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总体设计

概述

含义:组成:动力、车身、底盘、电器装置(燃油车到电车转换的过程),载人、载货的工具(工程机械那些不算)

  • 发动机——电机
  • 变速器——两档式

  • 标准化、通用化、系列化

  • 运动学校核,保证汽车有正确的运动并且避免发生运动干涉

好用、好看、好造、好修

开发流程

V 型开发流程

整车、系统、子系统

7 条汽车开发流程

产品策划 - 概念设计 - 工程设计 - 试制设计 - 样车试验 - 投产启动 - 生产销售

形式的选择

分类

机动车和挂车:L (两轮或者三轮车)、M(至少四轮载客机动车)、N(至少四轮载货的机动车)、O(挂车或半挂车)、G 类(满足一定要求的 M、N 类的越野车)

  • M 类载客
    • M 1:<9 人(包括驾驶员):我们常见的乘用车
    • M 2:总质量<5000 kg
    • M 3:总质量>5000 kg
  • N 类载货
    • N 1:ma<=3500
    • N 2:
    • N 3:>12000

形式选择

  • 轴数:单轴 10 t,双轴 18 t
  • 驱动
    4×2
    ab:前一个数字表示车轮数,后一个表示的是驱动轮的个数
  • 布置形式:
    • 乘用车:
      • FF(前置前驱):优点:前轴荷大,有明显的不足转向特性;越障碍能力强;紧凑;省略长的传动轴,地板凸包低;散热效果好;行李厢后置,空间大;易改装等等;缺点:爬坡能力低;空车时有着后轴先抱死的趋向;前轴荷大,前轮转向又驱动,寿命短;结构复杂;正面碰撞,维修费用高(用于轿车很多)
        • 分别为横置、纵置和前轴之后纵置
    • 商用车:
      • 大客车:RR
        • 优点:隔绝气味和热量;检修方便;载荷分配合理;乘坐舒适性好;面积利用率高;传动轴长度短;行李箱大,地板高度低
        • 缺点:冷却条件不好,结构复杂;不容易发现发动机故障
      • 货车:FR(维修方便,离合器、变速器操纵简单,货箱地板高度低,采用直列式、v 型发动机或者卧式发动机)
  • 车身(驾驶室):
    货车的选择:
    • 平头式:优点:经济性好(面积利用率高),汽车总长和轴距尺寸短,最小转弯半径小,激动性能良好,视野好,盲区小;但是缺点是安全性不好,前轴荷大,通过性较差;驾驶室翻转,结构复杂;室内热、振严重;离合、变速箱操纵复杂(就是那些最为常见的货车的形式)
    • 短头式
    • 长头式:黄色的校车
    • 偏置式

主要参数

主要尺寸

外阔尺寸
汽车的车宽:2.55 m,车高为 4 m
250 mm 和 300 mm(外伸量在宽度和高度上)

轮距:对总宽、总质量、最小转弯半径、车厢宽、稳定性有影响

质量参数

  • 整备质量:汽车带有全部的装备(包括随车工具、备胎等),加满燃料、水等,没有载货或者载人时的质量
    减轻:轻质材料
  • 汽车的载质量(载客量)me:
    指在硬质良好路面上行驶所允许的额定载质量,在坏路面行驶减少 15~25% 装载量
  • 质量系数:汽车载质量和整车整备质量之比:\(\eta_{m0}=m_e/m_0\)
    非常容易出名词解释:

主要参数

  • 最小转弯半径:转向盘极限位置,汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的半径

轴荷分配

定义:满载或者空载静止状态下,各个车轴对支承平面的垂直载荷,也可以用占空载或满载总质量的百分比表示
对车辆的六个性质都有影响

发动机的选择

常用的直列式发动机、水平对置发动机、V 型发动机(都是往复活塞式)

燃料电池发动机、转子发动机(特殊的)

尺寸、可靠性、耐久性、有效燃油消耗率(经济性)
乘用车、小客车、小货车使用的汽油机会多一点

轮胎形式选择

要求

与制动性相关
轮胎的滚动

四化:子午化、全钢化、无内胎化、扁平化

子午线轮胎最好

  • 阻力小,弹性大,刚性大,造价高
  • 静力半径最小(静止不动时)

