2013年 汽车设计.doc

汽车的布置形式：乘用车：（FF、FR、RR）各自的优缺点。货车：（平头式、短头式、长头式、偏置式）（发动机前置、中置、后置形式）。汽车质量参数的确定：整车整备质量（车上带有的全部装备，包括随车工具、备胎等，加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。）载客量（指包括驾驶员在内车内的总人数）载质量（在硬质良好路面上行驶时所允许的额定载质量）（越野汽车的载质量是指在土路上行驶时的额定载质量）质量系数（汽车载质量与整车整备质量的比值） 汽车总质量（装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量） 轴荷分配（汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直负荷，也可用占空载或满载总质量的百分比来表示）比功率：汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比。比转矩：汽车所装发动机的最大转矩Temax与汽车总质量之比。汽车的总体布置：确定整车的零线（三维坐标面的交线）、正负方向及标注方式，均应在汽车满载状态下进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。1、 车架上平面线（纵梁上翼面较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁的上缘面在侧（前）视图上的投影线）2、 前轮中心线（通过左右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图或俯视图上的投影线）3、 汽车中心线（汽车纵向垂直对称平面在俯视图和前视图上的投影线）4、 地面线（在侧视图和前视图的投影线）5、 前轮垂直线（通过左右前轮中心，并垂直于地面的平面，在侧视图和俯视图的投影线）离合器（主动部分、从动部分、压紧机构、操纵机构）主动部分：（飞轮，离合器盖、压盘）从动部分：（从动盘）压紧机构：（压紧弹簧）操纵机构：（分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部件）离合器的功用：1.切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步。2、换挡时间发动机与传动系分离，减少变速器中齿轮之间的冲击。3、工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动子各零件因过载而损坏。4、有效的降低传动系中的震动和噪声。设计离合器的要求：1、 在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。2、 接合时要完全、平顺、；柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。3、 分离时要迅速、彻底。4、 从动部分转动惯量要小，一减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。5、 应有足够的吸热能力和良好地通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6、 应能避免和衰减传动系的扭转震动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的功能。7、 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8、 作用在从动盘上的总压力和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9、 具有足够的强度和良好地动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。10.、结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装维修、调整方便。膜片弹簧离合器的优点：1、 具有较理想的非线性弹性特性，离合器工作中能保持传递的转矩大致不变，降低踏板力增大压力。2、 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小零件数目少，质量小、3、 高速旋转式，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。4、 压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。5、 易于实现良好地通风散热，使用寿命长。6、 膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。后备系数反应了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。（Tc（静摩擦力矩） TcfFZRc(静摩擦因数f、施加在摩擦面上的工作压力F、摩擦面数Z、摩擦片的平均摩擦半径Rc、 )单片离合器Z=2，双片离合器Z=4。