第16章 汽车传动系统部件.ppt

第16章汽车传动系统部件 第16章汽车传动系统部件 第一节离合器第二节液力变矩器第三节变速箱第四节万向传动轴第五节驱动桥 离合器 离合器的组成和分类 根据离合器的基本功用 离合器至少包含主动部分和从动部分 主动部分和从动部分可以暂时分离 又可以逐渐结合 主动部分和从动部分要非刚性连接 因此可以相对运动 离合器的分类摩擦离合器 靠机械摩擦传动 根据压紧力不同 弹簧压紧 液力压紧 电磁铁吸力压紧 液力耦合器 靠液体之间的耦合作用传动 电磁离合器 靠电磁之间的耦合作用传动 对摩擦离合器的基本性能要求 分离彻底 便于变速器换档 接合柔和 保证整车平稳起步 从动部分转动惯量尽量小 减轻换档时齿轮的冲击 散热良好 保证离合器正常工作 离合器的构造及工作原理 摩擦离合器的类型 按从动盘的数目分类单盘式离合器只有一个从动盘 双盘式离合器有两个从动盘 摩擦面数目多 可传递的转矩较大 按压紧弹簧的结构形式分类螺旋弹簧离合器压紧弹簧是常见的螺旋弹簧 膜片弹簧离合器压紧弹簧是膜片弹簧 单盘周布弹簧离合器的构造 定义 自由间隙 离合器接合时 分离轴承前端面与分离杠杆端头之间的间隙 分离间隙 离合器分离后 从动盘前后端面与飞轮及压盘表面间的间隙 离合器踏板自由行程 从踩下离合器踏板到消除自由间隙所对应的踏板行程是自由行程 离合器踏板工作行程 消除自由间隙后 继续踩下离合器踏板 将会产生分离间隙 此过程所对应的踏板行程是工作行程 离合器的工作过程 离合器的工作过程可以分为分离过程和接合过程 在分离过程中 踩下离合器踏板 在自由行程内首先消除离合器的自由间隙 然后在工作行程内产生分离间隙 离合器分离 在接合过程中 逐渐松开离合器踏板 压盘在压紧弹簧的作用下向前移动 首先消除分离间隙 并在压盘 从动盘和飞轮工作表面上作用足够的压紧力 之后分离轴承在复位弹簧的作用下向后移动 产生自由间隙 离合器接合 离合器的调整 离合器在使用过程中 从动盘会因磨损而变薄 使自由间隙变小 最终会影响离合器的正常接合 所以离合器使用过一段时间后需要调整 离合器调整的目的是保证合适的自由间隙 周布弹簧离合器 双盘 特点有两个从动盘和压盘 用于重型车辆 摩擦片数目多 结合柔和 中间压盘由飞轮直接驱动 轴向尺寸大 结构复杂 中间压盘通风散热差 分离行程较大 分离不彻底 从动部分转动惯量大 换挡困难 采用一个或者两个位于离合器中央的压紧弹簧的离合器 中央弹簧离合器 中央弹簧离合器的操纵过程 分离轴承前移 压紧弹簧压缩 压紧杠杆内段前移 压紧杠杆外段后移 压盘在分离弹簧作用下后移 装配在中间压盘外端的分离摆杆的摆臂在其扭转弹簧作用下转动 中间盘被分离摆杆拨动适当后移 传动杆前移 膜片弹簧离合器 用弹簧钢板制成的带有锥度的膜片弹簧作为压紧弹簧 膜片弹簧 膜片弹簧 材料 优质弹簧钢板形状 碟状 碟形弹簧 小端径向切口均匀分布 形成分离指 起分离杠杆作用大端起压紧弹簧作用外端圆孔防止集中应力 径向切槽 平衡机构 中央弹簧的压紧力均匀的布置在压紧杠杆上 中央弹簧离合器的优点 间隙调整 通过调整机构可以方便的消除因摩擦片磨损而产生的间隙 可利用较大杠杆比 在保证压力的前提下 操纵轻便 其它中央弹簧离合器 圆柱形螺旋弹簧的轴向尺寸比较大 不便于布置 为了克服这一缺点 中央弹簧也可以采用矩形或圆形断面的锥形弹簧 