驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)剖析課件

第六章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析第三節(jié)主減速器設(shè)計(jì)第四節(jié)差速器設(shè)計(jì)第五節(jié)車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)第六節(jié)驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)1第一節(jié)概述

1．傳遞轉(zhuǎn)矩，降速增扭

2．改變轉(zhuǎn)矩傳遞方向

3．實(shí)現(xiàn)車輪差速作用

4．承受地面與車架或車身之間的各種力和力矩組成

1．主減速器

2．差速器

3．車輪傳動(dòng)裝置

4．驅(qū)動(dòng)橋殼

功用2

1．i0應(yīng)保證汽車有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性

2．外形尺寸小，保證hmin3．工作平穩(wěn)，噪聲小

4．質(zhì)量小

5．傳動(dòng)效率高

6．橋殼應(yīng)當(dāng)有足夠的剛度和強(qiáng)度，保證齒輪正確嚙合，并 承受和傳遞車輪與懸架之間的各種力

7．與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)

8．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，制造容易，拆裝調(diào)整方便驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下述基本要求3第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)方案非斷開式（整體式）—用于非獨(dú)立懸架斷開式—用于獨(dú)立懸架優(yōu)缺點(diǎn)：平順性、通過性、操穩(wěn)性、與路面的接觸情況、抗側(cè)滑能力、結(jié)構(gòu)、成本4一、主減速器結(jié)構(gòu)方案分析

主減速器的分類

第三節(jié)主減速器設(shè)計(jì)按齒輪類型不同：弧齒錐齒輪雙曲面齒輪圓柱齒輪蝸輪蝸桿按減速形式不同：?jiǎn)渭?jí)減速雙級(jí)減速雙速減速貫通式整體式分開式5主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：對(duì)嚙合精度很敏感*齒輪副錐頂稍有不吻合（錐頂錯(cuò)開百分之幾毫米），工作條件急劇變壞，噪聲加大，磨損加速。1．弧齒錐齒輪傳動(dòng)（一）主減速器齒輪傳動(dòng)形式62．雙曲面齒輪傳動(dòng)主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交偏移距E：雙曲面齒輪主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移的距離。

雙曲面小齒輪的上偏移與下偏移7（1）若兩種齒輪的主從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑r1、r2相同時(shí)，雙曲面齒輪擁有更大的傳動(dòng)比。（）（2）若傳動(dòng)比和從動(dòng)齒輪尺寸r2相同，由下式可知雙曲面齒輪（主動(dòng)）分度圓半徑r1s比弧齒錐齒輪分度圓半徑r1L大，故齒輪強(qiáng)度↗，主動(dòng)齒輪軸剛度↗，軸承直徑↗（3）若傳動(dòng)比和主動(dòng)齒輪尺寸r1相同，即ios=ioL和r1s=r1L，則比較下式

可知：雙曲面從動(dòng)齒輪分度圓半徑要小，∴hmin↑雙曲面齒輪與弧齒錐齒輪的比較8（4）雙曲面齒輪傳動(dòng)過程中，雙曲面齒輪副還有沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)和沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，可改善磨合過程，增強(qiáng)傳動(dòng)平穩(wěn)性。（5）同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)性提高，齒輪彎曲強(qiáng)度提高。（6）主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角較大，可降低齒面間接觸應(yīng)力。（1）傳動(dòng)效率降低；96%<99%（2）抗膠合能力較低；（3）必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮添加劑的特種潤滑油。（4）軸向力增加，軸承負(fù)荷增大；缺點(diǎn)：i0>4.5，雙曲面齒輪；i0<2時(shí)，弧齒錐齒輪；對(duì)于中等傳動(dòng)比，兩種齒輪均可

93．圓柱齒輪傳動(dòng)一般采用斜齒輪廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋、雙級(jí)主減速器驅(qū)動(dòng)橋及輪邊減速器等。4．蝸桿傳動(dòng)輪廓尺寸小、質(zhì)量小，傳動(dòng)比大（i0=8~14）工作非常平穩(wěn)，無噪聲便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)布置傳遞載荷大，使用壽命長結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易要求使用昂貴的青銅制作，故成本較高；傳動(dòng)效率較低。應(yīng)用：主要用于生產(chǎn)批量不大的重型多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大客車上。10（二）主減速器的減速形式影響減速形式選擇的因素：汽車類型使用條件驅(qū)動(dòng)橋處的離地間隙驅(qū)動(dòng)橋數(shù)布置形式以及主傳動(dòng)比i0111.單級(jí)主減速器由一對(duì)弧齒錐齒輪或雙曲面齒輪、或是一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。主傳動(dòng)比不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。

應(yīng)用：乘用車（i0=3~4.5）、總質(zhì)量較小的商用車122．雙級(jí)主減速器在保證離地間隙相同時(shí)可得到大的傳動(dòng)比，i0一般為7～12。尺寸、質(zhì)量均較大，成本較高。應(yīng)用：中、重型貨車、越野車和大客車上。分類：整體式和分開式分開式由中央減速器和輪邊減速器組成13整體式雙級(jí)主減速器的結(jié)構(gòu)方案：

