第九章驱动桥.doc

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第九章 驱动桥
一、组成
主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳（万向传动装置）、轮毂。
二、功用
①． 降速增矩；
②． 改变动力传递方向；
③． 分配转矩给各驱动轮；
④． 保护、承载。
三、类型：断开式和非断开式驱动桥
第一节 主减速器
功用：降速增矩、改变转矩旋转方向（发动机纵置时）
分类：
1． 按参加减速的齿轮副数目分：单级式和双级式主减速器。其中双级主减速器的第二级减速器常为轮边减速器。
2． 传动比档数分：单速式和双速式；
3． 齿轮副结构形式分：圆柱齿轮式（轴线固定式、行星齿轮式）、圆锥齿轮式、准双曲面齿轮式。

一．单级主减速器
1．以东风EQ1090E单级主减速器为例，其动力传递路线
从万向传动装置连接的叉形凸缘→主动锥齿轮→从动锥齿轮（准双曲面齿轮）→差速器壳→行星齿轮十字轴→行星齿轮→半轴齿轮→半轴→驱动轮。
2．任何保证主动和从动齿轮之间正确的相对位置？
（1）主动和从动锥齿轮有足够的支承刚度，使其在运动过程中不至于发生较大的变形影响正常啮合；
（2）应有必要的啮合调整装置。
3．如何实现上述两个结构上的要求？
刚度保证
（1） 主动锥齿轮与轴制成一体；
（2） 主动锥齿轮前端支承在互相贴近而小端相向的两个圆锥滚子轴承，后端支承在圆柱滚子轴承上，形成跨置式支承。
（3） 从动锥齿轮连接在差速器壳上，用两个小端相背的圆锥滚子轴承支承。从动锥齿轮的背面，由支承螺栓柱以限制从动锥齿轮过度变形。
l 采用相向和相背圆锥滚子轴承，主要考虑主动齿轮轴和从动齿轮的轴向移动。
啮合调整：齿面啮合印迹和齿侧间隙的调整
（1）齿面啮合印迹的调整
通过增减主减速器壳与主动锥齿轮轴承座之间的调整垫片（垫片9）的总厚度来移动主动锥齿轮的位置获得。
调整方法：
先在主动锥齿轮轮齿上涂以红色颜料，然后用手使主动锥齿轮往复运动，从动锥齿轮轮齿的两个工作面出现红色印迹，印迹均位于齿高的中间偏小端，并占齿面宽度的60%以上，啮合正确。
（2）啮合间隙的调整
拧动调整螺母2以改变从动锥齿轮的位置。间隙一般为0.15~0.40mm。
注意：
l 主动锥齿轮圆锥滚子轴承应有一定的装配预紧度。调整两轴承内座圈之间隔套一端的调整垫片14。叉形凸缘的转动力矩1.0~1.5Nm为合适。
l 为保证差速器圆锥滚子轴承预紧度不变，一端调整螺母拧入的圈数应等于另一端调整螺母拧出的圈数。
l 两预紧度的调整须在齿轮啮合调整前进行。
4．准双曲面齿轮主减速器的优缺点
直齿圆锥齿轮→螺旋锥齿轮→准双曲面齿轮
螺旋锥齿轮不发生根切的最小齿数比直齿齿轮的最小齿数小。结构紧凑、运转平稳噪声较小。
准双曲面齿轮比螺旋锥齿轮工作平稳性更好，轮齿的弯曲强度和接触强度更高，主动锥齿轮的轴线还可相对从动齿轮的轴线向下偏移，使车身和重心降低，有利于提高汽车的行驶稳定性。（东风EQ1090E偏距38mm）
缺点：齿面间有较大的相对滑动，且齿面间压力很大，齿面油膜易被破坏，须用双曲面齿轮油。
5．润滑
靠从动锥齿轮运转对各齿轮、轴和轴承飞溅润滑。为保证主动锥齿轮轴后端的圆锥轴承的可靠润滑，在主减速器壳体铸出了进油道8和回油道16。飞溅的润滑油经进油道8通过轴承座的孔进入两圆锥轴承的小端之间，在离心力作用下，润滑油从小端流向大端。
