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汽车设计复习题课后习题答案

汽车设计练习题

第一章汽车总体设计

1. 简要回答汽车轴距的长短会对汽车的性能产生哪些影响?p17

轴距L对整备质量、轴荷分配、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、传动轴夹角、纵向通过半径等有影响。

当轴距短时,汽车总长、最小转弯直径等指标减小,汽车的机动性提高,此外,轴距过短会使上坡、制动或加速时轴荷转移过大,汽车制动性或操纵稳定性变坏;过短的轴距还会使车身纵向角振动增大,对平顺性不利。增加轴距,可以提高汽车的制动性、平顺性和操纵稳定性,但机动性下降。

原则上对发动机排量大的乘用车、载质量或载客量多的货车或客车,轴距取得长,对机动性要求高的汽车轴距宜取短些。

2. 按发动机的相对位置分,汽车有哪几种布置型式,各自特点如何?p9-14

(1)乘用车的布置形式:乘用车的布置形式主要有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)三种。

发动机前置前轮驱动乘用车的主要优点:a、有明显的不足转向性能;b、越过障碍的能力高;c、动力总成结构紧凑;d、有利于提高乘坐舒适性;e、有利于提高汽车的机动性;(轴距可以缩短)f、发动机散热条件好;g、行李箱空间大;h、变形容易;i、供暖效率高;j、操纵机构简单;k、整备质量轻;L、制造难度降低。

主要缺点:结构与制造工艺均复杂;(采用等速万向节)前轮工作条件恶劣,轮胎寿命短;(前桥负荷较后轴重)汽车爬坡能力降低;后轮容易抱死,并引起侧滑;发动机横制时总体布置工作困难,维修保养的接近性差;发生正面碰撞事故,发动机及其附件损失较大,维修费用高。

发动机前置后轮驱动乘用车的主要优点:a、轴荷分配合理,因而有利于提高轮胎的使用寿命;b、前轮不驱动,因而不需要采用等速万向节,并有利于减少制造成本;c、客厢较长,乘坐空间宽敞,行驶平稳;d、上坡行驶时,因驱动轮上的附着力增大,故爬坡能力强;e、有足够大的行李箱空间;f、因变速器与主减速器分开,故拆装、维修容易。

主要缺点:a、地板上有凸起的通道,影响了乘坐舒适性;b、汽车正面与其它物体发生碰撞易导致发动机进入客厢,会使前排乘员受到严重伤害;c、汽车总长较长,整车整备质量增大,影响汽车的燃油经济性和动力性。

发动机后置后轮驱动乘用车的主要优点:a、结构紧凑;b、改善了驾驶员视野;c、改善后排座椅中间座位成员出入的条件d、整车整备质量小;e、乘客座椅能够布置在舒适区内;客厢内地板比较平整;f、爬坡能力强;g、当发动机布置在轴距外时轴距短,机动性能好。

主要缺点:a、后桥负荷重,使汽车具有过多转向的倾向,操纵性变坏;b、前轮附着力小,高速行驶时转向不稳定,影响操纵稳定性;c、行李箱在前部,空间不够大;d、操纵机构复杂;f 、驾驶员不易发现发动机故障;g、发动机工作噪声容易传给成员;h、改装变形困难。

(2)客车有下列布置形式:发动机前置后桥驱动;发动机中置后桥驱动;发动机后置后桥驱动。

发动机前置后桥驱动布置方案的主要优点:动力总成操纵机构结构简单;散热器冷却效果好;冬季在散热器罩前部蒙以保护棉被,能改善发动机的保温条件;发动机出现故障时驾驶员容易发现。

主要缺点:车厢面积利用不好,布置座椅时受发动机限制;地板平面离地面较高,乘客上、下车不方便;传动轴长度长;发动机的噪声、气味和热量易于传入车厢内;隔绝发动机振动困难,影响乘坐舒适性;检修发动机必须在驾驶室内进行,检修工作舒适性差;如果乘客门布置在轴距内,使车身刚度削弱;若采用前开门布置,虽可改善车身刚度,但使前悬加长,同时可能使前轴超载。

发动机后置后桥驱动布置方案的主要优点:能较好地隔绝发动机的噪声、气味、热量;检修发动机方便;轴荷分配合理;同时由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大,能改善车厢后部的乘坐舒适性;当发动机横置时,车厢面积利用较好,并且布置座椅受发动机影响较少;作为城市间客车使用时,能够在地板下部和客车全宽范围内设立体积很大的行李箱。作为市内用客车不需要行李箱,则可以降低地板高度;传动轴长度短。

主要缺点:发动机冷却条件不好,必须采用冷却效果强的散热器;动力总成操纵机构复杂;驾驶员不易发现发动机故障。

发动机中置后桥驱动布置方案的主要优点:轴荷分配合理;传动轴的长度短;车厢内面积利用最好,并且座椅布置不会受发动机的限制;乘客车门能布置在前轴之前等。

主要缺点:必须用水平对置式发动机,且布置在地板下部,检修困难;不易发现故障;发动机在热带的冷却条件和在寒带的保温条件均不好;发动机的噪声、气味、热量和振动均能传入车厢;动力总成操纵机构复杂;受发动机影响,地板平面距地面较高;在土路上行驶发动机极易被泥土弄脏。

(3)货车按照发动机位置不同,可分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。

发动机前置后桥驱动货车主要优点:维修发动机方便;离合器、变速器等操纵机构简单;货箱地板高度低;可以采用直列发动机、V型发动机或卧式发动机;发现发动机故障容易。

主要缺点:如采用平头式驾驶室,而且发动机布置在前轴之上的中部,则驾驶室内部隔热、隔振等问题难以解决;如采用长头式驾驶室,为保证视野,驾驶员座椅须布置高些,这又影响整车和质心高度以及增加其他方面显而易见的缺点。

发动机中置后桥驱动货车:可以采用水平对置式发动机布置在货箱下方,因发动机通用性不好,需特殊设计,维修不便;离合器、变速器等操纵机构复杂;发动机距地面近,容易被车轮带动起来的泥土弄脏;受发动机位置影响,货箱地板高度高。目前这种布置形式的货车已不采用。

发动机后置后轮驱动货车:是由发动机后置后轮驱动的乘用车变型而来,所以极少采用。这种形式的货车主要缺点是后桥容易超载,操纵机构复杂;发现发动机故障和维修发动机都困难,以及发动机容易被泥土弄脏等。

3. 前后悬的长短会对汽车产生哪些影响?p18

前悬尺寸对汽车通过性、碰撞安全性、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。增加前悬尺寸,减小了汽车接近角,使通过性降低,驾驶员视野变坏。因在前悬这段尺寸内要布置保险杠、散热器、风扇、发动机等部件,前悬不能缩短。从撞车安全性考虑希望前悬长些,从视野角度考虑又要求前悬短些。前悬对平头汽车上下车的方便性有影响,前钢板弹簧长度也影响前悬尺寸。

