汽车总体设计说明书

中北大学

课程设计说明书

学生姓名：学号：

学院（系）：机械工程系

专业：车辆工程

题目：一汽大众宝来乘用车总体设计及各总成选型综合成绩：

指导教师：职称: 教授

2013年 12 月 30 日

中北大学

课程设计任务书

2013/2014 学年第 1 学期

学院（系）：机械工程

专业：车辆工程

学生姓名：学号：

课程设计题目：一汽大众宝来乘用车整体设计及各总成选型起迄日期：12 月20 日～ 1 月 3 日

课程设计地点：

指导教师

系主任：

下达任务书日期: 2013 年12月20日

课程设计任务书

1．课程设计教学目的：

（1）培养学生专业思想。使学生了解以前所学理论知识和参加过得金工实习、工艺实习及专业生产实习等环节，都是为今后的专业设计、生产做准备，每一个环节都是为了培养一名合格的车辆工程专业人才而设置，车辆工程专业需要有扎实的专业基础知识和实践能力。

（2）提高结构设计能力。通过课程设计，使学生学习和掌握汽车驱动桥的主减速器设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立的、全面的、科学的工程设计的能力。

（3）在课程设计实践中学会查找、翻阅和使用标准、规范、手册、图册和相关技术资料等。

2．课程设计的内容和要求：

1、内容：一汽大众宝来乘用车整体设计及各总成选型

2、具体参数：

车型7 长宽高

/mm

前悬/后悬

/mm

前轮距/后轮

距 / mm

轴距

/mm

总质

量/kg

整备质

量/kg

一汽大众宝来4376

1735

1446

873/990 1513/1494 2513 1830 1280

额定

承

载人数发动机

型号

排量

/mL

发动机功率

/kW

轴数

最高车速

/(km/h)

轮胎规格

5 BJH 1595 74 2 182 195/65R15

3、要求：

为给定基本设计参数的汽车进行总体设计，计算并匹配合适功率的发动机，轴荷分配和轴数，选择并匹配各总成部件的结构型式，计算确定各总成部件的主要参数，详细计算指定总成的设计参数，绘出指定总布置草图和乘员舱布置草图。（1）驱动形式及主要参数的选择：驱动形式，布置形式，汽车主要参数的选择（2）发动机的选择

（3）外形设计及总体布置：整车布置的基准线（面）—零线的确定，各部件的布置3．课程设计成果形式及要求：

完成内容：

（1）总布置草图1张（1号图）

（2）驾驶舱布置草图1张（3号图）

（3）零件图1张（3号图）

（4）设计计算说明书1份

4．主要参考文献：

【1】王望予主编.汽车设计. 北京.机械工业出版社.2006

【2】余志生主编.汽车理论. 北京.机械工业出版社.2007

【3】龚微寒主编.汽车现代设计制造.北京.人民交通出版社.1995

【4】刘维信主编.汽车设计.北京.清华大学出版社.2001

【5】中国汽车工业经济技术信息研究所编.中国汽车零配件大全.机械工业出版社.2000

【6】陈家瑞主编.汽车构造.北京.机械工业出版社.2005

5．工作计划及进度：

2013 年 12 月20日~ 12 月 23日：设计与计算

12 月 24 日~ 12 月 27日：编写设计说明书

12 月28 日~ 12 月 31日：绘制CAD图

2014 年 1 月 1 日~ 1 月 3日：设计答辩

系主任审查意见：

签字：

年月日

目录

目录 (1)

摘要 (3)

1 汽车简介 (1)

1.1前汽车时代 (1)

1.2汽车登上历史舞台 (4)

1.3西方的汽车发展 (4)

1.4日本汽车发展 (4)

2 汽车主要技术参数的确定 (5)

2.1 汽车设计参数 (5)

2.2汽车主要尺寸的确定 (5)

2.2.1汽车的主要尺寸 (5)

2.2.2 汽车的外廓尺寸 (6)

2.3汽车主要性能参数的确定 (6)

2.3.1 汽车动力性参数的确定 (6)

