汽车结构认识.ppt

第六章汽车结构认识 第一节汽车总体构造 一 汽车总体构造的组成通常 汽车由发动机 底盘 车身和电子设备四大部分组成 典型轿车总体构造如图所示 1 发动机 发动机是使燃料在其内部燃烧而发出动力的部件 是汽车的动力装置 现代汽车广泛应用往复式汽油和柴油内燃机 一般由曲柄连杆机构 配气机构 供给系 冷却系 润滑系 点火系 汽油机 和启动系组成 如果汽车有生命发动机就是它的 心脏 是它的动力之源 人的心脏差别不大 但是汽车心脏大小不一 构造也有区别 所以力量和性格也大有不同 排出的废气味道也都不是一个味儿 2 底盘 底盘是接受发动机的动力 使汽车运动并按驾驶员的操纵而正常行驶的部件 它是汽车的基体 发动机 车身 电器与电子设备都直接或者间接地安装在底盘上 它主要由传动系 行驶系 转向系和制动系四大部分组成 1 传动系将发动机的动力传给驱动车轮 传动系包括离合器 变速器 传动轴 主减速器及差速器和半轴等部分 2 行驶系支承整车的质量 传递和承受路面作用于车轮上的各种力和力矩 缓和冲击 吸收震动 保证汽车在各种条件下正常行驶 行驶系包括支承全车的承载式车身 前悬架 后悬架 前轮 后轮等部分 3 转向系使汽车按驾驶员选定的方向行驶 转向系通常由带转向盘的转向操纵机构 转向器和转向传动机构组成 有的汽车还装有动力转向装置 碰撞防伤装置 转向减震器等 4 制动系使汽车减速或停车 并保证汽车可靠地长时间停驻 制动系包括前轮制动器 后轮制动器及控制装置 功能装置和传动装置 3 车身车身是装载乘客和货物的部件 分为承载式车身和非承载式车身 主要包括发动机罩 车身本体和副车架 还包括货车的驾驶室和货箱 4 电气与电子设备电气设备包括电源组 蓄电池 发电机 发动机点火设备 发动机启动设备 照明和信号装置 仪表 空调 刮水器 音像设备 门窗玻璃电动升降设备等 电子设备包括导航系统 电控燃油喷射及电控点火设备 电控自动变速设备 电子防抱死制动设备 ABS 等 二 汽车的总体布置现代汽车按发动机相对于各总成的位置不同 通常有下列几种布置形式 1 发动机前置后轮驱动 FR 大多数货车 部分轿车和部分客车采用这种形式 2 发动机前置前轮驱动 FF 现代大多数轿车采用这种形式 3 发动机后置后轮驱动 RR 目前大 中型客车盛行此种布置形式 少数轿车也采用这种形式 4 发动机中置后轮驱动 MR 方程式赛车和大多数跑车采用这种形式 5 全轮驱动 nWD 越野汽车采用这种形式 第二节汽车发动机总体构造及性能指标 一 四冲程发动机工作原理汽油机为例 发动机的构造如图所示 汽缸内装有活塞 活塞通过活塞销 连杆与曲轴相连接 活塞在汽缸内作往复运动 通过连杆推动曲轴转动 为了吸入新鲜充量和派出废气 设有进 排系统等 如图 活塞往复运动时 其顶面从一个方向转为方向相反方向的转变点的位置称为止点 上止点TDC TopDeadCenter 活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点 称为上止点 下止点BDC BottomDeadCenter 活塞顶面离曲轴中心最近的止点 活塞运行的上 下两个止点之间的距离S称为活塞行程 通常 活塞行程S等于曲柄半径R的两倍 S 2R 汽缸工作容积 一个汽缸中活塞运动一个行程所扫过的容积 发动机排量 一台发动机全部汽缸工作容积的总和式中 D为汽缸直径 mm S为活塞行程 mm i为汽缸数 四行程发动机的工作循环包括进气行程 压缩行程 膨胀做功行程和排气行程 1 进气行程 进气门开 排气门关 活塞上止点 