《汽车底盘构造》PPT课件

汽车 底盘,汽车底盘组成,传动系 转向系,行使系 制动系,汽车底盘是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体底盘作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。,第一章 传动系,第一节 传动系概述 第二节 离合器 第三节 变速器与分动器 第四节 万向传动装置 第五节 驱动桥 第六节 汽车传动系统新技术,第一节 传动系概述,1.1.1 传动系的组成 1.1.2 传动系的功用 1.1.3 传动系的类型 1.1.4 汽车发动机与传动系的布置形式,1.1.1 传动系的组成,一般由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等组成。,1.1.2 传动系的功用,汽车发动机所发出的动力靠传动系传递到驱动车轮。传动系具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下的正常行驶，并具有好的动力性和经济性。,1.1.3 传动系的类型,传动系可按能量传递方式的不同，可划分为: 机械传动； 液力传动； 液压传动； 电传动等。,机械传动,如图1-1.1 所示，为发动机纵向安装在汽车前部，后桥驱动的42汽车布置示意图。发动机发出的动力经离合器、变速器、万向传动装置传到驱动桥。在驱动桥处，动力又经主减速器、差速器和半轴等到达驱动车轮。,液力传动,液力传动也叫动液传动，它靠液体介质在主动元件和从动元件之间循环流动过程中动能的变化来传递动力。动液传动装置有液力偶合器和液力变矩器两种。液力偶合器能传递转矩，但不能改变转矩大小。液力变矩器除了具有液力偶合器的全部功能以外，还能实现无级变速。一般液力变矩器还不能满足各种汽车行驶工况的要求，往往需要串联一个有级式机械变速器，以扩大变矩范围，这样的传动称为液力机械传动。 液力机械传动示意 图1-1.2 。,液压传动,液压传动也叫静液传动，它靠液体传动介质静压力能的变化来传递能量，主要由油泵、液压马达和控制装置等组成。发动机输出的机械能通过油泵转换成液压能，然后再由液压马达将液压能转换成机械能。液压传动有布置灵活等优点，但其传动效率较低、造价高、寿命与可靠性不理想，目前只用于少数特种车辆。 液力机械传动示意 图1-1.3,电传动,电传动是由发动机带动发电机发电，再由电动机驱动驱动桥或由电动机直接驱动带有减速器的驱动轮。 一般混合式电动汽车采用电传动， 如图1-1.4。,1.1.4 汽车发动机与传动系的布置形式,汽车发动机与传动系的布置形式有以下几种： 发动机前置后轮驱动 发动机后置后轮驱动 发动机前置前轮驱动 发动机前置全轮驱动,前置后驱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。,图1-1.5 发动机前置后轮驱动,后置后驱RR,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。,前置前驱FF,前置前驱FF：发动机前置、前轮驱动 如图1-1.6a，1-1.6b所示。 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。,发动机前置全轮驱动,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44驱动型式，中型越野汽车采用44或66驱动型式；重型越野汽车一般采用66或88驱动型式 。,第二节 离合器,1.2.1 离合器概述 1.2.2 摩擦式离合器 1.2.3 液力偶合器与电磁离合器 1.2.4 离合器的操纵机构,1.2.1 离合器概述,离合器位于发动机与变速器之间，是汽车传动系中直接与发动机相联系的总成，用来切断和实现发动机对传动系的动力传递,一 、离合器的功用,离合器安装在发动机与变速器之间，用来分离或接合前后两者之间动力联系。其功用为： （1）传转距 （2）保证汽车平稳起步 （3）中断给传动系的动力，便于换档 （4）防止传动系过载,二 、离合器的工作原理,离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。,三、 离合器的种类,为了使离合器的主动部分和从动部分可以暂时分离又可以逐渐接合，并且在传动过程中还可能相对运动。因此其主动部分和从动部分不可能采用刚性联接，而是借助两者间的摩擦力或者液力或者电磁力来传递转矩。 从而将汽车离合器分为摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。 目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器（简称为摩擦离合器）。,四、离合器应能满足的基本要求,(1)保证能传递发动机发出的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余力 (2)能作到分离时，迅速彻底分离，接合时柔和，便与换档和保证汽车平稳起步，并具有良好的散热能力 (3)从动部分的转动惯量尽量小一些，以减轻换档时齿轮间冲击 (4)具有缓和转动方向冲击，衰减该方向振动的能力，且噪音小 (5)操纵省力，维修保养方便。,1.2.2 摩擦式离合器,离合器由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。 摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。目前与手动变速器相配合的绝大多数为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单片式、双片式和多片式等几种。湿式摩擦式离合器一般为多片式的，浸在油中以便于散热。 下面主要介绍常用的周布弹簧离合器和膜片弹簧离合器,一、 主动部分,主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠34个传动片传递转矩的。如上图。,二、 从动部分,从动部分由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。 为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。,为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体园周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。,扭转减震器,为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。扭转减振器能够降低发动机曲轴系与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率，使传动系共振应力下降。还能缓和汽车改变行驶状态时对传动系产生的扭转冲击，并改善离合器的接合平顺性。,离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。,三、 膜片弹簧离合器,采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器 。 机械式离合器的动作原理如图1-2.2。 Audi 100型轿车离合器盖及压盘总成构造 如图1-2.3。,1.2.3 液力偶合器,液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态. 液力离合器结构与动作原理如图1-2.4 。,1.2.4 电磁离合器,电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。在主动与从动件之间放置磁粉，可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 磁粉式电磁离合器的动作原理， 如图 1-2.5。,1.2.5 离合器的操纵机构,离合器的操纵机构是驾驶员可以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机构。按照分离离合器所需的操纵能源，离合器操纵机构分人力式和气压助力式两种。 人力式是以驾驶员的人体作为唯一的操纵能源，而气压助力式是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵能源，以人体作为辅助能源。 人力操纵机构按所用传动装置可以分为机械式和液压式。,机械式离合器操纵机构,捷达轿车钢丝绳索传动离合器操纵示意图图12.6 所示,液压式离合器操纵机构,液压式离合器操纵机构具有摩擦阻力小，传递效率高，接合平顺等优点。它结构比较简单，便于布置，不受车身和车架的变形的影响，是比较普遍采用的一种操纵型式。,图1-1.1 机械式传动系一般组成及布置示意图,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,图1-1.2 典型液力机械传动示意图,1-液力变矩器 2-自动器变速器 3-万向传动 4-驱动桥 5-主减速器6-传动轴,图1-1.3 液压传动示意图,1离合器 2油泵 3控制阀 4液压马达 5驱动桥 6油管,图1-1.4 混合式电动汽车采用的电传动,1-离合器 2-发电机 3-控制器 4-电动机 5-驱动桥 6-导线,图1-1.6a发动机前置前轮驱动的布置示意图,1-发动机 2-离合器 3-变速器 4-变速器输入轴 5-变速器输出轴 6-差速器 7-车速表驱动齿轮 8-主减速器从动齿轮,图1-1.6b发动机前置前轮驱动的布置示意图,图1-2.2 机械式离合器的动作原理,离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。 发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。,1-飞轮 2-从动盘 3-压盘 4-膜片弹簧,图1-2.3 Audi 100型轿车离合器盖及压盘总成构造图,1、3-平头铆钉 2-传动片 4-支承环 5-膜片弹簧 6-支承铆钉 7-离合器压盘 8-离合器盖,图1-2.4 液力离合器结构与动作原理,1-叶轮 2-输出轮 3-油 4-油的流向,液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态.,图1-2.5 磁粉式电磁离合器的动作原理,1-粉末 2-输入侧 3-输出侧 4-激磁线圈 5-线型粉末 6-磁通,图1-2.6 捷达轿车钢丝绳索传动离合器操纵示意图,1- 离合器分离踏板 2-偏心弹簧 3-支承A 4-离合器拉线自动调整机构 5-传动器壳体上的支承B 6-离合器操纵臂 7-离合器分离臂 8-离合器分离轴承 9-离合器分离推杆,第三节 变速器与分动器,1.3.1 变速器概述 1.3.2 变速器的变速传动机构 1.3.3 同步器 1.3.4 变速器的操纵机构 1.3.5 分动器,1.3.1 变速器概述,一、 设置变速器目的 为了解决了活塞式内燃机转矩和转速变化范围较小而复杂的使用条件则要求汽车的牵引力和车速能在相当大的范围内变化的矛盾。