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汽车最初级的入门知识本文由nikelsl12贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 汽车基础知识 第一章 总论 第一节 汽车的类型 汽车的分类方法很多,但最重要的方法是按照汽车的用途来分类. 根据我国国家标准的有关规定,汽车分为以下几种类型: 1. 货车 又称为载货汽车,载重汽车,卡车.主要用来运送各种货物或牵引全挂车.货车按载重 量(1.8 吨,6 吨,14 吨)可分为微型,轻型,中型,重型四种. 2. 越野汽车 主要用于非公路上载运人员和货物或牵引设备,一般为全轴驱动.按驱动型式可分为 4 4,66,88 几种. 3. 自卸汽车 指货箱能自动倾翻的载货汽车. 自卸汽车有向后倾卸的和左右后三个方向均可倾卸的两 种. 4. 牵引汽车 专门或主要用来牵引的车辆.可分为全挂牵引车和半挂牵引车. 5. 专用汽车 为了承担专门的运输任务或作业,装有专用设备,具备专用功能的车辆. 6. 客车 指乘坐 9 人以上,具有长方形车厢,主要用于载运人员及其行李物品的车辆. 根据车 辆的长度(3.5 米,7 米,10 米,12 米),可将客车分为微型,轻型,中型,大型,特大型 五种. 7. 轿车 乘坐 2 至 8 人的小型载客车辆.根据发动机排量大小(1 升,1.6 升,2.5 升,4 升), 可分为微型,普遍级,中级,中高级和高级轿车五种. 第二节 汽车的总体构造 汽车一般由四部分组成: 1. 发动机 发动机是汽车的动力装置. 其作用是使燃料燃烧产生动力, 然后通过底盘的传动系驱动车轮 使汽车行驶. 发动机主要有汽油机和柴油机两种. 汽油发动机由曲柄连杆机构,配气机构和燃料供给系,冷却系,润滑系,点火系,起动系组 成 柴油发动机的点火方式为压燃式,所以无点火系. 2. 底盘 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. 3. 车身 车身安装在底盘的车架上,用以驾驶员,旅客乘坐或装载货物. 轿车,客车的车身一般是整体结构,货车车身一般是由驾驶室和货箱两部分组成. 4. 电气设备 电气设备由电源和用电设备两大部分组成. 电源包括蓄电池和发电机. 用电设备包括发动机的起动系, 汽油机的点火系和其它用电装置. 第三节 汽车的主要特征参数和技术特性 汽车的主要特征和技术特性随所装用的发动机类型和特性的不同, 通常有以下的结构参 数和性能参数. 1. 整车装备质量(kg):汽车完全装备好的质量,包括润滑油,燃料,随车工具,备 胎等所有装置的质量. 2. 最大总质量(kg):汽车满载时的总质量. 3. 最大装载质量(kg):汽车在道路上行驶时的最大装载质量. 4. 最大轴载质量(kg):汽车单轴所承载的最大总质量.与道路通过性有关. 5. 车长(mm):汽车长度方向两极端点间的距离. 6. 车宽(mm):汽车宽度方向两极端点间的距离. 7. 车高(mm):汽车最高点至地面间的距离. 8. 轴距(mm):汽车前轴中心至后轴中心的距离. 9. 轮距(mm):同一车轿左右轮胎胎面中心线间的距离. 10. 前悬(mm):汽车最前端至前轴中心的距离. 11. 后悬(mm):汽车最后端至后轴中心的距离. 12. 最小离地间隙(mm):汽车满载时,最低点至地面的距离. 13. 接近角():汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角. 14. 离去角():汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角. 15. 转弯半径(mm): 汽车转向时, 汽车外侧转向轮的中心平面在车辆支承平面上的轨迹 圆半径.转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径. 16. 