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1 汽车的总体设计1

1.1 引言1

1.2 汽车总体设计的任务与地位1

1.3 汽车总体设计的工作顺序2

1.3.1 明确汽车设计的前提条件2

1.3.2 汽车设计、开发的一般程序2

1.4 汽车设计的一般原则5

1.4.1 设计人员的工作宗旨5

1.4.2 产品的价位5

1.4.3 产品系列化、零部件通用化、零件标准化和统一加工标准6

1.4.4 提高汽车行驶性能的主要措施7

1.5 材料、工艺与设计的关系7

1.6 安全标准7

1.7 汽车设计方法8

1.7.1 经验设计方法8

1.7.2 计算机辅助工程（CAE）方法8

1.7.3 试验方法9

1.8 汽车产品型号和形式的确定11

1.8.1 汽车的产品型号11

1.8.2 汽车的轴数12

1.8.3 汽车的驱动形式12

1.8.4 货车布置形式的选择12

1.8.5 大客车的布置形式15

1.8.6 轿车的布置形式16

1.9 汽车主要尺寸的选择19

1.10 汽车质量参数的确定21

1.10.1 汽车的装载质量（简称装载量）和载客量21

1.10.2 整车整备质量mo及其估算22

1.10.3 汽车总质量ma的确定23

1.10.4 汽车的轴荷分配23

1.11 汽车主要性能参数的选择24

1.11.1 动力性能参数24

1.11.2 燃料经济性指标26

1.11.3 汽车的最小转弯直径27

1.11.4 汽车通过性参数27

1.11.5 汽车操纵稳定性参数28

1.11.6 汽车行驶平顺性参数28

1.11.7 制动性参数28

1.12 汽车发动机的选择29

1.12.1 发动机形式的选择29

1.12.2 发动机性能参数的选择30

1.13 轮胎的选择30

1.14 汽车总布置图及各部件布置34

1.14.1 基准线（面）36

1.14.2 基准线画法36

1.14.3 发动机系统和传动系的布置37

1.14.4 车厢及驾驶室的布置38

1.14.5 货箱的布置44

1.14.6 悬架、转向系统、制动系统、电器系统的布置（略）44

1.14.7 轴荷分配和质心位置的计算44

1.15 运动校核44

练习题46

2 汽车零部件的载荷及其强度计算方法47

2.1 概述47

2.2 车轮与路面接触点处的作用力50

2.2.1 最大垂直力工况50

2.2.2 最大侧向力工况50

2.2.3 最大制动力工况52

2.2.4 最大驱动力工况53

2.3 发动机转矩引起的载荷53

2.4 汽车零部件的强度计算54

2.5 汽车零部件的许用应力与安全系数55

2.5.1 静强度许用应力55

2.5.2 疲劳强度许用应力的估计56

2.5.3 材料的选择62

3 离合器设计69

3.1 概述69

3.2 离合器的结构选择69

3.2.1 从动盘数的选择69

3.2.2 压紧弹簧的形式和布置71

3.2.3 压盘的驱动方式76

3.2.4 分离杠杆和分离轴承77

3.2.5 离合器的通风散热77

3.2.6 从动盘78

3.3 离合器基本参数和主要尺寸的选择81

3.4 离合器压紧弹簧的设计83

3.4.1 圆柱螺旋弹簧83

3.4.2 膜片弹簧84

3.5 扭转减振器88

3.6 离合器的接合过程89

3.7 离合器操纵机构的设计93

3.7.1 对离合器操纵机构的要求93

3.7.2 离合器操纵机构结构形式的选择94

3.7.3 离合器操纵机构的主要计算96

3.8 汽车传动系在非稳定工况下的载荷97

3.8.1 由发动机激振转矩引起的传动系载荷97

3.8.2 换挡时引起的动载荷98

3.8.3 猛接离合器起步时的动载荷98

3.8.4 紧急制动时的动载荷100

3.8.5 传动系静强度计算的载荷与安全系数100

练习题100

4 机械式变速器设计102

4.1 概述102

