《汽车设计》课后题及答案

第一章 汽车总体设计 1 汽车的主要参数分几类 各类又含有哪些参数 各质量参数是如何定义的 答 汽车的主要参数有尺寸参数 质量参数和性能参数 尺寸参数包括外廓尺寸 轴距 轮距 前悬 后悬 货车车头长度和车厢尺寸 质量参数包括整车整备质量 m 载质量 质量参数 汽车总质量和轴荷分配 性能参数包括动力性参数 燃油经济性参数 最小转 弯直径 通过性几何参数 稳定操作性参数 舒适性 参数的确定 整车整备质量 m 车上带有全部装备 包括备胎等 加满燃料 水 但没 有装货和载人的整车质量 汽车的载客量 乘用车的载客量包括驾驶员在内不超过 9 座 汽车的载质量 在硬质良好路面上行驶时 允许的额定载质量 质量系数 载质量与 整车整备质量之比 汽车总质量 装备齐全 且按规定满客 满载时的质量 轴荷分 配 汽车在空载或满载静止时 各车轴对支承平面的垂直负荷 也可用占空载或满载总质 量的百分比表示 2 发动机前置前轮驱动的布置形式 如今在乘用车上得到广泛采用 其原因究竟是什么 而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛采用 其原因又是什么 答 前置前驱优点 前桥轴荷大 有明显不足转向性能 越过障碍能力高 乘坐舒适性高 提高机动性 散热好 足够大行李箱空间 供暖效率高 操纵机构简单 整车 m 小 低制 造难度 后置后驱优点 隔离发动机气味热量 前部不受发动机噪声震动影响 检修发动机 方便 轴荷分配合理 改善后部乘坐舒适性 大行李箱或低地板高度 传动轴长度短 3 何为轮胎的负荷系数 其确定原则是什么 答 汽车轮胎所承受的最大静负荷值与轮胎额定负荷值之比称为轮胎负荷系数 确定原 则 对乘用车 可控制在 0 85 1 00 这个范围的上下限 对商用车 为了充分利用轮胎的负 荷能力 轮胎负荷系数可控制在接近上限处 前轮的轮胎负荷系数一般应低于后轮的负荷 系数 4 在绘总布置图时 首先要确定画图的基准线 问为什么要有五条基准线缺一不可 各基 准线是如何确定的 如果设计时没有统一的基准线 结果会怎样 答 在绘制整车总布置图的过程中 要随时配合 调整和确认各总成的外形尺寸 结构 布置形式 连接方式 各总成之间的相互关系 操纵机构的布置要求 悬置的结构与布置 要求 管线路的布置与固定 装调的方便性等 因此要有五条基准线才能绘制总布置图 绘图前要确定画图的基准线 面 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 确定整车的零线 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 2 前轮中心线 3 汽车中心线 4 地面线 5 前轮垂直线 5 将结构与布置均适合右侧通行的汽车 改为适合左侧通行的汽车 问此时汽车上有哪些 总成部件需重新设计或布置 答 发动机位置 驾驶员视野 传动系 转向系 悬架 制动系 踏板位置 车身内 部布置 6 总布置设计的一项重要工作是运动校核 运动校核的内容与意义是什么 答 内容 从整车角度出发进行运动学正确性的检查 对于相对运动的部件或零件进行运 动干涉检查 意义 由于汽车是由许多总成组装在一起 所以总体设计师应从整车角度出发考虑 根据 总体布置和各总成结构特点完成运动正确性的检查 由于汽车是运动着的 这将造成零 部件之间有相对运动 并可能产生运动干涉而造成设计失误 所以 在原则上 有相对运 动的地方都要进行运动干涉检查 第二章 离合器设计 1 离合器主要由哪几部分构成 各部分的结构设计方案有哪些 答 