汽車設(shè)計的教案

第一章汽車總體設(shè)計第一節(jié)概述一、總體設(shè)計應(yīng)滿足的根本要求由動力裝置、底盤、車身、電器及儀表等四局部組成的汽車，是用來載送人員和貨物的運輸工具?！捕x〕進行總體設(shè)計應(yīng)滿足如下根本要求：1)汽車外廓尺寸應(yīng)符合GBl589—89的外廓尺寸限界規(guī)定。2)軸荷分布要合理，并應(yīng)符合有關(guān)公路法規(guī)的限定要求。3)汽車的各項性能，要求到達設(shè)計任務(wù)書所給定的指標。4)進行有關(guān)運動學方面的校核，保證汽車有正確的運動和防止運動干預(yù)。5)拆裝與維修方便。二、汽車開發(fā)程序一般新產(chǎn)品開發(fā)要經(jīng)歷五個階段，各階段的主要工作內(nèi)容見書表1-4?！仓v設(shè)計、制造、銷售全過程〕1．設(shè)計任務(wù)書編制階段2．技術(shù)設(shè)計階段3．試制、試驗、改良、定型階段4．生產(chǎn)準備階段5．生產(chǎn)銷售階段第二節(jié)汽車形式的選擇不同形式的汽車，主要表達在軸數(shù)、驅(qū)動形式以及布置形式上有區(qū)別。一、軸數(shù)汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)?！仓v解國家標準〕二、驅(qū)動形式汽車驅(qū)動形式有4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等，其中前一位數(shù)字表示汽車車輪總數(shù)，后一位數(shù)字表示驅(qū)動輪數(shù)。三、布置形式1．轎車的布置形式〔主要介紹各自優(yōu)缺點〕轎車的布置形式主要有發(fā)動機前置前輪驅(qū)動、發(fā)動機前置后輪驅(qū)動、發(fā)動機后置后輪驅(qū)動三種。2．貨車布置形式按駕駛室與發(fā)動機相對位置的不同，貨車有長頭式、短頭式、平頭式和偏置式。長貨車按照發(fā)動機位置不同，可分為發(fā)動機前置、中置和后置三種布置形式。3．大客車的布置形式根據(jù)發(fā)動機的位置不同，大客車有以下布置形式：發(fā)動機前置后橋驅(qū)動，發(fā)動機中置后橋驅(qū)動發(fā)動機后置后橋驅(qū)動c。汽車主要參數(shù)的選擇一、汽車主要尺寸確實定汽車的主要尺寸有外廓尺寸、軸距、輪距、前懸、后懸、貨車車頭長度和車箱尺寸等1．外廓尺寸講解GBl589—89汽車外廓尺寸限界規(guī)定及尺寸換算。2．軸距L軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑有影響。3．前輪距和后輪距增大輪距，隨之而來的是室內(nèi)寬并有利于增加側(cè)傾剛度。但是此時汽車總寬和總質(zhì)量增加，并影響最小轉(zhuǎn)彎直徑變化。4．前懸和后懸前、后懸長時，汽車接近角和離去角都小，影響汽車通過性能。5．貨車車頭長度長頭型貨車車頭長度尺寸一般在2500～3000mm之間，平頭型貨車一般在1400～1500mm之間。6．貨車車箱尺寸二、汽車質(zhì)量參數(shù)確實定1．整車整備質(zhì)量m0整車整備質(zhì)量是指車上帶有全部裝備(包括隨車工具、備胎等)，加滿燃料、水，但沒有裝貨和載人時的整車質(zhì)量。減少整車整備質(zhì)量的措施主要有：采用強度足夠的輕質(zhì)材料，新設(shè)計的車型應(yīng)使其結(jié)構(gòu)更合理。2．汽車的載客量和裝載質(zhì)量(簡稱裝載量)(1)汽車的載客量(2)汽車的裝載質(zhì)量3．質(zhì)量系數(shù)質(zhì)量系數(shù)ηm0是指汽車裝載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即＝／。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計水平和工藝水平，值越大，說明該汽車的結(jié)構(gòu)和制造工藝越先進。4．軸荷分配汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止狀態(tài)下，各車軸對支承平面的垂直載荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。軸荷分配對輪胎壽命和汽車的使用性能有影響。三、汽車性能參數(shù)確實定1．動力性參數(shù)(1)最高車速(2)加速時間t(3)上坡能力(4)汽車比功率和比轉(zhuǎn)矩2．燃油經(jīng)濟性參數(shù)汽車的燃油經(jīng)濟性用汽車在水平的水泥或瀝青路面上，以經(jīng)濟車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量(L／100km)來評價。該值越小燃油經(jīng)濟性越好。3．最小轉(zhuǎn)彎直徑轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)至極限位置時，汽車前外轉(zhuǎn)向輪輪轍中心在支承平面上的軌跡圓的直徑稱為最小轉(zhuǎn)彎直徑。4．通過性的幾何參數(shù)總體設(shè)計要確定的通過性幾何參數(shù)有：最小離地間隙，接近角，離去角，縱向通過半徑等。5．操縱穩(wěn)定性參數(shù)(1)轉(zhuǎn)向特性參數(shù)(2)車身側(cè)傾角(3)制動前俯角6．制動性參數(shù)汽車制動性是指汽車在制動時，能在盡可能短的距離內(nèi)停車且保持方向穩(wěn)定，下長坡時能維持較低的平安車速并有在一定坡道上長期駐車的能力。目前常用制動距離st和平均制動減速度j來評價制動效能。7．舒適性汽車應(yīng)為乘員提供舒適的乘坐環(huán)境和方便的操作條件，稱之為舒適性。發(fā)動機的選擇一、發(fā)動機形式的選擇當前汽車上使用的發(fā)動機仍然是以往復(fù)式內(nèi)燃機為主。它分為汽油機、柴油機兩類。二、發(fā)動機主要性能指標的選擇1．發(fā)動機最大功率和相應(yīng)轉(zhuǎn)速2．發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩及相應(yīng)轉(zhuǎn)速三、發(fā)動機的懸置發(fā)動機懸置應(yīng)滿足的要求。傳統(tǒng)懸置與液壓懸置比擬。車身一、轎車的車身形式轎車車身由發(fā)動機艙、客廂和行李箱三局部組成。轎車車身的根本形式有折背式、直背式和艙背式三種。二、客車的車身形式客車車身有單層客車和雙層客之分。輪胎的選擇輪胎及車輪在車橋(軸)與地面之間傳力，并使汽車運動。因此，輪胎及車輪部件應(yīng)滿足下述根本要求：足夠的負荷能力和速度能力，具有較小的滾動阻力和行駛噪聲，良好的附著特性和質(zhì)量平衡，耐磨損、耐刺扎、耐老化和良好的氣密性，質(zhì)量小、價格低、拆裝方便、互換性好。輪胎的分類方法。汽車的總體布置一、整車布置的基準線(面)——零線確實定確定整車的零線(三維坐標面的交線)、正負方向及標注方式，均應(yīng)在汽車滿載狀態(tài)下進行，并且繪圖時應(yīng)將汽車前部繪在左側(cè)。1．車架上平面線2．前輪中心線3．汽車中心線4．地面線5．前輪垂直線二、各部件的布置1．發(fā)動機的布置(1)發(fā)動機的上下位置(2)發(fā)動機的前后位置(3)發(fā)動機的左右位置2．傳動系的布置為滿足萬向節(jié)傳動軸兩端夾角相等，而且在滿載靜止時不大于4°、最大不得大于7°的要求，常將后橋主減速器的軸線向上翹起。3．轉(zhuǎn)向裝置的布置(1)轉(zhuǎn)向盤的位置(2)轉(zhuǎn)向器的位置要求轉(zhuǎn)向軸在水平面內(nèi)與汽車中心線之間的夾角不得大于5°。轉(zhuǎn)向搖臂與縱拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂與縱拉桿之間的夾角，在中間位置時應(yīng)盡可能布置成接近直角，以保證有較高的傳動效率。4．懸架的布置貨車的前、后懸架和一些轎車的后懸架，多采用縱置半橢圓形鋼板彈簧。減振器應(yīng)盡可能布置成直立狀，以充分利用其有效行程?？臻g不允許時才布置成斜置狀。5．制動系布置6．踏板的布置7．油箱、備胎、行李箱和蓄電池的布置油箱(2)備胎(3)行李箱(4)蓄電池的布置8．車身內(nèi)部布置(1)轎車內(nèi)部布置(2)貨車車身布置(3)型客車車身內(nèi)部布置尺寸9．轎車外廓尺寸確實定(1)H點和R點的概念(2)頂蓋輪廓線確實定(3)車身橫截面10．平安帶的位置平安帶對乘員的保護作用主要表達在正面撞車時，它能減少撞車瞬間人體運動的加速度值，從而降低了引起二次碰撞的相對速度和位移，使傷害指數(shù)下降。平安帶有兩點式平安帶、三點式平安帶和四點式平安帶之分。平安帶位置：腰帶在車體上的固定點位置(2)肩帶固定點的位置在汽車發(fā)生一次碰撞與二次碰撞之間的間隔時間內(nèi)，在駕駛員、乘員的前部形成一充滿氣體的氣囊。平安氣囊布置在轉(zhuǎn)向盤內(nèi)或者在乘員前部的儀表板內(nèi)。運動校核在總體布置設(shè)計中，進行運動校核包括兩方面內(nèi)容：從整車角度出發(fā)進行運動學正確性的校核；對于有相對運動的部件或零件進行運動干預(yù)校核。離合器設(shè)計第一節(jié)概述離合器的作用：是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接的總成，其主要功用是切斷和實現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證汽車起步時將發(fā)動機與傳動系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系別離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪聲。為了保證離合器具有良好的工作性能，對汽車離合器設(shè)計提出的根本要求。摩擦離合器的組成局部。離合器的結(jié)構(gòu)方案分析汽車離合器大多是盤形摩擦離合器，按其從動盤的數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類；根據(jù)壓緊彈簧布置形式不同，可分為圓周布置、中央布置和斜向布置等形式；根據(jù)使用的壓緊彈簧不同，可分為圓柱螺旋彈簧、圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧離合器；根據(jù)別離時所受作用力的方向不同，又可分為拉式和推式兩種形式。1．從動盤數(shù)的選擇2．壓緊彈簧和布置形式的選擇膜片彈簧離合器與其它形式的離合器相比具有如下一系列優(yōu)點：1)膜片彈簧具有較理想的非線性特性2)膜片彈簧兼起壓緊彈簧和別離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。3)高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力那么明顯下降。4)由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸，故其壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命。5)易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長。6)平衡性好。7)有利于大批量生產(chǎn)，降低制造本錢。但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對材質(zhì)和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。3．