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1、沈阳大学 凌永成,汽车工程概论,配 套 教 材 信 息,教材名称：汽车工程概论 教材作者：凌永成 教材定价：48 RMB 出版社：机械工业出版社 出版时间：2015年10月第1版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-111-51174-8 教材所属系列： 普通高等教育 “十三五”汽车类规划教材,第1章 汽车工业简史,1.1 汽车改变世界的机器,1.汽车世界工业经济发展的龙头,2.汽车科学技术的舞台,3. 汽车代表着现代文明的辉煌,4. 汽车优化交通结构的主力军,5.汽车也是一把双刃剑,1.2 汽车的产生与发展,1.2.1愿望与设想时期,1.我国的古代车辆,图1-1 三国时期马钧发明的指南
2、车（复制品）,a）示意图 b）复制品 图1-2 公元3世纪中国发明的记里鼓车,2.自走式车辆的幻想与探索,图1-3 1420年制造滑轮车,图1-4 1649年德国钟表匠制造的发条车,1.2.2汽车早期探索时期,1.蒸汽汽车,法国人居纽（Nicolas Joseph Cugnot）在1769年制造的蒸汽三轮车 。,1825年英国公爵古涅（Goldsworthy Gurney）制成了第一辆蒸汽公共汽车（图1-6）。,图1-6 第一辆蒸汽公共汽车,1899年，法国的杰那茨（Camille Jenatzy）驾驶着电动汽车创造了105kmh的最高车速记录。,2.电动汽车,图1-7 杰那茨在驾驶电动汽车（
3、 1899年）,图1-8 杰那茨制作的电动汽车（ 1899年）,1.2.3近代汽车的诞生与技术发展期,1.近代汽车的诞生,1862年，法国人罗彻斯（Beau de Rochas）提出了四冲程发动机循环理论（该理论至今仍为内燃机所采用），并取得四冲程发动机的专利。,1876年，一直从事煤气机试验的德国人奥托（Nieolaus August Otto）运用循环理论，试制成功了第一台活塞与曲轴相结合，将煤气与空气的混合气经压缩冲程后再点火燃烧的往复式四冲程煤气机，为提高内燃机工作效率开辟了新途径。,为了纪念奥托对内燃机发展所作的贡献，人们称这种循环为奥托循环。奥托的那个试制车间后来发展为赫赫有名的道
4、依茨（DEUTZ）发动机公司。,Nieolaus August Otto,1886年，戴姆勒将他制造的排量为0.46L、功率0.82kW、转速650rmin的发动机（图1-10）装在一辆据说由美国制造的马车上，最高车速达到18kmh。这辆车被公认为是世界上第一辆汽油发动机驱动的四轮汽车（图1-11）。,图1-10 戴姆勒制造的汽油发动机,图1-11 1886年戴姆勒的装有汽油机的四轮汽车,也是在1886年，另一位德国人卡尔本茨（CarlBenz）研制成功一台单缸两冲程汽油机，并将其装在一辆三轮车上于1886年进行了公开试车。,图1-12 卡尔本茨,图1-13 卡尔本茨的妻子(贝尔塔)在试车,这
5、辆车可以说是近代汽车的原型。该车的单缸发动机排量为0.576L，输出功率约0.52kW，转速为300rmin，车速约15kmh，并具备了近代汽车的一些基本特点，如：电火花点火、水冷循环、钢管车架、后轮驱动、前轮转向、带制动手把等。,这辆车（图1-14）现保存在慕尼黑科学博物馆内。,图1-14 1886年本茨制造的装有汽油机的三轮汽车,1886年1月29日，卡尔本茨向德国皇家专利局申请汽车专利，同年11月2 日获得批准。图1-15为属于卡尔本茨的世界上第一张汽车专利证书，专利号为37435，类别属于空气及气态动力机械类，专利名为气态发动机车。,图1-15 第一张汽车专利证书,为了纪念这两位天才的
