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汽车的基础小知识—— 转动系统

发布时间:

2014-04-25 11:41

第一节 传动系统概述

传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给汽车的驱动车轮,产生驱动力,使汽车能在一定速度上行驶。

对于前置后驱的汽车来说,发动机发出的转矩依次经过离合器、变速箱、万向节、传动轴、主减速器、差速器、半轴传给后车轮,所以后轮又称为驱动轮。驱动轮得到转矩便给地面一个向后的作用力,并因此而使地面对驱动轮产生一个向前的反作用力,这个反作用力就是汽车的驱动力。汽车的前轮与传动系一般没有动力上的直接联系,因此称为从动轮。

传动系的组成和布置形式是随发动机的类型、安装位置,以及汽车用途的不同而变化的。例如,越野车多采用四轮驱动,则在它的传动系中就增加了分动器等总成。而对于前置前驱的车辆,它的传动系中就没有传动轴等装置。

第二节 传动系的布置型式

机械式传动系常见布置型式主要与发动机的位置及汽车的驱动型式有关。可分为:

1. 前置前驱—FR:即发动机前置、后轮驱动

这是一种传统的布置型式。国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车都采用这种型式。

2. 后置后驱—RR:即发动机后置、后轮驱动

在大型客车上多采用这种布置型式,少量微型、轻型轿车也采用这种型式。发动机后置,使前轴不易过载,并能更充分地利用车箱面积,还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李,也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差,行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出,在大型客车上应用越来越多。

3.前置前驱—FF:发动机前置、前轮驱动

这种型式操纵机构简单、发动机散热条件好。但上坡时汽车质量后移,使前驱动轮的附着质量减小,驱动轮易打滑;下坡制动时则由于汽车质量前移,前轮负荷过重,高速时易发生翻车现象。现在大多数轿车采取这种布置型式。

4. 越野汽车的传动系

越野汽车一般为全轮驱动,发动机前置,在变速箱后装有分动器将动力传递到全部车轮上。目前,轻型越野汽车普遍采用4×4驱动型式,中型越野汽车采用4×4或6×6驱动型式;重型越野汽车一般采用6×6或8×8驱动型式。

第三节 离合器

离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内,用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上,离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中,驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板,使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合,以切断或传递发动机向变速器输入的动力。

离合器的功用主要有:

1. 保证汽车平稳起步

起步前汽车处于静止状态,如果发动机与变速箱是刚性连接的,一旦挂上档,汽车将由于突然接上动力突然前冲,不但会造成机件的损伤,而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力,使发动机转速急剧下降而熄火。如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速箱分离,然后离合器逐渐接合,由于离合器的主动部分与从动部分之间存在着滑磨的现象,可以使离合器传出的扭矩由零逐渐增大,而汽车的驱动力也逐渐增大,从而让汽车平稳地起步。

2. 便于换档

汽车行驶过程中,经常换用不同的变速箱档位,以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速箱暂时分离,那么变速箱中啮合的传力齿轮会因载荷没有卸除,其啮合齿面间的压力很大而难于分开。另一对待啮合齿轮会因二者圆周速度不等而难于啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击,容易损坏机件。利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后进行换档,则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除,啮合面间的压力大大减小,就容易分开。而待啮合的另一对齿轮,由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小,采用合适的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等,从而避免或减轻齿轮间的冲击。

3. 防止传动系过载

汽车紧急制动时,车轮突然急剧降速,而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性,仍保持原有转速,这往往会在传动系统中产生远大于发动机转矩的惯性矩,使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠磨擦力来传递转矩的,所以当传动系内载荷超过磨擦力所能传递的转矩时,离合器的主、从动部分就会自动打滑,因而起到了防止传动系过载的作用。

第四节 变速箱

变速箱是汽车传动系中最主要的部件之一。

它的功用是:

1.在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小。

由于汽车行驶条件不同,要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如在高速路上车速应能达到100km/h,而在市区内,车速常在50km/h左右。空车在平直的公路上行驶时,行驶阻力很小,则当满载上坡时,行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小,而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。

2. 实现倒车行驶

汽车发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的,而汽车有时需要能倒退行驶,因此,往往利用变速箱中设置的倒档来实现汽车倒车行驶。

3.实现空档

当离合器接合时,变速箱可以不输出动力。例如可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。

变速箱由变速传动机构和变速操纵机构两部分组成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向;操纵机构的主要作用是控制传动机构,实现变速器传动比的变换,即实现换档,以达到变速变矩。

机械式变速箱主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说,变速箱内有多组传动比不同的齿轮副,而汽车行驶时的换档行为,也就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。如在低速时,让传动比大的齿轮副工作,而在高速时,让传动比小的齿轮副工作

