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1、哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,1,第5章 驱动桥设计,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,2,本章 重点,驱动桥的结构方案 驱动桥的工作原理 主减速器的设计计算 差速器的设计计算 驱动桥壳的设计计算 车轮传动装置的设计计算,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,3,5.1 概述,汽车的驱动桥处于传动系的末端，其基本功用是增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、右驱动车轮，并使左、右驱动车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或车厢之间的垂直力、纵向力和横向力。在一般的汽车结构中，驱动桥由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳（或梁）
2、等组成。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,4,5.2 驱动桥的结构形式,汽车驱动桥结构形式与其悬架密切相关。当采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式；当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式 。,普通非断开式驱动桥 带有摆动半轴的非断开式驱动桥 断开式驱动桥,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,5,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 主减速器根据齿轮类型、减速形式以及主、从动齿轮的安装及支承形式的不同分类。按照主减速器的齿轮副的数目分类，有单级主减速器(一对齿轮副)、双级主减速器(两对齿轮副)，而双级主减速器又可分成整体式和分开式两种。 1. 单级主减速器 单
3、级主减速器常由一对圆锥齿轮组成 (1) 弧齿锥齿轮传动 弧齿锥齿轮传动的特点是主、从动齿轮的轴线垂直相交于一点。直齿锥齿轮能承受更大的载荷，工作平稳，噪声和振动小，但弧齿锥齿轮对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶的啮合稍有偏差就会加剧齿轮磨损，使噪声增大。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,6,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式,(a) 弧齿锥齿轮传动 (b) 双曲面齿轮传动 (c) 圆柱齿轮传动 (d) 蜗杆传动,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,7,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 (2) 双曲面齿轮传动 主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，且主动齿轮
4、轴线相对从动齿轮齿轮轴线向上或向下偏移一个距离，称为偏移距 。 使主动齿轮螺旋角 大于从动齿 轮螺旋角 ，并将 、 之差称 为偏移角 。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,8,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 (3) 圆柱齿轮传动 圆柱齿轮传动结构在发动机横置，且前置前驱动的乘用车驱动桥和双级主减速器驱动桥以及轮边减速器得到了广泛应用，此时，齿轮均应采用斜齿轮。 (4) 蜗杆蜗轮传动 蜗杆蜗轮传动结构的特点是可以在轮廓尺寸较小、结构质量较小的情况下得到较大的传动比(传动比可以大于7),但是，蜗杆蜗轮传动效率较低，成本较高。 2. 双级主减速器 与单级主减速器相比，采用双
5、级主减速器可以在保证离地间隙相同的情况下得到更大的传动比( )；但是尺寸较大，质量较大，结构复杂，制造成本高，传动效率低。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,9,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 (1) 整体式双级主减速器,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,10,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 贯通式驱动桥的结构如图所示，它们都采用整体式双级主减速器，有两种结构方案。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,11,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 (2) 分开式双级主减速器 分开式双级主减速器由中央主减速器和轮边减速器组成。采
6、用这种主减速器可以在保证具有较大传动比条件下，驱动桥中央部分(中央主减速器部分)尺寸较小，离地间隙较大。但由于要加装轮边减速器导致结构复杂。 轮边减速器有以下两种方案： A、行星齿轮轮边减速器，其特点是可以在较小的轮廓尺寸条件下获得较大的传动比，而且布置在轮毂之内。 B、外啮合圆柱齿轮轮边减速器 可使桥壳离地高度降低。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,12,5.3 主减速器设计,5.3.1 主减速器的结构形式 3. 双速主减速器 双速主减速器有两个挡位，即有两个传动比，它与普通变速器相配可成倍增加挡位，而不需要采用副变速器。 (1) 圆柱齿轮组式双级主减速器 这种结构的尺寸和质量较大，可
7、获得的主传动比较大。 (2) 行星齿轮式双速主减速器 行星齿轮式双速主减速器的结构尺寸较小，质量也较小。行星齿轮系的基本方程为：,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,13,5.3 主减速器设计,5.3.2 主减速器结构设计的若干考虑 主减速器锥齿轮的许用偏移量如图所示，只要各偏移量在图示许用偏移量范围内，就可以保证正常工作。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,14,5.3 主减速器设计,5.3.2 主减速器结构设计的若干考虑 1. 主减速器齿轮的支承 (1) 主动锥齿轮的支承形式,悬臂式支 承跨置式支承,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,15,5.3 主减速器设计,5.3.2 主减速
8、器结构设计的若干考虑 (2)从动锥齿轮的支承形式,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,16,5.3 主减速器设计,5.3.2 主减速器结构设计的若干考虑 (3) 主减速器支承轴承的预紧及预紧力的调整 对主减速器锥齿轮圆锥滚子轴承进行预紧，可以增加支承刚度，提高齿轮啮合的平稳性。但是预紧力也不能过大 ,为克服这个矛盾，出现了波形套筒。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,17,5.3 主减速器设计,5.3.2 主减速器结构设计的若干考虑 2. 锥齿轮啮合调整 在轴承预紧度调整以后，必须进行锥齿轮啮合调整，以保证齿轮副啮合印迹正常，并使齿轮大端处齿侧间隙在适当的范围内(一般为0.1-0.35m