下止点 气缸真空 吸入混合气 进气门关 排气门关 活塞下止点 上止点 气缸混合气被压缩 气压及温度增高 压缩前汽缸中的气体的最大容积与压缩后最小容积之比成为压缩比 压缩行程 进气门关 排气门关 活塞上止点 下止点 气缸混合气被点燃燃烧 气压及温度急剧增高 作功行程 进气门关 排气门开 活塞下止点 上止点 气缸废气排出 气压及温度下降 综上所述 四冲程发动机经过进气 压缩 燃烧做功 排气四个行程 完成一个工作循环 这期间活塞往复移动了四个行程 曲轴转了两周 排气行程 二 发动机总体构造发动机由机体组 曲柄连杆机构 配气机构 供给系 点火系 启动系 润滑系 冷却系组成 1 机体组机体组由缸盖 机体和油底壳组成 其作用是作为发动机各机构 各系统的装配基体 而且本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构 配气机构 供给系 冷却系和润滑系的组成部分 汽缸盖和汽缸体的内壁共同组成燃烧室 2 曲柄连杆机构曲柄连杆机构包括活塞 连杆 带有飞轮的曲轴等 它是将活塞的直线往复运动 变为曲轴的旋转运动并输出动力的机构 3 配气机构配气机构包括进气门 排气门 摇臂 气门间隙调节器 凸轮轴 以及凸轮轴定时带轮等 其作用是使可燃混合气及时充入汽缸并及时从汽缸排出废气 4 供给系供给系包括汽油泵 汽油滤清器 混合气行程装置 空气滤清器 进气管 排气消声器等 其作用是把汽油和空气混合为成分合适的可燃混合气供应汽缸 以供燃烧 并将燃烧生成的废气排出发动机 5 冷却系冷却系主要包括水泵 散热器 风扇 分水管以及汽缸体和汽缸盖里的空腔 水套 其功用是把受热机件的热量散到大气中去 以保证发动机正常运转 6 润滑系润滑系包括机油泵 机油集滤器 限压阀 润滑油道 机油滤清器等 其功用是将润滑油供给相对运动的零件 以减少它们之间的摩擦阻力 减轻机件的磨损 并部分地冷却机件 清洗摩擦表面 7 点火系点火系包括蓄电池 发电机 分电器 点火线圈和火花塞等 其功用是保证按规定的时刻 及时点燃汽缸中被压缩的可燃混合气 8 启动系启动系包括启动机及其附属装置 用以使静止的发动机启动并转入自行运转 区别 1 被吸入气缸的是空气 2 被压缩的是空气 3 不需点火 三 发动机性能指标 发动机的性能指标包括动力性指标 经济型指标和运转性能指标 1 动力性指标 1 有效扭矩发动机通过飞轮输出的平均转矩成为有效转矩 用来表示 单位为Nm 2 有效功率曲轴输出端输出到传动系统的功率Pe kw 有效扭矩与有效功率之间的关系为汽车标牌上标明的标定功率为15min功率 即允许发动机连续运转15min能达到的最大有效功率 2 经济性指标燃油消耗率 比油耗 发动机每发出单位KW h功所消耗的燃料量 用表示 单位为g KW h 式中 B为单位时间所消耗的燃油质量 kg h 第三节发动机曲柄连杆机构与配气机构 一 曲柄连杆机构发动机曲柄连杆机构由活塞连杆组和曲轴飞轮组组成 其功用是将发动机内燃料燃烧时产生的热能转变为机械能 将活塞在汽缸内的往复直线运动变成曲轴旋转运动 向传动装置输出动力 曲柄连杆机构的运动状态有三种 活塞在汽缸内的往复直线运动 曲轴与飞轮的旋转运动 连杆大端的往复直线运动与旋转运送的复合运动 在发动机处于工作的状态下 曲柄连杆机构将受到汽缸内的燃气作用力 往复运动惯性力和旋转运动惯性力的作用 1 活塞连杆组 活塞组 活塞 活塞环 活塞销 卡环等 连杆组 连杆 连杆盖 连杆轴瓦 连杆螺栓等 2 曲轴飞轮组 曲轴飞轮组主要由曲轴 飞轮 