后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱长度和行李箱长度、汽车造型等有影响,并取决于轴距和轴荷分配的要求。后悬长,汽车离去角小,使通过性降低;而后悬短的乘用车行李箱尺寸不够大。

4. 汽车轴荷分配的基本原则是什么?p20

汽车的发动机位置与驱动形式、汽车结构特点、车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响。

(1)从轮胎磨损均匀和寿命相近考虑,各个车轮的负荷应相差不大;

(2)为了保证汽车有良好的动力性和通过性,驱动桥应有足够大的负荷,而从动轴负荷可以适当减少,以利减小从动轮滚动阻力和提高在坏路面上的通过性;

(3)为了保证汽车有良好的操纵稳定性,转向轴的负荷不应过小;

(4)常在坏路上行驶的越野汽车,前轴负荷应该小些;

(5)各使用性能对轴荷要求是相互矛盾的,因此,要求设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等,合理选取轴荷分配。

5. 发动机前置前轮驱动的布置形式,如今在乘用车上得到广泛采用,其原因究竟是什么?而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛采用,其原因又是什么?(1-2)P9,12

发动机前置前轮驱动:

与后轮驱动的乘用车比较,前桥轴荷大,有明显的不足转向性能;越过障碍的能力高;动力总成结构紧凑,不需要在变速器与主减速器之间设置传动轴,车内地板凸包高度可降低,有利于提高乘坐舒适性;发动机布置在轴距外时汽车的轴距可以缩短,有利于提高汽车的机动性;散热器布置在汽车前部,发动机散热条件好;行李箱布置在汽车后部,空间大;易改装为客货两用车或救护车;供暖机构简单,且因管路短供暖效率高;因发动机、离合器、变速器与驾驶员位置近,操纵机构简单;发动机横置时能缩短汽车总长;汽车耗材减少,整备质量减轻;发动机横置时,原主减速器的锥齿轮需用圆柱齿轮取代,制造难度降低。

发动机后置后轮驱动:能较好地隔绝发动机的气味和热量,客车中前部基本不受发动机工作噪声和振动的影响;检修发动机方便;轴荷分配合理;同时由于后桥簧上质量与簧下质量之比增大,能改善车厢后部的乘坐舒适性;当发动机横置时,车厢面积利用较好,并且布置座椅受发动机影响较少;作为城市间客车使用时,能够在地板下部和客车全宽范围内设立体积很大的行李箱。作为市内用客车不需要行李箱,则可降低地板高度,乘客上下车方便;传动轴长度短。

第二章离合器设计

1. 汽车离合器一般应满足哪些基本要求?p52

1)既能可靠传递发动机的最大转矩,有适当的转矩储备,又能防止传动系过载。

2)接合时要完全、平顺、柔和,以保证汽车起步时没有抖动和冲击。

3)分离时要迅速、彻底。

4)离合器从动部分转动惯量要小,以减轻换挡时齿轮间的冲击,便于换挡和减小同步器的磨损。

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)应能避免和衰减传动系扭转振动,并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。

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)应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。

2. 离合器的压紧弹簧有哪几种型式,有几种布置型式。哪种型式的压紧弹簧比较适用于乘用车?并简述各自优缺点。P54

离合器的压紧弹簧有圆柱螺旋弹簧、圆锥弹簧、膜片弹簧三种型式。

(1)周置弹簧离合器

周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧,并均匀的分布在一个或同心的两个圆周上。

优点:结构简单、制造容易,因此应用较为广泛。

缺点:压紧弹簧直接与压盘接触,易受热退火,且当发动机最大转速很高时,周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲,使弹簧压紧力下降,离合器传递转矩的能力随之降低。此外,弹簧定位面上接触部位磨损严重,甚至会出现弹簧断裂现象。

(2)中央弹簧离合器

中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧,并且布置在离合器的中心。

优点:此结构轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆比,因此可得到足够的压紧力,且有利于减小踏板力,使操纵轻便。此外,压紧弹簧不与压盘直接接触,不会使弹簧受热退火,通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。

缺点:构较复杂,轴向尺寸较大。

(3)斜置弹簧离合器

斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上,并通过压杆作用在压盘上。

优点:在摩擦片磨损或分离离合器时,压盘所受的压紧力几乎保持不变。与上述两种离合器相比,具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。

(4)膜片弹簧离合器

膜片弹簧离合器中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧,主要由碟簧部分和分离指部分组成。

优点:1)膜片弹簧具有较理想的非线性特性,弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变。

2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使结构简单紧凑,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)通风散热良好,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。

缺点:1)制造工艺较复杂,成本较高。

2)对材质和尺寸精度要求高。

3)其非线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。

膜片弹簧离合器适用于乘用车。

3. 离合器操纵机构应满足哪些要求?p72

1)踏板力要小,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,最大不超过180mm。

3)踏板行程应能调整,以保证摩擦片磨损后分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。

7.何谓离合器的后备系数?影响其取值大小的因素有哪些?(2-3)p59

β为离合器的后备系数,定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比,β必须大于1。后备系数β是离合器设计时用到的一个重要参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择β时,应考虑以下几点:

1)摩擦片在使用中磨损后,离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。

2)要防止离合器滑磨过大。

3)要能防止传动系过载。

显然,为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨时间过长,β不宜选取太小;为使离合器尺寸不致过大,减少传动系过载,保证操纵轻便,β又不宜选取太大;当发动机后备功率较大、使用条件较好时,β可选取小些;当使用条件恶劣,需要拖带挂车时,为提高起步能力、减少离合器滑磨,β应选取大些;货车总质量越大,β也应选得越大;采用柴油机时,由于工作比较粗暴,转矩较不平稳,选取的β值应比汽油机大些;发动机缸数越多,转矩波动越小,β可选取小些;膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定,选取的β值可比螺旋弹簧离合器小些;双片离合器的β值应大于单片离合器。

8.膜片弹簧的弹性特性有何特点?影响弹性特性的主要因素是什么?(2-4)p55

膜片弹簧具有较理想的弹性特性,弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变,因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变。离合器分离时,弹簧压力有所下降,从而降低了踏板力。

影响膜片弹簧弹性特性的主要因素有:弹簧的材质、结构形式(如拉式、推式)及结构尺寸(如H/h)等。【H为膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内锥高度,h为膜片弹簧钢板厚度】

