轻型汽车驱动桥设计

1、轻型汽车驱动桥设计 轻型汽车驱动桥设计Design of Drive Axle For Light Truck 2009 年6月 摘要 驱动桥位于传动系末端其基本功用是增矩降速承受作用于路面和车架或车身之间的作用力它的性能好坏直接影响整车性能而对于载重汽车显得尤为重要当采用大功率发动机输出大的转矩以满足目前载重汽车的快速重载的高效率高效益的需要时必须搭配一个高效可靠的驱动桥所以采用传动效率高的单级减速驱动桥已经成为未来载重汽车的发展方向驱动桥设计应主要保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性本设计根据给定的参数按照传统设计方法并参考同类型车确定汽车总体参数再确定主减速器差速器半轴和桥

2、壳的结构类型最后进行参数设计并对主减速器主从动齿轮半轴齿轮和行星齿轮进行强度以及寿命的校核驱动桥设计过程中基本保证结构合理符合实际应用总成及零部件的设计能尽量满足零件的标准化部件的通用化和产品的系列化及汽车变型的要求修理保养方便机件工艺性好制造容易关键字轻型货车驱动桥主减速器差速器AbstractDrive axle is at the end of the powertrain and its basic function is increasing the torque and reducing the speedbearing the force between the road and

3、 the frame or body Its performance will have a direct impact on automobile performance Because using the big power engine with the big driving torque satisfied the need of high speedheavy-loadedhigh efficiencyhigh benefit today heavy truckmust exploiting the high driven efficiency single reduction f

4、inal drive axle is becoming the heavy truck developing tendency Drive axle should be designed to ensure the best dynamic and fuel economy on given condition According to the design parameters given firstly determine the overall vehicle parametres in accordance with the traditional design methods and

5、 reference the same vehicle parameters then identify the main reducer differential axle and axle housing structure type finally design the parameters of the main gearthe driven gear of the final drive axle gears and spiral bevel gear and check the strength and life of them In design process of the d

6、rive axlewe should ensure a reasonable structure practical applications the design of assembly and parts as much as possible meeting requirements of the standardization of parts components and products univertiality and the serialization and change convenience of repair and maintenance good mechanic

7、al technology being easy to manufactureKey words light truck drive axle single reduction final drive目录第一章 绪论111论文研究的意义和目的112国内外研究现状及发展趋势113本论文的主要研究内容2第二章 汽车总体参数的确定321 给定设计参数322 汽车形式的确定3com 汽车轴数和驱动形式的选择323 汽车主要参数的选择4com 汽车主要尺寸的确定4com 汽车质量参数的确定7com 汽车性能参数的确定924 发动机的选择12com 发动机形式的选择12com 发动机主要性能指标的选择12

8、25 轮胎的选择14第三章 驱动桥的结构形式及选择1731 概述1732 驱动桥的结构形式1733 驱动桥构件的结构形式19com 主减速器的结构形式20com 差速器的结构形式23com 驱动车轮传动装置的结构形式24com 驱动桥桥壳的结构形式25第四章 驱动桥的设计计算2741 主减速器的设计与计算27com比的确定27com 主减速器齿轮计算载荷的确定28com 锥齿轮主要参数的选择30com 主减速器锥齿轮的材料32com器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算33com 主减速器圆弧齿轮螺旋齿轮的强度计算3742 差速器的设计与计算41com 差速器齿轮主要参数选择42com 差速器齿轮的材料4

9、4com 差速器齿轮几何尺寸计算44com 差速器齿轮强度计算4743 全浮式半轴的设计49com 半轴基本参数计算及校核49com结构设计及材料与热处理5044 驱动桥壳设计51com 桥壳的结构型式51com受力分析及强度计算52结论54致 谢55参 考 文 献56第一章 绪论11论文研究的意义和目的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

