第15章--典型轿车底盘结构及特征

第15章典型轿车底盘结构及特征同济大学汽车学院朱西产教授FR——发动机前置后驱动应用范围：大、中型载货汽车，部分轿车、客车。优点：获得比较合理的轴荷分布；满载情况下可以获得更好的动力性，并保证制动性；方便布置；便于维护和保养。缺点：需要较长的传动轴，增加整车重量；使用多个万向节，降低了传动系统的效率；影响地板的布置。FR——发动机前置后驱动FF——发动机前置前驱动FF——发动机前置前驱动应用范围：大部分轿车。发动机布置：可以横置或纵置。优点：无传动轴穿过地板，增加乘坐空间；相对于FR布置，可以获得比较好的隔振效果；传动系统效率较高。提高车辆的操纵稳定性；结构紧凑；缺点：在车辆满载及爬坡时，质心后移较多，影响动力性；发动机舱布置部件过多，影响散热和维修；前轮既是转向轮又是驱动轮，结构和运动关系复杂。发动机纵置特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线垂直，主减速器必须采用圆锥齿轮传动。发动机横置特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线平行，主减速器可以采用圆柱齿轮传动。发动机横置特点是发动机曲轴轴线与车轮轴线平行，主减速器可以采用圆柱齿轮传动。轿车采用自动变速箱的比例比较高。为了提高舒适性，轿车采用独立悬架。第一节轿车的传动系统1.1、两轴式手动变速器应用：发动机前置前轮驱动，发动机后置后轮驱动的汽车。特点：输入轴（第一轴）与输出轴（第二轴）平行，无中间轴。动力传递路径：输入轴——输入轴齿轮——输出轴齿轮——输出轴。组成：输入轴、输出轴、倒档轴、轴承、变速齿轮发动机纵置奥迪100型轿车012变速器传动机构结构输出轴输入轴一、二挡接合套倒挡中间轴三、四挡接合套五、倒挡接合套发动机横置1.2、自动变速箱自动变速器定义：根据发动机负荷和汽车车速等工况自动变换传动系统的传动比，以使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，并减少发动机的排放以及提高车辆行驶的安全性、乘坐舒适性和操纵轻便性。按传动比的变化范围有级式自动变速器无级式自动变速器综合式自动变速器又称为电控机械自动变速器（AMT、DCT），是在机械式齿轮变速器的基础上加上电控部分，实现自动控制的变速器。传动比在一定范围内可以连续变化。电力式，动液式（液力变矩器），金属带式无级变速器（CVT）由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械变速器（AT）。其传动比可在几个间断的区间内连续变化。自动变速器分类双离合器自动变速箱DCT机械式无级变速器简称CVT(ContinuouslyVariableTransmission)；于20世纪70年代，由荷兰的VDT(VANDoorne’sTransmissionb.V)公司研制成功了新型的金属带式无级自动变速器简称VDT-CVT。金属带式无级自动变速器CVT按操纵方式液控液压自动变速器：由各种控制阀将控制参数转变为液压控制信号，并由此控制信号直接操纵换档阀进行换档的自动变速器。电控液压自动变速器：由电子控制单元（ECU）根据各种传感器测得参数，并按照其内部设定的策略控制液压阀和液压执行元件进行换档的自动变速器。液力机械式自动变速分类AT自动变速器的组成液控液压自动变速器液力变矩器行星齿轮变速机构液压控制系统换档控制机构液压操纵执行机构电控液压自动变速器液力变矩器行星齿轮变速机构电子控制系统换档控制机构液压操纵执行机构液力耦合器和液力变矩器都是动液传动装置。1.2.1、液力耦合器与液力变矩器所谓动液传动是指靠液体在循环流动过程中动能的变化而传递动力的液压传动方式。液力耦合器液力耦合器结构液力耦合器主要由泵轮、涡轮、耦合器外壳等组成。泵轮与发动机曲轴相连，是耦合器的主动元件。涡轮与从动轴相连，是耦合器的从动元件。液力耦合器结构泵轮与涡轮统称工作轮，二者之间没有机械联系，靠液体流动来传递动力。