汽车常见机构的分类与原理

汽车常见机构的分类与原理1.轴承轴承是用来支撑轴并且承受轴上载荷的零件。可分为滑动轴承和滚动轴承1.滑动轴承：（1）滑动轴承的主要结构：轴颈（轴被轴承支撑的部分），轴瓦（与轴颈相配的零件），轴承衬（改善轴瓦表面的摩擦性质而浇筑的减磨材料层）（2）滑动轴承的特点：动作平稳，噪声小，在有液体润滑的条件下可以大大减小摩擦阻力，同时液体润滑剂所形成的油膜还具有减震缓冲的作用。但起动摩擦阻力大。（3）滑动轴承的应用场合：低速高载，轴承所要求的空间尺寸小，必须使用剖分式轴承结构，工作转速特别高的工件，承受巨大冲击和震动工件，特殊工作条件下的工件。（4）滑动轴承的分类：1)整体式滑动轴承特点：结构简单，成本低，轴瓦磨损后无法替换，装拆不便，适用于低速，轻载或者间隙工作的机器。结构：如图所示，由轴承座，轴颈，轴瓦（通常开有油室），油杯，螺栓等。2）剖分式滑动轴承特点：适用于粗重或者中间有轴颈的轴，便于拆装，可用于特高转速或者高载的机器。安装：轴承座安装。对开轴瓦、轴承座、轴承盖安装时应使轴瓦背与轴承座孔接触良好，如不符台要求应以轴承座孔为基准刮厚壁轴瓦，轴瓦剖分面应比轴承座剖分面高出一定距离（0.05-0.1mm)。调整轴承表面与轴承座之间接触面积。上瓦不得小于40，下瓦不得小于50，并且要求接触面积均匀，不允许下瓦底部与两侧出现间隙，一旦下瓦两侧有间隙，使轴瓦承受到压强增大，就导致很快磨损。安装轴承与轴颈。调整接触角（轴承与轴颈相接触的面做对应的圆心角）接触角过大，润滑面积就小。接触角过小，对于轴瓦的压强就大。两者都会导致轴承的磨损加重。轴承间隙的调整。向心滑动轴承间隙有顶间隙、侧间隙。顶间隙可以保持液体摩擦，其数值大小与轴径、转数、油的粘度有关。一般控制在I／lO00d~3／1000d之间(d为轴直径)。侧隙的作用是积聚和冷却润滑油，形成油楔，其数值是变化的。（载荷方向有较大偏差时，中分面也是斜面布置）3)调心式向心滑动轴承特点：L/D的大小大于1.5时，使用调心式向心滑动轴承。轴瓦与轴承间不是柱面配合，而是球面配合，轴瓦可以随着轴的弯曲而转动。能够适应轴颈的偏斜。4）推力滑动轴承①平面多沟推力轴承。结构最简单,两滑动表面相互平行，为改善润滑，在瓦面上开有径向油沟。这种轴承因摩擦热引起油密度变化，油膜产生一定压力以承受载荷。但这种轴承承受载荷的能力较低，因而只适用于中、小尺寸的轻载条件，供定位或密封用。②斜-平面推力轴承。由若干具有斜面和平面的瓦块组成。斜面与推力环构成油楔，运转时在整个瓦面上形成动压油膜。斜面面积达到瓦面面积的80%和进口处油膜厚度达到出口处的2.2～3倍时，轴承的承载能力最大。这种轴承结构简单,工作可靠，但斜面斜度很小,不易加工，而且要求安装精度高，多用作速度比较稳定的中、小尺寸的推力轴承。③阶梯面推力轴承。由若干具有阶梯平面的瓦块组成。阶梯面可用压印法或酸蚀法制成，加工方便，多为小型轴承。④可倾瓦块推力轴承。由若干独立的、能随工作状况变化、自动统一支点摆动的瓦块组成（见可倾瓦块轴承）。这种轴承承受载荷的能力大，能在较宽的速度范围内正常工作，是大型轴承中最通用的形式，但也有用于推力较小条件下的小型轴承。支承瓦块的方式很多，大型轴承的支承结构都比较复杂，制造成本较高。2.滚动轴承：结构：外圈，内圈，滚动体，保持架。特点：结构简单，安装简便，成本较低，易于更换。对于同尺寸的轴滚动轴承宽度小，使得轴结构更加紧凑。通常能够同时承受径向力和轴向力。起动摩擦小，起动容易。由于结构简单，不能承受过大的载荷，高速工作时寿命短，噪声大，容易振动。按照滚动体的种类可分为以下几种1）调心球轴承：主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷（具有公称接触角）。外圈轨道为以轴承中心为球心的球面，能够实现调心。2）调心滚子轴承：主要承受径向载荷，同时也能承受少量轴向载荷（具有公称接触角）。外圈为以轴承中心为球心的球面，能够实现调心。