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汽车工程概论教学课件作者凌永成第4章汽车基本

作者:福建体彩 发布于:2019-09-30 09:50 点击量:

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  4.3 汽车底盘构造 4.3.1 汽车传动系 1.传动系的功用与组成 汽车传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动车轮,使汽车行驶。 图4-31 机械式传动系的组成及布置 1-离合器;2-变速器;3-万向节;4-驱动桥;5-差速器;6-半轴;7-主减速器;8-传动轴 传动系应具有如下功能: (1)减速和变速 (2)实现汽车倒驶 (3)中断传动 (4)差速作用 2.离合器 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件。离合器的功用就是由驾驶人控制,根据需要随时切断和接通发动机传给传动系的动力,从而保证了汽车的平稳起步、换挡平顺,同时还可以防止传动系过载(过载时离合器自动打滑)。 图4-32 离合器 3.变速器 (1)变速器的功用 变速器的主要功用是: ①在较大的范围内改变汽车的行驶速度和汽车驱动轮上转矩的数值; ②在发动机旋转方向不变的前提下,利用倒挡实现汽车倒向行驶; ③在发动机不熄火的情况下,利用空挡中断动力传递,可以使驾驶员松开离合器踏板,离开驾驶位置,且便于汽车起动、怠速、换挡和动力输出。 汽车上广泛使用的活塞式发动机,其输出的扭矩和转速变化范围很小,而汽车在行驶中所遇到的复杂的道路条件和使用条件要求汽车的驱动力和车速能在相当大的范围内变化。为此,在汽车的传动系中设置了变速器。 (2)变速器的分类 ①有级式变速器。 有级式变速器应用最为广泛,传动方式采用齿轮传动(包括普通齿轮传动和行星齿轮传动)。它具有若干个数值一定的传动比,传动比的变化呈阶梯式或跳跃式。目前,轿车和轻、中型载货汽车装用的有级式变速器多为3~6个前进挡和一个倒挡。 图4-33 有级式变速器 ②无级式变速器。无级式变速器有电力式和液力式两种,传动部件分别为直流串激电动机和液力变矩器。它的传动比在一定数值范围内可以连续多级变化。 近年来,金属带式无级变速器CVT (Continuously Variable Transmission)在中高档乘用车中的应用日渐增多。 图4-34 奥迪multitronic CVT剖视图 ③综合式变速器。综合变速器是由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的电控液力机械式变速器,其传动比可以在最大值和最小值之间的几个间断的范围内作无级变化。 图4-35 电控液力机械式变速器 4.万向传动装置 在汽车上,万向传动装置主要用于变速器与驱动桥之间、变速器与分动器之间实现变角度的动力传递,在转向驱动桥和某些汽车的转向操纵机构中也有应用。 1-万向节;2-前传动轴;3-中间支承;4-传动轴 图4-36 万向传动装置在汽车上的应用 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成,必要时还可加装中间支承。 图4-37 万向传动装置 1-变速器;2-中间支承;3-后驱动桥;4-后传动轴;5-球轴承;6-前传动轴 5.驱动桥 驱动桥的功用是将万向传动装置传来的发动机动力经减速增矩改变传动方向后,分配给左、右驱动轮,并且允许左、右驱动轮以不同转速旋转。 驱动桥通常由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳组成。主减速器可减速增矩,并可改变发动机转矩的传递方向,以适应汽车的行驶方向。 差速器可保证左、右驱动轮以不同的转速旋转。半轴把转矩从差速器传到驱动轮。桥壳支承汽车的部分质量,承受驱动轮上的各种力及力矩,并起到保护主减速器、差速器和半轴的作用。 图4-38 驱动桥示意图 1-轮毂;2-半轴;3-驱动桥壳;4-主减速器;5-差速器 按驱动轮与桥壳的连接关系,驱动桥分非断开式驱动桥和断开式驱动桥两种。 