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汽车基础知识
2012-10-10 中国冷链物流网www.cclcn.com

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。当活塞移动到下止点时,气缸内充满了新鲜混合气以及上一个工作循环未排出的废气。
二. 压缩行程
活塞由下止点移动到上止点,进排气门关闭。曲轴在飞轮等惯性力的作用下带动旋转,通过连杆推动活塞向上移动,气缸内气体容积逐渐减小,气体被压缩,气缸内的混合气压力与温度随着升高。
三. 燃烧膨胀行程
此时,进排气门同时关闭,火花塞点火,混合气剧烈燃烧,气缸内的温度、压力急剧上升,高温、高压气体推动活塞向下移动,通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个行程中,只有这个在行程才实现热能转化为机械能,所以,这个行程又称为作功行程。
四. 排气行程
此时,排气门打开,活塞从下止点移动到上止点,废气随着活塞的上行,被排出气缸。由于排气系统有阻力,且燃烧室也占有一定的容积,所以在排气终了地,不可能将废气排净,这部分留下来的废气称为残余废气。残余废气不仅影响充气,对燃烧也有不良影响。
排气行程结束时,活塞又回到了上止点。也就完成了一个工作循环。随后,曲轴依靠飞轮转动的惯性作用仍继续旋转,开始下一个循环。如此周而复始,发动机就不断地运转起来。 
空燃比
  空燃比A/F(A:air-空气,F:fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运转时的一个重要参数,它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。
  理论空燃比:即将燃料完全燃烧所需要的最少空气量和燃料量之比。燃料的组成成分对理论空燃比的影响不大,汽油的理论空燃比大体约为14.8,也就是说,燃烧1g汽油需要14.8g的空气。 一般常说的汽油机混合气过浓过稀,其标准就是理论空燃比。空燃比小于理论空燃比时,混合气中的汽油含量高,称作过浓;空燃比大于理论空燃比时,混合气中的空气含量高,称为过稀。
  混合气略微过浓时,即空燃比为13.5-14时汽油的燃烧最好,火焰温度也最高。因为燃料多一些可使空气中的氧气全部燃烧。
  而从经济性的角度来讲,混合气稀一些时,即空燃比为16时油耗最小。因为这时空气较多,燃料可以充分燃烧。
从发动机功率上讲,混合气较浓时,火焰温度高,燃烧速度快,当空燃比界于12-13之间时,发动机功率最大。
多气门发动机
  1886年1月29日,德国人卡尔·本茨将自己研制的四冲单缸燃油发动机装上了一辆三轮的车子并获得专利权,世界从这一天开始才真正有了汽车。可以说,是发动机创造了汽车。发动机的基本构造(如图)是由气缸1、活塞2、连杆3、曲轴4等主要机件组成,每一个气缸至少有两个气门,一个进气门(蓝色)和一个排气门(橙色)。
  气门装置是发动机配气机构的一个组成部分,在发动机工作起非常重要的作用。燃油发动机的工作运转由进气,压缩,作功和排气四个工作过程组成。要使发动机连续运转就必须使这四个工作过程周而复始,顺序定时地循环工作。
其中的两个工作过程,进气和排气过程,需要依靠发动机的配气机构准确地按照各气缸的工作顺序输

 

  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。


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