汽车设计讲稿

1、 第五章 驱动桥§5-1概述一、功用：增扭降速、变方向传动力，承受力二、组成：主减速器、差速器、车轮传动装置和桥壳三、设计要求：1、i0应保证良好的动力性，经济性2、外形尺寸小足够的最小离地间隙hmin，满足通过性3、工作平稳、噪声小4、高5、强度、刚度足够，质轻非簧载质量小（平顺性好，降低动载）6、与悬架导向机构运动协调，转向驱动桥，还应与转向机构运动协调7、结构简单，工艺性好，制造容易，维修调整方便§5-2结构方案分析型式选择： 断开式：独立悬架 取决于悬架非断开式：非独立悬架1、断开式：左右驱动轮无刚性连接提问：独立悬架和非独立悬架有何优缺点？ 优：簧下质量，提高平顺

2、性车桥动载，寿命最小离地间隙，通过性使车轮与路面接触良好，抗侧滑 缺：结构复杂，成本高用：越野车或乘用车2、非断开式：左右驱动轮刚性连接 优：结构简单、成本低 可靠性较好 缺：非簧载质量大，平顺性差、hmin 低用：商用车和部分乘用车§5-3主减速器设计一、结构型式按齿轮类型，减速形式和支承分类（一）齿轮类型1、弧齿锥齿轮传动：（图5-4a） 特：两齿轮轴线交于一点优：同时啮合的齿数多， 工作平稳,振动和噪声小 缺：对啮合精度很敏感，锥顶稍有不吻合，就使工作条件急剧变坏，磨损和噪声2、双曲面齿轮传动：（图5-4b） 1）特点： A、两齿轮轴线交错，永不相交B、有偏移距EC、螺旋角a)

3、螺旋角定义：锥齿轮节锥表面展开图上的齿形线任一点A的切线与该点和节锥顶点连线之间的夹角。（图5-4b）将螺旋角画在一张图上。b)中点螺旋角：齿面宽中点处的螺旋角。通常螺旋角即指中点螺旋角。c)螺旋角12，且1>2,1-2=为偏移角D、主、从动齿轮圆周力F1、F2之比啮合面上法向力相等 圆周力比等于螺旋角余弦之比E、传动比 （5-2）式中：r1、r2分别为主、从动齿轮的平均分度圆半径令,则由于1>2，K>1，一般为1.251.50弧齿锥齿轮传动比2）优点：与弧齿锥齿轮比A、尺寸相同时，双曲面齿轮传动比更大。B、如传动比一定，从动齿轮尺寸相同，双曲主动齿轮直径大，齿轮强度高，齿轮

4、轴和轴承的刚度大C、如，主动齿轮尺寸相同，双曲从动齿轮直径小离地间隙。 其他优点：D、有沿齿长的纵向滑动，改善磨合，运转平稳性E、啮合齿数多，重合度大，传动平稳，约30%F、双曲主动齿轮直径及螺旋角大，相啮合齿的当量曲率半径大，G、双曲主动齿轮1大，不产生根切的最小可少H、主动齿轮大，加工刀具寿命长I、布置：主动轴在从动齿轮中心水平面下方：万向节传动高度，车身高度，地板高。主动轴在从动齿轮中心水平面上方：离地高度（贯通式驱动桥）3） 缺点A、纵向滑动使损失,B、抗胶合能力低，要特种润滑油4）应用：广泛，i>4.5且尺寸限制时，双曲i<2，弧齿锥齿轮 2 < i < 4.

5、5，弧齿锥齿轮和双曲两均可3、圆柱齿轮传动（图5-4c）：斜齿用：前置前驱动，且发动机横置 双级主减速器驱动桥 轮边减速器 4、蜗轮蜗杆：（图5-4d）优：1）大，但尺寸和质量不大 2）工作平稳无噪音 3）便于总体布置及贯通式 4）承载大，寿命长 5）结构简单，拆装方便，调整容易 缺：成本高，效率低（二）减速型式： 分类： 1）单级 2）双级：整体式 分开式：第一级：中央减速器（驱动桥中部）第二级，轮边减速器（轮边）3）双速 4）贯通式：单级、双级 5）单、双级减速配轮边减速 1、单级主减速器：（图5-7） 优：1）结构简单2）质量小3）成本低，制造容易4）拆装维修方便缺：只用转矩不大处（转矩

