汽车底盘的构成及自动变速器变速杆的布局方式

时间：2023-06-12 理论教育 版权反馈

【摘要】：汽车底盘一般由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四大部分组成。图3-21是4×4轻型越野汽车传动系统示意图。图3-25是一种有6个档位的自动变速器变速杆，目前大部分轿车自动变速器的变速杆都是采用这种布置方式。

汽车底盘一般由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四大部分组成。

3.2.7.1 汽车传动系统

1.汽车传动系统的组成

传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置及安装在驱动桥中的主减速器、差速器和半轴组成（图3-19）。

2.汽车传动系统的作用

由于发动机与驱动车轮装置在不同位置上，有的汽车其间相隔距离较长，故必须安装一个传动系统。其作用是传递动力、增大转矩、变换速度、保证两驱动车轮能作等速和不等速滚动、切断动力。

3.轿车传动系统

图3-19 传动系统的组成

图3-20是一种发动机前置、前轮驱动而且采用独立悬架的轿车传动系统示意图。

在图3-20所示的布置方案中，发动机、离合器和变速器都布置在驱动桥（前桥）的前方，而且三者与主减速器、差速器装配成一个十分紧凑的整体，固定在车架或车身上。这样，在变速器和驱动桥之间没有必要设置万向节和传动轴。发动机可以纵置，也可横置。在发动机横置情况下，由于变速器轴线与驱动桥轴线平行，主减速器可以采用结构和加工都较简单的圆柱齿轮副，由于取消了纵贯前后的传动轴，车身底板高度可以降低，有助于提高高速行驶时的稳定性。整个传动系统集中在汽车前部，因而其操纵机构比较简单。图示方案中，半轴两端用万向节分别与差速器和驱动轮连接，是由于前轮既是驱动轮又是转向轮，而且采用了独立悬架。这种发动机和传动系统的布置型式目前已在微型和轻型轿车上广泛应用，在中、高级轿车上应用的也日益增多。

图3-20 轿车传动系统

4.越野汽车传动系统

对于要求能在坏路或无路区域行驶的越野汽车，为了充分利用车轮与地面之间的附着条件，以获得尽可能大的牵引力，总是将全部车轮都作为驱动轮。图3-21是4×4轻型越野汽车传动系统示意图。

图3-21 越野汽车传动系统

为了将变速器输出的动力分配给前后两驱动桥，在变速器与两动桥之间设置有分动器，并且相应增设了自分动器通向前驱动桥的万向传动装置。分动器虽然也装在车架上，但若不与变速器直接连接，且相距较远时，考虑到安装精确和车架变形的影响，两者之间也需要采用万向传动装置。前驱动桥半轴与前驱动轮之间设置万向节是由于前轮兼充转向轮的需要。

5.离合器

离合器的作用是使发动机与传动系统平稳结合或彻底分离，便于起步和换档，并防止传动系统过载。

离合器主要由主动部分、从动部分、压紧部分和操纵部分组成（图3-22）。

图3-22 离合器构造

1）主动部分：由装在曲轴上的飞轮和压盘组成。

2）从动部分：双面带摩擦衬片的从动盘。

3）压紧部分：由压紧弹簧和离合器盖组成。

4）操纵部分：包括离合器踏板、分离叉、分离杠杆、分离轴承和分离套筒组成。一般有机械式和液力式两种离合器操纵方式。

6.变速器

变速器的作用是改变汽车的行驶速度和转矩；利用倒档实现倒车；利用空档暂时切断动力传递。变速器主要有自动变速器与手动变速器两大类。

（1）手动变速器手动变速器主要由输入轴、输出轴、变速传动机构、变速操纵机构、同步器等组成（图3-23）。

图3-23 手动变速器的组成

1）变速器输入轴。通过离合器，变速器输入轴和曲轴连接在一起。输入轴的作用是输入动力，输入轴又叫第一轴。

2）变速器输出轴。变速器输出轴直接和汽车的驱动轴或传动轴连接。输出轴的作用是输出动力，输出轴又叫第二轴。

3）变速传动机构。变速器齿轮分别装在变速器的输入轴及输出轴或中间轴上。通过变换齿轮的传动比，使输出轴获得所需要的转速和转矩。

4）变速操纵机构。变速操纵机构的作用是改变啮合齿轮的组合，实现变速操作的目的。

5）同步器。同步器的作用是帮助变速齿轮啮合，保证换档操纵平顺。

变速器的结构复杂、加工精度高。在各种产品中，很少有像变速器这样的装置，每个零件加工要求都很高。

变速器的操纵机构有直接操纵式和远距离操纵式两种。一般前置后轮驱动汽车采用直接操纵式，而前置前驱汽车常采用远距离操纵式。

（2）自动变速器

1）组成。自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速器、油泵、控制系统（液力式或电液式）等几个部分组成（图3-24）。

