第五章 驱动桥设计

非断开式 带有摆动半轴的非断开式
车轮采用非 独立悬架
断开式
车轮采用独 立悬架
第五章 驱动桥设计
二、驱动桥型式对比
优点 缺点
普通非断开式
带有摆动半轴的 非断开式
结构简单、易维 易维修、工作可 修、成本低、工 靠 作可靠
簧下质量大，平 簧下质量减小，
顺性差，使用寿 结构复杂、造价
命短
高
断开式
簧下质量小，增加 离地间隙，车轮接 地能力好，操纵性 好，提高寿命 结构复杂，成本高
第五章 驱动桥设计
二、主减速器主、从动锥齿轮的支承方案 1、主动锥齿轮的支承方案 悬臂式：用于传递转矩小的车辆，b大于a的2.5倍， 润滑油由两轴承中间加入（轴承小端到大端）。
跨置（骑马）式：用于传递转矩大的车辆，提高了齿轮 轴的强度，减小了变形，提高了承载能力10%。
2、从动锥齿轮的支承方案
多采用跨置（骑马）式，且圆锥滚子轴承的大端向内侧， 小端背离朝外。
第五章 驱动桥设计
第一节 概述
一、功用及组成
1、功能：增大转矩；分配动力给左右驱动轮；改变转矩传递方向； 承受路面和车架车身之间的反作用力。
2、组成
主减速器 差速器 车轮传动装置
驱动桥壳体
增矩、改变方向 合理分配动力 传递动力 承受力
第五章 驱动桥设计
第二节 驱动桥的结构方案分析
一、驱动桥结构型式 普通非断开式
Ff' = F2 / cos β1 Ff = F1 cos β1
β1 = β2
F1 = cos β1 F2 cos β2
i0
=
F1r1 F2r2
=
r1 cos β1 r2 cos β2
β1 > β2
第五章 驱动桥设计
1、螺旋锥齿轮
i0
=
r1 r2
2、双曲面齿轮
i0
=
r1 cos β1 r2 cos β2
第七节 驱动桥试验
1、整车道路试验及使用试验 考核驱动桥及其零部件的可靠性、耐久性、车辆的通过性。
2、台架试验 考核驱动桥及其零部件的强度、刚度、噪声、传动效率等。 综合试验 疲劳寿命试验 刚度试验 强度试验 传动效率试验 润滑油试验
β = 25 + 5 z2 + 90 E
z1
d2
格里森
第五章 驱动桥设计
7、齿轮法向压力角 压力角越大，强度越高，但重合度下降。 螺旋锥齿轮：14.5或16（轿车）；20或22.5（货车） 双曲面齿轮： 19（轿车）；22.5（货车）
8、齿轮齿宽
齿宽：从动齿轮为分度圆直径的0.155倍，主动齿轮大于 从动齿轮的10%
左、右旋齿轮的轴向力的方向用左右手法则判断。
6、螺旋锥齿轮与双曲面齿轮中点螺旋角
锥齿轮的螺旋角沿齿宽是变化的，齿轮大端的螺旋角最大，齿 轮小端的螺旋角最小。
弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，双曲面齿轮副的中点螺 旋角是不等的
中点螺旋角越大，重合度越大，传动越平稳，噪声越低，强度 越高，但轴向力越大，效率越低。35~40
第五章 驱动桥设计
普通
摩擦片式 滑块-凸轮 蜗轮式 式
牙嵌式
锁紧系数 0.05‾0.15 0.2‾0.6 0.2‾0.5 0.4‾0.8 趋近1
应用
公路用车
越野车、 一般货车 货车、轿 车
重型车，越 军用越野车
野，特种牵 、工程抢险
引车
车、扫雪车
等
第五章 驱动桥设计
三、普通对称式圆锥行星齿轮差速器设计
要求轴承预紧：消除安装间隙
第五章 驱动桥设计
三、主减速器的主要参数选择
1、传动比选择
i0
=
(0.377
~
0.472)
rr np vmaxigh
2、齿数选择 强度与平稳 离地间隙
传动比大于6，主动齿轮齿数趋向最小值5 传动比小于5，主动齿轮齿数取7~12
z为了磨合均匀，主、从动齿轮齿数之间避免有公约数
第五节 半轴设计 一、半轴支承结构型式
半浮式：除了承受转矩，还承受垂直、纵向、 侧向力引起的弯矩。
3/4浮式：除了承受转矩，还承受部分垂直、纵向、侧 向力引起的弯矩。另部分由半轴套承受。
全浮式：理论上只承受转矩。垂直、纵向、侧向力引 起的弯矩由桥壳承受。
第五章 驱动桥设计
二、半轴计算：危险断面位于半轴与轮毂相配的表面内端。
ϕ1 )ϕ1
YR
=
G2 2
(1 m
2hg B2
ϕ1 )ϕ1
M L = YLrr m FzLb
垂直最大：没有纵向力、侧向力
ML
=
kd
( G2 2
−
gw )b
第五章 驱动桥设计
第六节 驱动桥壳设计 一、驱动桥壳结构型式
可分式 刚度与强度不如整体式，维修不方便。少用
