朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計（含5張CAD圖紙）

朗逸轎車前麥弗遜懸架設(shè)計（含5張CAD圖紙）,轎車,前麥弗遜,懸架,設(shè)計,CAD,圖紙 3 傳動系統(tǒng) 3.1變速箱和齒輪比 3.1.1變速箱的原因 現(xiàn)代車輛中使用的內(nèi)燃機將在有限的有效轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，例如1500–7000 rpm，從而產(chǎn)生相對較低的扭矩（轉(zhuǎn)向力）。 如果速度降至下限以下，或者負載過大，則發(fā)動機將熄火，車輛將進入靜止狀態(tài)。 如果車輛沒有變速箱，則以下缺點很快就會變得明顯。 啟動時加速不足 離合器必須打滑相當長的時間才能避免發(fā)動機熄火。 之前必須達到約24 kph（15 mph）的道路速度 圖3.1變速箱關(guān)閉 可能會發(fā)生完全嚙合，在此期間，車輪的驅(qū)動力（拉力）只會略大于與車輛運動相反的力（拉力）。 加速度取決于牽引力和阻力之間的差異。 如果該差很小，則加速度將較差。 牽引力：向前移動物體或車輛所需的力。 牽引阻力：牽引力必須克服以產(chǎn)生運動的反向力。 爬坡能力差 坡度會增加阻力，這意味著一旦爬上山坡，發(fā)動機就會減速并最終失速。 這可以通過采用具有高扭矩輸出的大型發(fā)動機來克服，但這將是不經(jīng)濟的。 車輛不能低速行駛 隨著車速降低，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也將降低。 如果車輛必須以低速行駛，則需要打滑離合器以避免失速。 無中性或反向 不可能在不熄火的情況下保持車輛靜止，因此在車輛不行駛時始終必須分離離合器。 這也使車輛難以操縱。 3.1.2齒輪杠桿 圖3.2顯示了一種簡單的方法，可以通過操縱桿來幫助人向前推動車輛。 當人沒有杠桿而施加努力時，就沒有足夠的力來向前運動。 當使用操縱桿并使之在保險杠上樞轉(zhuǎn)時，由于在操縱桿的整個長度上施加了重復的力，因此人可以產(chǎn)生向前運動。 實際上，杠桿的長度提供了來自人相同量力而施加的力的倍增。 圖3.2強調(diào)了安裝變速箱的重要性。 其他機械設(shè)備也可以產(chǎn)生類似的結(jié)果，盡管不一定要使用杠桿。 諸如齒輪之類的組件可以提供來自給定輸入的力的倍增。 圖3.3a顯示了使用重物和滑輪的杠桿的另一種簡單形式。 利用砝碼m和皮帶輪施加到杠桿末端的力可以舉起四倍的砝碼（砝碼M）。 這個簡單的實驗表明，使用杠桿系統(tǒng)可以放大較小的輸入力。 圖3.3b顯示了如何使用兩個圓盤來獲得杠桿。 在此示例中，作用在軸C上的質(zhì)量將在軸D上支撐更大的質(zhì)量。此布置可以視為簡單的變速箱，發(fā)動機連接到C軸，車輪連接到D軸。在此示例中，輸出扭矩 是發(fā)動機扭矩的兩倍，如果將圓盤B制成A直徑的三倍，則輸出扭矩為高音三倍。 這似乎無所不能，但是必須考慮速度。 可以看出，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，速度成比例地減小，因此，假設(shè)該機構(gòu)的效率為100％，則功率保持不變。 在圖3.3b中，速度比（運動比）也稱為齒輪比，在這種情況下為2：1，這表示輸入軸需要旋轉(zhuǎn)兩圈才能使輸出軸旋轉(zhuǎn)一圈。 