《汽车设计教程》PPT课件.ppt

哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,1,第1章 汽车总体设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,2,本章重点,汽车类型的选择 主要尺寸参数及性能参数的确定 汽车总布置设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,3,1.1 概述,汽车工业的发展 汽车工业的发展代表了近代工业的发展历程，汽车最明显的进步在于技术创新，制造的进步和汽车造型的变化 1、车身结构的发展 2、发动机的发展 3、汽车材料的发展 汽车设计的特点 汽车的使用条件复杂、产量大、变形频繁、涉及的范围广泛，与能源、交通、环境、安全等多方面相关。因此汽车设计要考虑的因素众多。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,4,1.1 概述,汽车设计的特点 1、工作环境的多样性 全球各地的气候条件、海拔高度、路面环境、地形特征等有较大差异，为此应在在汽车的结构、材料和设计方面做出合理的选择。2、坚持“三化”原则 产品系列化、零部件通用化和零件设计的标准化。3、国家标准及行业标准 4、经济性 5、良好的人机工程特性、优美的外部造型和协调的色彩,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,5,1.1 概述,汽车的开发过程,图1.1 汽车新产品开发流程,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,6,1.1 概述,汽车的开发过程 汽车产品的开发概括来说可分为四个阶段：决策阶段、设计阶段、试制试验阶段和生产阶段。1、决策阶段(1)进行积极的市场调研和技术调研，提出准确的市场预测和技术可行性报告。(2)进行可行性分析。(3)对可行性报告进行评审。(4)可行性报告通过决策并批准立项，则列入企业产品开发计划。(5)编写产品开发任务书或开发建议书。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,7,1.1 概述,汽车的开发过程2.设计阶段(1)制定设计原则(2)选型和制定设计任务 A、汽车总布置设计 B、绘制效果图 C、制作缩小比例模型 D、召开选型讨论会 E、编写产品设计任务书(3)技术设计(4)工作图设计,图1.2 构思草图,图1.3 彩色效果图,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,8,1.1 概述,汽车的开发过程 3.试制试验阶段 试制试验阶段包括样机试制、样机试验和小批试制 4.生产阶段 生产阶段包括定型投产阶段和持续改进阶段。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,9,1.2 汽车结构形式的选择,不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式以及布置形式上有区别，汽车形式对整车的使用性能、外形尺寸、整车质量、轴荷分配和制造成本等方面的影响很大。1、轴数 汽车轴数的选择应根据车辆的用途、总质量、使用条件、公路车辆法规和轮胎负载能力等方面因素综合考虑。汽车及挂车单轴最大允许轴荷限值见表1-1。汽车及挂车并装轴轴荷的最大限值见表1-2。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,10,1.2 汽车结构形式的选择,表1-1 汽车及挂车单轴的最大允许轴荷,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,11,1.2 汽车结构形式的选择,表1-2 汽车及挂车并装轴的最大允许轴荷限值,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,12,1.2 汽车结构形式的选择,2.驱动形式 汽车的驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等，其中前一位数字表示车轮总数，后一位数字表示驱动轮数，汽车的驱动形式常由汽车的使用条件、通过性和平顺性等条件决定。增加驱动轮数能提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整备质量和成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得困难,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,13,1.2 汽车结构形式的选择,3.布置形式 汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数外，其布置形式对使用性能也有重要影响。(1)乘用车的布置形式 A、发动机前置前轮驱动(FF)发动机前置前轮驱动的布置形 式在发动机排量在2.5L以下的乘用 车上应用比较广泛，且技术已经非 常成熟。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,14,1.2 汽车结构形式的选择,主要优点：布置紧凑，发动机、离合器、变速箱及主减速器等部件连成一体，省掉传动轴，同时降低了车内地板高度，增加了内部空间，坐椅布置方便，便于降低整车成本。主要缺点：前轮附着力减小，驱动轮易打滑；制动时质心前移，后轮易发生制动抱死引起侧滑。常见的几种前置前驱乘用车的布置方案：,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,15,1.2 汽车结构形式的选择,B、发动机前置后轮驱动(FR)一般是将发动机、离合器、变速箱装配成一体，位于汽车前部，通过万向传动轴将动力传至后桥的主减速器，实现后轮驱动。主要优点：汽车的轴荷分配均匀；增加了轮胎的使用寿命；发动机舱布置宽敞，爬坡能力较强。主要缺点：轴距一般较大，汽车的总长和自身质量都大，制造成本高；影响了地板的平整度和高度，坐椅布置也受到一定的影响。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,16,1.2 汽车结构形式的选择,C、发动机后置后轮驱动(RR)发动机后置后轮驱动一般是将发动机、离合器、变速箱及主减速器等装配成一体，无传动轴，发动机通常位于后桥之后，因此后悬相对较大。主要优点：发动机后置后轮驱动形式的主要优点是减小了整车长度、降低了质心、使地板平整。主要缺点：后轴轴荷过大，汽车的转向和操纵性能不佳；前轮附着力过小、高速行驶时转向不稳定、发动机冷却不良、变速操纵机构复杂。