汽车设计-汽车的整体结构及动力系统

汽车的整体结构和动力系统学习目标1、认识汽车的整体结构2、了解汽车各组成部分所处位置及作用3、了解汽车动力装置的构造及原理4、了解大学生方程式赛车动力系统设计要求汽车通常由发动机、底盘、车身、电器设备四个部分组成汽车四大组成部分2、底盘3、车身4、电器一般意义的汽车1、发动机四大基本组成部分汽车的心脏汽车的骨架汽车的皮肤汽车的神经1．发动机基本功用：使供入其中的燃料燃烧而发出动力。广泛应用往复活塞式发动机，一般由机体、曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系、点火系（汽油机）、起动系等部分组成。2．底盘基本功用：接受发动机的动力，使汽车运动并按驾驶员的操纵正常行驶。一般由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。行驶系传动系制动系转向系3．车身车身是驾驶员工作的场所，也是装载乘客和货物的场所。车身应为驾驶员提供方便的操作条件，以及为乘客提供舒适安全的环境或保证货物完好无损。客车和轿车是整体车身；普通货车车身由驾驶室和货箱组成。4．电器设备由电源和用电设备组成，包括发电机、蓄电池、起动系、点火系以及汽车的照明、信号装置和仪表等。此外，在现代汽车上愈来愈多地装用各种电子设备：微处理机、中央计算机系统及各种人工智能装置(自诊、防盗、巡航、防抱死、车身高度自调等)，显著地提高了汽车的使用性能。认识汽车发动机发动机是汽车的动力装置，被称为汽车的“心脏”。一、发动机的放置位置根据发动机相对车身所处的位置和自身安置的方向，我们将发动机放置按以下两种划分。1、发动机放置以前后轴划分：发动机整体在前轮轴前面的称为“前置发动机”（常用英文”F”表示），绝大部分轿车都是前置发动机。发动机整体在前后轴之间的称为“中置发动机”（常用英文”M”表示），很多双座的超级跑车均采用这种布置方式，例如：兰博基尼LP640，法拉利F430等。发动机整体在后轮轴后面的称为“后置发动机”（常用英文”R”表示），这类车型比较少，典型代表车型就是保时捷911。布加迪威龙中置发动机菲亚特500前置发动机保时捷911后置发动机前置发动机前置发动机，即发动机位车前轮轴之前。前置发动机的优点是简化了车子变速器与驱动桥的结构，特别是对于占绝对主流的前轮驱动车型而言，发动机将动力直接输送到前轮上，省略了长长的传动轴，不但减少了功率传递损耗，也大大降低了动力传动机构的复杂性和故障率。另外，将发动机置驾驶员的前方，在正面撞车时，发动机可以保护驾驶员免受冲击，从而提高了车的安全性。前置发动机中置发动机对于非常讲究操控性能的性能跑车来说，通常会采取中置发动机的摆设方式，这样布置的好处除了可以将前后轴的配重达成完美的50:50之外，更因重量最重的发动机远离了车头、车尾这二个偏摆力矩最大的部位，因此在过弯时，车子的操控稳定性最高，可以用更快的速度、更流畅的姿态过弯，因此这也是速度最快的方程式赛车(F1)之标准发动机布置方式，大学生方程式赛车多数采用中置发动机后轮驱动布置。由于中置发动机车型的后座空间已经被发动机占据了，因此这类车型的一个缺点是只能安放两个座位，此外发动机的噪音也会比前置发动机更大，但是对于那些只为驾驶者准备的高性能跑车来说，它根本不需要拥有后座，而且车主们也会很乐意听到高亢的引擎声浪。法拉利F430说到更为少见的后置发动机，我们还得请出独一无二的保时捷911，其后置发动机后轮驱动的搭配水平对置发动机形式更是绝无仅有。这种配置方式与前置前驱车刚好相反，由于重量集中在车尾，因此在高速过弯时会产生明显的转向过度。这种特性也使得早期的911非常难以驾驭，对驾驶员的技术要求非常高。不过随着技术的进步，铝质发动机、铝质悬架的轻量化、以及多连杆悬架的新设定，新911的操控已经变得比较理性，这使得很多驾驶技术一般的朋友也能够感受到911的魅力所在。『保时捷911』后置发动机Smart后置发动机后置发动机2、发动机位置以曲轴纵横标准划分：发动机位置以曲轴位置为标准，我们将发动机分为横向式（常用英文”Q”表示）和纵向式（常用英文”L”表示）两种放置类型。曲轴和车体方向成直角的叫横置发动机，一般前驱车均为横置发动机，例如：大众速腾、标志307、丰田凯美瑞等。曲轴和车体方向平行的叫纵置发动机，一般后驱车和全驱车多数都为纵置发动机，例如：奔驰C级、宝马3系、丰田锐志等。不过也有特例，奥迪就是典型的前驱车，但是纵置发动机。如果您站在车头前方，如果发动机横向放在你眼前就是横置式发动机，纵向呈现在你眼前则为纵置式发动机。横置式发动机纵置式发动机2、按照工作循环不同分（1）四冲程发动机（2）二冲程发动机1、按照使用燃料不同分（1）汽油机（2）柴油机二、发动机的类型3、按照冷却方式不同分(2)风冷式发动机(1)水冷式发动机4、按照汽缸数分(1)单缸发动机（2）多缸发动机5、按照进气系统是否采用增压方式分（1）自然吸气(非增压)式发动机（2）强制进气(增压式)发动机6、按照汽缸的排列形式分（1）直列发动机(LineEngine)发动机所有汽缸均按同一角度肩并肩排成一个平面，气缸是按直线排列的，我们称这样的发动机为直列发动机。直列发动机特点：它的优点是缸体和曲轴结构十分简单，而且使用一个汽缸盖，制造成本较低，尺寸紧凑。直列发动机稳定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也较少；但缺点是随排量汽缸数的增加长度大大增加。所以直列发动机一般都是4缸机，少数有6缸机，比如宝马著名的直列6缸发动机。