汽車構(gòu)造 第17章 驅(qū)動橋.ppt

第17章驅(qū)動橋 主講教師 第17章驅(qū)動橋 17 1概述將傳動系統(tǒng)傳來的發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動力的車橋就是驅(qū)動橋 drivingaxle 驅(qū)動橋的形式包括前橋驅(qū)動 后橋驅(qū)動和全輪驅(qū)動 這幾種驅(qū)動橋形式特點已在第12章中敘述 現(xiàn)在一般轎車多采用前橋驅(qū)動 載貨汽車和工程車輛多采用后橋驅(qū)動 越野汽車和一些SUV 多功能運動型車 等采用全輪驅(qū)動 AWD 17 1 1驅(qū)動橋的功用驅(qū)動橋的功用是 將萬向傳動裝置傳來的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩通過主減速器 差速器 半軸等傳到驅(qū)動車輪 實現(xiàn)降速增大轉(zhuǎn)矩 通過主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向 通過差速器實現(xiàn)兩側(cè)車輪差速作用 滿足內(nèi) 外側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的需要 17 1 2驅(qū)動橋的組成如圖17 1所示驅(qū)動橋由主減速器 finaldrive 差速器 differential 半軸 halfaxle 和驅(qū)動橋殼 axlehousing 等組成 第17章驅(qū)動橋 主減速器是汽車傳動系統(tǒng)中降低轉(zhuǎn)速 增大轉(zhuǎn)矩的主要部件 當(dāng)變速器未設(shè)置超速擋時 主減速器的傳動比即為傳動系統(tǒng)的最小傳動比 亦稱為主傳動比 差速器解決汽車轉(zhuǎn)向時兩側(cè)的驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動速度不等和多軸驅(qū)動橋轉(zhuǎn)動速度不等的問題 半軸用來可靠地傳遞驅(qū)動力 驅(qū)動橋殼是傳動系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)主要部件的安裝基礎(chǔ)件 17 1 3驅(qū)動橋的類型驅(qū)動橋的類型有斷開式驅(qū)動橋 dividedaxle 和非斷開式驅(qū)動橋 un dividedaxle 兩種 如圖17 2所示為半軸套管與主減速器殼剛性連成一體 兩側(cè)的半軸和驅(qū)動輪不可能在橫向平面內(nèi)做相對運動 故稱這種驅(qū)動橋為非斷開式驅(qū)動橋 亦稱為整體式驅(qū)動橋 它由驅(qū)動橋殼1 主減速器2 差速器3 半軸4和輪轂5組成 動力從變速器或分動器經(jīng)萬向傳動裝置輸入驅(qū)動橋的轉(zhuǎn)矩首先傳到主減速器2 在此增大轉(zhuǎn)矩并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速后 經(jīng)差速器3分配給左右兩半軸4 最后通過半軸外端的凸緣盤傳至驅(qū)動車輪的輪轂5 驅(qū)動橋殼1由主減速器殼和半軸套管組成 輪轂5借助軸承支承在半軸套管上 整個驅(qū)動橋通過彈性懸架與車架連接 第17章驅(qū)動橋 為了提高汽車行駛平順性和通過性 有些轎車和越野車全部或部分驅(qū)動輪采用獨立懸架 