2.3.2 汽车燃油经济性参数的确定 (6)

2.3.3 汽车通过性性参数的确定 (6)

3 汽车主要部件的选择及布置 (7)

3.1 发动机的选择与布置 (7)

3.1.1 发动机型式的选择 (7)

3.1.2 发动机主要性能指标的选择 (7)

3.2轮胎的选择 (10)

3.3离合器的选择 (10)

3.4万向传动轴的选择 (10)

3.5主减速器的选择 (10)

4 总体布置的计算 (11)

4.1 轴荷分配及质心位置计算 (11)

4.1.1平静时的轴荷分配及质心位置 (11)

4.1.2 水平路面上汽车满载行驶时各轴的最大负荷计算 (13)

4.1.3 制动时各轴的最大负荷计算 (14)

4.2 驱动桥主减速器传动比的选择 (15)

4.3 变速器传动比的选择 (15)

4.3.1 变速器一档传动比的选择 (15)

4.3.2 变速器档数和各档传动比的选择 (15)

5 汽车动力性及燃油经济性计算 (17)

5.1 汽车动力性能的计算 (17)

5.1.1驱动平衡的计算 (17)

5.1.2动力特性的计算 (19)

5.2功率平衡计算 (22)

5.3汽车燃油经济性的计算 (24)

5.4 汽车不翻倒的条件计算 (25)

5.4.1汽车不纵向翻倒的条件计算 (25)

5.4.2 汽车不横向翻倒的条件计算 (25)

5.5 汽车的最小转弯半径 (25)

总结 (27)

参考文献 (28)

摘要

本次课程设计的主要内容有：汽车的总体设计，主要包括设计顺序，轴数、驱动形式、布置形式的选择等；汽车主要技术参数的确定，包括汽车主要尺寸的确定（外廓尺寸、轴距等），汽车质量参数的确定（质量系数、总质量等）；发动机的选择；轴荷分配及质心位置的计算和轮胎的选择；主减速器传动比和变速器传动比的计算及变速器的选择；动力性能的计算，包括驱动平衡技算，动力特性计算，功率平衡计算；燃油经济性的计算；汽车稳定性的计算等。

关键词：设计；发动机；轴荷；动力性；燃油经济性

1 汽车的总体设计

1．1 前汽车时代

人类使用汽车已有4000多年的历史。在漫长的历史岁月中，车辆一直是由人力或畜力驱动，直至18世纪发明了动力机械后，才出现了机动车。

1765年英国的瓦特发明的蒸汽机迅速推广，揭开了工业革命的篇章。1769年法国炮兵工程师尼古拉蒂·古诺把蒸汽机装在一辆木质的三轮车上，制成了最早的机动车。这也是最早的机动交通工具，成为古代交通运输与近代交通运输的分水岭蒸汽机是外燃机，燃料在汽缸之外燃烧，热效率很低，并且蒸汽车辆庞大笨重，操纵不灵，安全性差。1809年，法国人菲利普·勒本提出了以煤气为燃料的内燃机的工作循环原理。1860埃蒂内·列诺尔制成了煤气机并成批量生产，是内燃机商品化。

1866年德国工程师尼古拉斯·奥托制造出往复活塞四冲程内燃机，并为现代汽车内燃机发展奠定了四冲程工作循环的理论基础。当时热效率大12%-14%，之后人们放弃了热效率只有3%左右的煤气机而使用奥托内燃机。

1．2 汽车登上历史舞台

18世纪真正的汽车诞生了。1885年卡尔·奔驰设计制造了一个单缸四冲程内燃机和一辆三轮汽车，并在1886年获得了专利。1886年德国工程师哥特里布·戴维斯将自制的单缸四冲程内燃机装在一辆改装的马车上，也制成了汽车。奔驰和戴维斯随后共同创办了自己的公司，开始小规模的批量生产内燃机和汽车。他们二人首先把汽车与工业生产联系在一起，并把汽车推向了历史舞台，这具有划时代意义的功绩。

