汽车底盘构造课件 第六章 燃油车驱动桥与四轮驱动

第六章燃油车驱动桥与四轮驱动6.1驱动桥的功能、组成和分类6.4半轴和桥壳目录6.3差速器6.5变速驱动桥6.2主减速器6.6四轮驱动6.1驱动桥的功能、组成和分类6.1驱动桥的功能、组成和分类1.驱动桥的组成主减速器、差速器、半轴和桥壳。1）将变速器传来的发动机转矩传给驱动车轮，实现减速增矩;2）改变转矩的传递方向；3）使内外侧车轮以不同转速转动，适应汽车的转向要求；4）通过桥壳和车轮实现承载及传力。2.驱动桥的功用6.1驱动桥的功能、组成和分类（1）非断开式驱动桥（整体式驱动桥）半轴套管与主减速器壳刚性连接组成驱动桥壳，整个驱动桥通过弹性悬架与车架连接，左右两侧车轮不能独立跳动的驱动桥。3.驱动桥的分类6.1驱动桥的功能、组成和分类（1）非断开式驱动桥（整体式驱动桥）3.驱动桥的分类6.1驱动桥的功能、组成和分类（2）断开式驱动桥两侧的驱动轮分别通过独立悬架与车架相连，两车轮可独立跳动；主减速器壳固定在车架上；半轴分成两段，通过万向节铰接。半轴3.驱动桥的分类6.1驱动桥的功能、组成和分类（2）断开式驱动桥3.驱动桥的分类6.1驱动桥的功能、组成和分类1.主减速器概述2.单级主减速器3.双级主减速器4.双速主减速器6.2主减速器1）功用减速增扭；改变转矩旋转方向（发动机纵置时）。主减速器传动比i0：轿车i0＝3~4.5；微型和轻型货车

i0＝4.5~6；中重型货车

i0＝6~20。6.2.1主减速器概述按传动齿轮副的数目：按主减速器档位：按齿轮副结构型式：

单级主减速器；双级主减速器。单速式:固定的传动比；双速式:有两个档位。圆柱齿轮式；螺旋锥齿轮式；准双曲面齿轮式。2）分类6.2.1主减速器概述斜齿圆柱齿轮：主从动齿轮轴线平行。螺旋锥齿轮：主从动锥齿轮轴线垂直且相交。准双曲面锥齿轮：主从动锥齿轮轴线垂直不相交，轴线偏移。3）常用的齿轮型式6.2.1主减速器概述a)螺旋锥齿轮,轴线相交b)准双曲面锥齿轮，轴线垂直不相交，轴线偏移准双曲面齿轮传动轴线偏移的作用

在驱动桥离地间隙h不变的情况下，可以降低主动锥齿轮和传动轴的位置，从而使整车车身及重心降低，有利于提高汽车行驶稳定性。6.2.1主减速器概述3）常用的齿轮型式主减速传动是由一对齿轮传动完成的，零件少，结构紧凑，重量轻，传动效率高。主传动比：主减速器的传动比，用i0表示。

i0=Z2/Z1Z2---从动齿轮齿数Z1---主动齿轮齿数主动轮从动轮6.2.2单级主减速器特点：有两对齿轮传动；较大传动比的前提下，提高离地间隙；可以通过更换不同的齿轮副实现不同的传动比，提高零部件的通用性。6.2.3双级主减速器圆柱齿轮传动为第一级锥齿轮传动为第二级6.2.3双级主减速器主传动比：i0=Z2/Z1×Z4/Z3主减速器车轮轮边减速器轮边减速器车轮轮边减速器：当需要较大的传动比和离地间隙，将双级主减速器的第二级放在驱动车轮侧。一般采用行星齿轮传动，也有采用圆柱齿轮传动。主传动比：i0=i01×i02