3）圆锥滚子轴承：能够承载较大的轴向，径向联合载荷。滚动体与内外圈为线接触（承受载荷的能力优于角接触）。内外圈可分离，拆装方便，易于更换。4）推力球轴承：只承受轴向载荷，并且载荷方向必须与轴线相重合。适用于轴向载荷大，转速低的工件（转速高会使得滚子离心作用大，导致径向载荷大，使得轴承寿命降低）。5）深沟球轴承：主要承受径向载荷，也可承受少量轴向载荷。6）角接触轴承：以滚动体与外圈的接触面的法线与轴线所成的角称为公称接触角，该角越大，承受轴向载荷的能力越强。能够承载较大的轴向径向联合载荷。7）圆柱滚子球轴承：只能承受径向载荷，内外圈沿轴向可分离。8）滚针轴承：基本无保持架，承受径向载荷的能力强，适用于极限转速低的工件。选择滚动轴承需要考虑的因素：轴承载荷（大小和方向）、轴承转速、轴承的调心性能、轴承的拆装与安装性能、经济性能。一些问题：1.推力轴承的具体工作原理是怎样的？（轴的运动包括旋转运动以及径向振动，径向振动就会产生径向载荷，所以需要压力轴承作用。其工作原理就是根据轴对轴承产生力的作用，轴承就通过自身形变产生抵抗力。从而就能承受载荷了。）2.滑动轴承中，润滑装置是怎样工作的？（在轴颈与轴瓦之间存在间隙，油可以通过油孔进入间隙，形成油膜，当装置工作时，产生摩擦力试油膜密度变化，产生承载力，同时由于油膜与轴颈轴瓦的摩擦力小，达到润滑作用）2.变速器1.功能1）实现变速，变矩，通过改变齿轮组合改变转速比。扩大改变转速与转矩的范围，从而能够适应经常变化的行驶路况。2）发动机无法倒转，因此需要通过变速器的倒挡实现后退。3）必要时候可以中断动力传输，实现汽车停车或者滑行的要求。2.位置：位于离合器后方，万向传动装置前方。3.分类1）有轴线固定式变速器（二轴式、三轴式）：主要结构：输入轴和输出轴（三轴式还具有中间轴），齿轮组，同步器，拨叉等原理：从发动机传来的动力使得输入轴上齿轮转动，通过拨叉使结合套与输出轴上不同的齿轮相结合，这样输入轴上齿轮转动带动输出轴上齿轮转动，改变输出轴的转速与转矩。通过换挡则可以改变输入轴与输出轴的传动比。假设i=输入轴齿数/输出轴齿数。i1时，增速减矩，为超速档。i=1时，等速传动，称为直接档。i1时，减速增矩，i越小，档位越高。二轴式变速器的输入轴与输出轴相平行，无万向传动装置，主减速器，变速器以及差速器为一体，这样就减小了车辆重量，提高了传动效率，有利于车的整体布置，它主要应用于发动机前置，前轮传动的汽车。三轴式变速器则还具有一根中间轴，他的传动比变化范围更广，效率高并且有直接档，主要应用于发动机前置后轮驱动的汽车。2）轴线旋转式变速器（行星齿轮式变速器）：结构：太阳轮，行星齿轮，齿圈，换挡机构（离合器，制动器，单向离合器）原理：从液力变矩器传来的转矩使得输入轴转动，通过离合器，制动器与单向离合器来选择主动件，从动件以及固定件，进而选择不同的档位，实现变速。设，太阳轮与齿圈齿数分别为Z1与Z2，半径分别为R1与R2。并且有a=Z2/Z1=R2/R1,那么存在n1+an2-(1+a)n3=0（n1,n2,n3分别代表太阳轮，齿圈，行星架的转速）当某一个原件被制动时，转速为0.特点：驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。操作方便，安全性能高，但是有时换挡反应时间较长。3）CVT无级变速器如图所示，CVT无级变速器由一下机构组成：起步离合器：使得汽车能够有较大的牵引力平顺起步，保证行驶舒适性，必要时可以中断动力传输。行星齿轮系：改变扭矩。无级变速机构：改变传动比，增大传动比的范围，提高行驶舒适性控制机构：实现无级变速机构的控制，起步离合机构的控制，压紧力控制。无级变速机构的原理：无级变速机构由一对主动锥轮与一对被动锥轮组成，其中各有一个可动锥轮与一个固定锥轮，需要变速时，变速器控制单元工作，使得可动锥轮同时上升与下降（保证金属带始终卡在锥轮之间的固定凹槽中），并且由于主动锥轮与被动锥轮的可动轮分别处于固定轮的上下位置，因此可以实现主动锥轮靠近时被动锥轮远离（靠近时金属带半径减小，反之增大），进而实现转速比的变化。