汽车设计

汽车设计——车架设计
车架是汽车最基本的框架，所有的悬架和转向连接部分都连锁在上面。

一辆汽车如果车架太过柔性化，会影响汽车的正常操纵。

而如果汽车车架结构刚性过大，会使不必要的振动传到驾驶舱。

所以车架的设计将直接影响到驾驶质量。

生产商运用几种不同类型的车架在他们的车辆中。

其中,分开的身体和框架结构是七十年代年最常见的。

它到现在仍然用于大型货车,小卡车、货车中。

这种结构是发动机、传动链,运用齿轮,和身体绝缘体。

绝缘体是合成橡胶垫,能够减小道路不平和发动机工作引起的噪音和振动进入车内室。

第二种类型结构是车架单体结构。

这个设计是到目前为止最受欢迎的。

单体车架按所需的强度来分，设计有轻型结构。

这种类型的设计是框架焊接到车身的一部分。

车身钣金件强加入框架。

传动齿轮和传动装置通过加装合成橡胶绝缘体安装在车架上。

让其绝缘性能减少噪音和振动。

如果绝缘体太软将允许太多传动齿轮和传动装置发生直线位移，影响汽车操纵和控制。

如果绝缘体太硬,则他们不会隔离噪音和振动。

制造商精心设计其绝缘性能，把它们安装在汽车以降低噪音和振动。

如果车辆年数过多，绝缘子性能随着年数的变化,改变其原有特点。

第三种结构是把前两种结构的特点结合到一起。

它在汽车前舱使用了短车梁，统一化的部分是非常严格的，而存根框架提供了一个良好的绝缘环境。

汽车制造厂家们在汽车上选择那种生产成本低而同时又符合对噪音震动，驾驶操纵性能要求很高车架结构。

老式的大型的车辆、货车、和卡车通常使用壳体和大梁的分体结构。

较新的，较小型的车辆通常使用单体结构的车架。

发动机活塞连杆组是由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成的。

功用：活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部。

工作条件：活塞在高温，高压，润滑不良条件下工作。

活塞直接接触热空气，在某一瞬间温度可达2500k以上。

所以当活塞工作时温度很高，应对达到600—700k，而且温度分布不均匀，活塞受到很大压力。

汽油机是3—5Mpa，柴油机是6—9Mpa，这时的活塞产生冲击，并承担侧压力。

因此活塞应具有足够的耐热性，尽量减少受热面积，加强冷却。

活塞以非常高的速度（8—12m/s）在气缸内作往复运动，而且速度不断变化，这将产生很大的惯性力，让活塞在承受附加载荷下工作，这样的恶劣条件将是活塞产生变形和磨损。

为了降低惯性力，我们应该尽可能的减轻活塞质量。

活塞在高温，高压力，高速度及润滑差的条件下工作，所以活塞的表面必须是耐磨的。

要求：
1）有足够的强度和刚度，以及可靠的力；
2）导热好，耐高低，耐高温，耐磨损；
3）质量小，重量轻，降低来回的惯性力；
铝金属合金材料基本满足以上要求，因此，活塞一般采用高强度铝合金，但是一些低速柴油机采用高级铸铁或耐热钢。

结构：活塞主要分为三个部分，活塞顶部，活塞头和活塞裙部。

1. 活塞顶部
活塞顶部有空气压力，它是组成燃烧室的一个部分。

其形状，位置，大小都和燃烧室有关。

其顶部可分为四大类型，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。

平顶活塞加工简单顶部是一个平面，结构简单，制造容易，受热面积小，加工简单，顶部应力分布较为均匀，一般用在汽油机上，柴油机很少采用。

凸顶
活塞通常用于二冲程内燃机，它能很好的改善气体交换过程。

现代四冲程汽油机也采用凸顶活塞以增强挤气效果或者增大压缩比。

凸顶活塞顶部呈球状，顶部强度高，有导向作用，有利于提高气体交换过程，二冲程汽油机场采用凸顶活塞。

凹顶活塞顶部呈凹陷形，凹坑的形状和位置必须有利于可燃混合气的燃烧，有双涡流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。

2. 活塞头部
活塞头部是指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分，它有几个环槽用来安装活塞环，气密封作用，又称防漏部。

柴油机压缩比高，通常有四个环槽，上面三个环槽用来安装气环，下面一个安装油环。

一般来说汽油机有三道环槽，两个气环槽和一个油环槽。

在油环槽底部有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上流下的机油经过这些小孔流回油底壳。

第一道环槽工作条件最恶劣，应该较远离顶部。

在一道气环的上方通常有一个隔热槽，切断从活塞顶部蔓延到第一个气环的气流，使部分热量有另外两个活塞环传出，减轻第一道气环的负担。

再有的发动机中，在活塞顶部到第一道环槽之间，常加工出细小的小环，这种小环具有吸附润滑油的功能，因为它吸碳。

能够在失油工作时可防止活塞与气缸壁的咬合，因此又被称为积炭槽。

活塞顶部吸收的热量主要也是经过防漏部通过活塞环传给气缸壁，再由冷却水传出去。

总之活塞头的功能除了安装活塞环外，还可以起到密封和传热的作用，还可以与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气泄漏到曲轴箱内，同时还将（70—80）%的热量传递到汽缸壁。

