汽车的驱动桥

汽车底盘构造

主讲教师：徐家鹏11/27/20231第十八章

驱动桥11/27/2023211/27/20233一、驱动桥的组成和功用在两输出轴间分配转矩并保证两输出轴可能以不同的速度旋转支承汽车质量，并承受由车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车架（身）减速增扭接受并传递转矩1、主减速器2、差速器3、半轴4、驱动桥壳驱动桥11/27/2023411/27/2023511/27/20236驱动桥的功用：①将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速、增扭；②通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；③通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证转向时内外侧车轮以不同转速转动；④通过桥壳和车轮，实现承载及传力作用。11/27/20237结构类型：（1）非断开式驱动桥当车轮采用非独立悬架时，驱动桥采用非断开式。其特点是半轴套管与主减速器壳刚性连成一体，整个驱动桥通过弹性悬架与车架相连，两侧车轮和半轴不能在横向平面内做相对运动。非断开式驱动桥也称整体式驱动桥，多用于后驱动桥。11/27/2023811/27/20239（2）断开式驱动桥当驱动轮采用独立悬架时，两侧的驱动轮分别通过弹性悬架与车架相连，两车轮可彼此独立地相对于车架上下跳动。与此相对应，主减速器壳固定在车架上，半轴与传动轴通过万向节铰接，传动轴又通过万向节与驱动轮铰接，这种驱动桥称为断开式驱动桥。结构复杂、成本高、多用于轿车和越野车全部或部分驱动桥、转向驱动桥。11/27/20231011/27/202311第一节主减速器一、主减速器的功用、结构型式和常用齿轮型式1．主减速器的功用降低转速，增大转矩；改变转矩旋转方向。2．结构型式按参加减速传动的齿轮副数目分，有单级主减速器和双级主减速器；若第二级位于两侧车轮，则为轮边减速器；按主减速器传动比档数分，有单速式和双速式；按齿轮副结构形式分，有圆柱齿轮式、圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式。11/27/2023123．常用的齿轮型式斜齿圆柱齿轮特点是主从动齿轮轴线平行。曲线齿锥齿轮特点是主从动锥齿轮轴线垂直且相交。准双曲面锥齿轮特点是主从动锥齿轮轴线垂直但不相交，有轴线偏移。11/27/202313主减速器对于汽车性能影响较大的两个参数：主减速比——影响汽车的动力性；最小离地间隙——影响汽车的通过性。11/27/202314二、单级主减速器单级主减速器是指主减速传动是由一对齿轮传动完成的。结构简单，质量轻，制造容易，成本低，维修方便；但i0不能太大(i0≤7)。广泛用于轿车、轻型车上。11/27/202315三、双级主减速器要求主减速器有较大传动比时，由一对锥齿轮传动将会导致尺寸过大，不能保证最小离地间隙的要求，这时多采用两对齿轮传动，即双级主减速器。11/27/202316四、主减速器的调整1．主减速器的特点主减速器传递的转矩较大，受力复杂，具有以下特点：（1）主从动锥齿轮要有正确的相对位置，可以通过改变齿轮轴的轴向位置进行调整，以啮合印迹和齿侧间隙来检查；（2）要求有较高的支承刚度，以确保传递转矩的过程中主从动锥齿轮正确的相对位置不发生改变；（3）要用圆锥滚子轴承支承，以承受锥齿轮传动的轴向力；（4）圆锥滚子轴承的预紧度可调。11/27/2023172．主减速器的调整主减速器的调整分为原始调整和使用调整。原始调整是指一对新齿轮的调整，包括新车使用的新齿轮和旧车成对更换的一对新齿轮，要求保证合适的齿侧间隙和正确的啮合印迹；使用调整是指齿轮和轴承磨损,齿轮相互位置发生变化时所进行的调整，只要求保证正确的啮合印迹。当齿侧间隙过大时，就要成对更换主从动锥齿轮。11/27/202318印痕位于齿高的中部偏于小端，且占齿宽的60%为正确。11/27/2023193．调整的内容小齿轮轴承预紧度；大齿轮轴承预紧度；小齿轮位置；大齿轮位置。调整的部位和方法依车不同而不同。11/27/20232011/27/20232111/27/202322五、轮边减速在重型载货车、越野汽车或大型客车上，当要求传动系的传动比值较大，离地间隙较大时，往往在两侧驱动轮附近再增加一级减速传动，称为轮边减速器，轮边减速也可以看作是主减速器的第二级传动。11/27/202323优点：1、可使驱动桥的主减速器（第一级）尺寸减小，保证了足够的离地间隙；2、可获得较大的主传动比；3、由于半轴在轮边减速器（第二级）之前，所以承受的转矩大为减小，因而半轴和差速器等零件尺寸可以减小。缺点：需要两套轮边减速器，结构复杂，制造成本高。11/27/202324六、双速主减速器为了充分提高汽车的动力性和经济性，在某些单桥驱动的重型汽车上装用了两档的主减速器，此时，主减速器还兼起了副变速器的作用。组成：螺旋锥齿＋圆柱齿轮组或行星齿轮组i1＝×Z2Z1Z6Z5Z1i2＝×Z2Z4Z311/27/202325七、贯通式主减速器多轴驱动汽车的各驱动桥的布置有非贯通式和贯通式两种。11/27/202326贯通式驱动桥：前面（或后面）两驱动桥的传动轴是串联的，传动轴从距分动器较近的驱动桥中穿过，通往另一驱动桥。这种布置称为贯通式驱动桥。采用贯通式驱动桥可以减少分动器的动力输出轴数量，简化了结构。11/27/202327第二节普通圆锥齿轮差速器差速器的功用是既能向两侧驱动轮传递转矩，又能使两侧驱动轮以不同转速做纯滚动，以满足转向等情况下内外驱动轮要以不同转速转动的需要。

