《汽车设计》期末考试试题

一、名词解释（每小题3分，共21分）
1.汽车整备质量：车上带有全部装备（包括随车工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。

=me/m0。

2. 汽车质量系数：汽车装载质量与整车整备质量的比值，
m0
3. 悬架动挠度：从满载静平衡位置开始，悬架压缩到结构允许的最大变形时，车轮中心相对车架（车身）的垂直位移fd。

4. 侧倾中心：在侧向力的作用下，车身在通过左、右车轮中心的横向平面内发生侧倾时，相对于地面的瞬时摆动中心。

5. 转向器传动间隙：是指各种转向器中传动副（如齿轮齿条式转向器的齿轮与齿条传动副；循环球式转向器的齿扇与齿条传动副）之间的间隙。

该间隙随转向盘转角的大小不同而改变，这种变化关系称为转向器传动副传动间隙特性。

6. 转向系力传动比：从轮胎接地面中心作用在两个转向论上的合力2Fw与作用在转向盘手力Fh。

之比，称为转向系力传动比i
p
7. 制动器效能因数：在制动毂或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦力（Mμ/R）与输入力F0之比。

二、简述下列问题
1、为保证变速器很好地工作，设计变速器时应当满足哪些主要要求？（8分）
（1）保证汽车有必要的动力性和经济性。

（2）设置空档，用来切断动力。

（3）设置倒档。

（4）设置动力输出装置。

（5）换档迅速、省力、方便。

（6）工作可靠，无跳档、乱档、换档冲击现象。

（7）传动效率要高。

（8）工作噪声低。

（9）尺寸小，质量小，成本低，维修方便。

2、汽车悬架设计过程中，应满足哪些基本要求？（8分）
(1)具有良好的衰减振动能力；
(2)保证汽车有良好的操纵稳定性；
（3）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；
（4）有良好的隔声能力；
（5）结构紧凑、占用空间尺寸要小；
（6）可靠地传递各种力，力矩；
（7）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、主减速器设计过程中，主、从动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
足结构布置的要求？（5分）
应遵守下述原则选取主、从动齿轮齿数Z1、Z2：
（1）满足最小离地间隙要求，Z1、Z2尽可能取小些；
（2）满足重合度要求，希望Z1、Z2取多些；
（3）为使轮齿不发生根切，要求货车Z1›6。

为降低噪声，对于轿车，Z1›9；
（4）为使各齿间均匀啮合，Z1、Z2不应有大于1的公约数；
（5）Z1+Z2›40，以保证足够弯曲强度和疲劳强度，降低噪音。

4、简述钢板弹簧各片长度的确定过程。

（6分）
文字说明如下：
（1）先将各片厚度hi的立方值hi3按同一比例尺沿纵坐标绘制在图上；
（2）再沿横坐标量出主片长度的一半L/2和U形螺栓中心距的一半s/2，得到A、B两点；
（3）连接A、B即得到三角形的钢板弹簧展开图，AB线与各叶片的上侧边交点即为
（图示说明亦可）：
5、何谓螺旋锥齿轮和双曲面齿轮的螺旋角?对于螺旋锥齿轮和双曲面齿轮而
言，其主动和从动齿轮的螺旋角是否相等，为什么?（5分）
（1）螺旋角是指锥齿轮节锥表面展开图上的齿形线任意一点A的切线与该点荷节锥顶点连线之间的夹角。

（2）螺旋锥齿轮主动和从动齿轮的螺旋角相等，双曲面齿轮主动和从动齿轮的螺旋角不相等，主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。

（3）双曲面齿轮主动和从动齿轮轴线相互垂直而不相交，且主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线向上或向下偏移一距离E（偏移距）。

6.离合器后备系数不宜取太大原因是离合器后备系数不宜取太大原因是离合器后备系数不宜取太大原因是离合器后备系数不宜取太大原因是什么？
1）为要能防止传动系过载，操纵轻便，β值要小些。