,二 、变速器功用,（1）改变传动比，满足不同行驶条件对牵引力的需要，使发动机尽量工作在有利的工况下，满足可能的行驶速度要求。 （2）实现倒车行驶，用来满足汽车倒退行驶的需要。 （3）中断动力传递，在发动机起动，怠速运转，汽车换档或需要停车进行动力输出时，中断向驱动轮的动力传递。,三 、变速器分类,（1）按传动比的变化方式划分 变速器可分为有级式、无级式和综合式三种。 (a)有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为：齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种。 (b)无级式变速器:传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等。 (c)综合式变速器：由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。,（2）按操纵方式划分 变速器可以分为强制操纵式，自动操纵式和半自动操纵式三种。 (a)强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。 (b)自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。 (c)半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动（强制）换档；另一类是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。,1.3.2 变速器的变速传动机构,三轴五当变速器传动简图 1-输入轴 2-轴承 3-接合齿圈 4-同步环 5-输出轴 6-中间轴 7-接合套 8-中间轴,常啮合齿轮此变速器有五个前进档和一个倒档，由壳体、第一轴（输入轴）、中间轴、第二轴（输出轴）、倒档轴、各轴上齿轮、操纵机构等几部分组成。,普通齿轮变速器,普通齿轮变速器主要分为： (1)三轴变速器 这类变速器的前进档主要由输入(第一)轴、中间轴和输出(第二)轴组成。（图1-3.2） 东风EQ1090E型汽车变速器。（图1-3.3） (2)两轴变速器 这类变速器的前进档主要由输入和输出两根轴组成。（图1-3.4）,图1-3.2 三轴变速器,图1-3.3 东风EQ1090E型汽车变速器,图1-3.4 两轴变速器,1.3.3 同步器,一、 设置同步器目的 变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂，而且很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了换档轻便，简化操作，并避免齿间冲击，消除或减轻轮齿间冲击和噪声，减轻驾驶员劳动强度，而在换档装置中设置同步器。,两轴变速器三、四档间换档过程,1.输入轴 2.三档主动齿轮 3.接合套 4.四档主动齿轮 5.四档被动齿轮 6.三档被动齿轮,从图中可以看出，输出轴三挡齿轮6与输入轴三档齿轮2的齿数之比（z6/z2）大于输出轴四挡齿轮5与输入轴四挡齿轮4 的齿数之比（z5/z4）。由相互啮合传动齿轮的转速与齿数关系 n2/n6=z6/z2，n4/n5=z5/z4 可以得出齿轮2与齿轮6转速之比（n2/n6）大于输入轴四挡齿轮4与输出轴四挡齿轮5 转速之比（n4/n5）的结论。而输出轴三挡齿轮6与齿轮5的转速又是一样的（n6=n5），所以在传动过程中，齿轮2转速永远比齿轮4转速高，即n2n4。,低速档（3档） 高速档（4档）,首先要踩离合器踏板，使离合器分离，接着通过变速杆等将接合套3右移，进入空档位置。在接合套3与齿轮2刚分离这一时刻，两者转速还是相等的，即n3=n2。而n2n4，由此可以得出n3n4，即接合套3的转速大于齿轮4转速的结论。这时如果立即把接合套3推向齿轮4上接合齿圈，就会发生打齿现象。,此时，由于变速器处于空档，接合套和齿轮之间没有联系，离合器从动盘又与发动机脱离，所以接合套与齿轮的转速都在分别逐渐降低。因为齿轮与齿轮、输出轴、万向传动装置、驱动桥、行驶系以及整个汽车联系在一起，惯性很大，所以n4下降较慢；而接合套只与输入轴和离合器从动盘相联系，惯性很小，故n3下降较快。因为n3原先大于n4，n3下降得又比n4快，所以过一会儿后，必然会有n3n4（同步）的情况出现。最好能在n3n4的时刻使接合套右移而挂入四档。,与接合套联系的一系列零件的惯性越小，则n3下降得越快，达到同步所需时间越少，并且在同样速度差的情况下，齿间的冲击力也小，因此离合器从动部分转动惯量应尽可能小一些。,高速档（4档） 低速档（3档,刚从四档推到空档的接合套与齿轮的转速相同，即n3n4，同时又有n2n4，所以n2n3。进入空档后，由于n3下降得比n2快，所以在接合套停下来之前，随着时间的推移，两者（n2与n3）差值将越来越大。为了使接合套3与齿轮2的转速达到相同，驾驶员应在此时重新接合离合器，同时踩一下加速踏板，使变速器输入轴及接合套3的转速高于齿轮2转速，即n3n2，然后再分离离合器，等待片刻，到n3n2时，即可让接合套3与齿轮2上接合齿圈相接合，从而挂入三档。