汽车原理与结构-自动档与万向连接

1、上次内容回顾上次内容回顾一、汽车底盘的组成一、汽车底盘的组成 传动系统传动系统 行驶系统行驶系统 转向与制动系统转向与制动系统二、传动系统的作用和组成二、传动系统的作用和组成1 1、作用、作用 减速增矩减速增矩 变速变速 倒车倒车 离合离合 差动差动2 2、基本组成、基本组成 离合器离合器 变速箱变速箱 主轴及支撑联接主轴及支撑联接 驱动桥驱动桥三、离合器三、离合器 摩擦片式离合器工作原理摩擦片式离合器工作原理 扭转减振器扭转减振器 离合器控制装置离合器控制装置（机械、液压、气动）（机械、液压、气动） 共共2626页页 第第1 1页页5.3 5.3 变速器（含分动器）变速器（含分动器） 发动机

2、（内燃机）正常工作时转矩和转速的变化范发动机（内燃机）正常工作时转矩和转速的变化范围都很小，而复杂的使用条件则要求汽车的围都很小，而复杂的使用条件则要求汽车的速度、牵引速度、牵引力能力能在较大的范围内变化。在较大的范围内变化。 在传动系统中在传动系统中设置变速器可以解设置变速器可以解决这一矛盾。决这一矛盾。 变速器由变速变速器由变速传动机构、操纵机传动机构、操纵机构两大部分组成。构两大部分组成。 共共2626页页 第第2 2页页前前置置前前驱驱传传动动系系统统一、变速器的作用与类型一、变速器的作用与类型1 1、作用、作用 扩大驱动轮上扭矩、扩大驱动轮上扭矩、 速度的变化范围；速度的变化范围；

3、发动机旋转不变的前发动机旋转不变的前 提下，实现倒退行驶；提下，实现倒退行驶； 空档状态完成起动、空档状态完成起动、 怠速、换档等。怠速、换档等。 共共2626页页 第第3 3页页2 2、变速器分类、变速器分类 有级式变速器有级式变速器 采用齿轮传动，采用齿轮传动，能输出有限个定值能输出有限个定值的传动比。的传动比。 普通车辆一般普通车辆一般有有3 36 6个前进档，个前进档，一个倒车档，一个一个倒车档，一个空档。这是目前应空档。这是目前应用的最主要的形式。用的最主要的形式。 共共2626页页 第第4 4页页操纵系统操纵系统齿轮系齿轮系主减速器与主减速器与差动装置差动装置输入轴输入轴输出轴输出

4、轴无级式变速器无级式变速器 采用链式传动装置，传动比在一定数值范围内可按采用链式传动装置，传动比在一定数值范围内可按无限多级变化。无限多级变化。 现行常用的无极变速结构有电力式、液压式，便于现行常用的无极变速结构有电力式、液压式，便于实现车辆变档自动化。实现车辆变档自动化。 无级变速便于实现自动化、智能化，可以降低对驾无级变速便于实现自动化、智能化，可以降低对驾驶人操作技能的要求，特别适合快节奏都市环境。驶人操作技能的要求，特别适合快节奏都市环境。缺点：缺点： 反映时间较熟练驾驶员慢；反映时间较熟练驾驶员慢； 相对能耗大。相对能耗大。 共共2626页页 第第5 5页页综合式变速器综合式变速器

5、综合式变速器具有上述两种变速器的特点，是两种综合式变速器具有上述两种变速器的特点，是两种结构优点的有效结合。结构优点的有效结合。 特点：特点： 一般由液力变矩器和齿轮式有级变速器两部分组一般由液力变矩器和齿轮式有级变速器两部分组成，传动比可在一定范围内，间断的几个区间作无级成，传动比可在一定范围内，间断的几个区间作无级变化。该类型集前两者的优点于一体，已得到广泛应用。变化。该类型集前两者的优点于一体，已得到广泛应用。 按变速器操作方式不同，变速器还可以分成：按变速器操作方式不同，变速器还可以分成： 强制式强制式（驾驶员直接操纵）（驾驶员直接操纵） 自动式自动式 半自动式三类半自动式三类 共共2

