汽车设计课件--5驱动桥

1、第五章 驱动桥设计第五章第五章 驱动桥设计驱动桥设计5-1 概述概述5-2 驱动桥的结构方案分析驱动桥的结构方案分析5-3 主减速器设计主减速器设计5-4 差速器设计差速器设计5-5 车轮传动装置设计车轮传动装置设计5-6 驱动桥壳设计驱动桥壳设计第一节第一节 概述概述一、驱动桥的功用一、驱动桥的功用 降速增矩 实现差速 改变动力传递方向 将驱动轮与地面的相互作用力通过悬架传给车架或车身二、驱动桥的组成二、驱动桥的组成v主减速器v差速器v半轴v桥壳三、驱动桥设计要求三、驱动桥设计要求1、减速比要求：动力性、经济性2、离地间隙3、传动平稳性4、传动效率5、舒适性：非簧载质量6、与其他机构的干涉问

2、题7、结构、制造、安装、调整问题第二节第二节 驱动桥结构方案驱动桥结构方案优缺点分析：簧上质量 簧下质量 离地间隙 与地面的接触能力 非断开式驱动桥断开式驱动桥第三节第三节 主减速器设计主减速器设计一、主减速器的结构形式一、主减速器的结构形式 根据齿轮类型、减速形式、从动齿轮支承形式分类1.1.按齿轮副结构型式分类按齿轮副结构型式分类螺旋锥齿轮式、双曲面齿轮式、圆柱齿轮式 、蜗杆传动式。2.2.按减速形式分类按减速形式分类单级式、双级式、单速式、双速式、贯通式、轮边减速式。3.3.按从动齿轮支承形式分类按从动齿轮支承形式分类跨置式、悬臂式（一）主减速器的齿轮类型（一）主减速器的齿轮类型 1.1

3、.螺旋锥齿轮传动（弧齿锥齿轮）螺旋锥齿轮传动（弧齿锥齿轮） 螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。 由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。 在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。偏移距:双曲面齿轮传动的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距E的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿

4、轮圆周力之比2.双曲面齿轮传动2121coscosFF螺旋角:指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意一点A的切线TT与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角。传动比比较双曲面齿轮螺旋锥齿轮双曲面齿轮与螺旋锥齿轮的比较双曲面齿轮与螺旋锥齿轮的比较112211220coscosrrrFrFis15 . 125. 1cos/cos12KLsKii00rriL1201)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。2)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。3)当传动比一

5、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。 双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动的优点双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动的优点 1)双曲面齿轮副：沿齿高方向侧向滑动，沿齿长方向纵向滑动。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)双曲面齿轮副主动齿轮的螺旋角大于从动齿轮的螺旋角，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，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，使齿面的接触强度提高。4)主动齿轮轴布置方式灵活：布置在从动齿轮中心上方，便于实现

6、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。双曲面齿轮传动的缺点双曲面齿轮传动的缺点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为96，螺旋锥齿轮副为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。螺旋锥齿轮与双曲面锥齿轮的选择螺旋锥齿轮与双曲面锥齿轮的选择当要求传动比大于4

7、5而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更合理。这是因为如果保持主动齿轮轴径不变，则双曲面从动齿轮直径比螺旋锥齿轮小。当传动比小于2时，双曲面主动齿轮相对螺旋锥齿轮主动齿轮显得过大，占据了过多空间，这时可选用螺旋锥齿轮传动，因为后者具有较大的差速器可利用空间。对于中等传动比，两种齿轮传动均可采用。 3 3圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 v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 4蜗杆传动蜗杆传动 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

8、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。 缺点：蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，成本较高；传动效率较低。（二）主减速器的减速形式（二）主减速器的减速形式影响减速形式选择的因素：汽车类型使用条件驱动桥处的离地间隙驱动桥数布置形式以及主传动比i。1 1单级主减速器单级主减速器 v由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。v主传动比不能太大，一般i07，进一步提高i0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。 2.2.双级主减速器双级主减速器v双级主减速器与单级相比，在保证离

9、地间隙相同时可得到大的传动比，i0一般为712。v尺寸、质量均较大，成本较高。它主要应用于中、重型货车、越野车和大客车上。v分类： 整体式和分开式。 分开式由中央减速器和轮边减速器组成。（1）整体式双级主减速器的结构方案）整体式双级主减速器的结构方案（2 2）第一级为锥齿轮、第二级为圆柱齿轮的双级主减速器的布置）第一级为锥齿轮、第二级为圆柱齿轮的双级主减速器的布置v纵向水平布置、垂向布置、斜向布置v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。v垂向布

10、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。v斜向布置介于两者之间，对传动轴布置和提高桥壳刚度有利。 圆柱行星齿轮式轮边减速器：可布置在轮毂内。圆锥行星齿轮式轮边减速器，具有两个轮边减速比：布置在轮毂外。普通外啮合圆柱齿轮式轮边减速器：主动齿轮上置和下置两种形式。上置式:主要用于高通过性的越野汽车上，可提高桥壳的离地间隙;下置式:主要用于城市公共汽车和大客车上，可降低车身地板高度和汽车质心高度，提高了行驶稳定性。（3 3）轮边减速器（）轮边减速器（3 3种布置）种布