,上述相邻档位相互转换时，应该采取不同操作步骤的道理同样适用于移动齿轮换档的情况，只是前者的待接合齿圈与接合套的转动角速度要求一致，而后者的待接合齿轮啮合点的线速度要求一致，但所依据的速度分析原理是一样的。,以上变速器的换档操作，尤其是从高档向低档的换档操作比较复杂，而且很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了简化操作，并避免齿间冲击，所以在换档装置中设置同步器。,二、 同步器分类,同步器有常压式，惯性式和自行增力式等种类 目前广泛采用的惯性式同步器 惯性式同步器是依靠摩擦作用实现同步的，在其上面设有专设机构保证接合套与待接合的花键齿圈在达到同步之前不可能接触，从而避免了齿间冲击。惯性同步器按结构又分为锁环式和锁销式两种 。 下面以锁环式惯性同步器为例进行说明。,三、锁环式惯性同步器工作原理,花键毂7与第二轴用花键连接，并用垫片和卡环作轴向定位。在花键毂两端与齿轮1和4之间，各有一个青铜制成的锁环（也称同步环）9和5。锁环上有短花键齿圈，花键齿的断面轮廓尺寸与齿轮 1，4及花键毂 7上的外花键齿均相同。在两个锁环上，花键齿对着接合套8的一端都有倒角（称锁止角），且与接合套齿端的倒角相同。锁环具有与齿轮1和4上的摩擦面锥度相同的内锥面，内锥面上制出细牙的螺旋槽，以便两锥面接触后破坏油膜，增加锥面间的摩擦。三个滑块2分别嵌合在花键毂的三个轴向槽11内，并可沿槽轴向滑动。在两个弹簧圈6的作用下，滑块压向接合套，使滑块中部的凸起部分正好嵌在接合套中部的凹槽10中，起到空档定位作用。滑块2的两端伸入锁环9和5的三个缺口12中。只有当滑块位于缺口12的中央时，接合套与锁环的齿方可能接合。,1.4.齿轮 2.滑块 3.定位销 5.9.锁环（也称同步环）6.两个弹簧圈 7.花键毂 8.结合套 10.轴向接合套中部的凹槽 11.轴向槽 12.同步环缺口,图13.5锁环式惯性同步器,1.3.4 变速器操纵机构,变速器操纵机构能让驾驶员使变速器挂上或摘下某一档，从而改变变速器的工作状态。 在变速器操纵机构内除了有换档杆、拨叉 、拨叉轴、拨块外，还有：自锁装置、互锁装置、倒档锁装置。 变速器操纵机构如图所示。,变速器操纵机构,1.五、六档拨叉 2.三、四档拨叉 3.一、二档拨块 4.倒档拨块 5.一、二档拨叉 6.倒档拨叉 7.倒档拨叉轴 8.一、二档拨叉轴 9.三、四档拨叉轴 10.五、六档拨叉轴 11.换档轴 12.变速杆 13.叉形拨杆 14.五、六档拨块 15.自锁弹簧 16.自锁钢球 17.互锁柱销,前置发动机后轮驱动汽车变速器的外操纵机构,1-变速器壳体 2-变速连动杆 3-变速杆,一般前置发动机后轮驱动汽车的变速器距离驾驶员座位较近，换档杆等外操纵机构多集中安装在变速器箱盖上，结构简单、操纵容易并且准确。,变速器远距离外操纵机构,1-变速杆 2-纵向拉线 3-横向拉线,在发动机后置或前轮驱动的汽车上，通常汽车变速器距离驾驶员座位较远，变速杆和变速器之间 通常需要用连杆机构联 接，进行远距离操纵。,对变速器操纵机构的要求,为了保证变速器的可靠工作，变速器操纵机构应能满足以下要求： （1）挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。 （2）为了防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，在操纵机构中设有互锁装置。 （3）为了防止在汽车前进时误挂倒档，导致零件损坏，在操纵机构中设有倒档锁装置。,二 、自锁装置,挂档后应保证结合套于与结合齿圈的全部套合（或滑动齿轮换档时，全齿长都进入啮合）。在振动等条件影响下，操纵机构应保证变速器不自行挂档或自行脱档。为此在操纵机构中设有自锁装置。,换档拨叉轴上方有三凹坑，上面有被弹簧压紧的钢珠。当拨叉轴位置处于空档或某一档位置时，钢珠压在凹坑内。起到了自锁的作用。,三 、互锁锁装置,当中间换档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。防止同时挂上两个档而使变速器卡死或损坏，起到了互锁作用。,四、 倒档锁装置,当换档杆下端(红色的长方块部分)向倒档拨叉轴移动时，必须压缩弹簧才能进入倒档拨叉轴上的拨块槽中。防止了在汽车前进时误挂倒档，而导致零件损坏，起到了倒档锁的作用。当倒档拨叉轴移动挂档时，另外两个拨叉轴被钢球琐住。,1.3.5 分动器,分动器的功用 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。 对分动器操纵机构的设计要求 非先接上前桥，不得挂入低速档， 不得摘下前桥,东风EQ2080型车两档分动器的结构和原理。,分动器操纵机构 1.换档操纵杆 2.前桥操纵杆 3.螺钉 4、5.传动杆 6.摇臂 7.轴 8.支撑臂,第四节 万向传动装置,1.4.1 万向传动装置概论 1.4.2 十字轴万向节结构 1.4.3 其他万向节 1.4.4 传动轴及中间支承,1.4.1 万向传动装置概论,在汽车传动系及其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还要有中间支承。 万向节是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置。