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HFJ1020A驱动桥（包含制动器）的设计【8张CAD图纸和毕业论文】【汽车专业】

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HFJ1020A驱动桥（包含制动器）的设计

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关键词：: hfj1020a 驱动包含包括包孕蕴含制动器设计

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摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 概述1

1.2 驱动桥现状2

1.3 设计的主要内容.......................................................................................................3

第2章总体方案论证5

2.1 非断开式驱动桥5

2.2 断开式驱动桥6

2.3 多桥驱动的布置6

2.4 本章小结7

第3章主减速器设计8

3.1 主减速器结构方案分析8

3.1.1准双曲面齿轮传动8

3.1.2 结构形式9

3.2 主减速器主、从动锥齿轮的支承方案10

3.2.1 主动锥齿轮的支承10

3.2.2 从动锥齿轮的支承10

3.3 主减速器锥齿轮设计10

3.3.1 主减速比i的确定11

3.3.2 主减速器锥齿轮的主要参数选择13

3.4 主减速器锥齿轮的材料15

3.5 主减速器锥齿轮的强度计算16

3.5.1 单位齿长圆周力16

3.5.2 齿轮弯曲强度16

3.5.3 轮齿接触强度17

3.6 主减速器锥齿轮轴承的设计计算17

3.6.1 锥齿轮齿面上的作用力17

3.6.2 锥齿轮轴承的载荷18

3.6.3 锥齿轮轴承型号的确定20

3.7 本章小结21

第4章差速器设计22

4.1 差速器结构形式选择22

4.2 普通锥齿轮式差速器齿轮设计22

4.3 差速器齿轮的材料24

4.4 普通锥齿轮式差速器齿轮强度计算25

4.5 本章小结25

第5章半轴的设计26

5.1 半轴的型式26

5.2 半轴的设计与计算27

5.3 半轴的结构设计及材料与热处理30

5.4 本章小结31

第6章驱动桥壳设计32

6.1 桥壳的结构型式32

6.2 桥壳的受力分析及强度计算33

6.3 本章小结34

第7章制动器设计35

7.1鼓式制动器的结构型式及选择35

7.2同步附着系数的分析36

7.3制动器制动力矩的确定37

7.4制动器因数计算37

7.5鼓式制动器的结构参数与摩擦系数38

7.5.1 鼓式制动器的结构参数38

7.5.2 摩擦片摩擦系数41

7.6制动器零部件的强度校核42

7.6.1凸轮轴强度校核42

7.6.2铆钉剪切强度校核42

7.6.3支撑销剪切应力计算43

7.6.4回位弹簧强度的校核44

7.7制动器主要结构元件.........................................................................................................45

7.7.1制动鼓...........................................................................................................................45

7.7.2制动蹄...........................................................................................................45

7.7.3摩擦片...........................................................................................................45

7.7.4制动底板......................................................................................................46

7.7.5支撑...........................................................................................................46

7.7.6制动轮缸......................................................................................................................46

7.8本章小结...........................................................................................................46

结论47

参考文献48

致谢50

附录................................................. ..................51

第1章绪论

1.1 概述

　　　本课题是对驱动桥的结构设计。故本说明书将以“驱动桥(含制动器)设计”内容对驱动桥及其主要零部件的结构型式与设计计算作一一介绍。

　　　驱动桥的设计，由驱动桥的结构组成、功用、工作特点及设计要求讲起，详细地分析了驱动桥总成的结构型式及布置方法；全面介绍了驱动桥车轮的传动装置和桥壳的各种结构型式与设计计算方法。

　　　汽车驱动桥是汽车的重大总成，承载着汽车的满载簧荷重及地面经车轮、车架及承载式车身经悬架给予的铅垂力、纵向力、横向力及其力矩，以及冲击载荷；驱动桥还传递着传动系中的最大转矩，桥壳还承受着反作用力矩。汽车驱动桥结构型式和设计参数除对汽车的可靠性与耐久性有重要影响外，也对汽车的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。另外，汽车驱动桥在汽车的各种总成中也是涵盖机械零件、部件、分总成等的品种最多的大总成。例如，驱动桥包含主减速器、差速器、驱动车轮的传动装置（半轴及轮边减速器）、桥壳和各种齿轮。由上述可见，汽车驱动桥设计涉及的机械零部件及元件的品种极为广泛，对这些零部件、元件及总成的制造也几乎要设计到所有的现代机械制造工艺。因此，通过对汽车驱动桥的学习和设计实践，可以更好的学习并掌握现代汽车设计与机械设计的全面知识和技能。

　　　课题所设计的哈飞民意微型车最高车速100km/h,发动机标定功率（5000r/min）35.5kW，最大扭矩（3000～3500r/min）74 Nm。

　　　它有以下两大难题，一是将发动机输出扭矩通过万向传动轴将动力传递到后轮子上，达到更好的车轮牵引力与转向力的有效发挥，从而提高汽车的行驶能力。二是差速器向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。

　　　本课题的设计思路可分为以下几点：首先选择初始方案，哈飞民意属于微型车，采用后桥驱动，所以设计的驱动桥结构需要符合微型车的结构要求；接着选择各部件的结构形式；最后选择各部件的具体参数，设计出各主要尺寸。

　　　所设计的微型车驱动桥制造工艺性好、外形美观，工作更稳定、可靠。该驱动桥设计大大降低了制造成本，同时驱动桥使用维护成本也降低了。驱动桥结构符合微型车的整体结构要求。设计的产品达到了结构简单，修理、保养方便；机件工艺性好，制造容易的要求。

　　　目前我国正在大力发展汽车产业,采用后轮驱动汽车的平衡性和操作性都将会有很大的提高。后轮驱动的汽车加速时，牵引力将不会由前轮发出，所以在加速转弯时，司机就会感到有更大的横向握持力，操作性能变好。维修费用低也是后轮驱动的一个优点，尽管由于构造和车型的不同，这种费用将会有很大的差别。如果你的变速器出了故障，对于后轮驱动的汽车就不需要对差速器进行维修，但是对于前轮驱动的汽车来说也许就有这个必要了，因为这两个部件是做在一起的。所以后轮驱动必然会使得乘车更加安全、舒适，从而带来可观的经济效益。

1.2驱动桥现状

为适应不断完善社会主义市场经济体制的要求以及加入世贸组织后国内外汽车产业发展的新形势，推进汽车产业结构调整和升级，全面提高汽车产业国际竞争力，满足消费者对汽车产品日益增长的需求，促进汽车产业健康发展，特制定汽车产业发展政策。通过该政策的实施，使我国汽车产业在2010年前发展成为国民经济的支柱产业，为实现全面建设小康社会的目标做出更大的贡献。政府职能部门依据行政法规和技术规范的强制性要求，对汽车、农用运输车(低速载货车及三轮汽车，下同)、摩托车和零部件生产企业及其产品实施管理，规范各类经济主体在汽车产业领域的市场行为。低速载货汽车，在汽车发展趋势中，有着很好的发展前途。生产出质量好，操作简便，价格便宜的低速载货汽车将适合大多数消费者的要求。在国家积极投入和支持发展汽车产业的同时，能研制出适合中国国情，包括道路条件和经济条件的车辆，将大大推动汽车产业的发展和社会经济的提高。

在新政策《汽车产业发展政策》中，在2010年前，我国就要成为世界主要汽车制造国，汽车产品满足国内市场大部分需求并批量进入国际市场；2010年，汽车生产企业要形成若干驰名的汽车、摩托车和零部件产品品牌；通过市场竞争形成几家具有国际竞争力的大型汽车企业集团，力争到2010年跨入世界500强企业之列，等等。同时，在这个新的汽车产业政策描绘的蓝图中，还包含许多涉及产业素质提高和市场环境改善的综合目标，着实令人鼓舞。然而，不可否认的是，国内汽车产业的现状离产业政策的目标还有相当的距离。自1994年《汽车工业产业政策》颁布并执行以来，国内汽车产业结构有了显著变化，企业规模效益有了明显改善，产业集中度有了一定程度提高。但是，长期以来困扰中国汽车产业发展的散、乱和低水平重复建设问题，还没有从根本上得到解决。多数企业家预计，在新的汽车产业政策的鼓励下，将会有越来越多的汽车生产企业按照市场规律组成企业联盟，实现优势互补和资源共享。

汽车行业的飞速发展，带动了整个国内汽车零部件企业的向前推进。

（1）由于整车的市场集中度增加，目前国内车桥行业趋向于技术上强强联手，共谋发展。

（2）由于近几年国家对汽车零部件行业出台相应的政策，以扶植其向正轨，所以整体看来车桥行业布局已大体完成。

（3）大吨位、多轴化、大马力节能、环保、舒适等方面发展的趋势，要求车桥要轻量化、大转矩、低噪声宽速比、寿命长和低生产成本。

（4）零部件企业与整机企业同步设计、开发、系统集成、模块化供货。

综上，随着国内公路建设水平的不断提高，车桥总成向传动效率高的单级减速方向发展。单级驱动桥结构简单，机械传动效率高，易损件少，可靠性高。由于单级桥传动链减少，摩擦阻力小，比双级桥省油，噪声也小。过去，单级桥因为桥包尺寸大，离地间隙小，导致通过性较差，应用范围相对较小，但是现在公路状况已经得到了显著改善，汽车使用条件对通过性的要求降低。这种情况下，单级桥的劣势得以忽略，而其优势不断突出，所以在设计制造中的应用范围肯定越来越广。