10、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驱动桥的结构型式与驱动车轮的悬挂型式密切相

11、关当驱动车轮采用非独立悬挂时都是采用非断开式驱动桥当驱动车轮采用独立悬挂时则配以断开式驱动桥与非断开式驱动桥相比较断开式驱动桥能显著减少汽车簧下质量从而改善汽车行驶平顺性提高了平均行驶速度减小了其策划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增加了汽车的离地间隙由于驱动车轮与路面的接触情况及对各种地形的适应性较好增强了车轮的抗侧滑能力若与之配合的独立悬架导向机构设计合理可增加汽车的不足转向效应提高汽车的操纵稳定性但其结构复杂成本较高断开式驱动桥在乘用车和部分越野汽车上应用广泛非断开式驱动桥结构简单成本低工作可靠但由于其簧下质量较大对汽车的行驶平顺性和降低动载荷有不利的影响本论文的的

12、研究目的在于通过对汽车整体的匹配性设计完成驱动桥的主减速器差速器等部件型号的设计与计算并完成校核的设计过程12国内外研究现状及发展趋势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目前国内研究的重点

13、在于从桥壳的制造技术上寻求制造工艺先进制造效率高成本低的方法从齿轮减速形式上将传统的中央单极减速器发展到现在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构从齿轮的加工形式上车桥内部的的主从动齿轮行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用精磨加工以满足汽车高速行驶要求及法规对于噪声的控制要求13本论文的主要研究内容 1 完成汽车的总体布置和参数选择 2 汽车驱动桥方案的确定 3 主减速器及差速器等部件的设计计算及校核第二章 汽车总体参数的确定21 给定设计参数汽车最高时速 115kmh装载质量 25t最小转弯半径 125m最大爬坡度 03同步附着系数 0422 汽车形式的确定com 汽车轴数和驱动形式的选择汽车可以有二

14、轴三轴四轴甚至更多的轴数影响轴数的因素主要有汽车的总质量道路法规对于轴载的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的结构等包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路桥梁限制的不在公路上行驶的车辆如矿用自卸车等均采用结构简单制造成本低廉的两轴方案总质量在1926t的公路运输车采用三轴形式总质量更大的汽车宜采用四轴和四轴以上的形式所以根据给定的汽车转载质量选择汽车的轴数为2轴汽车的用途总质量和对车辆通过性能的要求等是影响选取驱动形式的主要因素乘用车和总质量小些的商用车多采用结构简单制造成本低的4×2驱动形式所以选择汽车的驱动形式为4×2式com 汽车布置形式的选择汽车的

15、布置形式是指发动机驱动桥和车身的相互关系和布置特点而言汽车的使用性能除取决于整车和各总成的有关参数外其布置形式对使用性能也有重要影响货车可以根据驾驶室与发动机的相对位置不同分为平头式短头式长头式和偏置式四种货车又可以根据发动机的位置不同分为发动机前置中置和后置三种布置形式平头式货车总长和轴距尺寸短最小转弯半径小机动性能良好不需要发动机罩和翼子板加上总长缩短等因素的影响汽车整备质量减小驾驶员视野得到明显改善采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性汽车货箱与整车的俯视面积之比称为面积利用率平头货车的该项指标较高故本设计采用的布置形式为平头式货车发动机前置后桥驱动货车的主要优点是可以采用直列V

16、型或卧式发动机发现发动机故障容易发动机的接近性良好维修方便离合器变速器等操纵机构的结构简单容易布置货箱地板高度较低并且大多货车均采用该形式的布置方式23 汽车主要参数的选择汽车的主要参数包括尺寸参数质量参数和汽车性能参数com 汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数包括外廓尺寸轴距前悬后悬货车车头长度和车厢尺寸等 1 外廓尺寸汽车的长宽高称为汽车的外廓尺寸汽车长度尺寸小不仅可以减少行驶期间需要的道路长度同时还可以增加车流密度在停车时占用的停车场面积也小除此之外汽车的整备质量相应减少这对提高比功率比转矩和燃油经济性有利GB 15891989 汽车外廓尺寸限界规定如下货车整体式客车总长不应超过12m

17、单铰接式客车不超过18m半挂汽车列车不超过165m全挂汽车列车不超过20m不包括后视镜汽车宽不超过25m空载顶窗关闭状态下汽车高不超过4m后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm顶窗换气装置开启时不得超出车高300mm参考同类型货车的外廓尺寸确定本设计中轻型货车的外廓尺寸为 长×宽×高 5400×1950×2100mm 2 轴距L轴距L对整备质量汽车总长汽车最小转弯直径传动轴长度纵向通过半径等有影响当轴距短时上述个指标减小此外轴距还对轴荷分配传动轴夹角有影响轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长汽车上坡制动或加速时轴荷转移过大使汽车制动性或操作稳定性变