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,17,1.2 汽车结构形式的选择,D、四轮驱动 四轮驱动乘用车在对地面的适应性、通过性和安全性等方 面都有较好的表现。但是结构复杂，成本较高。(2)客车的布置形式 A、发动机前置前轮驱动,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,18,1.2 汽车结构形式的选择,主要优点：操纵方便，由于发动机、离合器、变速箱等位于车身前部，不需要长距离的操纵机构；乘客区较为宽敞，车身后半部分可以很平整，地板可以降低，方便乘客上下车辆；乘客区噪声较低。主要缺点：由于发动机前置，离合器、变速箱和主减速机构等全部集中车身前部，转向等机构聚集在一起，使结构复杂，布置困难；前转向驱动桥的产量较低，价格居高不下。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,19,1.2 汽车结构形式的选择,B、发动机前置后轮驱动 主要优点：与货车通用部件多，便于由货车改装生产；便于发动机的冷却；动力和操纵机构相对简单。主要缺点：身前部空间利用率较低，车内的噪声较大，隔热隔振比较困难；轴荷分配不理想，易引起转向沉重；传动轴过长，传动效率低，易引发共振；地板较高，一般需要二级踏步甚者三级踏步，乘客上下车不方便；空调部件布置困难。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,20,1.2 汽车结构形式的选择,C、发动机后置后轮驱动 主要优点：车厢的噪声和振动较小，乘坐舒适性提高；轴荷分配合理；发动机维修方便；有较大行李舱空间；地板降低，方便乘客上下客车；车身前部空间充足，可以布置较为宽敞的乘客门。主要缺点：整车的变速操纵和动力操纵距离较长，布置较复杂；行驶中，驾驶员对于发动机的故障不易及时发现；不利于发动机散热。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,21,1.2 汽车结构形式的选择,D、发动机中置后轮驱动 主要优点：车厢的空间利用率较高，座位布置和外形受发动机的限制较小；车内噪声较小，传动轴较短。主要缺点：发动机的尺寸受到限制，需要特殊设计；发动机的冷却、保温、防尘和隔热性较差；发动机维修的接近性和方便性较差；发动机的可靠性要求比较高。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,22,1.2 汽车结构形式的选择,(3)货车的布置形式,(a)发动机位于前轴之上，驾驶室之前(b)发动机位于前轴之上，部分深入驾驶室,(c)发动机位于前轴之上，驾驶室的正下方(d)发动机位于前轴之后，驾驶室的后下方,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,23,1.2 汽车结构形式的选择,A、发动机位于前轴之上、驾驶室之前 主要优点：安全系数高；发动机维修的接近性好；振动、噪声和热量对驾驶室的影响较小；发动机散热性能好；驾驶室的地板高度较低，上下车相对比较方便，驾驶室布置容易；汽车的操纵机构简单，易于布置；轴荷分配比较合理。主要缺点：车身前部较长；转弯半径较大；由于车头部分体积较大，货箱相对整车的面积利用率较低；由于车头突出，前部视野较差。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,24,1.2 汽车结构形式的选择,B、发动机位于前轴之上、部分深入驾驶室 主要优点：相对于长头车，其视野有显著提高；货箱的面积利用率提高；改善了长头车的机动性能和外形尺寸过大的问题。主要缺点：由于驾驶室前移，发动机占用了部分驾驶空间，故须抬高驾驶室地板，影响驾乘人员出入的方便性；发动机维修的接近性和维修方便性变差，发动机的振动、噪声和热量较容易传入驾驶室；驾驶室布置较困难。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,25,1.2 汽车结构形式的选择,C、发动机位于前轴之上、驾驶室的正下方 主要优点：可以获得最短的轴距和车长；由于减少了车身的尺寸，可以降低整车整备质量；机动性和视野良好；前面驾驶区缩短，可以大大提高后货箱面积的利用率。主要缺点：驾驶室容易受到发动机的振动、噪声、热量等影响；发动机占用部分驾驶室空间，发动机罩突出于驾驶室内正副驾驶座之间，中间不易布设座位；大多数采用翻转式驾驶室，操纵机构相对复杂；驾驶室地板高，一般采用多级踏步，上下车不便。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,26,1.2 汽车结构形式的选择,D、发动机位于前轴之后、驾驶室的后下方 主要优点：改善了驾驶区的局促性，清除了发动机对坐椅布置的影响，同时发动机位置相对下移后，驾驶室比较宽敞，可以增加坐椅，驾乘人员上下车也较方便。主要缺点：为了检修方便，大多数采用翻转式驾驶室，部分采用在座位下开设检修口布置，前者操纵机构布置繁琐，后者密封性能不佳，且检修不方便。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,27,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.1 汽车主要尺寸参数的确定 1.外廓尺寸 汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。在公路和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受到有关法规限制，不能随意确定。参考GB 15892005道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值。乘用车的总长是轴距、前悬和后悬之和。与轴距有如下关系：(1-1)式中，c为比例系数，对前置前驱汽车，c值为，对后置后驱汽车，c值为。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,28,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.1 汽车主要尺寸参数的确定 乘用车的宽度尺寸由乘员空间和车门等装置来决定，同时必须保证发动机、车架、悬架、转向系统和车轮等的布置。乘用车总宽度与车辆总长之间有如下关系：(1-2)乘用车总高度 主要由轴间底部离地高度、地板及下部零件高、室内高 和车顶造型高度 等决定。轴间底部离地高度 应大于最小离地间隙。由座位高、乘员上身长和头部及头上空间构成的室内高 一般应为1120-1380mm，车顶造型高度 一般为20-40mm。