汽车设计第五章.

第五章驱动桥设计第一节概述第二节驱动桥的结构方案分析第三节主减速器设计第四节差速器设计第五节车轮传动装置设计第六节驱动桥壳设计第七节驱动桥的结构元件回主目录第一节概述1、进一步减速增扭，并将动力合理地分配给左右驱动轮。2、承受作用于车轮、车架或车身间的垂直力、纵向力和横向力。一、功用二、组成由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳或梁组成。1．I0的选择应保证汽车有最佳的动力性和燃料经济性；2．外形尺寸小，保证hmin；3．工作平稳，噪声小；4．质量小、以改善汽车的行驶平顺性；5．传动效率高；6．桥壳应当有足够的刚度和强度，保证齿轮正确啮合，并承受和传递车轮与悬架之间的各种力和力矩；7．与悬架导向机构运动协调，对转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调；8．结构简单，工艺性好，制造容易，拆装调整方便；三、驱动桥设计应满足下述基本要求四、分类形式非断开式断开式结构简图结构特点①用刚性整体外壳连接左右车轮②车轮传动装置为半轴①没有刚性整体外壳②两侧驱动轮可以独立相对车架或车身作上下摆动③车轮传动装置为万向节传动④桥壳固定在车架（身）上应用非独立悬架独立悬架回目录一、结构类型第二节驱动桥的结构方案分析二、不同类型的结构特点形式特点非断开式断开式结构简单复杂成本低较高制造工艺性好较好维修调整容易较容易可靠性好好离地间隙小大簧下质量大小动载荷大小抗侧滑能力*弱强应用广泛越野车轿车*行驶时车轮与路面保持良好接触时，抗侧滑能力增强。回目录2齿轮传动方案分析形式特点螺旋锥齿轮双曲面齿轮斜齿圆拄齿轮蜗轮蜗杆简图分类根据齿轮类型不同分类根据减速形式不同分类双级减速名称螺旋锥齿轮双曲面齿轮圆柱齿轮蜗轮蜗杆单级减速整体式分开式双速减速单双级贯通单双级减速配轮边减速第三节主减速器设计一主减速器结构方案分析1主减速器的分类结构特点螺旋锥齿轮双曲面齿轮斜齿圆柱齿轮蜗轮蜗杆两齿轮轴线垂直相交垂直不相交平行垂直不相交啮合的齿数多多少多工作平稳性好好较好好承受负荷能力较大较大较差较大制造简单简单简单锡青铜要求啮合精度*高高稍低稍低工作噪声磨损后↑低高低两齿轮螺旋角ββ1=β2β1β2β1=β2η高（99%）低（96%）高低对润滑油的要求普通双曲面齿轮油普通普通抗弯强度低比螺旋齿轮高30%低高接触强度低较高低高传动比小较大小大（7）用于贯通多桥驱动不能可以不能可以工作时轴向力①有有有有应用客货轿车越野车FF少量大客车3、不同传动方案间的分析比较*当啮合精度不高时（锥顶错开百分之几毫米），齿的端部应力集中加剧，导致接触、弯曲应力迅速增加；噪声加大，磨损加速。所以要求：a.齿轮的制造装配精度要高，允许0.075mmb.结构上的措施如：轴承予紧；增加两壳的刚度；增加主减速器主动齿轮刚度。轴向力方向随齿轮转动方向改变而变化，对于双曲面齿轮及螺旋齿轮，轴向力指向锥顶时，可能卡死，因此要求轴向力背离锥顶。另外，双曲面主动齿轮轴向力更大一些，使轴承受力↑，寿命降低↓。特点：1）两齿轮轴线交错，永不相交。2）小齿轮中心线偏移E。3）β1β2中点β定义：齿线在齿宽中点的切线和中点与齿轮中心（锥顶）连线之间的夹角。4）沿齿长方向有附加的纵向滑动Vs4.双曲面齿轮根据一对齿轮啮合面上法向力应相等的原则和双曲面齿轮β1β2条件，可求得圆周力之比为：上式说明下述问题：①两种齿轮的主从动齿轮平均分度圆半径r1、r2相同时，双曲面齿轮拥有更大的传动比。∵β1β2系数K1，约为1.25——1.50KFF1212coscos则∴ios=Kiol双曲面齿轮传动比ios螺旋锥齿轮传动比ioL1211221122coscosrrKrrrFrFios12rrioL2coscos221coscos11βαFNFβαFNF(1)双曲面齿轮的传动比③若两种齿轮的传动比和主动齿轮尺寸r1相同，即ios=ioLr1s=r1L则比较下式：和可知：双曲面从动齿轮分度圆半径要小，∴hmin↑Krirsss102102rirLL②若两种齿轮的传动比和从动齿轮尺寸r2相同，从比较下式可知主动双曲面齿轮分度圆半径r1s比主动螺旋齿轮分度圆半径r1L大，∴齿轮强度↗，主动齿轮轴刚度↗，轴承直径↗，支撑刚度↗。