第五章 驱动桥设计

第五章 驱动桥设计
• 第一节 概述
• 第二节 结构方案分析（驱动桥） • 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
第五章 驱动桥设计
第一节 概述
一、驱动桥设计应满足下述基本要求
1．i0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
Vs 对使用的影响：1）改善磨合过程，使运转平稳性增强。 2）磨损加速，η 减小，抗胶合能力下降
5) 传动比的区别
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 β1>β2 条件，
由图求得圆周力之比为：
∵β 1>β 2
系数 K>1，约为 1.25——1.50
双曲面齿轮传动比 ios
螺旋锥齿轮传动比 ioL
⒉齿轮强度计算
公式 应力
弯曲应力 σW
计算公式
备注
T—计算转矩 K0—过载系数=1.0 Ks—尺寸系数 b—齿宽 Km—齿面载荷分配系数 Kv—质量系数=1.0 D—大端分度圆直径 Jw—弯曲应力综合系数 Kf—齿面品质系数 Cp—综合弹性系数 JJ—接触应力综合系数
3.双曲面齿轮
形成
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）
β 1 >β 2 β 定义：齿轮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Vs
图中： P——齿宽中点 V1——小齿轮圆周速度 V2——大齿轮圆周速度 V1，V2在齿法向方向投影，VH1，VH2即为P点的法向速度VH，且 VH=VH1=VH2
⒌中点螺旋角β
⑴影响选取β 的因素
参数 影响因素
齿面重合度 εF 啮合齿数 工作平稳 噪声 轮齿强度 轴向力
要求β 取 备注
大 大 大 大 大 小 要求：εF >1.25 最好在 1.5～2.0
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 ⑶推荐值 35º ～40º
高度尺寸 汽车质心高度 长度尺寸 传动轴长度 传动轴夹角 桥壳刚度
小 低 大 减小 增加 大
居中 居中 居中 居中 居中 居中
大 高 小 增加 减小 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。
5. 单双级减速配轮边减速器
方 案
轮边减速用一对斜齿圆柱齿轮 主动齿轮在上方 主动齿轮在下方
影响传动轴夹角
*悬臂式要求 b>2.5a,以利于刚度↑。 ⑴选用圆锥滚子轴承，有予紧力可调、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。
⒉从动锥齿轮大端分度圆直径 D2 和端面模数 ms ⑴影响因素
参数 影响
Hmin 弯曲强度 跨置式支撑
D2 小 大 大
备注
见（5-14）式
⑵初定 D2 D2=Kd2 Tc--计算转矩 mm KD2--直径系数 13.0～15.3
(3) 初选 ms ms=D2/Z2 Tc=min[Tce、Tcs]
⒊ 主从动锥齿轮齿面宽 b1 和 b2
⑵初选 b 值
b 推荐方法
1 2 3
b2
b1
备注
A2——从动齿轮节锥距
⒋双曲面齿轮副偏移距E
⑴影响选取 E 值的因素
参数 影响因素
齿面纵向滑动 突出双曲面齿轮特点 ⑵确定 E 的原则
要求 E取
小 大
备注
E 大， 纵向滑动↑Fra Baidu bibliotek —→齿面磨损↑， 檫伤↑
负荷小的传动，E 可取大些 ⑶推荐 E
参数 车型
双曲面齿轮 α
190、200 0 0 ， 20 、22 30
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
按 Temax 和最抵挡传动比 确定从动齿轮计算转钜 Tce 按驱动轮打滑转钜确定 从动锥齿轮计算转钜 Tcs 按日常汽车行使平均转钜 确定从动锥齿轮计算转钜 TcF
计算公式
备注
⒈主动锥齿轮的支承
特点
支承点 要求尺寸 b* 锥轴承布置① 轴的刚度 齿轮承载能力 轴承负荷 结构 制造 拆装 设计布置 轴向长度 应用 2 长 大端朝外 小 小 大 简单 容易 容易 容易 长 轿车 轻货 3 短 大端朝外 大 大 小 复杂紧凑 困难 困难 困难 短 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
轿车、轻型货车 中、重货、越野车、大客车 ① ①
E值
② ②
⑷双曲面齿轮的偏移 种类：上偏移、下偏移 定义：从从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
4．质量小
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
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
二 分类
形式 结构 简图 非断开式 断开式
结构 ① 用刚性整体外壳连接左 ①没有刚性整体外壳 特点 右车轮 ②两侧驱 动轮 可以独 立相对 ②车轮传动装置为半轴 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
第二节 结构方案分析（驱动桥）
形式 特点
结 构 成 本 制造工艺性 维 修 调 整 可 靠 性 离 地 间 隙 簧 下 质 量 动 载 荷 抗侧滑 能力 * 应 用 简单 低 好 容易 好 小 大 大 弱 广泛 复杂 较高 较好 较容易 好 大 小 小 强 越野车 轿车
非断开式
断开式
*行驶时车轮与路面保持良好接触时，抗侧滑能力增强。
*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——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 0.075 mm b. 结构上的措施如： 轴承予紧； 加强两壳的刚度； 加强主传动主动齿轮刚度。 ① 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。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↓