9、m)。 3. 润滑 对于弧齿锥齿轮主减速器，可加注普通齿轮油。但对于双曲面齿轮主减速器，则必须加注双曲面齿轮油。差速器壳上应开孔使润滑油能进入，以保证差速齿轮和滑动表面的润滑。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,18,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 汽车主减速器锥齿轮的切齿法主要有“格里森”(Gleason)切齿法和奥利康(Oerlikon)切齿法。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,19,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 格里森制锥齿轮主要参数的选择和设计计算方法。 主减速器齿轮计算载荷的确定 主减速器锥齿轮的计算载荷是转矩，有三种确
10、定方法。 (1) 按发动机最大转矩 和最低挡传动比确定从动锥齿轮计算转矩,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,20,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 (2) 按驱动轮打滑扭矩确定从动锥齿轮计算转矩 (3) 按汽车日常行驶平均(当量)转矩确定从动锥齿轮计算转矩 2. 主减速器齿轮主要参数的选择 (1) 主动和从动锥齿轮齿数 和,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,21,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 (2) 从动锥齿轮大端分度圆直径 和端面模数 (3) 主、从动锥齿轮齿面宽 和 (4) 双曲面齿轮副的偏移距,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程
11、系,22,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 (5) 中点螺旋角,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,23,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 (6) 螺旋方向 (7) 法向压力角 大的压力角可以增加轮齿强度，减少避免根切的最小齿数。但是，对小尺寸的齿轮，大的压力角易使齿顶变尖和刀尖宽度过小，并使齿轮端面重合系数下降。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,24,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 3. 主减速器锥齿轮强度计算 进行强度验算，以保证锥齿轮具有足够的强度和寿命，安全可靠地工作。 轮齿的损坏形式有多种，常见的有轮齿
12、折断(主要为弯曲疲劳折断和过载折断)、齿面点蚀和剥落、齿面胶合、齿面磨损。 介绍三种格里森制锥齿轮的强度计算方法。 (1) 单位齿长上的圆周力 主减速器齿轮的表面耐磨性常用下式计算,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,25,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 圆周力有两种计算方法： A、按发动机最大转矩 (Nm)计算。 B、按轮胎最大附着力矩计算。,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,26,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 (2) 轮齿弯曲强度计算 弧齿锥齿轮与双曲面齿轮轮齿(包括主动和从动齿轮)的弯曲应力的统一表达式为 (3) 轮齿接触强度计
13、算 锥齿轮与双曲面齿轮轮齿的齿面接触应力,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,27,5.3 主减速器设计,5.3.3 汽车主减速器锥齿轮设计 4. 齿轮材料 与传动系其他齿轮比较，主减速器锥齿轮的载荷大且作用时间长、变化多、冲击较大，它们的工作条件更加恶劣。因此，驱动桥齿轮材料应满足如下要求： (1) 具有较高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有较高硬度(保证耐磨性)。 (2) 在轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷；避免在冲击载荷下发生齿根折断。 (3) 钢材锻造性能、切削性能及热处理性能好；热处理变形要小或变形规律要容易控制。 (4) 选择齿轮材料要适合我国情况。,哈尔滨工业大学汽
14、车工程学院车辆工程系,28,5.3 主减速器设计,5.3.4 主减速器锥齿轮轴承的载荷 为了确定轴承上的载荷，首先要分析锥齿轮在啮合中的齿面作用力。 1. 锥齿轮齿面上的作用力 (1) 齿面宽中点处的圆周力 面齿轮副来说，它们的圆 周力有如下关系,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,29,5.3 主减速器设计,5.3.4 主减速器锥齿轮轴承的载荷 (2) 锥齿轮上的轴向力和径向力,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,30,5.3 主减速器设计,5.3.4 主减速器锥齿轮轴承的载荷 2. 锥齿轮轴承的载荷,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,31,5.4 差速器设计,5.4.1 差速器结构
15、形式 在汽车驱动桥的左右车轮之间都装有差速器，以向左、右车轮分配转矩并允许它们以不同的速度转动，避免车轮在地面上的滑移，改善轮胎磨损和操纵性，减少功率消耗。 对称锥齿轮式差速器 (1) 普通（对称）锥齿轮差速器 设差速器壳角速度为 ，两半轴 角速度分别为 、 ，则有,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,32,5.4 差速器设计,5.4.1 差速器结构形式 (2) 摩擦片式差速器 在差速器壳带动差速锥 齿轮轴时，给轴一个推力 ， 这是由其结构V形面所决定的， 推压压盘，使摩擦片相互压 紧。下面推导 ：,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,33,5.4 差速器设计,5.4.1 差速器结构形式
16、(3) 强制锁止式差速器 强制锁止式差速器就是在原来普通锥齿轮差速器的基础上加一个差速锁,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,34,5.4 差速器设计,5.4.2 普通锥齿轮差速器齿轮设计 1. 差速器齿轮主要参数选择 (1) 差速器行星齿轮的个数 行星齿轮的个数需根据承载情况选择。在承载不大的情况下可取2，反之应取4。一般乘用车取2；商用车和越野车应取4。 (2) 行星齿轮背面的球面半径 行星齿轮背面的球面半径反映了 锥齿轮节锥距的大小和承载能力,哈尔滨工业大学汽车工程学院车辆工程系,35,5.4 差速器设计,5.4.2 普通锥齿轮差速器齿轮设计 (3) 锥齿轮节锥距 (4) 锥齿轮节锥角 、 及锥齿轮大端端面模数 (5) 压力角 目前大都采用压力角为2230、齿高系数为0.8的齿形。某些重
