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《汽车设计》PPT课件
第五章 驱动桥设计
第一节 概述 第二节 驱动桥的结构方案分析 第三节 主减速器设计 第四节 差速器设计 第五节 车轮传动装置设计 第六节 桥壳设计 第七节 驱动桥的结构元件
精选ppt
1
§5-1 概述
一、驱动桥功用:
增大由传动轴传来的转矩，并将动力 合理的传给车轮。
二、组成：
主减速器
差速器
车轮传动装置
（三）双级主减速器
传动形式： 一级圆柱、二 级螺旋或双曲 面齿轮
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30
（三）双级主减速器
布置形式：
纵向水平
垂向轮廓尺寸小 质心低，纵向尺寸大 用于长轴距汽车
精选ppt
31
（三）双级主减速器
布置形式：
斜向
利于传动轴布置 提高桥壳刚度
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32
（三）双级主减速器
i0和D1相同时，双曲面从动齿轮 D2小，离地间隙大
精选ppt
18
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
有偏移距E，利于布置多桥贯通， 多用于多轴驱动汽车上，传动系结 构可以简化；
在寿命相同的情况下，双曲面齿轮 尺寸可以小，最小离地间隙大；
精选ppt
19
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
传动效率低0.96，低于螺旋齿轮0.99 ，高 于蜗轮蜗杆；
主动锥齿轮大，加工时刀盘刀顶距大，刀 具寿命长；
精选ppt
20
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
存在沿齿高方向的侧向滑动，还有沿齿长 方向的纵向滑动，运转更平稳。
β双＞β螺，轮齿重合度大，传动更平稳， 齿轮弯曲强度提高。
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21
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
主动齿轮螺旋角β1大，不产生根切的最小 齿数可减少，有利于增大传动比。
第一节 概述 第二节 驱动桥的结构方案分析 第三节 主减速器设计 第四节 差速器设计 第五节 车轮传动装置设计 第六节 桥壳设计 第七节 驱动桥的结构元件
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1
§5-1 概述
一、驱动桥功用:
增大由传动轴传来的转矩，并将动力 合理的传给车轮。
二、组成：
主减速器
差速器
车轮传动装置
（三）双级主减速器
传动形式： 一级圆柱、二 级螺旋或双曲 面齿轮
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30
（三）双级主减速器
布置形式：
纵向水平
垂向轮廓尺寸小 质心低，纵向尺寸大 用于长轴距汽车
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31
（三）双级主减速器
布置形式：
斜向
利于传动轴布置 提高桥壳刚度
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32
（三）双级主减速器
i0和D1相同时，双曲面从动齿轮 D2小，离地间隙大
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18
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
有偏移距E，利于布置多桥贯通， 多用于多轴驱动汽车上，传动系结 构可以简化；
在寿命相同的情况下，双曲面齿轮 尺寸可以小，最小离地间隙大；
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19
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
传动效率低0.96，低于螺旋齿轮0.99 ，高 于蜗轮蜗杆；
主动锥齿轮大，加工时刀盘刀顶距大，刀 具寿命长；
精选ppt
20
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
存在沿齿高方向的侧向滑动，还有沿齿长 方向的纵向滑动，运转更平稳。
β双＞β螺，轮齿重合度大，传动更平稳， 齿轮弯曲强度提高。
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21
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