第三章变速器设计

1. 为保证变速器具有良好的工作性能,汽车对变速器有哪些基本要求?p78

1)保证汽车有必要的动力性和经济性。

2)设置空挡,用来切断发动机动力向驱动轮的传输。

3)设置倒档,使汽车能倒退行驶。

4)设置动力输出装置,需要时能进行功率输出。

5)换挡迅速、省力、方便。

6)工作可靠。(汽车行驶过程中,变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生。)

7)应当有高的工作效率。

8)工作噪声低。

除此以外,变速器还应当满足轮廓尺寸和质量小,制造成本低,维修方便等要求。

2. 在变速器的使用当中,常常会出现自动脱档现象,除从工艺上解决此问题外,在结构上可采取哪些比较有效的措施?p88

为了防止变速器挂档后自动脱档,除工艺上采取措施以外,在结构上采取的措施主要有:

1)错位啮合:将两接合齿的啮合位置错开。这样在啮合时,使接合齿端部超过被接合齿约1~3mm。使用中接触部分挤压同时磨损,因而在接合齿端部形成凸肩,用来阻止接合齿自动脱档。

2)齿侧切薄:将啮合套齿座上前齿圈的齿厚切薄,这样,换挡后啮合套的后端面被后齿圈的前端面顶住,从而阻止自动脱档。

3)斜齿啮合:将接合齿的工作面加工成斜面,形成倒锥角(一般倾斜2°~3°),使接合齿面产生阻止自动脱档的轴向力。这种方案比较有效,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档的效果。

3. 变速器斜齿轮螺旋角的选取应当注意哪些因素?p92

答:选取斜齿轮的螺旋角,要注意它对齿轮工作噪声、轮齿强度和轴向力的影响。

(1)对齿轮工作噪声、轮齿强度影响:在齿轮选用大些的螺旋角时,齿轮啮合的重合度增加,因而工作平稳、噪声降低。试验证明:随螺旋角的增大,齿的强度也相应提高。当螺旋角大于30°时,其抗弯强度骤然下降,而接触强度仍继续上升。因此,从提高低档齿轮的抗弯强度出发,不希望用过大的螺旋角;而从提高高档齿轮的接触强度和增加重合度着眼,应选用较大的螺旋角。

(2)对轴向力的影响:斜齿轮传递转矩时,要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡,以减少轴承负荷,提高轴承寿命。因此,中间轴上的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,则第一、第二轴上的斜齿轮应取为左旋。轴向力经轴承盖作用到壳体上。一挡和倒挡设计为直齿时,在这些挡位上工作,中间轴上的轴向力不能抵消(但因为这些挡位使用得少,所以也是允许的),而此时第二轴则没有轴向力作用。

4. 简述同步器的工作原理,并说明同步器的计算目的是什么?p100、107

答:同步器有常压式、惯性式和惯性增力式三种。得到广泛应用的是惯性式同步器。惯性式同步器有锁销式、滑块式、锁环式、多片式和多锥式几种。虽然它们结构不同,但它们都有摩擦元件、锁止元件(用于阻止同步器强行换档)和弹性元件。

锁销式同步器工作原理:同步器换挡过程由三个阶段组成。

第一阶段:同步器离开中间位置,轴向移动并靠在摩擦面上。摩擦面接触瞬间,由于齿轮角速度和滑动齿套角速度不同,在摩擦力矩作用下锁销相对滑动齿套转动一个不大的角度,并占据锁止位置。此时锁止面接触,阻止了滑动齿套向换挡方向移动。

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经过锁止元件又作用到摩擦面上。由于齿轮的角速度和滑动齿套的角速度不等,在上述表面产生摩擦力。滑动齿套和齿轮分别与整车和变速器输入轴转动零件相连接。于是,在摩擦力矩作用下,滑动齿套和齿轮的转速逐渐接近,其角速度差减小了。在角速度差等于零的瞬间同步过程结束。

第三阶段:角速度差等于零,摩擦力矩消失,而轴向力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。

锁环式同步器工作原理: 换档时,沿轴向作用在啮合套上的换档力,推啮合套并带动滑块和锁环移动,直到锁环锥面与被接合齿轮上的锥面接触为止。之后,因作用在锥面上的法向力与两锥面之间存在角速度差,致使在锥面上作用有摩擦力矩,它使锁环相对啮合套和滑块转过一个角度,并由滑块予以定位。接下来,啮合套的齿端与锁环齿端的锁止面接触,使啮合套的移动受阻,同步器处在锁止状态,换档的第一阶段工作至此已完成。换档力将锁环继续压靠在锥面上,并使摩擦力矩增大,与此同时在锁止面处作用有与之方向相反的拨环力矩。齿轮与锁环的角速度逐渐接近,在角速度相等的瞬间,同步过程结束,完成换档过程的第二阶段工作。之后,摩擦力矩随之消失,而拨换力矩使之回位,两锁止面分开,同步器解除锁止状态,啮合套上的接合齿在换档力作用下通过锁环去与齿轮上的接合齿啮合,完成同步换档。

多锥式同步器工作原理:多锥式同步器的锁止面仍在同步环的接合齿上,只是在原有的两个锥面之间再插入两个辅助同步锥。由于锥表面的有效摩擦面积成倍地增加,同步转矩(在同步器摩擦锥面上产生的摩擦力矩)也相应增加,因而具有较大的转矩容量和低热负荷。

惯性增力式同步器(为波舍(Porsehe)式同步器)工作原理: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。

同步器的计算目的是确定摩擦锥面和锁止角的角度,这些角度是用来保证在满足连接件角速度完全相等以前不能进行换档时所应满足的条件,以及计算摩擦力矩和同步时间。

5. 分析图 3-12所示变速器的结构特点是什么?它有几个前进挡?包括倒挡在内,分别说明各挡采用什么样的换挡方式换挡?其中哪几个档位采用锁销式同步器换挡?有哪几个档位采用锁环式同步器换挡?分别在同一变速器内的不同档位采用不同结构同步器换挡有什么优缺点?(3-1)p85、87

答:图 3-12所示为带超速挡的中间轴式多档变速器结构。

它有6个前进挡,其中包括1个超速挡。倒挡采用啮合套换挡,其余挡位采用同步器换挡。其中1挡、2挡采用锁销式同步器换挡,3挡至5挡以及超速挡采用锁环式同步器换挡。

在同一变速器内根据档位的不同分别采用不同结构同步器换挡,其优点是能够充分发挥各换挡方式的优势,提高变速器的性能,降低同步器成本。缺点是使变速器结构复杂,维修互换性差。

