汽车原理结构

1、上次课内容回顾上次课内容回顾一、变速器一、变速器 变速器类型与操作变速器类型与操作 两轴变速器工作原理两轴变速器工作原理 （传动比、移动齿轮式、移动接套式）（传动比、移动齿轮式、移动接套式） 摩擦式同步器摩擦式同步器二、汽车自动变速器概述二、汽车自动变速器概述 液控液压式、液控液压式、 电控液压式电控液压式（发动机状况信号、行驶速度信号、液力变矩器）（发动机状况信号、行驶速度信号、液力变矩器） 最常用的综合式自动变速器一般有最常用的综合式自动变速器一般有2 23 3档，通过变档，通过变矩器经泵轮由涡轮输出，获阶段无级变速。矩器经泵轮由涡轮输出，获阶段无级变速。三、万向传动装置三、万向传动装置

2、万向节万向节 传动轴传动轴 中间支承中间支承 共共3232页页 第第1 1页页 传动系统的最末端，完成传动轴与车轮之间的连接。传动系统的最末端，完成传动轴与车轮之间的连接。 汽车驱动桥有断开式和非断开式两种结构，主要由主汽车驱动桥有断开式和非断开式两种结构，主要由主减速器、差速器、半轴、桥壳等部分组成。减速器、差速器、半轴、桥壳等部分组成。非断开式驱动桥结构示意图非断开式驱动桥结构示意图1 1桥壳桥壳 2 2主减速器主减速器 3 3差速器差速器 4 4半轴半轴 5 5轮毂轮毂断开式驱动桥结构示意图断开式驱动桥结构示意图1 1主减速器主减速器 2 2半轴半轴 3 3减振弹簧减振弹簧 4 4减振器

3、减振器 5 5车轮车轮 6 6摆臂摆臂 7 7摆臂轴摆臂轴 共共3232页页 第第2 2页页六、驱动桥六、驱动桥断开式驱动桥断开式驱动桥驱动桥的功用驱动桥的功用功能：功能： 将传动轴传来的转矩增大后将传动轴传来的转矩增大后, ,再传给驱动车轮；再传给驱动车轮；类型：类型：非断开式非断开式, ,断开式；断开式；组成：组成：主减速器主减速器, ,差速器差速器, ,半轴半轴, ,驱动桥壳。驱动桥壳。 共共3232页页 第第3 3页页 共共3232页页 第第4 4页页非断开驱动桥非断开驱动桥接主轴接主轴主减速器主减速器及外壳及外壳整体桥壳整体桥壳半轴套管半轴套管半轴及其零件半轴及其零件悬架安装点悬架安

4、装点1 1、驱动桥的功用、驱动桥的功用 将万向传动装置输出的转速进一步降速并传递到车轮将万向传动装置输出的转速进一步降速并传递到车轮 通过主减速器的圆锥齿轮副改变转矩的传动方向通过主减速器的圆锥齿轮副改变转矩的传动方向 通过差速器实现两侧车轮差速作用通过差速器实现两侧车轮差速作用2 2、驱动桥的组成和类型、驱动桥的组成和类型 主要组成部分主要组成部分 主减速器、差速器、半轴、桥壳主减速器、差速器、半轴、桥壳 常见类型常见类型 断开式：断开式：驱动桥壳分离制造，主减速器壳、半轴壳驱动桥壳分离制造，主减速器壳、半轴壳 （套管）用铰链连接。（增加平顺、通过性）（套管）用铰链连接。（增加平顺、通过性）

5、 非断开式：非断开式：半轴壳、主减速器壳制成一体。半轴壳、主减速器壳制成一体。 共共3232页页 第第5 5页页单级圆锥齿轮单级圆锥齿轮主减速器基本结构图主减速器基本结构图 主减速器的主要功用是对变主减速器的主要功用是对变速器输出进一步减速增矩和改变速器输出进一步减速增矩和改变运动传递方向。运动传递方向。 根据不同的需求，主减速器根据不同的需求，主减速器可与驱动桥制为一体，也可以分可与驱动桥制为一体，也可以分离制造（轮边减速器）；从结构离制造（轮边减速器）；从结构参数上可分为单级、双级、单速、参数上可分为单级、双级、单速、双速等。双速等。 共共3232页页 第第6 6页页两个圆锥齿轮组成两个圆

