汽车构造与设计知识总结.doc

汽车构造与设计复习资料1.变速器功用：改变汽车的行驶速度和牵引力；改变驱动轮的旋转方向；使动力与驱动轮脱离；驱动其他机构。变速器的组成：传动机构和操作机构。分类：按传动比分：有级试、无级试和综合试；按操作方式分：强制操作试、自动操作试和半自动操作试。变速器操作机构：组成：变速杆、拨块、拨叉、拔叉轴以及安全装置。要求：保证变速器不自行脱档或挂挡（自锁装置）；保证变速器不同时挂入两个挡位（互锁装置）；防止误挂倒挡（倒挡琐）。自锁原理：由自锁刚球1和自锁弹簧2组成。每根拨叉轴的上表面沿轴向分布三个凹槽。当一根拨叉轴连同拨叉一起轴向移动到空挡或某一工作位置时，必有一个凹槽正好对准自锁刚球1。于是，刚球在弹簧压力下嵌入该凹槽内，拨叉轴的轴向位置即被固定，从而拨叉连同滑动齿轮也被固定在空挡或工作挡位置，不能自行脱出。当需要换挡的时，驾驶员必须通过变速器杆对拨叉或拨叉轴施加一定的轴向力，克服弹簧的压力将刚球由拨叉轴的凹槽中挤出退回孔中，拨叉轴和拨叉方能再进行轴向移动。互锁原理：互锁刚球和互锁销。当变速器处于空挡位置时，所有拨叉轴的侧面凹槽同刚球、互锁销都在一条线上。当移动中间拨叉轴6，其两侧的内刚球从侧凹槽中被挤出，而两外刚球2和4则分别嵌入拨叉轴1和5的侧面凹槽中，因而将拨叉轴1和5刚性的锁止在其空挡位置。欲移动拨叉轴5，则应先将拨叉轴6退回到空挡位置。于是，在移动拨叉轴5时，互锁刚球4便从拨叉轴5的凹槽中被挤出，同时通过互锁顶销3和其他刚球将拨叉轴6和1均锁止在空挡位置。同理，当移动拨叉轴1时，拨叉轴6和5被锁止在空挡位置。2.变速器的基本设计要求：保证汽车有必要的动力性和经济性；设置空挡，用来切断发动机的动力传输；设置倒挡，使汽车能倒退行驶；设置动力输出装置；换挡迅速、省力、方便；工作可靠。变速器不得有跳挡、乱挡及换挡冲击等现象发生；变速器应有高的工作效率；变速器的工作噪声低。除此之外，变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小、制造成本低、维修方便等要求。变速器传动机构布置方案：根据前进挡数：三挡变速器,四挡变速器,五挡变速器,多挡变速器；根据轴的形式: 固定轴式, 旋转轴式。固定轴式又可以分为:：两轴式变速器,中间轴式变速器,双中间轴式变速器,多中间轴式变速器；在变速器中齿轮形式：直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮。两者相比较，斜齿圆柱齿轮有使用寿命长、工作时噪声低的优点；缺点是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。变速器中的常啮合齿轮均采用斜齿圆柱齿轮。直齿圆柱齿轮仅用于低挡和倒挡。变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。采用轴向滑动直齿齿轮换挡，会在轮齿端面产生冲击，齿轮端部磨损加剧并过早损坏，并伴随着噪声。因此，除一挡、倒挡外已很少使用。常啮合齿轮可用移动啮合套换挡。因承受换挡冲击载荷的接合齿齿数多，啮合套不会过早被损坏，但不能消除换挡冲击。目前这种换挡方法只在某些要求不高的挡位及重型货车变速器上应用。使用同步器能保证换挡迅速、无冲击、无噪声，得到广泛应用。但结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大。利用同步器或啮合套换挡，其换挡行程要比滑动齿轮换挡行程小。挡数选择的要求：相邻挡位之间的传动比比值在1.8以下。高挡区相邻挡位之间的传动比比值要比低挡区相邻挡位之间的比值小。目前，轿车一般用45个挡位变速器， 货车变速器采用45个挡或多挡，多挡变速器多用于重型货车和越野汽车。变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动传动比的比值。传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件等因素有关。目前轿车的传动比范围在34之间，轻型货车在56之间，其它货车则更大。各挡齿轮齿数的分配：定一挡齿轮的齿数；对中心距A进行修正；确定常啮合传动齿轮副的齿数；确定其它各挡的齿数；确定倒挡齿轮齿数。中心距：，尽可能取大。3.驱动桥主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。功用：将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降低转速、增大转矩；通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内外车轮以不同的转速转向。