18、坏车身纵向角振动增大对平顺性不利万向节传动轴的夹角增大原则上对发动机排量大的乘用车载重量或载客量多的货车或客车轴距取得长对机动性要求高的汽车轴距宜取短些表2-1 部分汽车的轴距和轮距车型类别轴距Lmm轮距Bmm客车城市客车单车4500500017402050长途客车单车500065004×2 货车汽车总质量mt360055001700200018186060140根据表2-1本设计中选取轴距L 2800mm 3 轮距B改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽汽车总宽总质量侧倾刚度最小转弯直径等因素发生变化增大轮距则车厢内宽随之增加并有利于增加侧倾刚度汽车横向稳定性变好但是汽车的总宽和总质

19、量及最小转弯半径等增加并导致汽车的比功率比转矩指标下降机动性变坏受总宽不得超过25m限制轮距不宜过大但在选定的前轮距范围内应能布置下发动机车架前悬架和前轮并保证前轮有足够的转向空间同时转向杆系与车架车轮之间有足够的运动间隙在确定后轮距时应考虑车架两纵梁之间的宽度悬架宽度和轮胎宽度及他们之间应留有必要的间隙部分汽车的轮距可以参考表2-1提供的数据进行初选本设计中取为 1500mm 4 前悬和后悬前悬尺寸对汽车通过性碰撞安全性驾驶员视野前钢板弹簧长度上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响增加前悬尺寸减小了汽车的接近角使通过性降低并使驾驶员的视野变坏因在前悬这段尺寸内要布置保险杠散热器风扇发动机转

20、向器等部件故前悬不能缩短长些的前悬尺寸有利于在撞车时对乘员起保护作用也有利于采用长些的钢板弹簧对于平头汽车前悬还会影响前门上下车的方便性初选的前悬尺寸应当在保证能布置下上述个总成部件的同时尽可能的短些对于载客量少的平头车考虑到正面碰撞能有足够多的结构件吸收碰撞能量保护前排乘员的安全这又要求前悬有一定的尺寸在本设计中参考同类型车辆选取 740mm后悬尺寸对汽车通过性汽车追尾时的安全性货箱货行李箱长度汽车造型等有影响并取决于轴距和轴荷分配的要求后悬长则汽车离去角减小使通过性降低总质量在18140t的货车后悬一般在12002200mm之间特长货箱的汽车后悬可达到2600mm但不得超过轴距的55本设计

21、中选取 1300mm 5 货车车头长度货车车头长度系指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离车身形式即长头型还是平头型对车头的长度有绝对影响此外车头长度尺寸对汽车的外观效果驾驶室居住性汽车面积利用率和发动机的接近性等有影响平头型货车一般在14001500mm之间 6 货车车厢尺寸要求车厢尺寸在运送散装煤和袋装粮食时能装有足额定吨数车厢边版高度对汽车质心高度和装卸货物的方便性有影响一般应在450650mm范围内选取车厢内宽应在汽车外宽符合国家标准的前提下适当取宽些以缩短边板高度和车箱长度对于能达到较高车速的货车使用过宽的车箱会增加汽车的迎风面积导致空气阻力增加车箱内长应在满足运送上述货物达到额定吨位

22、的条件下尽可能的取短些以利于减小整备质量com 汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车装备质量载客量装载质量质量系数汽车总质量轴荷分配等整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备包括随车工具备胎加满燃料水但没有装货和载人时的整车质量整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响目前尽可能减少整车整备质量的目的是通过减轻整备质量增加加载质量或载客量抵消因满足安全标准排气标准和噪声标准所带来的整备质量的增加节约燃料减少整车整备质量是从事汽车设计工作必须遵守的一项总要原则整车整备质量在设计阶段需估算确定在日常生活中收集大量同类型汽车总成部件和整车的有关质量数据结合新车设计的结构特点工艺水平等初步

