车辆工程毕业设计（论文）-方程式赛车RL7050H0总布置设计【全套图纸】 .doc

摘 要rl7050h0总布置设计是在中国大学生方程式汽车大赛的基础上进行的。首先通过充分准备和综合分析，选择一个合理的整车方案，并经过一定的程序将其定下来。方案确定后，进行准确布置和计算，并为各总成下一步开展的工作打好基础、准备条件、提出要求并与各专业组协同完成全部的设计，共同实现整车的总目标。汽车总布置设计参考同类车型有关数据作为借鉴，重新选定各总成部件，重新布置。提出汽车的长、宽、高、轴距等控制尺寸，轴荷的分布范围以及动力总成、散热器、前后悬架、传动轴与车轮等轮廓尺寸和位置，初步确定新车型的设计硬点。从而保证所设计的汽车不仅在预定的使用条件下具有良好的使用性能、重量轻、寿命长、结构简单、使用方便、效率高、经济性好，制造简单，便于维修。总布置设计在整车开发过程中起到非常重要的作用。关键词：总布置设计；方程式赛车；总成匹配；车型；控制尺寸abstractrl7050h0 layout design formula cars in the chinese university students on the basis of competition. first, through the full preparation and comprehensive analysis of vehicle to select a reasonable solution, and after certain procedures to be laid down. plan was finalized, the exact layout and calculation, and the next step for the assembly to lay the foundation work in preparation for the conditions, request and coordination with the professional group to complete all of the design together to achieve the overall objective of the vehicle. general layout of car design reference data as a reference on similar models, re-selected parts of the assembly, re-arranged. proposed vehicle length, width, height, wheelbase and other control dimensions, axle load distribution range and power train, radiator, front and rear suspension, drive shafts and wheels outline size and location of initial hard to determine the design of new models point. designed to ensure the car is not only the intended conditions of use with good performance, light weight, long life, simple structure, onvenient operation, high efficiency, good economy, manufacturing is simple and easy maintenance. layout design in the vehicle development process play a very important role.key words：the layout design；formula car；assembly matching；models；control dimensionsii目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 fsae方程式研究现状11.2 fsae方程式目的、依据和意义2第2章 总布置设计准备及整车型式选择42.1 总布置设计的准备42.1.1 市场调研42.1.2 样车分析52.1.3 制定设计目标62.2 整车型式的选择62.2.1 发动机的种类和布置型式62.2.2 驾驶室的型式82.2.3 轮胎的选型102.2.4 转向机构型式的选择112.2.5 制动器型式的选择132.2.6 悬架布置形式162.2.7 差速器型式的选择182.3 本章小结20第3章 新车型主要目标参数的初步确定213.1 几个主要“目标参数”的确定213.2 发动机最大功率及其转速213.3 发动机最大扭矩及其转速223.4 传动系速比的选择223.4.1 最小传动比的选择233.4.2 最大传动比的选择243.4.3 变速器档位数的选择253.5 本章小结25第4章 尺寸参数与质量参数的初步确定264.1 