汽车设计-吉林大学-第四版-王望予

汽车设计吉林大学第四版王望予本章主要内容:概述；汽车形式的选择;汽车主要参数的选择;发动机的选择;车身形式;轮胎的选择;汽车的总体布置;运动校核。第一节概述一、进行汽车总体设计应满足的根本要求1〕汽车的各项性能、本钱等，要求到达企业在商品方案中所确定的指标。2〕严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。3〕尽最大可能地去贯彻三化，即标准化、通用化和系列化。4〕进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和防止运动干预。5〕拆装与维修方便。1、汽车新产品开发流程2、概念设计〔造型设计→总体布置→编写设计任务书〕是指从产品创意开始，到构思草图、出模型和试制出概念样车等一系列活动的全过程。概念设计阶段，还要完成汽车的造型设计工作。造型设计包括外部造型、内饰设计和色彩设计。外部造型设计必须建立在汽车总体布置根底上，并考虑汽车应当有良好的空气动力学特性和制造工艺性。汽车的总体布置是建立在保证汽车有良好的使用性能根底上进行的。当外部造型设计与总体布置设计出现矛盾的时候，应该服从总体设计的需要。要求造型设计人员能结合各种限定的条件从事创造性工作。在概念设计期间，通过绘制外形构思草图、美术效果图和制作油泥模型等一系列工作，能表达出造型设计的主要工作。汽车内部局部造型的美术效果图总体方案确定后要画总布置草图。为了解市场需求，要调查分析市场容量的大小，确定最经济的生产纲领、生产方式等。编写设计任务书。设计任务书主要应包括以下内容：1〕可行性分析，其内容包括市场预测，企业技术开发和生产能力分析，产品开发的目的，新产品的设计指导思想，预计的生产纲领和产品的目标本钱以及技术经济分析等。2〕产品型号及其主要使用功能、技术规格和性能参数。3〕整车布置方案的描述及各主要总成的结构、特性参数；标准化、通用化、系列化水平。4〕国内、外同类汽车技术性能的分析和比照。5〕本车拟采用的新技术、新材料和新工艺。第二节汽车形式的选择二、汽车形式的选择不同形式的汽车，主要表达在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别。〔－〕轴数影响选取轴数的因素：主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等。思考题：为什么增加汽车轴数是不得已的选择？选择原那么：包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，如矿用自卸车等，均采用结构简单、制造本钱低廉的两轴方案；总质量在19～26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式。〔二〕驱动形式汽车驱动形式有4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等。影响选取驱动形式的主要因素：汽车的用途、总质量和对车辆通过性能的要求等。选择原那么：乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造本钱低的4×2驱动形式。总质量在19～26t的公路用车辆，采用6×2或6×4驱动形式。对于越野汽车，为提高其通过性，可采用4×4、6×6、8×8的驱动形式。〔三〕布置形式是指发动机、驱动桥和车身〔或驾驶室〕的相互关系和布置特点而言。1．乘用车的布置形式主要有三种：发动机前置前轮驱动〔FF〕发动机前置后轮驱动〔FR〕发动机后置后轮驱动〔RR〕少数乘用车采用发动机前置全轮驱动。〔1〕发动机前置前轮驱动〔FF〕应用：目前在发动机排量为2．5L以下的乘用车上得到广泛应用。思考题：与后轮驱动的乘用车比拟，发动机前置前轮驱动〔FF〕这种布置形式哪些主要优缺点?思考题：前置发动机的布置方案不同有哪些影响?〔2〕发动机前置后轮驱动〔FR〕应用：在发动机排量较大的乘用车上得到应用。思考题：发动机前置后轮驱动乘用车有哪些主要优缺点?〔3〕发动机后置后轮驱动〔RR〕应用：目前乘用车极少采用发动机后置后轮驱动方案。思考题：发动机后置后轮驱动乘用车有哪些主要优缺点?〔2〕货车的布置形式1〕平头式、短头式和长头式货车①平头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？②短头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？③长头式货车布置特点：思考题：主要优缺点？④偏置式驾驶室的货车布置特点：思考题：主要优缺点？2〕发动机前置、中置、后置①发动机前置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？②发动机中置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？③发动机后置后桥驱动货车思考题：主要优缺点？〔3〕越野车的布置形式根据驱动桥数不同，越野车分为4×4、6×6、8×8等形式。非贯穿式驱动桥布置特点：动力由发动机传至分动器，然后从分动器传给各桥时，是经分动器的三个输出轴和万向节传动轴分别传给三个桥。轴距布置方案：第二节结束！3．前轮距B1和后轮距B2改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾刚度、最小转弯直径等因素发生变化。受汽车总宽不得超过2．5m限制，轮距不宜过大。4．前悬LF和后悬LR前悬尺寸对汽车通过性、碰撞平安性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选的前悬尺寸，应当在保证能布置下保险杠、散热器风扇、发动机、转向器等部件的同时尽可能短些。对载客量少些的平头车，要求前悬有一定的尺寸。长头货车前悬一般在1100～1300mm范围内。5．货车车头长度是指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。车头长度尺寸对车身形式、汽车外观效果、驾驶室居住性、汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响。长头型货车车头长度尺寸一般在2500～3000mm之间，平头型货车一般在1400～1500mm之间。6、货车车箱尺寸要求车箱尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数。车箱边板高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响，一般应在450～650mm范围内选取。车箱内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些，以利缩短边板高度和车箱长度。车箱内长应在满足运送上述货物到达额定吨位的条件下尽可能取短些，以利于减小整备质量。第三节汽车主要参数的选择二、汽车质量参数确实定汽车的质量参数包括整车整备质量m0、载客量、装载质量、质量系数ηm0、汽车总质量ma、轴荷分配等。1、整车整备质量m0是指车上带有全部装备〔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。整车整备质量对汽车的制造本钱和燃油经济性有影响。思考题：为什么要尽可能减少整车整备质量？有哪些措施？减少整车整备质量，是从事汽车设计工作必须遵守的一项重要原那么。减少整车整备质量的措施主要有：新设计的车型应使其结构更合理，采用强度足够的轻质材料。整车整备质量在设计阶段需估算确定。2．汽车的载客量和装载质量〔简称载质量〕〔1〕汽车的载客量：〔包括驾驶员在内〕〔2〕汽车的载质量me汽车的载质量是指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越野行驶时或在土路上行驶时的额定载质量。商用货车载质量me确实定：首先应与企业商品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。第三节汽车主要参数的选择3、质量系数ηm0是指汽车载质量与整车整备质量的比值，即ηm0＝me／m0该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，ηm0值越大，说明该汽车的结构和制造工艺越先进。第三节汽车主要参数的选择4．汽车总质量ma是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。乘用车和商用客车的总质量ma：ma＝m0＋65n十αn〔kg〕第三节汽车主要参数的选择5．轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷。也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。