实用微型客车设计总体设计.docx
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实用微型客车设计总体设计
第一章前言
汽车被称为“改变世界的机器”，它从1986年诞生至今已有100多年的历史，百余年来，特别是汽车产品的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车已为世界经济的大发展，为人类进入现代生活，产生了无法估量的巨大影响，因此，无论是美国，日本，西欧等发达国家或地区无一例外的把发展汽车工业作为国家发展的支柱产业，我国也在“七五”期间提出“要把汽车制造业作为重要的支柱产业，争取有一个较大的发展”，由此可见汽车在世界经济发展的作用。
当前，汽车已进入人类社会各个领域。
工业，农业，商业与国际贸易，教育，科技，文化，艺术，卫生保健，国防以及其他建设事业，以至于人类的现代生活领域及家庭，都与汽车紧密相连。
汽车已成为人们日常工作，生产，学习，生活，旅行中最方便，最经常使用的交通工具，成为现代社会的象征。
在许多发达国家，汽车已普及到千家万户，普及率最高的是美国，平均1.3人拥有一辆；西欧，日本等发达国家平均2~3人拥有一辆。
汽车的普及极大的方便了人们，扩大了人们的活动范围，使社会生活变的丰富多彩；同时促进了公路的建设和运输的繁荣，改变了城市的布局有助于各地区经济文化的交流和偏远落后地区的开发。
我国汽车行业起点低，发展较晚。
1953年中国汽车工业从零起步，开始建造第一汽车制造厂，三年后便生产出国产“解放牌”中型载货汽车。
60年代建设了第二汽车制造厂，生产中国独立设计的“东风”牌中型载货汽车。
但汽车的品种在过去很长时间里出现了“缺重少轻”﹑“轿车基本空白”的缺陷。
改革开放之后，我国的汽车行业才进入大发展阶段。
近年来，轿车生产大幅度增长，确定了一汽，二汽，上海为三大基地以及天津，北京，广州三个较小的基地。
我国汽车的发展目标是，到2010年汽车生产量达600万辆，成为我国国民经济的支柱产业。
同时，改变生产厂过多投资分散生产规模过小的不合理情况，重点支持2～3家汽车企业集团迅速成长为有相当规模的大型企业，以及支持6-7家汽车企业成为国内的骨干企业。
其次，要花大力气增强汽车的自主开发能力，从与国外联合开发逐渐走向成熟的自主开发，提高产品的质量和技术装备水平，迅速赶上国际先进水平。
同时鼓励个人购买汽车，并为轿车的普及作好准备。
当然，汽车的迅速发展也带了一些不易解决的问题，例如：
安全问题，能源消耗，和环境污染。
因此，行车安全，节约能源和环境保护已成为当前汽车技术要解决的三大重要课题。
回顾历史，1959年面世的“MINI”轿车引发了汽车技术的一场革命。
这种车型在取得观念上的突破的同时，还屡次在汽车大赛中取得冠军。
40年后的今天，此类车型依然流行，使之成为最家庭化的轿车。
从此揭开了微行轿车的发展的历史。
在这种情况下，微型客车也适时而生，而此车型也正是我们这一组所要设计的。
我国的微行客车也可称为“中国特色”，因为我国轿车不太普及的情况下，售价仅在三万元人民币左右的微型客车，成为大众买的起的车型。
现在，微型客车在一般的城市里随处可见。
因为它即可为家庭的用车，同时改装方便，可以改装成微型货车，在有的城镇中，它还用来作为出租车，更因为它油耗低，占地面积小，使用经济，所以它受到许多人的欢迎。
因此，设计这种汽车还是顺应时代潮流的。
我在毕业设计中负责的是整体设计，包括微型客车外型设计，整体布置，底盘设计，并积极协调同组的同学完成微客其他部件的设计。
微型客车的整体布置包括人体工程在汽车上各部件安排的应用，发动机的选择，轮胎的选择，传动系，行使系，转向系，制动系和悬架的选择设计，驾驶员和乘客的作为布置，发动机的布置，汽车主要尺寸和参数的选择并校核汽车主要性能参数等。
