汽车设计第五章驱动桥设计.ppt

第五章驱动桥设计 第一节概述第二节驱动桥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 第一节概述 一 设计要求所选i0应保证汽车有最佳的动力性和燃料经济性外形尺寸小 保证hmin工作平稳 噪声小质量小传动效率高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结构简单 工艺性好 制造容易 拆装调整方便 第一节概述 二 分类 第二节驱动桥结构方案分析 断开和非断开式 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析1 分类 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析2 齿轮传动方案 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析3 双曲面齿轮1 两齿轮轴线交错 永不相交 2 小齿轮中心线偏移E 3 1 2 定义 齿轮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VsVs对使用的影响 改善磨合过程 使运转平稳性增强 磨损加速 减小 抗胶合能力下降 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析4 减速形式 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析4 减速形式 双级主减速器的三种方案 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析4 减速形式 第一级圆锥 第二级圆柱 第三节主减速器设计 一 主减速器结构方案分析5 单双级减速配轮边减速器 第三节主减速器设计 二 主从动锥齿轮的支承方案1 主动锥齿轮的支承 第三节主减速器设计 二 主从动锥齿轮的支承方案2 从动锥齿轮的支承轴承形式 圆锥滚子轴承轴承安装 大端朝内 缩短 c d 刚度 加强刚度的其他措施 从动齿轮背面设置加强筋 从动齿轮背面 主减速器壳体上布置支承销 轴承有一定的予紧度 第三节主减速器设计 二 主从动锥齿轮的支承方案3 齿轮允许的偏移量 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择 主从动锥齿轮齿数z1 z2为磨损均匀 z1 z2之间避免有公约数为得到理想的齿面重合度和高轮齿弯曲强度 主从动齿数和不少于40为啮合平稳 噪声小和具有高的疲劳强度 对于乘用车Z1不少于9 商用车不少于6对于不同的主传动比 Z1 Z2应用适宜的搭配 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择2 从动齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms影响因素 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择2 从动齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms 初定D2KD2 直径系数13 0 15 3Tc 计算转矩Tc min Tce Tcs 初选ms 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择3 主从动锥齿轮齿面宽b1和b2 影响选取b值的因素 切削刀头顶面宽度和刀尖圆角 在D2 或D1 取定条件下 如果b值取大则刀头顶面宽度窄 刀尖圆角小 带来下述两个问题 刀具寿命 齿根圆角半径减小 应力集中 影响轮齿强度b取大 影响装配空间不足b取大以后 由于安装位置误差 热处理变形等原因 使载荷集中于小端 小端过早损坏和疲劳损伤b取小些 齿轮耐磨性 寿命 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择3 主从动锥齿轮齿面宽b1和b2 初选b值 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择4 双曲面齿轮副偏移距E影响因素原则负荷小可取大 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择4 双曲面齿轮副偏移距E推荐 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择4 双曲面齿轮副偏移距E偏移分类 上偏移 下偏移定义 从从动齿轮锥顶向齿面看过去 使主动齿轮在右侧 若主动齿轮在从动齿轮中心线上方时 则为上偏移 在从动齿轮中心线下方时为下偏移 上 下偏移时的共同点 下偏移时主动齿轮螺旋方向总是左旋 从动齿轮为右旋 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择5 中点螺旋角 影响因素 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择5 中点螺旋角 选取原则轿车的 值选用大些的值 使之工作平稳 噪声低货车的 值选小些 防止轴向力大推荐值35 40 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择6 螺旋方向从锥齿轮锥顶看过去 看中心线上半部齿形倾斜方向 若齿形从中心向右倾斜 称为右旋 向左倾斜称为左旋 一对啮合齿轮的螺旋方向相反螺旋方向与齿轮旋转方向二者合在一起影响轴向力方向 前进档位 应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向 4x2汽车 一般主动齿轮均为左旋 从动齿轮为右旋 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择7 法向压力角 影响因素 第三节主减速器设计 三 锥齿轮主要参数的选择7 法向压力角 推荐 第三节主减速器设计 四 锥齿轮强度计算1 计算载荷 第三节主减速器设计 四 锥齿轮强度计算2 单位齿长圆周力p 第三节主减速器设计 四 锥齿轮强度计算3 齿轮强度 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算 锥齿轮齿面上作用力 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算 锥齿轮齿面上作用力轴向力和径向力 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算 锥齿轮齿面上作用力法向力Fr的分解过程 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算 