《汽车设计手册》编纂委员会 主任委员：周颖 副主任委员：田其铸 金 员：周颖田其铸佘宝迂逯德俊朱崇武 总 编：田其铸 本卷主编：逯德俊 本卷副主编：刘凤林沈言行杨迪山 本卷作者：刘凤林尚兴武高铁石王旭金钥张志强 崔勇奎于永坤金叙龙张群李军钰吕景华 吴雏丰田志顺刘蕴博刘明辉朱宏巍刘明科 滕占生田其铸黄文海杨满生王淑清李十放 张兵唐志强郝玲蒋立盛董学锋孙国辉 牟猷芳郭久连赵晓光高兴岐王少博沈言行 薛汉池陈立中刘兆英杨忠奎 PDG
序 《汽车设计手册》经过我所广大技术人员的努力，历经两年多的时间，终于问世了。本手册 既总结了我所数十年产品开发的经验，又编人了许多新知识和近代技术。它的出版是我所软 件基础建设的一件大事，它把在我所工作几十年的一些老专家的经验留给了后人，它将是新人 所参加工作的年青同志的必读工具书，将是从事产品设计、试制、试验、科研、管理等方面的技 术人员的重要参考工具书。 本手册由本所100多位专家编写，由田其铸同志总编和校审，它是集体智慧的结晶，我们 要关心它，爱护它，不断地修改、补充、完善它，使之在产品开发工作中发挥更大的作用。在这 里我向所有本手册的作用和编辑出版工作人员表示感谢。 由于我们水平有限，难免有错误和不足之处，希望予以批评指出，以便再版时改正。 本手册只限于内部使用。 周颖 1998年5月 PDG
前 言 从1953年第一汽车制造厂动工兴建到现在，我国汽车工业已有45年的历史了。在载货 汽车方面，我们经历了从全套引进（以CA10为代表）到仿制（以130和150为代表），再到 自主开发（以EQ140和CA141为代表）三个阶段。在轿车方面，我们虽然在50年代后期在仿 制基础上试制、生产了“红旗”、“上海”牌轿车，但至今基本上仍处在引进阶段。近年来，捷达 A2和桑塔纳2000改型的成功，表明我国在轿车自主开发能力方面开始取得进展。但这仅仅 是个良好的开端，要想在国内外激烈的汽车市场竞争中立足，我们任重而道远，我们还有许多 知识要学，还有许多工作要做。然而，由于历史的原因，我们的设计队伍却面临着断层的严重 危险。为了总结我们自己的经验并吸取国内外的先进技术，统一设计计算方法，使后来者有所 遵循，以提高我们的自主开发能力，设计、生产出具有竞争力的产品，在国内外汽车市场上占有 一席之地，由周颖所长直接领导，我们组织编写了这套手册。 本手册共分三卷，分册出版。第一卷为发动机和附件卷，第二卷为整车和底盘卷，第三卷 为车身、非金属和电器卷。 编写专业手册是一件非常辛苦的工作，它虽然不要求讲述系统的理论知识，但却要提供实 用的数据、公式和经验，便于查阅和使用，既要可靠，又要先进。做到这些是很不容易的，是我 们追求的方向，并且需要在读者今后的实践中接受检验，不断丰富和完善。 田其铸 1998年5月 PDG
目 次 第1篇整车总布置 第1章概述 5.2轿车 1.1整车总布置设计的任务·(2) 5.2.1轿车的级别与载荷的确定.(16) 1.2总布置设计的一般程序.(3) 5.2.2轿车主要参数的确定.(16) 第2章总布置设计的准备 第6章各相关总成的匹配布置 2.1市场调研 .(4) 6.1车身总布置设计 .(22) 6.2发动机总布置设计.(22) 2.2样车分析.(4) 6.3转向节、车轮总成与前轮制动器总成的布置设 2.3制定设计原则和目标 .(5) .(23 第3章整车型式的选择 6.4后桥、车架、后簧与后轮的匹配布置 3.1发动机的种类和型式 44.(6) 3.2汽车的轴数和驱动型式 (6) 第7章整车总布置图的绘制及各总成的布 3.3车头驾驶室的型式 (7】 3.3.1载货汽车的布置 7.1整车布置的基准线一零线的确定.(24) 3.3.2客车的布置.4. .(8) 3.3.3轿车的布置 7.2确定车轮中心（前、后）至车架上表面 (9) 一零线 的最小布置距离 *.(25】 3,4轮胎的选择.(9) 7.2.1后轮中心至车架上表面一零线的距离 第4章新车型主要“目标参数”的初步确定 .(25) 4.1几个主要“目标参数”的确定.(11) 7.2.2 前轮中心至车架上表面 一零线的距离 .