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2023-06-03 21:45§1-2 汽车形式的选择
一、轴数
1、影响选取轴数的因 (1)汽车的总质量(2)道路法规对轴载质量的限制 (3) 轮胎的负荷能
二、驱动形式 三、布置形式
汽车的主要参数包括尺寸参数，质量参数和汽车性能参数。
1 尺寸参数：轴距，轮距，前悬，后悬，货车车头长度和车厢长度尺寸。
2质量参数：整车整备质量，载客量，装载质量，质量系数，汽车总质量，轴荷分配。
3汽车性能参数：动力性参数，燃油经济性参数，汽车最小转弯直径，通过性几何参数，操纵稳定性参数。制动性参数，舒适性。
1-6 汽车总体布置
一、基准线
1、车架上平面线（垂直方向尺寸的基准线）
2、前轮中心线（纵向方向尺寸的基准线）
3、汽车中心线（横向尺寸基准线）
4、地面线（标车高、货台高、接近角、离去角、离地间隙）
5、前轮垂直线（汽车轴距和前悬的基准线）
二、各部件的布置
1.发动机的布置2．传动系的布置
3．转向装置的布置4．制动系布置
5．踏板的布置
6．油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置
§1-6 运动校核
运动校核内容
从整车角度出发进行运动学正确性的校核
对于有相对运动的部件或零件进行运动干涉校核。
运动校核关系到汽车能否正常工作
离合器的功用
切断和实现动力的传递
三、对离合器的要求
1.能可靠地传递发动机最大转矩
2.主动、从动部分分离要彻底
3.接合平顺，确保起步平稳
4.从动部分转动惯量小
5.避免传动系发生扭转共振，并具有吸振、缓冲、减少噪声的能力
6.吸热能力强，散热性能好
7 .操纵轻便
8 .使用中，作用到摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化要小
9 .应有足够强度和良好的动平衡,保证工作可靠,寿命长
10 .结构简单、紧凑、质量低，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便，润滑结构简单
一、从动盘数的选择
4、膜片弹簧离合器
优点：
（5）通风散热好，寿命长（6）利于大批生产，降低成本
缺点：对材质要求高（60Si2MnA），制造工艺复杂
根据摩擦定律，静摩擦力矩为
F∑―压盘加于摩擦片的工作压力
Rc―摩擦片平均摩擦半径
Z―摩擦面数目
后备系数β定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比
一、要求离合器后备系数β不宜过大
1.若β过大，紧急接合离合器时，T传≥（2～3）Temax影响变速箱设计；
2.若β过大，不松开离合器制动时，T传＝（15～20）Temax；
3.若β过大，在D、d、F∑不变条件下，Z ↑，结构复杂；
4.若β过大，在其它尺寸及片数不变时， F∑ ↑ 、 p0 ↑，寿命↓；
5.发动机后备功率大，使用条件良好，离合器弹簧压力在使用中可以调整或变化不大时，β可以取小；
6.可以减少分离时踏板力
7.衬片磨损后弹簧伸长F∑ ↓ 、 Tc ↓，故β不宜取小
悉让8.使用条件恶劣，对拖挂小的牵引车，为提高起步能力，减少滑磨 ， β不宜取小；
机械式变速器设计
一、功用：
在不同的使用条件下，改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，使发动机在最有利的工作范围内工作，使汽车倒退行驶，能够分离发动机和传动系间的联系
三、对变速器的要求：
1.应正确选择变速器的挡数和传动比，保证汽车有必要的动力性和经济性指标；
2.设置空挡和倒挡，保证发动机与驱动轮能长期分离，使汽车能进行倒退行驶；
3.换挡迅速、省力，以便缩短加速时间，并提高汽车动力性能；目前自动、电子操纵机构是发展趋势；
4.工作可靠，汽车行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生；
5.应设置动力输出装置，以便必要时能进行功率输出。
6.应当满足效率高、噪声低、体小质轻、制造容易、成本低等要求。
1.两轴式变速器
结构特点：
（1）同步器多数装在输出轴上
（2）各前进挡均经过一对齿轮传递动力
（3）只有两个轴
2.中间轴式变速器