总体布置

前置后驱车,发动机常布置成向后倾斜状,曲轴中心线与水平线间成 1~4° 夹角,乘用多为 3~4° 以减小传动轴夹角,方便传动轴布置

运动校核

  • 从整车角度出发进行运动学正确性的检查
  • 对有相对运动的部件或者零件进行运动干涉检查
    关系到车辆能否正常工作,必须引起重视

离合器设计

概述:

组成:

  • 主动部分:飞轮、离合器盖、压盘
  • 从动部分:摩擦盘(从动盘)、从动轴
  • 压紧机构:压紧弹簧
  • 操纵机构:踏板、连杆、分离叉、分离杠杆
功用
  1. 汽车平稳起步
  2. 换挡时工作平稳
  3. 防止传动系过载(工作中收到大的动载荷时,能限制传动系所受的最大转矩)(类似与带传动。)
  4. 有效降低传动系的振动与噪声

图中的从动盘就是摩擦盘(膜片弹簧的减震器)

设计要求
  1. 任何行驶条件下,能可靠地传递发动机的最大转矩
  2. 离时要彻底迅速、彻底
  3. 合时要平顺柔和,以保证汽车起步平稳,没有抖动和冲击
  4. 离合器从动部分转动惯量要小,以减轻换档时齿轮间的冲击,便于换挡
  5. 应使汽车传动系统避免危险的扭矩共振,具有吸收振动、缓冲冲击和减少噪声的能力
  6. 离合器压盘应有足够热容量,并且散热通风良好,以防止工作温度过高
  7. 操纵轻便,准确
  8. 在离合器使用过程中,作用在摩擦片上的正压力和摩擦系数变化要小,力求使离合器工作性能保持稳定、可靠、工作寿命长
  9. 足够的强度和良好的动平衡
  10. 构简单紧凑,制造工艺好,维修,调整方便(通用的)

分类

  • 从动盘的数目:
    单片、双片和多片
    • 单片,乘用车,<6 t 的乘用车;转矩不大,轴向尺寸紧凑、散热良好、从动部分转动惯量小
    • 双片:结合平顺,转矩大;但是转动惯量大,散热不好(和单片相对)
    • 多片:双片的优缺点都有
  • 压紧弹簧布置形式:
    • 圆周布置
      • 优点:均采用圆柱螺旋弹簧,结构简单,压力均匀
      • 缺点:压紧弹簧直接与压盘接触,易受热回火失效;还有离心力的影响
    • 中央布置
      • 优点:采用圆柱或者圆锥弹簧作为压紧弹簧,布置在中心,不直接接触
      • 但是结构复杂
    • 斜向布置
  • 弹簧形式:
    • 圆柱螺旋弹簧
    • 圆锥螺旋弹簧
    • 膜片弹簧:非线性的特性曲线
  • 作用力方向(主要针对膜片弹簧)
    • 拉式
    • 推式

膜片弹簧

优缺点:

  • 优点
    • 具有较理想的非线性弹性特性,压紧力在摩擦片允许磨损的范围内基本不变
    • 结构简单,质量小
    • 操纵轻便,省力
    • 高速旋转时性能较为稳定
    • 压力分布均匀,磨损均匀
    • 散热好,寿命长
    • 动平衡性好
  • 缺点:制造工艺和尺寸精度要求严格,工艺复杂,成本高

拉式推式
一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的蝶形弹簧,主要由碟簧部分和分离指部分组成

功能 怎么实现的
① 压紧 碟形弹簧的弹性变形力 → 压盘压紧摩擦片 → 传递发动机扭矩
② 分离 踩踏板 → 分离轴承推膜片内缘 → 利用杠杆效应撬起外缘 → 压盘抬起

拉式和推式

支承点是固定不动的,凸出的那个东西是摩擦片(压紧点)

拉式的优缺点

优点:

  1. 结构简单紧凑
  2. 可采用较大的膜片弹簧,提高压紧力和传递力矩的能力
  3. 中间支撑少,摩擦损失少,传动效率高,踏板更加轻便
  4. 变形量小,刚度大,分离效率高
  5. 大端与离合器盖始终保持接触,支撑环磨损后不会增大踏板行程,不会产生冲击和噪声
  6. 使用寿命长
  7. 便于改善不带同步器变速器的换挡性能
  • 拉式的支承形式又分为:有支承环和无支承环
  • 推式:双、单、无支承环

