汽车设计期末考试试卷（开卷）【附答案】一、（本题8分）欲设计一辆用于长途运输的20t重型载货汽车，相关参数如下：整车尺寸（长×宽×高）11976mm×2065mm×3390mm额定载质量20000kg整备质量12000kg公路行驶最高车速90km/h（1）若取传动效率为0.849，滚动阻力系数为0.012，空气阻力系数为0.9，现有三种发动机，额定功率分别为150kw、200kw、250kw，选择哪种发动机较为合适？（2）该汽车采用怎样的布置形式较为合理？二、（本题18分）欲为一辆乘用车设计一膜片弹簧离合器，相关参数如下：驱动形式4×2前轮发动机的最大转矩、对应转速150N·m/4000rpm发动机的最大转速6000rpm整备质量1060kg最高车速180km/h膜片弹簧的工作压力6000N（1）已知部分摩擦片的面片尺寸如下表所示，选用哪种较为合适？（2）试校核所选用摩擦片的后备系数（取摩擦系数为0.27）、单位压力（摩擦片的材料为粉末冶金，取许用压力为0.5MPa ）和最大圆周速度是否满足要求？（3）绘制膜片弹簧离合器的弹性特性曲线，指出实现该弹性特性曲线的尺寸要求，并简述膜片弹簧离合器的破坏形式？三、（本题13分）如下图所示为一变速器的结构简图：（1）试分析该变速器的结构特点，并给出各档位的传动路线？（2）该变速器所采用的锁环同步器的相关参数为：摩擦锥面的平均半径为30mm ，锁止面平均半径为35mm ，摩擦锥面半锥角为7°，试确定锁止锥面锁止角的取值范围？四、（本题12分）某货车，采用多万向节传动如下图，其中：1α =1.5° ，2α=3.5°，3α=4.5°，传动轴的最高转速为3000r/min（1）一般设计时应使当量夹角不大于3°，另外，对多万向节传动输出轴的角加速度幅值212ωαe 大小加以限制，对于轿车，212ωαe ≤350rad ／s 2；对于货车，212ωαe ≤600rad ／s 2，试校核图示的万向节布置是否合理？若不合理，如何在不改变各轴夹角的情况下改动使其满足要求？（2）现欲对该万向传动机构的传动轴进行强度校核，试简述计算载荷的确定方法？五、（本题17分）现欲为某一重型货车设计驱动桥：（1）驱动桥采用怎样的形式较为合理？（2）选用哪种形式的主减速器较为合适？（3）选用哪种形式的差速器较为合适？（4）哪种半轴支承形式较为合适？若该汽车后轴的最大载荷为13000kg，车轮滚动半径525mm，后轴负荷转移系数1.1，附着系数0.8，半轴的长度1124mm，材料的弹性模量2.1×105Mpa，泊松比0.26，试确定半轴的直径？（要求半轴的扭转切应力小于600Mpa，每米长度转角小于15°）（5）选用哪种形式的桥壳较为合适？六、（本题9分）现欲为某一大客车设计悬架：（1）选用哪种悬架最为合适，为什么？（2）绘制选用悬架的弹性特性曲线？（3）设计时前后悬架的侧倾角刚度应如何分配，为什么？七、（本题15分）现欲为某一乘用车设计转向系，并加装电动助力转向：（1）应选用何种转向器？（2）简述转向器的“灵”与“轻”为何会形成矛盾？（3）若该汽车的前轴负荷为500kg，轮胎气压0.3Mpa，转向摇臂长150mm，转向节臂长160mm，方向盘半径200mm ，转向器速比20，转向器正效率0.75，路面摩擦系数0.7，试求原地转向阻力矩和方向盘上的手力？（4）绘制车速感应型电动助力转向的助力特性？八、（本题8分）某轻型货车的有关参数如下：总重26000N ，重心到前轴的距离1428mm ，轴距2700mm ，重心高度50mm （满载），车轮半径0.35m ，主减速器的传动比为4.02，采用中央驻车制动器，试求：在不计车轮滚动阻力的条件下，汽车沿着附着系数0.7的路面上行驶时，极限上坡路倾角和相应所需要的中央驻车制动器的最大制动力矩。
汽车设计期末考试试卷（开卷）参考答案一、（本题8分）（1）由题意：22733902065m mm A =⨯= kg kg m a 32000)1200020000(=+= kw kw v A C v gf m P a D a r a T e 182)907614079.0903600012.08.932000(849.01)7614036000(133max max max =⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+=η 故选择功率为200kw 的发动机（2）FR （或答平头型）二、（本题18分）（1）取直径系数6.14=D K 大径mm mm T K D e D 8.1781506.14max =⨯==故选择外径为180mm ，内径为125mm ，厚度为3.0/3.2/3.5mm ，槽数为24的摩擦片（2）①校核后备系数β： 有效半径m mm r R r R R c 077.05.62905.6290323222332233=--⨯=--⨯= m