汽车设计第五章课件

第五章驱动桥设计第一节概述第二节驱动桥的结构方案分析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回主目录第一节概述1、进一步减速增扭，并将动力合理地分配给左右驱动轮。2、承受作用于车轮、车架或车身间的垂直力、纵向力和横向力。一、功用二、组成由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳或梁组成。

1．I0的选择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；

4．质量小、以改善汽车的行驶平顺性；

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和力矩；

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；三、驱动桥设计应满足下述基本要求四、分类形式

非断开式

断开式

结构简图

结构特点

①

用刚性整体外壳连接左右车轮

②车轮传动装置为半轴

①没有刚性整体外壳

②两侧驱动轮可以独立相对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

回目录一、结构类型第二节驱动桥的结构方案分析二、不同类型的结构特点回目录2齿轮传动方案分析

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

3、不同传动方案间的分析比较

*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，导致接触、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0.075mmb.

结构上的措施如：轴承予紧；增加两壳的刚度；增加主减速器主动齿轮刚度。

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，因此要求轴向力背离锥顶。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↓。

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）β1>β2

中点β定义：齿线在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

4.双曲面齿轮

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，可求得圆周力之比为：∴ios=Kiol

(1)

双曲面齿轮的传动比优点：①双曲面齿轮副工作时，既有沿齿高方向的侧向滑动，又有沿齿长方向的纵向滑动，纵向滑动可以改善齿轮的磨合过程，从而提高其运转的平稳性。②由于偏移距E的存在，使12，同时啮合的齿数增多，重合度较大，传动平稳性提高，使齿轮的弯曲强度增加30%。③主动齿轮直径和1都较大，相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮大，齿面的接触强度提高。④

1大，主动齿轮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在相同的传动比和主动齿轮节圆直径下，双曲面齿轮传动的从动齿轮较小，最小离地间隙hmin可以提高。⑥主动轴可布置在从动齿轮中心的上、下方：上置时：用于贯通式驱动桥中，可增大传动轴的离地高度。下置时：可降低万向传动和车身高度，减少车身地板中部凸起的通道高度。(2)比较双曲面齿轮传动与螺旋锥齿轮传动的优缺点缺点：①沿齿长的纵向滑动使摩擦损失增加，降低传动效率，双曲＝96%，螺旋：99%。②齿面间的压力和摩擦力大，抗胶合能力下降，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，注意改善润滑。③双曲面齿轮传动需采用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：普通润滑油。

因双曲面齿轮具有上述一系列优点，它比螺旋锥齿轮应用更广特点

形式

单级主减速器

双级主减速器

双速主减速器

单双级减速配轮边减速

结构

简单

复杂

复杂

复杂

尺寸

小

大

大

大

质量（簧下质量）

小

大

大

大

i0

小，仅一个

大

两个*大i0一定时hmin

小

大

小

大

中重货客

拆装与维修容易较难难较难应用轿车轻中货重货

5、主减速器的减速形式单桥重货*双速主减速器的优点如下：1)汽车的档位相当增加一倍，使用更合理。2)当空载，半载，及在好路上行驶时用小些i0，燃油经济性，va，部分传动系零件受载↘，寿命↗。3)在坏路上用大些i0，克服较大阻力，减少换档次数。

三种方案

方案

特点

6双级主减速器

*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*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。方案特点轮边减速用一对斜齿圆柱齿轮

轮边减速用行星齿轮

主动齿轮在上方

主动齿轮在下方

从动齿轮、差速器及

小

小

小

半轴载荷

从动齿轮、差速器、半轴尺寸

小

小

小

hmin

大

小

大

结构

简单

简单

复杂

紧凑

I0

小

小

大（>15）

刚度

小

小

大

制造

容易

容易

困难

应用

越野车

大客车

重货、越野车

7.单双级减速配轮边减速器

⒈主动锥齿轮的支承悬臂式跨置式方案

特点

备注

支承点

2

3

要求尺寸b*

长

短

锥轴承布置①

大端朝外

大端朝外

轴的刚度

小

大

齿轮承载能力

小

大

轴承负荷

大

小

结构

简单复杂紧凑

制造

容易困难拆装

容易困难设计布置容易困难轴向长度长

短

应用轿车

轻货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

影响传动轴夹角

从动锥齿轮的辅助支承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

选取Z1和Z2的主要影响因素有：

hmin；重合系数；齿轮轮齿根切；齿轮强度；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，Z1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Z1min≥6

