5第五章驱动桥设计(更新版).

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桥壳设计第七节驱动桥的结构元件§5-1概述一、驱动桥功用:增大由传动轴传来的转矩(降速)，改变转矩的传递方向，并将动力合理的分给左右车轮；驱动桥还要承受作用于路面和车架（或路面与车身）之间的垂直力、纵向力和横向力，以及制动力矩和驱动力矩。二、组成：主减速器、差速器、车轮传动装置、驱动桥壳。三、设计要求:1.齿轮及其它传动件工作平稳，噪声低。2.外形尺寸小，最小离地间隙大。3.力求质量小，特别是簧下质量。4.选择适当的主减速比保证动力性和经济性5.在各种转速和载荷下的传动效率高6.桥壳有足够的强度和刚度7.结构简单，加工工艺性好，制造容易，调整、拆装方便8.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协调8.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协调§5-2驱动桥的结构方案分析分类：1)非断开式（整体式）—用于非独立悬架特点：左右两半轴由差速器刚性连接。2)断开式驱动桥主减速器、差速器半轴摆臂摆臂轴为了与独立悬架相配合，将主减速器壳固定在车架（或车身）上，驱动桥壳分段并通过铰链连接，或除主减速器壳外不再有驱动桥壳的其它部分。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴各段之间用万向节连接。断开式驱动桥特点：断开式驱动桥优点:(1)可以增加最小离地间隙(2)减少部分簧下质量，减少车轮和车桥上的动载断开式驱动桥优点(3)两半轴相互独立，抗侧滑能力强(4)导向机构设计合理，可提高操纵稳定性断开式驱动桥缺点：结构复杂，成本高用途：多用于轻、小型越野车和轿车非断开式驱动桥特点：优点：结构简单，成本低，制造工艺性好，维修和调整易行，工作可靠。缺点：最小离地间隙小；簧下质量大，车轮和车桥上的动载大；两半轴不相互独立，抗侧滑能力弱；操纵稳定性不好。用途：广泛用于载货汽车、客车、多数越野车、部分轿车上§5-3主减速器设计一、主减速器结构方案分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。（一）减速传动方案1.螺旋锥齿轮传动2.双曲面齿轮传动（一）减速传动方案3.圆柱齿轮传动4.蜗轮蜗杆传动1.一对螺旋圆锥齿轮优点：同时啮合齿数多，寿命长，制造简单，质量小缺点:(1)有轴向力、且方向不定(2)对啮合精度敏感，若锥顶不重合，使接触应力↑，弯曲应力↑，噪声↑，寿命↓(3)要求制造、装配精度高2.双曲面齿轮啮合特点：（1）两齿轮轴线不相交，交错布置，小齿轮轴线距大齿轮水平中心线有空间偏移量E（偏移距）2121coscosFF特点（2）螺旋角β1≠β2，β1＞β2.β定义：齿轮齿宽中点的切线和该中点与齿轮中心（节锥顶点）连线之间的夹角—螺旋角(P138)特点（3）主从动齿轮圆周力之比传动比（双曲面i0S、螺旋i0l）：1212210rrrFrFil112211220coscosrrrFrFis尺寸相同时，i0S＞i0l；双曲面齿轮与螺旋齿轮比较i0和D2相同时，双曲面主动齿轮D1大，轮齿强度高，支承强度高i0和D1相同时，双曲面从动齿轮D2小，离地间隙大双曲面齿轮传动效率（0.96）低于螺旋齿轮（0.99），高于蜗轮蜗杆；双曲面齿轮主动锥齿轮大，加工时刀盘刀顶距大，刀具寿命长；双曲面齿轮存在沿齿高方向的侧向滑动，还有沿齿长方向的纵向滑动，运转更平稳。β双＞β螺，轮齿重合度大，传动更平稳，齿轮弯曲强度提高。双曲面齿轮主动齿轮螺旋角β1大，不产生根切的最小齿数可减少，有利于增大传动比。双曲面齿轮主动齿轮直径D1和螺旋角β1大，相啮合的轮齿当量曲率半径大，因此齿面接触强度高。3.斜齿圆柱齿轮传动特点：用于发动机横置的前置前驱轿车驱动桥和双级主减速器驱动桥及轮边减速器。4.蜗轮蜗杆传动优点：（1）i0大，轮廓尺寸不大，质量不重，i0＝6～14（2）工作平稳，噪声低（3）用于多轴驱动汽车，传动系结构简单（4）传递载荷大，寿命长缺点：（1）η＜0.96（2）齿圈要求用高质量锡青铜制造，成本高（二）主减速器的形式•优点：结构最简单、质量小、制造容易、拆装简便•缺点：只能用于传递小扭矩的发动机只能用于主传动比较小的车上，i071.