通過傳動系統,發動機可以向後輪輸出動力,使車輛加速。
為什麽需要傳輸?
傳動系統是傳遞發動機動力的媒介。在傳動系統的幫助下,發動機輸出的扭矩可以從輪胎上發揮出來,真正讓車輛加速。文字描述很簡單,但其實傳動系統很重要,很智能。如果沒有傳動系統,發動機就得放在後輪旁邊,直接把曲軸和後輪連接起來,進行動力輸出。這樣車輛的重心會向後方傾斜,操控性能會大打折扣。
為了充分發揮臥式發動機的優勢,寶馬摩托車不得不把發動機放直。
通過傳動系統,發動機可以放置在前後輪胎之間,以保持前後輪的負載比例相近,寶馬也可以在摩托車上設計水平發動機。寶馬工程師在設計臥式發動機時,為了充分發揮發動機的優勢,必須將發動機放直,即曲軸會與車身平行。按照壹般的直列四缸發動機配置,曲軸的方向與車身方向垂直,或者說曲軸的旋轉方向與輪胎的旋轉方向相同。但是對於臥式發動機來說,傳動系統必須將動力輸出方向轉過壹個直角,這樣輪胎才會向前轉。
減速比
傳動系統除了傳遞動力外,還必須通過減速比適當調節動力輸出。如果發動機轉動的動力直接傳遞給後輪,那麽發動機轉壹圈,後輪也必須轉壹圈。換算後,當發動機轉速為5000轉/分時,17寸輪胎轉速相同時,直線速度約為600 km/h..這個速度顯然太快了,需要用齒輪組等類似功能的機構來減緩。
如果把發動機的動力直接傳遞給車輪,車輛會變得難以控制,所以變速器也起到了調節動力的作用。
動力變慢後,雖然速度變慢了,但是扭矩會被放大,曲軸扭矩和車輪扭矩是有區別的。如果發動機能以5000轉/分的速度運轉呢?輸出扭矩2牛·米,然後減速至2500轉/分?之後扭矩理論上可以放大到4Nm。但由於傳動過程中的動力損耗,比如摩擦損耗,實際測得的數據會略低,這就是傳動效率的問題。
各種傳輸
傳動系統通常使用以下常見的機械部件進行匹配。首先是仿賽車和壹般街車常用的鏈條和齒盤系統,踏板用的皮帶和分盤系統,美國巡航車用的齒帶傳動系統,寶馬多用途車和旅行車用的軸傳動系統。以上列舉的傳動方式都有各自的優缺點,也適用於不同的車型。接下來簡單介紹壹下。
作為寶馬的多功能旗艦,R1250GS采用水平和水平雙缸,上軸傳動。
鏈條和齒盤
由鏈條和齒盤組成的傳動系統是目前最常見的壹種,這種類型的傳動部件幾乎統壹用於仿制賽車。經過發動機和變速箱後,動力傳遞到傳動軸上的小齒盤(前齒),再借助鏈條傳遞到後輪軸上的被動大齒盤(後齒)。小齒盤的齒數和大齒盤的齒數換算成減速比,所以鏈條和齒輪配合後,壹個扭力就能放大動力。
動力通過前齒和後齒的配合放大扭矩。
齒盤配合鏈條的優點是傳動效率高,扭力大。在匹配良好的系統中,效率可以達到95%?以上,算是比較好的設計了。維護方便也是這種變速器的優點。不需要拆卸任何零件,齒盤和鏈條的磨損可以通過肉眼觀察很容易地檢測出來。鏈條和齒盤重量輕,特別是齒盤可以采用鋁合金材料,降低了整體轉動慣量,不會增加車輛加速的負擔。
缺點方面,鏈條和齒盤相互接觸,不僅會相互磨損,還會帶來震動和噪音。在再次起步或加速的情況下,也會帶來比較惱人的僵硬感,駕駛舒適性不如其他傳動系統。正因如此,以長途乘坐為主的休閑、巡遊車會盡量避免鏈條和齒盤的傳動系統。
鏈條結構簡單,但能傳遞大功率,是目前最常見的設計。
皮帶和牽引盤
皮帶和分盤式是踏板常見的傳動系統,除了傳遞動力外,還可以作為傳動系統使用。這裏所指的腰帶是v?V帶,兩邊都用V?斜面和分割盤之間的摩擦力用於傳遞動力。根據分瓣盤的開合情況調整皮帶的位置,就可以做出不同的減速比來實現變速功能,所以也可以作為變速系統使用。
CVT還有前後齒,如鏈輪傳動,實現變速的功能。
