第7章 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)(羅永革)

1、第一節(jié)概述第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型第三節(jié)主減速器設(shè)計(jì)第四節(jié)差速器設(shè)計(jì)第五節(jié)半 軸 設(shè) 計(jì)第第7 7章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)章驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)第一節(jié)概述1)所選擇的主減速器傳動(dòng)比應(yīng)使汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。2)保證車輛有必要的離地間隙，提高汽車通過(guò)性。3)工作平穩(wěn)，性能可靠，噪聲較小。4)應(yīng)能充分利用汽車的驅(qū)動(dòng)力，傳動(dòng)效率較高。5)在強(qiáng)度和剛度條件滿足的情況下，應(yīng)盡可能使質(zhì)量較小，以改善汽車平順性。6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與懸架等系統(tǒng)協(xié)調(diào)較好，制造容易，維修方便。第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-1驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式a)普通的非斷開驅(qū)動(dòng)橋b)帶有擺動(dòng)半軸的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋c)斷開式驅(qū)動(dòng)橋第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-2非斷開式驅(qū)動(dòng)橋1鎖緊

2、螺母2鍵3輪轂4橋殼5差速裝置6半軸7軸承第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-3非斷開式驅(qū)動(dòng)橋與懸架的安裝關(guān)系a)彈性元件為前軸帶卷耳的縱置鋼板彈簧b)彈性元件為前端組合式鉸接的縱置鋼板彈簧c)彈性元件為兩端采用橡膠支撐的縱置鋼板彈簧d)彈性元件為螺旋彈簧1驅(qū)動(dòng)橋2車架3縱置鋼板彈簧4鋼板彈簧卷耳5螺旋彈簧6上推力桿7縱向推力桿8彈性鉸鏈第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-4斷開式驅(qū)動(dòng)橋1減振器2懸架彈簧3車輪傳動(dòng)萬(wàn)向軸4主減速器5擺臂軸6懸架擺臂7車輪第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-5斷開式驅(qū)動(dòng)橋常用布置形式a)雙橫臂式導(dǎo)向裝置與斷開式驅(qū)動(dòng)橋b)、c)單縱臂式導(dǎo)向裝置與斷開式驅(qū)動(dòng)橋d)單斜臂式導(dǎo)向裝置與斷開式驅(qū)動(dòng)橋1橡膠墊

3、2車廂地板3縱向推力桿4螺旋彈簧5右段驅(qū)動(dòng)橋殼(與主減速器殼鉸接)6主減速器7彈性鉸鏈8制動(dòng)底板9懸架擺臂第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-6非貫通式多橋驅(qū)動(dòng)示意圖1發(fā)動(dòng)機(jī)2、4、5驅(qū)動(dòng)橋3變速器6分動(dòng)器第二節(jié)驅(qū)動(dòng)橋的選型圖7-7貫通式多橋驅(qū)動(dòng)示意圖1發(fā)動(dòng)機(jī)2、4、6、7驅(qū)動(dòng)橋3變速器5分動(dòng)器第三節(jié)主減速器設(shè)計(jì)一、主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇二、主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支撐方案三、主減速器齒輪主要參數(shù)的選擇一、主減速器結(jié)構(gòu)形式的選擇1.主減速器的結(jié)構(gòu)形式2.主減速器的齒輪形式3.主減速器的減速形式1.主減速器的結(jié)構(gòu)形式圖7-8弧齒錐齒輪傳動(dòng)2.主減速器的齒輪形式(1)弧齒錐齒輪傳動(dòng)如圖7-8所示，弧齒錐齒輪傳

4、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(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。(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(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一個(gè)距離e，此距離稱為偏移距，如圖7-9所示。(3)圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪傳動(dòng)(見圖7-10)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫向前置且前驅(qū)動(dòng)的乘用車驅(qū)動(dòng)橋和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速器中。(4)蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)(見圖7-11)與錐齒輪傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：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)；在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無(wú)噪聲；便于汽車的總布置及

5、貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置；能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易。圖7-9雙曲面齒輪偏移2.主減速器的齒輪形式圖7-10圓柱齒輪傳動(dòng)2.主減速器的齒輪形式3.主減速器的減速形式(1)單級(jí)主減速器單級(jí)主減速器(見圖7-12)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于主傳動(dòng)比i07的汽車上。(2)雙級(jí)主減速器雙級(jí)主減速器主要有四種結(jié)構(gòu)方案：第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)圓柱齒輪；第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)行星齒輪；第一級(jí)為行星齒輪，第二級(jí)錐齒輪；第一級(jí)為圓柱齒輪，第二級(jí)錐齒輪。(3)雙速主減速器為充分提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，有些汽車裝用具有兩擋傳動(dòng)比的主減速器，即雙速主減