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,29,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.1 汽车主要尺寸参数的确定 2.轴距 轴距(汽车前轮中心点到后轮中心的距离)对整备质量、汽车总长、最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径、轴荷分配等都有影响。轴距选择必须在合适的范围，轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长；上坡或制动时轴荷转移过大，汽车制动性能和操纵稳定性变差；车身纵向振动角过大，汽车的平顺性变差；万向传动轴夹角也会增大。3.前轮距 和后轮距 增大前轮距，可以使室内宽度增加，有利于增加侧倾角，但汽车总宽度和总质量会有所增加，同时会影响到最小转弯直径的变化。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,30,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.1 汽车主要尺寸参数的确定 4.前悬 和后悬 汽车的接近角和离去角与前、后悬的长度直接相关，并直接影响汽车的通过性能。对于长头车，前悬主要受到前保险杠、散热器、风扇、发动机等部件的影响。5.货车车头长度 货车车头长度指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。6.货车车厢尺寸 要求货车车厢的尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装足额定吨数。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,31,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.2 汽车质量参数的确定 1.整车整备质量 整车整备质量是指车上带有全部装备(包括备胎，随车工具等)，加满燃料、冷却水等，但没有装载货物和人时的整车质量。2.汽车的载客量和装载质量(1)、汽车的载客量 乘用车的载客量以座位数表示。(2)、汽车的装载质量 指在硬质良好路面上行驶时所允许的额定装载质量。不同路面，装载质量会有所浮动。(3)、质量系数 指汽车装载质量与整车整备质量的比值。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,32,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.2 汽车质量参数的确定(4)、汽车的总质量 汽车在装备齐全并按规定载满乘客或货物时的汽车质量。(5)、轴荷分配 汽车在水平、静止状态下，各车轴对支撑平面的垂直载荷。通常用空载或满载情况下占总质量的百分比来表示。在计算时分空载荷和满载荷两种情况。1.3.3 汽车性能参数的确定 1.动力性参数(1)最高车速 汽车在平直的良好的路面上行驶时所能达到的最高速度。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,33,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.3 汽车性能参数的确定(2)加速时间 汽车以厂定最大总质量状态，在风速3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，由某一低速或起步加速到某一高速所需的时间。(3)爬坡能力 最大爬坡度是指汽车满载，在良好的混凝土或沥青路面的坡道上，汽车以最低前进挡能够爬上的最大坡度。(4)比功率和比扭矩 比功率是汽车所装发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比，它可以综合反映汽车的动力性；比扭矩是汽车发动机的最大转矩与汽车总质量之比，它能反映汽车的牵引能力。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,34,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.3 汽车性能参数的确定 2.燃油经济性参数 我国规定，汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上，以经济车况或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量(L/100km)来评价。该值越小燃油经济性越好。3.最小转弯直径 转向盘转至极限位置时，汽车前外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹圆的直径称为最小转弯直径。4.通过性几何参数(1)最小离地间隙 汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,35,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.3 汽车性能参数的确定(2)接近角和离去角 接近角和离去角表征了汽车接近或离开障碍物(如小丘、沟洼地等)时，不发生碰撞的能力。(3)纵向通过半径 纵向通过半径表征汽车可无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的能力。5.操纵稳定性参数(1)转向特性参数 汽车应具有一定程度的不足转向。(2)车身侧倾角 车辆转弯时车身重心产生偏移，车身轴线与自由状态下轴线的夹角，称为车身侧倾角。(3)制动前俯角,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,36,1.3 汽车主要参数的选择,1.3.3 汽车性能参数的确定 6.制动性参数 汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车的能力。7.舒适性 汽车应为乘员提供舒适的乘坐环境和方便的操作条件，称之为舒适性。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,37,1.4 发动机的选择,1.4.1 发动机形式的选择,汽车用发动机的分类,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,38,1.4 发动机的选择,1.4.1 发动机形式的选择 1汽油机与柴油机的选用 一般说来，目前，对动力性要求比较高，乘坐舒适性良好的乘用车、微型客车或一些小货车上大多数采用汽油机；总质量较大的车辆上一般采用柴油机。2汽缸排列形式与冷却方式的选用 发动机汽缸有直列、水平对置和V形三种排列形式。