图3-24 自动变速器的组成

①液力变矩器。液力变矩器位于自动变速器的最前端，它安装在发动机的飞轮上，其作用与采用手动变速器的汽车中的离合器相似。它利用液力传递的原理，将发动机的动力传给自动变速器的输入轴。此外，它还能实现一定范围内的无级变速，并具有一定的减速增矩功能。

②齿轮变速器。齿轮变速器是具有自动变速器的主要组成部分，它包括齿轮变速机构和换档执行机构。换档执行机构可以使齿轮变速机构处于不同的档位，以实现不同的传动比。大部分自动变速器的齿轮变速机构有3～4个前进档和1个倒档。这些档位与液力变矩器相配合，就可获得由起步至最高车速的整个范围内的自动变速。

③油泵。油泵通常安装在液力变矩器之后，由飞轮通过液力变矩器壳直接驱动，为液力变矩器、控制系统及换档执行机构的工作提供一定压力的液压油。

④控制系统。新型汽车自动变速器的控制系统有液力式和电液式两种。液力式控制系统包括由许多控制阀组成的阀板总成以及液压管路。电液式控制系统除了阀板及液压管路之外，还包括电脑、传感器、执行器及控制电路等。阀板总成通常安装在齿轮变速器下方的油底壳内。驾驶人通过自动变速器的变速杆改变阀板内的手动阀的位置。控制系统根据手动阀的位置及节气门开度、车速、控制开关的状态等因素，利用液压自动控制原理或电子自动控制原理，按照一定的规律控制齿轮变速器中的换档执行机构的工作，实现自动换档。此外，在自动变速器的外部还设有一个变速器油散热器，用于散发自动变速器内的油液在工作过程中产生的热量。

2）自动变速器的变速杆。自动变速器是由驾驶人通过驾驶室内的变速杆来操作的。变速杆布置在转向柱上或地板上。不论布置在哪儿，变速杆都有5～8个档位。图3-25是一种有6个档位的自动变速器变速杆，目前大部分轿车自动变速器的变速杆都是采用这种布置方式。自动变速器变速杆档位的含义与手动变速器有很大的不同，对于自动变速器来说，变速杆的档位与自动变速器本身所处的档位是两个完全不同的概念。实际上，变速杆只改变自动变速器的阀板总成中手动阀的位置，而自动变速器本身的档位则是由换档执行机构的动作决定的。它除了取决于手动阀的位置外，还取决于汽车的车速、节气门开度等因素。要正确操作自动变速器，必须了解自动变速器变速杆各个档位的含义。

①驻车档（P位）。驻车档通常位于变速杆的最前方。当变速杆位于该位置时，自动变速器中的驻车锁止机构将变速器输出轴锁止，使驱动轮不能转动，防止汽车移动；同时换档执行机构使自动变速器处于空档状态。当变速杆离开停车档位时，停车锁止机构即被释放。

②空档（N位）。空档通常位于变速杆的中间位置，在倒车档和前进档之间。当变速杆位于空档位置时，换档执行机构的动作和驻车档相同，也是使自动变速器处于空档状态。此时，发动机的动力虽经输入轴转入自动变速器，但只能使各齿轮空转，输出轴无动力输出。

③前进档（D位）。前进档位于空档之后。大部分轿车自动变速器在变速杆位于前进档位置时可以实现4个不同传动比的档位，即1档、2档、3档和超速档。其中1档传动比最大；2档次之；3档为直接档，传动比为1：超速档的传动比小于1。在汽车行驶过程中，如果变速杆位于前进档位置，则自动变速器的液压或电子控制系统能根据车速、节气门开度等因素的变化，按照设定的换档规律，自动变换档位。

