《機械裝備導論》課件第9章

第9章交通運輸機械9.1交通運輸機械總論9.2典型交通運輸機械——汽車的構造9.3其他交通運輸機械9.1交通運輸機械總論現(xiàn)代化交通運輸主要包括鐵路、水路、公路、航空和管道五種運輸方式，各有其不同的技術經(jīng)濟特征與使用范圍。

公路運輸是現(xiàn)代運輸主要方式之一。它的主要優(yōu)點是它的機動、靈活性很強，可實現(xiàn)門到門運輸。汽車運輸在運輸時間上的機動性也比較大，并且對客運量、貨批量大小具有很強的適應性。由于汽車運輸靈活方便，因而不需中途倒裝，既加速了中、短途運輸?shù)乃俣龋旨涌炝素浳镔Y金周轉，有利于保持貨物的質量和提高客、貨的時間價值。在短距離運輸時，汽車客運速度明顯高于鐵路。此外，公路運輸與其他運輸方式相比，投資少、資金周轉快，原始投資回收期短，且技術改造比較容易。另外，它又可以補充和銜接其他運輸方式。由于公路運輸具有上述一些特點，因此，公路運輸在中、短途運輸中，效果最突出。但汽車運輸在擔負長途運輸業(yè)務方面，有著難以彌補的缺陷。第一是燃料消耗大，造成費用過高；第二是機器磨損大，造成折舊費和維修費很高；第三是公路運輸所耗用的人力多。

鐵路運輸是一種現(xiàn)代陸地運輸工具。自1825年從英國的斯托克頓至達林頓修建第一條鐵路以來，至今已有170多年的歷史。在工業(yè)發(fā)達國家中，鐵路運輸一度占有十分重要的地位。后來由于公路、水路運輸、航空、管道運輸方式的發(fā)展，動搖了鐵路運輸先前的地位。但是，在劇烈競爭面前，各國鐵路部門努力更新技術，提高行車速度和客貨運輸?shù)姆赵O施，采用先進的大功率內燃機車和電力機車取代蒸汽機車，使鐵路運輸增添了新的活力，從而，使鐵路適應了大量增長的運輸需求。20世紀60年代初又出現(xiàn)了城市間旅客列車高速化的熱潮。1964年，日本修建了世界上第一條由東京至大坂的現(xiàn)代化高速鐵路線，全長515?km，最高時速達到210?km/h，成為鐵路旅客運輸新技術的代表。法國在1981年建成了它的第一條高速鐵路(TGV東南線)，列車時速達到270?km/h；后來又建成了TGV大西洋線，時速達到300?km/h；1990年5月13日試驗的最高時速已達515.3?km/h。中國也于1994年建成廣州至深圳的準高速鐵路，全長147.3?km，時速為160?km/h。2002年12月31日建成通車的上海磁懸浮列車線路全長33?km，設計時速430km/h，是世界上第一條也是唯一的一條商業(yè)磁懸浮線路。2008年北京奧運前夕，又開通了北京至天津的城際高速鐵路，時速達350km/h。北京至上海的高速鐵路也于2008年動工興建。目前，高速鐵路技術在世界上已經(jīng)成熟，高速化已經(jīng)成為當今世界鐵路發(fā)展的共同趨勢。鐵路運輸與其他各種現(xiàn)代化運輸方式相比較，具有運輸能力大，能夠負擔大量客貨運輸?shù)膬?yōu)點。每一列車載運貨物和旅客的能力遠比汽車和飛機大得多。速度快是鐵路運輸?shù)牧硪惶攸c。常規(guī)鐵路的列車運行速度一般為100?km/h左右，高速鐵路上運行的旅客列車時速目前可達350?km/h左右。鐵路貨運速度雖比客運慢些，但比水道運輸快得多。鐵路運輸成本較低也是一個重要的優(yōu)點。運作越長、運量越大，單位成本就越低。一般鐵路的單位運輸成本比公路運輸和航空運輸要低。在經(jīng)常性和準確性方面鐵路運輸也名列前茅，可以全年全天候不停地運營，受地理和氣候條件的限制很少。此外，鐵路運輸還具有單位能源消耗較少、安全可靠以及環(huán)境污染小的優(yōu)點。由于其具有上述的技術經(jīng)濟特點，因此，鐵路運輸適合于國土幅員遼闊的大陸國家，適合于運送經(jīng)常的、穩(wěn)定的大宗貨物運輸，適合于運送中長距離的一般貨物運輸以及適合中長距離和短距離的城市間旅客運輸?shù)男枰?/p>

水路運輸由船舶、航道和港口三部分組成。水路運輸按照航行的區(qū)域分為遠洋運輸、沿海運輸和內河運輸三種類型。遠洋運輸指無限航區(qū)的國際運輸。沿海運輸指在沿海區(qū)域各港口之間的運輸。內河運輸指在江、河、湖泊及人工水道上從事的運輸。在水路運輸中，除運河以外，內河航道均是利用天然江河加以整治，修建必要的導航設備和港口碼頭等就可通航；海運航道更是大自然的產物，一般不需要人工整治，且海運航線往往可以取兩個港口間的最短距離。因此，一般說來，河運的平均運輸成本比鐵路略低，而海運成本則遠比鐵路為低，這是水路運輸?shù)囊粋€突出優(yōu)點。水路運輸?shù)倪\輸能力相當大。在海洋運輸中，目前世界上超巨型油船的載重量達55萬噸，巨型客船已超過8萬噸。水路運輸?shù)哪茉聪囊脖容^低。那是因為船舶在低速行駛下所需克服阻力小。能夠節(jié)約燃料；如果航速略微增大，則所需克服的阻力就直線上升。因此，一般船只的行駛速度只能達到40km/h，比鐵路、汽車慢得多，水運送達速度通常比鐵路運輸慢1～2倍。水運的另一個缺點是受自然條件的限制較大。冬季河道或港口冰凍時即須停航，海上風暴也會影響正常航行。由于水路運輸具有占地少、運量大、投資省、運輸成本低等特點，在運輸長、大、重件貨物時，與鐵路、公路相比，水上運輸更具有突出的優(yōu)點。對幾百噸重、幾十米長的大重件，鐵路、公路無法承擔，而水上運輸都可完成。對大宗貨物的長距離運輸，水路運輸則是最經(jīng)濟的一種運輸方式。

航空運輸在20世紀迅速崛起，是運輸行業(yè)中發(fā)展最快的行業(yè)，在一些發(fā)達國家，已經(jīng)成為交通運輸業(yè)的主要方面。航空運輸與其他運輸方式相比，其最大的特點是速度高，并具有較大機動性?，F(xiàn)代的噴氣式運輸機，時速一般在900?km/h左右。其缺點是載運能力小、能源消耗大、運輸成本高和要受惡劣天氣影響。管道運輸是使用管道輸送流體貨物的一種方式。它是隨著石油工業(yè)發(fā)展而興起并隨著石油、天然氣等流體燃料需求的增加而發(fā)展，逐漸形成的溝通石油、天然氣資源與石油加工場地，及消費者之間的輸送工具。管道運輸具有輸送能力大、效率高、成本低及能耗小等優(yōu)點。由于管道埋于地下，管道占用土地少；埋于地下基本不受氣候影響，可以長期穩(wěn)定運行，沿線不產生噪聲，而且漏失污染少。管道輸送流體能源，主要依靠每隔一段距離設置的增壓站提供壓力能，設備運行比較簡單，易于就地自動化和進行集中遙控，由于節(jié)能和高度自動化，用人較少，使運輸費用降低，因此是一種很有發(fā)展前途的現(xiàn)代化運輸方式。管道運輸也存在一些缺點，它適于長期定向、定點輸送，合理運輸量范圍較窄，如運輸量變換幅度過大。則管道的優(yōu)越性就難以發(fā)揮。總之，各種運輸方式都有自己的特性和優(yōu)缺點，應在保證運輸安全，合理利用自然資源，保護環(huán)境等前提下，充分發(fā)揮各種運輸方式的技術經(jīng)濟優(yōu)勢和功能，做到合理分工和協(xié)調發(fā)展，力求達到最經(jīng)濟合理的需求。9.2典型交通運輸機械——汽車的構造隨著國民經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，汽車已一躍成為當前極為重要的交通運輸工具。汽車工業(yè)在帶動其他各行各業(yè)的發(fā)展中，已日益顯示出其作為重要支柱產業(yè)的作用。汽車自從被發(fā)明到今天已經(jīng)歷了100余年，它對人類社會所起的作用是任何其他東西都不能替代的。估計2010年全世界的汽車保有量將達到10億輛。我國的汽車保有量近年來也高速增長，新購置汽車中私家車的數(shù)量已超過一半，汽車已經(jīng)走入千家萬戶。9.2.1汽車類型