6、发明家，人们把戴姆勒和卡尔本茨并称为汽车之父，并把1886年作为现代汽车诞生元年。,2.汽车的发展完善,德国人发明了汽车，但在促进汽车初期发展方面作出贡献最多的却是法国人。,1889年法国人标致（Peugeot）研制成功齿轮变速器、差速器；1891年法国人首次采用前置发动机后轮驱动，开发出摩擦片式离合器；1895年法国人开发出充气式橡胶轮胎；1898年法国的雷诺1号车采用了箱式变速器、万向节传动轴和齿轮主减速器；1902年法国的狄第安首次采用了流传至今的狄第安后桥半独立悬架。,其次，德国在1893年发明了化油器；1896年英国首次采用转向盘和石棉制动器片。,（1）发动机的完善,在这一时期，车用
7、汽油机逐渐完善起来。汽油汽化与点火问题得到了解决。,内燃机的冷却最初是用一根长而弯的管子让水循环流动来实现的。 1901年，威廉迈巴赫（WilhelmMaybach，图1-16）发明了蜂窝状的冷却水箱，为高效率的冷却打下了基础。,图1-16 威廉迈巴赫（WilhelmMaybach）,早期的汽车是靠手摇转动曲轴来起动发动机的。这种方式既费力又不方便，而且起动手柄（俗称“摇把子”）经常反弹伤人。,1917年，美国凯迪莱克公司研制了第一个电力起动机，解决了发动机起动问题。,有趣的是，这项发明最初是凯特林（Charles FKettering，图1-18。后成为美国通用汽车公司副总裁，Delco汽车
8、电器公司的创始人）为电动点钞机设计的，却歪打正着地用到了汽车上。,图1-18 凯特林在修理一辆别克汽车,（2）传动系统的完善,汽车靠传动轴传递功率后，在传动轴与发动机之间安置了变速器，使发动机在一定的转速内工作，而汽车可以有不同的行驶速度。,变速器中是靠齿轮传动的，主动齿轮与发动机联接，从动齿轮与驱动轴联接，行驶中换档由于两个齿轮转速不同而啮合困难，强行啮合就有打齿的危险。,1929年，凯迪拉克公司首先研制出同步器，通过同步器中锥面相互摩擦使两个齿轮转速相同时才允许啮合。彻底解决了换档问题，并一直沿用到现在。,图1-19 同步器,（3）制动系统的完善,汽车制动器开始是照搬马车上的结构，即用手刹
9、带动一个单支点的摩擦片来抱住后轮。当时一些汽车在底部安装一根拖针，当汽车在坡路上下滑时，拖针会扎入地下使车停住。,后来在车上又增加了脚刹，控制传动轴的转动。1914年开始出现轮内鼓式制动器（图1-20）。,1919年，法国海斯柏诺-索扎公司制成用脚踏板统一控制的四轮鼓式制动器，并由变速器驱动一个机械伺服机构来增加制动力，使制动效果大为改善。,1921年，美国的杜森伯格公司又推出了液压助力器，由一个主液压缸来放大制动力；以后又出现了气动助力的制动器。,制动装置逐渐形成了脚刹控制轮边制动，手刹控制传动轴制动的普遍的结构形式。,图1-20 早期的汽车制动与传动装置 a)匙型刹车；b)鼓式制动器； c
10、)皮带驱动；d）链条驱动 1-操作杆；2-弹簧； 3-车轮；4-平衡棒； 5-车轮分泵；6-制动蹄； 7-回位弹簧；8-制动蹄片（摩擦片）； 9-发动机；10-车架；11-链条；12-皮带,（4）行驶系统的完善,早期的汽车还是使用实心木轮的，但很快大部分汽车都采用了自行车所用的辐条式的铁制轮毂，外套实心橡胶轮。,这种实心轮当车速超过16kmh时，车轮就会剧烈跳动，使司机和乘客颠簸得无法忍受。这种实心轮有个非常形象贴切的名字震骨架！,1888年，英国兽医、发明家邓禄普（John Boyd Dunlop，1840-1921，图1-21）发明了世界上第一条用于三轮自行车的充气轮胎（此后，邓禄普发展成
11、为一个著名的汽车轮胎品牌，图1-22）。,图1-21 英国兽医、发明家邓禄普（John Boyd Dunlop，1840-1921）,图1-22 邓禄普充气轮胎,邓洛普发明了用于自行车的充气轮胎后不久，1895年，法国的米其林兄弟（Andre and Edouard Michelin）就制造出了用于汽车的充气轮胎。,图1-23 米其林兄弟,图1-24 第一条用于汽车的米其林充气轮胎,（5）对道路建设的促进,3.汽车的大量生产和销售,汽车技术的日益成熟使生产销售成为可能。1901年，美国人奥得尔生产和销售了425辆奥斯莫比尔牌（Oldsmobile，图1-26）汽车，1905年达6500辆，从此