11、置）3.3.双速主减速器双速主减速器 双速主减速器内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器的高低挡减速比是根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。太阳轮1是长齿，左移时可以与行星齿轮4及行星齿轮架3的内齿环同时啮合，行星齿轮无法自转而不起减速作用，为高挡位。 4.4.贯通式主减速器贯通式主减速器 v贯通式主减速器根据其减速形式可分成单级和双级两种 v单级：双曲面齿轮式及蜗轮蜗杆式双级贯通式主减速双级贯通式主减速 锥齿轮圆柱齿轮式圆柱齿轮锥齿轮式锥齿轮圆柱齿轮式双级贯通式主减速器可得到较大的主减速比，但是结构高度尺寸大

12、，主动锥齿轮工艺性差，从动锥齿轮采用悬臂式支承，支承刚度差，拆装也不方便。圆柱齿轮锥齿轮式双级贯通式主减速器的第一级圆柱齿轮副具有减速和贯通的作用，有时仅用作贯通用，将其速比设计为1。（三）主减速器锥齿轮的支承（三）主减速器锥齿轮的支承v主动锥齿轮的支承 跨置式和悬臂式v从动锥齿轮的支承 跨置式从动锥齿轮的辅助支承 二、主减速器计算载荷的确定与参数的选择二、主减速器计算载荷的确定与参数的选择niikiTkTfedce01max2、按驱动轮打滑转矩确定mmrcsirmGT223、按汽车日常行驶平均转矩确定nirFTmmrtcf主减速器主动锥齿轮计算载荷ccziTT0cTzT（一）主减速器（一）主

13、减速器从动锥齿轮计算载荷从动锥齿轮计算载荷的确定的确定1、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定（二）锥齿轮主要参数的选择（二）锥齿轮主要参数的选择 v主要参数：主、从动锥齿轮齿数z1和z2 ;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 ;双曲面齿轮副的偏移距E、中点螺旋角、法向压力角.1 1主、从动锥齿轮齿数主、从动锥齿轮齿数z z1 1和和z z2 2考虑因素：1)为了磨合均匀,z1、z2之间应避免有公约数。2)为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40。3)为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度，对于乘用车z1不小9商用车，商

14、用车z1一般不少于6。4)当主传动比i0较大时，尽量使z1取得小些，以便得到满意的离地间隙。2.2.从动锥齿轮大端分度圆直径从动锥齿轮大端分度圆直径D D2 2和端面模数和端面模数m ms s对于单级主减速器，D2对驱动桥壳尺寸有影响，D2大将影响桥壳的离地间隙；D2小则影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。 D2的初选322TKDcDms的计算Tc=minTce, Tcs zDms22/3TKmcmsms还需满足强度要求：3.3.主、从动锥齿轮齿面宽主、从动锥齿轮齿面宽b b1 1和和b b2 2齿面宽度对齿轮的影响锥齿轮齿面过宽会加大应力集中，还降低了刀具的使用寿命。引起轮

15、齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间的减小。但是齿面过窄，轮齿表面的耐磨性会降低。从动锥齿轮齿面宽b2推荐不大于其节锥距A2的0.3倍，即b20.3A2，而且b2应满足b2Kcms， Kc=10 。 汽车上一般也推荐b2=o.155D2。 对于螺旋锥齿轮，b1一般比b2大10%。4双曲面小齿轮偏移距双曲面小齿轮偏移距EE值过大将使齿面纵向滑动过大，从而引起齿面早期磨损和擦伤。E值过小，则不能发挥双曲面齿轮的特点。双曲面小齿轮的双曲面小齿轮的上偏移与下偏移上偏移与下偏移5.5.中点螺旋角中点螺旋角螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端的螺旋角最小。弧齿锥齿轮副的

16、中点螺旋角是相等的， 双曲面齿轮副的中点螺旋角是不相等的，12。选择时，应考虑它对齿面重合度F、轮齿强度和轴向力大小的影响。 越大，则F也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高。 但过大，齿轮上所受的轴向力也会过大。6.6.螺旋方向螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离趋势，防止使主、从动齿轮有分离趋势，防止

17、轮齿卡死而损坏。轮齿卡死而损坏。 轴向力方向的判断：根据主动齿轮的旋向，左旋用左手定则，右旋用右手定则，四指指向旋向，大拇指的指向即为轴向力方向。三、主减速器锥齿轮强度计算三、主减速器锥齿轮强度计算 1.1.单位齿长圆周力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 bFp2102321maxbDniikTkpfged10232222mmribDrmGp按发动机最大转矩计算 按驱动轮打滑转矩计算 许用的单位齿长圆周力许用的单位齿长圆周力p p 2.2.轮齿弯曲强度轮齿弯曲强度 锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力 10230JbDmkkkkTWsmscWv3.3.轮齿接触强度轮

