城市公交车设计说明书.docx
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城市公交车设计说明书
YD6100GH城市公交车
乘客区数字化设计
专业:
机械设计制造及其自动化(汽车工程)
学生:
陆海英
指导教师:
陈靖芯
完成日期:
2006-6-7
XX大学机械工程学院
中文摘要
随着城市的不断发展,城市人口的不断增多,作为城市交通运输工具的城市公交车发挥着越来越重要的作用。
城市公交车作为主要的交通工具,既要考虑乘客乘坐的舒适性,又要考虑与市容相协调,起到美化城市的作用,所以城市公交车的车身设计起着举足轻重的作用。
基于CATIA三维软件对车身进行数字化设计是车身设计的关键,包括:
乘客区地板总布置、座椅、内蒙皮的数字化设计;为体现人性化设计而对乘客区的座椅、座椅空间、扶手等进行人机工程分析;还要考虑零部件设计的可行性,对零部件和总体布置进行虚拟装配。
在掌握工程应用软件CATIA的使用方法的基础上了解车身造型方法设计、虚拟装配和人机工程分析的基本原理和方法。
本次的设计工作中,通过查阅国内外相关资料,到各个汽车制造厂进行参观实习并进行实体测量,先拟定设计内容的基本形式、材料、颜色和应具备的功能,然后确定涉及到的各项数据,使用CATIA三维造型软件进行数字化设计、虚拟装配、人机工程分析,最后拟定一份设计说明书。
其中座椅的三维造型设计较能体现造型设计理念和CATIA的曲面造型功能。
关键词:
城市公交车,数字化设计,乘客区,椅,人机工程
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofcitiesandurbanpopulationincreasing,asurbantransportvehiclesareplayingamoreandmoreimportantrole.Urbanpublictransportvehiclesasamajormeansoftransportshouldconsiderthefortofpassengersaboard,butalsoconsiderthecoordinationwiththefeatureofthecitiesandplaytheroleofbeautifyingthecities.BasedonCATIA3Ddesignsoftwarethedigitaldesignisakeyofbodydesign,including:
thetotalfloorarealayout,seating,InnerMongoliaskindigitaldesign;Todemonstratethedesignhumanizationofpassengersdistrictseats,seatingspace,suchashandrailsforputerengineeringanalysis;Alsoconsiderthefeasibilityofthedesignponents,andtheoveralllayoutoftheponentsforvirtualassembly.MasterworksintheuseofCATIAsoftwareapplicationsonthebasisofbodyshapedesignmethods,virtualassemblyandanalysisofboththebasicprinciplesandmethodsofwork.
Duringthisdesign,throughaccesstorelevantinformation,visitingthecarfactories,andentitiesmeasurements,developthebasicdesignelementsofform,materials,colourandthefunctionofidentifying.Andtheninvolvethedata,theuseofCATIA3Dmodellingsoftwarefordigitaldesign,virtualassembly,puterengineeringanalysis,finalizeadesignspecification.ThetoroidalCATIAdesignideasandshapefunctionscanbewellreflectedinthe3Dshapedesignoftheseats.