④前进低档（S位和L位）。前进低档通常有2个位置，即图3-25中的S位和L位。当变速杆位于这两个位置时，自动变速器的控制系统将限制前进档的变化范围。当变速杆位于S位时，自动变速器只能在1档、2档之间自动变换档位；当变速杆位于1位时，自动变速器固定在1档或只能在1档、2档之间自动变换档位。有些车型将S位标为2位、L位标为1位，其含义上是相同的。

图3-25 自动变速器变速杆

7.万向传动装置

（1）作用万向传动装置连接两根轴线不重合且相对位置经常发生变化的轴，并能可靠地传递动力。万向传动装置的布置如图3-26所示。

（2）组成万向传动装置主要由万向节、传动轴组成，有的装有中间支承。

图3-26 万向传动装置的布置

前轮驱动轿车的万向传动装置由球笼式等速万向节和传动轴组成，货车的万向传动装置一般由十字轴刚性万向节和传动轴组成。

（3）类型

1）不等速万向节，如十字轴式万向节。

2）准等速万向节，如三销轴式万向节、双联式万向节。

3）等速万向节，如球叉式万向节、球笼式万向节。

8.主减速器

（1）作用主减速器的功用是降速增矩，以保证汽车在良好的路面上有足够的驱动力和适当的车速。此外，对于纵置发动机还具有改变转矩传递方向的作用。

（2）结构组成目前，轿车、轻型货车、中型货车等均采用单级主减速器（图3-27），由一对锥齿轮组合而成，轴承预紧度和主、从动齿轮啮合间隙可通过调整垫片进行调整。

图3-27 主减速器的构造

9.差速器

（1）作用汽车转弯时，由于内、外轮转弯半径不同，使左右驱动轮的转速不相等。差速器的作用就是避免轮胎打滑，使汽车圆滑地转弯。

（2）组成差速器主要由四个行星轮、行星齿轮轴、两个半轴齿轮和差速器壳等组成（图3-28）。

图3-28 差速器的组成

差速器的工作过程：主减速器从动大锥齿轮带动差速器壳转动，转矩经行星齿轮轴传给行星轮，再由行星轮分配给两个半轴齿轮。根据左右两驱动轮遇到阻力的情况不同，差速器使其等速传动或不等速传动。

3.2.7.2 汽车行驶系统

1.功用

汽车行驶系统的功用是把来自于传动系的转矩转化为地面对车辆的牵引力；承受外界对汽车的各种作用力和力矩；减少振动，缓解冲击，保证汽车正常、平顺地行驶。

2.组成

汽车行驶系统一般由车架、车桥、车轮和悬架组成（图3-29）。车架是全车的装配基体，它将汽车的各相关总成连接成一个整体。车轮分别支承着从动桥和驱动桥。为减少车辆在不平路面上行驶时车身所受到的冲击和振动，车桥又通过弹性前悬架和后悬架与车架连接。在某些行驶系统中，两侧车轮的车轴也可分别通过各自的弹性悬架与车架连接，即谓独立悬架。

图3-29 行驶系统的组成

3.车桥

根据悬架结构的不同，车桥分为整体式和断开式车桥。

4.悬架

（1）定义悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力装置的总称。

（2）作用

1）连接车身与车轮，以适当的刚性支承车轮。

2）吸收来自路面的冲击，改善乘坐舒适性。(www.daowen.com)

3）稳定行驶中的车身姿势，改善操纵性。

悬架位于车轴与车身之间，具有使二者结合在一起，吸收路面的冲击，提高舒适性的作用。而且在汽车的几大总成中，很少有像悬架的种类那样丰富多彩。

（3）结构组成悬架主要由弹性元件、导向机构（包括横向稳定杆和纵向稳定杆）、减振器组成，其结构如图3-30所示。

图3-30 悬架系统组成

（4）类型常见类型如下：

（5）独立悬架两侧车轮分别安装在断开式车轴的两端，每段车轴和车轮单独通过弹簧连接。当一侧车轮跳动时，对另一侧车轮不产生影响，如图3-31b所示。

独立式悬架，主要用于轿车，几乎所有轿车的前轮都采用这种方式。后轮虽比前轮采用得少，但现在的轿车基本上都采用后轮独立式悬架。

独立悬架与非独立悬架方式相比，其结构复杂，造价昂贵，但簧载质量轻，车轮对路面的挤压力大，所以，作为乘坐舒适性和操纵稳定性，这些悬架装置的基本性能都十分优秀。另外，除性能之外，在设计上的自由度大，便于根据汽车的性能设计出相应的悬架装置，可以将发动机、底板和车头设计得很低。为此，还具有降低汽车重心、减小汽车造型受约束的效果。