23、估算各总成部件的质量再累计构成整车整备质量乘用车和商用客车的整备质量也可按每人所占汽车整备质量的统计平均值估计在没有样车参考时先初选一恰当的质量系数定义为装载质量与整车质量之比再按给定的装载质量推算出整备质量根据表2-2初取 1可得 2t表2-2 货车的质量系数 参数车型总质量t货车1860081106014017>20135 140130170汽车的载客量n和装载质量简称载质量普通轻型货车的载客量24选定载客量为3座汽车载重量是指在硬质良好的路面上行驶时所允许的额定载质量本设计中装载质量为给定参数 2t质量系数质量系数是指汽车载重量与整车整备质量的比值即 该系数反应了汽车的设计水平和和

24、工艺水平越大说明该汽车的结构和制造工艺越先进本设计中以选取 10汽车的总质量汽车的总质量是指装备齐全并按规定装满客货时的整车质量商用货车的总质量由整备质量载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成即 n65kg本设计中n 3故 2t2t3×65kg 4195t轴荷分配汽车的轴荷分配是指在空载或满载静止状态下各车轴对支承平面的垂直负荷也可以用站空载或满载总质量的百分比来表示轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多性能有影响从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑各个车轮的负荷应相差不大为保证汽车有良好的动力性和通过性驱动桥应有足够大的负荷而从动轴上的负荷可以适当减小以利减小从动轮滚动阻力和提高在坏路面上的通

25、过性为了保证汽车有良好的操纵稳定性又要求转向轴的负荷不应过小因此可以得出作为很重要的轴荷分配参数各使用性能对其要求是相互矛盾的这就要求设计时应根据对整车的性能要求使用条件等合理的选取轴荷分配汽车的驱动形式与发动机位置汽车结构特点车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响如发动机前置前轮乘用车和平头式商用货车前轴负荷较大而长头式货车前轴负荷较小常在坏路面上形式的越野汽车前轴负荷应该小些参考各类汽车的轴荷分配表取满载时前轴轴荷为35后轴轴荷为65空载时前轴轴荷为50后轴轴荷为50表2-3 各类汽车的轴荷分配车型商用货车满载空载前轴后轴前轴后轴4×2后轮单胎4×2后轮双胎长短头式

26、4×2后轮双胎平头式6×4后轮双胎3240252730351925606873756570758150594449485431374150515646526369com 汽车性能参数的确定 1 动力性参数a 最高车速随着道路条件的改善特别是高速公路的修建汽车尤其是发动机排量大些的乘用车最高车速有逐渐提高的趋势在本设计中该参数给定为115kmhb 加速时间t汽车在平直的良好路面上从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间称为加速时间对于最高车速 100kmh的汽车加速时间常用加速到100kmh所需的时间来评价载货汽车常用060kmh的换挡加速时间或在直接档由20km

27、h加速到某一车速来评价一般装载量225t的轻型货车的060kmh的换挡加速时间在17530sc 上坡能力用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车的上坡能力通常要求货车能克服30坡度越野汽车能克服60坡度d 比功率和比转矩比功率是汽车所长发动机的标定最大功率与汽车最大总质量之比它可以综合反映汽车的动力性比功率大的汽车加速性能速度性能要好于比功率小一些的汽车我国GB72581997机动车运行安全技术条件规定农用运输车与运输用拖拉机的比功率40kWt而其他机动车48kWt比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比他反映汽车的牵引能力不同车型的比功率和比转矩范围拣表2-4 表24 汽

28、车动力性参数范围汽车类别最高车速比功率比转矩货车最大总质量1880135162830441860152538441814075120102033471406202950 2 燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水平的水泥或沥青路面上以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量 L100km 来评价货车有时用单位质量的百公里油耗量来评价 表25 表25 货车单位质量的百公里燃油消耗量 L 100tkm 总质量汽油机柴油机总质量汽油机柴油机4t300400200280612t26828215518646t28032019021012t250260143153 3 汽车最小转弯直径转向盘转至极限位