主减速器壳体上装有通气塞，防止壳内气压过高而使润滑油渗漏。
二．双级主减速器
为什么采用双级主减速器？具有较大的传动比，同时保证足够的离地间隙。
结构特点：
（1） 一般第一级传动比由螺旋锥齿轮副，第二级传动比采用斜齿圆柱齿轮副。
（2） 主动齿轮轴多采用悬臂式支承。原因有二。其一是第一级传动比较小，相应从动锥齿轮直径较小，主动锥齿轮外端再加一个轴承布置困难；另外主动锥齿轮及轴颈尺寸可做得大，同时尽可能将两轴承距离加大可得到足够的支承刚度。
（3） 调整：①.主动锥齿轮轴承的预紧度，增减调整垫片8；②.中间轴圆锥滚子轴承，预紧度改变两边的调整垫片6和13；③.主动锥齿轮轴向位移，调整垫片7；④.中间轴锥齿轮轴向位移，调整垫片6和13。注：两组垫片的减量和增量不相等时，会破坏已调整好的预紧度。
（4） 轮边减速器（行星齿轮式）：当要获得较大的传动比和较大的离地间隙，常将双级减速器的二级减速齿轮副制成轮边减速器。
三、贯通式主减速器
定义：前面（或后面）的两驱动桥的传动轴是串联的，传动轴从离合器较近的驱动桥穿过，通往另一驱动桥，这种驱动桥称为贯通式驱动桥，所用减速器称为贯通式减速器。
特点：结构简化，部件通用性好，便于形成系列产品。
四、双速主减速器
特点：由一对圆锥齿轮和一个行星齿轮机构组成。
补充：
齿轮传动基本原理：
（1） 小齿轮驱动大齿轮时，输出转矩增大而转速降低；
（2） 大齿轮驱动小齿轮时，输出转矩降低而转速增大；
（3） 两齿轮外啮合时，其转动方向相反；
（4） 两齿轮内啮合时，其转动方向相同。
行星齿轮机构由太阳轮（中心轮）、行星轮、行星架、内齿圈组成，可以提供降速档、超速档、直接档、倒档和空档。一般采用离合器和制动器通过固定和释放行星齿轮的不同元件，来改变行驶方向和传动比。
结构：
从动锥齿轮和行星齿轮机构的内齿圈连成一体，行星架与差速器壳刚性连接（制成一体）。
动力从锥齿轮副→行星齿轮机构→差速器→半轴→驱动轮。
原理：
高速档：接合套短齿圈变速器外壳的内齿圈B分离；接合套长齿圈同时与行星架内齿圈和行星轮啮合，行星轮机构不起减速作用。
高速档传动比
低速档动力路线：主动锥齿轮→从动锥齿轮→从动锥齿轮内齿圈→行星轮→行星架→差速器壳→十字轴→差速器行星轮→半轴齿轮→半轴→轮毂。
此时，接合套长齿圈与行星架内齿圈分离，仅与行星轮啮合；接合套的短齿圈与变速器外壳的内齿圈B啮合，即行星机构的中心轮被固定，行星机构的传动比为

低速档传动比
第二节 差速器
一、为什么要装差速器？
车轮运动的几种形式：
纯滚（左图）、 滑移（中图）、
滑转（原地打滑）（右图）
ω
r
V
ω
r
V
ω
r
V
（1） 当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮中心在同一时间移过的曲线距离不同，外侧车轮移动的距离大于内侧车轮；
（2） 汽车在不平路面上直线行驶，两侧车轮实际移过的曲线距离也不相等；
（3） 由于轮胎制造尺寸误差、磨损程度、承受载荷或气压不同，各轮胎的滚动半径不相等，即使在平直路面上，在相同时间内移过的距离不相等。
若两侧车轮固定在一刚性轴上，即使两车轮以相同角速度运动，则两侧车轮必然存在一侧车轮边滚边滑移，另一侧车轮也边滚边滑移。车轮对路面的滑移，不仅会加速轮胎磨损，增加汽车的动力消耗，可能导致转向和制动性能的恶化。