N m N fFZRT c c ⋅=⋅⨯⨯⨯==5.24977.02600027.0 66.11505.249max ===e cT T β 由于β介于1.2~1.75之间，符合要求②校核单位压力p ：MPa MPa d D F p 455.0)125180(60004)(42222=-⨯=-=ππ 由于p 小于0.5MPa ，符合要求③校核最大圆周速度D v ：s m s m s m D n v e D /70~65/5.56/10601806000106033max ≤=⨯⨯⨯=⨯=--ππ故最大圆周速度D v 符合要求（3）如图所示：22/2<<h H 尺寸要求为： 破坏形式：裂纹首先在碟簧部分的内上缘点产生，但此裂纹不发展到破坏，且不明显影响碟簧的承 载能力，继后，在碟簧部分的内下缘点产生的拉应力导致裂纹并发展到破坏。
三、（本题13分）（1）本题为中间轴式的六挡变速器，所有的前进挡均采用同步器换挡，倒档采用直齿滑动齿轮换挡，具体的传动路线为：1档：动力从第一轴到齿轮7 ~6~1~12，锁销式同步器右移，到第二轴；2档：动力从第一轴到齿轮7 ~6~2~11，锁销式同步器左移，到第二轴；3档：动力从第一轴到齿轮7 ~6~3~10，锁环式同步器右移，到第二轴；4档：动力从第一轴到齿轮7 ~6~4~9，锁环式同步器右左移，到第二轴；5档：动力从第一轴到齿轮7 ~6~5~8，锁环式同步器右移，到第二轴；6档：动力从第一轴到齿轮7 ~6，锁环式同步器左移，到第二轴，得直接档；倒档：搭档同步器左移，得倒档。
（2）︒=︒⨯⨯=<357sin 35301.0arctan sin arctan αβr fR 由于锁止角一般介于26°~42°之间，故本题中锁止角的范围取26°~35°四、（本题12分）（1）图示万向节的当量夹角︒>︒=--=35.5232221ααααe ，故其布置是不合理的； 更改使第二个万向节的主动叉与第一个万向节的主动叉共面更改后的万向节的当量夹角︒<=︒=-+=3)042.0(4.2232221rad e αααα最大角速度s rad rad n /100min /300022πππω=⨯⨯==2222222/600/173/)100(042.0s rad s rad s rad e <=⨯=πωα故更改后的布置是满足要求的（2）计算载荷的确定方法有三种：①按发动机的最大转矩和一档的传动比确定；②按驱动轮打滑确定；③按日常平均使用转矩确定；静强度计算取①②中的较小值，疲劳强度计算取③五、（本题17分）（1）非断开式（2）分开式双级减速（配轮边减速）（3）对称锥齿轮差速器（4）选用全浮式半轴mm N mm N r G m M r ⋅=⋅⨯⨯⨯⨯⨯='=294294008.0525)8.913000(1.121212ϕϕ 取直径系数K=0.21 mm mm M K d 8.642942940021.033=⨯==ϕ 取直径d=65mm ①校核切应力τ：MPa MPa d M 5456529429400161633=⨯⨯==ππτϕ 由于τ介于500~700MPa 之间，符合要求②校核单位长度的扭转角ϕ：MPa MPa E G 45103.8)26.01(2101.2)1(2⨯=+⨯⨯=+=μ 4444175248165321321mm mm d I p =⨯==ππ m m m GI M p /15/12/10)180(1752481103.82942940010)180(343︒<︒=︒⨯︒⨯⨯⨯=⨯︒⨯=ππϕϕ 故单位长度的扭转角ϕ符合要求综上所述：半轴的直径可取为65mm（5）整体铸造式桥壳六、（本题9分）（1）空气悬架，理由：可以保证客车的车身高度不随乘客的数量变化而改变（2）如图所示：（3）应使前悬架的侧倾角刚度大于后悬架的侧倾角刚度，使汽车具有不足转向的特性七、（本题15分）（1）齿轮齿条式（2）转向器的“灵”要求转向器的角传动比小，转向器的“轻”要求转向器的力传动比大，而理论分析表明：转向器的角传动比和转向器的力传动比成正比，因而转向器的“灵”与“轻”会形成矛盾（3）原地转向阻力矩mm N mm N p G f M R ⋅=⋅⨯⨯==1461203.0)8.9500(37.03331 手力N N i D L M L F sw R h 66.4575.020)2002(1601461201502221=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==+ηω （4）如图所示：八、（本题8分）极限上坡路倾角︒=⨯-⨯=-=56.20507.027*******.0arctan arctan 1g h L L ϕϕα 最大制动力矩m N m N i gr m M e a ⋅=⋅︒⨯⨯==79502.456.20sin 35.026000sin 0α。