在选择系数时，为可 靠转动发动机最大转矩和防止离合器滑磨时间过长，不宜选得太小；为使离合器尺寸不致过大，减小传动系过载，保证操纵轻便，不宜选太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选得小些；汽车总质量越大，也就越大；采用柴油机时选取值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选得越小；双片离合器的值应大于单片离合器。摩擦片外径D，摩擦片内径d可根据d/D在 0.530.70之间来确定。在同样摩擦片外径D时，选用较小的摩擦片内径d虽可增大摩擦面积，提高传递转矩的能力，但是会使摩擦面上的压力分布不均匀，使摩擦片内、外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减震器的安装。所以D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s，以免摩擦片发生飞离。变速器设计固定轴式变速器：1.两轴式变速器（用于前置前驱的汽车上）优点：两轴式变速器因轴数和轴承数少，所以结构简单、轮廓尺寸小和容易布置。缺点：噪音增大，且易损坏。还受结构限制，两轴式变速器的一挡速比不可能设计得很大。2、中间轴式变速器（多用于前置后驱和后置后驱的客车上）优点：直接当变速器的齿轮和轴承及中间轴承均不承载，发动机转矩经变速器等一轴和第二轴直接输出，此时变速器的传动效率提高到90%以上，噪声低，齿轮和轴承的磨损减少，提高了变速器的使用寿命。缺点：在除直接档以外的其他档工作时，传动效率略有降低。 变速器主要参数传动比范围： 是指变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值。最高挡通常是直接当，传动比为1.0；最高档是超速档的传动比是0.7-0.8。最低挡传动比选取因素有：1、发动机的最大转矩和最低稳定转速所需要求的汽车最大爬坡能力2、驱动轮与地面间的附着力3、主减速比和驱动轮的滚动半径4、所要求达到的最低稳定行驶车速等。目前乘用车的传动比范围在3.04.5之间，总质量轻些的商用车在5.08.0之间。螺旋角 设计时，应力求使中间轴上同时工作的两对齿轮产生的轴向力平衡，以减小轴承负荷，提高轴承寿命。因此，中间轴上不同挡位齿轮的螺旋角应该是不一样的。为使工艺简便，在中间轴轴向力不大时，可将螺旋角设计成一样的，或者仅取为两种螺旋角。中间轴上全部齿轮的螺旋方向应一律取为左旋。轴向力经轴承盖作用到壳体上。一挡和倒挡设计为直齿时，在这些挡位上工作，中间轴上的轴向力不能抵消，而此时第二轴没有轴向力作用。由于T=Fn1r1=Fn2r2，为使来那个轴向力平衡，必须满足，刚性万向节：（1）不等速万向节；（2）准等速万向节；（3）等速万向节 不等速万向节：十字轴式准等速万向节：（1）双联式；（2）凸块式；（3）三销轴式；（4）球面滚轮式等速万向节:(1)球叉式:圆弧槽滚道型、直槽滚道型（2）球笼式：伸缩型、Birfield型、Rzeppa型（P115）十字轴式万向节当夹角由4增至16时，万向节中的滚针轴承寿命将下降为原来的。双联式万向节的主要优点是允许两轴间的夹角较大（一般可达50，偏心十字轴双联式万向节可达60凸块式万向节允许万向节夹角可达50三销轴式万向节允许所连接的两轴最大夹角较大，可达45球面滚轮式万向节允许两轴间的工作夹角可达43圆弧槽滚道型可以在夹角不大于3233的条件下正常工作。直槽滚道型允许轴间夹角不超过20球笼式万向节中的Riefield型两轴之间的夹角达3537的情况下工作Birfield型允许的工作角可达42伸缩型允许的最大工作夹角为20双十字轴万向节传动：单个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴是不等速旋转的。为使处于同一平面的输出轴与输入轴等速旋转，可采用双万向节传动，（1）必须保证与传动轴相连的万向节叉布置在同一平面内，（2）且使两向节夹角1与2相等（P124）在长度一定时，传动轴的断面尺寸应保证传动轴具有足够的强度和足够高的临界转速。临界转速：当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速，他决定于传动轴的尺寸、结构及其支承情况。主减速器的齿轮类型：弧齿锥齿轮传动（传动效率为99%）、双曲面齿轮传动（传动效率为96%）、圆柱齿轮传动、蜗杆传动。双曲面齿轮传动的 优点：（1）当双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动具有更大的传动比；（2）当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的弧齿锥齿轮有更大的直径和较高的齿轮强度及较大的主动齿轮轴和轴承刚度；（3）当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮比相应的弧齿锥齿轮的尺寸要小，从而可以获得更大的离地间隙；（4）此外，由于偏移距的存在，使双曲面齿轮在工作过程中不仅存在与弧齿锥齿轮相同的沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动，从而可以改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性；（5）双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较大，同时啮合的齿数较多，重合度更大，既可提高传动的平稳性，又可以使齿轮的弯曲强度约30；（6）双曲线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弧齿锥齿轮大，从而可以降低齿面间的接触应力；（7）双曲面传动的主动齿轮螺旋角较大，则不产生根切的最小齿数可减少，因此可以选用较少的齿数，有利于增加传动比；（8）双曲面传动的主动齿轮较大，因此加工时所需的刀盘刀顶距较大，切削刃寿命较长；（9）双曲面齿轮的偏移距还有利于实现汽车总体布置。