保持前行 / 汽车灯具 / 汽车结构设计

分享

   

汽车结构设计

2011-11-11  保持前行

汽车设计

前言: 技术参数的确定

一、外形尺寸参数     汽车设计中由设计师去弥定的外形尺寸包括:长、宽、高、轴距、轮距、前后悬长和离地距等。各参数的含义见下图:

#&r^~>,#L-  
此主题相关图片如下: kc|`VB8L  
按此在新窗口浏览图片

二、各级汽车的尺寸标准     弥定汽车尺寸所要考虑的因素主要是机械布局和使用要求,其中机械布局视乎厂家各自的设计方案有所差异;使用要求则主要由汽车所针对的目标市场级别而定。下表为我根据经验总结的各主要级别(主要乘用车)的常见尺寸范围:

单位:米

长度

宽度

高度

轴距

典型代表

欧洲、亚洲轿车:

 

 

 

 

 

小型两厢轿车

3.6-4

1.5-1.7

1.3-1.5

2.2-2.5

夏利

小型三厢轿车

  4.1-4.4  

  1.6-1.7  

  1.3-1.5  

  2.3-2.6  

丰田COROLLA  

中型轿车

4.3-4.7

1.7-1.8

1.3-1.5

2.6-2.8

捷达

中大型轿车

4.6-4.9

1.7-1.9

1.3-1.6

2.7-2.9

日产CEFIRO

大型轿车

4.8-5.2

1.8-2

1.4-1.6

2.8-3.2

奔驰S-CLASS

其他车种:

 

 

 

 

 

中型越野车

4.5-4.9

1.7-2

1.7-2.0

2.5-2.8

三菱PAJERO

中型MPV

4.4-4.8

1.7-1.9

1.5-1.9

2.7-3

丰田PREVIA

中型皮卡(pick up)

4.7-5

1.6-1.8

1.4-1.6

2.7-2.9

丰田HILUX

特殊规格:

 

 

 

 

 

日本轻自动车(K-CAR)

<3.7

<1.5

不限

不限

奥拓

美国标准大型房车

5.2-5.5

1.8-2.1

1.3-1.5

2.8-3.3

林肯TOWNCAR

美国标准多用途车(SUV)

5-5.5

1.8-2.2

1.8-2.2

2.8-3.2

别克GL8

一级方程式赛车

4.2-4.4

<1.8

0.9-1

2.8-3.1

 

    其中我们看到美国车的尺寸比欧、日的标准大很多,这主要是因为美国地大车少,油价低廉,对于汽车空间的要求远大于对省油性能的要求。日本则正好相反,为了改善道路拥挤情况,日本政府对汽车的税收等级是以外形尺寸(主要是占地面积长*宽)来划分的,车身越大使用费用越高。因此日本汽车造型设计所追求的是“空间利用率”,即在有限的车身尺寸下争取最大的内厢空间。可以说日本车造得紧凑的目的是为了符合法规;欧洲人也热衷于小型车,但他们造小车的主要目的是省油和使用方便;而美国人的生活环境决定了他们用不着把汽车造得太紧凑。 三、如何弥定具体尺寸     确定汽车尺寸首先要服从机械布局,然后要满足各项应有的功能,如必须具备载客、载货的空间等。下面详谈各尺寸的具体确定方法:

1.      长度长度是对汽车的用途、功能、使用方便性等影响最大的参数。因此一般以长度来划分车身等级。车身长意味着纵向可利用空间大,这是显而易见的;但太长的车身会给调头、停车造成不便。4米长与5米长的汽车在驾驶感觉上会有很大的差异,一般中小型乘用车长4米左右,接近5米长的可算作大型车了。

2.      宽度宽度主要影响乘坐空间和灵活性。对于乘用轿车,如果要求横向布置的三个坐位都有宽阔的乘坐感(主要是足够的肩宽),那么车宽一般都要达到1.8M。近年由于对安全性的要求,车门壁的厚度有所增加,因此车宽也普遍增加。日本车对宽度的限制比较严,大部分在1.8M以下,欧洲车则倾向增大车宽。但是车身太宽会降低在市区行走、停泊的方便性,因此对于轿车来说车宽2M是一个公认的上限。接近2米或超过2米的车都会很难驾驶。道路用车(大货车、大客车)的车宽一般也不能超过2.5米。对于车外倒后镜不能折叠的车辆,规格表上的宽度一般把外伸倒后镜也包括在内,因而有些欧洲轿车规格表上的宽度接近甚至超过2米(例如FIAT MULTIPLA宽度为2010mm),各位明察即可。

3.      高度车身高度直接影响重心(操控性)和空间。大部分轿车高度在1.5米以下 ,与人体的自然坐姿高度相比低很多,主要是出于降低全车重心的考虑,以确保高速拐弯时不会翻车。MPV、面包车等为了营造宽阔的乘坐(头部空间)和载货空间,车身一般比较高(1.6米以上),但随之使整车重心升高,过弯时车身侧倾角度大;这是高车身车种的一个重大特性缺陷。此外在日本,香港等一些地区,大部分的室内停车场都有高度限制,一般为1.6米,这也是确定车高的重要考虑因素。小型车为了在有限的占地面积内扩大车厢空间,近年有向上发展的趋势,如丰田的YARIS(高1500mm)和标致206(1430mm),以及一批超过1.7M的日本K-CAR级RV(如铃木WAGON R),车身都比传统的小型车高出很多,重心升高导致的主动安全性下降是必然的。

