汽車設計

本書系統地介紹了汽車設計理論與計算方法，包括整車及底盤各主要總成設計所需要的基本知識。內容包括汽車總體設計；離合器、機械式變速器、萬向傳動裝置、驅動橋、懸架、轉向系統和制動系統等各總成設計應滿足的要求、結構方案分類與分析，主要參數的確定原則，零部件的計算載荷確定方法，強度計算方法，主要結構元件分析；以及最新設計方法及其在汽車設計中的應用等。本書還介紹了近年來在汽車設計中得到應用的最新成果以及一些現代汽車設計方法。

本書可作為高等院校車輛工程專業教材，也可作為汽車行業及相關行業工程技術人員的參考書。

本書是由上海工程技術大學資助出版，根據“卓越工程師”教育培養計劃要求而編寫的。作者力圖以科學性、先進性、系統性和實用性為宗旨編寫本書。

本書在編寫的過程中，注重對學生能力的培養，注重分析解決問題的思路，努力反映現代汽車設計中的先進技術和新的研究成果，並注重理論聯繫實際。

本書共9章，第1章為汽車總體設計，第2~8章分別為離合器、機械式變速器、萬向傳動裝置、驅動橋、懸架、轉向系統和制動系統設計，第9章為現代汽車設計方法。除第1章和第9章外，其餘各章的主要內容包括：設計應當滿足的主要要求、結構方案分類和分析、主要參數的確定原則、主要零件的強度計算和結構元件分析等。各章還附有應由學生獨立完成的習題。

通過對課程中基本概念和設計實例深入淺出的剖析和應用，學生應掌握正確的思維方法，以提高分析和解決實際問題等方面的能力。通過對新技術的介紹，激勵學生的求知慾，啟迪學生的創新意識。

在本書的編寫過程中，得到了上海工程技術大學車輛工程機電液系列課程教學團隊的關心和支持，並為本書的編寫提供了寶貴的意見。研究生葉克寶、向緒愛、趙培騰和彭博為本書做了大量的文字編輯工作，在此一併表示感謝。

