汽车构造总体讲义.docx
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汽车构造总体讲义
目录
总论2
第一章6
第二章曲柄连杆机构10
第三章配气机构19
第四章汽油机供给系28
第五章汽油直接喷射发动机供给系34
第六章冷却系40
第七章润滑系43
第八章柴油机供给系46
第九章汽车传动系概述51
第十章离合器52
第十一章变速器与分动器54
第十二章自动变速器56
第十三章万向传动装置60
第十四章驱动桥62
第十五章车架65
第十六章车桥和车轮66
第十七章悬架69
第十八章汽车转向系73
第十九章汽车制动系76
总论
学习目标:
激发学生的学习兴趣,了解国内、外汽车发展状况,掌握相关概念及汽车的基本知识。
1.掌握汽车的类型及分类方法;
2.了解汽车型号的编制规则;
3.掌握汽车的总体构造;
4.了解汽车的行驶原理。
学习方法:
总论是新同学接触汽车专业的第一次课,汽车作为工业的支柱产业,发展前景广阔。
通过介绍世界汽车的发展概况、类型、编号、总体构造以及行驶原理,激发学生对汽车的兴趣,充分掌握汽车的基本结构组成。
学习内容:
一、国内、外汽车工业的概况
二、汽车类型
三、国产汽车的编号规则
四、汽车的总体构造
五、汽车的行驶原理
学习重点:
1.汽车的类型及分类方法;
2.汽车的总体构造;
3.汽车的行驶原理。
作业习题:
1.简述汽车的总体构造?
2.CA1091、BJ2020、SK6120、TJ7100各是什么含义?
3.轿车可分几个级别?
依据是什么?
一、现代汽车的类型
汽车是由动力装置驱动的,具有四个或四个以上车轮的非轨道无架线的车辆。
汽车的主要用途是运输—载送人员和(或)货物。
它的分类形式有很多种:
按用途分类
1.运输汽车
1)载货汽车
微型货车Ga≤1.8t,轻型货车1.8t<Ga≤6t,中型货车6t<Ga≤14t,重型货车Ga>14t。
(注:
Ga-厂定最大总质量,下同)图0-1-1图0-1-2
2)客车
微型客车L≤3.5m,轻型客车3.5m<L≤7m,中型客车7m<L≤10m,大型客车10m<L≤12m,特大型客车L>12m,包括车长超过12m的铰接式客车。
(注:
L-车长)图0-1-3图0-1-4
3)轿车
微型轿车V≤1L,普通级轿车1L<V≤1.6L,中级轿车1.6L<V≤2.5L,中高级轿车2.5L<V≤4L,高级轿车V>4L。
(注:
V-发动机排量L—升)图0-1-5图0-1-6
4)牵引车
半挂牵引汽车(后部设有牵引座,用于牵引和支撑半挂车前端),全挂牵引汽车(本身带有车厢,其外形与货车相似,但其车辆长度和轴距较短,而且尾部设有拖钩)。
图0-1-7图0-1-8
2.特种用途汽车
1)娱乐汽车:
包括旅游汽车、海滩游玩车等。
2)竞赛用车
3)特种作业用车:
包括消防车、运钞车、救护车等。
按动力装置形式分类
1.活塞式内燃机汽车
根据其使用燃料的不同,通常分为汽油车和柴油车。
汽油和柴油在近期内仍将是活塞式内燃机的主要燃料,而各种代用燃料的研究工作也在大力开展。
活塞式内燃机还可按其活塞的运动方式分为往复活塞式和旋转活塞式内燃机两种类型。
2.电动汽车
动力装置是电动机。
电动汽车的优点是无废气排出、不产生污染、噪音小、能量转换效率高、易实现操纵自动化。
电动机的供能装置通常是化学蓄电池。
传统式的铅蓄电池在重量、充电时间间隔、寿命、放电能力等方面还不完全令人满意,从而限制了电动汽车的大量普及。
但是,在汽车公害、能源等社会问题进一步突出的今天,又会促使电动汽车的研究和推广工作加快步伐。
