汽车车架设计(中英翻译)

汽车设计----车架设计

车架是汽车最基本的台架，所有的悬架和转向连接部件都安装在车架上面。如果汽车车架柔性过大，会使汽车既无法转向，也无法进行正常操纵。而如果汽车车架结构刚性过大，又会引起不必要的震动传递给驾驶员和乘客的座舱室。汽车车架和悬架的结构设计不仅决定了汽车噪声大小和震动的幅度强度，而且也将影响到汽车的质量和车辆的正常操纵。

汽车制造厂商们在他们生产的汽车上都使用了几种不同的车架结构。其中，整个七十年代最常使用的是壳体和大梁的分体结构。目前它仍然在大型货车、小吨位货车和卡车上应用着。在汽车壳体和大梁的分体结构里，发动机、传动装置、传动齿轮和车壳都是通过绝缘装置固定在车身大梁上。车架部的绝缘装置是人造橡胶缓冲垫，能够阻止道路不平和发动机工作引起的噪音和震动传到驾驶员和乘客的座舱里。

第二种是汽车车架的单体结构。这种设计到目前为止在现代汽车上是最常用。单体车架按所需的强度来分，设计有轻型结构。在这种汽车结构梁作为车架的一部分被直接焊接到壳体上。底盘的重量增加了大梁的强度。传动齿轮和传动装置经由大而软的人造橡胶绝缘垫安装在单体车架上。绝缘垫减弱了噪声的传动和震动。若绝缘垫太软，将会引起传动齿轮和传动装置位移。这种位移称为柔量，它会影响到汽车的操纵性能和控制性能。若绝缘垫太硬，则不能起到应有的隔绝噪音和减小震动的作用。汽车制造厂商们精心地设计绝缘垫，把它们装置在汽车适当的地方，以降低噪声，缓冲震动的传送，使汽车便于驾驶，驾驶员和乘客乘坐舒适。绝缘垫的性能随使用年限发生变化，当汽车变旧时原先的性能也随之改变。

第三种结构是把前两种结构的主要特点结合在一起。它在汽车前舱使用了短车梁，在汽车后舱使用了单体车架。单体部分刚性很大，而短的车梁增强了绝缘作用。

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的车架结构。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

活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆、连杆轴瓦等组成。

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分。工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作。活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是作功行程压力最大，汽油机高达3～5MPa，柴油机高达6～9MPa，这就使得活塞产生冲击，并承受侧压力的作用，因此，活塞应有足够的耐热性，要尽量减小活塞的受热面，加强活塞的冷却，适当增大传热面，使活塞顶部的最高温度下降。活塞在气缸以很高的速度(8～12m/s)往复运动，且速度在不断地变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。活塞在这种恶劣的条件下工作，会产生变形并加速磨损，还会产生附加载荷和热应力，同时受到燃气的化学腐蚀作用。为了减小往复惯性力，必须尽可能地减轻活塞的重量。活塞是在高温、高压、高速（活塞平均速度可达101115m/s）的条件下工作的，其润滑条件较差，活塞与气缸壁间摩擦严重。为减小摩擦，活塞表面必须耐磨。

要求：

1) 要有足够的刚度和强度，传力可靠；

2) 导热性好，耐高压、耐高温、耐磨损；

3) 质量小，重量轻，尽可能减小往复惯性力。

铝合金材料基本上满足上面的要求，因此，活塞一般都采用高强度铝合金，但在一些低速柴油机上采用高级铸铁或耐热钢。

构造：活塞可分为三部分，活塞顶部、活塞头部和活塞裙部。

1.活塞顶部

活塞顶部承受气体压力，它是燃烧室的组成部分，其形状、位置、大小都和燃烧室的具体形式有关，都是为满足可燃混合气形成和燃烧的要求，其顶部形状可分为四大类，平顶活塞、凸顶活塞、凹顶活塞和成型顶活塞。

