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1、第三章汽车性能简介第三章汽车性能简介第一节 汽车的设计第二节 汽车试验第三节 汽车的制造第四节 汽车使用性能及指标复习思考题第三章汽车性能简介第一节 汽车的设计一、设计师的作用所谓设计，是根据一定的要求而进行构思，并且用恰当的方法，如文字、图样、模型等表达出来。这里有两重意思，不妨以产品设计为例：第一，为了满足使用者对产品的要求，设计师必须进行创造性的思考，以确定产品的形态；第二，为了使制造者了解产品的形态，设计师还必须以恰当的表达方式。第三章汽车性能简介如图纸、说明书等反映自己的构思。现代化产品的生产过程与手工业时代的生产方式有本质的差别。手工业产品的创造者独自一人包揽构想和制作，不存在现代
2、化生产那种设计与制造分工配合的方式，因而不需要对别人表达自己的构想。手工业产品的创造者为了显示自己巧妙的构想和精湛的技艺以提高产品的价值，往往选用名贵的材料，并刻意追求精雕细琢和繁杂的纹样装饰。第三章汽车性能简介这种“巧夺天工，举世无双”的手工业产品只能供少数有钱人享用，不能服务于广大人民群众。遗憾的是，中国几千年来涌现过无数“巧夺天工”的佳作，却没有使国家繁荣富强，没有改变人民贫穷落后的面貌。只有发展现代化的工业技术，才是真正强国富民的康庄大道。设计，是工业现代化的重要组成部分，是国家繁荣昌盛的支柱之一。第三章汽车性能简介在现代化生产中，设计是第一步，其工作量只占产品开发全部工作量的10%，
3、成本只占5%左右，但却决定了产品成败的命运。美国哈佛大学著名的“影子理论”生动地反映了与产品品质有关的设计、材料、劳动、行政管理四个方面所投入的成本及其所产生的影响，如图3-1所示。设计虽然只占成本的5%，而它对产品的影响却占70%，可见设计对产品的影响是至关重要的。第三章汽车性能简介图3-1 哈佛大学影子理论第三章汽车性能简介汽车是一件非常复杂的产品，即使是最富有经验和知识最渊博的设计师，也不可能深入了解汽车上每一个细节，更不可能由一个人独自包揽全部设计。因此，设计师们必须有不同的分工，相互配合。总设计师、主任设计师、普通设计师分别在不同岗位上各自发挥作用，形成一个组织严密的工作群体。譬如，
4、福特汽车公司就很善于从不同的部门抽调各种专家组成跨部门的设计小组，以解决单个部门无法处理的问题。由此可见，一个成功的设计，不仅是每个设计师良好素质的体现，而且是强调设计师们的配合协作的集体成果。第三章汽车性能简介二、汽车的设计过程1产品开发规划在汽车产品开始技术设计之前，必须制订产品开发规划。根据国家的需要或企业发展的需要，由国家机关或企业领导下达开发指令。首先，必须确定具体的车型，亦即打算生产什么样的汽车。其次是进行可行性分析，根据使用调查、市场情况、技术条件、工艺分析、成本核算等，预测产品是否符合需求，是否符合工厂的技术工艺能力，是否对国民经济和企业有利。第三章汽车性能简介2初步设计 汽车
5、初步设计的主要任务是构造汽车的形状，或称初步造型设计，包括如下内容：1)汽车总布置设计所谓总布置设计，是将汽车各个总成及其所装载的人员或货物安排在恰当的位置，以保证各总成运转相互协调、乘坐舒适和装卸方便。为了保证汽车各部分之间合理的相互关系，需要定出许多重要的控制尺寸称为“硬点”。第三章汽车性能简介2)效果图效果图是表现汽车造型效果的图画。造型设计师根据总布置设计所定出的汽车尺寸和基本形状，就可勾画出汽车的具体形象。第三章汽车性能简介效果图又分为构思草图和彩色效果图两种。构思草图是记录造型设计师灵感的速写画，如图3-2所示。彩色效果图是在构思草图的基础上绘制的较正规的绘画，需要正确的比例、透视
6、关系和表达质感。彩色效果图包括外形效果图(如图3-3所示)、室内效果图(如图3-4所示)和局部效果图(如图3-5所示)，其作用是供选型讨论和审查。效果图的表现技法多种多样：可采用铅笔、钢笔，也可采用毛笔(水彩画或水粉画)等，而目前较流行的是混合技法用塑料记号笔(又称麦克笔)描画、喷笔喷染、以及涂抹、遮挡等同时并用的技法。只要效果良好，表现技法可不拘一格。第三章汽车性能简介图3-2 构思草图 第三章汽车性能简介图3-3 外形效果图 第三章汽车性能简介图3-4 室内效果图 第三章汽车性能简介图3-5 局部效果图 第三章汽车性能简介3)缩小比例模型图3-6 造型设计师正在塑制轿车的缩比模型缩小比例模