即將兩側(cè)的驅(qū)動輪分別用彈性懸架與車架相聯(lián)系 兩輪可彼此獨立地相對于車架上下跳動 與此對應(yīng) 主減速器殼固定在車架上 驅(qū)動橋殼制成分段并通過鉸鏈連接 這種驅(qū)動橋稱為斷開式驅(qū)動橋 如圖17 3所示 主減速器1固定在車架或車身上 兩側(cè)車輪5分別通過各自的彈性元件3 減振器4和擺臂6組成的彈性懸架與車架相連 為適應(yīng)車輪繞擺臂軸7上下跳動的需要 差速器與輪轂之間的半軸2兩端用萬向節(jié)連接 第17章驅(qū)動橋 圖17 2非斷開式驅(qū)動橋1 驅(qū)動橋殼2 主減速器3 差速器4 半軸5 輪轂 圖17 3斷開式驅(qū)動橋1 主減速器2 半軸3 彈性元件4 減振器5 車輪6 擺臂7 擺臂軸 第17章驅(qū)動橋 17 2主減速器主減速器的功用是將輸入的轉(zhuǎn)矩增大并相應(yīng)降低轉(zhuǎn)速 當(dāng)發(fā)動機縱置時還具有改變轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)方向的作用 為滿足不同的使用要求 主減速器的結(jié)構(gòu)形式也是不同的 按參加減速傳動的齒輪副數(shù)目分 有單級式主減速器和雙級式主減速器 在雙級式主減速器中 若第二級減速器齒輪置于兩側(cè)車輪附近 實際上成為獨立部件 則稱為輪邊減速器 按主減速器傳動比擋數(shù)分 有單速式和雙速式 前者的傳動比是固定的 后者有兩個傳動比供駕駛員選擇 以適應(yīng)不同行駛條件的需要 按齒輪副結(jié)構(gòu)形式分 有圓柱齒輪式 又可分為軸線固定式和軸線旋轉(zhuǎn)式即行星齒輪式 圓錐齒輪式和準(zhǔn)雙曲面齒輪式 第17章驅(qū)動橋 17 2 1單級主減速器單級主減速器具有結(jié)構(gòu)簡單 體積小 質(zhì)量輕和傳動效率高等優(yōu)點 一般應(yīng)用在轎車和輕 中型貨車上 圖17 4a為東風(fēng)EQl090E型汽車驅(qū)動橋單級主減速器及差速器總成剖面圖 圖17 4b為該總成的零件分解圖 主減速器 見圖17 4a 的減速傳動機構(gòu)為一對準(zhǔn)雙曲面齒輪18和7 主動齒輪18有6個齒 從動齒輪7有38個齒 故主傳動比 a 主減速器及差速器剖面圖 第17章驅(qū)動橋 圖17 4東風(fēng)EQl090E型汽車主減速器和差速器1 差速器軸承蓋2 軸承調(diào)整螺母3 13 17 圓錐滾子軸承4 43 主減速器殼5 差速器殼6 支承螺栓7 68 從動錐齒輪8 進(jìn)油道9 14 調(diào)整墊片10 防塵罩11 叉形凸緣12 油封15 軸承座16 回油道18 39 主動錐齒輪19 圓柱滾子軸承20 65 行星齒輪墊片2l 64 行星齒輪22 半軸齒輪推力墊片23 62 半軸齒輪24 63 行星齒輪軸 十字軸 25 60 螺栓26 槽形扁螺母27 59 墊圈28 主動錐齒輪叉形凸緣29 油封座30 油封座襯墊31 主動錐齒輪外油封32 油封導(dǎo)向環(huán)33 主動錐齒輪內(nèi)油封34 推力墊圈35 主動錐齒輪前軸承36 軸承調(diào)整墊片37 隔套38 前軸承座40 主動錐齒輪后軸承41 主動錐齒輪調(diào)整墊片42 螺塞44 從動齒輪支承套總成45 支承套46 支承螺栓47 鎖片48 螺母49 主減速器殼墊片50 52 55 鎖止墊片51 差速器左殼53 差速器軸承54 