在汽車的早期設(shè)計中使用了皮帶，皮帶輪和摩擦驅(qū)動器，但由于采用了滑動齒輪裝置，這些系統(tǒng)逐漸消失了。 3.1.3齒輪比的確定 要獲得較高的最高車速，并在整個速度范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的加速度和經(jīng)濟性，就需要一種齒輪傳動系統(tǒng)，使發(fā)動機能夠以使其發(fā)揮最佳性能的速度運轉(zhuǎn)。 最大的發(fā)動機功率，扭矩和經(jīng)濟性都出現(xiàn)在不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下，因此這使得匹配傳動比的任務變得困難，尤其是在必須考慮可變的工況和駕駛員需求的情況下。 設(shè)置多個傳動比時要考慮發(fā)動機的要求，以使其適應給定的工作條件（表3.1）。 表3.1 操作條件 需求 最高車速 最大引擎功率 最大加速度 最大發(fā)動機扭矩 最大牽引力 最大發(fā)動機扭矩 最大經(jīng)濟 發(fā)動機處于中速和輕載狀態(tài)，節(jié)氣門開度較小 如今，適合于輕型車輛的發(fā)動機類型通常需要能夠提供五個前進速度和一個倒檔的變速箱（即，除了倒檔之外，還有五個不同的前進檔速比）。 這樣可以提供合理的性能，以適應包括經(jīng)濟在內(nèi)的大多數(shù)駕駛條件。 但是，有些車輛裝有六速，七速甚至八速變速箱。 應該注意的是，高齒輪是具有低數(shù)值的傳動比的齒輪（即，傳動比為1：1，高于傳動比為2：1）。 檔位越低，發(fā)動機和車輪之間的減速力就越大； 這意味著，對于給定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速，車輪轉(zhuǎn)速較低。 最高車速 當車輛設(shè)置在最高檔位并且油門保持完全打開時，可以達到最高車速。 為了使大多數(shù)情況下使用的齒輪的摩擦損失最小，“頂級齒輪”的傳動比應選擇為1：1（直接驅(qū)動）。 因此，“最高檔”的設(shè)置實際上是根據(jù)輪轂直徑和發(fā)動機特性選擇最終傳動比的選擇。 圖3.4顯示了確保車輛能夠達到較高的最大速度所必須考慮的因素。 它顯示了所需功率和可用功率之間的平衡。 前者的數(shù)據(jù)由發(fā)動機的制動功率曲線給出。 對于后者，通過計算車輛在水平道路上行駛時克服其牽引阻力所需的功率來獲得數(shù)據(jù)。 牽引阻力（有時稱為總阻力）包括： 1空氣阻力–由于車輛在空中移動 2滾動阻力–由于輪胎和路面之間的摩擦。 很大程度上受路面類型的影響 3坡度阻力–隨著坡度（坡度）對車輛運動的影響而增加。 圖3.4a表明，推動給定車輛所需的功率隨速度的立方而增加。 這意味著，如果速度加倍，則所需功率將是原來的八倍。 在此示例中，需要150 kW的功率才能以200 kph的速度驅(qū)動車輛。 適配于該車輛的發(fā)動機的動力輸出如圖3.4b所示。 該功率曲線表明，發(fā)動機在5000 rpm時產(chǎn)生150 kW的峰值制動功率。 如果最大道路速度要盡可能高，則必須設(shè)置該車輛的齒輪比，以使“可用功率”曲線的峰值出現(xiàn)在道路速度為200 kph時。 