05汽车设计讲稿-第五章 1

第五章驱动桥§5-1概述一、功用：增扭降速、变方向传动力，承受力二、组成：主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳三、设计要求：1、i0应保证良好的动力性，经济性2、外形尺寸小→足够的最小离地间隙h min，满足通过性3、工作平稳、噪声小4、η高5、强度、刚度足够，质轻→非簧载质量小（平顺性好，降低动载）6、与悬架导向机构运动协调，转向驱动桥，还应与转向机构运动协调7、结构简单，工艺性好，制造容易，维修调整方便§5-2结构方案分析型式选择：断开式：独立悬架取决于悬架非断开式：非独立悬架1、断开式：左右驱动轮无刚性连接提问：独立悬架和非独立悬架有何优缺点？优：↓簧下质量，提高平顺性↓车桥动载，↑寿命↑最小离地间隙，↑通过性使车轮与路面接触良好，↑抗侧滑缺：结构复杂，成本高用：越野车或乘用车2、非断开式：左右驱动轮刚性连接优：结构简单、成本低可靠性较好缺：非簧载质量大，平顺性差、h min 低用：商用车和部分乘用车§5-3主减速器设计一、结构型式按齿轮类型，减速形式和支承分类（一）齿轮类型1、弧齿锥齿轮传动：（图5-4a）特：两齿轮轴线交于一点优：同时啮合的齿数多，工作平稳,振动和噪声小缺：对啮合精度很敏感，锥顶稍有不吻合，就使工作条件急剧变坏，磨损和噪声↑2、双曲面齿轮传动：（图5-4b）1）特点：A、两齿轮轴线交错，永不相交B、有偏移距EC、螺旋角a)螺旋角定义：锥齿轮节锥表面展开图上的齿形线任一点A的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。

（图5-4b）将螺旋角画在一张图上。

b)中点螺旋角：齿面宽中点处的螺旋角。

通常螺旋角即指中点螺旋角。

c)螺旋角β1≠β2，且β1>β2,β1-β2=ε为偏移角D、主、从动齿轮圆周力F1、F2之比∵啮合面上法向力相等∴圆周力比等于螺旋角余弦之比E、传动比（5-2）式中：r1、r2分别为主、从动齿轮的平均分度圆半径令,则因为β1>β2，∴K>1，一般为1.25～1.50弧齿锥齿轮传动比2）优点：与弧齿锥齿轮比A、尺寸相同时，双曲面齿轮传动比更大。

B、如传动比一定，从动齿轮尺寸相同，双曲主动齿轮直径大，齿轮强度高，齿轮轴和轴承的刚度大C、如，主动齿轮尺寸相同，双曲从动齿轮直径小→↑离地间隙。

Δ其他优点：D、有沿齿长的纵向滑动，改善磨合，↑运转平稳性E、啮合齿数多，重合度大，↑传动平稳，↑约30%F、双曲主动齿轮直径及螺旋角大，相啮合齿的当量曲率半径大，↓G、双曲主动齿轮β1大，不产生根切的最小可少H、主动齿轮大，加工刀具寿命长I、布置：主动轴在从动齿轮中心水平面下方：↓万向节传动高度，↓车身高度，↓地板高。