从那时起，汽车迅速跃升为道路的主角，很快便淘汰了马车。

1．3 西方的汽车发展

汽油内燃机以其功率的不断升高，轻巧等优点脱颖而出，很快成为了汽车的主要动

力。随后一大批汽车生产厂在欧洲崛起，标致、欧宝、雪铁龙等品牌先后涌现。汽车的春天到来了。

汽车虽然诞生在欧洲，但在美国依靠自然条件以及宽松的政策，又利用欧洲在当一次世界大战遭受破坏的时机，迅速崛起并超过了欧洲。此后数十年，美国的汽车工业一直遥遥领先，雄踞榜首。

亨利·福特于1903年创立了福特汽车公司。1908年，福特推出了著名的T型车，并于1913年在汽车行业率先采用流水生产线大批生产，是这种车型产量迅速上升和成本大幅下降，促使汽车这种只是少数人享用的奢侈品变为普及到千家万户的经济实惠的产品。20年间T型车工生产了1500万辆，具有极大地社会影响力，福特亦被称为“汽车大王”。

1908年，威廉·杜兰特以戴维·别克的公司为基础，组建了通用汽车公司，合伙人包括兰森·奥兹、亨利·雷兰德以及后来的路易斯·雪佛兰等先驱者。通用汽车公司还在1925年和1929年先后兼并了英国的沃克斯科尔汽车公司和德国的欧宝公司。1923-1956年，杰出的企业家销阿尔弗雷德·斯隆长期担任通用汽车公司的最高领导，推出了一系列重大改革措施，使该公司迅速上升为世界最大的汽车企业。他提出了“分期付款、动态报废、年度车型更新、闭式车身”等促销措施，对美国汽车产业产生了深远影响。

沃尔特·克劳斯特原是通用汽车公司的高级职员，1920年接任了濒临破产的麦克斯韦尔汽车公司的领导大权，励精图治，使该公司起死回生。1925年，克劳斯勒汽车公司正式成立，合并了道奇、普利茅斯、地索多等汽车公司，发展成美国第三大汽车公司。

大众汽车公司成立于1937年。当时定的德国政府为了使人民都买得起轿车，下达了生产一种大众化轿车并建立工厂的指令，由费迪南德·保时捷博士主持设计，推出了著名的大众甲壳虫型轿车。1940年工厂建成投产，至1974年该厂换型生产高尔夫轿车时，甲壳虫轿车仍未停产，转至墨西哥继续生产，至1981年累计总产量超过2000万辆，成为世界上生产时间最长和产量最多的车型。

从汽车开始大批生产至20世纪30年代末，被称为汽车技术发展的黄金时代。那时，汽车已成为社会生活中不可缺少的交通工具。由于汽车速度提高，道路建设亦渐趋完善。社会对汽车的大量需求，使汽车结构、性能和制造工艺的改进和各项研究蓬勃发展！

汽车在第二次世界大战中起到的作用是巨大的，差不多承担了战争的全部陆上运输

任务，大大提高了部队的机动性和后勤供应能力。

第一次世界大战是欧洲和日本遭受巨大创伤，其汽车生产一落千丈，而没有遭受战火的美国则以其绝对优势填补了世界汽车市场的空白。1950年美国汽车产量比英、苏、法、德、意、日6国的产量总和还多好几倍。由于社会经济的影响，欧洲汽车的设计思想开始于美国分道扬镳。当时欧洲社会经济处于恢复阶段，人民生活简朴，要求汽车尺寸紧凑实用；美国人民生活富裕，汽车设计追求宽松期气派。这样，世界汽车设计和造型风格就开始显现出欧洲和美国两大留派。

1．4 日本的汽车发展

日本的汽车工业在二战前规模较小，战争后期的猛烈轰炸使40%的城市成为废墟，经济完全崩溃。1950年美国发动朝鲜战争，日本成了他的后方工厂，这给复苏中的日本注入了强心剂，得以喘息并站稳了脚跟。通过10年的恢复调整，20年创业投资和高速发展，日本这个资源匮乏的国家依靠引进国外先进技术和科学的经营管理方法二取得成功，奇迹般的一跃成为经济大国。日本汽车亦在1961年、1964年、1967年分别超过以、法、德等国迅速跃居世界第二位，并于 1980-1993年曾一度超过美国而居世界第一位。

