汽車各部位工作原理

汽車各部位工作原理

差速器具有三種功能：

• 使發(fā)動機動力指向車輪
• 相當(dāng)于車輛上的最終傳動減速器，在變速器撞擊車輪之前最后一次降低其旋轉(zhuǎn)速度
• 在以不同的速度旋轉(zhuǎn)期間向車輪傳輸動力（這是將它稱為差速器的原因）

本文將介紹汽車需要差速器的原因，以及差速器的作用和缺點。我們還將介紹幾種防滑差速器，也稱為限滑差速器。為什么需要差速器？車輪旋轉(zhuǎn)的速度是不同的，尤其是轉(zhuǎn)彎時。在以下動畫中可以看到轉(zhuǎn)彎時每個車輪行駛不同的距離，并且內(nèi)側(cè)車輪比外側(cè)車輪行駛的距離短。由于速度等于行駛的路程除以通過這段路程所花費的時間，因此行進路程較短的車輪行駛的速度就較低。同時請注意，前輪與后輪的行駛距離也不同。對于汽車上的非驅(qū)動輪（后輪驅(qū)動汽車的前輪或前輪驅(qū)動汽車的后輪），這并不是問題。因為在前輪和后輪之間沒有連接，所以它們獨立旋轉(zhuǎn)。但是驅(qū)動輪被連接到一起，以便單個發(fā)動機和變速器可以同時使兩個車輪轉(zhuǎn)動。如果汽車沒有差速器，車輪必須鎖止在一起，以便以相同的速度旋轉(zhuǎn)。這樣汽車將不便于轉(zhuǎn)彎——為了使汽車能夠轉(zhuǎn)彎，一個輪胎必須滑動。對于現(xiàn)代輪胎和混凝土路面，輪胎需要很大的動力才會滑動。此動力必須由軸從一個車輪傳輸?shù)搅硪粋€車輪，這會在軸組件上形成很大的壓力。什么是差速器？差速器是將發(fā)動機扭矩按兩個方向分開的設(shè)備，可允許每次輸出的扭矩以不同的速度旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在在所有汽車或卡車上都配備差速器，一些全輪驅(qū)動車輛上（全時四輪驅(qū)動）也配備差速器。這些全輪驅(qū)動車輛的每組驅(qū)動輪之間都需要一個差速器，并且在前輪和后輪之間也需要一個，因為在轉(zhuǎn)彎時前輪行駛的距離與后輪不同。

輪驅(qū)動系統(tǒng)在前輪和后輪之間沒有差速器，相反，他們被鎖止在一起，以便前輪和后輪以相同的平均速度轉(zhuǎn)彎。這就是當(dāng)四輪驅(qū)動系統(tǒng)嚙合時這些車輛在混凝土路面上很難轉(zhuǎn)彎的原因。以不同的速度旋轉(zhuǎn)我們將介紹最簡單的差速器——開式差速器。首先，我們需要了解一些術(shù)語：下面的圖像標(biāo)示的是開式差速器的組件。

輛筆直向前行駛時，兩個驅(qū)動輪以相同的速度旋轉(zhuǎn)。輸入小齒輪轉(zhuǎn)動齒圈和保護架，同時保護架內(nèi)的小齒輪均不旋轉(zhuǎn)，這樣兩側(cè)齒輪均被有效鎖定到保護架。Geebee's Vector Animations提供動畫注意，輸入小齒輪是小于齒圈的齒輪，它是汽車上的末級減速齒輪。您可能聽說過一些術(shù)語，如后軸比或主減速器傳動比。這些是差速器中的齒輪比。如果主減速器傳動比是4.10，則齒圈的齒數(shù)是輸入小齒輪齒數(shù)的4.10倍。汽車轉(zhuǎn)彎時，車輪必須以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在上圖中，可以看到汽車開始轉(zhuǎn)彎時保護架上的小齒輪開始旋轉(zhuǎn)，車輪以不同的速度移動。內(nèi)側(cè)齒輪比保護架旋轉(zhuǎn)得慢，而外側(cè)車輪比保護架旋轉(zhuǎn)得快。開式差速器——直線行駛時開式差速器——轉(zhuǎn)彎行駛時（1.1MB）離合器的位置本文將介紹使用離合器的原因，使您了解離合器在汽車中的工作原理，并且討論一下一些可以放置離合器的有趣的甚至可能令人意想不到的位置！離合器對于帶有兩個旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)備很有用。在這些設(shè)備中，一個軸通常由電機或皮帶輪來驅(qū)動，而另一個軸用來驅(qū)動其他設(shè)備。例如在鉆孔機中，一個軸由電機驅(qū)動，另一個軸驅(qū)動鉆夾頭。離合器連接了兩個軸，這樣它們可以鎖定在一起，以同樣的速度旋轉(zhuǎn)，或者分離，以不同的速度旋轉(zhuǎn)?；倦x合器您需要在汽車中安裝離合器，因為發(fā)動機始終在旋轉(zhuǎn)，而車輪則不會。要使車輛停止而不損壞發(fā)動機，車輪需要以某種方式與發(fā)動機斷開。離合器通過控制發(fā)動機和變速器之間的滑程，使我們可以輕松地將旋轉(zhuǎn)著的發(fā)動機連接到?jīng)]有旋轉(zhuǎn)的變速器上。要了解離合器的工作原理，知道一點有關(guān)摩擦的知識是很有幫助的。在下圖中，您可以看到飛輪是連接在發(fā)動機上的，而離合器片是連接在變速器上的。汽車離合器的展開視圖當(dāng)腳離開踏板時，彈簧會向離合器盤方向推動壓盤，從而擠壓飛輪。這樣可將發(fā)動機鎖定到變速器輸入軸上，使它們以相同的速度旋轉(zhuǎn)。