轿车的级别与载荷确定264.2 轿车主要参数的确定264.2.1 驾驶员单元264.2.2 整车外形尺寸的确定294.3 本章小结30第5章 各总成的匹配及总布置图绘制315.1 各相关总成的匹配315.1.1 车身总布置设计315.1.2 发动机总布置设计315.1.3 转向节、车轮总成与前制动器总成的布置设计315.2 整车总布置图绘制325.2.1 整车布置的基准线325.2.2 总布置图绘制的基本原则335.3 本章小结33第6章 主要总成的布置及其硬点概述346.1 各总成的布置346.1.1 发动机及传动系的布置346.1.2 驾驶室及悬架的布置356.1.3 车架总成外形及转向系的布置366.1.4 制动系及进、排气系统的布置366.2主要总成硬点概述376.2.1 整车设计基准376.2.2 总体设计方案及主要硬点376.3 本章小结41第7章 运动校核427.1 轮胎运动校核427.2 转向传动装置与悬架共同工作校核427.3 制动力匹配校核427.3.1 制动力匹配基本理论公式427.3.2 rl7050h0赛车制动力匹配校核437.4 本章小结45结论46参考文献47致谢49附录a50附录b70第1章 绪 论1.1 fsae方程式研究现状全套图纸，加153893706近年来，汽车技术突飞猛进，方程式赛车也逐步被大多数人所了解，formula sae，是由各国sae，即汽车工程师协会举办的面向在读或毕业7个月以内的本科生或研究生举办的一项学生方程式赛车比赛，要求在一年的时间内制造出一辆在加速、刹车、操控性方面有优异的表现并且足够稳定耐久，能够成功完成规则中列举的所有项目业余休闲赛车。自1981年创办以来，fsae已发展成为每年由7个国家（美国、英国、澳大利亚、日本、意大利、德国及巴西）举办的9场赛事所组成，并有数百支来自全球顶级高校的车队参与的青年工程师盛会。sae方程式（formula sae）系列赛源于1978年。第一次比赛于1979年在美国波斯顿举行，13支队伍中有11支完赛。当时的规则是制作一台5马力的木制赛车。sae方程式（formula sae）系列赛将挑战本科生、研究生团队构思、设计与制造小型具有越野性能的方程式赛车的能力。为给车队最大的设计弹性和自我表达创意和想象力的空间，在整车设计方面将会限制很少。赛前车队通常用8至12个月组的时间设计、建造、测试和准备赛车。在与来自世界各地的大学代表队的比较中，赛事给了车队证明和展示其创造力和工程技术能力的机会。2009年中国国产汽车产销分别为1379.10万辆和1364.48万辆，首次成为世界汽车产销第一大国。汽车从中国人眼中的奢侈品到代步工具，到跃居世界汽车产销量第一的头把交椅，中国只用了短短十年时间。回顾十年来中国汽车工业的突飞猛进，一浪高过一浪的市场消费力，驱使中国一跃成为全球最大的汽车消费大国，而非真正意义上的汽车产业强国。中国汽车工业一直是在借鉴和应用，国外汽车一百多年来成熟的技术和制造工艺一路走来，而缺乏自主创新研发新技术的能力和人才培育。中国大学生方程式汽车大赛（以下简称fsae）是中国汽车工程学会及其合作会员单位，在学习和总结美、日、德等国家相关经验的基础上，结合中国国情，精心打造的一项全新赛事。我国从2006年起开始组建fsae车队。湖南大学、上海交通大学、厦门理工大学与同济大学自2007年至2009年共参加了在美国和日本举办的4场fsae赛事，获得了多个单项奖及新秀奖。为搭建国内优秀汽车人才的选拔平台，培养和提高汽车专业学生的综合素质，2010年第一届中国fsae由中国汽车工程学会、中国二十所大学汽车院系、国内领先的汽车传媒集团易车（bitauto）联合发起举办。中国fsae秉持“中国创造擎动未来”的远大理想，立足于中国汽车工程教育和汽车产业的现实基础，吸收借鉴其他国家fsae赛事的成功经验，打造一个新型的培养中国未来汽车产业领导者和工程师的交流盛会，并成为与国际青年汽车工程师交流的平台。中国fsae致力于为国内优秀汽车人才的培养和选拔搭建公共平台，fsae要求各参赛队按照赛事规则和赛车制造标准，自行设计和制造方程式类型的小型单人座休闲赛车，并携该车参加全部或部分赛事环节。比赛过程中，参赛队不仅要阐述设计理念，还要由评审裁判对该车进行若干项性能测试项目，通过全方位考核，提高学生们的设计、制造、成本控制、商业营销、沟通与协调等五方面的综合能力，全面提升汽车专业学生的综合素质，为中国汽车产业的发展进行长期的人才积蓄，促进中国汽车工业从“制造大国”向“产业强国”的战略方向迈进。1.2 fsae方程式目的、依据和意义 汽车总布置设计是新车型开发的第一道工序，而新车型总体方案的确定是总布置设计的第一步。首先通过充分准备和综合分析，选择一个合理的整车方案，并经过一定的程序将其定下来。方案确定后，进行准确布置和计算，并为各总成下一步开展的工作打好基础、准备条件、提出要求并与各专业组协同完成全部的设计，共同实现整车的总目标。一种新车型的投产，除产品开发过程外，还要做大量的生产准备工作，如投入资金设备厂房、人员及制定一整套相关工艺等。这些都是为了保证整车能够稳定的大量的投入生产，并确保其整车性能和质量能被客户接受，所以整车总体方案和全部设计内容，也直接决定着工厂的投入。因此，总布置工作方案选择、布置、和计算，都是非常重要的，而且是不可缺少的。