在本次设计中努力做到符合驱动桥的基本要求，使工作平稳、结构简单、维修方便、传动效率高，满足达到最佳的动力性和燃料经济性，适应时代要求，顺利完成设计。

1.3设计主要内容

本设计设计的是HFJ1020A驱动桥（包含制动器）的设计，本设计主要研究的内容有主减速器设计、差速器设计、车轮传动设计、轿壳设计、制动器总成设计主减速器设计、差速器设计、车轮传动设计、轿壳设计、制动器总成设计。主要解决的问题：方的案选择，驱动桥的形式，齿轮的计算及校核，制动器的设计计算。

设计参数：

整备质量Kg：940Kg

总质量Kg：1560

最大功率（kw/rpm）: 35.5/5000

最大扭矩（Nm/rpm）: 74/3000～3500

轮胎类型与规格: 165/70R13C

最高车速(km/h): 100

第2章总体方案论证

　　　驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。驱动桥设计应当满足如下基本要求：1.所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。2.外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。3.齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。4.在各种转速和载荷下具有高的传动效率。5.在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。 6.与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。7.结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。驱动桥的结构型式按工作特性分，可以归并为两大类，即非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。独立悬架驱动桥结构较复杂，但可以大大提高汽车在不平路面上的行驶平顺性。

2.1 非断开式驱动桥

　　　普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种载货汽车、客车和公共汽车上，在多数的越野汽车和部分轿车上也采用这种结构。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。这时整个驱动桥、驱动车轮及部分传动轴均属于簧下质量，汽车簧下质量较大，这是它的一个缺点。

驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在汽车轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；公共汽车为了降低汽

