汽车构造+第18章+驱动桥.ppt

汽车构造 电子教案第十八章驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第2页 第十八章驱动桥 驱动桥由主减速器 差速器 半轴和驱动桥壳等组成 其功用是 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 增大转矩 通过主减速器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向 通过差速器实现两侧车轮差速作用 保证内外侧车轮以不同转速转向 驱动桥的类型有断开式驱动桥和非断开式驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第3页 一般汽车的驱动桥总体构成如图18 1所示 整个驱动桥通过弹性悬架与车架连接 由于半轴套管与主减速器壳是刚性的连成一体的 因而两侧的半轴和驱动轮不可能在横向平面内作相对运动 故称这种驱动桥为非断开式驱动桥 亦称为整体式驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第4页 为了提高汽车行驶平顺性和通过性 有些轿车和越野车全部或部分驱动轮采用独立悬架 即将两侧的驱动轮分别用弹性悬架与车架相连 两轮可彼此独立的相对于车架上下跳动 与此相应 主减速器壳固定在车架上 驱动桥壳应制成分段并通过铰链连接 这种驱动桥称为断开式驱动桥 如图18 2所示 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第5页 驱动桥 第一节主减速器 第二节差速器 第三节半轴与桥壳 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第6页 第一节主减速器 主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速 以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用 按参加减速传动的齿轮副数目分 单级式主减速器 双级式主减速器 在双级式主减速器中 若第二级减速器齿轮有两对 并分置于两侧车轮附近 实际上成为独立部件 则称为 轮边减速器 按主减速器传动比挡数分 有单速式 双速式 按齿轮副结构形式分 有圆柱齿轮式 又可分为轴线固定式和轴线旋转式即行星齿轮式 圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式 越野车上还采用 贯通式驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第7页 一 单级主减速器 目前 轿车和一般轻 中型轿车采用单级主减速器 即可满足汽车动力性要求 它具有结构简单 体积小 重量轻和效率高等优点 主动和从动锥齿轮之间必须有相对的正确位置 方能使两齿轮啮合传动时冲击噪声较轻 而且沿轮齿沿其长度方向磨损较均匀 为此 在结构上一方面要使主动锥齿轮和从动锥齿轮有足够的支撑刚度 使其在传动过程中不至于发生较大变形而影响正常啮合 另一方面因有必要啮合的啮合调整装置 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第8页 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第9页 锥齿轮啮合的调整 是指齿面啮合印迹和齿侧间隙的调整 若从动齿轮轮齿正传和逆转工作面上的印迹位于齿高的中间偏于小端 并占齿宽的60 以上 则为正确啮合 正确啮合的印迹位置可通过主减速器壳与主动锥齿轮轴承座15 图18 3a 之间的调整垫片9的总厚度 即移动主动锥齿轮的位置 而获得 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第10页 当选定车轮规格后 驱动桥中间部分在高度方向的尺寸H 图18 5 对上影响车身底板高度 对下决定了汽车最小离地间隙h 在保证所要求的传动比及足够的轮齿强度条件下 应尽可能减少主动齿轮的齿数 从而减少从动齿轮的直径 以保证足够的汽车最小离地间隙 近年来 准双曲面齿轮在广泛应用于轿车 轻型货车的基础上 越来越多的在中型 重型货车上也得到采用 当主动轴线向下偏移时 图18 6 在保证一定离地间隙的情况下 可降低主动锥齿轮和传动轴的位置 因而使车身和整个重心降低 这有利于提高汽车行驶稳定性 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第11页 准双曲面齿轮副布置上 分为上偏移和下偏移 如图18 7所示为上 下偏移的判定 准双曲面工作时 齿面间有较大的相对滑动 且齿面间压力很大 齿面油膜易被破坏 为减少摩擦 提高效率 必须用含防刮伤添加剂的准双曲面齿轮油 决不允许用普通齿轮油代替 否则将使齿轮面迅速擦伤和磨损 大大降低使用寿命 主减速器壳中所储齿轮油 靠从动锥齿轮传动时甩溅到各齿轮 轴和轴承上进行润滑 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第12页 红旗CA7220型和奥迪100型轿车主减速器也是单级式准双曲面齿轮传动 主减速器采用准双曲面齿轮 使结构更为紧凑 啮合平稳 噪声小 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第13页 主减速器主 从动齿轮的调整 对其使用寿命和运转平稳性有着决定性作用 