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1、第五章 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 第五章 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 5-1概述 5-2驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析 5-3主減速器設(shè)計(jì) 5-4差速器設(shè)計(jì) 5-5車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 5-6驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 5-7驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)元件 5-1 概述 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端。 基本功能： 增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，并將動(dòng)力合理地分配 給左、右驅(qū)動(dòng)輪； 承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力、縱向力和橫 向力。 組成： 主減速器 差速器 車輪傳動(dòng)裝置 (半軸 ) 驅(qū)動(dòng)橋殼 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)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

2、。 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。 6）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對于轉(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)。 7）結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。 5-2 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 (或稱為整體式 )，即驅(qū)動(dòng)橋殼 是一根連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁 (見右圖 )， 而主減速器、差速器及車輪傳動(dòng)裝置 (由左右半軸 組成 )都裝在它里面。 非獨(dú)立懸架 斷開式驅(qū)動(dòng)橋無剛 性的整體外殼，主減速 器及其殼體裝在車架或 車身上，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪 裝置采用萬向節(jié)傳動(dòng)。 為了防止運(yùn)動(dòng)

3、干涉，應(yīng) 采用滑動(dòng)花鍵軸或一種 允許兩軸能有適量軸向 移動(dòng)的萬向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 獨(dú)立懸架 特點(diǎn)及應(yīng)用 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 ： 結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝好、成本低、工作可靠、 維修調(diào)整容易，但整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均屬于簧下質(zhì)量， 對汽車平順性和降低動(dòng)載荷不利。 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。 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 ： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但它大大增加了離地間隙； 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； 汽車在行駛時(shí)作用于車輪和車橋上的動(dòng)載荷小，提高了零 部件的使用壽命； 驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對各種地形的適應(yīng)性較好， 大大增加了車輪的抗側(cè)滑能力； 合理設(shè)計(jì)的獨(dú)立懸架導(dǎo)

4、向機(jī)構(gòu)，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。 在轎車和高通過性的越野汽車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 5-3 主減速器設(shè)計(jì) 一、主減速器結(jié)構(gòu)方案分析 結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而 不同。 齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和 蝸輪蝸桿等形式。 減速形式可分為單級減速、雙級減速、雙速減速、 單雙級貫通、單雙級減速配以輪邊減速等。 1. 螺旋錐齒輪傳動(dòng) 螺旋錐齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一 點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長上嚙合，而是逐漸從一端連接 平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響， 至少有兩對以上的輪齒同時(shí)嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能 承受較大的負(fù)荷、制造也簡單

5、。 但是 ,工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐 頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增 大和噪聲增大。 為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊， 提高支承剛度，增大殼體剛度。 2雙曲面齒輪傳動(dòng) 雙曲面齒輪傳動(dòng)的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相 交，主動(dòng)齒輪軸線相對從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離 E,此 距離稱為 偏移距 。 由于偏移距 E的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角 1大于從動(dòng)齒 輪螺旋角 2。 螺旋角 是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的任意一點(diǎn) A的 切線 TT與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。 在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角。通常不特殊 說明，則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。 根據(jù)嚙

6、合面上法向力相等， 2 1 2 1 coscosFF F1、 F2分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力 (圖解 ) 齒輪傳動(dòng)比 11 22 11 220 c o s c o s r r rF rFi s r1、 r2分別為主、從動(dòng)齒輪平均分 度圓半徑 令 K=cos2/cos1。由于 1 2，所以系數(shù) K 1，一般為 1.25 1.50。這說明 （ 1）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。 （ 2）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。 （ 3）當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙

7、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)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）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。 （ 2）由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的 1 大于從動(dòng)齒輪的 2，這樣同時(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%。 （ 3）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， 使齒面的 接觸強(qiáng)度提高 。 （ 4）雙曲面主動(dòng)齒輪的 1變大，則不產(chǎn)生

8、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。 （ 5）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。 （ 6）雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置從動(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)缺點(diǎn)： （ 1）沿齒長的縱向滑動(dòng)會使摩擦損失增加，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%。 （ 2）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。