特点沿周向布置的螺旋弹簧的轴线与离合器轴线成一定的倾斜角度 工作性能稳定 彻底分离需要的踏板力较小 周布斜置弹簧离合器 膜片弹簧离合器 用弹簧钢板制成的带有锥度的膜片弹簧作为压紧弹簧 膜片弹簧 膜片弹簧 材料 优质弹簧钢板形状 碟状 碟形弹簧 小端径向切口均匀分布 形成分离指 起分离杠杆作用大端起压紧弹簧作用外端圆孔防止集中应力 径向切槽 膜片弹簧离合器的结构特点 轴向尺寸较小而径向尺寸较大 有利于在提高转矩能力的情况下减小离合器轴向尺寸 分离指起分离杠杆的作用 不需专门的分离杠杆 使离合器结构简化 零件数目减小 质量轻 膜片弹簧轴向尺寸小 可以适当增加压盘的厚度 增加热容量 可以在压盘上增加散热筋以及在离合器盖上开设较大的通风孔来改善散热条件 主要部件结构简单 可以采取冲压加工 大批量生产时降低生产成本 膜片弹簧离合器的特点 螺旋弹簧具有线性特征膜片弹簧具有非线性特征 膜片弹簧的弹性特性 摩擦片磨损后工作位置 新摩擦片工作位置 离合器分离状态位置 磨损后压紧力下降较小 分离距离时所需分离力较小 非线性性 膜片弹簧离合器的优缺点 优点膜片弹簧离合器转矩容量大且较稳定 操纵轻便 结构简单紧凑 高速平衡性好 散热通风好 压力分布均匀 与摩擦片的接触良好 摩擦片的使用寿命长 缺点制造工艺 加工和热处理 和尺寸精度 板材厚度和离合器与压盘高度公差 分离指部分刚度低 导致分离效率低 分离指根部应力集中 容易产生裂纹或损坏 分离指舌尖易磨损 且难以恢复 离合器压盘的传力方式和离合器的通风散热 膜片弹簧离合器的类型 按分离指的受力分离方向推式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器 膜片弹簧的安装方向与推式相反 推式膜片弹簧离合器 按支承环数目 双支承环 单支承环 无支承环 双支承环 技术成熟 耐磨性好 使用寿命高 但结构复杂 结构紧凑 简单 使用寿命长 单支承环 只有一个支承环位于膜片弹簧的前端或后端 另一个支承环用离合器盖的凸台或弹性挡环代替 无支承环 无支承环 拉式膜片弹簧离合器 按支承环数目 单支承环和无支承环 分离指 分离杠杆 支点在离合器盖上 推式膜片弹簧离合器与拉式膜片弹簧离合器的比较 拉式膜片弹簧离合器的优缺点优点 拉式膜片弹簧离合器在同样的压盘直径下具有高的压紧力和转矩容量 在要求同样的传递转矩时 可减小压盘的尺寸 结构紧凑 简单 质量轻 中间支撑少 传动效率高 工作平稳冲击小的优点 缺点 分离指与分离轴承套筒嵌装在一起 分离轴承制造难度大 装配精度要求高 不便维护的缺点 压盘的传力方式 压盘是离合器的主动部件 始终随飞轮旋转 通常可以通过凸台 键或销传动 使其与飞轮一同旋转 同时压盘又可以相对飞轮向后移动 使离合器分离 离合器的通风散热 通常采取的措施压盘具有足够大的质量以保证其足够的热容量 在压盘上设散热筋或鼓风筋 在压盘内铸造出通风槽 在离合器壳上开设散热孔窗 摩擦片表面开槽 采用绝热 隔热材料 结构上考虑变形余量等 离合器必须采取必要的通风 散热措施 保证自身产生的热量能够散发出去 从动盘和扭转减振器 从动盘和扭转减振器 从动盘和扭转减振器 从动盘组成 从动盘本体 摩擦片 从动盘毂等 注意 从动盘应具有轴向弹性 方法 在两摩擦片间增加波形弹性片 从动盘分类 按波形片与从动盘本体的关系整体式弹性从动盘分开式弹性从动盘组合式弹性从动盘 