,万向节的分类,按万向节在扭转方向上是否有明显的弹性可分为 刚性万向节 挠性万向节 刚性万向节又可分为： 不等速万向节（常用的为十字轴式） 准等速万向节（如双联式万向节） 等速万向节（如球笼式万向节）,万向传动装置在汽车上的应用,1-万向节 2-传动轴 3-前传动轴4-中间支承,在汽车传动系及其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对位置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，有时还要有中间支承 。,万向传动装置具体应用,发动机前置后轮驱动汽车（图a）的变速器与驱动桥之间。当变速器与驱动桥之间距离较远时，应将传动轴分成两段甚至多段，并加设中间支承。 多轴驱动的汽车的分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间（图b）。 由于车架的变形，会造成轴线间相互位置变化的两传动部件之间。 如图c所示为在发动机与变速器之间。 采用独立悬架的汽车的与差速器之间（图d）。 转向驱动车桥的差速器与车轮之间（图e）。 汽车的动力输出装置和转向操纵机构中（图f）。,1.4.2 十字轴万向节结构,图1-4.2 十字轴万向节结构 1- 套筒 2-十字轴 3-传动轴叉 4-卡环 5-轴承外圈 6-套筒叉,十字轴式万向节是不等速万向节 十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最大交角为1520。该万向节具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角不为零的情况下不能传递等角速转动。,图1-4.3 十字轴式刚性万向节示意图,1-主动叉 2-从动叉 3-十字轴,设主动叉由初始位置转过1角，从动叉相应转过2角，由机械原理分析可以得出如下关系式：tg1=tg2cos,图1-4.4 双万向节等速传动布置图,1,3-主动叉 2,4-从动叉,驱动桥的输入轴相应转过4角，则有以下关系： tg1=tg2cos1 tg4=tg2cos2 若有12， 则有 41也就是当满足以下 两个条件时，可以实现由变速器的输出轴1到驱动桥的输入轴4的等角速传动： （1）传动轴两端万向节叉处于同一平面内 （2）第一万向节两轴间夹角1与第二万向节两轴间夹角2相等。,因为在行驶时，驱动桥要相对于变速器跳动，不可能在任何时候都有12，实际上只能做到变速器到驱动桥的近似等速传动。在以上传动装置中，轴间交角越大，传动轴的转动越不均匀，产生的附加交变载荷也越大，对机件使用寿命越不利，还会降低传动效率，所以在总体布置上应尽量减小这些轴间交角。,1.4.3 其他万向节,准等速万向节：常见的准等速万向节有双联式和三销轴式两种，它们的工作原理与上述双十字轴式万向节实现等速传动的原理是一样的。 等速万向节：目前轿车上常用的等速万向节为球笼式万向节，也有采用球叉式万向节或自由三枢轴万向节的。 挠性万向节：由橡胶件与主被动轴交替连接而成，依靠橡胶件的弹性变形来实现小角度夹角（35）和微小轴向位移的万向传动，它具有能吸收传动系中的冲击载荷和衰减扭转振动，结构简单，无需润滑等优点。,双联式万向节工作原理图,图1-4.5 双联式万向节图,它实际上是一套将传动轴长度减缩至最小的双十字轴式万向节等速传动装置，双联叉3相当于传动轴及两端处在同一平面上的万向节叉，配合专用机构使得两轴与双联叉3的交角相等，这就满足了使轴1和轴2的角速度相等的条件。,等角速传动万向节,等角速传动万向节的工作原理 两个十字轴式万向节和一根传动轴等角速传动原理： 将这种等角速传动机构中的传动轴缩至最短，双联式（以及三销式，凸块式）等角速万向节就属于这一种。 锥齿轮传动原理 两个同样的锥齿轮相互啮合传动，从动齿轮与主动齿轮的转速必然是相同的。球笼式万向节和球叉式万向节就属于这一种。 等速万向节的工作原理 当万向节主动轴与从动轴之间传力点一直处于主动轴轴线和从动轴轴线夹角平分线上（或者说传力点距这两轴线的距离相等）时，必然能实现等角速传动。,图1-4.6 伸缩型球笼式万向节,O万向节中心A 保持架B保持架内球中心其内外滚道是直槽的。 在传递扭距过程中星型套可在筒形壳内沿轴向移动，能起道滑动花键作用，使万向节装置结构简化。,挠性万向节,挠性万向节由橡胶件与主被动轴交替连接而成，依靠橡胶件的弹性变形来实现小角度夹角（35）和微小轴向位移的万向传动，它具有能吸收传动系中的冲击载荷和衰减扭转振动，结构简单，无需润滑等优点。,图1-4.7 挠性万向节 1螺丝2橡胶3中心钢球4黄油嘴5传动凸缘6球座,1.4.4 传动轴及中间支承,在有一定距离的两部件之间采用万向传动装置传递动力时，一般需要在万向节之间安装传动轴。若两部件之间的距离会发生变化，而万向节又没有伸缩功能时，则还要将传动轴做成两段，用滑动花键相连接。为减小传动轴花键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需加注润滑脂进行润滑，也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花键槽内设置滚动元件。,1.4.4.1 传动轴及中间支承概述,传动轴 在万向节之间，用来传递动力的轴。在工作时，若两万向节之间的距离会发生变化，则须将传动轴做成两段，用滑动花键相连接。 传动轴中间支承： 在传动距离较长时，往往将传动轴分段，在各段之间增加中间支承。中间支承实际上是一个通过支承座和缓冲垫安装在车身（或车架）上的轴承，用来支承传动轴的一端。橡胶缓冲垫可以补偿车身（或车架）变形和发动机振动对于传动轴位置的影响。,传动轴,在采用独立悬架连接的驱动桥上，差速器与驱动轮之间的传动轴又称为驱动半轴。 