6、模数尺寸hmin）主传动比不能太大，7（否则，如从动轮直径离地间隙，主动轮直径根切） 用：乘，ma较小的商2、双级主减速器：（图5-8）优：离地间隙一定时，可得到大的传动比缺：尺寸、质量、成本大用：ma较大的商（中重货，大客，越野）1）整体式A、结构方案：图5-9a第一级：螺旋锥（或双曲面齿轮）；第二级圆柱齿轮图5-9b第一级：行星齿轮；第二级：螺旋锥（或双曲面齿轮）图5-9c第一级：圆柱；第二级：螺旋锥（或双曲面）B、锥-柱式的布置方案图5-9d纵向水平布置可降低质心高度，但使驱动桥纵向尺寸加大；用于长轴汽车可稍减传动轴长度，用于短轴汽车会增大万向节的夹角，（轴距一定）。图5-9f垂向布置使

7、驱动桥纵向尺寸减小，可减小传动轴夹角；但主减速器壳固定在桥壳上方，增大垂向尺寸，且桥壳刚度对齿轮工作不利。适用于贯通式驱动桥图5-9e倾斜布置则对传动轴布置和提高桥壳刚度有利C、锥-柱式的传动比分配：（5-9a）：a）一般，圆柱齿轮副的较大，圆锥齿轮副的较小，（一般为1.7.3） b）目的：轴向力，齿轮载荷，主动锥齿轮齿数，轴颈尺寸, 改善支承刚度， 啮合平稳度和工作可靠性2）分开式（主减速器配轮边减速器）优：a) 驱动桥i0大（大巴、重型车的总传动比大，为了使变速器、分动器、传动轴等总成受载小，常将驱动桥i0取大） b) 驱动桥中央尺寸可，hmin大 c) 半轴、差速器、主减速器齿轮等零件可

8、（转速，扭矩）缺：结构复杂，簧下质量，成本，布置（轮毂、轴承、车轮和制动器）困难 A、园柱行星齿轮：a)圆柱；b)圆锥 B、外啮合园柱齿轮 a）主动齿轮上置：hmin大，用于高通过性越野车 b）主动齿轮下置：地板低，质心高度低，用于城市、长途客车3、双速主减速器（图5-11）主减速器有高低档两种减速比，与变速器配合，可得到双倍于变速器的档位。换档远距离操纵，停车进行应用单桥驱动且ma较大车4、贯通式主减速器（图）将一根贯通轴穿过中桥并通向后桥， 用于多桥驱动汽车1）单级：ma较小2）双级：ma较大（三）主从动锥齿轮的支承方案主、从动锥齿轮正确啮合条件：1）加工质量 2）装配调整 3）轴承、壳体

9、刚度 4）支承刚度1、主动锥齿轮支承：1）悬臂式（图5-14 a）A、结构特点： a、圆锥滚子轴承大端向外，（有时用圆柱滚子轴承） b、为支承刚度，两支承间的距离b应2.5a（a为悬臂长度） c、轴颈d应a d、左支承轴颈比右大B、优缺：结构简单，刚度差C、用：传递转矩小的2）跨置式（图5-14 b）A、结构特点： a、两端均有支承（三个轴承）刚度大，齿轮承载能力高 b、两圆锥滚子轴承距离小主动齿轮轴长度，可减少传动轴夹角，有利于总体布置 c、壳体需轴承座壳体结构复杂，加工成本高 d、空间尺寸紧张B、用：传递转矩大的2、从动锥齿轮支承（图5-14 c）1）圆锥滚子大端向内，跨度2) 70%3)

10、 cd 载荷平均分配4) 大从动锥齿轮背设辅助支承销, 间隙0.25mm（图5-15） 5）齿轮受载变形或位移的许用偏移量（图5-16）二、主减速器基本参数选择与计算载荷确定（一）计算载荷的确定锥齿轮切齿法有格里森和奥利康两种方法，以下仅介绍格里森齿轮计算载荷的三种方法1、从动锥齿轮的计算转矩Tc1）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： (5-4)2）按驱动轮打滑转矩确定从动锥齿轮的计算转矩Tcs （5-5）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 （5-6）4）计算转矩取值Tc计算最大应力： 计算疲劳寿命：2、主动锥齿轮间的计算转矩 （5-7）式中：

11、主、从动锥齿轮间的传动效率，对弧齿锥=95%，双曲面时，=85%；时，=90%(二)锥齿轮主要参数的选择：1、主、从动锥齿轮齿数z1，z2：1）z1与z2不应有公约数（以使主动轮各齿与从动轮各齿都能啮合，磨合均匀）2）z1+z240，（以得到理想的重合度，高的轮齿弯曲强度）3）z1 不能太小：乘z19，商z16（以使啮合平稳，噪声小，疲劳强度高） 4）i0较大时，z1尽量取小，以离地间隙5）对不同的i0，z1与z2搭配适宜2、从动锥齿轮大端分度圆直径D2和端面模数：1）D2：D2，离地间隙；D2，影响跨置式主动齿轮前支承座安装空间和差速器安装初选择经验公式： 从动齿轮计算转矩， 直径系数，取1