29、置是汽车前外转向轮轮辙中心在支撑平面上的轨迹圆的直径称为汽车最小转弯直径用来描述汽车转向机动性是汽车转向能力和转向安全性能的一项重要指标本设计中给定 125m 4 通过性几何参数 总体设计要确定的通过性几何参数有最小离地间隙接近角离去角纵向通过半径等各类汽车的通过性参数视车型和用途而异其范围见表25表25 汽车通过性的几何参数车型mm°°m4×21502202030152230834×42104550354017364×2货车3004060254523604×4货车6×6货车260350456035451936最小离地间隙接

30、近角离去角 3m操纵稳定性参数a 转向特性参数为了保证有良好的操纵稳定性汽车应具有一定的不足转向通常用汽车以04g的向心加速度沿顶圆转向时前后轮侧偏角之差-作为评价参数此参数在1°3°为宜b 车身 30kmh时总制动距离应小于等于18m制动减速度应大于等于26操纵力小于700N舒适型参数舒适性应包括平顺性空气调节性能车内噪声乘坐环境及驾驶员的操作性能其中汽车行驶平顺性常用垂直振动参数作评价包括频率和振动加速度等此外悬架动挠度也用来作为评价参数之一对于货车静挠度 50110mm动挠度 6090mm偏频n 1522Hz24 发动机的选择com 发动机形式的选择选为直列水冷汽油发

31、动机汽油机的优点平稳噪声小转速高体积小易启动转矩适应性好等直列式的优点结构简单维修方便造价低廉工作可靠宽度小易布置因而在中型及以下的货车上得到广泛应用 水冷的优点 冷却均匀可靠散热好噪声小能提供车内供暖较好适应发动机增压散热的需要和相应转速根据所设计汽车应达到的最高车速用下式估算发动机最大功率 2-1式中发动机最大功率 传动系的传动效率对单级主减速器驱动桥的4×2式汽车取09汽车总质量kg 重力加速度 滚动阻力系数对载货汽车取002 最高速度 空气阻力系数货车取0810 汽车正面投影面积无测量数据可按前轮距汽车总高汽车总宽等尺寸近似计算 对货车 此处取 根据式 2-1 计算得 629

32、2 按上式估算的为发动机装有全部附件时测定得到的最大有效功率约比发动机外特性的最大功率低1220因此最大功率 115×6292 7236Kw总质量小些的货车的值在40005000rmin之间总质量居中的货车更低些本设计中选取 4500rmin 2 发动机最大转矩及相应转速用下式确定 2-2 式中为最大转矩Nm故有 18408N·m选在此圆整为25 轮胎的选择总体设计开始阶段就要选好轮胎的型式和尺寸因为它们是绘制总布置图和进行性能计算的重要原始数据之一轮胎的型号主要根据车型使用条件轮胎的静负荷轮胎的额定负荷及车速来选择所选轮胎在使用中承受的静负荷值应等于或接近轮胎的静负荷值我

33、国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查轮胎的国家标准表2-9提供了一些货车的轮胎规格和特征表中各列数据中如无带括号的数据表示该列数据对斜交轮胎和子午线轮胎通用否则不带括号的数据适用于斜交胎而带括号的数据适用于子午线轮胎货车上双胎并装时负荷约比单胎使用时的负荷增加1015轿车轮胎标准见GB2978-82轮胎多承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比称为轮胎负荷系数为了避免超载此com对于在良好路面上行驶车速不高的货车此系数允许取11但不得大于12因为轮胎超载2030左右轿车及轻型货车的车速高动负荷大系数应取下限重型货车重型自卸车的车速低此系数可略偏高近年来货车上普遍采用高强度尼龙帘布轮胎使轮胎承

34、受能力提高因此同样载重量的汽车所用的轮胎尺寸已减少越野汽车长用胎面宽直径大的超低压轮胎山区使用的汽车制动鼓与轮辋的间隙应大些故采用轮辋较大的轮胎轿车为降低质心和提高行驶平稳性采用直径较小的宽轮辋低压轮胎按轮胎胎体中帘线的排列不同常见的有三种型式可供选择即普通斜线胎子午线胎和带束斜交胎等普通斜线胎的胎体帘线层较多胎侧厚使用中不易划破侧向刚性也大其缺点是缓冲性较差子午线的结构特点是帘线呈子午向排列这样帘线的强度就能得到充分利用此外选用高强度材料组成多层缓冲层加强了胎冠使缓冲性能得到提高与普通斜线胎相比较子午线轮胎还有使用寿命长滚动阻力小附着性能好等优点子午线胎的缺点是胎侧较薄侧向稳定性差胎侧易发生