卡羅萊納州野馬供圖壓盤離合器作用力的大小取決于離合器片和飛輪之間的摩擦力以及彈簧對壓盤的壓力的大小。離合器中摩擦力的工作方式與制動器的原理摩擦部分描述的缸體的工作方式一樣，只不過它是將彈簧壓在離合器片上，而不是依靠重力將物體壓向地面。離合器如何接合和分離踩下離合器踏板時，電纜或液壓活塞將推動分離叉，從而向膜片彈簧的中間部位按壓分離軸承。由于膜片彈簧的中間部位被推入，彈簧外側(cè)附近的一組銷將導(dǎo)致彈簧將壓盤從離合器盤上拉開（參見下圖）。這可使離合器從旋轉(zhuǎn)著的發(fā)動機上分離。汽車需要變速器，這是由汽車發(fā)動機的物理特性決定的。首先，任何發(fā)動機都有速度極限，轉(zhuǎn)速超過這個最大值，發(fā)動機就會爆炸。其次，如果讀過馬力及其應(yīng)用，您就會知道，在馬力和扭矩都達到最大值時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化范圍很小。例如，發(fā)動機可能在5,500轉(zhuǎn)/分時產(chǎn)生最大馬力。在汽車加速或者減速時，變速器的存在使發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的齒比能夠發(fā)生變化。通過改變齒比，就能使發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在速度極限以下，并且使發(fā)動機接近最佳性能轉(zhuǎn)速區(qū)。

戴姆勒克萊斯勒供圖奔馳Actros重型卡車的手動變速器在理想情況下，變速器齒比變化范圍非常大，因而發(fā)動機總是以單一的最佳性能轉(zhuǎn)速運行。這就是無級變速器（CVT）的概念。CVT的齒比范圍幾乎沒有任何限制。過去，CVT在成本、尺寸和可靠性方面都不能與四速和五速變速器抗衡，所以在量產(chǎn)汽車中看不到它們。目前，設(shè)計方面的改善使CVT得到了普及。豐田普銳斯就是使用CVT的混合動力汽車。

變速器通過離合器與發(fā)動機連接。因此，變速器輸入軸的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機相同。

戴姆勒克萊斯勒供圖奔馳C級運動型跑車六速手動變速器五速變速器為輸入軸提供五種不同的齒比，以便在輸出軸產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速值。以下是一些典型的齒比：擋位速比發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分時變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速一擋2.315:11,295二擋1.568:11,913三擋1.195:12,510四擋1.000:13,000五擋0.915:13,278有關(guān)無級變速器工作原理的更多信息，請參考CVT（無級變速器）工作原理。接下來讓我們看看簡單的變速器。為了幫助了解標(biāo)準(zhǔn)變速器的基本原理，下圖顯示了處于空擋狀態(tài)的簡單兩速變速器。

讓我們來看看圖中的每一個部件，以及它們是如何裝配的：

• 綠色軸將發(fā)動機與離合器連接起來。綠色軸和綠色齒輪連在一起，形成一個整體。（離合器是用于連接發(fā)動機和變速器或斷開其間連接的裝置。踩下離合器踏板時，發(fā)動機與變速器斷開，此時雖然汽車并不移動，但發(fā)動機仍在運轉(zhuǎn)。而松開離合器踏板時，發(fā)動機和綠色軸就直接連在一起。綠色軸和齒輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動機相同。)
• 紅色軸及紅色齒輪稱為副軸。它們也連為一個整體，因此副軸上的所有齒輪和副軸本身作為整體旋轉(zhuǎn)。綠色軸與紅色軸直接通過各自的嚙合齒輪連接起來，所以當(dāng)綠色軸轉(zhuǎn)動時，紅色軸也會轉(zhuǎn)動。因此，一旦離合器接合，副軸就直接從發(fā)動機獲得動力。
• 黃色軸是花鍵軸，通過連接到汽車驅(qū)動輪的差速器直接與驅(qū)動軸相連。如果車輪轉(zhuǎn)動，黃色軸也將隨之轉(zhuǎn)動。
• 藍色齒輪連在軸承上，因此會隨黃色軸轉(zhuǎn)動。如果發(fā)動機已關(guān)閉，但汽車還在滑行，則在藍色齒輪和副軸停止運動時，黃色軸仍可能在藍色齒輪內(nèi)部轉(zhuǎn)動。
• 軸環(huán)將兩個藍色齒輪中的一個連接到黃色驅(qū)動軸上。它通過齒槽直接與黃色軸相連，并與黃色軸一起轉(zhuǎn)動。但軸環(huán)也可以沿著黃色軸左右滑動，從而選擇性地接合兩個藍色齒輪中的一個。軸環(huán)中的齒稱為犬齒，可與藍色齒輪側(cè)面的孔相接合。