毕业设计作为大学四年学习教学的一个最后环节，同时也是大学四年的知识回顾，它让我把学过知识系统的梳理一遍，熟悉汽车的各个不见和理论知识点，对于掌握不到的地方，可以借此机会补缺补漏，对知识进行强化，同时也为我们今后踏上工作岗位做好了准备，是工作前的基础练习。
第二章方案的分析和确定
§2.1方案的分析和选择
§2.1.1设计任务
微型客车的整体设计。
§2.1.2设计要求
总的要求是：
以长安牌汽车6331和昌河牌汽车6321系列微型客车的主要参数为依据，完成微型客车的外形设计和底盘各个部分的布置。
表2-1参考车型性能参数
项目
参数
车型
长安6331
昌河6321
外型尺寸（mm）
3570/1400/1810
3230/1395/1925
轴距（mm）
1840
1980
前∕后悬（mm）
755/675
725/655
整备质量（kg）
770
870
前/后轮距（mm）
1215/1200
1205/1200
接近角∕离去角
/
/
最小转弯半径（m）
4.5
4.5
最高车速（km/h）
95
95
发动机型号
JL462Q
DA462-1A
最大功率（kw）
26.11
27.94
最大扭矩（N/m）
52.45
60
油耗（L/100km）
≦6.4
≦6.0
最小离地间隙（mm）
150
155
载客数
6～7
6～8
§2.2方案的分析和确定
§2.2.1方案的基本要求
汽车是由动力装置、底盘、车身、电器及仪表装置等四部分组成，主要任务是用来载送人员和货物的。
一个成功的汽车产品，它的设计应该满足技术、经济及艺术造型等多方面的要求；它的技术和理性主要体现在：
最大程度的采用标准化部件；满足社会和政府的各种法规，尤其要满足政府对汽车外形尺寸的要求；还要满足当地各汽车厂的生产能力及水平。
经济性主要体现在：
在保证汽车所要求的技术要求的同时要最大程度上降低汽车的制造成本；要保证用户的使用的经济性，为用户节省开支。
艺术性主要体现在：
在保证汽车的各项技术指标达到要求时车身造型要尽量满足人们的审美观，驾驶室部分要是工程设计和人体工程学相结合，使驾驶员和乘客在车中有中享受的感觉。
我所负责的总体设计主要是：
设计车型、及时协调各部件和整车的关系以完成地盘的布置。
而车型的设计是最有创造性的，最主要任务是布置好地盘，以保证各部件不产生运动干涉。
经过与同组各同学的讨论协商，在参考上述两种成型基本参数的基础上，最终确定了我们所要设计的微型客车的基本参数（详细参数见后）。
本次设计的出发点是要保证汽车的经济性、机动性和乘坐舒适性。
§2.2.2汽车布置形式的选择
汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身的相互关系以及布置特点而言。
汽车的布置形式和汽车的实用性能有很大关系。
经比较，我们最终确定了前置后驱的形式。
它的优点主要有：
轴荷分配合理，有利于提高轮胎的使用寿命；前轮不驱动，因而不用等速万向节，降低了成本；上坡时驱动轮附着力大，故爬坡能力强；变速器与主减速器分开，拆装和维修方便；并且乘坐空间宽敞，行驶平稳。
缺点是：
因地板车身地板下有传动轴，地板上有突起的通道，并使后排座椅中部坐垫的厚度减薄，影响乘坐舒适性；汽车总长比较长，整车装备质量增大，影响到汽车的燃油经济性和动力性。
§2.3汽车主要参数的确定
§2.3.1汽车的主要尺寸的确定
汽车的主要尺寸主要包括外廓尺寸、轴距、轮距、前悬、后悬、和车厢尺寸等。
参考上两种车型，确定尺寸如下：
1.外廓尺寸：
La=3250mm,Ba=1400mm,Ha=1850mm。
2.轴距：
它对整备质量汽车总长、最小转弯半径、传动轴纵向通过半径等有影响；有参考车型和国家标准，确定轴距L=1860mm。
3.前轮距和后轮距：
轮距会影响车厢、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等。
