1.汽车传动系统的基本组成与功用
汽车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力按照需要传给驱动车轮。
一、传动系统的组成
现代汽车普遍采用的是活塞式内燃机,与之相配用的传动系统大多数是采用机械式或液力机械式的。普通双轴货车或部分轿车的发动机纵向布置在汽车的前部,并且以后轮为驱动轮,其传动系统的组成和布置如图1所示。发动机1发出的动力依次经过离合器2、变速器3和由万向节6与传动轴4组成的万向传动装置,以及安装在驱动桥5中的主减速器、差速器和半轴,最后传到驱动车轮。
二、传动系统的功能
传动系统的首要任务是与发动机协同工作,以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶,并具有良好的动力性和燃油经济性。为此,任何形式的传动系统都必须具有如下功能。
1.实现汽车减速增矩
只有当作用在驱动轮上的驱动力足以克服外界对汽车的阻力时,汽车才能起步和正常行驶。为此,必须使传动系统具有减速增矩作用,亦即使驱动轮的转速降低为发动机转速的若干分之一,相应地驱动轮所得到的转矩则增大到发动机转矩的若干倍。在机械式传动系统中,若不计摩擦,则驱动轮转矩与发动机转矩之比等于发动机转速与驱动轮转速之比。该比值称为传动系统的传动比,以符号i表示。这一功能一般由主减速器(传动比以i0表示)来实现。
2.实现汽车变速
汽车的使用条件,诸如汽车的实际装载质量、道路坡度、路面状况,以及道路宽度和曲率、交通情况所允许的车速等,都在很大范围内不断变化。这就要求汽车牵引力和速度也有相当大的变化范围。另一方面,活塞式内燃机,在其整个转速范围内,转矩的变化不大,而功率及燃油消耗率的变化却很大,因而保证发动机功率较大而燃油消耗率较低的曲轴转速范围,即有利转速范围是很窄的。为了使发动机能保持在有利转速范围内工作,而汽车牵引力和速度又能在足够大的范围内变化,应当使传动系统传动比能在最大值与最小值之间变化,即传动系统应具有变速功能。该功能由变速器(传动比以i g表示)来实现。
因为在传动系统中变速器与主减速器是串联的(见图1-1),则整个传动系统传动比便等于L0与L。的乘积(i=i0 ig )。一般汽车变速器的直接档为变速器传动比的最小值(i g =1),则整个传动系统的最小传动i min = i 0,即等于主减速器的传动比。
传动系统传动比的最小值imin应保证汽车能在平直良好的路面上克服滚动阻力和空气阻力,并以相应的最高速度行驶。轿车和轻型货车的imin一般为3~6,中、重型货车的imin 一般为6~15。
当要求驱动力足以克服最大行驶阻力,或要求汽车具有某一最低稳定速度时,传动系统传动比就应取最大值imax。 imax在轿车上为12~18,在轻、中型货车上为35~50。
若传动比在一定范围内的变化是连续的和渐进的,则称为无级变速。无级变速可以保证发动机保持在最有利工况下工作,因而有利于提高汽车的动力性和燃油经济性。因此机械式传动系统多数是有级变速,即传动比档数是有限的。一般轿车和轻、中型货车的传动比有3~5档,越野汽车和重型货车的传动比可多达8~10档。
3.实现汽车倒车
汽车在某些情况下,需要倒向行驶。然而内燃机是不能反向旋转的,故与内燃机共同工作的传动系统必须保证在发动机旋转方向不变的情况下,能使驱动轮反向旋转。一般结构措施是在变速器内加设倒档。
4.必要时中断传动系统的动力传递
内燃机只能在无负荷情况下起动,而且起动后的转速必须保持在最低稳定转速以上,否则可能熄火。所以在汽车起步之前,必须将发动机与驱动轮之间的动力传动路线切断,以便起动发动机。发动机进人正常怠速运转后,再逐渐地恢复传动系统的传动能力,即从零开始逐渐对发动机曲轴加载,同时加大节气门开度,以保证发动机不致熄火,使汽车能平稳起步。此外,在变换传动系统变速器档位(换档)以及对汽车进行制动之前,也都有必要暂时中断动力传递。
在汽车长时间停驻时,以及在发动机不停止运转情况下,使汽车暂时停驻,或在汽车获得相当高的车速后,欲停止对汽车供给动力,使之靠自身惯性进行长距离滑行时,传动系统应能长时间保持在中断动力传递状态。为此变速器应设有空档,即所有各档齿轮都能保持在脱离传动位置的档位。
5.应使车轮具有差速功能
当汽车转弯行驶时,左右车轮在同一时间内滚过的距离不同,如果两侧驱动轮仅用一根刚性轴驱动,则二者角速度必然相同,因而在汽车转弯时必然产生车轮相对于地面滑动的现象。这将使转向困难,汽车的动力消耗增加,加速传动系统内某些零件和轮胎磨损。所以驱动桥内装有差速器,使左右两驱动轮能以不同的角速度旋转,动力由主减速器先传到差速器,再由差速器分配给左右两半轴,最后传到两侧的驱动轮。
此外,由于发动机、离合器和变速器都固定在车架上,而驱动桥和驱动轮一般是通过弹性悬架与车架相联系的。因此在汽车行驶过程中,变速器与驱动轮二者经常有相对运动。在此情况下,二者之间不能用简单的整体传动轴传动,而应采用如图1-1所示的由万向节6和传动轴4组成的万向传动装置。
2. 汽车传动系统的布置方案
汽车传动系统的布置方案与汽车总体布置方案是相适应的,同样可归纳为以下几种。
一、发动机前置后轮驱动(FR)方案
FR方案是4 x2型汽车的传统布置方案,主要应用于轻、中型货车上,但是在部分轿车和客车上也有采用。该方案的优点是结构简单,工作可靠,前后轮的质量分配比较理想;其缺点是需要一根较长的传动轴,这不仅增加了车重,而且也影响了传动系统的效率。
二、发动机前置前轮驱动(FF)方案
发动机、离合器与主减速器、差速器等装配成十分紧凑的整体,布置在汽车的前面,前轮为驱动轮;这样在变速器和驱动桥之间就省去了万向节和传动轴。发动机可以纵置或横置,在发动机横置时,由于变速器轴线与驱动桥轴线平行,主减速器可以采用结构和加工都较简单的圆柱齿轮副(见图2a)。发动机纵置时,则大多数需采用弧齿锥齿轮副(见图2b)。 FF方案由于前轮是驱动轮,有助于提高汽车高速行驶时的操纵稳定性,而且整个传动系统集中在汽车前部,使其操纵机构简化。这种布置方案目前已广泛地应用于微型和中级轿车上,在中高级和高级轿车上的应用也日渐增多。
三、发动机后置后轮驱动(RR)方案
发动机后置后轮驱动(RR)方案如图3所示。发动机1、离合器2和变速器3都横置于驱动桥之后,驱动桥采用非独立悬架。主减速器与变速器之间距离较大,其相对位置经常变化。由于这些原因,有必要设置万向传动装置5和角传动装置4。大型客车采用这种布置方案更容易做到汽车总质量在前后车轴之间的合理分配,而且具有车厢内噪声低、空间利用率高等优点,因此它是大、中型客车盛行的方案。但是由于发动机在汽车后部,发动机冷却条件差,发动机、离合器和变速器的操纵机构都较复杂。少数轿车和微型汽车也有采用这种方案的。