Keyword:
Bus,Digitaldesign,Passengersdistrict,Chair,puterengineeringanalysis
中文摘要
Abstract
第一章引言
1.1城市公交车的国内外发展
北美国际车展,世界汽车巨头展示了3大方向[1]:
(1)动力改进:
高效、节能、环保,主导技术:
直喷、变缸、混合动力、氢动力;
(2)整车改进:
减轻重量、增大空间,主导技术:
线传操控、伺服电机;(3)操控改进:
拒绝孤独、快乐驾驶,主导技术:
信息、通讯、数码电子。
在未来,汽车将经历从“机械时代”向“电气时代”的国度与转型,汽车构成的DNA将会改变。
这其中,包含了两个最为突出的发展方向:
一个是与节能、环保紧密关联的动力科技的革新,另一个则是汽车电子化的趋势。
这将是今后汽车科技、汽车产业发展与竞争的主要内容。
在会上,令人影响深刻的技术和变化:
电池的变化,12V铅酸电池到42V镍氢电池,以应付汽车电子化负荷的增长;在液压减震器中加入磁粉,通电后可改变磁粉的排列顺序,瞬间改变汽车减震性能。
面对新世纪,我国城市公交车产品型谱日臻完善,公交客车“环保化、高档化、大型化、低底板化”[2]已由前几年的口号变为今天的现实。
(1)大容量发动机后置低地板城市客车。
(2)双燃料或单一燃料绿色环保城市客车。
(3)电动城市客车。
(4)中、轻型城市客车。
(5)豪华超低地板城市客车和双层城市公交。
根据城市公交车的主导车型,对现有的公交车进行具体改进,措施如下:
在整车造型方面,保留公交车前后照面,宽大、小圆弧过渡的方型造型风格,使视窗开阔,采光面大,又能增加乘客乘车时的视野。
在外蒙皮采用涨拉技术,烤漆工艺,大侧窗玻璃,采用幕墙式玻璃粘贴技术,还考虑到了城市公交车的广告宣传功能,采用车身板块化设计。
内外装饰方面,尽可能为乘客提供一种宽阔、温馨、和谐的乘车环境,使车厢内饰,包括内蒙皮、座椅、扶手等简洁明快,色调活泼,另外,空调公交车在不断增加,在乘务服务电子化方面,GPS卫星定位调度系统、电子路牌、电子自动报站系统、电子发车牌、电脑语音报站器。
CD、VCD系统也正在被推广使用。
低底板公交车已经进入了实际应用阶段,超低底板公交车通过采用公交车专用底盘,大幅度降低公交车底板高度,使第一级踏板高度只有200mm,车内没有台阶,这样,大大方便了乘客上车,尤其为老人、妇幼的安全、快捷、舒适上车提供了方便,在与城市公基础设施相配合,可使婴儿推车甚至是轮椅车都能方便地上下车,这充分体现了城市公交车以人为本的人性化设计理念。
1.2课题的来源及意义
1.2.1课题的来源
20世纪我国城市客车生产集中度高,行业竞争不太激烈,城市化进程不快,加上城市客运属于城建系统,是公用服务形事业,缺乏市场意识,又有地方政府的扶持,因而企业不太注重技术方面的投入,产品更新换代周期长,技术水平落后。
20世纪90年代中期后,由于国外大量的客车企业看好我国巨大的客运市场而纷纷涌入,开始对华输出客车生产技术,我国的公路客车水平得到空前发展,伴随着高速公路如飞猛进的建设,公路客车市场竞争已进入激烈状态。
近年来,我国城市化进程大大加快,到2010年,我国城市化水平将由目前的30.4%提高到45%,城镇人口将由4.4亿增长到6.28亿,而城市客车在城市发展过程中起着举足轻重的地位,它是一个城市交通发展的缩影。
《人民日报》曾开展了“明天我们怎样出行”的讨论,结果公众提出的第一途径,就是公共汽车应成为城市交通的大动脉。
与其他出行方式相比,公交客车更能发挥快捷、方便、安全、集中、效率高、道路占用率低、耗能低廉的优势,是有效解决城市交通拥堵问题的最好方式。
因此,对城市公交车的设计很有必要。
1.2.2课题的意义
