汽車原理與結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋與差動(dòng)器

1、汽車原理與結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)橋與差動(dòng)器第1頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 傳動(dòng)系統(tǒng)的最末端，完成傳動(dòng)軸與車輪之間的連接。 汽車驅(qū)動(dòng)橋有斷開式和非斷開式兩種結(jié)構(gòu)，主要由主減速器、差速器、半軸、橋殼等部分組成。非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)示意圖1橋殼 2主減速器 3差速器 4半軸 5輪轂斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)示意圖1主減速器 2半軸 3減振彈簧 4減振器 5車輪 6擺臂 7擺臂軸 共32頁 第2頁六、驅(qū)動(dòng)橋第2頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五斷開式驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋的功用功能： 將傳動(dòng)軸傳來的轉(zhuǎn)矩增大后,再傳給驅(qū)動(dòng)車輪；類型：非斷開式,斷開式；組成：主減速器,差速器,半軸,驅(qū)動(dòng)橋

2、殼。 共32頁 第3頁第3頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 共32頁 第4頁非斷開驅(qū)動(dòng)橋接主軸主減速器及外殼整體橋殼半軸套管半軸及其零件懸架安裝點(diǎn)第4頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五1、驅(qū)動(dòng)橋的功用 將萬向傳動(dòng)裝置輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降速并傳遞到車輪 通過主減速器的圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)方向 通過差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪差速作用2、驅(qū)動(dòng)橋的組成和類型 主要組成部分 主減速器、差速器、半軸、橋殼 常見類型 斷開式：驅(qū)動(dòng)橋殼分離制造，主減速器殼、半軸殼 （套管）用鉸鏈連接。（增加平順、通過性） 非斷開式：半軸殼、主減速器殼制成一體。 共32頁 第5頁第5頁，

3、共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五單級(jí)圓錐齒輪主減速器基本結(jié)構(gòu)圖 主減速器的主要功用是對(duì)變速器輸出進(jìn)一步減速增矩和改變運(yùn)動(dòng)傳遞方向。 根據(jù)不同的需求，主減速器可與驅(qū)動(dòng)橋制為一體，也可以分離制造（輪邊減速器）；從結(jié)構(gòu)參數(shù)上可分為單級(jí)、雙級(jí)、單速、雙速等。 共32頁 第6頁兩個(gè)圓錐齒輪組成的主減速器差速器半軸3、主減速器第6頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 共32頁 第7頁驅(qū)動(dòng)輸入軸主減速器發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)主減速器變速器 省略了主傳動(dòng)軸及其支撐部件，轎車中最常用的結(jié)構(gòu)。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五單級(jí)圓錐齒輪主減速器原理圖

4、 主減速器的小圓錐齒輪安裝在萬向傳動(dòng)系統(tǒng)輸出端，與安裝在差速器殼上的大齒輪垂直相交，成90度嚙合。 共32頁 第8頁直線行駛，行星輪4隨殼體公轉(zhuǎn)，不自轉(zhuǎn)，差動(dòng)器不工作彎道行駛，行星輪自傳，左右半軸輸出不同轉(zhuǎn)速主減速器工作原理第8頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五單級(jí)圓錐齒輪主減速器 共32頁 第9頁主減速器與差動(dòng)器第9頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五主減速器常用齒輪副 共32頁 第10頁 目前各型車輛主減速器常用圓柱齒輪式 、圓錐齒輪式、準(zhǔn)雙曲面齒輪式三種。 上述三類又分單級(jí)、雙級(jí)，雙級(jí)主減速器還分恒速、可變速兩種。 單級(jí)主減速器： 常用于轎車、輕

5、中型貨車和客車，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。 （單級(jí)主減速器為一對(duì)圓錐齒輪） 最小間隙h是保證汽車通過性的基本條件之一第10頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五雙級(jí)主減速器 重型貨運(yùn)、工程車輛承載大，速度相對(duì)較低，要求在驅(qū)動(dòng)橋前大幅度減速。 當(dāng)主減速器傳動(dòng)比要求較大時(shí)，單級(jí)齒輪副傳動(dòng)比難于達(dá)到要求，需采用兩級(jí)齒輪減速。 傳動(dòng)比較大時(shí)采用一對(duì)齒輪其從動(dòng)輪尺寸較大，導(dǎo)致主減速器外殼過大，無法保證最小離地間隙，影響車輛的通過性。（見下圖） 為了減少運(yùn)動(dòng)沖擊，雙級(jí)主減速器一般由圓錐齒輪副、圓柱齒輪副組成，通常都用斜齒。 共32頁 第11頁第11頁，共32頁，20