主要参数

传递转矩的能力

取决于摩擦面的静摩擦力矩:

\[ T_{\mathrm{c}}=fFZR_{\mathrm{c}} \]

然后将其变为尺寸的表达式:

\[ T_c=\frac{\pi}{12}f\mathbf{Z}p_0\mathbf{D}^3(1-c^3) \]

\[ T_c=\beta T_{emax} \]

\(T_{emax}\):发动机的最大转矩
后备系数 \(\beta\):选择后备系数时候考虑的因素(离合器传递发动机最大转矩的可靠程度)
为了使得离合器在任何工况下都能传递发动机的最大转矩,所以离合器的应该大一点(\(\beta>1\)

  • 单位压力
  • 摩擦片的外径:摩擦片的最大圆周速度不超过 65~70 m/s(两者比值的范围为:\(c=d/D=0.53\sim0.7\)
  • 摩擦因素:由刹车片的 材料决定:粉末冶金(取决于材料、工作温度、单位压力和滑磨速度)
  • 摩擦面数:从动盘数的两倍

设计计算

  • 优化目标:工作压力(或者说单位面积压力——压强)、内外径,厚度、后备系数
  • 约束条件:圆轴速度,内外径比(防止差别过大),\(\beta\) 在一定范围(转矩与防止过载平衡)
后备系数名词解释

\(\beta\) 后备系数,是离合器设计中的一个重要参数,它反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。 其中是离合器所能传递的最大静摩擦力矩, 是发动机最大转矩。根据定义, 一定大于 1
在选择时,考虑发生一定磨损,仍可以传递最大转矩;防止滑磨时间过长;防止传动系统过载;保证操纵轻便

选择
  1. 可靠传递发动机最大转矩:不宜太小
  2. 为减少传动系的过载,保证操纵轻便,又不宜太大
  3. 条件恶劣,总质量大,工作粗暴时大一点

弹性特性

选择合适的曲线

H——内截锥高;h——板厚(选择合适的曲线)(高厚比)


重点:(工作点的选择)

新的离合器在接合状态时,B 一般取某个位置:


A-B 之间为压紧时变化的范围

选择的核心目标为磨损后压紧力衰减小

B; 压紧状态(没踩的时候)(新离合器)
A: 压紧状态(最大磨损后)
C; 分离彻底状态(踩死离合)
要使得磨损后压紧力衰减小,就是 A,B 的纵坐标的变化小(压紧力的变化小)

扭转减震器

由弹性元件和阻尼元件组成(降低扭转刚度,降低噪声,改善结合平顺性)

机械式变速器

概述

  • MT(手动变速器),AMT(机械自动变速),DCT(双离合自动变速),AT(液力自动变速),CVT(无极自动变速)

  • 功用:
    改变汽车行驶速度与牵引力
    使发动机工作在更高效的工作范围内
    改变驱动轮的旋转方向
    实现空挡
    驱动其他机构

结构布置方案

固定轴式

  • 两轴式:
    输入轴和输出轴的转动方向相反
    多用于 FF 布置形式
  • 中间轴式:
    多用于 FR,RR 的乘用车和商用车(大、重)

齿轮形式

直齿圆柱齿轮:低档位和倒挡
斜齿轮:

换挡形式

重要!
在图中怎么区分换挡形式

  • 那个复杂的部分就是同步器
  • 上面的为滑动齿轮
  • 下面的为啮合套

513


  1. 对于采用中间轴式变速器的发动机前置后轮驱动乘用车,为了缩短传动轴长度,可以将变速器第二轴加长并置于附加壳体内。如果在附加壳体内布置倒挡传动齿轮和换挡机构,还能减小变速器主体部分的外形尺寸,提高中间轴和输出轴的刚度
  2. 中间轴式采用 3-3 所示的多支承结构方案也能提高轴的刚度。该方案中高挡从动齿轮处于悬臂状态,一档和倒挡齿轮布置在变速器壳体的中间跨距里,而中间挡的同步器则布置在中间轴上,此时,如果变速器壳体在轴线所在平面上可分离,就能较好地解决轴和齿轮等零部件装配困难的问题