35、裂口制造技术要求高由于子午线胎的优点较多今年来在汽车上应用日益增多带束斜交胎的结构和性能介于普通斜交胎和子午线胎之间其耐磨性和寿命虽比普通斜交胎好但不如子午线胎仅侧向稳定性比子午线胎好所以应用不广在本设计中选用斜交轮胎由前述计算应该根据满载时前轮静载荷计算此时其最大负荷表2-9 国产汽车轮胎规格及特征轮胎规则层数主要尺寸使用条件断面宽外直径最大负荷相应气压p01标准轮辋允许使用轮辋普通花纹加深花纹越野花纹NMPa轻型货车中小客车及其挂车轮胎650-1468180705-58506900324245J650-16 650R16 68755765765-6350755032 35 42 46 55

36、0F550E550F755-15 700R15 68200750760-6800800032 35 42 46 550F600G700-16 700R16 810200780790-8500965042 46 53 56 550F600G750-15 750R15 810220785790-93001060042 46 53 56 600G550F650F750-16 750R16 81012220810820-9700110501240042 46 53 56 63 67 600G500F650H825-16 825R16 12240860870-1350053 56 650H600G900

37、-16 900R16 810225890900-122001355035 39 42 46 650H600G根据最大负荷的要求可以初步选择轮胎的规格为700-16第三章 驱动桥的结构形式及选择31 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a 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b 外形尺寸要小保证有必要的离地间隙c 齿轮及其它传动件工作平稳噪声小d 在各种转速和载荷下具有高的传

38、动效率e 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 f 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g 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32 驱动桥的结构形式 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

39、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采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

40、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车的质心高度和车厢地板高度以提高稳定性和乘客上下车的方便可将轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直下方有些双层公共汽车为了进一步降低车厢地板高度在采用圆柱齿轮轮边减速器的同时将主减速器及差速器总成也移到一个驱动车轮的旁边在少数具有高速发动机的大型公共汽车多桥驱动汽车和超重型载货汽车上有时采用蜗轮式主减速器它不仅具有在质量小尺寸紧凑的情况下可以得到大的传动比以及工作平滑无声的优点而且对汽车的总体布置很方便 2 断开式驱动桥断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁断开式驱

41、动桥的桥壳是分段的并且彼此之间可以做相对运动所以这种桥称为断开式的另外它又总是与独立悬挂相匹配故又称为独立悬挂驱动桥这种桥的中段主减速器及差速器等是悬置在车架横粱或车厢底板上或与脊梁式车架相联主减速器差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素而汽车簧下部分质量的大小对其平顺性也有显著的影响断开式驱动桥的簧下质量较小又与独立悬挂相配合致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应

42、性比较好由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度减小车轮和车桥上的动载荷及零件的损坏提高其可靠性及使用寿命但是由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车 3 多桥驱动的布置为了提高装载量和通过性有些重型汽车及全部中型以上的越野汽车都是采用多桥驱动常采用的有4×46×68×8等驱动型式在多桥驱动的情况下动力经分动器传给各驱动桥的方式有两种相应这两种动力传递方式多桥驱动汽车各驱动桥的布置型式分为非贯

43、通式与贯通式前者为了把动力经分动器传给各驱动桥需分别由分动器经各驱动桥自己专用的传动轴传递动力这样不仅使传动轴的数量增多且造成各驱动桥的零件特别是桥壳半轴等主要零件不能通用而对8×8汽车来说这种非贯通式驱动桥就更不适宜也难于布置了为了解决上述问题现代多桥驱动汽车都是采用贯通式驱动桥的布置型式在贯通式驱动桥的布置中各桥的传动轴布置在同一纵向铅垂平面内并且各驱动桥不是分别用自己的传动轴与分动器直接联接而是位于分动器前面的或后面的各相邻两桥的传动轴是串联布置的汽车前后两端的驱动桥的动力是经分动器并贯通中间桥而传递的其优点是不仅减少了传动轴的数量而且提高了各驱动桥零件的相互通用性并且简化了结