主动齿轮螺旋角β1大，不产生根切的最小 齿数可减少，有利于增大传动比。
汽车设计课程介绍 PPT课件
(3)Pro/ENGINEER Wildfire Pro/ENGINEER是美国参数化 技术(PTC)公司的CAD/CAE/CAM/PDM集成化的产品。
计算机辅助设计阶段
2. CAE软件
(1)MSC.NASTRAN MSC.NASTRAN是MSC公司于1971年推出的大 型通用结构有限元分析软件，公司通过多次收购、合并和重 组，使该软件功能不断完善，逐步成为有限元分析领域的行 业标准；主流的CAD/CAE软件都提供与MSC.NASTRAN的直接接 口。 (2)ANSYS ANSYS由美国ANSYS公司开发，它涵盖结构学、热 学、流体学、电磁学、声学等领域，提供与多数CAD软件的接 口，广泛应用于航空航天、机械制造、石油化工、交通、电 子、土木等学科领域。 (3)ADAMS ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechan ical Systems)是最初由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的机械系统动力学仿真分析软件，目前已被美国MS C公司收购成为MSC.ADAMS。
万向传动装置
主减速器 差
速器
半轴
车轮
传动系
扩展 汽车行驶的基本原理？
1）驱动力的产生
2）影响汽车运行的主要阻力 a、滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面产生的变
形以及轮胎与轮面之间的磨檫、车轮轴承内部的摩擦 所形成的阻力称为滚动阻力。
b、空气阻力：汽车行驶时，车身表面与空气相
互摩擦，同时车身前部受迎面空气的压力，而尾部出 现真空，产生压力差，由此形成的阻力。现代汽车的 风阻系数一般在0.3-0.5之间。
计算机辅助设计阶段
2. CAE软件
(4)AVL Cruise 奥地利AVL李斯特(List)公司开发的CRUISE 软件是用来研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动 性能的高级模拟分析软件。 (5)MATLAB MATLAB(Matrix Laboratory)是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，是用于算法开发、数据可视化、 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境， 主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 (6)LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument En gineering Workbench)是一种图形化的编程语言开发环境， 由美国国家仪器(NI)公司研制开发，它广泛地被工业界、学 术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪 器控制软件。
计算机辅助设计阶段
2. CAE软件
(1)MSC.NASTRAN MSC.NASTRAN是MSC公司于1971年推出的大 型通用结构有限元分析软件，公司通过多次收购、合并和重 组，使该软件功能不断完善，逐步成为有限元分析领域的行 业标准；主流的CAD/CAE软件都提供与MSC.NASTRAN的直接接 口。 (2)ANSYS ANSYS由美国ANSYS公司开发，它涵盖结构学、热 学、流体学、电磁学、声学等领域，提供与多数CAD软件的接 口，广泛应用于航空航天、机械制造、石油化工、交通、电 子、土木等学科领域。 (3)ADAMS ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechan ical Systems)是最初由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的机械系统动力学仿真分析软件，目前已被美国MS C公司收购成为MSC.ADAMS。
万向传动装置
主减速器 差
速器
半轴
车轮
传动系
扩展 汽车行驶的基本原理？
1）驱动力的产生
2）影响汽车运行的主要阻力 a、滚动阻力：车轮滚动时轮胎与路面产生的变
形以及轮胎与轮面之间的磨檫、车轮轴承内部的摩擦 所形成的阻力称为滚动阻力。
b、空气阻力：汽车行驶时，车身表面与空气相
互摩擦，同时车身前部受迎面空气的压力，而尾部出 现真空，产生压力差，由此形成的阻力。现代汽车的 风阻系数一般在0.3-0.5之间。
计算机辅助设计阶段
2. CAE软件