汽車種類繁多，一般可按用途、動力裝置、道路特征和行駛機構特征而將其分類。

1．按用途分類

汽車按用途可分為運輸汽車和特種用途汽車兩大類。其中運輸汽車包括轎車、客車、旅游車和貨車。特種用途汽車主要執(zhí)行除運輸以外的特殊任務，為此常裝設不同的專用設備以便進行某種特定的作業(yè)，包括建筑工程用車，如起重車、混凝士攪拌車等，還包括市政和公用事業(yè)用車，如清掃車、醫(yī)療車、消防車等。

2．按車用動力分類

內燃機仍在車用動力中占統(tǒng)治地位，所以絕大多數(shù)汽車都屬于內燃機汽車。根據(jù)內燃機的種類和燃料的不同，內燃機汽車又分為往復機汽車、轉子機汽車、汽油機汽車、柴油機汽車、氫氣發(fā)動機汽車、甲醇發(fā)動機汽車、天然氣汽車等。一般說來，轎車多數(shù)為汽油機汽車，而其他車輛則大都為柴油機汽車?？墒褂枚喾N能源的混合動力汽車也在不斷的發(fā)展中。

以蓄電池和電動機為動力裝置，經(jīng)機械式傳動系驅動車輪的汽車稱電動汽車，這種汽車由于節(jié)約石油資源、無污染、噪聲小而被稱之為21世紀的車輛，目前正處于研制定型期、即將進入商品化階段。9.2.2汽車的基本構造

普通的一輛汽車需由數(shù)以萬計的零件裝配而成，而其中有一千多個零件在同時運轉。任何類型的汽車，其主要結構可分為四大部分：動力裝置、底盤、車身及其附件、電氣設備。動力裝置通常是發(fā)動機，它提供汽車動力，該動力通過底盤的傳動系驅動汽車行駛。底盤除傳動系外，還有行駛系、轉向系和制動系，它們用于確保汽車的正常行駛。車身用于安置駕駛員、乘客或貨物。轎車和客車通常是一個整體車身，而貨車車身常由駕駛室和貨箱組成。電氣設備由汽車電源、發(fā)動機的起動系和點火系、汽車的照明、信號和控制設備等組成。目前，隨著電子技術的發(fā)展以及對汽車性能的高要求，電氣設備(包括各種電子裝置)在汽車上的比重越來越大。汽車的總體構造和結構形式隨不同的使用要求而不同。轎車的總體布置除發(fā)動機前置、后輪驅動以及發(fā)動機后置、后輪驅動外，目前盛行發(fā)動機前置、前輪驅動，這是因為這種布置形式有利于減輕汽車自重、降低油耗、增加車身容積以及改善高速時的操縱穩(wěn)定性。大、中型客車為增加乘坐面積，有不少采用發(fā)動機后置、后輪驅動型，或臥式發(fā)動機中置后輪驅動型，而貨車則大部分是發(fā)動機前置、后輪驅動型。越野汽車為提高其通過性用全輪驅動型，即所有車軸均是驅動橋。

1．動力裝置

盡管當前電動汽車的發(fā)展有了一個很好的勢頭，但在未來10年內以內燃機為動力的汽車仍將占統(tǒng)治地位。車用內燃機的特點是將液體或氣體燃料與空氣混合后直接在機器內部燃燒產生熱能，然后再轉變?yōu)闄C械能。根據(jù)內燃機將熱能轉化為機械能的主要構件的形式，可分為活塞式內燃機和燃氣輪機兩類，前者按活塞運動方式分往復活塞式和旋轉活塞式兩類，其中往復活塞式內燃機在汽車上應用最廣，旋轉活塞式的也有應用，主要是三角轉子發(fā)動機(又稱汪克爾發(fā)動機)。按所用燃料區(qū)分，常見的有汽油機和柴油機。由于汽油機需用火花點燃可燃混合氣才能使燃料燃燒發(fā)熱而作功，故汽油機屬于火花點火(點燃)式發(fā)動機。柴油機通過壓縮氣體而使燃料在高溫下自燃后發(fā)熱作功，因此柴油機屬于壓燃式發(fā)動機。在內燃機中，每一次將熱能轉化為機械能都必須經(jīng)過進氣、壓縮、燃燒膨脹和排氣這樣一系列連續(xù)過程，稱為工作循環(huán)。對往復活塞式發(fā)動機來說，活塞經(jīng)過上行、下行兩個行程(又稱沖程)完成一個工作循環(huán)的稱二沖程發(fā)動機，而需要四個行程完成一個工作循環(huán)的稱四沖程發(fā)動機。就目前來說，車用發(fā)動機都是四沖程發(fā)動機。發(fā)動機是汽車的動力裝置，是汽車的“心臟”。其作用是使燃料燃燒后產生動力，然后通過底盤的傳動系驅動汽車行駛。汽車發(fā)動機由曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系、冷卻系、潤滑系和點火系、起動系(“二大機構”、“五大系”)組成。由于發(fā)動機的詳細構造及工作原理已經(jīng)在第2章中作了介紹，我們在這里不再贅述。

2．底盤

1)傳動系

傳動系的作用是將發(fā)動機動力傳給驅動輪，并與發(fā)動機配合，保證汽車在不同條件下能正常行駛。為此，傳動系應具有減速增扭、變速、使汽車倒駛、中斷動力傳遞、使兩側驅動輪差速旋轉等功能。傳動系和發(fā)動機的匹配還應使汽車在常用工況下有良好的動力性、燃料經(jīng)濟性和盡可能低的排氣污染。傳動系的組成和布置形式取決于發(fā)動機的類型和性能、汽車的總體結構形式、汽車行駛系和對傳動系本身的要求等諸多因素。圖9-1所示為轎車動力傳動布置的三種常見形式：發(fā)動機前置，后輪驅動(前置—后驅動)(圖9-1(a))；發(fā)動機后置，后輪驅動(后置—后驅動)(圖9-1(b))；發(fā)動機前置，前輪驅動(前置—前驅動)(圖9-1(c))。前置—后驅動是傳統(tǒng)布置方式，至今仍廣泛用于中、高級轎車，其優(yōu)點是軸荷分配較均勻，有利于提高操縱穩(wěn)定性、行駛平順性和延長輪胎壽命，缺點是要布置長的傳動軸，汽車自重較大，地板中部有凸起的傳動軸通道，因而也不利于降低地板高度。后置一后驅動和前置一前驅動都省去了長的傳動軸，汽車自重減輕，制造成本降低，地板平坦，軸距較短。但后置—后驅動帶來的缺點也不少，如發(fā)動機后置使操縱機構復雜，發(fā)動機冷卻條件變差，前輪附著重量過小，高速時易產生轉向不穩(wěn)，這些問題對于前置—前驅動布置是不存在的。相反，由于前軸軸荷較大，汽車轉向穩(wěn)定性好，不易側滑，故現(xiàn)在越來越多的轎車(不僅是微型和經(jīng)濟型轎車)采用前置—前驅動結構形式。圖9-1轎車動力傳動布置的三種常見形式普通汽車的傳動系主要由離合器、變速器、萬向傳動裝置、減速器、差速器等組成，如圖9-2所示。多軸驅動的越野汽車上還裝有分動器。圖9-2普通汽車傳動系示意圖