曲轴正时链轮和曲轴风扇皮带轮等不同作用的零件和附件组成 曲轴的功用是承受连杆传来的力 并由此造成绕其本身轴线的力矩 对外输出转矩 发动机工作时 曲轴承受着气体作用力 往复惯性力 旋转离心力和力矩的作用 一般采用中碳钢和中碳合金钢模锻制成 曲轴前段为阶梯轴 安装着曲轴正时链轮和曲轴风扇皮带轮等 曲轴曲柄数与缸数和排列形式有关 直列式发动机曲轴的曲柄数与缸数相同 V型发动机的曲柄数为缸数的一半 曲轴的支撑形式分为全支承和半支承两种 全部主轴颈作为支撑端 为全支承 否则 为半支承 全支承曲轴主轴颈数 直列式比汽缸数多一个 V型排列的比汽缸数一半多一个 飞轮的作用是储存曲轴在发动机做功过程的能量 并在其他行程时释放能量 使曲轴旋转和输出扭矩均匀 在发动机启动时 飞轮齿圈与启动机齿轮啮合 二 配气机构 1 配气机构的组成和布置 1 功用 按照发动机工作循环顺序要求开启和关闭气门 保证汽缸进气过程和排气过程的正常进行 2 组成 配气机构由气门组和气门传动组组成 气门组包括气门 气门导管 气门弹簧座 气门弹簧 气门弹簧锁紧装置 导管密封圈和气门旋转机构等 气门传动组包括凸轮轴 挺柱 摇臂和摇臂轴等 3 凸轮轴的位置有下置式 中置式和顶置式三种 现代汽车均采用顶置气门 气门驱动形式分为摇臂驱动 摆臂驱动和直接驱动 2 配气机构的工作原理 当发动机工作时 曲轴正时齿轮通过与凸轮轴正时齿轮的啮合 带动凸轮轴15旋转 当凸轮轴上相应每一汽缸的进 排气凸轮从其基圆向最高点转动时 推动气门挺柱14和气门推杆13上移 使摇臂轴10左端绕摇臂轴9向上摆动 摇臂右端向下摆动 克服气门弹簧4和5的张力压下气门杆打开进气门或排气门 当凸轮从其最高点向基圆转动时 气门在气门弹簧张力的作用下上移而关闭 同时摇臂右端上移 左端下移 在摇臂向下的推力和气门推杆自身重力的作用下 气门推杆和气门挺柱向下移动 并与凸轮的基圆面贴紧 3 配气相位 为了使进入发动机汽缸内的新鲜空气或混合气量更充分 燃烧后的废气排出得更干净 进气门在活塞运动到进气行程上止点之前已经开启 在进气行程下止点之后才关闭 而排气门在活塞运动到排气行程下止点之前已经开启 而在排气行程上止点后关闭 将进 排气门开启 关闭时刻用曲轴转角表示 称其为配气相位 下图为配气相位图 第四节发动机五大系 一 供给系1 汽油机供给系汽油机供给系的任务是 根据发动机各种不同工况的要求 配制出一定数量和浓度的可燃混合气 供入汽缸 使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀做功 最后 供给系还应将燃烧产物 废气排入大气中 化油器式发动机存在着燃油分配不均匀 过渡与冷态运行混合气形成质量差 排放污染较严重等缺点 已经基本被淘汰 现代汽车普遍采用了汽油喷射系统 比如L型汽油喷射系统 该电路主要由燃油供给 空气供给和电路控制等部分组成 燃油供给包括燃油箱 电动汽油泵 滤清器 燃油分配管 燃油压力调节器 喷油器及冷启动阀 空气供给部件包括空气滤清器 空气流量计 进气道和进气支管等 电路控制部件包括电控单元 各种传感器 执行器等 电控单元通过电路接受的信号有发动机转速 进气空气流量 启动信号 节气门位置 冷却液温度以及进气空气温度等信号 这些信号输入电控单元后 由电控单元进行综合判断与计算 确定喷油器的开启时间 即所需要的喷油量 并控制喷油器喷油 2 柴油机供给系 柴油机燃油供给系包括喷油泵 喷油器和调速器等主要部件及燃油箱 输油泵 油水分离器 燃油滤清器 喷油提前器 以及高 低压油管等辅助装置 如图所示为柴油机燃油供给系 二 