm。
4.2 商用車質(zhì)量參數(shù)選擇
本車質(zhì)量參數(shù)在汽車設(shè)計總體設(shè)計任務(wù)書中已給出，如表4-1：
表4-1 總體設(shè)計基本參數(shù)
汽車整備質(zhì)量Kg
最大總質(zhì)量Kg
最高車速Km/h
人均整備質(zhì)量值t/人
900
1350
115
0.15
軸荷分配對汽車輪胎使用壽命和使用性能有很大影響?？紤]輪胎面磨損均勻和壽命相近，各車輪負荷應(yīng)相差不大；為了使汽車有良好的動力性和通過性，驅(qū)動橋應(yīng)當(dāng)有足夠大的負荷，從動軸上負荷可適當(dāng)減少；為使汽車有良好的操縱穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向軸負荷不應(yīng)過于小。這就要求設(shè)計時要，充分考慮整車的性能要求、使用條件，合理選取軸荷分配。
汽車的性能參數(shù)由設(shè)計計算后得出。
5 商用車發(fā)動機選擇
現(xiàn)在汽車上使用的發(fā)動機主要以往復(fù)式內(nèi)燃機為主。它包括汽油機和柴油機兩種。汽油機的優(yōu)點：噪聲小、轉(zhuǎn)速高、體積小、易啟動、轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性好等；缺點是：排污大、功率小。柴油機優(yōu)點是：功率大、排污小、壽命長等；缺點是：工作粗暴、噪聲大、體積大。汽油機主要用于輕型車和轎車，柴油機主要用于貨車、大型客車。隨著發(fā)動機技術(shù)的進步，輕型車和轎車使用柴油機有日益增多。
按汽缸排列形式有直列式、水平式和v型式。直列式結(jié)構(gòu)簡單、寬度窄、布置方便。但當(dāng)發(fā)動機的缸數(shù)多時，在汽車上布置困難，且高度尺寸大，適用于6缸以下的發(fā)動機；水平式平衡性好，高度低，在少量大客車上得到應(yīng)用；V型曲軸風(fēng)度高，尺寸小，發(fā)動機系列多，但造價高，主要用于中、高轎車以及重型貨車上。
按冷卻形式分為風(fēng)冷和水冷兩種。風(fēng)冷結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、適應(yīng)性好。但冷卻不均勻、噪聲大、耗功大。主要用于摩托車。水冷冷卻均勻可靠、散熱好、噪聲小。能提供車內(nèi)供暖、較好適應(yīng)發(fā)動機增壓后散熱的需要。缺點是冷卻系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。使用與維修不方便。冷卻性能愛環(huán)境溫度影響較大，夏季冷卻水容易過熱，冬季又容易過冷，并且在室外存放，水結(jié)冰后能凍壞氣缸缸體和散熱器。
發(fā)動機主要指標的選擇：
發(fā)動機功率越大則汽車的動力性越好，但功率太大會使發(fā)動機功率利用率下降，同時燃料經(jīng)濟性下降，動力傳動系的質(zhì)量也要加大。因此，應(yīng)合理地選擇發(fā)動機功率。用正式估算發(fā)動機的最大功率：
式中： ——發(fā)動機最大功率，kW;
——傳動系的傳動效率，對單級主減速器驅(qū)動橋的4× 2式汽車取≈0.9；
——汽車總質(zhì)量，kg；
——重力加速度，m／s2；
——滾動阻力系數(shù)，對載貨汽車取0.02，對礦用自卸汽車取0.03，對轎車等高速車輛需考慮車速影響并?。?.0165+0.0001(Va-50)；
——最高車速，km／h；
——空氣阻力系數(shù)，轎車取0.4～0.6，客車取0.6～0.7，貨車取0.8—1.0
——汽車正面投影面積，㎡，若無測量數(shù)據(jù)，可按前輪距B1、汽車總高H、汽車總寬B等尺寸近似計算：
對轎車 A≈0.78BH，
用下式確定：
——最大轉(zhuǎn)矩（N·m）；
——轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)，一般在1.1~1.3之間選??；
——發(fā)動機最大功率（kw）；
——最大功率轉(zhuǎn)速（r/min）。
通過計算，本車發(fā)動機選為JL465Q5。
6 汽車輪胎選擇
輪胎及車輪對汽車的承載能力有著重要影響，其中包括動力性、通過性、經(jīng)濟性、制動性、操縱穩(wěn)定性及汽車的承載能力和行駛安全性。因此，輪胎的選擇也成為極關(guān)重要的工作。
輪胎及車輪部件應(yīng)當(dāng)滿足以下基本要求：足夠的負荷能力與速度能力；良好的均勻性與質(zhì)量平衡性；較小的滾動阻力與行駛哭聲；耐磨損、耐老化和良好的氣密性；質(zhì)量小、價格低、拆裝方便、互換性優(yōu)良。
按結(jié)構(gòu)分類：子午線輪胎、斜交輪胎。
子午線輪胎與斜交胎的比較：子午線輪胎的特點是滾動阻力小、溫升低、胎體緩沖性能和胎面附著性能好，裝車后油耗低、壽命長、高速性能優(yōu)良，因此，適應(yīng)現(xiàn)代汽車對安全、高速、低能耗的發(fā)展要求，是汽車設(shè)計時首選輪胎。但其制造困難，造價較斜交輪胎高且不易翻修等。
綜合考慮，該車選用子午線輪胎，155/R13 LT。
圖6-1 子午線胎構(gòu)造
圖6-2 斜交胎構(gòu)造
論證結(jié)果
根據(jù)本次設(shè)計目標與要求，所設(shè)計車型為GD6371，采用4x2發(fā)動機中置后驅(qū)布置形式，汽車尺寸長*寬*高為3700×1555×1850（mm），軸距為2500mm，前輪距1280mm，后輪距1290mm，發(fā)動機為JL465Q5，輪胎為155/R13 LT。
參考資料
[1] 王望予．汽車設(shè)計 [M]．第4版．北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
[2] 劉惟信．汽車設(shè)計 [M]．第1版．北京：清華大學(xué)出版社，2001.7
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