(1)離合器。離合器裝在發(fā)動機與變速器之間，駕駛員根據(jù)需要，通過離合器踏板操作離合器，使發(fā)動機與變速器暫時分離或逐漸接觸，以切斷或傳遞發(fā)動機輸往變速器的動力。在汽車發(fā)動、起步、換擋、制動及停車時，都少不了離合器的分離與接合。離合器需實現(xiàn)汽車的平穩(wěn)起步；需保證汽車換擋時切斷動力，減小齒輪沖擊；需有足夠的容量保證傳遞最大轉矩，并通過打滑保護傳動系不致過載。為了達到上述目的，廣泛采用結構簡單、維護方便的摩擦式離合器。摩擦式離合器有干式和濕式兩種，濕式是將摩擦片浸在油中工作，干式是摩擦片在干燥狀態(tài)下工作。通常，濕式離合器采用多片形式而成為自動變速器的組合元件，轎車常用的單片離合器都是干式離合器。單片摩擦式離合器有采用膜片彈簧和螺旋彈簧兩種形式，如圖9-3和圖9-4所示。其工作原理都是相同的，它們均由主動部分、從動部分、壓緊機構和操縱機構四部分構成。主動部分是由曲軸帶動的飛輪、壓盤和離合器蓋。帶有摩擦片的從動盤是從動件，它通過花鍵與變速器主動軸相連。壓緊機構靠彈性件實現(xiàn)，在螺旋彈簧式離合器中，緊靠在離合器蓋端面上的螺旋彈簧通過壓板將從動片緊緊地壓在飛輪上，由飛輪、壓盤帶動從動件一起轉動；在膜片彈簧式離合器中，頂在分離軸承端面的膜片彈簧在接合狀態(tài)下將壓板壓向從動片。操縱機構一般由分離軸承、分離叉和分離爪組成，但在膜片彈簧式離合器中，膜片彈簧同時起壓緊彈簧和分離爪的作用。圖9-3螺旋彈簧式離合器圖9-4膜片彈簧式離合器膜片彈簧式離合器有許多優(yōu)于螺旋彈簧式離合器的特點，如結構簡單、壓力分布均勻、分離省力、壓緊力不受離心力影響而更適合高速時使用等。

離合器的操縱由駕駛室內的離合器踏板控制，操縱可以是機械式的，也可以是液壓式的。離合器踏板上的踏力和行程，對轎車一般取80～150?N和50～80?mm。

為了減輕駕駛員負擔，可以采用各種自動離合器。自動離合器是由離合器本體以及用電力、油壓、真空吸力等方法控制離合器的控制裝置所組成的。

(2)變速器。汽車在行駛中需要滿足變化的動力特性要求，這個特性要求可用圖9-5說明。圖中橫坐標是車速，在確定了最高車速vmax以后，駕駛員應能在此范圍內自由選擇車速；縱坐標是牽引力和功率，當牽引力一定時，功率與車速成正比，而最大牽引力受車輪與地面的附著力制約，因此有一個受附著力制約的界限線。圖9-5汽車的理想驅動特性場此外，每個動力裝置總有一個最大驅動功率Pmax，也成為一條界限線，上述界限線所限定的區(qū)域(圖中用陰影線表示)即為汽車希望動力裝置所提供的理想特性場。然而，目前廣泛應用的內燃機動力裝置所繪出的特性場與在較寬轉速范圍內全負荷功率應保持常值的要求相反，其轉矩接近常值，而功率在低轉速時急劇下降，因此如果沒有變速裝置(也即變扭矩裝置)，內燃機只能覆蓋圖9-5中所需的特性場的一部分(圖9-6中的實線)。增加發(fā)動機轉速對車輪轉速的減速比，發(fā)動機特性曲線相對于汽車所需特性場左移。例如通過一個四速變速器，可以獲得圖9-6所示的實際可用特性場(用陰影線畫出)。變速器除用于滿足上述動力性能的要求外，也有利于內燃機在功率較高而油耗較低的經(jīng)濟工況下工作。另外，變速器還具有通過空擋中斷動力傳遞和通過倒擋使汽車倒向行駛的功能。圖9-6通過傳動系所獲得的實際可用特性場按傳動比的變化方式劃分，汽車用變速器可分為有級式、無級式和綜合式三類。中、輕型汽車多采用齒輪式有級變速器，它由變速傳動機構和操縱機構組成，一般有3～5個前進擋和一個倒擋。小轎車和重型汽車常采用動液傳動式無級。后者往往是液力變扭器與機械有級變速器(通常是行星齒輪機構)的組合，常稱液力—機械變速器，是一種綜合式變速器。按操縱方式不同，汽車變速器還可分為手動操縱式、半自動操縱式和自動操縱式變速器。以往的汽車都有踏板控制的離合器和手動變速桿，但不斷的重復操作使人容易疲乏。在半自動操縱變速器中，駕駛員僅需選擇適當?shù)膿跷?，離合器的操作是自動的。至于全自動變速器，擋位的選擇和換擋全由控制機構自動操作，控制機構依照車速以及駕駛員如何踩油門踏板而做出反應。帶有自動變速器的汽車沒有離合器踏板，代替變速桿的是一個控制手柄，它只供空擋、停車、前進和倒車控制用。圖9-7是一個典型的五擋齒輪變速器。它共有四根軸，第一軸的前端與離合器和發(fā)動機曲軸相連；第二軸是輸出軸，其后端一般與萬向傳動裝置相連；另兩根軸是中間軸和倒擋軸。變速器中第一軸、中間軸和倒擋軸上的齒輪通常都與軸固定，第二軸上則裝有一些滑動的齒輪或嚙合套(為使換擋平順，常采用所謂的同步嚙合裝置)，通過它們進行換擋。圖9-7五擋齒輪變速器

(3)萬向傳動裝置。萬向傳動裝置通常由萬向節(jié)和傳動軸組成，有時還包括中間支承。圖9-8是幾種萬向傳動裝置的結構。傳動軸前端與變速器輸出軸相連，后端則與驅動橋內的主減速器的主動錐齒輪相連。當汽車在不平坦路面上行駛時，后橋隨彈簧上下跳動，傳動軸為了與此相適應，不僅要能改變其與輸入、輸出軸間的夾角，而且能改變其長度。夾角的改變靠兩端的十字軸萬向節(jié)實現(xiàn)，長度的改變則靠傳動軸前十字軸萬向節(jié)前端做成滑動花鍵或者在傳動軸中間裝設滑動聯(lián)軸節(jié)實現(xiàn)。圖9-8萬向傳動裝置的結構對于那些前輪驅動或后置發(fā)動機后輪驅動的汽車，發(fā)動機輸出的動力經(jīng)離合器、變速器后可直接通過半軸傳給驅動輪，為此，在半軸上裝置萬向節(jié)，以利于彈簧及轉向機構發(fā)生作用，并也要有花鍵與驅動橋連接，以適應行駛中所產生的長度變化。由于當驅動橋又是轉向橋時，轉向輪的偏擺角過大會引起普通十字軸萬向節(jié)轉動角度過大波動，后者會引起汽車的振動，因此在這種情況下必須采用等速萬向節(jié)。圖9-9所示為球籠式等速萬向節(jié)。圖9-9球籠式等速萬向節(jié)