发动机冷却方式有水冷和风冷两种。3其他发动机的选型,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,39,1.4 发动机的选择,1.4.2 发动机主要性能指标的选择 1.发动机最大功率 和相应转速 根据所设计汽车应达到的最高车速(km/h)，用下式估算发动机最大功率：(1-11)2.发动机最大转矩 和相应转速(1-12),哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,40,1.5 轮胎的选择,1.5.1 轮胎也车轮应满足的基本要求 轮胎及车轮部件应满足下述基本要求：足够的负荷能力和速度能力；较小的滚动阻力和行驶噪声；良好的均匀性和质量平衡性；耐磨损、耐老化、抗刺扎和良好的气密性；质量小、价格低、拆装方便、互换性好。1.5.2 轮胎的分类,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,41,1.5 轮胎的选择,1.5.3 轮胎的特点与选用 子午线轮胎的特点是滚动阻力小、温升低、胎体缓冲性能和胎面附着性能都比斜交轮胎要好，装车后油耗低、耐磨损寿命长、高速性能好。子午线轮胎也有制造困难、造价不如斜交轮胎低和不易翻修等缺点。低断面轮胎的胎面宽平、侧面刚性大、附着能力强、散热良好、高速行驶稳定性好。无内胎轮胎的平衡性良好、发热少、刺扎后不易快速失气、高速行驶安全性能良好。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,42,1.6 汽车总布置设计,1.6.1 总布置设计图的图面要求 1.坐标系 绘制总布置设计图时，通常以车架上平面或车身地板主平面为XY面；以过前轮中心线且垂直于XY面的面为YZ面；以汽车的纵向对称面为XZ面。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,43,1.6 汽车总布置设计,1.6.1 总布置设计图的图面要求 2.总布置图格式,客车总布置设计图,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,44,1.6 汽车总布置设计,1.6.1 总布置设计图的图面要求 3.校对图 校对图是对各系统设计师完成的设计图进行图面上的总装，相当于模拟组装一辆汽车，以确认总布置设计是否合理及各设计是否符合计划图的要求。1.6.2 各部件的布置 1.发动机的布置 在布置发动机时，一般以发动机的曲轴中心线、曲轴中心线与缸体前(后)端面的交点Oe和缸体中心平面为基准，将其固定在整车坐标系中。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,45,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置 2.传动系的布置 由于发动机、离合器、变速器装成一体，所以在发动机位置确定以后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而定。3.转向装置的布置(1)转向盘的位置 应注意转向盘平面与水平面之间的夹角，并以取得转向盘前部盲区距离最小为佳，同时转向盘又不应当影响驾驶员观察仪表，还要照顾到转向盘周围(如挡风玻璃等)有足够的空间。(2)转向器的位置 应综合考虑方便性、安全性和布置的合理性，还要保证有较高的传动效率。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,46,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置 4.悬架的布置 货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架，多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。减振器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程；空间不允许时才布置成斜置状。5.制动系布置 制动踏板应布置在更靠近驾驶员处，并且还要做到脚制动踏板和手制动操纵轻便；布置制动管路时要注意安全可靠，整齐美观。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,47,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置 6.踏板的布置 离合器踏板、制动踏板和油门踏板，布置在地板凸包与车身内侧壁之间。7.油箱、备胎、行李箱和蓄电池等附件的布置(1)油箱 油箱应远离消声器和排气管(乘用车要求油箱距排气管距离大于300mm，否则应加装有效的隔热装置；油箱距裸露的电器接头及开关距离不得小于200mm)，更不应该布置在发动机舱内。(2)备胎 乘用车一般将备胎卧置或立置于后备箱内，此时要求后备箱内必须有足够的空间。货车备胎一般置于车架尾部下方，通常采用悬链式。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,48,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置(3)行李箱(4)蓄电池蓄电池的布置应该尽量靠近启动机，一般采用负极(阴极)搭铁，这有利于车身防腐和安全。8.车身内部布置 车身内部布置必须考虑有良好的乘坐舒适性和足够的安全性，车身内部布置一般以第95百分位的人体模型的胯骨轴心(H点)和眼椭圆为基准，通过调整坐椅和方向盘的位置来适应其余5%的人体模型。在设计中一般采用SAE标准的人体躯干模型。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,49,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置,驾驶区布置图 SAE标准的人体躯干模型,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,50,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置(1)货车驾驶室布置 货车驾驶室的布置，以地板主平面和前安装固定点为基准。