客车车身作为汽车三大总成之一,在整车开发中占有重要的地位,是整车开发的关键环节,本课题结合YD6100GH城市公交车的开发项目,对乘客区内饰——乘客区内蒙皮、地板总布置设计、乘客区座椅设计等等在CATIA环境下进行数字化设计和虚拟装配,并对驾驶室进行人机工程分析,使学生在掌握工程应用软件CATIA的使用方法的基础上了解车身造型方法设计、虚拟装配和人机工程分析的基本原理和方法,综合运用本专业所学的专业基础理论和专业知识分析和解决车身设计中的问题,进一步培养学生理论联系实际独立分析问题和解决问题的能力,培养学生的工程设计能力。
1.3课题的设计内容
(1)内蒙皮、地板的设计,即内护板、地板、地板革和封条的材料、颜色、型式以及布置进行具体设计;
(2)座椅的设计,即座椅的材料、颜色、型式、尺寸、布置进行具体设计;
(3)乘客区人机工程分析,即根据人机工程对乘客区的人性化进行具体分析;
(4)毕业设计说明书一份;
(5)生成图纸:
地板设计图纸一X,座椅设计图纸一X,内蒙皮装配图纸一X,乘客区布置图纸一X,人机工程分析图纸一X。
1.4本章小结
通过对国内外城市公交车发展概况的了解,我意识到了国内外发展的差距,对于本次的设计课题有了一定了解,并对设计工作作了大概的计划与安排。
第二章YD6100H城市公交车乘客区地板总布置设计
2.1概述
地板是客车车身内地板的板件,是重要的承载面,同时也是隔断发动机、传动系、行走系所产生噪声的主要界面。
因此,客车地板在结构上既要保证强度,又要有隔音、降噪、隔热、密封的功能,以提高客车的乘坐舒适性。
地板总布置包括地板、地板革、压条的结构、材料、颜色、布置的形式等几个方面
2.1.1地板的结构和形式
根据各种车辆对地板平面高度的要求不同,地板有高地板结构和平地板结构两种。
(一)高地板结构
高地板是将乘客区分为通道区和座椅安装区两块。
安装座椅处的高度高出通道地板高度,但两者高度差≯270mm。
这种高低地板的优点是:
既能满足通道高度(地板平面到顶棚的距离≮1800~1900mm),又开阔了乘客视野,提高乘坐舒适性,同时消除座椅处的轮罩拱凸包,有利于座椅布置和行李舱的体积,这种结构在长途客车和旅游客车上采用较多。
(二)平地板结构
平地板结构是将乘客区地板设计成同一水平高度。
因为平地板的地板面到顶棚的高度≮1800~1900mm,故平地板的整个地板面高度较低,适用于城市客车、市郊大客车、中巴客车及其他特种车辆。
长途卧铺客车也多采用平地板结构。
本次设计的城市公交车是发动机后置的,所以采用“剧场”式结构阶梯形的地板骨架,根据骨架的形式,地板也是采用此种形式。
这种结构形式,乘客视野开阔,适合城市观光。
所以根据这种结构形式,在公交车前部采用平地板结构;在公交车后部,因为有台阶和车轮罩的存在,采用高地板结构来提高乘坐舒适性,同时开阔了乘客视野。
2.1.2地板的材料
国内常用的地板材料有竹编胶合地板、木质胶合地板、塑料地板、原木材地板、金属地板与减振复合板几种。
(1)竹编地板
竹编地板是近年来发展起来的一种新型的地板材料,目前在国内中高档车中应用较为广泛。
它的耐水性能较高,成本低、装配简单、且有一定的隔热、减热、减噪的作用,但竹编地板的材质较硬,自重较大。
(2)木质胶合板
木质胶合板的减振、降噪的效果也很显著,由于此种地板的耐水防腐性能较差,故在中低档客车上应用较少,而多用于地板下铺设防水密封层的高档客车上。
木质胶合板材质轻,易加工,接缝少,噪声低,保温性能好。
(3)塑料地板
塑料地板具有成本低、易清理、防滑、无需再铺设地板革等优点,但塑料地板在使用过程中发现有易老化、脆性大、强度差、接缝多的缺点,特别是装配座椅脚的部位,一般都有变形,影响地板的密封防尘。
