驱动桥设计终极版

驱动桥的结构方案分析
断开式驱动桥
由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地 形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能 力； 与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理， 可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵 稳定性。 这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车 上应用相当广泛。
第五章
驱动桥设计
第二节
3）轮齿接触强度
锥齿轮轮齿的齿面接触应力为：

J

C 2T k k k k 10 k bJ D
p z 0 s m f 1 V J
3
σJ --为锥齿轮轮齿的齿面接触应力(MPa)； D1 --为主动锥齿轮大端分度圆直径(mm)； b --取b1和b2的较小值(mm)；
3）轮齿接触强度
ks --为尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对淬透 性的影响，通常取1．0； kf --为齿面品质系数，它取决于齿面的表面 粗糙度及表面覆盖层的性质 ( 如镀铜、磷化处 理等)，对于制造精确的齿轮，ks取1．0； Cp -- 为综合弹性系数，钢对钢齿轮， Cp 取 232．6N1/2mm； J J --为齿面接触强度的综合系数，取法见参 考文献[10]； ko、km、kv见式(5—14)的说明。
d e max g f 1 2
3
式中， ig为变速器传动比； D1为主动锥齿轮中 点分度圆直径（mm）。 按驱动轮打滑转矩计算时
2G m r p Dbi
’ 2 2 2 2 m m
r
10
3
2）轮齿弯曲强度
锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为
W