图4-39 非断开式驱动桥 1-后桥壳;2-差速器壳;3-差速器行星齿轮;4-差速器半轴齿轮; 5-半轴; 6-主减速器从动齿轮齿圈;7-主减速器主动小齿轮 图4-40 断开式驱动桥 (4)主减速器 主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速,并可根据需要改变转矩的方向。 主减速器由主动锥齿轮、从动锥齿轮、圆锥滚子轴承及其他附件组成。 图4-41 主减速器 图4-42 主减速器的组成 1-差速器轴承盖;2-轴承调整螺母;3、13、17-圆锥滚子轴承;4-主减速器壳;5-差速器壳;6-支承螺栓;7-从动锥齿轮;8-进油道;9、14-调整垫片;10-防尘罩;11-叉形凸轮;12-油封;15-轴承座;16-回油道;18-主动锥齿轮;19-圆柱滚子轴承;20-行星齿轮垫片;21-行星齿轮;22-半轴齿轮推力垫片;23-半轴齿轮;24-行星齿轮轴(十字轴);25-螺栓 图4-43 东风EQ1090E型汽车单级主减速器及差速器 (5)差速器 汽车直线行驶时,行星齿轮自身不转动,只随行星齿轮轴、差速器保持架、大锥齿轮绕半轴轴线公转,两个半轴齿轮就由行星齿轮带动以同样的转速旋转。 当汽车转弯时,行星齿轮不仅如前述同样地绕半轴轴线公转,而且还通过绕行星齿轮轴本身的自转,使两根半轴有不同的转速。 对于普通差速器(图4-44),由于行星齿轮的作用,两根半轴传递着相同的转矩。如果某一侧半轴的阻力消失(如一侧车轮陷于淤泥中),另一侧半轴也无法传递转矩,车辆便无法开动。 图4-44 普通差速器 4.3.2 汽车行驶系 1.汽车行驶系概述 汽车行驶系由车架、悬架、车轴和车轮组成。车架对汽车并不一定是必需的,只有在非承载式车身结构中需用车架联接并支承车身、发动机和传动系、悬架等零件,承受和传递底盘零件传来的外力,还提供撞车时所需的强度和吸收冲击能量的能力。 2.车桥 车桥(也称车轴)通过悬架与车架(或承载式车身)相连接,两端安装汽车车轮。车架所受的垂直载荷通过车桥传到车轮;车轮上的滚动阻力、驱动力、制动力和侧向力及其弯矩、转矩又通过车桥传递给悬架和车架,故车桥的作用是传递车架与车轮之间的各向作用力及其所产生的弯矩和转矩。 (1)转向桥 转向桥利用转向节使车轮偏转一定的角度以实现汽车的转向,同时还承受和传递车轮与车架之间的垂直载荷、纵向力和侧向力以及这些力所形成的力矩。转向桥通常位于汽车的前部,因此也常称为前桥。 图4-45 北京BJ1040型汽车转向桥(前桥) 1-钢板弹簧座; 2-前轴; 3-转向节臂; 4-转向横拉杆; 5-推力轴承; 6-车轮转角限位螺钉; 7-前轴拳形件; 8-主销; 9-转向节 (2)转向轮定位 为了保持汽车直线行驶的稳定性、转向的轻便性和减轻轮胎的磨损,转向轮、转向节和前轴三者之间与车架必须保持一定的相对位置,这种具有一定相对位置的安装称为转向轮定位,也称前轮定位。 正确的前轮定位应做到:可使汽车直线行驶稳定而不摆动;转向时转向盘上的作用力不大;转向后转向盘具有自动回正作用;轮胎与地面间不打滑以减少油耗;延长轮胎使用寿命。 前轮定位包括:主销后倾、主销内倾、前轮外倾及前轮前束。 3.车轮与轮胎 (1)车轮 汽车的车轮由轮毂、轮辋以及这两部分的联接件组成。车轮要求坚固、轻便和平衡。现代汽车所使用的车轮主要可 分为三种:压制钢盘车轮、钢丝辐条车轮和轻合金铸造车轮(图4-46),其中压制钢盘车轮因易于大量生产,成本较低,刚度适中,轻便、坚固而应用最广泛;后两种车轮成本较高,多为跑车和赛车采用。 a)压制钢盘车轮; b)钢丝辐条车轮; c)轻合金铸造车轮 图4-46 三种型式的车轮 (2)轮胎 汽车轮胎安装在轮辋上,直接与路面接触。轮胎的种类繁多,可按其用途、结构、材料、胎面花纹以及充气压力等区分。 按照轮胎气压的大小分为高压轮胎(充气压力0.5~0.7MPa、低压轮胎(充气压力0.2~0.5MPa)和超低压轮胎(充气压力<0.2MPa的)。 普通车辆的轮胎多为低压轮胎,载货车随载重量的增加,轮胎压力提高。超低压轮胎主要用于坏路或无路条件下行驶。 有的机动性要求很高的越野车装有自动充、放气系统,可根据路面条件调节轮胎气压。 4.悬架 悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切传力联接装置的总称。现代汽车尽管有不同结构型式的悬 架,但一般都是由弹性元件、减振器和导向装置三部分组成,它们分别起缓冲、减振和导向作用,同时又都起传力作用。 