最高车速(km/h):汽车在平直道路上行驶时能达到的最大速度. 17. 最大爬坡度(%):汽车满载时的最大爬坡能力. 18. 平均燃料消耗量(L/100km):汽车在道路上行驶时每百公里平均燃料消耗量. 19. 车轮数和驱动轮数(nm):车轮数以轮毂数为计量依据,n 代表汽车的车轮总数, m 代表驱动轮数. 第一章 传动系统 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. 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 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. 离合器接合状态 离合器切断状态 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.它的支承结构简单,成本低,因而被广 泛用于反力弯矩较小的各类轿车上. 但这种半轴支承拆取麻烦, 且汽车行驶中若半轴折断则 易造成车轮飞脱的危险. 第十节 桥壳 驱动桥壳是安装主减速器,差速器,半轴,轮毂和悬架的基础件,主要作用是支承并保 护主减速器, 差速器和半轴等. 同时, 它又是行驶系的主要组成件之一, 故还具有如下功用: 1. 和从动桥一起承受汽车质量 2. 使左,右驱动车轮的轴向相对位置固定 3. 汽车行驶时,承受驱动轮传来的各种反力,作用力和力矩,并通过悬架传给车架 驱动桥壳可分为整体式和分段式两类. 整体式桥壳是桥壳与主减速器壳分开制造, 二者用螺栓连接在一起. 它的结构优点是在 检查主减速器和差速器的技术状况或拆装时, 不用把整个驱动桥从车上拆下来, 因而维修比 较方便,普遍用于各类汽车. 分段式桥壳是桥壳与主减速器壳铸成一体, 且一般分为两段由螺栓连成一体. 这种桥壳 易于铸造, 但维护主减速器和差速器时必须把整个桥拆下来, 否则无法拆检主减速器和差速 器.现已很少使用,北京 2020 采用这种桥壳. 第二章 行驶系 第一节 概述 从发动机发出的功率辗转经过飞轮,离合器,变速箱,传动轴,差速器,半轴, 传到 了车轮,车终于能动了.本教程也进入了一个有点复杂的内容-行驶系.让我们由简到繁, 慢慢道来. 先想象一个只有两根横梁的梯子, 让我们把横梁换成两根车轴, 再安上四个轱辘, 于是, 一个最简单的能被称为车的东西产生了,这就是行驶系.那两根横梁就是车桥(装着驱 动轮的车桥就是驱动桥),两根纵梁就是车架(或就叫纵梁也成).车桥的两端装着轮子, 而车架上则安放着几乎所有其他东西发动机, 变速箱,转向机构(方向盘和转向机), 人, 行李以及把这一切包裹起来的活动房子-车身. 车桥和轮子在颠簸的路面上欢快地跳跃 着,我们当然不希望车身也如此活跃,因此车桥和车架之间要用一种弹性结构连接在一起, 这就是悬架系统, 它包括能让车身不停颤动的弹簧和让这种颤动能尽快停下来的阻尼装置 减震器. 好啦,我们已经知道行驶系的四大主要部分了:车轮,车桥,车架和悬架.下面就让我 们分别探讨一下它们各自功能和结构 第二节 车桥 前面讲过, 车桥通过悬架和车架 (或车身) 相连,两端连接车轮. 车桥可以是整体式的, 有如一个巨大的杠铃, 两端通过悬架系统支撑着车身, 因此整体式车桥通常与非独立悬架配 合;车桥也可以是断开式的,象两把雨伞插在车身两侧,再各自通过悬架系统支撑车身,所 以断开式车桥与独立悬架配用. 根据驱动方式的不同,车桥也分成转向桥,驱动桥,转向驱动桥和支持桥四种.其中转 向桥和支持桥都属于从动桥.大多数汽车采用前置后驱动(FR),因此前桥作为转向桥,后 桥作为驱动桥;而前置前驱动(FF)汽车则前桥成为转向驱动桥,后桥充当支持桥. 转向桥的结构基本相同,由两个转向节和一根横梁组成.如果把横梁比做身体,转向节 就是他左右摇晃的脑袋,脖子就是我们常说的主销,车轮就装在转向节上,仿佛脑袋上带了 个草帽.不过,行驶的时候草帽转,脑袋却不转,中间用轴承分隔开,脑袋只管左右晃动. 