6.2.3双级主减速器轮边减速器齿圈固定在半轴套管上，为非旋转件；太阳轮固定在半轴上，随半轴转动，为主动件；行星架为从动件，轮毂固定在行星架上。1）行星轮机构轮边减速器6.2.3双级主减速器越野车上，半轴上置，提高离地间隙；大型客车上，半轴下置，降低车桥、车身底板高度。轮边减速器6.2.3双级主减速器2）圆柱齿轮机构双速主减速器：具有两档传动比的主减速器。在良好路面上采用，用小传动比的档位行驶，提高经济性，该档位常接合；在坏路面或载荷较大时，通过操纵装置换到大传动比档位，该档位需要时接合；双速主减速器的变速部分，一般放在第二级减速部分，可采用圆柱齿轮和行星轮传动。因为操纵距离较远，一般采用气动或者电液操纵方式。6.2.4双速主减速器两对圆柱齿轮，通过接合套进行换挡。1）圆柱齿轮机构6.2.4双速主减速器两对圆柱齿轮，通过接合套进行换挡。1）圆柱齿轮机构6.2.4双速主减速器输入件：从动锥齿轮内孔加工有轮齿作为齿圈；输出件：固定在差速器壳上的行星齿轮架。当换挡拨叉15右移，半轴14左移，太阳轮和行星架固定在一起，为高速档（直接档）。2）行星机构传动6.2.4双速主减速器高速主传动比：i0=i01

低速主传动比：i0=i01

×i02

6.2.4双速主减速器车轮的运动状态：设车轮中心的速度：U车轮的纯滚动半径：r车轮的角速度：ω则：车轮纯滚动时，

U=ω×r车轮纯滑转时，

ω≠0但U=0车轮纯滑移时，

U≠0但ω=0如果内外侧车辆转速相同：外侧车轮一边滚动，一边滑移；内侧车轮一边滚动，一边滑转。当汽车转弯时，在同一时间内,外侧车轮位移长，内侧车轮位移短。6.3差速器6.3差速器1.普通锥齿轮差速器2.摩擦片限滑差速器3.黏性联轴器4.托森差速器5.冠状齿轮差速器功用：既能向两侧驱动轮或不同驱动桥之间传递转矩，又能使两侧驱动轮或各驱动桥以不同转速转动，以满足转向等情况下内外驱动轮或不同驱动桥以不同转速转动的需求。轮间差速器：用于同一驱动桥的两侧驱动轮之间的差速器；轴间差速器：用于两个驱动桥之间的差速器。6.3差速器差速器的功用和分类按位置分类：按齿轮的形状：圆锥齿轮差速器；圆柱齿轮差速器。按两侧半轴输出的转矩是否相等：对称式差速器；不对称差速器。既能向两侧驱动轮之间传递转矩，又能使两侧驱动轮以不同转速转动。轮间差速器的功用6.3差速器主减速器从动齿轮行星齿轮轴行星齿轮行星齿轮半轴齿轮半轴齿轮半轴半轴差速器壳主要由圆锥行星齿轮，行星齿轮轴（十字轴），半轴锥齿轮，差速器壳等组成。动力传递路线：差速器壳

主减速器从动齿轮

半轴

行星齿轮轴

行星齿轮

半轴齿轮

驱动车轮6.3.1普通锥齿轮差速器对称式锥齿轮差速器分解图6.3.1普通锥齿轮差速器实现差速的原动力右转弯转弯时外轮有产生滑移的倾向，内轮有滑转的倾向;;由于轮胎和地面的附着作用，地面要阻止轮胎的滑转和滑移，轮胎上受到来自地面上额外的作用力ΔF。P：驱动转矩作用于行星轮上的力;ΔF：由于转弯引起地面作用于车轮上的力；ΔP：克服内摩擦在行星轮两侧造成的附加力。6.3.1普通锥齿轮差速器C点：行星齿轮的回转中心，C点的速度永远与行星齿轮轴对应点速度相同。A点：左半轴锥齿轮与行星齿轮的啮合点；B点：右半轴锥齿轮与行星齿轮的啮合点；行星齿轮的两种基本运动:公转：使半轴齿轮转速相同，方向相同；自转：使半轴齿轮转速相同，方向相反。运动学特性自转与公转