44、构减小了体积和质量这对于汽车的设计 如汽车的变型 制造和维修都带来方便由于非断开式驱动桥结构简单造价低廉工作可靠查阅资料参照国内相关货车的设计最后本课题选用非断开式驱动桥33 驱动桥构件的结构形式主减速器是汽车传动系中减小转速增大扭矩的主要部件它是依靠齿数少的锥齿轮带动齿数多的锥齿轮对发动机纵置的汽车其主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向由于汽车在各种道路上行使时其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后便可使主减速器前面的传动部件如变速器万向传动装置等所传递的扭矩减小从而可使其尺寸及质量减小操纵省力驱动桥中主减速器差速器设计应满足如下基本

45、要求a所选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性b外型尺寸要小保证有必要的离地间隙齿轮其它传动件工作平稳噪音小c在各种转速和载荷下具有高的传动效率与悬架导向机构与动协调d在保证足够的强度刚度条件下应力求质量小以改善汽车平顺性e结构简单加工工艺性好制造容易拆装调整方便com 主减速器的结构形式 1 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形式的不同而不同按齿轮副结构型式分主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动双曲面齿轮式传动圆柱齿轮式传动又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动和蜗杆蜗轮式传动等形式在发动机横置的汽车驱动桥上主减速器往往采

46、用简单的斜齿圆柱齿轮在发动机纵置的汽车驱动桥上主减速器往往采用圆锥齿轮式传动或准双曲面齿轮式传动为了减少驱动桥的外轮廓尺寸主减速器中基本不用直齿圆锥齿轮而采用螺旋锥齿轮因为螺旋锥齿轮不发生根切齿轮加工中产生轮齿根部切薄现象致使齿轮强度大大降低的最小齿数比直齿轮的最小齿数少使得螺旋锥齿轮在同样的传动比下主减速器结构较紧凑此外螺旋锥齿轮还具有运转平稳噪声小等优点汽车上获得广泛应用近年来有些汽车的主减速器采用准双曲面锥齿轮车辆行业中简称双曲面传动传动准双曲面锥齿轮传动与圆锥齿轮相比准双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好弯曲强度和接触强度更高同时还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移当主动准双曲面齿轮

47、轴线向下偏移时可降低主动锥齿轮和传动轴位置从而有利于降低车身及整车重心高度提高汽车行使的稳定性东风EQ1090E型汽车即采用下偏移准双曲面齿轮但是准双曲面齿轮传递转矩时齿面间有较大的相对滑动且齿面间压力很大齿面油膜很容易被破坏为减少摩擦提高效率必须采用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油绝不允许用普通齿轮油代替否则将时齿面迅速擦伤和磨损大大降低使用寿命经方案论证主减速器的齿轮选用螺旋锥齿轮传动形式如图3-1示螺旋锥齿轮传动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捏合所以它工作平稳能承受较大的负荷制造也简单

48、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图3-1螺旋锥齿轮传动 2 主减速器的减速形式为了满足不同的使用要求主减速器的结构形式也是不同的按参加减速传动的齿轮副数目分有单级式主减速器和双级式主减速器双速主减速器双级减速配以轮边减速器等双级式主减速器应用于大传动比的中重型汽车上若其第二级减速器齿轮有两副并分置于两侧车轮附近实际上成为独立部件则称轮边减速器单级式主减速器应用于轿车和一般轻中型载货汽车单级主减速器由一对圆锥齿轮组成具有结构简单质量小成本低使用简单等优点经方案论证本设计主减速器采用单级主减速器其传动比i0一般小于等于7 3 主减速器主从动锥齿轮的支承方案主减速器中

49、心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地工作齿轮的正确啮合除了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a 主动锥齿轮的支承形式图3-2主动锥齿轮跨置式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查阅资料文献经方案论证采用跨置式支承结构如图3-2示齿轮前后两端的轴颈均以轴承支承故又称两端支承式跨置式支承使支承刚度大为增加使齿轮在载荷作用下的变形大为减小约减小到悬臂式支承的130以下而主动锥齿轮后轴承的径向负荷比悬臂式的要减小至1517齿轮承载能力较悬臂式可提高10左右装载质量为2t以上的汽车主减速器主动齿轮都是采用跨置式支承本课题所