飞轮 离合器盖 刚度足够 减轻重量 压盘 按驱动方式 凸块 窗孔 传力销式 键 块式 弹性传动片式 从动盘 单片 双片 多片三种 摩擦片 铆接和粘接 压紧弹簧 周置 中央 斜置 膜片弹簧四种 分离叉 分离轴承 径向止推轴承 高转速低轴向负 荷 轴向止推轴承 相反 离合器踏板 传动部件 2 何谓离合器的后备系数 影响其取值大小的因素有哪些 答 后备系数 反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度 选择 的根据 1 摩擦片摩损后 离合器还能可靠地传扭矩 2 防止滑磨时间过长 摩擦片 从转速不等到转速相等的滑磨过程 3 防止传动系过载 4 操纵轻便 3 膜片弹簧弹性特性有何特点 影响因素有那些 工作点最佳位置如何确定 答 膜片弹簧有较理想的非线形弹性特性 可兼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 高速旋转时压紧力降低很少 性能较稳定 而 圆柱螺旋弹簧压紧力降低明显 以整个圆周与压盘接触 压力分布均匀 摩擦片接触良好 磨损均匀 通风散热性能好 使用寿命长 与离合器中心线重合 平衡性好 影响因素有 制造工艺 制造成本 材质和尺寸精度 4 设计离合器及操纵机构时 各自应当满足哪些基本要求 答 可靠地传递发动机最大转矩 并有储备 防止传动系过载 接合平顺 分离要迅速彻 底 从动部分转动惯量小 减轻换档冲击 吸热和散热能力好 防止温度过高 应避免和 衰减传动系扭转共振 并具有吸振 缓冲 减噪能力 操纵轻便 作用在摩擦片上的总压 力和摩擦系数在使用中变化要小 强度足 动平衡好 结构简单 紧凑 质量轻 工艺性 好 拆装 维修 调整方便 1 操纵机械要尽可能地简单 操纵轻便 踏板力要小 以减轻驾驶员的劳动强度 2 结构紧凑 效率高 踏板行程要适中 3 在操纵机构中应有调整自由行程的装置 4 踏板行程应有眼位装置 5 踏板回位要快捷 防止离合器在接合时回位滞后 5 某汽车采用多片式离合器 已知 摩擦工作面数 z 6 摩擦片外径 D 254mm 内径 d 177mm 摩擦系数 f 0 2 弹簧作用在摩擦片上的轴向压紧力 F 444 8N 试求该 离合器在转 速 n 600r min 时所能传递的功率 答 P Tn 9550 R D 2 r d 2 6 已知某载货汽车总质量为 8t 其发动机最大转矩 Temax 353N m 单片离合器的摩擦片 采用石棉机材料 模压 对摩擦片的外径 D 内径 d 和厚度 b 进行分析设计 答 取 p0 0 2 2 f 0 2 c 0 6 估算 D 350mm d c D 210mm b 4 0mm 第三章 机械式变速器设计 1 分析 3 5 所示变速器的结构特点是什么 有几个前进挡 包括倒档在内 分别说明各档 的换档方式 答 结构特点 档位多 改善了汽车的动力性和燃油经济性以及平均车速 共有 5 个前进 档 换档方式有移动啮合套换档 同步器换档和直齿滑动齿轮换档 2 变速器主要参数的选择依据是什么 答 变速器主要性能参数的选择依据是发动机的功率 转速 扭矩 和车速 包括车轮直 径 3 为什么中间轴式变速器的中间轴上齿轮的螺旋方向一律要求取为右旋 而第一轴 第二 轴上的斜齿轮螺旋方向取为左旋 答 斜齿轮传递转矩时 要产生轴向力并作用到轴承上 在设计时 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 4 为什么变速器的中心距 A 对齿轮的接触强度有影响 并说明是如何影响的 答 中心距 A 是一个基本参数 