加工简单平顶活塞顶部是一个平面，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。

凸顶活塞多用于二冲程燃机上，有利于改善换气过程。现代四冲程汽油机为了增强挤气效果或增大压缩比也有采用凸顶活塞。凸顶活塞顶部凸起呈球顶形，其顶部强度高，起导向作用，有利于改善换气过程，二行程汽油机常采用凸顶活塞。

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

活塞头部指第一道活塞环槽到活塞销孔以上部分。它有数道环槽，用以安装活塞环，起密封作用，又称为防漏部。柴油机压缩比高，一般有四道环槽，上部

三道安装气环，下部安装油环。汽油机一般有三道环槽，其中有两道气环槽和一道油环槽，在油环槽底面上钻有许多径向小孔，使被油环从气缸壁上刮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，一般应离顶部较远些。

在一道气环的上方往往开有一道较窄的隔热槽，隔断由活塞顶部传向第一道气环的热流，使部分热量由第二、三道活塞环传出，从而减轻第一道气环的热负荷。有的发动机，在活塞顶面至第一道环槽之间，有时一直到以下几道环槽处，常加工出细小的环行槽。这种细小的环行槽可以因积碳而吸附润滑油，在失油工作时可防止活塞与气缸壁的咬合，故称之为积碳槽。

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，活塞头部的作用除了用来安装活塞环外，还有密封作用和传热作用，与活塞环一起密封气缸，防止可燃混合气漏到曲轴箱，同时还将(70～80)%的热量通过活塞环传给气缸壁。

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的往复运动起导向作用，并承受侧压力。裙部的长短取决于侧压力的大小和活塞直径。所谓侧压力是指在压缩行程和作功行程中，作用在活塞顶部的气体压力的水平分力使活塞压向气缸壁。压缩行程和作功行程气体的侧压力方向正好相反，由于燃烧压力大大高于压缩压力，所以，作功行程中的侧压力也大大高于压缩行程中的侧压力。活塞裙部承受侧压力的两个侧面称为推力面，它们处于与活塞销轴线相垂直的方向上。

动力传动系统

动力传动系统包括从发动机直到驱动轮的所有部件。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。

修理悬架时，很可能需要拆卸传动系统的各零部件来进行修理。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。

使用前轮驱动的传动系统经常将联动装置和后轮传动装置结合成一个装置。这个对中置和后置发动机的汽车也是很适用的。这个装置称为转换轴。它为两端各带有一个万向节的短半轴，把转换轴和车轮连接起来。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。

在前置发动机后轮驱动的汽车里，联动装置位于驾驶坐舱的前底板下。传动轴被用来把发动机动力传送到后桥上。传动轴每端各有一个万向节。当悬架移动时，万向节通过变化着的传动系统的角度传送动力。

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。在加速时该装置在悬架部位上会产生动力，并不产生扭矩。如果刹车装置安装在车舱，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

悬架包括弹簧，避震器和控制连杆装置。它必须能够足以支撑车身自重和负载。悬架也应能够承受发动机和制动对它的反作用力。悬架系统最重要的作用是

使轮胎与路面接触的时间尽可能的长。在支撑车体和负载时，甚至在高低不平的道路上行驶时更加应如此。这四个轮胎的胎面是车与路面相接触的唯一的部位。发动机全部输出的动力，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。

车体是靠弹簧支撑着，弹簧可分为螺旋型、钢板型、扭棒型和充气型。螺旋型弹簧是现代汽车中应用最为广泛的类型。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。钢板弹簧提供了对车体的横向和纵向控制，以防止汽车车轮在行驶时不必要的位移，它们通常用在载重货车和卡车上。

悬架系统是随着客运汽车的发展而变化和改进着。豪华轿车，特种车辆，小型汽车和轻型卡车的设计目的是截然不同的。现代轮胎的改进不断地改善了车辆的操作性能，它的改进是与避震器，转向系统和悬架控制装置一起同步改进的。

现代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。悬架结构的改进是随着路况的改善和驾驶员的需要而进行改进的。

大多数前置发动机，后轮驱动的汽车都采用一个简单的从属性后悬架。但后轮驱动的独立悬架结构复杂得多，而且成本极高，因而只用于少数客车上。