第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為圓柱齒輪；第一級(jí)為行星齒輪，第二級(jí)為錐齒輪；第一級(jí)為圓柱齒輪，第二級(jí)為錐齒輪；第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為行星齒輪；布置方案：縱向水平、斜向和垂向縱向水平垂向輪廓尺寸小、質(zhì)心低縱向尺寸大用于長軸距汽車斜向利于傳動(dòng)軸布置提高橋殼剛度垂向縱向尺寸小，萬向傳動(dòng)軸夾角小垂向尺寸大，↓橋殼剛度適用于短軸距貫通式驅(qū)動(dòng)橋14

i0=i01?i02i02/i01=1.4~2.0，且趨于采用較大比值，i01盡可能?。╥01=1.7~3.3）↓錐齒輪的軸向力、↓作用在從動(dòng)錐齒輪、圓柱齒輪上的載荷↑主動(dòng)錐齒輪齒數(shù)→↑支承軸頸尺寸→改善支承剛度、↑平穩(wěn)性、可靠性整體式雙級(jí)主減速器的傳動(dòng)比分配（錐齒輪-圓柱齒輪式）分開式雙級(jí)主減速器特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)橋中央部分尺寸較小（保證hmin）；每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪旁增設(shè)一輪邊減速器；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，簧下質(zhì)量大，成本高，布置輪轂、軸承、車輪、制動(dòng)器困難。應(yīng)用于重型載貨車、越野汽車和大型客車

153．雙速主減速器

a、汽車的檔位相當(dāng)于增加了一倍，使用更合理b、空載、半載、好路上行駛時(shí)用小些的i0,燃油經(jīng)濟(jì)性↗c、在壞路上用大些i0，克服較大阻力，減少換檔次數(shù)圓柱齒輪式行星齒輪式164．貫通式主減速器根據(jù)減速形式可分成單級(jí)和雙級(jí)兩種單級(jí)：雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式應(yīng)用于多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通橋用于總質(zhì)量較小的多橋驅(qū)動(dòng)汽車雙級(jí)單級(jí)17（三）主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案

1.主動(dòng)錐齒輪的支承分懸臂式支承和跨置式支承兩種懸臂式要求：采用圓錐滾子軸承，且大端朝外b>2.5a

軸徑D≥a

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支承剛度較差，用于傳遞轉(zhuǎn)矩較小的主減速器上

跨置式：增加支承剛度，減小軸承負(fù)荷，改善齒輪嚙合條件，增加承載能力，布置緊湊；但主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高，且主、從動(dòng)齒輪空間小、布置和拆裝困難。用于傳遞較大轉(zhuǎn)矩的主減速器182.從動(dòng)錐齒輪的支承軸承形式：圓錐滾子軸承安裝：大端朝內(nèi)→減小c+d→↑剛度要求：(c+d)≥70％D2，c≥d加強(qiáng)剛度的措施：（1）將軸承預(yù)緊（2）從動(dòng)軸齒輪背面加輔助支承19（1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定（3）按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，

Tc=min[Tce，Tcs]；當(dāng)計(jì)算錐齒輪的疲勞壽命時(shí)，Tc取Tcf主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩:

對(duì)于弧齒錐輪副，ηG取95%；對(duì)于雙曲面齒輪副，當(dāng)i0＞6時(shí)，ηG取85%，當(dāng)i0≤6時(shí)，ηG取90%二、主減速器計(jì)算載荷的確定與參數(shù)的選擇（一）主減速器從動(dòng)錐齒輪計(jì)算載荷的確定（2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定20

⒈主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)Z1和Z2

hmin；重合度；齒輪輪齒根切；強(qiáng)度；工作平穩(wěn)性；噪聲等

應(yīng)遵守下述原則選取Z1和Z2

（4）為了磨合均勻,Z1、Z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)（5）Z1+Z2>40，保證有足夠的彎曲強(qiáng)度和重合度（二）錐齒輪主要參數(shù)的確定影響選取Z1和Z2的主要因素有：（1）滿足hmin的要求，Z1和Z2盡可能取小（2）滿足重合度要求，希望Z1和Z2取大些；（3）受輪齒根切限制，要求貨車的Zmin

≥6；為運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小，疲勞強(qiáng)度↑，乘用車Zmin>9212.從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)msD2影響的因素：D2大→hmin↓；D2小→影響跨置式主動(dòng)齒輪和差速器的安裝D2的初選ms的計(jì)算Tc=min[Tce,Tcs]

ms還需滿足強(qiáng)度要求：KD2-直徑系數(shù)Km-模數(shù)系數(shù)，取0.3-0.4223.主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b2◎?qū)X輪的影響過寬,應(yīng)力集中，刀具的使用壽命↓；輪齒小端過早損壞和疲勞損傷；裝配空間↓；過窄，輪齒表面的耐磨性降低◎取值從動(dòng)錐齒輪齒面寬b2≤0.3A2（節(jié)錐距）、b2≤10ms推薦：b2=0.155D2對(duì)于弧齒錐齒輪，b1=1.1b2234．雙曲面齒輪偏移距E◎E值過大，齒面縱向滑動(dòng)過大，引起齒面早期磨損和擦傷◎E值過小，不能發(fā)揮雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)轎車、輕型貨車：E≤0.2D2，且E≤0.4A2中重型貨車、大客車：E≤（0.1～0.12）D2，且E≤0.4A2io↑→E↑，但應(yīng)保證不發(fā)生根切245.中點(diǎn)螺旋角β◎螺旋角沿齒寬是變化的◎弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角相等，雙曲面齒輪副的中點(diǎn)螺旋角不相等◎β的選取（齒面重合度εF、輪齒強(qiáng)度、軸向力大?。?/p>