其大小不仅对变速器的外型尺寸 体积和质量大小都有影 响 而且对齿轮的接触强度有影响 中心距越小 齿轮的接触应力越大 齿轮寿命越短 最小允许中心距应当由保证齿轮有必要的接触强度来确定 第四章 万向传动轴设计 1 影响万向传动系统总布置方案设计的主要因素有哪些 不同的动力输出需求以及实际结构条件的限制 2 解释什么样的万向节是不等速万向节 准等速万向节和等速万向节 采用双十字轴万向 节传动 如何才能保证输入轴与输出轴等速旋转 答 不等速万向节是指万向节连接的两轴夹角大于零时 输出轴和输入轴之间以变化的瞬 时角速度比传递运动 但平均角速度相等的万向节 准等速万向节是指在设计角度下以相 等的瞬时角速度传递运动 而在其他角度下以近似相等的瞬时角速度传递运动的万向节 等速万向节是指输出轴和输入轴以始终相等的瞬时角速度传递运动的万向节 为了使处于同一平面内的输入轴与输出轴等速旋转 常采用双万向节传动的设计方案 3 什么是传动轴的临界转速 在进行传动轴设计时 如何保证传动轴的转速满足使用需求 答 所谓临界转速 就是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 传动轴的临界转速为 nk 1 2x108 式中 nk 为传动轴的临界转速 r min Lc 为传动轴长度 mm 即两万向节中心之间 的距离 dc 和 Dc 分别为传动轴轴管的内 外径 mm 在长度一定时 传动轴断面尺寸 的选择应保证传动轴有足够高的临界转速 由上式可知 实心轴比空芯轴的临界转速低 当传动轴长度超过 1 5m 时 为了提高 nk 以及总布置上的考虑 常将传动轴断开成两根或 三根 4 什么情况下需要采用中间支撑的结构设计方案 答 当传动轴分断时 往往需要加中间支撑 中间支撑一般安装在车架横梁上或车身底架 上 以补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差以及由于动力总成弹性悬置和车架等变形所 引起的位移 5 已知某单十字轴万向传动系统中 两轴相交的角度 30 主动轴转速 n1 1500r min 当主动轴转角分别为 0 30 60 90 120 150 和 180 时 求从动轴相应的角速度 并在坐标图上绘出曲线表示从动轴角速度的变化情况 答 代入 30 157 08 rad s 0 180 计算出相应的即可 第五章 驱动桥设计 1 驱动桥主减速器有哪几种结构形式 简述各种结构形式的主要特点及其应用 答 根据齿轮类型 1 弧齿锥齿轮 主 从动齿轮的轴线垂直相交于一点 应用 主减速比 小于 2 0 时 2 双曲面齿轮 主 从动齿轮的轴线相互垂直而不相交 且主动齿轮轴线相对 从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离 应用 主减速器比大于 4 5 而轮廓尺寸有限时 3 圆 柱齿轮 广泛用于发动机横置的前置前驱车的驱动桥和双级主减速器驱动桥以及轮边减速 器 4 蜗轮蜗杆 主要用于生产批量不大的个别总质量较大的多桥驱动汽车和具有高转速 发动机的客车上 根据减速器形式 1 单级主减速器 结构 单机齿轮减速 应用 主传动比 i0 7 的汽车上 2 双级主减速器 结构 两级齿轮减速组成 应用 主传动比 i0 为 7 12 的汽车上 3 双速主 减速器 结构 由齿轮的不同组合获得两种传动比 应用 大的主传动比用于汽车满载行驶 或在困难道路上行驶 小的主传动比用于汽车空载 半载行驶或在良好路面上行驶 4 贯 通式主减速器 结构 结构简单 质量较小 尺寸紧凑 应用 