思考：轴荷分配对轮胎寿命和汽车使用性能的影响？要求：设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理地选取轴荷分配。影响因素：汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件。措施与方法：当总体布置进行轴荷分配计算不能满足预定要求时，可通过重新布置某些总成、部件〔如油箱、备胎、蓄电池等〕的位置来调整。必要时，改变轴距也是可行的方法之一。三、汽车性能参数确实定1．动力性参数包括最高车速υamax、加速时间t、上坡能力、比功率和比转距等。〔2〕加速时间t汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。〔3〕上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数imax来表示。通常要求货车能克服30％坡度，越野车能克服60％坡度。〔4〕汽车比功率Pb和比转矩Tb比功率Pb：Pb＝Pemax／ma它可以综合反映汽车的动力性。我国GB7258－1997《机动车运行平安技术条件》规定：农用运输车与运输用拖拉机的比功率Pb≥4.0kW／t，而其他机动车Pb≥4.8kw／t。比转矩Tb：Tb＝Temax／ma它反映汽车的牵引能力。第三节汽车主要参数的选择2．燃油经济性参数用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量〔L／100km〕来评价。第三节汽车主要参数的选择3．汽车最小转弯直径Dmin是指转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径。Dmin用来描述汽车转向机动性，是汽车转向能力和转向平安性能的一项重要指标。影响汽车Dmin的因素：与汽车本身有关的因素和法规及使用条件对Dmin的限定。与汽车本身有关的因素：包括汽车转向轮最大转角、汽车轴距、轮距以及转向轮数〔如全轮转向〕等。GB7258－1997《机动车运行平安技术条件》中规定：机动车的最小转弯直径不得大于24m。当转弯直径为24m时，前转向轴和末轴的内轮差〔以两内轮轨迹中心计〕不得大于3．5m。第三节汽车主要参数的选择4、通过性几何参数总体设计要确定的通过性几何参数：最小离地间隙hmin，接近角γ1，离去角γ2，纵向通过半径ρ1等。第三节汽车主要参数的选择5、操纵稳定性参数与总体设计有关并能作为设计指标的有：〔1〕转向特性参数为了保证有良好的操纵稳定性，汽车应具有一定程度的缺乏转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差δ1－δ2作为评价参数，此参数在1°～3°为宜。〔2〕车身侧倾角汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3°以内较好，最大不允许超过7°。〔3〕制动前俯角为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g的减速度制动时，车身的侧俯角不大于1.5°。6、制动性参数汽车制动性：是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的平安车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。评价指标：目前常用制动距离st、平均制动减速度j和行车制动的踏板力及应急制动时的操纵力来评价制动效能。GB7258－1997《机动车运行平安条件》中规定：第三节汽车主要参数的选择7、舒适性包括平顺性、空气调节性能〔温度、湿度等〕、车内噪声、乘坐环境〔活动空间、车门及通道宽度、内部设施等〕及驾驶员的操作性能。评价：汽车行驶平顺性常用垂直振动参数评价，包括频率和振动加速度等，此外悬架动挠度也用来作为评价参数之一。第四节发动机的选择一、汽车用发动机的分类二、发动机形式的选择1、汽油机与柴油机的选用汽油机的排放污染物以CO、HC、NOx为主。柴油机排放污染物中的CO、HC比汽油机低，NOx比汽油机高，柴油机排气中的微粒PM比汽油机高得多。总的评价是汽油机的排放指标不如柴油机。在进行发动机选型时，一定要考虑国家或城市制定汽车排放法规。发动机噪声，是汽车的主要噪声源，对车内外行驶噪声有很大影响。汽车工业兴旺国家对汽车加速噪声和发动机噪声均以法规形式予以限制。采用电控燃油技术可使柴油机燃烧噪声显著降低。发动机振动也影响乘员乘坐舒适性。为了降低油耗、节约能源和材料，要求尽可能减轻汽车的质量。而减少发动机的质量对减轻汽车整备质量有较大影响。可用质量功率比这一指标评价发动机质量。汽油机为1～3.7kg／kW，要小于柴油机的质量功率比2～7kg／kW。要求发动机的尺寸尽可能小，占用的空间尽可能少。在相同的条件下，通常柴油机比汽油机的尺寸要大些。发动机的可靠性直接关系到使用维修费、市场销售占有率和影响到客户对发动机也包括对汽车的信誉。选用工作可靠的发动机，就相当于提高了汽车的可靠性。—般情况下，柴油机的工作可靠性要好于汽油机。耐久性通常用大修寿命或首次大修里程来评价。通常情况下，柴油机的耐久性要好于汽油机。一般情况下，柴油机的燃油消耗率低于汽油机。目前，对动力性要求比拟高，又要求乘坐舒适性良好的乘用车、车辆总长较小的客车或总质量小些的货车，广泛应用的是汽油机；在日本与欧洲及国内生产的上述车型有些用柴油机。四冲程汽油机在上述车型中占有较大的比例。总质量较大的货车以应用柴油机为主。国外，载质量在4t以上的货车全部用柴油机。2、气缸排列形式与冷却方式的选用发动机的气缸有直列、水平对置和V型三种排列形式。发动机排量小的汽油机多采用直列式发动机并用在乘用车上。发动机排量大的乘用车以及总质量大的货车采用V型发动机的较多。水平对置式发动机用在少量车辆总长较长的客车上。发动机有水冷与风冷两种冷却方式。目前，大多数汽车发动机用水冷方式冷却。第四节发动机的选择3、其他发动机的选型①目前，车用燃气机的技术开展已经成熟。天然气汽车已在使用。②氢燃料汽车已经开发成功。③近来电动汽车受到重视，并得到较快开展。在解决了关键技术，尤其是蓄电池技术以后，电动汽车应该是未来交通运输工具的最正确选择。④混合动力汽车是指包含两种或两种以上动力源并能协调工作的车辆。可以分为蓄电池储能、液压储能和飞轮储能三种。使用液压蓄能器的汽车混合动力系统已在某些客车上得到应用，燃油经济性可提高25%～30%。第四节发动机的选择三、发动机主要性能指标的选择1、发动机最大功率Pemax和相应转速np1〕根据所设计汽车应到达的最高车速υamax〔km／h〕，估算发动机最大功率：3〕最大功率Pemax对应转速np的范围如下：汽油机的np在3000～7000r／min，因乘用车最高车速高，np值多在4000r／min以上；总质量小些的货车的np值在4000～5000r／min之间，总质量居中货车的np值更低些。柴油机的np值在1800～4000r／min之间。乘用车和总质量小些的货车用高速柴油机，np值常取在3200～4000r／min之间；总质量大些的货车的柴油机np值在1800～2600r／min之间。第四节发动机的选择四、发动机的悬置1〕发动机悬置应满足下述性能要求：〔1〕要求悬置元件刚度大些为好；〔2〕要求悬置元件有良好的隔振性能；〔3〕要求悬置元件有减振降噪功能，并要求悬置元件工作在低频大振幅时〔如发动机怠速状态〕提供大的阻尼特性，而在高频低幅振动鼓励下提供低的动刚度特性，以衰减高频噪声。〔4〕悬置元件还应当满足耐机械疲劳、橡胶材料的热稳定性及抗腐蚀能力等方面的要求。〔5〕此外，液室与外部之间应密封良好。2〕布置要求：发动机前悬置点，应布置在动力总成质心的附近，支座应尽可能宽些并布置在排气管之前。3〕悬置的结构：传统的橡胶悬置由金属板件和橡胶组成。第五节车身形式一、乘用车车身形式1〕组成：发动机舱、客厢和行李箱2〕根本形式：①折背式：有明显的发动机舱、客厢和行李箱，且车身顶盖与车身后部呈折线连接。②直背式：后风窗与行李箱连接，接近平直。③舱背式：顶盖比折背式长，同时后窗与后行李箱盖形成一个整体的后部车门。主要区别：表现在车身顶盖与车身后部形状之间的关系上有差异。第五节车身形式选择规律:发动机排量越大的乘用车，采用折背式车身的比例越大。发动机排量在1．0L以下的乘用车，以采用舱背式车身为主。发动机排量在1.0～4.0L之间时，三种车身形式都有。发动机排量大于4.0L时，根本上都用折背式车身。第五节车身形式二、客车的车身形式形式：有单层和双层之分。有平头式和短〔长〕头式之分。1〕单层长途客车的设计特点：①常将地板高度设计得高些。②侧窗略小。③车门数少，而且可以窄些。④驾驶员一侧应备有平安门。2〕单层城市客车的设计特点：①地板高度要尽可能设计得低些。②侧窗较大。③车门数需增多，并且要求加宽。3〕双层客车的设计特点：①有两排平行的裙部和车窗。②下层占据的高度尺寸比上层要高。③上层侧窗尺寸不够大。