为运转平稳，噪声小，疲劳强度↑，轿车Z1min>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↑

参数影响D2备注hmin

小

弯曲强度

大

见（5-14）式

差速器安装

大

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⒊主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2

b推荐方法b2b1备注1≤0.3A2=(1+10%)b2A2——从动齿轮节锥距2≤10ms

3≈0.155D2

⑴影响选取E值的因素参数

影响因素

要求E取备注

齿面纵向滑动小E大，纵向滑动↑，→齿面磨损↑，擦伤↑

突出双曲面齿轮特点

大

⑵确定E的原则负荷小的传动，E可取大些

⑶推荐E参数车型

E值

轿车、轻型货车①E≤0.2D2

②E≤40%A2

中、重货、越野车、大客车

①E≤(0.10.12)D2②E≤20%A2

⒋双曲面齿轮副偏移距E螺旋角的定义：

⒌中点螺旋角β⒍螺旋方向

⒎法向压力角α(1)影响选取α的因素四主减速器锥齿轮强度计算

（二）主减速器锥齿轮强度计算齿轮损坏形式：弯曲疲劳折断，过载折断，齿面点蚀、剥落，齿面胶合，齿面磨损。⒉齿轮强度计算公式

应力

计算公式

备注

弯曲应力σW

接触应力σJ

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

[σW]≤700MPa[σJ]≤2800MPa法向力FT┴节锥平面上的力FN节锥切平面内的力Ff径向力FNcosγ轴向力FNsinγ圆周力F沿节锥母线方向的力FS径向力FSsinγ轴向力FScosγαβγγ法向力FT的分解过程：

分解后各力求解公式：

结论：作用到主动锥齿轮上的径向力FrZ、轴向力FaZ：

主动小齿轮螺旋方向、旋转方向改变，上述结果也有变化见表5—2

工作条件恶劣：①

负荷大、变化范围宽；②

工作时间长、变化多；③

有冲击载荷作用。齿轮材料应满足下述要求：⒈弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、齿面硬度高，保证耐磨⒉芯部有适当韧性，↑抗冲击载荷能力，避免齿根折断⒊锻造、切削加工、热处理性能良好，热处理后变形小，或变形规律易控制。支点合力（支反力）：

有了FA和FB以后参考轴承资料计算轴承寿命。

六锥齿轮材料

⒋尽量少选含镍、铬元素的材料，应选含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢

材料：

20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo、16SiMn2WMoV渗碳合金钢优点：⒈渗碳后，表面硬、耐磨、抗压、芯部软，∴这种材料的弯曲强度、表面接触强度、承受冲击载荷的能力↑。⒉切削加工、锻造性能好。

缺点：⒈热处理费用高；⒉芯部在大压力作用下可能有塑性变形；⒊若渗碳层与芯部含碳量相差过多，会发生硬化层剥落现象。

其他问题：⒈热处理后及精加工以后，表面镀铜、锡或磷化处理（厚0.005～0.020）,防止新齿轮胶合、咬死、擦伤、早期磨损.⒉齿面喷丸处理.可↑25%寿命。⒊滑动速度高的齿轮进行渗硫处理,提高耐磨性能.

回目录差速器功用保证两输出轴能以不同的转速旋转，并在两输出轴间分配转矩。分类1、按结构特征分：齿轮式、凸轮式、蜗轮式、牙嵌自由轮式。2、按作用分：轮间差速器、轴间差速器。其中：齿轮式差速器又可分为：