第五节 分动器

越野车需要经常在坏路和无路情况下行驶,尤其是军用汽车的行驶条件更为恶劣,这就要求增加汽车驱动轮的数目,因此,越野车都采用多轴驱动。例如,如果一辆前轮驱动的汽车两前轮都陷入沟中(这种情况在坏路上经常会遇到),那汽车就无法将发动机的动力通过车轮与地面的磨擦产生驱动力而继续前进。而假如这辆车的四个轮子都能产生驱动力的话,那么,还有两个没陷入沟中的车轮能正常工作,使汽车继续行驶。

分动器的功用就是将变速器输出的动力分配到各驱动桥,并且进一步增大扭矩。分动器也是一个齿轮传动系统,它单独固定在车架上,其输入轴与变速器的输出轴用万向传动装置连接,分动器的输出轴有若干根,分别经万向传动装置与各驱动桥相连。

大多数分动器由于要起到降速增矩的作用而比变速箱的负荷大,所以分动器中的常啮齿轮均为斜齿轮,轴承也采用圆锥滚子轴承支承。

第六节 万向传动器

万向传动装置一般由万向节、传动轴和中间支承组成。其功用是在轴线相交且相对位置经常变化的两转轴之间可靠地传递动力。

在现代汽车的总体布置中,发动机、离合器和变速箱连成一体固装在车架上,而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接。由此可见,变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线不在同一平面上。当汽车行驶时,车轮的跳动会造成驱动桥与变速器的相对位置(距离、夹角)不断变化,故变速器的输出轴与驱动桥的输入轴不可能刚性连接,必须安装有万向传动装置。此外,由于越野汽车的前轮既是转向轮又是驱动轮。作为转向轮,要求在转向时可以在规定范围内偏转一定角度;作为驱动轮,则要求半轴在车轮偏转过程中不间断地把动力从主减速器传到车轮。因此,半轴不能制成整体而必须分段,中间用等角速万向节相连。

万向节按其刚度的大小可分为刚性万向节和挠性万向节,前者的动力是靠零件的铰链式联接传递的;而后者的动力则是靠弹性零件传递的,如橡胶盘、橡胶块等,由于弹性元件的变形量有限,因而挠性万向节一般用于两轴间夹角不大以及有微量轴向位移的轴间传动。刚性万向节分为不等速万向节(如常见的十字轴式)、准等速万向节(双联式、三销轴式)和等速万向节(球叉式、球笼式)等 。

第七节 主减速器

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说,主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。

汽车正常行驶时,发动机的转速通常在2000至3000r/min左右,如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来,那么变速箱内齿轮副的传动比则需很大,而齿轮副的传动比越大,两齿轮的半径比也越大,换句话说,也就是变速箱的尺寸会越大。另外,转速下降,而扭矩必然增加,也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以,在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器,可使主减速器前面的传动部件如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小,也可变速箱的尺寸质量减小,操纵省力。

现代汽车的主减速器,广泛采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。双曲面齿轮工作时,齿面间的压力和滑动较大,齿面油膜易被破坏,必须采用双曲面齿轮油润滑,绝不允许用普通齿轮油代替,否则将使齿面迅速擦伤和磨损,大大降低使用寿命。

第八节 差速器

驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同的角速度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大,将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等(轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等)而引起车轮的滑动。

车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车辆能以不同的角速度转动。通常从动车轮用轴承支承在心轴上,使之能以任何角速度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轮间差速器。

多轴驱动的越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮的滑动,有的在两驱动桥之间装有轴间差速器。

现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。

齿轮式差速器当左右驱动轮存在转速差时,差速器分配给慢转驱动轮的转矩大于快转驱动轮的转矩。这种差速器转矩均分特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时,却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时,虽然另一驱动轮在良好路面上,汽车却往往不能前进(俗称打滑)。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转,在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小,路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩,因此差速器分配给此轮的转矩也较小,尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大,但因平均分配转矩的特点,使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩,以致驱动力不足以克服行驶阻力,汽车不能前进,而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进,反而浪费燃油,加速机件磨损,尤其使轮胎磨损加剧。有效的解决办法是:挖掉滑转驱动轮下的稀泥或在此轮下垫干土、碎石、树枝、干草等。

为提高汽车在坏路上的通过能力,某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器。防滑差速器的特点是,当一侧驱动轮在坏路上滑转时,能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮,以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力,使汽车顺利起步或继续行驶。

第九节 半轴

半轴是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴,其内端一般通过花键与半轴齿轮连接,外端与轮毂连接。

现代汽车常用的半轴,根据其支承型式不同,有全浮式和半浮式两种。

全浮式半轴只传递转矩,不承受任何反力和弯矩,因而广泛应用于各类汽车上。全浮式半轴易于拆装,只需拧下半轴突缘上的螺栓即可抽出半轴,而车轮与桥壳照样能支持汽车,从而给汽车维护带来方便。

半浮式半轴既传递扭矩又承受全部反力和弯矩。

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