(4)驅動橋。主減速器、差速器、半軸和驅動橋殼組成了驅動橋。驅動橋的主要功用有：降低轉速、增大扭矩以適應行車需要；允許兩側車輪在汽車轉彎或行駛在不平坦路面上時有不同的轉速，即起差速作用；在發(fā)動機縱置時，把動力傳動改變90°角以驅動車輪。圖9-10給出了驅動橋的一般構造。圖中的一對錐齒輪構成了主減速器，其中小錐齒輪是與傳動軸相連的主動齒輪，大錐齒輪為從動齒輪，它與差速器保持架結合在一起。這一對錐齒輪傳動一方面實現(xiàn)減速增扭，一方面改變動力的傳輸方向。圖9-10驅動橋的一般構造(a)全浮式；(b)3/4浮式；(c)半浮式差速器的工作原理說明見圖9-11。汽車走直線時，行星齒輪自身不轉動，只是隨行星齒輪軸、差速器保持架、大錐齒輪繞半軸軸線公轉，兩個半軸齒輪就由行星齒輪帶動以同樣的轉速旋轉。當汽車轉彎時，行星齒輪不僅如前述同樣地繞半軸軸線公轉，而且還通過繞行星齒輪軸本身的自轉，使兩根半軸有不同的轉速。圖9-11差速器的工作原理圖(a)汽車直行；(b)汽車轉彎對于普通差速器，由于行星齒輪的作用，兩根半軸傳遞著相同的轉矩。如果某一側半軸的阻力消失(如一側車輪陷于淤泥中)，另一側半軸也無法傳遞轉矩，車輛便無法開動。為了改善這一缺陷，有各種差速自鎖裝置，保證在一輪打滑情況下，另一輪可實現(xiàn)單輪驅動。驅動橋還有各種形式，這里不一一贅述。

2)行駛系

汽車的行駛系由車架、懸掛、車軸和車輪組成。車架對汽車并不一定是必需的，只有在非承載式車身結構情況下需用車架連接并支承車身、發(fā)動機和傳動系、懸掛等零件，承受和傳遞底盤零件傳來的外力，還提供撞車時所需的強度和吸收沖擊能量的能力。對于承載式車身結構來說，它沒有車架，車身承擔整車結構的主要強度，車身的底板部分起著車架的作用。承載式結構的優(yōu)點是整車重量輕、剛度大、高度降低、室內空間大，但具有制造變型車困難、換型代價大、撞壞難以處理、振動噪聲易傳到室內等缺點，因此它僅適用于小型轎車。懸掛是車架(或承載式車身)與車橋(或車輪)之間一切傳力連接裝置的總稱?，F(xiàn)代汽車盡管有不同結構形式的懸掛，但一般都是由彈性元件、減振器和導向裝置三部分組成，它們分別起緩沖、減振和導向作用，同時又都起傳力作用。懸掛只要具備上述各種功能，在結構上并不是非設置上述三套單獨的裝置不可。例如，常見的鋼板彈簧除起彈性元件的緩沖作用外，多片重疊時又可借片間摩擦起減振作用，同時也可擔負起傳遞各種力和力矩的作用，故可不裝減振器和其他導向機構。懸掛有兩大類，即非獨立懸掛和獨立懸掛(圖9-12)。非獨立懸掛的特點是由一根整體式車橋連接兩側的車輪，車輪與車橋一起通過彈性懸掛與車架(或車身)相連。獨立懸掛每一側車輪單獨地通過彈性懸掛與車架(或車身)相連。采用獨立懸掛時，車橋顯然是斷開的。非獨立懸掛由于結構簡單、成本低、強度高而廣泛用于貨車和大客車。獨立懸掛由于提高了汽車的舒適性，并有利于降低汽車重心而在轎車上用得相當普遍。也有一些車前輪采用獨立懸掛，后輪采用非獨立懸掛。獨立懸掛的結構很多，按車輪的振擺形式可分為橫擺臂式、縱擺臂式、沿主銷移動等幾種形式。圖9-12非獨立懸掛和獨立懸掛懸掛中的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧、橡膠彈簧等，其中前兩種應用最多。汽車上的減振器通常是雙向作用筒式減振器，即在伸張和壓縮行程中都能起阻尼作用。阻尼大則消除振動快，但卻使與之并聯(lián)的彈簧的作用不能充分發(fā)揮，同時過大的阻尼力還可能導致減振器連接零件及車架的損壞。因此，通常要求減振器在壓縮行程內給出較小的阻尼，以便充分利用彈性元件的彈性緩和沖擊；在伸張行程內給出較大的阻尼，以求迅速衰減振動；當車橋(或車輪)與車架(或車身)的相對速度過大時，減振器應能自動加大液流通道截面積，使阻尼力始終保持在一定限度內，以免承受過大的沖擊載荷。車橋通過懸掛與車架相連，車橋的兩端安裝車輪。根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋可分為驅動橋、轉向橋、轉向驅動橋和支持橋。一般汽車的前橋多為轉向橋，后橋多為驅動橋。越野汽車的前橋為轉向驅動橋。支持橋主要用于掛車上。

3)轉向系

汽車行駛方向的改變是通過轉向輪在路面上相對于汽車縱軸線偏轉一定角度來實現(xiàn)的。由駕駛員操縱的用來使轉向輪轉向的一整套機構稱為轉向系。在汽車直線行駛時，有時轉向輪受路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用產生自動偏轉而改變行駛方向，此時，駕駛員也可利用轉向系使轉向輪反方向偏轉，從而使汽車恢復原來的行駛方向。轉向系可按轉向能源的不同分為機械轉向系和動力轉向系兩大類。前者以駕駛員體力作轉向能源，其中所有的傳力件都是機械的；而后者則同時利用駕駛員體力和發(fā)動機動力為車向能源，且正常情況下，大部分轉向力是由發(fā)動機通過轉向加力裝置提供的。動力轉向系在轉向加力裝置失效時，一般都可由駕駛員獨立完成轉向任務，因此它是在機械轉向系的基礎上加裝一套轉向加力裝置構成的。機械轉向系由轉向器和轉向傳動裝置組成。轉向器將駕駛員操縱轉向盤的旋轉力矩和旋轉位移通過機械傳動關系，傳給轉向傳動機構，使車輪偏轉。例如在圖9-13中，轉向盤1轉動時，轉向軸2和蝸桿3也隨之轉動，蝸桿帶動與之嚙合的扇形齒輪4轉動，使轉向垂臂5作前后擺動，從而推動轉向縱拉桿6和轉向節(jié)臂7作前后運動，使左轉向節(jié)及裝于其上的左轉向輪繞主銷8偏轉。圖9-13汽車轉向系示意圖與此同時，左梯形臂經(jīng)轉向橫拉桿10和右梯形臂，使右轉向節(jié)和右轉向輪向同一方向偏轉。在這里，零件1～4構成轉向器，其他的則組成轉向傳動裝置。

(1)轉向器。轉向器需滿足下述基本要求：首先，轉向力的大小應適度，以使操作輕便，為此轉向器有一個減速比，一般轎車轉向器減速比為12∶21；其次，轉向過程中保持轉向盤不動時所需的力應與轉向盤轉角有一定關系，并被駕駛員明顯感到；此外，駕駛員松開轉向盤后，轉向盤應能自動回正，保持作直線行駛；最后，當轉向輪承受路面沖擊時應當有適度反力傳給轉向盤，使駕駛員能感受到。以上幾條要求決定了轉向器機構應是可逆的，或是極限可逆的。轉向器按其基本形式有球面蝸桿滾輪式、蝸桿蝸輪式、蝸桿曲柄銷式、循環(huán)球式和齒輪齒條式?，F(xiàn)代轎車廣泛采用齒輪齒條式，它結構簡單、傳動可逆，為防止路面沖擊時的反力傳動過大，常在齒輪和轉向盤軸之間采用彈性體作中間聯(lián)軸節(jié)。對于中、高檔轎車，一般采用帶轉向加力器的齒輪齒條式轉向器，以彌補這種轉向器傳動比較小的缺點(圖9-14)。圖9-14帶轉向加力器的齒輪齒條式轉向器

(2)轉向傳動機構。轉向傳動機構是根據(jù)前橋懸掛布置的特點和空間條件，用不同方法來保證轉向器到轉向輪的轉向傳動以及左、右轉向輪的轉角關系。例如圖9-13中的梯形臂、轉向橫拉桿所組成的梯形機構，就是為了保證左、右轉向輪有一個協(xié)調的轉角關系，以使轉向時各車輪有同一個轉向中心點(圖9-15)。轉向輪的定位參數(shù)(主銷后傾角一般小于3°、主銷內傾角一般小于8°)用來保證轉向輪的自動回正。圖9-15轉向傳動保證左、右轉向輪的轉角關系順便指出，轉向輪定位還有所謂車輪外傾角和車輪前束，前者主要意圖是使輪胎接地點向內縮，以減小橫向偏距，從而改進制動時的方向穩(wěn)定性和轉向輕便性；后者則用于消除或減輕由于車輪外傾所造成的邊滾邊滑現(xiàn)象。圖9-16表示了上述四種轉向輪定位參數(shù)。圖9-16轉向輪定位參數(shù)