7、型是在构架上涂敷造型泥雕塑而成的。轿车缩比模型常用15的比例，亦即是真车尺寸的1/5。英美等国采用英制尺寸，模型的比例是3/8，如图3-6所示。造型泥是一种油性混合物，又称油泥，在常温下有一定硬度(比肥皂硬些)，涂敷前需经烘烤。第三章汽车性能简介图3-6 造型设计师正在塑制轿车的缩比模型第三章汽车性能简介缩小比例模型是在彩色效果图的基础上更进一步表达造型构思，具有立体(三维)形象，比效果图(二维)更有真实感，要求比例严格、曲线流畅、曲面光顺。雕塑一个缩小比例汽车模型，需要从各个角度审视，反复推敲，精工细雕，因而很难在两、三天内完成。第三章汽车性能简介4)选型讨论会经过初步设计，绘制出一批彩色效
8、果图和塑制出几个缩小比例模型，就可以召开选型讨论会。会议的目的是从若干个造型方案中选择出一个合适的车型方案，以便作为技术设计的依据。选型讨论会主要讨论审美问题，但也涉及结构、工艺等方面，故通常由负责人召集造型设计师、结构设计师和工艺师等参加会议，如图3-7所示。选型讨论会结束，说明选定的车型的造型构思基本成熟，汽车初步设计亦结束。第三章汽车性能简介图3-7 红旗轿车选型讨论会第三章汽车性能简介3技术设计技术设计包括确定汽车造型和确定汽车结构两个方面。选型讨论会选定的车型方案需要制成空气动力学试验模型交付风洞试验，验证其形状是否合理，提出修改意见。第三章汽车性能简介技术设计阶段的造型工作包括以下
9、几个方面：1)胶带图胶带图是用细窄的彩色不干胶纸带粘贴成的11(全尺寸)汽车整车图样，可表达零部件形状及外形曲线，如图3-8所示。胶带图的外形曲线数据取自选定的缩小比例模型，可用来审查整车外形曲线的全貌。如发现某条曲线不美观或不符合要求，可将胶带揭起重新粘贴，直到满意为止。胶带图完成后，缩小比例模型放大的曲线又经过进一步修订。第三章汽车性能简介图3-8 胶带图第三章汽车性能简介2)1 1整车外形效果图单纯由缩小比例的绘画表达汽车的外形效果尚嫌不够，还需要绘制等大尺度(全尺寸)的彩色效果图。现代造型设计非常重视等大的尺度感。缩小比例图样和全尺寸图样的真实感是截然两样的。缩比模型上某些圆角和曲线看
10、上去很小巧雅致，放大5倍后就显得笨拙臃肿。因此，汽车形状的最后确定，不能从缩小比例的图样或模型直接放大，而应经过11效果图和11模型的修正，以符合等大的尺度感和审美要求。第三章汽车性能简介 3)1 1外部模型11外部模型是汽车外形定型的首要依据。根据缩比模型的放大数据，结合胶带图和11效果图的修订情况，就可以制造11外部模型。这个模型是在一个带有车轮的构架上涂敷造型泥而雕塑成。由于采用数以吨计的造型泥，并雕塑得细致、平整、光顺，所以制造一个11外部模型的时间很长，通常需要几个星期。11外部模型需要集中各个设计步骤的反馈意见，加以精工修饰而完成。将模型放置在灯光下看，其逼真程度几乎与真车无异，如
11、图3-9所示。第三章汽车性能简介图3-9 1 1外部模型第三章汽车性能简介4)1 1内部模型11内部模型用以审视汽车内部造型效果和检验汽车内部尺寸。11内部模型与11外部模型同时制作，其设计和尺寸相互配合。11内部模型的形状、色彩、覆饰物的质感和纹理都应制造得十分逼真，使人具有置身于真车室内的感觉。为了获得一个极优秀的汽车室内设计，对11内部模型反复推敲，精工制造，力求逼真，是十分必要的。一些高级轿车，其外观固然不凡，但内部设施更为豪华考究，对内部设计及其模型的重视程度，甚至比外形设计及其模型的精工细作有过之而无不及。如图3-10所示。第三章汽车性能简介图3-10 1 1内部模型第三章汽车性能
12、简介 5)造型的审批11外部模型、内部模型、效果图完成后，需要交付最高领导审批，使汽车造型最终定型。汽车造型设计是促进汽车销路的重要竞争手段，受到最高领导的重视和社会普遍关注。大公司为了击败对手而采用频繁更换车型的手段。第三章汽车性能简介汽车造型审定后，就可以着手进行汽车结构设计。汽车的结构设计是确定汽车整车、部件(总成)和零件的结构。也就是说，设计师需要考虑由哪些部件组合成整车，又由哪些零件组合成部件。按照零件所使用的材料，可分为金属材料和非金属材料两大类。确定汽车零件的形状，也要花费设计师许多心血。设计师必须把所设计的汽车结构用图纸表达出来。在零件装配成部件时，零件与邻近零件之间的尺寸必须
13、相互适应。第三章汽车性能简介在设计时，设计师必须无条件地执行国家制定的有关法规和标准。对于出口的产品，还必须执行外国的标准，如ISO(国际标准化组织)、SAE(美国汽车工程师协会)、JIS(日本工业标准)、EEC(欧洲经济共同体)、ECE(欧洲经济委员会)等等的标准。第三章汽车性能简介图纸绘制成后，需要将部件和零件按照它们所属的装配关系编成“组”及其下属的“分组”号码。每个部件、每个零件及其图纸都给定一个编号，以便于对全部图纸进行管理。我国汽车行业惯用的编号方式是采用7位数字。例如，驾驶室的左车门外板这个零件的编号是6401015。属于64组(驾驶员门)及其下属的6401分组(车门骨架及盖板)
