汽车发动机与底盘设计作业指导书

汽车发动机与底盘设计作业指导书TOC\o"1-2"\h\u15386第1章绪论 3146521.1汽车发动机与底盘设计概述 3291081.1.1发动机设计概述 417621.1.2底盘设计概述 4248361.2设计原则与要求 417739第2章发动机设计与选型 5167392.1发动机总体设计 539722.1.1设计原则 5262022.1.2设计内容 5176262.2发动机主要功能参数确定 5195232.2.1功率与扭矩 5106212.2.2燃油消耗率与排放 5253142.2.3机械效率与可靠性 52942.3发动机选型 5199482.3.1选型依据 571912.3.2选型步骤 6211352.3.3选型注意事项 620715第3章发动机本体设计 688273.1气缸盖与气缸体设计 6291983.1.1设计要求 6307203.1.2设计内容 69843.2活塞组件设计 6215573.2.1设计要求 6247363.2.2设计内容 6305383.3连杆组件设计 787683.3.1设计要求 7113743.3.2设计内容 794433.4曲轴飞轮设计 735753.4.1设计要求 7217783.4.2设计内容 719370第4章配气机构设计 7192914.1配气机构类型及原理 731514.1.1顶置气门（OHV）配气机构 725714.1.2侧置气门（LHV）配气机构 833294.1.3双顶置凸轮轴（DOHC）配气机构 855804.1.4单顶置凸轮轴（SOHC）配气机构 8296544.2配气相位设计 8102824.2.1进气相位设计 8145364.2.2排气相位设计 8295174.3气门驱动机构设计 8243414.3.1凸轮轴设计 8267254.3.2挺柱和推杆设计 8190534.3.3气门弹簧设计 916030第5章进排气系统设计 957895.1进气系统设计 998825.1.1进气系统概述 9198755.1.2空气滤清器设计 9140115.1.3进气歧管设计 9160725.1.4节气门设计 958235.1.5涡轮增压装置设计 9260335.2排气系统设计 935255.2.1排气系统概述 9190715.2.2排气歧管设计 10231385.2.3催化转化器设计 10270575.2.4消声器设计 1028925.3进排气系统的优化 10211415.3.1进排气系统匹配 10267135.3.2进排气系统仿真分析 10216035.3.3进排气系统试验验证 10306465.3.4进排气系统轻量化设计 1018715第6章燃油供给系统设计 1035216.1燃油喷射系统设计 1052446.1.1喷射器选型 10175856.1.2喷射器布置 10244636.1.3喷射控制策略 11251996.2燃油泵设计 1175716.2.1燃油泵类型选择 1198076.2.2燃油泵功能参数确定 1134116.2.3燃油泵驱动方式 1114236.3燃油滤清器与燃油压力调节器设计 11169456.3.1燃油滤清器设计 11216976.3.2燃油压力调节器设计 11231346.3.3燃油滤清器与燃油压力调节器布局 113466第7章润滑系统设计 11297357.1润滑系统概述 1170107.2润滑油路与油泵设计 12169467.2.1润滑油路设计 12120787.2.2油泵设计 12243567.3润滑油滤清器与油冷却器设计 12227757.3.1润滑油滤清器设计 12171667.3.2油冷却器设计 1224585第8章冷却系统设计 1344868.1冷却系统概述 13218128.2水泵与风扇设计 13280048.2.1水泵设计 13307418.2.2风扇设计 