驱动桥设计

10
11
§5-3 主减速器设计
一、主减速器结构方案分析 主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不 同而不同。主减速器的齿轮主要有螺旋齿轮、双曲面齿轮、 圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。
（一）减速传动方案 1.螺旋锥齿轮传动 2.双曲面齿轮传动
12
（一）减速传动方案
3.圆柱齿轮传动
4.蜗轮蜗杆传动
39
轮边减速器类型2：

圆锥行星齿轮式：

可变换高低档
40

轮边减速器类型3：

普通外啮合圆柱齿轮式：

主动齿轮上置可提高离地 间隙 主动齿轮下置可降低地板 高度


用途：多用于越野车和 城市公交车
41
6.主减速器主、从动齿轮的支承方案 1.主动锥齿轮的支承
（1）悬臂式：根据支反力 确定靠近齿轮的轴承的 受力
4
§5-2 驱动桥的结构方案分析
分类：

非断开式（整体式）—用于非独立悬架

断开式—用于独立悬架
5
一、断开式驱动桥特点：

当采用独立悬架时，为保证运动协调， 驱动桥应为断开式。如图
6

断开式驱动桥优 点：

可以增加最小离 地间隙
减少部分簧下质 量，减少车轮和 车桥上的动载

7

优点：

两半轴相互独立， 抗侧滑能力强 导向机构设计合理， 可提高操纵稳定性

用于中重型多桥驱动汽车


形式1：锥齿轮－圆柱齿轮
传动比大，结构尺寸大 从动锥齿轮支承刚度差 主动锥齿轮工艺性差
37

形式2：圆柱齿轮－锥齿轮：结构紧凑，高度小
38
5.单双级减速配轮边减速器

轮边减速器类型1：

圆柱行星齿轮式：


传动比大
可布置在轮毂内

用途：用于某些重型汽车、 矿山自卸车、大型公共汽 车、越野车
19


双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：

存在沿齿高方向的侧向滑动，还有沿齿长方向的 纵向滑动，运转更平稳。

β双＞β螺，轮齿重合度大，传动更平稳，齿轮弯曲
强度提高。

主动齿轮螺旋角β1大，不产生根切的最小齿数可减 少，有利于增大传动比。 主动齿轮直径D1和螺旋角β1大，相啮合的轮齿当量 曲率半径大，因此齿面接触强度高。
用于中重型货车、越野 车、大型客车

24

双级主减速器传 动形式1：

一级螺旋齿轮 或双曲面齿轮、 二级圆柱齿轮
25

传动形式2：

一级行星齿轮、 二级螺旋或双 曲面齿轮
26

传动形式3：

一级圆柱、二 级螺旋或双曲 面齿轮
27

双级主减速器布置 形式：

纵向水平布置

垂向轮廓尺寸小 质心低，纵向尺寸大

用于长轴距汽车
28

布置形式2：

斜向布置

利于传动轴布置 提高桥壳刚度
29

布置形式3：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
垂向

纵向尺寸小，万向传动轴夹 角小 适用于短轴距贯通式驱动桥 垂向尺寸大，降低了桥壳刚 度

30

双级主减速器的分配问题：
i0=i01 • i02

从提高强度减轻质量，使结构尽可能紧 凑等方面考虑，要求i01尽可能小，则第 一级减速器以前的零件受力小； 从装配的方便性考虑，要求i02取大些；
按轮胎最大附着力矩计算（公式5-13）
许用单位齿长的圆周力如表5-1，实际取值比表5-1 高20～25％。 （2）齿轮弯曲强度计算 （3）齿轮接触强度计算
58
四、主减速器锥齿轮轴承的载荷计算
1.锥齿轮齿面上的作用力
（1）齿宽中点处的圆周力
F=2T/Dm2
T—从动轮上的转矩 Dm2— 从动轮齿宽中点处的分度圆直径
54
5.中点螺旋角β的选择

影响：
（1）齿面重合度εF ，εF>1.25(1.5~2.0)
（2）轴向力
（3）轮齿强度

中点螺旋角βm一般取值35o～40°
55
6.螺旋方向
影响：轴向力方向
小端向左为左旋；向右为右旋，大小齿轮轮 齿方向相反

选择原则：

使汽车行驶时，主动锥齿轮所受的轴向力 远离锥顶； 一般，主动锥齿轮左旋，大齿轮右旋。
13
1.一对螺旋圆锥齿轮


优点： 同时啮合齿数多，寿命长，制造简 单，质量小 缺点： 有轴向力、且方向不定；
14

缺点： 对啮合精度敏感，若锥顶不重 合，使接触应力↑，弯曲应力↑， 噪声↑，寿命↓； 要求制造、装配精度高。
15
2.双曲面齿轮啮合

特点:

两齿轮轴线不相交，交错 布置，小齿轮轴线距大齿 轮水平中心线有空间偏移 量 E（偏移距）
33

种类2：
2）行星齿轮组：结 构紧凑，刚度和强 度大

用途：
单桥驱动重型汽车
34
4.贯通式主减速器

单级贯通式主减速器：

用于吨位较小的多桥驱动汽车上

形式1：双曲面齿轮传动

结构受限，主动齿轮工艺性差 速比小
35

形式2：蜗轮蜗杆传动

质量小 噪声低

传动比大
36

双级贯通式主减速器：
2
三、设计要求:
1.工作平稳，噪声低
2.外形尺寸小，最小离地间隙大
3.力求质量小，特别是簧下质量
4.主减速比保证动力性和经济性
3
三、设计要求: 5.在各种转速和载荷下的传动效率高 6.桥壳有足够的强度和刚度 7.结构简单，加工工艺性好，制造容易， 调整、拆装方便
8.与悬架导向机构、转向运动机构协调
第五章 驱动桥设计
第一节 概述
第二节 驱动桥的结构方案分析
第三节 主减速器设计 第四节 差速器设计
第五节 车轮传动装置设计
第六节 桥壳设计
第七节 驱动桥的结构元件
1
§5-1
概述
一、驱动桥功用:
增大由传动轴传来的转矩，并将动力 合理的传给车轮。
二、组成：


主减速器
差速器
车轮传动装置
驱动桥壳
选用原则：刚度大，寿命 长，调整方便，效率高， 能承受双向轴向力
42
1.主动锥齿轮的支承
（2）跨置式：

优点：支承刚度大， 承载能力大； 缺点：空间紧张，加 工困难，多用于中、 重型车

43
2.从动锥齿轮支承
轴承大端向里，以使 (c+d)↓ 要求(c+d)≥70 ％D2，c≈d，承载合 理，寿命接近
齿圈要求用高质量锡青铜制造，成本高。
22
（二）主减速器的形式
1.单级主减速器

优点：
结构最简单、质量小、制 造容易、拆装简便

缺点：
只能用于传递小扭矩的发 动机
只能用于主传动比较小的 车上，i0 < 7
23
2.双级主减速器

特点：

尺寸大，质量大，成本 高

与单级相比，同样传动 比，可以增大离地间隙
Temax最大使用转矩=80％～90％最大转矩
Tce
kd Te max ki1 i f i0 n
47
2.按驱动轮打滑扭矩确定Tcs
rr G2 m2 Tcs im m
3.按日常行驶平均转矩确定Tcf
Ft rr Tcf im m n

31

第一级用斜齿圆柱齿轮，第二 级用锥齿轮（传动方案三）时， i01应取小，可减小第二级轴向 力，齿轮啮合受破坏程度↓，轴 承受力小↓，寿命↑； i01如果取 小， i02一定要取大些；一般 i01=1.7~2.5
32
3.双速主减速器
思考：可以实现两种传 动比，有何作用？

种类1：
1）圆柱齿轮组：尺寸 大，质量大，主减 速比大
63
（二）滑块凸轮式差速器 锁紧系数k可达0.4～0.5，半轴转矩比可达2.33～ 3.00，高摩擦自锁，结构紧凑但复杂，质量小，技 术要求高。
（三）蜗轮式差速器 锁紧系数k可达0.7～0.8，半轴转矩比可达5.67～9.00， 高摩擦自锁，磨损快寿命短，结构复杂，制造要求 高。
（四）牙嵌式自由轮差速器 半轴转矩比kb可变，工作可靠，寿命长，锁紧性能 稳定，制造加工也不复杂。

8

断开式驱动桥 缺点：结构复杂，成本高
用途：多用于轻、小型越野车和轿车
9
二、非断开式驱动桥特点：
优点：结构简单，成本低，制造工艺性好，维修和调整易行，
工作可靠
缺点：

最小离地间隙小

簧下质量大，车轮和车桥上的动载大 两半轴不相互独立，抗侧滑能力弱

操纵稳定性不好
用途：广泛用于载货汽车、客车、多数越野车、部分轿车上
F2 r2 r2 cos 2 i0 s F1r1 r1 cos 1
18
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：
0
i 和D2相同时，双曲面主动齿轮D1
大，轮齿强度高，支承强度高
0
i 和D1相同时，双曲面从动齿轮D2
小，离地间隙大 传动效率低0.96，低于螺旋齿轮 0.99 ，高于蜗轮蜗杆； 主动锥齿轮大，加工时刀盘刀顶 距大，刀具寿命长；
56