锥齿轮齿面上作用力分解后各力求解公式 径向力FrZ 轴向力FaZ 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算 锥齿轮齿面上作用力 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算2 锥齿轮轴承上的载荷已知条件 齿轮的尺寸 轴承在轴上的安装位置及尺寸 作用在齿轮上的力轴向力 径向力 作用在水平面上 圆周力 作用在垂直面上 第三节主减速器设计 五 锥齿轮轴承的载荷计算2 锥齿轮轴承上的载荷求支点反力举例 第三节主减速器设计 六 锥齿轮的材料要求弯曲疲劳强度 接触疲劳强度 齿面硬度高耐磨芯部有适当韧性 抗冲击载荷能力锻造 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 硅等元素的合金钢典型材料20CrMnTi 20MnVB 20MnTiB 22CrNiMo 16SiMn2WMoV 第三节主减速器设计 六 锥齿轮的材料渗碳合金钢优点 渗碳后 表面硬 耐磨 抗压 芯部软 所以这种材料的弯曲强度 表面接触强度 承受冲击载荷的能力 切削加工 锻造性能好 渗碳合金钢缺点 热处理费用高 芯部在大压力作用下可能有塑性变形 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 热处理后及精加工以后 表面镀铜 锡或作厚0 005 0 020磷化处理 防止新齿轮胶合 咬死 擦伤 早期磨损 齿面喷丸处理 可 25 寿命 滑动速度高的齿轮进行渗硫处理 提高耐磨性能 第四节差速器设计 一 差速器结构形式 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器 转矩分配 1 2 2 0若 2 0则 1 2 0 若 0 0则 1 2由力矩平衡条件得 T1 T2 To 若慢转半轴转矩为T2 则T2 T1 Tr Tr 内磨檫力矩 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器2 锁紧系数和转矩比差速器锁紧系数定义为K Tr To 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器3 设计 1 主要参数选择行星齿轮数n 轿车2 货车4行星齿轮球面半径RbRb影响 锥齿轮节锥距的尺寸和其承载能力 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器3 设计 1 主要参数选择行星齿轮和半轴齿轮齿数轮齿有足够大的强度 为此模数取大 结果在齿数不变的条件下 尺寸 质量 结构尺寸小 紧凑 保证能安装下 要求齿数Z1取少些 两半轴齿轮齿数和能被行星齿轮数整除 以保证能装配 Z1 Z2的选取范围 Z1 10 Z2 12 25节锥角 1 2 模数m 行星齿轮 1 arctan Z1 Z2 半轴齿轮 2 arctan Z2 Z1 锥齿轮大端端面模数m 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器3 设计 1 主要参数选择行星齿轮和半轴齿轮齿数压力角行星齿轮轴直径d 支承长度L 第四节差速器设计 二 普通锥齿轮差速器3 设计 2 强度计算齿轮弯曲应力 第四节差速器设计 三 摩擦片式差速器结构传递转矩 第四节差速器设计 四 强制锁止式差速器结构传递转矩 第四节差速器设计 五 滑块凸轮式差速器结构传递转矩 第四节差速器设计 六 蜗轮式差速器结构传递转矩 第四节差速器设计 七 牙嵌式差速器结构传递转矩 第四节差速器设计 八 轴间差速器结构 第四节差速器设计 九 粘性联轴器及其布置结构 第五节车轮传动装置设计 一 半轴结构形式 第五节车轮传动装置设计 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 2 半轴扭转切应力 d 半轴直径 500 700MPa3 半轴扭转角 L 半轴长度G 材料剪切弹性模量IP 半轴断面极惯性矩 6 15 米 第五节车轮传动装置设计 二 半轴计算2 半浮式半轴1 纵向力FX2最大和侧向力FY2为0此时垂向力FZ2纵向力半轴弯曲应力和扭转应力合成应力 第五节车轮传动装置设计 二 半轴计算2 半浮式半轴2 侧向力FY2最大和纵向力FX2为0外轮与内轮上的垂直反力外轮与内轮上侧向力外轮半轴与内轮半轴的弯曲应力 第五节车轮传动装置设计 二 半轴计算2 半浮式半轴3 通过不平路面 垂向力最大和纵向力FX2为0此时垂直力最大值为半轴弯曲应力 第五节车轮传动装置设计 二 半轴计算3 3 4浮式半轴与半浮式相似 第五节车轮传动装置设计 三 半轴可靠性设计1 可靠性计算2 可靠性设计 第五节车轮传动装置设计 四 半轴结构设计1 全浮式半轴杆径按下式初步选取2 要求半轴杆部直径应小于或等于半轴花键的底径 以便使半轴各部分基本达到等强度半轴破坏形式大多是扭转疲劳损坏 在结构设计时应尽量增大各过渡部分的圆角半径当杆部较粗且外端凸缘较大时 可用两端花键连接设计全浮式半轴杆部的强度储备应低于驱动桥其他传力零件的强度储备 熔丝 第六节驱动桥壳设计 一 功用支承汽车质量支承由车轮传来的路面反力和反力矩 并经悬架传给车架或车身 是主减速器 差速器和半轴的装配基体二 设计要求1 有足够的强度 刚度2 质量小3 尺寸小 保证hmin4 结构工艺性好 成本低5 密封好 防止泥水侵入 防止润滑油渗漏6 拆装方便 第六节驱动桥壳设计 三 桥壳方案分析 第六节驱动桥壳设计 四 强度计算受力分析 第六节驱动桥壳设计 四 强度计算计算公式 第七节驱动桥的结构元件 一 支承轴承的预紧预紧的目的 提高主减速器锥齿轮的支承刚度 改善齿轮啮合的平稳性 消除安装时出现的原始间隙 及磨合期该间隙的增加预紧大小的选择 预紧过大会出现轴承工作条件变坏 磨损严重 寿命 工作时轴承因过热而损坏 传动效率降低等缺点 因此过大的预紧力不可取 过小的预紧力又可能达不到上述预紧目的 合适的予紧力应通过实验确定 第七节驱动桥的结构元件 一 支承轴承的预紧预紧方法 第七节驱动桥的结构元件 一 支承轴承的预紧预紧方法 主动锥齿轮利用改变两轴承内圈之间的套筒长度来实现预紧力变化利用改变调整垫片厚度方法实现预紧力变化上述两种方法调整工作量大 反复拆装多处 麻烦简单方法 在两轴承之间 内圈 装波形套筒 第七节驱动桥的结构元件 一 支承轴承的预紧预紧方法 主动锥齿轮波形套筒的特点 套筒有波纹区 使之轴向有弹性 易产生轴向变形 轴向载荷与变形之间特性如图所示 即前部分呈线性变化 过流动点A后 变非线性 载荷再继续增加 变形变化不大 波形套筒的工作点选在A点以后的塑性变形区工作 可保证轴承予紧度保持在要求的范围内 第七节驱动桥的结构元件 一 支承轴承的预紧预紧方法 从动锥齿轮利用锥轴承外侧调整螺母进行予紧力调整 预紧力测量方法轴承予紧后