13100978.3节温器与散热器设计 1439718.3.1节温器设计 1419338.3.2散热器设计 145787第9章底盘设计与选型 14112949.1底盘总体设计 14273949.1.1设计原则 1465889.1.2设计内容 14200499.1.3设计要求 1595909.2传动系统设计 15234989.2.1传动系统类型 15302579.2.2传动系统主要部件选型 15237499.2.3传动系统设计要求 15322249.3悬挂系统设计 15310959.3.1悬挂系统类型 1545279.3.2悬挂系统主要部件选型 15289279.3.3悬挂系统设计要求 16164719.4制动系统设计 1668859.4.1制动系统类型 16164319.4.2制动系统主要部件选型 16177629.4.3制动系统设计要求 1623231第10章整车功能匹配与优化 162437510.1整车动力功能匹配 161071010.1.1发动机与传动系统匹配 16430810.1.2底盘与动力系统匹配 162316110.2经济功能匹配 171846210.2.1燃油经济性优化 17310910.2.2滑行与制动能量回收 17489510.3舒适功能匹配与优化 172232510.3.1悬挂系统优化 171877610.3.2NVH功能优化 17702410.4安全功能匹配与优化 171653410.4.1制动系统优化 17710.4.2车身结构优化 17第1章绪论1.1汽车发动机与底盘设计概述汽车作为现代交通工具，其功能、安全、舒适及环保等方面的发展日益受到重视。汽车发动机与底盘作为汽车的核心部件，其设计水平直接影响到整车的功能。本章首先对汽车发动机与底盘设计进行概述，阐述发动机与底盘在汽车设计中的重要性，并对相关设计内容进行简要介绍。1.1.1发动机设计概述汽车发动机是汽车的动力源泉，其设计主要包括以下几方面：（1）发动机类型选择：根据汽车的使用要求和功能指标，选择合适的发动机类型，如汽油机、柴油机、混合动力等。（2）燃烧室设计：根据发动机类型和功能要求，设计合理的燃烧室结构，提高燃烧效率和降低排放。（3）气缸盖与气缸体设计：优化气缸盖与气缸体的结构，提高强度和刚度，降低重量。（4）进排气系统设计：合理设计进排气系统，提高发动机的充气效率和降低排放。（5）燃油供给系统设计：根据发动机功能要求，设计合适的燃油供给系统，保证燃油的雾化、分配和喷射。1.1.2底盘设计概述汽车底盘是汽车的基础结构，主要包括以下几部分：（1）传动系统设计：包括离合器、变速箱、传动轴、驱动桥等，设计合理的传动系统，提高传动效率和降低噪音。（2）行驶系统设计：包括悬挂系统、转向系统、制动系统等，优化行驶系统，提高汽车的操控性和舒适性。（3）车身设计：根据汽车的使用功能和审美需求，设计合理的车身结构，保证车身强度和刚度。（4）电气系统设计：包括电源、起动机、发电机、照明等，设计可靠的电气系统，提高汽车的安全性。1.2设计原则与要求在进行汽车发动机与底盘设计时，应遵循以下原则与要求：（1）功能优先：以提高汽车功能为核心目标，保证发动机与底盘的匹配性。（2）安全可靠：保证发动机与底盘在设计寿命内，安全可靠地运行。（3）节能环保：降低燃油消耗，减少排放污染，符合国家环保法规。（4）经济性：在满足功能要求的前提下，降低成本，提高经济效益。（5）轻量化：采用轻量化材料和技术，降低汽车自重，提高燃油经济性。（6）模块化：采用模块化设计，提高零部件的通用性，降低生产成本。（7）人机工程：考虑驾驶和乘坐舒适性，提高人机交互体验。（8）制造工艺性：保证设计方案的制造工艺性，提高生产效率。遵循以上原则与要求，为汽车发动机与底盘设计提供科学、合理的指导。