认识汽车传动系统

学习任务1　认识汽车传动系统

学习任务描述

一辆东风标致307汽车行驶55 482km，已到二级维护周期。车主已将车开到4S店，技术主管安排我做车辆的底盘系统二级维护工作。

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一、认识汽车传动系

底盘的作用是接受发动机的动力，使车轮转动，并保证汽车按驾驶员的操纵正常行驶。底盘包括传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四大部分。通常，这四大系统也简称为传动系、行驶系、转向系和制动系。

传动系我们应该不会感到陌生。大家都知道离合器和变速器吧，它们就是传动系里面的重要部件，驾驶员与它们打的交道都是相当多的（仅次于方向盘了），一趟车跑下来，谁能记得清自己到底踩了多少下离合器、换了多少次档？

从动力的传输过程来看，传动系是连接发动机和车轮的纽带，包括离合器、变速器、传动轴、驱动桥等。汽车传动系按照结构和传动介质可以分为机械式、液力机械式、静液式、电力式等四种，对于绝大部分汽车来说，目的最常见的是机械式和液力机械式这两种。传动系有多种布置方式，轿车常用FF方式（即发动机前置、前轮驱动）；载货车、大部分客车和少部分豪华轿车常用FR方式（即发动机前置、后轮驱动）；豪华客车一般采用RR方式（即发动机后置、后轮驱动）；越野车多用nWD分式（即全轮驱劝，n表示车轮数量）；而赛车一般是采用MR方式（即发动机中置、后轮驱动）。此外，发动机是采取横置还是纵置也都会影响到传动系的布置。

二、汽车传动系的功用

传动系的首要任务就是与发动机协调工作，以保证汽车能在不同的使用条件下正常行驶。并具有良好的动力性和燃油经济性。因此，无论是什么形式的传动系，至少都应该具备以下四种基本功能：

1．减速和变速

我们知道，只有当作用在驱动轮上的牵引力足以克服外界对汽车的阻力时，汽车方能起步和正常行驶。

以普通型桑塔纳轿车为例，桑塔纳轿车自重1 070kg，发动机排量1．8L，最大扭矩为150N·m/3 100r/min，最大功率为72kW/5 200r/min，车轮规格为195/60R14。假设它在水平干燥的水泥路面上以90km/h的速度匀速行驶，这时，它受到的阻力可以通过计算得出约为440N；同时可计算出发动机直接驱动车轮的最大牵引力约为319N。

很显然，牵引力还没有行驶阻力大，这种情况下汽车是无法起步或继续行驶的，它会逐渐减速直至停下。如果将发动机直接与轮胎相连，当发动机以5 000r/min的转速运转时，车速将达到惊人的886km/h，这样的速度既不实用，也是不可能达到的（因为这时候的阻力非常大，牵引力又小，车子根本就没办法前进）。

为了解决上述矛盾，就要求传动系必须具备减速增扭的作用（简称减速作用），而主减速器就起着这样的作用。还有，汽车的使用条件（比如实际装载质量、道路坡度、路面状况以及道路的宽度和曲率，交通状况所允许的车速等等）由于很多因素的影响而不断变化，这就要求汽车的牵引力和速度要有相当大的变化范围。另一方面，由于发动机在整个转速范围内扭矩变化不大，功率和燃油消耗曲线变化却相当大，这就使得发动机保持高功率低油耗的转速范围（我们可以称之为有利转速范围）是很窄的，为了使发动机能保持在有利的转速范围内工作，传动系的传动比就需要在一定范围内变化。所以，从这个角度来说，传动系还必须具备变速作用，变速器也就应运而生。

2．实现汽车倒驶

如果汽车连这个功能都不具备的话，很难想象人们怎样进出停车场、车库等，当然在那些狭窄的路而上想倒车也是不可能的了。也许你会说让发动机反着转，不要说目前没有这样的发动机，就是在未来相当长的一段时间内，我们都不可能看到这样的发动机。所以，传动系能够在保持发动机旋转方向不变的情况下使汽车实现反向行驶，这个功能就是通过变速器的倒档来实现的。