,货车驾驶室内部布置尺寸,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,51,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置(2)客车驾驶区布置,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,52,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置(3)客车乘客区布置,客车乘客区车厢内部布置 客车乘客区坐椅布置,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,53,1.6 汽车总布置设计,1.6.2 各部件的布置(4)乘用车内部布置,乘用车内部布置,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,54,1.7 运动校核,1.6.2 各部件的布置 9.安全带的位置 安全带对乘员的保护作用主要体现在正面撞车时，它能减小撞车瞬间人体运动的加速度值，从而降低了引起二次碰撞的相对速度和位移，使伤害指数下降。在进行总布置设计时，进行运动检查有两方面的内容：从整车角度出发进行运动学正确性的检查；对于有相对运动的部件或零件进行运动干涉检查。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,55,第2章 离合器设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,56,2.1 概述,现代汽车一般都以内燃机为动力，其传动系中离合器处于首端，它具有如下基本功用：(1)在汽车起步时，通过离合器主动部分(与发动机曲轴相连)和从动部分(与变速器第一轴相接)之间的滑磨，转速逐渐接近，使旋转着的发动机和原为静止的传动系平稳地接合。(2)当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换挡时轮齿间的冲击，便于换挡。(3)当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩(即离合器的最大摩擦力矩)时，其主、从动部分将产生滑磨。这样，离合器就起着防止传动系过载的作用。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,57,2.2 离合器的结构形式,离合器按转递转矩的方式不同，可分为摩擦式、液力式、电磁式和综合式四种，其中摩擦式离合器应用最为广泛。2.2.1 从动盘数的选择1.单片离合器 单片离合器只有一个从动盘，单片离合器的特点是：结构简单，散热良好，轴向尺寸紧凑，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能够保证分离彻底,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,58,2.2 离合器的结构形式,2.2.1 从动盘数的选择2.双片离合器 双片离合器有两个从动盘，与单片离合器相比，由于摩擦面数增多，因而传递转矩的能力较大，且接合更加平顺、柔和，在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力也较小。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,59,2.2 离合器的结构形式,2.2.1 从动盘数的选择3.多片离合器 多片离合器有两个以上从动盘，多为湿式，接合平顺柔和，由于在油中工作，摩擦表面温度低、磨损小，使用寿命长。但是分离行程大，分离不彻底，轴向尺寸和质量较大，从动部分转动惯量也很大。2.2.2 压紧弹簧的形式及布置1.周置弹簧离合器 周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,60,2.2 离合器的结构形式,2.2.2 压紧弹簧的形式及布置2.中央弹簧离合器 中央弹簧离合器采用1-2个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥螺旋弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，压紧弹簧与从动盘的轴线相同。3.斜置弹簧离合器 斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新结构形式，弹簧的轴线与离合器的轴线成一个夹角。4.膜片弹簧离合器 膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的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。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,61,2.2 离合器的结构形式,2.2.2 压紧弹簧的形式及布置 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比具有如下一系列优点：(1)膜片弹簧具有较理想的非线性特性,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,62,2.2 离合器的结构形式,2.2.2 压紧弹簧的形式及布置(2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，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，弹簧压紧力降低的程度较周置圆柱弹簧离合器明显减小，所以摩擦力矩降低很少，性能稳定。(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)易于实现良好的通风散热，使用寿命长。(6)膜片弹簧中心线与离合器中心线重合，平衡性好。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,63,2.2 离合器的结构形式,2.2.3 膜片弹簧的支承形式 推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种。,推式膜片弹簧双支承环形式 推式膜片弹簧单支承环形式,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,64,2.2 离合器的结构形式,2.2.3 膜片弹簧的支承形式,推式膜片弹簧无支承环形式 拉式膜片弹簧支承环形式,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,65,2.2 离合器的结构形式,2.2.4 压盘的驱动方式 压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。2.2.5 分离杠杆和分离轴承 在周置弹簧离合器中一般采用36个分离杠杆(简称分离杆)；在膜片弹簧离合器中，分离杠杆的作用由膜片弹簧本身形成的弹性杠杆来完成；在中央弹簧离合器中则只有弹性压杆而没有分离杠杆；在斜置弹簧离合器中也只有压杆。