目前在中低档客车上多采用塑料地板。
(4)原木材地板
原木材地板的接逢太多,易受木材材质、干湿度的影响,变性大,收缩后接缝间隙大,密封性能差,近年来,这种地板在客车上应用不广泛。
(5)金属地板
金属地板的接缝少,密封性能较好,但噪声大,保温性能差,防振性能差。
金属地板一般多用于特种车辆:
如客货两用车、工程车、银行运款车与囚车等对乘坐舒适性要求不高,而强调坚固性的车辆上。
(6)减振复合板
为了降低噪声,提高客车的乘坐舒适性,开发了一种减振复合板用于客车上。
客车用的减振复合板有两种形式:
(1):
在振动地板表面贴上减振材料的双层结构,它是借助减振材料的伸缩变形来吸收振动能量的(以下简称DL结构)。
(2):
在振动基板和约束层板之间夹入减振材料的夹层结构,它主要借助减振材料的剪切变形来吸收振动能量(以上简称SL结构)。
本次课题设计的城市公交车是空调车,属于中高档客车,同时考虑实用性和经济性,采用竹编地板比较合理。
2.1.3客车地板常用的辅料
在地板上常覆盖一层敷层材料,以改善地板耐磨、装饰或防滑性能,常用的敷层材料有地板革、条纹地板革、耐磨性地板革、复合地板革、石英地板革几种。
(1)地板革:
此材料一般用在旅游客车等装饰性要求较高的客车上。
(2)条纹地板革:
此材料耐磨性较好,并且外表面带有平行的突出条纹,可防滑,一般用在对防滑、耐磨性要求较高的公交车上。
(3)耐磨性地板革:
此材料除了外表面为平的外,其他均与条纹地板革相同。
(4)复合地板革:
此材料的装饰性较好,且耐磨性较普通地板革高,一般用在小型客车上。
(5)石英地板革:
因地板革中含有耐磨的石英,故该材料具有非常高的耐磨性和防滑性能,而且还有很好的装饰性,通常该材料应用到高档客车上。
本次设计的课题是城市公交车,对防滑、耐磨性要求较高,采用条纹地板革或耐磨性地板革居多。
而采用暗色的条纹地板革,比较耐脏,而且在下雨天,乘客带上来的污水易排到条纹中,从而保持了车厢内的整洁,改善了乘坐环境。
但同时会增加清洁的难度。
2.1.4装饰性压条
为了提高地板的装饰性,延长敷层即地板革的使用寿命,在敷层的对接、转角等处,均安装装饰性压条,常用的有铁压条、不锈钢压条、铝型材压条三种。
(1)铁压条:
一般选用热轧钢板,表面喷涂一层与敷层颜色一致的油化,此压条通常用在普通客车上。
(2)不锈钢:
一般选用的材质为冷压不锈钢板,此压条常用在中、高档客车上。
(3)铝型材:
此材料表面一般要进行钝化处理,此压条通常用在高档客车上。
在公交车上,采用跟地板革颜色接近的铝型材。
通过以上的考虑,地板、地板革、压条的结构形式、材料、颜色已基本选定。
2.2地板的隔音、减振、密封以及隔热
(1)在地板的下面需隔音处粘接一层隔音效果较好的消音层,用压条或粘接的方法固定;
(2)在两地板对接的间隙内涂密封胶,并在地板上面铺设敷层来隔离灰尘的侵入;
(3)在地板的下表面贴阻尼板,并且压条固定,或在地板的支撑梁上粘贴阻尼橡胶进行减振;
(4)在两地板块对接处的支撑梁上涂地板腻子,地板与前围、侧围、后围的连接处涂密封胶;
(5)对发动机舱和其附近的地板要进行隔热处理,通常采用粘贴石棉布、玻璃纤维毡、铝铂等等,而且与隔音、降噪的技术措施相结合。
减振、密封措施
2.3地板的计算
2.3.1地板的类型及其特点
根据地板的不同可分为以下三种主要类型。
(1)由一种较软、较厚的材料(如木材、层压板)制成。
(2)具有加强梁的金属材料(钢材或硬铝板)
(3)较厚的多层轻质填充料与两块(有时为一块)薄金属粘接在一起
这些地板在结构、工艺和计算等方面都有各自的特点。
各种结构的地板单位面积质量(kg/m2)都可以准确地予以区分。