4〕短头客车：①座位数不多。②短头内部布置有发动机及其附件。③车身高度较矮，门数较少，有时在后部设有车门。补充：为了满足乘客行走和安装空调机构的要求，有些汽车将车顶抬高。专用客车常根据使用条件和特殊要求进行设计。第五节结束！第六节轮胎的选择轮胎及车轮的作用：用来支撑汽车，承受汽车重力，在车桥〔轴〕与地面之间传力，驾驶人员经操纵转向轮可实现对汽车运动方向的控制。一、轮胎与车轮应满足的根本要求①足够的负荷能力和速度能力；②较小的滚动阻力和行驶噪声；③良好的均匀性和质量平衡性；④耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；⑤质量小、价格低、拆装方便、互换性好。二、轮胎的分类三、轮胎的特点与选用子午线轮胎的特点：滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能都比斜交轮胎要好，装车后油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好。但制造困难、造价高和不易翻修。钢丝帘线轮胎：强度高、导热性好的。仅能做子午线轮胎。斜交轮胎：选用尼龙、聚脂、人造丝等人造材料做帘线制造，多用于汽车常在低速条件下行驶时。低断面轮胎：胎面宽平、侧面刚性大、附着能力强、散热良好、高速行驶稳定性好。无内胎轮胎：平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶平安性能良好。乘用轮胎：既是子午线结构，又是低断面、无内胎轮胎并具备它们的各种优点。商用轮胎：尺寸大、胎体厚、帘线层级多、承载能力强。非公路用轮胎：附着性好，胎面耐刺扎，适用于在恶劣条件下使用，用于公路行驶时耗油量增加，噪声大。轮胎的胎面花纹对滚动阻力、附着能力、耐磨性及噪声有影响。经总体布置计算，汽车轮胎所承受的最大静负荷值，应与轮胎额定负荷值接近。两者之比称为轮胎负荷系数，此系数应控制在0．85～1．00之间变化，以防止超负荷。对乘用车，轮胎负荷系数可控制在上述范围的下限；对商用车，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。最后，还需要考虑后轮采用双胎并装时的负荷能力要比单胎负荷能力加倍后减少10％～15％。轮胎的外直径、断面宽、断面高宽比、配用轮辋名义直径、轮辋轮廓形式及规格、胎面花纹形式及深度、额定负荷下的半径等尺寸特性和负荷指数可查GB／T2977－1997、GB／T2978－1997、GB9743—1997、GB9744－1997等国家标准。第六节结束！第七节汽车的总体布置前提：初步确定汽车的载客量〔载质量〕、驱动形式、车身形式、发动机形式等以后。具体的工作：绘制总布置草图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。绘图前要确定画图的基准线〔面〕。一、整车布置的基准线〔面〕——零线确实定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〔标注垂直尺寸基准线----z/0〕是指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。〔上“+”下“-”〕注意：货车的车架上平面在满载静止位置时，通常与地面倾斜0．5°～1．5°。为了画图方便，可将车架上平面线画成水平的，将地面线画成斜的。2、前轮中心线〔标注纵向尺寸的基准线----x/0〕是指通过左、右前轮中心，并垂直于车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。〔前“+”后“-”〕3、汽车中心线〔标注横向尺寸的基准线----y/0，左“+”右“-”〕是指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〔标注高度、接近角、离去角等尺寸的基准线〕是指地平面在侧视图和前视图上的投影线。5、前轮垂直线〔标注轴距、前悬尺寸的基准线〕是指通过左、右前轮中心，并垂直于地面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。注意：当车架与地面平行时，前轮垂直线与前轮中心线重合〔如乘用车〕。第七节汽车的总体布置二、各部件的布置1．发动机的布置〔1〕发动机的上下位置发动机高度位置初定之后，用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度尺寸b来标明其高度位置。为了保证空气的畅通，散热器中心与风扇之间应有不小于50mm的间隙，无护风罩时可减小到30mm。发动机罩与发动机零件之间的间隙不得小于25mm，以防止关闭发动机罩时受到损伤。〔2〕发动机的前后位置为减小传动轴夹角，发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成1°～4°夹角，乘用车多在3°～4°之间。发动机的前后位置应与上下位置一起进行布置。用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到前轮中心线之间的距离c来标明其前后位置。确定汽车前围的位置：发动机与前围之间必须留有足够的间隙；离合器壳与变速器应能同时拆下，而无需拆卸发动机的固定点，此时应特别注意离合器壳上面螺钉的接近性。〔3〕发动机的左右位置发动机曲轴中心线在一般情况下与汽车中心线一致。2、传动系的布置驱动桥的位置取决于驱动轮的位置，同时为了使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线重合。为满足万向节传动轴两端夹角相等、满载静止时不大于4°且最大不大于7°的要求，常将后桥主减速器的轴线向上翘起。而在乘用车布置中，在侧视图上常将传动轴布置成U形方案，如图1-19所示。3．转向装置的布置〔1〕转向盘的位置应注意转向盘平面与水平面之间的夹角，并以取得转向盘前部盲区距离最小为佳，同时转向盘又不应当影响驾驶员观察仪表，还要照顾到转向盘周围〔如风挡玻璃等〕有足够的空间。〔2〕转向器的位置前悬架采用钢板弹簧时，应该将转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近，即前钢板弹簧前支架偏后不多的位置处。用万向节和转向传动轴将转向器与转向盘连接起来。长头车一般用两个万向节，平头车不用或用一个万向节的居多。要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5°。〔俯视图〕转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵拉杆之间的夹角，在中间位置时应尽可能布置成接近直角。〔侧视图〕4、悬架的布置货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架，多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。钢板弹簧前端通过弹簧销和支架与车架连接，而后端用吊耳和支架与车架相连。后钢板弹簧布置在车架与车轮之间，应注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。减振器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程；空间不允许时才布置成斜置状。第七节汽车的总体布置5、制动系布置制动踏板应布置在更靠近驾驶员处，并且还要做到脚制动踏板和手制动操纵轻便。应检查杆件运动时有无干预和死角，更不应当在车轮跳动时自行制动。布置制动管路要注意平安可靠，整齐美观。在一条管路上，当两个固定点之间有相对运动时，要采用软管过渡。平行管之间的距离不小于5mm，或者完全束在一起，交叉管之间的距离应不小于20mm，同时注意不要将管子布置在车架纵梁内侧的下翼上，以免由于积水使管子腐蚀。6、踏板的布置离合器踏板、制动踏板和油门踏板，布置在地板凸包与车身内侧壁之间。在离合器踏板左侧，应当留出在离合器不工作时可以放下左脚的空间，因此轮罩最好不要凸出到客厢内。油门踏板一般比制动踏板稍低，要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度c〔60mm〕的距离。油门踏板，要求踩下时轻便。为了操纵方便，从驾驶员方向看，油门踏板布置成朝外转的样子。7、油箱、备胎、行李箱和蓄电池的布置〔1〕油箱根据汽车最大续驶里程〔一般为200～600km〕来确定油箱的容积。乘用车为了在有限的空间内布置下油箱、备胎等物品，常视具体条件来确定其形状。布置油箱时应遵守的一条重要原那么是：油箱应远离消声器和排气管〔乘用车要求油箱距排气管的距离大于300mm，否那么应加装有效的隔热装置；油箱距裸露的电器接头及开关的距离不得小于200mm〕，更不应当布置在发动机舱内。乘用车油箱常布置在行李箱内，而货车油箱布置在纵梁上。