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传动系统结构与工作原理分析

更新时间:2025-01-09 工作计划 版权反馈
【摘要】:不同的功能部件分别满足传动系统不同的功能需求。图2-17 底盘传动系统布置图二、离合器及离合器操纵1.离合器离合器位于发动机之后、传动系统的始端,是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件。2)保证传动系统换档时工作平顺。在汽车行驶过程中,为了适应不断变化的行驶条件,传动系统经常要换用不同档位工作。3)防止传动系统过载。

一、传动系统的功用及组成

1.传动系统的功用

(1)减速增矩 发动机输出的动力具有转速高、转矩小的特点,无法满足汽车行驶的基本需要,通过传动系统中桥的主减速器,可以达到减速增矩的目的,即传给驱动轮的动力比发动机输出的动力转速低、转矩大。

(2)变速变矩 发动机的最佳工作转速范围很小,但汽车行驶的速度和需要克服的阻力却在很大范围内变化,通过传动系统的变速器,可以在发动机工作范围变化不大的情况下,满足汽车行驶速度变化大和克服各种行驶阻力的需要。

(3)实现倒车 发动机不能反转,但汽车除了前进外还要倒车,在变速器中设置倒档,汽车就可以实现倒车。

(4)必要时中断传动系统的动力传递 起动发动机、换档过程中、行驶途中短时间停车(如等候交通信号灯)、汽车低速滑行等情况下,都需要中断传动系统的动力传递,利用变速器的空档可以中断动力传递。

(5)差速功能 在汽车转向等情况下,需要两驱动轮能以不同转速转动,通过变速驱动桥可以实现差速功能。

2.传动系统的组成

机械式传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成。其中万向传动装置由万向节和传动轴组成,驱动桥由主减速器、轮边减速器和差速器组成。不同的功能部件分别满足传动系统不同的功能需求。

3.传动系统的布置

1)汽车起重机传动系统的传动关系为发动机→离合器→变速器→万向传动装置→主减速器→差速器→半轴→轮边减速器→车轮。底盘传动系统布置图如图2-17所示。

2)汽车的驱动形式通常用汽车车轮总数×驱动车轮数(车轮数是指轮毂数)来表示。根据车轮总数不同,常见的驱动形式有4×2、4×4、6×4、8×4、6×6。

徐州徐工起重机械事业部25T、30T汽车起重机底盘采用6×4驱动形式,50T底盘采用8×4驱动形式。

三一集团生产的17T、26T汽车起重机底盘采用6×4驱动形式,52T底盘采用8×4驱动形式。

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图2-17 底盘传动系统布置图

二、离合器及离合器操纵

1.离合器

离合器位于发动机之后、传动系统的始端,是汽车传动系统中直接与发动机相联系的部件。

(1)离合器的功用

1)保证汽车平稳起步。

2)保证传动系统换档时工作平顺。在汽车行驶过程中,为了适应不断变化的行驶条件,传动系统经常要换用不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档,一般是通过拨动齿轮或其他挂档机构,使原用档位的某一齿轮副退出传动,再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板,中断动力传递,便于使原用档位的啮合副脱开,同时有可能使新档位啮合副的啮合部位的速度逐渐趋向相等(同步),这样,进入啮合时的冲击可以大为减轻。

3)防止传动系统过载。所以,离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性连接,而是借两者接触面之间的摩擦作用来传递转矩(摩擦离合器),或是利用液体作为传动的介质(液力耦合器),或是利用磁力传动(电磁离合器)。目前,汽车上采用比较广泛的是用弹簧压紧的摩擦离合器(通常简称为摩擦离合器)。

(2)摩擦离合器的类型 对于汽车起重机专用底盘而言,所使用的摩擦离合器有螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器两种,螺旋弹簧离合器按弹簧在压盘上的布置又分为周布弹簧离合器和中央弹簧离合器,一般周布弹簧离合器应用较多。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的称为膜片弹簧离合器。

1)膜片弹簧离合器的构造。膜片弹簧离合器由飞轮、离合器、压盘及盖总成等组成,如图2-18所示。

2)压紧装置与分离机构。压紧装置与分离机构由膜片弹簧、枢轴环、压力板、金属带及收缩弹簧等组成,如图2-19所示。膜片弹簧的形状像一个碟子,它是在一个具有锥形面的钢制圆盘上,开有许多径向切口,形成一排有弹性的杠杆。在切口的根部都钻有孔,以防止应力集中。

枢轴环装在膜片弹簧外侧,当膜片弹簧工作时,它作为枢轴而工作。收缩弹簧连接膜片弹簧和压力板,将膜片弹簧的运动传给压力板。

3)从动部分(摩擦片、离合器片)。离合器从动部分的主要部件是从动盘。从动盘分为不带扭转减振器和带扭转减振器两种类型。在汽车起重机上主要采用带扭转减振器的从动盘,故主要介绍带扭转减振器的从动盘。带扭转减振器的从动盘的构造如图2-20所示。