2）发动机后备功率大，使用条件较好，β值要小些。

3)发动机缸数多转矩波动小，β值要小些。

4)膜片弹簧离合器在摩擦片磨损后，压力保持稳定相对螺旋弹簧离合器，β值要小些。

7. 转向操纵轻便性的评价指标？
答：通常用转向时驾驶员作用在转向盘上的切向力大小和转向盘转动圈数多少两项指标来评价操纵轻便性。

8. 变速比转向器？
答：转向器的传动比不是固定值而是变化的，以解决转向“轻”和“灵”这对矛
盾。

齿轮齿条式、循环球式、蜗式指销式转向器都可以制成变速比转向器。

9. 汽车制动系的组成及功能？
答：制动系至少有行车制动装置和驻车制动装置。

有些汽车还设有应急制动和辅助制动装置。

制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车，在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速，使汽车可靠地停在原地或坡道上。

10. 离合器的主要功用？
答：离合器的主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证将发动机与传动系平顺地接合与分离。

11. 发动机的悬置结构形式及特点？
答：发动机的悬置结构形式：传统的橡胶悬置和液压阻尼式橡胶悬置。

传统的橡胶悬置特点是结构简单，制造成本低，但动刚度和阻尼损失角θ的特性曲线基本上不随激励频率变化。

液压阻尼式橡胶悬置的动刚度及阻尼损失角有很强的变频特性，对于衰减发动机怠速频段内的大幅振动十分有利。

12. 公路车辆法规规定的单车外廓尺寸？
答：公路车辆法规规定的单车外廓尺寸：长不应超过12m；宽不超过2.5m；高不超过4m。

13. 双十字轴万向节等速传动的条件？
答：处于同一平面的双万向节等速传动的条件：1）保证同传动轴相连的两万向节叉应布置在同一平面内；2）两万向节夹角α1与α2相等。

14. 汽车总布置草图三维坐标系的基准线及作用？
答：车架上平面线作为垂直方向尺寸的基准线，即z坐标线的基准线；汽车中心线作为横向尺寸的基准线，即y坐标线的基准线；前轮中心线作为纵向方向尺寸的基准线，即x坐标线的基准线。

15. 钢板弹簧叶片在自由状态下曲率半径不同的原因？
答：钢板弹簧叶片在自由状态下曲率半径不同的原因是：使各片厚度相同的钢板弹簧装配后能很好地贴紧，装配后各片产生预应力，减少主片工作应力，使各片寿命接近。

16. 在进行汽车总布置草图设计中，主要应进行那些运动校核？
答：转向传动机构与悬架运动的校核：作转向轮跳动图；根据悬架跳动量，作传动轴跳动图。

原则上有相对运动的地方都要进行运动干涉校核。

17. 汽车总体设计的主要任务？
答：要对各部件进行较为仔细的布置，应较为准确地画出各部件的形状和尺寸，确定各总成质心位置，然后计算轴荷分配和质心位置高度，必要时还要进行调整。

此时应较准确地确定与汽车总体布置有关的各尺寸参数，同时对整车主要性能进行计算，并据此确定各总成的技术参数，确保各总成之间的参数匹配合理，保证整车各性能指标达到预定要求。

18. 半轴的支承方式及受力特点？
答：半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。

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。

3/4浮式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻。

全浮式半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。

19. 评价独立悬架的结构特点应从哪几方面进行分析？
答：评价时常从以下几个方面进行分析：1）侧倾中心高度；2）车轮定位参数的变化；3）悬架侧倾角刚度；4）横向刚度。

20. 如何确定汽车前后悬架的静挠度？
答：悬架的静挠度直接影响车身振动的偏频。

后悬架的静挠度fc2比前悬架的静挠度fc1小些，这有利于防止车身产生较大的纵向角振动。

考虑到货车前、后轴荷的差别和驾驶员的乘坐舒适性，取前悬架的静挠度值大于后悬架的静挠度值。

为了改善微型轿车后排乘客的乘坐舒适性，有时取后悬架的偏频低于前悬架的偏频。

三、结构方案分析
1、 发动机前置前轮驱动的布置形式，现今在经济型轿车上得到广泛应用，其主要原因是什么？而发动机后置后轮驱动的布置形式在客车上得到广泛应用，其原因又是什么？（10分）
（1）对于经济型轿车，发动机前置前轮驱动布置方案的主要优点是：前桥轴荷大，有明显的不足转向；前轮是驱动轮，越障能力高；动力总成紧凑，不需要传动轴，可降低车内凸包高度，有利于提高乘坐舒适性；轴距可缩短，有利于提高机动性；散热条件好；行李箱空间足够大。