多用于前置后驱的型式汽车
结构特点：
（1）第一轴和第二轴的轴线在同一直线上，可以布置直接挡；
（2）除直接挡外其他各挡均经过两对齿配陆旅轮传递动力，故在中心距不大的情况下，可以提高传动比
两轴式与中间轴式的比较：
形式 两轴式 中间轴式
结构复培凳杂程度 简单 复杂
工作噪声 低 高
传动效率 高 低
传动比范围 小 大
有无直接档 没有 有
换挡结构形式
3.同步器
优点：保证快速、无冲击、无噪声换挡
缺点：结构复杂、制造精度高、轴向尺寸大，同步环寿命短
§3-3 变速器主要参数的选择
一、挡数
相邻挡位比值1.8以下，高挡传动比间距小于低挡
轿车4～5挡
货车4～5挡或多挡
三、中心距A
对变速器的尺寸、体积、质量与很大影响，要保证齿轮有足够的接触强度
中心距系数K
轿车 8.9～9.3 A＝65～80mm
货车 8.6～9.6 A＝80～170mm
第四章 万向传动轴设计
功用：实现汽车上任何一对轴线相交且相对位置经常变化的转轴之间的动力传递。
万向传动轴设计应满足的基本要求
1、保证所连接的两轴相对位置在预定范围内变动时，能可靠的传递动力
2、保证所连接的两轴尽可能等速旋转。
3、传动效率高，使用寿命长，结构简单，容易维修。
十字轴式双万向节传动的等速条件
Ⅰ、第一万向节夹角与第二万向节夹角相等
Ⅱ、第一万向节从动叉与第二万向节主动叉处于同一平面
传动轴结构方案设计
一、临界转速：
由于传动轴壁厚不均匀，制造误差，装配误差，造成质心与转轴中心不重合，导致离心惯性作用，使传动轴产生弯曲振动。当传动轴转速等于它的弯曲振动固有频率时，发生共振，导致折断，此转速为临界转速。
第五章 驱动桥设计
一、驱动桥功用:
增大由传动轴传来的转矩，并将动力合理的传给车轮。
三、设计要求:
1.工作平稳，噪声低2.外形尺寸小，最小离地间隙大3.力求质量小4.主减速比保证动力性和经济性5.在各种转速和载荷下的传动效率高
6.桥壳有足够的强度和刚度
7.结构简单，加工工艺性好，制造容易，调整、拆装方便
8.与悬架导向机构、转向运动机构协调
断开式驱动桥特点：
优点：可以增加最小离地间隙，减少部分簧下质量，减少车轮和车桥上的动载
缺点：结构复杂，成本高
用途：多用于轻、小型越野车和轿车
非断开式驱动桥特点：
优点：结构简单，成本低，制造工艺性好，维修和调整易行，工作可靠
缺点：断开式优点
§5-3 主减速器设计
1.一对螺旋圆锥齿轮
缺点：
对啮合精度敏感，若锥顶不重合，使接触应力↑，弯曲应力↑，噪声↑，寿命↓；要求制造、装配精度高。
2.双曲面齿轮啮合
特点:
两齿轮轴线不相交，交错布置，小齿轮轴线距大齿轮水平中心线有空间偏移量 E（偏移距）
螺旋角β1≠β2， β1＞β2
β定义：齿轮齿宽中点的切线和该中点与齿轮中心（节锥顶点）连线之间的夹角―螺旋角
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
传动比（双曲面i0S、螺旋i0l ）：
尺寸相同时， i0S＞i0l ；
i0和D2相同时，双曲面主动齿轮D1大，轮齿强度高，支承强度高。i0和D1相同时，双曲面从动齿轮D2小，离地间隙大。有偏移距E，利于汽车的总体布置。（降低车身高度），存在沿齿高方向的侧向滑动，还有沿齿长方向的纵向滑动，运转更平稳。传动效率低（0.96），低于螺旋齿轮（0.99 ），高于蜗轮蜗杆；
主动锥齿轮大，加工时刀盘刀顶距大，刀具寿命长
主动齿轮螺旋角β1大，不产生根切的最小齿数可减少，有利于增大传动比。主动齿轮直径D1和螺旋角β1大，因此齿面接触强度高。
（二）单级主减速器
优点：结构最简单、质量小、制造容易、拆装简便
缺点：只能用于主传动比较小的车上，i0 < 7
（三）双级主减速器
特点：尺寸大，质量大，成本高，与单级相比，同样传动比，可以增大离地间隙，用于中重型货车、越野车、大型客车
（四）双速主减速器
种类：
1）圆柱齿轮组：尺寸大，质量大，主减速比大
2）行星齿轮组：结构紧凑，刚度和强度大
用途：单桥驱动重型汽车
§5-4 差速器设计
二、对称锥齿轮差速器
1.普通锥齿轮式差速器（图5-19）：
差速器锁紧系数k=0.05～0.15
慢、快半轴的转矩比kb=1.11~1.35
运动关系：
第六章 悬架设计
一 主要作用 传递车轮和车架（或车身）之间的一切力和力矩;
缓和、抑制路面对车身的冲击和振动；