調(diào)整螺母56 軸承蓋鎖片57 墊片58 主減速器軸承蓋61 半軸齒輪墊片68 差速器右殼67 差速器連接螺栓69 從動錐齒輪連接螺栓 b 主減速器及差速器零件分解圖 第17章驅(qū)動橋 1 主減速器的結(jié)構(gòu)特點主減速器的主動齒輪和從動齒輪之間必須有正確的相對位置 才能使兩齒輪嚙合傳動時沖擊噪聲較小 而且輪齒沿其長度方向磨損較均勻 為此 在結(jié)構(gòu)上一方面要使主動和從動錐齒輪有足夠的支承剛度 使其在傳動過程中不至于發(fā)生較大變形而影響正常嚙合 另一方面應(yīng)有必要的嚙合調(diào)整裝置 為保證主動錐齒輪有足夠的支承剛度 主動錐齒輪18 見圖17 4a 與軸制成一體 前端支承在互相貼近而小端相向的兩個圓錐滾子軸承13和17上 后端支承在圓柱滾子軸承19上 形成跨置式支承 環(huán)狀的從動錐齒輪7連接在差速器殼5上 而差速器殼則用兩個圓錐滾子軸承3支承在主減速器殼4的座孔中 在從動錐齒輪的背面 裝有支承螺栓6 以限制從動錐齒輪過度變形而影響齒輪的正常工作 裝配時 支承螺栓與從動錐齒輪端面之間的間隙為0 3 0 5mm 第17章驅(qū)動橋 裝配主減速器時 圓錐滾子軸承應(yīng)有一定的裝配預(yù)緊度 即在消除軸承間隙的基礎(chǔ)上 再給予一定的壓緊力 其目的是為了減小在錐齒輪傳動過程中產(chǎn)生的軸向力所引起的齒輪軸的軸向位移 以提高軸的支承剛度 保證錐齒輪副的正常嚙合 但也不能過緊 若過緊則傳動效率低 且加速軸承磨損 為調(diào)整圓錐滾子軸承13和17的預(yù)緊度 在兩軸承內(nèi)座圈之間的隔離套的一端裝有一組厚度不同的調(diào)整墊片14 如發(fā)現(xiàn)過緊則增加墊片14的總厚度 反之 減小墊片的總厚度 2 齒輪嚙合間隙的調(diào)整方法指齒面嚙合印跡和齒側(cè)間隙的調(diào)整 見圖17 5 先在主動錐齒輪輪齒上涂以紅色顏料 紅丹粉與機油的混合物 然后用手使主動錐齒輪往復(fù)轉(zhuǎn)動 于是從動錐齒輪輪齒的兩工作面上便出現(xiàn)紅色印跡 若從動齒輪輪齒正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)工作面上的印跡位于齒高的中間偏于小端 并占齒面寬度的60 以上 則為正確嚙合 正確嚙合的印跡位置可通過主減速器殼與主動錐齒輪軸承座15 圖17 4a 之間的調(diào)整墊片9的總厚度 即移動主動錐齒輪的位置 而獲得 第17章驅(qū)動橋 3 準(zhǔn)雙曲面齒輪 hypoidgear 的特點準(zhǔn)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪相比 不僅齒輪的工作平穩(wěn)性好 輪齒的彎曲強度和接觸強度高 而且主動齒輪的軸線可相對從動齒輪軸線偏移 當(dāng)主動錐齒軸線向下偏移時 圖17 6 在保證一定離地間隙的情況下 可降低主動錐齒輪和傳動軸的位置 因而使車身和整個重心降低 這有利于提高汽車行駛穩(wěn)定性 準(zhǔn)雙曲面齒輪的應(yīng)用較為廣泛 東風(fēng)EQ1090E型汽車主減速器采用了準(zhǔn)雙曲面齒輪 其偏移距為38mm 準(zhǔn)雙曲面齒輪副布置分上偏移和下偏移 如圖17 7所示 上 下偏移是這樣判定的 從大齒輪錐頂看 并把小齒輪置于右側(cè) 如果小齒輪軸線位于大齒輪中心線之下為下偏移 如圖17 7 如果小齒輪軸線位于大齒輪中心線之上為上偏移 