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，2
12ωαe ≤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2.1×105
Mpa ，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(=+=
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 077.05.62905.629032322
23
32233=--⨯=--⨯= 由于β介于1.2~1.75之间，符合要求
②校核单位压力
p ： 由于p 小于0.5MPa ，符合要求
③校核最大圆周速度D v ：
故最大圆周速度D v 符合要求
（3）如图所示：
尺寸要求为：
22/2<<h H
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=⨯⨯==
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
取直径系数K=0.21mm mm M K d 8.642942940021.033=⨯==ϕ取直径d=65mm
①校核切应力τ：
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：
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(37.03
331 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︒=⨯-⨯=-=56.2050
7.027*******.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。