形式 特点
简图
螺旋锥齿轮
双曲面齿轮
斜齿圆拄齿轮 蜗轮蜗杆
两齿轮轴线 啮合的齿数 工作平稳性 承受负荷能力 制造 要求啮合精度 * 工作噪声 两齿轮螺旋角
垂直相交 多 好 较大 简单 高 磨损后↑
垂直不相交 多 好 较大 简单
平行 少 较好 较差 简单 稍低
垂直不相交 多 好 较大 锡青铜 稍低 低
轮边减速用行星齿 轮
特点
从动齿轮 差速器 半轴载荷 从动齿齿、差速 器、半轴尺寸 hmin 结构 I0 刚度 制造 应用
小 小 小 大 简单 小 小 容易 越野车
小 小 小 小 简单 小 小 容易 大客车
小 小 小 大 复杂 紧凑 大（>15） 大 困难 重货、越野 车
二
主从动锥齿轮的支承方案
方案 悬臂式 跨置式 备注
⒎法向压力角α
⑴影响选取的 α 因素
参数 影响因素
轮齿强度 减少 Zmin 齿顶不变尖 刀尖宽度足够 齿轮端面重合度 工作平稳、噪声低 ⑵推荐
要求取 α
大 大 小 小 小 小
备注
受根切影响 指尺寸小的齿轮 指在轻负荷条件下工作的齿轮
参数 车型
轿车 货车 重型货车
螺旋锥齿轮 α
14030， 、160 0 20 0 ， 22 33
4 双级主减速器
1） 三种方案
方案
特点
结构 I0 制造精度 拆装 质量 成本
简单 小 稍低 容易 小 低
复杂 大 高 困难 大 高
简单 小 稍低 容易 小 低
*第一级用圆锥、第二级用行星齿轮，特点一样（图中未画） 2)双级中第一级圆锥，第二级圆柱的三种布置方案
方案 纵向水平布置
斜向布置
垂向布置
特点
⑶若两种齿轮的传动比和主动齿轮尺寸 r1 相同，即 ios =ioL r1s=r1L 则比较下式： 和 可知：双曲面从动齿轮分度圆半径要小，∴
3 减速形式
特点 形式
单 级 主 减速器 结构 简单 尺寸 小 质量（簧下质 小 量） I0 小 仅一 个， I0 一定时 hmin 小 成本 低 拆装与维修 容易 应用 轿车 轻 中货
⑴影响选取 b 值的因素： 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 值取大——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 ② b 取大，影响装配空间不足 ③ b 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 ④ b 取小些，齿轮耐磨性↓，寿命↓
上式说明下述问题： ⑴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。
⑵若两种齿轮的传动比和从动齿轮尺寸 r2 相同， 从比较下式
可知双曲面齿轮（主动）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↗，刚度↗。
齿轮的允许偏移量：
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 影响选取 Z1 和 Z2 的主要因素有： hmin：重合系数；齿轮轮齿根切；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，Z2 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 Zmin>6 为运转平稳，噪声小，疲劳强度↑，轿车 Zmin>9 ⑷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+ Z2>40，用来保证有足够的弯曲强度，能平稳工作，噪声低，疲劳 强度↑
低
2
β η
β 1=β
β 1>β
2
β 1=β
高
2
高（99%）
低（96%）
低 普通
对润滑油的要 普通 求 抗弯强度 低 接触强度 低 传动比 小 用于贯通多桥 驱动 工作时轴向力 有
①
双曲面齿轮 普通 油 比螺旋齿轮 高 30% 较高 较大 小 可以 有 有
大（>7） 可以 有 少量大客车
应用
客 货
轿 车 越 野 FF 车
⒍螺旋方向
⑴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。
⒈单位齿长圆周力 p p 用来评价齿轮表面耐磨性能. P=F/b2 ∵b2<b1∴上式用 b2 圆周力 F 根据 Tc=min[Tce,Tcs]计算，计算公式如下：
单位齿长圆周力 载荷工况
按 Temax 计算 按驱动轮打滑转矩计算
p
备注
只计算其中之一，许用 应力见表 5—1
*用 ig 不用 i1 的原因是各档的 p 都要算
双级主减 速器 复杂 大 大
大 仅一 个 大 较高 较难 中重货客
双速主减速 器 复杂 大 大
两个* 小 高 难
单双级减速配 轮边减速 复杂 大 大
大 大 高 较难 重货
*优点如下： 1) 汽车的档位相当增加一倍，使用更合理。 2) 空载，半载，好路上行驶时用小些 i0，燃油经济性↗， 动系零件受载↘，寿命加↗。 3) 在坏路上用大些 i0,克服较大阻力，减少换档次数。 ，部分传
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 分类 根据齿轮类型不同分类
名称
根据减速形式不同分类
螺旋锥 双 曲 圆 柱 蜗 轮 单 级 双级减速 双 速 单 双 单 双 级 减 齿轮 面 齿 齿轮 蜗杆 减速 整 体 分开 减速 级 贯 速 配 轮 边 轮 通 减速 式 式
2 齿轮传动方案分析
符号说明见表 4—1
计算齿轮最大应力时 Tc=min[Tce ,TcF] 计算齿轮疲劳寿命时 Tc=TcF
主动锥齿轮的计算转钜 TZ：
ηG——主、从动锥齿轮间的传动效率 ΗG 齿轮 螺旋锥齿轮 双曲面齿轮 i0>6 io<6 ΗG 取 95% 85% 90%
（二）主减速器锥齿轮强度计算
损坏形式： 弯曲疲劳折断 过载折断 齿面点蚀、剥落 齿面胶合 齿面磨损