驱动桥的设计 §41主减速器的设计

1、第第4 4章章 驱动桥的设计驱动桥的设计4-1 4-1 主减速器的设计主减速器的设计 一、概述一、概述 （一）功能（一）功能降速、增扭、改变转矩传递的方向降速、增扭、改变转矩传递的方向对驱动轮进行差速对驱动轮进行差速 承受作用于路面和车架之间的纵向力、横向力和垂直承受作用于路面和车架之间的纵向力、横向力和垂直力力 （二）组成（二）组成 一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。壳等组成。（三）驱动桥设计的基本要求（三）驱动桥设计的基本要求1、主减速比的选定要考虑动力性和燃油经济性、主减速比的选定要考虑动力性和燃油经济性2、差速器一方面要保

2、证驱动轮按要求差速滚动，、差速器一方面要保证驱动轮按要求差速滚动，另一方面要保证扭矩传递平稳、连续另一方面要保证扭矩传递平稳、连续3、当左右驱动轮地面附着力不一致时，应考虑如、当左右驱动轮地面附着力不一致时，应考虑如何充分利用汽车牵引力何充分利用汽车牵引力4、在保证可靠性的前提下，降低非簧载质量。、在保证可靠性的前提下，降低非簧载质量。二、驱动桥结构方案分析二、驱动桥结构方案分析（一）非断开式驱动桥（一）非断开式驱动桥 结构简单、制造工艺性好、成本低、工作可结构简单、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、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

3、汽车和部分小轿车上。但整个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驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。载荷不利。（二）（二）断开式驱动桥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；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；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，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；提高了零部件的使用寿命； 由于驱动车轮与地面的接触情况及对各

4、种地形的适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；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。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。当广泛。三、主减速器设计三、主减速器设计（一）主减速器结构方案分析（一）主减速器结构方案分析1、分类、分类 根据齿轮类型不同分：根据齿轮类型不同分：u螺旋锥齿轮螺旋锥齿轮u双曲面齿轮双曲面齿轮u圆柱

5、齿轮圆柱齿轮u蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆 根据减速形式不同分：根据减速形式不同分：单级减速单级减速双击减速：整体式、分开式双击减速：整体式、分开式双速减速双速减速单双级贯通单双级贯通单双级减速配轮边减速单双级减速配轮边减速2 2、齿轮方案设计、齿轮方案设计3 3、双曲面齿轮传动、双曲面齿轮传动优点：优点：当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面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。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，较高动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮

6、齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。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。大的离地间隙。沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动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效率。双曲面齿轮副传动效率约为9696，螺旋锥，螺旋锥齿轮副的传动效率约为齿轮副的传动效率约为9999。齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和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

7、能力较低。齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。荷增大。双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮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。润滑油即可。双曲面主动齿轮的螺旋角较大，则不产生根切的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，有利于最小齿数可减少，故可选用较少的齿数，有利于增加传动比。增加传动比。双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加

8、工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方，便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。身地板中部凸起通道的高度。 缺点：缺点：沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动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效率。

9、双曲面齿轮副传动效率约为9696，螺旋锥，螺旋锥齿轮副的传动效率约为齿轮副的传动效率约为9999。齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和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。齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。荷增大。双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮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润滑油即可4 4、减速形式、减速形式双级主减速的三种方案双级主减速的三种方案

10、5、单双级减速配轮边减速单双级减速配轮边减速（二）主从动锥齿轮的支承方案（二）主从动锥齿轮的支承方案1 1、主动齿轮的支承、主动齿轮的支承2 2、从动锥齿轮的支承、从动锥齿轮的支承三、锥齿轮主要参数的选择三、锥齿轮主要参数的选择（一）主、从动锥齿轮齿数（一）主、从动锥齿轮齿数z z1 1和和z z2 2 为得到理想的齿面重合度和高齿轮弯曲强度，为得到理想的齿面重合度和高齿轮弯曲强度，主从动齿数和不少于主从动齿数和不少于4040（二）从动锥齿轮大端分度圆直径（二）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（三）主、从动锥齿轮齿面宽（三）主、从动锥齿轮齿面宽b b1 1和

11、和b b2 2b b取大，影响装配空间取大，影响装配空间b b取小，齿轮耐磨性下降，寿命下降取小，齿轮耐磨性下降，寿命下降（四）双曲面齿轮副偏移距（四）双曲面齿轮副偏移距E E（五）中点螺旋角（五）中点螺旋角影响因素影响因素（六）螺旋方向（六）螺旋方向左旋左旋右旋右旋（七）法向压力角（七）法向压力角四、锥齿轮强度计算四、锥齿轮强度计算（一）计算载荷（一）计算载荷（二）单位齿长圆周力（二）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位齿长圆周力来估算 式中，式中，F F为作用在轮齿上的圆周力；为作用在轮齿上的圆周力；b2b2为

12、从动为从动齿轮的齿面宽。齿轮的齿面宽。bFp2（三）齿轮强度（三）齿轮强度五、锥齿轮轴承的载荷计算五、锥齿轮轴承的载荷计算（一）锥齿轮齿面上的作用力（一）锥齿轮齿面上的作用力 锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作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。齿轮轴线的径向力。（一）齿宽中点处的圆周力（一）齿宽中点处的圆周力 齿宽中点处的圆周力齿宽中点处的圆周力F F为为 F=2T/DF=2T/Dm2m2 T T 作用

13、在从动轮上的转矩作用在从动轮上的转矩 D Dm2m2从动齿轮齿宽中点分度圆直径从动齿轮齿宽中点分度圆直径 （二）锥齿轮的轴向力和径向力（二）锥齿轮的轴向力和径向力 F=F F=FT Tcoscos coscos F FN N=F=FT Tsina=Ftanasina=Ftanacos cos Fs=F Fs=FT Tcossin=Ftan cossin=Ftan 于是作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力于是作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力FazFaz和径向力和径向力FrzFrz分别为分别为 F Fazaz=F=FN Nsin+Fscos sin+Fscos F Frzrz=F=FN NcosFssin

14、 cosFssin 六、锥齿轮的材料六、锥齿轮的材料 锥齿轮材料应满足如下要求：锥齿轮材料应满足如下要求：（一）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，（一）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。齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。（二）轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，（二）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。避免在冲击载荷下齿根折断。（三）锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，（三）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。热处理后变形小或变形规律易控制。（四）选择合金材料时，尽量少用含镍

15、、铬元素的（四）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、硅等元素材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。的合金钢。 汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有造，主要有20CrMnTi20CrMnTi、20MnVB20MnVB、20MnTiB20MnTiB、22CrNiMo22CrNiMo和和16SiMn2WMoV16SiMn2WMoV等。等。渗碳合金钢的优点：渗碳合金钢的优点：渗碳后，表面硬、耐磨、抗压、芯部软，所以这渗碳后，表面硬、耐磨、抗压、芯部软，所以这种材料的弯曲强度、表面接触强度、承受冲击载种材料的弯曲强度、表面接触强度、承受冲击载荷的能力提高。荷的能力提高。切削加工、锻造性能好。切削加工、锻造性能好。渗碳合金钢的缺点：渗碳合金钢的缺点： 热处理费用较高热处理费用较高 芯部在大压力的作用下可能有塑性变形芯部在大压力的作用下可能有塑性变形 若渗碳层与若渗碳层与芯部含碳量相差过多，会发生