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A2-主动齿轮轴.jpg

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内容简介：: 第六节驱动桥壳设计驱动桥课的主要功用是支撑汽车质量，并承受由车轮传来的路面的反力和反力矩，并经悬架传给车架（或车身）；它又是主减速器、差速器、半轴的装配基体驱动桥壳应满足如下设计要求：1）应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力2）在保证强度和刚度的前提下，尽量减小质量以提高汽车行驶平顺性3）保证足够的离地间隙4）结构工艺性好，成本低5）保护装于其上的传动部件和防止泥水浸入6）拆装，调整，维修方便一驱动桥壳结构方案分析驱动桥壳大致可分为可分式、整体式和组合式三种形式。1可分式桥壳可分式桥壳(图529)由一个垂直接合面分为左右两部分，两部分通过螺栓联接成一体。每一部分均由一铸造壳体和一个压入其外端的半轴套管组成，轴管与壳体用铆钉连接。这种桥壳结构简单，制造工艺性好，主减速器支承刚度好。但拆装、调整、维修很不方便，桥壳的强度和刚度受结构的限制，曾用于轻型汽车上，现已较少使用。 2整体式桥壳整体式桥壳(图530)的特点是整个桥壳是一根空心梁，桥壳和主减速器壳为两体。它具有强度和刚度较大，主减速器拆装、调整方便等优点。按制造工艺不同，整体式桥壳可分为铸造式(图530a)、钢板冲压焊接式(图530b)和扩张成形式三种。铸造式桥壳的强度和刚度较大，但质量大，加：上面多，制造工艺复杂，主要用于中、重型货车上。钢板冲压焊接式和扩张成形式桥壳质量小，材料利用率高，制造成本低，适于大量生产，广泛应用于轿车和中、小型货车及部分重型货车上。3)组合式桥壳组合式桥壳(图531)是将主减速器壳与部分桥壳铸为一体，而后用无缝钢管分别压入壳体两端，两者间用塞焊或销钉固定。它的优点是从动齿轮轴承的支承刚度较好，主减速器的装配、调整比可分式桥壳方便，然而要求有较高的加工精度，常用于轿车、轻型货车中。二驱动桥壳强度计算对于具有全浮式半轴的驱动桥，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。图532为驱动桥壳受力图，桥壳危险断面通常在钢板弹簧座内侧附近，桥儿端郎的轮毂轴承座根部也应列为危险断面进行强度验算。 1）牵引力或制动力最大时，桥壳钢板弹簧座处危险断面的弯曲应力和扭转切应力分别为式中，Mv为地面对车轮垂直反力在危险断面引起的垂直平面内的弯矩，Mv=m2G2b/2b为轮胎中心平面到板簧座之间的横向距离，如图532所示；为一侧车轮上的牵引力或制动力芦Fx2在水平面内引起的弯矩，=Fx2b；TT为牵引或制动时，上述危险断面所受转矩，TT=Fx2rr；Wv、Wh、分别为危险断面垂直平面和水平面弯曲的抗弯截面系数及抗扭截面系数。 2)当侧向力最大时，桥壳内、外板簧座处断面的弯曲应力i,o分别为 (5 - 61) 3)当汽车通过不平路面时，动载系数为是，危险断面的弯曲应力口为 (5 - 62) 桥壳的许用弯曲应力为300500MPa，许用扭转切应力为150400MPa。可锻铸铁桥壳取较小值，钢板冲压焊接桥壳取较大值。摘要：随着生活水平的提高和科技的迅猛发展，人们的生活节奏变得越来越快，因此人们对交通工具的快捷性要求越来越高。为了应对高车速对人们安全构成的威胁，许多法规对汽车的安全性提出了更高的要求，制动系的设计成为其中很重的一个方面。本设计根据制动器的工作原理，对多种制动器进行分析比较，选择了制动效能较高的鼓式制动器作为设计的对象。依据给定的参数，进行重要数值的计算。随后，又根据工艺学的知识，进行制动器零件的设计和工艺分析。总之，本设计的目的是为了设计出高效、稳定的制动器，以提高汽车的安全性。关键词：制动系; 制动效能; 制动器 AbstractKeywords: Braking system ; Braking quality ; Brake1 绪论1.1 汽车制动系概述尽可能提高车速是提高运输生产率的主要技术措施之一。但这一切必须以保证行驶安全为前提。因此，在宽阔人少的路面上汽车可以高速行驶。但在不平路面上，遇到障碍物或其它紧急情况时，应降低车速甚至停车。如果汽车不具备这一性能，提高汽车行驶速度便不可能实现。所以，需要在汽车上安装一套可以实现减速行驶或者停车的制动装置制动系统。制动系是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的行驶安全性。随着高速公路的迅速发展和汽车密度的日益增大，交通事故时有发生。因此，为保证汽车行驶安全，应提高汽车的制动性能，优化汽车制动系的结构。制动装置可分为行车制动、驻车制动、应急制动和辅助制动四种装置。其中行驶中的汽车减速至停止的制动系叫行车制动系。使已停止的汽车停驻不动的制动系称为驻车制动系。每种车都必须具备这两种制动系。应急制动系成为第二制动系，它是为了保证在行车制动系失效时仍能有效的制动。辅助制动系的作用是使汽车下坡时车速稳定的制动系。汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件。当驾驶员踩下制动踏板时，制动动作开始。踏板装在顶端带销轴的杆件上。踏板的运动促使推杆移动，移向主缸或离开主缸。主缸安装在发动机室的隔板上，主缸是一个由驾驶员通过踏板操作的液压泵。当踏板被踩下，主缸迫使有压力的制动液通过液压管路到四个车轮的每个制动器。液压管路由钢管和软管组成。它们将压力液从主缸传递到车轮制动器。盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。制动盘装在轮辋上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动。图1-1汽车制动系统的基本部件1.液压助力制动器 2.主缸和防抱死装置 3.前盘式制动器 4.制动踏板 5.驻车制动杆 6.防抱死计算机 7.后盘式制动器很多汽车都采用助力制动系统减少驾驶员在制动停车时必须加到踏板上的力。助力制动器一般有两种型式。最常见的型式是利用进气歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一种型式是采用泵产生液压力提供助力。驻车制动器总成用来进行机械制动，防止停放的车辆溜车，在液压制动完全失效时实现停车。绝大部分驻车制动器用来制动两个后车轮。有些前轮驱动的车辆装有前轮驻车制功器，因为在紧急停车中绝大部分的制动功需要用在车辆的前部。驻车制动器一般用手柄或脚踏板操作。当运用驻车制动器时，驻车制动钢索机械地拉紧施加制动的秆件。驻车制动器由机械控制，不是由液压控制。每当以很强的压力进行制动时，车轮可能完全停止转动。这叫做“车轮抱死”。这并不能帮助车辆停下来，而是使轮胎损失些与路面的摩擦接触，在路面上滑移。轮胎滑移时，车辆不再是处于控制下的停车，驾驶员处在危险之中。有经验的驾驶员知道，防止车轮抱死的对策是迅速上、下踩动制动踏板。这样间歇地对制动器提供液压力，使驾驶员在紧急制动时能控制住车辆。现今许多新型车辆装备了防抱死制动系统(ABS)。防抱死制动系统做的工作与有经验驾驶员做的相同，只是更快、更精确些。它感受到某车轮快要抱死或滑移时，迅速中断该车轮制动器的制动压力。在车轮处的速度传感器监测车轮速度，并将信息传递给车上计算机。于是，计算机控制防抱死制动装置，输送给即将抱死的车轮的液压力发生脉动。1.2 汽车制动器的工作原理一般制动系的工作原理可用下图所示的一种简单的液压制动系示意图来说明。个以内圆面为工作表面的金属的制动鼓8固定在车轮轮毅上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板11上，有两个支承销12，支承着两个弧形制动卸10的下端。制动蹄的外圆面上又装有一般是非金属的摩擦片9。制动底板上还装有液压制动轮缸6，用油管5与装在车架上的液压制动主缸4相连通。主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦片的外圆面之间保持有一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速，驾驶员应跺下制动踏板l，通过推杆2和主缸活塞3，使主缸内的油液在一定压力下流人轮缸6，并通过两个轮缸活塞7推使两制动蹄10绕支承销12转动，上端向两边分开而以其摩擦片9压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动卸就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩M，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周绕力F，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力F。制动力F由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车减速。制动力愈大，汽车减速度也愈大。当撤开制动踏板时回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩M和制动力F消失，制动作用即行终止。图1-2 鼓式制动器结构图1.制动踏板 2.推杆 3.主缸活塞 4.制动主缸 5.油管 6.制动轮缸 7.轮缸活塞 8.制动鼓 9.摩擦片 10.制动蹄 11.制动底板 12.支承销 13.制动体回位弹簧图中所示的制动器中，由制动鼓8、摩擦片9和制动蹄10所构成的系统产生了一个制动力矩(摩擦力矩M)以阻碍车轮转动该系统称为制动器。显然，阻碍汽车运动的制动力F不仅取决于制动力矩M，还取决于轮胎与路面间的附着条件。如果完全丧失附着，则这种制动系事实上不可能产生制动汽车的效果。不过，在讨论制动系的结构问题时，一般都假定具备良好的附着条件。1.3 设计的目的和意义毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业设计的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。不少学生在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。通过大学四年的学习，从理论与实践上均有了一定程度的积累。毕业设计就是对我们以往所学的知识的综合运用与进一步的巩固加深，并对解决实际问题的能力的训练与检验，目的在于：1、培养正确的设计思想与工作作风。2、进一步培养制图、绘图的能力。3、学会分析与评价汽车及其各总成的结构与性能，合理选择结构方案及其有关参数。4、学会汽车一些主要零部件的设计与计算方法以及总体设计的一般方法，以毕业后从事汽车技术工作打下良好的基础。5、培养独立分析、解决问题的能力。 2 制动器结构简介汽车的制动器设计究竟采用哪一种结构方案较为合理，能够最大限度的发挥制动器的功用，首先应该从制动器设计的一般原则上谈起。2.1 鼓式制动器l-调整楔2-推杆3-制动蹄4-连接弹簧5-上回位弹簧6-弹簧座7-手制动拉杆8-下回位弹簧9-车轮制动缸l0-制动底板ll旋塞12-制动摩擦片l3-弹簧鼓式制动器总成的主要零部件有：制动鼓和轮毅总成、制动蹄总成、制动底板、液压轮缸、制动蹄回位弹簧压紧装置、调节机构和驻车制动机构。为制动车轮、制动鼓和制动蹄提供摩擦表面，制动鼓的内圆周是一加工过的制动表面。车轮通过螺母和双头螺栓安装到制动鼓轮毅上。该轮毂安放在允许车轮总成转动的车轮轴承上。各种鼓式制动器的示意图如下： 1、领从蹄式 2、双领蹄式 3、双向领从蹄式 4、双从蹄式 5、单向增力式 6、双向增力式 2.2 盘式制动器盘式制动系统的基本零件是制动盘，轮毂和制动卡钳组件。制动盘为停止车轮的转动提供摩擦表面。车轮通过双头螺栓和带突缘的螺母装到制动盘毂上。毂内有允许车轮转动的轴承。制动盘的每一面有加工过的制动表面。液压元件和摩擦元件装在制动卡钳组件内。