（6）非独立悬架非独立悬架是指两侧的车轮安装在一根整体式的车桥上，车桥通过弹性元件与车架相连的悬架。该悬架当一侧车轮跳动时，会影响另一侧车轮的工作，如图3-31a所示。优点是结构简单，制造方便。

非独立悬架有平行钢板弹簧式悬架和连杆螺旋弹簧式悬架两种。

平行钢板弹簧式悬架是非独立式悬架中最为普遍的方式。用U形螺栓将钢板弹簧固定在装有左右车轮车轴的桥壳上。钢板弹簧兼起车轴定位的作用，结构简单，基本上不需要悬臂。另外，它具有耐久性，可降低高度，使驾驶室及车厢底板平坦，适用于货车及厢式车。

连杆螺旋弹簧式悬架是为了改善乘坐舒适性而诞生的。它大多采用于前置后驱动车的后轮悬架装置。连杆螺旋弹簧式非独立悬架有三连杆、四连杆和五连杆之分。

非独立悬架因其结构简单，工作可靠，而被广泛应用于货车的前、后悬架。在轿车中，非独立悬架仅用于后桥。

5.轮胎

图3-31 非独立悬架与独立悬架示意图

a）非独立悬架 b）独立悬架

（1）轮胎的作用支承汽车的总质量，与悬架一起吸收、缓和汽车行驶时所受到的部分冲击和衰减由此产生的振动，保证车轮与路面有良好的附着能力，以提高汽车的动力性、制动性和通过性。

（2）轮胎的结构轮胎的外侧有层厚厚的橡胶层，靠它与路面接触，它被称为外胎（图3-32）。外胎面刻有各种各样的花纹（轮胎花纹）和花纹形成的沟槽，提高通过湿路面时的排水性能，改善轮胎在坏路面上的摩擦力。轮胎触地部分制作得十分厚，以承受车身重量及路面冲击。

图3-32 轮胎的结构

外胎面的里侧是称为轮胎缓冲层或束带的薄层。轮胎缓冲层用于斜线轮胎，起加强胎体的作用，束带用于子午线轮胎，它起桶箍的效果，提高外胎面的刚性。

使用钢丝制成的束带的是钢丝束带子午线轮胎，使用纤维束带的是织物束带子午线轮胎。现在普遍使用的是钢丝束带子午线轮胎。由于采用钢丝束带，轮胎基本不发生爆破现象，而且在行驶中外胎面很少变形，滚动阻力的减少降低了油耗。

束带或轮胎缓冲层下面是构成轮胎骨架的胎体。

胎体是由多层帘布层重叠起来构成了轮胎的形状，帘布由聚酯或尼龙等纤维平行排列后，再两面粘贴橡胶薄膜制成的。胎体承受轮胎的内压形成轮胎的形状。斜线轮胎胎体的纤维呈现斜纹，构成轮胎的骨架，同时还起增加外胎强度的作用。子午线轮胎体的纤维呈辐射状，构成轮胎的骨架，同时也起到增加外胎面强度的作用。胎缘是胎体包起来的钢丝，它是轮胎的固着部，被镶固在车轮的轮辋内。

目前常用的是无内胎充气轮胎。在轮胎内侧贴有气密衬层，即一种特殊的薄橡胶层，气密衬层可防止轮胎内部漏气。

（3）轮胎的型号轮胎的型号由下列各数字或字母组成：

3.2.7.3 汽车转向系统

1.功用

改变和保持汽车行驶方向。

2.组成

汽车转向系统分为机械转向系统和动力转向系统两大类。

（1）机械转向系统机械转向系统以驾驶人的体力作为转向能源，其中所有传力件都是机械的。机械转向系由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成，其一般布置情况如图3-33所示。