轴承部分

汽车变速器有结构紧凑、尺寸小的特点,采用尺寸大些的轴承受结构限制,常在布置上有困难。
如变速器的第二轴前端支承在第一轴常啮合齿轮的内腔中,内腔尺寸足够时可布置圆柱滚子轴承,空间不足时则采用滚针轴承。第二轴后端常采用球轴承,用来同时承受轴向力和径向力
第一轴的前端支承在飞轮的内腔内,一般空间足够大,常采用一端有密封的球轴承承受径向力;作用在第一轴的轴向力则经过后端的轴承传递到变速器壳体,常用轴承外圈有挡圈的球轴承

主要参数选择

齿轮参数

压力角和螺旋角

  • 压力角较小时,能减小进入啮合和退出啮合时的动载荷,使得传动平稳,有利于减小噪声;压力角较大时,可提高轮齿的抗弯强度和表面接触强度
    变速器齿轮普遍采用的为 20°
  • 螺旋角:大小的影响与压力角一致,增加了重合度
    斜传轮传递转矩产生轴向力,设计要求中间轴两对齿轮产生的轴向力平衡,减小轴承负荷。为了工艺简单中间轴齿轮螺旋角设计为相同的,一律取右旋,则一二轴的斜齿轮为左旋,反之不利于齿轮磨损均匀分布,不利于平顺性和减少自行脱档,(不利于可靠性和效率)

齿宽、变位系数

同步器的设计

是一个很常用的换挡形式

  • 类型
    常压式、惯性式和惯性增力式
    惯性式同步器组成:摩擦元件、锁止元件和弹性元件
    • 惯性又分为锁销式,滑块式,锁环式,多片式和多锥式
  • 同步器计算
    • 锥面半锥角 \(\alpha\) : 这个角越小,摩擦力矩越大;避免自锁的条件为:\(\tan\alpha\geq f\),一般取 6~8°
    • 锁止面锁止角 \(\beta\):摩擦锥面和锁止面的角度应能保证在连接件的角速度完全相等之前不能进行换挡
      其受到摩擦因数、锥面平均半径、锥面半锥角的影响

万向传动设计

概述

基本组成

  • 组成:万向节,传动轴管,伸缩花键(对于长轴距的汽车,有时还加装中间轴承)
  • 作用:用于工作过程中相对位置不断改变的两根轴之间动力与运动的传递
  • 要求:
    • 夹角和相对位置在一定范围内变化时,有效传递动力
    • 联接的两轴尽可能等速转动,不发生共振
    • 传动效率高,寿命长,结构简单,维修方便等等
      521

应用场景

变速器和主减速器之间,变速器和分速器之间,分速器和主减速器之间

分类

  • 刚性的:
    • 不等速:十字轴(平均角速度相等,瞬时角速度比变化)
      结构简单、强度高、耐久性好、传动效率高、成本低,但夹角不宜过大
    • 准等速:(\(\omega1=\omega2\quad(\alpha=\alpha1)\))双联轴式万向节
    • 等速:球叉式(允许轴向窜动:伸缩型球笼等速万向节),球笼式
      该类万向节实现了完全等速,允许大夹角,适应复杂工况,缺点是成本较高
  • 挠性的

万向传动和受力分析

单十字轴万向节

组成:万向节叉(主动叉、从动叉)、十字轴、滚针轴承、轴向定位件、密封件

双十字轴

必须保证与传动轴相连的两万向节叉布置在同一平面内,且使得两个万向节与传动轴的夹角相等(此时处于同一平面内的输入轴和输出轴才能等速旋转)

结构分析与设计

空心的传动轴传动的转矩更大
十字轴万向节的损坏形式主要有:滚针轴承和十字轴轴颈的磨损

  • 滚针轴承:接触强度校核
  • 十字轴:失效形式为轴颈根部断裂,应该有足够的抗弯强度
临界转速:

传动轴的工作转速接近于其弯曲振动的固有频率,即发生共振现象,以致振幅急剧增加而引起传动轴折断的转速,取决于传动轴尺寸、结构以及支承情况

\[ n_{k}=1.2\times10^{8}\frac{\sqrt{dc^{2}+Dc^{2}}}{L^{2}} \]