制动卡钳装到车辆上时，它跨骑在制动盘和轮毂的外径处。进行制动时，靠主缸的液压力，制动卡钳内的活塞被迫外移。活塞压力通过摩擦块或制动蹄夹住制动盘。由于施加在制动盘两侧的液压力是方向相反、大小相等的，制动盘不会变形，除非制动过猛或持续加压。制动盘表面的摩擦能生成热。由于制动盘在转动。表面没有遮盖，热很容易消散到周围空气中。由于迅速冷却的特性，即使在连续地猛烈制动之后，盘式制动器比抗制动衰退的鼓式制动器工作得要好。许多车辆的前部采用盘式制动器的主要理由就是它抗制动衰退性好和停车平稳。图2-2 盘式制动器结构图1.制动卡钳组件 2.制动盘和毂组件 3.轮毂 4.双头螺栓 5.摩擦面 6.摩擦块 2.2.1 定钳盘式制动器钳盘式制动器主要有以下几种结构型式：图2-3 钳盘式制动器示意图 a)、d) 固定钳式 b) 滑动钳式 c) 摆动钳式固定钳式制动器，如图（a）所示，制动盘两侧均有油缸。制动时，仅两侧油缸中的活塞驱使两侧制动块向盘面移动。这种制动器的主要优点是：（1）除活塞和制动块外无其它滑动件，易于保证钳的刚度；（2）结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多，容易实现从鼓式到盘式的改型；（3）很能适应分路系统的要求；就目前汽车发展趋势来看，随着汽车性能要求的提高，固定钳结构上的缺点也日益明显。主要有以下几个方面：（1）固定钳式至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管（桥管）来连通，这就使制动器的径向和轴向的尺寸都比较大，因而在车轮中布置比较困难；（2）在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，从而使制动器的制动效能受到影响；（3）固定前盘式制动器为了要兼充驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或者采用盘鼓结合式制动器，其中用于驻车制动的鼓式制动器只能是双向增力式的，但这种双向增力式制动器的调整不方便。2.2.2 浮钳盘式制动器浮钳盘式制动器的制动钳一般设计成可以相对于制动盘轴向滑动。其中只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装钳体。浮动钳式制动器可分为滑动钳式（图b）和摆动钳式（图c）。与固定钳式制动器相比较，其优点主要有以下几个方面：(1).钳的外侧没有油缸，可以将制动器进一步移近轮毂。因此，在布置时较容易；(2).浮动钳没有跨越制动盘的油管或油道，减少了受热机会，且单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽减少而冷却条件较好等原因，所以其制动液汽化可能性较小；(3).浮动钳的同一组制动块可兼用于行车和驻车制动；(4).采用浮动钳可将油缸和活塞等紧密件减去一半，造价大为降低。这一点对大批量生产的汽车工业式十分重要的。与定钳盘式制动器相反，浮钳盘式制动器的单侧油缸结构不需要跨越制动盘的油道，故不仅轴向和径向尺寸较小，有可能布置得更接近车轮轮毂，而且制动液受热气化的机会就少。此外，浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下，不用加设驻车制动钳，只须在行车制动钳的油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。2.2.3 全盘式制动器与鼓式制动器相比较，盘式制动器有如下优点：1、一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定。2、浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常。3、在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小。4、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏扳行程过大。5、较易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下缺点：1、效能较低，故用于液压制动系时所需制动促动管路压力较高，一班要用伺服装置。2、兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂，因而在后轮的应用受到限制。盘式制动器将逐步取代鼓式制动器，主要是由于盘式制动器和鼓式制动器的优缺点决定的。盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。相对于盘式制动器来说，鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。而且由于散热性不好，鼓式制动器存在热衰退现象。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它便宜，而且符合传统设计。我们知道，高速行驶的轿车，由于频繁使用制动，制动器的摩擦将会产生大量的热，使制动器温度急剧上升，这些热如果不能很好地散出，就会大大影响制动性能，出现所谓的制动效能热衰退现象，这可不是闹着玩的，制动器直接关乎生命。仅从这一点上，您就应该理解为什么盘式制动器会逐步取代鼓式制动器了吧。目前，在中高级轿车上前后轮都已经采用盘式制动器。不过，时下我们开的大部分轿车(如夏利、富康、捷达等)，采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器(即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器)，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动的要求比较大，一般来说前轮用了盘式制动器就可以了。当然，前后轮都使用盘式制动器是趋势（如VOLVO轿车）。3 制动系的设计理论基础3.1 制动力与制动力分配前、后制动器制动力分配关系将影响汽车的制动方向稳定性和附着条件的利用，是汽车制动系设计时必须考虑的问题。一般根据前、后轴制动器制动力的分配、装载情况、道路附着条件和坡度等因素，当制动器制动力足够时，汽车制动过程可能出现三种情况：前后轮同时抱死拖滑；前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。如前所述，前后轮同时抱死工况可避免后轴侧滑，并保证前轮只有在最大制动强度下，才使汽车失去转向能力，这种工况道路附着条件利用较好。前轮较后轮先抱死，虽然不会发生侧滑，但是汽车丧失转向能力。在一定速度下，后轮较前轮先抱死一定时间，会造成汽车后轴侧滑。3.1.1 制动时前,后轮的地面法向反作用力图3-1制动时汽车受力情况图3-1所示为，忽略汽车的滚动阻力偶和旋转质量减速时的惯性阻力偶矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。因为制动时车速较低，空气阻力可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力为（3-1）（3-2）式中：和分别为前后轮因制动形成的动载荷。如果假设汽车前后轮同时抱死，则汽车制动减速度为或（3-3）式中：为附着系数。将式（3-3）代入式（3-1），有（3-4）由式（3-4）可知，制动时汽车前轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而增大；后轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而减小。随大轴距汽车前后轴的载荷变化量小于短轴距汽车载荷变化量。例如，某载货汽车满载在干燥混凝土水平路面上以规定踏板力实施制动时，为静载荷的90，为静载荷的38，即前轴载荷增加90，后轴载荷降低38。3.1.2 前,后制动器制动力的理想分配曲线在汽车制动系设计时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力和的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理想分配曲线，通常简称为I曲线。在任何附着吸尘的路面上前、后轮制动器同时抱死，则前、后制动器制动力必定等于各自的附着力，且前、后制动器制动力（或地面制动力）之和等于附着力，即（3-5）将式（3-5）中的第二公式除以第三个公式，并将式（3-4）代入，有（3-6）联立方程组（3-6），并消除变量后，将方程表示的形式，即得到前后制动器制动力的理想分配关系式为（3-7）图3-2 I曲线示意图图3-3 I曲线的一种制作方法如已知汽车轴距、质心高度、总质量、质心的位置(质心至后轴的距离)，就可用式（3-7）绘制前、后制动器制动力的理想分配关系曲线，简称I曲线。图3-2就是根据式（3-7）绘制的汽车在空载和满载两种工况的I曲线。根据方程组（3-6）的两个方程也可直接绘制I曲线。假设一组值（0.1,0.2,0.3,1.0）,每个值代入方程组（3-6），就具有一个交点的两条直线，变化值，取得一组交点，连接这些交点就制成I曲线，见图3-3。I曲线时踏板力增长到使前、后车轮制动器同时抱死时前、后制动器制动力的理想分配曲线。前、后车轮同时抱死时，所以I曲线也是前、后车轮同时抱死时，和的关系曲线。3.2 具有固定比值的前，后轮制动器制动力与同步附着系数两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定的常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数，它可表示为（3-8）因为，所以（3-9）整理式（3-9）得（3-10）或表示为，即（3-11）式（3-10）为一线性方程。它是实际前、后制动器制动力实际分配线，简称为线。线通过坐标原点，其斜率为具有固定的线与I线的交点处的附着系数,被称为同步附着系数。它表示具有固定线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数时由汽车结构参数决定的，它是反应汽车制动性能的一个参数。同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。同步附着系数也可用解析方法求出。设汽车在同步附着系数的路面上制动，此时汽车前、后轮同时抱死，将式（3-6）代入式（3-10），得（3-12）整理后，得出（3-13）3.3 制动器的制动力矩假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为 M=2fFoR式中，f为摩擦因数；Fo为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大，取R等于平均半径Rm，或有效半径Re，在实际上已经足够精确。图3-4 钳盘式制动器的作用半径计算参考图如图3-4，平均半径为 Rm=(R1+R2)/2式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。故有效半径为 Re=M/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12)可见，有效半径Re即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。上式也可写成Re=4/31-R1R2/(R1+R2)2(R1+R2)/2=4/31-m/(1+m)2Rm式中，m= R1/R2因为m1，m/(1+m)2Rm，且m越小则两者差值越大。应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于065。