脖子主销是车轮转动的轴心,这个轴的轴线并非垂直于地面,车轮本身也不是垂直的, 我们将在车轮定位一节具体论述. 转向驱动桥与转向桥的区别就是一切都是空心的, 横梁变成了桥壳, 转向节变成了转向 节壳体,因为里面多了根驱动轴.这根驱动轴因被位于桥壳中间的差速器一分为二,而变成 了两根半轴.两个草帽也不是简单地套在脑袋上,还要与里面的两根半轴直接相连.半轴在 脖子的位置也多了一个关节万向节,因此半轴也变成了两部分,内半轴和外半轴. 第三节 车轮及车轮定位(一) 上一节讲到转向轮的转向轴心主销并非垂直于地面, 而是朝两个方向产生倾角, 即 主销内倾角和主销后倾角.车轮本身也有一个外倾角和前束.先说主销后倾角.站在车身左 侧,观察车的左前轮,我们会发现主销是向后倾 倒的.这样做的主要目的是为了让主销的 延长线与地面的交点在车轮触地点的前面. 这种设计是为了使车轮在滚动的过程中保持稳定, 不致左右摇摆. 我们不作过多的 理论解释,只举一个例子:也许有的读者小时候玩过推铁环的游戏,我们用一个头部带圈的 长铁杆从后面推一个大铁环使其滚动, 由于铁环很容易翻倒而使得这个游戏具有一定的挑战 性.但如果我们换一种推法,让铁杆与铁环的接触点在铁环与地面接触点的前面,我们会发 现这样做使得这个游戏的挑战性大大降低了, 铁环不再那么容易晃动甚至翻倒了. 这就是主 销后倾角的妙用. 下面再看看主销内倾角. 站在车的后部, 观察车的右前轮, 我们发现主销向左倾倒, 也即向内侧倾倒. 这样做的目的是为了在转弯的时候让车轮产生倾斜. 还是举一个生活中的例子:我 们在骑自行车拐弯的时候,会自然地将车子向所转的方向倾斜,让车轮与地面有一个夹角, 学过物理的人知道,这样做是为了产生足够的向心力.汽车也是一样,右侧车轮在右转弯的 时候在主销内倾角和后倾角的共同作用下会向右侧倾倒, 而左侧车轮虽也有主销内倾角, 却 不会向左侧倾倒,因为还有主销后倾角,把它又拉了回来,甚至也能向右微微倾斜.不仅如 此,两侧车轮的转动还使右侧车身降低,左侧车身抬高,整个车身也向右倾斜,于是产生了 足够的向心力. 第四节 车轮与车轮定位(二) 除了上述的主销后倾和内倾两个角度以保证汽车稳定直线行驶外, 车轮中心平面也不是 垂直于地面的,而是向外倾斜一个角度,称为车轮外倾角.因为假如空车时车轮正好垂直于 地面,则满载时,车桥因受压产生变形,中间下沉,两端上翘,车轮便随之变为内倾,这样 将加速轮胎的磨损.另外,内倾的车轮从两端向内挤压轮毂上的轴承,加重了它的负荷,降 低了使用寿命. 因此在安装车轮时要预先使车轮有一定的外倾, 这也使其与拱行路面相适应. 车轮有了外倾以后, 在滚动时就会导致两侧车轮向外滚开. 由于转向横拉杆和车桥 的约束使车轮不可能向外滚开, 于是车轮在无法按照自己的预想轨迹滚动的情况下, 势必产 生横向滑动,从而加重了轮胎的磨损.为了消除这种不良影响,在安装车轮时,使汽车两前 轮并不平行,俯视车轮,会发现两前轮就象人的内八字脚一样.这称为车轮前束. 在外倾角和前束的共同作用下车轮基本上可以沿直线滚动而没有什么横向影响了. 以上就是车轮定位的四个要素:主销后倾角,主销内倾角,车轮外倾角和车轮前束. 第五节 悬架系统 前悬架系统 前悬架目前基本上都采用独立悬架系统, 即左右两个车轮各自独立地通过悬挂装置与车 体相连,也就意味着可以各自独立地上下跳动.悬架系统由连杆机构和弹簧,减震器组成三 角形, 四边形或其它形状的连接方式以固定车轮与车身的相对位置, 在弹簧的作用下使车轮 可以相对车身上下运动.最常见的有双横臂式和麦佛逊(又称滑柱摆臂式). 双横臂式悬架由上短下长两根横臂连接车轮与车身, 两根横臂都非真正的杆状, 而是大 体上类似英文字母 Y 或 C,这样的设计既是为了增加强度,提高定位精度,也为减震器和弹 簧的安装留出了空间和安装位置.同时,下横臂的长度较长,且与车轮中心大致处于同一水 平线上,这样做的目的是为了在车轮跳动导致下横臂摆动时,不致产生太大的摆动角,也就 保证了车轮的倾角不会产生太大变化.