6、22年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五圓錐、圓柱雙級(jí)主減速器剖面示意圖 共32頁 第12頁第一級(jí)圓錐斜齒輪第二級(jí)圓柱斜齒輪半軸半軸差動(dòng)器第12頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五解放CA1091型主變速器軸測圖 第一級(jí)傳動(dòng)為斜齒圓錐齒輪，傳動(dòng)比11：250.44 第二級(jí)傳動(dòng)為斜齒圓柱齒輪，傳動(dòng)比14：470.30 總傳動(dòng)比0.440.300.1311（1：7.63） 共32頁 第13頁第13頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五左圖：汽車后驅(qū)動(dòng)橋行星輪式輪邊減速器結(jié)構(gòu)示意圖1半軸套管 2半軸 3太陽輪 4行星齒輪 5行星輪架 6齒圈 7行星架 太陽輪3與半

7、軸2相連，是主動(dòng)件；行星輪架5與輪轂相連，是從動(dòng)件；齒圈6與殼體相連，是固定件，傳動(dòng)比與齒圈齒數(shù)、太陽輪齒數(shù)相關(guān)： i1齒圈齒數(shù)/太陽輪齒數(shù)輪邊減速器 在重型貨車、越野車或大型客車上，由于主減速器傳動(dòng)比大，離地間距大，常把雙級(jí)中的第二級(jí)獨(dú)立制造，并置于兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪旁（差速器之后）。 共32頁 第14頁第14頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 雙速主減速器 為了充分提高汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，有些汽車裝有 具有兩檔傳動(dòng)比的主減速器，如下圖所示：左圖：高速檔（單級(jí)傳動(dòng)） 右圖：低速檔（雙級(jí)傳動(dòng)） 共32頁 第15頁第15頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 第

8、二級(jí)減速齒輪變擋 第二級(jí)減速是由行星輪1、行星輪架2、太陽輪4、齒圈3構(gòu)成的行星輪減速器。 高速檔： 結(jié)合套5左移，A、B脫離，4與行星輪1、齒圈3同時(shí)嚙合，行星輪1不能自轉(zhuǎn)，則該行星輪系相當(dāng)于一個(gè)剛體，不起減速作用。（與單級(jí)主減速器工作相同，減速比等于圓錐齒輪減速比） 共32頁 第16頁1243輸入半軸5AB第16頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五低速檔： 結(jié)合套5右移，A、B結(jié)合，太陽輪4被固定（與外殼連接），太陽輪4與行星輪1保持嚙合，與齒圈3脫離。此時(shí)行星輪1能公轉(zhuǎn)也能自轉(zhuǎn)，該行星輪系工作。 共32頁 第17頁1243輸入半軸5AB 齒圈6成為主動(dòng)件，行星輪架9為

9、從動(dòng)件，驅(qū)動(dòng)差速器殼。6第17頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五4、差速器 為保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪與地面接觸作純滾動(dòng)，汽車在彎道或路面質(zhì)量較差的時(shí)候，需要左右輪具有不同的轉(zhuǎn)速。差速器裝置可實(shí)現(xiàn)這一功能。 設(shè)輪中心相對(duì)地面移動(dòng)的線速度為U，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，車輪半徑r：則純滾動(dòng)時(shí) Ur 進(jìn)入彎道時(shí)兩側(cè)輪的U值與轉(zhuǎn)彎半徑R相關(guān)，即U內(nèi)U外，若角速度相同，上式不成立。汽車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)示意圖內(nèi)圈半徑外圈半徑 共32頁 第18頁第18頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 車輛在直線行駛時(shí)，由于路面不平，兩側(cè)車輪中心實(shí)際平移的距離不等，因此也存在上述問題。 根據(jù)兩端輸出

10、轉(zhuǎn)矩是否相等，差速器可分為對(duì)稱式（等矩）和非對(duì)稱式（不等矩）兩類。 對(duì)稱式圓錐齒輪差速器 對(duì)稱式圓錐齒輪差速器是一種行星機(jī)構(gòu)差速器外殼與行星架、主減速器從動(dòng)輪聯(lián)為一體，構(gòu)成差動(dòng)器的主動(dòng)件，兩半軸齒輪為從動(dòng)件。驅(qū)動(dòng)橋主減速圓錐斜齒輪主減速從動(dòng)齒輪與行星架相連 共32頁 第19頁第19頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五差速器差動(dòng)原理圖 設(shè)主動(dòng)件角速度為0，從動(dòng)件1、2角速度分別為1、 2，A、B兩點(diǎn)分別為行星輪4與半軸齒輪1、2的嚙合點(diǎn)，行星輪中心為C，A、B、C三點(diǎn)到到差速器轉(zhuǎn)軸軸線距離為r。 行星輪4與行星架一起只作公轉(zhuǎn)，無自轉(zhuǎn)，A、B、C三點(diǎn)圓周速度相等，有012； 共