3. 活塞裙部
活塞裙部指从油环槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括装活塞销的销座孔。

活塞裙部对活塞在气缸内的往复运动起导向作用，并承受侧压力。

裙部的长度取决于活塞直径的大小和两侧压力。

动力传动系统
传动系统包括从发动机到驱动轮的所有零部件，联动装置和后驱动装置传送着来自发动机的扭矩。

其它部件则把部件与部件相互连接起来。

加速时发动机的扭矩和制动时的扭矩则加载在悬架部位上。

在悬架维修时，可能需要拆卸传动系统的零部件来维修。

悬架移动时产生的噪音可能来源于传动系统的零部件。

下边叙述一些不同的传动装置系统的基本知识，在进行悬架修理时可供参考。

前轮驱动和传动系统经常将联动装置和后轮驱动结合成一个装置。

这就是中后部发动机车辆。

这个装置称为转换轴。

它的两端分别带有一个万向节短半轴连接车轮和转换轴，这些轴当悬梁移动和转向时把动力从后传动装置传送到车轮上。

后传动装置里的差速器分流输入的动力，每个驱动轮上各分一半。

这就使驱动轮在转弯时会以不同的速度转动。

在前置引擎后轮驱动的车里，联动装置是位于车室前排底板下。

传动轴将动力从发动机长传到后桥，传动轴每段有一个万向节。

悬架移动时，万向节可以改变传动系统角度传动。

驱动轮上带有独立悬架的汽车中有一个牢固地附加在车身大梁或发动机上的后传动装置。

在悬架加速时该装置会产生动力并不产生扭矩。

如果刹车装置安装在车舱内，卡钳装到大梁上而不是悬架上，那么刹车装置也不会在悬架上产生扭矩。

仅用于控制加速和减速扭矩的悬架与必须同时控制悬架力和扭矩的悬架在
汽车设计上是完全不相同的。

悬架系统
悬架系统包括弹簧，减震器和控制机构。

它必须能够足以支撑车身自重和负载，悬架系统也能够抵制发动机和刹车的反应。

悬架最重要的作用是尽可能的保持轮胎与路面的接触时间长。

在支撑车体和负载时，甚至在崎岖不平的道路上行驶时更加应如此。

四个轮胎是唯一与路面接触的地方。

所有经发动机输出的动力，转向力和制动力都通过与路面相接触的轮胎的胎面起作用。

每当轮胎不与路面接触或汽车开始打滑时，汽车的控制力（动力、转向力、制动力）就会减弱甚至丧失。

汽车车身是靠弹簧支撑的。

弹簧可分为螺旋型、钢板型、扭棒型和充气型。

螺旋型弹簧在现代汽车中应用最为广泛。

螺旋型、扭棒型和充气型弹簧都需要用连杆和连杆臂以使车轮就位。

钢板弹簧提供横向和纵向的控制，防止不必要的车轮运动，它们通常用在载重货车和卡车上。

悬挂系统已经随着客运汽车的发展而改善。

豪华轿车，特种车辆，小型汽车和轻型卡车的设计目的是各不相同的。

轮胎，减震器，悬挂系统，转向系统和控制设备的改善，不算提升着轿车的操作特性。

汽车在各种操纵条件下都需要轮胎与路面接触，以便安全、正确地控制并行驶汽车。

要想要最大限度的安全驾车，要牢记这四个轮胎必须在任何时间都与路面相接触。

同时需要考虑汽车操纵的灵活性，轮胎的抗耐磨性，汽车驾驶的舒适性和行车的安全性，以达到汽车的有效控制。

悬架系统分为前悬架和后悬架。

前悬架的设计已得到了飞速发展。

从较为粗糙的硬轴结构发展到了现代的轻型、高强度、支撑型独立悬架结构，并由于增加了连杆装置而使汽车的性能得到了改善。

悬架系统是根据路面情况和驾驶员的需求而改善的。

大多数前置引擎，后轮驱动的车辆，都采用一个简单的后悬架。

但是大多数后轮驱动的独立悬架结构很复杂而且成本极高，因此只用于少数客车上。

对前置发动机，前轮驱动的车辆，通过把传动装置移至前部，后悬架仅用来调节驾驶控制力和刹车时的反作用。

这就导致使用简单化的非独立悬架，半独立的悬架机构和独立的后悬架的应用，后者大量应用于新型车辆的结构设计上。

转向系统
驾驶员通过转向齿轮控制控制汽车前轮的方向。

现代的转向齿轮是由两个主要的部分组成，转向杆和齿轮组。