这种结构比较复杂,但经久耐用,同时减震器的负荷 小,寿命长. 滑柱摆臂式悬架结构相对比较简单,只有下横臂和减震器-弹簧组两个机构连接车轮与 车身,它的优点是结构简单,重量轻,占用空间小,上下行程长等.缺点是由于减震器 弹簧组充当了主销的角色, 使它同时也承受了地面作用于车轮上的横向力, 因此在上下运动 时阻力较大,磨损也就增加了.且当急转弯时,由于车身侧倾,左右两车轮也随之向外侧倾 斜,出现不足转向,弹簧越软这种倾向越大. 后悬架系统 后悬架系统的种类比前悬架要多, 原因之一是驱动方式的不同决定着后车轴的有无, 也 与车身重量有关.主要有连杆式和摆臂式两种. 连杆式主要是在 FR 驱动方式,并且后车轴左右一体化(与中间的差速器刚性连接)的情 况下使用的,过去多采用钢板弹簧支撑车身,现在从提高行车平顺性考虑,多使用连杆式和 后面要说的摆臂式,并且使用平顺性好的螺旋弹簧.连杆在左右两侧各有一对,分为上拉杆 和下拉杆, 作为传递横向力(汽车驱动力)的机构, 通常再与一根横向推力杆一起组成五连杆 式构成.横向推力杆一端连接车身,一端连接车轴,其目的是为了防止车轴(或车身)横向窜 动.当车轴因颠簸而上下运动时,横向推力杆会以与车身连接的接点为轴做画圆弧的运动, 如果摆动角度过大会使车轴与车身之间产生明显的横向相对运动, 与下摆臂的原理类似, 横 向推力杆也要设计得比较长,以减小摆动角. 连杆式悬架与车轴形成一体,弹簧下方质量大,且左右车轮不能独立运动,所以颠簸路 面对车身产生的冲击能量比较大,平顺性差.因此采用了摆臂方式,这种方式是仅车轴中间 的差速器固定,左右半轴在差速器与车轮之间设万向节,并以其为中心摆动,车轮与车架之 间用 Y 型下摆臂连接.Y的单独一端与车轮刚性连接,另外两个端点与车架连接并形成 转动轴. 根据这个转动轴是否与车轴平行, 摆臂式悬架又分为全拖动式摆臂和半拖动式摆臂, 平行的是全拖动式,不平行的叫半拖动式. 第六节 弹簧和减振器 (一) 弹簧 螺旋弹簧:是现代汽车上用得最多的弹簧.它的吸收冲击能力强,乘坐舒适性好; 缺点是长度较大,占用空间多,安装位置的接触面也较大,使得悬架系统的布置难以做到很 紧凑. 由于螺旋弹簧本身不能承受横向力, 所以在独立悬架中不得不采用四连杆螺旋弹簧等 复杂的组合机构. 出于乘坐舒适性的考虑, 我们希望对于频率高且振幅小的地面冲击, 弹簧能表现得 柔软一点,而当冲击力大时,又能表现出较大的刚性,减小冲击行程,因此需要弹簧同时具 有两种甚至两种以上的刚度. 可采用钢丝直径不等的弹簧或螺距不等的弹簧, 它们的刚度随 负载的增加而增加. 钢板弹簧:多用于厢式车及卡车,由若干片长度不同的细长弹簧片组合而成.它比 螺旋弹簧结构简单,成本低,可紧凑地装配于车身底部,工作时各片间产生摩擦,因此本身 具有衰减效果.但如果产生严重的干摩擦,就会影响吸收冲击的能力.重视乘坐舒适性的现 代轿车很少使用. 扭杆弹簧:是利用具有扭曲刚性的弹簧钢制成的长杆.一端固定于车身,一端与悬 架上臂相连,车轮上下运动时,扭杆发生扭转变形,起到弹簧的作用. 气体弹簧: 利用气体的可压缩性代替金属弹簧. 它最大的优点就是具有可变的刚度, 随气体的不断压缩渐渐增加刚度, 且这种增加是一个连续的渐变过程, 而不象金属弹簧是分 级变化的. 它的另一个优点是具有可调整性, 即弹簧的刚度和车身的高度是可以主动调节的. 通过主副气室的配合使用, 使弹簧可以处在两种刚度的工作状态下: 主副气室同时 使用,气体容量变大,刚度变小,反之(只使用主气室)则刚度变大.气体弹簧刚度由计算机 控制,在汽车高速,低速,制动,加速以及转弯等状态下,根据所需刚度进行调节.气体弹 簧也有弱点,靠压力变化控制车高必须装备气泵,还有各种控制附件,如空气干燥器,如保 养不善会使系统内部生锈发生故障.另外如果不同时采用金属弹簧,一旦发生漏气,汽车将 无法行驶. 第七节 弹簧和减振器(二) 弹簧虽然可以减轻道路对车身的冲击, 但如果不让它的振动尽快停下来, 我们乘坐的将 是一辆跳个不停的汽车.