汽車結構圖解——漲知識的時候到了!

2021-02-15 少兒科普讀物

不少小朋友喜歡收集漂亮的汽車模型,對於真正的汽車了解多少呢?正奔跑在馬路上的汽車,看上去並不太相似,但其實每輛車的結構背後都有其獨特的設計原理和運作模式。想知道設計師怎樣造汽車嗎?汽車究竟是怎麼跑起來的嗎?想知道汽車的內部結構嗎?今天就來和我們一起探索汽車背後的秘密吧!


偉大的汽車設計師們可不能只為了酷而造汽車。每種汽車的設計就是上圖這些需求的調和品。製造成本也會被考慮在內,因為一輛昂貴的汽車可能比一輛小型低價車含有更多的高科技要素,並會採用品質更高級的材料。有時新車會採用全新的設計方案。但通常人們會將舊車型的部分設計成果,例如引擎、懸架或車身,應用到新車型中,以節省時間和資金。設計師、技術人員和開發工程師必須使出渾身解數,才能設計出實用性與風格性相結合的汽車,需要考慮以下幾點:

鋼鐵板材焊接在一起形成堅固的車身外殼,每塊鑲板都會提高汽車的強度。不過引擎蓋部分和後備箱部分的硬度較低,從而形成更易變皺的區域,它們在碰撞中會發生壓縮並吸收一部分衝擊力。

如今,利用CAD(計算機輔助設計),設計師可以通過在屏幕上點擊按鍵建造三維立體(3D)模型。然後他們調整圖像,嘗試不同的顏色、車輪上的花紋、保險槓、車燈和護柵,直到拿出令人印象深刻的汽車設計方案。

車輪和輪胎的尺寸根據車型而變化。輪胎要設計成在乾燥和溼潤的條件下均有良好的抓地性能。它們整體被包入車身外殼下面的輪罩拱中,因此不會破壞汽車的流線型外形。

人們將催化式排氣淨化器裝在新車上,去除排氣中的有害物質。有些汽車在設計中融入了重複利用的構思。保險槓等部件可以粉碎成顆粒,並被重新用於製造下一批汽車的部件。


↑風洞用於測試新設計汽車的空氣動力性能。一臺巨大的風扇會在車體表面形成一股氣流。將煙霧釋放進風洞中並在氣流中迴旋,同時顯示出氣流流經車身時的圖案。汽車被置於與傳感設備相連的專用平臺上,以測量在不同風速下產生的升力和阻力。

汽車的車體必須是流線型的,這樣在行進過程中受到的空氣阻力才會降至最低。前進的時候,汽車需要穿過空氣,從而產生阻力(阻止前進)。在高速行駛時,引擎功率的80%都要用於克服空氣的阻礙。賦予汽車平滑的外形,可以使阻力減小,並使汽車行駛更平穩,消耗更少燃料。但是,如果汽車的外形過於平滑流暢,汽車就會在高速行駛時像飛機的機翼一樣,產生升力使車體搖晃起來。設計者要使設計成品儘量平滑,同時使其在行駛時產生下沉的力(與升力相反),而且提供實用的內部空間。


↑新的汽車設計要進行徹底檢測以保證安全。當傳感器感應到碰撞時,氣囊就會從方向盤封套中爆發出來,吸收衝擊力,然後迅速放出空氣。上圖中,一輛汽車撞到了牆上,以此了解它能承受多大的衝擊。堅固的安全防護室會在引擎頂蓋被擠癟時保護駕駛員模型。

工程師要確保汽車車身足夠堅固,以應對各種條件下的駕駛需要。汽車中部是駕駛員和乘客就座的地方,被設計成一個剛性的安全防護室,可以在發生碰撞時保護車裡的人。現在,很多汽車都在設計中加入了一些額外的防護措施,例如安全氣囊——通常安裝在方向盤的中心部分。當撞車時氣囊就會膨脹起來從而減緩衝擊力。

車輛設計完成,接下來到了解剖汽車內部構造的時間啦,汽車內部有著哪些「器官」呢?

在許多汽車中都使用導軌和齒輪轉向器。轉向管柱底部的小齒輪與鋸齒狀的導軌相互咬合,通過向左或向右轉動,轉向管柱會改變轉向輪的方向,使其左右移動。導軌的兩端,橫拉杆移動轉向臂以改變前輪的角度。


當抬起離合器的踏板時,離合器就開始接合,強有力的彈簧使得傳動板緊貼發動機的飛輪,這樣將飛輪與軸連接,把動力傳送到變速器。當離合器鬆開時,控制杆壓緊彈簧使離合器傳動板與飛輪分離,切斷了動力。


我們一般使用兩種制動器。兩種都是將摩擦力作用在車輪上而使車輛減速的。鼓式制動器有一個連接著輪轂的鼓,當駕駛員制動時,兩個連著車軸的閘瓦在鼓的內表面被壓緊。盤式制動器有一個與車輪相連的鋼盤,踩下制動器會使盤上的兩個制動襯墊同時在盤的兩側壓緊。


發動機的速度總是很快,但駕駛員並不想讓車輪總是跑得很快。選擇不同的擋,駕駛員就可以根據車輪所需的速度來平衡發動機的速度,這就要靠增加或減少驅動車輪的輸出軸的速度進行調節。在第一擋,輸入軸上的小齒輪與傳送軸上的大齒輪相咬合,就能降低速度並提高動力。


螺旋彈簧是現代汽車懸架的最普通類型。當車輪撞上障礙物時,彈簧的壓縮可以吸收產生的撞擊力。減震器單元確保汽車不會像蹦床一樣上下跳動。樹葉彈簧是在汽車撞上障礙物時彎曲的金屬條,這是最古老的懸架類型。


在後輪驅動中,最終傳動單元安置在汽車的後部。它將旋轉主軸的動力傳送到轉動車輪的驅動軸上。最終傳動與差動器相結合, 這樣就使得外側車輪轉得比內側車輪快,防止轉彎時車輛制動。

本篇內容編輯自《發現之旅》系列叢書

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