圖17 7雙曲面圓錐齒輪的偏移準(zhǔn)雙曲面齒輪工作時 齒面間有較大的相對滑動 且齒面間壓力很大 齒面油膜易被破壞 為減少摩擦 提高效率 必須用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油 絕不允許用普通齒輪油代替 否則將使齒面迅速擦傷和磨損 大大降低使用壽命 第17章驅(qū)動橋 圖17 5從動錐齒輪的嚙合印跡 圖17 7雙曲面圓錐齒輪的偏移 螺旋錐齒輪傳動 軸線相交b 準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動 軸線偏移圖17 6主動和從動錐齒輪軸線位置 第17章驅(qū)動橋 17 2 2其他類型減速器1 雙級主減速器 doublereductionfinaldrive 根據(jù)發(fā)動機特性和汽車使用條件 要求主減速器具有較大的主傳動比時 由一對錐齒輪構(gòu)成的單級主減速器已不能保證足夠的最小離地間隙 因而需要采用兩對齒輪實現(xiàn)降速的雙級主減速器 一般雙級主減速器中主動錐齒輪與軸制成一體 采用懸臂式支承 即主動錐齒輪軸支承在位于齒輪同一側(cè)的兩個相距較遠(yuǎn)的圓錐滾子軸承上 而主動錐齒輪懸伸在軸承之外 這種支承形式的結(jié)構(gòu)比較簡單 但支承剛度不如跨置式的 主動錐齒輪軸多用懸臂式支承的原因有兩點 一是第一級齒輪傳動比較小 相應(yīng)的從動錐齒輪直徑較小 因而在主動錐齒輪外端要再加一個支承 布置上很困難 二是因傳動比小 主動錐齒輪及軸頸尺寸有可能做得較大 同時盡可能將兩軸承間的距離加大 同樣可得到足夠的支承剛度 第17章驅(qū)動橋 2 輪邊減速器 wheelreductor 在重型載貨汽車 越野車和大型客車上 當(dāng)要求提供較大的主傳動比和較大的離地間隙時 采用主減速器加輪邊減速器傳動可取得較好效果 通常 輪邊減速器為行星齒輪機構(gòu) 見圖17 8 齒圈5與半軸套管固定在一起 半軸4傳來的動力經(jīng)中心太陽輪7 行星輪6 行星齒輪軸和行星架傳給車輪 由于齒圈5與不旋轉(zhuǎn)的車輪底板相連 行星輪系形成以太陽輪為輸入 行星架為輸出的減速傳動 采用這種形式的輪邊減速器可在獲得較大主減速比的同時 使驅(qū)動橋主減速器尺寸減小 相應(yīng)增大了離地間隙 由于半軸在輪邊減速器之前 所承受的載荷大為減少 換句話說 半軸和差速器尺寸可以進(jìn)一步減小 但是由于需要使用兩套輪邊減速器 因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 制造成本高 在大型客車和同級越野汽車上 還常采用由一對外嚙合圓柱齒輪組成的輪邊減速器 主動小齒輪與半軸相連 當(dāng)主動小齒輪位于車輪中心上方時 可增大驅(qū)動橋的離地間隙 以適應(yīng)提高越野汽車通過性能的需要 當(dāng)主動小齒輪位于車輪中心下方時 能降低驅(qū)動橋殼的離地高度 以利于降低客車地板的高度 但采用這種布置時 由于軸向和徑向空間的限制 輪邊減速器的傳動比是有限的 第17章驅(qū)動橋 3 雙速減速器 twospeedfinaldrive 為充分發(fā)揮汽車的動力性和提高燃油經(jīng)濟性 有些汽車上裝用了具有兩擋速比的主減速器 見圖17 9 通常這種雙速主減速器由一對錐齒輪2和4以及一個行星齒輪機構(gòu)組成 齒圈5和從動錐齒輪4聯(lián)為一體 行星架7則與差速器殼3剛性連接 