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1.绪论1.1汽车发展概况1860年法国人利诺制造了第一台完全实用的内燃发动机，这台发动机使用城市煤气作为燃料，热效率为3％左右。1867年奥拓和兰根在巴黎国际会展上展示了一台改进型内燃机，其热效率约为9％左右。1876年奥拓制造了第一台利用四冲程工作循环的燃气发动机。同年，克拉克在英格兰制造了第一台二冲程燃气发动机。1883年戴姆勒和迈巴赫研制了第一台利用热管点火系统的高速四冲程汽油发动机。1884年戈特里普·戴姆勒（GottliebDaimler），为了送给爱妻一件礼物，在一辆四轮马车上装上内燃机和转向器，并以每小时18公里“令人窒息”的速度行驶起来，从而标志着汽车发展史上第一辆双缸四轮汽车的诞生。（如图1.1）。1885年德国人卡尔·本茨（CarlBenz）购买了奥拓内燃机的专利，并把一个内燃机和加速器安装在一辆三轮马车上作为动力在公路上去行驶。尽管这辆简单的“公路机器”在首次试车时即被撞得七零八落，却被许多人视为汽车的“始祖”，并因此而繁衍出一个“车轮上的世界”和一个“车轮上的世纪”（如图1.2）。图1.1史上第一辆双缸四轮汽车图1.2汽车的“始祖”1887年波许发明了磁电机点火系统。1889年邓禄普在英国生产了第一批充气轮胎。1893年迈巴赫发明了喷嘴式化油器。1893年迪赛尔设计了燃烧柴油的发动机，并申请了专利。1897年德国曼公司推出了第一台实用的柴油机。1899年菲亚特汽车制造厂在意大利都灵诞生。1913年福特将生产线引入汽车制造过程中，开始生产廉价福特T型汽车（如图1.3）。到1925年，每天有9109辆汽车从生产线上下线。1961年巴伐利亚汽车制造厂（BMW宝马）成立。1923年本次-曼公司制造了第一台有柴油发动机驱动的载货汽车。1936年戴姆勒-本次开始成批生产由柴油机驱动的载客小汽车。1938年大众汽车制造厂在德国沃尔斯堡成立。1949年米其林公司生产了第一只扁平轮胎和第一只钢丝带束子午线轮胎。1954年纳苏-汪克尔发动机厂制造出了转子发动机。1966年波许生产电子燃油喷射系统作为批量生产的汽车的标准配置。1970年汽车开始配备驾驶员和前排乘客的座椅安全带。1978年ABS（防抱死系统）在乘用车上开始使用。1984年安全气囊和座椅安全带张紧装置开始应用。1997年电子悬挂控制系统使用。1.2汽车工业的发展汽车工业的发展代表了近代工业的发展历程，汽车最明显的进步在于技术的创新，制造的进步和造型的变化。1.2.1车身结构的发展最早的汽车是由马车的结构作为车身，再加装蒸汽机改装而来，随着汽车行驶速度的提高。金属汽车替代了木质加帆布的结构，20世纪30年代，铝和钢材在车身方面的应用越来越多。随后，越来越多的汽车采用钢板压制的车身蒙皮，制造出各种曲线（面）车身造型，多曲率冲压蒙皮能够承受更大负荷，从而使车身更坚固。到20世纪50年代，车身结构不断完善，更加符合空气动力学，且美观实用。1.2.2发动机的发展汽车发动机的发展带来了汽车工业的整体快速发展。汽油发动机技术几经发展不断完善，燃油喷射，电子燃烧控制，催化转化器等技术已经成熟并通用，柴油机没有点火系统能在更加恶劣的环境下工作，从而更加经济。随着发动机机械增压涡轮增压技术的发展，柴油发动机功率越来越大，广泛用于商用车上，同时图1.3福特T型汽车在军车领域也占有很大比重。电动车很早就已应用于汽车领域，但由于续驶里程短，质量大限制了在汽车领域的应用。近年来人们更加注重汽车燃能效率问题，是混合动力技术得到发展。环境保护越来越受到各国的重视，氢燃料发动机和太阳能动力更加环保相信在不久将会普及。1.2.3汽车材料的发展现代汽车材料种类繁多，包括金属材料，纤维复合材料，金属陶瓷，工程塑料，合金材料等。最常用的是金属材料。如各类钢合金，铝合金，铜合金等。也有非金属材料，如各类玻璃，橡胶材料，木板材料，竹胶板，PVC板材，塑胶板，碳纤维等。合理的选用材料不但有利于车身的安全性，还会提高整车的美观性和舒适性，降低整车成本。