50、设计的轻型货车装载质量为2t所以选用跨置式图3-3从动锥齿轮支撑形式b 从动锥齿轮的支承从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承如图3-3示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cd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cd应不小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70为了使载荷能均匀分配在两轴承上应是c等于或大于d 4 主减速器的轴承预紧及齿轮啮合调整支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧以消除安装的原始间隙磨合期间该间隙的增大及增强支承刚度预紧力的大小与安装形式载荷大小轴承刚度特性及使用转速有关com 差速器的结构形式汽车在行使过程中左右车轮在同一时间内所滚过的

51、路程往往是不相等的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使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使或直线行使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差速器是个差速传动机构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的角速度转动用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递避免轮胎与地面间打滑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 汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器具

52、有结构简单质量较小等优点应用广泛它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普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁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差速锁在军用汽车上应用较广经方案论证差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左右壳2个半轴齿轮4个行星齿轮 少数汽车采用3个行星齿轮小型微型汽车多采用2个行星齿轮 行星齿轮轴 不少装4个行星齿轮的差速器采用十字轴结构 半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成由于其结构简单工作平稳制造方便用在公路汽车上也很可

53、靠等优点最广泛地用在轿车客车和各种公路用载货汽车上有些越野汽车也采用了这种结构但用到越野汽车上需要采取防滑措施例如加进摩擦元件以增大其内摩擦提高其锁紧系数或加装可操纵的能强制锁住差速器的装置差速锁等com 驱动车轮传动装置的结构形式驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮在断开式驱动桥和转向驱动桥中驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节在一般非断开式驱动桥上驱动车轮的传动装置就是半轴这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来在装有轮边减速器的驱动桥上半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来普通非断开式驱动桥的半轴根据其外端的支承型式

54、或受力状况的不同而分为半浮式34浮式和全浮式三种a 半浮式半轴以靠近外端的轴颈直接支承在置于桥壳外端内孔中的轴承上而端部则以具有锥面的轴颈及键与车轮轮毂相固定或以突缘直接与车轮轮盘及制动鼓相联接 因此半浮式半轴除传递转矩外还要承受车轮传来的弯矩由此可见半浮式半轴承受的载荷复杂但它具有结构简单质量小尺寸紧凑造价低廉等优点用于质量较小使用条件较好承载负荷也不大的轿车和轻型载货汽车b 34浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部直接支承着车轮轮毂而半轴则以其端部与轮毂相固定由于一个轴承的支承刚度较差因此这种半轴除承受全部转矩外弯矩得由半轴及半轴套管共同承受即34浮式半轴还

55、得承受部分弯矩后者的比例大小依轴承的结构型式及其支承刚度半轴的刚度等因素决定侧向力引起的弯矩使轴承有歪斜的趋势这将急剧降低轴承的寿命可用于轿车和轻型载货汽车但未得到推广c 全浮式半轴的外端与轮毂相联而轮毂又由一对轴承支承于桥壳的半轴套管上多采用一对圆锥滚子轴承支承轮毂且两轴承的圆锥滚子小端应相向安装并有一定的预紧调好后由锁紧螺母予以锁紧很少采用球轴承的结构方案由于车轮所承受的垂向力纵向力和侧向力以及由它们引起的弯矩都经过轮毂轮毂轴承传给桥壳故全浮式半轴在理论上只承受转矩而不承受弯矩但在实际工作中由于加工和装配精度的影响及桥壳与轴承支承刚度的不足等原因仍可能使全浮式半轴在实际使用条件下承受一定的弯矩弯曲应力约为570MPa具有全浮式半轴的驱动桥的外端结构较复杂需采用形状复杂且质量及尺寸都较大的轮毂制造成本较高故轿车及其他小型汽车不采用这种结构但由于其工作可靠故广泛用于轻型以上的各类汽车上com 驱动桥桥壳的结构形式驱动桥桥壳是汽车上的主要零件之一非断开式驱动桥的桥壳起着支承汽车荷重的作用并将载荷传给车轮作用在驱动车轮上的牵引力制动力侧向力和垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上因此桥壳既是承载