14、。最后，设计部门将全部图纸、图纸明细表、设计说明书及有关文件移交生产部门。第三章汽车性能简介三、现代化设计技术1以计算机为中心的设计变革前文谈到的汽车设计过程，没有提到采用电子计算机。这个过程如果全部采用手工劳动，耗费大量的劳动力和时间是显而易见的。电子计算机具有运算速度快、存贮量大、计算精确等许多优点。计算机进入设计领域，使得设计工作产生了质的飞跃，大大提高了产品质量并缩短了开发周期。计算机辅助设计(CAD)已成为现代化设计的主要特色。第三章汽车性能简介1)信息技术在这个千头万绪、瞬息多变的世界，迅速获得准确的信息是使决策成功的关键。福特汽车公司把信息技术放在极其重要的地位，提出了“信息就是
15、战略资产”的口号。该公司不惜巨资建立了全球性信息系统，拥有4000条世界范围的专用电讯线路，每天可传递和处理160万条电子邮件信息，进行200万条工作日程安排表的更新。这个信息系统把设在美国、英国、德国、日本、澳大利亚和意大利的7个设计中心联网，第三章汽车性能简介2)设计过程的变革现在汽车造型师的计算机工作站配备了先进的ALIAS和CDRS软件，他们可以手执压力敏感电笔在屏幕上直接绘画可以模仿铅笔、钢笔、塑料笔、毛笔或喷笔进行描画、涂抹等各种粗细笔触，还可以调配各种颜色和擦拭修改任何一个有美术功底的设计师都可运用自如，得心应手地绘制效果图。第三章汽车性能简介用计算机设计非常方便，可以轻而易举地
16、将图像放大，投影到大屏幕上生产11效果图，以获得更真实的“等大”感觉。在大屏幕上，设计师还可对汽车模型进行修改、补充和细化。可是，任何最高领导人都不愿意依据大屏幕去审批汽车造型，或者说他们还不适应这样做，而需要看到11的实物模型。为慎重起见，目前盛行的做法是用数控机床切削出11实体模型，如图3-11所示。毕竟，11实体模型的真实感又比11屏幕进了一步，而且造型师还有机会推敲和修改这个实体模型。由于预先已设计好数字化模型并以此为依据，数控加工的过程只需要几天，比手工制作同样的模型快捷得多。第三章汽车性能简介图3-11 用数控机床切削11油泥模型第三章汽车性能简介在零部件计算机辅助设计方面，亦已开
17、发出许多适用的大型软件，例如通用汽车公司采用的UG软件，福特汽车公司采用的I-DEAS软件，美国克莱斯勒公司和德国奔驰公司、宝马公司采用的CATIA软件等。这些大型软件均具备实体零件设计、二维及三维工程绘图、曲面造型等许多实用功能。设计师可以运用这些软件在计算机中构造他们所需要的零件。如果计算机中已存贮了大量的零件和标准件的图形和数据，则可以利用它们来合成总成部件，这样就更加快捷方便了。图3-12就是用计算机合成的发动机剖面图。第三章汽车性能简介图3-12 计算机合成的发动机剖面图第三章汽车性能简介零部件设计中，工作量大的是车身设计。前文提到，设计师必须把自己的构思用图纸表达出来。如果设计师用
18、计算机设计汽车，似乎就应该将计算机与绘图机连接，绘出零件和部件的图纸，再交给生产部门。如果将计算机中的设计信息直接通过网络输送到生产部门的计算机，就有可能省去绘制图纸的步骤。“无图纸化生产”的设想不是不可捉摸的空中楼阁，而是企业现代化应追求的目标，而且业已在一些先进的企业中逐步地实现。第三章汽车性能简介2计算机辅助工程分析设计师在设计时，必须借助于各种计算方法去验证产品的结构。计算机辅助工程分析正是借助于计算机的计算和模拟去分析产品结构的合理性。传统的手工方式最大的缺点就是不可能从事庞大复杂的计算。例如，车身是一个形状复杂的薄壳结构，构件很多，按传统的方式通过简化得出粗略的力学模型并计算出结果
19、，其精确性和可信度都很低，与实际情况相差太大。第三章汽车性能简介3最优化设计最优化技术是研究怎样在一切可能的方案中寻求最好的方案。在产品设计方面，希望产品在满足所要求的性能的前提下，体积和重量小，成本最低。最优化设计往往需要从许多方案的计算对比中选出最理想的方案，就不可避免大量的反复运算。现代汽车产品以高、精、尖为特色，运用新技术、新材料、新工艺，就迫切要求提高设计质量，寻求最优的设计方案。电子计算机技术的发展，为最优化设计提供了强有力的运算工具，用手工无法解决的很复杂庞大的问题也会迎刃而解。第三章汽车性能简介最优化设计的过程一般可分为如下几个阶段：(1)确定所解决的设计问题。(2)建立数学模