6、锥齿轮组成的主减速器的主减速器差速器差速器半轴半轴3 3、主减速器、主减速器 共共3232页页 第第7 7页页驱动输入轴驱动输入轴主减速器主减速器发动机前置前轮驱动主减速器发动机前置前轮驱动主减速器变速器变速器 省略了主省略了主传动轴及其传动轴及其支撑部件，支撑部件，轿车中最常轿车中最常用的结构。用的结构。单级圆锥齿轮主减单级圆锥齿轮主减速器原理图速器原理图 主减速器的小圆锥齿轮安装在万向传动系统主减速器的小圆锥齿轮安装在万向传动系统输出端，与安装在差速器壳上的大齿轮垂直相输出端，与安装在差速器壳上的大齿轮垂直相交，成交，成9090度啮合。度啮合。 共共3232页页 第第8 8页页直线行驶，行

7、星轮直线行驶，行星轮4 4随壳体公转，不自随壳体公转，不自转，差动器不工作转，差动器不工作弯道行驶，行星轮弯道行驶，行星轮自传，左右半轴输出自传，左右半轴输出不同转速不同转速主减速器工作原理主减速器工作原理单级圆锥齿轮主减速器单级圆锥齿轮主减速器 共共3232页页 第第9 9页页主减速器与差动器主减速器与差动器主减速器常用齿轮副主减速器常用齿轮副 共共3232页页 第第1010页页 目前各型车辆主减速器常用目前各型车辆主减速器常用圆柱齿轮式圆柱齿轮式 、圆锥齿、圆锥齿轮式、准双曲面齿轮式三种。轮式、准双曲面齿轮式三种。 上述三类又分单级、双级，双级主减速器还分恒速、上述三类又分单级、双级，双级

8、主减速器还分恒速、可变速两种。可变速两种。 单级主减速器：单级主减速器： 常用于轿车、轻中型常用于轿车、轻中型货车和客车，具有结构简货车和客车，具有结构简单、体积小、重量轻、传单、体积小、重量轻、传动效率高等特点。动效率高等特点。 （单级主减速器为一对圆锥齿轮）（单级主减速器为一对圆锥齿轮） 最小间隙最小间隙h h是保证汽车通过性是保证汽车通过性的基本条件之一的基本条件之一双级主减速器双级主减速器 重型货运、工程车辆承载大，速度相对较低，重型货运、工程车辆承载大，速度相对较低，要求在驱动桥前大幅度减速。要求在驱动桥前大幅度减速。 当主减速器传动比要求较大时，单级齿轮副传当主减速器传动比要求较大

9、时，单级齿轮副传动比难于达到要求，需采用两级齿轮减速。动比难于达到要求，需采用两级齿轮减速。 传动比较大时采用一对齿轮其从动轮尺寸较传动比较大时采用一对齿轮其从动轮尺寸较大，导致主减速器外壳过大，无法保证最小离地间大，导致主减速器外壳过大，无法保证最小离地间隙，影响车辆的通过性。（见下图）隙，影响车辆的通过性。（见下图） 为了减少运动冲击，双级主减速器一般由为了减少运动冲击，双级主减速器一般由圆锥圆锥齿轮副、圆柱齿轮副齿轮副、圆柱齿轮副组成，组成，通常都用斜齿。通常都用斜齿。 共共3232页页 第第1111页页圆锥、圆柱双级主减速器圆锥、圆柱双级主减速器剖面示意图剖面示意图 共共3232页页