缺点：沿齿长方向的纵向滑动绘时摩擦损失增加，降低传动效率，压力和摩擦功较大，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，抗胶合能力较低。选用可改善油膜强度和带有防刮伤添加剂的双曲面齿轮油来润滑。弧齿锥齿轮传动 优点：可承受较大的负荷，工作平稳。噪声和振动小。缺点：对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍不吻合就会使工作条件急剧变坏，并加剧齿轮的磨损和使噪声增大。一般情况下，当主减速器速比大于4.5而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更为合理；当传动比小于2.0时，双曲面齿轮传动的主动齿轮相对于弧齿锥齿轮传动的主动齿轮就显得过大，此时选用弧齿锥齿轮更合理。螺旋方向：从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿因卡死而损坏。一、悬架可分为：非独立悬架和独立悬架非独立悬架优点：结构简单、制造容易，维修方便，工作可靠。 缺点：由于整车布置上的限制钢板弹簧不可能有足够的长度，使之刚度较大，所以汽车平顺性较差；弹簧质量大；在不平路面行驶时，左、右轮相互影响，并使车身倾斜；汽车转弯行驶时，离心力也会产生不利于轴的转向特性；P175独立悬架的优点：弹簧质量小；悬架空间小；弹簧元件只受垂直力，所以可以用刚度小的弹簧使车身的振动频率降低，改善了汽车的行驶平顺性；由于采用断开式车轴，所以能降低发动机的位置高度，使整车的质心位置降低，改善了汽车的行驶平稳性；P175缺点：结构复杂，成本较高，维修困难。1、独立悬架：（1）倾侧中心高度；（2）车轮定位参数的变化；(3)悬架侧倾角刚度；（4）横向刚度。P1762、前后悬架方案的选择：前后轮均采用非独立悬架的；前轮采用独立悬架，后轮采用非独立悬架；前后轮均采用独立悬架。前后悬架均采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时，内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载，于是内侧悬架缩短，外侧悬架因受压力而伸长。P1763、不同形式悬架的特点表6-1 P177 图6-3 P178二、悬架主要参数的确定1、悬架静扰度fc：是指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在选取前、后悬架的静扰度值fc1和fc2时，应当使之接近，并希望后悬架的静扰度fc2比前悬架的静扰度fc1小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。2、悬架的动扰度fd三、弹性元件的计算1、钢板弹簧的强度验算：（1）紧急制动时，前钢板弹簧承受的载荷最大，在它的后半段出现的最大应力；（2）汽车驱动时，后钢板弹簧承受载荷最大，在其前半段出现的最大应力。第七章 转向系设计一、转向系的分类P220(树形图)二、机械式转向器案件分析1、齿轮齿条式转向器优点：结构简单、紧凑；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向系的质量比较小；传动率高达90%；齿轮齿条式转向器的缺点：因逆效率高，汽车在不平路面上行驶时，发生在转向轮与路面之间冲击力的大部分能传至转向盘，称之为反冲。齿轮齿条式转向器的四种形式：（1）中间输入，两端输出；（2）侧面输入，两端输出；（3）侧面输入，两端输出；（4）侧面输入，一端输出。2、采用侧面输入，中间输出方案时图7-3，与齿条固连的左、右拉杆延伸到接近汽车纵向对称平面附近。由于拉杆长度增加，车轮上、下跳动时拉杆摆角减小，有利于减少车轮上、下跳动时转向系与悬架系的运动干涉。拉杆与齿条用螺栓固定连接，因此，两拉杆与齿条同时向左或向右移动，为此在转向器壳体上开有轴向的长槽，从而降低了他的强度。三、转向系主要性能参数1、转向器的效率影响转向器的正效率因数：转向器的类型、结构特点、结构参数和制造质量。2、传动比的变化特性转向系传动比：从轮胎接地面中心作用在两个转向轮上的合力2Fw和作用在转向盘上的手里Fh之比，称为力传动比，即ip=2Fw/Fh力传动比与转向系角传动比之间的关系：轮胎地面之间的转向阻力Fw和作用在转向节上的转向阻力矩Mr之见关系：Fw=Mr/a （式中a为注销偏移距，指从转向节主销轴线的延长线与支撑平面的交点至车轮中心平面与支撑平面交线间的距离）作用在转向盘上的手力Fh为 ：Fh=2Mh/Dsw（式中Mh为作用在转向盘上的力矩；Dsw为转向盘直径）将上式带入ip=2Fw/Mha后得到：ip=MrDsw/Mha （小写字母为后缀）3、转向系传动间隙特性 ：图7-16 P231第八章 制动系设计一、制动器的结构方案分析摩擦式制动器分类：鼓式、盘式、带式由图8-3（P261）制动器的效能因素由高至低的