6、速器。(4)貫通式主減速器有些多軸汽車，為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、部件通用性好以及便于形成系列產(chǎn)品，常采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋。(5)單雙級(jí)主減速器附輪邊減速器對(duì)于某些重型汽車、越野車或大型客車，為了得到更大的牽引力，勢(shì)必要增加驅(qū)動(dòng)橋主減速器的主傳動(dòng)比，但這造成主減速器外形尺寸的增大和汽車離地間隙的減小。圖7-12單級(jí)主減速器3.主減速器的減速形式圖7-13雙級(jí)主減速器3.主減速器的減速形式圖7-14錐齒輪-行星齒輪式雙速主減速器1從動(dòng)錐齒輪2齒圈3行星齒輪4行星齒輪軸5換擋用接合齒輪6掛低擋用接合齒3.主減速器的減速形式圖7-15錐齒輪-圓柱齒輪式雙速主減速器3.主減速器的減速形式圖7-16雙曲面齒輪式單級(jí)貫通

7、式主減速器3.主減速器的減速形式圖7-17蝸桿式單級(jí)貫通式主減速器3.主減速器的減速形式圖7-18錐齒輪-圓柱齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器3.主減速器的減速形式圖7-19圓柱齒輪-錐齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器a)帶軸間差速器的結(jié)構(gòu)b)不帶軸間差速器的結(jié)構(gòu)3.主減速器的減速形式圖7-20行星齒輪式輪邊減速器1行星齒輪2齒圈3太陽(yáng)輪4輪轂3.主減速器的減速形式圖7-21主、從動(dòng)齒輪的布置a)主動(dòng)齒輪在從動(dòng)齒輪垂直上方b)主動(dòng)齒輪在從動(dòng)齒輪垂直下方3.主減速器的減速形式二、主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支撐方案1.主動(dòng)錐齒輪的支撐2.從動(dòng)錐齒輪的支撐1.主動(dòng)錐齒輪的支撐圖7-22主動(dòng)錐齒輪懸臂式支撐形式1.主動(dòng)

8、錐齒輪的支撐圖7-23主動(dòng)錐齒輪跨置式支撐形式2.從動(dòng)錐齒輪的支撐圖7-24從動(dòng)錐齒輪支撐2.從動(dòng)錐齒輪的支撐圖7-26有輻式從動(dòng)錐齒輪支撐三、主減速器齒輪主要參數(shù)的選擇1.主減速比i0的確定2.驅(qū)動(dòng)橋的離地間隙3.主減速器齒輪計(jì)算載荷的確定4.錐齒輪主要參數(shù)的選擇5.主減速器弧齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算6.錐齒輪的材料及熱處理4.錐齒輪主要參數(shù)的選擇(1)主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2(2)從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms對(duì)于單級(jí)主減速器，D2對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼尺寸有影響，D2大將影響橋殼的離地間隙，D2小則影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支撐座的安裝空間和差速器的安裝。(3)主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬度b1和b2錐

9、齒輪齒面過(guò)寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過(guò)窄及刀尖圓角過(guò)小。(4)雙曲面齒輪副偏移距e雙曲面齒輪副偏移距e值過(guò)大將使齒面縱向滑動(dòng)過(guò)大，從而引起齒面早期磨損和擦傷；e值過(guò)小，則不能發(fā)揮雙曲面齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。(5)中點(diǎn)螺旋角螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小。(6)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。(7)法向壓力角法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。(1)主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z21)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

10、齒面重合度和高的輪齒抗彎強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。3)為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的抗疲勞強(qiáng)度，對(duì)于乘用車，z1一般不少于9；對(duì)于商用車，z1一般不少于6。4)當(dāng)主傳動(dòng)比i0較大時(shí)，應(yīng)盡量使z1取得小些，以便得到滿意的離地間隙。5)對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，z1和z2應(yīng)有適宜的搭配。5.主減速器弧齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算(1)單位齒長(zhǎng)上的圓周力(2)輪齒的強(qiáng)度計(jì)算(3)輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度(2)輪齒的強(qiáng)度計(jì)算圖7-28彎曲度計(jì)算用綜合系數(shù)J(用于平均壓力角為2230的雙曲面齒輪)(3)輪齒的接觸疲勞強(qiáng)度圖7-29接觸強(qiáng)度計(jì)算用綜合系數(shù)J(用于平均壓力角為2230的雙曲面齒輪)6.錐齒輪的材料及熱處

11、理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)輪齒心部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷作用下齒根折斷。3)鑄造性能、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)律容易控制。4)選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳(Ni)、鉻(Cr)元素的材料，而選用含錳(Mn)、釩(V)、硼(B)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、硅(Si)等元素的合金鋼。第四節(jié)差速器設(shè)計(jì)一、差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)一、差速器結(jié)構(gòu)形式的選擇1.對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器2.摩擦片式差速器3.強(qiáng)制鎖止式差速器1.對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器圖7-30對(duì)稱式圓錐行星齒輪