第2章发动机设计与选型2.1发动机总体设计2.1.1设计原则在汽车发动机总体设计过程中，需遵循以下原则：（1）符合国家及行业相关标准与法规要求；（2）满足汽车动力性、经济性、环保性及可靠性需求；（3）结构紧凑，重量轻，便于布置与维护；（4）具有良好的匹配性与适应性。2.1.2设计内容（1）确定发动机类型（如汽油机、柴油机等）；（2）确定发动机的排量、缸数、缸径、行程等基本参数；（3）选择合适的燃烧室结构、气门机构、燃油供给系统等；（4）确定冷却系统、润滑系统、启动系统等辅助系统。2.2发动机主要功能参数确定2.2.1功率与扭矩根据汽车使用工况，确定发动机的最大功率、最大扭矩、低速扭矩等功能参数。2.2.2燃油消耗率与排放计算发动机在不同工况下的燃油消耗率，保证满足国家排放标准。2.2.3机械效率与可靠性分析发动机的机械效率，评估发动机的可靠性，保证发动机具有良好的耐久性。2.3发动机选型2.3.1选型依据（1）汽车使用工况与功能需求；（2）国家及行业相关标准与法规；（3）发动机功能、成本、可靠性等综合因素。2.3.2选型步骤（1）筛选符合使用需求的发动机类型；（2）对比分析不同发动机品牌的功能参数；（3）评估发动机的布置、重量、成本等；（4）结合汽车整体设计要求，确定最佳发动机选型。2.3.3选型注意事项（1）保证选型发动机具有良好的市场口碑与售后服务；（2）关注发动机的技术发展趋势，选择具有前瞻性的产品；（3）充分考虑发动机与汽车其他系统的匹配性，实现最佳功能发挥。第3章发动机本体设计3.1气缸盖与气缸体设计3.1.1设计要求气缸盖与气缸体是发动机本体的关键组成部分，其设计质量直接影响到发动机的功能和可靠性。在设计过程中，应保证气缸盖与气缸体的结构强度、刚度和散热功能满足工作要求。3.1.2设计内容（1）气缸盖设计：包括气缸盖的形状、材料、厚度、水道和气道布局等；（2）气缸体设计：包括气缸体的形状、材料、壁厚、水道和油道布局等；（3）气缸盖与气缸体的连接方式：保证在高温、高压环境下具有良好的密封功能。3.2活塞组件设计3.2.1设计要求活塞组件是发动机内部往复运动的部件，其设计要求包括轻量化、高强度、高耐磨性和良好的热传导功能。3.2.2设计内容（1）活塞设计：包括活塞的形状、材料、壁厚、活塞环槽和油孔等；（2）活塞销设计：包括活塞销的形状、材料、尺寸和连接方式；（3）活塞裙部设计：保证在高温、高压环境下具有良好的耐磨性和散热功能。3.3连杆组件设计3.3.1设计要求连杆组件承受着活塞与曲轴之间的力，其设计要求包括高强度、刚度和良好的疲劳功能。3.3.2设计内容（1）连杆设计：包括连杆的形状、材料、尺寸和连接方式；（2）连杆轴承设计：包括轴承的材料、尺寸和润滑方式；（3）连杆小头衬套设计：保证在高速、高温环境下具有良好的耐磨性和散热功能。3.4曲轴飞轮设计3.4.1设计要求曲轴飞轮是发动机动力输出的关键部件，其设计要求包括高强度、良好的平衡功能和耐磨性。3.4.2设计内容（1）曲轴设计：包括曲轴的形状、材料、尺寸和曲轴轴颈的润滑方式；（2）飞轮设计：包括飞轮的形状、材料、厚度和连接方式；（3）曲轴与飞轮的平衡功能分析：保证发动机在工作过程中具有良好的振动功能。第4章配气机构设计4.1配气机构类型及原理配气机构作为汽车发动机的关键组成部分，其作用是实现气缸内新鲜空气的吸入和燃烧废气的排出。按照其工作原理和结构特点，配气机构可分为以下几种类型：4.1.1顶置气门（OHV）配气机构顶置气门配气机构中，气门位于气缸顶部，通过凸轮轴、挺柱、推杆等驱动。其优点是结构简单、制造成本低；缺点是气门与燃烧室之间的距离较长，导致燃烧效率降低。4.1.2侧置气门（LHV）配气机构侧置气门配气机构中，气门位于气缸侧面，与顶置气门相比，侧置气门配气机构具有更好的燃烧效率和较低的进气阻力。但其结构相对复杂，制造成本较高。4.1.3双顶置凸轮轴（DOHC）配气机构双顶置凸轮轴配气机构具有两个凸轮轴，分别驱动进气门和排气门。