(4)AVL Cruise 奥地利AVL李斯特(List)公司开发的CRUISE 软件是用来研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能及制动 性能的高级模拟分析软件。 (5)MATLAB MATLAB(Matrix Laboratory)是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，是用于算法开发、数据可视化、 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境， 主要包括MATLAB和Simulink两大部分。 (6)LabVIEW LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument En gineering Workbench)是一种图形化的编程语言开发环境， 由美国国家仪器(NI)公司研制开发，它广泛地被工业界、学 术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪 器控制软件。
汽车设计课件
2．双曲面齿轮传动
双曲面齿轮传动（图5-3 b）的主、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,此距离称为偏移距。 由于偏移距E的存在，使主动齿轮螺旋角β1大于从 动齿轮螺旋角β2（见右图）。 螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的任意一点A 的切线TT与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面 宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角。通常不特殊说明， 则螺旋角系指中点螺旋角。
驱动桥设计应当满足如下基本要求：
1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性 和燃料经济性。 2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 4）在各种转速和载荷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 与转向机构运动相协调。 7）结构简单，加工工艺好，制造容易，拆装、调整方 便。
与螺旋锥齿轮传动相比，双曲面齿轮传动具有如下优点：
（1）在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且 还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的 运转平稳性。 （2）由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的β1大于从动齿轮的β2， 这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的 弯曲强度提高约30%。 （3）双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的 当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为大，其结果使齿面的接触强度提高。 （4）双曲面主动齿轮的β1变大，则不产生根切的最小齿数可减少，故可选 用较少的齿数，有利于增加传动比。 （5）双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而 切削刃寿命较长。 （6）双曲面主动齿轮轴布置从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯 通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度， 有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。
汽车设计课件
02
汽车设计的核心目标
汽车设计的核心目标是创造符合市场需求、性能优良、 安全可靠、成本合理的汽车产品。
03
汽车设计的基本流程
汽车设计的基本流程包括概念设计、初步设计、详细设 计、试制和试验等阶段。
汽车设计的历史与发展
01
02
03
早期汽车设计
早期的汽车设计受到技术 和材料的限制，造型简单 ，功能有限。
总结词
个性化、定制化
详细描述
未来概念车的设计展望还体现在个性化、定制化方面。消费者可以根据自己的喜好和需 求，定制车辆的外观、内饰和配置；通过智能化的生产方式，实现快速原型制造和小批 量生产；通过大数据分析和人工智能技术，预测消费者需求并提供更加精准的产品和服
务等。
案例三：未来概念车的设计展望
总结词
详细描述
人机交互设计需要考虑驾驶员和乘客的使用习惯和需求，例如操作界面的布局、信息显示方式、座椅 舒适度等。设计师需要通过用户研究和测试，优化人机交互设计，提高用户的使用体验和满意度。
