第1篇 汽车传动系构造与维修
第1章 传动系概述
教学提示：汽车传动系是汽车底盘重要组成部分。本章介绍了传动系功用和组成、传动系类型及布置形式以及汽车行驶基本原理。
教学目标：要求学生掌握传动系功用和组成；重点掌握传动系类型及布置形式；了解汽车行驶基本原理。
1．传动系功用
传动系能使汽车发动机所发出的动力传递到驱动车轮，具有减速、变速、倒车、中断动力、轮间差速和轴间差速等功能，与发动机配合工作，能保证汽车在各种工况条件下正常行驶，并具有良好的动力性和经济性。
2．传动系类型
汽车传动系按结构和传动介质分，其类型有机械式、液力式、静液压式、电力式等。它的首要任务就是与汽车发动机协同工作，以保证汽车能在不同使用条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济性。机械式传动系因效率较高、结构简单、工作可靠、成本较低而被广泛应用于汽车上。液力式传动系结构较复杂、造价较高，但由于其操纵的方便性和挡位选择的合理性，被广泛用于轿车和部分重型汽车以及大型拖拉机。静液压式传动系也是造价较高，但具有传动系统布置灵活的特点，因此被广泛应用于工程机械和军用车辆。电力式传动系目前多被应用于工程机械。由于机械式传动系在汽车上得到广泛应用，本书作重点介绍。
3．机械式传动系布置形式及组成
机械式传动系布置形式及组成是随发动机的类型、安装位置以及汽车用途的不同而变化的，有前置后驱、后置后驱、前置前驱、四轮驱动4种形式。
1）前置后驱（FR）
前置后驱（FR）即发动机前置、后轮驱动，这是一种常见的布置形式，如图1.1所示。其由离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器、半轴组成。对于前置后驱的汽车来说，发动机发出的转矩依次经过离合器、变速器、万向节、传动轴、主减速器、差速器、半轴传给后车轮，所以后车轮又称为驱动轮。汽车的前轮与传动系一般没有动力上的直接联系，因此称为从动轮。国内外的大多数货车、部分轿车和部分客车采用这种形式。
图1.1 发动机前置、后轮驱动布置形式
1—离合器；2—变速器；3—万向节；4—驱动桥；5—差速器；6—半轴；7—主减速器；8—传动轴
2）后置后驱（RR）
后置后驱（RR）即发动机后置、后轮驱动，如图1.2所示。其系统由离合器、变速器、万向传动装置、角传动装置、驱动桥组成。发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用汽车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多，少量微型、轻型轿车也采用这种形式。
图1.2 发动机后置、后轮驱动布置形式
1—发动机；2—离合器；3—变速器；4—角传动装置；5—万向传动装置；6—驱动桥
3）前置前驱（FF）
前置前驱（FF）即发动机前置、前轮驱动，如图1.3所示。其系统由离合器、万向节、变速器、主减速器、差速器、半轴组成。这种形式操纵机构简单、发动机散热条件好。但上坡时汽车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于汽车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。现在大多数轿车采取这种布置形式。
图1.3 发动机前置、前轮驱动布置形式
1—变速器；2—离合器；3—发动机；4—万向节；5—差速器；6—主减速器；7—半轴
4）四轮驱动（4WD）
四轮驱动（4WD）即发动机前置、全轮驱动，如图1.4所示。在变速器后装有分动器将动力传递到全部车轮上。其由系统离合器、变速器、前后万向传动装置、分动器、前后驱动桥组成。目前，轻型越野汽车普遍采用4 ×4驱动类型，中型越野汽车采用4 ×4或6 ×6驱动类型；重型越野汽车一般采用6 ×6或8 ×8驱动类型。