悬架有两大类,即非独立悬架和独立悬架(图4-47)。 a)非独立悬架 b)独立悬架 图4-47 非独立悬架和独立悬架 图4-48 几种典型的独立悬架示意图 4.3.3 汽车转向系 图4-49 机械转向系的结构 汽车在行驶中,经常需要改变行驶方向。汽车上用来改变汽车行驶方向的机构称为汽车转向系。汽车行驶方向的改变是由驾驶员通过操纵转向系来改变转向轮(一般是前轮)的偏转角度实现的。 4.3.4 汽车制动系 一般汽车应包括两套独立的制动系:行车制动系(脚制动系)和驻车制动系(手制动系)。行车制动系的功用是使正在行驶中的汽车减速或在最短距离内停车;驻车制动系的功用是使已停在各种路面上的汽车驻留原地不动。 图4-50 典型的汽车制动系统 4.4 车身与附属设备 4.4.1 车身的功用与组成 汽车车身是运送乘客、货物和驾驶员工作的场所,车身应具备使乘客和货物免受尘土、雨雪、振动、噪音、废气侵袭,使驾驶员工作便利的条件。车身上的一些结构措施和设备还应有助于行车安全和减轻交通事故造成的人身伤害。 车身的造型应能保证有效地引导周围的气流,以减少空气阻力和燃料消耗,且有助于提高汽车行驶稳定性和改善发动机冷却条件,保证车身内部通风良好。 汽车车身主要包括:车身壳体、车门、车窗、前后钣制件、车身附件、车身内外装饰件、座椅、通风、暖风、冷风、空调装置等。货车和专用汽车上还包括货箱和其它专用设备。 4.4.2车身的类型 1.按结构型式分 (1)骨架式车身 (2)半骨架式车身 (3)无骨架式车身 2.按受力情况分 (1)非承载式车身 (2)半承载式车身 (3)承载式车身 乘用车车身无明显骨架,一般采用承载式或非承载式。 图4-51 乘用车车身 4.4.3 汽车仪表 汽车仪表是驾驶人通过视觉了解汽车工作状态的必备部件,其种类很多,但大致分为读取数值的仪表(如车速表)和判断车况是否正常的仪表(或装置)两大类。 这些仪表安装在驾驶人最容易看得见的驾驶人座椅对面的仪表板上(图4-52)。 图4-52 桑塔纳3000乘用车仪表板 4.4.4安全防护装置 1.安全带 椅安全带通过高强度的织带约束乘员的运动,减轻或避免乘员与其它物体碰撞损伤。同时,当汽车失去平衡、倾覆或翻滚时,安全带将人体约束在座椅上,使其避免在车内翻滚而造成二次或多次碰撞。 图4-53 汽车安全带 2.安全气囊 现在,越来越多的汽车都装备有安全气囊。其目的是辅助保护乘员,基本前提是乘员要佩戴安全带。 在驾驶人安全气囊的基础上,又增加了前排乘员侧安全气囊和侧向安全气帘,使得汽车的被动安全性能大为提高。 图4-54 大众辉腾乘用车的安全气囊和侧向安全气帘 4.4.5汽车空调 图4-55 制冷系统工作原理示意图 1-电磁离合器;2-压缩机;3-轴流式冷却风机;4-车外冷空气;5-冷凝器;6-储液干燥器;7-热空气(吹向发动机);8-高压管路;9-车内热空气;10-离心式冷却风机;11-节流膨胀阀;12-蒸发器;13-冷空气(吹入车内);14-低压管路;15-压缩机驱动皮带 GAME OVER 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4章 汽车基本构造 4.1 汽车总体构造 1. 发动机 发动机是汽车的动力装置,它的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。一般汽车都采用往复活塞式内燃机。车用发动机一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系(汽油发动机用)和起动系等几部分组成。 图4-1 发动机(解剖照片) 2.底盘 底盘由传动装置、行驶和控制装置几部分构成。 行驶和控制装置(图4-3)是将汽车各总成及部件连接成一个整体、起到支承全车并保证汽车正常行驶的装置,包括制动器、转向器、悬架、车轮等部件。 图4-2 传动装置 传动装置(图4-2)是将发动机输出的动力传给驱动车轮的装置,包括离合器、变速器(或变速驱动桥)、传动轴、驱动桥(主减速器、差速器)等部件。 图4-3 行驶和控制装置 3. 车身 车身是形成驾驶人和乘员乘坐空间的装置,也是存放行李等物品的工具。因此,要求车身既要为驾驶人提供方便的操作条件,又要为乘员提供舒适的环境;既要保护全体乘员的安全,又要保证货物完好无损。 