目前,碱性蓄电池(镍-铬电池、镍-铁电池)的研究取得了较大的进展。
这种电池性能好、重量轻,但其制造工艺较复杂,价格较高。
此外,电动机的供能装置也可以是太阳能电池,或其它形式的能源。
3.燃气轮机汽车
与活塞式内燃机相比,燃气轮机功率大、质量小,转矩特性好,所使用的燃油无严格限制,但其耗油量大,噪音高,制造成本也较高。
按行驶道路条件分类
1.公路用车
指主要行驶于公路和城市道路的汽车。
公路用车的长度、宽度、高度、单轴负荷等均受交通法规的限制。
2.非公路用车
一类是本身的外廓尺寸、单轴负荷等参数超出了法规限制而不适合于公路行驶,只能在矿山、机场、工地内的无路地区或专用道路上行驶的汽车。
一类是越野汽车,可分为
轻型越野汽车Ga≤5t,中型越野汽车5t≤Ga≤13t,重型越野汽车13t<Ga≤24t,超重型越野汽车Ga>24t。
图0-1-9图0-1-10
按行驶机构的特征分类
1.轮式汽车
通常可分为非全轮驱动和全轮驱动两种类型。
汽车的驱动型式一般用“n×m”表示,其中n为车轮总数,m为驱动轮数。
2.其它型式的汽车
包括履带式汽车、雪橇式汽车、气垫式汽车、步行机构式汽车等。
二、汽车产品型号
汽车的产品型号由企业名称代号、车辆类别代号、主参数代号、产品序号等组成,必要时可附加企业自定代号,如图0-2-1。
企业名称代号一般为汽车制造厂的汉语拼音缩写,如:
BJ(北京)、SH(上海)、EQ(二汽)、CA(中国一汽)等,车辆类别代号和主参数代号见下表0-1。
表0-1车辆类别代号和主参数代号
车辆种类
车辆类别代号主参数代号
载货汽车
1表示汽车总质量(t)的数值,当汽车总质量大于100t时,允许使用3位数字。
越野汽车
2自卸汽车
3牵引汽车
4专用汽车
5客车
6表示汽车总长度(0.1m)的数值,当汽车总长度大于10m时,计算单位是m。
轿车
7表示发动机的工作容积(0.1L)的数值
(备用)
8半挂车及专用半挂车
9表示汽车总质量(t)的数值。
产品序号指企业发展该产品的顺序号。
企业自定代号用汉语拼音字母或阿拉伯数字表示,位数由企业自定,常用在表示同一种汽车但结构略有变化而需要区别时。
专用汽车分类代号用三个汉语拼音表示,第一个字母反映车辆结构特征,后两个字母表示用途特征。
结构特征代号用X表示厢式汽车,G表示罐式汽车,Z表示专用汽车,T表示特种结构汽车,J表示起重举升汽车,C表示仓栅式汽车。
用途特征代号用专用汽车具体用途的两个汉字的第一个汉语拼音字母表示。
三、汽车总体构造
汽车是由上万个零部件组成的结构复杂的机动交通工具,根据其动力装置、运送对象和使用条件的不同,汽车的总体构造有较大差异,但基本结构都由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成。
1 发动机
发动机是汽车的动力装置。
当前汽车发动机广泛采用的是往复活塞式内燃机,它一般是由曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、点火系统(汽油发动机采用)和起动系统。
柴油内燃机则由除点火系统以外的两大机构和四大系统组成。
2 底盘
底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四大部分组成。
作为汽车的基体,发动机、车身、电气设备及各种附属设备都直接或间接地安装在底盘上。
1)传动系
传动系用来将发动机的动力传输给各驱动轮。
传动系包括离合器、变速器、驱动桥、传动轴等部件。
图0-3-1
2)行驶系