1.3汽车的设计和开发和制造1.3.1汽车的设计汽车由动力装置，地盘，车身，电器及仪表等组成，它是用来载客和运输货物的工具，它的使用条件复杂，产量大，变形频繁，汽车的设计要考虑众多因素。如要考虑国家法规和国家标准，要考虑工作环境的多样，经济性和良好的人机工程特性，优美的外部造型和协调的色彩。汽车的设计是一个多学科的复杂的工作，如果设计考虑不周，就会造成成本的增加和功能的缺陷，并可能带来巨大的经济损失和安全事故，因此汽车设计要求精益求精，不断完善。1.3.2汽车的开发制造汽车产品的开发制造是根据企业产品规划而确定的。产品规划是企业根据市场的需求，技术发展趋势以及自身的发展战略而制定的。汽车及其零部件的开发是一个多部门联合协作的过程。汽车产品的开发概括来说可分为四个阶段：决策阶段，设计阶段，试制试验阶段，生产阶段。1.4机动车的分类道路或公路上行驶的车辆是为在路上使用而设计的机动车和挂车，它不同于在跑道上或轨道上行驶的车辆。道路车辆又可分为很多种类主要分类（如图1.4）。车辆主要分为两类：机动车和挂车，机动车总是装有一体式动力装置。国际GB/T3730.1—2001《汽车和挂车类型的术语定义》将汽车分为乘用车和商用车。乘用车是指在设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身携带行李和临时物品的汽车。包括驾驶员座位在内最多不超过9个座位。它可以牵引一辆挂车。乘用车又有如下多种，普通乘用车，活顶乘用车，高级乘用车，敞篷车，小型乘用车，仓背乘用车，旅行车，多用途乘用车，短头乘用车，越野乘用车，专用乘用车。其中专用乘用车又分为救护车，防弹车，旅居车，殡仪车等。商用车包括客车，牵引汽车，载货汽车。客车又分为小型客车，城市客车，长途客车，旅游客车，铰接式客车等。货车分为普通货车，多用货车，拖拉货车，越野货车，专用货车（消防车，清扫车，水泥罐车，集装箱车）等。本设计主要以乘用车为主。图1.4机动车的分类1.5汽车的总体构造汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四部分组成，典型轿车总体构造（如图1.5）所示。图1.5汽车总体构造1-前桥；2-前悬架；3-前车轮；4-变速器；5-传动轴；6-消声器；7-后悬架钢板弹簧；8-减震器；9-后轮；10-制动器；11-后桥；12-油箱；13-座椅；14-方向盘；15-转向器；16-发动机；17-散热器；18-路用车辆机动车挂车汽车乘用车商用车客车货车牵引车摩托车半挂车牵引杆挂车中置轴挂车车身发动机：动力装置，使供入其中的燃料燃烧而发出动力。现代汽车广泛应用往复活塞式内燃机。底盘：接收发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘主要有传动系统，行驶系统，转向系统，制动系统。车身：是驾驶员工作和装载乘客、货物的场所。电气设备：包括电源组、发动机启动系统和点火系统、汽车照明和信号装置、仪表，导航系统、电视、音响、电话等电子设备、微处理机、中央计算机以及各种人工智能操控装置等。1.6离合器概要近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它工业要快的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。现今所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才采用多片离合器。多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式离合器。随着汽车发动机转速、功率不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。随着计算机的发展，设计工作已从手工转向电脑，包括计算、性能演示、计算机绘图、制成后的故障统计等等。本设计主要针对单片干式膜片弹簧离合器展开的。