18第五章 汽车设计与制造

1第五章汽车设计与制造目录《汽车概论》讲座2主要内容§5-1汽车设计目录§5-2汽车制造工艺§5-3汽车工程材料§5-4汽车的试验目录3一、汽车设计的内容及特点1．汽车设计的内容整车总体设计又称为汽车的总布置设计，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。汽车设计的内容包括整车总体设计、总成设计和零件设计。汽车总成设计的任务，主要是满足整车设计对总成功能和布置的要求，也存在是否易于维修、保养的“人—机”关系问题。零件设计的任务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。为了满足总成的设计要求，还应取得整车的有关性能之间、相关总成的参数之间的理想匹配。§5-1汽车设计15-1目录42．汽车设计的特点和要求目录（1）产品系列化、零部件通用化、零件标准化（2）良好的适应性（3）汽车使用中的安全性、可靠性、经济性与环保要求（4）在保证可靠性的前提下尽量减小汽车的自身质量（5）外观造型的艺术性（6）满足有关标准和法规的要求（7）汽车设计是考虑人机工程、交通工程、制造工程、运营工程、管理工程的系统工程§5-1汽车设计5目录§5-1汽车设计二、汽车设计过程1．调查研究与初始决策2．总体方案设计3．绘制总布置草图4．车身造型设计及绘制车身布置图5．编写设计任务书6、汽车的总布置设计其主要任务是根据汽车的总体方案及整车性能提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求；协调整车与总成之间、相关总成之间、总成与有关部件之间的布置关系和参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足设计任务书所要求的整车参数和性能指标的汽车。其具体工作有：6目录§5-1汽车设计（1）绘制汽车总布置图。（2）根据整车参数和性能指标提出对各总成和部件的设计要求。（3）对相对运动的零部件进行运动校核以避免发生运动干涉。（4）确定有关总成和部件支承的型式、结构参数与特性等，特别是对发动机前后支承、驾驶室支承以及排气管支承等的位置和刚度要精心选择。（5）确定各总成的质心位置、核算汽车空载和满载时的轴荷分配以及整车质心位置。（6）制作模型进行布置空间的校核。通常制作1：1的车身内、外模型来检查驾驶操作及上下车的方便性、视野范围、乘坐空间及舒适性等。（7）汽车总成、部件及零件的选型与设计。（8）设计图纸的工艺审查及必要的修改。（9）绘制汽车总装配图。7．试制、试验、修改与定型三、汽车设计理论与设计技术的发展7汽车制造业是在许多相关联的工业和技术的基础上发展起来的综合性工业。汽车制造厂既自己制造零部件，还要外协加工及外购零部件。汽车制造所采用的工艺，从毛坯制造到整车装配，可分为铸造、锻造、冲压、热处理、机械加工、焊接、涂装和装配等工艺。一、冲压工艺汽车（特别是轿车）车身绝大部分是冲压件，如顶盖、挡泥板、车身侧板、地板、发动机罩、车门内外板、行李箱盖板、中门柱、前门柱、保险杠等。汽车冲压件品种繁多、生产批量大，因此必须采用机械化、半自动化或全自动化流水生产。冲压生产线通常有两种型式，一种是单机联线、另一种是采用多工位压床的生产线。二、焊接工艺车身制造与一般机械制造不同，车身几乎全部由冲压件焊接而成。车身焊接常称为焊装，是将冲压零件组装、焊接成符合产品设计要求的白车身(即未经涂装的车身)。目录§5-2汽车制造工艺8图5-1轿车车身焊装工艺流程图目录§5-2汽车制造工艺9目录§5-2汽车制造工艺图5-2轿车车身焊接机器人1015-2目录§5-2汽车制造工艺三、涂装工艺汽车涂装的目的是起保护、装饰和标志等作用，以及对车内隔热、消声、抗震密封等特殊作用。因此，轿车、客车车身和货车驾驶室的涂装不仅装饰性要求高，而且还要求良好的力学性能、高的耐候性和耐腐蚀性。