6、626页页 第第6 6页页左图：切诺基越野汽车左图：切诺基越野汽车231231型型分动器原理图分动器原理图1 1输入轴输入轴 2 2太阳轮太阳轮 3 3行星轮行星轮 4 4齿圈齿圈 5 5行星架行星架 6 6行星轮接合套行星轮接合套 7 7同步器接合套同步器接合套 8 8输出轴输出轴 9 9、1010、1212传动链传动链 1111壳体壳体 1313输出轴输出轴3 3、分动器、分动器 在多轴驱动的汽车上，接在多轴驱动的汽车上，接变速器变速器输出端，把运动和输出端，把运动和动力分解并分别输送到各个驱动轴上的装置。动力分解并分别输送到各个驱动轴上的装置。输入轴输入轴输出轴输出轴1 1输出轴输出轴2

7、 2 共共2626页页 第第7 7页页二、普通齿轮式变速器原理二、普通齿轮式变速器原理 汽车变速器中的变速机构实际上就是一个结构紧凑汽车变速器中的变速机构实际上就是一个结构紧凑的齿轮变速箱，通过档位控制杠杆系统实现多组齿轮的交的齿轮变速箱，通过档位控制杠杆系统实现多组齿轮的交替啮合。目前普通商用汽车输出轴有替啮合。目前普通商用汽车输出轴有五种正转速度、一个五种正转速度、一个反转速度、一个空档反转速度、一个空档共七种状态。共七种状态。 按变速器的传动齿轮轴数量，可分为按变速器的传动齿轮轴数量，可分为两轴式和三轴两轴式和三轴式式两种，下面以两轴式变速器为例，了解一般变速器两种，下面以两轴式变速器为

8、例，了解一般变速器原理和结构。原理和结构。 共共2626页页 第第8 8页页1 1、结构特点、结构特点 两轴变速器分两轴变速器分输入轴、输出轴输入轴、输出轴，无中间过渡，无中间过渡轴，输入轴（第一轴）与输出轴（第二轴）相互平轴，输入轴（第一轴）与输出轴（第二轴）相互平行，动力和运动从输入轴一端经过一对齿轮传递到行，动力和运动从输入轴一端经过一对齿轮传递到输出轴。输出轴。 当人为通过操纵杆控制不同齿轮进行啮合时，当人为通过操纵杆控制不同齿轮进行啮合时，输出轴就获得不同的转速。输出轴就获得不同的转速。 如图为奥迪如图为奥迪100100型采用的型采用的012012两轴变速器装配图两轴变速器装配图和传

9、动原理示意图。和传动原理示意图。 共共2626页页 第第9 9页页奥迪100型变速器装配图 轿车结构比较紧凑，其轿车结构比较紧凑，其主减速器主减速器直接与变速器相连。直接与变速器相连。（差动器前的这对传动比约（差动器前的这对传动比约3 38 8的圆锥齿轮称为主减速器）的圆锥齿轮称为主减速器）倒档惰轮倒档惰轮输入轴输入轴离合轴承离合轴承主动齿轮主动齿轮(五级五级)主减速器主减速器半轴与差动器半轴与差动器同步器与拨叉座同步器与拨叉座 共共2626页页 第第1010页页1 1输入轴输入轴 2 2、3 3、4 4、6 6、7 7输入轴齿轮输入轴齿轮 5 5、1212、1717接合套接合套 8 8壳体壳

10、体 9 9输入倒档轮输入倒档轮 1010输出倒档轮输出倒档轮 1111倒档中间轮倒档中间轮 1313、1414、1515、1616、1818输出齿轮输出齿轮 1919输出轴输出轴 2020、2121、2222、2323主减速器、差动器主减速器、差动器奥迪奥迪100100轿车变速器轿车变速器传动原理图传动原理图实现变速功能的关键问题实现变速功能的关键问题: :拨叉按要求联拨叉按要求联 动同步器有效动同步器有效摩擦式同步器三个拨叉联动 共共2626页页 第第1111页页主轴输入主轴输入变速输出变速输出半轴半轴半轴半轴 将奥迪将奥迪100100型变速箱齿轮机构中的各个齿轮齿数代入，型变速箱齿轮机构中