膜片彈簧支承形式推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承環(huán)數(shù)目不同分為三種。雙支承環(huán)形式，單支承環(huán)形式，無支承環(huán)形式。4．壓盤的驅(qū)動方式壓盤的驅(qū)動方式主要有凸塊一窗孔式、銷釘式、鍵塊式和傳動片式多種。離合器主要參數(shù)的選擇摩擦離合器是靠摩擦外表間的摩擦力矩來傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的。離合器的根本參數(shù)主要有性能參數(shù)β和p0。，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度b。1．后備系數(shù)β2．單位壓力p0。3．摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b摩擦片的厚度白上要有3．2mm、3．5mm和4．0mm三種。離合器的設(shè)計與計算一、離合器根本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計離合器要確定離合器的性能參數(shù)和尺寸參數(shù)，這些參數(shù)的變化影響離合器的結(jié)構(gòu)尺寸和工作性能。1．設(shè)計變量2．目標函數(shù)3．約束條件二、膜片彈簧的載荷變形特性三、膜片彈簧的強度校核四、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇1．比值H／h和h的選擇為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的H／h一般為1．6—2．2，板厚丸為2～4mm。2．比值R／r和R、r的選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R／r一般為1．20—1．35。3．α的選擇膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐底角。與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，α=arctanH／(R—r)≈H／(R—r)，一般在9O～15O范圍內(nèi)。4．膜片彈簧工作點位置的選擇5．n的選取別離指數(shù)目n常取為18，大尺寸膜片彈簧有些取24，小尺寸膜片彈簧有些取12。五、膜片彈簧材料及制造工藝國內(nèi)膜片彈簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等優(yōu)質(zhì)高精度鋼板材料。六、膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計就是通過確定一組彈簧的根本參數(shù)，使其載荷變形特性滿足離合器的使用性能要求，而且彈簧強度也滿足設(shè)計要求，以到達最正確的綜合效果。1．目標函數(shù)2．設(shè)計變量3．約束條件扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階(通常為三階)固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開由發(fā)動機轉(zhuǎn)矩主諧量鼓勵引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動能量。所以，扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：1)降低發(fā)動機曲軸與傳，動系接合局部的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動系扭振固有頻率。2)增加傳動系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振。3)控制動力傳動系總成怠速時離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振與噪聲。4)緩和非穩(wěn)定工況下傳動系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷和改善離合器的接合平順性。扭轉(zhuǎn)減振器具有線性和非線性特性兩種。離合器的操縱機構(gòu)1．對操縱機構(gòu)的要求1)踏板力要小，轎車一般在80～150N范圍內(nèi)，貨車不大于150～200N。2)踏板行程對轎車一般在80—150mm范圍內(nèi)，對貨車最大不超過180mm。3)踏板行程應(yīng)能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后別離軸承的自由行程可以復(fù)原。4)應(yīng)有對踏板行程進行限位的裝置，以防止操縱機構(gòu)因受力過大而損壞。5)應(yīng)具有足夠的剛度。6)傳動效率要高。7)發(fā)動機振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。2．操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇常用的離合器操縱機構(gòu)主要有機械式、液壓式等。離合器的結(jié)構(gòu)元件1．從動盤總成從動盤總成主要由摩擦片、從動片、減振器和花鍵轂等組成。離合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。摩擦片與從動片的連接方式有鉚接和粘接兩種。減振彈簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等彈簧鋼絲。2．離合器蓋總成離合器蓋總成除了壓緊彈簧外還有離合器蓋、壓盤、傳動片、別離杠桿裝置及支承環(huán)等。3．別離軸承總成別離軸承總成由別離軸承、別離套等組成。第三章機械式變速器設(shè)計第一節(jié)概述變速器用來改變發(fā)動機傳到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下，使汽車獲得不同的牽引力和速度，同時使發(fā)動機再最有利工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋和倒擋。需要時變速器還有動力輸出功能。變速器由變速傳動機構(gòu)和操縱機構(gòu)組成。對變速器如下根本要求.1〕保證汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性。2〕設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動機動力向驅(qū)動輪的傳輸。3〕設(shè)置倒檔，使汽車能倒退行駛。4〕設(shè)置動力輸出裝置，需要時能進行功率輸出。5〕換擋迅速，省力，方便。6〕工作可靠。汽車行駛過程中，變速器不得有跳擋，亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。7〕變速器應(yīng)當有高的工作效率。8〕變速器的工作噪聲低。除此以外，變速器還應(yīng)當滿足輪廓尺寸和質(zhì)量小，制造本錢低，維修方便等要求。滿足汽車有必要的動力性和經(jīng)濟性指標，這與變速器的檔數(shù)，傳動比范圍和各擋傳動比有關(guān)。汽車工作的道路條件越復(fù)雜，比功率越小，變速器的傳動比范圍越大。在原變速傳動機構(gòu)根底上，再附加一個副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的根底上，到達增加變速器擋數(shù)的目的。近年來，變速器操縱機構(gòu)有向自動操縱方向開展的趨勢。變速器傳動機構(gòu)布置方案一.傳動機構(gòu)布置方案分析變速器傳動機構(gòu)有兩種分類方法。根據(jù)前進擋數(shù)的不同，有三，四，五和多擋變速器。根據(jù)軸的形式不同，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式〔常配合行星齒輪傳動〕兩類。固定軸式又分為兩軸式，中間軸式，雙中間軸式變速器。凡采用常嚙合齒輪傳動的擋位，其換擋方式可以用同步器或嚙合套來實現(xiàn)。同一變速器中，有的擋位用同步器換擋，有的擋位用嚙合套換擋，那么一定是擋位高的用同步器換擋，擋位低的用嚙合套換擋。二.零部件結(jié)構(gòu)方案分析1.齒輪形式2.換擋機構(gòu)形式變速器換擋機構(gòu)有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器換擋三種形式。自動脫檔是變速器的主要故障之一。為解決這個問題，除工藝上采取措施外，目前在結(jié)構(gòu)上采取措施比擬有效的方案有以下幾種：1〕將兩接合齒的嚙合位置錯開2〕將嚙合套齒座上前齒圈的齒厚切薄〔切下〕，3〕將接合齒的工作面加工成斜面，形成倒錐角〔一般傾斜2°~3°〕，使接合齒面產(chǎn)生阻止自動脫檔的軸向力。3.變速器軸承變速器軸承常采用圓柱滾子軸承，球軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，滑動軸套等。變速器主要參數(shù)的選擇檔數(shù)增加變速器的檔數(shù)能改善汽車的動力性和經(jīng)濟性。檔數(shù)越多，變速器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，并且是尺寸輪廓和質(zhì)量加大。同時操縱機構(gòu)復(fù)雜，而且在使用時換檔頻率也增高。轉(zhuǎn)動比范圍變速器的傳動比范圍是指變速器最低檔傳動比與最高檔轉(zhuǎn)動比的比值。轉(zhuǎn)動比范圍確實定與選定的發(fā)動機參數(shù)，汽車的最高車速和使用條件等因素有關(guān)。目前轎車的傳動比范圍在3~4之間，輕型貨車在5~6之間，其他貨車那么更大。中心距A對中間軸式變速器,是將中間軸與第二軸之間的距離成為變速器中心距.其大小不僅對變速器的外形尺寸,體積和質(zhì)量大小,而且對輪齒的接觸強度有影響。中心距越小，齒輪的接觸應(yīng)力大，齒輪壽命短。外形尺寸變速器的橫向外形尺寸，可根據(jù)齒輪直徑以及倒檔中間齒輪和換檔機構(gòu)的布置初步確定。轎車四檔變速器殼體的軸向尺寸。貨車變速器殼體的軸向尺寸與檔數(shù)有關(guān)：四檔五檔六檔當變速器選用常嚙合齒輪對數(shù)和同步器多時，中心距系數(shù)K應(yīng)取給出系數(shù)的上限。為檢測方便，A取整。軸的直徑中間軸式變速器的第二軸和中間軸中部直徑，軸的最大直徑D和支撐間距離L的比值，對中間軸，D/L=0.16~0.18,對第二軸，。齒輪參數(shù)模數(shù)的選取遵循的一般原那么壓力角壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和外表接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。變速器齒輪用20°,嚙合套或同步器的接合齒壓力角用30°。螺旋角從提上下檔齒輪的抗彎強度出發(fā)，不希望用過大的螺旋角；而從提高高檔齒輪的接觸強度著眼，應(yīng)選用較大螺旋角。4．齒寬b考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。減少齒寬會使斜齒輪傳動平穩(wěn)的優(yōu)點被削弱，還會使工作應(yīng)力增加。使用寬些的齒寬，工作時會因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。變位系數(shù)的選擇原那么變位齒輪主要有兩類：高度變位和角度變位。為降低噪聲，對于變速器中除去一，二檔和倒檔以外的其他各檔齒輪的總變位系數(shù)要選用較小的一些數(shù)值，以便獲得低噪聲傳動。