结构设计
总结词
结构设计是汽车设计的另一个重要方面，它 涉及到汽车的整体结构和各个部件的设计。
详细描述
结构设计需要考虑汽车的强度、刚度、耐久 性等方面的要求，以确保汽车的安全性和可 靠性。同时，结构设计还需要考虑制造工艺 和生产效率等因素，以确保汽车的制造成本 和生产周期的可控性。
总结词
以用户为中心、注重实用性
详细描述
该品牌轿车的设计充分考虑了用户需求，注重实用性。车 内空间布局合理，方便乘客出入和放置物品。同时，设计 团队还针对不同用户群体进行了市场调研，以确保设计能 够满足不同消费者的喜好和需求。
案例二：某品牌SUV的设计特点
01汽车设计课件第一章 汽车总体设计 _1301.pdf
汽车设计课件--汽车总体设计1课程容课程容学时数总学时实验汽车的总体设计 6 离合器设计 4 机械变速器的设计 6 万向传动轴的设计 4 驱动桥的设计 2 悬架系统设计 4 转向系统设计 4 制动系统设计 2 合计322课程重点与难点汽车的整体布置设计、主要总成系统的参数设计及其设计效果对整车性能影响的分析验算、部分关键零部件的结构设计。
重点重点讲授：汽车总体设计、机械变速器设计、汽车驱动桥设计、汽车悬和难点架系统设计、汽车转向系统设计。
先修先修课程：理论力学、材料力学、机械设计、汽车构造、发动机原理、汽车理论等课程3课程规要求及考核方式采用课堂讲授的授课方案，课堂教学采用多媒体教学手段，并辅之以课堂讨论、工程案例分析等教学环节。
安排适当的习题，结合专业其它实践性教学环节，促使学生了解、掌握基础理论知识、基本分析方法和一般设计思路。
考核方式课前做预习，课后完成作业检查考勤（1/3）、迟到或早退记录考勤，平时作业，测验。
§1 汽车总体设计的任务及开发程序§2 汽车形式的选择§3 汽车主要参数的选择§4 发动机的选择§5 车身形式§6 轮胎的选择§7 汽车的总体布置§8 运动校核第一节汽车总体设计的任务及开发程序定义：汽车设计、汽车总体设计、开发流程主要汽车总体设计的任务容汽车开发的流程及阶段容重点汽车开发的流程及具体含义和难点汽车总体设计的任务定义汽车设计：是指汽车产品进行设计的方法和手段，是汽车进行开发、设计实践的软件与硬件；以机械设计理论为基础，并考虑到其结构特点、使用条件的复杂多变以及大批量生产等情况。
汽车总体设计：是指汽车设计过程中提出整车总体设计方案，对各部件进行合理布置，确定并保证主要性能指标合理、可实现的设计过程。
1.1 总体设计应满足的基本要求1.1.1 汽车对人类生活质量的影响使生活质量提高使生活质量降低1.1.2 对汽车提出越来越高的要求节能——节油和开发新能源环保——通过法规对排放和噪声提出更严格要求安全——提出更高的要求，要求很好的保护乘员舒适——能居住，能通讯，有空调，驾驶方便1.1 总体设计应满足的基本要求1.1.3 基本要求各项性能、成本等，满足设计任务书所规定的指标；严格遵守和贯彻相关法规、标准的规定（如外廓尺寸符合GB1589-1989规定），注意不要侵犯专利；贯彻“标准化、通用化、系列化”；进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和避免运动干涉；拆装与维修方便。
7汽车总体布置65页PPT文档
布置时要注意以下几点：
油底壳与横拉杆的间隙，除前轴垂直跳动量外，还
要考虑制动时由于前簧的S变形而造成前轴向前有一转角
(约3～4)所要求的额外间隙。特别是前驱动桥的传动轴
与油底壳或附近的横梁等零件的间隙也应如此。
散热器与风扇的位置关系。一般风扇至散热器芯部
表面至少留40mm以上的间隙。风扇中心与散热器芯部中
标注方法：用气缸体前端面到前轮中心线的距离尺
为a+b+c。
a为车架纵梁在后桥中心断面处的断面高度。 b为满载时后桥壳至车架最大跳动距离。对于中、重型货车一 般取95mm—110mm。 c为后桥壳中心至与车架下表面相碰时的桥壳上表面的距离。
2、前轮中心至车架上表面——零线的距离
前轮中心至车架上表面——零线的距离，一般均小于后轮中 心至零线的距离，这样可以保证车架上表面在满载状态下与 地面有一前低后高的夹角，使汽车在行驶时货物不会向后移。
一、三维坐标的基准线（面）
绘制要求
确定整车的基准线应在汽车满载状态下进行 绘图时应将汽车前部绘的左侧。
1．车架上平面线
定义：车架纵梁上翼较长的一段平面或承载式车身中部地板或边梁 的上缘面在侧（前）视图上的投影线。
作用：作为垂直方向尺寸的基准线（面），即z坐标线。
向上为“+”、向下为“-”，该线标记为z：
心可以对齐，或者高于芯部中心，但风扇不要超过上水
室下边，这样的布置冷却效果差；
标注方法：用气缸体前端面与曲轴中心线交点K到地面高度尺
寸b来标明发动机高度位置
（2）发动机的前后位置
汽车的轴荷分配
影响
轿车前排座位的乘坐舒适性 传动轴长度和夹角
货车的面积利用率
《汽车设计》课件
内饰设计需要考虑驾驶员和乘客的舒适性、操作便利性以及内部空间的利用。
