汽车原理与结构-驱动桥与差动器.ppt

上次课内容回顾,一、变速器 变速器类型与操作 两轴变速器工作原理 （传动比、移动齿轮式、移动接套式） 摩擦式同步器 二、汽车自动变速器概述 液控液压式、 电控液压式 （发动机状况信号、行驶速度信号、液力变矩器） 最常用的综合式自动变速器一般有23档，通过变 矩器经泵轮由涡轮输出，获阶段无级变速。 三、万向传动装置 万向节 传动轴 中间支承,共32页 第1页,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 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 1桥壳 2主减速器 3差速器 4半轴 5轮毂,断开式驱动桥结构示意图 1主减速器 2半轴 3减振弹簧 4减振器 5车轮 6摆臂 7摆臂轴,共32页 第2页,六、驱动桥,断开式驱动桥,驱动桥的功用,功能： 将传动轴传来的转矩增大后,再传给驱动车轮； 类型：非断开式,断开式； 组成：主减速器,差速器,半轴,驱动桥壳。,共32页 第3页,共32页 第4页,非断开驱动桥,接主轴,主减速器 及外壳,整体桥壳,半轴套管,半轴及其零件,悬架安装点,1、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 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 2、驱动桥的组成和类型 主要组成部分 主减速器、差速器、半轴、桥壳 常见类型 断开式：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） 非断开式：半轴壳、主减速器壳制成一体。,共32页 第5页,单级圆锥齿轮 主减速器基本结构图,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 运动传递方向。 根据不同的需求，主减速器 可与驱动桥制为一体，也可以分 离制造（轮边减速器）；从结构 参数上可分为单级、双级、单速、 双速等。,共32页 第6页,两个圆锥齿轮组成 的主减速器,差速器,半轴,3、主减速器,共32页 第7页,驱动输入轴,主减速器,发动机前置前轮驱动主减速器,变速器,省略了主传动轴及其支撑部件，轿车中最常用的结构。,单级圆锥齿轮主减速器原理图,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 交，成90度啮合。,共32页 第8页,直线行驶，行星轮 4随壳体公转，不自 转，差动器不工作 弯道行驶，行星轮 自传，左右半轴输出 不同转速,主减速器工作原理,单级圆锥齿轮主减速器,共32页 第9页,主减速器与差动器,主减速器常用齿轮副,共32页 第10页,目前各型车辆主减速器常用圆柱齿轮式 、圆锥齿 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、 可变速两种。 单级主减速器： 常用于轿车、轻中型 货车和客车，具有结构简 单、体积小、重量轻、传 动效率高等特点。 （单级主减速器为一对圆锥齿轮）,最小间隙h是保证汽车通过性 的基本条件之一,双级主减速器,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。 当主减速器传动比要求较大时，单级齿轮副传 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 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） 为了减少运动冲击，双级主减速器一般由圆锥 齿轮副、圆柱齿轮副组成， 通常都用斜齿。,共32页 第11页,圆锥、圆柱双级主减速器,剖面示意图,共32页 第12页,第一级 圆锥斜齿轮,第二级 圆柱斜齿轮,半轴,半轴,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11：250.44 第二级传动为斜齿圆柱齿轮，传动比14：470.30 总传动比0.440.300.1311（1：7.63）,共32页 第13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 2半轴 3太阳轮 4行星齿轮 5行星轮架 6齿圈 7行星架 太阳轮3与半轴2相连，是主动件； 行星轮架5与轮毂相连，是从动件；齿圈 6与壳体相连，是固定件，传动比与齿圈 齿数、太阳轮齿数相关： i1齿圈齿数/太阳轮齿数,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）。,共32页 第14页,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 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32页 第15页,第二级减速齿轮变挡,第二级减速是由行星轮1、行星轮架2、太阳轮4、 齿圈3构成的行星轮减速器。 高速档： 结合套5左移，A、B脱离， 4与行星轮1、齿圈3同时啮合， 行星轮1不能自转，则该行星轮 系相当于一个刚体，不起减速 作用。