在這種情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為5000 rpm，以200 kph的速度驅(qū)動車輛。 總齒輪比（齒輪箱比×最終傳動比） 一旦確定了兩條曲線的相對位置，就可以檢查加速度的總體性能。 兩條曲線之間的垂直差是可用于加速的剩余功率，因此可以將其繪制為單獨的曲線以顯示達到最大加速的速度。 假設(shè)摩擦被忽略，則必須認識到，齒輪系統(tǒng)既不增加也不減少動力（即，從傳動系統(tǒng)輸出的動力類似于發(fā)動機制動動力，而與傳動比無關(guān)）。 因此，圖3.5中的曲線所示的車輛的齒輪比的變化將導致峰值P從其在圖3.4c中占據(jù)的位置水平移動。 降低比率（曲線A）將“可用功率”曲線向左移動，提高比率（曲線C）將其向右移動。 這兩個條件分別稱為齒輪不足和齒輪過度。 在這兩種情況下，最大可能速度都會降低，但這不是主要考慮因素。 表3.2列出了兩種齒輪傳動條件的優(yōu)點。 表3.2 條件 優(yōu)點 不足 更大的加速動力，因此車輛響應更快 靈活的頂級檔位性能，因此當車輛遇到較高的牽引阻力時，只需進行較少的換檔 過度 在給定的行駛速度下降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速，因此： ?更好的經(jīng)濟性 ?更低的發(fā)動機噪音水平 ?發(fā)動機磨損少 不足檔位的優(yōu)點可用于克服過度檔位的缺點，反之亦然。 對這兩種情況的比較表明，檔位不足更適合普通汽車，因此檔位不足通常為10％至20％。 這意味著，在達到最大可能車速之前，發(fā)動機功率峰值出現(xiàn)在10％至20％之間，盡管有更多的可用檔位可以更好地匹配齒輪。 最大牽引力 一旦設(shè)計人員設(shè)定了總的最高齒輪比，便可以確定最低齒輪比（第一齒輪）。 該齒輪在下車時使用，在需要最大牽引力時也需要使用，以使車輛能夠爬上非常陡峭的山坡。 牽引力是基于發(fā)動機扭矩的，因此，當發(fā)動機發(fā)展其最大扭矩時，特定齒輪會出現(xiàn)最大牽引力。 在圖3.6a中，最高檔位的性能（以前以功率差異表示）顯示為力的平衡。 可以看出，驅(qū)動力曲線的形狀與發(fā)動機轉(zhuǎn)矩曲線相似。 牽引力曲線的峰值出現(xiàn)在由整體齒輪傳動比和車輪有效直徑控制的道路速度上。 力和阻力曲線之間的差異代表可用于加速的力。 圖3.6b顯示了降低傳動比對牽引力曲線的影響。 在這種情況下，底部齒輪箱的傳動比為4：1，足以充分滿足牽引爬坡需求的牽引力。 離合器的逐漸接合動作必須用于提供足夠的牽引力，以使車輛在由曲線表示的陡坡上行駛。 一旦離合器完全接合，并且發(fā)動機在最大扭矩范圍內(nèi)運行，則可能會產(chǎn)生較小的加速度-這是假定發(fā)動機轉(zhuǎn)速不會降低得太低。 通過將所需的最大努力除以頂部齒輪中可用的最大努力來計算最低齒輪箱速比。 中間齒輪 設(shè)置了最高和最低變速箱速比之后，然后插入中間速比，以使它們形成幾何級數(shù)（GP）。 這意味著所有單獨的比率都按公共比率前進。 例如，假設(shè)最高和最低總傳動比分別為4：1和16：1，那么三速和四速變速箱的傳動比組為： 三速變速箱：4、8和16（普通速比2） 四速變速箱：4、6.35、10和16（普通比1.59） 為了獲得最佳的速度和加速性能，發(fā)動機應在最大扭矩和最大功率的限制之間的速度范圍內(nèi)運行。 