（2）对于客车，发动机后置后轮驱动布置方案的主要优点是：能较好的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音和振动的影响；检修发动机方便；轴荷分配合理；并可改善车厢后部乘坐舒适性；发动机横置时，车厢面积利用好。

2. 分析被动悬架的不足之处，并说明主动悬架的工作过程？（6分）
答：由弹性元件和减振器所构成的被动悬架系统，其弹性特性和阻尼特性是一定的，当受到外界激励时，只能“被动”地做出响应。

在多变环境或性能要求高且影响因素复杂的情况下，难以满足期望的性能要求。

主动悬架主要由执行元件、各种必要的传感器、信号处理器和控制单元等组成。

主动悬架的传感器、信号处理器对行驶路面、汽车的工况和载荷等状况的进行监测，系统控制单元根据检测到的各种信号判断汽车的当前状态，并根据事先设定的控制策略决定执行元件输出力的大小，控制悬架本身的特性及工作状态，对振动进行“主动”干预。

3. 简述具有前后轴制动力固定比值分配车辆前后轴最大制动力确定方法？（6分）
答：选定同步附着系数φ0，并用下式计算前、后轮制动力矩的比值
g
g h L h L M M 0022
11ϕϕμμ-+=
式中，M μ1、M μ2为前、后轮制动器的制动力矩；L 1、L 2为汽车质心至前轴和后桥的距离；h g 为汽车质心高度。

根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前轮制动器的量大制动力矩M μ1max ；再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器
的最大制动力矩M
μ2max。

2、试分析比较汽车上用的各种鼓式制动器的优缺点是什么?（8分）
四、设计参数选择（共14分）
1、试说明汽车总体设计时，哪些因素对轴荷分配的选取产生影响？（6分）
影响轴荷分配的主要因素：汽车的驱动形式、发动机的位置、汽车结构特点、车头的形式、使用条件。

2、何谓离合器后备系数？影响其取值大小的因素有哪些？（8分）Array
（1）离合器后备系数：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 =Tc/Temax。

（2）考虑以下因素，β不宜选取过大：防止传动系过载；紧急接合离合器，T传≥（2~3）Temax；不松开离合器、紧急制动，T传=（15~20）Temax；保证离合器尺寸小，结构简单；减少踏板力，操纵轻便；发动机缸数多，转矩平稳，β可取小些；膜片弹簧离合器可以取小。

（3）下列因素要求β不宜选取过小：衬片磨损后，仍能可靠传递Temax，β宜取大些；防止离合器接合时滑磨过大，导致寿命下降；使用条件恶劣，有拖挂，为提高起步能力；柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，β宜取大些。

3. 传动轴临界转速及提高传动轴临界转速的方法？（6分）
答：所谓临界转速，就是当传动轴的工作转速接近于其弯曲固有振动频率时，即出
现共振现象，以致振幅急剧增加而引起传动轴折断时的转速。

传动轴的临界转速为
22
2
8
10
2.1
c c
c k L d
D n +
⨯
=
式中，n k为传动轴的临界转速（r/min）；L c为传动轴长度（mm），即两万向节中心之间的距离；d c和D c分别为传动轴轴管的内、外径（mm）。

在长度一定时，传动轴断面尺寸的选择应保证传动轴有足够高的临界转速。

由上式可知，在D c和L c相同时，实心轴比空心轴的临界转速低。

当传动轴长度超过1.5m时，为了提高n k以及总布置上的考虑，常将传动轴断开成两根或三根。

4. 变速器传动比范围的定义及确定传动比范围的影响因素？（7分）
答：变速器的传动比范围是指变速器最低挡传动比与最高挡传动传动比的比值。

最高挡通常是直接挡，传动比为1.0；变速器最高挡是超速挡，传动比为0. 7～0. 8。

影响最低挡传动比选取的因素有：发动机的最大转矩和最低稳定转速所要求的汽车最大爬坡能力、驱动轮与地面间的附着力、主减速比和驱动轮的滚动半径以及所要求达到的最低稳定行驶车速等。