(25)】 4.2发动机最大功率及其转速 .(11) 7.2.3前驱动轮中心至车架上表面一零线的 4.3发动机最大扭矩及其转速 .（12 距离. 4.4传动系速比的选择. .(25) .(12) 7.3 前轴落差的确定 (26) 4.4.1最小传动比的选择.(13) 7.4发动机及传动系的布置 44.2最大传动比的选择 (13) 4.4.3变速器档位数的选择.（14) 7.5车头、驾驶室的布置. .(27) 7,6悬架的有置. (27) 第5章整车的尺寸参数和质量参数的初步 77车架总成外形及其横梁的布置 (27 7.8转向系的布置 确定 7.9制动系的布置. (29 5.1载货汽车. （15） 7.10进、排气系统的布置 .(29 PD -1
7,11操纵系统的布置 +4.(30) 9.2.3汽车行驶阻力 (41) 7.12车箱的布置 ·(30) 9.2.4汽车的行驶性能曲线 (42) 9.25汽车的加速性能. (42) 第8章整车总布置设计的运动校核 9.3 汽车经济性计算 。 (44) 8,1前轴（桥）的运动校核. .(31 9.3.1发动机万有特性 (44 82转向传动装置与悬架共同工作校核.(34) 9.3.2汽车等速行驶燃油消耗量计算.· ·(45) 8.3传动轴跳动校核 .(35) 9.3.3汽车循环工况下行驶燃油消耗量计算 (46) 第9章汽车整车设计计算 9.4汽车转向性能计算 (48 9.1整车质量参数估算. (36】 9.4.1转向系统传递特性计算 48) 9.1. 空车状态下整车质量、轴荷分配和质心高 9.4.2最小转弯直径计算 (53) 度的计 (36 9.5 稳态转向特性模拟计算 (55) 9,1,2满载状态下整车质量、轴荷分配和质心西 汽车空载、静态侧倾稳定性计算 (58 度的计算 ·37】 9.7整车滑行性能计算： (59 9.1.3非基架质量的估算 (37 9.1.4整车质量参数计算实例 37) 第10章汽车悬架系统特性分析 9.2汽车动力性计算 10.1 概述 (61 9.2.1发动机外特性 (39 10.2悬架特性分析所需参数 (61) 9.2.2汽车驱动力 (40) 10.3计算结果分析. (62) 第2篇 离合器 4.2从动盘盘数花排参数的洗择和设计.·(92) 第1章概述 4.3从动盘轴向弹性的结构形式 (93 1.1离合器主要功用 (70) 4.4 摩擦片 (93 1.2对离合器的基本要求 (70) 1.3离合器的结构形式 (70 第5章离合器各主要零件的技术要求 1.4离合器特殊结构简介 (70) 5.1尺寸精度要求 (95y 主要零件的材料和热处理 (96 第2章离合器的容量设计 3) 第6章离合器操纵机构的功用及要求 6 6,1离合器操纵机构的功用及要求 .(103 2.3几点说明 77) 6.1.1 主要功用 (103 6.1.2基本要求 *.103 第3章离合器盖总成的设计 6.2离合器操纵机构的型式与选择.(103) 3.1膜片弹簧离合器 (78 6.2.1机械式操纵机构 (103) 3.2螺旋弹簧离合器 (85 6.2.2 液压式操纵机构 (106 6.3离合器操纵机构的助力装置 113 第4章从动盘总成的设计 6.4离合器分离轴承的结构设计 (117 4.1扭转减振器 (87) 6.4.1 分离轴承结构型式与选择 (119) 4.1,1汽车传动系的扭振 (87 6.4.2 自动调心式分离轴承 (120 4.1.2减振器的扭转刚度 (89 6.4.3分离轴承的设计检验要求 .(122 4.1.3性能参数的选取. (89) 6.4.4离合器分离叉的结构形式设计 .(123》 4.1,4振器的结构设计 (90) 6.4.5离合器操纵机构的设计计算 .(124) 2