油箱又应当布置在撞车时油箱不会受到损坏的地方。〔2〕备胎乘用车备胎常布置在行李箱内，要求在装满行李的情况下，仍能方便地取出备胎。货车备胎可以布置在车架尾部下方或是车架中部上方货箱底板下部。〔3〕行李箱要求发动机排量在2．5L左右的乘用车行李箱有效容积为0．4～0．7m3，发动机排量在4L左右的乘用车为0．7～0．9m3。行李箱底部应平整。受外形尺寸限制，当发动机排量在2．5L以下的乘用车难以到达上述要求时，可利用座椅下、车门和侧壁之间的空间来安放小件行李。客货两用乘用车将后排座椅设计成可翻式，翻转后，其后部形成一个有效容积很大的行李箱。〔4〕蓄电池蓄电池与起动机应位于同侧，并且越近越好，以缩短线路，同时还要考虑拆装方便性和良好的接近性。8、车身内部布置以运送人为主，兼顾运送少量行李的乘用车车身内部布置，必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的平安性。进行车身内部布置，并使之适合人体特性要求，离不开人体尺寸这一根本参数。由躯干、大腿、小腿、脚以及基准杆等组成的用来进行车身内部布置的人体样板，如图1-22a所示。通常采用第10、50、95百分位三种尺寸的人体样板，分别代表矮小、中等、高大三种人体身材。第七节汽车的总体布置人体样板可以用有机玻璃或胶合板制作，其比例分别为1：5、1：2和1：1。中等身材人体样板用来确定根本尺寸，而大、小人体样板用来确定座椅调整量。总布置设计初期绘尺寸控制图时，用1：5的比例绘制。在进行正式总布置时，可用1：2或1：1的比例绘制。在车身侧视图上安放人体样板，检查初选的b值等是否适宜。从人体工程学的观点出发，驾驶姿势时人体各局部夹角的合理范围如图1-23所示。〔1〕乘用车车身的内部布置乘用车车身的内部布置和有关参考尺寸，如图1-24和表1-16所示。〔2〕货车车身的内部布置货车车身的内部布置应当满足标准GB／T15705—1995《载货汽车驾驶员操作位置尺寸》的要求。其具体位置尺寸示于图1-25，尺寸范围列于表1-17。对于平头式货车，转向盘与水平面夹角较小，该尺寸可参考客车的有关尺寸确定。〔3〕客车车身的内部布置总长较大的客车多为平头式，图1-26示出大型客车车身的内部布置尺寸，表1-18列出尺寸范围。第七节汽车的总体布置9、乘用车外廓尺寸确实定〔1〕H点和R点“胯点”：躯干与大腿相连的旋转点。H点：实车测得的“胯点”位置。R点：进行总布置设计之初，先根据总布置要求确定一个座椅调至最后、最下位置时的“胯点”。以R点作为设计参考点进行设计。以三维人体模型测量“胯点”，此“胯点”即为H点。而后将H点与R点相认证，并按H点位置确认或进行修改设计。H点的位置决定了与驾驶员操作方便、乘坐舒适相关的车内尺寸的基准。〔2〕顶盖轮廓线确实定确定H点，并引出一条与铅垂线成8°的斜线。再确定从H点沿8°斜线方向截取765mm的F点。从F点垂直向上截取100～135mm为车顶内饰线。车顶包括钢板、隔离层、蒙面等，厚度为15～25mm。再增加20～40mm才是汽车顶盖横剖面上的最高点。10．平安带的位置平安带有两点式、三点式和四点式平安带之分。目前，乘用车前排和货车前排驾驶员座位及其相对座位均采用三点式平安带。平安带固定点的位置十分重要，各国均有相应的规定。第七节结束！第八节运动校核在总体布置设计中，进行运动检查包括两方面内容：从整车角度出发进行运动学正确性的检查；对于有相对运动的部件或零件进行运动干预检查。作业：P51：第1、3、4、5题本章主要内容概述离合器的结构方案分析离合器主要参数的选择离合器的设计与计算扭转减振器的设计离合器的操纵机构离合器主要零部件的结构设计第二章离合器设计第一节概述一、组成:5〕应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6〕应能防止和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。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的动平衡，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、调整方便等。四、开展趋势从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构开展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式开展。提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵。第一节结束！第二节离合器的结构方案分析分类：3、多片离合器特点：多为湿式，具有接合更加平顺、柔和，摩擦外表温度较低，磨损较小，使用寿命长等优点。但别离行程大，别离不彻底，轴向尺寸和从动局部转动惯量大。应用：主要应用于最大总质量大于14t的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。二、压紧弹簧和布置形式的选择1、周置弹簧离合器布置形式：均采用圆柱螺旋弹簧，并均匀地布置在一个或同心的两个圆周上。4、膜片弹簧离合器特点〔优缺点〕：①具有较理想的非线性弹性特性〔图2-14〕。②膜片弹簧兼起压紧弹簧和别离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。③高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。④膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。⑤易于实现良好的通风散热，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。但膜片弹簧的制造工艺较复杂，制造本钱较高，对材质和尺寸精度要求较高，其非线性弹性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。应用：近年来，不仅在乘用车上被大量采用，而且在各种形式的商用车上也被广泛采用。拉式膜片弹簧离合器〔图2-4〕特点〔优缺点〕：其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小；提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或别离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，别离效率更高；减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便；无论在接合状态或别离状态，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声；使用寿命更长。但是，拉式膜片弹簧的别离指是与别离轴承套筒总成嵌装在一起的，需采用专门的别离轴承〔图2-22〕，结构较复杂，安装拆卸较困难。应用：目前在各种汽车中的应用日趋广泛。三、膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为单支承环形式、双支承环形式、无支承环形式三种。四、压盘的驱动方式压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动方式〔图2-2〕。第二节结束！第三节离合器主要参数的选择摩擦离合器的静摩擦力矩Tc为对于具有Z个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为式中，c＝d／D，一般在0．53～0．70之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即第三节结束！二、膜片弹簧的弹性特性三、膜片弹簧的强度计算建立如图2-13所示的坐标系xOy，那么断面上任意点〔x，y〕的切向应力σt〔MPa〕为令dσtB／dφ＝0，可求出σtB到达极大值时的转角φP四、膜片弹簧根本参数的选择〔1〕比值H／h和h的选择为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H／h一般为1.5～2.0，板厚h为2～4mm。〔2〕R／r比值和R、r的选择根据结构布置和压紧力的要求，R／r一般为1.20～1.35。〔3〕α的选择α＝arctanH／〔R－r〕≈H／〔R－r〕，一般在9°～15°范围内。〔5〕别离指数目n的选取别离指数目n常取为18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12。〔6〕膜片弹簧小端内半径r0〔及别离轴承作用半径rf确实定r0由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。