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,66,2.2 离合器的结构形式,2.2.6 离合器的散热通风 在离合器分离和接合过程中，由于摩擦会产生大量的热。如果不解决好通风散热问题，会使压盘温度过高，导致摩擦片过度磨损。改善离合器散热通风的结构措施有：在压盘上设散热筋或鼓风筋；在离合器盖上开较大的通风孔；在离合器外壳上设通风窗；在双盘离合器的中间压盘内铸出通风槽；在离合器外壳内装一导流罩，加强通风。2.2.7 从动盘 从动盘由摩擦片、从动钢片、减振器和花键等组成。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,67,2.2 离合器的结构形式,2.2.7 从动盘 摩擦片在性能上应满足如下要求：摩擦系数较稳定；足够的机械强度和耐磨性；磨合性好；密度小；有利于接合平顺；长期停放，摩擦表面不发生“粘合”。摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘结两种。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,68,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.1 摩擦离合器转矩 摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩为 设为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积上产生的单元摩擦力矩为 整个摩擦面上产生的摩擦力矩为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,69,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.1 摩擦离合器转矩 摩擦面承受的单位压力为 对于具有个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为 带入 得 可以得到摩擦片平均摩擦半径为 当时，可由下式相当准确地计算,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,70,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.1 摩擦离合器转矩 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即2.3.2 后备系数 后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,71,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.3 单位压力 单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。,摩擦片单位压力的取值范围,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,72,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.4 摩擦片外径、内径和厚度 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，可估算出摩擦片外径：摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选取：,直径系数的取值范围,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,73,2.3 离合器基本参数的选择,2.3.5 摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙 摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。离合器间隙是指离合器处于正常接合状态，分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，该间隙一般为3-4mm。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,74,2.4 离合器的设计与计算,2.4.1 圆柱螺旋弹簧 在周置弹簧离合器中，设弹簧数为，每个弹簧的工作压力为 弹簧的工作应力为 选好旋绕比，计算出，再选好工作压力，则有 弹簧工作圈数可根据刚度条件和、确定,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,75,2.4 离合器的设计与计算,2.4.2 圆锥螺旋弹簧1.圆锥螺旋弹簧的特性计算(1)第一圈触合前()弹簧的变形(mm)为(2)第一圈触合时作用在弹簧上的力为(3)第一圈触合时()弹簧的变形为(4)各圈完全触合时的极限力为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,76,2.4 离合器的设计与计算,2.4.2 圆锥螺旋弹簧(5)作用力为 时弹簧的变形为2.圆锥螺旋弹簧的强度计算矩形断面的圆锥螺旋弹簧受力变形时，其断面将发生翘曲，截面长边中点的剪应力为最大剪应力(MPa)矩形截面圆锥螺旋弹簧的应力、变形 及刚度 的算法如下,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,77,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧1.膜片弹簧的载荷与变形之间的关系 通过支撑环和压盘施加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假想集中在加载点上，用 表示，加载点之间的相对轴向变形为。压紧力与变形之间的关系式为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,78,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 在分离与压紧两种状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的转角，便有如下的对应关系,(a)自由状态(b)压紧状态(c)分离状态,膜片弹簧在不同工作状态时的变形,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,79,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 在此假定是 一个小角度，上式实际上是一个杠杆关系。