整体式弹性从动盘 特点 在从盘本体上加工波形片 分开式弹性从动盘 特点 从动盘本体上铆接波形片 组合式弹性从动盘 特点 从动盘本体的靠近压盘一面 铆接波形片 另一面直接铆接摩擦片 整体式弹性从动盘优点 结构简单 质量轻 缺点 从动盘整体损坏 波形片的刚度一致性不易保证 波形片根部有应力集中 分开式弹性从动盘优点 波形片刚度一致性好 可更换损坏的波形片 缺点 安装复杂 组合式弹性从动盘优点 摩擦片分别安装 工艺简单 波形片刚度一致性好 缺点 仍存在摩擦片整体损坏的情形 几种具有轴向弹性的从动盘的优缺点 铆接铆钉材料 铜 铝等较软金属 优点 连接可靠 更换摩擦片方便 适用于在从动片上安装波形弹簧片 缺点 摩擦面积利用率小 使用寿命短 粘接优点 摩擦面积增大 摩擦片厚度利用好 具有较高的抗切向力和离心力能力 缺点 更换摩擦片困难 无法在从动片上安装波形弹簧片 摩擦片与从动片的连接方式 从动盘为什么要具有减震能力 发动机传到传动系的扭矩有周期性 因此产生扭转振动 可能产生系统的共振 而影响零部件的寿命或者损坏零部件 在特殊工况下 紧急制动 也有可能产生较大的冲击 在离合器从动盘上安装扭转减振器 可以避免系统的共振 衰减冲击载荷 桑塔纳轿车离合器从动盘 减震器构造 减震弹簧 减震器盘 阻尼片等 减震器构造 扭转减振器的工作原理 减震弹簧的作用 实现从动盘与从动盘毂之间在圆周方向的弹性联系 动力传递的路线从动盘本体 减振器盘 减震弹簧 从动盘毂 从动轴 阻尼片的作用 铆在从动盘毂上的阻尼片用具有一定弹性的非金属材料制成 通过与从动盘本体 减振器盘和从动盘毂之间摩擦 消耗减振弹簧吸收的能量 变刚度扭转减振器的特性 变刚度扭转减振器 安装不同刚度的弹簧 然弹簧先后起作用 获得变刚度特性 优点 通过刚度的匹配消除对传动系统不利的系统共振 降低传动系统噪声 同步器 同步器的作用 无同步器的普通变速器的操纵复杂 换档过程中容易产生冲击 对驾驶员的熟练程度要求高 容易造成驾驶员的疲劳 为克服上述缺点 在普通变速箱上采用同步器 使换档时即将啮合齿轮的接合部位与接合套的速度相等 即实现同步 齿轮2 齿轮4及其端部接合齿圈的转速由离合器输出轴的转速决定 并跟随其变化 接合套及其端部接合花键的转速由汽车行驶速度决定并 并跟随其变化 五档齿轮4的转速永远高于齿轮2的转速 一 无同步器的换挡过程 低挡换入高挡 高挡换入低挡 惯性同步器靠摩擦原理工作 在结构上保证了接合部位在未达到同时不能接触 因此可以避免冲击和发生的噪音 广泛应用于轿车和轻型 中型车辆 二 惯性式同步器 惯性式同步器 锁环式 锁销式 锁环式惯性同步器的结构 同步器花键毂的内花键与轴上的外花健配合 用卡环轴向固定 同步器接合套的内花键与花键毂的外花键滑动配合 接合套可轴向移动 花键毂与齿圈之间有一青铜制成的锁环 同步环 锁环上有断续的短花键齿圈 花键齿的断面齿廓 尺寸及数量与对应齿圈及花键毂的外花键齿均相同 锁环式惯性同步器的结构 锁环上的花键齿在对着接合套的一端都有倒角 锁止角 且与接合套齿端的倒角相同 锁环具有与齿圈上的锥形面锥度相同的内锥面 锥面上制出细牙的螺旋槽 以便两锥面接触后能破坏油膜 增加锥面间的摩擦 缩短同步时间 三个滑块分别嵌合在花键毂的三个轴向槽内 可沿轴向滑动 锁环式惯性同步器的结构 三个定位销分别插入三个滑块的通孔中 