1）圆柱齿轮式：结构复杂，很少采用。

2）锥齿轮式：普通锥齿轮式、摩擦片式、强制锁住式。它结构紧凑，质量小，应用广泛。

回目录

第四节差速器设计齿轮式差速器

形式

特点

普通锥

齿轮式

摩擦片

式

强制锁

止式

滑块凸

轮式

蜗轮式

差速器

牙嵌式自由轮差速器

结构

简单

←

复杂紧凑

复杂

简单

工作

可靠

平稳

平稳

可靠

锁紧系数K

0.05～

0.15

0.6

0.4～

0.5

0.7～

0.8

半轴转矩比Kb

1.11～

1.35

4

←

2.33～

3.00

5.67～

9.00

可变

汽车通过性能

低

高

高

←

←

←

制造工艺要求

低

低

←

较高

较高

低

磨损

慢

←

快

快

慢

寿命

长

←

短

短

长

一、差速器结构形式选择可变Kb≈1.0所以T1≈T2

2、摩擦片式差速器

1)、工作原理：为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮与差速器壳之间装有摩擦片2。两根相互垂直的行星轮轴的两端面制成V形面与差速器壳体孔上的V形面相配。两个行星轮轴的V形面是反向安装的，主、从动摩擦片分别经花键与差速壳体1和压盘3相连。传递扭距时，差速器壳通过斜面对行星轮轴产生垂直于行星齿轮轴线方向的横向力，该横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。回目录这个摩擦力矩与差速器所传递的力矩成正比，可表示为：式中：rd—差速器壳体V形面的中点到半轴齿轮中心线的距离。

rf—摩擦片的平均摩擦半径。

f—摩擦系数。

Z—摩擦面数。

—V形面的半角。摩擦片式差速器的锁紧系数K可达0.6，Kb可达4。该差速器结构较简单，工作平稳，可明显提高汽车的通过性。回目录3、差速锁（强制锁住式差速器）1）结构型式：强制锁住式差速器按结构型式分有：牙嵌式，柱销式，花键套式。

回目录回目录2)工作原理当汽车一侧车轮处于附着力较小的路面陷车时，可操作接合器把差速锁接合，使差速器不起作用，以便充分利用左、右车轮的附着力，使牵引力尽可能达到最大值。当驶过难行路段后，应及时将差速锁松开，以避免出现因无差速作用而带来的不良后果。差速锁对附着性能的改善：①无差速锁时的牵引力：②差速锁工作时的牵引力：3）差速锁的操纵

主要有机械式、液压式、气压式、电控式。经验:Z2/Z1≈1.5～2.0

锥齿轮大端端面模数m2)强度计算

齿轮弯曲应力

T—计算转矩=0.6T0

当T0=min[Tce,Tcs][σW]=980MPa

J—综合系数,n-行星齿轮数。

b2、d2—半轴齿轮齿宽、大端分度圆直径

Ks、Km、KV—分别为尺寸系数、齿面载荷分配系数、质量系数。

三、多桥驱动汽车轴间差速器

1、多桥驱动汽车行驶时，各桥车轮转速会因车轮行程或滚动半径差异而不等。2、如果桥间刚性连接，会强制前后轮以相同的转速旋转，从而导致运动上的不协调。3、会在前后驱动轮间出现功率的循环传递，产生寄生功率，使发动机功率无益消耗、加速轮胎磨损、损坏传动系、降低汽车动力性、经济性。4、在硬路面上行驶时，尤为突出。因此公路用多桥驱动汽车应装有轴间差速器。四、粘性联轴器轴间差速器的缺点：结构复杂；降低汽车抗滑转能力；需要安装差速锁或自锁式差速器。轴间差速器3内的左侧齿轮经空心轴2与粘性联轴器的内叶片及前桥差速器壳体连为一体。

轴间差速器3内的右侧齿轮径空心轴4与传递运动到后桥差速器壳的齿轮7及粘性联轴器5的壳体上外叶片相连。

∴内、外叶片的转速反映的是前、后差速器壳体的转速。

工况：

①前、后桥差速器壳体转速相近时，粘性联轴器内、外叶片转速相近，不起限动作用。这时，轴间差速器将转矩按固定比例分配至前后桥。

②车轮之一（如前轮）打滑时，前桥差速器壳体转速↑，粘性连轴器的内、外叶片△n↑，阻力矩↑，轴间差速器中与后桥相连的转速低的齿轮获得了较大转矩，使附着条件较好的后轮产生与附着条件相适应的大些的驱动力。

回目录1、功用：

接受从差速器传来的转矩，并将其传给车轮。2、组成：1）在断开式驱动桥和转向驱动桥中，车轮传动装置的主要部件是万向传动装置。2）在非断开式具有桥壳的驱动桥中，车轮传动装置的主要部件是半轴。第五节车轮传动装置设计一、半轴结构形式分析二．半轴计算1．全浮式半轴1）计算载荷按车轮附着力矩确定：，＝0.82）杆部直径d的初选