空心传动轴的临界转速高

d:内径
D:外径
L:两个万向节中心之间的距离

传动轴总成的不平衡

传动轴总成的不平衡:传动轴弯曲振动的一个激励源,产生明显的振动与噪声
原因:万向节中十字轴的周向窜动、传动轴滑动花键中的间隙、传动轴两端连接处的定心精度、高速回转时传动轴的弹性变形、传动轴上点焊平衡片时的热影响
解决方式:提高滑动花键的耐磨性和万向节花键的配合精度、缩短传动轴长度并增加其弯曲刚度;冷却后再动平衡检验以消除点焊平衡片的热影响

驱动桥设计

概述

组成:主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳

设计要求
  1. 适当主减速比,兼顾动力性和经济性
  2. 外廓尺寸小,离地间隙足够
  3. 传动平稳,噪声小
  4. 传动效率高
  5. 强度刚度足够、使用寿命好,平顺性好
  6. 结构简单,制造、维修、调整容易
  • 功用:
    分配转矩
    差速
    改变转矩方向(纵置发动机)
    支承作用(非独立悬架)
    增大转矩

主减速器

齿轮形式

  • 弧齿锥齿轮:
    特点:主从动锥齿轮的轴线垂直相交于一点
    至少两对以上的轮齿同时啮合,可承受负荷较大
    工作平稳,噪声小
    但是对啮合精度很敏感
  • 双曲面齿轮啮合的优缺点:
    特点:轴线垂直但不相交、主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线向上或者向下偏移距离 E,称为偏移距,还导致了偏移角
    优点:
    • 尺寸相同时有着更大的传动比
    • 传动比一定,从动齿轮尺寸相同时,有更大的直径、较高的轮齿强度、较大的主动齿轮轴和轴承强度
    • 传动比一定,主动齿轮尺寸相同时,从动轮尺寸更小,离地间隙更大
    • 改善齿轮的磨合过程,有更高的运转平稳性(重合度大,也能有更高的运转平稳性)
      缺点:
    • 传动效率低,抗胶合能力低,需要特定的润滑油

还有圆柱齿轮,蜗轮蜗杆

减速形式

  • 单级主减速器:总质量小的商用车
  • 双级主减速器:
  • 轮边减速:可以提供比较大的离地间隙
  • 双速主减速器
  • 贯通式

支承方案

  • 主动锥齿轮:支撑方式:悬臂式支撑和跨置式支承两种(需要传递较大转矩时使用后一种)
  • 从动锥齿轮:圆锥滚子轴承,大端朝内

锥齿轮参数选择

主减速器锥齿轮主要参数有主从动的锥齿轮齿数,从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数;主从齿面宽、偏移距、中点螺旋角 \(\beta\)、法向压力角 \(\alpha\)

  • 齿数:
    • 避免公约数
    • 齿数和不少于 40
    • 啮合平稳,噪声小,强度高(对于乘用车 z 1 不小于 9;商用车,z 1 不小于 6
    • 主减速比较大时,z 1 取得小些,获得足够的离地间隙
    • 不同的主减速比,两个齿数有适当的搭配
  • 从动锥齿轮大端分度圆直径和端面模数
  • 主从齿面宽:
    • 过宽加大了应力集中,降低了刀具寿命;还会使得装配的空间变小
    • 过窄:耐磨性会降低
  • 偏移距:
    • 过大磨损大,过小不能发挥双曲面齿轮传动的特点
  • 中点螺旋角:(大端螺旋角大,小端小)(与法向压力角 \(\alpha\) 相反,压力角低重合度大,但是强度变低)
    • 越大,重合度越大,传动越平稳
    • 过大:轴向力增大
  • 螺旋方向:
    主从动的螺旋方向相反
    当变速器挂前进挡时,应使得主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向,使得,主从动有分离的趋势,避免卡死
    面对小端(啮合的地方),那边低就是哪端,然后圆周力主反从同,轴向力、旋向、螺旋方向左右手定则

