央视网|中国网络电视台|网站地图
客服设为首页
登录

中国网络电视台 > 汽车台 > 汽车台资讯 >

从发动机到轮胎 细数动力经过的齿轮

发布时间:2012年05月29日 05:36 | 进入汽车论坛 | 来源:Che168 | 手机看视频


评分
意见反馈 意见反馈 顶 踩 收藏 收藏
channelId 1 1 1

讲过了几篇发动机的文章,也讲到了我们的目的是要把燃料中的化学能转化成动能。而没有传动机构的介入,发动机创造出来的动能就无法输出,也注定转化成内能,以热量的形式散发到空气中。是时候该把动力输出到轮胎了!

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

在机械领域里,齿轮机构是不可或缺的部分。这在要求较大功率输出,且要求高效率高速度的汽车上,齿轮的精度和强度,以及平顺性耐用性都有很高的要求,今天我们就来看一下,动力,在发动机与轮胎之间都经过了哪些齿轮转换。

变速箱里,动力在悄悄的变化

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

在发动机提供了充沛的动力之后,却也伴随着与车轮之间的速度匹配问题。我们知道,一般发动机转速为每分钟700-5000转,高低比率约为7倍,而正常行车速度为5-120Km/h(超速什么的最讨厌了),比率为24倍,这就要求有一套变速机构将动力优化,从而合理使用动力资源。而变速器的核心部件,就是一系列齿轮。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮 从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

这种啮合方式的齿轮用在汽车传动机构上是很不负责任的

汽车上的齿轮可不是简单的三角锯齿啮合在一起,传输动力,那是玩具车上用的,也不能设计成上图方形的轮齿,否则会有极大的磨损和动力的损耗。我们可以想象,一个齿廓为平面的齿轮在啮合时,相当于我们穿一双很硬的平底鞋,走路时着地的过程为“后鞋跟”——“全鞋底”——“前鞋尖”,一段时间会发现鞋底前后磨损很大。而带来的冲击……想想木屐的感觉,就清楚了。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮 从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

渐开线圆柱齿轮啮合效果,近似滚动传递过程。蓝色和绿色线条的曲线部分为渐开线造型共轭齿廓

在大负荷的机械上,齿轮的边线——齿廓会设计成圆弧或渐开线或更复杂的曲线造型,以减轻啮合时的摩擦造成的“根切”和“削尖”。圆弧齿轮在啮合时,齿廓还是有一定滑动摩擦的,而渐开线齿轮则极大减小滑动,以接近混动的方式传播扭矩。这就像荷兰木鞋,虽然一样是硬底,但因为鞋底是圆润的,就不会想木屐一样“啪嗒啪嗒”的,只有“咚”的一声。冲击和磨损自然也减轻了。当然,这样方式的传动仍然是有一定冲击的,我们是否可以避免这“咚”的一声呢?肯定可以。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮 从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

我们经常见到左图这种斜齿齿轮的设计,它的啮合情况是右图右侧这样的:首先啮合的是最先结合的一点,然后随着齿轮的转动,这条点延长成一条线,并向轮齿的一边移动,当转到一定程度后,结合线啮处,从一条线又缩短成一点,直至啮出。这就让啮合的过程变得柔和了许多,而且可以多齿同时啮合,力矩的传播也接近线性,这就如同我们穿了一双软底的运动鞋,冲击和噪声都明显减弱了。而右图左侧为直齿齿轮啮合情况,从一开始就完全结合形成等于齿宽的啮合线,力量传播直接,震动和噪声也就明显了。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

老式奥迪100车型手动变速器,倒档时,会将下方倒档轴上的齿轮卡在输入输出轴上直齿齿轮中间

我们可以直观感受到这种差异吗?当然。细心的朋友会发现,有些手动挡车型在倒车时会有“嗡嗡”的声音,这个声音就是因为变速箱中倒档使用了直齿齿轮的缘故。由于倒档平时较少使用且通常在车辆静止状态下使用,所以为了节省空间和成本,倒档齿轮不单独配备一组常啮合齿轮,而把其中一个齿轮结合在同步器上,在切入倒档时,用一个单独的惰轮连接该同步器与另一轴上的齿轮,并且因为增加了这个惰轮因而改变了输出轴的旋转方向。前进挡理所当然的用了斜齿齿轮,而因为斜齿齿轮交错轮齿的造型,使得惰轮无法顺利结合,所以这种方案下的倒档也就退而求之,采用了直齿齿轮。

尺有所短、寸有所长:

