汽车设计

一、课程介绍

《汽车设计》是针对车辆工程专业本科生在完成了基础课、专业基础课及大部分专业课程的学习之后开设的专业必修课。通过对汽车的总体设计、总成设计、零部件设计的通用方法和基本流程的讲授，使学生掌握分析和评价汽车及其各总成结构与性能的基本方法与专业知识，具备一定的综合运用所学知识分析和解决与汽车设计相关的复杂工程问题的能力，为今后继续深造或在车辆工程及相关领域从事设计、制造、实验、管理、科研和教学等工作打下坚实的理论基础。

Introduction

《Automotive Design》is a compulsory course for undergraduates majoring in vehicle engineering after completing basic courses, professional basic courses and most professional courses. By teaching the general methods and basic processes of automobile design, assembly design and parts design, students can master the basic methods and professional knowledge of analyzing and evaluating the structure and performance of automobiles and their assemblies, and have the ability to analyze and solve complex engineering problems related to automobile design with the knowledge they have learned, so as to lay a solid theoretical foundation for further study or for design, manufacture, experiment, management, scientific research and teaching in vehicle engineering and related fields.

课程基本信息

二、教学大纲

1、教学目标

1.1 教学目标

掌握汽车总体设计、总成设计及零部件设计所需的设计流程、理论和方法；运用数学、自然科学、工程基础和车辆工程专业知识，掌握科学、合理的分析和计算方法，满足汽车产品设计的性能要求；综合运用所学知识和方法对相关复杂工程问题进行研究、分析、运用、规划、设计、制造和实验；了解相关标准法规要求，建立起综合考虑各种因素进行工程问题分析的理念。

本课程达成如下业务能力培养要求：

1、使学生掌握并能够将汽车设计基础知识应用于车辆工程项目的设计中。

掌握并能够将车辆工程基础知识应用于汽车总布置设计及主要参数的选择、汽车底盘总成（离合器、变速器、万向节及驱动桥、悬架系统、转向器及转向系统、制动器及制动系统等）的构型分析及评价方法、汽车底盘总成的参数选择、设计计算及评价方法；汽车底盘总成的材料选择、工艺及实验研究方法以及汽车底盘总成关键零部件的刚度与强度的分析计算。

2、使学生在提出汽车总体、总成及零部件设计等复杂工程问题解决方案时，能充分考虑社会、健康、安全、法律、文化或环境等因素。

在设计车辆工程领域复杂工程问题解决方案时，能充分考虑社会、健康、安全、法律、文化或环境等因素，依据改善底盘总成及整车性能的设计原则和方法，进行汽车总布置、汽车离合器、汽车变速器、汽车万向节及驱动桥、汽车悬架系统、汽车转向系统以及汽车制动系统的方案分析与设计计算。

3、使学生能够根据研究方案制定实验方案，并选择合适的手段进行实验设计，进而分析结果与解释数据，综合得到合理有效结论。

基于汽车设计的原理和方法，对汽车工业新产品、新工艺、新技术和新设备进行实验研究，进行汽车前轮定位参数的测量和计算处理、进行汽车悬架弹簧静刚度测定、进行汽车机械式变速器效率测试以及进行汽车转向阻力矩测定实验，并对实验结果进行分析和解释，综合得到合理有效结论。

 

 

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

2、教学要求

教师要在课堂内进行大纲解读，使学生清楚本课程具体的课程目标，通过该课程的学习应掌握的知识和获得的能力；教师要积极备课，认真准备实验，对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。学生要掌握必备的学科和专业先修知识，必要时及时主动复习。课堂教学要通过理论知识教学，结合典型实例分析，充分利用多媒体动画教学使学生掌握理论知识，具备分析问题解决问题的能力。实验教学要培养学生动手操作能力，了解实验过程，具备工程实践基础，应积极、主动进行试验方案设计，在教师的指导意见下拟定试验大纲、进行试验操作。成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

完成学科基础课程和部分专业必修课程（汽车构造和汽车理论）。

4、教学方式

表2 教学方法（与教学目标对应）

5、实验环境和设备

汽车实验室。汽车四轮定位仪、专业举升机、车轮转角指示器、电控液压伺服实验台、汽车悬架弹簧静刚度实验台、电控动力传动系统实验台、方向盘转向力角仪。

6、课程教学内容及学时分配

6.1 教学内容及学时分配

第1章 汽车总体设计（8学时）

本章重点、难点：总体设计的基本要求和设计原则；汽车形式和汽车主要参数的选择方法；发动机、车身、轮胎等关键总成的选择理论；汽车总体布置的设计方法。

1.1概述（1学时）

知识点1：汽车总体设计的基本要求

知识点2：汽车新产品开发流程

1.2汽车形式的选择（1.5学时）

知识点1：不同标准对汽车的分类方法

知识点2：汽车轴数的选择

知识点3：汽车的驱动形式

知识点4：乘用车及商用车的布置形式特点

1.3汽车主要参数的选择（2.5学时）

知识点1：汽车的尺寸参数

知识点2：汽车的质量参数

知识点3：汽车的性能参数

1.4发动机的选择(1学时)