11/27/202328从汽车转向时驱动轮的运动示意图可以看出，转向时外侧车轮滚过的路程长，内侧车轮滚过的路程短，要求外侧车轮转速快于内侧车轮，即希望内外侧车轮转速不同。

11/27/202329差速器的分类：轮间差速器：装在同一驱动桥两侧驱动轮之间，使两侧驱动轮可以不同角速度旋转。轴间差速器：对于多轴驱动的汽车，装在驱动桥之间，使各桥的驱动轮可以不同角速度旋转。抗滑差速器：当遇到左右或前后驱动轮与路面之间的附着条件相差较大的情况下，采用抗滑差速器。11/27/202330一、齿轮式差速器齿轮式差速器有圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。按两侧的输出转矩是否相等，齿轮差速器又有对称式（等转矩式）和不对称式（不等转矩式）两类。11/27/2023311、对称式锥齿轮轮间差速器组成：差速器壳体、行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴等。11/27/202332差速器壳：分为两部分，行星齿轮轴夹在中间，用螺栓紧固。主减速器从动齿轮用铆钉或螺栓固定在壳体凸缘上。其上开有窗孔，便于润滑油自由出入差速器。行星齿轮：分别套在十字轴上，每个同时与两个半轴齿轮啮合。为保证对中性其背面制成球面，并装有球面耐磨垫片。半轴齿轮：以壳体的孔作为滑动轴承，并借花键与半轴相连，其背面装有推力垫片。行星齿轮轴：轴径上铣有平面，以保证有良好的润滑。11/27/20233311/27/202334对于微型、轻型货车和大部分轿车：因主减速器输出的转矩不大，一般用两个行星齿轮，因而行星齿轮轴为一根直销轴，差速器壳制成整体式。例如奥迪100，且其两半轴齿轮和两行星齿轮背面的垫片制成整体球形耐磨垫片。11/27/20233511/27/202336力的传递：主减速器从动齿轮→差速器壳→行星齿轮轴→行星齿轮→半轴齿轮→半轴→驱动轮运动的传递：若两侧车轮阻力相同，则两侧车轮以相同的转速转动，行星齿轮绕半轴轴线转动——公转。若两侧车轮阻力不同，则行星齿轮在作公转的同时，还绕自身轴线转动——自转，因而两半轴齿轮带动两侧车轮以不同转速转动。11/27/2023372、差速原理：差速器能起差速作用，主要是行星齿轮起了重要作用。在差速器中，差速器壳为差速器的主动件，半轴齿轮1和2为从动件。（1）当汽车直线行驶时，行星齿轮4仅为公转行星齿轮4与半轴齿轮啮合点A、B、行星齿轮中心C到半轴轴线的距离均为r，A、B、C三点的线速度相等。所以当差速器壳以ωo旋转时，半轴1、2的角速度ω1=ω2=ωo，即两半轴的角速度等于差速器壳的角速度，差速器不起差速作用。11/27/202338（2）当汽车转弯行驶时，行星齿轮4不仅公转，而且还以ω4自转啮合点A的线速度为：ω1.r=ωo.r+ω4.r4啮合点B的线速度为：ω2.r=ωo.r-ω4.r4所以ω1≠ω2，即产生差速作用。由于ω1.r+ω2.r=（ωo.r+ω4.r4）+（ωo.r-ω4.r4）即ω1+ω2=2ωo若角速度以每分钟转数n表示则n1+n2=2no，即两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍。11/27/202339特殊情况：当n1=0，n2=2n0或n2=0，n1=2n0当n0=0，n1=-n2，此时行星齿轮只自转，不公转。11/27/2023403、对称式齿轮差速器中的转矩分配（1）当行星齿轮只公转，不自转时，行星齿轮相当一个等臂杠杆，把主减速器传来的总扭矩平均分给左、右半轴。M1=M2=M0/2（2）当行星齿轮既公转，又自转时，左右车轮上的转矩之差，等于差速器的内摩擦力矩。M快=M0/2–M4/2M慢=M0/2+M4/211/27/202341二、强制锁止式差速器