做好整车设计工作，必须做好以下两点：第一、要能准确地分析市场形势、了解客户的心理状态、车辆使用特点，熟悉工厂的生产条件，以便真正确定出合理的整车方案；第二、要有独立工作的能力。因为方案确定后，实现该方案的所有布置、计算及整车的开发工作，基本上是由一个人来完成，所以要求设计者工作不应该有任何失误，否则会造成反工和浪费，甚至失掉抢占市场的机会。因此要求设计者必须具有严谨、认真、细致、负责的精神，在整个开发过程中能协调和解决各方面问题和矛盾，使设计产品质量达到设计要求。总布置工作虽然以完成全部图纸及技术文件资料来标志着阶段性的结束，但还应该进行整车装配图的校核工作，即利用已完成的全部图纸或三维数模进行全面的细致的整车装置的图面及运动校核，及时发现问题、解决问题，使设计中存在的问题消除在试制和试装车之前。总布置设计在整车开发的过程中，占有非常重要的位置，必须认真做好这项工作。目前，中国汽车工业已处于大国地位，但还不是强国。从制造业大国迈向产业强国已成为中国汽车人的首要目标，而人才的培养是实现产业强国目标的基础保障之一。此次对大学生方程式赛车的总体布置进行设计，其目的主要有：一是重点培养学生的设计、成本控制能力和团队沟通协作能力，使学生能够尽快适应企业需求，为企业挑选优秀适用人才提供平台；二是通过设计交流创造学术竞争氛围，为师生之间、同学之间提供良好的交流平台，进而推动学科建设的提升；汽车总体布置设计是新车型开发的第一道工序，其在提高和检验汽车行业院校学生的综合素质，为汽车工业健康、快速和可持续发展积蓄人才,对增进产、学、研三方的交流与互动合作等方面具有十分广泛的意义。第2章 总布置设计准备及整车型式选择2.1 总布置设计的准备2.1.1 市场调研市场调研是制定商品规划的前提和基础，企业为了获取对外部环境的认识，需要设置专门机构，不断地进行认真、细致和规范的市场调查和预测。调研工作可以分为市场普查和专项调查。市场普查：可参与每年进行的市场情况调查，包括国内外制造厂家的产品开发生产销售国家政策地方规定、社会车辆运转情况统计、营运费用、管理维修、车辆性能、可靠性、寿命及备件供应等，从而掌握国内外市场情况、变化规律、发展趋势、用户的使用和需求状况，及时发现市场需求和预测未来。专项调查：参加为开发某车型而专门进行的市场调查，明确调查目标，细化调研提纲，对整车总成性能参数必须有初步的设想后，再对使用者和使用现场逐项进行的了解、找出差异，特别重点调研有关技术难点性能要求、结构处理、特殊用途或要求等。调研的方法主要是通过听问看和测试手段，达到预期目的，通过研究思考达到完善和创新，形成一个比较完整的方案。中国fsae赛车总体设计要求：1赛车构造赛车必须是裸露式车轮和敞开式驾驶舱（方程式车型），以及四个车轮不能在一条直线上。 2车身 从车的前端到主防滚架或者防火墙的这段空间里，除了驾驶舱必须的开口，车体上不允许有其他的开口。允许在前悬架处有微小的开口。 3轴距 赛车必须有至少1525mm（60英寸）的轴距。轴距是指在车轮指向正前方时同一侧两车轮与地面的接触点之间的距离。 4轮距 赛车较小的轮距（前轮或后轮）必须不小于较大轮距的75%。 5可视性 检查表格上所有的条目必须在不使用工具，比如内窥镜或是镜子的情况下清楚地呈现给技术检察官看。呈示时可以拆卸车身外板或提供可拆卸的可见套件。2.1.2 样车分析选同类型的样车，作为设计参数和设计的目标车型。第一届fsae北京理工大学参赛赛车，如图2.1,2.2所示：图2.1 北京理工大学参赛赛车后视图图2.2 北京理工大学参赛赛车侧视图北京理工大学参赛赛车车身尺寸为：长2868mm、宽1450mm、高1048mm，轴距1650mm，前轮轮距为1250mm，后轮轮距为1200mm，车身小巧，最小转弯半径为3m。整备质量也为208kg，前后轴荷比被设计成46:54。10英寸keizer铝合金轮毂，与规格为18*6-10（r25b）的hoosier方程式热熔胎相搭配。驾驶舱内装有萨波尔特(sabelt)的五点式安全带。cf188自然吸气式发动机，排量为493cc，最大功率可达32kw，引擎最高转速可达7000rpm，极速为135km/h，百公里加速时间5.2s。前后悬结构采用的是双横臂式、四轮盘式制动、传动方式为链条传动、后驱动轮（该车为后轮驱动）设有对称锥齿轮式差速器，而与发动机相搭配的是一台cvt无级变速器。车身是由4130钢材焊接而成的，车架之间的焊接加工工艺采用的是二氧化碳保护焊，如图2.3所示。前后willwood caliper ps1双活塞卡钳，可在保证足够的制动力同时大幅减小制动总成质量。图2.3 车架2.1.3 制定设计目标rl7050h0赛车主要应用于fsae比赛，对于各总成部件要求符合比赛规则。为了使rl7050h0赛车能够在赛事中取得优异的综合测评，要求其在动态项目中，赛车必须保持其机械性能完整性。能够顺利的完成加速性测试，8字绕环测试，高速避障测试，燃油消耗测试和耐久测试。并要将制造成本控制到最低。2.2 整车型式的选择根据设计要求，对整车型式进行方案分析，主要包括以下几个部分：（1）发动机的种类和型式（2）轴数和驱动型式（3）车头和驾驶室的型式及发动机与前轴的位置关系（4）轮胎的选择2.2.1 发动机的种类和布置型式驱动赛车的发动机必须为四冲程、排量610cc以下。