第五章汽车设计与制造

汽车工程概论青岛大学车辆工程系1第五章汽车设计与制造汽车工程概论青岛大学车辆工程系2第一节汽车设计汽车工程概论青岛大学车辆工程系31．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。整车总体设计既需要综合运用各学科的知识；又要从系统工程的角度研究汽车各总成、零部件之间的相互联系、相互制约和相互影响，从整体性、相关性解决设计中的问题。一、汽车设计的内容及特点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（总成是由若干零件按规定技术要求组装的装配单元）。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。汽车工程概论青岛大学车辆工程系4（1）产品系列化、零部件通用化、零件标准化。（2）良好的适应性。为了使所设计的汽车产品在全国和全世界这样的广阔市场上具有竞争力，设计中就要充分考虑提高其适应性，以满足复杂多变的使用条件。（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。2．汽车设计的特点和要求汽车工程概论青岛大学车辆工程系52．总体方案设计总体方案设计是根据决策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方案设想，因此又称为概念设计或构思设计。3．绘制总布置草图总布置草图要求较准确地画出各总成及部件的外形和尺寸并进行仔细的布置。二、汽车设计过程1．调查研究与初始决策调查研究与初始决策的任务是选定设计目标，并制定产品设计工作方针及设计原则。4．车身造型设计及绘制车身布置图车身造型设计包括外形设计、室内设计、色彩设计、与造型设计有关的零部件设计和标志设计等。5．编写设计任务书设计任务书是后续的设计、试验及工艺准备的指导和依据。汽车工程概论青岛大学车辆工程系66.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。7．试制、试验、修改与定型设计完成后投入样品试制时，应考虑在台架试验时有一定数量的零部件和总成，至少有3～4辆样车投入整车室内试验与道路试验。汽车试验在汽车设计定型中起着关键的作用。应按有关标准、法规进行全面的试验，以检查新产品的各项性能指标。试制与试验中暴露出的设计问题应及时解决并记录在案，作为修改设计的依据。二、汽车设计过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系7在汽车设计过程中，汽车设计理论对汽车设计实践起指导作用，而汽车设计实践经验的长期积累和汽车生产技术的发展与进步，又使汽车设计理论得到不断的发展与提高。汽车设计技术是汽车产品设计的方法和手段，是汽车设计实践的软件与硬件。由于汽车是包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属材料及各种机械加工工艺的典型的机电一体化产品，因此其设计理论显然是以机械设计理论为基础，涉及许多基础理论、专业基础理论及专业知识。例如：工程数学、工程力学、热力学与传热学、流体力学、空气动力学、振动理论、机械制图、机械原理、机械零件、工程材料、机械强度、电工学、工业电子学、电控与微机控制技术、液压技术、液力传动、汽车理论(汽车动力学或汽车行驶性能)、发动机原理、汽车构造、车身美工与造型、汽车制造工艺、汽车维修等。1.汽车设计理论三、汽车设计理论与设计技术的发展汽车工程概论青岛大学车辆工程系8(1)经验设计经验设计是以已有产品的经验数据为依据，运用一些带有经验常数或安全系数的经验公式进行设计计算的一种传统的设计方法。这种设计由于缺乏精确的设计数据和科学的计算方法，使所设计的产品不是过于笨重就是可靠性差。一种新车型的开发往往要经过设计—试制—试验—改进设计—试制—试验等过程，反复修改图纸完善设计后才能定型，设计周期长，质量差，消耗大。(2)以科学实验和技术分析为基础的设计随着测试技术的发展与完善，在汽车设计过程中引进新的测试技术和各种专用的试验设备，进行科学实验，从各方面对产品的结构、性能和零部件的强度、寿命进行测试，同时应用近代数学物理分析方法，对汽车产品及其总成、零部件进行全面的技术分析、研究，这样就使汽车设计发展到以科学实验和技术分析为基础的阶段。2.汽车设计技术的发展汽车工程概论青岛大学车辆工程系9(3)计算机辅助设计电子计算机的出现及其在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。这种利用计算机及其外部设备进行产品设计的方法，统称为计算机辅助设计(CAD，computeraideddesign)。今后CAD将与CAM(computeraidedmanufacture，计算机辅助制造)、CAT(computeraidedtest，计算机辅助测试)结合成CADMAT系统，将更显示出其巨大的功效。现代汽车设计，除传统的方法外，在计算机辅助设计中，还引进了最优化设计、可靠性设计、有限元分析、计算机模拟计算或仿真分析、模态分析等现代设计方法与分析手段，通常称为计算机辅助工程（CAE，computeraidedEngineering）。甚至还引进了雷达防撞、卫星导航、智能化电子仪表及显示系统等高新技术。2.汽车设计技术的发展汽车工程概论青岛大学车辆工程系10第二节汽车制造工艺汽车工程概论青岛大学车辆工程系11一、汽车的生产过程汽车的生产过程是指将原材料转变为汽车产品的全过程。汽车的生产过程包括了毛坯（铸件、锻件等）的制造、零件的机械加工、毛坯和零件的热处理、总成（或部件）的装配和汽车产品的总装配等基本生产过程。基本生产过程是汽车生产中的中心环节。在生产过程中，除上述所指出的基本生产过程外，还包括保证生产过程能正常进行所必需的其他一些过程，如动能(压缩空气、蒸汽、煤气等)的生产、非标准设备及工艺装备。