内饰设计也需要考虑人机工程学和安全性，以确保驾驶员和乘客的安全和舒适。
性能设计是汽车设计的核心要素，它决定了汽车的动力性、经济性、操控性和舒适性等性能指标。
性能设计还需要考虑车辆的重量、重心位置和空气动力学特性等因素，以提高车辆的性能表现。
可视化技术能够将数字模型转化为逼真的渲染效果图，使设计更加直观和易于理解。可视化技术还能用于评估设计的可行性和美观度。
可视化技术
数字模型
虚拟现实（VR）技术能够提供沉浸式的汽车设计体验，使设计师能够更深入地了解和评估设计方案。VR技术还能够模拟真实场景，帮助设计师发现潜在的问题和改进方向。
虚拟现实技术
增强现实（AR）技术能够将虚拟的设计方案与现实世界相结合，使设计师能够实时地观察和评估设计方案在实际环境中的效果。AR技术有助于提高设计的可行性和实用性。
增强现实技术
05
汽车设计案例分析
总结词
动感、性能、豪华
详细描述
跑车设计注重流线型和动感外观，以体现高性能特点。采用轻量化材料和先进悬挂系统，提高操控性能和行驶速度。内饰设计豪华舒适，提供极致的驾驶体验。
计算机辅助工程（CAE）是汽车设计中的重要环节，它能够对汽车零部件和整车进行结构、热、流体等方面的性能分析和优化。CAE技术有助于提前发现设计中的问题，减少后期修改和优化成本。
CAD技术
CAE技术
数字模型是汽车设计的核心，它能够精确地描述汽车的结构、外观和性能。数字模型能够方便地进行修改和优化，提高了设计效率。
总结词
创新、前瞻、科技感
要点一
要点二
详细描述
概念车设计注重创新和前瞻性，探索未来汽车发展趋势。采用新型材料和先进技术，打造独特外观和功能。内饰设计科技感十足，提供全新的驾乘体验。
内饰设计也需要考虑人机工程学和安全性，以确保驾驶员和乘客的安全和舒适。
性能设计是汽车设计的核心要素，它决定了汽车的动力性、经济性、操控性和舒适性等性能指标。
性能设计还需要考虑车辆的重量、重心位置和空气动力学特性等因素，以提高车辆的性能表现。
可视化技术能够将数字模型转化为逼真的渲染效果图，使设计更加直观和易于理解。可视化技术还能用于评估设计的可行性和美观度。
可视化技术
数字模型
虚拟现实（VR）技术能够提供沉浸式的汽车设计体验，使设计师能够更深入地了解和评估设计方案。VR技术还能够模拟真实场景，帮助设计师发现潜在的问题和改进方向。
虚拟现实技术
增强现实（AR）技术能够将虚拟的设计方案与现实世界相结合，使设计师能够实时地观察和评估设计方案在实际环境中的效果。AR技术有助于提高设计的可行性和实用性。
增强现实技术
05
汽车设计案例分析
总结词
动感、性能、豪华
详细描述
跑车设计注重流线型和动感外观，以体现高性能特点。采用轻量化材料和先进悬挂系统，提高操控性能和行驶速度。内饰设计豪华舒适，提供极致的驾驶体验。
计算机辅助工程（CAE）是汽车设计中的重要环节，它能够对汽车零部件和整车进行结构、热、流体等方面的性能分析和优化。CAE技术有助于提前发现设计中的问题，减少后期修改和优化成本。
CAD技术
CAE技术
数字模型是汽车设计的核心，它能够精确地描述汽车的结构、外观和性能。数字模型能够方便地进行修改和优化，提高了设计效率。
总结词
创新、前瞻、科技感
要点一
要点二
详细描述
概念车设计注重创新和前瞻性，探索未来汽车发展趋势。采用新型材料和先进技术，打造独特外观和功能。内饰设计科技感十足，提供全新的驾乘体验。
《汽车设计课程设计》课件
轻量化
为了提高燃油经济性和减少排放， 汽车设计将更加注重轻量化技术的 应用，如采用新型材料和结构优化 等。
学生作品展示与交流
学生作品展示
展示了一些优秀的学生作品，包括概 念车设计、汽车零部件设计等，并对 其进行了详细介绍和点评。
交流与讨论
组织学生进行交流与讨论，分享彼此 的设计思路和经验，促进相互学习和 进步。
THANKS
感谢观看
汽车设计实践
通过实际项目，让学生运用所 学知识进行汽车设计实践，提 高实践能力。
课程安排
01
02
03
第一阶段
学习汽车设计的基本原理 和方法，包括汽车造型设 计和结构设计等。
第二阶段
进行汽车性能设计的学习 和实践，包括动力、燃油 经济性和制动等方面的知 识。
第三阶段
通过实际项目进行汽车设 计实践，提高学生的实践 能力和团队协作能力。
汽车设计的基本概念
汽车设计流程
介绍了汽车设计的定义、目的和意义，以 及汽车设计的基本原则和要求。
详细介绍了汽车设计的流程，包括预设计 、方案设计、技术设计和工艺设计等阶段 ，以及各阶段的主要任务和目标。
汽车造型设计
汽车结构设计
讲解了汽车造型设计的基本原理和方法， 包括形态分析、人机工程、空气动力学等 方面的知识。
04
汽车结构设计
汽车结构设计的基本概念与原则
总结词
基本概念、原则
详细描述
汽车结构设计是汽车设计中的重要环节，它涉及到汽车的整体布局、部件的连接和配合、材料的选择等多个方面 。基本概念包括对汽车结构的整体认识、部件的分类和功能等。原则包括结构简单、功能完善、易于制造和维修 等。