（2）V型发动机将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起，使两组汽缸形成有一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。因为V型发动机是两组汽缸，所以汽缸数均是偶数，如常见的：V6、V8、V10、V12等，而且V型发动机排量都比较大，一般都在2.5L以上。V型发动机特点：V型发动机高度和长度尺寸小，在汽车上布置起来较为方便，也能够为驾驶舱留出更大的空间。V型发动机汽缸对向布置，还可抵消一部分震动，使发动机运转更平顺；V型发动机的缺点则是必须使用两个汽缸盖，结构较为复杂、成本较高。另外其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其它装置。（3）W型发动机W型发动机是德国大众专属发动机技术。其原理是：将V型发动机的每侧汽缸再进行小角度的错开，简单点说，W型发动机的汽缸排列形式是由两个小V形组成一个大W形，严格说来Ｗ型发动机还应属V型发动机的变种。W发动机特点：W型比V型发动机做得更短一些，有利于节省空间，同时重量也可轻些；缺点是它的宽度更大，使得发动机室更满。大众旗下的辉腾6.0和奥迪的A8L6.0都采用了W12发动机，布加迪威龙则是采用了8.0LW16发动机，W型发动机一般都是大排量的发动机。奥迪6.0LW12发动机（4）H型水平对置发动机如果将直列发动机看成夹角为0度的V型发动机，当两排汽缸的夹角扩大为180度，汽缸水平对置排列，就是水平对置发动机了。水平对置发动机特点：由于它的汽缸为“平放”，因此降低了汽车的重心，同时又能让车头设计得又扁又低。这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。水平对置的汽缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。不过由于两排汽缸水平放置，所以造成发动机缸体很宽，使得发动机舱排列会变的比较复杂，所以很少有厂家采用。目前只有两家公司采用水平对置发动机，分别是斯巴鲁和保时捷。三、发动机的构造汽油发动机一般由“两大机构、五大系统”组成。柴油发动机只有“两大机构、四大系统”，没有点火系统。两大机构曲柄连杆机构：是能量转换装置配气机构：按发动机工作的需要定时开闭进排气门五大系统燃料系：配制发动机所需要的可燃混合气润滑系：润滑发动机各运动机件，减少摩擦和磨损冷却系：散掉多余的热量，保持发动机正常工作温度点火系：按工作需要点燃可燃混合气起动系：使发动机由静止进入正常工作状态曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。机体组配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。燃料供给系汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。起动系统要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。31变速器功用1.1在较大范围内改变汽车行驶速度的大小和汽车驱动轮上扭矩的大小（减速增距）；由于汽车行驶条件不同，要求汽车行驶速度和驱动扭矩能在很大范围内变化。例如在高速路上车速应能达到100km/h，而在市区内，车速常在50km/h左右。空车在平直的公路上行驶时，行驶阻力很小，则当满载上坡时，行驶阻力便很大。而汽车发动机的特性是转速变化范围较小，而转矩变化范围更不能满足实际路况需要。321.2实现倒车行驶汽车发动机曲轴一般都是只能向一个方向转动的，而汽车有时需要能倒退行驶，因此，往往利用变速箱中设置的倒档来实现汽车倒车行驶。1.3实现空档当离合器接合时，变速箱可以不输出动力。例如可以保证驾驶员在发动机不熄火时松开离合器踏板离开驾驶员座位。1.4实现差速（带差速器型）实现左右车轮不同速转动，即差速。33二、变速器的分类（按工作原理分）2.1手动变速器MTBYD5T-09342.2自动变速器AT液力变矩行星齿轮自动变速器35CVT无级变速器36AMT机械自动变速器37二、变速器的分类（工作位置分）前置前驱车型发动机横置BYD5T-09发动机纵置前置后驱车型38BYD5T-09变速器企业代号前进档个数最大输入扭矩取1/10命名规则驱动方式39三、BYD5T-09结构—传动部分主轴副轴差速器汽车手动变速箱其动力是由发动机经变速器主轴（输入轴）前端的花键轴传递到变速器里面，然后通过不同的档位齿轮、通过副轴（中间轴）传递到主减速齿轮上，通过差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮、左右半轴然后传递到驱动轮上。40主轴零部件图41主轴总成实物图主轴主轴前轴承输入轴花键主轴一档轴齿主轴二档轴齿主轴三档齿轮主轴四档齿轮主轴五档齿轮主轴后轴承主轴三四档同步器主轴五档同步器42副轴零部件图43副轴总成实物图副轴前轴承主减速齿轮（轴齿）副轴一档齿轮副轴二档齿轮副轴三档齿轮副轴四档齿轮副轴五档齿轮副轴后轴承二档位置一档位置齿套44差速器零部件图45差速器总成实物图主减速从动齿轮行星齿轮半轴齿轮左轴承右轴承差速器壳体行星齿轮轴46动力传递路线47手动变速器结构---操纵部分手动换档总成图换档臂盖换档杆档位互锁架换档拨头倒档锁选档拨头48手动换档总成零部件图49换档拨叉组件图一二档拨叉，拨叉轴五倒档拨叉，拨