20、型或设定目标函数。(3)进行运算、对比与评价。第三章汽车性能简介4智能化设计所谓智能化或人工智能(AI)，是使电子计算机模仿人类思维推理的过程。例如，60年代初美国IBM公司编制的下棋程序。稍后，又提出了专家系统(ES)。它是依据计算机中所归纳的专家经验进行推理判断从而得出结论，典型的例子是70年代开发的一些疾病诊断程序。人工智能系统是以知识库和推理机为两大核心，与传统的数据加上算法的计算机程序截然不同。第三章汽车性能简介第二节 汽 车 试 验一、汽车试验的重要性科学试验和理论研究是发展科学技术相辅相成的两个方面，理论以试验为基础，试验需要理论指导，相互密切结合，促进科学技术发展。然而，实践毕
21、竟是检验真理的唯一标准。无论什么理论，都必须经过实践验证后才能成立，才是真正实用的理论，产品设计所采用的理论和计算，乃至大型计算机软件和模拟方法，都必须以实践为基础。第三章汽车性能简介汽车企业在新型汽车开发过程中，在全部设计完成后，通常需要试制出一批样车，然后将样车交付试验。汽车试验的任务，就是按照标准的试验规范对汽车进行全面测试，测出各项性能指标，最后做出评价。设计部门随后根据试验部门反馈的评价报告，再对设计不完善(在试验中已暴露问题)的地方加以修改补充，使产品更为完善，然后才可以交付生产部门进行投产的准备工作。简而言之，新型汽车的设计必须由试验把关。第三章汽车性能简介二、汽车试验场与典型的
22、汽车试验汽车试验的种类很多，按照汽车的结构特点可以分为整车试验、部件(总成)试验和零件试验；按照所采用的试验设施又可分为道路(室外)试验和台架(室内)试验等。由于汽车试验在汽车开发过程中处于极为重要的地位，许多汽车企业都投入巨额资金修建大型的汽车综合试验场，例如通用汽车公司的密尔福德试验场、日本汽车研究所试验场、英国汽车工业研究协会(MIRA)试验场、我国海南汽车试验场等。第三章汽车性能简介1试验场的道路设施1)高速环形跑道高速环形跑道是平面形状，长度48 km左右，多数采用两端圆形路和中间直线路的形状，也有椭圆形或其他形状，设有35个车道，如图3-13所示。这种跑道的设计车速通常在200 k
23、m/h以上，可供汽车长时间持续高速行驶，以考验汽车的高速性能和零部件的可靠性。第三章汽车性能简介图3-13 高速环形跑道第三章汽车性能简介2)高速直线跑道高速直线跑道是水平直线路，长度2.54 km左右，可供汽车动力性、制动性和燃料经济性试验。为了节省建设费用，许多实验场将高速直线跑道设置在高速环形跑道的直线部分，两者结合使用。第三章汽车性能简介3)可靠性、耐久性试验道路模仿汽车使用寿命中在各种好路和坏路上行驶的情况，在汽车实验场内，除了建造沥青路外，也建造沙土路、砾石路和凹坑路以便进行强化试验，使汽车在较短的行驶里程内就能暴露出各种问题，如图3-14所示。第三章汽车性能简介图3-14 凹坑路
24、第三章汽车性能简介4)扭曲试验路汽车在这种道路上行驶时，车身和车架、前、后轴、悬架以及汽车传动系统都产生反复扭转，以考验这些部件的性能，如图3-15所示。5)坡路汽车实验场通常还建造各种坡度的坡路，用以检验汽车的爬坡能力，还可考察驻车制动器在坡道上的停车能力、汽车在坡路上起步时离合器的工作状况等。第三章汽车性能简介图3-15 扭曲试验路第三章汽车性能简介6)操纵性、稳定性试验设施操纵性、稳定性试验设施最常见的是圆形广场，直径为100 m，可供汽车转向或绕“8”字形行驶试验。有的圆场备有洒水装置，使地面生成均匀的水膜以测试汽车的侧滑情况。易滑路是用来试验汽车在冰雪或附着条件很低的情况下的行驶性能
25、和制动性能，采用磨光、洒水、冰雪等方法降低路面的附着系数。横向风路段是考验汽车空气动力稳定性的设施。在试验路段旁排列十几个直径23 m的大型风扇，产生垂直于道路的横向风，以考验汽车在横向风作用下的操纵性能，如图3-16所示。第三章汽车性能简介图3-16 横向风路段第三章汽车性能简介7)涉水池涉水池有浅水池(水深约200 mm)或深水池(水深12 m)两种，用以检查汽车涉水时水对汽车各种部件的影响，如电气设备、制动器、发动机进排气管浸水后的工作情况。8)爆晒试验汽车爆晒试验要在典型的气候环境下进行，例如我国的海南省，实践证明只有在典型气候条件下进行自然老化试验，才能较全面、真实地反映出汽车实际使
26、用的老化问题，这样才能提高汽车的耐大气环境老化性能，如图3-17所示。第三章汽车性能简介图3-17 爆晒试验场第三章汽车性能简介9)碰撞试验设施试验时，汽车在电动机驱动的钢丝绳牵引下，先在助跑道斜坡下滑逐渐加速，继而调节至匀速运动，脱开钢丝绳挂钩，最后滑行并撞向屏壁。在汽车碰撞试验时，通常在座位上安置假人模型，有时也用尸体进行试验，如图3-18所示。除了上述汽车正面碰撞设施外，还有汽车侧面、尾部碰撞设施以及翻车试验设施等。第三章汽车性能简介图3-18 汽车碰撞试验第三章汽车性能简介2台架试验设施1)转鼓试验台转鼓试验台是可使汽车在室内模拟行驶的设施，用于动力性、燃料经济性等试验，如图3-19所