整体式 刚度与强度都比较好，维修方便，广泛应用 铸造 钢板冲压焊接 钢管扩张成形
蜗轮式差速器
第五章 驱动桥设计
二、普通对称式圆锥行星齿轮差速器
假设：差速器各零件之间无相对运动。
ω1 + ω2 = 2ω0
T1 + T2 = T0
T1 − T2 = Tf
直线行驶： 转弯行驶：
ω1 = ω2 = ω0
ω3 = 0
中
ω1
=
ω0
+
z3 z1
ω3
外
ω2
=
ω0
−
z3 z1
ω3
内
T1 = T2 = 0.5T0 Tf 源自文库 0
组合式：与整体式比成本低
第五章 驱动桥设计
一、驱动桥壳强度计算
1、桥壳的静弯曲应力计算
G2/2
板簧座之间弯矩：
MJ
= (G2 2
− gw)
B−s 2
G2/2
弯矩应力：
s
σ JW
=
MJ Wv
钢板弹簧 座附近
B
2、桥壳的冲击载荷下的强度计算
σ DW
= kd
MJ Wv
轿车、客车取1.75，货车取2.5，越野车取3.0
由从动齿轮的锥顶看去且主动 齿轮处于右侧，在从动齿轮中 心线上方时，为上偏移 。
轿车、轻货车等，20%d2 重型、越野车等，10%d2
上偏移：右旋（主）左旋（从） 下偏移：左旋（主）右旋（从）
第五章 驱动桥设计
5、螺旋锥齿轮与双曲面齿轮螺旋方向
从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部分向左倾斜为左旋，向右 倾斜为右旋，且主、从动齿轮的螺旋方向相反。
应用 货车、客车
小轿车
越野车、高级轿车
第五章 驱动桥设计
第三节 主减速器设计
一、主减速器分类
1、按齿轮型式分类
应用 广泛
螺旋锥齿轮 双曲面齿轮
传动比增加
前置前 驱，且 横置
圆柱齿轮 蜗轮蜗杆
重型车
第五章 驱动桥设计
1、螺旋锥齿轮
2、双曲面齿轮
主、从动锥齿轮轴线
交于一点
Ff' = Ff
主、从动锥齿轮轴线 不交于一点，存在偏 移
第五章 驱动桥设计
2、按减速形式分类 单级主减速器：传动比小于7.6，轿车（3~4.5），货车（5~7）
双级主减速器：传动比大于7.6小于12，
双速主减速器：两个传动比，低档（低速大转矩），高档（高速 大功率），节油但需停车进行切换
贯通式主减速器
单级：传动比小于5 双级：传动比大于5
单双级减速配轮边减速器：速比大于12， 行星排
单位齿长圆周力
p = 2kdTemaxki1i f i0η ×103 nD1b2
p = 2G2m2' ϕrr ×103 D2b2imηm
过载折断和弯
弯曲强度及疲劳计算
曲疲劳折断
σw
=
2k0 k m k sTc kvmsbDJ w
×103
点蚀、胶合、
剥落
σw
=
cp D1
接触强度及疲劳计算
2k0kmksk f Tc ×103 kvbJ j
T1 = 0.5(T0 − Tf ) T2 = 0.5(T0 + Tf )
车辆总牵引力最大数值
Ft max
=
2Fϕ min
+
Tr rr
增加的部分
第五章 驱动桥设计
差速器的锁紧系数
k = Tf / T0
锁紧系数的选择原则：根据汽车类型、性能要求及使用条件来选 择锁紧系数。 z 从通过性考虑，锁紧系数尽量大一些， z 从转向稳定性，行驶稳定性，零件使用寿命和轮胎磨损等方面 ，锁紧系数尽量小一些。
第五章 驱动桥设计
三、主减速器锥齿轮强度计算
1、计算载荷
从动齿轮
按发动机 最大转矩 和一档速 比
按驱动轮 打滑
Tse1
=
kdTemaxki1i f n
i0η
Tss1
=
G2m2' ϕrr imηm
按日常平 均使用转 矩
Tsf 1
=
Ft rr
nimηm
第五章 驱动桥设计
2、强度计算
损坏 形式
齿面磨损
Pi = xFrzi + yFazi
Fn
Fr
Fa
a
Ft
B
r
F2‘
F1‘ Fr
F2
Fa
F1
第五章 驱动桥设计
第四节
差速器设计
一、差速器结构型式
防滑差速器
强制锁 止式— 差速锁
自锁式
普通对称式圆锥 行星齿轮差速器
自由轮式
滚柱式自由轮差速器 牙嵌式自由轮差速器
变传动比式 差速器
摩擦片式差速器
高摩擦式
滑块-凸轮式差速器
垂直
σ2
=
Fz2b − Fy2rr Wv
=
Fz2 (b −ϕ1rr ) Wv
钢板弹簧座处
纵向
σ2
=
Fz1b + Fy1rr Wv
=
Fz1(b + ϕ1rr ) Wv
其中：
Fz1
=
1 G2 ( 2
−
hgϕ1 B
)
实际危险断面 位于轮毂内第 一轴承的内端
Fz 2
=