因此,要在弹簧运动的过程中加上一定的阻力(学名叫做阻尼),使 弹簧的振动迅速衰减.减振器就是这个阻尼设备. 减振器的结构是带有活塞的活塞杆插入筒内,在筒中充满油.活塞上有节流孔,使 得被活塞分隔出来的两部分空间中的油可以互相补充. 阻尼就是在具有粘性的油通过节流孔 时产生的,节流孔越小,阻尼力越大,油的黏度越大,阻尼力越大.如果节流孔大小不变, 当减振器工作速度快时,阻尼过大会影响对冲击的吸收.因此,在节流孔的出口处设置一个 圆盘状的板簧阀门,当压力变大时,阀门被顶开,节流孔开度变大,阻尼变小.由于活塞是 双向运动的,所以在活塞的两侧都装有板簧阀门,分别叫做压缩阀和伸张阀. 减振器按其结构可分为双筒式和单筒式. 双筒式是指减振器有内外两个筒, 活塞在 内筒中运动,由于活塞杆的进入与抽出,内筒中油的体积随之增大与收缩,因此要通过与外 筒进行交换来维持内筒中油的平衡. 所以双筒减振器中要有四个阀, 即除了上面提到的活塞 上的两个节流阀外,还有装在内外筒之间的完成交换作用的流通阀和补偿阀. 与双筒式相比,单筒式减振器结构简单,减少了一套阀门系统.它在缸筒的下部装 有一个浮动活塞, (所谓浮动即指没有活塞杆控制其运动), 在浮动活塞的下面形成一个密闭 的气室, 充有高压氮气. 上面提到的由于活塞杆进出油液而造成的液面高度变化就通过浮动 活塞的浮动来自动适应之.除了上面所述两种减振器外,还有阻力可调式减振器.它可通过 外部操作来改变节流孔的大小. 最近的汽车将电子控制式减振器作为标准装备, 通过传感器 检 测行驶状态,由计算机计算出最佳阻尼力,使减振器上的阻尼力调整机构自动工作. 第八节 轮胎 我们这里讨论的基本上是以目前最常用的无内胎轮胎,即通常所谓的真空胎为对象. 轮胎的结构分为三部分:胎体,帘布,外胎面. 胎体较柔软,外胎面刚性较大,中间的帘线起到加强胎体强度和定型的作用,多加 以金属丝提高轮胎的弹力性能. 轿车轮胎大致分为子午线轮胎和斜线轮胎. 斜线轮胎的帘线按斜线交叉排列, 故而 得名.胎体构成了轮胎的基本骨架,从外胎面到胎侧的柔软度是一致的.虽然斜线轮胎的噪 音小, 外胎面柔软, 低速行驶时乘坐舒适性好, 且价格便宜, 但其综合性能不如子午线轮胎, 汽车厂家都是以子午线轮胎为前提研制新车的, 随着子午线轮胎的不断改进, 斜线轮胎将基 本上被淘汰. 子午线轮胎的帘布层相当于轮胎的基本骨架, 其排列方向与轮胎子午断面一致, 由 于行驶时轮胎要承受较大的切向作用力, 为保证帘线的稳固, 在其外部又有若干层由高强度, 不易拉伸的材料制成的带束层(又称箍紧层),其帘线方向与子午断面呈较大的交角(70-75 度),材料多选用玻璃纤维,聚酰胺纤维或钢丝等高强度材料,既起到固定帘线的作用,同 时利用束带来提高胎面的刚性. 轮胎侧面的刚性小于胎面的刚性, 所以在转弯时轮胎侧面因 受地面横向力作用发生变形,从而保证了外胎面的触地面积基本保持不变. 子午线轮胎与普通斜线胎相比,弹性大,耐磨性好,滚动阻力小,附着性能好,缓 冲性能好,承载能力大,不易刺穿;缺点是胎侧易裂口,由于侧向变形大,导致汽车侧向稳 定性稍差,制造技术要求高,成本高. 下面我们举两例来说明斜线轮胎与子午线轮胎的规格及其标识. 斜线轮胎: 5.60-13 4PR 5.60 : 轮胎宽(5.6 英寸) 13 :适合轮辋直径(13 英寸) 4PR : 轮胎强度(相 当于四层帘布) 子午线轮胎: 195/60R 14 85 H 195 :轮胎宽(195mm) 60 : 扁平率(轮胎 子午断面高宽比)(60%) R :轮胎结构(Radial) 14 :适合的轮辋直径(14 英寸) 85 :允许 载荷代码 H :极限速度符号(H=210km/h) 第三章 转向系 第一节 转向系概述 汽车行驶时要经常改变行驶方向,这就需要有一套能够按照司机意志使汽车转向的机 构,它将司机转动方向盘的动作转变为车轮(通常是前轮)的偏转动作. 按转向力能源的不同,可将转向系分为机械转向系和动力转向系. 