受汽车总宽不得超过2.5米的法规的限制。
确定汽车的前轮距为：
1200mm，后轮距为：
1205mm。
4.前悬和后悬：
它们影响汽车的接近角和离去角，并影响它的通过性及安全性等。
确定前悬为：
725mm，后悬为：
665mm。
§2.3.2汽车质量参数的确定
汽车的质量参数包括整车整备质量
、载客量、汽车总质量、轴荷分配等。
1.整车整备质量
：
由参考车型，确定
=850kg。
2.汽车的载质量：
参考车型载人数为7，考虑超载和装载货物最终确定：
=550kg。
3.汽车的总质量：
=
+
=1400kg。
4.轴荷分配：
它对轮胎寿命和汽车的使用性能有影响。
从轮胎磨损和使用寿命考虑，各轮的负荷应相差不大；为保证良好的通过性和动力性，驱动桥壳应有足够大的负荷，以减小从动轴的负荷；为保证良好的操纵稳定性，要求转向轴的负荷不应过小；根据发动机和各个部件的质量分配，乘坐人数及位置，最终确定轴荷分配如下表
表2-2载荷分布
空载
满载
前轴
后轴
前轴
后轴
55%
45%
45%
55%
§2.3.3发动机的选择
本次设计的微型客车采用汽油发动机，在微型客车上，它一般布置在驾驶员座椅下面，它的尺寸较小，有利于汽车小型化、轻量化，同时在保证客厢内有足够空间的条件下，还能节约能源。
根据所要设计的汽车的最高车速：
100km/h由下公式：
。
（2-1）
可以大约确定汽车所要求的发动机的功率。
其中：
为发动机最大功率；
为传动系效率；取
=90%；
为汽车总质量（kg）;g为重力加速度（
）;
为滚动阻力系数，取
=0．0165，
=100km/h；
为空气阻力系数，取
=0．52;A为汽车正面投影面积（
），经计算取2.304
;
为最高车速。
把以上参数代入（2-1），可得
=25.9（kw）,根据所的结果并根据参考资料选定发动机型号为DA462,它的性能参数如下：
表2-3DA462汽油机的性能参数
最高功率/转速km/（r/min）
26/5500
最大转矩/转速N/（r/min）
52/3500～4000
排量（ml）
797
最高转速（r/min）
5500
轮廓尺寸（mm）
505/516/433
所要设计的微客所需的做大发动机转矩为
=9549×1.1×26/5500=49.6Nm≦52Nm，a为转矩适应性系数，取1.1。
可见，发动机DA462发动机适合此车
§2.3.4车身形式的选择
根据微型客车的传统车型和各部件的安排空间，采用一厢式车身。
§2.3.5轮胎的选择
轮胎型号对汽车的许多重要性能，包括动力性、经济性、通过性、操纵稳定性、制动性及行使安全性和汽车的承载能力都有影响。
因此，轮胎的选择是重要的工作。
我们设计的微型客车最大质量为1400kg，根据汽车的行驶条件，要求选择的轮胎所能承载的质量大于汽车总质量在其上所分担的载荷量，单个轮胎的负荷=1400/4=350。
由轮胎在使用中的承受的静负荷值应等于或接近轮胎的额定负荷值，查GB2978-89以及根据参考车型，最终确定选用在210MP下，选用155R13LT的子午线轮胎，此轮胎的滚动半径=270，在计算过程中，可以认为车轮半径=静力半径=滚动半径。
该轮胎优点是滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能等都比斜交轮胎好，装车后油耗低寿命长、高速性能好、适应现代汽车对安全、高速、低能耗的发展要求。
其缺点是造价高、不易翻修。
表2-4微型客车主要性能参数
外形尺寸（mm）
3250/1400/1850
轴距（mm）
1860
前/后轮距（mm）
1200/1205
前/后悬（mm）
725/665
最小离地间隙（mm）
165
最大总质量（kg）
1400
整车整备质量（kg）
850
最大功率（km）
26/5500
最大扭矩（N.m）
52/3500～4000
驱动型式
后桥驱动
最高车速（km/h）