也就是说,车身既是保安部件又是承载部件。在现代汽车中,车身又是技术与艺术的有机结合的艺术品。乘用车车身由本体、内外装饰和车身附件等组成。 图4-4 车身 4. 电气设备 电气设备是汽车的重要组成部分,由电源、发动机点火系(汽油机)和起动系、照明和信号装置、空调、仪表和报警系统以及辅助电器等组成。 对于高级乘用车,更多地采用了现代新技术,尤其是电子技术,如微处理机(汽车电脑)、中央计算机系统及各种人工智能装置等,从而显著地提高了汽车的性能。 图4-5 电气设备 图4-6 典型乘用车的总体构造 4.2发动机构造 4.2.1发动机工作原理与分类 1.发动机的分类 发动机是将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。将热能转化为机械能的发动机,称为热力发动机(热机),其中的热能是由燃料燃烧产生的。 内燃机是热力发动机的一种,其特点是液体或气体燃料和空气混合后直接输入机器内部燃烧而产生热能,然后再转变成机械能。 根据车用内燃机将热能转化为机械能的主要构件形式的不同,可分为活塞式内燃机和燃气轮机两大类。 前者又可按活塞运动方式不同分为往复活塞式和旋转活塞式两种。往复活塞式内燃机在汽车上应用最广泛。汽车发动机(指汽车用活塞式内燃机)可以根据不同的特征分类: (1)按着火方式分类 可分为压燃式与点燃式发动机。 (2)按使用燃料种类分类 可分为汽油机、柴油机、气体燃料发动机、煤气机、液化石油气发动机及多种燃料发动机等。 (3)按冷却方式分类 可分为水冷式、风冷式发动机。 图4-7 水冷式发动机 图4-8 风冷式发动机 (4)按进气状态分类 可分为非增压(或自然吸气)和增压发动机。 图4-9 非增压(自然吸气)发动机 图4-10 增压发动机 (5)按冲程数分类 活塞往复四个单程(或曲轴旋转两转)完成一个工作循环的称为四冲程发动机;活塞往复两个单程(或曲轴旋转一转)完成一个工作循环的称为二冲程发动机。 (6)按气缸数及布置方式分类 按气缸数可分为单缸发动机和多缸发动机;按气缸中心线的布置可分为立式、斜置式与卧式发动机;多缸发动机根据气缸间的排列方式可分为直列式、对置式和Ⅴ形等发动机。 图4-11 对置式发动机 图4-12 Ⅴ形发动机 2.内燃机产品名称和型号编制规则 我国内燃机均按所采用的燃料命名,如汽油机、柴油机、天然气机、煤气机、沼气机、双(多种)燃料发动机等。根据GB/T 725-2008《内燃机产品名称和型号编制规则》的规定,按照图4-13对国产内燃机产品进行命名。 符号 含义 无符号 多缸直列及单缸 V V形 P 卧式 H H形 X X形 注:其他布置型式符号见GB/T 1883.1。 表4-1 气缸布置型式符号 符号 结构特征 无符号 冷却液冷却 F 风冷 N 凝气冷却 S 十子头式 Z 增压 ZL 增压中冷 DZ 可倒转 表4-2 结构特征符号 符号 用途 无符号 通用型及固定动力(或由制造商自定) T 拖拉机 M 摩托车 G 工程机械 Q 汽车 J 铁路机车 D 发电机组 C 船用主机、右机基本型 CZ 船用主机、左机基本型 Y 农用三轮车(或其他农用车) L 林业机械 注:内燃机左机和右机的定义按GB/T 726的规定执行。 表4-3 用途特征符号 柴油机型号示例: ①R175A——单缸、四冲程、缸径75mm、冷却液冷却、通用型柴油发动机(R为系列代号,A为系列产品改进的区分符号)。 ②YZ6102Q——6缸、直列、四冲程、缸径102mm、冷却液冷却、车用柴油发动机(YZ为扬州柴油机厂代号)。 汽油机型号示例: ①1E65F/P ——单缸、二冲程、缸径65mm、风冷、通用型汽油发动机。 ②4100Q/P—A ——4缸、直列、四冲程、缸径100mm、冷却液冷却、汽车用汽油发动机(A为区分符号)。 3.四冲程发动机工作原理 图4-14 四冲程汽油机工作原理图 1-曲轴;2-连杆;3-活塞;4-燃烧室;5-混合气进入气缸;6-进气门打开;7-火花塞;8-排气门关闭;9、10-进、排气门均关闭;11-火花塞跳火;12-进气门关闭;13-排气门打开;14-燃烧后的废气(尾气)排出气缸 a)进气冲程; b)压缩冲程; c)作功冲程; d)排气冲程 4.2.2 发动机的总体构造 1.机体组 发动机的机体组包括气缸盖、气缸盖罩盖、气缸体及油底壳等。