12、3.0-15.32）： （5-9）应使 （5-10）3、主、从动锥齿轮齿面宽b1,b21）齿宽b过宽的影响：A、使小端齿槽宽切削刀头顶面宽，刀尖圆角齿根圆角半径，应力集中，刀具寿命B、因安装偏差或制造变形等原因，出现负荷集中于轮齿小端小端过早损坏和疲劳损伤C、装配空间2）齿宽b过窄的影响：轮齿表面耐磨性 3）推荐： b20。3 A，且 b210,或b2=0.155D2 对 螺旋锥b1>110%b2 4、双曲面齿轮副偏移距E 1）影响： E过大纵向滑动大引起齿面早期磨损和擦伤E过小不能发挥优点2）推荐：乘、ma小的商E0.2D2，且E40%Ama小的商E（0.100.12）D2，且E20%

13、A 3）上下偏移： 5、中点螺旋角：齿面宽中点螺旋角 单个锥齿轮：大端大，小端小一对锥齿轮：弧齿锥，双曲面 1>2，偏移角=1-21）影响：齿面重合度系数传动平稳，噪声低，=1.5-2最好 轮齿强度轮向力2）取值：常取=35°40°乘：取较大（平稳，噪声）商：取较小（防轴向力过大），通常35度6、螺旋方向 1）左、右旋:A、从锥顶看，齿形从中心线上半部从小端至大端向右倾斜为右旋 B、主、从动轮的螺旋向相反 2）螺旋方向和主动齿轮转向影响主动齿轮所轴向力方向（加图） 3）旋向选择：根据轴向力确定，当汽车前进时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶点，即使主从动齿轮有分离趋势，否

14、则使两齿轮靠紧，引起齿轮卡住（图5-17） 4）汽车主减速器小锥齿轮旋向一般为左旋，大齿轮为右旋（发动机转向与小锥一致）7、法向压力角1），齿轮强度，2）对小尺寸齿轮, 齿顶易变尖，刀尖宽度过小, 齿轮端面3）对小负荷齿轮, 采用小，使运动平稳，噪声 4） 弧齿锥 双曲面 乘 商 或 三、锥齿轮的强度计算四、锥齿轮轴承的载荷计算 1.锥齿轮齿面上的作用力 锥齿轮啮合齿面上作用的法向力可分解为：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 五、锥齿轮材料 1、驱动轿锥齿轮特点：载荷大，作用时间长，变化多，有冲击2、要求：1）弯曲和接触强度高，表

15、面硬度高 2）蕊部韧 3）锻、切削、热处理性能良好 4）选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅的合金钢3、材料用渗碳合金钢：20CrMnTi 20MnVB 20MnTiB 22CrNiMo 16SiMn2WmoV4、渗碳钢特点：优：1）表面可为硬化层、耐磨、抗压、蕊软弯曲和接触强度高，表面硬度高 2）本身含碳量低，易于锻、切缺：1）热处理费用高 2）基软、受载大时易产生塑性变形 3）如蕊、面含碳量差别多，易引起表面硬化层剥落。措施：为改善新齿轮的磨合，防止出现早期磨损、擦伤、胶合或咬死、锥齿轮常常在热处理及精加工后，作磷化处理或镀铜、镀锡。喷丸处理可提高寿命25%滑动速度大的可表面硫化处理，以提高耐磨性

16、§5-4差速器设计功用：两输出轴间分配转矩，可差速转动型式：齿轮式（普通锥齿轮，摩擦片、强制锁止式）凸轮式蜗轮式牙嵌式自由轮 一、结构型式选择：（一）对称锥齿轮式差速器：普通锥齿轮式，摩擦片式和强制锁止式1、普通锥齿轮差速器：结构简单，工作可靠，应用广泛1）锁紧系数k图5-20，差速器壳角速度，两半轴、 若 ，则（一侧半轴不转） ，则（差速器壳不转，仅当修理时出现，左右半轴等速反向转动）根据力矩平衡： T1+T2=T0 （1） 外加转矩 两半轴对差速器的反转矩 T2 - T1 = Tr 内摩擦力矩 （2）锁紧系数 2)慢、快转两半轴的转矩比kb联立（1）、（2） (3) (4) (5

