第五章-驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第一節(jié)概述一

功能增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。二

組成

一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。三

基本要求

1.所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。2.外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。3.齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。4.在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。5.在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析

非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝性好、成本低、工作可靠、維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車、客車及多數(shù)的越野汽車和部分小轎車上。但整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均屬于簧下質(zhì)量，對(duì)汽車平順性和降低動(dòng)載荷不利。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，但它大大地增加了離地間隙；減小了簧下質(zhì)量，從而改善了行駛平順性，提高了汽車的平均車速；減小了汽車在行駛時(shí)作用于車輪和車橋上的動(dòng)載荷，提高了零部件的使用壽命；驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析斷開式驅(qū)動(dòng)橋

由于驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性較好，大大增強(qiáng)了車輪的抗側(cè)滑能力；與之相配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理，可增加汽車的不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。

這種驅(qū)動(dòng)橋在轎車和高通過性的越野汽車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第三節(jié)主減速器設(shè)計(jì)分類（一）減速形式：

單級(jí)雙級(jí)雙速整體（二）齒輪類型：

螺旋錐齒輪io<2

雙曲面齒輪io＞4.

圓柱齒輪io

發(fā)動(dòng)機(jī)前橫置前驅(qū)動(dòng)蝸桿傳動(dòng)io

＞7一主減速器結(jié)構(gòu)方案分析一主減速器結(jié)構(gòu)方案分析1.螺旋錐齒輪傳動(dòng)2.雙曲面齒輪傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。當(dāng)傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。

雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：在工作過程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)?？v向滑動(dòng)可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。由于存在偏移距，雙曲面?zhèn)鲃?dòng)的主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30％。雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：雙曲面主動(dòng)齒輪的螺旋角較大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動(dòng)比。雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大，加工時(shí)所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長(zhǎng)。雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪中心上方，便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，增大傳動(dòng)軸的離地高度。布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬向傳動(dòng)軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。雙曲面齒輪傳動(dòng)也存在如下缺點(diǎn)：沿齒長(zhǎng)的縱向滑動(dòng)會(huì)使摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96％，螺旋錐齒輪副的傳動(dòng)效率約為99％。齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤滑油即可。一主減速器結(jié)構(gòu)方案分析3．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)橋和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋。4．蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)與錐齒輪傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動(dòng)比

(可大于7)。

2)在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲。

3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置。

4)能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)。

5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易。一主減速器結(jié)構(gòu)方案分析但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動(dòng)效率較低。蝸桿傳動(dòng)主要用于生產(chǎn)批量不大的個(gè)別重型多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大客車上。主減速器形式1．單級(jí)主減速器

io≤7，

進(jìn)一步提高io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。轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中主減速器形式2.雙級(jí)主減速器

io一般為7～12

雙級(jí)主減速器布置方式：縱向水平布置：

可以使總成的垂向輪廓尺寸減小，從而降低汽車的質(zhì)心高度，但使縱向尺寸增加，用在長(zhǎng)軸距汽車上可適當(dāng)減小傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，但不利于短軸距汽車的總布置，會(huì)使傳動(dòng)軸過短，導(dǎo)致萬向傳動(dòng)軸夾角加大。雙級(jí)主減速器布置方式：垂向布置：

使驅(qū)動(dòng)橋縱向尺寸減小，可減小萬向傳動(dòng)軸夾角，但由于主減速器殼固定在橋殼的上方，不僅使垂向輪廓尺寸增大，而且降低了橋殼剛度，不利于齒輪工作。這種布置可便于貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置。斜向布置：

對(duì)傳動(dòng)軸布置和提高橋殼剛度有利。主減速器形式：3.雙速主減速器

大、小的主減速比

4.貫通式主減速器

多橋驅(qū)動(dòng)汽車5.單雙級(jí)減速配輪邊減速器

io＞12某些重型汽車、礦山自卸車、越野車和大型公共汽車的驅(qū)動(dòng)橋

二主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案1．主動(dòng)錐齒輪的支承2．從動(dòng)錐齒輪的支承三主減速器錐齒輪主要參數(shù)選擇1.主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z22.從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms3.主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b24.雙曲面齒輪副偏移距E5.中點(diǎn)螺旋角β6.螺旋方向7.法向壓力角四主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce

2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcs

3）按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf

四主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算

當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tg取前面兩種的較小值，即Tg=min[Tce,Tcs]；

當(dāng)計(jì)算錐齒輪的疲勞壽命時(shí)，Tc取Tcf。

四主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算

主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為

TZ=TC/io

ηg式中，Tz為主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）

io為主傳動(dòng)比；

ηg為主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率。計(jì)算時(shí)，對(duì)于弧齒錐齒輪福，ηg取95%；對(duì)于雙曲面齒輪副，當(dāng)io>6時(shí)，ηg取85%，當(dāng)io<=6時(shí)，ηg取90%.（二）主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1.單位齒長(zhǎng)圓周力2.輪齒彎曲強(qiáng)度3.輪齒接觸強(qiáng)度1)單位齒長(zhǎng)圓周力主減速器錐齒輪的表面耐磨性長(zhǎng)用輪齒上的單位齒長(zhǎng)圓周力來估算