这种配气机构可以实现更快的气门开启和关闭速度，提高燃烧效率，降低排放。但制造成本较高，结构复杂。4.1.4单顶置凸轮轴（SOHC）配气机构单顶置凸轮轴配气机构一个凸轮轴，通常用于四缸及以下发动机。其结构相对简单，制造成本较低，但气门开启和关闭速度较慢，燃烧效率略低于DOHC。4.2配气相位设计配气相位是指气门开启和关闭的时刻与活塞运动的关系。合理的配气相位设计可以提高发动机的功率输出、降低燃油消耗和排放。4.2.1进气相位设计进气相位设计需要考虑进气门的开启时刻、开启持续时间和关闭时刻。通常，进气门提前开启，使新鲜空气提前进入气缸，提高充气效率；同时进气门迟闭，以利用气缸内气体的惯性，进一步增加进气量。4.2.2排气相位设计排气相位设计需要考虑排气门的开启时刻、开启持续时间和关闭时刻。排气门迟开，可以使燃烧废气在气缸内停留更长时间，提高热效率；同时排气门提前关闭，可以减少排气损失。4.3气门驱动机构设计气门驱动机构是实现气门开启和关闭的关键部分，主要包括凸轮轴、挺柱、推杆、气门弹簧等。4.3.1凸轮轴设计凸轮轴设计需要根据发动机的转速、功率输出和配气相位要求，确定凸轮的形状和尺寸。凸轮形状通常有圆弧形、椭圆形和双椭圆形等。4.3.2挺柱和推杆设计挺柱和推杆起到将凸轮轴的运动传递给气门的作用。在设计时，应考虑其强度、刚度和磨损功能，以保证长期可靠性。4.3.3气门弹簧设计气门弹簧对气门的关闭起到重要作用。在设计时，应选择合适的弹簧刚度，以保证气门在高速运动过程中能迅速关闭，同时避免因弹簧过软导致的气门跳动。本章主要介绍了配气机构的类型、原理以及配气相位和气门驱动机构的设计方法。在实际设计过程中，应根据发动机的具体要求和功能目标，进行合理选型和优化。第5章进排气系统设计5.1进气系统设计5.1.1进气系统概述本节主要介绍进气系统的基本构成、功能及设计原则。进气系统主要包括空气滤清器、进气歧管、节气门、涡轮增压装置等部件，其作用是为发动机提供清洁、充足的空气。5.1.2空气滤清器设计空气滤清器的设计应考虑过滤效率、空气流量、阻力等因素。本节将分析不同类型的空气滤清器，并阐述其设计要点。5.1.3进气歧管设计进气歧管的设计关系到发动机的进气效率及各缸的进气均匀性。本节将介绍进气歧管的布局、长度、直径等参数的设计方法。5.1.4节气门设计节气门是控制发动机进气量的关键部件。本节将阐述节气门的结构、工作原理及设计要点。5.1.5涡轮增压装置设计涡轮增压装置可以提高发动机的进气压力，从而提高发动机的功率。本节将介绍涡轮增压装置的类型、工作原理及设计方法。5.2排气系统设计5.2.1排气系统概述排气系统主要由排气歧管、催化转化器、消声器等部件组成，其作用是排除发动机燃烧产生的废气，降低排放污染物。5.2.2排气歧管设计排气歧管的设计应考虑排气阻力、温度分布、振动与噪声等因素。本节将介绍排气歧管的布局、材料选择及设计方法。5.2.3催化转化器设计催化转化器是降低排放污染物的重要部件。本节将阐述催化转化器的结构、功能指标及设计要点。5.2.4消声器设计消声器是降低排气噪声的关键部件。本节将介绍消声器的类型、工作原理及设计方法。5.3进排气系统的优化5.3.1进排气系统匹配进排气系统的匹配对发动机功能具有显著影响。本节将分析进排气系统匹配的原则及方法。5.3.2进排气系统仿真分析利用计算流体力学（CFD）等方法对进排气系统进行仿真分析，可优化系统设计。本节将介绍仿真分析的基本流程及注意事项。5.3.3进排气系统试验验证通过试验验证进排气系统的设计效果，为优化设计提供依据。本节将阐述试验验证的步骤及方法。5.3.4进排气系统轻量化设计在满足功能要求的前提下，对进排气系统进行轻量化设计，可提高整车的燃油经济性。本节将探讨轻量化设计的方法及措施。