传动比范围的确定与选定的发动机参数、汽车的最高车速和使用条件（如要求的汽车爬坡能力）等因素有关。

目前乘用车的传动比范围在3. 0 ～4. 5之间，轻型商用车在5. 0～8. 0 之间，其它商用车则更大。

5.对于钳盘式制动器，制动钳在车轴安装有那几种形式？各自的特点？（画出受力图）（7分）
答：制动钳的安装位置可以在车轴之前或之后。

由图可见，制动钳位于轴后能使制动时轮毂轴承的合成载荷F减小；制动钳位于轴前，则可避免轮胎向钳内甩溅泥污。

五、综合分析
1、汽车驱动工况下，试分析钢板弹簧的受力状态并对其进行强度验算，指出危险段面在何处？
（8分）
（1）汽车驱动时，钢板弹簧受力状态如图所示：
其中：G2-作用在后轮上的垂直静载荷；
m2’-驱动时后轴负荷转移系数；
l1、l2-板簧前、后半段的度长；φ-附着系数；
W0-总截面系数；C-固定点到地面的距离；
b-板簧宽度；h1-主片厚。

（2）危险断面出现在后钢板弹簧前半段
其最大应力为：
)/(])/[)]([1,2202121,22max bh m G W l l c l l m G φφσ+++=
2、今有单片和双片离合器各一个，它们的摩擦衬片内、外径尺寸相同，传递的最大转矩Temax 相同，操纵机构的传动比也一样，问作用到踏板上的力Ff 是否相等？如果不等，哪个踏板上的作用力小，为什么?（7分）
（1）由式Tc=f ·F·Z·Rc（式中：F ——工作压力；f —摩擦因数； Z —摩擦面数；Rc —平均摩擦半径 ） 可知，在摩擦衬片尺寸、所传递最大转矩及摩擦材料相同条件下，单片和双片离合器由于其工作摩擦面数不同，因此作用到摩擦衬片上的工作压力不同，双片离合器衬片工作压力要小于单片离合器，即F 双<F 单。

（2）由式Ff=F/i η+Fs （ Ff 踏板力，压紧弹簧对压盘的总压力，i 操纵机构总传动比，Fs 克服回位弹簧拉力所需的踏板力）可知，在操纵机构的传动比相同条件下，作用到离合器踏板上的力Ff 与离合器衬片表面工作压力成正比。

（3）因此，上述两种形式的离合器踏板力不相等。

双片离合器上的踏板力要小于单片离合器踏板力。

计算题（12分）
若轻型汽车的有关参数如下：总重G a =26000N ，轴距L=2700mm ，重心高h g =905mm ，重心到前轴的距离L 1=1428mm ，车轮的工作半径r r =350mm ，若该车在φ＝0.7的道路上行驶，试计算：
1. 若采用车轮制动器作为应急制动，试确定应急制动所需的制动力矩？
2. 该车可能停驻的极限上坡路倾角α1和极限下坡路倾角α2（要求进行任一工况受力分析）？
3. 驻车的上极限制动力矩？ 解：1) 应急制动时，后桥制动力矩为
1
22a B e e g
m gL F r F r L h ϕϕϕ==
+ 将m a g = G a =26000N 、L=2.7m 、h g =0.905m 、 L 1=1.428m 、r e =0.350m 、φ＝0.7代入计算式，得应急制动力矩为2728.77 N·m。

2) 该车可能停驻的极限上坡路倾角为
g
h L L ϕϕα-=11arctan
该车可能停驻的极限下坡路倾角为
1
2arctan
g
L L h ϕαϕ=+ 将L 、h g 、L 1和φ值代入计算式，得α1=25.8°；α2=16.69°。

3) 根据后桥上的附着力与制动力相等的条件，驻车的上极限制动力矩为
21sin e a e F r m gr a ϕ=
将m a g 、r e 和α1值代入计算式，得驻车的上极限制动力矩为3960.6 N·m。

答：应急制动力矩为2728.77 N·m；可能停驻的极限上坡路倾角α1=25.8°和极限下坡路倾角α2=16.69°；驻车的上极限制动力矩为3960.6 N·m。