β越大，εF越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲越低，且輪齒的強(qiáng)度越高。但β過大，軸向力也大β一般為35°~40°，轎車選用較大的β值；貨車選用較小β值，常取35°256.螺旋方向◎從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋?！蛑?、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向相反◎螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向決定軸向力的方向。軸向力方向的判斷：根據(jù)主動(dòng)齒輪的旋向，左旋用左手定則，右旋用右手定則，四指指向旋轉(zhuǎn)方向，大拇指的指向即為軸向力方向當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞26⒎法向壓力角α

(1)影響選取α的因素27（三）主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算

損壞形式：彎曲疲勞折斷過載折斷齒面點(diǎn)蝕、剝落齒面膠合齒面磨損

28⒉齒輪強(qiáng)度計(jì)算公式

應(yīng)力

計(jì)算公式

備注

彎曲應(yīng)力σW

接觸應(yīng)力σJ

T—計(jì)算轉(zhuǎn)矩K0—過載系數(shù)=1.0

Ks—尺寸系數(shù)b—齒寬

Km—齒面載荷分配系數(shù)

Kv—質(zhì)量系數(shù)=1.0

D—大端分度圓直徑

Jw—彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)

Kf—齒面品質(zhì)系數(shù)

Cp—綜合彈性系數(shù)

JJ—接觸應(yīng)力綜合系數(shù)

29工作條件惡劣：①

負(fù)荷大、變化范圍寬；②

工作時(shí)間長；③

有沖擊載荷作用。齒輪材料應(yīng)滿足下述要求：⒈彎曲疲勞強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度、齒面硬度高耐磨⒉芯部有適當(dāng)韌性，↑抗沖擊載荷能力⒊鍛造、切削加工、熱處理性能良好，熱處理后變形小，或變形規(guī)律易控制（四）錐齒輪材料

⒋盡量少選含鎳、鉻元素的材料，應(yīng)選含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼材料：

20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo、16SiMn2WMoV30第四節(jié)差速器設(shè)計(jì)◎差速器的功能用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)◎差速器的分類：可分為普通對(duì)稱錐齒輪式、防滑式一、差速器結(jié)構(gòu)形式選擇普通錐齒輪式差速器

31令（鎖緊系數(shù)）則令（半軸轉(zhuǎn)矩比）則鎖緊系數(shù)k一般為0.05~0.15；兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb為1.11~1.35對(duì)在良好路面上行駛的汽車是合適的；而當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車不能前行32強(qiáng)制鎖止式差速器

普通錐齒輪差速器的汽車

鎖止式差速器的汽車

33摩擦片式差速器

汽車直線行駛時(shí)，斜面產(chǎn)生軸向力，轉(zhuǎn)矩經(jīng)兩條路線傳給半軸汽車轉(zhuǎn)彎或一側(cè)車輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，主、從動(dòng)摩擦片間產(chǎn)生摩擦力矩摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)k（Tr/T0）可達(dá)0.6，半軸轉(zhuǎn)矩比kb可達(dá)4，因此，可明顯提高汽車通過性

34二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)

1．行星齒輪數(shù)n

根據(jù)承載情況定，n=2或n=42．行星齒輪球面半徑Rb

反映節(jié)錐距大小和承載能力3．行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)Z1、Z2

為強(qiáng)度↑→m↑→但尺寸↑故Z1↓，但Z1≥10（一）差速器齒輪主要參數(shù)Kb=2.5~3.0A0=（0.98~0.99）RbZ2=14~25，Z2/Z1=1.5~2.0為便于裝配，(Z2L+Z2R)/n=整數(shù)354．行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m5．壓力角

大多為22°30′，為提高齒輪強(qiáng)度，總質(zhì)量大的商用車為25°6．行星齒輪軸直徑d及支承長度L

L36

齒輪彎曲應(yīng)力（二）差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算b2-半軸齒輪齒寬d2-半軸齒輪大端分度圓直徑J-綜合系數(shù)37第五節(jié)車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

基本功用：接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪非斷開式驅(qū)動(dòng)橋：半軸斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋：萬向傳動(dòng)裝置38一、半軸結(jié)構(gòu)形式分析

根據(jù)車輪端支撐方式：半浮式、3／4浮式（很少）和全浮式半浮3/4浮全浮39二、半軸計(jì)算

1．全浮式半軸計(jì)算載荷按驅(qū)動(dòng)輪打滑確定半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力半軸扭轉(zhuǎn)角G—材料的切變模量；Ip=πd