制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0012mm，表面粗糙度为Ra0.71.3m，两摩擦表面的平行度不应大于005mm，制动盘的端面圆跳动不应大于003mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于HT250。3.4 利用附着系数与制动效率汽车制动减速度，其中被称为制动强度。由前述可知，若汽车在具有同步附着系数的路面上制动，汽车的前、后轮将同时达到抱死的工况，此时的制动强度。在其他路面上制动时，既不出现前轮抱死也不发生后轮抱死的制动强度必然小于地面附着系数，即。就是说，只有在的路面上，地面的附着条件才能被充分地利用。而在的路面上，因出现前轮或后轮先抱死的现象，地面附着条件未被很好地被利用。为了定量说明地面附着条件的利用程度，定义利用附着系数为,设汽车前轮刚要抱死或前、后轮同时刚要抱死时，汽车产生的减速度（或表示为），则由式（3-1）得前轮地面法向反作用力为（3-14）前轮制动器制动力和地面制动力为（3-15）将式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），则（3-16）同理可推导出后轮利用附着系数。后轮刚要抱死时，后轮地面制动力和地面法向反作用力（3-17）（3-18）将式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），则（3-19）对于已知汽车总质量、轴距、质心位置、等结构参数，则可绘制出利用附着系数与制动强度的关系曲线图。附着效率是制动强度和利用附着系数之比。它是也用于描述地面附着条件的利用程度，并说明实际制动力分配的合理性。根据附着效率的定义，有（3-20）（3-21）式中；和分别时前轴和后轴的附着效率。4 制动器的设计计算4.1 原始数据与技术参数装备质量 1310kg （G1=750；G2=560）满载质量 1860Kg （G1=870；G2=990）质心高度空载时 616mm 满载时 580mm轴距 2513mm轮胎 195/65 R15 91V 图4-1 制动时的汽车受力图4.2 参数选择以及数据计算4.2.1 盘式制动器主要参数的确定制动盘直径D轮辋直径为1524.5=367.5mm 取367mm制动盘直径为70%79%轮辋直径即：256.9289.93 取270mm制动盘厚度h选择通风式制动盘h=25摩擦衬块外半径R2、内半径R1根据制动盘直径可确定摩擦衬块外径R2=130考虑到R2/ R11.5，可选取R1=92mm，则R2/ R1=1.411.54.2.2 摩擦块摩损均匀性验证假设衬块的摩擦表面全部于制动盘接触，而且各处单位压力均匀，则制动器的制动力矩为 f 为摩擦因素,F0为单侧制动块对制动盘的压紧力，R作用半径在实际的计算过程中，R值我们取平均值Rm就可以了，设衬块的与制动盘之间的单位压力为p,则在任意微元面积RdRd 上的摩擦力对制动盘的中心的力矩为fpR2dRd,而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应为：单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为：所以有效半径：平均半径为：因为Re -Rm =0.5mm, Rm 和Re 之间相差不大，所以可以得出摩擦衬块和制动盘之间的单位压力分布均匀，摩擦块的磨损较为均匀。4.2.3 紧急制动时前后轮法向反力及附着力矩1. 空载情况质心至前轴距离：质心至后轴距离：考虑到汽车的行驶安全，选取沥青路（湿）的附着系数，则紧急制动时前后轴法向反力Fz1,Fz2及每轮附着力距M1,M2分别为满载情况质心到前轴的距离: 质心到后轴的距离: 紧急制动时候的前后轴发向反力Fz1,Fz2以及每轮附着力矩M1,M2分别为：4.2.4 同步附着系数的确定同步附着系数的选取原则：1、路面状况好，可以取大一点；路面差，取小一些。2、单胎，抗滑性能差，取大些；双胎，抗侧滑强取小一些。3、车速高，取大些；车速低取小些。4、平原地区，取大些；山区取小些。综上所述，选择此轻型汽车的=0.7空载时制动力分配系数满载时制动力分配系数 4.2.5 制动器的效率钳盘式制动器效能因数 k=2,其中取0.4 因此： k=0.84.2.6 制动力矩及制动盘的压力假设摩擦盘完全接触，而且各处的压力分布均匀。那么盘式制动器制动力矩为：为了保证汽车有良好的制动稳定性，汽车前轮先抱死，后轮后抱死（满载时候）则汽车的前轮制动器的产生的制动力矩等于前轮的附着力矩。即：单侧制动块对盘的压力：前轮制动器的制动力矩：4.2.7 同步附着系数的验算已知：制动力分配系数：那么同步附着系数：与设定值吻合。4.3 制动踏板行程的计算制动踏板工作行程其中：（操纵机构传动比）取47；主缸活塞行程：（0.81.2），依机械设计手册（五）。第七章，液压缸。表37.73.取25mm；主缸推杆与活塞间隙：0.2mm；主缸活塞空行程： 2mm；则： mm.法规要求不大于150200mm，故符合法规。第五章驱动桥设计第一节概述驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理地分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。驱动桥设计应当满足如下基本要求：1) 所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。 2) 外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。 3) 齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。4) )在各种转速和载荷下具有高的传动效率。5) 在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。6) 与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动协调。7) 结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便。第二节驱动桥的结构方案分析驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式(或称为整体式)，即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁(图51)，而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左、右半轴组成)都装在它里面。当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。这种驱动桥无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对于车架或车身作上下摆动，车轮传动装置采用万向节传动(图52)。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。具有桥壳的非断开式驱动桥结构简单、制造工艺性好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。断开式驱动桥结构较复杂，成本较高，但它大大地增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增强了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。图51 非断开式驱动桥1一土减速器 2一套筒 3一差速器 4、7一半轴 5一调整螺母 6一调整垫片 8一桥壳图52 断开式驱动桥第三节主减速器设计一主减速器结构方案分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速器形式不同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。1 螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动(图53a)的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连续平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制造也简单。但是在工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，提高支承刚度，增大壳体刚度。2 双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动(图53b)的主、从动齿轮的轴线相互垂直而不相交，主动齿轮轴线相对从动齿轮轴线在空间偏移一距离E，此距离称为偏移距。由于偏移距正的存在，使主动齿轮螺旋角大于从动齿轮螺旋角 (图54)。根据啮合面上法向力相等，可求出主、从动齿轮圆周力之比式中，、分别为主、从动齿轮的圆周力；、分别为主、从动齿轮的螺旋角。螺旋角是指在锥齿轮节锥表面展开图上的齿线任意一点A的切线TT与该点和节锥顶点连线之间的夹角。在齿面宽中点处的螺旋角称为中点螺旋角(图54)。通常不特殊说明，则螺旋角系指中点螺旋角。双曲面齿轮传动比为式中，为双曲面齿轮传动比；、分别为主、从动齿轮平均分度圆半径。螺旋锥齿轮传动比为令，则。由于，所以系数K1，一般为125150。这说明： 1)当双曲面齿轮与螺旋锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮传动有更大的传动比。 2)当传动比一定，从动齿轮尺寸相同时，双曲面主动齿轮比相应的螺旋锥齿轮有较大的直径，较高的轮齿强度以及较大的主动齿轮轴和轴承刚度。 3)当传动比一定，主动齿轮尺寸相同时，双曲面从动齿轮直径比相应的螺旋锥齿轮为小，因而有较大的离地间隙。另外，双曲面齿轮传动比螺旋锥齿轮传动还具有如下优点： 1)在工作过程中，双曲面齿轮副不仅存在沿齿高方向的侧向滑动，而且还有沿齿长方向的纵向滑动。纵向滑动可改善齿轮的磨合过程，使其具有更高的运转平稳性。 2)由于存在偏移距，双曲面齿轮副使其主动齿轮的大于从动齿轮的，这样同时啮合的齿数较多，重合度较大，不仅提高了传动平稳性，而且使齿轮的弯曲强度提高约30。 3)双曲面齿轮传动的主动齿轮直径及螺旋角都较大，所以相啮合轮齿的当量曲率半径较相应的螺旋锥齿轮为大，其结果使齿面的接触强度提高。 4)双曲绵主动齿轮的变大，则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)双曲面齿轮传动的主动齿轮较大，加工时所需刀盘刀顶距较大，因而切削刃寿命较长。 6)双曲面主动齿轮轴布置在从动齿轮中心上方，便于实现多轴驱动桥的贯通，增大传动轴的离地高度。布置在从动齿轮中心下方可降低万向传动轴的高度，有利于降低轿车车身高度，并可减小车身地板中部凸起通道的高度。但是，双曲面齿轮传动也存在如下缺点： 1)沿齿长的纵向滑动会使摩擦损失增加，降低传动效率。双曲面齿轮副传动效率约为96，螺旋锥齿轮副的传动效率约为99。 2)齿面间大的压力和摩擦功，可能导致油膜破坏和齿面烧结咬死，即抗胶合能力较低。 3)双曲面主动齿轮具有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。 4)双曲面齿轮传动必须采用可改善油膜强度和防刮伤添加剂的特种润滑油，螺旋锥齿轮传动用普通润滑油即可。由于双曲面齿轮具有一系列的优点，因而它比螺旋锥齿轮应用更广泛。一般情况下，当要求传动比大于45而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更合理。这是因为如果保持主动齿轮轴径不变，则双曲面从动齿轮直径比螺旋锥齿轮小。当传动比小于2时，双曲面主动齿轮相对螺旋锥齿轮主动齿轮显得过大，占据了过多空间，这时可选用螺旋锥齿轮传动，因为后者具有较大的差速器可利用空间。对于中等传动比，两种齿轮传动均可采用。3圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动(图53c)一般采用斜齿轮，广泛应用于发动机横置且前置前驱动的轿车驱动桥(图55)和双级主减速器贯通式驱动桥。4蜗杆传动蜗杆(图53d)传动与锥齿轮传动相比有如下优点：1)在轮廓尺寸和结构质量较小的情况下，可得到较大的传动比(可大于7)。2)在任何转速下使用均能工作得非常平稳且无噪声。3)便于汽车的总布置及贯通式多桥驱动的布置。4)能传递大的载荷，使用寿命长。5)结构简单，拆装方便，调整容易。但是由于蜗轮齿圈要求用高质量的锡青铜制作，故成本较高；另外，传动效率较低。蜗杆传动主要用于生产批量不大的个别重型多桥驱动汽车和具有高转速发动机的大客车上。主减速器的减速形式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单双级贯通、单双级减速配以轮边减速等。1单级主减速器单级主减速器(图56)可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比扎不能太大，一般io 7，进一步提高io将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。2.双级主减速器双级主减速器(图57)与单级相比，在保证离地间隙相同时可得到大的传动比，io一般为712。但是尺寸、质量均较大，成本较高。它主要应用于中、重型货车、越野车和大客车上。整体式双级主减速器有多种结构方案：第一级为锥齿轮，第二级为圆柱齿轮(图58a)；第一级为锥齿轮，第二级为行星齿轮；第一级为行星齿轮，第二级为锥齿轮(图58b)；第一级为圆柱齿轮，第二级为锥齿轮(图58c)。对于第一级为锥齿轮、第二级为圆柱齿轮的双级主减速器，可有纵向水平(图58d)、斜向(图58e)和垂向(图58f)三种布置方案。纵向水平布置可以使总成的垂向轮廓尺寸减小，从而降低汽车的质心高度，但使纵向尺寸增加，用在长轴距汽车上可适当减小传动轴长度，但不利于短轴距汽车的总布置，会使传动轴过短，导致万向传动轴夹角加大。垂向布置使驱动桥纵向尺寸减小，可减小万向传动轴夹角，但由于主减速器壳固定在桥壳的上方，不仅使垂向轮廓尺寸增大，而且降低了桥壳刚度，不利于齿轮工作。这种布置可便于贯通式驱动桥的布置。斜向布置对传动轴布置和提高桥壳刚度有利。在具有锥齿轮和圆柱齿轮的双级主减速器中分配传动比时，圆柱齿轮副和锥齿轮副传动比的比值一般为1420，而且锥齿轮副传动比一般为1733，这样可减小锥齿轮啮合时的轴向载荷和作用在从动锥齿轮及圆柱齿轮上的载荷，同时可使主动锥齿轮的齿数适当增多，使其支承轴颈的尺寸适当加大，以改善其支承刚度，提高啮合平稳性和工作可靠性。3 双速主减速器双速主减速器(图59)内由齿轮的不同组合可获得两种传动比。它与普通变速器相配合，可得到双倍于变速器的挡位。双速主减速器的高低挡减速比是根据汽车的使用条件、发动机功率及变速器各挡速比的大小来选定的。大的主减速比用于汽车满载行驶或在困难道路上行驶，以克服较大的行驶阻力并减少变速器中间挡位的变换次数；小的主减速比则用于汽车空载、半载行驶或在良好路面上行驶，以改善汽车的燃料经济性和提高平均车速。图57 双级主减速器图58 双级主减速器布置方案双速主减速器可以由圆柱齿轮组(图59a)或行星齿轮组(图59b)构成。圆柱齿轮式双速主减速器结构尺寸和质量较大，可获得的主减速比较大。只要更换圆柱齿轮轴、去掉一对圆柱齿轮，即可变型为普通的双级主减速器。行星齿轮式双速主减速器结构紧凑，质量较小，具有较高的刚度和强度，桥壳与主减速器壳都可与非双速通用，但需加强行星轮系和差速器的润滑。对于行星齿轮式双速主减速器，当汽车行驶条件要求有较大的牵引力时，驾驶员通过操纵机构将啮合套及太阳轮推向右方(图示位置)，接合齿轮5的短齿与固定在主减速器上的接合齿环相接合，太阳轮1就与主减速器壳联成一体，并与行星齿轮架3的内齿环分离，而仅与行星齿轮4啮合。于是，行星机构的太阳轮成为固定轮，与从动锥齿轮联成一体的齿圈2为主动轮，与差速器左壳联在一起的行星齿轮架3为从动件，行星齿轮起减速作用，其减速比为(1十)，为太阳轮齿数与齿圈齿数之比。在一般行驶条件下，通过操纵机构使啮合套及太阳轮移到左边位置，啮合套的接合齿轮5与固定在主减速器壳上的接合齿环分离，太阳轮1与行星齿轮4及行星齿轮架3的内齿环同时啮合，从而使行星齿轮无法自转，行星齿轮机构不再起减速作用。显然，此时双速主减速器相当于一个单级主减速器。双速主减速器的换挡是由远距离操纵机构实现的，一般有电磁式、气压式和电一气压综合式操纵机构。由于双速主减速器无换挡同步装置，因此其主减速比的变换是在停车时进行的。双速主减速器主要在一些单桥驱动的重型汽车上采用。4.贯通式主减速器贯通式主减速器(图510，图511)根据其减速形式可分成单级和双级两种。单级贯通式主减速器具有结构简单，体积小，质量小，并可使中、后桥的大部分零件，尤其是使桥壳、半轴等主要零件具有互换性等优点，主要用于轻型多桥驱动的汽车上。根据减速齿轮形式不同，单级贯通式主减速器又可分为双曲面齿轮式及蜗轮蜗杆式两种结构。双曲面齿轮式单级贯通式主减速器(图510a)是利用双曲面齿轮副轴线偏移的特点，将一根贯通轴穿过中桥并通向后桥。但是这种结构受主动齿轮最少齿数和偏移距大小的限制，而且主动齿轮工艺性差，主减速比最大值仅在5左右，故多用于轻型汽车的贯通式驱动桥上。当用于大型汽车时，可通过增设轮边减速器或加大分动器速比等方法来加大总减速比。蜗轮蜗杆式单级贯通式主减速器(图510b)在结构质量较小的情况下可得到较大的速比。它使用于各种吨位多桥驱动汽车的贯通式驱动桥的布置。另外，它还具有工作平滑无声、便于汽车总布置的优点。如蜗杆下置式布置方案被用于大客车的贯通式驱动桥中，可降低车厢地板高度。对于中、重型多桥驱动的汽车，由于主减速比较大，多采用双级贯通式主减速器。根据齿轮的组合方式不同，可分为锥齿轮一圆柱齿轮式和圆柱齿轮一锥齿轮式两种形式。锥齿轮一圆柱齿轮式双级贯通式主减速器(图511a)可得到较大的主减速比，但是结构高度尺寸大，主动锥齿轮工艺性差，从动锥齿轮采用悬臂式支承，支承刚度差，拆装也不方便。圆柱齿轮一锥齿轮式双级贯通式主减速器(图511b)的第一级圆柱齿轮副具有减速和贯通的作用，有时仅用作贯通用，将其速比设计为1。在设计中应根据中、后桥锥齿轮的布置、旋转方向、双曲面齿轮的偏移方式以及圆柱齿轮副在锥齿轮副前后的布置位置等因素来确定锥齿轮的螺旋方向，所选的螺旋方向应使主、从动锥齿轮有相斥的轴向力。这种结构与前者相比，结构紧凑，高度尺寸减小，有利于降低车厢地板及整车质心高度。5.单双级减速配轮边减速器在设计某些重型汽车、矿山自卸车、越野车和大型公共汽车的驱动桥时，由于传动系总传动出敷大，为了使变速器、分动器、传动轴等总成所受载荷尽量小，往往将驱动桥的速比分配得较大。当主减速比大于12时，一般的整体式双级主减速器难以达到要求，此时常采用轮边减速器(图512)。这样，不仅使驱动桥的中间尺寸减小，保证了足够的离地间隙，而且可得到较大的驱动桥总传动比。另外，半轴、差速器及主减速器从动齿轮等零件由于所受载荷大为减小，使它们的尺寸可以减小。但是由于每个驱动轮旁均设一轮边减速器，使结构复杂，成本提高，布置轮毂、轴承、车轮和制动器较困难。图512 轮边减速器a)圆柱行星齿轮式 b)圆锥行星齿轮式 c)普通外啮合圆柱齿轮式1一轮辋 2一环齿轮架 3一环齿轮 4一行星齿轮 5一行星齿轮架 6一行星齿轮轴 7一太阳轮8一锁紧螺母 9、10一螺栓 11一轮毂 12一接合轮 13一操纵机构 14一外圆锥齿轮 15一侧盖圆柱行星齿轮式轮边减速器(图512a)可以在较小的轮廓尺寸条件下获得较大的传动比，且可以布置在轮毂之内。作驱动齿轮的太阳轮连接半轴，内齿圈由花键连接在半轴套管上，行星齿轮架驱动轮毂。行星齿轮一般为35个均匀布置，使处于行星齿轮中间的太阳轮得到自动定心。圆锥行星齿轮式轮边减速器(图512b)装于轮毂的外侧，具有两个轮边减速比。当换挡用接合轮12位于图示位置时，轮边减速器位于低挡；当接合轮被专门的操纵机构13移向外侧并与侧盖15的花键孔内齿相接合，使半轴直接驱动轮边减速器壳及轮毂时，轮边减速器位于高挡。普通外啮合圆柱齿轮式轮边减速器，根据主、从动齿轮相对位置的不同，可分为主动齿轮上置和下置两种形式。主动齿轮上置式轮边减速器主要用于高通过性的越野汽车上，可提高桥壳的离地间隙；主动齿轮下置式轮边减速器(图512c)主要用于城市公共汽车和大客车上，可降低车身地板高度和汽车质心高度，提高了行驶稳定性，方便了乘客上、下车。二主减速器主、从动锥齿轮的支承方案主减速器中必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好的工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度密切相关。1主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承和跨置式支承两种。悬臂式支承结构(图513a)的特点是在锥齿轮大端一侧采用较长的轴颈，其上安装两个圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两支承间的距离凸b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承承受，而反向轴向力则由另一轴承承受。为了尽可能地增加支承刚度，支承距离b应大于25倍的悬臂长度a，且应比齿轮节圆直径的70还大，另外靠近齿轮的轴径应不小于尺寸a。为了方便拆装，应使靠近齿轮的轴承的轴径比另一轴承的支承轴径大些。靠近齿轮的支承轴承有时也采用圆柱滚子轴承，这时另一轴承必须采用能承受双向轴向力的双列圆锥滚子轴承。支承刚度除了与轴承形式、轴径大小、支承间距离和悬臂长度有关以外，还与轴承与轴及轴承与座孔之间的配合紧度有关。跨置式支承结构(图513b)的特点是在锥齿轮的两端均有轴承支承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式支承必须在主减速器壳体上有支承导向轴承所需要的轴承座，从而使主减速器壳体结构复杂，加工成本提高。另外，因主、从动齿轮之间的空间很小，致使主动齿轮的导向轴承尺寸受到限制，有时甚至布置不下或使齿轮拆装困难。跨置式支承中的导向轴承都为圆柱滚子轴承，并且内外圈可以分离或根本不带内圈。它仅承受径向力，尺寸根据布置位置而定，是易损坏的一个轴承。在需要传递较大转矩情况下，最好采用跨置式支承。2从动锥齿轮的支承从动锥齿轮的支承(图513c)，其支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。从动锥齿轮多用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c十d应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70。为了使载荷能尽量均匀分配在两轴承上，应尽量使尺寸c等于或大于尺寸d。在具有大的主传动比和径向尺寸较大的从动锥齿轮的主减速器中，为了限制从动锥齿轮因受轴向力作用而产生偏移，在从动锥齿轮的外缘背面加设辅助支承(图514)。辅助支承与从动锥齿轮背面之间的间隙，应保证偏移量达到允许极限时能制止从动锥齿轮继续变形。主、从动齿轮受载变形或移动的许用偏移量如图515所示。三主减速器锥齿轮主要参数选择主减速器锥齿轮的主要参数有主、从动锥齿轮齿数z1和z2、从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数m 、主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2、双曲面齿轮副的偏移距E、中点螺旋角、法向压力角等。1主、从动锥齿轮齿数z1和z2选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1)为了磨合均匀,z1、z2之间应避免有公约数。