小我与大我6.3.1普通锥齿轮差速器ω1＋ω2=2ω0结论：左右两侧半轴的速度之和等于差速器壳速度的2倍，与行星齿轮的速度无关,一个车轮速度变快，另一个必定变慢。当任意一侧车轮转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳的转速两倍(汽车一侧陷入泥泞中高速转动，另一侧基本不动)；当差速器壳的速度为零时，若一侧半轴齿轮受外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮以相同转速反向转动(中央驻车制动器紧急制动)。运动学特性6.3.1普通锥齿轮差速器当左右两轮存在转速差时，理论上内摩擦力矩使得转的快的半轴转矩减小，转的慢的半轴转矩增大。设主减速器传来的扭矩为M0左右半轴的转矩分别为M1和M2.1）当左右半轴转速相等时：M1=M2=0.5M0

（相当于等臂杠杆）2）当左右半轴转速不相等时：行星齿轮因为自转而产生内摩擦力矩Mr

M1=0.5(M0－Mr)

M2=0.5(M0＋Mr)

M2-M1=Mr转矩分配特性6.3.1普通锥齿轮差速器对称式锥齿轮差速器的内摩擦力矩Mr很小，很小一点外力就可引起差速作用，左右半轴转矩比（M2/M1）(1~1.4），基本上可以认为转矩在任何情况下都是平均分配的;这种转矩平均分配的特点，决定了这类差速器在左右车轮附着系数有明显差别时的情况反应敏捷。转矩分配特性M2-M1=Mr6.3.1普通锥齿轮差速器锁紧系数K：表示内摩擦力矩的大小和转矩的分配特性。

K=(M2－M1)/M0=Mr/M0是表征限滑差速器限滑能力的参数，一般在0~1之间，具体数值依车型而定。锁紧系数越高的差速器，在两侧半轴出现转速差时，就会越多的照顾到转动较慢的半轴，让慢半拍的半轴得到越多的转矩分配。转矩比S：表示转得慢的半轴和转得快的半轴的转矩比。

S=M2/M1=（1＋K）/（1－K）

是表征限滑能力的参数，表明左右转矩差的倍数，（1.8~3.0）。转矩分配特性6.3.1普通锥齿轮差速器对称式锥齿轮差速器的“差速不差扭”特性不利于汽车的通过性。差速锁：外接合器：与半轴相连；内接合器：与差速器壳体相连。作用：将半轴齿轮与差速器壳体连为一体，差速器失去差速功能。特点：结构简单，易于制造，但操纵不便，需停车操作，过早接上或过晚摘下差速锁，将在好路段产生无差速器情况问题。6.3.1普通锥齿轮差速器6.3差速器1.普通锥齿轮差速器2.摩擦片限滑差速器3.黏性联轴器4.托森差速器5.冠状齿轮差速器6.3.2摩擦片式限滑差速器限滑差速器分类：转矩敏感式限滑差速器转速敏感式限滑差速器主动控制式限滑差速器差速器内摩擦转矩与差速器壳输入转矩成递增函数关系。差速器内摩擦转矩与左、右半轴的转速差密切相关。通过电子装置或电液控制装置实现限滑6.3.2摩擦片式限滑差速器直线行驶动力传递路线：差速器壳