本書可作為高等院校汽車專業“汽車設計”課程的教材，也可以作為其他有關專業的參考書，並可供有關的工程技術人員參考。

由於本書編寫時間倉促，編者水平有限，書中難免有錯漏之處，誠懇地歡迎使用本書的師生及廣大讀者批評指教，以便再版時訂正。

編者2016年6月

第1章汽車總體設計

1.1概述

1.1.1總體設計應滿足的基本要求

1.1.2汽車開發程序

1.2汽車產品型號和形式的確定

1.2.1汽車的分類

1.2.2汽車的產品型號

1.2.3汽車的形式

1.3汽車主要參數的選擇

1.3.1汽車主要尺寸參數的確定

1.3.2汽車質量參數的確定

1.3.3汽車性能參數的確定

1.4發動機的選擇

1.4.1發動機形式的選擇

1.4.2發動機主要性能指標的選擇

1.4.3發動機的懸置

1.5車身形式

1.5.1轎車的車身形式

1.5.2客車的車身形式

1.6輪胎的選擇

1.7汽車的總體布置

1.7.1整車布置的基準線(面)——零線的確定

1.7.2各部件的布置

習題

第2章離合器設計

2.1概述

2.2離合器的結構方案分析

2.2.1從動盤數的選擇

2.2.2壓緊彈簧及布置形式的選擇

2.2.3膜片彈簧離合器

2.2.4壓盤的驅動方式

2.2.5金屬陶瓷離合器

2.2.6濕式離合器

2.3離合器主要參數的選擇

2.4離合器的設計與計算

2.4.1圓柱螺旋彈簧

2.4.2圓錐螺旋彈簧

2.4.3膜片彈簧

2.5扭轉減振器的設計

2.5.1扭轉減振器的分類

2.5.2減振器的主要參數

2.5.3其他減振措施

2.6離合器的操縱機構

2.7離合器的結構元件

2.7.1從動盤總成

2.7.2離合器蓋總成

習題

第3章機械式變速器設計

3.1概述

3.2變速器傳動機構布置方案

3.2.1兩軸式變速器

3.2.2中間軸式變速器

3.2.3組合式變速器

3.2.4倒擋的布置

3.2.5部件結構方案分析

3.3變速器主要參數的選擇

3.3.1擋數

3.3.2傳動比範圍

3.3.3中心距A

3.3.4外形尺寸

3.3.5軸的直徑

3.3.6齒輪參數

3.3.7各擋齒輪齒數的分配

3.4變速器的設計與計算

3.4.1齒輪的損壞形式

3.4.2齒輪強度計算

3.4.3輪齒彎曲強度計算

3.4.4軸的強度計算

3.5同步器設計

3.5.1慣性式同步器

3.5.2慣性增力式同步器

3.5.3同步器的工作原理

3.5.4主要參數的確定

3.5.5同步器的計算

習題

第4章萬向傳動軸設計

4.1概述

4.2萬向節結構方案分析

4.2.1十字軸萬向節

4.2.2准等速萬向節

4.2.3等速萬向節

4.2.4撓性萬向節

4.3萬向節傳動的運動和受力分析

4.3.1單十字軸萬向節傳動

4.3.2雙十字軸萬向節傳動

4.3.3多十字軸萬向節傳動

4.3.4等速萬向節傳動

4.4萬向節設計

4.4.1萬向傳動的計算載荷

4.4.2十字軸萬向節設計

4.4.3球籠式萬向節設計

4.5傳動軸結構分析與設計

4.6中間支承結構分析與設計

4.7設計實例

4.7.1傳動軸的形式

4.7.2設計依據

4.7.3傳動軸的臨界轉速確定

4.7.4傳動軸軸管扭轉應力的校核計算

習題

第5章驅動橋設計

5.1概述

5.2驅動橋的結構方案分析

5.3主減速器設計

5.3.1主減速器的結構方案分析

5.3.2主減速器主、從動錐齒輪的支承方案

5.3.3主減速器錐齒輪的主要參數

5.3.4主減速器錐齒輪的強度計算

5.3.5主減速器錐齒輪軸承的載荷計算

5.3.6錐齒輪的材料

5.4差速器設計

5.4.1差速器結構形式選擇

5.4.2普通錐齒輪差速器的齒輪設計

5.4.3黏性聯軸器結構及其在汽車上的布置

5.5車輪傳動裝置設計

5.5.1結構形式分析

5.5.2半軸計算

5.5.3半軸可靠性設計

5.5.4半軸的結構設計

5.6驅動橋殼設計

5.6.1驅動橋殼結構方案分析

5.6.2驅動橋殼的強度計算

習題

第6章懸架設計

6.1概述

6.2懸架結構形式分析

6.2.1非獨立懸架和獨立懸架

6.2.2獨立懸架結構形式分析

6.2.3前、后懸架方案的選擇

6.2.4輔助元件結構分析

6.3懸架主要參數的確定

6.3.1懸架靜撓度fc

6.3.2懸架動撓度fd

6.3.3懸架的彈性特性

6.3.4后懸架主、副簧剛度的分配

6.3.5懸架側傾角剛度及其在前、后軸的分配

6.4彈性元件的計算

6.4.1鋼板彈簧

6.4.2扭桿彈簧

6.5獨立懸架導向機構的設計

6.5.1設計要求

6.5.2導向機構的布置參數

6.5.3雙橫臂式獨立懸架導向機構設計

6.5.4麥弗遜式獨立懸架導向機構設計

6.6減振器

6.6.1減振器的分類

6.6.2相對阻尼係數ψ

6.6.3減振器阻尼係數δ

6.6.4最大卸荷力F0

6.6.5簡式減振器的工作缸直徑D

6.7懸架的結構元件

6.7.1控制臂與連桿/拉杆

6.7.2接頭

習題

第7章轉向系統設計

7.1概述

7.2機械式轉向器方案分析

7.2.1機械式轉向器方案分析

7.2.2防傷安全機構方案分析與計算

7.3轉向系統主要性能參數

7.3.1轉向器的效率

7.3.2傳動比的變化特性

7.3.3轉向器傳動副的傳動間隙Δt

7.4機械式轉向器的設計與計算

7.4.1轉向系統計算載荷的確定

7.4.2齒輪齒條式轉向器的設計

7.4.3循環球式轉向器設計

7.5動力轉向機構

7.5.1對動力轉向機構的要求

7.5.2動力轉向機構布置方案分析

7.5.3動力轉向機構的計算

7.6前輪主動轉向系統及線控轉向系統

7.6.1前輪主動轉向系統

7.6.2線控轉向系統

7.7轉向梯形

7.7.1轉向梯形結構方案分析

7.7.2整體式轉向梯形機構優化設計

7.8轉向傳動機構強度計算

7.9轉向系統結構元件

習題

第8章制動系統設計

8.1概述

8.2制動器的結構方案分析

8.2.1鼓式制動器

8.2.2盤式制動器

8.3制動器主要參數的確定

8.3.1鼓式制動器的主要參數

8.3.2盤式制動器的主要參數

8.4制動器的設計與計算

8.4.1鼓式制動器的設計計算

8.4.2盤式制動器的設計計算

8.4.3襯片磨損特性的計算

8.4.4前、後輪制動器制動力矩的確定

8.4.5應急制動和駐車制動所需的制動力矩

8.5制動驅動機構

8.5.1制動驅動機構的形式

8.5.2分路系統

8.5.3液壓制動驅動機構的設計計算

8.6制動力調節機構

8.6.1限壓閥

8.6.2制動防抱死機構(ABS)

8.7制動器的主要結構元件

8.7.1制動鼓

8.7.2制動蹄

8.7.3摩擦襯片(襯塊)

8.7.4蹄與鼓之間的間隙自動調整裝置

8.8輔助制動系統

8.8.1發動機緩速裝置

8.8.2電渦流緩速器

8.8.3液力緩速器

習題

第9章現代汽車設計方法

9.1概述

9.2計算機輔助設計

9.2.1CAD的發展狀況

9.2.2CAD技術在汽車行業中的應用

9.2.3CAD技術的發展趨勢

9.2.4CAD系統的結構

9.2.5CAD的功能

9.2.6CAD的應用實例

9.3汽車優化設計

9.3.1概述

9.3.2優化問題的數學模型

9.3.3優化方法

9.3.4解決優化設計問題的一般步驟

9.4汽車機構動態模擬

9.4.1模擬概念

9.4.2模擬模型和模擬方法

9.4.3汽車機構運動學模擬

9.4.4汽車機構動力學模擬

9.5有限元分析法

9.5.1概述

9.5.2有限元法的分析過程

9.5.3有限元結構分析軟體簡介

9.5.4有限元法在汽車設計中的應用

習題

參考文獻