9、（ 3）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。 （ 4）雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮添 加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤滑油即可。 當(dāng)要求傳動(dòng)比大于 4.5而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面 齒輪傳動(dòng)更合理。因?yàn)槿绻３种鲃?dòng)齒輪軸徑不變，則雙 曲面從動(dòng)齒輪直徑比螺旋齒輪小。 當(dāng)傳動(dòng)比小于 2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對螺旋錐齒輪主動(dòng) 齒輪顯得過大，占據(jù)了過多空間，這時(shí)可選用螺旋錐齒輪 傳動(dòng)，因?yàn)槁菪F齒輪傳動(dòng)具有較大的差速器可利用空間。 對于中等傳動(dòng)比，兩種齒輪傳動(dòng)均可采用。 3圓柱齒輪傳動(dòng) 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)

10、橋（見右 圖）和雙級主減速器貫 通式驅(qū)動(dòng)橋。 4蝸桿傳動(dòng) 蝸桿傳動(dòng)的 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。 （ 5）結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，調(diào)整容易。 缺點(diǎn)： 蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高； 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。 減速形式 1.單級主減速器 由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或 由蝸輪桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量 小、成

11、本低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。 但是其主傳動(dòng)比 i0不能太大，一 般 i07，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。 單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和 輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。 2雙級主減速器 與單級主減速器 相比，在保證離地間 隙相同時(shí)可得到大的 傳動(dòng)比， i0=7 12。 但是尺寸、質(zhì)量 均較大，成本較高。 主要應(yīng)用于中、 重型貨車、越野車和 大客車上。 整體式雙級主減速器結(jié)構(gòu)方案： 第一級為錐齒輪 ， 第二級為圓柱齒輪 ； 第一級為錐齒輪 ， 第二級為行星齒輪； 第一級為行星齒輪 ， 第二級為錐齒輪 ； 第一級為圓柱齒輪 ， 第二級為錐齒輪 。 對于第二級

12、為錐齒輪 、 第二級為圓柱齒輪的雙級主 減速器 ， 縱向水平 、 斜向和垂向三種布置方案 。 縱向水平布置 總成的垂直方向輪廓尺寸減小，從而降低汽車的質(zhì)心高度， 但使縱向尺寸增加，用在長軸距汽車上可適當(dāng)減小傳動(dòng)軸 長度，但不利于短軸距汽車的總布置，會使傳動(dòng)軸過短， 導(dǎo)致萬向傳動(dòng)軸夾角加大。 垂直布置使驅(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。 斜向布置對傳動(dòng)軸布置和提高橋殼剛度有利。 3雙速主減速器 雙速主減速器的換擋是由遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，一般有電磁式、 氣

13、壓式和電 氣壓綜合式操縱機(jī)構(gòu)。 4貫通式主減速器 單級 雙曲面齒輪式 ： 蝸輪蝸桿式 ： 在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下可得到較大的速比。它使用于 各種噸位多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置。另外， 它還具有工作平滑無聲、便于汽車總布置的優(yōu)點(diǎn)。 受主動(dòng)齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制，而且主動(dòng)齒 輪工藝性差，多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋上。 錐齒輪一圓柱齒輪式： 雙級 圓柱齒輪 錐齒輪式： 可得到較大的主減速比，但是結(jié)構(gòu)高度尺寸大， 主動(dòng)錐齒輪工藝性差，從動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支 承，支承剛度差，拆裝也不方便。 結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，有利于降低車廂地板 及整車質(zhì)心高度 5 單雙級減速配輪邊減速器 不僅使驅(qū)動(dòng)

14、橋的中間尺寸減小，保證了足夠的離地間隙，而且可得到較 大的驅(qū)動(dòng)橋總傳動(dòng)比。另外，半軸、差速器及主減速器從動(dòng)齒輪等零件由于 所受載荷大為減小，使它們的尺寸可以減小 . 二、主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案 正確嚙合 加工質(zhì)量 裝配調(diào)整 軸承、主減速器殼 體剛度 齒輪的支承剛度 1.主動(dòng)錐齒輪的支承 : 懸臂式支承 跨置式支承。 懸臂式： 支承距離 b應(yīng)大于 2.5倍的懸臂長度 a， 且應(yīng) 比齒輪節(jié)圓直徑的 70%還大。 靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸 a。 結(jié)構(gòu)簡單 ， 支承剛度較差 ， 用于傳遞轉(zhuǎn) 矩較小的轎車 、 輕型貨車的單級主減速器及 許多雙級主減速器中 。 跨置式： 優(yōu)點(diǎn)： 增加支承剛度，