气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分,是承受高温、高压的机件。 (1)气缸体 水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体,称为气缸体-曲轴箱,也可称为气缸体。气缸体一般用灰铸铁铸成,气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸,下半部为支承曲轴的曲轴箱,其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋,冷却水套和润滑油道等。 图4-15 气缸体 气缸体应具有足够的强度和刚度,根据气缸体与油底壳安装平面的位置不同,通常把气缸体分为以下三种形式。 a)一般式 b)龙门式 c)隧道式 图4-16 气缸体结构形式 a)干缸套 b)湿缸套 图4-17 气缸套 (2)曲轴箱 气缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱,曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与气缸体铸成一体,下曲轴箱用来贮存润滑油,并封闭上曲轴箱,故又称为油底壳。 图4-18 油底壳 (3)气缸盖 图4-19 气缸盖 气缸盖安装在气缸体的上面,从上部密封气缸并构成燃烧室。水冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套,缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。 a)半球形燃烧室 b) 楔形燃烧室 c) 盆形燃烧室 图4-20 汽油机燃烧室的结构形式 图4-21 气缸垫 2.曲柄连杆机构 曲柄连杆机构(图4-22)是发动机实现工作循环,完成能量转换的主要运动零件。曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。 图4-22 曲柄连杆机构 3.配气机构 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程。 图4-23 顶置气门式配气机构 图4-24 气门组 4.燃料供给系统 汽油机燃料供给系统(图4-25)的功用是根据发动机的要求,配制出一定数量和浓度的混合气,供入气缸,并将燃烧后的废气从气缸内排到大气中去;柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸,在燃烧室内形成混合气并燃烧,最后将燃烧后的废气排出。 图4-25 汽油机燃料供给系统 5.点火系统 在汽油机中,能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系统(图4-26),点火系统通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 图4-26 点火系统 6.冷却系统 冷却系统(图4-27)的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去,保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系统通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 图4-27 冷却系统 7.润滑系统 润滑系统的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油,以实现液体摩擦,减小摩擦阻力,减轻机件的磨损并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。 图4-28 润滑系统 8.起动系统 发动机由静止状态过渡到工作状态,需用外力转动曲轴,在外力作用下曲轴从开始转动到发动机开始自动怠速运转的全过程,称为发动机的起动。 汽车发动机常用的起动方式有人力起动和电动机起动两种。 图4-30 起动机 图4-29 电动机起动原理图

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