18、齿接触强度 102301bJkkkkkTDCJVfmszpJ上述按minTce,Tcs计算的最大弯曲应力不超过700MPa；按Tcf计算的疲劳弯曲应力不应超过210MPa，破坏的循环次数为6x106。上述按minTce,Tcs计算的最大接触应力不应超过2800MPa，按Tcf计算的疲劳接触应力不应超过1750MPa。主、从动齿轮的齿面接触应力是相同的。 四、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算四、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算 1.1.锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮齿面上的作用力 齿面上的法向力分解：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

19、的圆周力由F1F2=cos1cos2可知，对于弧齿锥齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的；对于双曲面齿轮副，它们的圆周力是不等的。(2) 锥齿轮的轴向力和径向力锥齿轮的轴向力和径向力 FT为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力。在A点处的螺旋方向的法平面内，FT分解成两个相互垂直的力FN和Ff 。FN垂直于OA且位于OOA所在的平面，Ff位于以OA为切线的节锥切平面内。Ff在此切平面内又可分解成沿切线方向的圆周力F和沿节锥母线方向的力Fs。F与Ff之间的夹角为螺旋角，FT与Ff之间的夹角为法向压力角 。轴向力Faz : Faz=FNsin+Fscos 径向力Frx: Frz=FNco

20、s-Fssin 圆周力： F=FTcoscos FN=FTsina=Ftanacos Fs=FTcossin=Ftan 齿面上的轴向力和径向力齿面上的轴向力和径向力 2 2锥齿轮轴承的载荷锥齿轮轴承的载荷 当锥齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。 五、锥齿轮的材料五、锥齿轮的材料驱动桥锥齿轮的工作条件具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。是传动系中的薄弱环节。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

21、击载荷下齿根折断。 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。 第四节第四节 差速器设计差速器设计 差速器的功能： 用来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。差速器的分类：按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。普通差速器驱动运行演示带锁止差速器驱动运行演示一、差速器结构形式选择一

22、、差速器结构形式选择 (一) 齿轮式差速器 汽车上广泛采用对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。 可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等1 1普通锥齿轮式差速器普通锥齿轮式差速器 0212差速器性能：以锁紧系数k来表征 021r12TTTTT-Tk) -(10.5TTk)(10.5TT01020TTkrkk11kbbkk11kb12TTkb普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为0.050.15，两半轴转矩比kb=1.111.35，左、右半轴的转矩差别不大，分配给两半轴的转矩大致相等，对在良好路面上行驶的汽车是合适的。越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶时，一

23、侧驱动车轮与地面的附着系数很小，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。 半轴的转矩比kb 2.2.摩擦片式差速器摩擦片式差速器 当传递转矩时，差速器壳通过孔上的V型斜面对与之配合的行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴向力推动行星齿轮使压盘将摩擦片压紧。当左、右半轴转速不等时，主、从动摩擦片间产生相对滑转，从而产生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr，与差速器所传递的转矩成正比。 tanfz TTr0dfrr摩擦片式差速器的锁紧系数k可达0.6，kb可达4。 3 3强制锁止式差速器强制锁止式差速器 当一个驱动轮处于附着系

24、数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，使内、外接合器(即差速锁)啮合，将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，使牵引力达到最大值。带有电控气动式差速锁的差速器普通锥齿轮差速器的汽车 锁止式差速器的汽车 min2min2min222GGGFt)(222min2min22GGGFt( (二二) ) 滑块凸轮式差速器滑块凸轮式差速器 当差速器传递动力时，差速器壳体上的主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，同时允许内、外凸轮转速不等。)sin()2cos(r)sin()2-cos(r121212bk( (三三) ) 蜗轮式差速器蜗轮式差速器 蜗轮式差速器中由蜗

25、轮蜗杆代替锥齿轮传动，是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆2、4同时与行星蜗轮3与半轴蜗轮1、5啮合，从而组成一行星齿轮系统。 )an()an(ttkb( (四四) )牙嵌式自由轮差速器牙嵌式自由轮差速器 装有这种差速器的汽车在直线行驶时，主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环(即左、右半轴)。当一侧车轮悬空或进入泥泞、冰雪等路面时，主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。当转弯行驶时，外侧车轮有快转的趋势，使外侧从动环与主动环脱开，即中断对外轮的转矩传递；内侧车轮有慢转的趋势，使内侧从动环与主动环压得更紧，即主动环转矩全部传给内轮。 二、普通锥齿轮差速器齿轮设计二、

26、普通锥齿轮差速器齿轮设计 1行星齿轮数n 2行星齿轮球面半径 Rb及行星齿轮节锥距A03行星齿轮和半轴齿轮齿数Z1、Z2 4行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2及模数m5压力角 6行星齿轮轴直径d及支承长度L ( (一一) )差速器齿轮主要参数差速器齿轮主要参数( (二二) )差速器齿轮强度计算差速器齿轮强度计算 主要进行弯曲强度计算主要进行弯曲强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此，对于差速器齿轮主要进行弯曲强度计算。 第五节第五节 车轮传动装置设计车轮传动装置设计 一、结构形式分析一、结构形式分析 v半浮式、34浮式和全浮式三种形式二、半轴计算二、半轴计算 1 1