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