第3篇变速器 第1章变速器设计程序 4.10.4接触面选配 (158) 4.11同步器及接合齿 .(158) 4.11.1锁环式同步器及接合齿尺寸的确定 第2章有关的整车参数和对变速器的要求 (158 4.11,2锁销式同步器及接合齿尺寸的确定 第3章变速器结构设计 .162) 4.11,3同步器主要零件的材料和热处理 3,1结构洗型和齿轮布置 .(131】 3.1.1 驱动方式和变速器的配置 .(131 (164 4.12轴和花键尺寸 (166 3.1.2 啮合方式. ”（131 4.13轴承 (167) 3.1.3齿轮配置 (131 4,14速度表齿轮 (168 3.2同步器型式 (138) 3.2.1 锁环式 4.14.】 传动比及齿数 (169) (138 3.2.2锁销式. (138 4.14. 法面模数· (169) 4.14.3 中心距 (169) 3.3轴的结构 (139 34 (169 轴承型式 4.14.4齿形 (139) 4.14.5螺旋角及螺旋方向 (169) 3.5壳体 (141) 3.6换档机构及操纵机构 4.15换档机构行程极杠杆比 (170) 142) 第4章变速器结构尺寸参数的选择 第5章齿轮计算 5.1 4.1 中心距 齿轮几何尺寸及强度计算公式 (172 (145】 齿轮几何尺寸及强度计算程序 (176) 4,2齿轮模数 (145) 5,3渗炭齿轮的弯曲瘦劳曲线 (199】 4.3齿形. (146) 5.4齿轮强度评价 4.3.1 压力角 (201) (146 4.3.2齿顶高系数 (146) 第6章同步器计算 4.3.3刀具齿顶高系数 (147) 6.1同步器可靠性校核. 204 ,4.3.4刀具齿尖圆角半径系 (147) 4.4齿宽 6.2同步操作力及同步环PV值计算 (204) (147 6.2.1 同步操作力 (204 4.5斜货轮螺旋角 (1481 6.2.2 同步环接触面积 (205 4.6齿数和各档实际传动比 (149 6,2.3同步环锥面面压 (2061 4.7变位系 (151 6,2.4同步环锥面滑动速度 (206) 4.8齿形的修正 (153) 6.2.5 同步环锥面的PV值 (206 4.81摆旋角修正 (153) 4.82齿向修正 (154) 第7章轴的计算 4.8.3齿顶修缘 155 7.1受力分析 (210) 4.9齿轮的材料和热处理 (155)】 强度计算 (211 4.10齿轮的强化方法. (157) 男度计异 (211) 4.10.1 增大压力角 (157) 7.4花键强度计算 (212) 4.10.2磨齿. (157) 4.10.3强力喷丸和增大齿根圆弧半径 第8章轴承计算 157) 8.1轴承寿命计算 (213)
8.1.1轴承的当量动负荷和寿命计算 10.5齿轮磷化 (222 的基本公式 (213) 10.6淘滑性试验 .(222) 8.1.2变速器轴承的使用寿命计算.(213) 8.2圆柱液子轴承的PV值.(215) 第11章变速器各主要部位公差配合 第9章操纵机构设计 间隙和使用极限 11.1齿轮精度、最小侧晾及公差 ,(225) 9,1换档位置决定机构 *.(217】 11.2齿轮的检验. (225) 9.2 选档位置决定机构 (217) 11.3齿轮与第 (227 9.3自领机物. (217) 11.4 齿轮与中间轴. (227 9,4互镜机构 220) 11.5轴与轴承 1227) 第10章变速器的润滑 11.6第二轴齿轮轴向间豌 (227) 11.7 同步器轴向间隙和后备行程 10.1润滑油牌号及容量. (227 :(221 1.8 倒档惰轮轴向间晾 (227 10.2保证前部和后部油量均匀的措施.(221) 11.9 轴承与轴承盖端而间隙 (227 10.3各轴承的油循环 (221 10.4 11.10主要零部件的使用极限 (227 齿轮与轴之间的润滑 (222) 附录有关变速器的标准目录 (228 第4篇 分动器 第1章分动器的功用和安装位置 3.4螺旋角. (240 3.5传动比和齿数 (240 第2章分动器的结构形式及选择 3.6齿形和变位 (241) 3,7轴和轴乐 (241 第3章分动器主要参数的确定 第4章分动器齿轮强度校核 3,1中心距 .