15、 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。 缺點(diǎn)： 主減速器殼體 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。 應(yīng)用： 在需要傳遞較 大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用 跨置式支承。 2.從動(dòng)錐齒輪的支承 支承剛度與軸承的形式、支 承間的距離及軸承之間的分布 比例有關(guān)。 為了增加支承剛度 ， 減小尺 寸 c d； 為了增強(qiáng)支承穩(wěn)定性 ， c d 應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度 圓直徑的 70%； 為了使載荷均勻分配 ， 應(yīng)盡 量使尺寸 c等于或大于尺寸 d。 輔助支承 限制從動(dòng)錐齒輪因受軸向 力作用而產(chǎn)生偏移。 許用偏移量 三、主減速器錐齒輪主要參數(shù)的選擇 主要參數(shù)：主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) z1和 z2、 從動(dòng)錐

16、齒輪大端分度圓直 徑 D2和端面模數(shù) ms、 主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬 b1和 b2、 雙曲面齒輪副的偏 移距 E、 中點(diǎn)螺旋 、 法向壓力角 等。 1.主 、 從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) z1和 z2 1） 為了磨合均勻 ， z1、 z2之間應(yīng)避免有公約數(shù) 。 2） 為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度 ， 主 、 從動(dòng)齒輪齒 數(shù)和應(yīng)不少于 40。 3） 為了嚙合平穩(wěn) 、 噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度 ， 對于轎車 ， z19 對于貨車 ， z16 4） 當(dāng)主傳動(dòng)比 i0較大時(shí) ， 盡量使 z1取得少些 ， 以得到滿意的離地間隙 。 5） 對于不同的主傳動(dòng)比 ， z1和 z2應(yīng)適宜搭配 。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初

17、選 而 ms 2.從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑 D2和端面模數(shù) ms Km 模數(shù)系數(shù)， Km =0.3 0.4 KD2 直徑系數(shù)， KD2 =13.0 15.3 Tc 從動(dòng)錐齒輪計(jì)算載荷 3.主 、 從動(dòng)錐齒輪齒面寬 b1和 b2 從動(dòng)錐齒輪面寬 b2推薦不大于其節(jié)錐距 A2的 0.3倍 ， 即 b2 0.3A2， 而且 b2應(yīng)滿 足 b2 10ms， 一般也推薦 b2=0.155D2。 對于螺旋錐齒輪 ， b1一般比 b2大 10% 4.雙曲面齒輪副偏移距 E：上偏移和下偏移 。 下偏移 上偏移 E值過大將使齒面縱向滑動(dòng)過大，齒面磨損和擦傷增加； E值過小不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。 轎車和輕

18、型貨車： E0.2D 2，且 E 40%A ； 中，重型貨車： E （ 0.100.12 ） D2，且 E 20%A ； 一般 i0E 5.中點(diǎn)螺旋角 偏移角 ： = 1 2 選 應(yīng)考慮：齒面重合度 F、 輪齒強(qiáng)度和軸向力大小。 越大，則 F也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲 越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。 一般 F應(yīng)不小于 1.25，在 1.52.0時(shí)效果最好。 汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平 均螺旋角一般為 35 40。 轎車選用較大的 值以保證較大的 F， 使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)， 噪聲低； 貨車選用較小 值以防止軸向力過大，通常取 35。 6.螺旋方向 當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)