6.为什么中间轴式变速器的中间轴上齿轮的旋转方向一律要求取为右旋,而第一轴、第二轴上的斜齿轮旋转方向取为左旋?(3-2)p92

汽车设计复习题课后习题答案

汽车设计复习题课后习题答案

答:斜齿轮传递转矩时,要产生轴向力并作用到轴承上。设计时应力求中间轴上同时工作的两对齿轮产生轴向力平衡,以减少轴承负荷,提高轴承寿命,因此中间轴上齿轮的旋转方向应保持一致。如图所示,发动机的旋转方向不变,则变速器第一轴的输入方向已知且不会发生改变。当中间轴齿轮全部为右旋时,为了保证齿轮啮合,第一轴和第二轴齿轮均为左旋,图3 各轴啮合齿轮受力简图

中间轴

第一轴 第二轴

a. 一、二轴啮合齿轮受力简图

b. 中间轴啮合齿轮受力简图

齿轮受力方向如图,则第一轴和第二轴齿轮所产生的轴向力分别由变速器壳体上的轴承承受,第二轴中间轴承不承受轴向力。否则第一轴与第二轴齿轮所产生的轴向力都要由第二轴中间轴承承受,而由于空间的限制该处轴承多采用滚针轴承或短圆柱滚子轴承,不能承受轴向力。所以在选择齿轮的螺旋方向时,中间轴齿轮一律为右旋,第一轴和第二轴齿轮为左旋。

7.为什么变速器的中心距A对轮齿的接触强度有影响?并说明是如何影响的?(3-3)p90

中心距大小对齿轮的尺寸有影响。中心距减小,齿轮的节圆直径减小,齿轮齿数减少,齿轮的接触应力增大。

其大小对轮齿的接触强度有影响。

中心距越小,齿轮的接触应力越大,齿轮寿命越短。因此,最小允许中心距应当由保证齿轮有必要的接触强度来确定。此外受一档小齿轮齿数不能过少的限制,要求中心距也要大些。

第四章万向节传动轴设计

1. 万向节的分类?各自的适用场合?p114-121

答:万向节按扭转方向是否有明显的弹性,可分为刚性万向节和挠性万向节。

刚性万向节是靠零件的铰链式连接传递动力的,可分成不等速万向节(如十字轴式)、准等速万向节(如双联式、凸块式、三销轴式和球面滚轮式)和等速万向节(如球叉式、球笼式等)。

不等速万向节结构简单,强度高,耐久性好,传动效率高。主要用于所连接的两轴夹角不大的整体式后驱动桥上。

准等速万向节主要用于传递转矩较大或所连接的两轴夹角也较大的转向驱动桥上。如越野车的转向驱动桥上。

等速万向节广泛地应用在断开式驱动桥中或具有独立悬架的转向驱动桥上。

挠性万向节能减小传动系的扭转振动、动载荷和噪声,结构简单,使用中不需润滑,一般用于两轴间夹角不大(一般为3°~5°)和有很小轴向位移的万向传动场合。如它常用在乘用车三万向节传动中,用作靠近变速器的第一万向节。

2. 等速万向节最常见的结构型式有哪些?简要说明各自特点?p118-120

1. 球叉式万向节

(1)圆弧槽滚道型:由两个万向节叉、四个传力钢球和一个定心钢球组成。

在单向传动中只有两个钢球传递动力,故单位压力较大,磨损较快。另外,只有在传力钢球与滚道之间具有一定的预紧力时,才能保证等角速传动。使用中,随着磨损的增加,预紧力逐渐减小以至消失,这时两球叉之间便发生轴向窜动,从而破坏传动的等速性,严重时会造成钢球脱落。主要应用于总质量不大的越野车转向驱动桥。

(2)直槽滚道型: 两个球叉上的直槽与轴的中心线倾斜相同的角度且彼此对称。在两球叉间的槽中装有四个钢球。由于两球叉中的槽所处的位置是对称的,保证了四个钢球的中心处于两轴夹角的平分面上。这种万向节加工比较容易,允许的轴间夹角不超过20°,在两叉间允许有一定量的轴间滑动。主要应用于断开式驱动桥中,当半轴摆动时,用它可补偿半轴的长度变化而省去滑动花键。

2.球笼式万向节

(1)Rzeppa型:球形壳的内表面和星形套的球表面上各有沿圆周均匀分布的六条同心的圆弧滚道,在它们之间装有保持在同一平面内的六个传力钢球。这种等速万向节无论转动方向如何,六个钢球全都传递转矩,它可在两轴之间的夹角达35°~37°的情况下工作。球笼式万向节以前主要是应用在转向驱动桥,目前应用较少。

(2)Birfield型:结构较为简单、应用较为广泛。由于传递转矩时六个钢球均同时参加工作,其承载能力和耐冲击能力强,效率高,结构紧凑,安装方便。但是滚道的制造精度高,成本较高。

(3)伸缩型:结构与一般球笼式相近,仅仅外滚道为直槽。结构简单,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。

3.说明要求十字轴万向节连接的两轴夹角不宜过大的原因都是什么?(P134,4-3)P115,123

因为十字轴万向节传动的不等速性,使得当主动轴以等角速度转动时,从动轴时快时慢,万向节十字轴除承受周期变化的驱动转矩外,还承受作用在主动叉平面内周期变化的附加弯矩。附加弯矩

可引起与万向节相连零部件的弯曲振动,在万向节主、从动轴支承上引起周期性变化的径向载荷,从而激起支承处的振动,使传动轴产生附加应力和变形,从而降低传动轴的疲劳强度。因此,为了控制

附加弯矩,应避免两轴之间的夹角过大。同时,两轴夹角过大,也会使十字轴万向节滚针轴承的寿命大幅度下降。当夹角由4°增至16°时,十字轴万向节滚针轴承寿命约下降至原来的1/4。

第五章驱动桥设计

1. 单级主减速器的结构型式有哪几种?i0<2, 7≥i0>4.5,i0=7~12,i0>12时各应选择什么主减速器?p140

单级主减速器的结构型式:多用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动,也有采用一对圆柱齿轮传动或蜗杆传动。

i0<2时应采用由一对弧齿锥齿轮传动的单级主减速器;

7≥i0>4.5时应采用由一对双曲面齿轮传动的单级主减速器;

i0=7~12时应采用双级主减速器;

i0>12时应采用单、双级减速配轮边减速器。

2. 弧齿锥齿轮(螺旋锥齿轮)传动与双曲面齿轮传动相比的特点是什么?p137

弧齿锥齿轮传动的特点是:主、从动齿轮轴线垂直相交于一点。由于轮齿端面重叠的影响,至少有两对以上的轮齿同时啮合,因此可以承受较大的负荷,加之其齿轮是在齿的全长上啮合,而是逐

渐由齿的一端连续而平稳地转向另一端,所以工作平稳,噪声和振动小,但弧齿锥齿轮对啮合精度很敏感,齿轮副锥顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏,并加剧齿轮的磨损和使噪声增大。

3. 简述驱动桥的作用和组成。P135

驱动桥基本作用:

(1)增扭、降速,改变转矩的传递方向。即增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将转矩合理地分配给左、右驱动车轮。

(2)承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力,以及制动力矩和反作用力矩等。

驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成,转向驱动桥还有等速万向节。

4. 在对驱动桥的设计当中,应满足哪些基本要求?p135

1)选择适当的主减速比,以保证汽车在给定条件下具有最佳的动力性和燃料经济性;

2)外廓尺寸小,保证汽车具有足够的离地间隙,以满足通过性要求;

3)齿轮及其它传动件工作平稳,噪声小;

4)在各种载荷和转速工况下具有高的传动效率;

5)在保证足够的强度、刚度条件下,应力求质量小,尤其是簧下质量应尽量小,以改善汽车平顺性;

6)与悬架导向机构运动协调,对于转向驱动桥,还应与转向机构运动协调;

7)结构简单,加工工艺性好,制造容易,拆装,调整方便。

5. 车轮传动装置的基本功用是什么?在不同型式的驱动桥中,充当车轮传动装置的主要部件各是什么?p165

车轮传动装置的基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。

对于非断开式驱动桥,驱动车轮传动装置的主要零件为半轴;对于断开式驱动桥和转向驱动桥,驱动车轮传动装置为万向传动装置。

6. 根据车轮端的支承方式不同,半轴可分为哪几种型式,简述各自特点。P165-166

可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。

半浮式半轴的结构特点:半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔中,车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外,其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴结构简单,所受载荷较大,只用于乘用车和总质量较小的商用车上。

3/4浮式半轴的结构特点:半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部,直接支承于车轮轮毂,而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似,只是载荷有所减轻,一般仅用在乘用车和总质量较小的商用车上。

全浮式半轴的结构特点:半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相连,而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上半轴只承受转矩,作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。全浮式半轴主要用于总质量较大的商用车上。

7. 驱动桥壳应满足哪些要求?P169

(1)应具有足够的强度和刚度。以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力;

(2)在保证强度和刚度的前提下,尽量减小质量,以提高汽车行驶平顺性;

(3)保证足够的离地间隙;

(4)结构工艺性好,成本低;

(5)保护装于其上的传动部件和防止泥水浸入;

(6)拆装,调整,维修方便。

8. 驱动桥主减速器有哪几种结构形式?简述各种结构形式的主要特点及其应用。(5-1)P137-148

答:主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速器形式、从动齿轮的支撑形式不同而不同。

根据主减速器的齿轮类型分:

(1)弧齿锥齿轮传动:主、从动齿轮轴线垂直相交于一点。由于轮齿端面重叠的影响,至少有两对以上的轮齿同时啮合,因此可以承受较大的负荷,加之其齿轮是在齿的全长上啮合,而是逐渐由齿的一端连续而平稳地转向另一端,所以工作平稳,噪声和振动小。

其缺点是但弧齿锥齿轮对啮合精度很敏感,齿轮副锥顶稍有不吻合就会使工作条件急剧变坏,并加剧齿轮的磨损和使噪声增大。

(2)双曲面齿轮传动:主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交,主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E,称为偏移距,使同时啮合的齿数增多,重合度较大,提高了传动平稳性和齿轮的弯曲强度。有较高的传动比,齿面间的接触应力较低。应用较广泛。

其缺点是传动效率较弧齿锥齿轮传动低;主动齿轮有较大的轴向力,使其轴承负荷增大;齿面抗胶合能力较低。

一般情况下,当要求传动比大于4.5而轮廓尺寸又有限时,采用双曲面齿轮传动更合理。当传动比小于2时,双曲面主动齿轮相对弧齿锥齿轮主动齿轮占据过多空间,此时选用弧齿锥齿轮更合理。对于中等传动比,两种齿轮传动均可采用。

(3)圆柱齿轮传动:一般采用斜齿轮,广泛应用于发动机横置的前置前驱动乘用车驱动桥和双级主减速器驱动桥以及轮边减速器。

(4)蜗杆传动:轮廓尺寸及质量较小,可得到较大的传动比;工作非常平稳,无噪声;便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动布置;可以传递大的载荷,使用寿命长;结构简单,拆装方便,调整容易。其主要缺点是材料成本高,传动效率较低。蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别总质量较大的多桥驱动汽车和具有高转速发动机的客车上。

根据主减速器的减速形式分:

(1)单级主减速器:具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、成本低等优点。单级主减速器多采用一对弧齿锥齿轮或双曲面齿轮传动,也有采用一对圆柱齿轮传动或蜗杆传动的。广泛应用于主传动比i0≤7的汽车上。

(2)双级主减速器:主要结构特点是由两极齿轮减速组成的主减速器。与单级相比,在保证离地间隙相同时可得到大的传动比,i0一般为7~12。但其尺寸、质量均较大,结构复杂,制造成本较高。它主要应用于总质量较大的商用车上。

(3)双速主减速器:由齿轮的不同组合可获得两种传动比。大的主减速比用于汽车满载或在困难道路上行驶,以克服较大的行驶阻力并减少变速器换挡次数;小的主减速比则用于汽车空载、半载或在良好路面上行驶,以改善燃料经济性和提高平均车速。它与普通变速器相配合,可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器可以由圆柱齿轮组或行星齿轮组构成。主要在一些单桥驱动且总质量较大的汽车上采用。

(4)贯通式主减速器:根据其减速形式可分成单级和双级两种。

1)单级贯通式主减速器:结构简单,质量小,尺寸紧凑。并可使中、后桥的大部分零件具有互换性等优点,主要用于总质量较小的多桥驱动汽车上。

2)双级贯通式主减速器:对于总质量较大的多桥驱动汽车,由于主减速比较大,多采用双级贯通式主减速器。

9. 主减速器中,主、从动锥齿轮的齿数应当如何选择才能保证具有合理的传动特性和满足结构布置上的要求?(5-2)p149

主、从动锥齿轮齿数分别为z1和z2,选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素:

1)为了磨合均匀,z1、z2之间应避免有公约数。

2)为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度,主、从动齿轮齿数和应不小于40。

3)为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度,对于乘用车,z1一般不少于9;对于商用车,z1一般不少于6。

4)当主传动比i o较大时,z1尽量取得少些,以得到满意的离地间隙。

5)对于不同的主传动比,z1和z2应有适宜的搭配。

10. 对驱动桥壳进行强度计算时,图示其受力状况并指出危险断面的位置,验算工况有几种?各工况下强度验算的特点是什么?(5-4)p170、171

桥壳危险断面通常在钢板弹簧座内侧附近,桥壳端部的轮毂轴承座根部也应列为危险断面进行强度验算。对于具有全浮式半轴的驱动桥,桥壳上强度计算的载荷工况与半轴强度计算的三种载荷工况相同。