汽车的行驶系由汽车的行驶机构和承载机构组成,它包括车轮、车轴和桥壳、悬架、车架等部件。
汽车行驶系的功用是支撑整车质量,传递和承受路面作用于车轮的各种力和力矩,并缓和冲击、吸收振动,以保证汽车在各种条件下正常行驶。
图0-3-2
3)转向系
转向系是通过对左、右转向车轮不同转向角之间的合理匹配来保证汽车沿着设想的轨迹运动的机构,它由转向操纵机构、转向器和转向传动机构组成。
采用动力转向时,还应有转向动力系统。
为了避免汽车撞车时驾驶员受到转向盘的伤害,在转向盘中间安装安全气囊,还可在转向系中设置防伤装置。
为了缓和来自地面的冲击,衰减转向车轮的摆动和转向机构的振动,有的车型在转向系中还装有转向减振器。
多数两轴及三轴汽车仅采用前轮转向。
为了提高操作稳定性和机动性,越野汽车和某些现代轿车采用全四轮转向。
4)制动系
使汽车减速或停车,并保证驾驶员离去后汽车可靠地停驻,汽车的制动系包括行车、驻车、应急和辅助制动等制动装置。
3 车身
车身用来安置驾驶员、乘客和货物等。
轿车和客车车身一般是整体壳体,有承载式车身和非承载式车身之分。
具有承载式车身的轿车和客车,不需再安装车架,它本身就起着承受汽车载荷的作用,并能传递和承受路面作用于车轮的各种力和力矩。
因此,承载式车身也起着承载机构的作用,也可以归于行驶系。
非承载式车身则只起车身作用,不能承受汽车载荷,因此它必须支撑在车架上。
中级和中级以下轿车多采用承载式车身,非承载式车身常用于中、高级轿车和一部分客车。
货车车身由驾驶室和货厢(或封闭室货厢)两部分组成。
车身应具有隔音、隔振和保温等功能,制造工艺性和密封性要好,应能为乘员提供安全而舒适的乘坐环境。
其外形应能保证汽车在高速行驶时空气阻力小,且造型美观,并能反映当代车身造型的发展趋势。
车身内有内饰、座椅、仪表板等,外部装有各种灯具、后视镜及其它附件,车门上装有门把和门锁等。
4 电气设备
汽车电气设备由电器设备和电子设备两部分组成。
汽车电器设备由电源(蓄电池、发电机)、汽油机点火设备、发动机起动电动机、照明与信号设备、仪表、空调、刮水器、收录机、门窗玻璃电动升降设备等组成。
汽车电子设备由电控燃油喷射及电控点火、进气、排气、怠速、增压等装置,变速器的电控自动换档装置,制动器的制动防抱死装置(ABS),车门锁的遥控及自动防盗报警装置等
四、汽车的主要技术参数
为了说明汽车的主要技术性能,经常用下列参数来表示:
整车整备质量 汽车完全装备好的质量(kg,以下各质量参数相同),应是:
完整的发动机、底盘、车身、全部电气设备和车辆正常行驶所需要要地辅助设备的质量;及加足燃、润料,冷却液的质量;和随车工具、备用车工具及备品等的质量之和。
最大总质量 汽车满载时的质量。
最大装载质量 最大总质量和整车整备质量之差。
最大轴载质量 汽车单轴所承载的最大总质量。
车长 垂直于车辆纵向对称平面并分别抵靠在汽车前、后最外端突出部位的两车辆两条垂线间的距离(mm,以下各尺寸参数同)。
车宽 平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突出部位(除后视镜、侧面标志灯、方位灯、转向指示灯等)的两平面之间的距离。
车高 车辆支撑平面与车辆最高突出部位相抵靠的水平之间的距离。
轴距 汽车直线行驶位置时,同侧相邻两轴的车轮落地中心到车辆纵向对称平面的两条垂线间的距离。
轮距 在支撑平面上,同轴左右车轮两轨迹中心间的距离(轴两端为双轮时,为左右两条双轨迹的中间的距离)。
前悬 在直线行驶位置时,汽车前端刚性固定件的最前点到通过两前轮轴线的两条垂面间的距离。