2.汽车总成设计2.1汽车形式的选择不同形式的汽车，主要体现在轴数，驱动形式以及布置形式上，汽车形式对整车的使用性能，外形尺寸，整车质量，轴荷分配和制造成本等方面的影很大。2.1.1轴数汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力有要求。我国公路标准规定，对于四级公路及桥梁，单轴最大允许轴载质量为lOt，双连轴最大允许轴载质量为18t(每轴9t)。根据公路对汽车轴载质量的限制、所设计汽车的总质量、轮胎的负荷能力以及使用条件等，可以确定汽车的轴数。因为双轴汽车结构简单、制造成本低，故总质量小于19t的公路运输车辆广泛采用这种方案。总质量在19～26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车用四轴和四轴以上的形式。本设计的乘用车因为总质量较小，均采用两轴形式。2.1.2驱动形式汽车驱动形式有4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等，其中前一位数字表示汽车车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。采用4×2驱动形式的汽车结构简单、制造成本低，多用于轿车和总质量小些的公路用车辆上。总质量在19～26t的公路用汽车，采用6×2或6×4的驱动形式。为了提高越野汽车的通过性，应采用全轮驱动形式。本设计的乘用车因为总质量较小，采用4×2驱动形式。2.1.3布置形式汽车的布置形式是指发动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点而言。汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数以外，汽车的布置形式对使用性能也有重要影响。乘用车的布置形式主要有发动机前置前轮驱动、发动机前置后轮驱动、发动机后置后轮驱动三种，少数轿车采用发动机前置全轮驱动。1.发动机前置前驱。发动机前置前轮驱动时，可以纵置或者横置，也可以布置在轴距外、轴距内或前桥上方。这种布置形式目前在中级及其以下级别轿车上得到广泛应用，主要是因为有下述优点：（1）与后轮驱动汽车比较，前轮驱动汽车的前桥轴荷大，有明显的不足转向性能；（2）因为前轮是驱动轮，所以越过障碍的能力高；（3）主减速器与变速器装在一个壳体内，因而动力总成结构紧凑；（4）因为没有传动轴，车内地板凸包高度可以降低(此时地板凸包仅用来容纳排气管)，有利于提高乘坐舒适性；当发动机布置在轴距外时，汽车的轴距可以缩短因而有利于提高汽车的机动性；（5）汽车散热器布置在汽车前部，散热条件好，发动机得到足够的冷却；行李箱布置在汽车后部，故有足够大的行李箱空间；容易改装为客货两用车或救护车；供暖机构简单，且因管路短所以供暖效率高；（6）因为发动机、离合器、变速器与驾驶员位置近，所以操纵机构简单；发动机可以采用纵置或横置方案，特别是采用横置发动机时，能缩短汽车的总长。加上取消了传动轴等因素的影响，汽车消耗的材料明显减少，使整备质量减轻；（7）发动机横置时，原主减速器的锥齿轮用圆柱齿轮取代，降低了制造难度，同时在装配和使用时也不必进行齿轮调整工作，此时变速器和主减速器可以使用同一种润滑油。发动机前置前轮驱动轿车的主要缺点是：前轮驱动转向需要采用等速万向节，其结构和制造工艺均复杂；前桥负荷较后轴重，并且前轮又是转向轮，故前轮工作条件恶劣，轮胎寿命短；上坡行驶时因驱动轮上附着力减少，汽车爬坡能力降低；一旦发生正面碰撞事故，发动机及其附件损失较大，维修费用高。2.发动机前置后轮驱动。发动机前置后轮驱动轿车有如下主要优点：轴荷分配合理，因而有利于提高轮胎的使用寿命；前轮不驱动，因而不需要采用等速万向节，并有利于减少制造成本；操纵机构简单；采暖机构简单，且管路短供暖效率高；发动机冷却条件好；上坡行驶时，因驱动轮上的附着力增大，故爬坡能力强；改装为客货两用车或救护车比较容易；有足够大的行李箱