1)牵引力或制动力最大时,计算桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲应力δ和扭转切应力τ。

特点:不考虑侧向力。此时作用在左右驱动车轮上除有垂向反力外,还有切向反力。即纵向力最大,侧向力为零。

2)当侧向力最大时,计算桥壳内、外板簧座处断面的弯曲应力δi,δo 。

特点:当汽车所承受的侧向力达到地面给轮胎的侧向附着力时,汽车处于侧滑临界状态,此时没有纵向力作用。即侧向力最大,纵向力为零。

3)当汽车通过不平路面时,计算危险断面的弯曲应力δ。

特点:此时垂向力最大,纵向力和侧向力为零。

汽车设计复习题课后习题答案

第六章 悬架设计

1. 悬架有哪些作用?p174

悬架的主要任务是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩;缓和路面传给车架(或车身)的冲击载荷,衰减由此引起的承载系统的振动,保证汽车的行驶平顺性;保证车轮在路面不平和载荷变化时有理想的运动特性,保证汽车的操纵稳定性,使汽车获得高速行驶能力。

2. 在悬架设计中应满足哪些性能要求?p174

1)保证汽车有良好的行驶平顺性。

2)具有合适的衰减振动能力。

3)保证汽车具有良好的操纵稳定性。

4)汽车制动或加速时要保证车身稳定,减少车身纵倾;转弯时车身侧倾角要合适。

5)有良好的隔声能力。

6)结构紧凑、占用空间尺寸要小。

7)可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩,在满足零部件质量要小的同时,还要保证有足够的强度和寿命。

3. 什么是悬架的弹性特性?设计悬架弹簧的垂直刚度特性时,为什么要选取非线性弹性特性?p182

悬架受到的垂直外力

F 与由此所引起的车轮中心相对于车身位移f (即悬架的变形)的关系曲线称为悬架的弹性特性。

由公式f F c /=可知,悬架的刚度影响车身高度的变化,又由公式π2//m c n =可知,悬架的垂向刚度也直接影响车身振动的偏频n ,悬架的弹性特性为线性弹性特性时,若在空载时满足车辆振动频率的要求,在满载时车身的变形则会过大而频繁撞击限位块;若满载时满足车身振动频率的要求,空载时车身振动的频率则过大而影响舒适性。

综上所述,为了减少车辆在满载和空载时振动频率和车身高度的变化,应该选用刚度可变的非线性悬架。

4. P218 6-1设计悬架和设计独立悬架导向机构时,各应当满足哪些基本要求?p174、200

悬架设计的基本要求:

1)保证汽车有良好的行驶平顺性。

2)具有合适的衰减振动能力。

3)保证汽车具有良好的操纵稳定性。

4)汽车制动或加速时要保证车身稳定,减少车身纵倾;转弯时车身侧倾角要合适。

5)有良好的隔声能力。

6)结构紧凑、占用空间尺寸要小。

7)可靠地传递车身与车轮之间的各种力和力矩,在满足零部件质量要小的同时,还要保证有足够的强度和寿命。

对前轮独立悬架导向机构的要求是:

1)悬架上载荷变化时,保证轮距变化不超过±4.0mm ,轮距变化大会引起轮胎早期磨损。

2)悬架上载荷变化时,前轮定位参数要有合理的变化特性,车轮不应产生纵向加速度。

3)汽车转弯行驶时,应使车身侧倾角小。在0.4g 侧向加速度作用下,车身侧倾角不大于6°~7°,并使车轮与车身的倾斜同向,以增强不足转向效应。

4)汽车制动时,应使车身有抗前俯作用;加速时,有抗后仰作用。

对后轮独立悬架导向机构的要求是:

1)悬架上的载荷变化时,轮距无显著变化。

2)汽车转弯行驶时,应使车身侧倾角小,并使车轮与车身的倾斜反向,以减小过多转向效应。

此外,导向机构还应有够强度,并可靠地传递除垂直力以外的各种力和力矩。

6. 什么是轴转向效应?为什么后悬架采用钢板弹簧结构时,要求钢板弹簧的前铰接点比后铰接点要低些?(6-4) P176;p178

后悬架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,于是内侧悬架受拉抻,车轮(车轴)相对于车身向下移动;外侧悬架受压缩,车轮(车轴)相对于车身向上移动。结果与悬架固定连接的车轴(桥)的轴线相对汽车纵向中心线偏转一角度α。这种现象称为轴转向效应。

后悬架采用钢板弹簧结构时,由于轴转向效应,使外侧悬架受到压缩,悬架与车轴铰接点向后移动,内侧悬架受到拉伸,悬架与车轴铰接点向前移动,对于后轮而言,这种偏转使车轮向外偏斜,造成过度转向。为了避免后轮的过度转向,使钢板弹簧的前铰接点比后铰接点降低些,于是悬架的瞬时运动中心位置降低,与悬架连接的车桥位置处的运动轨迹如图2所示,即处于外侧悬架与车桥连接处

的运动轨迹是oa段,结果后桥轴线的偏离不再使汽车具有过多转向的趋势。

汽车设计复习题课后习题答案

图2 前铰接点降低后钢板弹簧与车桥连接处的运动轨迹

第七章转向系设计

1. 何为转向器的η-(逆效率),根据η- 所分的三种转向器各有什么优缺点?目前汽车上广泛使用的是哪一种转向器?为什么?p228

转向轴输出的功率(P3- P2)与转向摇臂轴输入的功率P3之比,称为转向器的逆效率η-

根据逆效率η-的大小不同,转向器又分为可逆式、极限可逆式和不可逆式三种。

可逆式转向器:路面作用在车轮上的力,经过转向系可大部分传递到转向盘,这种逆效率较高的转向器属于可逆式。它的优点是能保证转向后,转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳,又提高了行驶安全性。缺点是在不平路面上行驶时,车轮受到的冲击力能大部分传至转向盘,造成驾驶员“打手”,同时转向轮容易产生摆振;长时间在不平路面上行驶,易使驾驶员疲劳,影响安全驾驶。属于可逆式的转向器有齿轮齿条式和循环球式转向器。常用于轿车、客车和货车。

不可逆式转向器:是指车轮受到的冲击力不能传到转向盘的转向器。其缺点是车轮受到的冲击力由转向传动机构的零件承受,易使零件损坏。同时,它既不能保证车轮自动回正,驾驶员又缺乏路感,因此,现代汽车不采用这种转向器。

极限可逆式转向器:介于上述两者之间。逆效率较低,在车轮受到冲击力作用时,此力只有较小一部分传至转向盘。在不平路面上行驶时,驾驶员并不十分紧张,同时转向传动机构的零件所承受的冲击力也比不可逆式转向器要小。常用于越野车和矿用自卸汽车。