后悬 汽车后端刚性固定件的最后点到通过最后车轮轴线的垂面间的距离。
最小离地间隙 满载时,车辆支撑平面与车辆(图0-2所示,0.8b区域内)最低点之间的距离。
接近角 汽车前端突出点向前轮引的切线与地面的夹角(°)。
离去角 汽车后端突出点向后轮引的切线与地面的夹角(°)。
转弯直径 外转向轮(转向盘转达到极限位置)的中心平面在车辆支撑面上的轨迹圆直径(mm)。
最高车速 汽车在平坦公路上行驶时能达到的最高速度(km/h)。
最大爬坡度 汽车满载时的最大爬坡能力(°或%)。
平均燃料消耗量 汽车在公路上行驶时平均的燃料消耗量(L/100km)。
图0-4-1(缺)(图0-2汽车常用主要结构参数)
五、汽车行驶基本原理
要想使汽车行驶,必须对汽车施加一个驱动力以克服各种阻力。
若以汽车本身为参考系,则这些阻力包括滚动阻力、空气阻力、上坡度阻力和加速阻力。
1行驶阻力
1)滚动阻力
车轮滚动时,轮胎与地面的接触区域会产生轮胎与支撑路面的变形,由此而引起的地面对轮胎的阻力,就是滚动阻力Ff。
滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮负荷的乘积。
图0-5-1
2)上坡阻力
当汽车上坡时,汽车重力沿坡道的分力表现为汽车上坡阻力Fi。
3)加速阻力
汽车加速行驶时,需要克服其质量加速运动的惯性力,也就是加速阻力Fj。
4)空气阻力
汽车直线行驶时受到的空气作用在行驶方向上的分力称为空气阻力FW。
空气阻力与汽车的形状、汽车正面投影面积有关,特别是和汽车和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。
2驱动力
发动机经由传动系在驱动轮上施加一个驱动力矩Mt,力图使驱动轮旋转。
在Mt作用下,在驱动轮和路面接触处对路面施加一个圆周力Fo,其方向与汽车行驶方向相反,大小为Fo=Mt/r。
F0—驱动力,N
Mt—驱动力矩,N·m
R—驱动力矩的滚动半径,m
由于车轮与路面的附着作用,在车轮向路面施加力Fo的同时,路面会对车轮施加一个大小相等、方向相反的反作用力Ft,Ft就是汽车行驶的驱动力。
3 行驶时总阻力与驱动力的关系
驱动力和总阻力的关系
行驶状态
Ft>ΣF
加速
Ft=ΣF
匀速
Ft<ΣF
减速
4 附着条件
在汽车技术中,把车轮与路面间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。
它产生的路面反力能阻碍车轮打滑,这一反力的最大值就称为附着力,一般用Fφ表示:
Fφ=G·φ
式中:
G——附着重力,即汽车总重力分配到驱动轮上的部分,N
φ——附着系数。
汽车行驶必须满足附着条件,即Ft≤Fφ=Gφ
第一章发动机基本知识
学习目标:
通过本次课的讲述,使学生对发动机有一个直观的了解和认识
1.了解发动机的分类方法;
2.掌握有关发动机的基本术语;
3.掌握发动机的工作原理;
4.了解发动机的总体构造。
学习方法:
介绍发动机的基本术语,通过多媒体课件动态演示发动机的工作原理,并分析典型车型发动机的总体构造,这是今后学习发动机构造的基础。
学习内容:
§1.1概述
§1.2发动机的工作原理
§1.3发动机总体构造
学习重点:
1.发动机的排量以及压缩比的概念;
2.四冲程汽油机的工作原理;
3.发动机的总体构造。
作业习题:
1.发动机由哪些机构系统组成?
各部分功用是什么?
2.柴油机与汽油机在总体构造上有何异同?
它们之间的主要区别是什么?
3.二冲程与四冲程发动机比较有何优缺点?