装饰性要求包括涂层光亮、平滑、丰满、美感好等；为了适应汽车行驶中的振动和应变，要求涂层具有一定的硬度、良好的韧性和耐磨性；耐腐蚀性要求包括外观锈蚀、穿孔腐蚀、结构损坏腐蚀等出现的使用时间，例如加拿大规定这三种腐蚀出现的使用时间应分别为5年、10年和20年，此外还要求能耐汽油、机油和沥青等的腐蚀，在这些介质中浸泡一定时间不产生软化、变色、失光、溶解或印斑等现象，并要求与清洗剂、肥皂等接触后不留痕迹等。11目录§5-2汽车制造工艺图5-3轿车车身涂装工艺12目录§5-2汽车制造工艺四、装配工艺汽车的装配可分为组装、部装和总装，现代汽车厂一般只进行总装。总装是整个汽车制造过程的最后环节，提高装配精度是保证汽车质量的关键。零件的加工精度是达到装配精度的基础，但装配精度也取决于装配的工艺和技术，特别是装配生产线的先进程度等。此外，装配车间的环境条件，如温度、湿度、清洁度、照明、噪声、振动以及其他条件对装配质量也有影响；由于目前装配过程还需要大量的手工劳动，因此装配质量的保证，还要依靠装配工人的技术水平和高度责任感，这在任何国家都不例外。汽车总装工作的内容，因车型及生产纲领的不同而有区别。其主要包括：整车装配、饰件装配、检验调整、性能试验及试车等。总装的基本任务，可概括为将汽车的动力—传动系统、车身图5-4神龙—富康轿车装配线内饰、车身外饰、以及电子装置等部分装配成整车。13目录图5-4神龙—富康轿车装配线§5-2汽车制造工艺14目录§5-2汽车制造工艺总装线一般是由以下几个部分组成：（1）内饰装配线内饰装配线的主要任务是将仪表盘、座椅、加热与冷气设备、车顶棚及侧壁内饰件、车门饰件等部件安装到车身或驾驶室内。（2）底盘装配线底盘装配线的主要任务是将发动机、离合器、变速器、传动轴、前轴、后桥(包括悬架系统)、转向系统、制动系统、散热器、车轮等部件安装到车架上。（3）外饰装配线主要是将散热器护栅、前大灯、风窗玻璃、门窗玻璃、保险杠、后灯组合、反射镜、标识器和电子装置等部件安装到汽车上。（4）车辆行驶性能检查调整线(简称检测线)主要是对装配完的整车、车轮定位、动力性能、经济性能、侧滑性能、制动性能等整车性能进行检查、测试和调整，以保证出厂的汽车达到质量要求。图5-5为东风汽车集团总装配厂检测线工艺布置简图。15目录§5-2汽车制造工艺图5-5东风汽车集团总装配厂检测线工艺布置简图工位一—外观检查及登录工位工位二—速度表检测工位工位三—重及制动力检测工位工位四—灯光检测及调整、声级检测工位工位五—侧滑检测、废气检测及调整工位工位六—底盘检查及报告单打印工位1—登录室2—电缆沟3—速度表试验台4—称重台5—制动试验台6—踏板力计7—前照灯检测仪8—声级计9—烟度计10—CO／HC分析仪11—侧滑试验台12—底盘检查连通地沟13—主控室16目录§5-3汽车工程材料汽车工程材料指生产汽车过程中所用的材料。汽车工程材料可分为金属材料和非金属材料两大类。一、金属材料金属材料分为黑色金属和有色金属。黑色金属是指钢铁材料；有色金属是指除钢铁材料以外的所有金属材料，如铝、铜、镁及其合金。1．钢铁材料2．有色金属二、非金属材料非金属材料包括塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、合成纤维、胶粘剂、摩擦材料、涂装材料等。1.塑料2．橡胶17目录§5-3汽车工程材料3．玻璃4．陶瓷5．摩擦材料6．复合材料（1）玻璃纤维增强复合材料（2）碳纤维增强复合材料三、汽车材料的发展和新型汽车材料（1）稀土金属（2）记忆金属（3）泡沫铝材（4）稀土永磁材料（5）特种密封材料18目录§5-4汽车的试验理论研究和试验研究密切结合是现代科学技术的一个显著特点，两者互相依赖、相辅相成，加速了科学技术的发展。由于汽车的使用条件复杂、汽车工业所涉及的技术领域极为广泛，致使许多理论问题研究得还不够充分，因此汽车工业特别重视试验研究。