4.2 变速传动机构的方案分析103

4.2.1 两轴式变速器103

4.2.2 中间轴式变速器104

4.2.3 倒挡传动布置方案107

4.2.4 多挡变速器的组合方案分析108

4.3 变速器零部件结构方案分析112

4.3.1 齿轮形式112

4.3.2 换挡结构形式112

4.3.3 轴承形式114

4.3.4 各挡齿轮在轴上的安排顺序114

4.3.5 变速器的装配问题114

4.3.6 变速器整体结构刚性114

4.4 变速器的操纵机构114

4.4.1 直接操纵变速器115

4.4.2 变速器的远距离操纵115

4.5 变速器主要参数选择117

4.5.1 中心距117

4.5.2 变速器轴向尺寸118

4.5.3 轴的直径118

4.5.4 齿轮参数120

4.5.5 各挡齿轮齿数的分配124

4.6 同步器126

4.6.1 锁销式同步器的工作原理126

4.6.2 锁环式同步器129

4.6.3 同步器主要参数的确定130

练习题133

5 万向节和传动轴设计134

5.1 概述134

5.2 普通十字轴式万向节136

5.2.1 单万向节传动136

5.2.2 双万向节传动140

5.2.3 多万向节传动141

5.2.4 十字轴式万向节的设计142

5.3 准等速万向节145

5.3.1 双联式万向节145

5.3.2 凸块式万向节146

5.3.3 三销轴式万向节146

5.4 等速万向节147

5.4.1 固定式球笼万向节147

5.4.2 伸缩式球笼万向节157

5.4.3 固定式球叉万向节163

5.4.4 伸缩式球叉方向节166

5.4.5 三枢轴式万向节166

5.5 挠性万向节167

5.6 传动轴设计168

5.7 传动轴的中间支承169

练习题171

6 驱动桥设计172

6.1 概述172

6.2 主减速器结构形式的选择173

6.2.1 单级主减速器173

6.2.2 双级主减速器178

6.2.3 双速主减速器181

6.3 主减速器锥齿轮的许用偏移量184

6.4 主减速器锥齿轮的支承185

6.5 锥齿轮啮合调整187

6.6 润滑188

6.7 主减速器齿轮的齿形188

6.7.1 圆弧齿锥齿轮188

6.7.2 延伸外摆线齿锥齿轮189

6.7.3 双曲面齿轮189

6.8 主减速器锥齿轮设计190

6.8.1 计算载荷的确定190

6.8.2 锥齿轮主要参数的选择192

6.8.3 主减速器螺旋锥齿轮与双曲面齿轮强度计算194

6.8.4 齿轮材料197

6.9 主减速器锥齿轮轴承的载荷198

6.9.1 锥齿轮齿面上的作用力198

6.9.2 齿轮轴承的载荷199

6.10 差速器设计200

6.10.1 普通（对称）锥齿轮差速器201

6.10.2 摩擦片式差速器204

6.10.3 强制锁住式差速器205

6.10.4 托森差速器205

6.10.5 行星圆柱齿轮差速器207

6.10.6 普通锥齿轮差速器齿轮设计208

6.11 车轮传动装置211

6.11.1 半浮式半轴211

6.11.2 3/4浮式半轴211

6.11.3 全浮式半轴211

6.11.4 全浮式半轴的强度、刚度计算211

6.11.5 半浮式半轴的静强度计算工况及其静强度计算214

6.12 驱动桥壳设计216

6.12.1 驱动桥壳的形式217

6.12.2 驱动桥壳的强度计算218

练习题219

7 车架设计221

7.1 车架的功用和要求221

7.2 框式车架221

7.2.1 边梁式车架221

7.2.2 周边式车架222

7.3 脊梁式车架222

7.4 综合式车架223

7.5 纵梁的形式223

7.6 横梁的形式224

7.7 纵、横梁的连接225

7.8 车架宽度226

7.9 车架的扭转刚度226

7.10 车架的载荷工况及强度计算227