独立悬架驱动半轴型式如图1-4.8所示。 在工作时，差速器与驱动轮之间的距离变化是靠内侧伸缩型万向节来适应的，驱动轴总成图1-4.9所示。 当变速器和后桥之间距离较长时常使用两段传动轴，如图1-4.10所示。,图1-4.8 独立悬架驱动半轴型式,在采用独立悬架连接的驱动桥上，差速器与驱动轮之间的传动轴又称为驱动半轴。,图1-4.9 驱动轴总成,在工作时，差速器与驱动轮之间的距离变化是靠内侧伸缩型万向节来适应的。,图1-4.10 当变速器和后桥之间距离较长时常使用两段传动轴,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,在传动距离较长时，往往将传动轴分段，即在传动轴前增加带中间支承的前传动轴。,传动轴动平衡问题,传动轴在高速旋转时，任何质量的偏移都会导致剧烈振动。生产厂家在把传动轴与万向节组装后，都进行动平衡。经过动平衡的传动轴两端一般都点焊有平衡片，拆卸后重装时要注意保持二者的相对角位置不变。,传动轴临界转速问题,因为传动轴是高速旋转的，所以要使传动轴工作在危险的共振转速以下。传动轴的共振转速可用下面公式表示： n=0.12109 (d22+d12)0.5/L2 其中：n 表示共振转速， d2表示传动轴外径， d1表示 （空芯）传动轴内径 ， L表示传动轴长度。 从这一公式可以看出，把传动轴做成空芯的和适当短一些，对提高传动轴的共振转速，从而在工作中避开这一转速是有利的。传动轴一般用厚度为1530mm的薄钢板卷焊而成。（超重型货车的传动轴则采用无缝钢管。）在转向驱动桥、断开式驱动桥或微型汽 车的万向传动装置中，通常将传动轴制成实心轴。,1.4.4.2 传动轴伸缩套,图1-4.11 传动轴伸缩套 1-盖子；2-盖板；3-盖垫；4-万向节叉；5-加油嘴；6-伸缩套； 7-滑动花键槽；8-油封；9-油封盖；10-传动轴管,在有一定距离的两部件之间采用万向传动装置传递动力时，一般需要在万向节之间安装传动轴。若两部件之间的距离会发生变化，而万向节又没有伸缩功能时，则还要将传动轴做成两段，用滑动花键相连接。为减小传动轴花键连接部分的轴向滑动阻力和摩损，需加注润滑脂进行润滑，也可以对花键进行磷化处理或喷涂尼龙层，或是在花键槽内设置滚动元件。,图1-4.12 传动轴中间支承,图1-4.12 传动轴中间支承 1-滚球轴承；2-中间轴承缓冲垫；3-支承座,如图所示为一种中间支承结构，它实际上是一个通过支承座和缓冲垫安装在车身（或车架）上的轴承，用来支承传动轴的一端。橡胶缓冲垫可以补偿车身（或车架）变形和发动机振动对于传动轴位置的影响。,第五节 驱动桥,1.5.1 驱动桥概述 1.5.2 非断开式驱动桥 1.5.3 断开式驱动桥 1.5.4 主减速器 1.5.5 差速器 1.5.6 半轴,1.5.1 概述,驱动桥的组成 主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。 驱动桥的功用 将万向传动装置传来的发动机动力经过降速，将增大的转矩分配到驱动车轮,并实现降速以增大转矩.,驱动桥的分类,驱动桥一般可分为非断开式和断开式两种 非断开式驱动桥 也称为整体式驱动桥，它由驱动桥壳、主减速器、差速器和半轴组成 断开式驱动桥 为了与独立悬架相配合，将主减速器壳固定在车架（或车身）上，驱动桥壳分段并通过铰链连接，或除主减速器壳外不再有驱动桥壳的其它部分，这种驱动桥称为断开式驱动桥。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴各段之间用万向节连接。,1.5.2 非断开式驱动桥,非断开式驱动桥也称为整体式驱动桥，它由驱动桥壳，主减速器，差速器和半轴组成。 驱动桥壳由中间的主减速器壳和两边与之刚性连接的半轴套管组成，通过悬架与车身或车架相连。两侧车轮安装在此刚性桥壳上，半轴与车轮不可能在横向平面内作相对运动。输入驱动桥的动力首先传到主减速器主动小齿轮，经主减速器减速后转矩增大，再经差速器分配给左右两半轴，最后传至驱动车轮。 后轮驱动驱动桥的主要部件如下页图示。,后轮驱动驱动桥（非断开式）,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,1.5.3 断开式驱动桥,为了与独立悬架相适应，驱动桥壳需要分为用铰链连接的几段，更多的是只保留主减速器壳（或带有部分半轴套管）部分，主减速器壳固定在车架或车身上，这种驱动桥称为断开式驱动桥。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴也要分段，各段之间用万向节连接。 断开式驱动桥的构造如下页图所示。,断开式驱动桥的构造,1-主减速器； 2-半轴； 3-弹性元件； 4-减振器； 5-车轮； 6-摆臂； 7-摆臂轴,1.5.4 主减速器,主减速器作用 是在传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件。当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用 主减速器种类 （1）按参加减速传动的齿轮副数目分： 单级式主减速器、双级式主减速器 （2）按主减速器传动比档数分： 单速式、双速式 （3）按齿轮副结构型式分： 圆柱齿轮式 、圆锥齿轮式、准双曲面齿轮式,准双曲面锥齿轮式单级主减速器,1.后桥壳体 2.从动锥齿圈 3.半轴 4.半轴轴承 5.主动锥齿轮 6.主动锥齿轮后轴承 7.