K—直径系数0.205～0.2183)半轴扭转切应力τ

d—半轴直径[τ]500～700MPa4）半轴扭转角θL—半轴长度

G—材料剪切弹性模量

IP—半轴断面极惯性矩

[θ]60～150/米

回目录回目录回目录回目录回目录三、半轴的结构设计1、为使半轴等强度，考虑到半轴花键处的应力集中，半轴杆部直径应小于或等于半轴花键底径。2、半轴多为扭转疲劳破坏，设计时应尽量减小应力集中。如增大过渡部分的圆角半径。3、全浮式半轴的杆部强度应低于驱动桥其它零件的强度，使半轴起一个“熔丝”的作用；半浮式半轴直接安装车轮，应视为保安件。四、半轴材料及热处理国产汽车半轴采用40Cr和40MnB。中小型汽车半轴用45或40钢，热处理用中频淬火以提高半轴的静扭强度和疲劳强度。§5-6驱动桥壳设计一、功用：1、传力及承力将车体上的重力传到车轮，将作用在车轮上的牵引力、制动力等传给悬架、车架或车身；承受由车轮传来的路面反力和反力距。2、装配机体其上装有主减速器、差速器、半轴、制动器底板或制动钳等。二、设计要求1、密封性好，防止泥水浸入传动系部件。2、具有足够的强度和寿命，质轻以提高行驶平顺性。3、有足够的刚度，防止半轴产生附加作用力，保证主减速器齿轮正常啮合。4、足够的离地间隙，以提高汽车的通过性。5、成本低，拆装、维修、保养方便，结构工艺性好。三、驱动桥壳结构方案分析

形式特点可分式整体式组合式冲压、焊接扩张成形铸造式结构桥壳、主减速器一体,但分为左右两半桥壳、主减速器为两体,整个桥壳是一空心梁桥壳一部分与主减速器铸为一体,无缝管压入两端制造工艺简单简单较难(设备)复杂要求精度高刚度稍差较大较大大较差强度稍差较大较大大稍差质量较大小小大居中主减速器拆装、调整、维修困难容易容易容易困难材料利用率低高高低低应用少轿、中、小型货车←中、重型货车轿、轻货三、强度计算

全浮式半轴驱动桥，强度计算的载荷工况与半轴强度计算的三种载荷工况相同，其受力图如下：

公式工况计算公式许用应力MPa备注牵引力或制动力最大弯曲300～500G2—满载后桥静负荷

—质量转移系数Fx2—车轮上的牵引力（制动力）

rr—车轮滚动半径FZ2i、FZ20—内外侧车轮支反力

—侧滑时附着系数b—见图WV、Wh、WT—危险断面垂直平面、水平面的抗弯截面系数、及抗扭截面系数K—动载系数轿车1.75货车2.0越野车2.5扭转切应力150～400侧向力最大内侧300～500外侧300～500汽车通过不平路面300～500

公式工况计算公式许用应力MPa备注牵引力或制动力最大弯曲300～500G2—满载后桥静负荷

—质量转移系数Fx2—车轮上的牵引力（制动力）

rr—车轮滚动半径FZ2i、FZ20—内外侧车轮支反力

—侧滑时附着系数b—见图WV、Wh、WT—危险断面垂直平面、水平面的抗弯截面系数、及抗扭截面系数K—动载系数轿车1.75货车2.0越野车2.5扭转切应力150～400侧向力最大内侧300～500外侧300～500汽车通过不平路面300～500回目录

第七节驱动桥的结构元件

一支承轴承的预紧回目录二．锥齿轮啮合调整三．润滑1、螺旋锥齿轮用普通润滑油，双曲面齿轮用双曲面齿轮油。2、加油口位于加油方便、且能反映出所需油量高度处。3、放油孔位于最低处，又不易碰掉的地方。4、主动锥齿轮的后轴承距溅油齿轮较远，油不易溅进去，该轴承的润滑要特别注意。5、安装通气塞，以防油温升高，内压加大鼓坏油封引起漏油。

回目录版权所有图中：P——齿宽中点V1——小齿轮圆周速度V2——大齿轮圆周速度V1，V2在齿的法向方向投影VH1，VH2即为P点的法向速度VH，且

VH=VH1=VH25)传动比的区别

4、滑块凸轮式差速器1）、工作原理：双排径向滑动凸轮式差速器的主动件是与差速器壳连接在一起