(240) 4.1计算扭矩的确定 (242 3.2齿轮模数 (240】 4.2强度计算 (242) 3.3齿宽4. (240) 第5章分动器的材料与工艺 第5篇取力器 第1章取力器的功用及要求 第4章结构选型和设计计算 第2章取力方式 4.1取力点的选择 (254) 4.2档数选择 (254) 2.1从变速器取力.(246) 4,3齿轮的设计和计算 (254) 2.2从分动器取力 (248 4.3.1模数 (254】 2.3从发动机前端或后端取力 (249） 4.3.2中心距. (254) 第3章取力器的结构及工作原理 4.3.3传动比和齿数 (254) 4,3.4 齿宽 （254) 3.1取力齿轮为直 (250) 4.3.5 轴和轴承 3.2取力齿轮为斜齿 (254 (251】 4.3.6 材料和热处理 (254】 3.3取力器的操纵机构 .(253 4.3.7计算扭矩 (254) 4
4.3.8几何尺寸和强度计算 4(255) 附录有关取力器的标准目录.(256) 第5章取力器台架试验 第6篇传动轴 第1章概述 3.1传动轴总成的临界转速. -·(2681 3.2十字轴 (268 第2章传动轴的结构形式及选择 3.3滚针轴承的接触应力。 (270 2.1传动轴及万向节 (260 3.4传动轴轴管 .(270 3.5传动轴花键 .(271】 2.1.1整体式传动轴和分配式传动轴.(260) 2.1,2十字轴万向节，.(262) 3.6球笼式球叉式万向节尺计的确定，(276) 2.1.3等速万向节 (264 3.7传动轴的平衡 (277) 2.1.4挠性万向节 (266 第4章传动轴总成的技术要求及零部件材 2.2传动轴中间支承 (266) 4.1普通万向传动轴总成的技术要求.(279) 第3章传动轴的设计计算 4.2零件材料和热处理. 4.(270】 第7篇驱动桥 第1章驱动桥的功能与要求 4.2差速器直齿锥齿轮强度计算.(326) 第5章驱动桥齿轮的材料与热处理的选择 第2章驱动桥的结构型式及选择 第6章驱动桥壳的强度计算 2.1 主减速器结构型式及选择 (282) 2.2差速器结构型式及选择 ,(288) 6.1传递最大牵引力或制动力时，危险断面在钢板 2.3桥壳结构型式及洗择· .(292) 弹簧座附近的强度计算.(330 第3章 主减速器、差速器齿轮主要 6.2最大侧向力时强度计算.(331) 6.3 最大垂直力时强度计算 (332 参数的选择与计算 6.4桥壳有限元计算. (333) 3.1 主减速器齿轮的基本参数选择 (296 3.2 第7章驱动桥壳材料的选择 主减速器齿轮的几何尺寸计算.(299) 3,3直齿锥齿轮式差速器齿轮基本参数选择 .(310) 第8章驱动桥半轴的设计计算 3.4差速器“格里森“制直齿维齿轮几何尺寸计算 8.1半轴的结构形式. .(335) 8,2半轴许用应力的选取 (336 8.3 第4章驱动桥齿轮强度计算 半轴杆部直径的计算 36 8.4 全浮式半轴的计算 (337) 4.1 螺旋锥齿轮和双曲面齿轮强度计算.(315) 8.5半浮式半轴的计算 (337)
8.63/4浮式半轴的计键 .(338】 10.1轴承的种类. (341) 8.7半轴花键齿面挤压应力 .(339) 10.2 圆维滚子轴承的预紧 (344) 第9章半轴材料与热处理的选择 10.3主减速器轴承的负荷 (347 10.4轴承寿命计算及评价· (354) 第10章驱动桥轴承 第8篇绞盘 (363 第1章概述 4,6导向机构传动比 第5章减速器蜗杆传动计算 第2章绞盘的结构及工作原理 5,1球面蜗杆传动 (364) 5.2中心距*. 1444（365)】 第3章结构选型 5.3蜗轮齿数Z2和蜗杆头数Z1. (3651 5.4传动的模数m (365) 第4章绞盘参数的选择 5.5 比值 (366 5.6齿形圆直径d。 (366) 4.1绞盘牵引力 (362) 5.7侧向间隙. (367 4.2 鲛盘减速器的速比 (362) 5.8倒坡 (367) 4.3钢丝绳. (362) 5.9蜗杆螺旋方向 4.4饺盘鼓筒直径 (362) 5.10球面蜗杆传动计算表 (369 4.5自动制动器 (362) 第9篇悬架 第1章概述 3.1.3 系统阻尼 (385 3.1.4前、后悬架自然振动频率的关系 ·(386) 第2章悬架的基本型式及主要特点 3.1.5轴 (386) 21独立悬架 (377) 3.1.6 车轴数对平顺性的影响. 