10、第第1212页页第一级第一级圆锥斜齿轮圆锥斜齿轮第二级第二级圆柱斜齿轮圆柱斜齿轮半轴半轴半轴半轴差动器差动器解放CA1091型主变速器轴测图 第一级传动为斜齿圆锥齿轮，传动比第一级传动为斜齿圆锥齿轮，传动比1111：25250.440.44 第二级传动为斜齿圆柱齿轮，传动比第二级传动为斜齿圆柱齿轮，传动比1414：47470.300.30 总传动比总传动比0.440.440.300.300.13110.1311（1 1：7.637.63） 共共3232页页 第第1313页页左图：汽车后驱动桥行星轮式轮边减速器结构示意图1半轴套管半轴套管 2半轴半轴 3太阳轮太阳轮 4行星齿轮行星齿轮 5行星行

11、星轮架轮架 6齿圈齿圈 7行星架行星架 太阳轮太阳轮3 3与半轴与半轴2 2相连，是主动件；相连，是主动件；行星轮架行星轮架5 5与轮毂相连，是从动件；齿圈与轮毂相连，是从动件；齿圈6 6与壳体相连，是固定件，传动比与齿圈与壳体相连，是固定件，传动比与齿圈齿数、太阳轮齿数相关：齿数、太阳轮齿数相关： i i1 1齿圈齿数齿圈齿数/ /太阳轮齿数太阳轮齿数轮边减速器轮边减速器 在重型货车、越野车或大型客车上，由于主减速器传在重型货车、越野车或大型客车上，由于主减速器传动比大，离地间距大，常把双级中的第二级独立制造，并动比大，离地间距大，常把双级中的第二级独立制造，并置于两侧驱动轮旁（差速器之后）

12、。置于两侧驱动轮旁（差速器之后）。 共共3232页页 第第1414页页 双速主减速器双速主减速器 为了充分提高汽车的动力性和经济性，有些汽车装有为了充分提高汽车的动力性和经济性，有些汽车装有 具有两档传动比的主减速器，如下图所示：具有两档传动比的主减速器，如下图所示：左图：高速档（单级传动） 右图：低速档（双级传动） 共共3232页页 第第1515页页 第二级减速齿轮变挡第二级减速齿轮变挡 第二级减速是由第二级减速是由行星轮行星轮1 1、行星轮架、行星轮架2 2、太阳轮、太阳轮4 4、齿圈齿圈3 3构成的行星轮减速器。构成的行星轮减速器。 高速档：高速档： 结合套结合套5 5左移，左移，A A

13、、B B脱离，脱离，4 4与行星轮与行星轮1 1、齿圈、齿圈3 3同时啮合，同时啮合，行星轮行星轮1 1不能自转，则该行星轮不能自转，则该行星轮系相当于一个刚体，不起减速系相当于一个刚体，不起减速作用。作用。（与单级主减速器工作（与单级主减速器工作相同，减速比等于圆锥齿轮减相同，减速比等于圆锥齿轮减速比）速比） 共共3232页页 第第1616页页1243输入输入半轴半轴5AB低速档：低速档： 结合套结合套5 5右移，右移，A A、B B结合，太阳轮结合，太阳轮4 4被固定（与被固定（与外壳连接），太阳轮外壳连接），太阳轮4 4与行与行星轮星轮1 1保持啮合，与齿圈保持啮合，与齿圈3 3脱脱离。

14、此时行星轮离。此时行星轮1 1能公转也能公转也能自转，该行星轮系工作。能自转，该行星轮系工作。 共共3232页页 第第1717页页1243输入输入半轴半轴5A B 齿圈齿圈6 6成为主动件，成为主动件，行星轮架行星轮架9 9为从动件，为从动件，驱动差速器壳。驱动差速器壳。64 4、差速器、差速器 为保证两侧驱动轮与地面接触作纯滚动，汽车在弯道或为保证两侧驱动轮与地面接触作纯滚动，汽车在弯道或路面质量较差的时候，需要左右轮具有不同的转速。差速器路面质量较差的时候，需要左右轮具有不同的转速。差速器装置可实现这一功能。装置可实现这一功能。 设轮中心相对地面移设轮中心相对地面移动的线速度为动的线速度为