机械转向系的能量来源是人力,所有传力件都是机械的,由转向操纵机构(方向盘),转 向器, 转向传动机构三大部分组成. 其中转向器是将操纵机构的旋转运动转变为传动机构的 直线运动(严格讲是近似直线运动)的机构,是转向系的核心部件. 动力转向系除具有以上三大部件外,其最主要的动力来源是转向助力装置. 由于转向 助力装置最常用的是一套液压系统,因此也就离不开泵,油管,阀,活塞和储油罐,它们分 别相当于电路系统中的电池,导线,开关,电机和地线的作用. 第二节 转向盘 转向盘即通常所说的方向盘.转向盘内部有金属制成的骨架,是用钢,铝合金或镁合金 等材料制成.由圆环状的盘圈,插入转向轴的转向盘毂,以及连接盘圈和盘毂的辐条构成. 采用焊接或铸造等工艺制造, 转向轴是由细齿花键和螺母连接的. 骨架的外侧一般包有柔软 的合成橡胶或树脂, 也有采用皮革包裹以及硬木制作的转向盘. 转向盘外皮要求有某种程度 的柔软度,手感良好,能防止手心出汗打滑的材质,还需要有耐热,耐候性. 转向盘的功能:转向盘位于司机的正前方,是碰撞时最可能伤害到司机的部件,因 此需要转向盘具有很高的安全性, 在司机撞在转向盘上时, 骨架能够产生变形, 吸收冲击能, 减轻对司机的伤害. 转向盘的惯性力矩也是很重要的,惯性力矩小, 我们就会感到轮轻, 操做感良好,但同时也容易受到转向盘的反弹(即打手)的影响,为了设定适当的惯性力 矩,就要调整骨架的材料或形状等. 现在的转向盘与以前的看似没有太大变化, 但实际上已经有了改进. 由于转向助力 装置的普及, 转向盘外径变小了, 而手握处却变粗了, 采用柔软材料, 使操作感得到了改善. 现在有越来越多的汽车在转向盘里安装了安全气囊,也使汽车的安全性大大提高 了.转向盘的集电环:转向盘上有喇叭开关,必须时刻与车身电器线路相连,而旋转的转向 盘与组合开关之间显然不能用导线直接相连, 因此就必须采用集电环装置. 集电环好比环形 的地铁轨道,喇叭开关的触点就象奔跑在轨道上的电车,时刻保持接通的状态.由于是机械 接触, 长时间使用触点会因磨损影响导电性, 导致紧急时刻喇叭不鸣甚至气囊不工作. 因此, 最近装备气囊的汽车开始装用电缆盘,代替集电环. 转向盘的端子与组合开关的端子用电缆线连接, 电缆盘将电线卷入盘内, 类似于吸 尘器的电线卷取机构,在转向盘旋转范围内,电线靠卷筒自由伸缩.这种装置大大提高了电 器装置的可靠性. 第三节 转向柱 为牢固支承转向盘而设有转向柱. 传递转向盘操作的转向轴从中穿过, 由轴承和衬套支 承.转向柱本体安装在车身上.转向机构应备有吸收汽车碰撞时产生的冲击能的装置.许多 国家都规定轿车义务安装吸能式转向柱. 吸能装置的方式很多, 大都通过转向柱的支架变形 来达到缓冲吸能的作用. 转向轴与转向器齿轮箱之间采用连轴节相连(即两个万向节), 之所以用连轴节, 除 了可以改变转向轴的方向, 还有就是使得转向轴可以作纵向的伸缩运动, 以配合转向柱的缓 冲运动. 可倾斜式转向机构:正是由于有了连轴节,转向轴可以有不同的倾斜角度,使转向 盘的位置可以上下倾斜,适应各种身高和体形的司机.通过操作位于转向柱下侧的手柄,使 转向柱处于放松状态,将转向盘调至自己喜好的位置,再反向转动手柄,使转向柱固定在新 的位置上. 现在的一些高级轿车上已经采用电动式转向盘倾斜调整机构. 转向轴内装有专用电 机,使转向轴改变倾斜角度.最新型的调整机构是全自动式由计算机控制的.司机在下车前 将点火钥匙拔出,转向盘便自动升起,以便司机顺利下车.但计算机会记住原来的转向盘位 置,当点火钥匙再次插入时,转向盘会自动恢复原位. 可伸缩式转向机构: 该机构可象望远镜那样伸缩调整转向盘的前后位置. 转向轴也 象望远镜一样有双重结构,内筒与外筒用花键啮合,使它们无法相对转动,而只能沿键槽方 向做伸缩运动. 与倾斜调整机构相同, 可操作手柄解除或固定伸缩动作, 一部分车也采用电动式计 算机控制的全自动伸缩式转向机构. 第四节 转向器 转向器(也常称为转向机)是完成由旋转运动到直线运动(或近似直线运动)的一组齿轮 机构,同时也是转向系中的减速传动装置.