3．必要时中断传动

有过驾驶经验的人都知道。发动机必须在挂入空档或者踩下离合器以后才能起动（踩下离合器就使得发动机不会承受地面的阻力，也就是说让发动机空载，这和汽车空载可是两码事），起动后的发动机也必须保持在最低稳定转速以上才能保证不熄火。除了汽车起步的时候，中断发动机对驱动轮的动力输出也是常有的事，比如换档、减速停车、遇红灯时等等，所有这些都要求传动系能够在必要的时候切断动力输出，而离合器和变速器的空档就承担了这个任务。

4．差速作用

汽车转弯是最平常不过的事，但是大家有没有注意到汽车转弯时车轮是怎样运动的呢？也许你从没注意过这些鸡毛蒜皮的小事，那么你到大街上随便找个弯道仔细看一看就会发现：转弯时，汽车的左右车轮转速不一样，弯内侧的车轮比外侧的车轮转得慢些。这个现象并不难理解，因为左右车轮在转弯时通过的距离是不同的。请不要小看这样一个简单的现象，对于非驱动轮来说，这根本就不是问题，可对驱动轮来说就不一样了，如果左右驱动轮在转向时转速一样，必然会使车轮产生相对于地面滑动的现象，这不仅会造成转向困难，还会增加汽车的动力消耗，加速轮胎和传动系零部件的磨损，为了避免这些问题的发生，我们就使用了差速器。

行驶系的功用是接受由发动机经传动系传来的扭矩，并通过驱动轮与路面的附着作用，产生路面对汽车的牵引力，以保证汽车正常行驶；传递并承受路面作用于车轮上的各向反作用力及其所形成的力矩；此外，它应尽可能地缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车行驶平顺，并且与汽车转向系很好地配合工作，实现汽车行驶方向的控制，以保证汽车的操纵稳定性。

三、汽车传动系的组成

（一）汽车传动系的总体构造

汽车传动系是指从发动机到驱动车轮之间所有动力传递装置的总称。其功用是将发动机的动力传给驱动车轮。不同的汽车，其底盘的组成稍有不同；如载货汽车及部分轿车，其底盘一般是由离合器、手动变速器、万向传动装置（万向节和传动轴）、驱动桥（主减速器、差速器、半轴、桥壳）等组成，如图1－1所示；而现在轿车中采用自动变速器的越来越多，其底盘包括自动变速器、万向传动装置、驱动桥等，即用自动变速器取代了离合器和手动变速器；如果是越野汽车（包括SUV，即运动型多功能车），还应包括分动器。

图1－1　汽车传动系的组成

1－离合器；2－变速器；3－万向节；4－驱动桥；5－差速器；6－半轴；7－主减速器；8－传动轴

（二）传动系各组成部分的功用

传动系可按能量传递方式的不同，分为机械传动、液力传动、液压传动、电传动等。下面分别介绍传动系各个分总成的工作原理以及作用。

1．离合器

离合器位于发动机和变速器之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速器的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速器暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。

2．变速器

汽车变速器的功用是通过改变传动比，来改变发动机曲轴的转矩，以适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为手动变速器（MT）、自动变速器（AT）、手动/自动变速器和无级式变速器。

3．传动轴

传动轴总成由外万向节（RF节）、内万向节（VL节）和花键轴组成，RF节和VL节均为球笼式等速万向节。VL节用螺栓与差速器传动轴凸缘相连接，RF节通过外星轮端部的花键轴与前轮相连接，左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。

4．主减速器

主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。现代汽车的主减速器，广泛采用螺旋锥齿轮和双曲面齿轮。双曲面齿轮工作时，齿面间的压力和滑动较大，齿面油膜易被破坏，必须采用双曲面齿轮油润滑，绝不允许用普通齿轮油代替，否则将使齿面迅速擦伤和磨损，大大降低使用寿命。