常用的对称式锥齿轮差速器内摩擦力矩很小，可以认为差速时，转矩仍然是平均分配给左右驱动轮。这一转矩平均分配特性，在好路面上直行或转弯都行，但在坏路面上严重影响通过能力。例如当一侧驱动轮掉入泥坑，原地滑转，另一侧车轮在好路面上，附着力较大，车轮也静止不动，因为这个车轮也只能获得与滑转车轮上相等的转矩。因此出现了各种型式的抗滑差速器。其共同点是设法使大部分甚至全部转矩传给不滑转的驱动轮。11/27/202342在对称式锥齿轮差速器上增加了差速锁，当一侧驱动轮滑转时，将差速器锁住，使其不起差速作用。差速锁的组成：接合器、操纵装置内外接合器端面都有接合齿。11/27/202343外接合器与半轴通过花键相连，内接合器与差速器壳体通过花键相连。当内外接合器相互接合时，将半轴齿轮与差速器壳体连为一体，差速器失去差速功能，传给两侧驱动轮的转矩可以不同。11/27/202344差速锁的操纵方式：电控气动式

当驶入坏路时，通过仪表板上的电钮，使电磁阀接通压缩空气，由管接头进入工作缸，推动活塞，克服弹簧，带动外接合器右移与内接合器接合。当驶出坏路时，通过电钮使电磁阀切断高压气路，使工作缸压缩空气经电磁阀排入大气，接合器在弹簧作用下分离。11/27/202345差速锁的优缺点优点：结构简单，制造方便。缺点：①操作不方便，要在停车时进行。②过早接上或过晚摘下都会产生无差速器的一系列问题。11/27/202346第三节防滑差速器一、防滑差速器的分类