CVT无级变速器的特点：传动比变化无阶梯，可以适应更多的行驶环境。无档位变化，因此操作平顺，驾驶舒适，并且传动链上装有转动节，金属带半径变化时摩擦小。CVT无级变速器体积小，重量轻，可以达到节能的目的。但其传动比变化范围小，因此需要中间减速器作用。一些问题：1.手动式变速器中的自锁，互锁装置如何工作？（自锁钢球被自锁弹簧压入拨叉轴的相应凹槽内，起到锁止档位的作用，防止自动换档和自动脱档。换档时，驾驶员施加于拨叉轴上的轴向力克服弹簧与钢球的自锁力时，钢球便克服弹簧的预压力而升起，拨叉轴移动，当钢球与另一凹槽处对正时，钢球又被压入凹槽内，此动作传到操纵杆上，使驾驶员具有“手感”。）2.自动变速器（行星齿轮变速器）中三个元件自由转动时，它们的转动比如何分析？n1+an2-(1+a)n3=o这个公式如何证明？它的档位变化能否满足汽车行驶需要？3.CVT无级变速器中的行星齿轮系与中间减速器是如何工作的？目的是什么？3.万向传动装置功能：能够实现轴线相交或者相对位置经常变化的转轴之间的动力传递。结构：万向节（实现转轴之间的角度变化）、万向轴（实现转轴之间的距离变化）、中间支承（远距离传动）应用场合：1.用于发动机前置，后轮驱动的汽车的变速器输出轴与驱动桥之间。2.用于断开式驱动桥的半轴，转向驱动桥的半轴。(注：转向轮要求在最大转角范围内偏转任意角度。驱动轮要求车轮偏转半轴不能间断动力传输）3.汽车动力输出机构以及转向机构中万向节种类：1）十字轴式万向节：特点：结构简单，传动可靠，效率高。但不能实现等转速传递动力。设主动叉角速度为w1从动叉角速度为w2图a中，w1*r=w2*rcosa所以从动叉转速大图b中，w1rcosa=w2r所以主动叉转速大这种现象称为不等速性（转速不同易导致扭转振动，减少部件寿命）。虽然在不同位置主动叉与从动叉均不相同，但主动叉转一圈，由于十字轴式万向节是刚性连接，从动叉也转一圈，故两者平均转速相同。可以采用两个十字轴式万向节串联来实现等速传动。但前提是1.中间叉与主动叉以及从动叉的夹角是相同的。2.第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉在同一平面内。2）双联式万向节：结构：主动叉，从动叉，双联叉（传动轴的距离缩至最短既可以减小体积与重量，还可以提高传动效率，减弱扭转振动）实现等速的条件:a1=a23）三销轴式万向节：结构：主动偏心轴叉，从动偏心轴叉，三销轴，轴承座等。特点：允许主动轴叉与从动轴叉有较大的交角，能够提高机构的机动性，同时保证主动轴叉与从动轴叉的转速基本相等。但所占空间大。4）球笼式万向节结构：主动轴，外罩，星形套，钢球，球笼，球形壳原理：钢球可以沿着星形套（内滚道）与球形壳（外滚道）滚动，实现主动轴与从动轴之间的交角。同时保持架限制了钢球沿轴线的转动。特点：承载能力强，结构紧凑，便于拆装。5）斜锥齿轮传动：由两个规格相同的斜锥齿轮组成，并且满足主动齿轮与从动齿轮的交点在主动轴与从动轴的角平分线上。保证了传动的等速性。6）铙性万向节：原理：靠弹性元件的弹性变形来保证在传递动力的过程中不发生机械干涉。特点：结构简单，不发生机械干涉。但应用范围小，只适用于两轴夹角在3-5度之间的元件。一个疑问各种万向节的应用场合？4.差速器功用：把主减速器上传来的动力传给左右两半轴，并且允许左右两半轴以不同的转速旋转，使得左右车轮相对于地面纯滚动，无滑动。分配扭矩。应用场合：前轮间，后轮间（转弯时左右车轮需要转速不同）、中央差速器（转弯时前后轮间要求存在转速差）1）普通差速器结构：主减速器输出轴，左右半轴，传动轮，从动齿轮，半轴齿轮，行星齿轮等。工作原理：在良好的路面上直线行驶时，由主减速器上的传动齿轮将动力传递给从动齿轮，从动齿轮旋转带动行星齿轮公转，进而带动左右两半轴齿轮以相同转速旋转。过弯时，由于内侧车轮所受阻力大，内侧半轴齿轮所受来自车轮的的反转矩大，此时行星齿轮除了做公转外，还做自转运动。这种自转