動力由錐齒輪副經(jīng)行星齒輪機構(gòu)傳給差速器 由半軸10傳給驅(qū)動輪 左半軸上滑套一個接合套 其上設(shè)有能與主減速器殼體嚙合的接合套短齒圈9和能與差速器殼嚙合的接合套長齒圈8 圖17 8輪邊減速器的結(jié)構(gòu)示意圖1 行星架2 車輪底板3 轉(zhuǎn)向主銷4 半軸5 齒圈6 行星輪7 太陽輪 第17章驅(qū)動橋 主減速器高擋用于一般行駛條件 駕駛員可以通過氣壓或電動控制方式靠換擋撥叉機構(gòu)將接合套置于左邊 見圖17 9a 接合套短齒圈與主減速器殼分離 接合套長齒圈8與行星齒輪6和行星架7的內(nèi)齒圈同時嚙合 從而使行星齒輪系鎖死 此時 差速器殼3與從動錐齒輪4以相同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 顯然 高擋速比即為主從動錐齒輪齒數(shù)之比 主減速器低擋用于要求較大牽引力時 此時撥叉將接合套移向右邊 見圖17 9b 使接合套的短齒圈與主減速器殼體接合 長齒圈與行星架的內(nèi)齒圈分離 而只與行星齒輪嚙合 于是 行星齒輪機構(gòu)的中心輪被固定 與從動錐齒輪連為一體的齒圈成為主動件 與差速器殼連在一起的行星架成為從動件 行星齒輪機構(gòu)起減速作用 此時 主減速器總減速比由主從動錐齒輪和行星齒輪機構(gòu)共同構(gòu)成 第17章驅(qū)動橋 圖17 9雙速主減速器結(jié)構(gòu)示意圖1 換擋機構(gòu)2 主動錐齒輪3 差速器殼4 從動錐齒輪5 齒圈6 行星齒輪7 行星架8 接合套長齒圈 太陽輪 9 接合套短齒圈10 半軸 第17章驅(qū)動橋 4 貫通式減速器 tandemfinaldrive 有些多軸越野汽車 為使結(jié)構(gòu)簡化 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)動橋 如圖17 10所示 前面 或后面 兩驅(qū)動橋的傳動軸是串聯(lián)的 傳動軸從距分動器較近的驅(qū)動橋中穿過 通往另一驅(qū)動橋 這種布置方案的驅(qū)動橋稱為貫通式驅(qū)動橋 圖17 10貫通式驅(qū)動橋示意圖 第17章驅(qū)動橋 17 3差速器汽車行駛過程中 車輪對路面的相對運動有兩種狀態(tài) 滾動和滑動 其中滑動又有滑轉(zhuǎn)和滑移兩種 設(shè)車輪中心在車輪平面內(nèi)相對路面的移動速度為U 車輪旋轉(zhuǎn)角速度為 車輪純滾動半徑為 若 則車輪對路面的運動為純滾動 若 0 當(dāng)U 0時 則車輪的運動為純滑轉(zhuǎn) 若U 0 當(dāng) 0時 則車輪的運動為純滑移 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時 內(nèi)外兩側(cè)車輪中心在同一時間內(nèi)移過的曲線距離顯然不同 即外側(cè)車輪移過的距離大于內(nèi)側(cè)車輪 若兩側(cè)車輪都固定在同一剛性轉(zhuǎn)軸上 兩輪角速度相等 則此時外輪必然是邊滾動邊滑移 內(nèi)輪必然是邊滾動邊滑轉(zhuǎn) 同樣 汽車在不平路面上直線行駛時 兩側(cè)車輪實際移過曲線距離也不相等 即使路面非常平直 但由于輪胎制造尺寸誤差 磨損程度不同 承受的載荷不同或充氣壓力不等 各個輪胎的滾動半徑實際上不可能相等 因此 只要各車輪角速度相等 車輪對路面的滑動就必然存在 車輪對路面的滑動不僅會加速輪胎磨損 增加汽車的動力消耗 