5．差速器

驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角速度旋转。这样，当汽车转向行驶时，由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大，将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。而差速器可以实现左右轮速的自动调整，普通差速器由行星齿轮、行星轮架、半轴齿轮等零件组成。

6．半轴

半轴是差速器与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接。现代汽车常用的半轴，根据其支承型式不同，有全浮式和半浮式两种。

四、汽车传动系的总体布置

汽车传动系的总体布置与发动机的位置及汽车的驱动方式有关，一般有发动机前置后轮驱动、发动机前置前轮驱动、发动机后置后轮驱动、发动机前置全轮驱动等。

（一）发动机前置后轮驱动（FR）

发动机前置后轮驱动简称前置后驱动，英文简称为FR。如图1－2，图1－3所示，发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、万向传动装置、后驱动桥，最后传到后驱动车轮，使汽车行驶。

图1－2　发动机前置后轮驱动示意图

图1－3　发动机前置后轮驱动汽车结构图

这是一种传统的布置型式，应用广泛，适用于除越野汽车的各类型汽车，如大多数的货车、部分轿车和部分客车都采用这种形式。

（二）发动机前置前轮驱动（FF）

发动机前置前轮驱动简称前置前驱动，英文简称FF。发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、前驱动桥，最后传到前驱动车轮，这种布置型式在变速器与驱动桥之间省去了万向传动装置，使结构简单紧凑，整车质量小，高速时操纵稳定性好。大多数轿车采用这种布置形式，但这种布置形式的爬坡性能差，豪华轿车一般不采用，而是采用传统的发动机前置后轮驱动。

根据发动机布置的方向可以分为发动机前横置前轮驱动和发动机前纵置前轮驱动，分别如图1－4、图1－5、图1－6所示。

图1－4　发动机前横置前轮驱动示意图

图1－5　发动机前横置前轮驱动汽车构造图

图1－6　发动机前纵置前轮驱动示意图

提示：请注意这两种布置形式主减速器的不同。

（三）发动机后置后轮驱动

发动机后置后轮驱动简称后置后驱动，英文简称RR。如图1－7、图1－8所示，发动机布置在汽车后部，动力经过离合器、变速器、角传动装置、万向传动装置、后驱动桥，最后传到后驱动车轮，使汽车行驶。这种布置型式便于车身内部的布置，减小室内发动机的噪声，一般用于大型客车。

图1－7　发动机后置后轮驱动示意图

图1－8　发动机后置后轮驱动结构图

（四）发动机前置全轮驱动

发动机前置全轮驱动简称全轮驱动，英文简称XWD。如图1－9所示，发动机布置在汽车前部，动力经过离合器、变速器、分动器、万向传动装置分别到达前后驱动桥，最后传到前后驱动车轮，使汽车行驶。由于所有的车轮都是驱动车轮，因此提高了汽车的越野通过性能，这是越野汽车采取的布置形式。

图1－9　发动机前置全轮驱动示意图

（五）发动机中置后驱（MR）

中置后驱是指发动机放在驾乘室与后轴之间，并采用后轮驱动（后中置后驱），或发动机放在前轴后面并用后轮驱动（前中置后驱），英文是Middle engine Rear wheel drive，简称MR，如图1－10、图1－11所示。现在MR的设计已是高级跑车的主流驱动方式，它的最大特点就是将车辆中惯性最大的沉重的发动机置于车体的中央，这是使MR车获得最佳运动性能的最主要保证，因为MR车的车体重量分布接近理想平衡。

图1－10　发动机中置后轮驱动示意图

图1－11　发动机中置后轮驱动结构图

MR兼具FF、FR的优点，转向灵敏准确，制动时不会出现头沉尾翘的现象。但MR有一个先天毛病，即直线稳定性较差，为解决这一问题，所有MR汽车的后轮尺寸均较前轮大；第二个缺点是车厢太窄，一般只能有两个座位。另外，由于驾乘人员离发动机太近，因此噪声较大。但是，追求汽车驾驶性能的人就不会在乎这些不足。