差速器设计

分类的那个表:形式、特点,锁紧系数

锁紧系数:差速器的内摩擦力矩与差速器壳接收的转矩之比

车轮传动装置设计

半轴分类

  • 半浮式
  • 全浮式

半轴计算

  • 全浮式:
  • 半浮式
  • ¾:危险断面

悬架设计

难度稍微大一点的内容部分
把握悬架的基本特点

概述

  • 功用:(把车架(车身)或车轴(车轮)弹性地连接起来)
    传递作用在车轮、车架之间的一切力和力矩
    缓和路面给车身的冲击载荷,衰减振动,保证平顺性
    保证车轮在路面、载荷变化时的理想特性,保证操纵稳定性
  • 组成
    弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器
    为了平顺性,通常降低垂直刚度以降低振动频率,但是侧倾角刚度和垂直刚度成正比,就会导致影响形式稳定性(簧上质量 + 弹性元件构成的振动系统的固有频率尽可能低,【平顺性才好)
  • 设计要求:
    (1)保证有良好的行驶平顺性(固有频率、非线性弹性)
    (2)具有合适的衰减振动能力(减振器)
    (3)保证有良好的操纵稳定性
    (4)保证稳定(制动或加速),减少车身纵倾(转弯)
    (5)具有良好的隔声能力
    (6)结构紧凑、占用空间尺寸小
    (7)可靠传递各种力和力矩,保证有足够的强度和寿命(满足零部件质量小)

结构形式

非独立悬架

  • 钢板弹簧(左右车轮用一根整体轴连接,再经过悬架与车架(车身)连接):可以兼减振,导向装置;
    分为主副簧、渐变刚度板簧
  • 空气弹簧的悬架则需要导向机构

  • 钢板弹簧优点:结构简单、制造容易、维修方便、工作可靠

  • 钢板弹簧缺点:平顺性较差(钢板弹簧,刚度大、簧下质量大),高速行驶时操作稳定性差

独立悬架的形式

  • 优点:非簧载质量小(簧下质量小),平顺性好、行驶稳定性好、良好的地面附着力(左右车轮用各自的轴和悬架与车架(车身)连接)
  • 缺点:结构复杂,成本高

非簧载质量(簧下质量):悬架弹簧下方、不跟随车身一起悬浮缓冲的所有零件总质量

麦弗逊悬架用于前轴(结构简单紧凑)

前后悬架的选择

  • 轴转向效应
    前后悬架均采用纵置钢板弹簧非独立悬架的汽车转向行驶时,内侧悬架处于减载而外侧悬架处于加载状态,于是内侧悬架受拉伸,外侧悬架受压缩,结果与悬架固定连接的车轴(桥)的轴线相对于车辆纵向中心线偏移一个角度 \(\alpha\)
    对前轴,这种偏转使得汽车的不足转向趋势增加;对后桥,则增加了过多转向的趋势

  • 乘用车的前悬多采用独立悬架(保证汽车的操纵稳定性)(常采用麦弗逊式前悬和扭转梁随动臂式候选)

    • 前悬架:麦弗逊式,结构紧凑、制动稳定性好(可以形成负主销偏移距,产生更大回正力矩,增加不足转向特性)
  • 后悬架:扭转随动式,使后轮产生同向随动转向,解决了过多转向的危险;同时结构简单,空间平整,适应汽车后排空间布置

主要参数

  • 静挠度:汽车满载时悬架上的载荷与此时悬架刚度之比(\(f_c=F_w/c\)
  • 动挠度:满载静平衡位置开始,悬架压缩到结构允许的最大变形时(通常指缓冲块压缩到其自由高度的½或⅔),车轮中心相对车架(或车身)的垂直位移
  • 弹性特性(类似于对车的平顺性的影响)
    悬架受到垂直外力 F 与由此引起的车轮中心相对于车身位移 f 的关系曲线,称为悬架的弹性特性
    有线性弹性特性与非线性弹性特性两种
  • 后悬架主副簧刚度分配:比例中项法和平均载荷法
    货车后轴从空载到满载的簧上质量波动极大,采用主、副簧分级式非线性悬架,通过主、副簧先后实现变刚度,适配大载荷波动。主簧刚度小,主要是考虑到平顺性
    空载、轻载阶段,主簧单独工作;重载、满载时,主、副簧同时工作,刚度较大,能够抵抗较大冲击载荷
  • 悬架侧倾角的刚度及其在前后轴的分配
    为保证不足转向特性(避免甩尾),需让前悬架侧倾角刚度大于后悬架侧倾角刚度。前侧倾角刚度大,前轴载荷转移大,先打滑,不足转向;后轴轴荷转移小,抓地力变化小,不易打滑