结构类型：非断开式驱动桥（整体式）；断开式驱动桥。设计要求：所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性；外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小；在各种转速和载荷下具有高的传动效率；在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性；与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调；结构简单，加工工艺好，制造容易，拆装、调整方便。4.主减速器：功用：将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。主减速器分类：单级主减速器、双级主减速器（按参加减速传动的齿轮副数分）；单速式、双速式（按主减速器主传动比档数分）。主动锥齿轮的支承型式：跨置式、悬臂式。轴承预紧度的调整的目的：提高支承刚度。锥齿轮的齿形分类：螺旋锥齿轮、等高齿锥齿轮、双曲面锥齿轮。双曲面齿轮传动(与螺旋锥齿轮传动相比)优点：在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性；由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的1大于从动齿轮的2，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30%；双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为大，其结果使齿面的接触强度提高；双曲面主动齿轮的1变大，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比；双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长；双曲面主动齿轮轴布置从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。缺点：啮合齿面的相对滑动速度大，齿面压力大，齿面油膜易被破坏。应采用专用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油。双级主减速器：功用：为了获得较大的减速比，且保证汽车的最小离地间隙足够大，以提高汽车通过性。传动方式：第一级：锥齿轮传动；第二级：圆柱斜齿轮传动。轮边减速器应用：重型货车、越野车、大型客车。传动比：i=（外齿圈齿数/半轴齿轮齿数）。齿轮的类型：单级 ：双曲面齿轮式 ：受主动齿轮最少齿数和偏移距大小的限制，而且主动齿轮工艺性差，多用于轻型汽车的贯通式驱动桥上。蜗轮蜗杆式：在结构质量较小的情况下可得到较大的速比。它使用于各种吨位多桥驱动汽车的贯通式驱动桥的布置。另外，它还具有工作平滑无声、便于汽车总布置的优点。双级：锥齿轮一圆柱齿轮式：可得到较大的主减速比，但是结构高度尺寸大，主动锥齿轮工艺性差，从动锥齿轮采用悬臂式支承，支承刚度差，拆装也不方便。圆柱齿轮锥齿轮式：结构紧凑，高度尺寸减小，有利于降低车厢地板及整车质心高度。5.差速器功用：使左右车轮可以不同的车速进行纯滚动或直线行驶。 将主减速器传来的扭矩平均分给两半轴，使两侧的车轮驱动力相等。分类：轮间差速器、轴间差速器；普通差速器、防滑差速器。为什么要装差速器？当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮中心在同一时间内移过的曲线距离显然不同即外侧车轮移过的距离大于内侧车轮。若两侧车轮都固定在同一刚性轴上，两轮角速度相等，则此时外轮必然是边滚动边滑移，内侧必然是边滚动边滑转。同样汽车在不平路面直线行驶时，两侧车轮实际移过的曲线距离也不相等即使路面非常平直，但由于汽车轮胎制造尺寸误差，磨损程度不同、承受的载荷不同或充气的压力不等，各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等，因此，只要各车轮的角速度相等，车轮对路面的滑动就必然存在。车轮对路面的滑动不仅会加速车轮磨损增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。因此在正常行驶条件下，应使车轮尽可能不发生滑动。为此，在汽车结构上，必须保证各个车轮有可能以不同角速度旋转。如果主减速器从动齿轮通过一根整轴同时带动两侧驱动轮，则两车轮的角速度只能是相等的。因此，为了是各个车轮有可能以不同角速度旋转，以保证其纯滚动状态，就必须将两侧车轮的驱动轴断开而由住减速器从动齿轮通过一个差速系统。