4.举例说明国产发动机的型号编制规则。
1.1汽车发动机的分类
汽车发动机,这里专指汽车用往复活塞式内燃机,其分类方法很多,按照不同的分类方法可以把发动机分成不同的类型。
1.1.1 按着火方式分类
发动机根据所使用的燃料的不同,着火方式也不相同,具体可分为点燃式发动机(汽油机属于此类)和压燃式发动机(柴油机属于此类)。
(如图1-1-1)
1.1.2 按使用燃料分类
发动机按照所使用的燃料的不同可分为汽油机、柴油机、煤气机、气体燃料发动机、多种燃料发动机等。
(如图1-1-2)
1.1.3 按冷却方式分类
发动机按照冷却方式的不同可分为水冷发动机、风冷发动机、油冷发动机。
水冷发动机利用在气缸体和气缸盖冷却水套中进行循环的冷却液作为冷却介质进行冷却;风冷发动机利用流动于气缸体和气缸盖外表面散热片之间的空气作为冷却介质进行冷却;油冷发动机利用油冷却气缸和气缸盖等零件。
水冷发动机冷却均匀、工作可靠、冷却效果好,被广泛应用于现代车用发动机。
1.1.4 按进气状态分类
发动机按照进气状态可以分为增压式发动机和非增压式发动机。
汽油机常采用非增压式,柴油机常采用增压式。
(如图1-1-4)
1.1.5 按燃料供给方式分类
发动机按燃料供给方式可分为化油器式发动机、汽油喷射式发动机、直接喷射式柴油机等。
1.1.6 按冲程分类
发动机按照完成一个工作循环所需的行程数,可分为四冲程发动机和二冲程发动机。
曲轴旋转两圈(720°),活塞上下往复四次,经过四个行程,完成一个工作循环的发动机,称为四冲程发动机。
曲轴旋转一圈(360°),活塞上下往复两次,经过两个行程,完成一个工作循环的发动机,称为二冲程发动机。
汽车发动机广泛采用的是四冲程发动机。
(如图1-1-5)
1.1.7 按气缸数及布置分类
发动机按照气缸数及布置的不同可分为单缸发动机、多缸发动机(如图1-1-6)、直列式发动机、对置式发动机、V型式发动机、斜置式发动机、卧式发动机、星形发动机等。
现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸、十二缸发动机。
直列式发动机的各个气缸排成一列,一般是垂直布置的。
若为了降低高度,有时把气缸布置成倾斜的(斜置式发动机),甚至水平的(卧式发动机)。
具有两列气缸,两列之间的夹角小于180°(一般为90°)的发动机,称为V型式发动机,两列之间的夹角等于180°时称为对置式发动机。
(如图1-1-7)1.2汽车发动机的基本术语
图1-2-1为发动机示意图,描述发动机的基本术语如下(图1-2-2):
工作循环 包括进气、压缩、膨胀和排气等过程的周而复始的循环。
即发动机完成进气、压缩、膨胀和排气四个过程叫做一个工作循环。
上止点TDC 活塞顶面离曲轴中心线最远时的止点。
通常即活塞的最高位置。
下止点BDC 活塞顶面离曲轴中心线最近时的止点。
通常即活塞的最低位置。
活塞行程(S) 活塞运行的上、下两个止点之间的距离。
曲柄半径(R) 从曲轴主轴颈中心线到连杆轴颈中心线的垂直距离。
气缸工作容积(活塞排量Vs) 一个气缸中活塞运动一个行程所扫过的容积。
即活塞面积与行程的乘积。
发动机工作容积(发动机排量Vst) 一台发动机全部气缸工作容积的总和。
气缸余隙容积(燃烧室总容积、压缩室容积Vce) 活塞在上止点时的气缸容积。
活塞顶上面空间叫做燃烧室,它的容积叫做燃烧室总容积。
它是气缸的最小容积。
气缸最大容积(Va) 活塞在下止点时气缸的容积。
它是气缸工作容积和燃烧室总容积之和。
压缩比(ε) 气缸最大容积和燃烧室总容积的比值。
负荷率 内燃机在某一转速下的功率与该转速下所能发出的最大功率之比,以百分数表示。
工况 指内燃机在某一时刻所处的工作状况,一般用功率和曲轴转速来表示,也可用负荷与转速来表示。
1.3发动机的基本工作原理
1.3.1四冲程汽油机的工作原理