11、的各个齿轮齿数代入，即可得输出轴与输入轴得传动比。即可得输出轴与输入轴得传动比。五档得传动比分别为：五档得传动比分别为： 一档降速比：一档降速比：i i1 1=z=z1818/z/z2 2=39/11=3.545=39/11=3.545 二档降速比：二档降速比：i i2 2=z=z1616/z/z3 3=40/19=2.105=40/19=2.105 三档降速比：三档降速比：i i3 3=z=z1515/z/z4 4=40/28=1.429=40/28=1.429 四档降速比：四档降速比：i i4 4=z=z1414/z/z6 6=35/34=1.029=35/34=1.029 五档降速比：五

12、档降速比：i i5 5=z=z1313/z/z7 7=31/37=0.838=31/37=0.838倒车档传动比：倒车档传动比： i iR R=z=z1010/z/z9 9=35/10=3.5=35/10=3.5 共共2626页页 第第1212页页三、同步器三、同步器 保证换档过程平顺、可靠的辅助部件。保证换档过程平顺、可靠的辅助部件。1 1、换档的一般方式、换档的一般方式 移动齿轮移动齿轮 移动接合套移动接合套 不论哪种方式，都必须保证一对齿轮脱离后，另一对不论哪种方式，都必须保证一对齿轮脱离后，另一对齿轮正确啮合。齿轮正确啮合。 目前大部分同步器采用移动接合套的方式。目前大部分同步器采用移

13、动接合套的方式。2 2、正确啮合条件、正确啮合条件 齿圈上圆周速度相等齿圈上圆周速度相等 摩擦片式常压同步器是实现这一功能的典型结构。摩擦片式常压同步器是实现这一功能的典型结构。 共共2626页页 第第1313页页上图：环锁式惯性同步器左图：摩擦式常压同步器花键套摩擦片 共共2626页页 第第1414页页驱动件档齿轮档齿轮四、汽车自动变速器简介四、汽车自动变速器简介人们对现代汽车性能、操作提出更高的要求：人们对现代汽车性能、操作提出更高的要求： 良好的动力良好的动力 耗油经济耗油经济 低排放低排放 安全舒适性好安全舒适性好 操纵轻便可靠操纵轻便可靠 自动化自动化 合理操纵变速系统是实现上述功能

14、的一个重要合理操纵变速系统是实现上述功能的一个重要因素，对驾驶员素质要求较高。因素，对驾驶员素质要求较高。 共共2626页页 第第1515页页1 1、自动变速器类型、自动变速器类型 目前应用的自动调速装置有目前应用的自动调速装置有液控液压式、电液控液压式、电控液压式控液压式两种控制方法，执行机构多数采用金属两种控制方法，执行机构多数采用金属链传动。链传动。控制策略：控制策略： 通过对发动机负荷状况、行驶速度状况的参通过对发动机负荷状况、行驶速度状况的参数监测和反馈，控制单元运算后发出控制指令驱数监测和反馈，控制单元运算后发出控制指令驱动执行元件来适时调整传动系统的传动比，从而动执行元件来适时调

15、整传动系统的传动比，从而获得最佳的综合效果。获得最佳的综合效果。 自动变速器同样分为：自动变速器同样分为：有级式、无级式、综有级式、无级式、综合式合式三类。三类。 共共2626页页 第第1616页页液控液压自动变速器控制原理图 发动机状况信号、行驶速度信号发动机状况信号、行驶速度信号转换成液压控制信号，通转换成液压控制信号，通过液压控制系统，分别控制过液压控制系统，分别控制变速器变速器和和液力变矩器液力变矩器。一般变速器。一般变速器有有2 24 4档，其输出与变矩器档，其输出与变矩器泵轮泵轮相连，再由变矩器相连，再由变矩器涡轮涡轮输出。输出。根据车辆实际行驶状态，涡轮上可获在一定范围内根据车辆

16、实际行驶状态，涡轮上可获在一定范围内变化的转速变化的转速。（输出转速、扭矩将按一定规律变化）（输出转速、扭矩将按一定规律变化）该部分功能与前述变速器相同 共共2626页页 第第1717页页电控液压自动变速器控制原理图 发动机状况发动机状况信号、行驶速度信号、行驶速度信号信号转换成电信转换成电信号，通过电子控号，通过电子控制单元处理，再制单元处理，再经液压控制系统，经液压控制系统，实现对实现对变速器变速器和和液力变矩器的控液力变矩器的控制制。其他情况与。其他情况与液控液压自动变液控液压自动变速器相同。速器相同。 综合式自动无级变速器集电机液压为一体 共共2626页页 第第1818页页5.3 5.