4.      轴距在车长被确定后,轴距是影响乘坐空间最重要的因素,因为占绝大多数的2厢和3厢轿车,乘员的坐位都是布置在前后轴之间的。长轴距使乘员的纵向空间增大,直接得益的是对乘坐舒适性影响很大的脚部空间。在行驶性能方面,长轴距能提高直路巡航的稳定性,但转向灵活性下降,回旋半径增大。因此在稳定性和灵活性之间必须作出取舍,取得适当的平衡。

5.      前、后悬 从图一可见:车长=前悬+后悬+轴距。所以轴距越长,前后悬便越短。最短的悬殊长可以短至只有车轮,即为车轮半径1/2。但除了一些小型车要竭力增加轴矩来扩大乘坐空间外,一般轿车的悬长都不能太短,一来轴矩太长会影响灵活性,二来要考虑机械零件的布局。例如前横置引擎前轮驱动的轿车,引擎一般会安置在前轴的前方,因此前悬必须有一定的长度(例一);但前悬也不应过长,以确保爬坡通过性,越野车为了保证爬坡、越台的能力,前悬都很短(例二);一些高性能跑车的前后悬取值主要是出于对前后重量平衡和动态重心转移的考虑(例三)。近年为了满足严格的正面撞击测试法规,有加长前悬的趋势,目的是容纳车架的撞击缓冲结构。后悬则可以比前悬稍长一些。

((EN&X,v  
此主题相关图片如下: %tUJ >qYU  
按此在新窗口浏览图片

例一 前置引擎前轮驱动的轿车,因为要腾出空间安放引擎,前轴要向后移,形成很长的前悬。国产富康、夏利、桑塔纳都属于这种类型。

$-OdABXHK  
此主题相关图片如下: mtmBL 2?  
按此在新窗口浏览图片

例二 图中的A、B角分别称为接近角和离去角,是衡量汽车通过性的重要指标。由图可见角度越大,车身能安全通过的坡度越大。其中接近角尤为重要,因此越野车的前悬都很短。

ET=q 1t8  
此主题相关图片如下: z ; :E~;  
按此在新窗口浏览图片

例三 悬长对汽车的动态表现也会有影响,例如增大前悬可以增加转向过多,以抵消车架本身的转向不足倾向。所以设计高性能跑车不仅是要好看那么简单。

6.      轮距轮距直接影响汽车的前后宽度比例。与其它尺寸相比,轮距更受机械布局(尤其是悬挂系统类型)的影响,是造型设计师需要在很早期就确定的参数。一般轿车的前轮距比后轮略大(相差约10-50MM),即车身前半部比后半部略宽,这与气流动力学有关(将在以后详述)。但一些特殊机械布局的汽车,如法拉利的512TR,由于后轴安放了大型的水平对向12缸引擎,使其后轮距远大于前轮距,这就需要以特别的造型设计来配合。在操控性方面,轮距越大,转向极限和稳定性也会提高,很多高性能跑车车身叶子板都向外抛,就是为了尽量扩大轮距。

7.      离地距 离地距即车体最低点与地面的距离。后驱车的离地最低点一般在后轴中央,前驱车一般在前轴,也有些轿车的离地距最低点在前防撞杆下缘(气流动力学部件)。离地距必须确保汽车在行走崎岖道路、上下坡时的通过性,即保证不"刮底"。但离地距高也意味着重心高,影响操控性,一般轿车的最低离地距为130mm-200mm,附合正常道路状况的使用要求。越野车离地距普遍大于200mm。赛车由于安装了扰流车身部件,并且要降低重心,离地距可以低至50mm,当然前提是赛车跑道路面平坦,在普通街道上肯定是不可行的。

    最后必须补充一下,汽车的长、宽、高、轴距是影响乘坐空间的四要素,但这只是基础,要在尺寸大的车身上设计出空间充裕的座舱,还必须精心设计车厢轮廓。这就是所谓的“利用率”问题,而它又与全车的整体布局息息相关,这将在后面的章节中综合介绍。

第一课:汽车的总体构

汽车通常由发动机、底盘、车身、电气设备四个部分组成。

  发动机的作用是使供入其中的燃料燃烧而发出动力。大多数汽车都采用往复活塞式内燃机,它一般是由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系(汽油发动机采用)、起动系等部分组成。

  底盘接受发动机的动力,使汽车产生运动,并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘由下列部分组成:

  传动系——将发动机的动力传给驱动车纶。传动系包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥等部件。

  行驶系——将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起支承作用,以保证汽车正常行驶。行驶系包括车架、前轴、驱动桥的壳体、车轮(转向车轮和驱动车轮)、最架(前悬架和后悬架)等部件。

  转向系——保证汽车能按照驾驶员选择的方向行驶,由带转向盘的转向器及转向传动装置组成。

  制动装备——使汽车减速或停车,并保证驾驶员离去后汽车能可*地停驻。每辆汽车的制动装备都包括若干个相互独立的制动系统,每个制动系统都由供能装置、控制装置、传动装置和制动器组成。

  车身是驾驶员工作的场所,也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操作条件,以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。典型的货车车身包括车前钣制作、驾驶室、车厢等部件。

  电气设备由电源组、发动机起动系和点火系、汽车照明和信号装置等组成。此外,在现代汽车上愈来愈多地装用各种电子设备:微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置等,显著地提高了汽车的性能。

  为满足不同使用要求,汽车的总体构造和布置型式可以是不同的。按发动机和各个总成相对位置的不同,现代汽车的布置型式通常有如下几种:

  发动机前置后轮驱动(FR)——是传统的布置型式。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。

  发动机前置前轮驱动(FF)——是在轿车上逐渐盛行的布置型式,具有结构紧凑、减小轿车的质量、降低地板高度、改善高速时的操纵稳定性等优点。

  发动机后置后轮驱动(RR)——是目前大、中型客车盛行的布置型式,具有降低室内噪声、有利于车身内部布置等优点。少数微型或普及型轿车也采用这种型式。

  发动机中置后轮驱动(MR)——是目前大多数运动型轿车和方程式赛车所采用的布置型式。由于这些车型都采用功率和尺寸很大的发动机,将发动机布置在驾驶员座椅之后和后桥之前有利于获得最佳轴荷分配和提高汽车的性能。

  此外,某些大、中型客车也采用这种布置型式,把配备的卧式发动机装在地板下面。

  全轮驱动(nWD)——是越野汽车特有的型式,通常发动机前置,在变速器后装有分动器以便将协力分别输送到全部车轮上。


Automotive 06-04-07 19:14

第二课: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*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。

第三课: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。

第四课: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*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。

第五课:【空燃比】空气和燃料的混合比

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。

第六课:涡轮增压器

发动机是*燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的,输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制,所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量,提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下,涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

  构造

  涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器,涡轮室进气口与排气歧管相连,排气口接在排气管上;增压器进气口与空气滤清器管道相连,排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内,二者同轴刚性联接。

  原理

  涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增快,废气排出速度与涡轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量和调整一下发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率了。

  技术

  涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上,处在高温,高压和高速运转的工作状况下,其工作环境非常恶劣,工作要求又比较苛刻,因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”,它工作转速可达10万转/分以上,加上环境温度可达六、七百度以上,决非一般轴承所能承受,由于轴承与机体内壁间有油液做冷却,又称“全浮式轴承”。

  缺点

  另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用,但也有它的缺点,其中最明显的是,“滞后响应”,即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓,即使经过改良后的反应时间也要1.7秒,使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言,瞬间会有点提不上劲的感觉。

  改进

  但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情,它是利用发动机的废气工作的,这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此,自从涡轮增压器面世以来,人们就经常对它进行技术改造,例如提高加工精度,尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙,以便提高废气能量利用率;采用新型材料陶瓷,利用陶瓷的耐热高,刚度强,重量轻的优点,可以将涡轮增压器做得更加紧凑,体积更少,而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。

在最近30年时间里,涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上,它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足,会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上,因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率,藉以实现轿车的高性能化。

第七课:汽油机与柴油机的对比

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。


Automotive 06-04-07 19:14

第八课:汽车传动系

传动系概述

    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。

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.前置前驱—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4×4驱动型式,中型越野汽车采用4×4或6×6驱动型式;重型越野汽车一般采用6×6或8×8驱动型式。

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*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。

变速器

  变速器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。

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。

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*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*零件的铰链式联接传递的;而后者的动力则是*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*式、球笼式等)。

驱动桥--主减速器

  驱动桥由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等几部分组成,其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传给驱动车轮,实现降速以增大转矩。

  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*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。 驱动桥--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。

驱动桥--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。 驱动桥--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。


Automotive 06-04-07 19:15

第九课:汽车行驶系

行驶系分为四大主要部分:车桥、车轮、车架和悬架。

  车桥(也称车轴)通过悬架和车架(或承载式车身)相连,两端安装汽车车轮。其功能是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力。

  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。 转向轮的定位

  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。

  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。轮胎的结构与规格

  轮胎是汽车行驶系中重要的部件。

  无内胎的充气轮胎近年来在轿车和一些货车上的使用日益广泛,因此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*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)

弹性元件

  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,*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。

  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  

  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。

悬架系统 

  悬架是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间的一切传力连接装置的总称。一般由弹性元件、减震器和导向机构三部分组成。