rf＞r0〔7〕切槽宽度δ1、δ2及半径re确实定δ1＝3.2～3.5mm，δ2＝9～10mm，re的取值应满足r－re≥δ2的要求。〔8〕压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1确实定R1和r1的取值将影响膜片弹簧的刚度。r1应略大于r且尽量接近r，R1应略小于R且尽量接近R。五、膜片弹簧材料及制造工艺国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和外表质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理；另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理。为了提高别离指的耐磨性，可对其端部进行高频淬火、喷镀铬合金和镀镉或四氟乙烯。在膜片弹簧与压盘接触圆形处，为了防止由于拉应力的作用而产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。膜片弹簧外表不得有毛刺、裂纹、划痕、锈蚀等缺陷。碟簧局部的硬度一般为45～50HRC，别离指端硬度为55～62HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。六、膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的根本参数，使其弹性特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以到达最正确的综合效果。1．目标函数1〕弹簧工作时的最大应力为最小。2〕在从动盘摩擦片磨损前后，弹簧压紧力之差的绝对值为最小。3〕在别离行程中，驾驶员作用在别离轴承上的别离操纵力的平均值为最小。4〕在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。5〕选3〕和4〕两个目标函数为双目标。总目标函数9〕σtBmax≤[σtB]第四节结束！第五节扭转减振器的设计扭转减振器的组成：弹性元件〔减振弹簧或橡胶〕和阻尼元件〔阻尼片〕等。扭转减振器具有如下功能：1〕降低发动机曲轴与传动系接合局部的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2〕增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。3〕控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主速器与变速器的扭振及噪声。4〕缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善离合器接合平顺性。第五节扭转减振器的设计扭转减振器具有线性和非线性两种特性。单级线性减振器广泛应用于汽油机汽车中。在柴油机汽车中，目前广泛采用具有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器。在扭转减振器中，也有采用橡胶代替螺旋弹簧作为弹性元件，以液体阻尼器代替干摩擦阻尼的新结构。减振器的扭转刚度κφ，和阻尼摩擦元件间的阻尼摩擦转矩Tμ，是两个主要1、极限转矩Tj即限位销起作用时的转矩。它受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取根据扭转刚度的定义，κφ＝T／φ，那么6、减振弹簧个数ZjZj参照表2-6选取。目前通用的从动盘减振器在特性上存在如下局限性：1〕它不能使发动机、变速器振动系统的固有频率降低到发动机怠速转速以下，因此不能防止怠速时的共振。2〕它在发动机实用转速范围1000～2000r／min内，难以通过降低减振弹簧刚度来得到更大的减振效果。第五节结束！第六节离合器的操纵机构1、对离合器操纵机构的要求1〕踏板力要尽可能小，乘用车一般在80～150N范围内，商用车不大于150～200N。2〕踏板行程一般在80～150mm范围内，最大不应超过180mm。3〕应有踏板行程调整装置，以保证摩擦片磨损后别离轴承的自由行程可以复原。4〕应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件因受力过大而损坏。5〕应具有足够的刚度。6〕传动效率要高。7〕发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。8〕工作可靠、寿命长，维修保养方便。第六节离合器的操纵机构2、操纵机构结构形式选择常用的离合器操纵机构，主要有机械式、液压式、机械式和液压式操纵机构的助力器、气压式和自动操纵机构等。液压式操纵机构主要由吊挂式离合器踏板、主缸、工作缸、管路系统和回位弹簧等局部组成。3、离合器操纵机构的设计计算踏板力Ff为第六节结束！第七节离合器主要零部件的结构设计一、从动盘总成组成：从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减振器等。设计时应满足如下要求：1〕从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2〕从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3〕应安装扭转减振器，以防止传动系共振，并缓和冲击。1、轴向弹性从动盘的结构形式第七节离合器主要零部件的结构设计2、从动盘毂承受载荷最大。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax由表2-7选取。从动盘毂轴向长度：一般取1．0～1．4倍的花键轴直径。材料及热处理：一般采用锻钢〔如35，45，40Cr等〕，并经调质处理，外表和心部硬度一般在26～32HRC。3、摩擦片离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：1〕摩擦因数较高且较稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小。2〕具有足够的机械强度与耐磨性。3〕密度要小，以减小从动盘的转动惯量。4〕热稳定性好，在高温下别离出的粘合剂少，无味，不易烧焦。5〕磨合性能好，不致刮伤飞轮和压盘外表。6〕接合时应平顺而不产生“咬合”或“抖动”现象。7〕长期停放后，摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器摩擦片所用的材料：主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。4、从动片要求：质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料：常用中碳钢板〔如50号〕或低碳钢板〔如10号〕。一般厚度为1．3～2．5mm，外表硬度为35～40HRC。5、波形片和减振弹簧波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度为40～46HRC，并经过外表发蓝处理。减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。二、离合器盖总成组成：压紧弹簧、离合器盖、压盘、传动片、别离杠杆装置及支承环等。1、离合器盖对离合器盖结构设计的要求：1〕应具有足够的刚度。可采取如下措施：适当增大盖的板厚，一般为2．5～4．0mm；在盖上冲制加强肋或在盖内圆周处翻边；尺寸大的离合器盖可改用铸铁铸造。2〕应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。对中方式采用定位销或定位螺栓，也可采用止口对中。3〕盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4〕为了便于通风散热，防止摩擦外表温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。材料要求：乘用车和载质量较小的商用车的离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板，载质量较大的商用车那么常用铸铁件或铝合金压铸件。2、压盘对压盘结构设计的要求：1〕压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可采用传热系数较大的铝合金压盘。2〕压盘应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底别离，厚度约为15～25mm。3〕与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于15～20g4〕压盘高度〔从承压点到摩擦面的距离〕公差要小。压盘的厚度初步确定后，应根据下式来校核离合器一次接合的温升〔不超过8～10℃〕3．