历史上曾出现过许多种形式的转向器,目前较常 用的有齿轮齿条式,蜗杆曲柄指销式,循环球-齿条齿扇式,循环球曲柄指销式,蜗杆滚轮 式等.其中第二,第四种分别是第一,第三种的变形形式,而蜗杆滚轮式则更少见.我们只 介绍目前最常用,最有代表性的两种形:齿轮齿条式和循环球式. 齿轮齿条式:齿轮齿条方式的最大特点是刚性大,结构紧凑重量轻,且成本低.由 于这种方式容易由车轮将反作用力传至转向盘, 所以具有对路面状态反应灵敏的优点, 但同 时也容易产生打手和摆振等现象. 齿轮与齿条直接啮合, 将齿轮的旋转运动转化为齿条的直 线运动, 使转向拉杆横向拉动车轮产生偏转. 齿轮并非单纯的平齿轮, 而是特殊的螺旋形状, 这是为了尽量减小齿轮与齿条之间的啮合间隙, 使转向盘的微小转动能够传递到车轮, 提高 操作的灵敏性,也就是我们通常所说的减小方向盘的旷量.不过齿轮啮合过紧也并非好事, 它使得转动转向盘时的操作力过大,人会感到吃力. 循环球式: 这种转向装置是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速, 使转向盘 的旋转运动变为涡轮蜗杆的旋转运动, 滚珠螺杆和螺母夹着钢球啮合, 因而滚珠螺杆的旋转 运动变为直线运动,螺母再与扇形齿轮啮合,直线运动再次变为旋转运动,使连杆臂摇动, 连杆臂再使连动拉杆和横拉杆做直线运动,改变车轮的方向. 这是一种古典的机构, 现代轿车已不再使用, 但又被最新方式的助力转向装置所应 用. 它的原理相当于利用了螺母与螺栓在旋转过程中产生的相对移动, 而在螺纹与螺纹之间 夹入了钢球以减小阻力, 所有钢球在一个首尾相连的封闭的螺旋曲线内循环滚动, 循环球式 故而得名. 第五节 动力转向机构 动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置. 随着最近汽车发动机马力 的增大和扁平轮胎的普遍使用, 使车重和转向阻力都加大了, 因此动力转向机构越来越普及. 值得注意的是,转向助力不应是不变的,因为在高速行驶时,轮胎的横向阻力小,转向盘变 得轻飘,很难捕捉路面的感觉,也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制.所以在高速时 要适当减低动力,但这种变化必须平顺过度. (一)液压式动力转向装置 液压式动力转向装置重量轻,结构紧凑,利于改善转向操作感觉,但液体流 量的增加 会加重泵的负荷,需要保持怠速旋转的机构. (二)电动式动力转向装置 电动式动力转向装置是最新形式的转向装置,由于它节能,故受到人们的重视.它是利 用蓄电池转动电机产生推力. 由于不直接使用发动机的动力, 所以大大降低了发动机的功率 损失(液压式最大损失 5-10 马力),且不需要液压管路,便于安装.尤其有利于中置发动机 后轮驱动的汽车. 但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式, 所以只限用于前轮 轴轻的中置发动机后驱动的汽车上. (三)电动液压式动力转向装置 即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式,它集液压式和电动式的优点于一体. 因为是计算机控制,所以转向助力泵不必经常工作,节省了发动机的功率.这种方式结构紧 凑,便于安装布置,但液压产生的动力不能太大,所以适用排量小的汽车. 发动机的分类 发动机按照它不同的特点有很多种分类方法. 1. 按燃料分 可分为柴油机,汽油机和天然气机等 2. 按实现循环的行程数分 a) 四冲程发动机:活塞移动四个行程或曲轴转两圈气缸内完成一个工作循环 b) 二冲程发动机:活塞移动两个行程或曲轴转一圈气缸内完成一个工作循环 3. 按冷却方式分 a) 水冷式发动机:以水为冷却介质 b) 风冷式发动机:以空气作为冷却介质(适合缺水地区使用,如沙漠国家) 4. 