該工作范圍越寬，彌合頂部和底部之間的間隙所需的比率數(shù)量越少。 大多數(shù)現(xiàn)代汽車發(fā)動機的范圍都很窄，因此與這些發(fā)動機配合使用的變速箱通常至少具有五速箱，在某些情況下甚至是六速或七速。 在裝有六個齒輪的變速箱中，通常第五個齒輪比為1：1，第六個為超速檔，因為它的齒輪比可以提高速度。 結(jié)果，它驅(qū)動輸出軸的速度比發(fā)動機快。 3.2不同類型的齒輪和變速箱 3.2.1齒輪類型 機動車上使用了各種類型的齒輪，但是齒輪箱采用以下一種或多種： 1正齒輪–平行于軸線的齒，用于滑動嚙合齒輪箱。 主要用于倒檔系統(tǒng)。 2斜齒輪–傾斜于軸線以形成螺旋的齒。 增強強度，使操作更安靜。 3雙斜齒輪–兩組相對的斜齒。 4圓柱齒輪或行星齒輪–正齒輪或斜齒輪圍繞非固定中心旋轉(zhuǎn)。 類型2和3用于恒嚙合和同步嚙合齒輪箱。 大多數(shù)自動變速箱使用行星齒輪傳動。 齒輪材質(zhì) 齒輪齒必須承受劇烈的沖擊載荷和磨損，因此使用表面硬化鋼來提供堅硬的芯和堅硬的表面。 3.2.2手動變速箱 現(xiàn)在的變速箱可分為兩個主要類別：手動和自動。 手動變速箱要求駕駛員完全控制變速箱。 通常，駕駛員會使用手動控制桿來選擇最合適的齒輪比，以適應駕駛條件。 通過使用自動選擇手動變速箱，這已經(jīng)得到進一步發(fā)展。 這種變速箱可作為手動變速箱使用，但具有電子或液壓變速裝置。 這可以加快換檔速度，還可以使駕駛員進行自動換檔。 這些在第346頁上有更詳細的說明。 除了倒檔之外，現(xiàn)代變速箱中提供的“速度”（齒輪比）數(shù)在某些情況下為四，五，六甚至七。 過去，出于成本原因，通常使用三速變速箱。 手動變速箱的主要類型有： 滑動嚙合 恒嚙合 同步嚙合。 現(xiàn)在，同步嚙合是最常用的類型。 這種類型的布局是從其他兩種布局發(fā)展而來的，正是由于這個原因，現(xiàn)在已經(jīng)過時的滑動嚙合用于初始研究。 3.2.3自動 術(shù)語“自動變速箱”是指一種變速箱類型，能夠在整個車輛運行狀況下無需駕駛員的幫助即可換檔。 一旦駕駛員做出初步選擇以確定車輛的行駛方向（圖3.8）和要使用的檔位，其他決定就由變速箱控制模塊或變速箱內(nèi)的“大腦”做出。 在美國，變速箱稱為變速箱。這就解釋了為什么自動變速箱有時被稱為自動變速箱的原因。 如今，許多自動變速箱都使用行星齒輪系統(tǒng)。通過借助于摩擦離合器或制動器保持或驅(qū)動齒輪系的一個或多個部分來獲得所需的齒輪。制動器和離合器由液壓系統(tǒng)控制；它要么集成了自己的傳感系統(tǒng)，要么使用電子設(shè)備監(jiān)控發(fā)動機和車輛的運行狀況。 除了四速周轉(zhuǎn)齒輪箱外，大多數(shù)自動系統(tǒng)還需要在發(fā)動機和齒輪箱之間安裝液力離合器裝置（稱為變矩器）。這代替了普通的摩擦離合器和兩個功能：當發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于約1000 rpm時，它自動將發(fā)動機與變速器分離。并且還提供了無限可變的扭矩和速度比，以彌合齒輪箱周轉(zhuǎn)比之間的階躍。 在英國，變矩器和自動變速箱的組合構(gòu)成了自動變速器系統(tǒng)。 3.2.4無級變速器 普通發(fā)動機的功率輸出隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速而變化。 