（2）动力转向系统动力转向系统是兼用驾驶人体力和发动机动力为转向能源的转向系统。在正常情况下，汽车转向所需能量，只有一小部分由驾驶人提供，而大部分是由发动机通过转向动力装置提供的。但在转向加力装置失效时，一般还是应当能由驾驶人独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向助力装置而形成的。

图3-34为一种液压动力转向系统的组成，其中属于转向加力装置的部件是：转向液罐、转向泵、转向控制阀和转向动力缸。

3.转向器

（1）齿轮齿条式转向器齿条齿轮式转向器是现在轿车采用最多的方式。由于刚性高，操作感好和重量轻，可以说很适合于轿车。转向盘借助于转向柱，利用万向节改变角度，然后传递给转向齿轮箱的齿轮。齿轮把来自转向盘的旋转运动变为齿条的直线运动，借助横拉杆推动或拉动转向节，使前轮转向（图3-35）。

（2）循环球式转向器循环球式转向器是由齿轮机构将来自转向盘的旋转力进行减速，使转向传动杆系统工作。它与齿条齿轮式转向器不同，没有直线运动的功能。图3-36为典型的转向系统结构，由齿轮机构将转向盘的旋转力减速后进行方向转变，转向摇臂摇动，转向摇臂再使转向直拉杆和横拉杆做直线运动，改变车轮方向。

图3-33 机械转向系统的组成

图3-34 动力转向系统

循环球式转向器的正传动效率很高（最高可达90%～95%），故操纵轻便，使用寿命长。但其逆效率也很高，在坏路上行驶时，容易将路面冲击力传到转向盘上，易出现转向盘“打手”现象。随着道路条件的改善，“打手”现象将明显改善。所以，循环球式转向器得到了广泛的应用。

图3-35 齿轮齿条式转向器

图3-36 循环球式转向器

4.四轮定位

为了使汽车能保持稳定的直线行驶，使转向轻便且能自动回正，减少轮胎磨损，车轮需要进行定位，车轮定位参数主要包括主销后倾、主销内倾、外倾和前束等。对于后轮一般只有外倾和前束两个定位参数。

（1）主销后倾主销装在前轴上，其上端略向后倾，这种现象叫主销后倾。在纵垂直平面内，垂直线与主销轴线之间的夹角叫主销后倾角，如图3-37所示。主销后倾的作用主要是为了保持汽车直线行驶的稳定性，并使汽车转向后前轮有自动回正的作用。

（2）主销内倾主销在前轴上安装时，其上端略向内倾斜，这种现象称为主销内倾（图3-38）。在横向平面内，主销轴线与垂直线之间的夹角叫主销内倾角。主销内倾角的作用也是为了保持汽车直线行驶的稳定性，并使汽车转向轻便。

（3）车轮外倾车轮安装在车桥上时，其旋转平面上方略向外倾斜，这种现象称为车轮外倾（图3-39）。车轮外倾的作用是避免汽车重载时车轮产生负外倾，提高汽车行驶安全性。

图3-37 主销后倾

图3-38 主销内倾

图3-39 车轮外倾

（4）车轮前束车轮安装时，同一轴上两端车轮的旋转平面不平行，前端略向内束，这种现象称为车轮前束（图3-40）。左右轮后方距离A与前方距离B之差（A-B）称为前束值。当A-B＞;0时，前束值为正，反之则为负。

3.2.7.4 汽车制动系统

1.功用

根据需要使汽车减速或在最短的距离内停车，以保证行车的安全。使驾驶人敢于发挥出汽车的高速行驶能力，从而提高汽车运输的生产率；又能使汽车可靠地停放在坡道上。

2.类型

图3-40 车轮前束

（1）液压制动系统液压制动系统的基本组成和回路如图3-41所示。液压制动系统主要由制动主缸、制动轮缸、真空助力器、前制动器、后制动器等组成。

（2）气压制动系统气压制动传动装置是利用压缩空气作动力源制动装置。驾驶人只需按不同的制动强度要求，控制制动踏板的行程，便可控制制动气压的大小来获得所需要的制动力。气压制动传动装置由两大部分组成（图3-42）。一是气源部分，它包括空气压缩机、调压机构（卸荷阀和调压阀）、储气筒、气压表和安全阀等部件；二是控制部分，它包括制动踏板、制动控制阀、控制管路、制动气室、制动灯开关等部件。