  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。

 ×耸街饕窃贔R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。

Automotive 06-04-07 19:16

第十课:汽车转向系

汽车转向系概说

  汽车行驶过程中,经常需要改变行驶方向,即所谓的转向,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。

转向操纵机构

  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*卷筒自由伸缩。这种装置大大提高了电器装置的可*性。

转向传动机构

  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。

转向器与转向器形式

  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。

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。

第十一课:汽车车身结构

汽车车身概说

    汽车车身既是驾驶员的工作场所,也是容纳乘客和货物的场所。车身应对驾驶员提供便利的工作条件,对乘员提供舒适的乘坐条件,保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声,废气的侵袭以及外界恶劣气候的影响,并保证完好无损地运载货物且装卸方便。汽车车身上的一些结构措施和设备还有助于安全行车和减轻事故的后果。车身应保证汽车具有合理的外部形状,在汽车行驶时能有效地引导周围的气流,以减少空气阻力和燃料消耗。此外,车身还应有助于提高汽车行驶稳定性和改善发动机的冷却条件,并保证车身内部良好的通风。 汽车车身是一件精致的综合艺术品,应以其明晰的雕塑形体、优雅的装饰件和内部覆饰材料以及悦目的色彩使人获得美的感受,点缀人们的生活环境。 汽车车身结构主要包括:车身壳体、车门、车窗、车前钣制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等等 。在货车和专用汽车上还包括车箱和其它装备。车身壳体是一切车身部件的安装基础,通常是指纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构。客车车身 多数具有明显的骨架,而轿车车身和货车驾驶室则没有明显的骨架。车身壳体通常还包括在其上敷设的隔音、隔热、防振、防腐、密封等材料及涂层。 车门通过铰链安装在车身壳体上,其结构较复杂,是保证车身的使用性能的重要部件。钣等。这些钣制制件形成了容纳发动机、车轮等部件的 空间。 车身外部装饰件主要是指装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等等。散热器面罩、保险杠、灯具以及后视镜等附件亦有明显的装饰性。车几部装饰件包括仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物,以及窗帘和地毯。在轿车上广泛采用天然纤维或合成纤维的纺织品、人造革或多 层复合材料、连皮泡沫塑料等表面覆饰材料;在客车上则大量采用纤维板、纸板、工程塑料板、铝板、花纹橡胶板以及复合装饰板等覆饰材料。车身附件有:门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等。在现代汽车 上常常装有无线电收放音机和杆式天线,在有的汽车车身上还装有无线电话机、电视机或加热食品的微小炉和小型电冰箱等附属设备。车身内部的通风、暖气、冷气以及空气调节装置是维持车内正常环境、保证驾驶员和乘客安全舒适的重要装置。座椅也是车身内部重要装置之 一。座椅由骨架、座垫、*背和调节机构等组成。座垫和*背应具有一定的弹性。调节机构可使座位前后或上下移动以及调节座垫和*背的倾斜角度。某些座椅还有弹性悬架和减振器,可对其弹性悬架加以调节以便在驾驶员们不同的体重作用下仍能保证座垫离地板的高度适当。在某 些货车驾驶室和客车车厢中还设置适应夜间长途行车需要的卧铺。为保证行车安全,在现代汽车上广泛采用对乘员施加约束的安全带、头枕、气囊以及汽车碰撞时防止乘员受伤的各种缓冲和包垫装置。 按照运载货物的不同种类,货车车箱可以是普通栏板式结构、平台式结构、倾卸式结构、闭式车箱、气、液罐以及运输散粒货物(谷物、粉状物等)所采用的气力吹卸专用容罐或者是适于公路、铁路、水路、航空联运和国际联运的各种标准规格的集装箱。

车身壳体结构的分类

  车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式(或称全承载式)三种。

  非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下,安装在车架上的车身对车架的加固作用不大,汽车车身仅随本身的重力,它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力,这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。

  半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下,汽车车身除了承受上述各项载荷外,还在一定程度上有助于加固车架,分担车架的部分载荷。

  承载式车身的特点是汽车没有车架,车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础。在此种情况下,上述各种载荷全部由汽车车身承受。

  为了减小汽车的整车质量和节约材料,大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分,不可能采用承载结构。

  没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性,减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击,则可采用非承载式结构。

  轿车车身和货车驾驶室

车门、车窗及其附件和密封

    车门是车身上重要部件之一。按其开启方式可分为顺开式、逆开式、水平移动式、上掀式和折叠式等几种。顺开式车门即使在汽车行驶时仍可借气流的压力关上,比较安全,而且便于驾驶员在倒车时向后观察,故被广泛采用。逆开式车门在汽车行驶时若关闭不严就可能被迎面气流冲开,因而用得较少,一般只是为了改善上下车方便性及适于迎宾礼仪需要的情况下才采用。水平移动式车门的优点是车身侧壁与障碍物距离较小的情况下仍能全部开启。上掀式车门广泛用作轿车及轻型客车的后门,也应用于低矮的汽车。折叠式车门则广泛应用于大、中型客车上。 在有些大型客车上,还备有加速乘客撤离事故现场以及便于救援人员进入的安全门。轿车、货车驾驶室的车门以及客车驾驶员出入的车门通常由门外钣、门内钣、窗框(有的车上还装有三角窗)等组成。门内钣是各种附件的安装基体。在其上装有:门铰链、升降玻璃及其导轨、玻璃升降器、门锁、车门开度限位器等附件。有的轿车门内还布置有暖气通风管道和立体声收放音机的扬声器等等。车门借铰链安装在车身壳体上。在汽车行驶时,车身壳体将产生反复扭转变形。为避免在此情况下车门与门框摩擦产生噪声,车门与门框之间留有较大的间隙,*橡胶密封条将间隙密封。汽车的前、后窗通常采用有利于视野而又美观的曲面玻璃,借橡胶密封条嵌在窗框上或用专门的粘合剂粘贴在窗框上。为便于自然通风,汽车的侧窗玻璃通常可上、下或前、后移动。在玻璃与导轨之间装有呢绒或植绒橡胶等材料的密封槽。某些汽车的侧窗还采用有利于汽车布置的圆柱面玻璃。侧窗玻璃采用茶色或降热层可使室内保温并具有安闲宁静的舒适感。具有完善的冷气、暖气、通风及空调设备的高级客车常常将侧窗玻璃设计成不可移动的,以提高车身的密封性。

Automotive 06-04-07 19:17

第十二课:汽车安全防护装置

安全防护装置基本功能和原理 E`q_bn  
随着汽车数量增加以及交通运输日益繁,汽车事故增多,所引起的人员伤亡和财产损失严重,已成为一个不容忽视的社会问题。针对这一问题而设置的安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分。 "FbsMk.d  
在发生汽车碰撞事故时,安全防护装置能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度。

两辆汽车发生碰撞时,汽车的前、后保险杠或车身侧面的护条等构件首先相互接触,随后便是与这些构件相连接的车身构架产生坍塌与变形,危及车内乘员。 D$N /FJ8|G  
汽车前面受撞击时,车内乘员由于惯性作用而离开坐位向前冲。此时,仪表板、转向盘、风窗支柱、风窗玻璃、风窗框上横梁等往往会与人体的胸、腹或头部相撞,成为主要致伤构伤。 A >$I -T+  
汽车与行人碰撞时,保险杠、车前钣制件或车身前围等部位最易使行人受伤。行人受撞击后,其头部很可能倒向轿车的发动机罩、风窗框下缘或风窗玻璃等部位。 |o @%dH  
由此可见,对汽车车身构架及上述各结构部分均有较高的安全要求。 AS,%RN^.  
发生汽车碰撞事故时,运动急剧停止、缺乏缓冲距离以及人体与尖硬物接触都会导致严重伤亡。因此,汽车安全防护装置的基本功能和结构原理可归纳为: :]c3|J  
1、对乘员施加约束使之避免在汽车碰撞时与车内物体撞击或被甩出车外; 7.T?#;'3  
2、产生软缓冲作用,亦即构件以适当的变形距离吸收撞击能量,或者说使速度逐渐下降而避免出现较大的减速度和碰撞力; mTh]PPo   
3、加大人体与汽车构件的接触面积,避免产生点接触从而使碰撞造成的单位面积挤压力减少或使碰撞力转移到人体非要害部位。 *kVV+H<X|b  
安全防护装置(一)车内防护