防滑差速器按其工作原理可分为转矩敏感式防滑差速器、转速敏感式限滑差速器和主控制式防滑差速器。二、转矩式防滑差速器增加差速器内摩擦力矩，来达到防滑转目的。能根据路面情况自动改变驱动轮间转矩分配。11/27/2023471、摩擦片式防滑差速器结构特点与防滑原理：在半轴齿轮与差速器壳之间装有摩擦片组，以增加内摩擦力矩。11/27/202348推力压盘以内花键与半轴连接，其轴径处外花键与从动摩擦片连接。主动摩擦片以两耳花键与差速器壳相连。推力压盘和主、从动摩擦片都可有微量的轴向移动。十字轴由两根行星齿轮轴垂直安装组成，其端部都切成凸V形，相应的差速器壳孔成凹V形。11/27/202349两半轴无转速差时：凹V形斜面对凸V形斜面压紧的轴向分力使两行星齿轮轴向外略微移动，通过行星齿轮使推力压盘压紧摩擦片。11/27/202350转矩有两条路线传给半轴：①大部分转矩：行星齿轮轴→行星齿轮→半轴齿轮→半轴。②小部分转矩：差速器壳→主、从动摩擦片→推力压盘→半轴。由于行星齿轮没有自转，转矩平均地分配给两半轴。11/27/202351当两半轴有转速差时：由于行星齿轮自转，主、从动摩擦片间产生的摩擦力矩方向与快转半轴的旋向相反，与慢转半轴的旋向相同。11/27/2023522、滑块凸轮式差速器利用滑块与凸轮之间产生较大的内摩擦力矩。11/27/202353三、转速敏感式防滑差速器

粘性联轴差速器(简称VC)利用液体的粘性摩擦特性，即硅油的粘性摩擦特性感知速度差，实现差速器防滑作用,用做某些四轮驱动的轴间差速器。组成：由壳体4、传动轴1和5、交替排列的内叶片3、外叶片6及隔环组成。前传动轴1通过螺栓与壳体4联结，并与外叶片6组成主动部分。内叶片3与后传动轴5组成从动部分。11/27/20235411/27/202355四、托森差速器常被用于全轮驱动轿车的中央轴间差速器，后驱动桥的轮间差速器。其利用蜗轮蜗杆传动的不可逆性原理和齿面高摩擦条件，使差速器根据其内部内摩擦力矩大小而自动锁死或松开。11/27/2023561、结构：由空心轴2、外壳3、后轴蜗杆5、前轴蜗杆9、蜗轮轴7（6个）、直齿圆柱齿轮6（12个）、蜗轮8（6个）等组成。11/27/2023572、工作过程：（1）当n1=n2时，由于两蜗杆转速相等，故蜗轮与蜗杆之间，两相啮合的直齿圆柱齿轮之间均无相对运动，差速器壳与两蜗杆轴均绕蜗杆轴线同步转动，即n1=n2=n0。其转矩平均分配，即M1=M2=M0。11/27/202358（2）当n1>n2时，两轴之间的转速差是通过一对相啮合的圆柱齿轮相对转动实现的，则后端蜗轮带动后轴蜗杆，因其传动逆效率极低限制了齿轮4的转速，阻止了齿轮3及前轴蜗杆转速的增加，可见，只有当两轴转速差不大时才能差速。11/27/202359（3）转矩分配原理：由于蜗轮带动蜗杆的逆效率取决于蜗杆的螺旋角及传动副的摩擦条件，对于确定的差速器，其螺旋角已确定，故此时传动主要由摩擦状况来决定。当n1、n2转速差较小时，蜗轮带动蜗杆的摩擦力矩也较小，反之摩擦力矩也较大，从而抑制快转车轮的转速，把输入转矩M0多分配到慢转输出轴上，当n2=0，前轴蜗杆空转时，由于后蜗轮与蜗杆之间的内摩擦力矩过高，使M0全部分配到后轴蜗杆上，相当差速器锁死。11/27/202360第四节变速驱动桥驱动桥按其功能特点可以分为独立式驱动桥和变速驱动桥。

独立驱动桥的特点是主减速器、差速器、半轴等都安装在独立的驱动桥壳内。变速驱动桥的特点是变速器与驱动桥两个动力总成布置在同一壳体内。11/27/20236111/27/20236211/27/202363第五节半轴与桥壳一、半轴半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴，其内侧通过花键与半轴齿轮相连，外侧用凸缘与驱动轮的轮毂相连。

11/27/202364半轴的支承形式，主要有全浮式支承和半浮式支承两种。1、全浮式半轴半轴外端与轮毂相连接，轮毂通过圆锥滚子轴承支承在桥壳的半轴套管上，作用在车轮上的力通过半轴传给轮毂，轮毂又通过轴承将力传给驱动桥壳，半轴只受转矩，不