19、， 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 ， 防止輪齒卡死而損壞 。 7.法向壓力角 對于弧齒錐齒輪 ， 轎車： 一般選用 14 30 或 16 ； 貨車： 為 20 ； 重型貨車： 為 22 30 。 對于雙曲面齒輪，大齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是相同的，但小齒輪輪 齒兩側(cè)的壓力角是不等的。 選取平均壓力角時(shí)：轎車為 19或 20， 貨車為 20或 22 30 。 四、主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 （一）計(jì)算載荷的確定 格里森齒制錐齒輪計(jì)算載荷（ 從動(dòng)錐齒輪 ） （ 1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定計(jì)算轉(zhuǎn)距 Tce （ 2）按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tcs

20、（ 3） 按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩 TcF ni rFT mm rt cF mm r 22 cs i rmGT n iikiTkT 0f1e m a xd ce 當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)， Tc=minTce， 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 : 弧齒錐輪副 G=95%； 雙曲面齒輪副 當(dāng) i0 6時(shí)， G=85%， 當(dāng) i06時(shí)， G=90%。 G0 c z i TT （二）主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 輪齒損壞形式主要有 :彎曲疲勞折斷、過載折斷、齒面點(diǎn)蝕及剝落、 齒面膠合、齒面磨損等。 1 . 單位齒長圓周力 （ 表面耐磨性 ） 按發(fā)動(dòng)機(jī)

21、最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí) 單位齒長圓周力許用值 p 2.輪齒彎曲強(qiáng)度 齒根彎曲應(yīng)力 : 從動(dòng)齒輪 :按 T=minTce， Tcs計(jì)算?。?w=700MPa； 按 TcF計(jì)算?。?w= 210MPa， 破壞的循環(huán)次數(shù)為 6 106。 3.輪齒接觸強(qiáng)度 齒面接觸應(yīng)力： 按 minTce， Tcs計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 2800MPa， 按 TcF計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過 1750MPa。 主 、 從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的 。 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 錐齒輪嚙合齒面上作用的法向力可分解為： 沿齒輪切線方向的圓周力 沿齒輪軸線方向的軸

22、向力 垂直于齒輪軸線的徑向力 。 （ 1） 齒寬中點(diǎn)處的圓周力 （ 2）錐齒輪的軸向力和徑向力 軸向力 Faz和徑向力 Frz 齒面上的軸向力和徑向力 2.錐齒輪軸承的載荷 軸承上的載荷 六 、 錐齒輪的材料 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 。 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

23、金鋼制造，主要有 20CrMnTi、 20MnVB、 20MnTiB、 22CrNiMo和 16SiMn2WmoV等。 5-4差速器設(shè)計(jì) 作用：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) 。 按結(jié)構(gòu)特征可分為：齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等。 一、差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 （一）對稱錐齒輪式差速器 1.普通錐齒輪式差速器 鎖緊系數(shù) k: 差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比 鎖緊系數(shù) k=0.050.15， 兩半軸轉(zhuǎn)矩比 kb=T2/T1 kb=1.111.35， 2.摩擦片式差速器 鎖緊系數(shù) k可達(dá) 0.6， kb可達(dá) 4。 這 種差速器結(jié)構(gòu)簡單 ， 工作平穩(wěn)

24、， 可 明顯提高汽車通過性 。 k kk b 1 1 1 1 b b k kk 3.強(qiáng)制鎖止式差速器 假設(shè) 4 2型汽車一驅(qū)動(dòng)輪行駛在低附著系數(shù) min的路面上 ， 另一驅(qū) 動(dòng)輪行駛在高附著系數(shù) 的路面上 。 裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 Ft為： 裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力 Ft為： 采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力 提高 ( + min )/2 min倍，從而提高了汽車通過性。 （ 二 ） 滑塊凸輪式差速器 凸輪式差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比 kb可達(dá) 2.3.33.00， 鎖緊系數(shù) k達(dá) 0.40.5。 （ 三 ） 蝸輪式差速器 半軸轉(zhuǎn)矩比