目前汽车上广泛使用的是可逆式转向器。因为车辆大多行驶在好路面上,从路面经转向系传递到转向盘的力很小,对驾驶员没有影响。同时可逆式转向器能保证转向后,转向轮和转向盘自动回正。这既减轻了驾驶员的疲劳,又提高了行驶安全性。

2. 转向器的角传动比,传动装置的角传动比和转向系的角传动比指的是什么?他们之间有什么关系?转向器角传动比如何选择?p229

转向器角传动比:转向盘角速度ωw与摇臂轴角速度ωp之比,称为转向器角传动比iω。

传动装置的角传动比(转向传动机构的角传动比):摇臂轴角速度ωp与同侧转向节偏转角速度ωk之比,称为传动装置的角传动比iω‘。

转向系角传动比:转向盘角速度ωw与同侧转向节偏转角速度ωk之比,称为转向系角传动比iω0。

转向系角传动比= 转向器角传动比×传动装置的角传动比即:iω0=iωiω‘

转向器角传动比如何选择:随转向盘转角变化,转向器角传动比可以设计成减小、增大或保持不变的。影响选取角传动比变化规律的因素,主要是转向轴负荷大小和对汽车机动能力的要求。

(1)若转向轴负荷小,在转向盘全转角范围内,驾驶员不存在转向沉重问题;装用动力转向的汽车,因转向阻力矩由动力装置克服,所以在上述两种情况下,均应取较小的转向器角传动比,并能减少转向盘转动的总圈数,以提高汽车的机动能力。

(2)转向轴负荷大又没有装动力转向的汽车,因转向阻力矩大致与车轮偏转角度大小成正比变化,汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出,故应选用大些的转向器角传动比。

(3)汽车以较高车速转向行驶时,转向轮转角较小,转向阻力矩也小,此时要求转向轮反应灵敏,转向器角传动比应当小些。

因此,转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线。

汽车设计复习题课后习题答案

图转向器角传动比变化特性曲线

转向盘在中间位置的转向器角传动比不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时,对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大,使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。

3. 转向系的力传动比指的是什么?力传动比和角传动比有何关系?利用转向器的力传动比与角传动比的关系,分析转向的“轻”与“灵”的关系。

002222 w p h h r sw w p sw h w sw p r h r w k h F i F M M D F i D M a i D i a M F a M d i d M ?β??=??????=?=?????=???=?????==??又

式中:

p i ——转向器的力传动比; 0w i ——转向器的角传动比;

w F ——轮胎与地面之间的转向阻力;h F ——作用在转向盘上的手力;

r M ——作用在转向节上的转向阻力矩; h M ——作用在转向盘上的力矩;

SW D ——转向盘直径;?d ——转向盘转角增量; k d β ——转向节转角增量;a ——主销偏移距。

即转向器的力传动比与角传动比成正比例关系。 由2w

p h F i F =可知,当w F 一定时,p i 增大能减小作用在转向盘上的手力h F ,使操纵轻便。但是p i 增加,0w i 也随着增加。由0w i 的定义可知:对于一定的转向盘角速度,转向

轮偏转角速度与转向器角传动比成反比。角传动比增加后,转向轮偏转角速度对转向盘角速度的响应变得迟钝,使转向操纵时间增长,汽车转向灵敏性降低,所以“轻”和“灵”构成一对矛盾。为解决这一矛盾,需采用变速比转向器。

4. 转向器角传动比的变化特性是什么?在不装动力转向的车上采用什么措施来解决轻和灵的矛盾?

转向器角传动比变化特性为:转向盘在中间位置的转向器角传动比应取小些,(但又不宜过小。过小则在汽车高速直线行驶时,对转向盘转角过分敏感和使反冲效应加大,使驾驶员精确控制转向轮的运动有困难。)而在两端时取大些,即转向器角传动比变化曲线应选用大致呈中间小两端大些的下凹形曲线。

在不装动力转向的车上,若转向轴负荷小,在转向盘全转角范围内,驾驶员不存在转向沉重问题。应取较小的转向器角传动比并能减少转向盘转动的总圈数,以提高汽车的机动能力。

若转向轴负荷大,因转向阻力矩大致与车轮偏转角度大小成正比变化,汽车低速急转弯行驶时的操纵轻便性问题突出,故应选用大些的转向器角传动比。汽车以较高车速转向行驶时,转向轮转角较小,转向阻力矩也小,此时要求转向轮反应灵敏,转向器角传动比应当小些。

5. 对汽车转向系设计有哪些要求?(P219)

1)汽车转弯行驶时,全部车轮应绕瞬时转向中心旋转,任何车轮不应有侧滑。

2)汽车转向行驶后,在松开转向盘的条件下,转向轮能自动返回到直线行驶位置,并稳定行驶。

3)转向轮不得产生自振,转向盘没有摆动。

4)转向传动机构和悬架导向装置共同工作时,由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。

5)保证汽车有较高的机动性,具有迅速和小转弯行驶能力。

6)操纵轻便。

7)转向轮碰撞到障碍物以后,传给转向盘的反冲力要尽可能小。

8)转向器和转向传动机构的球头处,有消除因磨损而产生间隙的调整机构。

9)转向系应有减轻或避免驾驶员车祸伤害的防伤装置。

10)进行运动校核,保证转向盘与转向轮转动方向一致。

第八章 制动系设计

1. 制动系应满足哪些主要的要求?

(1)足够的制动效能;

(2)工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动管路;

(3)不应丧失操纵性和方向稳定性;

(4)防止水和污泥进入制动器工作表面;

(5)制动能力的热稳定性良好 ;

(6)操纵轻便,并具有良好的随动性 ;

(7)制动时,制动系噪声尽可能小;

(8)作用滞后性应尽可能短;

(9)摩擦衬片(块)应有足够的使用寿命 ;

(10)调整间隙工作容易;

(11)有故障报警装置 。

2. 什么叫领蹄?什么叫从蹄?作图分析领从蹄式制动器两摩擦片磨损的不均匀性。

制动蹄张开时的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄,称为领蹄。反之,称为从蹄。

3. 盘式制动器与鼓式制动器相比较,有哪些优缺点?

与鼓式制动器比较,盘式制动器有如下优点:

(1)热稳定性好。原因是一般无自行增力作用,衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。

(2)水稳定性好。

(3)制动力矩与汽车运动方向无关。

(4)易于构成双回路制动系,使系统有较高的可靠性和安全性。

(5)尺寸小、质量小、散热良好。

(6)衬块磨损均匀。

(7)更换衬块容易。

(8)衬块与制动盘之间的间隙小,制动协调时间短。

(9)易于实现间隙自动调整。

盘式制动器的主要缺点是:

(1)难以完全防止尘污和锈蚀(封闭的多片全盘式制动器除外)。

(2)兼作驻车制动器时,所需附加的手驱动机构比较复杂。

(3)在制动驱动机构中必须装用助力器。

(4)因衬块工作面积小,所以磨损快,使用寿命低,需用高材质的衬块。

4. 鼓式制动器可分为哪些型式?简述各自特点?