(一)安全带 2Hdu:"j  
安全带是最有效的防护装置,可以大幅度地降低碰撞事故的受伤率和死亡率。这一点已被国外大量使用实践证明。 &?vgP!d&M  
最常用的三点式安全带的各个组成部分。带子由结实的合成纤维织成,包括斜跨前胸的肩带,绕过人体胯部的腰带。在座椅的外侧和内侧地板上各有一个固定点,第三个固定点位于座椅外侧车身支柱的上方。 qVPeB,kIz  
绕过上方固定点的环状导向板,带子伸入车身支柱内腔并卷在支柱下端的收卷器内。乘员胯部内侧附近有一个插扣,插扣由插板(松套在带子上)和锁扣(与内侧地板固定点相连)两部分组成,该两部分插合后即可将科员约束在座椅上。

 

  按下插扣的红色按钮就能解除约束。收卷器有好几种结构型式,功能较完备的是紧急锁止式收卷器(ELR)。该种结构在正常情况下,安全带对人体上部并不起约束作用。当乘员向前弯腰时,带子可从收卷器经由上方固定点的导向板被拉出;而当乘员回复正常坐姿时,收卷器又会自动将带子收起,使带子随时保持与人体贴合。但在紧急情况下——亦即汽车减速度超过预定数值时或车身严重倾斜时,收卷器会将带子卡住从而对乘员产生有效的约束。

 

  (二)气囊

 

  气整在汽车正面碰撞时能防止乘员与其前方的物体撞击。气囊平时折叠在转向盘毂内或仪表板内,必要时可在极短时间(碰撞开始后0.03~0.05s)内充满气体而呈球形,以填补乘员与室内物体之间的空间。气囊通常采用氮气。

 

  气源可以是高压(约15MPa)钢瓶或是设置在气囊下方的气体发生器。装设在汽车内的碰撞传感器发出的讯号可点燃电气雷管炸开高压钢瓶的封口或者点然气体发生器内的气体发生剂,使气囊迅速充气。

 

  (三)头枕

 

  头枕是在汽车后部受撞击时限制人的头部向后运动的装置,这样可避免颈椎受伤,而严重的颈椎受伤可能使其内部神经(脊髓)受伤,导致颈部以下全身瘫痪(高位截瘫)。

 

  (四)安全玻璃

 

  汽车正面或侧面碰撞时,乘员头部往往撞击风窗玻璃或侧窗玻璃而受伤,并且玻璃碎片还会使脸部和眼睛受伤。

 

  目前在汽车上广泛应用的安全玻璃有两种:钢化玻璃与夹层玻璃。钢化玻璃是在炽热状态下使其表层骤冷收缩从而产生预应力的强度较高的玻璃,其落球冲击强度是普通玻璃的6~9倍。普通夹层玻璃有三层,总厚度约4mm,其中间层厚度为0.38mm。汽车用的夹层玻璃的中间层则加厚一倍,达0.76mm,故具有较高的冲击强度,称为高抗穿透性(HPR)夹层玻璃。国产的车用夹层玻璃的中间层材料通常要用性能较好的聚乙烯醇缩丁醛。

 

  钢化玻璃受冲击而损坏时,整块玻璃出现网状裂纹,脱落后则分成许多无锐边的碎片。HPR夹层玻璃损坏时内、外两层玻璃的碎片仍然粘附在中间层上。中间层有较大的韧性,在承受撞击时拱起从而吸收一部分冲击能量,起缓冲作用。

 

  大量的事故调查表明,钢化玻璃与HPR夹层玻璃相比,前者有较高的伤亡率,其碎片致使眼睛重伤的比率也较高。采用钢化玻璃的前风窗破裂成细小网状裂纹后,还会严重地影响驾驶员前方的视野。由此可见,现代汽车的风窗玻璃应尽可能采用HPR夹层玻璃。

 

  (五)门锁与门铰链

 

  在现代汽车上,门锁和门铰都应有足够的强度,在汽车碰撞时,能同时承受纵、横两个方向的载荷而不致使车门开启,从而避免了乘员被甩出车外,因而减少受重伤或死亡的危险。此外,在事故结束后,门锁应不致失效而应使车门仍能开启。

 

  目前,不能承受纵向载荷的舌簧式、钩簧式、齿轮转子式等门锁已经过时,而能同时承受纵横向载荷的转子卡板式门锁则被广泛采用。

 

  (六)室内其它构件

 

  在现代汽车上,车身内部一切有可能与人体撞击的构件都应避免采用尖角、凸棱或小圆弧过渡的形状,而且车身室内广泛采用软材料包垫。室内软化不仅是为了满足舒适性要求,更重要的还是为安全防护性能的要求。

 

安全防护装置(二)车外防护

 