在低速下，輸出功率非常低，因此，如果需要良好的車輛性能，則發(fā)動機必須旋轉(zhuǎn)得更快。 它需要以最大功率運行。 當考慮扭矩輸出和燃油經(jīng)濟性時，將重復這個故事。 最大扭矩的產(chǎn)生速度與最大經(jīng)濟性的產(chǎn)生速度不同，并且這兩個速度均與最大功率的點不一致。 對于傳統(tǒng)的變速箱，要達到這三個性能因素中任何一個的恒定發(fā)動機轉(zhuǎn)速要求是不可能的。 這是因為必須不斷改變發(fā)動機轉(zhuǎn)速以適應車速。 結(jié)果，發(fā)動機僅在適合于最大發(fā)動機扭矩，功率或經(jīng)濟性的車速下發(fā)揮最佳性能。 具有無限可變比率的齒輪系統(tǒng)將提供如圖3.9所示的性能–這被稱為理想牽引力曲線。 在這種情況下，發(fā)動機將保持其提供最大功率的速度，并且通過改變傳動比來改變道路速度。 可以從根據(jù)圖3.10所示系統(tǒng)原理運行的任何系統(tǒng)中獲得理想曲線的近似值。 這種特殊的布置不是很實用，但是布局顯示了這種齒輪傳動方法背后的基本思想。 由于無級變速的好處，無級變速箱（CVT）現(xiàn)在變得越來越流行，從而提高了經(jīng)濟性并降低了排放。 一些車輛例如混合動力汽車，為此使用CVT布置，這進一步改善了在使用電動機和汽油發(fā)動機配置時提供的經(jīng)濟性。 DAF是首批采用CVT的量產(chǎn)汽車。 該車輛具有皮帶輪和皮帶輪的布局，稱為變速CVT系統(tǒng)（圖3.11）。 這是由荷蘭制造商開創(chuàng)的，并作為他們在1950年代后期生產(chǎn)的小型汽車的標準配置。 3.2.5分步傳動 傳統(tǒng)齒輪箱曲線與理想曲線的比較如圖3.12所示。 該圖說明了為什么使用術(shù)語“步進傳動”來描述提供這種步進輸出的任何系統(tǒng)。 最初只有三個前進檔的變速箱需要發(fā)動機在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行； 這意味著在許多道路速度下的牽引力遠遠低于理想水平。 傳動比的數(shù)量增加了相當大的改進，盡管許多乘用車的齒輪傳動比要比重型汽車少，但它卻在許多重型車輛以及現(xiàn)代乘用車中得到了使用。 當比率的數(shù)量增加到大約10時，為縮小比率之間的差距所需的狹窄發(fā)動機范圍與實際牽引曲線接近理想值的近似組合使發(fā)動機可以在其周圍運行 最佳速度。 通過使用帶有變矩器的自動變速箱可以達到理想的牽引力曲線。 盡管變矩器在低發(fā)動機轉(zhuǎn)速下效率非常低下，但變矩器在大約2：1到1：1的極限之間無限變化的比率的影響會在主自動變速箱的步進比之間實現(xiàn)平穩(wěn)過渡和正向驅(qū)動（ 圖3.13）。 3.2.6其他類型的變速箱和變速器 如今，許多適合于車輛的變速箱都采用了手動和自動變速箱系統(tǒng)的示例，并將它們鏈接在一起，以提供能夠像手動變速箱一樣運行的變速箱，但是變速箱是通過使用電動馬達或液壓輔助裝置的自動機構(gòu)進行變速的。 通過使用這種自動換檔設(shè)置，駕駛員可以在完全手動變速箱模式下駕駛車輛之間進行選擇，換檔可以通過使用撥片或使用操縱桿前進或后退以向上和向后移動來進行。 降低速比，或在自動模式下由變速箱電子控制單元（ECU）決定何時換檔。 在這兩種情況下，系統(tǒng)都是電子控制的，通常可以非?？