图1.4 4×4汽车传动系统
1—前桥；2—分动器；3—后桥
四轮驱动分为自动四轮驱动和分时四轮驱动两种，自动四轮驱动或全轮驱动在大部分的SUV车上采用，采用这套系统的汽车通常都运行在两轮驱动的模式下，而四轮驱动或全轮驱动模式则由系统自行判断，变成全轮驱动后，系统自动的分配牵引力给4个车轮，并且根据前后车轴的需要改变前后牵引力的比例，在大多数情况下，这是通过检测到打滑的车轮做出判断的。分时四轮驱动一般在SUV和皮卡中采用，这种类型需要驾驶员手动选择两轮驱动和四轮驱动模式，转换通过一根操纵杆或者按钮来进行，目前这种系统都允许在驾驶中进行模式转换。但四轮驱动模式不适合在干路上使用，否则会有翻车的危险。
4．汽车行驶基本原理
要使汽车行驶，必须对汽车施加一个驱动力以克服汽车所受到各种阻力。汽车所受到各种阻力有滚动阻力、空气阻力、上坡阻力等。
滚动阻力Ff：主要是由于车轮滚动时轮胎与路面变形而产生。车轮滚动时产生的这些变形与摩擦都要消耗发动机一定的动力，其数值与汽车的总重力、轮胎的结构和气压以及路面性质有关。
空气阻力Fw：汽车行驶时，需要排开其周围的空气，使其前面受气流压力并且后面形成真空，产生压力差，此外还存在着各层空气之间以及空气与汽车表面的摩擦，再加上冷却发动机、室内通风以及汽车表面零件引起的气流干扰等，就形成空气阻力。空气阻力与汽车的形状、汽车的正面投影面积有关，特别是与汽车与空气的相对速度的平方成正比。当汽车高速行驶时，空气阻力的数值将显著增加。
上坡阻力Fi：汽车上坡时，其总重力沿路面方向的分力形成的阻力称为上坡阻力，上坡阻力的数值取决于汽车的总重力和路面的纵向坡度。上坡阻力只是在汽车上坡时才存在。
为了克服上述阻力，使汽车正常行驶，汽车必须有足够的驱动力，如图1.5所示。发动机经由传动系在驱动轮上施加一个驱动力矩Tt，力矩使驱动轮旋转。在Tt作用下，在驱动轮与路面接触之处对路面施加一个圆周力Fo，其方向与汽车行驶方向相反，其数值为Tt与车轮滚动半径Rr之比：Fo=Tt/Rr。由于车轮与路面的附着作用，根据作用力与反作用力原理，在车轮向路面施加力Fo同时，路面对车轮施加一个数值相等、方向相反的反作用力Ft, Ft就是汽车行驶的驱动力，也称牵引力。驱动力作用在驱动轮上，再通过车桥、悬架、车架等行驶系传到车身上，使汽车行驶。
图1.5 汽车行驶基本原理图
当驱动力增大到足以克服汽车静止时所受的阻力时，汽车开始起步行驶。汽车起步后，其行驶情况取决于驱动力与总阻力之间的关系。当总阻力ΣF=Ff+Fw+Fi等于驱动力Ft时，汽车将匀速行驶。
当总阻力ΣF=Ff+Fw+Fi小于驱动力Ft时，汽车将加速行驶。然而，随着车速增加，总阻力亦随空气阻力的增大而急剧增加，所以汽车速度只能增大到驱动力与总阻力达到新的平衡为止，汽车便以较高的速度匀速行驶。
当总阻力超过驱动力时，汽车将减速以至于停车。
汽车并不是在任何情况下都能发出足够的驱动力。比如汽车在很滑的冰雪面上或泥泞路面上行驶时，加大节气门可能只会使驱动车轮加速滑转，而驱动力却不能增大。驱动力的最大值固然取决于发动机的最大转矩和传动系的传动比，但实际发出的驱动力还受到轮胎与路面之间的附着性能的限制。把车轮与路面的相互摩擦以及轮胎花纹与路面凸起部的相互作用综合在一起，称为附着作用，由附着作用所决定的阻碍车轮打滑的路面反力的最大值就称为附着力Fφ。
在积雪和泥泞路面上，因雪和泥的抗剪强度很低，使得轮胎表面和雪、泥之间的摩擦力很小，因而附着系数的数值也很小。所以在这种条件下，尽管行驶阻力有时并不大，但受到附着力限制的驱动力却不能进一步增大到足以克服行驶阻力，汽车不得不减速以至停车。因此，要使汽车正常行驶必须满足以下条件：
ΣF≤Ft≤Fφ