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图2-18 膜片弹簧离合器的构造

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图2-19 膜片弹簧离合器压紧装置与分离机构

①由于发动机传到汽车起重机底盘传动系的转速和转矩是周期性地不断变化的,这就使传动系产生扭转振动;另一方面由于汽车底盘行驶在不平的道路上,使汽车底盘传动系出现角速度的突然变化,也会引起上述扭转振动。这些都会对传动系零件造成冲击载荷,使其寿命缩短,甚至会损坏零件。为了消除扭转振动和避免共振,防止传动系过载,多数离合器从动盘安装有扭转减振器。从动盘和从动盘毂通过弹簧弹性地连接在一起,构成减振器的缓冲机构。

②当从动盘受转矩作用时,由摩擦衬片传来的转矩,首先传到从动盘钢片,再经弹簧传给毂,这时弹簧被进一步压缩,因而,由发动机曲轴传来的扭转振动所产生的冲击即被弹簧所缓和以及摩擦片所吸收,而不会传到变速器以后总成部件上;同样,汽车底盘行驶于不平路面上所引起传动系角速度的变化也不会影响发动机。离合器摩擦片所用的材料,有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。离合器从动盘在安装时,应具有方向性,以避免连接长度不足、摩擦片悬空、顶分离轴承等现象。

4)周布弹簧离合器压盘总成。周布弹簧离合器压盘总成如图2-21所示。对于汽车起重机装配企业而言,离合器压盘由生产厂家直接提供,只需完成装配即可,在出厂前,压盘总成进行了静平衡;同时对压盘安装紧固后,压盘的预紧力按使用要求调整好,能满足离合器摩擦片的转矩传递需要。

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图2-20 带扭转减振器的从动盘的构造

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图2-21 周布弹簧离合器压盘总成

2.离合器操纵机构

目前,汽车离合器广泛采用机械式或液压式操纵机构,多数汽车起重机专用底盘均采用气压助力式液压操纵机构。

如图2-22所示,气压助力式液压操纵机构利用了汽车上的压缩空气装置。它由踏板、离合器总泵、离合器分泵、储气筒和管路等所组成。

(1)离合器总泵的组成和工作原理

1)如图2-23所示,缸体中部有与储油壶(一般在驾驶室左后侧)相通的制动液输入接口,活塞中部切有通槽,限位螺钉穿过通槽拧装在缸体上。活塞前部设置了进油阀,进油阀的阀杆后端穿在活塞的中心孔中,无配合关系;在阀杆的前端装有橡胶密封圈的阀门,阀门前端装有锥形复位弹簧;进油阀的复位弹簧座紧套在活塞的前端并被轴向定位,复位弹簧座上具有轴向中心孔和径向的槽。

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图2-22 气压助力式液压操纵机构

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图2-23 离合器总泵结构示意图

2)离合器总泵不工作时,空心的进油阀以其尾端靠在限位螺钉上,使阀保持开启,工作油液可从储油壶经进油孔、活塞切槽、阀杆中的通道和复位弹簧座上的槽孔流入,并充满离合器总泵压力腔。踩下离合器踏板时,推杆推动活塞左移,在压缩活塞复位弹簧的同时,锥形复位弹簧使杆端阀门压紧在活塞的前端,密封了主缸与储油罐之间的通孔;继续踩下离合器踏板,则缸内油液就在活塞及皮圈的作用下压力上升,并通过管路流向离合器分泵。

3)当抬起离合器踏板时,活塞复位弹簧使主泵活塞后移,活塞后移到位时,通过限位螺钉推动阀杆及杆端密封圈阀门,压缩锥形复位弹簧,使整个油路与离合器分泵相通,整个系统无压力。

(2)离合器分泵的组成和工作原理

1)如图2-24所示,离合器分泵是一个将液压缸、助力气缸和气压控制阀三者组合在一起的部件,其中的控制阀本身又受控于液压缸的压力。

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图2-24 离合器分泵结构示意图

2)在离合器接合状态时,在平衡弹簧的作用下进气阀将进气阀座上的进气孔关闭,切断了压缩空气从进气口通向助力气室的气路。而排气阀前端并未压紧进气阀前端,因此,分泵助力气室经排气阀的中心孔与大气接通。

3)当踩下踏板使离合器分离时,液压缸来的液压油进入液压腔,一方面作为工作压力作用在液压缸活塞上,另一方面又控制复位弹簧压缩,推动排气阀左移,使排气阀前端压紧进气阀前端,同时封闭排气阀的中心孔,切断助力气室与大气的通路。继续踩下踏板,使排气阀压下进气阀,进气阀座上的进气孔开启,使助力气室与压缩空气接通,离合器即被迅速分离。