丰田汽车公司的前身是坐落在爱知县举母的丰田织机公司，由丰田佐吉创办。丰田喜一郎继承父业，于1937年将丰田织机公司的汽车部扩充为丰田汽车公司。1952年丰田英二承袭了已故堂兄喜一郎的领导权，是使丰田汽车公司取得巨大成就的关键人物。该公司之所以成就显赫，还由于建立了一套行之有效的经营管理方式——丰田方式。

日产汽车公司创建于1933年，它不像丰田那样一生产管理为主导，其特点是侧重大批量自动化的生产体系。本田科研公司则是崇尚本田宗一郎本人本人身体力行的一种精通技术、顽强拼搏、无私向上的“本田精神”——白手起家，由1946年生产自行车主力发动机开始创业，迅速发展成为世界上最大的摩托车生产企业和著名的汽车公司。

2 汽车主要技术参数的确定2.1 汽车设计参数

长宽高/mm 前悬/后悬

/mm

前轮距/后轮

距/ mm

车型

7

轴距

/mm

总质

量/kg

整备质量

/kg姓名

4376

1735 1446873/9901513/1494

一汽

大众

宝来

251318301280杨超

排量/mL 发动机功率

/kW轴数

额定承

载人数

发动机

型号

最高车速

/(km/h)轮胎规格

15957425BJH182195/65R15

2.2汽车主要尺寸的确定

2.2.1 汽车的主要尺寸

在汽车的主要性能、装载面积和轴荷分配以及经验数据等各个方面要求下选取。参考国内同类车型，本车轴距取L=2513mm。前悬L F=873mm，后悬L R=990mm。

2.2.2 汽车的外廓尺寸

外形尺寸长?宽?高=4376?1735?1446mm

2.3汽车主要尺寸性能参数的确定

2.3.1 汽车动力性参数的确定

(1) 最高车速V amax的确定

汽车的最高车速主要是根据汽车的用途以及使用条件和发动机功率大小来确定,给定的V amax=182km/h。

(2) 加速时间的确定

汽车起步连续换档加速时间是汽车加速性能的一项重要指标。汽车通常用

0-60km/h的加速时间来评价。

i的确定

(3) 最大爬坡度

max

i在30%左右。

由于汽车在各地路面上行驶，要求有足够的爬坡能力。一般

max

2.3.2 汽车燃油经济性参数的确定

汽车的燃油经济性常用单位燃油消耗量来评价。单位燃油消耗量是汽车每一吨总质量行使100km所消耗的燃油量。

2.3.3 汽车通过性参数的确定

汽车的通过性参数主要有接近角、离去角、最小离地间隙和最小转弯直径等。

其值主要根据汽车的用途和使用条件选取，可参考表2.3。

汽车类型最小离地间隙接近角（度）离去角（度）最小转弯半径两轴100-300mm 40-60 25-45 2.3-6.0m

表2.3 汽车的通过性参数

3 汽车主要部件的选择及布置

3.1 发动机的选择与布置

3.1.1 发动机型式的选择

目前汽车发动机主要采用汽油机和柴油机两大类.由于柴油机燃油经济性好、工作可靠、排气污染少，在汽车上应用日益增多。

汽车可采用汽油机和柴油机，参考同类车型，本车选取汽油发动机。

3.1.2 发动机主要性能指标的选择

发动机的主要性能指标是发动机最大功率和发动机的最大转矩。

(1) 发动机最大功率P emax及其相应转速n e的选择

汽车的动力性主要决于发动机的最大功率值，发动机的功率越大，动力性就好. 最大功率值根据所要求的最高车速Va max计算，如下：

max max max 13()360076140a a D e a T

gf m v C A v P η=

+ 式（3-1） 式中：P emax ……最大功率，kw

ηT ………传动系效率，对于单级减速器取0.9

g …………重力加速度，m/s

2

f …………滚动阻力系数，取0.018 C D …….空气阻力系数，取0.8

A …………汽车的正面迎风面积，本车A=

B ?h=1.5?2.2=3.3㎡

m a ………汽车总质量，kg

V amax ……汽车最高车速，km/h

带入相关数据，可得：

P emax =???