2)为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40。3)为了啮合平稳、噪声小和具有高的疲劳强度，对于货车，z1一般不少于6。4)当主传动比io较大时，尽量使z1取得小些，以便得到满意的离地间隙。5)对于不同的主传动比， z1和z2应有适宜的搭配。2 .从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数m 对于单级主减速器，D2对驱动桥壳尺寸有影响，D2大将影响桥壳的离地间隙；D2小则影响跨置式主动齿轮的前支承座的安装空间和差速器的安装。D2可根据经验公式初选式中，D2为从动锥齿轮大端分度圆直径（mm）；KD2为直径系数，一般为13.015.3；Tc为从动锥齿轮的计算转矩（N m）。Tc=minTce, Tcs(见本节计算载荷确定部分)m 由下式计算式中，m 为齿轮端面模数。同时，m 还应满足式中，Km为模数系数，取0.30.4。3 主、从动锥齿轮齿面宽b1和b2锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面宽过窄及刀尖圆角过小。这样，不但减小了齿根圆半径，加大了应力集中，还降低了刀具的使用寿命。此外，在安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因，使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间的减小。但是齿面过窄，轮齿表面的耐磨性会降低。从动锥齿轮齿面宽b2推荐不大于其节锥距A2的0.3倍，即b2=0.3A2，而且b2应满足b22,1与2之差称为偏移角 (图54)。选择时，应考虑它对齿面重合度F、轮齿强度和轴向力大小的影响。越大，则F也越大，同时啮合的齿数越多，传动就越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高。一般F应不小于1.25，在1.52.0时效果最好。但是过大，齿轮上所受的轴向力也会过大。汽车主减速器弧齿锥齿轮螺旋角或双曲面齿轮副的平均螺旋角一般为3540。轿车选用较大的值以保证较大的f，使运转平稳，噪声低；货车选用较小声值以防止轴向力过大，通常取35。 6螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。7法向压力角。法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数。但对于小尺寸的齿轮，压力角大易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮端面重合度下降。因此，对于轻负荷工作的齿轮一般采川小压力角，町使齿轮运转平稳，噪小低。对于弧齿锥齿轮，轿车:一般选用1430或16；货车:为20；重型货车:为2230。对于双曲面齿轮，大齿轮轮齿两侧压力角是相同的，但小齿轮轮齿两侧的压力角是不等的，选取平均压力角时，轿车为19或20，货车为20或2230。四 .主减速器锥齿轮强度计算(一) 计算载荷的确定汽车主减速器锥齿轮的切齿法有格里森和奥里康两种方法，这里仅介绍格里森齿制锥齿轮计算载荷的三种确定方法。（1）按发动机最大转矩和最低档传动比确定从动锥齿轮的计算转矩Tce 式中，Tce为计算转矩（N.m）；kd为猛接离合器所产生的动载系数，货车：kd=1；Temax为发动机最大转矩；n为计算驱动桥数；i1为变速器一档传动比；为发动机到万向传动轴之间的传动效率。（2)按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs 式2式中，Tcs为计算转矩（N.m）；G2为满载状况下一个驱动桥上的静载荷（N）；m2为汽车最大加速度时的后轴负荷转移系数，轿车：m2=1.21.4，货车：m2D=1.11.2；为轮胎与路面间的附着系数；rr为车轮滚动半径（m）；im为主减速器从动齿轮到车轮之间的传动比；m为主减速器主动齿轮到车轮之间的传动效率。（3)按汽车日常行驶平均转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcf 式3式中，Tcf为计算转矩（N.m）；Ft为汽车日常行驶平均牵引力（N）。用式1和式2求得的计算转矩是从动锥齿轮的最大转矩，不同于用式3求得的日常行驶平均转矩。当计算锥齿轮最大应力时，计算转矩Tc取前面两种的较小值，即Tc=minTce,Tcs；当计算锥齿轮的疲劳寿命时，Tc取Tcf。主动锥齿轮的计算转矩为式中，Tz为主动锥齿轮的计算转矩（N.m）；io为主传动比；G为主、从动锥齿轮间的传动效率。计算时，对于弧齿锥齿轮福，G取95%；对于双曲面齿轮副，当io6时，G取85%，当io=1.6mm时，，当m 16mm时，ks=05；km为齿面载荷分配系数，跨置式结构：km1011，悬臂式结构：km110125；kv为质量系数，当轮齿接触良好，齿距及径向跳动精度高时，kr10；b为所计算的齿轮齿面宽(mm)；D为所讨论齿轮大端分度圆直径(mm)；Jw为所计算齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取法见参考文献10。上述按minTce,Tcs计算的最大弯曲应力不超过700MPa；按Tcf计算的疲劳弯曲应力不应超过210MPa，破坏的循环次数为6x106。3.轮齿接触强度锥齿轮轮齿的齿面接触应力为式中，J为锥齿轮轮齿的齿面接触应力(MPa)；D1为主动锥齿轮大端分度圆直径(mm)；b取b1和b2的较小值(mm)；ks为尺寸系数，它考虑了齿轮尺寸对淬透性的影响，通常取10；kf为齿面品质系数，它取决于齿面的表面粗糙度及表面覆盖层的性质(如镀铜、磷化处理等)，对于制造精确的齿轮，ks取10；Cp为综合弹性系数，钢对钢齿轮，Cp取2326N1/2mm；JJ为齿面接触强度的综合系数，取法见参考文献10；ko、km、kv见式(514)的说明。上述按minTce,Tcs计算的最大接触应力不应超过2800MPa，按Tcf计算的疲劳接触应力不应超过1750MPa。主、从动齿轮的齿面接触应力是相同的.五、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算锥齿轮齿面上的作用力锥齿轮在工作过程中，相互啮合的齿面上作用有一法向力。该法向力可分解为沿齿轮切线方向的圆周力、沿齿轮轴线方向的轴向力及垂直于齿轮轴线的径向力。 (1) 齿宽中点处的圆周力齿宽中点处的圆周力F为 F=2T/Dm2 (5-16)式中，T为作用在从动齿轮上的转矩；Dm2为从动齿轮齿宽中点处的分度圆直径，由式(5-17)确定，即 Dm2=D2-b2sin2 (5-17)式中，D2为从动齿轮大端分度圆直径；b2为从动齿轮齿面宽；2为从动齿轮节锥角。由FiF2=cos1cos2可知，对于弧齿锥齿轮副，作用在主、从动齿轮上的圆周力是相等的；对于双曲面齿轮副，它们的圆周力是不等的。 (2) 锥齿轮的轴向力和径向力图5-17为主动锥齿轮齿面受力图。其螺旋方向为左旋，从锥顶看旋转方向为逆时针。FT为作用在节锥面上的齿面宽中点A处的法向力。在A点处的螺旋方向的法平面内，FT分解成两个相互垂直的力FN和Ff。FN垂直于OA且位于OOA所在的平面，Ff位于以OA为切线的节锥切平面内。Ff在此切平面内又可分解成沿切线方向的圆周力F和沿节锥母线方向的力Fs。F与Ff之间的夹角为螺旋角，FT与Ff之间的夹角为法向压力角。这样有 F=FTcoscos (5-18) FN=FTsina=Ftanacos (5-19) Fs=FTcossin=Ftan (5-20)于是作用在主动锥齿轮齿面上的轴向力Faz和径向力Frx分别为 Faz=FNsin+Fscos (5-21) Frz=FNcos-Fssin (5-22) 若主动锥齿轮的螺旋方向和旋转方向改变时，主、从动齿轮齿面上所受的轴向力和径向力见表5-2。主动小齿轮螺旋方向旋转方向轴向力径向力右顺时针主动齿轮Faz=F/cos(tansin-sincos) 主动齿轮Frz=F/cos(tancos+sinsin) 左逆时针从动齿轮Fac=F/cos(tansin+sincos) 从动齿轮Frz=F/cos(tancos-sinsin)表5-2 齿面上的轴向力和径向力主动小齿轮螺旋方向旋转方向轴向力径向力右逆时针主动齿轮Faz=F/cos(tansin+sincos) 主动齿轮Frz=F/cos(tancos-sinsin)左顺时针从动齿轮Fac=F/cos(tansin-sincos) 从动齿轮Frz=F/cos(tancos+sinsin)注：1公式中的节锥角7，在计算主动齿轮受力时用面锥角代之；计算从动齿轮受力时用根锥角代之。 2计算结果如轴向力为正，表明力的方向离开锥顶，负值表示指向锥顶；径向力是正值，表明力使该齿轮离开相啮合齿轮，负值表明力使该齿轮靠近相啮合齿轮。 3当计算双曲面齿轮受力时，o为轮齿驱动齿廓的法向压力角。 2锥齿轮轴承的载荷当锥齿轮齿面上所受的圆周力、轴向力和径向力计算确定后，根据主减速器齿轮轴承的布置尺寸，即可求出轴承所受的载荷。图518为单级主减速器的悬臂式支承的尺寸布置图，各轴承的载荷计算公式见表53。轴承上的载荷确定后，很容易根据轴承型号来计算其寿命，或根据寿命要求来选择轴承型号。六、锥齿轮的材料驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。它是传动系中的薄弱环节。锥齿轮材料应满足如下要求： 1)具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面具有高的硬度以保证有高的耐磨性。 2)轮齿芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。 3)锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。 4)选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。汽车主减速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层(一般碳的质量分数为0.812)，具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性，故这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗透层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层剥落。为改善新齿轮的磨合，防止其在运行初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理及精加工后，作厚度为00050020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高25的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。渗硫后摩擦因数可显著降低，即使润滑条件较差，也能防止齿面擦伤、咬死和胶合。第四节差速器设计汽车在行驶过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的，如转弯时内侧车轮行程比外侧车轮短；左右两轮胎内的气压不等、胎面磨损不均匀、两车轮上的负荷不均匀而引起车轮滚动半径不相等；左右两轮接触的路面条件不同，行驶阻力不等等。这样，如果驱动桥的左、右车轮刚性连接，则不论转弯行驶或直线行驶，均会引起车轮在路面上的滑移或滑转，一方面会加剧轮胎磨损、功率和燃料消耗，另一方面会使转向沉重，通过性和操纵稳定性变坏。为此，在驱动桥的左、右车轮间都装有轮间差速器。在多桥驱动的汽车上还常装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥间产生功率循环及由此引起的附加载荷、传动系零件损坏、轮胎磨损和燃料消耗等。