27、示。汽车的驱动车轮放在一个滚筒状的转鼓上，就可使驱动轮以各种速度转动而汽车在原地不动。与转鼓同轴相连接的测功器可对驱动轮产生不同的阻力并能测出汽车所做的功。由于转鼓施加于车轮上的驱动力有使汽车向前运动的趋势，这个力由钢丝绳平衡并使汽车保持在原地不动，测力计上的读数就是驱动力的大小。在汽车静止或以不同的速度运动时，前轮下方的台秤的读数并不相同。第三章汽车性能简介图3-19 测功试验台示意图第三章汽车性能简介2)电子液压振动试验台电子液压振动试验台可以在室内模拟汽车在道路上行驶时车轮在不平道路上的跳动情况，用于研究整车及其承载系统的零部件在行驶时的振动和寿命，而且便于进行强化试验。试验时，将汽车4
28、只车轮放置在液压激振器上，按照计算机预先编制的程序，4个激振器分别模拟汽车行驶时道路的凹凸情况推动车轮上下跳动。图3-20是我国长春汽车研究所的电子液压振动试验台正在对解放牌货车进行试验。第三章汽车性能简介图3-20 电子液压振动试验台第三章汽车性能简介3)汽车风洞风洞是考验汽车空气动力性能的设施，可以测定空气作用在汽车上的6个分力和进行流谱显示等。新车在造型设计阶段，必须将汽车制成风洞试验模型进行风洞试验，以便改进汽车的形状，提高空气动力性能。按照尺寸的大小，风洞可分为供缩小比例模型试验的风洞和供整车试验的大型风洞。按照气流流动的形式，风洞又可分为直流式和回流式两种。用道路试验的方法，不可能
29、同时测得空气作用力的6个分力，因而风洞试验就成为研究汽车空气动力性能的最有效的手段。图3-21是奔驰汽车在进行实车风洞试验 第三章汽车性能简介图3-21 汽车风洞试验第三章汽车性能简介4)发动机性能试验台发动机试验台的主要特点是把发动机与测功器连接。测功器用作发动机的负载，并能测量发动机输出的转矩和转速。如果采用电力测功器，则测功器实质上等于一台发电机，可把从汽车发动机输入的能量转变为电能，电能通常被输送到负载电阻组(或其他设施)上消耗掉。在发动机开始运转后，就可以测量各种工况下的特性。例如，通常需要测定发动机的外特性。此外，还可以进行寿命试验、废气分析试验以及发动机安装不同的零部件的性能对比
30、试验等等。第三章汽车性能简介5)传动系统性能试验台传动系统性能试验台的主要结构特点是：在传动系统部件的输入端连接电动机，使部件转动，而在部件的输出端连接测功器，以吸收所传递的能量。在电动机和测功器中间，可安装不同的传动系统部件进行试验，如：液力变矩器的转矩特性与效率特性的测定、自动变速器换档性能测试等等。第三章汽车性能简介3测量仪器1)传感器传感器用来传递被测量部位的变化信息。现代测量仪器通常以电子仪器为主，因此，传感器的构造原理，是把非电量(位移、速度、加速度、力、温度等)以一定的数值关系转换成电量(电阻、电流、电压、电容、电感等)。举个简单的例子，通常用一个滑线电阻来测量位移值，当滑动触点
31、随被测物的位移而滑移时，电阻值亦产生变化，就可以将位移的信息变换成电阻变化的信息。第三章汽车性能简介2)电阻应变片电阻应变片又可简称为电阻片或应变片，是由一条绕成栅状的细电阻丝制成像回形别针大小的薄片。将应变片粘贴在试验部位，当试件受力变形时，应变片亦随之伸长或缩短。由物理学原理可知，电阻线伸长时电阻值增加，缩短时电阻值减小，就可以将试件变形的信息变换成电阻变化的信息。应变片除了直接应用于测量变形和应力外，还被广泛地用于各种应变片式传感器。第三章汽车性能简介3)第五轮仪第五轮仪是与一个自行车车轮相象的仪器，在道路试验时附装在汽车上，用以测定汽车的动力性及制动性能等。在汽车行驶时，第五轮亦随汽车
32、一起向前滚动，通过仪器内的记录装置记下汽车的行驶距离，再与计时器结合而求出汽车的速度和加速度。旧式的第五轮仪是用机械装置驱使笔在记录纸带上画线，新式的第五轮仪设置了传感器和电子显示、分析仪器，可更准确方便地得到测试结果，如图3-22所示。第三章汽车性能简介图3-22 用第五轮仪进行道路试验第三章汽车性能简介4)其他测试仪器汽车试验所采用的仪器很多，不能全部列举，在下面再扼要介绍几种：燃油流量计串连在发动机供油系统的管路中用以测定燃料消耗量。每当燃油充满流量计内的特定体积(例如1 mL)容器时便发出一个脉冲，使数字显示器进1个单位。电荷放大器把传感器微弱的变化按一定规律放大至可检测的数值。第三章