推力压盘

行星齿轮轴

行星齿轮

半轴齿轮

半轴

驱动车轮6.3差速器1.普通锥齿轮差速器2.摩擦片限滑差速器3.黏性联轴器4.托森差速器5.冠状齿轮差速器主动件：前传动轴、壳体、外叶片；从动件：后传动轴、内叶片；壳体内充满80%~90%的硅油；传递的转矩与硅油的密度、粘度、主传动轴转速差、内叶片数和半径等成正比，与内外叶片间的间隙成反比。转速感应式像一个密封在壳体内的多片离合器6.3.3黏性联轴器用做轴间差速器时：在正常行驶时，前后车轮没有转速差，粘性联轴器不起作用，动力不分配给后轮，纯前轮驱动；当前轮出现打滑空转，前后车轮出现较大的转速差，粘性联轴器的内、外叶片剧烈搅动硅油，致使其温度上升（最高可达200℃），压力增大（最高可达100kPa），产生极大的粘性阻力，出现驼峰现象，阻止内外板间的相对运动，产生了较大的扭矩，这样，就把动力传给后轮。6.3.3黏性联轴器6.3差速器1.普通锥齿轮差速器2.摩擦片限滑差速器3.黏性联轴器4.托森差速器5.冠状齿轮差速器转矩敏感式蜗轮蜗杆的传动副为自锁式，只能蜗杆驱动蜗轮，反之则不行，在内部差动转矩较小时起差速作用，二者在内部差动转矩较大时，实现自锁，不起差速作用。蜗轮蜗杆6.3.4托森差速器蜗轮轴差速器壳半轴蜗杆蜗轮圆柱齿轮蜗轮轴也可用于轮间差速，主减速器动力输入到差速器外壳，经托森差速器作用，一部分转矩传到左半轴，另一部分转矩传到右半轴。6.3.4托森差速器直线行驶时，两蜗杆转速相等，蜗轮蜗杆之间无相对运动，相啮合直齿圆柱齿轮间也无相对运动，差速器壳和两蜗杆轴同步转动，n1=n2=n0，转矩平均分配。6.3.4托森差速器4312当两侧轴有差速时，由于地面力的作用，驱动一个蜗杆快转，另一蜗杆慢转，变快的量和变慢的量相等，通过直齿圆柱齿轮抵消，实现差速作用。6.3.4托森差速器当一侧车轮失去地面附着要打滑时，车轮将快速旋转，使得相连的蜗杆快转，快转蜗杆通过啮合的蜗轮和直齿齿轮传到另一侧蜗轮，意图反向驱动另一侧蜗杆，由于自锁原因无法完成，相当于两个蜗杆锁成一体,失去差速能力。43126.3.4托森差速器6.3差速器1.普通锥齿轮差速器2.摩擦片限滑差速器3.黏性联轴器4.托森差速器5.冠状齿轮差速器由两组多片式离合器，两个冠状齿轮和四个行星齿轮组成；冠状齿轮的一侧与行星齿轮相啮合，另一侧与多片式离合器内片连接多片式离合器外片与差速器壳体连接；螺纹环用于压住多片式离合器保持一定的接合力矩。