如前所述，在汽车的设计、制造过程始终都离不开试验，无论是设计思想和理论计算、初步设计、技术设计、汽车定型还是在生产过程，都要进行大量的试验。最后，在客户购买了汽车并使用的过程中，车辆交通管理部门还要定期对车况进行测试，以确保行车安全性。一、汽车性能试验汽车性能试验是为测定汽车的基本性能进行的试验。1．动力性能试验对常用的三个动力性指标即对汽车的最高车速、加速和爬坡性能进行实际试验测定。1915-3目录§5-4汽车的试验图5-6汽车转鼓试验台20目录§5-4汽车的试验2．燃油经济性试验3．制动性能4．操纵稳定性5．平顺性6．通过性试验一般在汽车试验场和专用路段上进行。7．安全性试验安全性试验项目很多，而且通常耗资巨大。特别是碰撞安全试验，除正面撞车试验外，近来还增加侧面撞车试验。可以进行实车撞车试验，也可以进行模拟试验或撞车模拟计算。但不少国家或厂家规定新车型必须经过实车撞车试验，以验证其撞车安全性。在撞车试验中需用假人(又称人体模型)进行试验，美国等国家为人体模型制定了标准，我国目前尚无人体模型标准。21目录§5-4汽车的试验图5-7正面撞车试验22目录§5-4汽车的试验二、大型试验设施汽车试验场和汽车风洞是汽车试验的两种大型试验设施。1．试验场表5-3有代表性的汽车试验场试车场名称总面积(km2)高速环道形状长度(km)设计车速(km/h)GM，Milford162圆形7.2177Fofd，Romeo15.6长圆形8.0225Chrysler，Chelsea16长圆形7.6225Volkswagen10.6电话听筒形20.5190TRC，Ohio30长圆形12225海南汽车试验场0.68电话听筒形6.0120襄樊汽车试验场1.93长圆形5.3160定远汽车试验场2.39K圆形4120交通部公路交通试验场2.4长圆形5.519023§5-4汽车的试验汽车试验场的主要功用是：①汽车产品的质量鉴定试验；②汽车新产品的开发、鉴定和认证试验；③为试验室的零部件试验或整车模拟试验以及计算机模拟确定工况和提供采样条件；④汽车标准及法规的研究和验证试验等。2．风洞汽车行驶时，周围的空气与其产生相对运动，形成气流。汽车行驶的速度越快，该气流对汽车影响的作用越大。汽车的空气动力特性影响其经济性、动力性，操纵稳定性、视野、污染、振动、汽车噪声、车身内室的通风换气、汽车空调及汽车重要部位的热状态等。随着高速公路的发展，高速行驶是汽车常用的工况。因此，汽车的空气动力特性成为汽车主导地位的特性。风洞是用来研究汽车空气动力特性的重要设施，有开式风洞（又称直流式风洞）和闭式风洞（又称回流式风洞）两种基本型式。24§5-4汽车的试验图5-8襄樊汽车试验场布置示意图1—高速环道2—综合试验路3—比利时环道4—普通路环道5—标准坡道6—综合性能路7—转向试验圆广场8—二号综合路9—停车场10—停车场11—中控室12—油库13—控制岗25图5-9直流式风洞a）闭门试验段b）开口试验段1—稳定段2—收缩段3—实验段4—扩压段5—风扇6—试验段7—密闭室§5-4汽车的试验26图5-10双回流式风洞1—实验段2—扩压段3—环形回流道4—静止空气空间§5-4汽车的试验27三、汽车零部件试验尽管汽车零部件种类繁多，但其试验无非涉及性能、强度、耐久性等内容。发动机是汽车中最重要的总成，其性能试验主要有功率、怠速、空转特性、负荷特性、调速特性、起动、机械效率、多缸工作均匀性、排放和噪声等试验。图5-11用电子液压伺服激振设备进行整车试验§5-4汽车的试验28思考题5-1汽车设计有何特点和要求？5-2汽车设计大致有哪些步骤？5-3现代汽车的制造工艺主要有哪些？5-4汽车总装线一般由哪几个部分组成？主要完成哪些任务？5-5汽车用金属材料和非金属材料主要有哪些？它们的用途是什么？5-6汽车产品主要有哪些试验？它们的用途是什么？第五章汽车设计与制造