保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特 性。保证汽车的操纵稳定性。
1 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 ：平顺性较差 操稳性差 轿车不利于发动机、行李舱的布置
应用 ：货车、大客车的前、后悬架以及某些轿车的后悬架
2 独立悬架
优点 ：簧下质量小；悬架占用的空间小；
可以用刚度小的弹簧，改善了汽车行驶平顺性；
由于有可能降低发动机的位置高度，使整车的质心高度下 降，又改善了汽车的行驶稳定性；
左、右车轮各自独立运动互不影响，可减少车身的倾斜和
振动，同时在起伏的路面上能获得良好的地面附着能力。
缺点： 结构复杂，成本较高，维修困难
应用 ：轿车和部分轻型货车、客车及越野车
1)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。
是影响汽车行驶平顺性的主要参数之一
2)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
二、悬架的弹性特征
1、定义
悬架受到垂直外力F与由此所引起的车轮中心相对于在车身位移f（即悬架的变形）的关系曲线 。
2、分类
悬架的弹性特性有线性弹性特性和非线性弹性特性两种
1)线性弹性特性
定义:当悬架变形f与所受垂直外力F之间呈固定比例变化时，弹
性特性为一直线，此时悬架刚度为常数 。
特点：随载荷的变化，平顺性变化
2)非线性弹性特性
定义：当悬架变形f与所受垂直外力F之间不呈固定比例变化时
特点
在满载位置（图中点8）附近，刚度小且曲线变化平缓，因而平顺性良好
距满载较远的两端，曲线变陡，刚度增大
作用
在有限的动挠度fd范围内，得到比线性悬架更多的动容量
悬架的运容量系指悬架从静载荷的位置起，变形到结构允许的最大变形为止消耗的功 （悬架的运容量越大，对缓冲块击穿的可能性越小 ）
三、货车后悬的主、副簧的刚度匹配
使副簧开始起作用时的悬架挠度fa等于汽车空载时悬架的挠度f0，而使副簧开始起作用前一瞬间的挠度fK等于满载时悬架的挠度fc 。副簧、主簧的刚度比为
使副簧开始起作用时的载荷等于空载与满载时悬架载荷的平均值，即FK=0.5（F0+FW），并使F0和FK间平均载荷对应的频率与FK和FW间平均载荷对应的频率相等，此时副簧与主簧的刚度比为 ca/cm=（2λ-2）（λ+3）
§6-4 弹性元件的计算
1、钢板弹簧主要参数的确定
1）满载弧高fa
满载弧同fa是指钢板弹簧装到车轴（桥）上，汽车满载时钢板弹簧主片上表面与两端（不包括卷耳半径）连线间的最大高度差
fa用来保证汽车具有给定的高度
当fa=0时，钢板弹簧在对称位置上工作 ，为了在车架高度已限定时能得到足够的支挠度值，常fa=10~20mm。
2）钢板弹簧长度L的确定
钢板弹簧长度L是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，应尽可能将钢板弹簧取长些。
3）钢板断面尺寸及片数的确定
a.钢板断面宽度b的确定
有关钢板弹簧 的刚度、强度等，可按等截面简支梁的计算公式计算，但需引入挠度增大系数δ加以修正。因此，可根据修正后的简支梁公式计算钢板弹簧所需要的总惯性矩J0。对于对称钢板弹簧
J0=[（K-ks）3cδ]/48E
式中，
s为U形螺栓中心距（mm）；
k为考虑U形螺栓夹紧弹簧后的无效长度系数（如刚性夹紧，取k=0.5，挠性夹紧，取k=0）；
c为钢板弹簧垂直刚度（N/mm），c=FW/fc；
δ为挠度增大系数（先确定与主片等长的重叠片数n1，再估计一个总片数n0,求得η=n1/m0，然后用δ=1.5/[1.04（1+0.5η）]初定δ）
E为材料的弹性模量。
钢板弹簧总截面系数W0用下式计算
W0≥[FW（L-ks）]/4[σW]
式中，[σW]为许用弯曲应力。
对于55SiMnVB或60Si2Mn等材料，表面经喷丸处理后，推荐[σW]在下列范围内选取；前弹簧和平衡悬架弹簧为350-450N/mm2；后副簧为220-250N/mm2。
将式（6-6）代入下式计算钢板弹簧平均厚度hp
b.钢板弹簧片厚h的选择
矩形断面等厚钢板弹簧的总惯性矩J0用下式计算
J0=nbh3/12
式中，n为钢板弹簧片数。
说明：