传动片作用：在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，别离时，又可利用它的弹性来牵动压盘轴向别离并使操纵力减小。常用3～4组，每组2～3片，每片厚度为0．5～1．0mm。材料：一般由弹簧钢带65Mn制成。4．别离杠杆装置对于别离杠杆装置的结构设计要求：1〕别离杠杆应具有较大的弯曲刚度，以免别离时杆件弯曲变形过大，减小了压盘行程，使别离不彻底。2〕应使别离杠杆支承机构与压盘的驱动机构在运动上不发生干预。3〕别离杠杆内端高度应能调整，使各内端位于平行于压盘的同一平面，其高度差不大于0．2mm。4〕别离杠杆的支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承，以减小摩擦和磨损。5〕应防止在高速转动时因别离杠杆的离心力作用而降低压紧力。6〕为了提高通风散热能力，可将别离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。材料：主要由08低碳钢板冲压和35等中碳钢锻造成形〔锻件硬度为131～156HBS〕而成。5、支承环支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性要好。支承环一般采用3．0～4．0mm的碳素弹簧钢丝。三、别离轴承总成组成：别离轴承、别离套筒等。应用：以前主要采用推力球轴承〔图2-20a〕或向心球轴承，但其润滑条件差，磨损严重、噪声大、可靠性差、使用寿命低。目前国外已采用角接触推力球轴承〔图2-20b、c〕。本章主要内容:概述变速器传动机构布置方案变速器主要参数的选择变速器的设计与计算同步器设计变速器操纵机构变速器结构元件机槭式无级变速器第一节概述一、变速器的功能作用1〕用来改变发动机传到驱动轮上的转矩和转速，在原地起步、爬坡、转弯、加速等各种行驶工况下，使汽车获得不同的牵引力和速度，同时使发动机在最有利的工况范围内工作。〔换挡〕2〕设有空挡，可在起动发动机、汽车滑行或停车时使发动机的动力停止向驱动轮传输。3〕设有倒挡，使汽车获得倒退行驶能力。4〕需要时，变速器还有动力输出功能。组成：变速传动机构和操纵机构。分类：第一节结束！第二节变速器传动机构布置方案机械式变速器的优点：结构简单、传动效率高、制造本钱低和工作可靠等。机械式变速器的应用：广泛。一、传动机构布置方案分析1．固定轴式变速器〔1〕两轴式变速器优点：结构简单、轮廓尺寸小、容易布置、传动效率高、噪声低。缺点：不能设置直接挡，在高挡工作时噪声增大，易损坏；一挡速比不可能设计得很大；输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反。应用：广泛；多用于发动机前置前轮驱动汽车上。案例：图3-1示出用在发动机前置前轮驱动乘用车上的两轴式变速器传动方案。特点：变速器输出轴与主减速器主动齿轮做成一体，发动机纵置时，主减速器采用弧齿锥齿轮或准双曲面齿轮，发动机横置时那么采用斜齿圆柱齿轮；多数方案的倒挡传动常用滑动齿轮，其他挡位均采用常啮合齿轮传动。同步器多数装在输出轴上；而高挡的同步器可以装在输入轴后端。有的方案有辅助支承，用来提高轴的刚度，减少齿轮磨损和降低工作噪声。3〕在变速器中间轴与第二轴之间的距离〔中心距〕不大的条件下，一挡仍然有较大的传动比；4〕挡位高的齿轮采用常啮合齿轮传动，挡位低的齿轮〔一挡〕可以采用或不采用常啮合齿轮传动；5〕多数传动方案中除一挡以外的其他挡位的换挡机构，均采用同步器或啮合套换挡，少数结构的一挡也采用同步器或啮合套换挡，还有各挡同步器或啮合套多数情况下装在第二轴上。布置：发动机前置后轮驱动的乘用车采用中间轴式变速器为了缩短传动轴长度，将第二轴加长，置于附加壳体内，如图3-2a、b所示。采用多支承结构方案，能提高轴的刚度，如图3-3c所示。2、倒挡布置方案1〕多数方案均采用直齿滑动齿轮方式换倒挡。2〕有些方案利用在中间轴和第二轴上的齿轮传动路线中参加一个中间传动齿轮的方案。〔如图3-2a、b〕3〕有的利用两个联体齿轮方案。〔如图3-2c〕4〕少数方案采用结构复杂和使本钱增加的啮合套或同步器方案换入倒挡。〔如图3-1f所示〕无论是两轴式变速器还是中间轴式变速器的一挡与倒挡，都应当布置在靠近轴的支承处，然后按照从低挡到高挡的顺序布置各挡齿轮，这样做既能使轴有足够大的刚性，又能保证容易装配。倒挡的传动比虽然与一挡的传动比接近，但因为使用倒挡的时间非常短，从这点出发有些方案将一挡布置在靠近轴的支承处，然后再布置倒挡。倒挡设置在变速器的左侧或右侧，在结构上均能实现，不同之处是挂倒挡时驾驶员移动变速杆的方向改变了。为防止意外挂入倒挡，一般在挂倒挡时设有一个挂倒挡时需克服弹簧所产生的力，用来提醒驾驶员注意。倒挡的中间齿轮位于变速器的左侧或右侧对倒挡轴的受力状况有影响。如图3-7所示3、其他问题常用挡位的轮齿因接触应力过高而易造成外表点蚀损坏。将高挡布置在靠近轴的两端支承中部区域较为合理。某些汽车变速器有仅在好路或空车行驶时才使用的超速挡。使用超速挡，能够更充分地利用发动机功率，有助于减少发动机磨损和降低燃料消耗。但是与直接挡比拟，使用超速挡会使传动效率降低、工作噪声增加。机械式变速器的传动效率与所选用的传动方案有关。图3-10为中间轴式四挡变速器结构。结构特点：前进挡全部采用常啮合齿轮传动，用同步器换挡，同步器装在第二轴上；第二轴在附加壳体内向后延伸得较长，因而可缩短传动轴长度；中间轴上全部齿轮制成一体，经滚针轴承支承在固定不动的中间轴上。图3-12为中间轴式多挡变速器结构。二、零、部件结构方案分析1、齿轮形式变速器用齿轮有直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮两种。斜齿圆柱齿轮的优点：使用寿命长、运转平稳、工作噪声低等；斜齿圆柱齿轮的缺点：是制造时稍复杂，工作时有轴向力，这对轴承不利。应用：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。2、换挡机构形式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。尽管直齿滑动齿轮这种换挡方式结构简单，制造、拆装与维修工作皆容易，并能减小变速器旋转局部的惯性力矩，但除一挡、倒挡外已很少使用。当变速器第二轴上的齿轮与中间轴齿轮处于常啮合状态时，可以用移动啮合套换挡。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。〔与同步器换挡比拟还有结构简单、制造容易、能够降低制造本钱及减小变速器长度等优点。〕使用同步器能保证迅速、无冲击、无噪声换挡，而与操作技术的熟练程度无关，从而提高了汽车的加速性、燃油经济性和行驶平安性。同上述两种换挡方法比拟，虽然它有结构复杂、制造精度要求高、轴向尺寸大等缺点，但仍然得到广泛应用。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短。在滑动齿轮特别宽的情况下，这种差异就更为明显。为了操纵方便，要求换入不同挡位的变速杆行程应尽可能一样，如利用同步器或啮合套换挡，就很容易实现这一点。3、自动脱挡原因：接合齿磨损、变速器轴刚度缺乏以及振动等。在结构上采取行之有效的方案措施：1〕将两接合齿的啮合位置错开，如图3-13所示。这样在啮合时，使接合齿端部超过被接合齿约1～3mm，使用中两齿接触部2〕将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄〔切下0.3～0.6mm〕，这样，换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住，从而阻止自动脱挡，如图3-14所示。3〕将接合齿的工作面设计并加工成斜面，形成倒锥角〔一般倾斜2°～3°〕，使接合齿面产生阻止自动脱挡的轴向力，如图3-15所示。这种方案比拟有效，应用较多。将接合齿的齿侧设计并加工成台阶形状，也具有相同的阻止自动脱挡的效果。第二节变速器传动机构布置方案4、变速器轴承变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、滑动轴套等。选用依据：何处应当采用何种类型的轴承，是受结构限制并随所承受的载荷特点不同而不同。注意：汽车变速器有结构紧凑、尺寸小的特点，故应尽可能采用尺寸小些的轴承。第二节结束！四、外形尺寸变速器的横向外形尺寸，可根据齿轮直径以及倒挡中间〔过渡〕齿轮和换挡机构的布置初步确定。影响变速器壳体轴向尺寸的因素：挡数、换挡机构形式以及齿轮形式。乘用车四挡变速器壳体的轴向尺寸：〔3.0～3.4〕A。商用车变速器壳体的轴向尺寸可参考以下数据选用：四挡〔2.2～2.7〕A五挡〔2.7～3.0〕A六挡〔3.2～3.5〕A原那么:当变速器选用的挡数和同步器多时，上述中心距系数应取给出范围的上限。为了检测方便，中心距A最好取为整数。