三、变速器及变速操纵

1.变速器

(1)变速器的功用

1)改变传动比,扩大汽车牵引力和速度的变化范围,以适应汽车不同条件的需要。

2)在发动机曲轴旋转方向不变的条件下,使汽车能够倒向行驶。

3)利用空档中断发动机向驱动轮的动力传递,以使发动机能够空载起动和怠速运转,并满足汽车暂时停车和滑行的需要。

4)利用变速器作为动力输出装置驱动其他机构,如汽车起重机上的液压泵驱动。

(2)变速器结构 图2-25所示为RT11509C型变速器外形图。

2.变速器的操纵机构

(1)功用 变速器操纵机构的功用是保证驾驶人根据使用条件,将变速器换入某个实际需要档位。

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图2-25 RT11509C型变速器外形图

(2)类型 汽车的变速操纵机构主要有直接操纵式和远距离操纵式两种类型,前者主要应用于轿车和长头货车,汽车起重机变速器操纵机构主要采用后者,且均使用远距离软轴操纵机构,如图2-26所示。

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图2-26 远距离软轴操纵机构

(3)变速器换档装置(换档拨叉机构)图2-27所示为六档变速器换档装置。变速杆的上部与软轴操纵机构直接相连,伸到驾驶室内,变速杆通过球节支承在变速器盖顶部的球座内,且能够以球节为支点前后左右摆动。变速杆的下端球头插在叉形拨杆的球座内。叉形拨杆由换档轴支承在变速器盖顶部支承座内,可随换档轴轴向前后滑动或绕轴线转动,其下端的球头则插到各个拨块的顶部凹槽中。各个拨块分别与相应的拨叉轴固定在一起,四根拨叉轴的两端支承在变速器盖上相应的孔中,可以轴向滑动;四个拨叉的上端通过螺钉固定在拨叉轴上,各拨叉下端的拨叉口则分别卡在相应档位的接合套(包括同步器的接合套,或滑动齿轮的环槽)内。图示位置变速器处于空档,各个拨叉轴和拨块都处于中间位置,变速杆及叉形拨杆均处于正中位置。变速器要换档时,驾驶人首先左右摆动变速杆,使叉形拨杆下端球头置于所选档位拨块的凹槽内,然后再向前或向后纵向摆动变速杆,使叉形拨杆下端球头通过拨块带动拨叉轴及拨叉向前或向后移动,从而可实现换档。

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图2-27 六档变速器换档装置

四、万向传动装置

1.万向传动装置的功用组成及应用

(1)功用 万向传动装置的功用是能在轴间夹角和相对位置经常变化的转轴之间传递动力。传动系中的万向传动装置在变速器之后,把变速器输出转矩传递到驱动桥。

(2)组成 万向传动装置一般由万向节和传动轴组成;对于传动距离较远的分段式传动轴,为了提高传动轴的刚度,还设置有中间支承。

(3)应用 在发动机前置、后轮驱动的汽车上,变速器常与发动机、离合器连成一体支承在车架上,而驱动桥则通过弹性悬架与车架连接。变速器输出轴轴线与驱动桥的输入轴轴线难以布置得重合,并且在汽车行驶过程中,由于不平路面的冲击等因素,弹性悬架系统产生振动,使两轴相对位置经常变化。故变速器的输出轴与驱动桥输入轴不可能采用刚性连接,而必须采用一般由两个万向节和一根传动轴组成的万向传动装置。国内多数汽车起重机底盘即是采用此种布置形式,其布置如图2-28所示。

在变速器与驱动桥距离较远的情况下,应将传动轴分成两段,即主传动轴、中间传动轴和后传动轴,且在中间传动轴后端设置了中间支承。

2.传动轴

传动轴是万向传动装置中的主要传力部件。其结构有实心轴和空心轴之分,大多数情况下,传动轴多为空心轴,一般用厚度为1.5~3mm且厚薄均匀的钢板卷焊而成,超重型货车则直接采用无缝钢管。

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图2-28 起重机底盘变速器与驱动桥之间的万向传动装置

传动轴结构示意图如图2-29所示。传动轴总成两端连接万向节,中间的滑动叉套装在花键轴上,可轴向滑动,以适应变速器和驱动桥相对位置的变化;滑动部位用润滑脂润滑,并用防尘护套防漏、防水、防尘,保证花键部位伸缩自如。

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图2-29 传动轴结构示意图

传动轴两端的连接件装好后,应进行动平衡试验。在质量轻的一侧补焊平衡片,使其不平衡量不超过规定值。为防止装错位置和破坏平衡,防尘护套、滑动叉上都应刻有装配位置标记。为保持平衡,万向节的螺钉、垫片等零件不应随意改换规格。为加注润滑脂方便,万向传动装置的滑脂嘴应在一条直线上,且万向节上的滑脂嘴应朝向传动轴。

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