25、kb可高達(dá) 5.679.00， 鎖緊系數(shù) k達(dá) 0.70.8。 kb降到 2.6543.00， k降到 0.450.50 時(shí)，可提高該差速器的使用壽命。 （ 四 ） 牙嵌式自由輪差速器 半軸轉(zhuǎn)矩比 kb是可變的，最大可為無窮大。 二 、 普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì) （ 一 ） 差速器齒輪主要參數(shù)選擇 1.行星齒輪數(shù) n 根據(jù)承載情況來選擇 。 通常情況下 ， 轎車： n=2； 貨車或越野車： n=4。 2.行星齒輪球面半徑 Rb 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 行星齒輪節(jié)錐距 A0 Kb=2.5 3.0 3.行星齒輪和半軸齒輪數(shù) z1、 z2 行星齒輪的齒數(shù) z1一般不少于 10。 半軸齒輪齒數(shù) z2在 14 2

26、5選用。 半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比 z2/z1=1.5 2.0。 兩半軸齒輪數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除。 4.行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角 1、 2及模數(shù) m 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角 1、 2 錐齒輪大端端面模數(shù) m 5.壓力角 大都采用角為 22 30 、齒高系數(shù)為 0.8的齒形。 某些重型貨車和礦用車采用 25壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。 6.行星齒輪軸直徑 d及支承長度 L （二）差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 彎曲強(qiáng)度計(jì)算 T=0.6T0 當(dāng) T0=minTce， Tcs時(shí)， w=980MPa； 當(dāng) T0=TcF時(shí)， w=210MPa。 材料為 20CrMnTi、 20CrMoTi、 22CrMnMo

27、和 20CrMo 三、粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)及在汽車上的布置 1.粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)和工作原理 依靠硅油的粘性阻力來傳遞動(dòng)力 ,所 能傳遞的轉(zhuǎn)矩與聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、硅油 粘度及輸入軸、輸出軸的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。 2.粘性聯(lián)軸器在車上的布置 作為軸間差速器限動(dòng)裝置的簡圖 5-5 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 一、結(jié)構(gòu)形式分析 根據(jù)其車輪端的支承方式分為：半浮式、 3/4浮式和全浮式。 半浮式半軸： 除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對車輪的反力所引起的全部力 和力矩。 結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只適用于轎車和輕型

28、貨車及輕型客車。 3/4浮式半軸： 半軸外端僅有一個(gè)軸承，裝于 驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部和輪轂 上，直接支撐著車輪輪轂，半軸 端部凸緣與輪轂用螺栓連接。 半軸承受的載荷和半浮式相 似，但有所減輕。 一般僅用于轎車和輕型貨車上 全浮式半軸： 半軸端部凸緣與輪轂用螺栓 連接，輪轂用兩個(gè)圓錐滾子軸承 支承在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管。 半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū) 動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由橋 殼來承受。 主要用于中、重型貨車上。 二、半軸計(jì)算 1.全浮式 計(jì)算載荷 半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 半軸的扭轉(zhuǎn)角 =500700MPa， 轉(zhuǎn)角宜為每米長度 6 15。 2.半浮式半軸 三種載荷工況： （ 1）縱向力 Fx2最大 ,Fz

29、2=G2m2 /2 ， 側(cè)向力 Fy2=0，垂直力 Fz2=G2m2/2 。 合成應(yīng)力 彎曲應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （ 2）側(cè)向力 Fy2最大，縱向力 Fx2=0， （此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑） 外輪上的垂直反力 Fz2o和內(nèi)輪上的垂直反力 Fz2i 外輪上側(cè)向力 Fy2o和內(nèi)輪上側(cè)向力 Fy2i 外輪半軸的彎曲應(yīng)力 o和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力 i （ 3）汽車通過不平路面，垂向力 Fz2最大，縱向力 Fx2=0， 側(cè)向力 Fy2=0： 垂直力最大值 Fz2 半軸彎曲應(yīng)力 半浮式半軸的許用合成應(yīng)力為 600750MPa。 3. 3/4浮式半軸 計(jì)算與半浮式類似 ， 只是危險(xiǎn)斷面位于半軸與輪轂相配表面的內(nèi)端 。