转向杆有一个被支撑的轴，它把驾驶员的方向盘与齿轮组连在了一起。

齿轮组可将汽车驾驶员的转向力增大，以带动转向连杆装置。

后轮驱动汽车的前轮在一个心轴上转动。

心轴是转向节的一部分。

转向节与带有球接头的前悬横梁连接。

球接头在前悬架上下移动时可以进行转向。

前轮驱动的汽车的轮毂在转向节里的轴承内的空心轴短轴杆上传动。

方向盘控制转向齿轮组件，依次通过转向连杆使转向节移动。

现在使用两种转向齿轮的结构，即齿轮齿条式以及循环球式。

现代汽车设计了对速度敏感的转向结构。

因此需要较大的力才能是缓慢行驶的汽车进行转向。

所以很多汽车中安装了助力转向系统。

由于助力转向系统，所以转向比降低了。

这样就能够轻微转动方向盘使得汽车转向。

动力转向齿轮是类似于标准的转向齿轮。

它有承压面，液体压力加在其
上，以增加汽车驾驶员的转向力。

齿轮齿条式转向结构和循环球齿轮结构都有了动力辅助装置。

转向齿轮的动力是有一个发动机驱动泵提供的。

这个泵使动力转向液体流过一个由阀体控制的系统。

这种控制阀可以感觉到驾驶员的用力方向，把液体压力加到转向系统的承压面上。

这种液体压力接管了一些汽车转向的力。

转向杆在现代汽车中由许多部件组成，它的目的是分散、抵消汽车碰撞力以保护驾驶员的切身安全。

在一些汽车上，转向杆还可以倾斜和伸缩来调节方向盘的位置使驾驶员感觉更加舒适。

为了减少汽车被偷的可能性，还装有一个转向齿轮的保险锁。

在许多汽车中，还有一个变速箱的保险锁。

因为处在驾驶员很容易触及的范围内，所以转向杆上还可以带有变速器换挡控制滑杆，转向信号开关，前大灯和变光开关，刮水器开关，紧急闪烁器开关和速度控制器。

制动系统
行车制动器必须能够阻止车辆，在汽车滑行时能防止汽车速度过快，在斜坡上制动时能够将汽车停在适当位置上，他们的目的是使司机可以调整制动，保持车辆控制。

汽车的控制受到悬架，转向系统和刹车的影响。

制动系统的故障可导致汽车刹车时车轮滑脱。

要修理悬梁系统，也可能需要将制动系统的部件拆卸开。

由于这些原因，本文将讨论制动系统。

制动系统必须提供平稳的制动力，刹车踏板上的所需的力不应太大，使车轮不能被锁定。

为满足这些要求，对于汽车制动已有了最低限度的刹车标准。

司机通过机械装置、真空和液压装置控制制动力。

制动力是随着附加在汽车刹车板上的踏板力的增加而增加的。

这个力通过制动系统的传递以把固定的汽车刹车片推压到转动的制动器表面上。

当它把动能（运动的能量）转化为热能（热）时，就使汽车减速。

制动量的最大值就产生于车轮被瞬间闸死而引起的轮胎在路面上滑动之前。

因此最大制动量取决于轮胎和路面之间的附着力。

当轮胎在道路上滑动时，制动效果减弱，汽车的方向控制可能就不起作用了。

固定部分的前制动组件安装在转向节前悬架。

在后方，他们安装在后桥壳或者后心轴总成上。

铸铁刹车鼓或盘随车轮一起转动。

盘式制动器：盘式制动器有随车轮一起转动的圆盘，它通常被称为汽车刹车转子。

在固定的卡钳里的液压控制的活塞被用来把汽车的刹车片加在转子的汽车刹车表面上。

汽车刹车片和转子之间的摩擦力的大小会减慢或阻止车轮的转动。

固定的卡钳壳体使垫圈被压在转动的汽车刹车盘上，使之不能转动。

盘式制动垫片垂直刹车转子，这样会使它们卡在转子上减慢汽车的车轮运动。

卡钳压的力与驾驶员加在汽车刹车板上的力成正比。

鼓式制动器：鼓式制动器采用带有摩擦片的固定的内胀式刹车块。

他们被安装在转动的汽车刹车鼓内侧。

制动鼓紧箍在轮胎总成和毂总成或轮轴法兰之间。

当汽车刹车块的直径
膨胀至使汽车刹车片与汽车刹车表面相接触时，汽车刹车块就减慢了汽车刹车鼓的转动。

它是由液压操纵的汽车刹车分泵来完成的。

来自刹车总泵的流体压力被施加到汽车刹车分泵上，使刹车分泵膨胀起来。

汽车刹车分泵的膨胀使刹车块通过机械连杆进行移动，把汽车刹车片压到转动的刹车鼓上。

当汽车刹车鼓的转动速度减慢时，就起到了制动作用。