汽车传动系统的功能及原理

传动系统是汽车底盘的重要组成部分,是从发动机到驱动轮之间的一系列传动零部件的总称,其作用是将发动机的动力传给驱动轮,使汽车能够正常行驶。

目前,汽车上广泛使用的活塞式内燃机具有转速高、输出转矩变化范围小、不能反转、带负荷启动困难等特性,而汽车的车速和驱动力变化范围大,并要求能倒退行驶、平稳起步和停车。为使汽车在不同使用条件下都能正常工作,并获得较好的动力性和经济性,必须设置传动系统,且令其实现以下基本功能。

1.减速增矩

发动机曲轴转速往往高达2000～6000r/min,它所输出的扭矩则比较小。假若将其转速和扭矩直接传递给驱动轮,不仅使汽车车速大到惊人的程度而失去其利用价值,而且该扭矩形成的驱动力难以使汽车起步和行驶。

现以东风EQ1090E型汽车为例,该汽车的6100Q-1型发动机在发出最大功率99.3k W时的曲轴转速为3000r/min,如果将发动机与驱动轮直接连接,则对应这一曲轴转速的汽车速度将达510km/h。这样高的车速既不实用,又不可能实现(因为相应的牵引力太小,汽车根本无法起步)。

另一方面,该车满载质量为9290kg(总重力为91135N),其最小滚动阻力约为1376N。若要求满载汽车在坡度为30%的道路上匀速上坡行驶,则所需要克服的上坡阻力即达2734N。其发动机所能产生的最大转矩为353N·m(1200～1400r/min)。假设将这一转矩直接如数传给驱动轮,则驱动轮可能得到的牵引力仅为784N。显然,在此情况下,汽车不仅不能爬披,而且即使在平直的良好路面上,也不可能匀速行驶。

因此,为解决上述矛盾,必须使传动系统具有减速增矩作用,亦即使驱动轮的转速降低为发动机转速的若干分之一,相应地驱动轮所得到的转矩则增大到发动机转矩的若干倍。在机械式传动系统中,若不计摩擦,则驱动轮转矩与发动机转矩之比等于发动机转速与驱动轮转速之比,二者统称为传动比。

2.变速变矩

汽车经常因道路状况、装载质量和交通情况等,工作条件在很大范围内不断变化,要求其驱动力和行驶速度亦在很大范围内与之相适应,即根据汽车不同的行驶工况,改变传到驱动轮上的扭矩和转速,使汽车得到在该种工况下最合适的车速和驱动力。

3.实现倒驶(www.xing528.com)

汽车在某些情况下(如进入停车场或车库,或者在窄路上调头时),需要倒向行驶。然而,内燃机是不能反向旋转的,故与内燃机共同工作的传动系统必须保证在发动机旋转方向不变的情况下,使驱动轮反向旋转。一般结构措施是在变速器内加设倒挡机构(具有中间齿轮的减速齿轮副),以便在发动机不能反转的条件下,实现车辆的反向行驶。

4.中断传动

发动机只能在无负荷情况下启动,而且启动后的转速必须保持在最低稳定转速上,否则就可能熄灭。所以,在汽车起步之前,必须将发动机与驱动轮之间的传动路线切断,以便启动发动机。发动机进入正常怠速运转后,再逐渐地恢复传动系统的传动能力。此外,在变换传动系统传动比(换挡)以及对汽车进行制动之前,也都有必要暂时中断动力传递。为此,在发动机与变速器之间,可装设一个依靠摩擦来传动,且其主动和从动部分可在驾驶员操纵下彻底分离,随后再柔和接合的机构——离合器。

在汽车长时间停驻,以及在发动机不停止运转而使汽车暂时停驻,或在汽车获得相当高的车速后,欲停止对汽车供给动力,使之依靠自身惯性进行长距离滑行时,传动系统应能长时间保持在中断传动状态。为此,变速器须设有空挡,即所有各挡齿轮都能自动保持在脱离传动位置的挡位。

5.差速作用

当汽车转弯行驶时,左右车轮在同一时间内滚过的距离不同,如果两侧驱动轮仅用一根刚性轴驱动,则二者角速度必然相同,因而在汽车转弯时必然产生车轮相对于地面滑动的现象。这将使转向困难,汽车的动力消耗增加,传动系统内某些零件和轮胎加速磨损。汽车直线行驶时,由于在同一轴上两端的轮胎新旧程度不等、气压不等以及装载质量不均等原因,均会造成两端的车轮直径不等;同时,两端车轮通过的路面高低不平,所驶过的路程也不相等。如果驱动桥两端的车轮都刚性的安装在一根轴上,会加速轮胎和有关机件的磨损。所以,驱动桥内装有差速器,使左右两驱动轮可以不同的角速度旋转。

6.万向传动

发动机、离合器、变速器固定在车架上,驱动桥通过弹性元件与车架连接,所以一般汽车发动机的动力输出轴与驱动桥的动力输出轴不在同一轴线上。加之汽车由于装载质量的变化和在不平的路面行驶时震动引起的驱动桥与发动机相对位置的变化等,均需要设置一个能够适应动力输出装置和动力输入装置不在同一轴线上的万向传动装置,以满足汽车传动的需要。