2 T k0ks km 3 10 m kv s D b JW
六、锥齿轮的材料
锥齿轮材料应满足如下要求： 1) 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度， 齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。 2) 轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷， 避免在冲击载荷下齿根折断。
六、锥齿轮的材料
3) 锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好， 热处理后变形小或变形规律易控制。 4) 选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的 材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等 元素的合金钢。 汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢 制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、 22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。
2
五、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算
(2) 锥齿轮的轴向力和径向力
F=FTcosα cosβ (5-18) FN=FTsina=Ftana／cosβ (5-19) Fs=FTcosα sinβ =Ftanβ (5-20)
于是作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力 Faz和径向力Frz 分 别为
Faz=FNsinγ +Fscosγ (5-21) Frz=FNcosγ Fssinγ (5-22)
主减速器形式
2.双级主减速器 io一般为7～12
双级主减速器布置方式：
纵向水平布置： 可以使总成的垂向轮廓尺寸减小，从而降 低汽车的质心高度，但使纵向尺寸增加，用在 长轴距汽车上可适当减小传动轴长度，但不利 于短轴距汽车的总布置，会使传动轴过短，导 致万向传动轴夹角加大。
双级主减速器布置方式：
四 主减速器锥齿轮强度计算
1）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
2）按驱动轮打滑转矩
确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs 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
四 主减速器锥齿轮强度计算
当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩 Tg取前面两种的较小值，即Tg=min[Tce, Tcs]； 当计算锥齿轮的疲劳寿命时，Tc取Tcf。
第八章
驱动桥设计
第一节
驱动桥的结构方案分析
一 功能
增大由传动轴或变速器传来的转矩 动力合理地分配给左、右驱动轮，另外 还承受作用于路面和车架或车身之间的 垂直力力和横向力。
二 组成
一般由主减速器、差速器、车轮 传动装置和驱动桥壳等组成。
三 基本要求
1. 所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动 力性和燃料经济性。 2. 外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 3. 齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。 4. 在各种转速和载荷下具有高的传动效率。 5. 在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量 小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平 顺性
二 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案
1．wk.baidu.com动锥齿轮的支承 2．从动锥齿轮的支承
三 主减速器锥齿轮主要参数选择
1 .主、从动锥齿轮齿数z1和z2
2 3 4 5 6 7
.从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms .主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2 .双曲面齿轮副偏移距E .中点螺旋角β .螺旋方向 .法向压力角
主减速器设计
分类
（一）减速形式： 单级 双级 双速 整体 （二）齿轮类型 ： 螺旋锥齿轮 io < 2 双曲面齿轮 io＞4. 圆柱齿轮 io 发动机前横置前驱动 蜗杆传动 io ＞7
一 主减速器结构方案分析
一 主减速器结构方案分析
1 .螺旋锥齿轮传动
2 .双曲面齿轮传动优点 当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮 传动有更大的传动比。 当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿 轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强 度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。 当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿 轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地 间隙。
五、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
五、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算
锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一 法向力。该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
齿宽中点处的圆周力F为F=2T/Dm2 Dm2=D2-b2sinγ
驱动桥的结构方案分析
非断开式驱动桥 结构简单、制造工艺性好、成本低、工 作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载 货汽车、客车及多数的越野汽车和部分小轿 车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽 车平顺性和降低动载荷不利。
驱动桥的结构方案分析
断开式驱动桥
结构较复杂，成本较高，但它大大地增加 了离地间隙； 减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性， 提高了汽车的平均车速； 减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上 的动载荷，提高了零部件的使用寿命；
一 主减速器结构方案分析
3．圆柱齿轮传动
一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动 桥和双级主减速器贯通式驱动桥。
4．蜗杆传动
蜗杆传动与锥齿轮传动相比有如下优点： 1)在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比 (可大于7)。 2)在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。 3)便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置。 4)能传递大的载荷，使用寿命长。 5)结构简单，拆装方便，调整容易。
双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有 如下优点：
① 在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的 侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑 动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳 性。 ② 由于存在偏移距，双曲面传动的主动齿轮的螺旋角较 大，同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了 传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30％。 ③ 双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所 以相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为 大，其结果使齿面的接触强度提高。
六、锥齿轮的材料
渗碳合金钢的优点 为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出 现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在 热处理及精加工后，作厚度为0.005～0.02mm的 磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力 喷丸处理，可提高 25 ％的齿轮寿命。对于滑动 速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。 渗硫后摩擦因数可显著降低，即使润滑条件较 差，也能防止齿面擦伤、咬死和胶合。
四 主减速器锥齿轮强度计算
主动锥齿轮的计算转矩为 TZ=TC/ io ηg 式中，Tz为主动锥齿轮的计算转矩（N.m） io为主传动比； ηg为主、从动锥齿轮间的传动效率。 计算时，对于弧齿锥齿轮福，ηg取95%； 对于双曲面齿轮副，当io>6时，ηg取85%， 当io<=6时，ηg取90%.
（二）主减速器锥齿轮的强度计算
双曲面齿轮传动也存在如下缺点：
① 沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效 率。双曲面齿轮副传动效率约为96％，螺旋锥齿轮 副的传动效率约为99％。 ② 齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿 面烧结咬死，即抗胶合能力较低。 ③ 双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷 增大。 ④ 双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤 添加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑 油即可。
六、锥齿轮的材料
渗碳合金钢的优点: 是表面可得到含碳量较高的硬化层 ( 一般碳的质量 分数为 0.8 ％～ 1 ． 2 ％ ) ，具有相当高的耐磨性和抗压 性，而芯部较软，具有良好的韧性，故这类材料的弯 曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由 于较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。 其主要缺点是热处理费用高，表面硬化层以下的基底 较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗 透层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层 剥落。
ko --为过载系数，一般取1； ks --为尺寸系数，它反映了材料性质的不均匀性， 与齿轮尺寸及热处理等因素有关，当m.>=1.6mm 时， ，当m<1．6mm时，ks=＝0．5；
2）轮齿弯曲强度
km --为齿面载荷分配系数， 跨置式结构：km＝1．0～1.1， 悬臂式结构：km＝1．10～1.25； kv --为质量系数，当轮齿接触良好，齿距 及径向跳动精度高时，kv ＝1.0 b--为所计算的齿轮齿面宽(mm)； D--为所讨论齿轮大端分度圆直径(mm)； Jw --为所计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数， 取法见参考文献[10]。
第五章
驱动桥设计
第三节
差速器设计
差速器设计
功用：在两输出轴间分配转矩，并保证两输 出轴有可能以不同角速度转动。 分类：齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由 轮式
一、差速器结构形式选择
1．普通锥齿轮式差速器 2 ．摩擦片式差速器 K=0.05-0.15， Kb=1.11-1.35 K=0.6， Kb=4 提高通过性
一 主减速器结构方案分析
但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制 作，故成本较高；另外，传动效率较低。 蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型 多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车 上。
主减速器形式
1．单级主减速器 io≤7， 进一步提高io将增 大从动齿轮直径， 从而减小离地间隙， 且使从动齿轮热处 理困难。 轿车和轻、中型货车 的驱动桥中
双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有 如下优点：
④ 双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切 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 双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需 刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。 ⑥ 双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方， 便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离 地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向 传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并 可减小车身地板中部凸起通道的高度。
1.单位齿长圆周力 2.轮齿弯曲强度 3.轮齿接触强度
1) 单位齿长圆周力
主减速器锥齿轮的表面耐磨性长用轮齿上的 单位齿长圆周力来估算
F p b

2
式中， F 为作用在轮齿上的圆周力； b 2 为 从动齿轮的齿面宽。
1) 单位齿长圆周力
按发动机最大转矩计算时
kT kii 2 10 p n Db
垂向布置： 使驱动桥纵向尺寸减小，可减小万向传动轴 夹角，但由于主减速器壳固定在桥壳的上方， 不仅使垂向轮廓尺寸增大，而且降低了桥壳刚 度，不利于齿轮工作。这种布置可便于贯通式 驱动桥的布置。 斜向布置： 对传动轴布置和提高桥壳刚度有利。
主减速器形式：
3. 双速主减速器 大、小的主减速比
4. 贯通式主减速器 多桥驱动汽车 5. 单双级减速配轮边减速器 io＞12 某些重型汽车、矿山自卸车、 越野车和大型公共汽车的驱动桥