33、汽车性能简介磁带记录仪是利用磁带磁性的变化来记录实验数据，存贮量很大，并可将所记录的数据重放，是应用较广泛的试验仪器。但是，磁带记录的信号无法直观检视，需要与显示仪器连接或将信号送至专门的分析仪器中处理成直观的实验结果。噪声测量仪器是根据声压的大小测出噪声的大小，还可进行频率分析。车轮定位测量仪器包括测量主销后倾、主销内倾、车轮外倾和车轮前束的仪器。目前已有计算机操纵的综合测量汽车四轮定位的试验台。第三章汽车性能简介三维坐标测量仪，是计算机控制的供测量位置和形状的精密仪器。仪器的测头触到被测的试件时，计算机可自动显示测头所处的x、y、z坐标数值并记录存贮，还可用扫描的方法测出试件完整的形状。这
34、种仪器常用来测量和检查汽车车身、冲膜等的曲面形状，还可以用来确定试验设施的坐标。应变仪是与应变片直接连接，通过电桥和放大器，就可将应变片的电阻变化值转换成直观的变形数值和应力数值。在汽车试验时，通常还需要配备：调节供电、稳定电压的仪器以及远距离发送、接收信号的仪器等等。第三章汽车性能简介第三节 汽车的制造一、汽车制造方法1铸造铸造是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中，冷却凝固后而获得产品的生产方法。在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约占全车重量10%左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。第三章汽车性能简介制造铸铁件通常采用砂型。砂型的原料以砂子为主，并与粘
35、结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不致崩塌。为了在砂型内塑成与铸件形状相符的空腔，必须先用木材制成模型，称为木模。炽热的铁水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大，需要切削加工的表面亦应加厚。空心的铸件需要制成砂芯子和相应的芯子木模(芯盒)。第三章汽车性能简介有了木模，就可以翻制空腔砂型(所以俗语把铸造称为“翻砂”)。在制造砂型时，要考虑上下砂箱怎样分开才能把木模取出，还要考虑铁水从什么地方流入，怎样灌满空腔以便得到优质的铸件。砂型制成后，就可以浇注，就是将铁水灌入砂型的空腔中。浇注时，铁水温度在12
36、501350，熔炼时温度更高。铸铁件冷却至450时就可落砂，亦即将砂子从铸件表面清除干净，如图3-23所示。第三章汽车性能简介图3-23 砂型铸造第三章汽车性能简介钢和铁都是以铁元素为主要成分，它们之间的区别是含碳量的不同。含碳量小于0.02%的称为工业纯铁。钢的含碳量在0.022.06%之间，生铁的含碳量在2.066.67%之间。随着含碳量的提高，钢铁中所含的碳化三铁Fe3C亦逐渐增多，而碳化三铁又脆又硬，没有塑性。也就是说，钢的韧性和塑性比铁好，而铁比钢更脆更硬。当含碳量达到6.67%时，全部铁元素都和碳化合成碳化三铁。第三章汽车性能简介常用的铸铁是灰口铸铁。由于铸铁的含碳量比钢高，一部分
37、碳元素以片状石墨的形式存在于组织中，所以灰口铸铁的强度比钢低。为了提高铸铁的机械性能，在熔炼时加入球化剂，就可使石墨变成球状，称为球墨铸铁。强度较高的可锻铸铁，是通过退火的办法使组织中的碳化三铁分解出团絮状石墨。由此可见，改变铸铁的金相组织，就可提高铸铁的性能。铸钢的机械性能虽然比铸铁高，但铸钢的熔点高、流动性差而且收缩量大，需要较高的铸造技术。铸钢件通常还须经过热处理。第三章汽车性能简介2锻造在汽车制造过程中，广泛地采用锻造的加工方法。锻造分为自由锻造和模型锻造。自由锻造是将金属坯料放在铁砧上承受冲击或压力而成形的加工方法，俗称打铁。典型的自由锻造，亦即将烧热的钢料放在铁砧上用锤子击打成形。
38、汽车的齿轮、轴等毛坯可用自由锻造的方法加工。第三章汽车性能简介3冷冲压冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。日常生活用品如铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制成。采用冷冲压加工的汽车零件有：发动机油底壳，制动器底板，汽车车架纵、横梁以及大多数车身零件。这些零件一般都经过下料、冲孔、拉深、弯曲、翻边、修整等工序而成形。第三章汽车性能简介为了制造冷冲压零件，必须制备冲模。冲模通常分为两块，其中一块安装在压床上方并可上下滑动，另一块安装在压床下方并固定不动。生产时，坯料放在两块冲模之间，当上下模合拢时，冲压工序就完成了。由此可见，冲压加工的生产率很高，并可制造