2、压力角a因国家规定的标准压力角为20°，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为20°。啮合套或同步器的接合齿压力角有20°、25°、30°等，但普遍采用30°压力角。3、螺旋角β斜齿轮在变速器中得到广泛应用。选取斜齿轮的螺旋角，应该注意它对齿轮工作噪声、轮齿的强度和轴向力有影响。思考：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右旋，那么第一、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。〔为什么？〕由于T＝Fn1r1＝Fn2r2，为使两轴向力平衡，必须满足第三节变速器主要参数的选择4．齿宽b影响：在选择齿宽时，应该注意齿宽对变速器的轴向尺寸、质量、齿轮工作平稳性、齿轮强度和齿轮工作时的受力均匀程度等均有影响。选择：通常，根据齿轮模数m〔mn〕的大小来选定齿宽：直齿b＝kcm，kc为齿宽系数，取为4.5～8.0斜齿b＝kcmn，kc取为6.0～8.5采用啮合套或同步器换挡时，其接合齿的工作宽度初选时可取为2～4mm。原那么：第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数kc可取大些；对于模数相同的各挡齿轮，挡位低的齿轮的齿宽系数取得稍大。第三节变速器主要参数的选择5、齿轮变位系数的选择原那么作用：采用变位齿轮，可防止齿轮产生根切和配凑中心距，还影响齿轮的强度，使用平稳性、耐磨损、抗胶合能力及齿轮的啮合噪声。变位齿轮的类型：高度变位和角度变位。高度变位齿轮副的一对啮合齿轮的变位系数之和等于零。角度变位齿轮副的变位系数之和不等于零。分析及应用：为保证各对齿轮有相同的中心距，此时应对齿轮进行变位。当齿数和多的齿轮副采用标准齿轮传动或高度变位时，对齿数和少些的齿轮副应采用正角度变位。对斜齿轮传动，还可以通过选择适宜的螺旋角来到达中心距相同的要求。对于高挡齿轮，应按保证最大接触强度和抗胶合及耐磨损最有利的原那么选择变位系数。为提高接触强度，应使总变位系数尽可能取大些。第三节变速器主要参数的选择对于低挡齿轮，为提高小齿轮的抗弯强度，应根据危险断面齿厚相等的条件来选择大、小齿轮的变位系数，此时小齿轮的变位系数大于零。假设造成轮齿根切现象，应对齿轮进行正变位。总变位系数ζc＝ζ1十ζ2越小，一对齿轮齿根总的厚度越薄，齿根越弱，抗弯强度越低，但齿轮的齿形重合度越大。齿轮变位系数的选择原那么：为了降低噪声，对于变速器中除去一、二挡和倒挡以外的其他各挡齿轮的总变位系数要选用较小一些的数值，以便获得低噪声传动。一般情况下，最高挡和一轴齿轮副的ζc可以选为－0.2～0.2。随着挡位的降低ζc值应该逐挡增大。一、二挡和倒挡齿轮，应该选用较大的ζc值，以便获得高强度齿轮副。一挡齿轮的ζc值可以选用1.0以上。6、齿顶高系数影响：齿顶高系数对重合度、轮齿强度、工作噪声、轮齿相对滑动速度、轮齿根切和齿顶厚度等有影响。标准齿制：齿顶高系数取为1.00。细高齿制：为了增加齿轮啮合的重合度，降低噪声和提高齿根强度，有些变速器采用齿顶高系数大于1.00的细高齿制。采用细高齿制时，必须通过验算保证齿顶厚度不得小于0.3mn和齿轮没有根切和齿顶干预。目前，对于细高齿制的齿顶高系数，还没有制定统一的标准，由各企业自行确定，从小至1.05到大至1.90的都有，且许多变速器的一对主、从动齿轮的齿顶高系数不同。六、各挡齿轮齿数的分配在初选中心距、齿轮模数和螺旋角以后，可根据变速器的挡数、传动比和传动方案来分配各挡齿轮的齿数。如果z7和z8的齿数确定了，那么z2与z1的传动比可求出。为了求z7、z8的齿数，先求其齿数和zh第三节汽车主要参数的选择3、确定常啮合传动齿轮副的齿数假设二挡齿轮是斜齿轮，螺旋角β6与常啮合齿轮的β不同时，得第三节结束！第四节变速器的设计与计算一、齿轮的损坏形式主要有：轮齿折断、齿面疲劳剥落〔点蚀〕、移动换挡齿轮端部破坏以及齿面胶合。二、轮齿强度计算〔简化计算公式〕1、轮齿弯曲强度计算〔1〕直齿轮弯曲应力σw当计算载荷Tg取作用到变速器第一轴上的最大转矩Temax时，一挡、倒挡直齿轮许用弯曲应力在400～850MPa，货车可取下限，承受双向交变载荷作用的倒挡齿轮的许用应力应取下限。〔2〕斜齿轮弯曲应力σw当计算载荷Tg取作用到变速器第一轴上的最大转矩Temax时，对乘用车常啮合齿轮和高挡齿轮，许用应力在180～350MPa范围，对货车为100～250MPa。材料及热处理：变速器齿轮多数采用渗碳合金钢，其表层的高硬度与心部的高韧性相结合，能大大提高齿轮的耐磨性及抗弯曲疲劳和接触疲劳的能力。在选用钢材及热处理时，对可加工性及本钱也应考虑。国内汽车变速器齿轮材料主要采用20CrMnTi、20Mn2TiB、15MnCr5、20MnCr5、25MnCr5、28MnCr5。渗碳齿轮外表硬度为58～63HRC，心部硬度为33～48HRC。采取喷丸处理、磨齿、加大齿根圆弧半径和压力角等措施，能使齿轮得到强化。第四节变速器的设计与计算三、轴的强度计算方法：在设计变速器轴时，其刚度大小应以保证齿轮能有正确的啮合为前提条件。设计阶段可根据经验和条件先初选轴的直径，然后根据公式进行有关刚度和强度方面的验算。〔—〕初选轴的直径在中间轴式变速器中心距A时，第二轴和中间轴中部直径d≈0.45A，轴的最大直径d和支承间距离L的比值：对中间轴，d／L＝0.16～0.18；对第二轴，d／L＝0.18～0.21。第一轴花键局部直径d〔mm〕可按下式初选〔二〕轴的强度验算1、轴的刚度验算最大影响：对齿轮工作影响最大的是轴在垂直面内产生的挠度和轴在水平面内的转角。初步确定轴的尺寸以后，可对轴进行刚度和强度验算。验算：应当对每个挡位都进行验算。验算时，将轴看作铰接支承的梁。作用在第一轴上的转矩应取Temax。轴的挠度和转角可按《材料力学》的有关公式计算。第四节变速器的设计与计算2、轴的强度计算作用在齿轮上的径向力和轴向力，使轴在垂直面内弯曲变形，而圆周力使轴在水平面内弯曲变形。在求取支点的垂直面和水平面内的支反力Fc和Fs之后，计算相应的弯矩Mc、Ms。轴在转矩Tn和弯矩的同时作用下，其应力为第四节结束！第五节同步器设计分类：常压式、惯性式和惯性增力式。一、惯性式同步器分类：锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多链式。组成：摩擦元件、锁止元件和弹性元件。〔一〕锁销式同步器1、锁销式同步器结构第二阶段，来自手柄传至换挡拨叉并作用在滑动齿套上的力F，经过锁止元件又作用到摩擦面上。在摩擦力矩作用下，滑动齿套1和齿轮3的转速逐渐接近，其角速度差Δω＝｜ω1－ω3｜减小了。在Δω＝0瞬间同步过程结束。〔Δω→0〕第三阶段，Δω＝0，摩擦力矩消失，而轴向力F仍作用在锁止元件上，使之解除锁止状态，此时滑动齿套和锁销上的斜面相对移动，从而使滑动齿套占据了换挡位置。〔Δω＝0〕〔二〕锁环式同步器1、锁环式同步器结构结构特点：摩擦元件位于锁环1或4和齿轮5或8凸肩局部的锥形斜面上。锁止元件是做在锁环1或4上的齿和做在啮合套7上齿的端部，且端部均为斜面称为锁止面。弹性元件是位于啮合套座两侧的弹簧圈。弹簧圈将置于啮合套座花键上中部呈凸起状的滑块压向啮合套。在不换挡的中间位置，滑块凸起局部嵌入啮合套中部的内环槽中，使同步器用来换挡的零件保持在中立位置上。滑块两端伸入锁环2、锁环式同步器工作原理3、锁环式同步器主要尺寸确实定〔3〕滑块转动距离c影响：对分度尺寸a有影响。滑块宽度d、滑块转动距离c与缺口宽度尺寸E之间的关系：E＝d＋2c滑块转动距离c与接合齿齿距t的关系：〔4〕滑块端隙δ1定义：是指滑块端面与锁环缺口端面之间的间隙。第五节同步器设计〔三〕多锥式同步器结构特点：锁止面仍在同步环的接合齿上，在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥。有效摩擦面积成倍地增加，同步转矩相应增加。优点：具有较大的转矩容量和低热负荷。同步效能好，可靠性增加，换挡力大为减小，同步时间缩短。应用：多用于总质量大第五节同步器设计〔四〕惯性增力式同步器特点：能可靠地保证只在同步状态下实现换挡。原理：只要啮合套和换挡齿轮之间存在转速差，弹簧片的支承力就阻止同步环缩小，从而也就阻止了啮合套移动。只有在转速差为零时，弹簧片才卸除载荷，于是对同步环直径的缩小失去阻力，这样才可能实现换挡。第五节同步器设计二、主要参数确实定1、摩擦因数ƒ影响因素：摩擦因数与选用的材料、工作面的外表粗糙度、润滑油种类和温度等因素有关。同步环的材料：黄铜合金由〔同步环〕黄铜合金与〔齿轮上的锥面局部〕钢材构成的摩擦副，在油中工作的摩擦因数ƒ取为0.1。措施：摩擦因数大，那么换挡省力或缩短同步时间；摩擦因数小那么反之，甚至失去同步作用。为此，在同步环锥面处制有破坏油膜的细牙螺纹槽及与螺纹槽垂直的泄油槽，用来保证摩擦面之间有足够的摩擦因数。2、同步环主要尺寸确实定〔1〕同步环锥面上的螺纹槽图3-32a中给出的尺寸适用于轻、中型汽车。