对称锥齿轮式差速器功用：在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。普通锥齿轮式差速器：锁紧系数k：差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，。锁紧系数k一般为0.05!0.15，两半轴转矩比kb为1.111.35。摩擦片式差速器：锁紧系数k可达0.6。两半轴转矩比，kb可达4。6.万向传动装置：功用：在轴间夹角和轴的相互位置经常发生变化的转轴之间继续传递动力。组成：万向节、传动轴、中间支承。应用：变速器与驱动桥之间；变速器与分动器之间；驱动桥的半轴；断开式驱动桥的半轴；转向轴。万向节分类：普通万向节、准等速万向节、等速万向节。刚性万向节、柔性万向节。普通万向节的速度特性：单个万向节在输入轴与输出轴之间有夹角的情况下，两轴的角速度不相等。实现两轴间等角速度传动措施：双万向节实现等速：第一万向节两轴间夹角a1与第二万向节两轴间夹角a2相等；第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一平面内。vA= w1r=w2rcosavB= w1rcosa=w2r准等速万向节：原理：双万向节等速传动双联式万向节三销轴式万向节。特点：允许相邻两轴有较大的交角，提高机动性；但所占空间较大。结构：空心、壁厚均匀的钢管。（1.53.0mm）安装：注意安装标记，满足动平衡要求。万向传动轴设计要求：保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力；保证所连接两轴尽可能等速运转；由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内；传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。变速器或分动器输出轴与驱动桥输入轴之间普遍采用十字轴万向传动轴。在转向驱动桥中，多采用等速万向传动轴。当后驱动桥为独立的弹性，采用万向传动轴。传动轴临界转速：（）万向传动轴计算载荷计算方法变速器与驱动桥间转向驱动桥间最大转矩+一档传动驱动轮打滑平均转矩7.行驶系的功用：把来自于传动系的扭矩转化为地面对车辆的牵引力；承受汽车所受外界力和力矩，保证汽车正常行驶。组成：车架的类型：边梁试、中梁试、综合试。车架的结构特点：车桥的分类及组成：根据悬架不同：整体式、断开式；根据车轮作用：转向桥、驱动桥、转向驱动桥、支持桥。转向车轮定位参数：转向车轮定位功用：转向轻便、行驶稳定、减少轮胎和机件的磨损等。主销后倾： 装在前轴上的主销，上端向后倾斜的现象，。主销内倾： 装在前轴上的主销，上端略向内倾斜的现象，。前轮外倾： 当车空载时，轮胎外缘与路面接触，当车载货时，在车重的作用下车轮垂直于路面，使轮胎能够均匀磨损，。前轮前束：安装前轮时，在同一轴上的两端车轮旋转平面不平行，前端略向内束的现象，。8.悬架的功用：连接车桥与车架，并传递二者之间的相互作用力，减小振动，保证汽车的正常行驶。悬架的组成：弹性元件承受和传递垂直载荷，减小路面的冲击；导向装置传递纵向力、侧向力及其力矩，并保证车轮相对于车身有正确的运动关系；减震器加快振动的衰弱。悬架的分类：独立悬架、非独立悬架。减震器要求：在悬架压缩行程内，减振器阻尼力应较小，以便充分利用弹性元件的弹性，缓和冲击；在悬架伸张行程，减振器阻尼力应大，以求迅速减振；在车桥与车架相对速度过大时，减振器应当能自动加大液流通道截面积，使阻尼力始终保持在一定限度之内，避免过大的冲击载荷。弹性元件：钢板弹簧：既有弹性元件的作用，又可起到导向和减振作用。单片弹簧和少片弹簧：特点：断面尺寸延长度方向变化；减轻重量，节约材料。螺旋弹簧：特点：无需润滑、抗污染、安装所需空间小、质量轻。性能：没有减振作用，必须另加减震器。油气弹簧：特点：以空气和油液作为工作物质。气体弹簧：特点：体积小、寿命长、弹簧刚性可变扭杆弹簧：功用：当车轮跳动时，摆臂便绕着扭杆轴线摆动，使扭杆产生扭转变形，以保证车轮与车架弹性连接。独立悬架的优点：在悬架弹性元件一定的变形范围内，两侧车轮可以单独运动而互不影响，这样在不平道路上行驶时可减少车架和车身的震动，而且有助于消除转向轮不断偏转的不良现象；减少了汽车的非弹簧质量。非弹簧质量越小，则悬架所受到的冲击载荷也越小，故采用独立悬架可以提高汽车的平均行驶速度；采用断开式车架，发动机总成的位置可以降低和前移，使汽车质心下降，提高了汽车行驶稳定性；同时能给车轮较大的上，下运动空间，因而可以将悬架刚度设计得较小，使车身震动频率降低，改善行驶平顺性。