第6章燃油供给系统设计6.1燃油喷射系统设计6.1.1喷射器选型根据发动机的工作原理和功能要求，选择适合的燃油喷射器。喷射器应具备良好的雾化功能、较高的流量和可靠的机械强度。6.1.2喷射器布置根据发动机缸体布局和燃烧室形状，合理布置喷射器位置，保证燃油喷射角度和喷射速度满足燃烧需求。6.1.3喷射控制策略制定喷射控制策略，包括喷射时刻、喷射持续时间和喷射压力等参数，以实现高效、清洁的燃烧。6.2燃油泵设计6.2.1燃油泵类型选择根据发动机排量和燃油喷射压力需求，选择合适的燃油泵类型，如柱塞泵、齿轮泵等。6.2.2燃油泵功能参数确定计算燃油泵所需提供的流量、压力和效率等功能参数，以满足发动机在不同工况下的燃油需求。6.2.3燃油泵驱动方式根据发动机结构特点，选择合适的燃油泵驱动方式，如机械驱动、电磁驱动等。6.3燃油滤清器与燃油压力调节器设计6.3.1燃油滤清器设计选用高效、长寿的燃油滤清器，保证燃油清洁，降低燃油喷射系统故障率。设计合理的滤清器结构，提高过滤效果和容尘量。6.3.2燃油压力调节器设计根据发动机工作原理和燃油喷射系统需求，设计燃油压力调节器，实现燃油压力的精确控制。同时考虑燃油压力调节器的响应速度和稳定性。6.3.3燃油滤清器与燃油压力调节器布局合理布局燃油滤清器和燃油压力调节器，便于安装、维护和检查，同时保证燃油系统的高效运行。注意：本章内容仅涉及燃油供给系统设计，实际设计过程中需结合发动机整体功能和具体工况进行调整和优化。第7章润滑系统设计7.1润滑系统概述本章主要介绍汽车发动机与底盘润滑系统设计的相关内容。润滑系统在发动机和底盘的运行过程中起着的作用，能够减小零部件之间的摩擦，降低磨损，延长使用寿命，并保证系统在高效、稳定的状态下工作。本章将从润滑油路与油泵设计、润滑油滤清器与油冷却器设计等方面展开论述。7.2润滑油路与油泵设计7.2.1润滑油路设计润滑油路的设计应根据发动机和底盘的结构特点及其工作条件进行。其主要目标是为各润滑点提供充足的润滑油，并保证油液在循环过程中压力稳定、流量充足。润滑油路应包括以下组成部分：（1）主油路：连接油泵、油滤清器、油冷却器及各润滑点的主要通道。（2）分油路：将主油路分配到各个润滑点的分支通道。（3）回油路：将润滑油从润滑点收集，返回油底壳或油箱。7.2.2油泵设计油泵是润滑系统的心脏，负责为润滑油路提供压力和流量。油泵设计时应考虑以下因素：（1）类型：根据发动机和底盘的工作条件，选择合适的油泵类型，如齿轮泵、转子泵、柱塞泵等。（2）容积：根据润滑系统所需的最大流量和压力，确定油泵的排量。（3）材质：油泵内部零件应选用耐磨、耐腐蚀、具有一定强度的材料。（4）布局：油泵的布局应便于安装、维修和保养。7.3润滑油滤清器与油冷却器设计7.3.1润滑油滤清器设计润滑油滤清器的主要作用是过滤润滑油中的杂质，防止磨损和污染。滤清器设计时应注意以下几点：（1）类型：根据发动机和底盘的工作条件，选择全流式或旁通式滤清器。（2）过滤精度：根据润滑系统的工作要求，选择合适的过滤精度。（3）材质：滤清器内部零件应选用耐磨、耐腐蚀、具有一定强度的材料。（4）结构：滤清器结构应便于更换滤芯，降低维护成本。7.3.2油冷却器设计油冷却器的主要作用是在高温环境下降低润滑油的温度，保证其在合适的温度范围内工作。油冷却器设计时应考虑以下因素：（1）类型：根据发动机和底盘的工作条件，选择风冷式或水冷式油冷却器。（2）散热面积：根据润滑系统的工作要求，确定油冷却器的散热面积。（3）材质：油冷却器内部零件应选用导热功能好、耐腐蚀、具有一定强度的材料。（4）结构：油冷却器结构应便于安装、维修和保养。第8章冷却系统设计8.1冷却系统概述冷却系统是汽车发动机的重要组成部分，其作用是在发动机运行过程中，维持发动机工作温度在合理范围内，防止过热现象，保证发动机的可靠性和耐久性。