润滑系 1 润滑系的功用润滑系的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够的洁净润滑油输送到全部传动件的摩擦表面 并在摩擦表面之间形成油膜 实现液体摩擦 从而减少摩擦阻力 降低功率消耗 减轻机件磨损 以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的 2 润滑方式 1 压力润滑以一定的压力把润滑油供应摩擦表面的润滑方式 这种方式主要用于主轴承 连杆轴承及凸轮轴轴承等负荷较大的摩擦表面的润滑 2 飞溅润滑利用发动机工作时运动零件溅泼起来的油滴或油雾润滑摩擦表面的润滑方式 主要用来润滑负荷较小的汽缸壁面和配气机构的凸轮 挺柱 气门杆以及摇臂等零件的工作表面 3 润滑脂润滑通过润滑脂嘴定期加注润滑脂莱润滑零件的工作表面 如水泵及发电机轴承等 3 润滑系的组成 1 机油泵其功用是保证润滑油在润滑系内循环流动 并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的润滑油 2 机油滤清器用来滤除润滑油中的金属磨屑 机械杂质和润滑油氧化物 若这些杂质随同润滑油进入润滑系 将加剧发动机零件的磨损 还可能堵塞油管和油道 3 油底壳它是存储润滑油的容器 4 集滤器用来滤除润滑油中粗大的杂质 防止其进入机油泵 4 润滑系油路图所示为桑塔纳发动机润滑系示意图 在此系统中 曲轴的主轴颈 连杆轴颈 凸轮轴轴颈及中间轴轴颈均采用压力润滑 其余部分则采用飞溅润滑或润滑脂润滑 三 冷却系 冷却系的功用是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内 发动机的冷却系分为风冷和水冷 以空气为冷却介质成为风冷 以冷却液为冷却介质为水冷 四 点火系汽油发动机汽缸内燃料与空气的混合气在压缩行程终了时采用高压电火花点燃 点火系的功能是 根据汽油机工况 在汽缸内适时 准确 可靠地产生电火花 以点燃混合气 使汽油机实现做功 五 启动系汽车发动机从停止转入工作状态 必须借助外力使曲柄连杆机构运动 完成对可燃混合气的压缩 才能开始点火燃烧或自燃 产生外力使发动机从静止状态进入工作状态的装置或系统即是发动机的启动系 在一定温度条件下 保证发动机正常启动所必需的最低曲轴转速 成为最低启动转速 一般要求最低启动转速为50 70r min 第五节汽车底盘四大系 汽车底盘由传动系 行驶系 转向系和制动系组成 一 传动系传动系是位于发动机与驱动车轮之间的动力传动装置 主要作用是 1 扩大转矩和转速变化范围 2 改变汽车行驶速度 3 实现汽车倒向行驶 4 能够在必要时中断动力传递 5 保证汽车的正常转向 1 离合器汽车摩擦式离合器通过螺栓安装在发动机曲轴飞轮的后端面上 发动机输出的转矩经过它传递到传动系的变速器第一轴上 1 离合器的功能使发动机与传动系逐渐接合 保证汽车平稳起步 暂时切断发动机与传动系的联系 便于变速器顺利换挡 限制所传递的扭矩 防止传动系过载 2 离合器的机构和工作原理目前在轿车上广泛使用的是膜片弹簧式离合器 主要由压盘 从动摩擦盘 膜片弹簧 离合器盖等组成 膜片弹簧离合器的组成 2 变速器 扩大发动机传递给驱动轮上的扭矩和转速变化范围 在发动机旋转方向不变的条件下 通过齿轮组合可满足汽车倒车行驶的需要 在离合器处于接合状态时 可切断发动机与驱动轮间的动力传递 以满足汽车短暂停车及滑行等情况 3 万向传动装置 万向传动装置包括传动轴 伸缩套 万向节 