独立悬架的分类：按车轮运动形式分：横臂式（当悬架变形时车轮平面将产生倾斜而改变两侧车轮与路面接触点的距离轮距，致使轮胎相对地面侧向滑移，破坏轮胎和地面的附着，且轮胎的磨损较严重。此外这种悬架用于转向轮时，会使主销内倾角和和车轮外倾角发生较大的变化对于转向操纵有一定的影响。独立悬架结构形式：双横臂式、单横臂式、双纵臂、式单纵臂式、单斜臂式、麦弗逊式和扭转梁随动臂式。侧倾中心高度：侧倾中心位置高，它到车身质心的距离缩短，可使侧倾力臂及侧倾力矩小些，车身的侧倾角也会减小。但侧倾中心过高，会使车身倾斜时轮距变化大，加速轮胎的磨损。悬架侧倾角刚度：车厢侧倾角与侧倾力矩和悬架总的侧倾角刚度大小有关，并影响汽车的操纵稳定性和平顺性。悬架选择：前轮和后轮均采用非独立悬架、前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架、前轮与后轮均采用独立悬架。静挠度、动挠度：静挠度：汽车满载静止时悬架上的载荷Fw与此时悬架刚度c之比，即fc=Fw/c；动挠度：指从满载静平衡位置开始悬架压缩到结构允许的最大变形（通常指缓冲块压缩到其自由高度的1/2或2/3）时，车轮中心相对车回（或车身）的垂直位移。当采用弹性特性为线性变化的悬架时，前、后悬架的静挠度可用下式表示：fc1=m1g/c1，fc2=m2g/c2。9.转向系的功用：用来保持或者改变汽车行驶方向的机构。在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。分类：按转向能源的不同，分为机械转向系统和动力转向系统。转向系主要由操纵机构，转向器和转向传动机构组成。两侧转向角的关系：为避免汽车在转向时产生的附加阻力和轮胎的过快磨损，要求所有车轮均作纯滚动，所以只有所有车轮的轴线交于一点时方能实现，此交点称转向中心。所以有内车轮偏转角大于外轮偏转角。其关系为：（B为两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L 为汽车轴距。）转向器的效率：转向系的输出功率与输入功率之比称为转向器传动效率。分类：功率由转向轴输入，由转向摇臂输出的情况下求得的传动效率称为正效率，而功率由摇臂轴输入的情况下称为逆效率。可逆式转向器：逆效率很高的转向器很容易将经转向传动机构传来的路面反力传到转向盘上。可逆转向器有利于汽车转向后转向轮和方向盘的自动回正。不可逆转向器：逆效率很低的转向器。路面作用于转向轮上的回正力矩传不到转向盘，使驾驶员不能得到路面反馈信息，丧失“路感”。极限可逆式转向器：其反向传力性能介于可逆式和不可逆式之间，而接近于不可逆式。这种转向器驾驶员有一定的路感，转向轮自动回正也可实现。设计要求：汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转；转向轮具有自动回正能力；在行驶状态下，转向轮不得产生自振，转向盘没有摆动；转向传动机构和悬架导向装置产生的运动不协调，应使车轮产生的摆动最小；转向灵敏，最小转弯直径小；操纵轻便；转向轮传给转向盘的反冲力要尽可能小；转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构；转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置；转向盘转动方向与汽车行驶方向的改变相一致。10.制动系由制动器和制动驱动机构组成。功用：根据需要使汽车减速或停车，以保证行车的安全。组成：行车制动装置、驻车制动装置、辅助制动装置。类型：鼓式和盘式。鼓式制动器组成：旋转部分：制动鼓；固定部分：制动底板、制动蹄；张开机构：轮缸；定位调整：调整凸轮、偏心支承销。制动效能：双向增力式单自增力式双领蹄式领从蹄式双从蹄式。其稳定性反之。其工作原理：当踩下制动踏板时，踏板传动机构通过推杆推动后缸活塞向前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此腔液压升高，与此同时，在后腔液压和后腔弹簧的作用下推动前缸活塞向前移动，前腔压力也随之升高。当继续踩下制动踏板时，前后腔的液压继续升高，使前后轮制动器制动。示意图说明串联双腔制动器的工原理：11.地面对轮胎切向反作用力的极限值称为附着力F，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，常写成 Fxmax=，称为附着系数Ft,（作用于所有驱动轮上的地面法向反作用力。）把驱动条件和附着条件连起来写，则有Ff+Fw+FiFt,这才是汽车行驶的件，称为汽车行驶的件。汽车的行驶方程式为：Ft=Ff+Fw+Fi+Fj。由作用在驱动轮上的转矩引起的地面切向反作用不能大于附着力，否则将发生驱动轮滑转现象，即对于后轮驱动的汽车，这是汽车行驶的附着条件。