鼓式制动器主要有:领从蹄式、单向双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式。各自特点如下:

领从蹄式:

如图1所示,图上方的箭头为汽车前进时制动鼓的旋转方向,则左侧制动蹄为领蹄,右侧为从蹄。旋转着的制动鼓对两个制动蹄分别作用着法向反力F 1和F 2,以及相应的切向反力fF 1和fF 2,设力的作用点与作用方向如图所示。 由图可见,领蹄上的切向合力fF 1所造成的绕支点旋转的力矩与促动力F 0所造成的绕同一支点的力矩是同向的。所以fF 1作用的结果是使领蹄在制动鼓上压得更紧,即力F 1变得更大。与此相反,切向力fF 2则使F 2有减小的趋势。显然,由于领蹄与从蹄所受的法向反力不等,如果两蹄摩擦片工作面积相同,则领蹄摩擦片上的单位压力较大,因而磨损严重,两摩擦片磨损不均匀。因此,为了使

两蹄片上摩擦片的寿命相同,领蹄上的摩擦衬片的包角要

大于从蹄上摩擦衬片的包角。

制动鼓旋转方向

图1 领从蹄式鼓式制动器受力简图

(1)两块蹄片各有自己的固定支点,且位于两蹄的同一端;

(2)制动器的效能和效能稳定性,在各式制动器中居中游;

(3)前进、倒退行驶的制动效果不变;

(4)结构简单,成本低;便于附装驻车制动驱动机构;

(5)调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易。

但领从蹄式制动器也有两蹄片上的单位压力不等(在两蹄摩擦衬片面积相同的条件下),故两蹄衬片磨损不均匀,寿命不同的缺点。此外,因只有一个轮缸,两蹄必须在同一驱动回路作用下工作。领从蹄式制动器广泛应用,特别是乘用车和总质量较小的商用车的后轮制动器用得较多。

单向双领蹄式:

(1)两块蹄片各有自己的固定支点,且位于两蹄的不同端;

(2)每块蹄片有各自独立的张开装置,且位于与固定支点相对应的一方;

(3)前进制动时,制动效能相当高;倒车制动时,制动效能明显下降;

(4)由于有两个轮缸,可以用两个各自独立的回路分别驱动两蹄片;

(5)调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易进行;

(6)两蹄片磨损均匀,寿命相同;结构略显复杂;

(7)制动效能稳定性,仅强于增力式制动器。

这种制动器适用于前进制动时前轴动轴荷及附着力大于后轴,而倒车制动时则相反的汽车前轮上。因为两个互相成中心对称的轮缸难以附加驻车制动驱动机构,所以不用于后轮。

双向双领蹄式:

(1)结构特点是两蹄片浮动,用各有两个活塞的两轮缸张开蹄片;

(2)无论前进或是倒退制动,两蹄片始终为领蹄,制动效能相当高,而且不变;

(3)制动器内设有两个轮缸,所以适用于双回路驱动机构。当一套管路失效后,制动器转变为领从蹄式制动器。

(4)两蹄片上单位压力相等,磨损均匀,寿命相同。

缺点是因有两个轮缸,结构复杂,且调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作困难。

这种制动器得到比较广泛应用。如用于后轮,则需另设中央驻车制动器。

双从蹄式:

(1)两蹄片各有一个固定支点,且位于两蹄片的不同端,并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片。

(2)制动器效能稳定性最好,但因制动器效能最低,所以很少采用。

单向增力式:

(1)两蹄片只有一个固定支点,两蹄下端经推杆连接成一体,仅有一个轮缸张开蹄片。

(2)前进制动时,两蹄皆为领蹄,次领蹄上不存在轮缸张开力,且由于领蹄上的摩擦力经推杆作用到次领蹄,使制动器效能很高,居各式制动器之首。

(3)两块蹄片都是领蹄,所以制动器效能稳定性相当差。倒车制动时,两蹄又皆为从蹄,制动器效能很低。

(4)因两蹄片上单位压力不等,造成蹄片磨损不均匀,寿命不一样。

(5)只有一个轮缸,故不适合用于双回路驱动机构;

(6)另由于两蹄片下部联动,使调整蹄片间隙困难。

少数轻、中型货车用来作前制动器。

双向增力式:

(1)两蹄片端部各有一个制动时不同时使用的共用支点,支点下方有一轮缸,内装两个活塞用来同时驱动张开两蹄片,两蹄片下方经推杆连接成一体。采用这种制动器以后,即使制动驱动机构中不用伺服装置,也可以借助很小的踏板力得到很大的制动力矩。

(2)前进与倒车的制动效果不变。因两蹄片均为领蹄,所以制动器效能稳定性比较差。

(3)两蹄片上单位压力不等,故磨损不均匀,寿命不同。

(4)调整间隙工作比较困难。

(5)只有一个轮缸,故制动器不适合用于有的双回路驱动机构。

6. 设计制动系时,应考虑设置哪些制动装置?(5. 制动装置都有哪些?简要说明其功用?)

制动系至少应有行车制动装置和驻车制动装置。除此之外,有些汽车还设有应急制动、辅助制动和自动制动装置。

行车制动装置:保证使汽车能够以适当的减速度降速行驶直至停车或在不长的坡道上下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速。

驻车制动装置:用来使汽车可靠地停在原地或坡道上。

应急制动装置:用在某些采用动力制动或伺服制动的汽车上,一旦发生蓄压装置压力过低等故障时,可用应急制动装置实现汽车制动,同时,在人力控制下还能兼作驻车制动用;

辅助制动装置:可实现汽车下长坡时持续减速或保持稳定的车速,减轻或者解除行车制动装置的负荷。

7. 鼓式和盘式制动器各有哪几种形式?试比较分析它们的制动效能因数的大小及制动效能稳定性的高低?(P285 8-2)

鼓式制动器主要有:领从蹄式、单向双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式。

鼓式制动器的效能因数由高至低的顺序为:双向增力式、单向增力式、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器和双从蹄式制动器。而制动器效能稳定性排序则恰好与上述情况相反。

盘式制动器主要有:钳盘式和全盘式两类。钳盘式制动器按制动钳的结构不同又包括固定钳式和浮动钳式。盘式制动器由于没有自行增势作用,与鼓式制动器相比制动器效能较低;制动过程中制动力矩增长较和缓,能保证高的制动效能稳定性。