《汽车机械基础》课件第4章

学习情境单元四

汽车行驶装置的认识与分析工作任务活动

汽车轮式行驶系的认识与分析

情境描述汽车行驶装置是汽车底盘结构的主要组成部分,其功用是接受由发动机经传动系传来的转矩,并通过驱动轮与路面间的附着作用,产生路面对驱动轮的牵引力,以保证汽车正常行驶。大多数汽车采用轮式行使系,一般由车架(或承载式车身)、车桥(前后车桥)、车轮和悬架(前后悬架)等部件组成,如图4－1所示。图4－1汽车行驶装置结构示意图

汽车车架俗称“大粱”,其上装有发动机、变速器、传动轴、前后桥、车身等总成和部件。它是全车装配与支承的基础,它将汽车的各相关总成连接成一个整体,并与行驶系共同支承汽车的质量。它使各总成保持相对正确的位置,并承受汽车内外的各种载荷。汽车车桥(又称车轴)通过悬架与车架(或承载式车身)相连接,其两端安装有车轮,其作用是传递车架(或承载式车身)与车轮之间的各种作用力及其力矩。车架通过悬架装置坐落在车轮上,前、后车轮分别安装在前桥和后桥上,支承着车桥和汽车。

为了减少汽车在行驶系中受到的各种冲击与振动,车桥与车架之间通过弹性系统,即前、后悬架进行联接。在一些轿车中,为了提高其舒适性,采用断开式车桥,两侧车轮的心轴分别通过各自的弹性元件与车架联接,受力作用时互不干扰,所以称为独立悬架系统。车轮使汽车转向轻便、行驶平稳、机件磨损减少。

目标规划

(一)学习目标规划

通过学习汽车行驶装置主要组成构件的基本结构,重点掌握汽车行驶系主要组成构件的结构特点;掌握汽车轮式行驶系的运动特性和受力特点;掌握弹簧的类型及其应用。

(二)职业技能目标规划

观察及认识汽车行驶系各结构总成,辨认汽车行驶系主要组成构件的一些基本结构特点;能够运用相关国家标准和规范,对轮式行驶系进行运动特性和受力分析;能够完成汽车底盘行驶系的拆装作业,能解决汽车行驶系结构故障问题,并对行驶系中的零部件进行正确使用和维护,具备汽车维护和维修的基本职业素质。

工作任务活动汽车轮式行驶系的认识与分析

案例导入一辆汽车缓慢行驶而紧急制动时,故障现象:汽车震动比较剧烈。维修人员对故障进行分析诊断:①拆下减震器将其直立,并把下端连接环夹于台钳上,用力拉压减震杆数次,阻力不稳定,可能是减震器内部缺油或者阀门零件损坏,应修复或更换零件;

②在确定减震器有问题或者失效后,先查看减震器是否漏油或者有陈旧性漏油的痕迹,发现减震器没有漏油的现象,而减震器连接销有损坏;

③进一步分解减震器,发现减震器的伸张弹簧已经折断。故障处理:根据情况将减震器连接销和伸张弹簧进行了更换,汽车即可正常行驶。

为了使汽车车架与车身的震动迅速衰减,改善汽车行驶的平顺性和舒适性,汽车悬架系统上一般都装有减震器,减震器工作的好坏,将直接影响汽车行驶的平稳性和其他机件的寿命。减震器上有弹性元件,所以弹性元件在汽车上应用广泛。

活动要点

通过对汽车轮式行驶系总体结构进行认识与分析,掌握其主要组成构件的一些基本结构特点和受力特点;掌握弹簧的类型及其应用;模拟拆装汽车行驶系,并说出它们的组成;完成汽车底盘行驶系的拆装作业,培养学生汽车维护和维修的基本职业素质。

活动安排

【工作任务基础知识】

一、汽车轮式行驶系运动特性受力分析

汽车轮式行驶系的受力情况如图4－2所示。汽车的总质量G通过前、后车轮传到地面,引起地面分别作用于前轮和后轮上的垂直反力N1和N2。当驱动桥中半轴将驱动转矩Mk传到驱动轮上时,产生路面作用于驱动轮边缘上的向前的纵向反力(即牵引力)Ft。

牵引力Ft的一部分用以克服驱动轮本身滚动阻力;其余大部分则依次通过驱动桥壳、后悬架传到车架,用于克服作用于汽车上的空气阻力和坡道阻力;还有一部分牵引力由车架经过前悬架传至从动桥,作用在从动桥两端转向节上的从动轮中心,使前轮克服滚动阻力向前滚动,整个汽车便向前行驶。如果行驶系中处于牵引力传递路线上的任一个环节中断,汽车将无法行驶。