七．各檔齒輪齒數(shù)的分配在初選中心距，齒輪模數(shù)和螺旋角以后，可更據(jù)變速器的檔數(shù)，傳動比和傳動方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。四檔變速器為例，說明分配齒數(shù)的方法。盡可能使各檔齒輪的齒數(shù)比應(yīng)該不是整數(shù)。變速器的設(shè)計與計算齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷，齒面疲勞剝落，移動換檔齒輪端部破壞。輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。齒輪強度計算齒輪彎曲強度計算2．輪齒接觸應(yīng)力計算軸的強度計算變速器工作時，由于齒輪上有圓周力、徑向力和軸向力作用，其軸要承受轉(zhuǎn)矩和彎矩。變速器的軸應(yīng)有足夠的剛度和強度。變速器的軸用與齒輪相同的材料制造。同步器設(shè)計同步器有常壓式、慣性式和慣性增力式三種。一、慣性式同步器慣性式同步器能做到換擋時兩換擋元件之間的角速度到達完全相等之前，不允許換擋，因而能完善地完成同步器的功能和實現(xiàn)對同步器的根本要求。按結(jié)構(gòu)分，慣性式同步器有鎖銷式、滑塊式、鎖環(huán)式、多片式和多錐式幾種。二、同步器工作原理同步器換擋過程由三個階段組成。第一階段：同步器離開中間位置，做軸向移動并靠在摩擦面上。第二階段：來自手柄傳至換擋撥叉并作用在滑動齒套上的力F，經(jīng)過鎖止元件又作用到摩擦面上。第三階段：Δω=0，摩擦力矩消失，而軸向力F仍作用在鎖止元件上，使之解除鎖止狀態(tài)，此時滑動齒套和鎖銷上的斜面相對移動，從而使滑動齒套占據(jù)了換擋位置。三、主要參數(shù)確實定1．摩擦系數(shù)2．同步環(huán)主要尺寸確實定(1)同步環(huán)錐面上的螺紋槽(2)錐面半錐角(3)摩擦錐面平均半徑R(4)錐面工作長度b〔5〕同步環(huán)徑向厚度與摩擦錐面平均半徑一樣，同步環(huán)的徑向厚度要受機構(gòu)布置上的限制，包括變速器中心距及相關(guān)零件特別是錐面平均半徑和布置上的限制，不宜取很厚，但是同步環(huán)的徑向厚度必須保證同步環(huán)有足夠的強度。3．鎖止角4．同步時間t同步器工作時，要連接的兩個局部到達同步的時間越短越好EQ。5．轉(zhuǎn)動慣量的計算轉(zhuǎn)動慣量的計算：首先求得各零件的轉(zhuǎn)動慣量，然后按不同檔位轉(zhuǎn)換到被同步的零件上。對已有的零件，其轉(zhuǎn)動慣量值通常用扭擺法測出;假設(shè)零件未制成,可將這些零件分解為標準的幾何體,并按數(shù)學公式合成求出轉(zhuǎn)動慣量。四.同步器的計算同步器的計算目的是確定摩擦錐面和鎖止角的角度，這些角度是用來保證在滿足連接健角速度完全相等以前不能進行換檔時所應(yīng)滿足的條件，以及計算摩擦力矩和同步時間。變速器操縱機構(gòu)根據(jù)汽車使用條件的需要，駕駛員利用變速器的操縱機構(gòu)完成選擋和實現(xiàn)換擋或退到空擋的工作。變速器操縱機構(gòu)應(yīng)當滿足如下主要要求：換擋時只能掛人一個擋位，換擋后應(yīng)使齒輪在全齒長上嚙合，防止自動脫擋或自動掛擋，防止誤掛倒擋，換擋輕便。1．直接操縱手動換擋變速器2．遠距離操縱手動換擋變速器3．電控自動換擋變速器變速器結(jié)構(gòu)元件變速器齒輪齒輪可與軸設(shè)計為一體或分開，然后用花鍵，過盈配合或滑動支撐等方式與軸連接。2．變速器的軸3．變速器殼體殼體有整體式和對分時兩種。第四章萬向節(jié)傳動軸設(shè)計第一節(jié)概述萬向傳動軸由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還加裝中間支承。它主要用來在工作過程中相對位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運動。萬向傳動軸設(shè)計應(yīng)滿足如下根本要求：1)保證所連接的兩軸相對位置在預(yù)計范圍內(nèi)變動時，能可靠地傳遞動力。2)保證所連接兩軸盡可能等速運轉(zhuǎn)。由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。3)傳動效率高，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，維修容易等。萬向節(jié)結(jié)構(gòu)方案分析一、十字軸萬向節(jié)典型的十字軸萬向節(jié)主要由主動叉、從動叉、十字軸、滾針軸承及其軸向定位件和橡膠密封件等組成。目前常見的滾針軸承軸向定位方式有蓋板式、卡環(huán)式、瓦蓋固定式和塑料環(huán)定位式。二、準等速萬向節(jié)雙聯(lián)式萬向節(jié)雙聯(lián)式萬向節(jié)是由兩個十字軸萬向節(jié)組合而成。2．凸塊式萬向節(jié)3．三銷軸式萬向節(jié)三銷軸式萬向節(jié)三、等速萬向節(jié)1.球叉式萬向節(jié)球叉式萬向節(jié)按其鋼球滾道形狀不同可分為圓弧槽和直槽兩種形式。2．球籠式萬向節(jié)球籠式萬向節(jié)是目前應(yīng)用最為廣泛的等速萬向節(jié)。四、撓性萬向節(jié)撓性萬向節(jié)依靠其中彈性元件的彈性變形來保證在相交兩軸間傳動時不發(fā)生干預(yù)。彈性元件可以是橡膠盤、橡膠金屬套筒、鉸接塊、六角環(huán)形橡膠圈等多種形狀。萬向傳動的運動和受力分析一、單十字軸萬向節(jié)傳動為了控制附加彎矩，應(yīng)防止兩軸之間的夾角過大。二、雙十字軸萬向節(jié)傳動三、多十字軸萬向節(jié)傳動四、等速萬向節(jié)傳動萬向節(jié)設(shè)計一、萬向傳動的計算載荷萬向傳動軸因布置位置不同，計算載荷是不同的。計算載荷的計算方法主要有三種，見書表4—1。二、十字軸萬向節(jié)設(shè)計十字軸萬向節(jié)的損壞形式主要有十字軸軸頸和滾針軸承的磨損，十字軸軸頸和滾針軸承碗工作外表出現(xiàn)壓痕和剝落。三、球籠式萬向節(jié)設(shè)計球籠式萬向節(jié)的失效形式主要是鋼球與接觸滾道外表的疲勞點蝕。傳動軸結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計傳動軸總成主要由傳動軸及其兩端焊接的花鍵軸和萬向節(jié)叉組成。傳動軸中一般設(shè)有由滑動叉和花鍵軸組成的滑動花鍵，以實現(xiàn)傳動長度的變化。中間支承結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計中間支承通常安裝在車架橫梁上或車身底架上，以補償傳動軸軸向和角度方向的安裝誤差以及車輛行駛過程中由于發(fā)動機竄動或車架等變形所引起的位移。第五章驅(qū)動橋設(shè)計第一節(jié)概述驅(qū)動橋處于動力傳動系的末端，其根本功能是增大由傳動軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩,并將動力合理地分配給左、右驅(qū)動輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動裝置和驅(qū)動橋殼等組成。驅(qū)動橋設(shè)計應(yīng)當滿足如下根本要求：所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最正確的動力性和燃料經(jīng)濟性。外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。齒輪及其它傳動件工作平穩(wěn)，噪聲小。)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動效率。在保證足夠的強度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。與懸架導(dǎo)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)，對于轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機構(gòu)運動協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動車輪的懸架形式密切相關(guān)。當車輪采用非獨立懸架時，驅(qū)動橋應(yīng)為非斷開式(或稱為整體式)，當采用獨立懸架時，為保證運動協(xié)調(diào)，驅(qū)動橋應(yīng)為斷開式。具有橋殼的非斷開式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝性好、本錢低、工作可靠、維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車、客車及多數(shù)的越野汽車和局部小轎車上。但整個驅(qū)動橋均屬于簧下質(zhì)量，對汽車平順性和降低動載荷不利。斷開式驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，本錢較高，但它大大地增加了離地間隙；減小了簧下質(zhì)量，從而改善了行駛平順性，提高了汽車的平均車速；減小了汽車在行駛時作用于車輪和車橋上的動載荷，提高了零部件的使用壽命；由于驅(qū)動車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性較好，大大增強了車輪的抗側(cè)滑能力；與之相配合的獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計得合理，可增加汽車的缺乏轉(zhuǎn)向效應(yīng)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。這種驅(qū)動橋在轎車和高通過性的越野汽車上應(yīng)用相當廣泛。主減速器設(shè)計主減速器結(jié)構(gòu)方案分析主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速器形式不同而不同。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。1螺旋錐齒輪傳動2雙曲面齒輪傳動3．圓柱齒輪傳動4．蝸桿傳動主減速器的減速形式可分為單級減速、雙級減速、雙速減速、單雙級貫穿、單雙級減速配以輪邊減速等。1．單級主減速器單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。雙級主減速器與單級相比，在保證離地間隙相同時可得到大的傳動比，io一般為7～12。但是尺寸、質(zhì)量均較大，本錢較高。它主要應(yīng)用于中、重型貨車、越野車和大客車上。3雙速主減速器雙速主減速器的換擋是由遠距離操縱機構(gòu)實現(xiàn)的，一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機構(gòu)。由于雙速主減速器無換擋同步裝置，因此其主減速比的變換是在停車時進行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅(qū)動的重型汽車上采用。貫穿式主減速器根據(jù)其減速形式可分成單級和雙級兩種。單級貫穿式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量小，并可使中、后橋的大局部零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點，主要用于輕型多橋驅(qū)動的汽車上。在設(shè)計某些重型汽車、礦山自卸車、越野車和大型公共汽車的驅(qū)動橋時，由于傳動系總傳動出敷大，為了使變速器、分動器、傳動軸等總成所受載荷盡量小，往往將驅(qū)動橋的速比分配得較大。