30、 應(yīng)對連接半軸和半軸齒輪的花鍵進(jìn)行擠壓力和鍵齒切應(yīng)力驗(yàn)算 。 擠壓應(yīng)力不大于 200MPa， 切應(yīng)力不大于 73MPa。 三、半軸可靠性設(shè)計(jì) 1.可靠度計(jì)算 2.可靠性設(shè)計(jì) 式中 四、計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）初選 2）半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑。 3）半軸在結(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，以減小應(yīng)力 集中。 4）對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)度儲備應(yīng)低于驅(qū)動(dòng)橋其它傳力零件的強(qiáng)度 儲備，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。 5-6驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保

31、證主減速器齒輪嚙合正常并 不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。 2） 在保證強(qiáng)度和剛度的前提下 ， 盡量減小質(zhì)量以提高汽車行 駛平順性 。 3） 保證足夠的離地間隙 。 4） 結(jié)構(gòu)工藝性好 ， 成本低 。 5） 保護(hù)裝于其上的傳動(dòng)系部件和防止泥水浸入 。 6）拆裝、調(diào)整、維修方便。 一、驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案分析 分為可分式、整體形工和 組合式三種形式。 1.可分式橋殼 結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好， 主減速器支承剛度好。 但拆裝、調(diào)整、維修很不方便， 橋殼的強(qiáng)度和剛度受結(jié)構(gòu)的限 制，曾用于輕型汽車上，現(xiàn)已 較少使用。 2.整體式橋殼 具有強(qiáng)度和剛度較大，主減速 器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。 按制造工藝分 鑄式： 鋼板

32、沖壓焊接式 ： 擴(kuò)張成形式 ： 強(qiáng)度和剛度較大， 但質(zhì)量大，加工 面多，制造工藝 復(fù)雜，主要用于 中、重型貨車上。 橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低， 適于大最生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于轎車和中、小型 貨車及部分重型貨車上。 3.組合式橋殼 優(yōu)點(diǎn)： 從動(dòng)齒輪軸承的支承 剛度較好，主減速器的裝 配、調(diào)整比可分式橋殼方 便。 然而要求有較高的 加工精度。 常用于轎車、輕型貨車中。 二、驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋強(qiáng)度計(jì)算的載荷工況與半軸強(qiáng)度計(jì)算的 三種載荷工況相同。 危險(xiǎn)斷面：鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)附近； 橋殼端部的輪轂軸承座根部。 （ 1）當(dāng)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí) （ 2）當(dāng)側(cè)向力最大時(shí) （ 3）當(dāng)汽車

33、通過不平路面時(shí) 橋殼鋼板彈簧座處危險(xiǎn)斷面 橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面 =300500MPa， =150400MPa。 可鍛鑄鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接殼取較大值。 5-7驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)元件 一、支承軸承的預(yù)緊 目的：提高主減速器錐齒輪的支承剛度，改善齒輪嚙合的平穩(wěn)性。 危害：預(yù)緊力過大，會使軸承工作條件變壞，降低傳動(dòng)率，加速軸承的磨損， 還會導(dǎo)致軸承過熱而損壞等。 軸向具有彈性的波形套筒 從動(dòng)錐齒軸滾錐軸承預(yù)緊力 主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊力 軸承外側(cè)的調(diào)整螺母；主減速器殼與軸承蓋之間的調(diào)整墊片 二、錐齒輪嚙合調(diào)整 在軸承預(yù)緊度調(diào)整后，須進(jìn)行錐齒輪嚙合調(diào)整，以保 證齒輪副嚙合印跡正常，并使齒輪大端處齒側(cè)間隙在適當(dāng) 的范圍內(nèi)（一般為 0.10.35mm）。 主減速器錐齒輪正確的嚙合印跡位于齒高中部稍偏小 端。 主動(dòng)錐齒輪：可加、減主減速器殼與軸承之間的調(diào)整墊片 從動(dòng)錐齒輪：軸承外兩調(diào)整螺母旋進(jìn)、旋出相同的角度； 將主減速器殼一側(cè)的墊片的一部分取出放到另一側(cè) 三、潤滑 螺旋錐齒輪主減速器：加注一般的齒輪油 雙曲面齒輪主減速器：必須加注雙曲面齒輪油。 加油孔，放油孔，通氣塞 主動(dòng)錐齒輪上的后軸承潤滑 。