7.法向压力角α
大压力角可以增加轮齿强度，减少齿数；但容易 使小齿轮齿顶变尖，降低齿轮端面重合系数。应 合理选用： 车型 轿车 货车 螺旋齿轮 14°30′或16° 20° 双曲面齿轮 19°或20° 20°
重型货车 22°30′
22°30′
57
三、主减速器锥齿轮强度计算
（1）单位齿长圆周力：p=F/b (N/mm) F—作用在齿轮上的圆周力 b—从动齿轮宽度 按发动机最大扭矩计算（公式5-12）
D2影响： hmin、跨置式支承空间
D2 K D 2 TC
3
KD2为直径系数取13～15.3
50

ms计算： 满足两个条件
ms D2 / z2
ms K m 3 TC
Km为模数系数取0.3～0.4
51
3.齿面宽b和节锥距A
1 2 2 A ms Z1 Z 2 2
b2≤30%A2且b2≤10ms 小齿轮齿面宽b1比大齿轮齿面宽b2 大10％
64
三、普通锥齿轮式差速器设计 （一）参数选择 1.行星齿轮数目：小车2个，大车4个
2.行星齿轮球面半径：
Rb K b 3 Td
3.节锥距A0=(0.98~0.99)Rb
Kb=2.5~3.0
4.半轴齿轮齿数、行星轮齿数>10 半轴齿数：14～25
2 z半 z半 n(整数) 1.5 ~ 2.0 且 行星轮数 z星
48
（二） 锥齿轮主要参数的确定
1.齿数Z1、Z2
首选Z1：
（1） Z1尽可能取小，货车Z1min≥6；轿车Z1min≥9；
（2） Z1 、Z2不能有大于1的公约数，实现自动 磨合，提高寿命； （3）希望Z1＋Z2 ≥40，有足够的弯曲强度，提 高重合系数；
49
2.从动齿轮大端分度圆直径D2和端面模数ms
20

3.斜齿圆柱齿轮传动

特点：

用于发动机横置的前置前驱 轿车驱动桥和双级主减速器 驱动桥及轮边减速器。
21
4.蜗轮蜗杆传动

优点：

i0大，轮廓尺寸不大，质量不 重， i0＝6～14 工作平稳，噪声低 用于多轴驱动汽车，传动系结 构简单 传递载荷大，寿命长 η＜0.96



缺点：


（2）锥齿轮上的轴向力和径向力 2.锥齿轮轴承载荷
59
五、锥齿轮材料
要求： 弯曲疲劳强度、接触疲劳强度高，耐磨；心部 有一定的韧性；锻造性能、切削性能和热处理 性能良好；少用我国比较缺少的金属材料。
60
§5-4 差速器设计
一、差速器的功用 二、对称锥齿轮差速器
1.普通锥齿轮式差速器（图5-20）：
Tr k 差速器锁紧系数k=0.05～0.15 T0
慢、快半轴的转矩比
1 k kb 1 k
61
kb=1.11~1.35
62
2.摩擦片式差速器（图5-21 ）： 锁紧系数k可达0.6，半轴转矩比可达4，结构简单， 工作平稳，可明显提高通过性 3.强制锁止式差速器：
当两侧车轮所处地面附着系数差异较大时，可 以强制锁住差速器与半轴，提高通过性，多用 于重型车
16

特点:

螺旋角β1≠β2， β1＞ β2 β定义：齿轮齿宽中 点的切线和该中点与 齿轮中心（节锥顶点） 连线之间的夹角—螺 旋角
F1 cos 1 F2 cos 2
17
双曲面齿轮与螺旋齿轮相比：

传动比（双曲面i0S、螺旋i0l ）：
尺寸相同时， i0S＞i0l ；
i0 l
F r2 1r 2 F2 r r 1 1
44
从动锥齿轮加强刚度的措施：
（1）将轴承预紧
（2）从动轴齿轮背面加辅助支承销
45
（3）关于轴承的预紧
目的：
（1）加强刚度
（2）消除安装出现的轴向间隙及磨合期间隙增大 预紧力用摩擦力矩来衡量1～3N•m
46
二、主减速器基本参数选择与计算载荷的确定
（一）主减速器齿轮计算载荷的确定 1.按发动机最大转矩Temax和最低档传动比ig1 确定从动锥齿轮的计算转矩
52
4.双曲面齿轮副偏移距E的选择原则：

负荷小E可取大，反之则取小
E过大影响纵向滑动，过小不能发挥双曲面 齿轮的特点；主传动比越大，E越大
一般，轿车、轻型货车：E ≤0.2D2 中重型货车、大客车：E ≤（0.1～0.2）D2

53
双曲面齿轮上下偏移的判断：
从大齿轮锥顶看去，使小齿轮在右侧，小齿轮 轴线在大齿轮轴线上侧为上偏移，下侧为下偏 移；如果小齿轮在左侧，则相反。