主动轴在从动齿轮中心水平面上方：↑离地高度（贯通式驱动桥）3）缺点A、纵向滑动使损失↑,η↓B、抗胶合能力低，要特种润滑油4）应用：广泛，i>4.5且尺寸限制时，双曲i<2，弧齿锥齿轮2 < i < 4.5，弧齿锥齿轮和双曲两均可3、圆柱齿轮传动（图5-4c）：斜齿用：前置前驱动，且发动机横置双级主减速器驱动桥轮边减速器4、蜗轮蜗杆：（图5-4d）优：1）大，但尺寸和质量不大2）工作平稳无噪音3）便于总体布置及贯通式4）承载大，寿命长5）结构简单，拆装方便，调整容易缺：成本高，效率低（二）减速型式：分类：1）单级2）双级：整体式分开式：第一级：中央减速器（驱动桥中部）第二级，轮边减速器（轮边）3）双速4）贯通式：单级、双级5）单、双级减速配轮边减速1、单级主减速器：（图5-7）优：1）结构简单2）质量小3）成本低，制造容易4）拆装维修方便缺：只用转矩不大处（转矩↑→模数↑→尺寸↑→↓h min）主传动比不能太大，≤7（否则，如↑从动轮直径→↓离地间隙，↓主动轮直径→根切）用：乘，m a较小的商2、双级主减速器：（图5-8）优：离地间隙一定时，可得到大的传动比缺：尺寸、质量、成本大用：m a较大的商（中重货，大客，越野）1）整体式A、结构方案：图5-9a第一级：螺旋锥（或双曲面齿轮）；第二级圆柱齿轮图5-9b第一级：行星齿轮；第二级：螺旋锥（或双曲面齿轮）图5-9c第一级：圆柱；第二级：螺旋锥（或双曲面）B、锥-柱式的布置方案图5-9d纵向水平布置可降低质心高度，但使驱动桥纵向尺寸加大；用于长轴汽车可稍减传动轴长度，用于短轴汽车会增大万向节的夹角，（∵轴距一定）。

图5-9f垂向布置使驱动桥纵向尺寸减小，可减小传动轴夹角；但∵主减速器壳固定在桥壳上方，∴增大垂向尺寸，且↓桥壳刚度→对齿轮工作不利。

适用于贯通式驱动桥图5-9e倾斜布置则对传动轴布置和提高桥壳刚度有利C、锥-柱式的传动比分配：（5-9a）：a）一般，圆柱齿轮副的较大，圆锥齿轮副的较小，（一般为1.7～３.3）b）目的：↓轴向力，↓齿轮载荷，↑主动锥齿轮齿数，↑轴颈尺寸, 改善支承刚度，↑啮合平稳度和工作可靠性2）分开式（主减速器配轮边减速器）优：a) 驱动桥i0大（大巴、重型车的总传动比大，为了使变速器、分动器、传动轴等总成受载小，常将驱动桥i0取大）b) 驱动桥中央尺寸可↓，h min大c) 半轴、差速器、主减速器齿轮等零件可↓（∵转速↑，扭矩↓）缺：结构复杂，簧下质量↑，成本↑，布置（轮毂、轴承、车轮和制动器）困难A、园柱行星齿轮：a)圆柱；b)圆锥B、外啮合园柱齿轮a）主动齿轮上置：h min大，用于高通过性越野车b）主动齿轮下置：地板低，质心高度低，用于城市、长途客车3、双速主减速器（图5-11）主减速器有高低档两种减速比，与变速器配合，可得到双倍于变速器的档位。

换档—远距离操纵，停车进行应用—单桥驱动且m a较大车4、贯通式主减速器（图）将一根贯通轴穿过中桥并通向后桥，用于多桥驱动汽车1）单级：m a较小2）双级：m a较大（三）主从动锥齿轮的支承方案主、从动锥齿轮正确啮合条件：1）加工质量2）装配调整3）轴承、壳体刚度4）支承刚度1、主动锥齿轮支承：1）悬臂式（图5-14 a）A、结构特点：a、圆锥滚子轴承大端向外，（有时用圆柱滚子轴承）b、为↑支承刚度，两支承间的距离b应＞2.5a（a为悬臂长度）c、轴颈d应≮ad、左支承轴颈比右大B、优缺：结构简单，刚度差C、用：传递转矩小的2）跨置式（图5-14 b）A、结构特点：a、两端均有支承（三个轴承）→刚度大，齿轮承载能力高b、两圆锥滚子轴承距离小→主动齿轮轴长度↓，可减少传动轴夹角，有利于总体布置c、壳体需轴承座→壳体结构复杂，加工成本高d、空间尺寸紧张→B、用：传递转矩大的2、从动锥齿轮支承（图5-14 c）1）圆锥滚子大端向内，↓跨度2) ≮70%3) c≥d →载荷平均分配4) 大从动锥齿轮背设辅助支承销, 间隙0.25mm（图5-15）5）齿轮受载变形或位移的许用偏移量（图5-16）二、主减速器基本参数选择与计算载荷确定（一）计算载荷的确定锥齿轮切齿法有格里森和奥利康两种方法，以下仅介绍格里森齿轮计算载荷的三种方法1、从动锥齿轮的计算转矩Tc1）按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce：(5-4)2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs（5-5）3）按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf（5-6）4）计算转矩取值Tc计算最大应力：计算疲劳寿命：2、主动锥齿轮间的计算转矩（5-7）式中：—主、从动锥齿轮间的传动效率，对弧齿锥=95%，双曲面时，=85%；时，=90%(二)锥齿轮主要参数的选择：1、主、从动锥齿轮齿数z1，z2：1）z1与z2不应有公约数（以使主动轮各齿与从动轮各齿都能啮合，磨合均匀）2）z1+z2≥40，（以得到理想的重合度，高的轮齿弯曲强度）3）z1 不能太小：乘z1≮9，商z1≮6（以使啮合平稳，噪声小，疲劳强度高）4）i0较大时，z1尽量取小，以↑离地间隙5）对不同的i0，z1与z2搭配适宜2、从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数：1）D2：↑D2，↓离地间隙；↓D2，影响跨置式主动齿轮前支承座安装空间和差速器安装↓初选择经验公式：从动齿轮计算转矩，直径系数，取13.0-15.32）：（5-9）应使（5-10）3、主、从动锥齿轮齿面宽b1,b21）齿宽b过宽的影响：A、使小端齿槽宽↓→切削刀头顶面宽↓，刀尖圆角↓→↓齿根圆角半径，↑应力集中，↓刀具寿命B、因安装偏差或制造变形等原因，出现负荷集中于轮齿小端→小端过早损坏和疲劳损伤C、装配空间↓2）齿宽b过窄的影响：→轮齿表面耐磨性↓3）推荐： b2≤0。