练习题228

8 车轮定位229

8.1 车轮外倾角230

8.2 主销后倾角232

8.3 主销内倾角236

8.4 主销偏移距237

8.5 前束239

练习题240

9 悬架设计241

9.1 对悬架设计的要求241

9.2 汽车悬架设计的一般步骤243

9.3 悬架弹性特性243

9.3.1 前、后悬架静挠度和动挠度的选择243

9.3.2 悬架的弹性特性245

9.3.3 组合式悬架的弹性特性248

9.3.4 货车后悬架主、副簧的刚度分配252

9.4 悬架的侧倾特性255

9.4.1 悬架侧倾中心高度与轮距变化256

9.4.2 侧倾角刚度的计算259

9.4.3 汽车稳态转向时车身侧倾角及侧倾角刚度在前、后悬架上的分配264

9.5 非独立悬架265

9.6 独立悬架269

9.6.1 双横臂式独立悬架269

9.6.2 麦克弗森式独立悬架272

9.6.3 单横臂式独立悬架272

9.6.4 纵臂式独立悬架272

9.6.5 斜置单臂式独立悬架274

9.7 拖臂扭转梁式悬架275

9.8 平衡悬架279

9.9 悬架中的弹性元件280

9.10 钢板弹簧的设计计算282

9.10.1 钢板弹簧主要参数和尺寸的确定282

9.10.2 钢板弹簧刚度验算287

9.10.3 钢板弹簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径计算288

9.10.4 钢板弹簧组装后总成弧高291

9.10.5 钢板弹簧强度验算291

9.10.6 少片钢板弹簧的结构特点293

9.10.7 渐变刚度少片钢板弹簧的有限元分析294

9.11 扭杆弹簧的设计计算297

9.12 螺旋弹簧的设计计算300

9.13 空气弹簧和油气弹簧302

9.14 独立悬架导向机构的设计304

9.14.1 对前轮独立悬架导向机构的要求304

9.14.2 对后轮独立悬架导向机构的要求305

9.14.3 悬架的抗制动点头性能分析305

9.14.4 悬架的抗加速仰头性能分析312

9.15 独立悬架导向机构的受力分析与强度计算314

9.15.1 双横臂式独立悬架的受力分析315

9.15.2 麦克弗森式独立悬架的受力分析317

9.15.3 悬架导向机构的强度计算工况320

9.16 减振器主要参数及尺寸的选择320

9.16.1 筒式减振器的类型320

9.16.2 减振器主要性能参数的选择327

9.17 横向稳定杆的设计331

练习题336

10 转向系统设计338

10.1 概述338

10.2 机械转向器340

10.2.1 齿轮齿条式转向器341

10.2.2 整体式转向器344

10.3 转向系统的主要性能参数347

10.3.1 转向系统的角传动比347

10.3.2 转向系统的转矩传动比347

10.4 转向器的效率348

10.4.1 转向器的正效率348

10.4.2 转向器的逆效率348

10.4.3 影响转向器效率的因素349

10.5 动力转向系统概述350

10.5.1 动力转向的优点与缺点350

10.5.2 对动力转向系统的主要性能要求351

10.6 整体式动力转向器352

10.6.1 整体式动力转向器的工作原理354

10.6.2 对动力助力工作过程的基本理解357

10.6.3 转阀的特性曲线358

10.7 齿轮齿条式动力转向器359

10.8 转阀特性曲线的计算361

10.9 动力转向泵363

10.9.1 对动力转向泵的要求364

10.9.2 动力转向泵的低速工作模式366

10.9.3 动力转向泵的流量控制状态367

10.9.4 动力转向泵的限压状态367

10.9.5 动力转向泵的特性曲线368

10.9.6 动力转向泵的安装369

10.10 动力转向油罐370

10.11 动力转向油管372

10.11.1 动力转向油管的功能374