单级主减速器2.双级主减速器•特点：尺寸大，质量大，成本高与单级相比，同样传动比，可以增大离地间隙用于中重型货车、越野车、大型客车•双级主减速器传动形式1：一级螺旋齿轮或双曲面齿轮、二级圆柱齿轮•传动形式2：一级行星齿轮、二级螺旋或双曲面齿轮•传动形式3：一级圆柱、二级螺旋或双曲面齿轮•双级主减速器布置形式1：纵向水平布置垂向轮廓尺寸小质心低，纵向尺寸大用于长轴距汽车输入轴左半轴右半轴•双级主减速器布置形式2：斜向布置利于传动轴布置提高桥壳刚度纵向尺寸减小•双级主减速器布置形式3：垂向布置纵向尺寸小，万向传动轴夹角小适用于短轴距贯通式驱动桥垂向尺寸大，降低了桥壳刚度•双级主减速器的分配问题：i0=i01•i02从提高强度减轻质量，使结构尽可能紧凑等方面考虑，要求i01尽可能小，则第一级减速器以前的零件受力小；从装配的方便性考虑，要求i02取大些；第一级用斜齿圆柱齿轮，第二级用锥齿轮（传动方案三）时，i01应取小，可减小第二级轴向力，齿轮啮合受破坏程度↓，轴承受力小↓，寿命↑；i01如果取小，i02一定要取大些；一般i01=1.7~2.53.双速主减速器换挡装置可以实现两种传动比！可得到双倍于变速器的档位种类1：圆柱齿轮组——尺寸大，质量大，主减速比大3.双速主减速器种类2：行星齿轮组——结构紧凑，刚度和强度大用途：单桥驱动的重型汽车由于双速主减速器无换挡同步装置，因此其主减速比的变换是在停车时进行的！结合轮4.贯通式主减速器单级贯通式主减速器，形式1：双曲面齿轮传动用于吨位较小的多桥驱动汽车上。缺点：结构受限，主动齿轮工艺性差，速比小。轴间差速器4.贯通式主减速器单级贯通式主减速器，形式2：蜗轮蜗杆传动特点：质量小、噪声低、传动比大。主减速器从动蜗轮轮间差速器贯通轴双级贯通式主减速器形式1：锥齿轮－圆柱齿轮特点：传动比大、结构尺寸大、从动锥齿轮支承刚度差主动锥齿轮工艺性差。轴间差速器贯通轴应用于中、重型多桥驱动汽车形式2：圆柱齿轮－锥齿轮，结构紧凑，高度小半轴5.单双级减速配轮边减速器轮边减速器（F=1）类型1：圆柱行星齿轮式——传动比大、可布置在轮毂内用途：用于某些重型汽车、矿山自卸车、大型公共汽车、越野车。轮边减速器（F=1）类型2：圆锥行星齿轮式结合轮（换挡用）可变换高低档轮边减速器类型3：普通外啮合圆柱齿轮式（有主动齿轮上置式或主动齿轮下置式两种）特点：（1）主动齿轮上置可提高离地间隙；（2）主动齿轮下置可降低地板高度。用途：多用于越野车和城市公交车。半轴6.主减速器主、从动齿轮的支承方案1）、主动锥齿轮的支承悬臂式：根据支反力确定靠近齿轮的轴承的受力选用原则：刚度大，寿命长，调整方便，效率高，能承受双向轴向力1）、主动锥齿轮的支承跨置式优点：支承刚度大，承载能力大；缺点：空间紧张，加工困难，多用于中、重型车。2）、从动锥齿轮的支承轴承大端向里，以使(c+d)↓要求(c+d)≥70％D2，c≈d，承载合理，寿命接近。从动锥齿轮加强刚度的措施：（1）将轴承预紧（2）从动轴齿轮背面加辅助支承销(P148)目的：（1）加强刚度（2）消除安装出现的轴向间隙及磨合期间隙增大预紧力用摩擦力矩来衡量1～3N•m1.按发动机最大转矩Temax和最低档传动比ig1确定从动锥齿轮的计算转矩TceniikiTkTfedce01max二、主减速器基本参数选择与计算载荷的确定（一）主减速器齿轮计算载荷的确定2.按驱动轮打滑扭矩确定从动锥齿轮的计算转矩TcsmmrcsirmGT223.按日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩TcfnirFTmmrtcf当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩Tc应取Tc=min[Tce,Tcs],当计算锥齿轮疲劳寿命时，Tc取Tcf。1.齿数Z1、Z2首选Z1：（1）Z1尽可能取小，货车Z1min≥6；轿车Z1min≥9；（2）Z1、Z2不能有大于1的公约数，实现自动磨合，提高寿命；（3）希望Z1＋Z2≥40，有足够的弯曲强度，提高重合系数；（二）锥齿轮主要参数的确定2.