12、差速器圖7-31摩擦片式差速器2.摩擦片式差速器3.強(qiáng)制鎖止式差速器圖7-32嚙合套式強(qiáng)制鎖止式差速器1嚙合套2接合套3操縱機(jī)構(gòu)4差速器左殼二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì)1.差速器齒輪主要參數(shù)的選擇2.差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算1.差速器齒輪主要參數(shù)的選擇(1)行星齒輪數(shù)目的選擇乘用車常用2個(gè)行星齒輪，載貨汽車和越野車多用4個(gè)行星齒輪，少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪。(2)行星齒輪球面半徑的選擇圓錐行星齒輪差速器的尺寸通常取決于行星齒輪背面的球面半徑RB(mm)，它就是行星齒輪的安裝尺寸，實(shí)際上代表了差速器圓錐齒輪的節(jié)錐距，在一定程度上表征了差速器的強(qiáng)度。(3)行星齒輪與半軸齒輪齒數(shù)的選擇為了得到較大的模數(shù)

13、從而使齒輪有較高的強(qiáng)度，應(yīng)使行星齒輪的齒數(shù)盡量少，但一般不應(yīng)少于10。(4)差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定(5)壓力角過(guò)去汽車差速器齒輪都選用20壓力角，這時(shí)齒高系數(shù)為1，而最少齒數(shù)是13。(6)行星齒輪安裝孔直徑及其深度的確定行星齒輪安裝孔直徑?與行星齒輪軸名義直徑相同，而行星齒輪安裝孔的深度L就是行星齒輪在其軸上的支承長(zhǎng)度，如圖7-33所示。圖7-33差速器行星齒輪安裝孔直徑?及其深度L1.差速器齒輪主要參數(shù)的選擇2.差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算圖7-34彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)J(用于平均壓力角為2230，齒面為局部接觸的汽車差速器用之錐齒輪)第五節(jié)半 軸 設(shè) 計(jì)1.半軸的結(jié)構(gòu)形式2.

14、半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.半軸的材料及熱處理第五節(jié)半 軸 設(shè) 計(jì)圖7-35半軸的組成1花鍵2桿部3墊圈4凸緣5半軸起拔螺栓6半軸緊固螺栓1.半軸的結(jié)構(gòu)形式圖7-36半軸的結(jié)構(gòu)形式a)半浮式b)3/4浮式c)全浮式3.半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)全浮式半軸的桿部直徑可按下式初步選取2)半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底部直徑，以便使半軸各部分達(dá)到基本等強(qiáng)度；為了使半軸的花鍵內(nèi)徑不小于其桿部直徑，常常將加工花鍵的端部做得粗些，并適當(dāng)?shù)販p小花鍵槽的深度，因此花鍵齒數(shù)必須相應(yīng)地增加，通常取10齒(乘用車半軸)至18齒(普通貨車半軸)，在設(shè)計(jì)中漸開線花鍵齒數(shù)取16齒。3)半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞

15、損壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增大各過(guò)渡部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過(guò)渡部分，以減小應(yīng)力集中。3.半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4)為了使半軸桿部和凸緣間的過(guò)渡圓角有較大的半徑而又不致引起與其他零件的干涉，常常將半軸凸緣用平鍛機(jī)鍛成。5)載貨汽車半軸的桿部較粗，外端凸緣也較大，當(dāng)無(wú)較大鍛造設(shè)備時(shí)，可采用兩端用花鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)，且取相同花鍵參數(shù)以簡(jiǎn)化工藝。6)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)橋其他傳力零件的強(qiáng)度儲(chǔ)備，使半軸起一個(gè)“熔絲”的作用。第六節(jié)驅(qū)動(dòng)橋橋殼設(shè)計(jì)一、橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇二、驅(qū)動(dòng)后橋殼的強(qiáng)度計(jì)算三、驅(qū)動(dòng)后橋橋殼強(qiáng)度的有限元分析一、橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇1.可分式橋殼2.整體式橋殼3.組合式橋殼一、橋殼結(jié)構(gòu)形式的選擇圖7-37驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式a)可分式驅(qū)動(dòng)橋橋殼b)鋼板沖壓焊接整體式橋殼c)鑄造整體式橋殼d)組合式橋殼2.整體式橋殼圖7-38鋼管擴(kuò)張成形整體式橋殼擴(kuò)張、滾壓成形過(guò)程三、驅(qū)動(dòng)后橋橋殼強(qiáng)度的有限元分析1.橋殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.橋殼有限元模型的建立3.