?

????+???761401003.38.03600100018.08.930089.013=54.9kw 于是，发动机的外特性功率为：

P e =P emax ?(1.12~~1.20)=54.9?(1.12~~1.20)=61.5~~65.9kw

查阅资料，选取一汽无锡汽油机厂4DW93-84E4型柴油机 主要技术参数见表3.1,其总功率特性曲线如图3.1所示。

4DW93-84E4型汽油机主要技术参数 型 号： 4DW93-84E4

形 式： 4缸直列，直喷，增压中冷，电控共轨 气 缸 数： 4—99.2×102 工作容积： 3.153 燃烧室形式： 涡流室 压 缩 比： 22:1 额定功率/转速：

64/3000

最大扭矩/转速： 220/1900-2100

全负荷最低燃油消耗率：≤205

最高空载转速： 4600-4800

怠速稳定转速： 650-750

机油燃油消耗百分比% ：≤0.4

工作顺序： 1-3-4-2

噪声限制：≤95.5

烟度：≤2.0

排放标准：达欧Ⅱ标准

整机净质量： 275

图3.1 发动机全负荷速度特性曲线(2) 发动机最大转矩T emax及其相应转速n T的选择

当发动机最大功率P emax 和相应的转速n p 确定后，则发动机最大转矩T emax 和相应转速n T 可随之确定，其值由下式计算：

max e T =P T α=max

9550e p

P n

α

式（3-2）

式中： α—转矩适应系数，一般1.1-1.3，在这里取1.1； P emax ____最大功率，kw

n p ______最大功率时转速，r/min

T emax ____最大转矩，Nm

而n p /n T =1.4-2.0，在这里取为1.8，则有：

n T =n p /1.8=3000/1.8=1667r/min T emax =1.13600

64

9550??

=224Nm

满足所选发动机的最大转矩及相应转速要求。

3.2轮胎的选择

汽车轮胎主要是根据轴荷分配、轮胎的额定复合、使用条件以及车速来选择。 F=3008/4=752kg 。F 为各个轮承受的重量。

根据GB9744-1997，选择轮胎规格为7.00R16LT ，层数10，断面宽度200mm ，负荷下静半径362mm ，最大使用外直径800mm 。

3.3离合器的选择

双片干式盘形摩擦离合器

3.4万向传动轴的选择

本车轴距较短，所以选用轴式传动轴,两端十字轴连接

3.5主减速器的形式

单级主减速器圆柱齿轮传动

4 总体布置的计算

4.1 轴荷分配及质心位置计算

4.1.1平静时的轴荷分配及质心位置

总布置的侧视图上确定各个总成的质心位置，及确定各个总成执行到前轴的距离和距地面的高度。根据力矩平衡的原理，按下列公式计算各轴的负荷和汽车的质心位置：

g1l1+g2l2+……=GL

g1h1+ g2h2+……=Gh g

g1+ g2+…………=G 式（4-1）

G1+G2=G

G1L=Gb

G2L=Ga

式中：g1、g2、……各个总成的质量，kg

l1、l2、………各个总成质心到前轴的距离，m

h1、h2、…………各个总成质心到地面的距离，m

G1、G2………前、后轴负荷，m

h g……….汽车质心高度，m

L………汽车轴距,m

a………汽车质心到前轴的距离，m

b………汽车质心到后轴的距离，m

在总布置时，汽车的左右负荷分配应尽量相等，一般可以不计算，轴荷分配和质心位置应满足要求，否则，要重新布置各总成的位置，如调整发动机或车厢位置，以致改变汽车的轴距。各总成质量及其质心到前轴的距离、离地高度见表4.1。