虽然直齿齿轮的平顺性差,但是也因为以一条齿宽的啮合线瞬时啮合,动力传播更为直接,适宜赛车改装。而且直齿齿轮允许在一定范围的转速差之内将分开的两个齿轮结合,序列变速器更是运用了这个特点设计,在争分夺秒的赛车之上也是普遍应用,而斜齿齿轮因为啮合之初为一点,容易损伤齿轮,必须使用同步器来将转速差降至很时才能完成换挡,不及直齿来的快。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

竞技赛车常用的“直牙波箱”

而且斜齿齿轮因为这种倾斜的齿牙,在运转时势必会产生一个轴向力,在重负荷时对轴承和箱体有一定的损害,所以产生了一种新式的斜齿齿轮——人字齿轮。这种设计明显改善了这种情况。著名的雪铁龙标志,即是由人字齿轮演化而成。1905年安德烈•雪铁龙创办了自己的第一家公司——人字齿轮生产公司,而有小道传言说人字齿轮也是雪铁龙的一个远房亲属发明的。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮 从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

不过人字齿轮因对机件加工要求很高,所以在通常情况下,人字齿轮可以演化成这种由相对的两个斜齿齿轮组成的“八”字齿轮,其工作特性与人字齿轮无异。

行星齿轮

我们再来看看自动变速器。与手动变速器不同,自动变速器采用了行星齿轮组代了替手动变速器上的齿轮副。这种齿轮组虽然很早就发明了,但对不了解其工作原理的人,看起来还是很神奇的。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

图中能看到的斜齿齿轮即为一系列行星齿轮,而那些一片片层叠的东西,是控制行星齿轮的离合器

动力最终的归宿

当动力经过变速器输出之后,就要到达轮胎了,不过此时输出的扭矩还不够,转速还是太高,还要经过一副“最终减速比齿轮”来转换,这副齿轮就是我们通常说的“尾牙”。

如果是横置发动机前轮驱动的车辆还好说,直接把变速箱的动力通过一副普通的齿轮传递就可以了,如果是纵置发动机就要另辟蹊径了,因为此时动力传播的方向由横直发动机的平行,变成了垂直,此时尾牙不仅要增加扭矩,还要旋转扭矩前进的方向。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

转换动力传播的方向,难度不大,用这种锥齿轮就可以了。不过图片上这种锥齿轮相当于圆锥齿轮上的直齿齿轮,也一样有着直齿齿轮的缺点,所以不适合在汽车上使用。有人说,把轮齿做成斜齿不就可以了吗?不成!

斜齿锥齿轮因为斜齿方式的设计,其轴线并不相交,这在啮合过程中有一股旋转的力和小齿轮较劲,这对机件非常不利,所以斜齿锥齿轮很少出现。

用在汽车上上的锥齿轮为曲线齿轮,因其曲线不同而分为:准双曲锥齿轮、外摆线锥齿轮及渐开线锥齿轮(与上文渐开线齿轮不同,上文渐开线齿轮指的是齿廓曲线为渐开线,本处为齿线/齿顶线条为渐开线),而因为其造型相似,在国内经常将其统称为双曲线齿轮。

从引擎到轮胎  细数动力经过的齿轮

这种齿轮最大特点为在啮合过程中,两个齿轮的轮齿之间会有很大的径向滑动,对润滑油的要求也非常高。当然,最重要的特点是改变了传动的角度,给纵置发动机以及后轮驱动方式提供了便利,但也因此消耗一部分动力,并让汽车的结构更复杂。这就是目前很多轿车使用前驱设计的原因了。

如果说发动机的变革是由一个个巧思及电气元件的协同来促进的,那么代表着齿轮技术的变速器则是凭着严谨的工艺一步步的发展。全世界的发动机一年可以评出个十佳,而知名变速器的生产商就那么几家。确实,比较两者机械加工的难度,变速器要比发动机高出很多。

热词:

  • 引擎
  • 动力
  • 齿轮
  • 引擎: 发动机(英文:Engine),又称为引擎,是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器,通常是把化学能转化为机械能。(把电能转化为机器能的称谓电动机)有时它既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器.比如汽油发动机,航空发动机.发动机,又称为引擎,是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器,通常是把化学能转化为机械能。发动机是汽车产生动力的装置。它将燃料燃烧的热能转化为机械动力,从发动机的曲轴向外输功率,是汽车行驶所需动力的来源。现代汽车多采用往复活塞式发动机。按其使用燃料不同。可将发动机分为汽油发动机和柴油发动机两类。 来自:互动百科