11、32頁 第20頁第20頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 當(dāng)行星輪4同時(shí)繞自身軸5以4的角速度自傳時(shí)： A點(diǎn)圓周速度為1r0r4r ， B點(diǎn)圓周速度為2r0r4r ； 可得：1r2r （0 r 4 r ）（ 0 r 4 r） 即1r 2r20r 當(dāng)角速度以每分鐘n轉(zhuǎn)表示，則：n1n22n0由此可見： 左右兩側(cè)半軸齒輪轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。即兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪在各種復(fù)雜情況下都可借助行星輪自轉(zhuǎn)，而獲得不同的轉(zhuǎn)速。 共32頁 第21頁第21頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五相關(guān)結(jié)論： 當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一半軸的轉(zhuǎn)速是差速器殼轉(zhuǎn)速的

12、兩倍；當(dāng)差速器殼因某種原因靜止時(shí)，若一側(cè)半軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一側(cè)則按相反的方向以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)稱式差速器力矩分配 輪系中行星輪相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，兩個(gè)半軸齒輪半徑也相等，所以在無行星輪自轉(zhuǎn)的情況下，兩側(cè)輸出力矩總是相等的，即： M0/2M1M2（ M0為萬向傳動(dòng)裝置輸出的扭矩） 共32頁 第22頁第22頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五 當(dāng)兩側(cè)不等速，但方向相同輸出，設(shè)n1n2，行星輪按n4方向轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦力矩Mr與n4方向相反。此時(shí)對(duì)兩側(cè)半軸齒輪都產(chǎn)生如圖所示的圓周力F1、F2，有： M1（ M0 Mr）/2 M2（ M0Mr）/2 即影響兩側(cè)輸出力矩的主要因素是差速器內(nèi)摩擦

13、力矩。由于目前使用的對(duì)稱式差速器內(nèi)摩擦力矩都很小，因此可以認(rèn)為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)力矩基本上是相等的。 （包括n1n2反向的狀況）差速器力矩分配示意圖半軸行星輪 共32頁 第23頁第23頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五3）對(duì)稱式差速器的缺陷 當(dāng)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪有一側(cè)處于小附著力狀況下，由于力矩平均分配，導(dǎo)致另一側(cè)也無法進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 克服這一缺點(diǎn)，應(yīng)采用各種不同形式的防滑差速器。 如強(qiáng)制自鎖式差速器、高摩擦自鎖式差速器等。隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的高速發(fā)展，差速器結(jié)構(gòu)不僅限于上述齒輪副機(jī)構(gòu)。在重型汽車上常用牙嵌式自由輪差速器；多軸驅(qū)動(dòng)汽車常用托森差速器、粘性聯(lián)軸差速器等。 另外，在許多前置發(fā)動(dòng)

14、機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，一般將變速器、主軸傳動(dòng)系、差速器設(shè)計(jì)成一體，稱為變速驅(qū)動(dòng)橋，縮短了機(jī)械傳動(dòng)路線，有效提高傳動(dòng)效率。 共32頁 第24頁第24頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五5、半軸 差速器與驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的實(shí)心軸。 半軸的受力狀況取決與支撐形式，現(xiàn)代汽車基本采用全浮式半軸支承和半浮式半軸支承兩種形式。半軸示意圖1花鍵 2桿部 3墊圈 4凸緣 5半軸起拔螺釘 6半軸固定螺栓 共32頁 第25頁第25頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五全浮式半軸支承受力圖全浮式半軸支承 廣泛用于各類載貨車輛，支承結(jié)構(gòu)如作圖所示。 軸承4、5安裝在橋殼上，用于輪轂的

15、支承，半軸套管與殼體壓配合為一體，半軸與橋殼之間無直接聯(lián)系。（半軸為易損件，應(yīng)考慮其裝拆方便） 共32頁 第26頁軸承置于橋殼上第26頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五半浮式半軸支承受力圖 半浮式半軸支承 多用于轎車，支承結(jié)構(gòu)如作圖所示。 半軸與差動(dòng)器的連接跟上同，外側(cè)軸承直接安裝在半軸上，行駛時(shí)車輪的作用反力要通過半軸傳向橋殼。（結(jié)構(gòu)簡單，用于彎矩較小的轎車等） 共32頁 第27頁支撐軸承第27頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五6、橋殼 驅(qū)動(dòng)橋殼按結(jié)構(gòu)形式分為：整體式：橋體整體制造。分段式：將橋體分段制造再裝配成一體。橋殼的功用： 支承、保護(hù)主減速器、差動(dòng)器、半軸等； 確定左右驅(qū)動(dòng)輪間距； 支承車架及其上其他總成的重量； 承受車輪與地面的反力。 共32頁 第28頁第28頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星期五解放CA1091型汽車驅(qū)動(dòng)橋殼 共32頁 第29頁整體式橋殼第29頁，共32頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)26分，星