的生产等，一般称为辅助生产过程。此外，为保证生产过程的正常进行和产品质量，还包括各生产环节之间的运输、保管、产品的销售及售后服务等服务生产过程和生产及技术准备的生产过程。汽车工程概论青岛大学车辆工程系12轿车主要生产过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系13载货汽车主要生产过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系14二、汽车制造的工艺过程及其组成工艺过程是指，在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。在汽车制造的工艺过程中，包括了毛坯（铸件、锻件等）的工艺过程、热处理工艺过程、零件的机械加工工艺过程、冲压工艺过程、焊接工艺过程、涂装工艺过程、总成或部件及汽车产品的装配工艺过程等。1、毛坯制造工艺过程将原材料通过铸造和锻造方法制造成铸件和锻件，分别称为铸造和锻造工艺过程，统称为毛坯制造工艺过程。铸造是将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后得到一定形状、尺寸和性能铸件的方法。锻造是在压力设备及工模具的作用下，使金属坯料产生局部或全部的塑性变形以获得一定形状、尺寸和质量的锻件的方法。汽车工程概论青岛大学车辆工程系15二、汽车制造的工艺过程及其组成2、机械加工工艺过程机械加工工艺过程主要是改变生产对象的形状和尺寸的过程。根据机械加工中有无切屑，可以分为切削加工和无屑加工两类。切削加工是利用切削刀具从生产对象(工件)上切除多余材料的加工方法，如在汽车零件制造中常采用的车削、钻削、铰削、铣削、拉削、锤削、磨削、研磨、抛光、超精加工和齿轮轮齿加工中的滚齿、插齿、剃齿，以及锥齿轮轮齿加工中的铣齿、拉齿等。无屑加工是使用滚挤压工具对生产对象施加压力，使其产生塑性变形而成形和强化表面的加工方法，如汽车零件制造中采用的热轧齿轮轮齿、冷轧和冷挤齿轮轮齿，滚挤压轴零件外圆和内孔等。在机床设备上利用切削刀具或其他工具，利用机械力将毛坯或工件加工成零件的过程，称为机械加工工艺过程。汽车工程概论青岛大学车辆工程系16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。3、冲压工艺过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系17车身焊接通常称焊装，是将车身冲压零件组装和焊接成符合产品设计要求的白车身（即未经喷漆的车身）。4、焊接工艺过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系18焊接机器人被越来越广泛地采用，并出现了机器人焊装线和无人操作机器人焊装车间，采用焊接机器人可使焊接质量稳定并减轻工人的劳动强度。汽车工程概论青岛大学车辆工程系19车身焊装时各大总成和白车身均要进行严格的质量检验。例如，在生产线上设自动检测机检查装配、焊接质量和尺寸要求，在白车身完成后用三坐标测量机进行抽检等。汽车工程概论青岛大学车辆工程系20汽车涂装的目的是起保护、装饰和标志等作用，以及车身内表面的隔热、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漆不仅装饰性要求高，而且还要求良好的力学性能、高的耐候性和耐腐蚀性。为保证喷漆质量，车间厂房及其环境要求非常干净，并注意将产尘区与喷漆工作区分开。喷漆之前需进行预处理（亦称前处理），其质量的优劣对整车的耐蚀性有很大影响。预处理的目的是使金属车身脱脂、除锈、清洗后通过中温锌磷化生成磷化膜并经钝化，以提高漆膜的结合力、增强耐蚀性。涂漆通常经几道工序，先经电泳底漆、再喷中间涂料、最后作面漆施工。面漆施工是决定车身美观的最后一关，用漆类型有氨基醇酸类、聚脂类、丙烯酸类等；通常用高速旋转静电喷杯喷涂，不同档次汽车面漆喷涂次数和工艺不同，其要求得到的光泽和鲜映度也有所不同。为了高质量、快节奏，涂漆生产多采用往复式喷涂机、喷漆机器人等装备，构成自动化程度较高的生产线。考虑到轿车面漆的返修率较高，一般在车间设计时安排一条生产线供返修使用。5、涂装工艺过程汽车工程概论青岛大学车辆工程系21一汽大众十五万辆捷达轿车电泳线外部循环管路汽车工程概论青岛大学车辆工程系22一汽大众十五万辆捷达轿车中涂烘干室内腔汽车工程概论青岛大学车辆工程系23一汽车身厂CA141驾驶室阴极电泳涂装线汽车工程概论青岛大学车辆工程系24红旗轿车六万辆面漆线汽车工程概论青岛大学车辆工程系25红旗轿车六万辆面漆线面漆烘干室汽车工程概论青岛大学车辆工程系26按规定的装配技术要求，将零件或总成（部件）进行配合和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程，称为装配工艺过程。它是改变零件、装配单元（总成或部件）间的相对位置的过程，分为总成或部件的装配（分装或部装）和汽车产品的总装配。总装线一般是由以下几个部分组成：（1）内饰装配线；（2）底盘装配线；（3）外饰装配线；（4）车辆行驶性能检查调整线（简称检测线）。5、装配工艺过程汽车总装是将汽车各零部件总成根据技术条件装配成完整、合格的汽车的生产过程，也是汽车生产的最后一道工序。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、车身内饰、车身外饰、以及电子装置等部分装配成整车。汽车工程概论青岛大学车辆工程系27第三节汽车工程材料汽车工程概论青岛大学车辆工程系28一、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。钢铁材料在我国汽车工业生产中仍占主流地位。其最大的特点是价格低廉，比强度(强度／密度)高，便于加工，因而得到广泛的应用。汽车用钢铁材料有钢板、结构钢、特殊用途