100
接近角/离去角
/
制动装置型式（前/后）
前盘后鼓
发动机型号
DA462
座位数
6～7
轮胎规格
155R13LT
第三章微客的整体布置和各部件的选择
§3.1底盘的整体布置
在初步确定汽车的载客量（载质量）、驱动形式、车身形式、发动机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制布置草图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，并寻求合理的总布置方案。
§3.1.1整车布置的基准线（面）——零线的确定
1.车架上平面线
我们采用的是边梁式车架，以边梁上缘面较长的一段平面在侧视图上的投影线称为车架上平面线，它作为垂直方向的尺寸基准线，即z坐标线，向上“+”,向下“-”,该线标记为“z/0”。
2.前轮中心线
通过前轮中心，并垂直于车架上平面线，在侧视图和俯视图上的投影为前轮
中心线。
即为“x/0”,它作为纵向方向的尺寸线。
向前为“+”,向后为“-”。
3.车轮中心线
汽车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，用它作为横向尺寸的基准线，记为“y/0”,向左为“+”,向后为“-”。
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。
5.前轮垂直直线
通过左右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和俯视图上的投影称为前轮中心线。
§3.1.2部件的选择和布置
1.发动机的布置
由人机工程学和整体布置要求，发动机安排的上下位置为：
离地间隙为180mm.
发动机的上下位置对离地间隙和驾驶员视野有影响。
发动机的位置不能太高以降低汽车的质心高度，但是发动机的高度也不能太低以防止汽车在上下颠簸时不会碰坏油底壳。
在布置发动机的前后位置是为减小传动轴的夹角，发动机前置后驱汽车的发动机常布置成倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成1°～4°夹角。
本次设计取2°。
2.传动系的选择和布置
由于发动机、离合器、变速箱装成一体，所以在发动机位置确定以后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而定。
（1）离合器的选择和布置：
采用膜片弹簧式离合器，具体计算见零部件设计。
（2）变速器的选择和布置：
采用4+1手动机械式，有结构简单、制造成本低、传动效率高等优点。
（3）传动轴的选择和布置：
应尽量减小客厢地板高度，并保证凸包和传动轴的最小间隙在10—15mm。
（4）后桥的布置和性能参数的选择
通常将差速器壳体中心线与汽车中心线布置重合，并把后桥主减速器的轴线向上翘起。
由以上各种已知条件：
Vmax=100km/h,r=270mm,
=1,有公式Umax=0.377*n*r/（
*
）;
公式中：
Umax为最高车速，n为发动机在最高车速下的转速，取n=5500r/min；
为四挡（直接挡）传动比1；r为车轮半径，可取为270mm；
为主减速比，算得
=5.598。
3.转向装置的布置
本次设计的转向系采用齿轮齿条式转向机构。
这种形式结构简单、紧凑并且传动效率高；同时可以自动消除齿轮间隙。
4.悬架的选择和布置
前悬架采用麦弗逊式独立悬架，能够改变汽车的平顺性，减小车身的倾斜和振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。
后悬架采用独立式钢板弹簧悬架，以降低成本。
5.制动系统布置
采用前盘后鼓式的制动系统。
制动系统采用真空助力，真空有发动机提供。
盘式制动器具有良好的热稳定性，水稳定性好，尺寸小，质量小，散热性好。