弹性元件设计计算

钢板弹簧

  • 满载弧高:
  • 钢板弹簧长度 L
  • 断面尺寸以及片数

各片长度的计算

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空气弹簧

独立悬架导向机构

麦弗逊悬架三线不重合的原因

  1. 销在套筒中产生摩擦(销就是 d 那段)(前两幅图分别对整体的 G 点进行力矩和对销的下部进行力矩分析得到表达式)
  2. 然后后一个式子在销的分析的基础上加上了 F 6 这个弹性元件(作用距离为 s)

减振器

汽车悬架中广泛采用的是内部有液体的液力式减震器

  • 基本要求
    压缩行程阻尼小,使用弹性元件缓和冲击
    舒张行程阻尼大,快速减振
    使用寿命、平顺性

主要系数

  • 阻尼比:又叫相对阻尼系数,评价振动衰减的快慢程度
    值越大,振动衰减的较快,但是将较大的地面冲击力传递到了车身(压缩行程小一点,伸张行程大一点)
    物理意义:减振器阻尼作用在不同刚度和质量的悬架系统中有不同的阻尼效果
  • 阻尼系数:与减振器的布置方式有关

转向系

概述

  • 功用:
    • 保持或者改变汽车行驶方向
    • 转向时保证各个转向轮之间有协调的转角关系
  • 组成:(分为机械转向系统和助力转向系统两类)
    • 转向操纵机构,转向器,转向传动机构
    • 防伤机构、转向减振器
    • 助力转向装置(助力转向系统多的)

分类

齿轮齿条式广泛应用于乘用车上,循环球式主要应用于商用车上


换一种分类方法可以分为整体式和断开式

设计要求

(1)转弯行驶时,全部车轮应绕汽车瞬时转向中心旋转,任何车轮不应有侧滑(否则会发生磨胎,降低行驶稳定性)
(2)转向后,转向轮应能自动回正,以使车辆具有稳定的直线行驶能力(通过前轮定位参数和转向器逆效率实现)
(3)转向轮无自振,转向盘无摆动(通过转向减振器实现)
(4)转向传动机构和悬架导向机构共同工作时,由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小
(5)保证汽车较高的机动性,具有迅速和小转弯行驶能力(按前外轮轨迹计算,最小转弯半径应能达到 2-2.5 倍轴距)
(6)操纵轻便
(7)逆效率低,反冲小
(8)转向器和转向传动机构中应有间隙调整机构
(9)应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置
(10)保证转向盘与转向轮的转动方向一致(运动校核)

机械式转向器方案分析

机械式转向

  • 齿轮齿条式:
    • 优点:结构简单,紧凑;质量小;传动效率高;能自动消除齿间间隙(通过压紧力弹簧),从而提高刚度,减小冲击与噪声;制造成本低
    • 缺点:逆效率高,反冲现象严重(轮与路的力传递到手中),难以控制方向,甚至伤害驾驶员
  • 循环球式:
    • 优点:传动效率较高,使用寿命长(硬度和耐磨性);传动比可变;间隙容易调整
    • 缺点:逆效率高,结构复杂,制造困难,制造精度要求高

防伤安全机构

被动安全的部分(撞上了才有的部分)

主要性能参数

效率

  • 正效率:功率从转向轴输入,经转向摇臂输出所求得的效率
  • 逆效率:反过来的

逆效率:转向轮和转向盘的自动回正的功能;但是需要减小传至转向盘上的路面冲击力(所以逆效率要适中)

传动比的特性

转向系传动比:

  • 角传动比:\(i_{w0}\)
  • 力传动比:\(i_p\)
  • 转向系角传动比:灵和快
矛盾的原因:

由两个传动比的公式(比例的),力传动比越大,转向越轻,但是角传动比也越大,转向不灵敏
增大角传动比可以增加力传动比,可以减小传动盘的手力,轻便了
但是对于一定的转向盘的角速度,转向轮的角速度与角传动比的大小成反比,所以角传动比增加之后,转向灵敏性降低(为了解决,可以采用变速比转向器)(齿轮齿条变速比的转向器由模数、压力角不变的齿轮和模数、压力角变化的齿条啮合;中间向两端压力角、模数减少)