第一年中国fsae大赛，发动机统一采用赞助单位提供的发动机，可以在规则的限制范围内改造发动机。 cf188（500cc）四气门atv专用发动机（如图2.4所示）是春风控股集团有限公司根据国内外atv车生产厂家对大型atv车专用发动机特有使用要求专门全新研发的四气门无极变速atv专用发动机。既保持了春风发动机寿命长、动力强、声音轻、省油、环保等五大特点，又利用春风水冷机的特点解决了沙滩车大扭矩低车速长期工作情况下对发动机的冷却要求。单缸水冷四气门四冲程化油器发动机，具有前后轴传动输出，电和手拉两种起动方式，带发动机易起动减压功能，cvt自动无极变速，带下坡发动机制动，带停车变换的发动机体内一体化高档、低档、空档、停车档、倒档和档位显示，带车速里程输出，带汽车式易更换机油滤；还可以根据厂家需要选择配套4x4车、4独立悬架的前后桥和所有传动轴，可以电控方式方便的进行4x2、4x4、前桥差速锁死的变换，ecu点火器带危险工况的保护功能，还可以选装空滤器、散热器、风扇等。图2.4 cf188发动机外形尺寸图发动机：cf188（500cc）缸径行程：87.582最大功率：24kw/6500r/min点火方式：无触点、cdi直流点火外形尺寸（长x宽x高）：610587.5519（mm）发动机形式：单缸、四冲程、水冷、四气门、顶置式凸轮轴、单平衡轴压缩比：10.2:1最低燃油消耗率(g/kw.h )：340润滑方式：压力飞溅润滑 启动方式：电起动/手拉起动2.2.2 驾驶室的型式驾驶室与发动机、前轴的布置位置，可组成不同的布置结构，形成不同的整车外型，对使用性能也有一定的影响。方案一：发动机前置前轮驱动（ff）这种布置型式为微型、普通级和中级轿车所广泛采用。与后轮驱动的乘用车相比较，前轮驱动乘用车的前桥轴荷大，有明显的不足转向性能；因为前轮是驱动轮，所以越过障碍的能力高；主减速器和变速器装在同一个壳体内，动力总成结构紧凑，且不需要在变速器与主减速器之间设置传动轴，车内地板凸包高度降低，有利提高乘坐舒适性；发动机布置在轴距外时，汽车的轴距可以缩短，因而有利于提高汽车的机动性；汽车的散热器布置在汽车前部，散热条件好，发动机可以得到足够的冷却；行李箱布置在汽车后部，固有足够大的行李箱空间；容易改装为客货两用车或救护车；供暖机构简单，且因管路短而供暖效率高；发动机、离合器、变速器与驾驶员位置近，所以操纵机构简单；发动机横置时能缩短汽车的总长，加上取消了传动轴等因素的影响，汽车消耗的材料明显减少，使整备质量减轻；发动机横置时，原主减速器的锥齿轮需要用圆柱齿轮取代，这又降低了制造难度，同时在装配和使用时也不必进行齿轮调整工作，此时，变速器和主减速器可以使用同一种润滑油。前轮驱动并转向需要采用等速万向节，其结构和制造工艺均复杂；前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；上坡行驶时因驱动轮上的附着力减小，汽车爬坡能力降低，特别是在爬越泥泞的坡路时，驱动轮容易打滑并使汽车丧失操纵稳定性；由于后轴负荷小而且制动时轴荷要前移，后轮容易抱死并引起汽车侧滑；当发动横置时受空间限制，总体布置工作困难，维修与保养时的接近性变差；一旦发生正面碰撞事故，因发动机及其附件损失较大，维修费用高。方案二:：发动机前置后轮驱动（fr）汽车的传统布置形式，常为中高级及高级轿车所采用。轴荷分配合理，因而有利于提高轮胎的使用寿命；前轮不驱动，因而不需要采用等速万向节，这有利于减少制造成本；操纵机构简单；采暖机构简单，且管路供暖效率高；发动机冷却条件好；上坡行驶时，因驱动轮上的附着力增大，故爬坡能力强；改装为客货两用车或救护车比较容易；有足够大的行李箱空间；因变速器与主减速器分开，故拆装、维修容易；发动机的接近性良好。因为车身地板下方有传动轴，所以地板上有凸起的通道，并使后排座椅中部座垫的厚度减薄，影响乘坐舒适性；汽车正面与其他物体发生碰撞时，易导致发动机进入客厢，会使前排乘员受到严重伤害；汽车的总长、轴距均较长，整车整备质量增大，同时影响到汽车的燃油经济性和动力性。方案三：发动机后置后轮驱动（rr）这种布置在微型汽车和小型轿车上曾得到广泛使用，但现在轿车上已很少采用。动力总成布置成一体而使机构紧凑，因为发动机后置，汽车前部高度有条件降低，改善驾驶员视野；同时排气管不必从前部向后部延伸，加上可以省掉传动轴，故可向内地板凸包只需要有较低的高度用来容纳操纵机构的杆件和加强地板刚度即可，这就改善了后排座椅中间座位乘员出入的条件；整车整备质量小；乘客座椅能够布置在舒适区域；上坡行驶时，由于驱动轮上的附着力增加，爬坡能力提高；当发动机布置在轴距外时轴距短，汽车机动性能好。后轴负荷重，使汽车具有过多转向倾向，操纵性变坏；前轮附着力小，高速行驶时转向不稳定，影响操纵稳定性；行李箱在前部，受转向轮转向时要占据一定空间和改善驾驶视野的影响，行李箱体积不够大；因动力总成在后部，距驾驶员较远，所以操纵机构复杂；驾驶员发现发动机故障不如发动机前置容易；发动机后置不仅对发动机冷却和前风挡玻璃除霜带来不利，而且发动机工作噪声容易传给驾驶员，一旦汽车发生追尾事故，又会对后排乘员构成危险；受发动机高度影响，改装为客货两用车或救护车困难。