鼓式制动器成本低。
6.踏板的布置
离合器踏板、制动器踏板和油门踏板，是根据人机工程学的要求布置和整车底盘的布置而确定的，每个踏板必须保证人脚放的舒服并且留有足够的踏板行程。
7.油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置
油箱根据汽车的最大续驶里程来确定，本次设计油箱的容量采用可续驶1000km的标准来设计。
布置在汽车的后部、行李箱的下面。
并且在排气管的另一侧，以减小危险。
备胎布置在车架尾部下方，采用悬链式固定，可保证拆装方便。
行李箱一般布置成后排座椅可翻式，翻转后后部形成一个有效的行李厢。
蓄电池蓄电池应放置在起动机的同侧，并却越近越好。
§3.2车身内部布置
微型客车数以运人为主，兼顾运送少量行李的多功能车辆，必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的安全性。
进行车身内部布置，并使之符合人体特性要求。
车身内部布置设计中以人体尺寸的“百分位分布值”作为尺寸依据的，利用人体尺寸布置出来的座椅、方向盘及操纵机构能满足90%以上的使用对象。
进行车身内部布置设计时，基本的步骤如下。
1.根据人体尺寸画出人体，用虚线表示。
2.人体的姿势与布置
为使室内布置减小驾驶和乘坐的疲劳程度，设计中必须满足人体的舒适要
求。
人体驾驶的舒适和疲劳程度与设计中选择的人体各关节角度所确定的驾驶姿势有关。
在设计中，我采用了《汽车设计》中所推荐的数值进行设计安排。
3.汽车室内操纵装置的布置
手操纵机构除应布置在手的操纵范围以内外，还要根据操纵对象，进行必要的设计，这样才能实现驾驶和操纵的舒适性。
（1）由于变速杆和手制动杆的操纵动作，是一种施力动作,一般是在人体肩部不动的情况下同过手臂的运动来实现的.根据参考书籍《汽车设计》的经验推荐，上臂角在130度-170度的范围内有较大的操纵力，是舒适的手操纵施力姿势。
取平均值，上臂角在150度时，操纵手柄的最佳布置位置在距离座椅靠背面490-660mm范围内，上下位置一般在H点以上178-203mm的范围内。
（2）方向盘布置
在车身设计中，一般同过合理布置方向盘的中心位置和倾斜角，选择适宜的方向盘直径来改善驾驶员操纵方向盘的姿势和减少操纵力，从而降低操纵疲劳强度。
根据参考书籍《汽车设计》的经验推荐的数值知，一般方向盘倾斜角选在手容易控制、活动在15度=70度范围内同时应考虑车身的总体布置方案、车型和驾驶姿势。
微型客车的方向盘直径通常小于450mm，倾斜角在20度-30度范围内。
（3）各种踏板的布置
在布置各种踏板时，保证各踏板之间要留有足够的间隙，同时保证在不工作时各踏板之间应留有足够的放脚位置。
（4）人眼的视野和视野范围
车身设计应保证驾驶员具有良好的视觉效果，一方面能减轻驾驶员的负担，提高驾驶时的环境适应性；另一方面也是提高汽车驾驶安全性的根本保证之一，在车身设计的过程中就应该对人眼的视觉特征、人眼的视野、人眼在车内的位置分布，人车视野及车身结构形状、布置尺寸和福建的布置位置出发，分析汽车的各种视觉效果，最终使汽车具有良好的视觉效果。
驾驶员要有良好的视野。
根据参考书籍《汽车设计》的设计方法，先确定眼椭圆的位置和大小，即可作出驾驶员的实际前方视野。
这就设计到车身设计，如风窗开口面积，风窗倾斜角和位置，窗柱尺寸和位置等。
在侧视图根据眼椭圆可以确定窗口的高度，最小能保证向上15度看到交通信号灯，向下20度能看到3m前的路面。
在俯视图上根据眼椭圆可以确定前窗的宽度。
最后根据“SAE眼椭圆确定法”确定雨刷的设计和刮刷面积。
§3.3车身外型设计
车身是一辆汽车唯一一件车外面的人能看见的部件，所以车身的好坏直接影响着人们对车的评价。
车身的设计及要满足人们的审美要求又要满足汽车的良好的空气动力学性能。
在设计车身外形时，参考了如下图片.