另外，两驱动桥之间若刚性连接，也会发生各桥驱动轮的滑转现象。
因此，分别设置了轮间和轴间差速器。
二、类型：
强制锁止式齿轮差速器；
高摩擦自锁差速器（摩擦片式、滑块凸轮式）；
自由轮式差速器（牙嵌式自由轮差速器、托森差速器）
一、齿轮式差速器
1、分类
a：圆锥齿轮式、圆柱齿轮式
b：对称式（等转矩式），主要用于轮间差速器；
不对称式（不等转矩式），主要用于轴间差速器；
2、对称式锥齿轮差速器的结构和工作原理
结构：（按动力路线分）
从动锥齿轮→差速器壳→十字轴→行星齿轮→半轴齿轮→半轴→驱动车轮
差速原理
（1） 当行星轮无自转，只随行星十字轴架绕差速器轴线公转时，；
（2） 设行星轮自转角速度，则对于行星轮的A点和B点（分别为行星轮与左右半轴齿轮的啮合点）有如下运动方程：

其中（半轴齿轮转速）是绝对速度，（差速器壳即从动锥齿轮转速）是牵连速度，是相对速度；上述两式相加，得

讨论：
①. 左右两侧半轴齿轮转速之和等于差速器转速的两倍，而与行星齿轮转速无关；
②. 当其中一个时，另一个；
③. 若，则。这相当于将差速器壳锁止（中央制动器，锁住传动轴），但汽车仍然能动，所以现在逐渐取消中央制动器。
转矩分配：
MT
n4
n1
n2
F2
F2‘
F1‘
F1
M2
M1
主减速器传来的转矩为，当行星齿轮没有自转时，；
当行星齿轮有自转时，，则由于行星轮自转，行星轮轮孔与行星齿轮轴间，及齿轮背部与差速器壳之间产生摩擦，行星齿轮所受的摩擦力矩为，如上图所示，
，
左右轮上的转矩之差等于差速器内部摩擦力矩；使得转的快的半轴减速，转得慢的半轴加速，从而实现转矩的分配。
锁紧系数：，衡量差速器内部摩擦力矩大小及转矩分配特性。由于转矩分配特性，在通过坏路时（一边车轮在好路上，一边车轮在坏路上滑转）静止不动车轮上分配转矩与滑转车轮上的很小的转矩近似相等，总的牵引力不能克服行驶阻力，汽车不能前进。
二、强制锁止式差速器：他是当有一侧驱动轮滑转时，将一半轴和差速器壳刚性连接，差速器不起差速作用，左右两半轴被锁成一整体一同旋转。
注意：操纵一般要在停车时进行，过早或过迟摘下差速器锁，会出现在好路上左右轮刚性连接所产生的一系列问题。
三、高摩擦自锁式差速器：
摩擦片式自锁差速器：在对称式锥齿轮差速器上改进，在半轴齿轮与差速器壳之间装有摩擦片、推力压盘。
直线行驶时，转矩传给半轴的路线是：
一路是经行星齿轮轴、行星齿轮→半轴齿轮→半轴（大部分转矩）；
另一路差速器壳→十字轴→半轴齿轮→推力压盘→主从动摩擦片→推力压盘轴颈→半轴
推力压盘轴向力的来源：
十字轴的端部切出凸V形斜面，在相应差速器壳体上切有凹V形斜面，两十字轴的凸V形斜面是反向安装的。差速器壳体通过斜面对行星齿轮轴两端压紧，斜面上的轴向力迫使两行星齿轮轴分别向左右略微移动，通过行星齿轮使推力压盘压紧摩擦片。
转弯时，由于转速差和轴向力的作用，摩擦力矩使得慢转半轴传递的转矩明显增加，K可达5。常用于轿车或轻货车上。
交通SH3281型自卸车的中后桥间采用滑块凸轮式轴间差速器。四、牙嵌式自由轮差速器（主要中重型汽车）
主动环的孔内装有中心环，可相对主动环自由转动，无轴向移动。中心环两侧周向分布梯形断面径向齿，分别与两从动环内侧面内圈相应梯形齿接合（采用梯形齿是防止传递扭矩过程中主从动环自动脱开，同时在结构上采用弹簧5使主从动处于接合状态）。