  (一)车身壳体结构防护措施   根据碰撞安全性的要求,车身壳体的正确结构应是,使乘客舱具有较大的刚度以便在碰撞时尽量减小变形,同时使车身的头部、尾部等其它离乘员较远的部分的刚度相对较小,在碰撞时得以产生较大的变形而吸引撞击能量,显然,如果车身乘客舱按照汽车行驶时的载荷来设计,其刚度就显得不足,还需要进行局部加强。乘客舱较易加固的是地钣、前围内钣、后围钣等宽大的部件。

 

  门、窗孔洞的周边则是薄弱环节,但风窗支柱和中立柱的断面尺寸又不宜过大,所以只能在其内部贴上较厚的加强钣。在汽车碰撞时,为避免整个乘客舱的构架产生剪切变形或坍塌,最重要的是加固门、窗周边的拐角部分,可在其上贴上加强钣或加大拐角处的过渡圆角。

 

  要使乘客舱获得必要的刚度,不能仅*局部补强的办法,而应就整个车身结构通盘考虑。众所周知,杆件或梁在弯曲时变形较大而在拉伸或压缩时变形较小。

 

  因此,车身客舱构件应合理布置,使之尽量少承受弯曲载荷。在汽车头部或尾部受撞击时,可通过倾斜的构件将力传递至客舱的纵向构件,使之承受压缩或拉伸。

 

  为了使车身头部和尾部的刚度较小,可以在粗大的构件或强固的部件上开孔或开槽来削弱其刚度,或者使构件在汽车碰撞时承受弯曲载荷。车身前部安装发动机和前悬架的纵、横梁都较粗大,因此某些现代轿车的前部纵梁不是平直的,而是有意弯折成Z字形以便在碰撞时折叠变形并吸收冲击能量。

 

  为使乘客舱侧面较强固以便承受较大的撞击力,车身的门槛通常较粗大,并用横梁将左右两根门槛连接起来共同受力。此外在门外钣的内表面还常常贴有瓦楞状加强钣。

 

  (二)保险杠与护条

 

  汽车的最前端和最后端都装有保险杠,许多新式轿车(例如桑塔纳、奥迪等轿车)左右两侧还装有纵贯前后的护条。保险杠和护条的安装高度应符合规定,以便在汽车相撞时两车的保险杠或护条能首先接触。

 

  保险杠的防护结构应包括两部分:1)减轻行人受伤的软表层,主要由弹性较大的泡沫塑料制成;2)能吸收汽车一部分碰撞能量的装置,有金属构架、全塑料结构、半硬质橡胶缓冲结构、液压或气压装置等型式。

 

  车身侧面的护要与行人接触的可能性很小,一般由半硬质塑料或橡胶制成。

 

  (三)汽车其它外部构件

 

  除了保险杠外,经常致使行人受伤的构件主要有前翼子钣、前大灯、发动机罩、车轮、风窗玻璃等。这些构件不应制造得尖锐而坚硬,最好是平整光滑而富有弹性。

 

  某些轿车包括保险杠在内的整个正面都用大块聚胺酯泡沫塑料制成并将发动机罩的顶面用软材料包垫,使安全性大大提高。

 

第十三课:汽车仪表及报警装置

 

汽车仪表及报警装置

 

  为了使驾驶员能够随时掌握汽车及各系统的工作情况,在汽车驾驶室的仪表板上装有各种指示仪表及各种报警装置。

 

  一、车速里程表及速度报警装置

 

  车速里程表是由指示汽车行驶速度的车速表和记录汽车所行驶过距离的里程计组成的,二者装在共同的壳体中,并由同一根轴驱动。

 

  车速表是利用磁电互感作用,使表盘上指针的摆角与汽车行驶速度成正比。在表壳上装有刻度的表盘。

 

  里程计是由若干个计数转鼓及其转动装置组成的。为了使用方便,有的车速里程表同时设有总里程计和单程里程计,总里程计用来记录汽车累计行驶里程,单程里程计用来记录汽车单程行驶里程。单程里程计可以随时复位至零。

 

  车速报警装置是为了保证行车安全而在车速表内装设的速度音响报警系统。如果汽车行驶速度达到或超过某一限定车速(例如100km/h)时,则车速表内速度开关使蜂鸣器电路接通,发出声音报警。

 

  二、机油压力表及机油低压报警装置

 

  机油压力表是在发动机工作时指示发动机润滑系主油道中机油压力大小的仪表。它包括油压指示表和油压传感器两部分。

 

  机油低压报警装置在发动机润滑系主油道中的机油压力低于正常值时,对驾驶员发出警报信号。机油低压报警装置由装在仪表板上的机油低压报警灯和装在发动机主油道上的油压传感器组成。

 

  三、燃油表及燃油低油面报警装置

 

  燃油表用以指示汽车燃油箱内的存油量。燃油表由带稳压器的燃油面指示表和油面高度传感器组成。

 

  燃油低油面报警装置的作用是在燃油箱内的燃油量少于某一规定值时立即发亮报警,以引起驾驶员的注意。

 

  四、水温表及水温报警灯

 

  水温表的功用是指示发动机气缸盖水套内冷却液的工作温度。

 

  水温报警灯能在冷却液温度升高到接近沸点(例如95~98℃)时发亮,以引起驾驶员的注意。


Automotive 06-04-07 19:17

第十四课:汽车照明装置及信号装置

汽车照明装置及信号装置

  为了保证汽车行驶安全和工作可*,在现代汽车上装有各种照明装置和信号装置,用以照明道路,标示车辆宽度,照明车厢内部及仪表指示和夜间检修等。此外,在转弯、制动和倒车等工况下汽车还应发出光信号和音响信号。