图3-32b适用于总质量大些的货车。通常轴向泄油槽为6～12个，槽宽3～4mm。〔3〕摩擦锥面平均半径R选择：在可能的条件下，尽可能将R取大些。〔4〕锥面工作长度b设计时可根据下式计算确定b〔假定在没有螺纹槽〕3、锁止角β影响因素：摩擦因数ƒ、摩擦锥面平均半径R、锁止面平均半径和锥面半锥角α。变化范围：26°～42°。4、同步时间影响因素：结构尺寸、转动惯量、变速器输入轴、输出轴的角速度差及作用在同步器摩擦锥面上的轴向力。选取范围：对乘用车变速器，高挡取0．15～0．30s，低挡取0．50～0．80s；对货车变速器，高挡取0．30～0．80s，低挡取1．00～1．50s。5、转动惯量的计算输入端零件：第一轴、离合器的从动盘、中间轴及其上的齿轮、与中间轴上齿轮相啮合的第二轴上的常啮合齿轮。其转动惯量的计算：首先求得各零件的转动惯量，然后按不同挡位转换到被同步的零件上。对已有的零件，其转动惯量值通常用扭摆法测出；假设零件未制成，可将这些零件分解为标准的几何体，并按数学公式合成求出转动惯量值。第五节同步器设计三、同步器的计算目的：确定摩擦锥面和锁止面的角度，计算摩擦力矩和同步时间。2、作用在同步器摩擦锥面上的轴向力F为防止连接件在转动角速度相等以前接合换挡，必须满足的条件：F1＞F2式中，F1为由摩擦力矩Mm产生的，用来防止过早换挡的力，即第五节结束！第六节变速器操纵机构功用：根据汽车使用条件的需要，驾驶员利用变速器的操纵机构完成选挡和实现换挡或退到空挡。根本要求：换挡时只能挂入一个挡位，换挡后应使齿轮在全齿长上啮合，防止自动脱挡或自动挂挡，防止误挂倒挡，换挡轻便。用于机械式变速器的操纵机构的组成：变速杆、拨块、拨叉、变速叉轴及互锁、自锁和倒挡锁装置等主要零件。1、直接操纵手动换挡变速器方案特点：结构最简单。单轨式操纵机构的优点：减少了变速叉轴，各挡同用一组自锁装置，因而使操纵机构简化，但它要求各挡换挡行程相等。2、远距离操纵手动换挡变速器3、电控自动换挡变速器在固定轴式机械变速器根底上，通过应用计算机和电子控制技术，使之实现自动换挡，并取消了变速杆和离合器踏板。第六节结束！第七节变速器结构元件1、变速器齿轮齿轮尺寸小又与轴分开时，其内孔直径到齿根圆处的厚度b影响齿轮强度。1〕要求尺寸b应该大于或等于轮齿危险断面处的厚度。2〕齿轮轮敦局部的宽度尺寸C，在结构允许条件下应尽可能取大些，至少满足尺寸C＝〔1．2～1．4〕d2，d2为花键内径。2、变速器轴变速器的轴上装有轴承、齿轮、齿套等零件，有的轴上又有矩形或渐开线花键，所以设计时不仅要考虑装配上的可能，而且应当可以顺利拆装轴上各零件。此外，还要注意工艺上的有关问题。3、变速器壳体变速器壳体的尺寸要尽可能小，同时质量也要小，并具有足够大的刚度。变速器横向断面尺寸应保证能布置下齿轮，壳体侧面的内壁与转动齿轮齿顶之间留有5～8mm的间隙，齿轮齿顶到变速器底部之间要留有不小于15mm的间隙。在壳体上应设计有加强肋、注油孔和放油孔。在变速器壳体前或后端面的两轴承孔之间开设回油孔。在变速器顶部装有通气塞。货车变速器壳体应设置动力输出孔。为了减小质量，变速器壳体采用压铸铝合金铸造时，壁厚取3．5～4mm。采用铸铁壳体时，壁厚取5～6mm。第七节结束！第八节机械式无级变速器一、结构与工作原理流体式无级变速器〔AT〕：液力变矩器和借助液体压能变化传动或变换能量的液压传动的无级变速器。机械式无级变速器〔CVT〕：带传动式〔含胶带式、金属带式和链带式〕无级变速器。无级变速传动〔ContinuouslyVariableTransmission简称CVT〕：速比可实现无级变化的变速器。结构特点及工作原理：CVT的主、从动轮均由活动带轮和固定带轮组成，组合后在两带轮之间形成可容纳传动带的Ⅴ形槽。通过改变液压控制缸中的油压，可使活动带轮在与固定带轮做成一体的轴上作轴向移动，并随之改变传动带与带轮的接触部位，即工作半径发生变化。由于工作半径是连续变化的，所以传动比的变化也是连续的。优缺点比拟：1、与采用液力变矩器〔AT〕的汽车比拟，使用CVT的汽车优缺点：燃油经济性可提高6％～17％；汽车加速时间短，使动力性获得改善；CVT传动效率高〔92％～96％〕；零件数量少；CVT假设采用金属带传动，那么使用寿命长；使用可靠。2、与机械式有级变速器比拟，使用CVT的汽车优缺点：汽车的燃油经济性提高不明显，传动效率不及机械式有级变速器，还有制造本钱高等缺点；但因CVT有较宽的速比变化范围，可使发动机在最正确工况下工作，发动机的有害物排放明显减少。二、传动带1、橡胶传动带〔已被淘汰〕2、金属传动带本章主要内容:概述万向节结构方案分析万向传动的运动和受力分析万向节的设计计算传动轴结构分析与设计中间支承结构分析与设计第一节概述一、万向传动轴的组成:由万向节、轴管及其伸缩花键等组成，对于长轴距的汽车，有时还加装中间支承。二、万向传动轴的功用:主要用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。三、万向传动轴设计应满足如下根本要求：1〕保证所连接的两轴的夹角及相对位置在一定范围内变化时，能可靠而稳定地传递动力。2〕保证所连接的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的范围内，在使用车速范围内不应产生共振现象。3〕传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等。第二节万向节结构方案分析一、十字轴式万向节组成：主动叉、从动叉、十字轴、滚针轴承及其轴向定位件和橡胶密封件等。目前，常见的滚针轴承轴向定位方式有盖板式、卡环式、瓦盖固定式和塑料环定位式等。盖板式的优缺点：工作可靠，拆装方便，但零件数目较多。卡环式的优缺点：具有结构简单、工作可靠、零件少和质量小的优点。瓦盖固定式的优缺点：具有拆装方便、使用可靠的优点，但加工工艺较复杂。塑料环定位式的优缺点：轴向定位可靠，十字轴轴向窜动小，但拆装不方便。为了防止十字轴轴向窜动和发热，保证在任何工况下，十字轴的端隙始终为零，有的结构在十字轴轴端与轴承碗之间加装端面止推滚针或滚柱轴承。注意：滚针轴承的润滑和密封好坏直接影响十字轴万向节的使用寿命。优缺点：可直接暴露在外面，并不需要加外球壳和密封装置；对万向节与转向节的同心度要求不太严，中心不一致可由万向节内三销的轴向滑动来补偿；允许所连接的两轴最大夹角较大，可达45°。但其外形尺寸较大，零件形状较复杂，毛坯需要精确模锻。其主动轴一侧需装轴向推力轴承。应用：主要用于总质量较大的越野车转向驱动桥。注意：圆弧槽型球叉式万向节作为转向驱动桥的传力构件时，万向节旋转轴线应与车桥轴线重合，以防止发生万向节摆动现象。为了不致于在万向节转角接近最大值时，放置传力钢球的主、从动叉的交叉槽趋于平行位置，导致钢球无法约束而自动散开，并造成万向节装配关系破坏，设计时，应使两叉的最大夹角大于车轮的最大转角，同时万向节中心应位于转向主销轴线上。另外，应保证在万向节处于最大转角时，使各传力钢球与定心钢球之间不接触，至少使传力钢球与定心钢球在此情况下的间隙不小于5mm，且使各钢球与万向节轴头均匀地预紧在一起，使得在任意方向旋转时，能通过万向节的两个传力钢球来传递转矩，而防止靠一个钢球来传递，防止产生过载现象。〔2〕直槽滚道型球叉式万向节〔3〕伸缩型优缺点：结构简单，加工方便，而且由于轴向相对移动是通过钢球沿内、外滚道滚动实现的，所以与滑动花键相比，其滚动阻力小，传动效率高，万向节允许的最大工作夹角为20°。应用：Birfield型球笼式万向节和伸缩型球笼式万向节广泛地应用在具有独立悬架的转向驱动桥上，在靠近转向轮一侧采用Birfield型万向节，靠近差速器一侧那么采用伸缩型球笼式万向节，可以补偿由于前轮跳动及载荷变化而引起的轮距变化。伸缩型万向节还被广泛地应用到断开式驱动桥中。从万向节叉与十字轴之间的约束关系分析可知，主动叉对十字轴的作用力矩，除主动轴驱动转矩T1之外，还有作用在主动叉平面的弯曲力矩T'1。同理，从动叉对十字轴也作用有从动轴反转矩T2和作用在从动叉平面的弯曲力矩T'2在这四个力矩的作用下，使十字轴万向节得以平衡。下面仅讨论主动叉在两特殊位置时，附加弯曲力矩的大小及变化特点。分析可知，附加弯矩T'1、T'2的大小是在零与上述两最大值之间变化，变化周期为T，即每一转变化两次。T'2使从动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷为如果十字轴万向节的主动叉轴转速不变，那么从动叉轴周期地加速、减速旋转，产生的惯性力矩为二、双十字轴万向节传动当输入轴与输出轴之间存在夹角a时，单个十字轴万向节的输出轴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，但必须保证与传动轴相连的两万向节叉布置在同一平面内，且使两万向节夹角α1与α2相等。在双十字轴万向节传动中，直接与输入轴和输出轴相连的万向节叉所受的附加弯矩彼此平衡，传动轴发生如图4-11b中双点划线所示的弹性弯曲，从而引起传动轴的弯曲振