在弹簧的作用下 定位销压向结合套 使定位销端部的球面正好嵌在接合套中部的凹槽中 起到空挡定位的作用 锁环的三个凸起部分别伸入花键毂的三个通槽中 只有当凸起部位于通槽的中央时 接合套与锁环的齿方能结合 通槽宽度为锁环凸起部宽度加上接合套的一个齿厚 滑块两端伸入锁环的三个缺口中 锁环式惯性同步器的结构 组成 花键毂 接合套 锁环 滑块 定位销 弹簧等 锁环式惯性同步器的工作原理 假定以低速挡换入高速挡 当从低速挡退到空挡时 n4 n7 n3 n7即 n3 n4 锁环式惯性同步器的工作原理 接合套左移 定位销带动滑块左移 锁环相对接合套超前一个角度 滑块推动锁环移向齿圈 产生摩擦 接合套齿与锁环齿错开半个齿厚 接合套齿端倒角与锁环齿端倒角相互抵触 两齿端产生相互作用力 锁环式惯性同步器的工作原理 切向力F2所形成的力矩试图使锁环相对于接合套向后退转 称为拔环力矩M2 轴向力F1使锁环和齿圈锥面相互压紧 使两者转速迅速接近 惯性力矩M1与轴向力F1的垂直于摩擦锥面的分力成正比 而拔环力矩则与切向力F2成正比 如果M2 M1 锁环可相对接合套向后退转 进入结合 如果M2 M1 则二者不可能结合 齿圈作减速旋转 产生与旋转方向相同的惯性力矩M1 并通过摩擦锥面作用到锁环上 阻止锁环相对接合套向后旋转 锁环式惯性同步器的工作原理 F1和F2都是法相力FN的分力 二者的比值取决于花键齿锁止角的大小 惯性式同步器的由来 锁环对接合套的锁止作用是齿圈的惯性力矩造成的 在设计同步器时 适当选择锁止角和摩擦锥面的锥角 便能保证在达到同步之前 齿圈施加在锁环上的惯性力矩M1总大于切向力F2形成的拔环力矩M2 锁环式惯性同步器的工作原理 接合套继续左移 拔环力矩M2使齿圈相对结合套向后退转 齿圈与锁环转速相等 惯性力矩消失 接合套进一步左移 锁环的花键齿圈进入结合 锁止作用消失 锁环式惯性同步器的工作原理 接合套继续左移 作用在齿圈花键齿端斜面上的切向分力使齿圈相对于锁环及接合套转过一个角度 接合套花键齿与齿圈花键齿抵触 接合套与齿圈结合 完成换挡 锁销式惯性同步器的结构 组成 花键毂 接合套 摩擦锥环 摩擦锥盘 锁销 定位销 钢球 弹簧等 锁销式惯性同步器的工作原理 两种惯性式同步器的比较 锁环式惯性同步器 结构紧凑 但径向尺寸小 锥面间摩擦力矩较小 所以多用于传递转矩不大的轿车和轻型货车的变速器 锁销式惯性同步器 在结构上允许采用直径较大的摩擦锥面 摩擦锥面间可产生较大的摩擦力矩 缩短了同步时间 多用在中型和重型汽车上 变速器操纵机构 组成 变速杆 叉型拨杆 拨块 拨叉 拨叉轴 安全装置 安装位置 安装在变速器的上盖或者侧盖内 特点 结构紧凑 简单 操纵方便 直接操纵机构 变速器布置在驾驶员座位附近 变速杆由驾驶室地板伸出 驾驶员可以直接操纵换档 直接操纵式变速器操纵机构的构造 五 六档拨叉 三 四档拨叉 一 二档拨叉 倒档拨叉 变速杆 换档轴 叉形拨杆 倒档拨叉轴 一 二档拨叉轴 五 六档拨叉轴 自锁钢球 互锁销 五 六档拨块 操纵机构的安全装置 变速器的操纵装置应满足保证变速器不自行脱挡或挂档 保证变速器不同时挂入两挡 防止误挂倒档 自锁装置 互锁装置 倒挡锁装置 自锁装置组成及工作原理 自锁钢球 拨叉轴 自锁弹簧 自锁装置组成及工作原理 拨叉轴 互锁钢球 互锁销 空档状态 互锁装置组成及工作原理 