  一、照明装置

  (一)装在车身外部的照明装置

  前大灯是汽车在夜间行驶时照明前方道路的灯具,它能发出远光和近光两种光束。远光在无对方来车的道路上,汽车以较高速度行驶时使用。远光应保证在车前100m或更远的路上得到明亮而均匀的照明。

  近光则在会车时和市区明亮的道路上行驶时使用。会车时,为了避免使迎面来车的驾驶员目眩而发生危险,前大灯应该可以将强的远光转变成光度较弱而且光束下倾的近光。

  前大灯可分为二灯式和四灯式两种。前者是在汽车前端左右各装一个前大灯;而后者是在汽车前端左右各装两个前大灯。解放CA1091型汽车前大灯为四灯式前大灯。

  前大灯主要由灯泡组件、反光罩和透光玻璃组成。灯泡组件是将电能转变为光能的装置。现代汽车的前大灯都采用双丝灯泡。远光灯丝位于反光罩的焦点上,近光灯丝位于焦点上方。在近光灯丝下方加有金属遮罩,下部分的光线被遮罩挡住,以防止光线向上反射及直接照射对方驾驶员而引起眩目。反光罩的形状是一旋转抛物面,其作用是将灯泡远光灯丝发出的光线聚合成平行光束,并使光度增大几百倍。透光玻璃是许多透镜和棱镜的组合体,其上有皱纹和棱格。光线通过时,透镜和棱镜的折射作用使一部分光束折射并分散到汽车的两侧和车前路面上,以照亮驾驶员的视线范围。

  前小灯主要用以在夜间会车行驶时,使对方能判断本画的外廓宽度,故又称示宽灯。前小灯也可供近距离照明用。很多公共汽车在车身顶部装有一个或两个标高灯,若有两个,则同时兼起示宽作用。

  后灯的玻璃是红色的,便于后车驾驶员判断前车的位置而与之保持一定距离,以免当前车突然制动时发生碰撞。后灯一般兼作照明汽车牌照的牌照灯,有的汽车牌照灯是单装的,它应保证:夜间在车后20m处能看清牌照号码。

  经常在多雾地区行驶的汽车还应在前部装置光色为黄色的雾灯。

  越野汽车往往还在车身前部装有防空灯。其特点是灯上部有伸出的灯罩,以免被在空中发现。

  (二)装在车向部的照明装置

  车身内部的照明灯特别要求造型美观、光线柔和悦目。它包括驾驶室顶灯、车厢照明灯和轿车中的车门灯和行李箱灯等等。

  为了便于夜间检修发动机,还设有发动机罩下灯。为满足夜间在路上检修汽车的需要,车上还应备有带足够长灯线的工作灯(行为),使用时临时将其插头接入专用的插座中。

  驾驶室的仪表板上有仪表板照明灯。在有些汽车上,仪表板照明灯不能和驾驶室顶灯同时开亮。

  二、信号装置

  (一)转向信号灯及转向信号闪光器

  转向信号灯分装在车身前端和后端的左右两侧。由驾驶员在转向之前,根据将向左转弯或向右转弯,相应地开亮左侧或右侧的转向信号灯,以通知交通警察、行人和其它汽车上的驾驶员。

  为了在白天能引人注目,转向信号灯的亮度很强。此外为引起对方注意,在转向信号灯电路中装有转向信号闪光器,借以使转向信号灯光发生闪烁。闪烁式转向信号灯可以单独设置,

  也可以与前小灯合成一体,在后一种情况下,一般用双丝灯泡。也有的后转向信号灯和后灯合成一体。

第十五课:汽车防盗装置

汽 车 防 盗 装 置

  为防止驾驶员离开汽车后,汽车被盗窃,许多汽车设置了防盗装置。常用的防盗装置有转向锁和电子防盗装置。

  一、转向锁

  转向锁主要由锁杆、凸轮轴、锁止器挡块、开锁杠杆和开锁按钮等组成。

  当驾驶员从钥匙筒拔出钥匙后,转向柱便被锁杆锁住。这样,即使偷窃者不用点火开关钥匙而把发动机起动了,但汽车仍不能够驾驶。

  二、电子防盗装置

  机械防盗装置是预防汽车被盗的装置,但这种装置不能防止他人进入驾驶室、车内、打开行李厢,发动机罩或起动发动机等。而电子防盗装置不仅能可*地防止汽车被盗,而且能防止他人拆卸某些汽车零件和偷入车内。