6.3.5冠状齿轮差速器前后各有一组摩擦片，后传动部分摩擦片数量更多。6.3.5冠状齿轮差速器冠状齿轮与四个中间小行星齿轮啮合点直径不同，前传动啮合点直径与后传动啮合点直径比为40：60。6.3.5冠状齿轮差速器前后轴自然状态下扭矩分配比为40:60；当两个冠状齿轮出现转速差时，四个行星齿轮就会进行自转，带动两个冠状齿轮转动，由于冠状齿轮的特殊几何结构，行星齿轮对冠状齿轮产生轴向力，这个轴向力便会使冠状齿轮产生轴向位移压紧多片式离合器，使多片式离合器产生接合力矩，改变前后轴的扭矩分配。6.3.5冠状齿轮差速器冠状齿轮差速器在差速的同时可以实时分配扭矩，并且完全依靠机械结构自主完成扭矩的分配（前轴15%-70%，后轴30%-85%），反应迅速，灵敏度高，可靠性强，并且重量轻。6.3.5冠状齿轮差速器6.4半轴和桥壳半轴的内侧通过花键与半轴齿轮相连，外侧用凸缘与驱动轮的轮毂相连。根据半轴外端受力状况的不同分为三种：有半浮式半轴；全浮式半轴；3/4浮式半轴（汽车上很少用）。6.4.1半轴车轮通过半轴轴承支承在桥壳上，作用在车轮的力都直接传给半轴，再通过轴承传给驱动桥壳体，半轴外端既受转矩，又受弯矩，常用于轿车、微型客车和微型货车。1.半浮式半轴6.4.1半轴特点：半轴外端与轮毂相连接，轮毂通过轴承支承在桥壳的半轴套管上，半轴外端只受转矩，不受弯矩，主要用于轻型、中型、重型货车、越野汽车和客车上。2.全浮式半轴6.4.1半轴6.4.1半轴半浮式半轴受力后变形全浮式半轴受力后变形3.车轮受垂直载荷、侧向力时半轴受力分析6.4.1半轴全浮式半轴：半轴和桥壳没有直接的联系；全浮式半轴内外端均不承受外来弯矩；半轴可以从半轴套管中抽出，拆卸容易。结构比半浮式复杂。半浮式半轴：半轴一端支承在桥壳上；半轴外端承受车轮传来的弯矩和转矩；但内端不承担弯矩。结构比全浮式简单。作用：支承并保护主减速器、差速器和半轴，固定驱动轮，使轮距保持不变；支承车架及车架上各总成；承受汽车行驶时，车轮传来的力和力矩，并通过悬架系统传给车架。要求：刚度和强度大；质量轻；便于主减速器的拆卸和安装；便于制造。6.4.2桥壳6.4.2桥壳1.整体式桥壳特点：刚度大、强度高；便于主减速器的安装、调整、维修；铸造难度大，质量大。凸缘盘用来固定制动底板，半轴套管外端用以安装轮毂轴承，半轴套管用止动螺钉实现轴向定位。螺塞用来检查油面。主减速器上有加油孔和放油孔。特点：质量小，制造工艺简单；材料利用率高，抗冲击性好。6.4.2桥壳1.整体式桥壳6.4.2桥壳1.整体式桥壳特点：材料利用率好，质量小，强度和刚度高，制造成本低，适合大批量生产，广泛用于轿车和微、轻型货车。6.4.2桥壳2.分段式桥壳特点：便于制造，工艺简单，但维修不便。6.5变速驱动桥驱动桥按其功能特点分类：独立驱动桥：主减速器、差速器、半轴等都安装在独立的驱动桥壳内，与其他动力总成独立存在，如载货汽车驱动桥；变速驱动桥：变速器与驱动桥两个动力总成布置在同一壳体内，如前置前驱轿车驱动桥。6.5变速驱动桥特点：结构紧凑，缩短了传动链，机械效率高，工艺复杂。6.5变速驱动桥6.6四轮驱动6.6四轮驱动四轮驱动机械四驱电动四驱分时四驱全时四驱适时四驱纯电动四驱HEV四驱PHEV四驱四驱汽车分类奥迪quattro奔驰4MATIC宝马xDrive讴歌SH-AWD瀚德Haldex6.6.1分时四驱6.6.1分时四驱分时四驱专为越野行驶设计，主要是为了增加牵引力，结构上有分动器，需要驾驶员根据路面条件操纵分动器，实现两轮驱动和四轮驱动的切换；四驱时，前后轴的动力分配是50：50。分动器功用：

（1）利用分动器可以将变速器输出的动力分配到各个驱动桥；

（2）多数汽车的分动器有高低两个档，兼起副变速器的作用。分动器的输入轴与变速器的第二轴相连，输出轴有两个或两个以上，通过万向传动装置分别与各驱动桥相连。756.6.1分时四驱除具有高低两档及相应的换档机构外，还有前桥接合套及相应的控制机构。当越野车在良好路面上行驶时，只需后轮驱动，可以用操纵手柄控制前桥接合套，切断前驱动桥输出轴的动力。766.6.1分时四驱分动器为了不使后驱动桥过载，分动器没有2L档，通过设置连锁机构，使得只有前桥结合后才能挂入低速档，用于使汽车在坏路面上和非结构化道路上获得最低稳定车速。6.6.1分时四驱分动器分动器操纵要求：