（与单级主减速器工作 相同，减速比等于圆锥齿轮减 速比）,共32页 第16页,1,2,4,3,输入,半轴,5,A,B,低速档：,结合套5右移，A、B 结合，太阳轮4被固定（与 外壳连接），太阳轮4与行 星轮1保持啮合，与齿圈3脱 离。此时行星轮1能公转也 能自转，该行星轮系工作。,共32页 第17页,1,2,4,3,输入,半轴,5,A,B,齿圈6成为主动件， 行星轮架9为从动件， 驱动差速器壳。,6,4、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 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。 设轮中心相对地面移 动的线速度为U，车轮转 动角速度，车轮半径r： 则纯滚动时 Ur 进入弯道时两侧轮的 U值与转弯半径R相关，即 U内U外，若角速度相同， 上式不成立。,汽车转向驱动轮运动示意图,内圈半径,外圈半径,共32页 第18页,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。 根据两端输出转矩是否相等，差速器可分为对称式 （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是一 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 差动器的主动件，两半轴齿轮为 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32页 第19页,差速器差动原理图 设主动件角速度为0，从动件1、2角速度分别为1、 2，A、B两点分别为行星轮4与半轴齿轮1、2的啮合点，行 星轮中心为C，A、B、C三点到到差速器转轴轴线距离为r。 行星轮4与行星架一起只作公转，无自转，A、B、C三 点圆周速度相等，有012；,共32页 第20页,当行星轮4同时绕自身轴5以4的角速度自传时：,A点圆周速度为1r0r4r ， B点圆周速度为2r0r4r ； 可得：1r2r （0 r 4 r ）（ 0 r 4 r） 即1r 2r20r 当角速度以每分钟n转表示，则：n1n22n0 由此可见： 左右两侧半轴齿轮转速之和等于差速器壳转速的两 倍，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。,共32页 第21页,相关结论：,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 一侧半轴转动，另一侧则按相反的方向以相同的转 速转动。 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 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： M0/2M1M2 （ M0为万向传动装置输出的扭矩）,共32页 第22页,当两侧不等速，但方向相 同输出，设n1n2，行星轮按 n4方向转动，摩擦力矩Mr与n4 方向相反。此时对两侧半轴齿 轮都产生如图所示的圆周力F1、 F2，有： M1（ M0 Mr）/2 M2（ M0Mr）/2,即影响两侧输出力矩的主要因素是差速器内摩擦 力矩。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。 （包括n1n2反向的状况）,差速器力矩分配示意图,半轴,行星轮,共32页 第23页,3）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 力矩平均分配，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。 如强制自锁式差速器、高摩擦自锁式差速器等。随 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。在重型汽车上常用牙嵌式自由 轮差速器；多轴驱动汽车常用托森差速器、粘性联轴 差速器等。 另外，在许多前置发动机传动系统，一般将变速器、 主轴传动系、差速器设计成一体，称为变速驱动桥， 缩短了机械传动路线，有效提高传动效率。,共32页 第24页,5、半轴,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 浮式半轴支承和半浮式半轴支承两种形式。,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32页 第25页,全浮式半轴 支承受力图,全浮式半轴支承 广泛用于各类载货车辆，支承结构如作图所示。 轴承4、5安装在桥壳上，用于轮毂的支承，半轴套管与壳体压配合为一体，半轴与桥壳之间无直接联系。 （半轴为易损件，应考虑其装拆方便）,共32页 第26页,轴承置于 桥壳上,半浮式半轴支承受力图,半浮式半轴支承 多用于轿车，支承结构如作图所示。 半轴与差动器的连接跟上同，外侧轴承直接安装在半轴上，行驶时车轮的作用反力要通过半轴传向桥壳。 （结构简单，用于弯矩较小的轿车等）,共32页 第27页,支撑轴承,6、桥壳,驱动桥壳按结构形式分为： 整体式：桥体整体制造。 分段式：将桥体分段制造再装配成一体。 桥壳的功用： 支承、保护主减速器、差动器、半轴等； 确定左右驱动轮间距； 支承车架及其上其他总成