知识点1：发动机形式的选择

知识点2：发动机主要性能指标的选择

1.5车身形式的选择（0.5学时）

知识点1：乘用车的车身形式

知识点2：客车的车身形式

1.6轮胎的选择（0.5学时）

知识点1：轮胎的类型及选用

知识点2：轮胎负荷系数

1.7汽车的总体布置（1学时）

知识点1：整车布置的基准线

知识点2：各总成部件的布置

1.8运动校核（0学时）

第2章 离合器设计（6学时）

本章重点、难点：离合器主要参数的选择及其设计与计算方法；扭转减振器、离合器操纵机构和相关结构元件的设计方法。

2.1概述（0.5学时）

知识点1：离合器设计的基本要求

2.2离合器结构方案分析（1学时）

知识点1：从动盘数的选择

知识点2：压紧弹簧和布置形式的选择

2.3离合器的主要参数选择（1学时）

知识点1：离合器的后备系数

知识点2：单位压力及几何参数

2.4离合器的设计与计算（2学时）

知识点1：离合器基本参数的优化

知识点2：膜片弹簧参数的选择及计算

2.5扭转减振器的设计（0.5学时）

知识点1：扭转减振器的设计参数

2.6离合器的操纵机构（0.5学时）

知识点1：离合器操纵机构的设计计算

2.7离合器的结构元件（0.5学时）

知识点1：离合器主要零部件设计要求

第3章 机械式变速器设计 （6学时）

本章重点、难点：机械变速器器主要参数的选择及其设计与计算方法；同步器、变速器操纵机构和相关结构元件的设计方法。

3.1概述（0.5学时）

知识点1：机械式变速器设计的基本要求

3.2变速传动机构布置方案（1学时）

知识点1：两轴式变速器的布置方案

知识点2：中间轴式变速器的布置方案

知识点3：变速器换挡机构的形式

3.3变速器主要参数的选择（1.5学时）

知识点1：变速器中心距的确定

知识点2：变速器齿轮参数的确定

知识点3：各挡齿轮齿数的分配

3.4变速器的设计与计算（1学时）

知识点1：齿轮的强度计算

知识点2：轴的强度计算

3.5同步器设计（1学时）

知识点1：同步器的类型及主要参数确定

知识点2：同步器的计算

3.6变速器操纵机构（0.5学时）

知识点1：操纵机构的类型及特点

3.7变速器结构元件（0.5学时）

知识点1：主要结构元件的设计要求

第4章 万向传动轴的设计（4学时）

本章重点、难点：万向节和传动轴的主要参数选择及其设计与计算方法；中间支承和相关结构元件的设计方法。

4.1概述（0.5学时）

知识点1：万向传动轴设计的基本要求

4.2万向节结构方案分析（1学时）

知识点1：十字轴式万向节的方案分析

知识点2：等速万向节的方案分析

4.3万向节传动的运动分析和受力分析（1学时）

知识点1：十字轴式万向节的传动分析

知识点2：等速万向节的传动分析

4.4万向节设计（0.5学时）

知识点1：万向传动轴的计算载荷

知识点2：十字轴式万向节的设计

4.5传动轴结构分析与设计（0.5学时）

知识点1：临界转速及其对传动轴设计的影响

4.6中间支承结构分析与设计（0.5学时）

知识点1：中间支承的典型结构分析

第5章 驱动桥设计（8学时）

本章重点、难点：主减速器和差速器的主要参数选择及其设计与计算方法；车轮传动装置、驱动桥壳和相关结构元件的设计方法。

5.1 概述（0.5学时）

知识点1：驱动桥设计的基本要求

5.2驱动桥结构方案分析（0.5学时）

知识点1：断开式与非断开式驱动桥结构方案对比

5.3主减速器设计（3学时）

知识点1：主减速器的结构形式特点

知识点2：主减速器的支承方案

知识点3：主减速器齿轮的计算载荷

知识点4：主减速器锥齿轮的参数选择

知识点5：主减速器锥齿轮及轴承的强度计算

5.4差速器设计（2学时）

知识点1：对称锥齿轮式差速器的结构设计

知识点2：普通锥齿轮差速器齿轮设计与强度校核

5.5车轮传动装置设计（1学时）

知识点1：半轴结构形式分析

知识点2：全浮式半轴的设计计算

知识点3：半浮式半轴的设计计算

5.6驱动桥壳设计（0.5学时）

知识点1：驱动桥壳的强度计算