1 G2 ( 2
+
hgϕ1 ) B
第五章 驱动桥设计
z为了强度与噪声要求，齿数和不小于40（货车）或50（ 轿车），主动齿轮齿数不小于6（货车）或9（轿车）
第五章 驱动桥设计
3、大端分度圆直径与模数选择
直径
d2 = Kd 2 3 Tc
模数
ms = d2 / z2 计算 ms = Km 3 Tc 校核
4、双曲面齿轮副的偏移量和偏移方向
传动比越大，偏移距离 越大，但保证不根切
第五章 驱动桥设计
3、轴承计算
Ft = Fn cosα cos β Fr = Ft sin α / cosα cos β
Fa = Ft sin β / cos β Faz = F2 + F2' = Fa cos γ + Fr sin γ
Frz = F1 + F1' = Fr cos γ − Fa sin γ
G2/2 G2/2
第五章 驱动桥设计
3、最大牵引力下的强度计算
T
弯矩 转矩
垂直
MZ
= ( m2G2 2
−
gw)
B−s 2
m 2G2/2
纵向
MX
= η T i emax max T 2rr
B−s 2
T = η T i emax max T 2
F tmax/2
m 2G2/2 F tmax/2
圆管形桥壳
σΣ =
M
2 Z
+
M
2 X
+T2
W
矩形桥壳
σw
=
MZ WZ
+
MX WX
τ= T Wt
σΣ =
σ
2 w
+
3τ
2
第五章 驱动桥设计
4、紧急制动下的强度计算
弯矩 转矩
垂直
MZ
=
( m'2G2 2
−
gw)
B−s 2
m ‘2G2/2
纵向
MX
=
m2' G2ϕ 2
B−s 2
m ‘2G2 φ/2
T
=
m2' G2ϕ 2
=k
r1 r2
规律： 1、两种型式齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动比更大； 2、传动比一定，且从动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮主动齿轮直径较 大，强度提高 3、传动比一定，且主动齿轮尺寸相同，双曲面齿轮从动齿轮直径较 小，离地间隙大
第五章 驱动桥设计
运转平稳性 轮齿弯曲强度 轮齿接触强度 抗胶合能力 传动效率 轴承负荷 离地间隙 传动比 噪声 润滑油 应用
螺旋锥齿轮 良好 较低 较低 较强 99% 轴向力较大 小 小 较大 特种 中型车
双曲面齿轮 优秀 提高30% 较高 较差 96% 轴向力较小 大 大 较小 普通 各种车型
第五章 驱动桥设计
3、圆柱齿轮
z发动机横置 z前置前驱车辆
4、蜗轮蜗杆
z高速发动机的重型车使用， z传动比大（8~14） z预留空间小，质量轻 z运转平稳，噪声低 z结构简单，使用寿命长
半浮式
纵向力最大：没有侧向力
FzL
=
FzR
=
m' G2 2
−
gw
FxL
=
FxR
=
m' G2 2
ϕ
FxL = FxR = ξTemaxi1ηT / rr
侧向力最大：没有纵向力
FzL
=
G2 2
(1 ±
2hg B2
ϕ1) −
gw
FzR
=
G2 2
(1 m
2hg B2
ϕ1) −
gw
YL
=
G2 2
(1 ±
2hg B2
4、行星齿轮和半轴齿轮模数、节锥角
节锥角
γ1
=
arctan
z1 z2
γ
2
=
arctan
z2 z1
5、压力角
模数
m
=
2 A0 z1
sin
γ1
=
2 A0 z2
sin γ
2
压力角20，齿高系 数1，最少齿数13
过去
增加强度
压力角22.5（重型 车25），齿高系数 0.8，最少齿数10
现在
第五章 驱动桥设计
1、行星齿轮数目 轿车：2 货车与越野车：4
2、行星齿轮球面半径 由差速器强度与尺寸决定
Rb = Kb 3 Td 节锥距 A0 = (0.98 ~ 0.99)Rb
3、行星齿轮和半轴齿轮齿数
速比为 1.5~2
行星齿轮齿数：不小于10 半轴齿数：14~25
可以安装要求：
z2L + z2R = 整数 n
第五章 驱动桥设计
rr
m’ 2G2/2 m ‘2G2 φ/2
圆管形桥壳
σΣ =
M
2 Z
+
M
2 X
+T2
W
矩形桥壳
σw
=
MZ WZ
+
MX WX
τ= T Wt
σΣ =
σ
2 w
+
3τ
2
第五章 驱动桥设计
Fy 4、最大侧向力下的强度计算
车辆侧滑条件： Fy ≥ Fy1 + Fy2 = G2ϕ1
Fz1 Fy1
Fz2 Fy2
弯矩