图4－2汽车轮式行驶系受力分析

当汽车制动时,将产生一个与转矩相反的制动力矩,车轮与地面之间形成制动力,迫使汽车减速或停车。由于制动力(制动减速度)的作用,汽车将产生前部下沉、后部抬起的趋势,从而使作用在后轮上的载荷减小,前轮上的垂直载荷增大。紧急制动时,作用尤为明显。当汽车在弯道上或路面拱度较大的道路上行驶时,由于离心力或汽车质量在横向坡道上的分力作用,使汽车具有侧向滑动的趋势,路面将阻止车轮侧滑而产生作用于车轮上的侧向力,此侧向力也由行驶系传递和承受。

二、弹簧的类型及其应用

1.弹簧的特点

汽车行驶系中的悬架系统用于连接车身和车轮,具有的功用是:

第一,对不平整路面所造成的汽车行驶中的各种颤动、摇摆和振动等,它与轮胎一起予以吸收和减缓,从而保障乘客和货物的安全,并提高驾驶稳定性。

第二,将路面与车轮之间的摩擦所产生的驱动力和制动力传输至底盘和车身。

第三,支承车桥上的车身,并使车身与车轮之间保持适当的几何关系。

汽车悬架实物图如图4－3所示。悬架一般由弹性元件、导向装置、减振器和横向稳定杆组成。图4－3汽车悬架

汽车悬架减振系统如图4－4所示。弹簧是汽车悬架减振系统广泛应用的一种弹性零件,用来承受并传递垂直载荷,缓和不平路面,紧急制动,减缓加速和转弯引起的冲击或车身位置的变化,在受外载荷作用后能产生较大的弹性变形,当外载荷卸除时,变形消失,恢复原形。弹簧的这种性质,使得它在很多机构和机器中起着各种不相同的作用。另外,它能把机械功或动能转变为变形能,或把变形能转变为动能或机械功,因此它又是转换能量的零件。减振器用以加快振动的衰减,使车身和车轮的振动得以控制。导向装置用来传递纵向力、侧向力及其力矩,并保证车轮有正确的运动关系。横向稳定器是一种辅助弹性元件,以防止车身在不平路面上行驶或转向时发生过大的横向倾斜。图4－4汽车悬架减振系统

2.弹簧的功用

弹簧的功用如下:

第一,控制机构的运动,如制动器、离合器中的控制弹簧,内燃机气缸的阀门弹簧等。

第二,减振和缓冲,如汽车、火车车厢下的减振弹簧,以及各种缓冲器用的弹簧等。

第三,储存及输出能量,如钟表弹簧、枪栓弹簧等。

第四,测量力的大小,如测力器和弹簧秤中的弹簧等。

3.弹簧的种类

弹簧的种类很多,按其承受的载荷分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等。按照弹簧的形状分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板簧、盘簧和异型弹簧等。螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成的,由于制造简便,所以应用最广。螺旋弹簧又可分为圆柱形螺旋弹簧和圆锥形螺旋弹簧,在一般机械中,最常用的是圆柱螺旋弹簧。弹簧按照承受载荷的循环次数分为Ⅰ类弹簧、Ⅱ类弹簧和Ⅲ类弹簧。例如,Ⅰ类弹簧有内燃机气门弹簧、电磁制动器弹簧;Ⅱ类弹簧有调速器弹簧、安全阀弹簧和一般车辆弹簧;Ⅲ类弹簧有摩擦式安全离合器弹簧。常用的弹簧主要类型和特点见表4－1。

【工作任务知识延伸】

载货汽车钢板弹簧简介

一般载货汽车均采用钢板弹簧作为弹性元件的非独立悬架,因钢板弹簧既有缓冲、减振的功能,又起传力和导向的作用,使得悬架结构大为简化。而采用螺旋弹簧或气体弹簧则需要有较复杂的导向机构。

1.钢板弹簧的构造

钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件。它由若干片长度不等、曲率半径不同、厚度相等或不等的弹簧钢片叠合在一起组成一根近似等强度的弹性梁。

2.钢板弹簧非独立悬架的结构特点

钢板弹簧一般安装在非独立悬架上,沿汽车纵向放置。钢板弹簧中部用U型螺栓通过上下盖板和下托板与车桥固定联接,前端卷耳用销子与支架相联,后端卷耳通过销子与车架上的摆动吊耳相联,形成活动铰链支点,保证弹簧变形时两端卷耳间的距离有改变的可能。货车后悬架所受载荷因汽车装载量不同在很大范围内变化,要求悬架刚度可变,一般采用加副弹簧。

如图4－5所示,由于载货汽车后悬架载质量变化较大,为了保持悬架的频率不变或变化不大,在后悬架中采用后副钢板弹簧总成。副钢板弹簧总成一般装在主钢板弹簧总成上方,当后悬架负荷较小时,仅由主钢板弹簧起作用。当负荷增加到一定程度时,副钢板弹簧总成与车架上的支架接触开始起作用,此时,主、副钢板弹簧一起工作,一起承受载荷而使悬架刚度增大,保证车身振动频