传统转向器和现代助力转向器

轿车转向器机构涉及整车的操纵性、稳定性和安全性,它的质量也反映了车辆的质量,是直接关系到车辆性能的关键部件。

  早期的汽车转向是用舵柄或横杆(即一种两端带有手柄的水平杆)进行操纵,转向比是1:1,因而汽车转向时的操作是很吃力的。后来,带有齿轮减速比的转向机构很快被推广使用,但是,这种机构的方向盘不象舵柄或横杆要置放在汽车中线的位置,而是要置放在汽车的左边或右边,这样触发了方向盘位置的争论。这场争论旷日持久,导致了今天的汽车分成了两大类方向盘装置法:   一类以美国,中国,俄罗斯等世界上大多数国家和地区采用的左置方向盘,实行右上左下的汽车行驶规则;另一类以英国及英联邦,日本等少数国家和地区采用的右置方向盘,实行右下左上的汽车行驶规则。几十年来,各种汽车都使用蜗杆扇形齿轮转向器,现在的循环球式转向器也是这种转向器的一种变型,轿车也经常使用。在这种转向器中,蜗杆与扇形齿轮之间嵌入了钢珠,大大降低了摩擦力,使汽车的转向操纵变得比较轻松。   从70年代起轿车兴起了齿轮齿条转向机构,它由方向盘、方向轴、方向节、转动轴、转向器、转向传动杆和转向轮(前轮)等组成。方向盘操纵转向器内的齿轮转动,齿轮与齿条紧密啮合,推动齿条左移动或右移动,带动转向轮摆动,从而改变轿车行驶的方向。   这种转向机构与蜗杆扇形齿轮等其它类型的转向机构比较,省略了转向摇臂和转向主拉杆,具有构件简单,传动效率高的优点。而且它的逆传动效率也高,在车辆行驶时可以保证偏转车轮的自动回正,驾驶者的路感性强。   其实,齿轮齿条转向机构早在一世纪前的汽车萌芽发展阶段已经有了,只是那时还不完善,机件加工粗糙。1905年通用汽车卡迪拉克部的工程师将齿轮齿条转向器的设计理论化,并加工成精度很高,操纵灵活的齿轮齿条转向器,正式应用在轿车上。   后来,汽车转向器的型式被蜗杆一扇形齿轮型式所垄断,但许多人仍然继续完善齿轮一齿条转向机构。由于近代材料科学的发展,大大提高了齿轮一齿条转向机构的安全可*系数,人们再次重视这种转向机构的简单实用性,由于它具有构件少质量轻,成本低的优点,受到汽车制造商的青睐,现在大多数的轿车转向器都采用齿轮一齿条型。   现代轿车马力大、速度快,为了操纵的轻便和灵敏,中高档次的轿车转向器都加装了转向动力装置,又称为液压动力转向器。它具有工作无噪声,灵触度高体积小,能够吸收来自不平路面的冲击力,在现代轿车上得到十分广泛的应用。   液压动力转向器的主要部件包括油泵、液压分配阀和助力器。液压分配阀与油泵组合一体,助力器与转向器装在一起,中间用油路连接。发动机通过皮带带动油泵,把油压输出到助力器。助力器壳体内是一个活塞,活塞连接着转向器的齿轮,活塞两端是腔室。   当轿车直线行驶时,活塞两端压力相等,静止不动,油泵空转;当轿车转弯时,液压分配阀将油液通过变化了的通道进入了助力器的一侧,使活塞两端产生压力差,迫使活塞移动到另一侧,带动齿轮转动,“助一臂之力”。这样转动方向盘的操纵力不是直接迫使车轮转向的唯一作用力了,可由助力器辅动车轮转向,减轻了驾驶者的劳动强度,减少了方向盘的转数,特别是减少了停车转向时的操纵力。   现在已经出现了电子控制速度传感型的轿车动力转向器,它除了满足减少操纵力,提高灵触度外,还可以根据车速与行驶条件的不同而产生与之相适应的转向力。在停车时能提供足够的助力,随着车速的逐渐增加助力又可以逐渐减少,当高速行驶时则无助力但保持良好的路感。这种电子式的动力转向机构附有微处理机和电子转速表,电子转速表发出脉冲讯号,微处理机发出相应的指令控制动力转向机构。   轿车动力转向装置是50年代在美国大型轿车上出现的事物,现在已经普及开来了。它的好处正如德国奔驰汽车制造公司所描述的那样:“发动机发动后,您就得到动力转向辅助,尤其在泊车及左右移动车辆时,动力转向装置会令您能非常轻松地控制方向盘。

  电动助力转向器   现在,动力转向系统已成为一些轿车的标准设置,全世界约有一半的轿车采用动力转向。随着汽车电子技术的发展,目前一些轿车已经使用电动助力转向器,使汽车的经济性、动力性和机动性都有所提高。   电动助力转向系统的英文缩写叫“EPS”(Electrical Power Steering),它利用电动机产生的动力协助驾车者进行转向。此类系统一般由转矩传感器(3)、电控单元(微处理器)(5)、电动机(4)、减速器(2)、机械转向器(1)和蓄电池电源(6)所组成(见示意图)。

汽车转向时,转矩传感器检测到转向盘的力矩和转动方向,将这些信号输送到电控单元,电控单元根据转向盘的转动力矩、转动方向和车辆速度等数据向电动机控制器发出信号指令,使电动机输出相应大小及方向的转动力矩以产生助动力。当不转向时,电控单元不向电动机控制器发信号指令,电动机不工作。同时,电控单元根据车辆速度信号,通过电液转换器确定输给转向盘的作用力,减少驾车者在高速行驶时方向盘“飘”的感觉。  由于电动助力转向系统只需电力不用液压,与机械式液压动力转向系统相比较省略了许多元件。没有液压系统所需要的油泵、油管、压力流量控制阀、储油罐等,零件数目少,布置方便,重量轻。而且无“寄生损失”和液体泄漏损失。因此电动助力转向系统在各种行驶条件下均可节能80%左右,提高了汽车的运行性能。因此在近年得到迅速的推广,也是今后助力转向系统的发展方向。   有一些汽车冠以电动助力转向,其实不是真正意义上的纯电动的助力转向,它还需要液压系统,只不过由电动机供油。传统的液压动力转向系统的油泵由发动机驱动。为保证汽车原地转向或者低速转向时的轻便性,油泵的排量是以发动机怠速时的流量来确定的。   而汽车行驶中大部分时间处于高于怠速的速度和直线行驶状态,只能将油泵输出的油液大部分经控制阀回流到储油罐,造成很大的“寄生损失”。为了减少此类损失采用了电动机驱动油泵,当汽车直线行驶时电动机低速运转,汽车转向时电动机高速运转,通过控制电动机的转速调节油泵的流量和压力,减少“寄生损失”。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,请点击这里 或 拨打24小时举报电话:4000070609 与我们联系。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>