可以写成，称为后轮驱动汽车驱动轮的附着率，即。对于前轮驱动汽车，其前轮驱动的附着率亦不能大于地面附着系数。12.发动机功率的选择：设计中常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力与爬坡能力。若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时行驶阻力功率之和，即：在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为KW/t，求得汽车比功率为，轿车行驶车速高,且不同轿车动力性能相差可以很大,其最高车速在100km/h-300km/h之间。利用图3-2可以由设计轿车的总质量与预定的最高车速, 大体确定应有的发动机功率。13.先分析最高车速uamax。发动机最大功率时的车速称为up，则有uamax2=up2；在选定最小传动比时，要考虑到最高档行使时汽车应有足够的动力性能，即应有足够的最高档动力因数D0max。最小传动比itmin即一般汽车的i0与D0max有如下关系：。最小传动比还受到驾驶性能的限制。驾驶性能是包括驾驶平稳性在内的加速性，系指动力装置的转矩响应、噪声和振动。确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度或I档最大动力因数D1max，附着力以及汽车最低稳定车速。就普通汽车而言，传动系最大传动比itmax是变速器头档传动比ig1与主减速器传动比i0的乘积。当i0已知时确定传动系最大传动比也就是确定变速器I档传动比。ig1 一般货车的最大爬坡度约为30%，即a16.7。就动力性而言，档位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，档位数多，增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了 油耗。所以增加档位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。挡数多少 还影响到挡与挡之间的传动比比值。比值过大会造成换挡困难。一般认为比值不宜大于1.71.8。因此，如最大传动比与最小传动比之比值越大，挡位数也应越多。14.制动性 汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力称为汽车的制动性。评价指标：（1）制动效能，即制动距离与制动减速度；（2）制动效能的恒定性，即抗衰退性能；（3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。它是制动性能最基本的评价指标。汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后，能否保持在冷状态时的制动效能已成为设计制动器时要考虑的重要问题。制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。 15.地面制动力：从力矩平衡得到式中 r车轮半径，单位为m。地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力；一个是轮胎与地面间的摩擦力附着力。制动器制动力在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力，以符号F表示。式中T-制动器（摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时）的摩擦力矩，单位为Nm。由上式可知，制动器制动力不仅由制动器结构参数所决定，即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数以及车轮半径，并与制动踏板力，即制动系的液压或空气压力成正比。地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系：车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力，但地面制动力是滑动摩擦的约束反力，它的值不能超过附着力，即Fxb=Fz或最大地面制动力Fxbmax为Fxbmax=FzFxb,Fu,FFFxb=FFxbmax=FF0pa制动系油压p当制动器踏板力或制动系压力上升到某一值（图4-3中为制动系液压力pa），地面制动力Fxb达到附着力值时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。制动系液压力ppa时，地面制