非先接上前桥，不得挂入低速档；非先退出低速档，不得摘下前桥。原因：低速档转矩较大，避免中、后桥过载。6.6.1分时四驱分动器各档位适用情况2H模式：在铺装、干燥路面行驶时用；4H模式：冰雪路面或相对平坦无特殊异常的越野路况行驶；4L模式：可向两车桥提供更大的驱动扭矩，适用于越野工况，如爬坡、下坡或经过沟渠、砾石、河流等崎岖不平的道路；空档：汽车被牵引时使用。四驱的方式比较死板，前后轮刚性地锁在一起，50%比50%的动力均匀分配，在铺装路况，这样的动力分配会影响到汽车的转向。6.6.2全时四驱车辆在行驶中的任何时间，车辆的四个轮子都是独立驱动的，所有车轮都获得动力。1.全时四驱特点和分类6.6.2

全时四驱中央差速器在汽车前、后驱动桥之间设置中央差速器吸收由于前后驱动轮滚动半径不同而行驶距离不同产生的转速差；全时四驱车型通过障碍物能力更强、反应速度更快。按传动系统布置形式分类：横置全时四驱纵置全时四驱按前后桥之间转矩分配方式分类：固定转矩分配式全时四驱可变转矩分配式全时四驱1.全时四驱特点和分类6.6.2

全时四驱2.固定转矩分配式全时四驱6.6.2全时四驱通过开放式中央差速器将变速器输出的动力按固定比例分配给前、后轴。在车辆转弯时，前轴的转速要比后轴快，因此通过差速器可以在实现转速差的同时保持动力输出。配备了中央差速锁提高通过性。2.固定转矩分配式全时四驱6.6.2全时四驱行星齿轮式中央差速器3.可变转矩分配式全时四驱6.6.2全时四驱固定转矩分配式全时四驱采用的开放式中央差速器“差速不差扭”特性不利于通过性的提高；可变转矩分配比的全时四驱，可以根据路况动态调节前后轮的转矩分配。普通差速器结合差速锁；被动式限滑差速器；3.主动式限滑差速器。可变转矩分配式全时四驱发展历程：3.可变转矩分配式全时四驱6.6.2全时四驱托森差速器式全时四驱（奥迪第二代quattro）通过纯机械方式实现前后桥转矩分配，在直线行驶工况下，前后动力分配比能够保持在50:50，但当前轴或后轴其中一侧发生打滑，它能将75%的动力传递到附着力更好的一侧输出轴上。quattro型号开发年代代表车型中央差速器型号锥齿轮差速器行星齿轮托森差速器A型托森差速器B型托森差速器C型冠状齿轮第一代1980奥迪80√第二代1986奥迪90√第三代1988奥迪V8√（AT）√（MT）第四代1994奥迪A6√（MT）√（AT）第五代1997奥迪RS4√(优化A型)第六代2005奥迪RS5√第七代2010奥迪A5\或RS5√3.可变转矩分配式全时四驱6.6.2全时四驱奥迪全时四驱发展历程6.6.3适时四驱适时四驱是只有在适当的时候车辆才会使用四轮驱动，正常路面一般是两轮驱动模式，适时四驱会根据车辆行驶路况，自动切换两驱或四驱模式，不需要人为操作。6.6.3适时四驱1.被动控制式适时四驱2.主动控制式适时四驱适时四驱类型：6.6.3适时四驱1.被动式适时四驱正常行驶时，动力不分配给后轮，相当于一辆前轮驱动汽车。优点：尺寸紧凑、结构简单、生产成本低;缺点：缺点是反应速度慢，扭矩分配比例小，结合和分离不可手动控制，高负荷工作时因为过热可能会失效。粘性联轴器汽车转向时，粘性联轴器还可吸收前后车轮产生的转速差，起到轴间差速的作用。在冰雪路面上行驶时，如前轮出现打滑空转，前后车轮出现大转速差，粘性联轴器产生作用，阻止内外板间的