根据结构不同应用于质量较 小或较大的多桥驱动车上 2 主减速器中 主 从动锥齿轮的齿数应当如何选择才能保证具有合理的传动特性和满足 结构布置上的要求 答 1 为了磨合均匀 主动齿轮齿数 z1 从动齿轮齿数 z2 应避免有公约数 2 为了得 到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度 主 从动齿轮弯曲强度 主 从动齿轮齿数和 应不少于 40 3 为了啮合平稳 噪声小和具有高的疲劳强度 对于乘用车 z1 一般不少 于 9 对于商用车 z1 一般不少于 6 4 主传动比 i0 较大时 z1 尽量取得少些 以便得 到满意的离地间隙 5 对于不同的主传动比 z1 和 z2 应有适宜的搭配 3 计算主减速器齿轮强度时 首先要确定计算载荷 问有几种确定方法 并解释如何应用 答 按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩 按驱动轮打滑转局确定从动锥齿轮的计算转矩 按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩 4 简述多桥驱动汽车安装轴间差速器的必要性 答 多桥驱动汽车在行驶过程中 各驱动桥的车轮转速会因车轮行程或滚动半径的差异而 不等 如果前 后桥间刚性连接 则前 后驱动车轮将以相同的角速度旋转 从而产生前 后驱动车轮运动学上的不协调 5 半轴的安装形式有哪几种 应用范围如何 答 半轴根据其车轮端的支撑方式不同 分为半浮式 3 4 浮式和全浮式三种 半浮式半 轴只适用于乘用车和总质量较小的商用车上 3 4 浮式半轴一般仅用在乘用车和总质量较 小的商用车上 全浮式半轴主要用于总质量较大的商用车上 6 对驱动桥壳进行强度计算时 图示其受力状况并指出危险断面的位置 验算工况有几种 各工况下强度验算的特点是什么 答 驱动桥壳强度计算 全浮式半轴的驱动桥强度计算的载荷工况 与半轴强度计算的三种载荷工况相同 危险断面 钢板弹簧座内侧附近 桥壳端部的轮毂轴承座根部 1 当牵引力或制动力最大 时 桥壳钢板弹簧座处危险断面的 2 当侧向力最大时 桥壳内 外板簧座处断面 3 当汽车通过不平路面时 桥壳的许用弯曲应力为 300 500MPa 许用扭转切应力为 150 400MPa 可锻铸铁桥壳取较小值 钢板冲压焊接壳取较大值 7 汽车为典型布置方案 驱动桥采用单级主减速器 且从动齿轮布置在左侧 如果将其移 到右侧 试问传动系的其他部分需要如何变动才能满足使用要求 为什么 答 可将变速器由三轴改为二轴的 因为从动齿轮布置方向改变后 半轴的旋转方向将改 变 若将变速器置于前进挡 车将倒行 三轴式变速器改变了发动机的输出转矩 所以改 变变速器的形式即可 由三轴改为二轴 第六章 悬架设计 1 悬架设计应当满足哪些要求 在设计中如何满足这些要求 答 1 保证汽车有良好行驶平稳性 2 具有合适的衰减振动 3 保证汽车有良好的操作稳定性 4 汽车加速或制动时 保证车身稳定 减少车身纵倾 转弯时车身侧倾角要合适 5 有良好 的隔音能力 6 结构紧凑 占用空间尺寸小 7 可靠传递车身与车轮间的力与力矩 满足零件 不见质量小 同时有足够的强度和寿命 2 汽车悬架分非独立悬架和独立悬架两类 独立悬架又分为几种形式 它们各自有何优缺 点 答 1 双横臂式 侧倾中心高度比较低 轮距变化小 轮胎磨损速度慢 占用较多的空间 结构稍复杂 前悬使用得较多 2 单横臂式 侧倾中心高度比较高 轮距变化大 轮胎磨损速 度快 占用较少的空间 结构简单 但目前使用较少 3 单纵臂式 