式中，F(xiàn)為作用在輪齒上的圓周力；b2為從動(dòng)齒輪的齒面寬。1)單位齒長(zhǎng)圓周力按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)

式中，ig為變速器傳動(dòng)比；D1為主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑（mm）。按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)

2）輪齒彎曲強(qiáng)度錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為

ko--為過載系數(shù)，一般取1；

ks--為尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，當(dāng)m.>=1.6mm時(shí)，，當(dāng)m<1．6mm時(shí)，ks=＝0．5；

2）輪齒彎曲強(qiáng)度

km--為齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu)：km＝1．0～1.1，懸臂式結(jié)構(gòu)：km＝1．10～1.25；

kv--為質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，kv

＝1.0b--為所計(jì)算的齒輪齒面寬(mm)；

D--為所討論齒輪大端分度圓直徑(mm)；

Jw--為所計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]。3）輪齒接觸強(qiáng)度錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為：

σJ--為錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力(MPa)；

D1--為主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑(mm)；

b--取b1和b2的較小值(mm)；

3）輪齒接觸強(qiáng)度

ks--為尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)淬透性的影響，通常取1．0；

kf--為齒面品質(zhì)系數(shù)，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)(如鍍銅、磷化處理等)，對(duì)于制造精確的齒輪，ks取1．0；

Cp--為綜合彈性系數(shù)，鋼對(duì)鋼齒輪，Cp取232．6N1/2mm；

--為齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]；

ko、km、kv見式(5—14)的說明。五、主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算1．錐齒輪齒面上的作用力五、主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算錐齒輪在工作過程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。

(1)齒寬中點(diǎn)處的圓周力

齒寬中點(diǎn)處的圓周力F為F=2T/Dm2

Dm2=D2-b2sinγ2

五、主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算

(2)錐齒輪的軸向力和徑向力

F=FTcosαcosβ(5-18)FN=FTsina=Ftana／cosβ(5-19)Fs=FTcosαsinβ=Ftanβ(5-20)

于是作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力Frz分別為

Faz=FNsinγ+Fscosγ(5-21)

Frz=FNcosγFssinγ(5-22)六、錐齒輪的材料

錐齒輪材料應(yīng)滿足如下要求：1)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。2)輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。

六、錐齒輪的材料3)鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。4)選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。

汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。

六、錐齒輪的材料

滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn):

是表面可得到含碳量較高的硬化層(一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8％～1．2％)，具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性，故這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與芯部的含碳量相差過多，便會(huì)引起表面硬化層剝落。六、錐齒輪的材料滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，作厚度為0.005～0.02mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25％的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。滲硫后摩擦因數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第四節(jié)差速器設(shè)計(jì)差速器設(shè)計(jì)功用：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)。分類：齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式一、差速器結(jié)構(gòu)形式選擇1．普通錐齒輪式差速器

K=0.05-0.15，

Kb=1.11-1.352．摩擦片式差速器

K=0.6，

Kb=43．強(qiáng)制鎖止式差速器提高通過性二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)根據(jù)分析可得

(一)差速器齒輪主要參數(shù)選擇

1．行星齒輪數(shù)n

轎車：n=2；貨車或越野車：n=4。

2．行星齒輪球面半徑Rb3．行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1、z24．行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2及模數(shù)m5．壓力角

6．行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L(二)差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算

n--行星齒輪數(shù)；

J--綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]；

b2、d2--半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑(mm)；

T--半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N·m).第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第五節(jié)車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)功用：接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給輪裝置：對(duì)于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，半軸；對(duì)于斷開式驅(qū)動(dòng)橋，萬向傳動(dòng)裝置

車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)形式分析半浮式3／4浮式全浮式四、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取)計(jì)算；

K為直徑系數(shù)，取0．205～0．218。根據(jù)初選的d，按前面的應(yīng)力公式進(jìn)行強(qiáng)度校核。2)半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分達(dá)到基本等強(qiáng)度。四、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3)半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡部分，以減小應(yīng)力集中。4)對(duì)于桿部較粗且外端凸緣也較大時(shí)，可采用兩端用花鍵連接的結(jié)構(gòu)。5)設(shè)計(jì)全浮式半軸桿部的強(qiáng)度儲(chǔ)備應(yīng)低于驅(qū)動(dòng)橋其它傳力零件的強(qiáng)度儲(chǔ)備，使半軸起一個(gè)“熔絲”的作用。半浮式半軸直接安裝車輪，應(yīng)視為保安件。第五章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第六節(jié)驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)二驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算對(duì)于具有全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋，強(qiáng)度計(jì)算的載荷工況與半