在工作轮组成的环状壳体中径向排列着许多叶片。工作液存储在环状壳体中。泵轮与涡轮装合后，两者之间有一定间隙（3~4mm），通过轴线的纵断面呈环形，称为循环圆。液力耦合器的工作原理液力耦合器的工作过程当工作轮旋转时，工作液被叶片带动一起旋转。在离心力作用下，工作液从叶片内缘流向外缘。叶片外缘处压力高，而内缘处压力低。叶片内外缘处压力差取决于工作轮半径和转速。液力耦合器的工作过程泵轮和涡轮的半径相等。当泵轮转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压。工作液不仅随着工作轮绕曲轴和从动轴作圆周运动，在压力差的作用下，还沿循环圆依箭头所示方向作循环运动液体质点的流线会形成一个首尾相连的环形螺旋线。液力耦合器的工作过程泵轮对工作液做功，使之从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，其圆周速度和动能渐次增加；工作液从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，其圆周速度和动能渐次减小。液力耦合器的工作过程是：泵轮接受发动机传来的机械能，并将其传给工作液，这时工作液的动能升高，然后再由工作液将动能传给涡轮，并由涡轮将动力输出输入轴泵轮涡轮输出轴曲轴液力耦合器实现传动的必要条件液力偶合器实现传动的必要条件是工作液在泵轮和涡轮之间有循环流动。工作液的循环流动是由于两工作轮转速不等，使两轮叶片的外缘产生液压差所致。液力耦合器正常工作时，泵轮转速总是大于涡轮转速。若两轮转速相等，则液力耦合器不起传动作用。液力耦合器的工作过程（举例）汽车起步发动机曲轴带动泵轮旋转；涡轮与传动系处于静止状态。泵轮带动工作液对涡轮做功，并产生转矩发动机转速增高，上述转矩增大，并克服汽车的起步阻力。汽车上采用液力耦合器的优缺点优点泵轮与涡轮之间允许较大的转速差，可以保证汽车的平稳起步和加速；同时衰减系统扭转振动引起的过载；延长传动系统的使用寿命；在暂时停车时可以不脱开传动系统，减少换档的次数。目前在汽车上的应用逐渐减少。缺点液力耦合器只能传递扭矩，而不能改变扭矩的大小，因此必须与变速机构一起使用；在耦合器与变速器之间必须加装离合器；增加传动系统质量和尺寸；存在液流损失，传动系统效率比单用离合器低。液力变矩器固定在发动机曲轴上。固定在输出轴上。组成：泵轮、涡轮、导轮。液力变矩器结构固定在固定套管上。飞轮涡轮导轮泵轮变矩器壳液力变矩器结构液力变矩器结构与液力耦合器相同之处工作轮在装配后形成断面为循环圆的环状体；工作时，工作液除绕轴作圆周运动外，还作循环流动，能将转矩从泵轮传到涡轮。液力变矩器结构与液力耦合器不同之处：不仅能传递转矩，而且能在泵轮转矩不变的情况下，随涡轮的转速（车速）不同而改变涡轮输出的转矩值。在结构上多了导轮机构。液力变矩器结构通过导轮给涡轮反力矩来改变涡轮输出的转矩。将循环圆的中间流线展开一条直线。中间流线：将流道分割成面积相等的两部分的流线。液力变矩器的工作原理若各循环圆中间流线均在同一平面上展开，则泵轮B、涡轮W和导轮D便成为三个环形平面。假定发动机转速及负荷不变，即变矩器泵轮转速nb及转矩Wb为常数。涡轮转矩等于泵轮转矩与导轮转矩之和；涡轮转矩大于泵轮转矩，液力变矩器起到了增大转矩作用。液力变矩器的工作原理（起步工况）设泵轮、导轮、涡轮对工作液的作用转矩为：Mb、Md、M’w，则有：M’w=Mb+Md注意：Mw=－M’w（Mw为涡轮输出转矩）此时工作液在涡轮叶片出口处的绝对速度为：v=w+uu—牵连速度；w—沿叶片的相对速度。液力变矩器的工作原理（加速工况）冲向导轮叶片的绝对速度v随着牵连速度u的增加（即涡轮转速nw的增加）而逐渐向左倾斜，使导轮所受转矩Md逐渐减小。当v与导轮的出口方向一致时：Md=0此时：Mw=Mb，变矩器由变矩变为耦合工况。液力变矩器的工作原理（加速工况）nw继续增大，V继续向左倾斜，Md变为负值；此时：Mw=Mb－Md直至:nw=nb，工作液在循环圆中的流动停止，不能传递。