为了较好地确定地板结构的效率,可利用在相同载荷作用下产生最大绕度时的地板1m2的质量作为评价指标。
2.3.2地板的强度计算
现以上述几种不同结构地板的任意片断作为例子加以阐述。
为便于比较,在每一种场合下,均以相同载荷均布在地板的整个面积上以及地板具有相同的挠度和支撑特征(所有类型的地板四周均假设为自由支撑)。
在实际结构中,地板系与支撑构件刚性相连,但考虑到装置地板的刚性往往不足以保证其完全的固定,为简化计算,假设自由支撑地板在不超过强度极限的情况下也能满足要求。
固定支撑地板的最大挠度不应超过长边的1/800,而自由支撑地板的最大挠度不宜超过长边的1/500。
取城市公交车一段的尺寸为1200mm×2360mm,如图所示,其中1200mm为公交车地板下二横梁的距离,2360mm为允许的地板宽度(整车总宽为2440mm)。
设1m2站立乘客8人(每人质量70kg),取动载荷系数nd≈1.8,则该段地板上相应的均布载荷为:
q=8×700×1.8=10800N/m2≈1N/cm3
YD6100H的地板采用整块的竹编胶合板,设地板系自由支撑,取地板的泊松比μ=0,E≈104MPa(=106N/cm2),当W=0.5时,按公式(2-1)
Wmax=
.
(2-1)
和公式(2-2)
W'max=
.
(2-2)
得:
t=[
]1/3=[
]1/3cm
=[52.04]1/3cm=3.73cm
从工艺和轻量化的角度来看,此厚度显然过大。
因此,可在地板下面增设两根相距800mm的加强梁如图中虚线所示,这样做相当于将整块地板分成三部分,此时W=1200/500=2.4mm。
从而将t减薄为
t=[
]1/3cm=2.5cm
竹编胶合板地板的密度r=0.8g/cm2,故单位面积质量为20kg/cm2。
该段胶合板的总质量为
20×(1.2×2.36)kg=56.6kg
加强梁上所承受载荷为地板上的均布载荷和地板的总质量之和,即
q×(1.2×2.36)+566=28386N
故一根加强梁上所受均布载荷为28386N/2=14193N,而单位长度上的均布载荷为P=14193N/120cm=118.3N/cm。
由此可求得两端固定的加强梁的抗弯惯性矩为
I=
=12.89cm4
为此选择加强槽形梁的截面尺寸h=40mm,b=40mm,t=1.2可以满足给定挠度的要求。
2.4基于CATIA环境下的地板总布置设计
2.4.1地板的总布置
YD6100H的地板如上文所述采用“剧场”式结构阶梯形地板,在车身后部由于安装了发动机,使得地板高度增加,台阶的高度既要考虑乘坐的舒适性,符合人机工程学,又要考虑座椅安装的方便性,另外还要考虑对发动机的隔热、减振、降噪的因素。
同时在乘客区前部是平地板结构,而在乘客区后部是高地板结构。
在车轮罩处,考虑座椅的安装和乘客乘坐的方便性和舒适性,采用一定的过渡结构。
YD6100H的地板不高,所以采用一级踏步的形式,在车身前后部连接的地方,因为台阶比较高,所以同样采用一级踏步的形式,方便乘客的通行。
YD6100H车上安排了31+1个座位,乘客区座位数为31个,根据这个要求,具体布置是:
两个前车轮罩处分别布置3个座位,面对面安装座椅。
在车身前部的右边因为有门的存在,所以安排3个座位,同向布置,而在车身前部的左边可以安排5个座位,同样也是同向布置。
在车身后部,通道两侧均安排3排双座位座椅。
而在车身尾部,没有通道,可以并排布置5个座位。
这样安排正好是31个座位
2.4.2地板的参数确定
1、YD6100H三维空间坐标系的建立
(1)高度方向沿车架纵梁上平面较长的一段所作的水平直线或沿无车架车辆的车身地板下平面较长的一段所作的水平直线作为高度方向(坐标Z-Z轴)的坐标零线;YD6100H是属于半承载式车架的车身,选择两车轮的中心连线作为高度方向的坐标零线。