汽车结构设计的流程与方法
汽车造型设计
为了提高燃油经济性和减少排放， 汽车设计将更加注重轻量化技术的 应用，如采用新型材料和结构优化 等。
学生作品展示与交流
学生作品展示
展示了一些优秀的学生作品，包括概 念车设计、汽车零部件设计等，并对 其进行了详细介绍和点评。
交流与讨论
组织学生进行交流与讨论，分享彼此 的设计思路和经验，促进相互学习和 进步。
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感谢观看
汽车设计实践
通过实际项目，让学生运用所 学知识进行汽车设计实践，提 高实践能力。
课程安排
01
02
03
第一阶段
学习汽车设计的基本原理 和方法，包括汽车造型设 计和结构设计等。
第二阶段
进行汽车性能设计的学习 和实践，包括动力、燃油 经济性和制动等方面的知 识。
第三阶段
通过实际项目进行汽车设 计实践，提高学生的实践 能力和团队协作能力。
汽车设计的基本概念
汽车设计流程
介绍了汽车设计的定义、目的和意义，以 及汽车设计的基本原则和要求。
详细介绍了汽车设计的流程，包括预设计 、方案设计、技术设计和工艺设计等阶段 ，以及各阶段的主要任务和目标。
汽车造型设计
汽车结构设计
讲解了汽车造型设计的基本原理和方法， 包括形态分析、人机工程、空气动力学等 方面的知识。
04
汽车结构设计
汽车结构设计的基本概念与原则
总结词
基本概念、原则
详细描述
汽车结构设计是汽车设计中的重要环节，它涉及到汽车的整体布局、部件的连接和配合、材料的选择等多个方面 。基本概念包括对汽车结构的整体认识、部件的分类和功能等。原则包括结构简单、功能完善、易于制造和维修 等。
汽车结构设计的流程与方法
汽车造型设计
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膜片弹簧
离合器传递的最大静摩擦力矩Tc Tc＝βTemax
离合器后备系数 发动机最大转矩
摩擦面单位压力P0（P122）
大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小、摩擦 片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素： ＊离合器使用频繁、发动机后备系数较小时，Po应取小些； ＊摩擦片外径较大时，Po应取小些，以降低摩擦片外缘处的热负荷； ＊发动机后备系数较大时，可适当增大Po。
目标函数－结构尺寸最小，即：
2 摩擦片摩擦面积最小 f(X)＝min[0.25π(D 2 -d )] 或摩擦片外径最小 f(X)＝min( D )
约束函数
离合器参数优化设计约束函数
① 摩擦片最大圆周速度Vd≤65~70m/s； ② 摩擦片的内外径比d/D＝0· 53～0.70； ③ β值应在一定范围内，车型不同β值范围不同； ④ 摩擦片内径d ＞2R0（减振器弹簧位置直径）＋50mm， 以保证扭转减振器的安装 ； ⑤ 单位摩擦面积传递的转矩Tc0 ≤[Tc0 ] ，反映离合器 传递转矩并保护过载的能力； ⑥ 单位压力Po在一定范围内，车型不同、摩擦材料不同， Po值范围不同； ⑦ 离合器每一次接合的比滑磨功q ≤ [q] ，减少汽车起步 过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤
汽车设计
传动系设计
合肥工业大学汽车教研室
马恒永
课程学习指导
学习汽车设计的基本知识，掌握汽 车总布置设计方法、主要零部件总成主要 参数和载荷的确定及其设计计算方法。
学习目的与要求
内容与安排 教材与参考书
课程学习内容与安排
1、概述 2、汽车总体设计 5、离合器 6、变速器 7、液力变矩器 8、传动轴 9、驱动桥 12、从动桥 13、悬架系 15、车架 16、转向系 17、制动系
离合器滑磨功与热计算
离合器每一次接合所产生的总滑磨功L （P124）
L
L
2 2n e
J a J 1800 T J 1 ( 1 ) a ( 1 ) T J c e
离合器比滑磨功q
离合器压盘温升τ
L 2 q J/cm [ q ] A L 10 C mC
单位摩擦面积滑磨功计算
（20单元）
2 1.5 1.5 2 1 3 1 3 1 2 2
传动系
行驶系
教材与参考书
⒈ 刘惟信，汽车设计，清华大学出版社 2019 ⒉ 张洪欣，汽车设计，机械工业出版社 1989 ⒊ 王望予，汽车设计（第三版），机械工业出版社 2000 ⒋ 汽车工程手册编委会，汽车工程手册－设计篇，人民交通出版社 2019 ⒌ 长春汽车研究所，汽车设计手册，2019 ⒍ 汽车技术，1972～1975 ⒎ 机械工程手册编委会，机械工程手册－汽车篇，机械工业出版社 2019 ⒏ 汽车设计丛书：离合器、变速器、圆锥齿轮与双曲线齿轮传动等， 人民交通出版社 ⒐［日］武田信之，载重汽车设计，人民交通出版社 2019
离合器摩擦面单位压力Po－对离合器工作性能和使用寿命有很