表4.1 汽车各部件及总成的质量分布

部件gi h（空载）h（满载）l gi*l gi*h（空）gi*h（满）发动机及附件295 0.70 0.65 0.25 73.75 206.50 191.75 变速器100 0.6 0.55 0.75 75 60 55

传动轴20 0.5 0.45 1.75 35 10 9 后轴及制动器180 0.38 0.37 2.58 482.4 68.4 65.60 后悬架及减震器80 0.45 0.4 2.58 206.4 36 32 前轴及制动器30 0.38 0.37 0 0 11.4 11.7

前悬架及减震器20 0.45 0.4 0 0 9 8 转向梯形20 0.38 0.37 0.25 5 7.6 7.4

车轮及轮胎总成268 0.38 0.37 1.95 522.6 101.8 97 车架总成120 0.75 0.7 1.75 210 90 84

转向器14 0.75 0.7 -0.25 -3.5 10.5 9.8

乘员195 1.2 1.15 0 0 234 224.25 驾驶室总成60 1.2 1.15 0.3 18 72 6.90 油箱15 0.4 0.35 1.35 20.25 6 5.25 蓄电池20 0.4 0.35 1.35 27 8 7

备胎35 0.45 0.4 2.65 92.75 15.75 14

总计3008 4761.3 1095.6 2110 gi——部件质量，kg

h——部件质心距地面高度，m

l——部件质心距前轴距离，m

由表4.1可得：

1.空载时：2261.3=

2.580G2

1095.6=1758h g

G2+G1=1758

2.580 G1=1758b

2.580G 2=1758a

所以G 2=827.7kg ，G 1=930.3kg ，a =1.215m,b =1.365m,h g =0.623m

前轴荷分配G 1/G =930.3/1758=50.2% 后轴荷分配G 2/G =49.8% 2. 满载时，4761.3=2.580 G 2 2110.3=3008h g G 2+G 2=3008 2.580G 1=3008b 2.580G 2=3008a

所以G 2=1945.5kg ，G 1=1162.5kg ，a =1.580mm, b =1.00m ，h g =0.700m 前轴荷分配G 1/G =1098.7/2915=38.6% 后轴荷分配G 2/G =61.4%

4.1.2 水平路面上汽车满载行驶时各轴的最大负荷计算：

对于后轮驱动的汽车在水平路面上满载行驶时各轴的最大负荷按下列公式计算：

1()

g Z g G b h F L h φφ-=-

2Z g

Ga

F L h φ=

- 式（4-2）

式中： F Z1………行驶时前轴最大负荷，kg

F Z2………行驶时后轴最大负荷,kg

Φ：附着系数，在干燥的沥青或混凝土路面上为0.7—0.8

令：11Z F G =m 1 ，222

Z F m G = 式 （4-3）

式中：m 1：行驶时前轴轴荷转移系数，该值为0.8-0.9； m 2：行驶时后轴轴荷转移系数，该值为1.1-1.2。 代入相关数据，计算的：

1()g Z g

G b h F L h φφ-=

-=

()=?-?-?700.07.0580.2700.07.000.13008734kg 2Z g Ga

F L h φ=

-=700

.07.0580.2580.13008?-?=2173kg

于是有: 11Z F G =1m =0.631, 222

Z F m G ==1.178 基本满足要求。

4.1.3 制动时各轴的最大负荷计算：

汽车制动时各轴的最大负荷按下列公式计算： 1()

g Zr G b h F L

φ+=

2()

g Zr G a h F L

φ-=

式（4-4） 式中：F zr1………行驶时前轴最大负荷，kg;

F zr2………行驶时后轴最大负荷，kg;

令： 11Zr F G =1m ， 222Zr F m G = 式（4-5）

式中:m 1………行驶时前轴轴荷转移系数，1.4-1.6; m 2………行驶时后轴轴荷转移系数，0.40-0.80; 代入相关数据，计算得到： 1()g Zr G b h F L φ+=

=()

580.2700.07.000.13008?+?=1737.2kg

2()g Zr G a h F L

φ-=

=()

580.2700.07.0580.13008?-?=1270.8kg