當主減速比大于12時，一般的整體式雙級主減速器難以到達要求，此時常采用輪邊減速器(圖5—12)。這樣，不僅使驅(qū)動橋的中間尺寸減小，保證了足夠的離地間隙，而且可得到較大的驅(qū)動橋總傳動比。另外，二．主減速器主、從動錐齒輪的支承方案主減速器中必須保證主、從動齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。1．主動錐齒輪的支承主動錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用跨置式支承。2從動錐齒輪的支承三．主減速器錐齒輪主要參數(shù)選擇主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2、從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)m、主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點螺旋角β、法向壓力角α等。(二)主減速器錐齒輪的強度計算1．單位齒長圓周力2.輪齒彎曲強度3.輪齒接觸強度五、主減速器錐齒輪軸承的載荷計算1．錐齒輪齒面上的作用力2．錐齒輪軸承的載荷六、錐齒輪的材料汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。第四節(jié)差速器設(shè)計差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。一、差速器結(jié)構(gòu)形式選擇(一)齒輪式差速器汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。他又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器等(二)滑塊凸輪式差速器滑塊凸輪式差速器址一種高摩擦自鎖差速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，禮零件材料、機械加工、熱處耶、化學處理等方面均有較高的技術(shù)要求。(三)蝸輪式差速器由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。(四)牙嵌式自由輪差速器牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比Ab是可變的，最大可為無窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(一)差速器齒輪主要參數(shù)選擇1．行星齒輪數(shù)n2．行星齒輪球面半徑Rb3．行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z1、Z24．行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m5．壓力角6．行星齒輪軸直徑d及支承長度L差速器齒輪與主減速器齒輪一樣，根本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝已被廣泛應(yīng)用。三、粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)及在汽車上的布置粘性聯(lián)軸器是一種利用液體粘性傳遞動力的裝置。它以其優(yōu)良的性能不僅廣泛應(yīng)用于四輪驅(qū)動汽車上，而且也應(yīng)用于兩輪驅(qū)動汽車上。2．粘性聯(lián)軸器在車上的布置根據(jù)全輪驅(qū)動形式的不同，粘性聯(lián)軸器在汽車上有不同的布置形式。車輪傳動裝置設(shè)計車輪傳動裝置位于傳動系的末端，其根本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅(qū)動橋，車輪傳動裝置的主要零件為半軸；對于斷開式驅(qū)動橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋(圖5—27)，車輪傳動裝置為萬向傳動裝置。萬向傳動裝置的設(shè)計見第四章，以下僅講述半軸的設(shè)計。一、結(jié)構(gòu)形式分析半軸根據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為牛浮式、3／4浮式和全浮式三種形式。二、半軸計算1．全浮式半軸2．半浮式半軸3．3／4浮式半軸三、半軸可靠性設(shè)計在汽車設(shè)計中，可靠性已成為比擬重要的技術(shù)指標之一。對于產(chǎn)品設(shè)計，須考慮各參量的統(tǒng)計分散性，進行隨機不確定分析，真實正確地反映產(chǎn)品的強度與受載等情況。1．可靠度計算2．可靠性設(shè)計四、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計對半軸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注意如下幾點：(1)全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取(5-59)式中，d為半軸桿部直徑(mm)；為半軸計算轉(zhuǎn)矩(M·mm)，按式(5—43)計算；K為直徑系數(shù)，取0．205～0．218。2)半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各局部到達根本等強度。3)半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量增大各過渡局部的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡局部，以減小應(yīng)力集中。4)對于桿部較粗且外端凸緣也較大時，可采用兩端用花鍵連接的結(jié)構(gòu)。5)設(shè)計全浮式半軸桿部的強度儲藏應(yīng)低于驅(qū)動橋其它傳力零件的強度儲藏，使半軸起一個“熔絲”的作用。半浮式半軸直接安裝車輪，應(yīng)視為保安件。第六節(jié)驅(qū)動橋殼設(shè)計驅(qū)動橋課的主要功用是支撐汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來的路面的反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車架〔或車身〕；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體驅(qū)動橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計要求：1〕應(yīng)具有足夠的強度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力．2〕在保證強度和剛度的前提下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車行駛平順性．3〕保證足夠的離地間隙．4〕結(jié)構(gòu)工藝性好，本錢低．5〕保護裝于其上的傳動部件和防止泥水浸入．6〕拆裝，調(diào)整，維修方便．一．驅(qū)動橋殼結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動橋殼大致可分為可分式、整體式和組合式三種形式。1．可分式橋殼2．整體式橋殼3)組合式橋殼二．驅(qū)動橋殼強度計算對于具有全浮式半軸的驅(qū)動橋，強度計算的載荷工況與半軸強度計算的：三種載荷工況相同。圖5—32為驅(qū)動橋殼受力圖，橋殼危險斷面通常在鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)附近，橋兒端郎的輪轂軸承座根部也應(yīng)列為危險斷面進行強度驗算。第六章懸架設(shè)計第一節(jié)概述懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，它把懸架(或車身)與車軸(或車輪)彈性地連接起來。其主要任務(wù)是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并且緩和路面?zhèn)鹘o車架(或車身)的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動，保證汽車的行駛平順性；保證車輪在路面不平和載荷變化時有理想的運動特性，保證汽車的操縱穩(wěn)定性，使汽車獲得高速行駛能力。懸架由彈性元件、導(dǎo)向裝置、減振器、緩沖塊和橫向穩(wěn)定器等組成。對懸架提出的設(shè)計要求有：1)保證汽車有良好的行駛平順性。2)具有適宜的衰減振動能力。3)保證汽車具有良好的操縱穩(wěn)定性。4)汽車制動或加速時要保證車身穩(wěn)定，減少車身縱傾；轉(zhuǎn)彎時車身側(cè)傾角要適宜。5)有良好的隔聲能力。6)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間尺寸要小。7)可靠地傳遞車身與車輪之間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時，還要保證有足夠的強度和壽命。懸架結(jié)構(gòu)形式分析一、非獨立懸架和獨立懸架懸架可分為非獨立懸架和獨立懸架兩類。非獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左、右車輪用一根整體軸連接，再經(jīng)過懸架與車架(或車身)連接。獨立懸架的結(jié)構(gòu)特點是左、右車輪通過各自的懸架與車架(或車身)連接。二、獨立懸架結(jié)構(gòu)形式分析獨立懸架又分為雙橫臂式、單橫臂式、雙縱臂式、單縱臂式、單斜臂式、麥弗遜式和扭轉(zhuǎn)梁隨動臂式等幾種。對于不同結(jié)構(gòu)形式的獨立懸架，不僅結(jié)構(gòu)特點不同，而且許多根本特性也有較大區(qū)別。評價時常從以下幾個方面進行：(1)側(cè)傾中心高度(2)車輪定位參數(shù)的變化(3)懸架側(cè)傾角剛度(4)橫向剛度三、前、后懸架方案的選擇目前汽車的前、后懸架采用的方案有：前輪和后輪均采用非獨立懸架；前輪采用獨立懸架，后輪采用非獨立懸架；前輪與后輪均采用獨立懸架等幾種。四、輔助元件1．橫向穩(wěn)定器2．緩沖塊懸架主要參數(shù)確實定一、懸架靜撓度懸架靜撓度，是指汽車滿載靜止時懸架上的載荷Fw與此時懸架剛度c之比，即=Fw／c。二、懸架的動撓度懸架的動撓度是指從滿載靜平衡位置開始懸架壓縮到結(jié)構(gòu)允許的最大變形(通常指緩沖塊壓縮到其自由高度的1／2或2／3)時，車輪中心相對車架(或車身)的垂直位移。要求懸架應(yīng)有足夠大的動撓度，以防止在壞路面上行駛時經(jīng)常碰撞緩沖塊。對轎車，取7—9cm；對大客車,取5～8cm；對貨車取6～9cm。三、懸架彈性特性懸架受到的垂直外力F與由此所引起的車輪中心相對于車身位移f(即懸架的變形)的關(guān)系曲線稱為懸架的彈性特性。其切線的斜率是懸架的剛度。懸架的彈性特性有線性彈性特性和非線性彈性特性兩種。鋼板彈簧非獨立懸架的彈性特性可視為線性的，而帶有副簧的鋼板彈簧、空氣彈簧、油氣彈簧等，均為剛度可變的非線性彈性特性懸架。四、后懸架主、副簧剛度的分配貨車后懸架多采用有主、副簧結(jié)構(gòu)的鋼板彈簧。具體確定方法有兩種：第一種方法是使副簧開始起作用時的懸架撓度等于汽車空載時懸架的撓度，而使副簧開始起作用前一瞬間的撓度等于滿載時懸架的撓度。于是，可求得如。式中，F(xiàn)o和Fw分別為空載與滿載時的懸架載荷。副簧、主簧的剛度比為(6--3)式中，為副簧剛度；為主簧剛度。