1、改变片数n、片宽b和片厚h三者之一，都影响到总惯性矩J0的变化；
2、总惯性矩J0的改变又会影响到钢板弹簧垂直刚度c的变化，也就是影响汽车的平顺性变化。其中，片厚h变化对钢板弹簧总惯性矩J0影响最大。
※2、钢板弹簧各片长度的确定
将各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上
沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B两点，连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图。
AB线与各叶片上侧边的交点即为各片长度，如果存在与主片等长的重叠片，就从B点到最后一个重叠片的上侧边端点一直线，此直线与各片上侧边的交点即为各片长度。
各片实际长度尺寸需经圆整后确定。
※ 4、钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算
1）钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0
定义：钢板弹簧各片装配后，在预压缩和U形螺栓夹紧前，其主片上表面与两端（不包括卷耳孔半径）连线间的最大高度差（如上图），称为钢板弹簧总成在自由状态下的弧高H0，
用下式计算
H0=（fc+fa+△f）
式中，fc为静挠度； fa为满载弧高； △f为钢板弹簧总成用U形螺栓夹紧后引起的弧高变化.
s为U形螺栓中心距；L为钢板弹簧主片长度。钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径R0=L2/8H0
（2）钢板弹簧各片自由状态下曲率半径的确定
原则：因钢板弹簧各片在自由状态下和装配后的曲率半径不同，装配后各片产生预应力，其值确定了自由状态下的曲率半径Ri。各片自由状态下做成不同曲率半径的目的是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，减少主片工作应力，使各片寿命接近。
矩形断面钢板弹簧装配前各片曲率半径由下式确定
Ri=R0/[1+(2σ0iR0)/Ehi] ※
式中，Ri为第i片弹簧自由状态下的曲率半径（mm）；R0为钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径（mm）；σ0i为各片弹簧的预应力（N/mm2）；E为材料弹性模量（N/mm2），取E=2.1×105N/mm2；hi为第i片的弹簧厚度（mm）。
第七章 转向系设计
二、设计要求：
1.保证汽车有较高的机动性
2.转弯行驶时，全部车轮应绕一个瞬心旋转，不应有侧滑；
3.传给转向盘的反冲，要尽可能小
4.悬架导向装置和车轮传动机构共同工作时，由于运动不协调造成的车轮摆动应小；
5.操纵轻便
6.转向后，方向盘应能够自动回正，是汽车保持在稳定的直线行驶状态；
7.转向器和转向机构的球头处，有消除因磨损产生间隙的调整机构；
8.车祸中，转向系要有使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置
1、齿轮齿条式
特点：结构简单，紧凑；转向器质量小；传动效率高；转向器占用体积小；没有转向摇臂和直拉杆；出现反冲现象，难以准确控制行驶方向。
应用在乘用车上。载质量不大，前轮采用独立悬架的货车和客车上。
2、循环球式
优点：传动效率高；足够的硬度和磨损性能，保证有足够的寿命；转向器的传动比可变化；工作平稳可靠；齿条和齿扇间的间隙调整工作容易进行，适合用来做整体式动力转向器。
缺点：逆效率高；结构复杂，制造困难，制造精度要求高
应用在商用车上
第三节 转向系主要性能参数
一、转向效率
1.正效率：功率由转向轴输入，经转向摇臂输出所得到的效率
影响因素：
转向器类型和结构特点 结构参数 制造质量
2.逆效率：影响汽车的使用性能
根据逆效率分类
可逆式：逆效率较高，如循环球式、齿轮齿条式
不可逆式：逆效率较低
极限可逆式：介于以上二者之间
二、传动比的变化特性
角传动比：
转向盘角速度与同侧转向节偏转角速度之比
力传动比：
轮胎与地面之间转向阻力与方向盘上手力之比
2.力传动ip比与角传动比iω0的关系
当a和D不变时，力传动比i越大，虽然转向越轻，但i也越大，表明转向不灵敏。