17、-26)如Tr=0 T1=T2 Tr0 T2>T1 (T2为慢转半轴力矩)慢、快转半轴的转矩比3）普通锥齿轮差速器的k、kb ：锁紧系数k=0.050.15 两半轴转矩比kb=1.111.35 说明左、右半轴的转矩差别不大，可认为分配给两半轴的转矩大致相等。应用：当汽车在/好路上行驶时，这样的分配比例无论对于直线行驶或转弯行驶都是合适的。但当一侧路面的附着系数很小，另一侧与地面有良好的附着，无法发挥潜在的牵引力以致汽车停驶。2、摩擦片式差速器1)构造特点 为增加内摩擦力矩，在半轴齿轮和差速器壳体间加装摩擦片2) k、kb k=0.6，kb=43) 特性：可明显提高通过性3、强制锁止式差速

18、器 1)构造特点： 加装差速锁，使差速器不起作用 2）使用： 驶入难行驶路前，操纵差速锁锁止式差速器； 驶出难行驶路，刚进入较好路时，及时将差速器松开 3）优： A、提高最大牵引力：4*2汽车，两驱动轮行驶路面附着系数分别为和min, G2为驱动桥上负荷对普通锥齿轮差速器：最大牵引力 Ft=G2min/2+ G2min/2= G2min, 对强制锁止式差速器：最大牵引力 Ft=G2/2+ G2min/2= G2(+min)/2最大牵引力提高(+min)/2min, B、可利用原差速器结构 C、结构简单，操作方便 4）局限：如左右车轮均处低附着系数路面，虽锁住差速锁，但牵引力仍超附着力，汽车无法

19、行驶二、普通锥齿轮差速器齿轮设计（一）主要参数 1、行星齿轮数n：承载不大n=2，承载大n=42、行星齿轮球面半径Rb：反映锥齿轮节锥距的大小和承载能力，经验方式： min Tce,Tcs,计算转矩 行星齿轮球面半径系数，Kb n=4的乘，商取小 n=2的乘，越、矿取大 节锥距A0=0.980.99Rb 3、行星齿轮齿数Z1，半轴齿轮齿数Z2Z110，半轴齿轮齿数Z2=1425，大多数汽车Z2/Z1=1.52两半轴齿轮齿数和/n=整数，否则不能装配4、节锥角：行星齿轮r1=arctg（Z1/Z2） 半轴齿轮r2=arctg(Z2/Z1)大端端面模数：5、压力角：大都22°30 ma较

20、大的商：25°6、行星齿轮轴直径d及支承长度L 式中：T0差速器壳传递的转矩；c - 行星齿轮支承面允许挤压应力；n -行星齿轮数；rd 行星齿轮支承面中点到锥顶距离（二）差速器齿轮强度设计 差速器齿轮不像主减速器齿轮那样一直处于啮合传动状态，齿面的接触疲劳破坏一般不发生，故只进行轮齿弯曲强度计算§5-5 车轮传动装置设计 1、功用：传转矩给车轮 2、主要零件： 断开式或转向驱动桥：万向传动装置非断开式：半轴一、结构形式分析： 1、半浮式半轴（图5-31a）：外端直接受轴承约束，承受弯矩大，用于乘、ma较小商 2、3/4浮式半轴（图5-31b）：外端通过套管受轴承约束，受弯

21、矩较小，用于乘、ma较小商3、全浮式半轴（图5-31c）：外端联轮毂再受轴承约束，理论上只受转矩，用于ma较大商“浮”表示不受弯矩，只受转矩二、半轴计算（图5-31）（一）全浮式半轴：按车轮附着力矩计算扭转切应力和半轴转角，车轮附着力矩 （5-43） 式中： G2驱动桥上静负荷 负荷转移系数 rr车轮滚动半径 附着系数 (5-44) (5-45) 式中：d半轴直径 l半轴长度 IP半轴断面极惯性矩（二）半浮式半轴：应考虑三种载荷工况： 1。纵向力Fx2 (牵引力或制动力)最大，侧向力Fy2=0 (5-46)式中：轮毂支承轴承到车轮中心平面之间的距离合成应力 （第三强度理论）2、侧向力Fy2最大和Fx2=0 （侧滑时）1）此时外、内车轮上的总侧向力为（附着力）2）外、内车轮上的垂直反力 式中：hg 汽车质心高度B2 后轮距 侧滑附着系数外、内轮上的侧向力为 （5-49）外、内轮半轴的弯曲应力 （5-50）3