汽车底盘(高职)项目一 绪论.ppt

汽车底盘构造与维修 海南经贸职业技术学院机电系 项目一绪论 学习目标1 了解汽车底盘的基本组成及功用2 了解汽车底盘的各种布置型式3 了解汽车行驶的基本原理4 掌握必要的安全生产注意事项 我们已经知道汽车一般是由发动机 底盘 车身和电气设备组成的 而汽车底盘是汽车的重要组成部分 是汽车的基础 下面对汽车底盘做一整体性的简要介绍 任务一汽车底盘发展概况 随着电子技术的发展 应用于汽车底盘中的电子控制系统越来越多 如车身系统 动力传动系统 安全系统 信息系统等 系统化的电子控制是汽车底盘技术主要发展趋势 随着车载网络系统在汽车中的应用 把很多系统都连成了一个整体 制动防抱死系统 ABS 防滑控制系统 ASR 安全气囊 SRS 汽车防滑转控制系统 ASR 及汽车防滑转控制系统的使用 极大提高了汽车在起步 加速时的操纵稳定性以及通过滑溜路面的能力 电子控制自动变速器由于能够适时 准确地自动换挡 提高了汽车的操纵性 舒适性和安全性 进而降低了汽车的燃油消耗 提高了汽车的燃料经济性 电子控制悬架可根据不同的路面 车速等情况 自动控制悬架的刚度和阻尼以及车身的高度 大大提高了汽车的乘坐舒适性和操纵的稳定性 另外 动力转向电子控制系统 汽车行驶速度控制系统等都可以进一步的提高汽车的操纵稳定性 安全性和舒适性 任务二汽车底盘概述一 汽车底盘的基本组成和功用 汽车底盘由传动系 行驶系 转向系和制动系等四大系统组成 其功用为接受发动机输出的动力 使汽车运动并保证汽车能够按照驾驶员的操纵意图而正常行驶 如图1 1和1 2所示为常见货车和轿车的底盘结构简图 图1 1普通汽车底盘的结构图 1 离合器2 变速器3 万向传动装置4 主减速器5 差速器6 驱动桥壳7 半轴8 传动轴 图1 2a发动起前横置 前轮驱动底盘结构图 1 变速器2 离合器3 发动机4 万向节5 差速器6 主减速器7 半轴 1 传动系传动系的功用是将发动机的动力传给驱动车轮 不同的汽车 其底盘的组成稍微有所区别 如对于载货汽车及部分轿车 其底盘一般是由离合器 手动变速器 万向传动装置 驱动桥等部分组成 而现代轿车中采用自动变速器的汽车越来越多 其底盘包括自动变速器 万向传动装置 驱动桥等 即用自动变速器取代了普通汽车中的离合器和手动变速器 如果是越野汽车 即运动型多功能汽车 还应包括分动器 图1 2b发动起前纵置 前轮驱动底盘结构图 1 发动机2 离合器3 差速器4 变速器输入轴5 变速器6 主动锥齿轮7 从动锥齿轮8 车速表传动齿轮 2 行驶系行驶系的功用是安装汽车的各零部件总成 传递和承受发动机和地面传来的力和力矩 对全车起支撑作用 以保证汽车的正常行驶 行驶系主要由车架 车身 车桥 悬架 车轮等组成 3 转向系转向系的功用是保证控制汽车能够按照驾驶员选定的方向行驶 主要由转向操纵机构 转向器 转向传动机构组成 现代汽车越来越多的采用动力转向装置 4 制动系制动系的功用是使汽车减速 停车并能保证可靠地驻停 汽车制动系一般包括行车制动系和驻车制动系等两套相互独立的制动系统 每套制动系统都包括制动器和制动传动机构 现代汽车的行车制动系一般都装配有制动防抱死系统 ABS 转向系和制动系都是由驾驶员来操控的 一般可以合称为控制系 现代汽车中电子控制技术的应用越来越广泛 如在底盘中普遍采用了电子控制自动变速器 EAT或ECT 电子控制防滑差速器 EDL 电子控制制动防抱死系统 ABS 电子控制悬架系统 ECS 电子控制转向系统等 任务三汽车底盘的总体布置 汽车底盘的总体布置型式主要取决于传动系统与发动机在汽车上的相对位置 就目前常见的汽车而言 汽车底盘的布置型式一般有发动机前置后轮驱动 发动机前置前轮驱动 发动机后置后轮驱动 