第二種方法是使副簧開始起作用時的載荷等于空載與滿載時懸架載荷的平均值，即=0．5(Fo+Fw)，并使F。和FK間的平均載荷對應(yīng)的頻率與FK和Fw間平均載荷對應(yīng)的頻率相等，此時副簧與主簧的剛度比為(6—4)五、懸架側(cè)傾角剛度及其在前、后軸的分配懸架側(cè)傾角剛度系指簧上質(zhì)量產(chǎn)生單位側(cè)傾角時懸架給車身的彈性恢復(fù)力矩。它對簧上質(zhì)量的側(cè)傾角有影響；側(cè)傾角過大或過小都不好。乘坐側(cè)傾角剛度過小而側(cè)傾角過大的汽車，乘員缺乏舒適感和平安感。側(cè)傾剛度過大而側(cè)傾角過小的汽車又缺乏汽車發(fā)生側(cè)翻的感覺，同時使輪胎側(cè)偏角增大，如果發(fā)生在后輪會使汽車增加了過多轉(zhuǎn)向的可能。要求在側(cè)向慣性力等于0．4倍車重時，轎車車身側(cè)傾角在2．5°～4°，貨車車身側(cè)傾角不超過6°～7°。此外，還要求汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，在0．4g的側(cè)向加速度作用下，前、后輪側(cè)偏角之差δ1-δ2應(yīng)當在1°～3°范圍內(nèi)。應(yīng)該使前懸架具有的側(cè)傾角剛度要略大于后懸架的側(cè)傾角剛度。對轎車，前、后懸架側(cè)傾角剛度比值一般為1．4～2．6。彈性元件的計算一、鋼板彈簧(一)鋼板彈簧的布置方案縱置鋼板彈簧能傳遞各種力和力矩，并且結(jié)構(gòu)簡單，故在汽車上得到廣泛應(yīng)用?？v置鋼板彈簧又有對稱式與不對稱式之分。(二)鋼板彈簧主要參數(shù)確實定在進行鋼板彈簧計算之前，應(yīng)當知道以下初始條件：滿載靜止時汽車前、后軸(橋)負荷G1、G2和簧下局部荷重Gu1＼Gu2，并據(jù)此計算出單個鋼板彈簧的載荷：Fw1=(G1-Gul)／2和Fw2=(G2—Gu2)／2，懸架的靜撓度，和動撓度，汽車的軸距等。1．滿載弧高滿載弧高是指鋼板彈簧裝到車軸(橋)上，汽車滿載時鋼板彈簧主片上外表與兩端(不包括卷耳孔半徑)連線間的最大高度差。2．鋼板彈簧長度L確實定鋼板彈簧長度L是指彈簧伸直后兩卷耳中心之間的距離。增加鋼板彈簧長度L能顯著降低彈簧應(yīng)力，提高使用壽命；降低彈簧剛度，改善汽車平順性；在垂直剛度c給定的條件下，又能明顯增加鋼板彈簧的縱向角剛度。鋼板彈簧的縱向角剛度系指鋼板彈簧產(chǎn)生單位縱向轉(zhuǎn)角時，作用到鋼板彈簧上的縱向力矩值。增大鋼板彈簧縱向角剛度的同時，能減少車輪扭轉(zhuǎn)力矩所引起的彈簧變形；選用長些的鋼板彈簧，會在汽車上布置時產(chǎn)生困難。原那么上在總布置可能的條件下，應(yīng)盡可能將鋼板彈簧取長些。推薦在以下范圍內(nèi)選用鋼板彈簧的長度：轎車：L=(0．40～0．55)軸距；貨車前懸架：L=(0．26～0．35)軸距，后懸架：L=(0．35～0．45)軸距。3．鋼板斷面尺寸及片數(shù)確實定(1)鋼板斷面寬度b確實定(2)鋼板彈簧片厚h的選擇(3)鋼板斷面形狀(4)鋼板彈簧片數(shù)n(三)鋼板彈簧各片長度確實定片厚不變寬度連續(xù)變化的單片鋼板彈簧是等強度梁，形狀為菱形(兩個三角形)。(四)鋼板彈簧剛度驗算在此之前，有關(guān)撓度增大系數(shù)δ、總慣性矩J。、片長和葉片端部形狀等確實定都不夠準確，所以有必要驗算剛度。用共同曲率法計算剛度的前提是，假定同一截面上各片曲率變化值相同，各片所承受的彎矩正比于其慣性矩，同時該截面上各片的彎矩和等于外力所引起的彎矩。(五)鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高及曲率半徑計算鋼板彈簧總成在自由狀態(tài)下的弧高Ho(2)鋼板彈簧各片自由狀態(tài)下曲率半徑確實定(六)鋼板彈簧總成弧高的核算由于鋼板彈簧葉片在自由狀態(tài)下的曲率半徑Ri是經(jīng)選取預(yù)應(yīng)力σoi后用式(6—11)計算，受其影響，裝配后鋼板彈簧總成的弧高與用式R。=L2／8Ho計算的結(jié)果會不同。因此，需要核算鋼板彈簧總成的弧高。(七)鋼板彈簧強度驗算(1)緊急制動時，前鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的后半段出現(xiàn)的最大應(yīng)力σmax用下式計算(6-17)式中，G1為作用在前輪上的垂直靜負荷；m1為制動時前軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m1=1．2～1．4，貨車：m1=1．4～1．6；l1,l2為鋼板彈簧前、后段長度；φ為道路附著系數(shù)，取0．8；Wo為鋼板彈簧總截面系數(shù)；c為彈簧固定點到路面的距離(圖6—16)。(2)汽車驅(qū)動時，后鋼板彈簧承受的載荷最大，在它的前半段出現(xiàn)最大應(yīng)力。σmax用下式計算(6-18)式中，G2為作用在后輪上的垂直靜負荷；m2為驅(qū)動時后軸負荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m2’=1．25～1．30，貨車：m2’=1．1～1．2；φ為道路附著系數(shù)；b為鋼板彈簧片寬；h1為鋼板彈簧土片厚度。此外，還應(yīng)當驗算汽車通過不平路面時鋼板彈簧的強度。許用應(yīng)力[f]取為1000N／mm2。(3)鋼板彈簧卷耳和彈簧銷的強度核算許用應(yīng)力[σ)取為350N／mm2。鋼板彈簧多數(shù)情況下采用55SiMnVB鋼或60Si2Mn鋼制造。常采用外表噴丸處理工藝和減少外表脫碳層深度的措施來提高鋼板彈簧的壽命。外表噴丸處理有一般噴丸和應(yīng)力噴丸兩種，后者可使鋼板彈簧外表的剩余應(yīng)力比前者大很多。(八)少片彈簧少片彈簧在輕型車和轎車上得到越來越多的應(yīng)用。其特點是葉片由等長、等寬、變截面的1～3片葉片組成。利用變厚斷面來保持等強度特性，并比多片彈簧減少20％～40％的質(zhì)量。(1)按拋物線形變化(2)按線性變化由n片組成少片彈簧時，其總剛度為各片剛度之和，其應(yīng)力那么按各片所承受的載荷分量計算。少片彈簧的寬度，在布置允許的情況下盡可能取寬些，以增強橫向剛度，常取75~100mm。厚度hl>8mm，以保證足夠的抗剪強度并防止太薄而淬裂。h2取12~20mm。二、扭桿彈簧作為懸架彈性元件的—種——扭桿彈簧的兩端分別與車架(車身)和導(dǎo)向臂連接。工作時扭桿彈簧受扭轉(zhuǎn)力矩作用。扭桿彈簧在汽車上可以縱置、橫置或介于上述兩者之間。因扭桿彈簧單位質(zhì)量儲能量比鋼板彈簧大許多，所以扭桿彈簧懸架質(zhì)量小(簧下質(zhì)量得以減少)，目前在輕型客車、貨車上得到比擬廣泛的應(yīng)用。除此之外，扭桿彈簧還有工作可靠、保養(yǎng)維修容易等優(yōu)點。扭桿彈簧可以按照斷面形狀或彈性元件數(shù)量的不同來分類。按照斷面形狀不同，扭桿彈簧分為圓形、管形、片形等幾種。按照彈性元件數(shù)量不同，扭桿可分為單桿式或組合式兩種。獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計一、設(shè)計要求對前輪獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求是：1)懸架上載荷變化時，保證輪距變化不超過±4．Omm，輪距變化大會引起輪胎早期磨損。2)懸架上載荷變化時，前輪定位參數(shù)要有合理的變化特性，車輪不應(yīng)產(chǎn)生縱向加速度。3)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小。在0．4g側(cè)向加速度作用下，車身側(cè)傾角不大于6°～7°，并使車輪與車身的傾斜同向，以增強缺乏轉(zhuǎn)向效應(yīng)。4)汽車制動時，應(yīng)使車身有抗前俯作用；加速時，有抗后仰作用。對后輪獨止：懸架導(dǎo)向機構(gòu)的要求是：1)懸架上的載荷變化時，輪距無顯著變化。2)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，應(yīng)使車身側(cè)傾角小，并使車輪與車身的傾斜反向，以減小過多轉(zhuǎn)向效應(yīng)。此外，導(dǎo)向機構(gòu)還應(yīng)有夠強度，并可靠地傳遞除垂直力以外的各種力和力矩。目前，汽車上廣泛采用上、下臂不等長的雙橫臂式獨立懸架(主要用于前懸架)和滑柱擺臂(麥弗遜)式獨立懸架。下面以這兩種懸架為例，分別討論獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)的選擇方法，分析導(dǎo)向機構(gòu)參數(shù)對前輪定位參數(shù)和輪距的影響。二、導(dǎo)向機構(gòu)的布置參數(shù)1．側(cè)傾中心雙橫臂式獨立懸架的側(cè)傾中心由如圖6—24所示方式得出。將橫臂內(nèi)外轉(zhuǎn)動點的連線延長，以便得到極點P，并同時獲得P點的高度。將P點與車輪接地點N連接，即可在汽車軸線上獲得側(cè)傾中心W。2．側(cè)傾中心高度在獨立懸架中，前后側(cè)傾中心連線稱為側(cè)傾軸線。側(cè)傾軸線應(yīng)大致與地面平行，且盡可能離地面高些。平行是為了使得在曲線行駛時前、后軸上的輪荷變化接近相等，從而保證中性轉(zhuǎn)向特性；而盡可能高那么是為了使車身的側(cè)傾限制在允許范圍內(nèi)。前懸架0～120mm；后懸架80～150mm。3．縱傾中心雙橫臂式懸架的縱傾中心可用作圖法得出，見圖6—27。自鉸接點E和G作擺臂轉(zhuǎn)動軸C和D的平行線，兩線的交點即為縱傾中心。4．抗制動縱傾性(抗制動前俯角)抗制動縱傾性使得制動過程中汽車車頭的下沉量及車尾的抬高量減小。5．抗驅(qū)動縱傾性(抗驅(qū)動后仰角)抗驅(qū)動縱傾性可減小后輪驅(qū)動汽車車尾的下沉量或前輪驅(qū)動汽車車頭的抬高量。與抗制動縱傾性不同的是，只有當汽車為單橋驅(qū)動時，該性能才起作用。對于獨立懸架而言，是縱傾中心位置高于驅(qū)動橋車輪中心，這一性能方可實現(xiàn)?！?．懸架擺臂的定位角獨立懸架中的擺臂鉸鏈軸大多為空間傾斜布置。為了描述方便，將擺臂空間定位角定義為：擺臂的水平斜置角α，懸架抗前俯角β，懸架斜置初始角θ。三、雙橫臂式獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計1．縱向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案上、下橫臂軸抗前俯角的匹配對主銷后傾角的變化有較大影響。為了提高汽車的制動穩(wěn)定性和舒適性，一般希望主銷后傾角的變化規(guī)律為：在懸架彈簧壓縮時后傾角增大；在彈簧拉伸時后傾角減小，用以造成制動時因主銷后傾角變大而在控制臂支架上產(chǎn)生防止制動前俯的力矩。2．橫向平面內(nèi)上、下橫臂的布置方案3．水平面內(nèi)上、下橫臂動軸線的布置方案為了使輪胎在遇到凸起路障時能夠使輪胎一面上跳，一面向后退讓，以減少傳到車身上的沖擊力，還為了便于布置發(fā)動機，大多數(shù)前置發(fā)動機汽車的懸架下橫臂軸M—M的斜置角。，為正，而上橫臂軸N—N的斜置角α2那么有正值、零值和負值三種布置方案。4．上、下橫臂長度確實定雙橫臂式懸架的上、下臂長度對車輪上、下跳動時前輪的定位參數(shù)影響很大?，F(xiàn)代轎車所用的雙橫臂式前懸架，一般設(shè)計成上橫臂短、下橫臂長。這一方面是考慮到布置發(fā)動機方仙。另一方面也是為了得到理想的懸架運動特性。四、麥弗遜式獨立懸架導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計1．導(dǎo)向機構(gòu)受力分析2．擺臂軸線布置方式的選擇為了減少汽車制動時的縱傾，一般希望在懸架壓縮行程主銷后傾角λ有增加的趨勢。