主动锥齿轮前轴承 8. 半轴齿轮 9.差速器壳,注：,上图所示为单级主减速器结构，它采用一对准双曲面锥齿轮传动。主动锥齿轮4与输入轴制成一体，用圆锥滚子轴承6和7支承。这两个轴承安装在主减速器壳的轴承孔内，并被台阶轴向定位，用来承受在主减速器工作时，对主动锥齿轮4产生的轴向和径向力。因为主动锥齿轮5处于圆锥滚子轴承6和7支承点的外面，所以让两轴承的小端相对，这能够增大有效支承点的距离，并使轴承6有效支承点距锥齿轮5更近，有利于增加主动锥齿轮的支承刚度。 从动锥齿轮2被螺栓固定在差速器壳9上，差速器壳又被两个圆锥滚子轴承4支承在主减速器壳内。因为从动锥齿轮2处于两个圆锥滚子轴承之间，所以让两轴承的大端相对，这能够适当减小两轴承有效支承点的距离，对增加从动锥齿轮的支承刚度是有利的。在桑塔纳、奥迪100、切诺基等发动机纵置的汽车上，都采用了以上形式的主减速器。,1.5.5 差速器,差速器是一个差速传动机构，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。,差速器概述,边滚动边滑动的现象：汽车转弯行驶时，外侧车轮比内侧车轮所走过的路程长；汽车在不平路面上直线行驶时，两侧车轮走过的曲线长短也不相等；即使路面非常平直，但由于轮胎制造尺寸误差，磨损程度不同，承受的载荷不同或充气压力不等，各个轮胎的滚动半径实际上不可能相等，若两侧车轮都固定在同一刚性转轴上，两轮角速度相等，则车轮必然出现边滚动边滑动的现象。,车轮对路面的滑动不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，而且可能导致转向和制动性能的恶化。若主减速器从动齿轮通过一根整轴同时带动两侧驱动轮，则两侧车轮只能同样的转速转动。 为了保证两侧驱动轮处于纯滚动状态，就必须改用两根半轴分别连接两侧车轮，而由主减速器从动齿轮通过差速器分别驱动两侧半轴和车轮，使它们可用不同角速度旋转。这种装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器称为轮间差速器。如托森轮间差速器如图1-5.7 所示。 在多轴驱动汽车的各驱动桥之间，也存在类似问题。为了适应各驱动桥所处的不同路面情况，使各驱动桥有可能具有不同的输入角速度，可以在各驱动桥之间装设轴间差速器。 差速器可分为普通差速器和防滑差速器两大类。,普通差速器,普通差速器的结构目前国产轿车及其它类汽车基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴（十字轴或一根直销轴）和差速器壳等组成。 目前国产轿车及其它类汽车基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴（十字轴或一根直销轴）和差速器壳等组成。 差速器构造零件的分解如下页图示。,普通差速器构造（零件分解）,1-轴承 2-左外壳 3-垫片 4-半轴齿轮 5-垫圈 6-行星齿轮 7-从动齿轮 8-右外壳 9-十字轴 10-螺栓,差速器运动原理,1,2-半轴齿轮 3-差速器壳 4-行星齿轮 5-行星齿轮轴 6-主减速器,从动齿轮左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，这就是两半轴齿轮直径相等的对称式锥齿轮差速器的运动特性关系式。,差速器扭矩分配示意图,1- 半轴齿轮；2-半轴齿轮； 3-行星齿轮轴；4-行星齿轮,设输入差速器壳的转矩为M0 ，输出给左、右两半轴齿轮的转矩为M1和M2，Mf为折合到半轴齿轮上总的内摩擦力矩， 则： M1=0.5（M0Mf） M2=0.5（M0+Mf ）,托森轮间差速器,1-差速器壳；2-直齿轮轴；3-半轴；4-直齿轮 5-主减速器被动齿轮；6-蜗伦；7-蜗杆,托森差速器又称蜗轮蜗杆式差速器。 由差速器壳，左半轴蜗杆、右半轴蜗杆、蜗轮轴和蜗轮等组成。蜗轮通过蜗轮轴固定在差速器壳上，三对蜗轮分别与左、右半轴蜗杆相啮合，每个蜗轮两端固定有两个圆柱直齿轮。成对的蜗轮通过两端相互啮合的直齿圆柱齿轮发生联系。,1.5.6 半轴,半轴用来将差速器半轴齿轮的输出转矩传到驱动轮或轮边减速器上。 在非断开式驱动桥内，半轴一般是实心的；在断开式驱动桥处，往往采用万向传动装置给驱动轮传递动力；在转向驱动桥内，半轴一般需要分为内半轴和外半轴两段，中间用等角速万向节相连接。在非断开式驱动桥内，半轴与驱动轮的轮毂在桥壳上的支承型式决定了半轴的受力状况。现代汽车多采用全浮式和半浮式两种半轴支承型式。 由于差速器壳左右两边有滚锥轴承支承，几个行星齿轮对半轴齿轮的径向作用力又是相互平衡的，所以半轴以花键与半轴齿轮相连的一端只受扭矩，不受弯矩。,全浮式半轴支承,1. 半轴套管 2.调整螺母 3、11.油封 4.锁紧垫圈 5.锁紧螺母 6.半轴 7.轮毂螺栓 8、10.圆锥滚子轴承 9.轮毂 12.驱动桥壳,使两端都不受弯矩的半轴支承型式叫作全浮式半轴支承,半浮式半轴支承,CA7560 型轿车驱动桥及半浮式支承半轴 1-止推块；2-半轴；3-圆锥滚子轴承；4-锁紧螺母；5-键；6-轮毂；7-桥壳凸缘,上图所示为红旗牌CA7560型高级轿车的驱动桥。其半轴2内端的支承方法与全浮式相同，半轴内端不受弯矩。半轴外端制有锥形面与轮毂6相应的锥形孔相配合。半轴最外端有螺纹，用螺母把轮毂6固定在半轴外端。在半轴和轮毂6锥形配合面处切有纵向键槽，并安放矩形键以传递动力。半轴2被圆锥滚子轴承3支承在桥壳凸缘7内。显然，此时作用在车轮上的各反力都必须经过半轴传给驱动桥壳。