作用是将安装位置不在同一高度的变速器和驱动桥的主减速器连接起来 并将变速器输出的动力传给驱动桥的主减速器 1 万向节汽车上用的万向节分为刚性万向节和挠性万向节 刚性万向节又分为普通刚性万向节和等速万向节 图示为普通十字轴式刚性万向节 2 传动轴汽车传动轴一般由传动轴管和伸缩花键组成 4 驱动桥驱动桥由主减速器 差速器 半轴和驱动桥壳等组成 功用 将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器 差速器 半轴等传到驱动车轮 实现降速 增大转矩 通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向 通过差速器实现两侧车轮差速作用 保证内 外侧车轮以不同转速转向 1 驱动桥分为整体式车桥和分段式车桥 整体式驱动桥 1 主减速器主减速器的作用使将传动轴传递的转速降低 使扭矩增大并改变转动方向 90 然后将动力经差速器传给左右半轴 单级主减速器 双级主减速器 2 差速器差速器的作用使将主减速器传来的动力分给两个半轴 并根据汽车行驶需要 使左右半轴差速转动 保证两侧驱动轮作纯滚动运动 3 半轴与桥壳半轴是传动系中传递转矩的一个重要零件 一般为实心轴 其内端制有花键并与半轴齿轮相连 外端锻制成凸缘 用螺栓与轮毂相连 根据受力情况 半轴分为全浮式和半浮式两种形式 驱动桥壳是传动系的组成部分 同时也是行驶系的组成部分 它是主减速器 差速器 半轴 车轮及悬架等的安装基础 它和前桥一起承受汽车的质量 还要承受驱动车轮传来的各种反力和力矩 因此 驱动桥壳应有足够的强度和刚度 同时质量要小 便于主减速器的拆装和调整 二 行驶系汽车行驶系一般由车架 车桥 悬架 车轮和轮胎组成 1 车架车架的作用是支承连接汽车的各零部件 并承受来自车内外的各种载荷 车架是整个汽车的基体 绝大多数部件和总成都是通过车架来固定其位置的 1 有车架的非承载式结构 2 无车架的承载式机构 理论上 即使没有车身 一个车架 裸奔 也是可以的 底盘强度较高 抗颠簸性较好 四个车轮受力不均匀也是由车架承担 平稳性和安全性好 而且厢内噪音低 车身比较笨重 质量大 汽车质心高 高速行驶稳定性较差 公路行驶非常平稳 整个车身为一体 固有频率振动低 噪声小 重量轻 比较省油 缺点是底盘强度远不如有大梁结构的非承载式车身 当四个车轮受力不均匀时 车身会发生变形 2 车桥车桥是左右车轮之间的连接横梁 根据作用不同分为驱动桥 转向桥 转向驱动桥和支撑桥 它们的共同作用使连接左右车轮 使其保持一定位置及承受部分重量和作用力 前面介绍了驱动桥 这里主要介绍转向桥 转向轮定位参数 自动回正 主销内倾角 不大于8 主销后倾角 不超过2 3 前轮外倾角 1 左右 前轮前束 0 12mm 3 悬架悬架将车桥与车架弹性地连接起来 其主要任务是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩 缓和由不平路面传给车架的冲击载荷 衰减由冲击载荷引起的承载系统的振动 悬架系统由弹性元件 导向装置和减振器组成 轿车悬架系统还要加装横向稳定器 1 弹性元件汽车悬架所用的弹性元件有钢板弹簧 螺旋弹簧 扭杆弹簧 空气弹簧等 2 减振器 加速衰减车身的振动 常见的减振器有筒式减振器 阻力可调式减振器和充气减振器等 3 悬架的结构形式汽车悬架分为非独立悬架和独立悬架 非独立悬架非独立悬架的结构特点是两侧的车轮由一根整体式车桥相连 车桥连同车轮一起通过弹性悬架挂在车架的下面 独立悬架则是每一侧车轮单独地通过弹性悬架挂在