一擋齒輪下圖顯示了當(dāng)軸環(huán)換到一擋時如何結(jié)合右邊的藍色齒輪：

圖中，發(fā)動機的綠色軸轉(zhuǎn)動副軸，副軸則轉(zhuǎn)動右邊的藍色齒輪。齒輪通過軸環(huán)驅(qū)動黃色驅(qū)動軸。同時，左邊的齒輪也在轉(zhuǎn)動，但只是在其軸上空轉(zhuǎn)，對黃色軸并不產(chǎn)生影響。當(dāng)軸環(huán)位于兩個齒輪之間時（如第一圖所示），變速器為空擋狀態(tài)。黃色軸上以不同速率運轉(zhuǎn)的兩個藍色齒輪都通過其與副軸的速比來控制。通過以上討論，您可以回答以下幾個問題：

• 在換擋時，如果操作錯誤，聽到可怕的碾磨聲，這個聲音不是誤嚙合齒輪發(fā)出的。從圖中可以看出，所有輪齒總是處于完全嚙合狀態(tài)。這種碾磨聲是犬齒接合藍色齒輪側(cè)孔失敗發(fā)出的。
• 這里顯示的變速器沒有“同步”（在下文中討論），所以使用此變速器時，您必須雙踩離合。雙踩離合在老式汽車中很常見，而在一些現(xiàn)代賽車中也仍然很常用。在雙踩離合時，先合下離合踏板，使發(fā)動機與變速器分離。這樣可消除犬齒的壓力，從而將軸環(huán)切換至空擋狀態(tài)。然后松開離合器踏板，使發(fā)動機恢復(fù)“正確速度”。該速度就是發(fā)動機下一齒輪的運轉(zhuǎn)速度。這樣做的目的，在于使下一個藍色齒輪與軸環(huán)以相同的轉(zhuǎn)速運行，這樣犬齒就能接合。然后再次踩下踏板并將軸環(huán)鎖定到新齒輪中。每換一個齒輪，都必須踩下和松開兩次離合器，因此稱為“雙離合”。
• 另外，您還可以了解換擋按鈕的微小線性位移怎樣實現(xiàn)齒輪更換。換擋按鈕移動連接到撥叉的桿。撥叉使軸環(huán)在黃色軸上滑動，從而與兩個齒輪中的一個接合。

現(xiàn)在我們來看看真正的變速器。下面的動畫顯示了一個帶倒擋的四速變速器的內(nèi)部工作狀況。Geebee's Vector Animations提供動畫如今，五速手動變速器在汽車上已經(jīng)相當(dāng)普遍了。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

有三個撥叉，由換擋桿接合的三個桿控制。俯看換擋叉軸，它們在空擋、倒擋、一擋和二擋中的情形如下圖所示：

注意，換擋桿中部有一個旋轉(zhuǎn)點。在將旋鈕前推接合一擋齒輪時，實際上是在推動桿和撥叉，以便將一擋齒輪拉回來?？梢钥吹?，左右移動變速桿也是在接合不同的撥叉（從而接合不同的軸環(huán)）。將旋鈕前后移動也就移動了軸環(huán)，使它們接合一個齒輪。

倒擋齒輪由一個小惰輪（紫色）來操控。該圖中的藍色倒擋齒輪總是與其他所有藍色齒輪的轉(zhuǎn)動方向相反。因此，當(dāng)汽車前進時，不可能將變速器切換到倒擋（因為犬齒不能嚙合）。但它們會產(chǎn)生大量的噪音！同步器新式客車的手動變速器采用同步器，這樣就不需要使用雙踩離合。同步器的作用是，在與犬齒接觸前，使軸環(huán)與齒輪發(fā)生有摩擦的接觸。這樣，在犬齒接合前，就可以使軸環(huán)和齒輪速度達到同步，如圖所示：

藍色齒輪上的錐體接合軸環(huán)中的錐形區(qū)域，錐體與軸環(huán)間的摩擦使軸環(huán)和齒