因为这种支承型式只能使半轴内端不受弯矩，而外端却要承受全部弯矩，所以称为半浮式支承。轴承3除了承受径向力以外，只能承受车轮向外的轴向力。为此，在差速器行星齿轮轴的中部浮套着止推块1，止推块平面抵在半轴内端，防止了侧向力使半轴向内的窜动。,第六节 汽车传动系统新技术,1.6.1 无级变速技术(CVT) 1.6.2 奥迪全时四轮驱动系统(quattro) 1.6.3 电子车轮控制技术,1.6.1 无级变速技术(CVT),无级变速技术(CVT, 即Continuously Variable Transmission)能实现传动比的连续改变，它是采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合传递动力。可以使传动系与发动机工况实现最佳匹配，提高整车的燃油经济性和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘员的乘坐舒适性。,金属带式无级变速器的系统主要包括主动轮组、从动轮组、金属带和液压泵等基本部件。金属带由两束金属环和几百个金属片构成。主动轮组和从动轮组都由可动盘和固定盘组成，与油缸靠近的一侧带轮可以在轴上滑动，另一侧则固定。可动盘与固定盘都是锥面结构，它们的锥面形成V型槽来与V型金属传动带啮合。发动机输出轴输出的动力首先传递到CVT的主动轮，然后通过V型传动带传递到从动轮，最后经减速器、差速器传递给车轮来驱动汽车。工作时通过主动轮与从动轮的可动盘作轴向移动来改变主动轮、从动轮锥面与V型传动带啮合的工作半径，从而改变传动比。可动盘的轴向移动量是由驾驶者根据需要通过控制系统调节主动轮、从动轮液压泵油缸压力来实现的。由于主动轮和从动轮的工作半径可以实现连续调节，从而实现了无级变速。,金属带式无级变速,在金属带式无级变速器的液压系统中，从动油缸的作用是控制金属带的张紧力，以保证来自发动机的动力高效、可靠的传递。主动油缸控制主动锥轮的位置沿轴向移动，在主动轮组金属带沿V型槽移动，由于金属带的长度不变，在从动轮组上金属带沿V型槽向相反的方向变化。金属带在主动轮组和从动轮组上的回转半径发生变化，实现速比的连续变化。 汽车开始起步时，主动轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动轮的工作半径逐渐减小，从动轮的工作半径相应增大，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。,1.6.2奥迪全时四轮驱动系统(quattro),奥迪quattro车型不同于一般的四驱车型，它是一个永久的四轮驱动系统，是一个高度智能化的电子、机械一体化装置，而且它还是一个免维护的系统。奥迪全时四轮驱动系统通常包括有带自动锁止装置的Torsen(扭力传感)中央差速器和带有刹车制动力作用于全部驱动轮上的电子差速锁止装置(EDL)，以及全时驱动的四轮。,奥迪全时四轮驱动系统的核心就是位于前后驱动桥之间的负责把动力输出分配的Torsen中央差速器。它每时每刻根据前，后桥以及四个车轮上的传感器测得的数据，对前、后桥之间的扭矩分配作出自动的持续的调节。在正常的路面条件下，前，后桥之间的动力分配大约为50%：50%；而在极端的条件下， Torsen中央差速器借助于它的自动锁止装置按照保证最大牵引力输出的原则可以将前、后桥的动力调节到25%：75%，或者是75%：25%，也就是每一桥上的扭力输出是在25%至75%之间任意可调的，这就充分保证即使当前、后桥中的一个处于极差的路况下，另一个桥将获得足够大的动力将车子开出这一区域。,位于前桥和后桥上的电子差速锁(EDL)则借助于每个车轮上ABS传感器测得的信号，对测出将要打滑的车轮施加相应的制动力，以防止这个车轮打滑，同时将更多的动力传递到另一侧的车轮。这一装置可实现对前桥或后桥左右两侧车轮的扭矩输出在20%至80%的范围内任意调节，以保证每个车轮都获得最佳的动力。,根据物理原理，可以简单地解释奥迪四驱车型相对于单个驱动轴汽车的优越性：在给定条件(轮胎和路面质量等)下，每个轮只能传输一个有限的合力。这个力包括纵向分力(牵引力)和横向分力。 如果汽车的所有轮子都驱动，与传统汽车的双轮驱动相比，每个轮子只传输大约总牵引力的四分之一，因此全时四轮驱动增加了每个车轮和轮胎所能承受的横向力，这就是为什么四驱车能够平稳、连续转向的原因。,奥迪四驱车型的另一特点是发动机的制动力传送给所有四个轮。例如，如果司机在湿滑的路上快速行驶，急刹车和突然松开加速踏板时，四驱车的每个轮只传输四分之一的相应发动机制动力到公路，安全度相应地提高。因为各车轮上的作用力的减少意味着降低了这些情况下轮子旋转侧滑的危险。因此在所有驱动状态下，四驱车型都可提供最理想的牵引力和稳定性，驾驶者能够充分享受和利用其汽车的潜力，同时永远确保其高度的主动安全性。,1.6.3 电子车轮控制技术,将驱动系统放置在车轮上的概念始于1982年。如今，车轮驱动技术M4已经具备了从一般设计投入实际使用的条件。这一技术将米其林公司的PAX跑气保用技术与驱动和控制系统相结合，已用在电动车和混合动力车上。 M4技术是一个非常柔性化的系统，可作为2轮或4轮驱动的燃料电池动力车、电动车、串联和并联混合动力车(公共汽车、轻卡、观光车和重型卡车等)的辅助动力源。它带有自载电器，不管扭矩大小，都能瞬时分配到各车轮。由于操控力是分配到各个车轮的，而且各车轮直接驱动，因此车轮在加速和制动过程都能完全独立控制。其结果是可以对正常驱动、减速、防抱死制动和完全滑行等各种状态很好地控制。,