387) 2.1.1独立悬架的优点.(377) 31.7改善平顺性的主要措施 (387) 3.2悬架对汽车操纵稳定性的影响 2.1.2独立悬架的缺点 .(377) (388) 3.2.1 2.2 非独立悬架 不足转向特性 388 .(377 3.2.2 轴转向 (388) 2.2.1非独立悬架的优点 ,(377】 3.2.3前轮定位参数 2.2.2非独立悬架的缺点 (389 (377) 2.3平衡悬架 3.2.4导向杆系与转向杆系的运动协调 *4.(378】 (389) 第3章悬架对汽车主要性能的影响 第4章汽车钢板弹簧悬架设计 3.1悬架对汽车平顺性的影响 (382) 4,1钢板弹簧种类 (391) 3.1,1车身固有振动频率 (382) 4,2钢板弹簧主要元件结料 392 3.1.2弹性特性 383) 4.2.1钢板弹簧断面形状 (392) 6
4.2.2簧片端部形状 (392) 5.1弹性元件的设计计算 .:f442】 4.2.3弹簧卷耳 (393) 5.1.1扭杆弹簧 (442) 4.2.4 弹黄包耳 (393 51.2 螺旋弹 (47 4.2.5·钢板弹簧村套和弹簧销.(394) 5.1.3空气弹簧 (451 4.2.6钢板弹簧中心螺栓和冲凸包 .(394 5.1.4油气弹簧 (454 4.2.7弹簧夹箍. (395) 5.2导向机构的设计 (456) 4.3 普通多片板弹簧设计与计算 (395) 5.2.1汽车的典型导向机构型式 (456 4.3.1钢板弹簧设计的已知参数 (395 5,2,2导向机构的几何运动学 (457) 4.3.2翻板弹簧刚度和应力计算 (396】 5.2.3汽车载荷与导向机构的受力分析 4.3.3钢板弹簧断面尺寸和长度的确定 .(464 406 4.3.4 钢板弹簧各片长度的确定 (407 第6章 减振器的设计原理及选择 4.3.5钢板弹簧各片预应力选取及弧高 6.1减振器的分类 .(473】 计算. (411) 6.2减振器的工作原理与设计 （473 4.3.6钢板弹簧总成自由弧高及总成 6.2.1结构与工 作原理 (473) 装配后弧高计 (411) 6.2.2 减振器阻力与各腔压力的关系 4.3.7 非对称钢板弹簧 (412 4.+.(474】 4.3.8钢板弹簧导向特性. (413) 6.2.3 阀流量与缸压及速度的关系.(475) 4.4少片变截面翻板弹簧设计计算. (414 6.2.4 阀开启时的减振器阻力 (476 44.1少片变截面弹簧结构和特点 6.2 减振器阀孔大小的制约关系 (476) (4141 6.2.6 减振器液. (476) 4.4.2少片变截面弹簧刚度和应力计算 6.2.7主要性能参数的确定 (477) (416) 6.2.8减振器的行程与布置 4.4.3少片变截面弹簧尺寸参数的优选 (479) 6.3减振器的试验 （481) 419 6.3.1减振器的性能试验 （4811 4.5非线性钢板弹簧设计 (423) 6.3.2减振器的时久性试验 (482 4.5.1渐变刚度钢板弹签计算 (423) 3.3减振器的故障及原因分析 482 4.5.2两级刚度复式钢板弹簧计算 6.4 减振器的标准化 (483 4.6钢板弹簧强度计算校核 (434 6,4,1减振器阻力、缸径与行程. (483) 4.7 汽车稳态侧倾计算 ++（436】 6.4.2减振器的连接型式及规范 (484) 4.8制动时汽车纵倾角计算 (437) 4.9钢板弹簧材料热处理及弹簧表面强化 第7章 横向稳定杆 (438) 7.1横向稳定杆角刚度. (487) 第5章其它型式弹性元件悬架设计 7.2横向稳定杆的强度校核 .(487) 第10篇前轴 第1章概述 2.1前轮外倾角 2.2主销内倾角 14013 2.3主销后倾角 第2章前轮定位及其选择 (491) 2.4前束. (491 7