为保证主 从动齿轮啮合区正确并处于最佳工作位置 无噪声运转 在生产中主 从动齿轮除用专用机床加工 并配对安装外 在驱动桥总承装配时 或在使用中维修保养时 都应进行齿轮啮合位置的调整和轴承的预紧 主减速器调整垫片的布置 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第14页 图18 10为斯太尔 STEYR 91系列驱动桥主减速器剖面 其主减速器为单级主减速器 第二级减速器为轮边减速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第15页 二 双级主减速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第16页 二 双级主减速器 根据发动机特性和汽车使用条件 要求主减速器具有较大的传动比时 有一对锥齿轮构成的单级主减速器已不能保证足够的离地间隙 这是则需要用两对齿轮将速的双级主减速器 解放CA1091型汽车驱动桥即为双级主减速器 其构造如图18 11所示 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第17页 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第18页 主动锥齿轮与轴制成一体 采用悬臂式支承 一般双级主减速器中 主动锥齿轮轴多用悬臂式支承的原因有两点 一是第一级齿轮传动比较小 相应的从动锥齿轮直径较小 因而在主动锥齿轮的外端要在加一个支承 布置上很困难 二是因传动比较小 主动锥齿轮即轴颈尺寸有可能作的较大 同时尽可能将两轴承的距离加大 同样可得到足够的支承刚度 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第19页 图18 13所示为菲亚特 Fiat 628N3汽车的双级主减速器 第一级减速齿轮副为曲线齿锥齿轮 第二级减速齿轮副为斜齿圆柱齿轮 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第20页 三 轮边减速器 在重型载货车 越野汽车和大型客车上 当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时 往往将双级主减速器中的第二级减速齿轮机构制成同样的两套 分别安装在两侧驱动齿轮的近旁 称为轮边减速器 而第一级即称为主减速器 图18 14为某国产32t自卸车驱动桥的轮边减速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第21页 图18 15所式汽车轮边减速器的结构示意图 由图可知 轮边减速器为一行星齿轮减速机构 齿圈6和半轴套筒1固定在一起 半轴2传来的动力经太阳轮3 行星齿轮4 行星齿轮轴5及行星架7传给车轮 总传动比 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第22页 斯太尔汽车的前后驱动桥均为带轮边减速器的主减速器 如图18 16所示 其结构示意图见图18 17 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第23页 四 双速主减速器 为充分提高车轮的动力性和经济性 有些汽车装用具有两挡传动比的主减速器 图18 18为一种常见的结构形式 其结构示意图如图18 19所示 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第24页 五 贯通式主减速器 有些多轴越野汽车 为使结构简单 部件通用好以及便于形成系列产品 常采用贯通式驱动桥 如图18 20所示 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 这种布置方案中的驱动桥 称为贯通式驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第25页 图18 21为延安SX2150型66越野汽车的贯通式双级主减速器 第一级是斜齿圆柱齿轮传动 齿轮8和1 传动比为1 19 第二级是准双曲面传动 齿轮15和13 传动比为5 429 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第26页 图18 22所示为斯太尔汽车贯通驱动桥 其结构如图18 23所示 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第27页 第二节差速器 差速器的功用是当汽车转弯行驶或在不平路面上行驶时 使左右驱动车轮以不同的转速滚动 即保证两侧驱动车轮作纯滚动运动 为了使两驱动轮以不同角速度旋转 以保证其纯滚动状态 就必须将两侧车轮的驱动轴断开 称为半轴 而又主减速器从动齿轮通过一个差速齿轮系统 差速器分别驱动两侧半轴和驱动轮 这种装在同一驱动桥两侧驱动轮之间的差速器 称为轮间差速器 多轴驱动的汽车 各驱动桥间有传动轴相连 为使各驱动桥有可能具有不同的输入角速度 以消除各桥驱动轮的滑动现象 可在各驱动桥之间装设轮间差速器 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 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第28页 一 齿轮式差速器 二 强制锁止式差速器 三 高摩擦自锁式差速器 四 牙嵌式自由轮差速器 五 托森差速器 六 粘性联轴差速器 