发动机中置后轮驱动 发动机前置全轮驱动等 一 发动机前置后轮驱动 FR 发动机前置后轮驱动简称前置后驱动 英文简称为FR 如图1 3所示 发动机布置在汽车前部 动力经过离合器 变速器 万向传动装置 后驱动桥 最后传到后驱动车轮 使汽车行驶 图1 3发动机前置后轮驱动示意图 1 离合器2 变速器3 万向传动装置4 主减速器5 差速器6 驱动桥壳7 半轴8 传动轴 这是一种传统的布置型式 应用广泛 适用于除越野汽车外的各类型汽车中 如大多数的货车 部分轿车和部分客车都采用这种型式 该种布置的优点 1 发动机通风冷却效果较好 车厢供暖方便2 传动系统以及操纵机构的布置简单3 对于载重汽车 前后轴载荷分配合理 起步 加速和爬坡时的附着性能好 轮胎磨损少4 具有良好的方向稳定性和操纵灵敏性 中性稍偏不足转向 该种布置的缺点 1 轴距 传动轴较长 传动轴一般需要中间支撑 汽车重心偏高 2 客车采用该种布置 车厢的面积利用率低 车厢内噪音较大 所以现代客车一般采用发动机后置或中置后轮驱动型式 二 发动机前置前轮驱动 FF 发动机前置前轮驱动简称前置前驱动 英文简称FF 发动机布置在汽车前部 动力经过离合器 变速器 前驱动桥 最后传到前驱动车轮 这种布置型式在变速器与驱动桥之间省去了万向传动装置 使结构简单紧凑 与发动机前置后轮驱动相比减轻了整车的质量 这种布置型式广泛应用于微型 普通级和中级轿车上 根据发动机布置的方向可以分为发动机前横置前轮驱动和发动机前纵置前轮驱动 其结构分别如图1 4 1 5所示 图1 4发动机前横置前轮驱动示意图图1 5发动机前纵置前轮驱动示意图 该种布置的优点 1 主减速器结构简单 生产成本较低2 具有较好的方向稳定性以及高速行驶的安全性 具有不足转向 三 发动机后置后轮驱动 RR 发动机后置后轮驱动简称后置后驱动 英文简称RR 如图1 6所示 发动机布置在汽车后部 动力经过离合器 变速器 角传动装置 万向传动装置 后驱动桥 最后传到后驱动车轮 使汽车行驶 这种布置型式广泛应用于大型客车 图1 6发动机后置后轮驱动示意图1 发动机3 离合器3 变速器4 角传动装置5 万向传动装置6 驱动桥 该种布置的优点 1 前轴载荷较少 转向轻便2 发动机和传动系散发的热量 排放的尾气 振动以及噪音对车厢内的影响较少3 车厢面积利用率较高 车厢底板较低该种布置的缺点 1 发动机散热较差 易过热2 离合器和变速器的操纵机构布置复杂 操纵较困难 四 发动机中置后轮驱动 MR 这种布置型式主要用于客车 其结构特点介于发动机前置后轮驱动和发动机后置后轮驱动之间 总体上要比发动机后置后轮驱动的性能差 所以这种布置型式在客车上应用的也较少 五 发动机前置全轮驱动 4WD 发动机前置全轮驱动简称全轮驱动 英文简称4WD 如图1 7所示 发动机布置在汽车前部 动力经过离合器 变速器 分动器 万向传动装置分别到达前后驱动桥 最后传到前后驱动车轮 使汽车行驶 这种布置型式被越野车和部分工程车辆广泛采用 目前也有一些高档豪华轿车采用这种型式 图1 7发动机前置全轮驱动示意图 该种布置的优点 1 车轮附着能力的利用率高 提高了汽车的通过性和适应路面的能力2 常接合式全轮驱动低档加速性能较好 驱动力不受前后轴载荷的变化影响3 车辆行驶稳定性好 对侧向力的敏感性较少该种布置的缺点 1 结构复杂 整车装备质量较大2 造价高 油耗高 经济性较差 最高车速也有所降低 任务四汽车行驶的基本原理 一 汽车的驱动力欲使汽车能够行驶 必须对汽车施加一个驱动力以克服汽车行驶的各种阻力 下面分析一下汽车行驶过程中遇到的各种作用力 1 汽车的驱动力如图1 8所示 发动机经由传动系在驱动车轮上施加了一个驱动力矩 力图使驱动车轮旋转 在Tt的作用下 