方案四:：发动机中置后轮驱动（mr)是大多数运动型轿车和方程式赛车所采用的型式。此外，某些大、中型客车也采用该型式，但采用该型式的货车很少。对于运动型车,可获得最佳的轴荷分配，操纵稳定性和行驶平顺性较好.发动机临近驱动桥，无需传动轴，从而减轻车重，具有较高的传动效率；重量集中，车身平摆方向的惯性力矩小，转弯时，转向盘操作灵敏，运动性好；对于大、中型客车具有车厢内的面积利用率较高、车内噪音小、传动轴短、传动效率高等优点。发动机的布置占据了车厢和行李箱的一部分空间，通常，车厢内只能安放2张座椅；对发动机的隔音和绝热效果差，乘坐舒适性有所降低；对于大、中型客车,发动机需要特殊设计，且其冷却和防尘不易；远程操纵机构复杂，维修保养不便.地板高度难于降低。因赛车的布置结构紧凑，选用此种布置发动机。2.2.3 轮胎的选型根据车辆类型、总质量、道路条件、车速及其他特殊要求，合理地选择轮胎。轮胎选择的好坏直接影响整车的使用性能，如动力性、经济性、通过性、安全性等。因此必须按使用要求、道路条件和国家标准进行合理的选择。一般在汽车满载时，轮胎所受的静负荷应等于小于它的额定负荷（约0.91.0）。这主要根据车辆的使用情况和道路条件而定，在条件比较好的情况下不超载、道路条件好，轮胎的静负荷可与额定负荷相等或相近，气压也可选高一点，这样会提高整车的经济性能。轮胎选择的另一个关键因素是车速。随着高速公路的发展和道路条件的改善，现代汽车的车速越来越高，对于轮胎来说，车速越高，轮胎的发热量也越大，致使轮胎的磨损和寿命都受到影响。轮胎的额定负荷能力是在一定车速下给定的，超过该车速长期使用合适轮胎的寿命急剧下降。另外，还要考虑的一个因素是超载。车辆超载或减载运行将对轮胎的负荷能力和使用寿命产生直线下降或上升的影响。所以要根据具体的使用条件道路、载荷、车速等因素来选择轮胎的规格、基本参数、气压和负荷能力，以保证整车的正常使用和性能的发挥。汽车常用的轮胎有普通斜交胎和普通子午线胎。普通斜交胎的胎体帘线层较多，胎侧厚，使用中不易刺破，侧向刚度大，但是缓冲性能差。而子午线胎的帘布层呈子午线排列，是帘布线的强度得到充分的利用，缓冲层也较多，加强了胎冠，所以提高了轮胎的缓冲性能、附着性能和使用寿命，滚动阻力比普通斜交胎要小，因而提高了整车的经济性。但是制造成本较高，由于胎侧较薄，侧向刚度小，太侧易被刺破。但是其优点较明显，相对斜交轮胎，子午线轮胎具备以下特点 : 良好的操纵稳定性能、安全的转弯性能 、良好的耐磨性能、生热少、滚动阻力低，节省燃油费用、牵引能力强，打滑少、高速行驶时的乘车舒适感好。2010中国fsae攒足轮胎相关参数见表2.1，赛事规定赛车可装备如下两套轮胎： 表2. 1 2010中国fsae赞助轮胎的相关参数规格180/530r13轮胎接地面宽(mminch)1857.3标准轮辋内距8.0轮胎半径(mm)244轮胎胎面宽(mminch)2238.8轮胎周长1626轮胎外径(mminch)53321.0轮辋内距7.5-8.5干胎在检查时安装在赛车上的轮胎定义为干胎。干胎尺寸任意，型号任意。他们可以是光头胎，也可是有纹的 雨胎雨胎可以是如下规定的任何型号和尺寸的有花纹和沟槽的样式：（1）花纹和沟槽的图案必须是由轮胎厂商塑造成型的，任何被刻制的花纹沟槽必须有文件证明它是符合比赛的相关规定的。 （2）沟槽最浅为2.4mm（3/32英寸）。2.2.4 转向机构型式的选择1齿轮齿条式转向器中小型轿车以及前轴轴荷小于1.2t的客车、货车，多采用该种型式，如图2.5所示。齿轮齿条式转向器的传动副为齿轮与齿条。转向轴带动小齿轮旋转时，齿条便做直线运动。有时，靠齿条来直接带动横拉杆，就可使转向轮转向。通常均布置在前轮轴线之后。转向传动副的主动件是一斜齿圆柱小齿轮，它和装在外壳中的从动件齿条相啮合，外壳固定在车身或车架上。齿条利用两个球接头直接和两根分开的左、右横拉杆相联。横拉杆再经球接头与梯形臂相接。齿轮齿条式转向器是依靠齿条背部靠近主动小齿轮处装置的可调节压力的弹簧来消除齿轮齿条传动副的齿间间隙的。为了转向轻便，主动小齿轮的直径应尽量小。通常，这类转向器的齿轮模数多在23mm范围内，压力角为20。，主动小齿轮有58个齿，螺旋角为915。根据小齿轮螺旋角和齿条倾斜角的大小和方向的不同，可以构成不同的传动方案。齿轮齿条式液压助力转向器，是相对于机械转向器而言的，其增加了转向油泵、转向油壶、转向油管、转向阀、转向油缸等部件，以期达到改善驾驶员手感，增加转向助力的目的的转向装置。齿轮齿条式转向器结构简单、紧凑；布置方便；制造容易，成本低廉；壳体采用铝合金或镁合金压铸而成，转向器的质量较小；转向灵敏,传动效率高达90%；齿轮与齿条间因磨损出现间隙以后，利用装在齿条背部、靠近主动小齿轮处的压紧力可以调节的弹簧，能自动消除齿间间隙，能提高转向系统的刚度，防治工作时产生冲击和噪声；占用体积小,便于布置，制造容易。但转向传动比较小，(一般不大于15)，且齿条沿其长度方向磨损不均匀；逆效率高（60% 70%），不易控制。2循环球式转向器当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用，如图2.6所示。