ssLLirKrirr021021和优点：①双曲面齿轮副工作时，既有沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，纵向滑动可以改善齿轮的磨合过程，从而提高其运转的平稳性。②由于偏移距E的存在，使12，同时啮合的齿数增多，重合度较大，传动平稳性提高，使齿轮的弯曲强度增加30%。③主动齿轮直径和1都较大，相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮大，齿面的接触强度提高。④1大，主动齿轮不产生根切的最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。⑤在相同的传动比和主动齿轮节圆直径下，双曲面齿轮传动的从动齿轮较小，最小离地间隙hmin可以提高。⑥主动轴可布置在从动齿轮中心的上、下方：上置时：用于贯通式驱动桥中，可增大传动轴的离地高度。下置时：可降低万向传动和车身高度，减少车身地板中部凸起的通道高度。(2)比较双曲面齿轮传动与螺旋锥齿轮传动的优缺点缺点：①沿齿长的纵向滑动使摩擦损失增加，降低传动效率，双曲＝96%，螺旋：99%。②齿面间的压力和摩擦力大，抗胶合能力下降，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，注意改善润滑。③双曲面齿轮传动需采用改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油。螺旋锥齿轮传动：普通润滑油。因双曲面齿轮具有上述一系列优点，它比螺旋锥齿轮应用更广特点形式单级主减速器双级主减速器双速主减速器单双级减速配轮边减速结构简单复杂复杂复杂尺寸小大大大质量（簧下质量）小大大大i0小，仅一个大两个*大i0一定时hmin小大小大中重货客拆装与维修容易较难难较难应用轿车轻中货重货5、主减速器的减速形式单桥重货*双速主减速器的优点如下：1)汽车的档位相当增加一倍，使用更合理。2)当空载，半载，及在好路上行驶时用小些i0，燃油经济性，va，部分传动系零件受载↘，寿命↗。3)在坏路上用大些i0，克服较大阻力，减少换档次数。三种方案方案特点6双级主减速器结构简单复杂简单i0小大小制造精度稍低高稍低拆装容易困难容易质量小大小成本低高低*第一级用圆锥、第二级用行星齿轮，特点一样（图中未画）纵向水平布置斜向布置垂向布置方案特点2)双级中第一级圆锥，第二级圆柱的三种布置方案高度尺寸小居中大汽车质心高度低居中高长度尺寸大居中小传动轴长度减小居中增加传动轴夹角增加居中减小桥壳刚度大居中小**主减速器及其壳体的质量落在桥壳上方，使之刚度下降，不利于齿轮正确啮合。方案特点轮边减速用一对斜齿圆柱齿轮轮边减速用行星齿轮主动齿轮在上方主动齿轮在下方从动齿轮、差速器及小小小半轴载荷从动齿轮、差速器、半轴尺寸小小小hmin大小大结构简单简单复杂紧凑I0小小大（15）刚度小小大制造容易容易困难应用越野车大客车重货、越野车7.单双级减速配轮边减速器二主从动锥齿轮的支承方案⒈主动锥齿轮的支承悬臂式跨置式方案特点备注支承点23要求尺寸b*长短锥轴承布置①大端朝外大端朝外轴的刚度小大齿轮承载能力小大轴承负荷大小结构简单复杂紧凑制造容易困难拆装容易困难设计布置容易困难轴向长度长短应用轿车轻货重型汽车轴偏转角是悬臂式1/30以下，∴齿轮啮合条件好，承载能力强。减速器壳铸造加工难影响传动轴夹角*悬臂式要求b2.5a,以利于刚度↑。⑴选用圆锥滚子轴承，予紧力可调、轴承磨损后可以调整恢复的优点。⒉从动锥齿轮的支承轴承形式：圆锥滚子轴承轴承安装：大端朝内，缩短（c+d）,刚度↑。加强刚度的其他措施：⑴从动齿轮背面设置加强筋。⑵从动齿轮背面，主减速器壳体上布置支承销。⑶轴承有一定的予紧度。主、从动锥齿轮的允许偏移量：从动锥齿轮的辅助支承三主减速器锥齿轮主要参数的选择⒈主从动锥齿轮齿数Z1和Z2选取Z1和Z2的主要影响因素有：hmin；重合系数；齿轮轮齿根切；齿轮强度；工作平稳性；噪声等。应遵守下述原则选取Z1和Z2：⑴满足hmin要求，Z1和Z2尽可能取少些⑵满足重合度要求，又希望Z1和Z2取多些。