5.7驱动桥的结构元件（0.5学时）

知识点1：常见结构元件设计要求

第6章 悬架设计 （8学时）

本章重点、难点：悬架主要参数的选择及其设计与计算方法；独立悬架导向杆系、减振器和相关结构元件的设计方法。

6.1概述（0.5学时）

知识点1：汽车悬架设计的基本要求

6.2悬架结构形式分析（1.5学时）

知识点1：悬架典型结构形式分析

知识点2：前、后悬架的方案选择

知识点3：辅助元件

6.3悬架主要性能参数的确定（1.5学时）

知识点1：悬架静挠度

知识点2：悬架动挠度

知识点3：悬架弹性特性

知识点4：后悬架主、副簧刚度的分配

知识点5：悬架侧倾角刚度及其在前、后轴的分配

6.4弹性元件的计算（1.5学时）

知识点1：钢板弹簧主要参数的确定

知识点2：钢板弹簧的刚度验算

知识点3：钢板弹簧的强度验算

6.5独立悬架导向机构设计（2学时）

知识点1：前、后轮悬架导向机构的设计要求

知识点2：导向机构的布置参数

知识点3：导向机构的设计

6.6减振器（0.5学时）

知识点1：减振器主要设计参数的确定

6.7悬架的结构元件（0.5学时）

知识点1：悬架典型结构元件

第7章 转向系设计（5学时）

本章重点、难点：机械式转向器主要参数的选择及其设计与计算方法；动力转向系、转向梯形和相关结构元件的设计方法。

7.1概述（0.5学时）

知识点1：汽车转向系设计的基本要求

7.2机械系转向器结构方案分析（1学时）

知识点1：齿轮齿条式转向器的方案分析

知识点2：循环球式转向器的方案分析

7.3转向系主要性能参数（1.5学时）

知识点1：转向器的正效率和逆效率

知识点2：转向器的力传动比和角传动比

知识点3：变速比转向器的设计

知识点4：转向器传动间隙特性

7.4机械式转向器的设计与计算（1学时）

知识点1：转向器计算载荷的确定

知识点2：典型转向器的设计

7.5动力转向机构设计（0.5学时）

知识点1：动力转向机构的设计要求

7.6转向梯形（0.5学时）

知识点1：整体式和断开式转向梯形方案分析

7.7转向减振器（0学时）

7.8转向系结构元件（0学时）

第8章 制动系设计（5学时）

本章重点、难点：制动器主要参数的选择及其设计与计算方法；制动驱动机构、制动力调节机构和相关结构元件的设计方法。

8.1 概述（0.5学时）

知识点1：汽车制动系设计的基本要求

8.2制动器结构方案分析（1.5学时）

知识点1：鼓式制动器结构方案分析

知识点2：盘式制动器结构方案分析

8.3制动器主要性能参数（0.5学时）

知识点1：鼓式制动器主要参数选择

知识点2：盘式制动器主要参数选择

8.4制动器的设计与计算（1.5学时）

知识点1：鼓式制动器的设计计算

知识点2：盘式制动器的设计计算

知识点3：其他参数的选择与计算

8.5制动驱动机构机构设计（1学时）

知识点1：制动驱动机构的形式

知识点2：分路系统的形式特点

8.6制动力调节机构（0学时）

8.7制动器的主要结构元件（0学时）

6.2 教学内容与教学目标

表3 教学内容与教学目标对应关系

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

表4 实验项目一览表

 

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

8.1考核方法

表5 考核方法（与教学目标对应）

 

 

 

 

 

 

 

 

8.2考核标准

表6 考核标准

 

 

8.3成绩评定

（1）课程作业

采用百分制，每次作业50分。由教师根据参考答案评阅，给出成绩。

（2）期末考试

采用百分制。由教师根据标准答案评阅，给出成绩。

（3）课程实验

采用百分制，其考核标准见表7。

表7《汽车设计》课程实验评分标准

（4）成绩评定

采用百分制。

总评成绩=期末考试成绩×80%+课程实验成绩×10%+课程作业成绩×10%。

无实验成绩，总成绩为不及格。