由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向盘的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动，滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合，因而滚珠螺杆的旋转运动变为直线运动，螺母再与扇形齿轮啮合，直线运动再次变为旋转运动，使连杆臂摇动，连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮的方向。循环球式转向器又有两种结构型式，即常见的循环球一齿条齿扇式,和另一种即循环球一曲柄销式。它们各有两个传动副，前者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的齿条与摇臂轴上的齿扇传动副；后者为：螺杆、钢球和螺母传动副以及螺母上的销座与摇臂轴上的锥销或球销传动副。两种结构的调整间隙方法均是利用调整螺栓移动摇臂轴来进行调整。循环球式转向器的传动效率高、工作平稳、可靠，操纵起来比较轻便舒适，螺杆及螺母上的螺旋槽经渗碳、淬火及磨削加工，耐磨性好、机械部件的磨损较小，使用寿命相对较长。齿扇与齿条啮合间隙的调整方便易行，这种结构与液力式动力转向液压装置的匹配布置也极为方便。但逆效率高，结构复杂，制造困难，制造精度要求高。 图2.5 齿轮齿条式转向器 图2.6 循环球式转向器3蜗杆曲柄销式转向器它是以蜗杆为主动件，曲柄销为从动件的转向器。蜗杆具有梯形螺纹，手指状的锥形指销用轴承支承在曲柄上，曲柄与转向摇臂轴制成一体。转向时，通过转向盘转动蜗杆、嵌于蜗杆螺旋槽中的锥形指销一边自转，一边绕转向摇臂轴做圆弧运动，从而带动曲柄和转向垂臂摆动，再通过转向传动机构使转向轮偏转。这种转向器通常用于转向力较大的载货汽车上，如图2.7所示。转向器的传动比可以做成不变的或者变化的；指销和蜗杆之间的工作面磨损后，调整间隙工作容易。固定指销式磨损快、工作效率低。旋转指销式结构复杂。双指销式结构复杂、尺寸和质量大，并且对两主销间的位置精度、螺杆上的形状及尺寸精度等要求较高。传动比的变化特性和传动间隙特性的变化受限制。应用很少。4球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛应用在轻型和中型汽车上，如图2.8所示。如前轴轴荷不大于2.5t且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车。这种转向器的传动副是球面蜗杆及滚轮。滚轮用滚动轴承支承在摇臂轴上，又有双齿滚轮和三齿滚轮之分。球面蜗杆上的螺旋齿是在凹圆弧线绕一轴线旋转而成的表面上切削而成的，因此又称为圆弧面蜗杆，其承载能力比通常齿顶在同一圆柱表面上的圆柱蜗杆大1.52倍。这可由球面蜗杆同时有更多的齿进人啮合和啮合时接触较好来解释。球面蜗杆也可使摇臂轴有更大的转角。采用双齿滚轮时摇臂轴转角可达80。左右，采用三齿滚轮时可达100。由于其传动副以滚动摩擦代替了滑动摩擦，使摩擦损失减小，传动效率+可达0.770.82，而逆效率-则较低，约为0.6。其磨损小，工作可靠，使用寿命长。可利用轴向移动摇臂轴以改变滚轮与蜗杆中心距的方法来调整传动间隙。正效率低；工作齿面磨损以后，调整啮合间隙比较困难，转向器的传动比不能变化。 图2.7 蜗杆曲柄销式转向器 图2.8 球面蜗杆滚轮式转向器2.2.5 制动器型式的选择鼓式制动器的各种结构形式如图2.9af所示。不同形式的鼓式制动器的主要区别有：蹄片固定支点的数量和位置不同；张开装置的形势与数量不同；制动时两块蹄片之间有无相互作用。制动力大小的比较：按照制动力由大到小排列为双向增力式、单向增力式、双向双领蹄式、单向双领蹄式、领从蹄式、双从蹄式。制动稳定性的比较：按照制动稳定性由大到小排列为双从蹄式、领从蹄式、单向双领蹄式、双向双领蹄式、单向增力式、双向增力式。盘式制动器分为全盘式（如图2.10所示）和钳盘式两种，钳盘式又分为浮动钳盘式（如图2.11所示）和固定钳盘式（如图2.12所示）。钳盘式制动器制动钳的布置可以在车轴之前或之后。制动钳位于轴前可避免轮胎向钳内甩溅泥水污物；位于轴后则可减小制动时轮毂轴承径向合力。盘式制动器尤其是浮动钳式盘式制动器已十分广泛地用于轿车的前轮。与鼓式后轮制动器配合，也可使后轮制动器较容易地附加驻车制动的驱动机构，兼作驻车制动器之用。有些高性能轿车的前、后轮都采用盘式制动器，主要是为了保持制动力分配系数的稳定。(f)(d)(e)(c)(b)(a)qqqqccaaaaaceeeeeeprrrrn1n1n1n1n1n1n1n1n1n1n1n1pppppppp2p1图2.9 鼓式制动器简图（a）领从蹄式（用凸轮张开） （b）领从蹄式用制动轮缸张开）（c）领从蹄式（非双向，平衡式）（d）双向领从蹄式 （e）单向增力式 （f）双向增力式盘式制动器也开始用于某些不同等级的客车和载货汽车上。有些重型载货汽车采用多片全盘式制动器以获得大的制动力矩，但制动盘的冷却条件差，温升较大。aaa-a图2.10 多片全盘式制动器结构图p1p1（a）滑动前盘式 （b）摆动钳盘式 图2.11 浮动钳盘式制动机器工作原理图 图2.12 固定钳盘式制动器结构图与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：（1）热稳定性较好。