可以使用凹字的角传动比变化特性曲线(和转向助力曲线的形状比较类似)
1. 低速急转弯,转角大,应配大的角传动比,力传动比大,轻便
2. 高速轻微转向 (β小),要式反应灵敏.角传动此较小

传动间隙


指的是:各种转向器中传动副(如循环球转向器中的齿扇和齿条)之间的间隙,随着转角的不同而改变

准则
  1. 中间小
  2. 边缘间隙大
    首先,直线行驶时(中间部分),若有传动间隙,转向轮受到外力时,在这个间隙内会允许车轮偏离直线行驶,所以中间以及附近位置的传动间隙要求极小
    其次,转向器在中间以及附近区域由于使用频繁,磨损比其余区域快,需要调整减小该处的间隙;调整后,要求转向盘灵活的从中间位置转到两端而不卡住,所以就需要中间往两端逐渐加大的形状

动力转向机构

分类

液压助力式,电液助力式,电动助力式

评价指标

  • 作用效能:\(S=F_{n}/F_{n}^{\prime}\),分别为无、有助力转向器时作用在转向盘的力
  • 液压助力转向系统的路感:除了克服转向器摩擦力,回位弹簧的阻力,还要克服反应路感的液压阻力
  • 转向灵敏度:转向盘的行程与滑阀行程的比值 i
  • 助力转向器的静特性:输入转矩与输出转矩之间变化关系曲线
三种助力对比:

液压助力抬向不能适应车速行驶多变,有转向轻便和转向发飘的矛盾,必须采用车速感应型转向机构,低速轻便,高速有良好路感: 电液助力本质仍属于液压助力体系,仅用电机代替发动机来驱动; 电动助力转向精准可控,完美平衡“轻”和“灵”,调节精度高迅速,电液助力调节滞后、精度有限

制动设计

概述

功用

  1. 减速
  2. 稳速下坡
  3. 可靠驻车

制动系至少两套独立制动系统

制动器的结构方案分析

评价

  1. 制动效能:制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或者力矩称为制动器效能
  2. 制动器的效能因数 \(K=\frac{M_{\mu}}{F_{0}\cdot R}\)
  3. 制动效能的稳定性

分类

  • 鼓式制动器:大货车
    领蹄、从蹄
  • 盘式制动器:乘用车
    钳盘式制动器

    制动钳的安装位置可以安装在车轴之前或者之后
    a 在轴前,b 在轴后

两者的对比

  • 稳定性:盘式更好

主要参数

力、角度的计算

制动机构的设计与计算

就是液压的分路系统(保证制动力不要全部失效,冗余系统)

限压阀调节

限压阀式制动力调节机构工作原理(拐点特性):
当制动主缸压力低于拐点设定值时,前、后轮制动压力同步增长;当主缸压力达到设定拐点压力后,后轮制动压力保持恒定,不再随主缸压力升高而增大。该特性可保证前轮先于后轮抱死,既能充分利用前轮地面附着系数,又能防止后轮抱死造成车辆甩尾、行驶失稳;通过精准控制拐点压力,使后轮获得不发生抱死前提下的最大制动压力,有效提升整车制动效能。

小说明

  • 万向传动:轴、轴承(传递效率都高)(轴承为滚针轴承;主减速器的从动齿轮轴承为圆锥滚子轴承;还有就是中间轴式变速器的那一堆轴承)
  • 齿轮这些角度参数(变速器中有压力角和螺旋角,主减速器中也有,而且影响趋势是一种的)
    变速器中和主减速器都有旋向的说法(变速器是使得中间轴轴向力平衡,减速器是有分离趋势)
    而同步器的这两个参数不同于前两个,有点特殊的
  • 拉式弹簧也有传动效率的区分(传动效率高)
  • 滚针轴承:变速器第二轴前端;还有十字轴
  • 悬架有刚度、挠度(动、静)——振动频率;阻尼(针对减振器)
    • 前悬的固有频率低于后悬(与刚度正比)
    • 前悬的静挠度和侧倾角刚度大于后悬
  • 驱动桥、减速器和转向系(逆效率)都提到了效率

拉式、推式;弧齿、双曲面

变速器关注的轴系多,减速器关注的齿轮多一点