焖俚剡M行齒輪更換，從而提高性能和經(jīng)濟性。 這些新的變速箱在346頁上有更詳細的介紹。 3.3驅(qū)動器配置 3.3.1驅(qū)動布局 車輛的一般駕駛配置通常取決于其預期的功能和目的。 發(fā)動機產(chǎn)生動力使車輛沿著路面移動。 該動力通過變速箱和變速箱總成傳輸。 盡管今天的道路上仍有少量三輪車，但大多數(shù)輕型車都有四個輪。 因此，驅(qū)動器配置布局為兩輪或四輪驅(qū)動。 四輪驅(qū)動的產(chǎn)品陣容為客戶提供了選擇。 四輪驅(qū)動通常只在越野車上看到，但是現(xiàn)在它可以在各種普通公路車上使用，從家庭轎車，掀背車到房地產(chǎn)和跑車。 四輪驅(qū)動系統(tǒng)會因所有四個車輪推動車輛而產(chǎn)生的牽引力增加而產(chǎn)生收益，特別是在摩擦較小的情況下。 三輪車輛通常通過后橋中的最終驅(qū)動器將來自發(fā)動機的動力傳遞至后輪。 但是，有一些較小的帶發(fā)動機的三輪車輛，它們將發(fā)動機置于前轉(zhuǎn)向輪上方，并將驅(qū)動力直接傳遞給該轉(zhuǎn)向輪。 一些生產(chǎn)更高功率的三輪車輛的獨立制造商采用了驅(qū)動裝置，其中后輪為單輪，前輪為兩個。 后輪通常由強大的摩托車發(fā)動機通過鏈條或螺旋槳軸驅(qū)動。 制造商對驅(qū)動裝置的選擇通常取決于車輛的市場和目的。 從前輪驅(qū)動到四輪驅(qū)動的每種類型的驅(qū)動裝置都有優(yōu)點和缺點，車輛設(shè)計者在生產(chǎn)新型車輛時會考慮到這些優(yōu)點和缺點。 3.3.2后輪驅(qū)動 傳統(tǒng)上，汽車采用后輪驅(qū)動布局（圖3.14）。 在這里，后輪充當驅(qū)動輪，前輪旋轉(zhuǎn)以允許汽車轉(zhuǎn)向。 以這種方式定位主要的車輛驅(qū)動部件和發(fā)動機單元為技術(shù)人員提供了更好的可達性，但同時通過安裝傳動隧道將螺旋槳軸沿乘客艙的長度方向定位，也影響了乘客空間。 后輪驅(qū)動在干燥和牢固的抓地力條件下提供良好的牽引力。 但是，在松散的表面上以及在潮濕條件下的加速下，后輪驅(qū)動車輛容易彎曲并失去抓地力，從而導致汽車后部向側(cè)面移動，如果要保持直線行駛，則需要對前（轉(zhuǎn)向）輪進行連續(xù)校正。 保持。 3.3.3前輪驅(qū)動 布置更緊湊的好處使前輪驅(qū)動布局成為制造商的熱門選擇（圖3.15）。小型車的需求增長與經(jīng)濟型車的需求增長一樣快。這促使制造商生產(chǎn)更緊湊的設(shè)計，通常采用前輪驅(qū)動。將所有主要部件容納在發(fā)動機罩下，為乘員提供了更多的車輛空間，并消除了對傳輸隧道的需要。現(xiàn)在，驅(qū)動橋以變速驅(qū)動橋的方式組合在一起，這允許發(fā)動機和變速箱的輸出軸沿相同方向移動，并使用較短的驅(qū)動軸連接至車輪。驅(qū)動軸裝有一個內(nèi)部和外部接頭，稱為等速萬向節(jié)（CV接頭），可確保在旋轉(zhuǎn)時獲得均勻的速度，即使在大角度傳動時也可減少振動。前輪驅(qū)動的一個缺點是在大加速度和爬坡條件下缺乏抓地力，因為車輛的重量向后移動，從而使前輪失去重量。如果不使用動力轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向也很沉重。但是，操作性得到了改善，尤其是在潮濕條件下。