驱动车轮将对地面施加一个与汽车行驶方向相反的圆周力F0 根据作用与反作用原理 地面也将对驱动车轮施加一个与F0大小相等 方向相反的反作用力Ft Ft就是使汽车行驶的驱动力 或称为牵引力 图1 8汽车行驶的基本原理示意图 牵引力的数值为 式中 作用在驱动轮上的转矩 单位为N mr 车轮半径 单位为m作用在驱动轮上的转矩是发动机输出的有效转矩经传动系传到驱动轮上的 两者之间的关系为 式中 发动机输出的有效转矩 单位为N m 变速器的传动比 主减速器的传动比 传动系的机械效率将上式代入驱动力计算公式可得 对装有分动器 轮边减速器 液力传动等其它传动装置的汽车 还应考虑到相应的传动比和机械效率 2 传动系的机械效率发动机所输出的功率在经传动系传到驱动轮的过程中 有部分功率消耗在克服传动系统中各总成或装置中的阻力 传动系的机械效率为 式中 发动机输出的有效功率 单位为kw 传动系中损失的功率 单位为kw在传动系中的变速器 传动轴 万向节 主减速器等部件上消耗的功率组成了传动系的功率损失 其中在变速器和主减速器上消耗的功率最大 其它部件或总成上消耗的功率较小 传动系的功率损失分为机械损失和液力损失两类 机械损失是齿轮传动副 轴承 油封等处的摩擦损失 其大小与啮合齿轮的对数 传递的转矩等因素有关 液力损失是消耗于润滑油的搅动 润滑油与旋转零件之间的表面摩擦造成的损失 液力损失的大小与润滑油的品质 温度 箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关 例如 变速器直接档工作时 很多啮合的齿轮没有传递扭矩 功率损失较少 传动效率较高 3 车轮的半径现在汽车上基本都采用了橡胶弹性轮胎 当汽车车轮处于无负荷状态时的半径称为自由半径 汽车静止时 弹性轮胎在静止载荷的作用下 将产生变形 车轮承受法向载荷时 轮胎产生径向变形 此时车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离称为静力半径 车轮的静力半径与法向载荷及胎内气压等有关 汽车运动时 驱动车轮除承受法向载荷外 还要承受切向载荷作用 所以弹性轮胎除了有径向变形外 还有切向变形 此时的车轮半径称为动力半径 动力半径与作用在车轮上的转矩 法向载荷及胎内气压等有关 按车轮转动圈数与车轮实际滚动距离之间的关系换算所得的车轮半径称为滚动半径 用表示 其表达式为 式中 车轮转动的圈数s 车轮转动圈后 车轮中心沿滚动方向实际的平移距离 单位为m 静力半径用于动力学分析 滚动半径用于运动学分析 但在一般分析中不考虑二者之间的差别 统称为车轮的工作半径r 一般认为三者均相同 即 二 汽车的行驶阻力 汽车在行驶时需要克服遇到的各种阻力 汽车在水平路面上等速行驶时 必须克服来自地面的滚动阻力和来自汽车周围的空气阻力 当汽车上坡行驶时 还需要克服汽车重力沿坡道方向的分力 即坡度阻力 加速行驶时还需要再克服加速阻力 惯性力 汽车行驶的总阻力为 在上述各阻力中 滚动阻力和空气阻力在任何行驶条件下都是存在的 但坡度阻力仅在上坡行驶时存在 加速阻力仅在汽车加速行驶时存在 1 滚动阻力 1 弹性轮胎的变性分析车轮滚动时 轮胎与路面的接触区域产生相互作用力 轮胎和支承路面发生相应的变形 由于轮胎和支承路面的相对刚度不同 他们的变形特点也不相同 当弹性轮胎在混凝土路 沥青路等硬路面上行驶时 轮胎的变形是主要的 轮胎变形时引起的能量损失消耗在轮胎内部橡胶 帘线等的摩擦上 最后转化为热能而散发在大气中 把这种损失称为轮胎的弹性迟滞损失 当车轮静止时 地面对车轮法向反作用力的分布是前后对称的 合力通过车轮中心 而当车轮滚动时 由于弹性轮胎的弹性迟滞损失影响 处于滚动过程中的车轮 