15、U U，车轮转，车轮转动角速度动角速度，车轮半径，车轮半径r r：则纯滚动时则纯滚动时 U Urr 进入弯道时两侧轮的进入弯道时两侧轮的U U值与转弯半径值与转弯半径R R相关，即相关，即U U内内U U外外，若角速度相同，若角速度相同，上式不成立。上式不成立。汽车转向驱动轮运动示意图汽车转向驱动轮运动示意图内圈半径外圈半径 共共3232页页 第第1818页页 车辆在直线行驶时，由于路面不平，两侧车轮中心实车辆在直线行驶时，由于路面不平，两侧车轮中心实际平移的距离不等，因此也存在上述问题。际平移的距离不等，因此也存在上述问题。 根据两端输出转矩是否相等，差速器可分为对称式根据两端输出转矩是否相

16、等，差速器可分为对称式（等矩）和非对称式（不等矩）两类。（等矩）和非对称式（不等矩）两类。 对称式圆锥齿轮差速器对称式圆锥齿轮差速器 对称式圆锥齿轮差速器是一对称式圆锥齿轮差速器是一种行星机构差速器外壳与行星架、种行星机构差速器外壳与行星架、主减速器从动轮联为一体，构成主减速器从动轮联为一体，构成差动器的主动件，两半轴齿轮为差动器的主动件，两半轴齿轮为从动件。从动件。驱动桥主减速圆锥斜齿轮主减速从动齿轮与行星架相连 共共3232页页 第第1919页页差速器差动原理图差速器差动原理图 设主动件角速度为设主动件角速度为0 0，从动件，从动件1 1、2 2角速度分别为角速度分别为1 1、 2 2，A

17、 A、B B两点分别为行星轮两点分别为行星轮4 4与半轴齿轮与半轴齿轮1 1、2 2的啮合点，行的啮合点，行星轮中心为星轮中心为C C，A A、B B、C C三点到到差速器转轴轴线距离为三点到到差速器转轴轴线距离为r r。 行星轮行星轮4 4与行星架一起只作公转，无自转，与行星架一起只作公转，无自转，A A、B B、C C三三点圆周速度相等，有点圆周速度相等，有0 01 12 2； 共共3232页页 第第2020页页 当行星轮当行星轮4 4同时绕自身轴同时绕自身轴5 5以以4 4的角速度自传时：的角速度自传时： A A点圆周速度为点圆周速度为1 1r r0 0r r4 4r r ， B B点圆

18、周速度为点圆周速度为2 2r r0 0r r4 4r r ； 可得：可得：1 1r r2 2r r （0 0 r r 4 4 r r ）（）（ 0 0 r r 4 4 r r） 即即1 1r r 2 2r r220 0r r 当角速度以每分钟当角速度以每分钟n n转表示，则：转表示，则：n n1 1n n2 22n2n0 0由此可见：由此可见： 左右两侧左右两侧半轴齿轮转速之和等于差速器壳转速的两半轴齿轮转速之和等于差速器壳转速的两倍倍，与行星齿轮转速无关。即两侧驱动轮在各种复杂情，与行星齿轮转速无关。即两侧驱动轮在各种复杂情况下都可借助行星轮自转，而获得不同的转速。况下都可借助行星轮自转，而

19、获得不同的转速。 共共3232页页 第第2121页页相关结论：相关结论： 当一侧半轴不转时，另一半轴的转速是差速器当一侧半轴不转时，另一半轴的转速是差速器壳转速的两倍；当差速器壳因某种原因静止时，若壳转速的两倍；当差速器壳因某种原因静止时，若一侧半轴转动，另一侧则按相反的方向以相同的转一侧半轴转动，另一侧则按相反的方向以相同的转速转动。速转动。对称式差速器力矩分配对称式差速器力矩分配 轮系中行星轮相当于一个等臂杠杆，两个半轴轮系中行星轮相当于一个等臂杠杆，两个半轴齿轮半径也相等，所以在无行星轮自转的情况下，齿轮半径也相等，所以在无行星轮自转的情况下，两侧输出力矩总是相等的，即：两侧输出力矩总是