12、开始了汽车大量生产的新纪元。,图1-26 奥斯莫比尔牌（Oldsmobile）汽车,1913年，福特首先发明了科学设计的汽车流水生产线并且很快被其它汽车厂商所仿效而风行一时。,图1-27 汽车流水生产线,福特汽车公司的T型车从1908年到1927年共生产了1500万辆，这一大量生产的世界纪录，到60年代才为德国大众公司的伏克斯瓦根牌（Volkswagen）甲壳虫汽车（图1-28）打破。据记载，到1923年美国已有23的家庭拥有一辆汽车。,图1-28 德国大众公司的甲壳虫汽车,在1927年以前，汽车技术集中解决经济性（包括购置、使用和维修费用在内）、可靠性和耐久性这类基本要求。,1926年，汽车
13、上开始有了液压制动器。为了提高燃油经济性，这一时期汽油机的压缩比有了较大的提高，一些载货车上采用了更省油的柴油发动机。,1905年，在美国的圣路易斯发生了最初的汽车被盗事件，于是发明了带钥匙的点火开关。,1917年发明了电动起动机，雨刷、制动灯、反光镜等也逐渐在这一时期被开发和使用。,1922年，在仪表板上出现了燃油表，1929年出现了车用收音机。渐渐地，现代汽车的基本要素均已具备。,4.注重美观和舒适的时期,（1）马车形汽车,1908年福特推出T型车时，车身由原来的敞开式改为封闭式，其舒适性、安全性都有很大提高。,福特将他的封闭式汽车(Closed car)称为Sedan。著名的福特T型车、
14、1892年的标致汽车、1902年的梅赛德斯汽车和雷诺汽车都属于马车形汽车。,图1-29 1908年开始生产的福特T型车,图1-30 1892年的标致汽车,（2）箱形汽车,随着车速的提高，迎面风使乘员难以忍受，为此考虑到改变汽车的外型，出现箱形汽车。这种造型的汽车，从整体上看是四方形的，形似箱子，并装有车门和车窗，称为箱形汽车。,杜森伯格 J 型汽车、1928年的奥斯汀12型汽车和1932年的杜森博格SJ高级汽车都属于箱形汽车。,图1-31 1930 DUESENBERG J 型汽车,（3）甲壳虫形汽车,1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻
15、力，这是具有历史意义的试验。,1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线形的车身外形设计。,1937年，德国设计天才费尔南德波尔舍开始设计类似甲壳虫外形的汽车。,图1-32 1934年克莱斯勒气流牌汽车,图1-33 德国大众公司的甲壳虫汽车,此外，1940年的林肯高级汽车（图1-34）、1946年的福特汽车（图1-35）等采用流线形车身外形设计的汽车也属于甲壳虫形汽车。,图1-34 1940年的林肯高级汽车,图1-35 1946年的福特汽车,（4）船形汽车,1949年起，无论是美国还是欧亚大陆均风靡船形车身，这种车身是福特汽车公司首先推出的既考虑了机械工程学、流体力学诸因素，又强调了以人为主
16、体，注重乘员舒适性和驾驶人操纵性的新车型。,图1-36所示1952年的福特汽车是船形车的典型代表。,图1-36 1952年的福特汽车,此外，1952年的别克汽车、1956年的雪佛兰汽车和1959年的凯迪拉克汽车也都属于船形汽车。,图1-37 1952年的别克汽车,图1-38 1956年的雪佛兰汽车,图1-39 1959年的凯迪拉克汽车,（5）鱼形汽车,为了克服船形汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，又开发出像鱼的脊背的鱼形汽车。,1952年，美国通用汽车公司的别克汽车开创了鱼形汽车的时代，而1969 年的美洲虎汽车则把鱼形汽车的设计推向极致。,图1-40 1952年生产的别克牌汽车,图1-41 1969 的美洲虎（jaguar）汽车,鱼形汽车存在着一些致命的弱点：一是由于鱼形车的后窗玻璃倾斜得过于厉害，致使玻璃的表面积增大了12倍，强度有所下降，产生了一些结构上的缺陷；二是当汽车高速