3 A，且 b2≤10,或b2=0.155D2对螺旋锥b1>110%b24、双曲面齿轮副偏移距E1）影响： E过大→纵向滑动大→引起齿面早期磨损和擦伤E过小→不能发挥优点2）推荐：乘、m a小的商E≤0.2D2，且E≤40%Am a小的商E≤（0.10～0.12）D2，且E≤20%A3）上下偏移：5、中点螺旋角β：齿面宽中点螺旋角单个锥齿轮：大端β大，小端β小一对锥齿轮：弧齿锥，双曲面β1>β2，偏移角ε=β1-β21）影响：齿面重合度系数↑→传动平稳，噪声低，=1.5-2最好β↑ 轮齿强度↑轮向力↑2）取值：常取β=35°～40°乘：取较大（平稳，噪声）商：取较小（防轴向力过大），通常35度6、螺旋方向1）左、右旋:A、从锥顶看，齿形从中心线上半部从小端至大端向右倾斜为右旋B、主、从动轮的螺旋向相反2）螺旋方向和主动齿轮转向影响主动齿轮所轴向力方向（加图）3）旋向选择：根据轴向力确定，当汽车前进时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶点，即使主从动齿轮有分离趋势，否则使两齿轮靠紧，引起齿轮卡住（图5-17）4）汽车主减速器小锥齿轮旋向一般为左旋，大齿轮为右旋（∵发动机转向与小锥一致）7、法向压力角1）↑，齿轮强度↑，↓2）对小尺寸齿轮, ↑→齿顶易变尖，刀尖宽度过小, 齿轮端面ε↓3）对小负荷齿轮, 采用小，使运动平稳，噪声↓4）弧齿锥双曲面乘商或三、锥齿轮的强度计算四、锥齿轮轴承的载荷计算1.锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮啮合齿面上作用的法向力可分解为：沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。

（1）齿宽中点处的圆周力五、锥齿轮材料1、驱动轿锥齿轮特点：载荷大，作用时间长，变化多，有冲击2、要求：1）弯曲和接触强度高，表面硬度高2）蕊部韧3）锻、切削、热处理性能良好4）选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅的合金钢3、材料用渗碳合金钢：20CrMnTi20MnVB20MnTiB22CrNiMo16SiMn2WmoV4、渗碳钢特点：优：1）表面可为硬化层、耐磨、抗压、蕊软→弯曲和接触强度高，表面硬度高2）本身含碳量低，易于锻、切缺：1）热处理费用高2）基软、受载大时易产生塑性变形3）如蕊、面含碳量差别多，易引起表面硬化层剥落。