20、相等的，即： M M0 0/2/2M M1 1M M2 2（ M M0 0为万向传动装置输出的扭矩）为万向传动装置输出的扭矩） 共共3232页页 第第2222页页 当两侧不等速，但方向相当两侧不等速，但方向相同输出，设同输出，设n n1 1n n2 2，行星轮按，行星轮按n n4 4方向转动，摩擦力矩方向转动，摩擦力矩M Mr r与与n n4 4方向相反。此时对两侧半轴齿方向相反。此时对两侧半轴齿轮都产生如图所示的圆周力轮都产生如图所示的圆周力F F1 1、F F2 2，有：，有： M M1 1（ M M0 0 M Mr r）/2 /2 M M2 2（ M M0 0M Mr r）/2/2 即影

21、响两侧输出力矩的主要因素是即影响两侧输出力矩的主要因素是差速器内摩擦差速器内摩擦力矩。力矩。由于目前使用的对称式差速器内摩擦力矩都很由于目前使用的对称式差速器内摩擦力矩都很小，因此可以认为两侧驱动力矩基本上是相等的。小，因此可以认为两侧驱动力矩基本上是相等的。 （包括（包括n n1 1nn2 2反向的状况）反向的状况）差速器力矩分配示意图差速器力矩分配示意图半轴半轴行星轮行星轮 共共3232页页 第第2323页页3 3）对称式差速器的缺陷）对称式差速器的缺陷 当两侧驱动轮有一侧处于小附着力状况下，由于当两侧驱动轮有一侧处于小附着力状况下，由于力矩平均分配，导致另一侧也无法进行驱动。力矩平均分配

22、，导致另一侧也无法进行驱动。 克服这一缺点，应采用各种不同形式的防滑差速器。克服这一缺点，应采用各种不同形式的防滑差速器。 如如强制自锁式差速器、高摩擦自锁式差速器强制自锁式差速器、高摩擦自锁式差速器等。随等。随着现代设计、制造技术的高速发展，差速器结构不仅着现代设计、制造技术的高速发展，差速器结构不仅限于上述齿轮副机构。在重型汽车上常用限于上述齿轮副机构。在重型汽车上常用牙嵌式自由牙嵌式自由轮差速器轮差速器；多轴驱动汽车常用；多轴驱动汽车常用托森差速器、粘性联轴托森差速器、粘性联轴差速器差速器等。等。 另外，在许多前置发动机传动系统，一般将变速器、另外，在许多前置发动机传动系统，一般将变速器

23、、主轴传动系、差速器设计成一体，称为主轴传动系、差速器设计成一体，称为变速驱动桥，变速驱动桥，缩短了机械传动路线，有效提高传动效率。缩短了机械传动路线，有效提高传动效率。 共共3232页页 第第2424页页5 5、半轴、半轴 差速器与驱动轮之间传递运动和动力的实心轴。差速器与驱动轮之间传递运动和动力的实心轴。 半轴的受力状况取决与支撑形式，现代汽车基本采用全半轴的受力状况取决与支撑形式，现代汽车基本采用全浮式半轴支承和半浮式半轴支承两种形式。浮式半轴支承和半浮式半轴支承两种形式。半轴示意图半轴示意图1花键 2杆部 3垫圈 4凸缘 5半轴起拔螺钉 6半轴固定螺栓 共共3232页页 第第2525页页全浮式半轴全浮式半轴支承受力图支承受力图全浮式半轴支承全浮式半轴支承 广泛用于各类载货车广泛用于各类载货车辆，支承结构如作图所辆，支承结构如作图所示。示。 轴承轴承4 4、5 5安装在桥壳安装在桥壳上，用于轮毂的支承，上，用于轮毂的支承，半轴套管与壳体压配合半轴套管与壳体压配合为一体，半轴与桥壳之为一体，半轴与桥壳之间无直接联系。间无直接联系。（半轴为易损件，应考（半轴为易损件