侧倾中心高度比较低 轮 距不变 几乎不占用高度空间 结构简单 成本低 但目前也使用较少 4 单斜臂式 侧倾 中心高度居单横臂式和单纵臂式之间 轮距变化不大 几乎不占用高度空间 结构稍复杂 结构简单 成本低 但目前也使用较少 5 麦弗逊式 侧倾中心高度比较高 轮距变化小 轮胎磨损速度慢 占用较小的空间 结构简单 紧凑 乘用车上用得较多 3 分析侧倾角刚度对汽车操纵稳定性的影响 答 当乘坐侧倾角刚度过小而侧倾角过大的汽车 乘员会缺乏舒适感和安全感 而侧倾角 刚度过大 则会减弱驾驶员的路感 如果过大的侧倾角刚度出现在后轴 有增大后轴车轮 间负荷转移 使车辆趋于过多转向的作用 4 分析影响选取钢板长度 片厚 片宽及片数的因数 答 钢板弹簧长度指弹簧伸直后两卷耳中心之间的距离 在总布置可能的条件下 尽量将 L 取长些 乘用车 L 0 4 0 55 轴距 货车前悬架 L 0 26 0 35 轴距 后悬架 L 0 35 0 45 轴距 片厚 h 选取的影响因素有片数 n 片宽 b 和总惯性矩 J 影响因素总 体来说包括满载静止时 汽车前后轴 桥 负荷 G1 G2 和簧下部分荷重 Gu1 Gu2 悬架 的静扰度 fc 和动扰度 fd 轴距等 5 独立悬架导向机构的设计要求有哪些 前轮定位参数的变化特性与导向机构有哪些关系 答 对前轮独立悬架导向机构的要求有 1 悬架上载荷变化时 保证轮距变化不超过 4 0mm 2 前轮定位参数要有合理的变化特性 车轮不应产生纵向加速度 3 汽车转 弯行驶时 应使车身侧倾角小 4 制动时应使车身有抗前俯作用 加速后有抗后仰作用 对后轮独立悬架导向机构的要求有 1 悬架上载荷变化时 转矩无明显变化 2 转弯 时 侧倾角小 并使车轮与车身倾斜反向 以减小过多的转向效应 第七章 转向系设计 1 转向系的性能参数包括哪些 各自如何定义的 转向器的正效率 功率 P 从转向轴输入 经转向摇臂轴输出所求得的效率 转向器的逆效率 功率 p 从转向摇臂输入 经转向轴输出所求的效率 逆效率大小不同 转向器可分为可逆式 极限可逆式和不可逆式 2 转向系的传动比包括哪两部分 汽车转向的轻便性和灵敏性与其有何关系 怎样改进 答 转向系的传动比 包括转向系的角传动比与转向系的力传动比 角传动比越大 转向 越不灵敏 但转向越省力 改进方法 采用可变角传动比的转向器 3 采用循环球式转向器时 如何实现变传动比 其工作原理是什么 答 在结构和工艺上采取措施 包括提高制造精度 改善工作表面的表面粗糙度和螺杆 螺母上的螺旋槽经淬火和磨削加工 使之有足够的硬度和耐磨性能 工作原理 当与方向盘 转向管柱固定到一起的螺杆转动起来后 螺杆推动螺母上下运动 螺母再通过齿轮来驱动 转向摇臂往复摇动 从而实现转向 4 现代汽车转向系统安全防伤机构主要采用哪些方案 答 在转向系中 使有关零件在撞击时产生塑性变形 弹性变形 或是利用摩擦等来吸收 冲击能量 例如将转向轴分为两段 或使用网格状转向管柱等 第八章 制动系设计 1 设计制动系时 应当满足哪些基本要求 答 1 具有足够的制动效能 2 工作可靠 3 在任何速度下制动时 汽车都不应丧失操纵性和 方向稳定性 4 防止水和污泥进入制动器工作表面 5 制动能力的热稳定性良好 6 操纵轻便 并具有良好的随动性 7 制动时 制动系产生的噪声尽可能小 8 作用滞后性应尽可能好 9 摩 擦衬片 块 应有足够的使用寿命 10 摩擦副磨损后 应有能消除因磨损而产生间隙的机构 且调整间隙工作容易 最好设置自动调整间隙机构 11 当制动驱动装置的任何元件发生故障 并使其基本功能遭到破坏时 汽车制动系应有