当左转时，左从动环转速慢于主动环，左从动环与主动环压得更紧，左从动环（左半轴）被加速驱动；而右从动环在中心环齿圈轴向力作用下右移，主从动环分离，不再传递动力。
因此不靠行星齿轮机构差速。锁紧系数K→∞，提高通过能力，工作可靠，寿命长。
缺点：当从动梯形环每经轴向力作用时，沿齿斜面滑动与主动环分离，又在弹簧力的作用下重新接合，因此会出现传递扭矩时断时续，引起传动装置载荷不均匀，加剧轮胎磨损。
五、托森差速器——中央轴间差速器
Audi80 /Audi90全轮驱动的轴间差速器。托森差速器主要有空心轴、前后轴蜗杆、蜗轮轴和蜗轮组成。每一个蜗轮上固定两个圆柱直齿轮。
动力路线：
驱动力矩通过空心轴→差速器外壳→（动力分前后路线）
→前蜗轮轴→前蜗轮→前蜗杆→前差速器轴→前桥；
→后蜗轮轴→后蜗轮→后蜗杆→驱动轴凸缘法兰→后桥；
其中，三对前后蜗轮分别与前后蜗杆啮合，每个蜗轮上固定两个圆柱直齿轮。
当汽车转向时，前后驱动桥出现转速差，通过啮合的圆柱直齿轮相对转动，使一轴转速加快，另一轴转速下降，实现差速。差速器还可使转速较低的轴（附着力大的轴）比转速较高（附着力小）的轴分配得到的驱动转矩大，差速器内速度平衡是靠圆柱直齿轮来完成的。
托森是格里森公司的注册商标，表示“转矩—灵敏差速器”。根据蜗轮蜗杆传动基本原理，使其具有高低不同的自锁值，自锁值大小取决于蜗杆的螺旋升角及传动的摩擦条件。螺旋升角小，自锁值大。K约为3.5。
第三节 半轴和桥壳
一、半轴
位于差速器的半轴齿轮（内端）和驱动轮毂（外端）之间的实心轴。
半轴的临界转速：，L为轴长，D和d为轴管的外内径。采用空心管，不仅省材料，而且可提高临界转速。安全转速为。
作用：传递发动机的扭矩或承担地面反力。
支承型式（主要指轮毂与桥壳间的支承）：全浮式半轴支承、半浮式、3/4浮式。
全浮式半轴支承：轮毂通过两个相距较远的圆锥滚子轴承支承在半轴套管上，半轴外端凸缘用螺栓与轮毂相连，内端用花键与差速器的半轴齿轮连接。
半轴只承受转矩，两端均不承受任何反力和弯矩，故称“全浮式”。
为防止轮毂在侧向力作用下轴向窜动，轮毂内的两圆锥滚子轴承有一定的预紧度，承受向内外的轴向力。
半浮式半轴支承：半轴内端不受力及弯矩，外端承受全部弯矩。
半轴外端是锥形的，轮毂有相应的锥形孔与半轴配合。半轴与桥壳间只有一个轴承，为使半轴免受向外侧向力拉出，该轴承应能承受向外的轴向力；行星齿轮轴中部浮套止推轴承，半轴内端正好顶着止推块，阻止朝内的侧向力的轴向窜动。
（扫描图）

二、桥壳
作用
保护作用。主要保护主减速器、差速器和半轴；
承受路面反作用力和力矩，并经悬架传递给车架；
安装悬架和车轮，并给车轮定位。
要求
强度刚度大；
质量小；
便于拆装和调整；
便于制造和密封。
1． 型式：
整体式桥壳：整体铸造、中段铸造压入钢管、钢板冲压焊接形式
分段式桥壳。
整体式桥壳的优点：具有较大刚度强度，便于主减速器装配、调整和维修。
整体铸造桥壳刚度大，强度高，易铸造成梁形状；主要用于中重型汽车上；
中段铸造压入钢管桥壳：质量较轻，工艺简单，便于变形。但刚度差，适于批量生产。
钢板冲压焊接形式桥壳具有质量小，工艺简单，材料利用率高，抗冲击性能好，成本低，适于大批量生产。广泛用于轻货和轿车上。
分段式比整体式易于铸造，加工简单。但维修保养不方便，少用。