因此，在設(shè)計麥弗遜式懸架時，應(yīng)選擇參數(shù)β能使運動瞬心C交于前輪前方。3．擺臂長度確實定擺臂越長，By曲線越平緩，即車輪跳動時輪距變化越小，有利于提高輪胎壽命。主銷內(nèi)傾角γ車輪外傾角δ和主銷后傾角λ曲線的變化規(guī)律也都與By類似，說明擺臂越長，前輪定位角度的變化越小，將有利于提高汽車的操縱穩(wěn)定性。具體設(shè)計時，在滿足布置要求的前提下應(yīng)盡量加長擺臂長度。減振器一、分類懸架中用得最多的減振器是內(nèi)部充有液體的液力式減振器。汽車車身和車輪振動時，減振器內(nèi)的液體在流經(jīng)阻尼孔時的摩擦和液體的粘性摩擦形成了振動阻力，將振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，并散發(fā)到周圍空氣中去，到達迅速衰減振動的目的。如果能量的耗散僅僅是在壓縮行程或者是在伸張行程進行，那么把這種減振器稱之為單向作用式減振器，反之稱之為雙向作用式減振器。后者因減振作用比前者好而得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，減振器分為搖臂式和筒式兩種。設(shè)計減振器時應(yīng)當滿足的根本要求是，在使用期間保證汽車行駛平順性的性能穩(wěn)定。二、相對阻尼系數(shù)ψ減振器在卸荷閥翻開前，減振器中的阻力F與減振器振動速度v之間有如下關(guān)系(6-30)式中，δ為減振器阻尼系數(shù)。三、減振器阻尼系數(shù)確實定減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動頻率：，所以理論上。實際上應(yīng)根據(jù)減振器的布置特點確定減振器的阻尼系數(shù)。四、最大卸荷力Fo確實定為減小傳到車身上的沖擊力，當減振器活塞振動速度到達一定值時，減振器翻開卸荷閥。五、簡式減振器工作缸直徑D確實定減振器的工作缸直徑D有20、30、40、(45)、50、65mm等幾種。選取時應(yīng)按標準選用，詳見JBl459《汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件》。貯油筒直徑Dc=(1．35～1．50)D，壁厚取為2mm，材料可選20鋼。懸架的結(jié)構(gòu)元件一、控制臂與推力桿獨立懸架中用縱臂、橫臂或者斜臂(統(tǒng)稱控制臂)中的三者之一，將車輪(或車軸)與車架(或車身)連接起來。有些懸架在車軸與車架(車身)之間布置有縱向或橫向推力桿。為了保證順利的裝配和補償制造與安裝時可能產(chǎn)生的誤差，有時要求推力桿具有調(diào)節(jié)長度的功能。控制臂可以用鋼板沖壓、模鍛或者鑄造。大批量生產(chǎn)時，常用沖壓、模鍛的生產(chǎn)方式制造；小批量生產(chǎn)時，那么采用鋼或鋁合金鑄造，后者有較小的質(zhì)量。二、接頭控制臂或推力桿常通過位于它們端部的接頭與其它件實現(xiàn)聯(lián)接。這些接頭應(yīng)滿足下述一些要求：應(yīng)當有較小的摩擦；在使用期間不需要進行保養(yǎng)，以減少使用本錢或降低勞動強度；接頭應(yīng)有一定的彈性；具有隔音性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，接頭有軸銷式接頭和球銷式接頭兩種。鋼板彈簧通過兩端的橡膠襯套接頭或軸銷接頭與車架聯(lián)接。三、鋼板彈簧葉片端部的形狀與卷耳葉片端部的形狀有矩形、梯形和橢圓形三種。第七章轉(zhuǎn)向系設(shè)計第一節(jié)概述轉(zhuǎn)向系是用來保持或者改變汽車行駛方向的機構(gòu)，在汽車轉(zhuǎn)向行駛時，保證各轉(zhuǎn)向輪之間有協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)角關(guān)系。機械轉(zhuǎn)向系依靠駕駛員的手力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤，經(jīng)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)。有些汽車還裝有防傷機構(gòu)和轉(zhuǎn)向減振器。采用動力轉(zhuǎn)向的汽車還裝有動力系統(tǒng)，并借助此系統(tǒng)來減輕駕駛員的手力。對轉(zhuǎn)向系提出的要求有：1)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時，全部車輪應(yīng)繞瞬時轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項要求會加速輪胎磨損，并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。2)汽車轉(zhuǎn)向行駛后，在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下，轉(zhuǎn)向輪能自動返回到直線行駛位置，并穩(wěn)定行駛。3)汽車在任何行駛狀態(tài)下，轉(zhuǎn)向輪不得產(chǎn)生自振，轉(zhuǎn)向盤沒有擺動。4)轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時，由于運動不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動應(yīng)最小。5)保證汽車有較高的機動性，具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。6)操縱輕便。7)轉(zhuǎn)向輪碰撞到障礙物以后，傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。8)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)的球頭處，有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機構(gòu)。9)在車禍中，當轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時，轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10)進行運動校核，保證轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)動方向一致。機械式轉(zhuǎn)向器方案分析一、機械式轉(zhuǎn)向器方案分析1．齒輪齒條式齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器由與轉(zhuǎn)向軸做成一體的轉(zhuǎn)向齒輪和常與轉(zhuǎn)向橫拉桿做成一體的齒條組成。與其它形式轉(zhuǎn)向器比擬，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器最主要的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；殼體采用鋁合金或鎂合金壓鑄而成，轉(zhuǎn)向器的質(zhì)量比擬??；傳動效率高達90％；齒輪與齒條之間因磨損出現(xiàn)間隙后，利用裝在齒條背部、靠近主動小齒輪處的壓緊力可以調(diào)節(jié)的彈簧，可自動消除齒間間隙，這不僅可以提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度，還可以防止工作時產(chǎn)生沖擊和噪聲；轉(zhuǎn)向器占用的體積??；沒有轉(zhuǎn)向搖臂和直拉桿，所以轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角可以增大；制造本錢低。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：因逆效率高(60％～70％)，汽車在不平路面上行駛時，發(fā)生在轉(zhuǎn)向輪與路面之間的沖擊力，大局部能傳至轉(zhuǎn)向盤，稱之為反沖。反沖現(xiàn)象會使駕駛員精神緊張，并難以準確控制汽車行駛方向，轉(zhuǎn)向盤突然轉(zhuǎn)動又會造成打手，對駕駛員造成傷害。根據(jù)輸入齒輪位置和輸出特點不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器有四種形式：中間輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，兩端輸出；側(cè)面輸入，中間輸出；側(cè)面輸入，一端輸出。根據(jù)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向梯形相對前軸位置的不同，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器在汽車上有四種布置形式：轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，前置梯形。齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器廣泛應(yīng)用于微型、普通級、中級和中高級轎車上，甚至在高級轎車上也有采用的。裝載量不大、前輪采用獨立懸架的貨車和客車有些也用齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器。2．循環(huán)球式循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由螺桿和螺母共同形成的螺旋槽內(nèi)裝有鋼球構(gòu)成的傳動副，以及螺母上齒條與搖臂軸上齒扇構(gòu)成的傳動副組成。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：在螺桿和螺母之間因為有可以循環(huán)流動的鋼球，將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，因而傳動效率可到達75％～85％；在結(jié)構(gòu)和工藝上采取措施，包括提高制造精度，改善工作外表的外表粗糙度和螺桿、螺母上的螺旋槽經(jīng)淬火和磨削加工，使之有足夠的硬度和耐磨損性能，可保證有足夠的使用壽命；轉(zhuǎn)向器的傳動比可以變化；工作平穩(wěn)可靠；齒條和齒扇之間的間隙調(diào)整工作容易進行(圖7—8)；適合用來做整體式動力轉(zhuǎn)向器。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：逆效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，制造精度要求高。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器主要用于貨車和客車上。3．蝸桿滾輪式蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器由蝸桿和滾輪嚙合而構(gòu)成。其主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單；制造容易；因為滾輪的齒面和蝸桿上的螺紋呈面接觸，所以有比擬高的強度，工作可靠，磨損小，壽命長；逆效率低。蝸桿滾輪式轉(zhuǎn)向器的主要缺點是：正效率低；工作齒面磨損以后，調(diào)整嚙合間隙比擬困難；轉(zhuǎn)向器的傳動比不能變化。這種轉(zhuǎn)向器曾在汽車上廣泛使用過。4．