4)制動系

汽車在行駛過程中，必然有車速由快到慢，或由慢到停等情況，這時就需要對車輪施加制動阻力，它靠行車制動裝置來實現(xiàn)。汽車在停放，尤其是在坡道上停放時，需要防止汽車移動，這主要依靠駐車制動裝置來實現(xiàn)。在汽車特別是重型汽車滿載下長坡時，若完全依靠行車制動裝置來保持下坡時的穩(wěn)定車速，勢必使制動器承受很大的熱負荷，駕駛員操作也很緊張，因此常配備各種輔助制動裝置，如發(fā)動機排氣制動。此外，有些車輛為防止制動氣壓不足等故障情況造成重大安全事故，設置了應急制動裝置。通常，在汽車上起碼裝有行車制動和駐車制動兩種裝置。應急制動裝置常常與駐車制動裝置結合在一起，而輔助制動裝置只在必要時采用。各種制動裝置一般由制動器和制動控制機構組成。制動器按其構造分為盤式、蹄式(或鼓式)和帶式(或箍式)，制動控制機構按其操縱傳動方式有機械式、液壓式、氣壓式等。駐車制動裝置通常又稱手制動器，它是機械式的制動系統(tǒng)。這種制動裝置作用在變速器后的傳動軸上時，稱中央制動式手制動器；安裝在車輪上與車輪制動器一起時，則稱為車輪制動式手制動器。行車制動裝置以液壓式和氣壓式應用最廣泛，前者多用于轎車和輕型車，后者多用于中型以上的客車和貨車。為了保證制動的可靠性，無論是氣壓或液壓式的多采用雙管路制動系統(tǒng)，如前、后輪分開的雙管路系統(tǒng)和對角線(左前輪、右后輪一條管線，右前輪、左后輪一條管線)交叉的雙管路系統(tǒng)。圖9-17是液壓式雙管路制動系的布置示例。為了加強制動效能，減輕駕駛員的踏板力，許多轎車廣泛采用液壓加真空助力器的復合式制動控制裝置。圖9-17雙管路制動系布置示例目前行車制動裝置用的制動器，貨車用蹄式的為多，轎車用盤式的為多，特別是轎車的前輪制動器幾乎都是盤式的。這是因為盤式制動器制動效能雖不如蹄式的高，但制動效能的穩(wěn)定性好，例如它幾乎不發(fā)生蹄式制動器所具有的自動增力作用，它在高速制動和反復制動時也很少發(fā)生衰減作用。此外，制動盤左右兩側制動作用的不平衡現(xiàn)象極少，于是汽車能保持良好的方向穩(wěn)定性。圖9-18給出了未包括駐車制動在內的典型的轎車制動系統(tǒng)。目前，這類制動系統(tǒng)又增加了電子防抱死控制，以增加其行車安全性。圖9-18典型轎車的制動系統(tǒng)9.3其他交通運輸機械9.3.1鐵路運輸設備鐵路車輛是運送旅客和貨物的工具。在鐵路車輛上一般沒有動力裝置，需要把車輛連掛編成一列，由機車牽引在線路上運行。鐵路車輛的種類雖然很多，但它們的構造都是相似的。每一輛車均由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置和制動裝置五個基本部分組成。

1．車體

車體是輸送旅客和貨物的部分，車體一般和車底架構成一個整體，其結構形式與車輛的用途有關。貨車按用途可分為通用貨車和專用貨車兩大類。

通用貨車有棚車、敞車、干車、保溫車和罐車等。專用貨車有長大貨物車、漏斗車、自翻車等。

2．車底架

車輛底架是車體的基礎。它承受車體和所裝貨物的重量，并通過上、下心盤將重量傳給走行部。在列車運行時，它還承受機車牽引力和列車運行中所引起的各種沖擊力，所以必須具有足夠的強度和剛度。

貨車底架由中梁、側梁、枕梁、橫梁及端梁等組成。

中梁位于車底架的中央，兩端是安裝車鉤緩沖裝置的地方，是車底架的骨干，承擔全部垂直載荷和縱向作用力。枕梁是車底架和轉向架搖枕銜接的地方。在枕梁下部安裝的上旁承和上心盤，分別與轉向架搖枕上的下旁承和下心盤相對，并通過上下心盤將重量傳給走行部。

客車底架構造和貨車底架相似。但因客車兩端必須設置通過臺，所以它的中梁伸出端梁之外和通過臺端梁、側梁組成一個通過臺架。

3．走行部

走行部的作用是引導車輛沿軌道運行，并把車輛的全部重量傳給鋼軌。它應保證車輛以最小的阻力在軌道上運行，并能順利地通過曲線。走行部是否能夠保持良好的狀態(tài)，對于車輛能否安全、平穩(wěn)、高速運行有很大影響。在四軸車上，四組輪對分成相同的兩部分，每一部分叫轉向架。它由兩組輪對和軸箱油潤裝置、側架、搖枕、彈簧減振裝置、基礎制動裝置等組成一個整體。并通過搖枕上的下心盤、中心銷和車體底架枕梁上的上心盤對接。四軸車采用兩個轉向架的形式后，能相對于車底架自由轉動，縮短了車輛的固定軸距，便于車輛順利通過曲線。鑄鋼側架式轉向架是我國鐵路上廣泛使用的一種貨車轉向架。下面我們就以它為例來說明轉向架的一般構造。

1)輪對

輪對是由兩個車輪緊密地壓裝在一根車軸上面組成的。輪對承受著車輛的全部重量，并在負重的條件下以較高的速度引導車輛在鋼軌上行駛，它是車輛上最重要的部件之一。

車輪的圓周表面，即它與鋼軌頭部的接觸面，稱為踏面。踏面做成一定的斜度，可使車輛的重心落在線路中心線上，以減少或避免車輛的蛇行運動，并可使輪對較順利地通過曲線，減少車輪在鋼軌上的滑行。車輪內側外緣凸起的部分叫輪緣。它的作用是防止輪對脫軌，保證車輛在線路上安全運行。車輛兩端伸進軸箱的部分叫軸頸。安裝車輪的地方叫輪座。車輛的中部為軸身。

2)軸箱油潤裝置

軸箱油潤裝置的作用是使輪對和側架或構架連接在一起，將車輛的重量傳給輪對；潤滑軸頸，減少摩擦，降低運行阻力，使車軸在載重下高速運轉時不致發(fā)生燃軸事故；防止塵土、雨水等異物侵入，保證車輛能安全運行。我國鐵路車輛上有兩種類型的軸箱，即滑動軸承軸箱裝置和滾動軸承軸箱裝置?，F(xiàn)在大量推廣采用的是滾動軸承軸箱，如圖9-19所示。這種軸箱由軸箱體、軸箱前蓋、軸箱后蓋、滾動軸承等組成。在軸箱內加入適量的軟干油，當軸頸和滾子轉動時，就能將油脂帶入摩擦表面。滾動軸承能減少運行阻力，適合高速運行，減少燃軸事故，延長檢修周期，縮短檢修時間，加速車輛周轉，節(jié)省油脂，降低運營成本。采用滾動軸承后，在牽引力相同的條件下，可以提高牽引列車的重量和運行速度。圖9-19滾動軸承軸箱

3)側架、搖枕及彈簧減振裝置

側架(如圖9-20所示)是轉向架的一個重要部件，它把轉向架各零、部件組成一個整體，因此它不僅僅承受、傳遞各種作用力及載荷，而且它的中部設有彈簧承臺，是安裝彈簧減振裝置的地方，并應滿足制動裝置、軸箱定位裝置等安裝的要求。