也可以通过↑β来弥补因Z1和Z2少带来的重合度小的缺陷，但此时轴向力↑，轴承寿命↓⑶受轮齿根切限制，要求货车的Z1min≥6为运转平稳，噪声小，疲劳强度↑，轿车Z1min9⑷为使各齿之间都有相互啮合的机会，实现自动磨合，要求Z1和Z2不应有大于1的公约数⑸Z1+Z240，用来保证有足够的弯曲强度，能平稳工作，噪声低，疲劳强度↑参数影响D2备注hmin小弯曲强度大见（5-14）式差速器安装大⑵初定D2D2=KD23cTmmKD2--直径系数13.0～15.3Tc--计算转矩Tc=min[Tce、Tcs]⑶初选端面模数msms=22ZDms=Km3cTKm=0.3~0.4⒉从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms⑴影响因素⑴选取b值的影响因素：①切削刀头顶面宽度和刀尖圆角在D2（或D1）取定条件下，如果b值过宽——刀头顶面宽度窄，刀尖圆角小。带来下述两个问题：Ⅰ刀具寿命↓Ⅱ齿根圆角半径减小，应力集中↑，影响轮齿强度②b取大，影响装配空间不足③b取大以后，由于安装位置误差、热处理变形等原因，使载荷集中于小端——小端过早损坏和疲劳损伤④b过窄：齿轮耐磨性↓，寿命↓⑵初选b值⒊主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2222122112221244ZZmZmDZmDDDAsss222122ZZmAsb推荐方法b2b1备注1≤0.3A2=(1+10%)b2A2——从动齿轮节锥距2≤10ms3≈0.155D2⑴影响选取E值的因素参数影响因素要求E取备注齿面纵向滑动小E大，纵向滑动↑，→齿面磨损↑，擦伤↑突出双曲面齿轮特点大⑵确定E的原则负荷小的传动，E可取大些⑶推荐E参数车型E值轿车、轻型货车①E≤0.2D2②E≤40%A2中、重货、越野车、大客车①E≤(0.10.12)D2②E≤20%A2⒋双曲面齿轮副偏移距E⑷双曲面齿轮的偏移种类：上偏移、下偏移定义：从被动齿轮锥顶向齿面看过去，使主动齿轮在右侧，若主动齿轮在从动齿轮中心线上方时，则为上偏移，在从动齿轮中心线下方时为下偏移。上、下偏移时的共同点：下偏移时主动齿轮螺旋方向总是左旋，从动齿轮为右旋螺旋角的定义：⒌中点螺旋角β⑴影响选取β的因素参数影响因素要求β取备注齿面重合度εF↑大要求：εF1.25最好在1.5～2.0啮合齿数↑大工作平稳↑大噪声↓大轮齿强度↑大轴向力↓小⑵选取β的原则轿车的β值选用大些的值,使之工作平稳,噪声低货车的β值选小些,防止轴向力大。螺旋齿轮：1=2；双曲面：1〉2⑶推荐值35º～40º⑴规定从锥齿轮锥顶看过去，看中心线上半部齿形倾斜方向，若齿形从中心向右倾斜，称为右旋，向左倾斜称为左旋。#一对啮合齿轮的螺旋方向相反⑵选取原则∵螺旋方向与齿轮旋转方向二者合在一起影响轴向力方向。∴选取原则是在前进档位，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向。4x2汽车，一般主动齿轮均为左旋，从动齿轮为右旋。⒍螺旋方向参数影响因素要求取α备注轮齿强度↑大减少Zmin大受根切影响齿顶不变尖小刀尖宽度足够小齿轮端面重合度↑小指尺寸小的齿轮工作平稳、噪声低小指在轻负荷条件下工作的齿轮⑵推荐参数车型螺旋锥齿轮α双曲面齿轮α轿车14030，、160190、200货车200重型货车22030’200、22030’⒎法向压力角α(1)影响选取α的因素四主减速器锥齿轮强度计算（一）计算载荷的确定公式计算方法计算公式备注按Temax和最抵挡传动比确定从动齿轮计算转矩Tce按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮计算转矩Tcs按日常汽车行使平均转矩确定从动锥齿轮计算转矩TcF符号说明见表4—1计算齿轮最大应力时Tc=min[Tce,Tcs]计算齿轮疲劳寿命时Tc=TcFniiKiTKTfedce01maxmmrcsirmGT'22nirFTmmrtcF主动锥齿轮的计算转矩TZ：ηG——主、从动锥齿轮间的传动效率ηG齿轮ηG取螺旋锥齿轮95%i068