七 变速驱动桥 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第29页 一 齿轮式差速器 齿轮式差速器有圆锥齿轮式 图18 24a b 和圆柱齿轮式 图18 24c 两种 按两侧的输出转矩是否相等 齿轮差速器有对称式 等转矩式 和不对称式 不等转矩式 两类 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第30页 目前 汽车上广泛应用的是对称式锥齿轮差速器 其结构如图18 25所示 对称式锥齿轮轮间差速器由圆锥行星齿轮 行星齿轮轴 十字轴 圆锥半轴齿轮和差速器壳等组成 行星齿轮的背面与差速器壳的相应位置的内表面 均做成球形 保证行星齿轮对正中心 以有利于两个半轴正确啮合 差速器靠主减速器壳体中的润滑油润滑 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第31页 微型 轻型载货汽车和大部分轿车的车桥 因主减速器输出的转矩不大 可用两个行星齿轮 因而行星齿轮轴相应为一直销轴 差速器壳也不必分成左右两半 而制成整体式的 前后两侧都开有大窗孔 一边拆装行星齿轮和半轴齿轮 奥迪100型轿车差速器即为这种结构 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第32页 差速器中各元件的运动关系 差速原理 当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时 显然 处在同一半径r上的A B C三点的圆周速度都相等 其值为 于是 即差速器不起差速作用 而半轴角速度等于差速器壳3的角速度 当行星齿轮4除公转外 还绕本身的轴5以角速度自转时 啮合点A的圆周速度为啮合点B的圆周速度为于是即若角速度以每分钟转速n表示 则 18 1 式 18 1 为两半轴齿轮直径相等的对称式锥齿轮差速器的运动特征方程 它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍 而与行星齿轮转速无关 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第33页 对称式锥齿轮差速器中转矩分配 当行星齿轮没有自转时 总是将转矩平均分配给左 右两半轴齿轮 即 当两半轴齿轮以不同转速朝相同方向转动时 左右车轮上的转矩之差 等于差速器的内摩擦力矩 为了衡量差速器内摩擦力矩的大小及转矩分配特性 常以锁紧系数K 锁紧系数K 0 05 0 15 两半轴的转矩比 以表示 转矩比为1 1 1 4 可以认为 无论左右驱动轮转速是否相等 其转矩基本上总是平均分配的 这样的分配比例对于汽车在良好路面上直线或转弯行驶时 都是满意的 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第34页 二 强制锁止式差速器 为了提高汽车在坏路面上的通过能力 可采用各种形式的抗滑差速器 其共同出发点都是在一个驱动轮滑转时 设法使大部分转矩甚至全部转矩传给不滑转的驱动轮 以充分利用这一驱动轮的附着力而产生足够的牵引力 使汽车能继续行驶 为实现上述要求 最简单的办法是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁 使之成为强制锁止式差速器 当一侧驱动轮滑转时 可利用差速锁使差速器不起差速作用 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第35页 如图为瑞典斯堪尼亚LT110型汽车上所用的强制锁止式差速器 强制锁止式差速锁结构简单 易于制造 但操纵不便 一般要在停车时进行 而且过早接上或过晚摘下差速锁 亦即在好路段上左右车轮仍刚性连接 则将产生前已述及的在无差速器情况下出现的一系列问题 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第36页 三 高摩擦自锁式差速器 高摩擦自锁式差速器能根据路面情况自动改变驱动轮间转矩分配 高摩擦自锁式差速器有 摩擦片式 滑块凸轮式 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第37页 1 摩擦片式自锁差速器 摩擦片式自锁差速器是在对称式锥齿轮差速器的基础上发展而成的 摩擦片式差速器结构简单 工作平稳 锁锦系数K可达0 6 0 7或更高 常用于轿车和轻型汽车上 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第38页 图18 31为大众高尔夫 Golf 轿车摩擦片式自锁差速器 摩擦片自锁装置1也是由主 从动摩擦片组和推力压盘组成 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第39页 2 滑块凸轮式差速器 滑块凸轮式差速器是利用滑块与凸轮之间产生较大数值的内摩擦力矩 以提高锁紧系数的一种高摩擦自锁式差速器 滑块凸轮式差速器的锁紧系数与凸轮表面的摩擦因数和倾角有关 一般K可达0 5 0 7 这种差速器壳在很大程度上提高汽车通过性 但结构复杂 加工要求高 摩擦间的磨损较大 它即可用作轴间差速器 也可用作轮间差速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第40页 四 牙嵌式自由轮差速器 中 重型汽车常采用牙嵌式自由轮差速器 牙嵌式自由轮差速器能在必要时使汽车变成由单侧车轮驱动 其锁紧系数为1 