Z—Z轴零线向上为正,向下为负。
(2)长度方向通过车辆前轮中心,并垂直于高度方向坐标零线所作的直线作为长度方向(X-X轴)的坐标零线。
本车选择的是通过车辆前轮与地面的切点,并垂直于高度方向坐标零线所作的直线作为长度方向的坐标零线。
X-X轴零线以车辆前进方向看向前为负,向后为正。
(3)宽度方向车辆的纵向对称中心线作为宽度方向(Y-Y轴)的坐标零线。
本车选用的就是该坐标。
Y-Y轴沿车辆前进的方向看,零线以左为负,以右为正。
2、网格线的确定
在车身平面图的设计中,车身布置图,外形图以及具有复杂曲面形状和装配位置要求的车身零件图,装配图中均应绘出坐标网格线。
并使其与主图板设计的网格线相一致。
这样能够提高设计的精度和方便尺寸标注。
由于坐标网格线是尺寸的计量和标注的基准线,现多采用间距为200mm的网格线,也有间隔为500mm的。
为了视图的清楚,故本图的网格线间距选用为500mm。
但即使使用了网格线也无法单纯依靠图纸准确完整地将其表达出来,所以还必须辅之以1:
1的模型。
3、YD6100H的整车基本参数
总长La:
10310mm总宽Ba:
2440mm总高Ha:
3100mm
轴距L:
5100mm前悬LF:
2260mm后悬LR:
2950mm
前轮距B1:
2020mm后轮距B2:
1860mm
轮胎:
9.00R20-14PR
以上数据均为原始数据。
4、其它参数的确定
根据GB13055-91规定:
同方向座椅坐间距:
L31≥650mm
座垫前缘至障碍物距离:
L34≥280mm,L35≥300mm
座垫至侧围距离:
W31≥30mm
通道宽:
W33≥450mm
高地板高:
H38≤250mm
乘客门净宽:
L37≥650mm(单通道门);L37≥900mm(双通道门)
一级踏步高:
H40≤400mm
一级踏步深:
W34≥300mm
踏步高:
H41≤300mm
踏步深:
W35≥200mm
根据原始数据和国标规定,地板总布置中的一些数据可以确定,基本如下:
前门踏步高:
270mm;前门踏步深:
680mm;前门踏步宽:
925mm;
后门踏步高:
270mm;后门踏步深:
610mm;后门踏步宽:
1330mm;
第一级台阶高:
350mm;第二级台阶高:
190mm;第三级台阶高:
200mm;
第四级台阶高:
220mm;第五级台阶高:
450mm;
第一级台阶上踏步高:
150mm、深:
400mm、宽:
580mm;
因为在第四级台阶上直接布置座椅,所以将第五级台阶设计成具有一定坡度的形式,这样可以更好地与座椅配合。
在车轮处根据车轮的尺寸布置车轮罩,设计成两台阶形式,第一级台阶的尺寸为:
1720mm*1100mm*280mm,第二级台阶底面的尺寸为1360mm*850mm*360mm,第一级台阶以X轴的零坐标平面为对称面,而第二级台阶采用不对称形式,一个侧面做成斜面,和XY平面的夹角为105°,既考虑了座椅安装的方便性又考虑了空间的增大和视觉的美观性,而另一侧面与其不对称的地方可做成工具箱,同时可方便座椅的安装。
根据国标,确定座椅宽为440mm,深为390mm。
前轮罩上两座椅之间的横向间距为40mm,因为有座椅扶手的存在。
而车身后部双座位座椅中两座椅横向间距为20mm,以保证通道宽大于450mm。
车身尾部的座椅横向0间距也为20mm。
座椅的纵向间距也根据前后车身座位布置的不同而不同。
在车身前部,座椅前三排的纵向间距为650mm,而后两排的距离为690mm。
这样的布置达到国标要求,因
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