39、形状复杂而且精度较高的零件。图3-24所示为车身钣金冲压车间。第三章汽车性能简介图3-24 车身钣金冲压车间第三章汽车性能简介4焊接焊接是将两片金属局部加热或同时加热又加压而接合在一起的加工方法。在汽车车身制造中应用最广的是点焊。点焊适于焊接薄钢板，操作时，两个电极向两块钢板加压力使之贴合并同时使贴合点(直径为56 mm的圆形)通电流加热熔化从而牢固接合。两块车身零件焊接时，其边缘每隔50100 mm焊接一个点，使两零件形成不连续的多点连接。焊好一个轿车车身，通常需要上千个焊点。焊点的强度很高，每个焊点可承受5000 N的拉力，甚至将钢板撕裂，仍不能将焊点部位分离。第三章汽车性能简介图3-25
40、所示为车身焊接车间。在修理车间常见的气焊，是用乙炔燃烧并用氧气助燃而产生高温火焰使焊条和焊件熔化并接合的方法。还可以采用这种高温火焰将金属割开，称为气割。气焊和气割应用较灵活，但气焊的热影响区较大，使汗脚产生变形和金相组织变化，性能下降。因此，气焊在汽车制造中应用极少。第三章汽车性能简介图3-25 车身焊接车间第三章汽车性能简介5金属切削加工金属切削加工是用刀具将金属毛坯逐层切削而使工件得到所需要的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法。钳工是工人用手工工具进行切削的加工方法，操作灵活方便，在装配和修理中广泛应用。机械加工是借助于机床来完成切削的，包括车、刨、
41、铣、钻、磨等方法。机械加工方法不同，其切削运动方式就不同，采用的机床和刀具亦不同。第三章汽车性能简介1)车削车削是在车床上用车刀加工工件的工艺过程，其运动特点是工件作旋转主运动而刀具作直行的进给运动。车床适于切削各种旋转表面，如内、外圆柱和圆锥面，还可以车削端面。在车削时若进给速度较大，就可以加工螺纹。汽车的许多轴类零件以及在切齿前的齿轮毛坯都是在车床上加工的。第三章汽车性能简介2)刨削刨削是在刨床上用刨刀加工工件的工艺过程，其运动特点是刀具相对于工件作直线主运动，而进给运动则是垂直于主运动的横向直线运动。刨床适于加工水平面、垂直面、斜面、沟槽等。汽车上的气缸体和气缸盖的平面、变速器箱体和盖的
42、配合平面等都是用刨床加工的。第三章汽车性能简介3)铣削铣削是在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程，其运动特点是铣刀作旋转主运动而工件作直线进给运动。铣床可以加工平面、斜面、沟槽，甚至可加工齿轮和曲面等。与刨削相比，铣削生产率较高而且加工得更精细，几乎可全部代替刨削。铣削广泛地应用于加工各种汽车零件。汽车车身冷冲压的模具都是铣削加工的。计算机操纵的数控铣床可以加工形状很复杂的工件，是现代化加工的一种主要机床。第三章汽车性能简介4)钻削及镗削钻削及镗削是加工孔的主要切削方法，其运动特点是刀具绕自身轴线作旋转主运动并沿轴线作直行进给运动。大家熟识的钻头呈麻花形，有两条螺旋槽，其主切削刃在钻头顶尖的两侧，
43、副切削刃在螺旋槽的边缘。铰孔是应用较广的孔的精加工方法，铰刀比扩孔用的钻头的齿数更多而且导向好。铰孔时切削速度低而且切削量小，因而可获得精度高而且光整的孔。镗削是用于加工直径较大的孔，通常在铸件的毛坯中已铸出孔形，再将工件放在镗床上用镗刀切削成准确的尺寸。汽车发动机气缸的孔和变速器箱体的轴承孔等都用镗削加工。第三章汽车性能简介5)磨削和抛光磨削是在磨床上用砂轮加工工件的工艺过程，其运动特点是砂轮作旋转的主运动而工件作直线的进给运动。磨削是一种精加工方法，可以获得尺寸精确和很光洁的工件，而且可以磨硬度很高的工件。一些经过热处理后的汽车零件，往往用磨床进行精加工，如发动机曲轴等。抛光是利用涂上磨膏
44、的软轮对工件表面细磨的工艺过程。抛光可以获得光泽的镜面，但不能维持或提高原来的加工精度，所以主要用于装饰性加工，如电镀装饰前的准备工序。第三章汽车性能简介6)齿轮加工齿轮的种类很多，加工原理也较复杂。通俗来说，相配对的两个齿轮，如果把一个齿轮制成具有切削能力的刀具，就可以将另一个齿轮制造出来。第三章汽车性能简介7)安装与定位工件在切削加工时必须在机床上安装夹持牢固，避免串动和振动而影响精度。此外在切削加工时还必须使工件和刀具保持正确的相对位置。因此，除了机床、刀具和工件外，还需要有夹具。夹具不但可使工件夹持牢固，还可以正确定位。例如车床床头上的卡盘就是典型的夹具，不但可牢固地夹住工件旋转，还能