搖枕(如圖9-21所示)中間用螺栓固定下心盤，在下心盤和搖枕之間加適當厚度的墊板，以調整車鉤的高度。搖枕的兩端支座在彈簧上，兩旁有旁承座，車體的重量和載荷通過下心盤經(jīng)搖枕傳給兩側的枕彈簧，并通過搖枕將兩個側架聯(lián)系起來。圖9-20側架

圖9-21搖枕

4．車鉤緩沖裝置

車鉤緩沖裝置可使機車和車輛或車輛和車輛之間實現(xiàn)連掛，并且傳送牽引力和制動力，緩和列車運行或調車作業(yè)時所產生的沖擊力。

車鉤緩沖裝置由車鉤、緩沖器、鉤尾框、從板等零部件組成。圖9-22為貨車車鉤緩沖裝置的一般結構形式。圖9-22車鉤緩沖裝置為了實現(xiàn)掛鉤或摘鉤，使車輛連接或分離，車鉤具有以下三種位置：

1)鎖閉位置(圖9-23(a))

鎖閉位置是兩個車鉤互相連掛的位置。鉤鎖鐵1擋住鉤舌2的尾部，使鉤舌不能繞鉤舌銷3向外自由轉動，這時鉤鎖鐵的臀部A坐在鉤舌椎鐵4的端部。

2)開鎖位置(圖9-23(b))

開鎖位置即鉤鎖鐵已被提起，鉤舌可以向外轉開的位置。當鎖提銷5將鉤鎖鐵提起后，鉤鎖鐵就不能擋住鉤舌，使鉤舌可以繞鉤舌銷自由轉動，這時鉤鎖鐵的B部坐在鉤舌椎鐵的端部。

3)全開位置(圖9-23(c))

全開位置即鉤舌已經(jīng)完全向外轉開的位置。當鉤鎖鐵處于開鎖位置后，如果繼續(xù)提開鎖提銷，鉤鎖鐵的頂部樁鉤頭內肩阻擋而使鉤鎖鐵向后轉動，帶動鉤舌推動，使椎鐵轉動，鉤舌鎖鐵的另一端就將鉤舌推開，使鉤舌處于全開位置。

掛鉤時，先將一個車鉤的提桿用力提起，使鉤舌向外完全轉開，成為全開位置，當兩個車鉤相互碰撞后，原來全開的鉤舌就完全轉入同它相連掛車鉤的鉤頭內方，兩個鉤舌互相抱合，兩個車鉤都處于鎖閉位置，它們就連掛在一起了。摘鉤時，先將一個車鉤的提桿提起，使它成開鎖位置，再用機車拉開車輛，兩個車鉤就可以分開了。圖9-23車鉤三態(tài)作用位置圖(a)鎖閉位置；(b)開鎖位置；(c)全開位置車輛在連掛和起動時會發(fā)生撞擊，列車在運行中也會因牽引力的變化、速度的增減和制動等原因而發(fā)生沖擊。為了緩和并削減沖擊力，提高列車的平衡性，延長車輛使用壽命，在車鉤的后面裝有緩沖器。

目前，我國貨車上大多采用2號緩沖器，客車上采用1號緩沖器。

貨車用緩沖器(圖9-24)的外殼是由鋼板制成的彈簧盒、彈簧盒蓋和彈簧盒底板所組成。彈簧盒內裝有外環(huán)彈簧和內環(huán)彈簧，在內環(huán)彈簧的外面和外環(huán)彈簧的內面具有15°的斜面。圖9-24貨車用緩沖器當緩沖器受力壓縮時，使各環(huán)相互擠壓，這時外環(huán)彈簧中就儲存了大部分的沖擊能量，同時各內外環(huán)簧的斜面之間因相互摩擦而將一部分沖擊能變成熱能。當外力除去后，各環(huán)簧之間又產生摩擦，將所儲存能量的一部分再一次轉變?yōu)槟Σ翢崮芏?，因而起到了緩沖和減振作用。貨車用環(huán)簧緩沖器還安裝有小外環(huán)彈簧和開口內環(huán)彈簧，以滿足貨車對緩沖器容量較大的要求。客車用緩沖器和貨車用緩沖器的構造、作用基本相同。為適應旅客列車對平穩(wěn)的要求，在客車用緩沖器的端部另設卷彈簧，使較小的沖擊也能得到緩和。

為了適應客車高速運行和貨車載重量大的要求，現(xiàn)在還采用一種橡膠緩沖器(圖9-25)。它的箱體是鑄鋼的，里面放有三層波浪形膠片，用以承受沖擊能量。這種緩沖器的優(yōu)點是：容量大，重量輕，結構簡單，維修工作量小。因此現(xiàn)已大量生產使用。圖9-25橡膠緩沖器

5．制動裝置

制動裝置是用外力迫使運行中的機車車輛減速或停車的一種設備。它不僅是列車安全、正點運行的重要保證，而且也是提高列車重量和運行速度的前提條件。因此，制動裝置的性能好壞，對鐵路的運輸能力和行車安全都有直接影響。

我國機車車輛上的制動裝置一般包括空氣制動機和手制動機兩個部分。空氣制動機也叫自動制動機，是利用壓縮空氣產生制動力的，一般作為列車制動用。手制動機是用人力進行制動的，一般只在調車時對個別車輛或車組實行制動用。9.3.2船舶種類與構造

在水運的主要技術裝備中，船舶用于運載旅客和貨物以及從事其他水上活動，是實現(xiàn)水運過程不可缺少的工具。

由于人類社會生產和生活需要以及科學技術發(fā)展的結果，當今船舶種類繁多，廣泛用于國防、交通運輸、生活、科研和貿易等方面。為區(qū)別各類船舶，一般按其自身的特征，主要是按軍用船舶和民用船舶分類，也可以按不同航行區(qū)域、航行狀態(tài)、動力裝置等來進行分類。本章主要根據(jù)民用船舶的分類來介紹船舶的結構和特點。

1．船舶的種類

1)客船

客船是用來載運旅客及其行李并兼帶少量貨物的運輸船舶。純粹載客不裝貨物的船舶是很少的。以載客為主兼運一部分貨物的船舶叫做客貨船。

為了保證旅客的安全，船體結構必須設雙層底，客船上有足夠的救生設備，如救生艇、救生筏、救生圈和救生衣等。對防火要求也有嚴格規(guī)定，例如對要求較高的客船上的艙室設備、家具和床上用品等需經(jīng)防火處理。此外，客船上還應有完善的通信、照明設備，有的還設有空氣調節(jié)系統(tǒng)。對于要求較高的客船，為了使船舶在海洋中航行平穩(wěn)，船上還裝有減搖水艙或減搖鰭等裝置。

客船與其他交通工具比較，具有客運量大、費用低、比較安全、旅客占用的活動面積大等優(yōu)點。

2)貨船

貨船是專門運輸各種貨物的船只。

3)其他船舶

其他如渡船、駁船等。

2．船舶的一般組成與基本構造

在使用過程中，船舶承受各種外力及自然條件的侵襲，不應損壞、翻沉或產生不應有的變形，所以必須有足夠的強度、良好的航行性能和完善的設備與裝置。一般運輸船舶由船體構造、推進器、船舶設備、船舶系統(tǒng)及助航儀器等部分組成。

1)船體構造

船體是指主甲板以下部分，它是一個直接承受靜水壓力、浮力、波壓力、沖擊力、貨載及本身重量等各種外力的空間結構。為了使船舶行駛時所受的阻力最小，船體做成流線形曲面，船體兩端多為尖楔形或匙形。船體前端叫船首，后端叫船尾。一般貨船的中部較肥，首尾端較瘦。船體中部適宜于作貨艙和機艙。首尾端常用作壓載水艙和放置錨鏈或舵機等。船體左右兩側叫船舷。船體頂蓋為一全通連續(xù)甲板，稱為主甲板。主甲板架在橫梁上，它是承載船舶縱向強度的重要構件，同時也支撐壓在甲板上的負荷。除主甲板外，大型船舶內還有起分隔作用的第二、第三甲板。船體構造中，主要部分是主船體和上層建筑。