地面法向反作用力的分布前后并不对称 前部所受的地面法向反力比后部大 2 滚动阻力的组成滚动阻力是指车轮在地面上滚动时 由于轮胎与地面的相互作用而引起的能量损失 这些能量损失主要包括四部分 轮胎变形引起的能量损失 轮胎与路面间的相对滑移引起的能量损失 路面不平导致汽车振动而引起的能量损失 汽车在不同的路面上行驶时 组成滚动阻力的各部分所占比例有所不同 如汽车在平坦的硬路面上行驶时 轮胎变形引起的能量损失所占比例较大 汽车在松软的路面上行驶时 路面变形引起的能量损失所占比例较大 汽车在不平坦的硬路面上行驶时 汽车振动引起的能量损失所占比例较大 汽车行驶速度较高时 轮胎与路面间的相对滑移引起的摩擦损失增加 对汽车性能进行一般分析时 可用滚动阻力系数来概括各种损失的总效应 滚动阻力系数与路面的种类 行驶速度以及轮胎的结构 材料 气压等有关 2 空气阻力 汽车行驶时所受到的空气作用力在其行驶方向上的分力称为汽车行驶的空气阻力 空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力两部分 摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力在行驶方向上的分力 压力阻力是作用于汽车外形表面上的法向压力在行驶方向上的分力 压力阻力分为形状阻力 干扰阻力 内循环阻力和诱导阻力四部分 形状阻力是由汽车的形状引起的阻力 与汽车车身的主体形状有关 干扰阻力是车身表面上一些如把手 后视镜 引水槽等突起物而引起的阻力 内循环阻力为发动机冷却系统以及车身通风等所需要的空气在车体内部流动时引起的阻力 诱导阻力是汽车行驶时的空气升力在行驶方向上的分力 在一般轿车的空气阻力中 形状阻力占58 干扰阻力占14 内循环阻力占12 诱导阻力占7 摩擦阻力占9 空气阻力是真实存在的阻力 用符号表示 单位为N 计算公式如下 式中 空气阻力系数A 迎风面积 单位为平方米 汽车与空气的相对速度 一般取汽车的行驶速度Km h 3 坡度阻力 当汽车上坡行驶时 汽车重力沿坡道方向上的分力称为汽车的坡度阻力 用符号表示 单位为N 汽车的坡度阻力如图1 9所示 坡度阻力按下式计算 式中G 汽车的总重量 单位为N 坡道角度 图1 9汽车的坡度阻力 4 加速阻力 汽车加速行驶时 需要克服汽车质量加速运动的惯性力 这个惯性力称为汽车的加速阻力 用符号表示 汽车质量包括平移质量和旋转质量两部分 加速时平移质量产生惯性力 旋转质量产生惯性力偶矩 计算时 通常把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力 其换算关系主要与飞轮的转动惯量 车轮的转动惯量和传动系的传动比有关 三 汽车行驶的驱动 附着条件 由从动轮和驱动车轮的受力图可得到汽车行驶时驱动力与各行驶阻力之间的关系式为 由此可知 行驶中的汽车当驱动力等于滚动阻力 坡度阻力和空气阻力之和时 汽车等速行驶 当驱动力大于滚动阻力 坡度阻力和空气阻力之和时 汽车加速行驶 如果驱动力小于滚动阻力 坡度阻力和空气阻力之和 汽车就无法起步 行驶中的汽车也将减速直至停车 所以汽车行驶的驱动条件为 为了满足汽车的驱动条件 可采用增大发动机转矩 加大传动比等办法增加汽车驱动力 但在实际使用中 驱动力过大会使驱动轮发生滑转 而驱动轮一旦发生滑转 再增加驱动力 只能加速驱动轮旋转 而不能增加地面给驱动轮的切向反作用力 即驱动汽车的外力受轮胎与路面之间附着条件的限制 轮胎与路面之间附着条件可用附着力来表示 附着力越大 附着条件越好 附着力是指路面对轮胎切向反作用力的极限值 用表示 对一定的轮胎和路面 附着力与驱动轮法向反作用力 或垂直载荷 成正比 即 上式中的称为附着系数 它由路