45、保证工件的轴线与车床的轴线对正。第三章汽车性能简介6热处理热处理是将固态的钢重新加热、保温、冷却而改变其组织结构，以满足零件的使用要求或工艺要求的方法。加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢，可使钢产生不同的组织变化。热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。退火是将钢件加热，保温一定时间，随后连同炉子一起缓慢冷却，以获得较细而均匀的组织，降低硬度，以利于切削加工。第三章汽车性能简介正火是将钢件加热，保温后从炉中取出，随后在空气中冷却，适于对低碳钢进行细化处理。淬火是将钢件加热，保温后在水中或油中快速冷却，以提高硬度。回火通常是淬火的后续工序，将淬火后的钢件重新加热，保温后冷却，使组织稳
46、定，消除脆性。有不少汽车零件，既要保留中心部分的韧性，又要改变表面的组织以提高硬度，就需要采用表面高频淬火或渗碳、氰化等热处理工艺。第三章汽车性能简介7装配装配是按一定的要求采用连接零件，如螺栓、螺母、销、卡扣等，把各种零件相互连接和组合成部件，再把各种部件相互连接和组合成整车。无论是把零件组合成部件，或是把部件组合成整车，都必须满足设计图纸规定的相互配合关系，以便使部件或整车达到预定的性能。第三章汽车性能简介如果你到汽车制造厂参观，最引人入胜的是汽车总装配线。在这条总装配线上，每隔几分钟就驶出一辆汽车。不妨以我国一汽的解放CA1092货车总装配线为例。这条装配线是一条165m长的传送链，汽车
47、随着传送链移动至各个工位并逐步装成，四周还有输送悬链把发动机总成、驾驶室总成、车轮总成等源源不断地从各个车间输送到总装配线上相应的工位。在传送链的起始位置首先放上车架(底朝天)，第三章汽车性能简介然后将后桥总成(包括钢板弹簧和轮毂)和前轴总成(包括钢板弹簧、转向节和轮毂)安装到车架上，继而将车架翻过来以便安装转向器、贮气筒和制动管路、油箱及油管、电线以及车轮等，最后安装发动机总成(包括离合器、变速器和中央制动器)，接上传动轴，再安装驾驶室和车前板制件等。至此，汽车就可以驶出装配线接受必要的性能测试和校正灯光。解放CA1092的货箱不在总装配线上装配，需要将汽车驶到货箱分厂去完成这项装配工作。第
48、三章汽车性能简介一般轿车的总装配线每1.5 min可装配出1辆汽车，每小时可装配出40辆车，每天16小时(工人分成2班，每班工作8小时)就可装配出640辆，每年(按250个工作日计算)就可生产16万辆汽车。显然，为了与年产16万辆相适应，每种零件和部件每年都要生产出16万个或更多些，而工厂的机床、工艺装备、厂房等都需要根据这个年产量进行配套。如果每种零件都在同一个工厂制造，这个工厂就成为十分庞大的体系而且管理困难，也不经济。事实上，汽车上许多零部件都是其他一些配套工厂制造的，最后将这些配套零部件集中到总装配线上。第三章汽车性能简介每1.5 min装配出一辆汽车，并不是说在1.5 min内就可把
49、各种零部件都迅速地装好，这是不可能的。一般轿车总装配线长达800900 m，约有100多个工位，汽车从总装配线的起始点开始运动，直至到装配线终点完成全部装配工作，装配时间实际上要200 min以上而不是1.5 min。图3-26所示为轿车的总装配线。第三章汽车性能简介图3-26 轿车的总装配线第三章汽车性能简介二、汽车生产的经济规模大批量生产比小批量生产或单件生产的成本更低、质量更好，因而竞争能力更强。不但如此，大批量生产还可以装备专用机床和流水生产线，再进一步提高生产效率和降低成本。大批量生产具有许多优点，并不是说，生产规模可以无限扩大或工厂无限扩张。每台生产设备都具有一定的寿命，第三章汽车
50、性能简介三、现代化生产方式1计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)是借助于计算机操纵制造设备和实施生产管理及调度。前面提到的数控加工，就是典型的计算机辅助制造。数控加工是将零件的形状转化成数学模型，然后编成计算机程序，第三章汽车性能简介将计算机应用于流水线和自动化生产线的控制与调度，就使得各个工位的相互配合更有效、更精确，有利于实施材料和零部件的供应计划以及推行准时制。计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)一体化是现代化生产的重要特征。CAD/CAM一体化的本质是具有共享的数据库。由于设计部门的计算机和生产部门的计算机都以同一数据协同工作，因而大大提高了产品精度和质量，并且缩短了开发