明显提高了汽车的通过能力 此外 还具有工作可靠 使用寿命长等优点 其缺点时左右车轮传递转矩时 时断时续 引起车轮传动装置中载荷的不均匀性和加剧轮胎磨损 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第41页 五 托森差速器 托森 Torsen 差速器作为一种新型差速机构 在四轮驱动轿车上得到日益广泛的使用 它利用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差动转矩 差速器的内摩擦力矩 大小而自动锁死或松开 即在差速器内差动转矩较小时起差速作用 而过大时自动将差速器锁死 有效提高了汽车的通过性 奥迪80和奥迪90 AudiQuattro 全轮驱动轿车前 后轴间差速器采用了这种新型的托森差速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第42页 托森差速器的结构如图18 35所示 当汽车转向时 前后驱动轴出现转速差 通过啮合的直齿圆柱齿轮相对转动 使一轴转速加快 另一轴转速下降 实现差速作用 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第43页 托森差速器的工作过程 1 汽车直线行驶状况 图18 36a 2 汽车转向或某测车轮陷于泥泞路面时 如图18 36b所示 3 转矩分配原理 托森差速器是利用蜗杆传动副的高内摩擦力矩进行转矩分配的 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第44页 托森差速器由于其结构及性能上的诸多优点 被广泛应用与全轮驱动轿车的中央轴间差速器及后驱动桥的轮间差速器 如图18 37所示 但由于在转速转矩差较大时有自动锁止作用 通常不用作转向驱动桥的轮间差速器 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第45页 六 粘性联轴差速器 目前 有些四轮驱动的轿车上还采用了粘性联轴器 简称VC 作为轴间差速器 如高尔夫 辛克罗 GolfSyncro 型轿车的前后驱动轴间 即采用了这种粘性联轴器 图18 38所示为粘性联轴器结构图 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第46页 粘性联轴器传递转矩的工作介质硅油具有粘度稳定性好 抗剪切性强以及抗氧化 低挥发和闪点高的特性 粘性联轴器传递的转矩与硅油密度 粘度 主从动轴转速差 叶片数和半径等成正比 与内外叶片间的间隙成反比 粘性联轴器实质也是粘性联轴的差速器 主要用于前后桥之间作轴间差速器 由于其转矩传递平稳 差速相应特性好 日本一些轿车厂还把它推广应用到驱动桥的轮间差速机构中 对全轮驱动轿车性能有大幅度提高 前后驱动桥内差速器的粘性联轴器也称限滑式差速器 LSD 如图18 39所示 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第47页 七 变速驱动桥 在发动机前置和前驱动形式中 发动机 变速器和差速器成为一体式传动 省去了传动轴 缩短了传动路线 提高了传动系效率 在这一体式传动中 驱动桥壳和变速器壳体合二为一 制成统一的整体 同时完成变速 差速和驱动车轮的功能 这种结构称为变速驱动桥 也称动力传动器 变速驱动桥不仅使结构紧凑 也大大减轻了传动系质量 有利于汽车地盘的轻量化 其在轿车上的应用前景十分广泛 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第48页 如图所示为一发动机横置式轿车的变速驱动桥总成图 变速器壳体和驱动桥壳体制成一体 变速驱动桥中的第一轴和第二轴一般为上下平行布置 且第一轴通常位于上部 通过两轴互相啮合的齿轮副不同的齿数比 实现变速器各挡的传动比 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第49页 第三节半轴与桥壳 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第50页 一 半轴 半轴是在差速器和驱动轮之间传递动力的实心轴 其内端与差速器的半轴齿轮联接 而外端则与驱动轮的轮毂相连 全浮式半轴支承 半浮式半轴支承 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第51页 全浮式半轴支承 全浮式半轴支承广泛应用于各种类型的载货汽车上 这种支承形式的半轴与桥壳没有直接联系 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第52页 如图所示为上述半轴支承形式的驱动桥全浮式半轴受力示意图 这样的半轴支承形式 使半轴只承受转矩 而两端均不承受任何反力和弯矩 故称为全浮式支承形式 所谓 浮 即致卸除半轴的弯曲载荷而言 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第53页 半浮式半轴支承 图18 44所示为红旗CA7560型轿车的驱动桥 半轴2外端是半浮式半轴支承 因这种支承形式只能使半轴内端面受弯矩 而外端却承受全部弯矩 故称为半浮式支承 2020 3 15 哈尔滨工业大学 威海 第54页 半浮式支承半浮受力示意图见图 从图中看出 车轮与桥壳无直接联系而支承于半轴外端 距支承轴承有一悬臂a 半浮式支承中 半轴与桥壳间的轴承一般只用一个 为使半轴和车轮不致被向外的侧向里拉出 该轴承必须能承受向外的轴向力 另外 在差