图3-1SC6331
图3-2昌河6321
第四章汽车性能参数的选择和计算
§4.1动力性参数的确定和计算
汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行使时有汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行使速度。
汽车是一种高效的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。
所以，动力性是汽车各种性能中基本、最重要的性能，主要有三个指标来评价：
1.最高车速
；2.汽车的加速时间t；3.汽车的最高爬坡度
。
§4.1.1各挡速度的计算
（4-1）
式中r：
汽车行驶时的滚动半径（m）；
n：
发动机曲轴转速（r/min）；
：
汽车变速器各挡的传动比；
：
主减速器传动比；
r=270mm;n=5500（r/min）；
=5.598;
的计算如下表：
表4-1各挡传动比
3.647
2.369
1.539
1
各挡速度值计算结果如下表：
表4-2各挡速度值
N
U1
U2
U3
U4
1500
7.478728
11.51326
17.72249
27.27492
2500
12.46455
19.18877
29.53749
45.4582
3500
17.45036
26.86428
41.35249
63.64148
4500
22.43618
34.53979
53.16748
81.82476
5500
27.422
42.2153
64.98248
100.008
绘图如下
图4-1速度曲线图
§4.1.2汽车各挡驱动力和阻力计算及平衡图
（4-2）
式中r：
汽车行驶时的滚动半径（mm）；
n:
发动机曲轴转速（r/min）；
:
汽车变速器各挡传动比；
：
汽车主减速器传动比；
：
为汽车驱动力；
各挡驱动力的计算结果如下表：
表4-3各挡驱动力
N
F1
F2
F3
F4
1500
3198.492
2077.66
1397.093
877.02
2500
3402.651
2210.277
1486.269
933
3500
3525.146
2289.847
1539.775
966.588
4500
3286.961
2135.128
1435.736
901.278
5500
2858.227
1856.633
1248.466
783.72
空气阻力Fw的计算
Fw=
（4-3）
式中A为迎风面积，其值大约等于车高与前轴的乘积，本次设计时，A=2.304（
）;
为在相应转速下汽车的行驶速度；
为空气阻力系数，参考《汽车设计》中所推荐的数据，本次设计取
=0.52。
各车速下的空气阻力计算结果如下表：
表4-4各车速下的空气阻力
N
Fw1
Fw2
Fw3
Fw4
1500
3.168333
7.50883
17.79202
42.14076
2500
8.800926
20.85786
49.42227
117.0577
3500
17.24982
40.88141
96.86764
229.433
4500
28.515
67.57947
160.1281
379.2669
5500
42.59648
100.9521
239.2038
566.5592
汽车的滚动阻力
等于它的重量与滚动阻力系数的乘积；取滚动阻力系数f=0.0165；可得
=226.38N。
汽车的阻力F=
+Fw。
取第一挡和第四挡的驱动力和阻力，经计算得出下表：
表4-5两个挡位下的阻力
Fw
Ff
F
3.168333
226.38
229.5483
7.50883
226.38
233.8888
17.79202
226.38
244.172
42.14076
226.38
268.5208
42.59648
226.38
268.9765
100.9521
226.38
327.3321
239.2038
226.38
465.5838
566.5592
226.38
792.9392
绘制驱动力和阻力平衡图时，阻力只须选择上表中八个阻力为代表即可，图如下：
图4-2驱动力阻力平衡图
§4.1.3功率平衡的计算
（4-4）
式中
：
牵引
升级会员 