从动齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms增加D2影响驱动桥壳尺寸和最小离地间隙hmin，减小D2影响跨置式支承空间和差速器的安装。KD2为直径系数,取13～15.3322CDTKD•端面模数ms计算：满足两个条件Km为模数系数取0.3～0.422/zDms3CmsTKm3.齿面宽b和节锥距A222121ZZmAsb2≤30%A2且b2≤10ms小齿轮齿面宽b1比大齿轮齿面宽b2大10％4.双曲面齿轮副偏移距E的选择原则：负荷小E可取大，反之则取小E过大影响纵向滑动，过小不能发挥双曲面齿轮的特点；主传动比越大，E越大一般，轿车、轻型货车：E≤0.2D2中重型货车、大客车：E≤（0.1～0.2）D2双曲面齿轮上下偏移的判断（图5-17）：从大齿轮锥顶看去，使小齿轮在右侧，小齿轮轴线在大齿轮轴线上侧为上偏移，下侧为下偏移；如果小齿轮在左侧，则相反。5.中点螺旋角β的选择影响：（1）齿面重合度εF，εF1.25(1.5~2.0)（2）轴向力（3）轮齿强度中点螺旋角βm一般取值35o～40°6.螺旋方向影响：轴向力方向小端向左为左旋；向右为右旋，主从动锥齿轮的螺旋方向相反。•选择原则：使汽车行驶时，主动锥齿轮所受的轴向力远离锥顶；一般，主动锥齿轮左旋，大齿轮右旋。7.法向压力角α大压力角可以增加轮齿强度，减少齿数；但容易使小齿轮齿顶变尖，降低齿轮端面重合系数。应合理选用：车型螺旋齿轮双曲面齿轮轿车14°30′或16°19°或20°货车20°20°重型货车22°30′22°30′三、主减速器锥齿轮强度计算（1）单位齿长圆周力：p=F/b(N/mm)F—作用在齿轮上的圆周力b—从动齿轮宽度按发动机最大扭矩计算（公式5-12）按轮胎最大附着力矩计算（公式5-13）许用单位齿长的圆周力如表5-1，实际取值比表5-1高20～25％。（2）齿轮弯曲强度计算（5-14）（3）齿轮接触强度计算（5-15）（1）齿宽中点处的圆周力F=2T/Dm2T—从动轮上的转矩Dm2—从动轮齿宽中点处的分度圆直径四、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算1.锥齿轮齿面上的作用力（2）锥齿轮上的轴向力和径向力（P153）2.锥齿轮轴承载荷（P155表5-3）五、锥齿轮材料要求：弯曲疲劳强度、接触疲劳强度高，耐磨；心部有一定的韧性；锻造性能、切削性能和热处理性能良好；少用我国比较缺少的金属材料。汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造。驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接，则两轮只能以相同的角速度旋转。这样，当汽车转向行驶时，由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大，将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖，而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶，也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起车轮的滑动。车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动，在结构上必须保证各车轮能以不同的角速度转动。通常从动车轮用轴承支承在心轴上，使之能以任何角速度旋转，而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接，在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轮间差速器。§5-4差速器设计§5-4差速器设计一、差速器的功用二、对称锥齿轮差速器1.普通锥齿轮式差速器对称式锥齿轮差速器构造零件的分解目前国产轿车及其它类汽车基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器。主减速器从动齿轮差速器左壳差速器右壳左半轴齿轮右半轴齿轮行星齿轮行星齿轮轴轴承对称式锥齿轮差速器三维剖视图（名词术语复习）半轴齿