(1)主船體。就全船而言，主船體是被外板和連續(xù)的上甲板全部包起來的水密結構，主船體的空間又被艙壁、甲板和千臺分隔成不同用途的艙室。主船體由首端、中部和尾端構成。首端構造是指首尖艙壁以前，上甲板以下的船體結構。首端最前端的一個艙叫首尖艙，內有平臺甲板，平臺甲板以上有錨鏈艙和儲物艙，平臺甲板以下是壓載水艙。首端結構與中部結構相比有明顯的不同，船體中部剖面近似于矩形，而首端呈V形，船體外板與舷側外板連接在一起。船舶在逆浪行駛時，首端水下部分受到波浪拍擊，這部分結構應很強。所有航海船舶必須在首端設置防撞艙壁，保證船舶的安全，當船舶前端遭受到意外破損時，可以防止海水進入大艙內。通常情況下，首尖艙壁也就是防撞艙壁。

中部結構主要是艙室結構，各種船舶的艙室結構根據(jù)其用途的不同而各異。船舶甲板下面空間被許多內隔壁分成若干房間，叫做艙。艙室用來裝貨、乘坐旅客和安裝船上的機械設備。貨艙之間用水密橫壁隔開，普通干貨船每個貨艙在主甲板設有艙口，用以裝卸貨物，艙口用水密艙蓋蓋住。

尾端結構主要指尾尖艙壁以后，上甲板以下的船體部分。根據(jù)船舶的不同類型，有巡洋艦尾、方尾和橢圓形尾等主要形式。

(2)上層建筑。船舶主甲板以上，由一舷伸至另一舷的圍壁建筑物稱為上層建筑。上層建筑位于水密的連續(xù)甲板之上，它包括船樓和甲板室。

上層建筑作為駕駛室、工作室、船員和旅客的住室、生活用艙室或安裝船舶上某些設備之用。

2)推進器

船舶的行駛是由船舶主機(主要發(fā)動機)帶動推進器來進行的。常用的主機有內燃機、汽輪機與蒸汽機三種。

船舶推進器種類很多，目前廣泛采用螺旋推進器，它有3～6片車葉，安裝在船尾部舵的前面，固定在車軸(推進器軸)末端。車軸與發(fā)動機軸連接。發(fā)動機帶動推進器旋轉，推動船舶前進或后退。小船推進器直徑約為0.4～0.6?m，大型船舶的推進器直徑可達5.0～6.0?m。

3)船舶設備

為了操縱船舶、裝卸貨物和安全救護，船舶配備有舵、錨、系纜、起貨和救生設備，統(tǒng)稱為船舶設備。

(1)舵設備。舵設備是控制船舶航行方向的裝置，包括舵和操縱裝置兩部分。

舵由舵葉和舵桿構成，如圖9-26所示。舵葉是一塊平板或流線形板，可繞豎軸轉動，變換舵葉與船舶中線干面所成的角度。舵桿用來轉動舵葉。在駕駛室設有舵的操縱裝置，通過傳動機械，轉動舵桿，由指示器標示舵葉的位置。圖9-26螺旋推進器和舵

(2)錨設備。錨設備是幫助船舶操縱和停泊的裝置。船舶在停車前拋錨，可以克服停車后的船舶慣性力；船舶駛靠碼頭時，用錨來調節(jié)車速和舵效，以保證安全?？?。船舶錨泊時，將錨拋到水底，靠錨的抓力來系留船舶，以克服風、波浪和水流等各種力的作用。

錨設備主要由錨、錨鏈、錨鏈筒、掣鏈器、起錨機及錨鏈艙等組成。錨的類型很多，常用的有海軍錨和霍爾錨。目前大船上主要使用霍爾錨，它的特點是錨桿和錨爪分別鑄造，兩個錨爪由錨冠連接起來。錨冠可繞錨桿轉動，其向每側轉動的角度為30°～40°，工作時，兩個錨爪同時入土。

(3)系纜設備。系纜設備是用來將船舶系在碼頭的系船柱上或其他所需要的位置上。系纜設備主要包括纜索、帶纜樁、導纜孔、導纜器及絞纜機等。

纜索用柔軟的鋼索或麻索，近年較多的船舶改用尼龍索。帶纜樁是用鑄鐵或鋼板焊接成的柱子，固定在甲板上，供挽牢纜索用。為了把纜索從帶纜樁引出船外，在舷墻上開孔，稱為導纜孔。為使纜索按照需要改變方向，在甲板上或舷塘上設有導纜器。為了收纜時卷起纜索，設有纜索卷車。

在船舶靠碼頭過程中，纜索一端套在碼頭系船柱上，用船上絞纜機或錨機絞緊纜索，使船向碼頭靠攏。因此，在船上布置纜設備時常與錨設備、拖帶設備一并考慮。

(4)起貨設備。起貨設備是船上用來裝卸貨物的機械。普通貨船裝有吊貨桿或起重機；油船上則設油泵。

(5)救生設備。船舶救生設備的形式較多，有救生艇、救生筏、救生浮具、救生圈和救生衣等。

4)船舶系統(tǒng)

為了安全運轉和船員、乘客生活的需要，船舶上設有船底水排泄系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、生活用水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、冷暖系統(tǒng)等，統(tǒng)稱為船舶系統(tǒng)。特殊船舶還有特殊系統(tǒng)，如油船的輸油系統(tǒng)，冷藏船的冷卻系統(tǒng)等。船舶系統(tǒng)主要用來輸送船上自用的液體和氣體，如淡水、海水、熱水、污水、蒸汽、空氣等。它的設備包括管道、泵及其他附件。

為船舶系統(tǒng)與船舶設備所配置的動力裝置，稱為輔機。

此外，船舶上還配備有助航儀器、索具、信號設備等設施。9.3.3航空運輸設備

飛機是航空運輸系統(tǒng)的運載工具。經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展，飛機的飛行性能已達到了很高的水平，成為當今世界最安全、最快捷的交通方式。由于成本、舒適性等原因，目前大部分民航機都是亞音速民航機。

1．飛機的分類

1)按構造分類

按不同的構造可將飛機分為不同的類型。按機翼數(shù)目，飛機一般可分為雙翼機和單翼機。按發(fā)動機類型可分為活塞發(fā)動機及螺旋槳組飛機和噴氣式飛機。按發(fā)動機數(shù)目可分為單發(fā)動機飛機、雙發(fā)動機飛機、三發(fā)動機飛機和四發(fā)動機飛機。按起落地點可分為陸上飛機、雪(冰)上飛機、水上飛機、兩棲飛機和艦載飛機。按起落方式可分為滑跑起落式飛機和垂直/短距起落式飛機。此外，還可按尾翼位置或數(shù)量、機身數(shù)量分類。

2)按用途分類

由于飛機的性能、構造和外形基本上由用途來確定，故按用途分類是最主要的分類方法之一。現(xiàn)代飛機按用途主要可分為軍用機與民用機兩類，另有一類專門用于科研和試驗的飛機，可稱為研究機。

2．飛機基本構造和工作原理

飛機對結構材料和構造精度要求很高，同時，飛機零部件多，裝配工作量大、難度也大。從原理上看，飛機構造應滿足下列要求：

(1)空氣動力要求，最佳飛行性能要求阻力小、舉力大，具有良好的空氣動力外形，能保證空氣動力外形的精確度和表面質量。

(2)重量、強度和剛度要求，在保證強度和剛度要求下，重量最輕，同時，飛機的耐“疲勞”能力也要大。這里，強度是指飛機構件在受力時抵抗破壞的能力。剛度是指受力時抵抗變形(即形狀與尺寸的改變)的能力。疲勞則是指構件受到外力的反復、多次、大小和方向變化的作用時，構件雖無明顯的永久變形但某些薄弱部分產生的細小裂痕迅速擴大而被破壞的現(xiàn)象。

(3)使用維護要求，包括使用中便于檢查、維護和修理，員工有良好的工作條件。軍用機與民用機的構件還應有較大的生存力，這里，軍用機的生存力是指構件被炮火擊中時仍能受力和飛行的能力，民用機的生存力則是指構件抗銹蝕的能力。