按点火方式分 a) 压燃式发动机:利用气缸内空气被压缩后产生的高温,使燃油自燃.如柴油机. b) 点燃式发动机:利用火花塞发出的电火花强制点燃燃料,使燃料强行着火燃烧.如汽油 机,煤气机. 5. 按可燃混合气形成的方法分 a) 外部形成混合气的发动机:燃料和空气在外先混合然后进入气缸.如使用化油器的汽油 机. b) 内部形成混合气的内燃机:燃料在临近压缩终了时才喷入气缸,在气缸内与空气混合. 如柴油机. 6. 按进气方式分 a) 自然吸气式发动机:空气靠活塞的抽吸作用进入气缸内. b) 增压式发动机:为增大功率,在发动机上装有增压器,使进入气缸的气体预先经过压气 机压缩后再进入气缸. 7. 按气缸数目分 a) 单缸发动机 b) 多缸发动机:按气缸的排列型式又可分为 i. 直列立式发动机:所有气缸中心线在同一垂直平面内. ii. 直列卧式发动机:所有气缸中心线在同一水平平面内. iii. V 型发动机:气缸中心线分别在两个平面内,且两平面相交呈 V 型. iv. 对置式发动机:V 型夹角为 180时又称为对置式. v. 其它:还有 H 型,X 型,星型等,但在车辆上应用很少. 比较汽油机与柴油机 发动机按所使用的燃料进行分类,可以分为汽油机和柴油机. 汽油与柴油相比较,汽油的沸点低,容易气化,而柴油的自燃温度低. 柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度, 使空气温度超过柴油的自燃测试, 这时再喷 入柴油, 柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧. 德国人狄塞尔想出了这个办法并取得了 专利权,所以柴油机又叫狄塞尔发动机. 与汽油机相比,柴油机的优点是柴油价格便宜,经济性好,并且它没有点火系统,所以 故障较少. 但柴油机由于工作压力大, 要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度, 所以柴油机比 较笨重,体积较大;柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高,所以成本较高;另外,柴油机 工作粗暴,振动噪声大;柴油不易蒸发,冬季冷车时起动困难. 所以,现在的轿车中主要装备汽油机. 发动机的基本名词术语 1. 活塞止点与行程: a) 活塞在气缸内作往复运动的两个极端位置称为止点.活塞离曲轴放置中心最远位置 称为上止点,离曲轴放置中心的位置称为下止点. b) 上下止点之间的距离称为活塞的行程.曲轴转动半圈,相当于活塞移动一个行程. 2. 排量 a) 活塞在气缸内作往复运动,气缸内的容积不断变化.当活塞位于上止点位置时,活 塞顶部与气缸盖内表面所形成的空间称为燃烧室.这个空间容积称为燃烧室容积. b) 活塞从上止点移动到下止点所通过的空间容积称为气缸排量, 如果发动机有若干个气缸, 所有气缸工作容积之和称为发动机排量. c) 当活塞在下止点位置时,活塞顶上部的全部气缸容积称为气缸总容积. 3. 压缩比 a) 气缸总容积与燃烧室容积的比值称为压缩比.压缩比表示了活塞从下止点移动到上 止点时,气体在气缸内被压缩的程度. b) 压缩比越大,气体在气缸内受压缩的程度越大,压缩终点气体的压力和温度越高,功率 越大,但压缩比太高容易出现爆震. c) 压缩比是发动机的一个重要结构参数.由于燃料性质不同,不同类型的发动机对压缩比 有不同的要求.柴油机要求较大的压缩比,一般在 12-29 之间,而汽油机的压缩比较小,在 6-11 之间.选用高标号的汽油可以部分地提高压缩比. 四冲程汽油机的工作原理 四冲程汽油机的工作过程是一个复杂的过程,它由进气,压缩,燃烧膨胀,排气四个行 程组成. 一. 进气行程 此时,活塞被曲轴带动由上止点向下上止点移动,同时,进气门开启,排气门关闭.当 活塞由上止点向下止点移动时,活塞上方的容积增大,气缸内的气体压力下降,形成一定的 真空度. 由于进气门开启, 气缸与进气管相通, 混合气被吸入气缸. 当活塞移动到