這種類型的系統組合不僅可以增加變速的功能,還可以配合離心式離合器,讓駕駛者只需要操作油門就可以讓車輛行駛。整個系統都是利用摩擦來傳遞動力,所以會有動摩擦和靜摩擦的轉換,使整個動力傳遞更加靈活,增加舒適性,但也限制了動力傳遞的效率和最大扭矩的傳遞。動力的傳輸效率大概是80%?90%到90%之間,變速的情況下,傳動效率會更低。
雅馬哈的YCC-AT將無級變速的CVT改成了可以進擋和退擋的分段式系統。
直通式驅動
軸傳動系統廣泛應用於汽車中,因為只要增大傳動軸的直徑,就很容易設計出大功率的傳動系統。在摩托車上,只有少數休閑車選擇軸傳動系統,雖然成本會比鏈條和齒盤系統高很多,但優點是動力傳遞更靈活,不會有鏈條的振動,維修周期長,平均壽命也是軸傳動不可或缺的優點。
寶馬為其車軸驅動系統感到自豪。
齒形帶和皮帶輪
最後提到齒帶和滑輪的設計,這是哈雷美國巡航機車經常使用的。這裏,皮帶不是通過摩擦與皮帶輪接觸,而是設計成鏈條和齒盤的樣子,皮帶上的齒數設計成與皮帶輪上的凹痕相嵌。其優點是動力傳遞柔和、重量輕、靜音性高、維修周期長;但齒形帶傳動也有成本高、更換皮帶難度大的缺點。這種類型的系統也常用於發動機氣門系統的正時機構上。
除了美式巡航車,寶馬也在F800S?齒形用作傳動元件。
抓住
無論是踏板還是所謂的換擋車,都需要離合器設計,這樣在車速為零的時候,輪胎就可以和發動機分離,不至於在車輛停下來的時候讓發動機熄火。踏板壹般采用離心式離合器,根據發動機轉速自動控制,無需騎士操作,後面會詳細介紹。這裏主要討論換擋車上需要騎士操控的離合機構。
離合器最大的作用是切斷和結合發動機曲軸輸出的動力。在壹般的變速箱設計中,曲軸的動力在第壹次減速比後到達離合器。經過離合器後就是變速齒輪組,再由傳動系統輸出到後輪。所以,當離合器切斷動力的時候,就不會有動力從變速齒輪傳到後輪。另壹方面,當離合器被切斷時,騎車人關小油門,提高發動機轉速,不會影響車速。此外,離合器還有啟動車輛的重要功能。當車輛停止時,輪胎的轉速為零。這時候就要利用離合器的摩擦力,隨著發動機的動力逐漸提速,保持發動機的最低運行轉速,以免熄火。這個過程也被稱為半離合,或動態摩擦狀態。簡單來說,這裏離合器的作用就是調和動力輸出的前端(發動機)和後端(後輪)的轉數,最終將兩者結合起來。
離合器結構由離合器片和摩擦片組成。
在離合器的結構上,主要可以分為兩部分,第壹部分是離合器片,第二部分是摩擦片。圖中離合器片和摩擦片是交叉的,八塊離合器片之間放了七塊摩擦片。黃色摩擦片貼在離合器片上,與摩擦片產生摩擦。黃色的用完了,離合就會不足,需要更換才能維持性能。從形狀上看,離合器片是外圍有齒的凸出形狀,剛好與離合器蓋的齒槽相嚙合。另壹方面,摩擦片的內緣設計有凹齒槽,與離合器內轂中設計的凸槽嚙合。
從圖表中可以看出,離合器蓋與離合器片接合,與曲軸連接,屬於驅動端。離合器內轂與摩擦片嚙合,與變速箱連接,屬於被動端。當離合器拉桿松脫時,另壹個叫做離合器壓盤的元件用彈簧把離合器片和摩擦片壓在壹起,使主動端和被動端嚙合。當離合器拉桿壓下時,壓盤松開,離合器片和摩擦片可以相對自由移動,動力被切斷。
潮濕和幹燥
了解了離合器的基本工作原理,讀者大概會想問,經常聽到的濕式離合器和幹式離合器是什麽意思?這裏所說的濕式離合器是指整個離合器機構浸泡在潤滑油(齒輪油)中,幫助離合器片和摩擦片完全分離,獨立轉動。潤滑油還能使它們在摩擦時順利接合,同時還有散熱的作用。
過去,杜卡迪追求極致性能,在其高端車輛中使用幹式離合器來提高性能。但是考慮到維護和噪音的問題,現在大部分都使用濕式離合器。
幹式離合器則是相反的設計,整個離合器結構不浸油,甚至不直接暴露在空氣中,便於散熱。因為缺少潤滑油,幹式離合器的接合力很強,經常用在賽車上。車輛起步時需要較高的離合器操作技巧,否則會在接合瞬間熄火。
本文來自車家作者汽車之家,不代表汽車之家立場。