二轮小课堂：传动与变速1-传动原理与传动形式

在之前的篇章当中我给大家讲过发动机，讲过摩托车的悬挂系统。如果有兴趣的朋友可以点下面的链接来查看：

详解摩托车悬挂系统合集版：一万五千字让你成为彻底了解摩托悬挂

今天要和大家说的是摩托车动力总成当中另外一个非常重要的部分：传动和变速系统。

有了传动系统,发动机的动力才得以从曲轴一路传递至后轮。有了变速系统,发动机的动力才能适时地在不同的速度域发挥作用。究竟这变速系统的原理是什么,又有哪些传递动力的方式呢?

二轮小课堂传动系统第一篇正式开始...

传动系统就是传递发动机动力的媒介,借助传动系统,发动机输出的扭矩才能通过车轮发挥作用,真正实现车辆的加速。这虽然是一段简单的描述,但传动系统实际上是非常重要且巧妙的。

如果没有传动系统,发动机就必须直接安装在后轮旁,将曲轴与后轮直接相连,作为动力输出。这样一来,车辆的重心就会偏向后方,操控性能将大幅降低。

有了传动系统之后,发动机就可以放置在前后车轮中间,保持前后轮承担相近比例的载荷,这也才使得宝马能在摩托车上设计水平对臥式发动机。

在设计水平对臥式发动机时,宝马的工程师为了充分发挥发动机的优势,必须将发动机直立安装,也就是使曲轴与车身平行。与一般直列四缸发动机的配置相比,后者的曲轴方向是垂直于车身方向的,也就是说曲轴的旋转方向与车轮是一致的。

但对于水平对置式发动机来说,传动系统就必须对动力输出方向进行一次直角转向,这样才能使车轮向前转动。

传动系统除了传递动力之外,还必须通过适当的减速比来调整动力输出。如果将发动机的转动力直接传递到后轮,那么当发动机转一圈时,后轮也必须转一圈。

换算下来,当发动机以5,000 rpm转速旋转时,如果17英寸的轮胎也以同样的速度转动,其直线速度将达到约600 km/h。这样的速度显然太快了,因此需要通过齿轮组等类似功能的机构来进行减速。

在动力经过减速之后,虽然速度变慢了,但扭矩却会相应放大,这就是机械单元动力传递的本质所在。

比如,如果发动机在5,000 rpm时输出2 kgf·m的扭矩,那么经过减速至2,500 rpm后,理论上扭矩可以放大至4 kgf·m。

但由于动力在传递过程中会有一些损耗,比如摩擦损耗等,实际测量的数据会略低于理论值,这就是传动效率的问题所在。

传动系统通常会采用以下几种常见的机械元件进行配合:

首先是常用于仿赛车及一般街车款的链条+牙盘系统;用于踏板车的皮带+普利盘系统;美式巡航车采用的齿形皮带传动系统;以及宝马多功能车和旅行车使用的轴传动系统。

以上列举的各种传动方式,各有优缺点,也适用于不同类型的车型。下面我们将对它们进行简单的介绍。

由链条和牙盘组成的传动系统是当今最常见的,在仿赛车上几乎全部采用这种类型的传动件。动力从发动机和变速箱传递到驱动轴上的小牙盘(前牙)后,再通过链条传递到后轮轴上的大牙盘(后牙)。

小牙盘的牙数和大牙盘的牙数的比值就构成了减速比。因此,链条和牙盘的配合还能实现一次扭矩的放大。

牙盘和链条相互配合的优点在于,传动效率高,可承受的扭矩也大。在搭配良好的系统中,效率可以高达95%以上,是一种相对较好的设计。维修方便也是这类传动的优势,不需要拆卸任何零件,仅凭肉眼观察就可以轻易检查出牙盘和链条的磨损情况。

链条和牙盘本身重量也比较轻盈,特别是牙盘可以采用铝合金制造,从而降低整体转动惯量,不会增加车辆加速时的负担。

但是,链条和牙盘是金属之间相互接触,除了会相互磨损外,还会带来震动和噪音。在起步或再次加速时,也会产生较为生硬的感觉,乘坐舒适性不如其他传动系统。

正因如此,以长途骑乘为主的休旅车和巡航车型,通常会尽量避免采用链条和牙盘的传动系统。

皮带和普利盘则是踏板车常见的传动系统,除了传递动力之外,还可以兼作变速系统。这里所指的皮带是V型皮带,利用两侧的V型斜面与普利盘接触的摩擦力来传递动力。

通过调整普利盘的开合情况,可以改变皮带的位置,从而制造出不同的减速比,达到变速功能,因此它也可以作为变速系统使用。

这类型的系统组合除了可以加入变速功能之外,还可以搭配离心式离合器,使驾驶员只需操作油门,就可以让车辆行驶。

整个系统利用摩擦力来进行动力传递,因此会有动摩擦和静摩擦的转换,使整体动力传递更加柔顺,提高舒适度,但同时也限制了传递动力的效率和最大传递扭矩。

动力的传递效率大约在80%至90%之间,如果涉及变速,传递效率则会更低。

轴传动型式的系统大量使用在汽车上,原因是可以轻易地设计大动力的传动系统,只要将传动轴的直径增加即可。

在摩托车上,只有少数的休旅车型选用轴传动系统,虽然成本会比链条、齿盘系统增加许多,但优点是动力传递较为柔顺,不会有链条的震动,保养周期和平均使用寿命也较长,这些都是轴传动不可忽视的优势。

最后要提的是齿型皮带及皮带轮的设计,这类设计常见于哈雷-戴维森的美式巡航摩托车。这里的皮带并非利用摩擦力与皮带轮接触,而是采用类似链条和齿轮的设计,在皮带上设置齿数,与皮带轮上的凹槽相啮合。

其优点是动力传递较为柔顺、重量较轻、噪音较低、保养周期较长;不过齿型皮带传动也有成本较高和皮带更换较为困难的缺点。此类系统,也经常用于发动机气门系统的正时机构之上。