蝸桿指銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的銷子假設(shè)不能自轉(zhuǎn)，稱為固定銷式蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器；銷子除隨同搖臂軸轉(zhuǎn)動外，還能繞自身軸線轉(zhuǎn)動的，稱之為旋轉(zhuǎn)銷式轉(zhuǎn)向器。根據(jù)銷子數(shù)量不同，又有單銷和雙銷之分。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)向器的傳動比可以做成不變的或者變化的；指銷和蝸桿之間的工作面磨損后，調(diào)整間隙工作容易進行。蝸桿指銷式轉(zhuǎn)向器應(yīng)用較少。二、防傷平安機構(gòu)方案分析與計算根據(jù)交通事故統(tǒng)計資料和對汽車碰撞試驗結(jié)果的分析說明：汽車正面碰撞時，轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱是使駕駛員受傷的主要元件。因此，要求汽車在以48km／h的速度正面同其它物體碰撞的試驗中，轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向軸在水平方向的后移量不得大于127mm；在臺架試驗中，用人體模型的軀干以6．7m／s的速度碰撞轉(zhuǎn)向盤時，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得超過11123N。為此，需要在轉(zhuǎn)向系中設(shè)計并安裝能防止或者減輕駕駛員受傷的機構(gòu)。轉(zhuǎn)向系主要性能參數(shù)一、轉(zhuǎn)向器的效率功率P1從轉(zhuǎn)向軸輸入，經(jīng)轉(zhuǎn)向搖臂軸輸出所求得的效率稱為正效率，用符號η+表示，η+=(P1—P2)／Pl；反之稱為逆效率，用符號η-表示，η-=(P3—P2)／P3。1．轉(zhuǎn)向器的正效率η+影響轉(zhuǎn)向器正效率的因素有：轉(zhuǎn)向器的類型、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)參數(shù)和制造質(zhì)量等。(1)轉(zhuǎn)向器類型、結(jié)構(gòu)特點與效率(2)轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與效率2．轉(zhuǎn)向器逆效率η-根據(jù)逆效率大小不同，轉(zhuǎn)向器又有可逆式、極限可逆式和不可逆式之分。路面作用在車輪上的力，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系可大局部傳遞到轉(zhuǎn)向盤，這種逆效率較高的轉(zhuǎn)向器屬于可逆式。不可逆式轉(zhuǎn)向器，是指車輪受到的沖擊力不能傳到轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向器。二、傳動比的變化特性1．轉(zhuǎn)向系傳動比轉(zhuǎn)向系的傳動比包括轉(zhuǎn)向系的角傳動比和轉(zhuǎn)向系的力傳動比2．力傳動比與轉(zhuǎn)向系角傳動比的關(guān)系3．轉(zhuǎn)向系的角傳動比iwo研究轉(zhuǎn)向系的傳動比特性，只需研究轉(zhuǎn)向器的角傳動比iw及其變化規(guī)律即可。4．轉(zhuǎn)向器角傳動比及其變化規(guī)律隨轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化，轉(zhuǎn)向器角傳動比可以設(shè)計成減小、增大或保持不變的。均應(yīng)取較小的轉(zhuǎn)向器角傳動比并能減少轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動的總?cè)?shù)，以提高汽車的機動能力。轉(zhuǎn)向盤在中間位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜過小。過小那么在汽車高速直線行駛時，對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角過分敏感和使反沖效應(yīng)加大，使駕駛員精確控制轉(zhuǎn)向輪的運動有困難。直行位置的轉(zhuǎn)向器角傳動比不宜低于15～16。三、轉(zhuǎn)向器傳動副的傳動間隙Δt1．轉(zhuǎn)向器傳動間隙特性傳動間隙是指各種轉(zhuǎn)向器中傳動副(如循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒扇和齒條)之間的間隙。2．如何獲得傳動間隙特性循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的齒條齒扇傳動副的傳動間隙特性，可通過將齒扇齒做成不同厚度來獲取必要的傳動間隙。即將中間齒設(shè)計成正常齒厚，從靠近中間齒的兩側(cè)齒到離開中間齒最遠的齒，其厚度依次遞減。機械式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計與計算一、轉(zhuǎn)向系計算載荷確實定為了保證行駛平安，組成轉(zhuǎn)向系的各零件應(yīng)有足夠的強度。欲驗算轉(zhuǎn)向系零件的強度，需首先確定作用在各零件上的力。影響這些力的主要因素有轉(zhuǎn)向軸的負荷、路面阻力和輪胎氣壓等。為轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向輪要克服的阻力，包括轉(zhuǎn)向輪繞主銷轉(zhuǎn)動的阻力、車輪穩(wěn)定阻力、輪胎變形阻力和轉(zhuǎn)向系中的內(nèi)摩擦阻力等。二、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的設(shè)計齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的齒輪多數(shù)采用斜齒圓柱齒輪。齒輪模數(shù)取值范圍多在2～3mm之間。主動小齒輪齒數(shù)多數(shù)在5—7個齒范圍變化，壓力角取20°，齒輪螺旋角取值范圍多為9°～15°。齒條齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪到達最大偏轉(zhuǎn)角時，相應(yīng)的齒條移動行程應(yīng)到達的值來確定。變速比的齒條壓力角，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在12°一35°范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計時應(yīng)驗算齒輪的抗彎強度和接觸強度。主動小齒輪選用16MnCr5或15CrNi6材料制造，而齒條常采用45鋼制造。為減輕質(zhì)量，殼體用鋁合金壓鑄。三、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(一)主要尺寸參數(shù)的選擇1．螺桿、鋼球、螺母傳動副(1)鋼球中心距D、螺桿外徑D，、螺母內(nèi)徑D2尺寸D、Dl、D2(2)鋼球直徑d及數(shù)量n(3)滾道截面(4)接觸角θ(5)螺距P和螺旋線導(dǎo)程角αo(6)工作鋼球圈數(shù)W2．齒條、齒扇傳動副設(shè)計對齒輪來說，因為在不同位置的剖面中，其模數(shù)m不變，所以它的分度圓半徑r和基圓半徑rb相同。因此，變厚齒扇的分度圓和基圓均為一圓柱，它在不同剖面位置上的漸開線齒形，都是在同一個基圓柱上所展出的漸開線，只是其輪齒的漸開線齒形相對基圓的位置不同而已，所以應(yīng)將其歸人圓柱齒輪的范疇。四、循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器零件強度計算1．鋼球與滾道之間的接觸應(yīng)力σ2．齒的彎曲應(yīng)力σw3．轉(zhuǎn)向搖臂軸直徑確實定動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)為了減輕轉(zhuǎn)向時駕駛員作用到轉(zhuǎn)向盤上的手力和提高行駛平安性，在有些汽車上裝設(shè)了動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)。中級以上轎車，由于對其操縱輕便性的要求越來越高，采用或者可供選裝動力轉(zhuǎn)向器的逐漸增多。轉(zhuǎn)向軸軸載質(zhì)量超過2．5t的貨車可以采用動力轉(zhuǎn)向，當超過4t時應(yīng)該采用動力轉(zhuǎn)向。一、對動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的要求1)運動學上應(yīng)保持轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角和駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角之間保持一定的比例關(guān)系。2)隨著轉(zhuǎn)向輪阻力的增大(或減小)，作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力必須增大(或減小)，稱之為“路感”。3)當作用在轉(zhuǎn)向盤上的切向力Fh≥0．025～0．190kN時(因汽車形式不同而異)，動力轉(zhuǎn)向器就應(yīng)開始工作。4)轉(zhuǎn)向后，轉(zhuǎn)向盤應(yīng)自動回正，并使汽車保持在穩(wěn)定的直線行駛狀態(tài)。5)工作靈敏，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動后，系統(tǒng)內(nèi)壓力能很快增長到最大值。6)動力轉(zhuǎn)向失靈時，仍能用機械系統(tǒng)操縱車輪轉(zhuǎn)向。7)密封性能好，內(nèi)、外泄漏少。二、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案分析液壓式動力轉(zhuǎn)向因為油液工作壓力高，動力缸尺寸小、質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，油液具有不可壓縮性，靈敏度高以及油液的阻尼作用可吸收路面沖擊等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。1．動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)布置方案由分配閥、轉(zhuǎn)向器、動力缸、液壓泵、貯油罐和油管等組成液壓式動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)。根據(jù)分配閥、轉(zhuǎn)向器和動力缸三者相互位置的不同，它分為整體式和分置式兩類。后者按分配閥所在位置不同又分為：分配閥裝在動力缸上的稱為聯(lián)閥式；分配閥裝在轉(zhuǎn)向器和動力缸之間的拉桿上稱為連桿式，；分配閥裝在轉(zhuǎn)向器上的稱為半分置式。2．分配閥的結(jié)構(gòu)方案分配閥有兩種結(jié)構(gòu)方案：分配閥中的閥與閥體以軸向移動方式來控制油路的稱為滑閥式，以旋轉(zhuǎn)運動來控制油路的稱為轉(zhuǎn)閥式?；y式分配閥結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝性較好，易于布置，使用性能較好，曾得到廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)閥式與滑閥式比擬，靈敏度高，密封件少，結(jié)構(gòu)較為先進。由于轉(zhuǎn)閥式是利用扭桿彈簧使轉(zhuǎn)閥回位，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜。轉(zhuǎn)閥式分配閥在國內(nèi)、外均得到廣泛應(yīng)用。三、動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)的計算1．動力缸尺寸的計算動力缸的主要尺寸有動力缸內(nèi)徑、活塞行程、活塞桿直徑和動力缸殼體壁厚。2．分配滑閥參數(shù)的選擇分配滑閥的主要參數(shù)有：滑閥直徑d，預(yù)開隙e1、密封長度e2和滑閥總移動量e等(1)分配閥的泄漏量ΔQ(2)局部壓力降Δp3．分配閥的回位彈簧為了防止因外界干預(yù)破壞分配閥的正常工作和保證轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向盤的自動回正作用，回位彈簧的力在保證轉(zhuǎn)向輕便的條件下，應(yīng)盡可能取大些。為克服回位彈簧上的壓力，反映在轉(zhuǎn)向盤上的作用力，轎車應(yīng)比貨車的小些?；匚粡椈深A(yù)壓縮力的最小值，應(yīng)大于轉(zhuǎn)向器逆?zhèn)鲃訒r的摩擦力，否那么轉(zhuǎn)向后轉(zhuǎn)向輪不可能有自動回正作用。轉(zhuǎn)向器的摩擦力可由試驗確定。4．動力轉(zhuǎn)向器的評價指標動力轉(zhuǎn)向器的作用效能(2)路感(3)轉(zhuǎn)向靈敏度(4)動力轉(zhuǎn)向器的靜特性轉(zhuǎn)向梯形轉(zhuǎn)向梯形有整體式和斷開式兩種，選擇整體式或斷開式轉(zhuǎn)向梯形方案與懸架采用何種方案有聯(lián)系。無論采用哪一種方案，必須正確選擇轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)，做到汽車轉(zhuǎn)彎時，保證全部車輪繞一個瞬時轉(zhuǎn)向中心行駛，使在不同圓周上運動的車輪，作無滑動的純滾動運動。同時，為到達總體布置要求的最小轉(zhuǎn)彎直徑值，轉(zhuǎn)向輪應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)角。一、轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)方案分析1．整體式轉(zhuǎn)向梯形2．斷開式轉(zhuǎn)向梯形二、整體式轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向行駛時，受彈性輪胎側(cè)偏角的影響，所有車輪不是繞位于后軸沿長線上的點滾動，而是繞位于前軸和后軸之間的汽車內(nèi)側(cè)某一點滾動。此點位置與前輪和后輪的側(cè)偏角大小有關(guān)。三、轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)強度計算1．球頭銷．2．轉(zhuǎn)向拉桿·轉(zhuǎn)向減振器有些汽車在轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中裝有轉(zhuǎn)向減振器，用來衰減轉(zhuǎn)向輪的擺振和緩和來自路面的沖擊載荷。轉(zhuǎn)向減振器是內(nèi)部充滿液體的筒式減振器，并利用液體分子的內(nèi)摩擦產(chǎn)生的粘性阻尼來衰減振動。因為轉(zhuǎn)向減振器要衰減車輪的左右擺動，所以它的減振特性是對稱的，即拉伸和壓縮行程S有對稱的阻尼力F。其示功圖如圖7—37所示。轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)元件對于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，因齒扇齒與齒條齒磨損后，產(chǎn)生間隙需要經(jīng)調(diào)整予以消除。第八章制動系設(shè)計第一節(jié)概述制動系的功用是使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車，在下坡行駛時使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速，使汽車可靠地停在原地或坡道上。制動系至少有行車制動裝置和駐車制動裝置。前者用來保證第一項功能和在不長的坡道上行駛時保證第二項功能，而后者那么用來保證第三項功能。除此之外，有些汽車還設(shè)有應(yīng)急制動和輔助制動裝置。應(yīng)急制動裝置利用機械力源(如強力壓縮彈簧)進行制動。在某些采用動力制動或伺服制動的汽車上，一旦發(fā)生蓄壓裝置壓力過低等故障時，可用應(yīng)急制動裝置實現(xiàn)汽車制動。同時，在人力控制下它還能兼作駐車制動用。輔助制動裝置可實現(xiàn)汽車下長坡時持續(xù)地減速或保持穩(wěn)定的車速，并減輕或者解除行車制動裝置的負荷。行車制動裝置和駐車制動裝置，都由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)兩局部組成。設(shè)計制動系時應(yīng)滿足如下主要要求：1)足夠的制動能力。行車制動能力，用一定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩項指標評定，詳見JB3939—85；駐坡能力是指汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度，詳見JB4019—85。2)工作可靠。行車制動至少有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路。當其中的一套管路失效時，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低于沒有失效時規(guī)定值的30％。行車和駐車制動裝置可以有共同的制動器，而驅(qū)動機構(gòu)各自獨立。行車制動裝置都用腳操縱，其它制動裝置多為手操縱。3)用任何速度制動，汽車都不應(yīng)當喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。有關(guān)方向穩(wěn)定性的評價標準，詳見JB3939—85。4)防止水和污泥進入制動器工作外表。5)要求制動能力的熱穩(wěn)定性良好。具體要求詳見JB3935—85和JB4200--86。6)操縱輕便，并具有良好的隨動性。7)制動時制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。8)作用滯后性應(yīng)盡可能短。作用滯后性是指制動反響時間，以制動踏板開始動作至到達給定的制動效能所需的時間來評價。氣制動車輛反響時間較長，要求不得超過，對于汽車列車不得超過。9)摩擦襯片(塊)應(yīng)有足夠的使用壽命。10)摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。11)當制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其根本功能遭到破壞時，汽車制動系應(yīng)裝有音響或光信號等報警裝置。防止制動時車輪被抱死，有利于提高汽車在制動過程中的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力，縮短制動距離，所以近年來制動防抱死系統(tǒng)(ABS)在汽車上得到很快的開展和應(yīng)用。此外，含有石棉的摩擦材料，因存在石棉有致癌公害問題已被逐漸淘汰，取而代之的是各種無石棉型材料并相繼研制成功。制動器的結(jié)構(gòu)方案分析制動器有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動器雖有作用滯后小、易于連接且接頭可靠等優(yōu)點，但因本錢高而只在一局部重型汽車上用來做車輪制動器或緩速器。液力式制動器只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動器。摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式只用作中央制動器。一、鼓式制動器鼓式制動器分為領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙向增力式等幾種。不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：①蹄片固定支點的數(shù)量和位置不同。②張開裝置的形式與數(shù)量不同。③制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。因蹄片的固定支點和張開力位置不同，使不同形式鼓式制動器的領(lǐng)、從蹄數(shù)量有差異，并使制動效能不同。制動器在單位輸入壓力或力的作用下所輸出的力或力矩，稱為制動器效能。在評比不同形式制動器的效能時，常用一種稱為制動器效能因數(shù)的無因次指標。制動器效能因數(shù)的定義為，在制動鼓或制動盤的作用半徑只上所得到的摩擦力(Mp/R)與輸入力Fo之比，即K=Mp/FoR1．領(lǐng)從蹄式領(lǐng)從蹄式制動器的每塊蹄片都有自己的固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄的同一端。張開裝置有兩種形式，第一種用凸輪或楔塊式張開裝置。其中，平衡凸塊式和楔塊式張開裝置中的制動凸輪和制動楔塊是浮動的，故能保證作用在兩蹄上的張開力相等。非平衡式的制動凸輪的中心是固定的，所以不能保證作用在兩蹄上的張開力相等。第二種用兩個活塞直徑相等的輪缸(液壓驅(qū)動)，可保證作用在兩蹄上的張開力相等。領(lǐng)從蹄式制動器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動器中居中游；前進、倒退行駛的制動效果不變；結(jié)構(gòu)簡單，本錢低；便于附裝駐車制動驅(qū)動機構(gòu)；調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作容易。但領(lǐng)從蹄式制動器也有兩蹄片上的單位壓力不等(在兩蹄上摩擦襯片面積相同的條件下)，故兩蹄襯片磨損不均勻，壽命不同的缺點。此外，因只有一個輪缸，兩蹄必須在同一驅(qū)動回路作用下工作。領(lǐng)從蹄式制動器得到廣泛應(yīng)用，特別是轎車和輕型貨車、客車的后輪制動器用得較多。2．雙領(lǐng)蹄式雙領(lǐng)蹄式制動器的兩塊蹄片各有自己的固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄的不同端，領(lǐng)蹄的固定端在下方，從蹄的固定端在上方。每塊蹄片有各自獨立的張開裝置，且位于與固定支點相對應(yīng)的一方。汽車前進制動時，這種制動器的制動效能相當高。由于有兩個輪缸，故可以用兩個各自獨立的回路分別驅(qū)動兩蹄片。除此之外，這種制動器還有調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作容易進行和兩蹄片上的單位壓力相等，使之磨損均勻，壽命相同等優(yōu)點。雙領(lǐng)蹄式制動器的制動效能穩(wěn)定性，僅強于增力式制動器。當?shù)管囍苿樱畷r，由于兩蹄片皆為雙從蹄，使制動效能明顯下降。與領(lǐng)從蹄式制動器比擬，由于多了一個輪缸，使結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。這種制動器適用于前進制動時前軸動軸荷及附著力大于后軸，而倒車制動時那么相反的汽車前輪上。它之所以不用于后輪，還因為兩個互相成中心對稱的輪缸，難以附加駐車制動驅(qū)動機構(gòu)。3．雙向雙領(lǐng)蹄式雙向雙領(lǐng)蹄式制動器的結(jié)構(gòu)特點是兩蹄片浮動，用各有兩個活塞的兩輪缸張開蹄片。無論是前進或者是倒