(4)工藝和經(jīng)濟要求，在滿足生產條件、數(shù)量和質量基礎上，制造容易，成本低廉。

3．飛機主要組成部分及其構造

飛機主要由機翼、機身、動力裝置、起落裝置、操縱系統(tǒng)等部件組成。

1)機翼

機翼是為飛機飛行提供舉力的部件。飛機在平衡飛行時，受到四個力的作用：舉力、阻力、拉(推)力與重力。這些外力稱為“外載荷”，它們會使飛機的某些部件產生變形，而飛機內部會產生一種抵抗變形的內力。這些載荷加到機翼上，會使機翼產生彎曲、扭轉、剪切、拉伸和壓縮五種變形。因此，要求構件必須有足夠的強度、剛度和抗疲勞能力來抵抗這種變形以保證空氣動力外形的精確度。機翼受力構件包括內部骨架、外部蒙皮以及與機身連接的接頭，如圖9-27所示。其中骨架包括沿翼展方向的縱向骨架和沿翼弦方向的橫向骨架?？v向骨架包括三個部件，一是翼梁，主要功能是承受彎矩和剪力；二是桁條，主要功能是支持蒙皮；三是縱墻，又名假梁，與蒙皮等組成圍框以承受扭矩。橫向骨架包括普通翼肋、加強翼肋和張線等。圖9-27機翼構造蒙皮具有承受局部空氣動力(吸力和壓力)、形成并維持機翼外形的雙重作用。早期的蒙皮是布質的，質輕、價廉、易維修。

隨著機翼結構形式的發(fā)展，蒙皮發(fā)展到金屬鉚接蒙皮、夾心蒙皮等?，F(xiàn)代飛機采用的大多是金屬鉚接蒙皮，速度高的，可采用鈦合金和不銹鋼蒙皮。在高亞音速、跨音速及馬赫數(shù)不很大的超音速飛機上可采用夾層蒙皮。為提高裝配效率，增加運輸、使用及維修的方便性，機翼一般分幾段制造，接頭處用接頭連接，如梁式機翼可用叉式集中接頭連接，單塊式機翼可采用周緣接頭。

高速飛機機翼的氣動外形與低速飛機有較大差異，機翼形式有后掠角形、三角形和小展弦比梯形等。

2)機身

飛機機身的主要功能是裝載人員、貨物、燃油、武器、各種裝備和其他物資。除此以外，它還用于連接機翼、尾翼、起落架和其他有關構件。

根據(jù)機身的功能，其構造首先要具有盡可能大的空間以便使單位體積利用率最高；其次是連接必須安全可靠；第三是要有良好的通風加溫、隔音設備，視界廣闊，利于飛機起落；第四是在氣動方面要求盡可能減少阻力，如迎風面積盡可能小，表面盡可能光滑；形狀流線化等；第五是在保證強度、剛度、抗疲勞能力的條件下重量盡可能輕。機身的外形與發(fā)動機的類型、數(shù)量及安裝位置有關。一般機身的側面外形為拉長的流線體，它很大程度上受駕駛艙的影響。機身的剖面形狀有圓形、橢圓形、方形、梯形等，它們適合不同用途和速度范圍的飛機。例如，低速飛機可用方形，具有氣密座艙的高亞音速大型客機多用圓形或橢圓形。

機身的構造形式包括構架式、梁式與復合式三種。構架式機身像橋梁結構，完全靠內部的骨架受力，它適合于速度與高度較低、體積與重量較輕的飛機。構架式機身的優(yōu)點是構造簡單，便于施工、開門方便；缺點是阻力大，空氣動力性能較差，蒙皮只受空氣動力，其他載荷全由骨架承受，故重量較重，當某一根桁梁損壞時，整個機身強度將大大削弱從而降低其生命力；此外，由于有縱橫構件，機身內部空間難以很好利用。梁式機身又稱薄壁式機身，它用金屬蒙皮代替蒙布，將蒙皮與骨架牢固地結合在一起而成為一個整體。梁式機身又包括桁梁式機身、桁條式機身、硬殼式機身三種。目前，大多數(shù)采用復合式機身，如前機身采用桁梁式，后機身采用桁條式；此外，還可采用構架式加梁式、硬殼式加半硬殼式等。

由于機身的重要作用是裝載人員、貨物和設備，故必須要配備各種艙室和必要的裝備，如駕駛員座艙、旅客艙、貨艙、軍用機的炸彈艙等。此外，還有機身的通風、保暖、防止噪音、增壓與安全等輔助設備。

旅客機的空勤人員較多，空勤組座艙大，設備多。旅客艙除有足夠的裝載旅客的空間外，還必須考慮旅客的安全與舒適。無論民用機還是軍用機，都必須考慮高空飛行時的氣密增壓問題、大型高亞音速客機的通風保暖與防止噪音問題。旅客機中必須有較小的貨艙以便裝載旅客隨身行李和部分貨物。貨運機上的艙室均用于裝貨。大型客機還需有輔助艙，如衣帽間、廁所等?，F(xiàn)代飛機性能不斷提高，升限也不斷提高，高空飛行時若氣象變化不劇烈，云少、風速與風向都較穩(wěn)定，油耗也較低，這時可增大飛機航程和續(xù)航時間。實驗證明：高度超過2000?m時，氧氣分壓的降低已開始對人發(fā)生顯著影響，高度超過4000?m時，必須使用氧氣設備；高度達到12?000?m時，大氣壓已降到很低，必須采用能增大人體外部氣壓的密封飛行衣或氣密座艙。在8000?m以上飛行時，氣壓的降低會使人感到關節(jié)和肌肉發(fā)疼，即出現(xiàn)“減壓癥”。高空飛行還有氣溫過低問題，如9000?m高空的大氣溫度降為－43.5℃?？蜋C上常用的通風保暖方法是“夾層法”，即利用發(fā)動機為動力將空氣壓縮機中的空氣加熱，然后送入座艙兩層夾壁的中間使座艙得到加溫。氣密座艙的作用一是使座艙氣壓增高，保證機上人員吸入的空氣有足夠的氧氣分壓，滿足人對氧氣的生理需要；二是使機內人員能避免周圍氣壓過低而發(fā)生“減壓癥”；三是使座艙便于加溫或冷卻，保持適當溫度。目前飛機上最常用的氣密座艙是通風式(也叫“增壓式”)座艙。通風式氣密座艙可增大座艙的氣壓并保持通風，它利用渦輪噴氣式發(fā)動機的壓氣機將進入的空氣加壓，同時提高了氣流的溫度。如溫度適當，則通過控制活門由導管直接進入座艙；座艙中有壓力調節(jié)器，可調節(jié)氣壓大小。若加壓的空氣溫度過高，則控制活門引導熱空氣到散熱器，冷卻到適當溫度再導入座艙。通風式氣密座艙內的空氣與外界大氣連通，其優(yōu)點是對座艙氣密性的要求較低，構造簡單，增壓空氣的溫度較高，不須另增加溫設備；缺點是只適用于升限不超過20?000～25?000?m的飛機。

3)動力裝置

當飛機飛行速度提高到需要突破“音障”時，螺旋槳動力裝置已不能滿足需要。這時要用結構簡單、重量輕、推力大的渦輪噴氣式發(fā)動機。渦輪噴氣式發(fā)動機的氣流速度越大，推力也越大。目前有的噴氣發(fā)動機的噴氣速度可達到600～900?m/s。它包括進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管五部分；更高速度的飛機上還安裝了加力燃燒室。

(1)進氣道。外形像一個圓管，其中包括整流罩、支柱及防冰裝置，功能是整理進入發(fā)動機的空氣，消除紊亂渦流，在飛行時利用沖入的空氣進行壓縮。

(2)壓氣機。包括位于前部高速旋轉以使空氣向后流動的工作葉輪和引導空氣以適當角度進入下一級的定子葉片兩部分；作用是將進入發(fā)動機的壓氣加以壓縮以