10.11.2 动力转向油管在车辆上的安装375

10.12 转向器角传动比的变化规律376

10.13 转向梯形设计378

10.13.1 汽车转向时理想的内、外前轮转角关系379

10.13.2 整体式转向梯形机构的设计校核380

10.13.3 轮胎侧偏角对转向时内、外前轮转角之间理想关系的影响382

10.14 转向杆系与悬架的匹配设计384

10.14.1 在前悬架是纵置钢板弹簧的汽车中转向纵拉杆的布置384

10.14.2 在采用双横臂式前悬架的汽车中的转向杆系布置388

10.14.3 在采用麦克弗森式前悬架的汽车中的转向杆系的布置390

10.14.4 前束角随着前轮上、下跳动的变化特性曲线392

10.14.5 车轮前、后移动时前束角的控制393

10.15 动力转向系统的参数设计395

10.16 汽车转向传动机构元件396

练习题400

11 制动系设计402

11.1 概述402

11.2 制动器的主要性能要求404

11.2.1 制动器的效能因数404

11.2.2 制动器效能的稳定性407

11.2.3 制动器间隙调整407

11.2.4 制动器的尺寸和质量407

11.2.5 制动噪声408

11.3 鼓式制动器408

11.3.1 鼓式制动器的主要参数411

11.3.2 压力沿衬片长度方向的分布规律412

11.3.3 计算蹄片上的制动力矩414

11.3.4 制动力矩与张开力之间的关系415

11.3.5 采用液压或楔块式驱动机构的领从蹄式制动器的效能因数419

11.3.6 采用非平衡式凸轮驱动机构的领从蹄式制动器的效能因数420

11.3.7 鼓式制动器的自锁检查421

11.3.8 增力式鼓式制动器效能因数的近似计算421

11.4 盘式制动器425

11.4.1 制动钳布置对车轮轮毂轴承载荷的影响427

11.4.2 盘式制动器的优缺点428

11.4.3 盘式制动器制动力矩的计算429

11.5 摩擦衬片（衬块）磨损特性的计算429

11.6 前、后轮制动力矩的确定431

11.6.1 理想的前、后桥制动力分配431

11.6.2 前、后桥制动力按照固定比例分配432

11.7 应急制动和驻车制动所需要的制动力矩435

11.7.1 应急制动所需要的制动力矩435

11.7.2 驻车制动所需要的制动力矩436

11.8 制动器主要元件437

11.8.1 制动鼓437

11.8.2 制动蹄438

11.8.3 制动底板439

11.8.4 制动盘439

11.8.5 制动钳439

11.8.6 制动块439

11.8.7 摩擦材料440

11.8.8 制动器间隙的调整方法及相应机构441

11.9 制动驱动机构的形式及其计算443

11.9.1 简单制动系443

11.9.2 动力制动系445

11.9.3 伺服制动系449

11.9.4 制动管路的多回路系统453

11.9.5 液压制动驱动机构的设计计算455

11.9.6 气压制动驱动机构的设计计算462

11.9.7 制动力分配的调节装置473

练习题475

12 汽车稳态操纵稳定性计算477

12.1 不足转向度的定义477

12.2 引起车辆不足转向的原因478

12.3 线性假设479

12.4 线性三自由度车辆操纵性模型及模型参数479

12.4.1 车身侧倾的影响481

12.4.2 轮胎力的影响481

12.4.3 轮胎回正力矩的影响484

12.4.4 车辆重量分布和轮胎侧偏刚度的影响486

12.4.5 刚体车身回正力矩转向（rigid body aligning torque steer）486

12.4.6 侧倾刚度的测量486

12.4.7 制动转向487

12.5 不足转向度K的计算488

12.5.1 前桥转向柔度Df的分析489

12.5.2 后桥转向柔度Dr的分析492

12.5.3 车辆不足转向影响的叠加494

参考文献497