互锁装置组成及工作原理 倒档锁销 倒档拨块 倒档锁弹簧 倒挡锁装置组成及工作原理 驾驶员在换倒档时要克服倒档锁弹簧弹力 变大的换档阻力 可提醒驾驶员 倒挡锁装置组成及工作原理 万向节 十字轴式刚性万向节 主要零部件 十字轴 万向节叉 两个 滚针轴承 套筒 轴承盖 油封等 十字轴式刚性万向节的结构 十字轴式万向节的损坏以十字轴轴颈和滚针轴承的磨损为标志 十字轴式刚性万向节的润滑与密封 现代十字轴万向节用橡胶油封代替了此前的毛毡和软木垫油封 当注油枪注入内腔的油压大于允许值时 多余的润滑油便从橡胶油封内圆表面与十字轴轴颈接触处溢出 滚针轴承的轴向定位 常见的定位方式固定盖板式挡圈固定式瓦盖固定式塑料环固定式 固定盖板式轴向定位 特点 工作可靠 拆装方便 但零件数目多 挡圈固定式轴向定位 特点 工作可靠 零件数目少 结构简单 瓦盖固定式轴向定位 特点 万向节叉与十字轴轴颈配合的圆孔不是一个整体 因此拆装方便 工作可靠 但加工工艺复杂 塑料环固定式轴向定位 特点 工作可靠 但拆装不方便 球笼式等速万向节 按主 从动叉在传递转矩的过程中是否产生轴向位移固定型球笼式万向节 RF节 伸缩型球笼式万向节 VL节 等速万向节 球笼式等速万向节 等速万向节 固定型球笼式等速万向节 主要部件 球形壳 外滚道 传动钢球 保持架 球笼 行星套 内滚道 等 钢球外滚道中心A 钢球外滚道中心B AO BO CA CB 等速万向节 固定型球笼式等速万向节等速原理 COA COB 两轴相交任意角a时 传力钢球的中心C都位于夹角的平分面上 允许两轴间的夹角较大45 50度 适合于用在转向驱动桥的车轮侧 与球叉式相比 承载能力强 结构紧凑 拆卸方便 制造精度要求高 应用日益广泛 等速万向节 固定型球笼式等速万向节的特点 内 外滚道均为柱面 主动轴 星形套 保持架一起可相对筒形壳 移动保持架内球面中心B 外球面中心A 位于万向节中心O的两边 且AO BO 结构上6个传力钢球所确定的平面中心即为万向节中心 且CA CB 等速万向节 伸缩型球笼式等速万向节 在传递转矩过程中 主从动轴不仅能相对转动 而且可以产生轴向位移 允许两轴间的夹角较大20 25度 承载能力强 结构紧凑 拆卸方便 等速万向节 伸缩型球笼式等速万向节的特点 RF节和VL节的应用 RF节用于靠近车轮处 VL节用于靠近驱动桥处 RF节和VL节的应用 RF节用于靠近车轮处 VL节用于靠近驱动桥处 RF节 万向节中心必须在主销轴线上 主减速器 按传动齿轮副的数目单级主减速器双级主减速器带轮边减速器的双级主减速器 主减速器的分类 按主减速器档位单速式双速式 按齿轮副结构形式圆柱齿轮式圆锥齿轮式准双曲面齿轮式 传动比固定 有两个档位 主从动齿轮轴线平行 主从动锥齿轮轴线垂直且相交 主从动锥齿轮轴线垂直但不相交 有轴线偏移 单级主减速器 主要部件 主动锥齿轮 从动锥齿轮 圆锥滚子轴承 调整垫片以及调整螺母等 主传动比 主减速器的传动比称为主传动比 用i0表示 i0 z2 z1Z2 从动齿轮齿数Z1 主动齿轮齿数 特点 只有一对齿轮副传动 零件少 结构紧凑 重量轻 传动效率高 单级主减速器 主从动锥齿轮间必须有正确的啮合位置 结构上使主从动锥齿轮有足够的支承刚度 主从动锥齿轮在啮合传递动力的过程中要尽量减小冲击噪声 且沿其长度方向磨损均匀 以免传动过程中出现较大变形而影响正常啮合 