差速器用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。一、差速器结构形式选择 (一)齿轮式差速器汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。他又可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器等1普通锥齿轮式差速器由于普通锥齿轮式差速器结构简单、工作平稳可靠，所以广泛应用于一般使用条件的汽车驱动桥中。图519为其示意图，图中0为差速器壳的角速度；1、2分别为左、右两半轴的角速度；To为差速器壳接受的转矩；Tr为差速器的内摩擦力矩；T1、T2分别为左、右两半轴对差速器的反转矩。根据运动分析可得 + 2 (523)显然，当一侧半轴不转时，另一侧半轴将以两倍的差速器壳体角速度旋转；当差速器壳体不转时，左右半轴将等速反向旋转。根据力矩平衡可得 (5 - 24)差速器性能常以锁紧系数k是来表征，定义为差速器的内摩擦力矩与差速器壳接受的转矩之比，由下式确定结合式(524)可得 (5 - 26) 定义快慢转半轴的转矩比kb=T2/T1,则kb与k之间有 (5 - 27)普通锥齿轮差速器的锁紧系数是一般为005015，两半轴转矩比kb=111135，这说明左、右半轴的转矩差别不大，故可以认为分配给两半轴的转矩大致相等，这样的分配比例对于在良好路面上行驶的汽车来说是合适的。但当汽车越野行驶或在泥泞、冰雪路面上行驶，一侧驱动车轮与地面的附着系数很小时，尽管另一侧车轮与地面有良好的附着，其驱动转矩也不得不随附着系数小的一侧同样地减小，无法发挥潜在牵引力，以致汽车停驶。2.摩擦片式差速器为了增加差速器的内摩擦力矩，在半轴齿轮7与差速器壳1之间装上了摩擦片2(图520)。两根行星齿轮轴5互相垂直，轴的两端制成V形面4与差速器壳孔上的V形面相配，两个行星齿轮轴5的V形面是反向安装的。每个半轴齿轮背面有压盘3和主、从动摩擦片2，主、从动摩擦片2分别经花键与差速器壳1和压盘3相连。当传递转矩时，差速器壳通过斜面对行星齿轮轴产生沿行星齿轮轴线方向的轴向力，该轴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。此摩擦力矩Tr，与差速器所传递的转矩丁。成正比，可表示为示为 (5 - 28)式中，为摩擦片平均摩擦半径；为差速器壳V形面中点到半轴齿轮中心线的距离；f为摩擦因数；z为摩擦面数；为V形面的半角。摩擦片式差速器的锁紧系数k可达06，可达4。这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车通过性。3强制锁止式差速器当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵，啮合接合器(即差速锁)将差速器壳与半轴锁紧在一起，使差速器不起作用，这样可充分利用地面的附着系数，使牵对于装有强制锁止式差速器的4X2型汽车，假设一驱动轮行驶在低附着系数甲的路面上，另一驱动轮行驶在高附着系数的路面上，这样装有普通锥齿轮差速器的汽车所能发挥的最大牵引力为 (5 - 29)式中，为驱动桥上的负荷。如果差速器完全锁住，则汽车所能发挥的最大牵引力为 (5 - 30)可见，采用差速锁将普通锥齿轮差速器锁住，可使汽车的牵引力提高倍，从而提高了汽车通过性。当然，如果左、右车轮都处于低附着系数的路面，虽锁住差速器，但牵引力仍超过车轮与地面间的附着力，汽车也无法行驶。强制锁止式差速器可充分利用原差速器结构，其结构简单，操作方便。目前，许多使用范围比较广的重型货车上都装用差速锁。(二)滑块凸轮式差速器图521为双排径向滑块凸轮式差速器。差速器的主动件是与差速器壳1连接在一起的套，套上有两排径向孔，滑块2装于孔中并可作径向滑动。滑块两端分别与差速器的从动元件内凸轮4和外凸轮3接触。内、外凸轮分别与左、右半轴用花键连接。当差速器传递动力时，主动套带动滑块并通过滑块带动内、外凸轮旋转，同时允许内、外凸轮转速不等。理论上凸轮形线应是阿基米德螺线，为加工简单起见，可用圆弧曲线代替。图522为滑块受力图。滑块与内凸轮、外凸轮和主动套之间的作用力分别为Fl、F2和F，由于接触面间的摩擦，这些力与接触点法线方向均偏斜一摩擦角户。由F1、F2和F构成的力三角形可知式中，12分别为内、外凸轮形线的升角。左、右半轴受的转矩Tl和T2分别为中，r1、r2分别为滑块与内、外凸轮接触点的半径。将式(531)代人式(532)可得因此，凸块式差速器左、右半轴的转矩比kb为 (5 - 34) 滑块凸轮式差速器址一种高摩擦自锁差速器，其结构紧凑、质量小。但其结构较复杂，礼零件材料、机械加工、热处耶、化学处理等方面均有较高的技术要求。(三)蜗轮式差速器蜗轮式差速器(图523)也是一种高摩擦自锁差速器。蜗杆2、4同时与行星蜗轮3与半轴蜗轮1、5啮合，从而组成一行星齿轮系统。这种差速器半轴的转矩比为式中，为蜗杆螺旋角；为摩擦角。蜗轮式差速器的半轴转矩比kb可高达567900，锁紧系数是达0708。但在如此高的内摩擦情况下，差速器磨损快、寿命短。当把kb降到265300，k降到045050时，可提高该差速器的使用寿命。由于这种差速器结构复杂，制造精度要求高，因而限制了它的应用。(四)牙嵌式自由轮差速器牙嵌式自由轮差速器(图524)是自锁式差速器的一种。装有这种差速器的汽车在直线行驶时，主动环可将由主减速器传来的转矩按左、右轮阻力的大小分配给左、右从动环(即左、右半轴)。当一侧车轮悬空或进入泥泞、冰雪等路面时，主动环的转矩可全部或大部分分配给另一侧车轮。当转弯行驶时，外侧车轮有快转的趋势，使外侧从动环与主动环脱开，即中断对外轮的转矩传递；内侧车轮有慢转的趋势，使内侧从动环与主动环压得更紧，即主动环转矩全部传给内轮。由于该差速器在转弯时是内轮单边传动，会引起转向沉重，当拖带挂车时尤为突出。此外，由于左、右车轮的转矩时断时续，车轮传动装置受的动载荷较大，单边传动也使其受较大的载荷。牙嵌式自由轮差速器的半轴转矩比Ab是可变的，最大可为无穷大。该差速器工作可靠，使用寿命长，锁紧性能稳定，制造加工也不复杂。二、普通锥齿轮差速器齿轮设计(一)差速器齿轮主要参数选择 1行星齿轮数n 行星齿轮数n需根据承载情况来选择。通常情况下，轿车：n=2；货车或越野车：n=4。 2行星齿轮球面半径 Rb 行星齿轮球面半径Rb反映了差速器锥齿轮节锥距的大小和承载能力，可根据经验公式来确定式中，Kb为行星齿轮球面半径系数，Kb =2530，对于有四个行星齿轮的轿车和公路用货车取小值，对于有两个行星齿轮的轿车及四个行星齿轮的越野车和矿用车取大值；Td为差速器计算转矩(Nm)，Td=minTce,Tcs: Rb 为球面半径(mm)。行星齿轮节锥距A0为3行星齿轮和半轴齿轮齿数Z1、Z2 为了使轮齿有较高的强度，希望取较大的模数，但尺寸会增大，于是又要求行星齿轮的齿数Z1应取少些，但Z1一般不少于10。半轴齿轮齿数Z2在1425选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比Z2Z1在1520的范围内。为使两个或四个行星齿轮能同时与两个半轴齿轮啮合，两半轴齿轮齿数和必须能被行星齿轮数整除，否则差速齿轮不能装配。4行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2及模数m 行星齿轮和半轴齿轮节锥角1、2分别为锥齿轮大端端面模数m为 (5 - 39)5压力角汽车差速齿轮大都采用压力角为、齿高系数为0.8的齿形。某些重型货车和矿用车采用压力角，以提高齿轮强度。6行星齿轮轴直径d及支承长度L行星齿轮轴直径d(mm)为 (5-40) 式中，为差速器传递的转矩(Nm)，n为行星齿轮数；为行星齿轮支承面中点到锥顶的距离(mm)，约为半轴齿轮齿宽中点处平均直径的一半；为支承面许用挤压应力，取98MPa。行星齿轮在轴上的支承长度L为 (5-40)(二)差速器齿轮强度计算差速器齿轮的尺寸受结构限制，而且承受的载荷较大，它不像主减速器齿轮那样经常处于啮合传动状态，只有当汽车转弯或左、右轮行驶不同的路程时，或一侧车轮打滑而滑转时，差速器齿轮才能有啮合传动的相对运动。因此，对于差速器齿轮主要应进行弯曲强度计算。轮齿弯曲应力 (MPa)为 (5-40)式中，n为行星齿轮数；J为综合系数，取法见参考文献10；、分别为半轴齿轮齿宽及其大端分度圆直径(mm)； T为半轴齿轮计算转矩(Nm)，；、、按主减速器齿轮强度计算的有关数值选取。当时，；当时，。差速器齿轮与主减速器齿轮一样，基本上都是用渗碳合金钢制造，目前用于制造差速器锥齿轮的材料为20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齿轮轮齿要求的精度较低，所以精锻差速器齿轮工艺已被广泛应用。三、粘性联轴器结构及在汽车上的布置粘性联轴器是一种利用液体粘性传递动力的装置。它以其优良的性能不仅广泛应用于四轮驱动汽车上，而且也应用于两轮驱动汽车上。 1粘性联轴器结构和工作原理粘性联轴器结构简图如图525所示。内叶片2与A轴1以花键连接，叶片可在轴上滑动；外叶片6与壳体3也以花键连接，但叶片内有隔环7，防止外叶片轴向移动。隔环的厚度决定了内、外叶片的间隙。叶片上各自加工有孔或槽，壳体内充人作为粘性工作介质的硅油4，用油封密封。粘性联轴器属于液体粘性传动装置，是依靠硅油的粘性阻力来传递动力，即通过内、外叶片间硅油的油膜剪切力来传递动力。一般在密封的壳体内填充了占其空间8090的硅油(其余是空气)，高粘度的硅油存在于内、外叶片的间隙内。当A轴与月轴之间有转速差时，内、外叶片间将产生剪切阻力，使转矩由高速轴传递到低速轴。它所能传递的转矩与联轴器的结构、硅油粘度及输入轴、输出轴的转速差有关。 2粘性联轴器在车上的布置根据全轮驱动形式的不同，粘性联轴器在汽车上有不同的布置形式。图526为粘性联轴器作为轴间差速器限动装置的简图。轴间差速器壳体上的齿轮1与变速器输出轴上的齿轮相啮合，壳体内的左齿轮通过空心轴2与右侧的前桥差速器6壳体相连，右齿轮通过空心轴4和齿轮7等与后桥差速器壳上的齿轮相连。粘性联轴器5的壳体与空心轴4相连，内叶片连接在空心轴2上，这样它就与轴间差速器3并联在一起，内、外叶片的转速分别反映了前、后差速器壳体的转速。当前、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，它并不起限动作用，此时轴间差速器将转矩按固定比例分配给前、后桥。当某一车轮(如前轮)严重打滑时，前桥差速器壳的转速升高，粘性联轴器的内、外叶片转速差增大，阻力矩增大，轴间差速器中与后桥相连的转速较低的齿轮就获得了较大的转矩，使附着条件较好的后轮产生与附着条件相适应的较大的驱动力。在有些汽车中，用粘性联籼腊取代了轴间差速器。当汽车正常行驶时，前、后轮转速基本相等，粘性联轴器不工作，此时相当于前轮驱动。当汽车加速或爬坡时，汽车质心后移，前轮将出现打滑现象，转速升高，前、后轮出现转速差，粘性联轴器开始工作，将部分转矩传给后桥，使之产生足够驱动力帮助前轮恢复正常的附着状态，提高了它的动力性。由于粘性传动不如机械传动可靠，所能传递的转矩较小，故该形式主要用于轿车和轻型汽车中。第五节车轮传动装置设计车轮传动装置位于传动系的末端，其基本功用是接受从差速器传来的转矩并将其传给车轮。对于非断开式驱动桥，车轮传动装置的主要零件为半轴；对于断开式驱动桥和转向驱动桥(图527)，车轮传动装置为万向传动装置。万向传动装置的设计见第四章，以下仅讲述半轴的设计。一、结构形式分析半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、34浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴(图528a)的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮

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