这是因为制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用，还因为制动摩擦衬块的尺寸不长，其工作表面的面积仅为制动盘而积的121 6故散热比较好。（2）水稳定性较好。因为制动衬块刘。盘的单位压力高，易将水挤出，同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上衬块对盘的擦拭作用，因而，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常；而鼓式制动器则需经过甚至十余次制动方能恢复正常制动效能。（3）制动稳定性好。盘式制动器的制动力矩与制动油缸的活塞推力及摩擦系数成线性关系，再加上无自行增势作用，因此在制动过程中制动力矩增长较和缓，与鼓式制动器相比，能保证高的制动稳定性。（4）制动力矩与汽车前进和后退行驶无关。（5）在输出同样大小制动力矩的条件下，盘式制动器的质量和尺寸比鼓式的要小。（6）盘式的摩擦衬块比鼓式的摩擦衬片在磨损后更易更换，结构也较简单，维修保养容易。（7）制动盘与摩擦衬块间的间隙小(0.050.15mm)，这就缩短了油缸活塞的操作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。（8）制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失，这也使间隙自动调整装置的设计可以简化。（9）易于构成多回路制动驱动系统，使系统有较好的可靠性和安全性以保证汽车在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。（10）能方便地实现制动器磨损报警，以便及时更换摩擦衬块。盘式制动器的主要缺点是：（1）难以完全防止尘污和锈蚀(但封闭的多片全盘式制动器除外)。（2）兼作驻车制动器时，所需附加的驻车制动驱动机构较复杂，因此有的汽车采用前轮为盘式后轮为鼓式的制动系统。（3）由于无自行增势作用，制动效能较低，中型轿车采用时即需加力装置。2.2.6 悬架布置形式汽车悬架包括弹性元件，减振器和传力装置等三部分，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。从轿车上来讲，弹性元件多指螺旋弹簧，它只承受垂直载荷，缓和及抑制不平路面对车体的冲击，具有占用空间小，质量小，结构简单，无需润滑的优点，但由于本身没有摩擦而没有减振作用。减振器指液力减振器或压缩空气减振器，是为了加速衰减车身的振动，它是悬架机构中最精密和复杂的机械件。传力装置是指车架的上下摆臂等叉形刚架、转向节等元件，用来传递纵向力，侧向力及力矩，并保证车轮相对于车架(或车身)有确定的相对运动规律。汽车悬架的形式分为非独立悬架和独立悬架两种：方案一： 非独立悬架非独立悬挂架的左右车轮装在一根整体的刚性周或非断开时驱动桥的桥壳上。结构简单，制造、维护方便，经济性好；工作可靠，使用寿命长；车轮跳动时，轮距、前柬不变，因而轮胎磨损小；转向时，车身侧倾后车轮的外倾角不变，传递侧向力的能力不降低；侧倾中心位置较高，有利于减小转向时车身的侧倾角。由于车桥与车轮一起跳动，因而需要较大的空间，影响发动机或行李箱的布置。用于轿车或载货汽车的前悬架时，一般需要抬高发动机或是将车桥(轴)做成中间下凹的形状以利发动机布置，这将增加制造成本；用于轿车后悬架时，会导致行李箱容积减小，备胎的布置也不方便；用于驱动桥时，会使得非悬挂质量较大，不利于汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；当两侧车轮跳动高度不一致时(例如左右车轮驶过的凸起高度不同)，整根车桥会倾斜，使左右车轮直接相互影响；在不平路面直线行驶时，由于左右车轮跳动不一致而导致的轴转向会降低直线行驶的稳定性；用于驱动桥时，驱动桥的输入转矩会引起左右车轮负荷转移。如图2.13所示为导向杆系非独立悬架应用于轿车后驱动桥。方案二:：独立悬架与非独立悬架相比，独立悬架具有如下优点：非悬挂质量小，悬架所受到并传给车身的冲击载荷小，有利于提高汽车的行驶平顺性及轮胎的接地性能；左右车轮的跳动没有直接的相互影响，可减少车身的倾斜和振动；占用横向空间少，便于发动机布置，可以降低发动机的安装位置，从而降低汽车质心位置，有利于提高汽车的行驶稳定性；易于实现驱动轮转向。图2.13 导向杆系非独立悬架1双横臂式独立悬架（如图2.14所示）按其上、下横臂的长短又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种。等长双横臂式悬架在其车轮作上、下跳动时，可保持主销倾角不变，但轮距却有较大的变化，会使轮胎磨损严重，故已很少采用，多为不等长双横臂式悬架所取代。后一种型式的悬架在其车轮上、下跳动时，只要适当地选择上、下横臂的长度并合理布置，即可使轮距及车轮定位参数的变化量限定在允许范围内。这种不大的轮距改变，不应引起车轮沿路面的侧滑，而为轮胎的弹性变形所补偿。因此，不等长双横臂式独立悬架能保证汽车有良好的行驶稳定性，已为中、高级轿车的前悬架所广泛采用，也适用于跑车和赛车的驱动桥。