必要的啮合调整装置 主从动锥齿轮的支承 目的 增加支承刚度 便于拆卸 调整 主动锥齿轮通常与输入轴制成一体 输入轴通过跨置式或悬臂式支承方式支承在主减速器壳体上 从动锥齿轮用螺栓固定在差速器壳体上 差速器壳通过跨置式支承方式支承在主减速器壳体上 轴承的预紧 目的 减小锥齿轮传动过程中的轴向力引起的轴向位移 保证齿轮副的正常啮合 预紧方法调整垫片调整螺母 圆锥齿轮正确啮合 啮合印迹位于齿高的中间靠近小齿端 并超过齿宽的60 圆锥齿轮啮合的调整 圆锥齿轮啮合的调整是指齿面啮合印迹和齿侧间隙的调整 齿面啮合印迹的调整 改变主减速器壳与主动锥齿轮轴承座之间调整垫片的总厚度 调整主动齿轮的位置 圆锥齿轮啮合的调整 齿侧啮合间隙的调整 拧动轴承调整螺母 改变从动锥齿轮的位置 齿侧间隙应在0 15 0 40mm 圆锥齿轮啮合的调整 圆锥齿轮啮合的调整 为保持已调整好的差速器圆锥滚子轴承预紧度不变 一端调整螺母拧入的圈数应等于另一端螺母拧出的圈数 圆锥滚子轴承预紧度的调整必须在齿轮啮合调整之前进行 可通过同时调整调整垫片的厚度和调整螺母的位置来保证齿轮副正确的啮合位置和啮合间隙 主减速器对离地间隙和地板高度的影响 驱动桥中间部分尺寸H 对上影响车身底板高度 对下影响汽车最小离地间隙h0 为了避免汽车的离地间隙太小和地板高度太高 应尽量减小驱动桥的高度 即在保证所要求的传动比和齿轮强度条件下尽量减小主动齿轮齿数 驱动桥尺寸H主要取决于主减速器从动锥齿轮的大小 主减速器对离地间隙和地板高度的影响 主动锥齿轮轴线向下偏移时 在保证一定离地间隙的前提下 可降低主动锥齿轮和传动轴的位置 进而降低车身和整车质心位置 提高汽车行驶稳定性 方法 准双曲面齿轮代替曲线齿锥齿轮 准双曲线齿轮的特点 轮齿强度高 可以同时有几对齿轮进入啮合 提高承载能力 工作平稳 可以通过轴线偏移提高离地间隙 或在离地间隙不变的情况下 降低车辆的重心高度 齿面间有相对滑动 齿面间的压力大 容易破坏油膜 影响齿轮的寿命 制造难度大 主减速器的润滑 主减速器采用飞溅润滑的方式 靠从动锥齿轮的转动将润滑油甩到各齿轮 轴和轴承上进行润滑 主减速器壳体上设有通气孔 加油孔和放油孔 润滑油 一般采用含防刮伤添加剂的齿轮油 以免齿轮迅速擦伤和磨损 降低使用寿命 双级主减速器 当要求主减速器有较大传动比时 由一对锥齿轮传动将会导致尺寸过大 不能保证最小离地间隙的要求 这时多采用两对齿轮传动 即双级主减速器 特点由两级齿轮传动 在实现较大传动比的前提下 提高离地间隙 可以通过更换不同的齿轮副实现不同的传动比 提高零部件的通用性 主传动比 i0 z2 z1 z4 z3 轮边减速器一般采用行星齿轮变速器 主传动比 i0 i01 i02 轮边减速器 在重型载货车 越野汽车或大型客车上 当要求传动系的传动比值较大 离地间隙较大时 往往在两侧驱动轮附近再增加一级减速传动 称为轮边减速器 轮边减速也可以看作是主减速器的第二级传动 为了提高汽车的动力性和经济性 有些重型车辆或越野车辆采用具有两个传动比的主减速器 双速主减速器 具有两档传动比的主减速器 在良好路面上采用 用小传动比的档位行驶 提高经济性 该档位常接合 在坏路面或载荷较大时 通过操纵装置换到大传动比档位 提高车辆的动力 该档位需要时接合 因为操纵距离较远 一般采用气动或者电液操纵方式 双速主减速器 贯通