液力变矩器的输出转矩可以根据涡轮的转速变化涡轮速度低——转矩大于泵轮转矩；涡轮速度等于一设定值——转矩等于泵轮转矩；涡轮速度高——转矩小于泵轮转矩；涡轮速度等于泵轮速度——不传递转矩。液力变矩器能够改变扭矩的原因是在泵轮和涡轮之间加入了导轮。液力变矩器的工作原理泵轮、涡轮和导轮三个工作轮是转换能量，传递动力和实现变矩的基本元件；液体同时绕工作轮轴线作旋转运动和沿循环圆作轴向循环运动；变矩器输出转矩随涡轮的转速而变化。液力变矩器分析结论液力变矩器特性液力变矩器特性：变矩器在泵轮转速nb和转矩Mb不变的条件下，涡轮转矩Mw随其转速nw变化的规律。传动比i定义为输出转速与输入转速之比：i=nw/nb=1变矩系数K定义为输出转矩与输入转矩之比：k=Mw/Mb表征液力变矩器特性的参数为传动比i和变矩系数K。最大变矩系数K出现在什么时候？思考液力变矩器特性液力变矩器特性同时反映了变矩系数K与涡轮转速nw（或传动比i）之间的关系。变矩系数K随涡轮转速的改变而连续变化。液力变矩器是一种能随汽车行驶阻力的不同而自动改变变矩系数的无级变速器。液力变矩器的传动比为小于等于1的连续可变的数；液力变矩器特性小结液力变矩器的转矩随着汽车的行驶工况自动的改变当涡轮的速度低时具有较大的转矩；涡轮速度为0时的转矩最大；当涡轮的速度高时具有较小的转矩；涡轮速度与泵轮的速度相等时的转矩最小为0；液力变矩器同时具有液力耦合器保证汽车平稳起步，衰减传动系的扭转振动，防止系统过载的特点。在涡轮速度高于nk=1时，涡轮的输出转矩小于泵轮的输入转矩，效率低、降低了动力性。三元件综合式液力变矩器三元件：泵轮、导轮、涡轮各1个。泵轮通过壳体、起动齿圈托盘、螺钉固定在曲轴凸缘上。涡轮通过涡轮轮毂上的花键与输出轴连接。导轮通过单向离合器及其花键连接在固定不动的套管上。单向离合器的作用在液力变矩器的涡轮速度达到一定的程度时，让液力变矩器转化为液力耦合器工作，以增大涡轮在高速时的输出的转矩，提高动力性。安装了单向离合器的液力变矩器可以转化为液力耦合器工况，因此称之为综合式液力变矩器。单向离合器分类滚柱式单向离合器楔块式单向离合器滚柱式单向离合器的结构组成：内座圈、外座圈、弹簧、滚柱、铆钉等。导轮用铆钉固定在外座圈上；内座圈与固定套管用花键连接，内表面有若干个偏心圆弧面；滚柱被弹簧压向内外座圈之间滚道比较狭窄的一端，以此将内外座圈楔紧。滚柱式单向离合器的工作原理当涡轮转速较低时，滚柱楔紧内外座圈，导轮同单向离合器一起卡紧在内座圈上固定不动。当涡轮转速升高到一定程度时，液流对导轮的冲击力反向，导轮可自由地与涡轮同向转动，变矩器转入耦合工作状态。导轮传力变为耦合器楔块式单向离合器的结构和工作原理当外座圈顺时针方向旋转时，楔块顺时针方向旋转，L1L，外座圈可相对楔块和内座圈旋转；当外座圈逆时针方向旋转时，楔块逆时针方向旋转，L2L，楔块阻止外座圈旋转。组成：外座圈、内座圈、楔块、保持架等。三元件综合式液力变矩器的特性在变矩系数K1（iik=1）范围内：变矩器的效率比耦合器高；在变矩系数K1（iik=1）范围内：变矩器的效率比耦合器低.采用综合式液力变矩器的目的是为了增加变矩器高效区。变矩器转为耦合器工作的点称为工况转换点。液力变矩器效率η:涡轮输入功率与泵轮输出功率之比:η=Ki耦合器效率变矩器效率工况转换点三元件综合式液力变矩器特性三元件综合式液力变矩器的压力补偿液力变矩器为了避免气蚀现象，其中的工作液应该保持一定的补偿压力。补偿压力来自于油泵的补偿油；因为补偿压力的存在，工作轮轴向受力，因此需要考虑磨损问题。气蚀是指液体流动过程中，某处压力下降到低于该温度下工作液的饱和蒸汽压力时液体形成的气泡现象。三元件综合式液力变矩器的特点结构简单，工作可靠，性能稳定，效率高；在变矩器状态下的最高效率为92%；在耦合器状态下的高传动比区的效率可达96%。四元件综合式液力变矩器原因：某些起动变矩系数大三元件液力变矩器在最高效率到耦合工况之间的效率较低。该区域属于汽车高速行驶区域，属于经常使用的区域