17、3 万向传动装置万向传动装置 实现汽车上任何一对轴线相交，且相对位置经常变实现汽车上任何一对轴线相交，且相对位置经常变化的传动轴之间的动力传递。化的传动轴之间的动力传递。 使用场合如变速器与驱动轴之间、变速器与分动器使用场合如变速器与驱动轴之间、变速器与分动器之间等的连接。之间等的连接。变速器与后驱动桥之间的轴连接变速器与后驱动桥之间的轴连接 共共2626页页 第第1919页页行驶中悬架行驶中悬架受冲击荷载浮动受冲击荷载浮动高度差变化高度差变化万向传动节万向传动节长度可伸缩长度可伸缩的主轴的主轴 左图：万向节、传左图：万向节、传动轴、支承座及驱动动轴、支承座及驱动桥之间的连接桥之间的连接a a

18、）两节一轴）两节一轴b b）三节两轴一支承）三节两轴一支承c c）分动器两轴驱动）分动器两轴驱动d d）贯通式三轴驱动）贯通式三轴驱动e e）非贯通式三轴驱动）非贯通式三轴驱动 共共2626页页 第第2020页页1 1、组成、组成 万向传动装置由万向传动装置由万向节、传动轴、中万向节、传动轴、中间支承间支承组成，同功能组成，同功能的车辆其使用数量、的车辆其使用数量、安装形式各有不同。安装形式各有不同。2 2、万向节、万向节十字轴式刚性万向节（上图所示）十字轴式刚性万向节（上图所示） 这是万向节最基本的一类，具有结构简单、工作可这是万向节最基本的一类，具有结构简单、工作可靠、传动效率高的特点，相

19、邻传动轴交角靠、传动效率高的特点，相邻传动轴交角15152020。十字轴式刚性万向节结构示意图十字轴式刚性万向节结构示意图 共共2626页页 第第2121页页 当被连接两轴呈夹角当被连接两轴呈夹角时，若主动轴匀速转动，则从动时，若主动轴匀速转动，则从动轴输出角速度的变化如左图曲线。轴输出角速度的变化如左图曲线。 纵坐标为主、从动轴转动角度差，横坐标为主动轴转角。纵坐标为主、从动轴转动角度差，横坐标为主动轴转角。十字轴式刚性万向节传动的非匀速特性 共共2626页页 第第2222页页固定型球笼式万向节固定型球笼式万向节 （左图所示）（左图所示） AOCAOC BOC BOC AOC AOC BOC

20、 BOC 即即C C点位于两轴交角的点位于两轴交角的角平分线上（六个均布的角平分线上（六个均布的钢球相同）钢球相同） 因此总有因此总有a ab b，表示，表示传力中心到主、从动轴中传力中心到主、从动轴中心线的距离相同，因此该类万向节的传动具有等角速心线的距离相同，因此该类万向节的传动具有等角速度的特性。两轴交角度的特性。两轴交角可高达可高达5050。 目前国内外轿车大部分前转向驱动桥在转向节处都目前国内外轿车大部分前转向驱动桥在转向节处都采用这种万向节。采用这种万向节。O O万向节中心万向节中心 A A外滚道中心外滚道中心 B B内滚道内滚道中心中心 C C钢球中心钢球中心 两轴交角两轴交角 共共2626页页 第第2323页页解放解放CA1091CA1091型货车传动轴与中间支承型货车传动轴与中间支承2 2、传动轴、传动轴：传动轴部件由传动轴部件由传动轴、两端花键轴、万向节叉传动轴、两端花键轴、万向节叉组成。组成。 共共2626页页 第第2424页页花键套花键套伸缩功能伸缩功能防尘部件防尘部件万向节万向节万向节万向节支撑点支撑点3