所以 膜片弹簧的变形可以是由 引起，也可以是由 引起。当满足如下关系时，由两者引起的膜片弹簧变形是相同的。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,80,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 设 是从离合器接合状态算起的膜片弹簧与压盘接触点的变形量，则根据杠杆关系有,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,81,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 应该指出，不包括分离指在载荷作用下所产生的弹性体变形。如果考虑这种弹性体变形，分离轴承的总移动行程 为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,82,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧2.膜片弹簧的强度计算 断面上任意点(x，y)的切向应力为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,83,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 分析表明，膜片弹簧的碟簧部分B点处的切向压应力最大。把B点的坐标 和 代入前式，则得到B点的切向压应力 令，可以求出切向压应力 达到极大值时的转角,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,84,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧 B点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力作用下还受有弯曲应力，其表达式 根据最大剪应力理论，B点的当量应力 3.膜片弹簧主要参数的选择(1)比值 和板厚 的选择。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,85,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧(2)比值 和、的选择。研究表明，越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，且应力越高。(3)的选择。膜片弹簧自由状态下圆锥底角 与内截锥高度关系密切,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,86,2.4 离合器的设计与计算,2.4.3 膜片弹簧(4)膜片弹簧工作点位置的选择。膜片弹簧的工作点为B，一般取在凸点M和拐点H之间，一般(5)分离指数的选取。分离指数常取为18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸弹簧可取12。(6)膜片弹簧小端半径，及分离轴承作用半径 的确定。由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。应大于。(7)切槽宽度、及半径。mm，mm，的取值应满足 的要求。(8)压盘加载半径 和支撑环加载点半径 的确定。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,87,2.5 扭转减震器设计,扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振。1.扭转减振器极限转矩 减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙 时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。一般可取,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,88,2.5 扭转减震器设计,2.扭转减振器角刚度 为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。设减振弹簧分布在半径为 的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过(rad)时，弹簧相应变形量为。此时所需加在从动片上的转矩为 根据扭转刚度的定义，则 设计时，可按经验初选为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,89,2.5 扭转减震器设计,3.扭转减振器阻尼摩擦转矩 由于减振器扭转刚度受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机转速范围内最有效的消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。一般可按下式初选为4.预紧转矩 减振弹簧在安装时都有一定的预紧。5.减振弹簧的位置半径,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,90,2.5 扭转减震器设计,6.减振弹簧个数7.减振弹簧总压力 当限位销与从动盘毂之间的间隙 或 被消除，减振弹簧传递的转矩达到最大值 时，减振弹簧受到的压力为：8.极限转角 减振器从预紧转矩 增大到极限转矩 时，从动片相对从动盘毂的极限转角为,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,91,2.6 双质量飞轮,汽车传动系通常会有一两个固有频率(一般为2-3阶)落在发动机常用转速范围之内，这是引起变速器噪声和车内噪声的主要原因。研究表明，要降低这两阶容易造成传动系共振的固有频率，只有在变速器和离合器之间增加转动惯量。要做到在变速器和离合器之间增加转动惯量，最好的也是唯一的办法，是在结构设计上把原先装在离合器从动盘上的扭转减振器移至飞轮处，把飞轮分成两部分，这就是双质量飞轮我理论依据。第1质量飞轮和第2质量飞轮。第1质量飞轮直接装在曲轴上，起原来飞轮的作用；第2质量飞轮独立于第1质量飞轮，这两者之间装有大容量扭矩的扭转减振器，通过该扭转减振器将第l质量飞轮和第2质量飞轮相联系，第2质量飞轮起附加质量的作用。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系*,92,2.6 双质量飞轮,哈尔滨工业大