四冲程汽油机的工作循环包括进气、压缩、作功、排气四个行程。
(1)进气行程
活塞由曲轴带动由上止点向下止点运动,此时排气门关闭,进气门开启,如图1-3-1a所示,由于活塞下移,气缸内容积逐渐增大,形成一定的真空度,于是经燃料供给系形成的可燃混合气,通过进气门被吸入气缸。
活塞到达下止点时,进气门关闭,进气停止。
进气行程结束时,由于进气过程中燃料供给系、进气管、进气门等处都存在进气阻力,此时气缸内压力略低于大气压,约为75~90kPa;由于气缸壁、活塞等高温件及上一循环残留高温废气的加热,气体温度约为370~440K。
(2)压缩行程
进气行程结束时,活塞在曲轴的带动下,从下止点向上止点运动,如图1-3-1b所示,气缸内容积逐渐减小,由于进、排气门均关闭,可燃混合气被压缩,活塞到达上止点时,压缩结束。
在压缩过程中,气体压力和温度同时升高,并进一步均匀混合,压缩终了时,气缸内压力约为600~1500kPa,温度约为600~800K,远高于汽油的点燃温度(约263K),因而很易被点燃。
(3)作功行程
在压缩行程末,如图1-3-1c所示,火花塞产生电火花点燃混合气,并迅速燃烧,使气体温度、压力迅速升高并膨胀,从而推动活塞由上止点向下止点运动,再通过连杆驱动曲轴转动作功,活塞到达下止点时作功结束。
在作功过程中,初始阶段气缸内气体压力和温度急剧上升,瞬时压力可达3~5MPa,瞬时温度可达2200~2800K。
随着活塞的下移,压力、温度下降,作功行程终了时压力约为300~500kPa,温度约为1500~1700K。
(4)排气行程
在作功行程结束时,排气门打开,如图1-3-1d所示,曲轴通过连杆推动活塞由下止点向上止点运动,废气在自身剩余压力和活塞的推力作用下,排出气缸。
活塞到达上止点时,排气门关闭,排气结束。
排气终了时,由于燃烧室容积的存在,气缸内还存有少量废气,气体压力因排气门和排气管的阻力而略高于大气压,此时压力约为105~125kPa,温度约为900~1200K。
排出废气是为了下一个工作循环再吸入新鲜空气。
排气行程结束时,排气门关闭,同时进气门开启,又开始了下一个工作循环。
排气过程和进气过程又合称为换气过程。
1.3.2四冲程柴油机的工作原理
四冲程柴油机和四冲程汽油机一样,每个工作循环也包括进气、压缩、作功、排气四个行程。
但由于柴油和汽油的性质不同,使可燃混合气的形成、着火方式等,与汽油机有很大区别。
如图1-3-2所示。
(1)进气行程
它不同于汽油机的是进入气缸的不是可燃混合气,而是纯空气。
由于进气阻力比汽油机小,上一行程残留的废气温度比较低等原因,进气终了时的压力和温度与汽油机略有不同,压力约为80~95kPa,温度约为320~350K。
(2)压缩行程
不同于汽油机的是压缩的是纯空气,且由于柴油机压缩比较大,压缩终了时的温度和压力都比汽油机高,压力可达3~5MPa,温度可达800~1000K。
(3)作功行程
此行程与汽油机有很大不同,压缩行程末了,喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温空气中,迅速汽化并与空气形成混合气,因为此时气缸内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左右),柴油便立即自行着火燃烧,且此后一段时间内边喷射边混合边燃烧,气缸内压力、温度急剧升高,推动活塞下行作功。
瞬时压力可达5~10MPa,瞬时温度可达1800~2200K。
随着活塞的下移,压力、温度下降,作功行程终了时压力约为200~400kPa,温度约为1200~1500K。
(4)排气行程
与汽油机排气行程基本相同,排气终了时气缸内压力约为105~125kPa,温度约为800~1000K。
1.3.
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