冷却系统主要由水泵、风扇、节温器、散热器等部件组成。本章主要介绍冷却系统的设计要点及注意事项。8.2水泵与风扇设计8.2.1水泵设计水泵是冷却系统中的关键部件，负责将冷却液在发动机和散热器之间循环。水泵设计时应考虑以下因素：（1）流量：水泵的流量应满足发动机冷却需求，通常以发动机排量的倍数来确定。（2）扬程：水泵的扬程应满足冷却系统压力损失的要求，保证冷却液在系统内循环。（3）效率：水泵的效率对整个冷却系统的功能有直接影响，应选择高效水泵。（4）材质：水泵的材质应具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，以保证长期使用。8.2.2风扇设计风扇负责将空气引入散热器，加速冷却液与空气之间的热交换。风扇设计时应考虑以下因素：（1）风量：风扇的风量应满足散热需求，通常以散热器散热面积和风速来确定。（2）风压：风扇的风压应克服散热器迎风面的阻力，保证空气流通。（3）效率：风扇的效率对冷却系统的功能有较大影响，应选择高效风扇。（4）噪音：风扇在工作过程中产生的噪音应符合汽车噪声标准。8.3节温器与散热器设计8.3.1节温器设计节温器是冷却系统中的温度控制部件，其作用是控制冷却液的流动，以实现发动机在不同工况下的温度调节。节温器设计时应考虑以下因素：（1）开启温度：节温器的开启温度应与发动机最佳工作温度相匹配。（2）关闭温度：节温器的关闭温度应保证发动机在低温工况下正常升温。（3）寿命：节温器的寿命应满足汽车使用寿命的要求。（4）响应速度：节温器在温度变化时的响应速度对冷却系统的功能有较大影响。8.3.2散热器设计散热器是冷却系统中的热交换部件，负责将冷却液中的热量传递给空气。散热器设计时应考虑以下因素：（1）散热面积：散热器的散热面积应满足发动机散热需求。（2）材质：散热器的材质应具有良好的导热性和耐腐蚀性。（3）结构：散热器的结构应便于空气流通，降低风阻。（4）重量：散热器的重量应考虑汽车整体轻量化要求。（5）布局：散热器在汽车中的布局应便于维修和保养。第9章底盘设计与选型9.1底盘总体设计9.1.1设计原则底盘总体设计需遵循安全、可靠、经济、环保及舒适性原则。在保证车辆行驶安全的基础上，提高传动效率，降低能耗，减少排放，同时充分考虑驾驶及乘坐舒适性。9.1.2设计内容底盘总体设计包括：底盘布局、车架设计、行驶系统设计、转向系统设计、制动系统设计、电气系统设计等。9.1.3设计要求（1）底盘布局合理，保证各系统间协调工作，减小底盘重心，提高行驶稳定性；（2）车架设计满足强度和刚度要求，同时考虑轻量化设计；（3）行驶系统设计应保证良好的操控性和舒适性；（4）转向系统设计需实现准确、轻便、稳定的转向功能；（5）制动系统设计应保证制动可靠、响应迅速；（6）电气系统设计满足车辆各项功能需求，同时考虑安全性和可靠性。9.2传动系统设计9.2.1传动系统类型根据车辆类型和功能要求，选择合适的传动系统类型，如前置前驱、前置后驱、四驱等。9.2.2传动系统主要部件选型（1）发动机：根据车辆功能、排放标准等因素，选择合适的发动机型号；（2）变速器：根据发动机特性、驾驶需求等，选择手动变速器、自动变速器、CVT等；（3）传动轴：根据车辆布局和传动效率要求，设计传动轴长度和布局；（4）驱动桥：根据驱动方式和扭矩要求，选择合适的驱动桥型号。9.2.3传动系统设计要求（1）保证传动效率高，降低能耗；（2）保证传动系统工作可靠，减小故障率；（3）减轻传动系统重量，降低车辆自重；（4）满足车辆加速、爬坡等功能需求。9.3悬挂系统设计9.3.1悬挂系统类型根据车辆类型和行驶功能要求，选择合适的悬挂系统类型，如麦弗逊式、多连杆式、扭力梁式等。9.3.2悬挂系统主要部件选型（1）弹簧：根据车辆重量和悬挂刚度要求，选择螺旋弹簧、空气弹簧等；（2）减振器：根据悬挂系统特性，选择合适的