突出优点在于设计的灵活性，可以通过合理选择空间导向杆系的铰接点的位置及导向臂(或称为控制臂)的长度，使得悬架具有合适的运动特性(亦即当车轮跳动或车身侧倾时，车轮定位角及轮距的变化能尽量满足设计的要求)，并且形成恰当的侧倾中心和纵倾中心。垂直方向尺寸小，车轮接地性能好。结构较复杂，占用空间较多，铰接点多，制动似的点头效应会引起弹簧倾斜。2麦弗逊式独立悬架（如图2.15所示）可将导向机构及减振装置集合到一起，将多个零件集成在一个单元里。这样一来，相对双横臂悬架而言，它不仅简化了结构，减小了质量，还节省了空间，降低了制造成本，并且几乎不占用横向空间，有利于车身前部地板的构造和发动机布置，这一点在用于紧凑型轿车(例如微型轿车，它们几乎全部采用前置前驱动方式)的前悬架时，具有无可比拟的优势。麦克弗逊悬架的另外一些优点包括：铰接点的数目较少；上下铰点之间有较大的距离，下铰点与车轮接地点之间距离较小，这对减少铰点处的受力有利；弹簧行程较大。另外，当车轮跳动时，其轮距、前束及车轮外倾角等均改变不大，减轻了轮胎的磨损，也使汽车具有良好的行驶稳定性。 图2.14 双横臂式独立悬架 图2.15 麦弗逊式独立悬架由于自由度减少，悬架运动特性的可设计性不如双横臂悬架；振动通过上支承点传递给汽车头部，需采取相应措施隔离振动、噪声；减振器的活塞杆与导向套之间存在摩擦力，使得悬架的动刚度增加，弹性特性变差，小位移时这一影响更加显著；对轮胎的不平衡较敏感；减振器紧贴车轮布置，其间空间很小，有些情况下不便于采用宽胎或加装防滑链。2.2.7 差速器型式的选择方案一：对称式圆锥行星齿轮差速器最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上，如图2.16所示。普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差速器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等。当汽车在坏路上行驶时，严重影响通过能力。如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时，虽然另一驱动轮在良好路面上，汽车却往往不能前进（俗称打滑）。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转，在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小，路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩，因此差速器分配给此轮的转矩也较小，尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大，但因平均分配转矩的特点，使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩，以致驱动力不足以克服行驶阻力，汽车不能前进，而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进，反而浪费燃油，加速机件磨损，尤其使轮胎磨损加剧。方案二：强制锁止式防滑差速器（如图2.17所示）当一侧驱动轮在坏路上滑转时，能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮，以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力，使汽车顺利起步或继续行驶。 图2.16 普通圆锥齿轮 图2.17 啮合套式强制锁止差速器 差速器的工作原理简图左、右驱动车轮可以传递由附着力决定的全部转矩。当汽车因某一驱动车轮滑转而停车时，已经失去原有的冲力，再起步时需要克服比行驶时大得多的阻力，因而驱动车轮需要发挥更大的牵引力，而这时由于滑转而遭到破坏的地表而往往不能承受这样大的牵引力。除非另一驱动车轮附着良好，否则，当左右车轮都处在附着系数比较小的路面上，则虽锁住差速器，牵引力仍然会超过车轮与路面的附着力，汽车仍无法起步和前进。因此在一般表面状况变化不大的路面上，即使锁住差速器，汽车总牵引力的增加往往不超过25。另外，当汽车驶入较好的路面时，差速器的锁止机构应即时松开否则将产生与无差速器时一样的问题，例如使转弯困难、轮胎加速磨损、使传动系零件过载和消耗过多的功率等。方案三：torson 差速器托森差速器主要由蜗杆行星齿轮，差速器壳体，前输出轴和后输出轴四套大部件组成，如图2.18所示。发动机输出的动力直接用来驱动托森差速器的壳体，壳体的转动会带动三组蜗杆行星齿轮转动，行星齿轮与壳体之间是由直齿连接的，与前后输出轴之间是由蜗杆连接的。这样动力可以顺利的通过行星齿轮分配给前后输出轴从而能够驱动前后车桥。正是因为行星齿轮的蜗杆设计，让它具备了一个自锁死功能。一旦某一车轮遇到较大阻力时，托森差速器会向这个车轮传输更大的动力。torsen差速器是恒时4驱，牵引力被分配到了每个车轮，于是就有了良好的弯道、直线(干/湿)驾驶性能。torsen自锁中心差速器确保了前后轮均一的