各种摩擦片材料的Po取值范围 ：
＊石棉基材料 Po＝0.1 ～0· 25 MPa ＊粉末冶金材料 Po＝0.35～0· 5 MPa ＊金属陶瓷材料 Po＝0· 7 ～2 MPa
各类车辆摩擦片材料的Po取值范围 ：
＊轿车 Po＝0.18～0· 28 MPa ＊货车 Po＝0.14～0· 23 MPa ＊城市公共车Po＝0.13 MPa
GB5764－86 ； ②在同样外径D时，选用较小的内径d，可增大摩擦面积，提高传 递转矩的能力和减少摩擦面单位压力。但会使摩擦面上的压力分布不 均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成定摩擦面磨损不 均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。故内外径比d/D应适当； ③摩擦片最大圆周速度不超过65~70m/s，以免摩擦片发生飞离。
发 动 机 最 大 转 矩
d
D
摩擦片内外径d、D
离合器摩擦力矩（P121）
离合器的静摩擦力矩Tc
摩擦材料静摩擦系数
摩擦面面积 A =0.25π(D -d )
摩擦表面工作压力 F=P0A
2
2
Tc＝f F Z Rm
摩擦面面数
摩擦面单位压力
D3 d3 摩擦片平均摩擦半径 Rm 3(D2 d2 )
《汽车用离合器摩擦片》尺寸系列D/d
160/110，180/125，200/140，225/150，250/155，280/165， 300/175，325/190，350/195，380/205，405/220，430/230
离合器参数优化设计
非独立设计变量？
设计变量－摩擦片内外径d、D和工作压紧力F
离合器后备系数β（P121）
后备系数β －反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度 β＝ Tc ／Temax
离合器静摩擦力矩 Tc＝f F Z Rc
发动机最大转矩
①摩擦片在使用中磨损后，离合器仍能可靠地传递发动机最 大转矩，即β>1 ； ②要防止高合器滑磨过大，β应适当大一些； ③要能防止传动系过载，减小离合器尺寸，β不宜太大。
后备系数β选择－应考虑：
后备系数β的取值范围－各类汽车取值范围不同
＊轿车和微型、轻型货车 β＝1.30～1· 75 ＊中型和重型货车 β＝l.60～2.25 ＊越野车、重型汽车和牵引汽车β＝1· 8 ～3.5
摩擦片内外径d、D（P123）
摩擦片内外径d,D选择－应考虑： ①摩擦片尺寸d, D应符合《汽车用离合器摩擦片》尺寸系列标准
传动系组成与布置
发动机前置－前驱传动系布置图（P102） 多桥多驱传动系布置图（P103） 驱动轮 发动机前置－后驱传动系布置图
离合器
发动机
变速器
传动轴
驱动桥
半轴
五 离合器设计
5.1 离合器主要参数及其优化设计 5.6 离合器设计计算－膜片弹簧设计
离合器 最大静摩擦力矩
F
Tc＝βTemax β后备系数
w 4 W 2 J / mm 2 2 Z ( D d )
（P124）
离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功w
离合器每一次接合所产生的总滑磨功W
W
2 2ne2m r a r
1800 i0 ig
2
2
J
5.6 离合器膜片弹簧设计
＊膜片弹簧主要参数选择
圆柱螺旋弹簧 圆柱螺旋弹簧
＊膜片弹簧优化设计
离合器传递的最大静摩擦力矩Tc Tc＝βTemax
离合器后备系数 发动机最大转矩
摩擦面单位压力P0（P122）
大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小、摩擦 片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素： ＊离合器使用频繁、发动机后备系数较小时，Po应取小些； ＊摩擦片外径较大时，Po应取小些，以降低摩擦片外缘处的热负荷； ＊发动机后备系数较大时，可适当增大Po。
目标函数－结构尺寸最小，即：
2 摩擦片摩擦面积最小 f(X)＝min[0.25π(D 2 -d )] 或摩擦片外径最小 f(X)＝min( D )
约束函数
离合器参数优化设计约束函数
① 摩擦片最大圆周速度Vd≤65~70m/s； ② 摩擦片的内外径比d/D＝0· 53～0.70； ③ β值应在一定范围内，车型不同β值范围不同； ④ 摩擦片内径d ＞2R0（减振器弹簧位置直径）＋50mm， 以保证扭转减振器的安装 ； ⑤ 单位摩擦面积传递的转矩Tc0 ≤[Tc0 ] ，反映离合器 传递转矩并保护过载的能力； ⑥ 单位压力Po在一定范围内，车型不同、摩擦材料不同， Po值范围不同； ⑦ 离合器每一次接合的比滑磨功q ≤ [q] ，减少汽车起步 过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤
汽车设计
传动系设计
合肥工业大学汽车教研室
马恒永
课程学习指导
学习汽车设计的基本知识，掌握汽 车总布置设计方法、主要零部件总成主要 参数和载荷的确定及其设计计算方法。
学习目的与要求
内容与安排 教材与参考书
课程学习内容与安排
1、概述 2、汽车总体设计 5、离合器 6、变速器 7、液力变矩器 8、传动轴 9、驱动桥 12、从动桥 13、悬架系 15、车架 16、转向系 17、制动系
离合器滑磨功与热计算
离合器每一次接合所产生的总滑磨功L （P124）
L
L
2 2n e
J a J 1800 T J 1 ( 1 ) a ( 1 ) T J c e
离合器比滑磨功q
离合器压盘温升τ
L 2 q J/cm [ q ] A L 10 C mC
单位摩擦面积滑磨功计算
（20单元）
2 1.5 1.5 2 1 3 1 3 1 2 2
传动系
行驶系
教材与参考书
⒈ 刘惟信，汽车设计，清华大学出版社 2019 ⒉ 张洪欣，汽车设计，机械工业出版社 1989 ⒊ 王望予，汽车设计（第三版），机械工业出版社 2000 ⒋ 汽车工程手册编委会，汽车工程手册－设计篇，人民交通出版社 2019 ⒌ 长春汽车研究所，汽车设计手册，2019 ⒍ 汽车技术，1972～1975 ⒎ 机械工程手册编委会，机械工程手册－汽车篇，机械工业出版社 2019 ⒏ 汽车设计丛书：离合器、变速器、圆锥齿轮与双曲线齿轮传动等， 人民交通出版社 ⒐［日］武田信之，载重汽车设计，人民交通出版社 2019
离合器摩擦面单位压力Po－对离合器工作性能和使用寿命有很
各种摩擦片材料的Po取值范围 ：
＊石棉基材料 Po＝0.1 ～0· 25 MPa ＊粉末冶金材料 Po＝0.35～0· 5 MPa ＊金属陶瓷材料 Po＝0· 7 ～2 MPa
各类车辆摩擦片材料的Po取值范围 ：
＊轿车 Po＝0.18～0· 28 MPa ＊货车 Po＝0.14～0· 23 MPa ＊城市公共车Po＝0.13 MPa
GB5764－86 ； ②在同样外径D时，选用较小的内径d，可增大摩擦面积，提高传 递转矩的能力和减少摩擦面单位压力。但会使摩擦面上的压力分布不 均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成定摩擦面磨损不 均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。故内外径比d/D应适当； ③摩擦片最大圆周速度不超过65~70m/s，以免摩擦片发生飞离。
发 动 机 最 大 转 矩
d
D
摩擦片内外径d、D
离合器摩擦力矩（P121）
离合器的静摩擦力矩Tc
摩擦材料静摩擦系数
摩擦面面积 A =0.25π(D -d )
摩擦表面工作压力 F=P0A
2
2
Tc＝f F Z Rm
摩擦面面数
摩擦面单位压力
D3 d3 摩擦片平均摩擦半径 Rm 3(D2 d2 )
《汽车用离合器摩擦片》尺寸系列D/d
160/110，180/125，200/140，225/150，250/155，280/165， 300/175，325/190，350/195，380/205，405/220，430/230
离合器参数优化设计
非独立设计变量？
设计变量－摩擦片内外径d、D和工作压紧力F
离合器后备系数β（P121）
后备系数β －反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度 β＝ Tc ／Temax
离合器静摩擦力矩 Tc＝f F Z Rc
发动机最大转矩
①摩擦片在使用中磨损后，离合器仍能可靠地传递发动机最 大转矩，即β>1 ； ②要防止高合器滑磨过大，β应适当大一些； ③要能防止传动系过载，减小离合器尺寸，β不宜太大。
后备系数β选择－应考虑：
后备系数β的取值范围－各类汽车取值范围不同
＊轿车和微型、轻型货车 β＝1.30～1· 75 ＊中型和重型货车 β＝l.60～2.25 ＊越野车、重型汽车和牵引汽车β＝1· 8 ～3.5
摩擦片内外径d、D（P123）
摩擦片内外径d,D选择－应考虑： ①摩擦片尺寸d, D应符合《汽车用离合器摩擦片》尺寸系列标准
传动系组成与布置
发动机前置－前驱传动系布置图（P102） 多桥多驱传动系布置图（P103） 驱动轮 发动机前置－后驱传动系布置图
离合器
发动机
变速器
传动轴
驱动桥
半轴
五 离合器设计
5.1 离合器主要参数及其优化设计 5.6 离合器设计计算－膜片弹簧设计
离合器 最大静摩擦力矩
F
Tc＝βTemax β后备系数
w 4 W 2 J / mm 2 2 Z ( D d )
（P124）
离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功w
离合器每一次接合所产生的总滑磨功W
W
2 2ne2m r a r
1800 i0 ig
2
2
J
5.6 离合器膜片弹簧设计
＊膜片弹簧主要参数选择
圆柱螺旋弹簧 圆柱螺旋弹簧
＊膜片弹簧优化设计