而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和制動性能的 第17章驅(qū)動橋 惡化 所以 在正常行駛條件下 應(yīng)使車輪盡可能不發(fā)生滑動 為此 在汽車結(jié)構(gòu)上 必須保證各個車輪 尤其是驅(qū)動車輪 有可能以不同角速度旋轉(zhuǎn) 若主減速器從動齒輪通過一根整體軸同時帶動兩側(cè)驅(qū)動輪 則兩輪角速度只能是相等的 為使兩側(cè)驅(qū)動輪必要時能以不同角速度轉(zhuǎn)動 保證車輪純滾動狀態(tài) 必須將驅(qū)動兩側(cè)車輪的整體軸斷開 即為半軸 能使同一橋兩側(cè)車輪以不同角速度轉(zhuǎn)動的裝置 稱為差速器 這種差速器又稱為輪間差速器 多軸驅(qū)動的汽車 各驅(qū)動橋間由傳動軸相連 若各橋的驅(qū)動輪均以相同的角速度旋轉(zhuǎn) 同樣也會發(fā)生上述輪間無差速器時的類似現(xiàn)象 為使各驅(qū)動橋有可能具有不同的輸入角速度 以消除各橋驅(qū)動輪的滑動現(xiàn)象 可以在各驅(qū)動橋之間裝設(shè)軸間差速器 第17章驅(qū)動橋 當(dāng)遇到左 右或前 后驅(qū)動輪與路面之間的附著條件相差較大的情況時 簡單的齒輪式差速器將不能保證汽車得到足夠的牽引力 附著條件較差的驅(qū)動輪將高速滑轉(zhuǎn)而汽車卻不能前進(jìn) 詳見后述 故經(jīng)常遇到此種情況的汽車應(yīng)當(dāng)采用防 限 滑差速器 防滑差速器常見的形式有強制鎖止式齒輪差速器 高摩擦自鎖式差速器 包括摩擦片式 滑塊凸輪式等 牙嵌式自由輪差速器 托森差速器 黏性聯(lián)軸 差速 器和電控防滑差速器等 第17章驅(qū)動橋 17 3 1普通差速器汽車上廣泛應(yīng)用的是對稱式錐齒輪差速器 bevelgeardifferential 其結(jié)構(gòu)如圖17 11所示 對稱式錐齒輪輪間差速器由圓錐行星齒輪 行星齒輪軸 十字軸 圓錐半軸齒輪和差速器殼等組成 如圖17 11所示 差速器殼由用螺栓固緊的左殼1和右殼5組成 主減速器的從動齒輪用鉚釘或螺栓固定在差速器左殼1的凸緣上 裝合時 十字形的行星齒輪軸8的四個軸頸嵌在差速器殼兩半端面上相應(yīng)的凹槽所形成的孔內(nèi) 差速器殼的剖分面通過行星齒輪軸各軸頸的中心線 每個軸頸上浮套著一個直齒圓錐行星齒輪4 它們均與兩個直齒圓錐半軸齒輪3嚙合 而半軸齒輪的軸頸分別支承在差速器殼相應(yīng)的左右座孔中 并借花鍵與半軸相連 動力自主減速器從動齒輪依次經(jīng)差速器殼 十字軸 行星齒輪 半軸齒輪及半軸輸出給驅(qū)動車輪 當(dāng)兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時 行星齒輪繞半軸 第17章驅(qū)動橋 軸線轉(zhuǎn)動 即公轉(zhuǎn) 若兩側(cè)車輪阻力不同 則行星齒輪在做上述公轉(zhuǎn)運動的同時 還繞自身軸線轉(zhuǎn)動 稱自轉(zhuǎn) 此時兩半軸齒輪帶動兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動 1 差速原理差速器中各元件的運動關(guān)系可用圖17 12來說明 對稱式錐齒輪差速器是一種行星齒輪機構(gòu) 差速器殼3與主減速器的從動齒輪6固連在一起 故為主動件 設(shè)其角速角為 0 行星齒輪軸5與差速器殼3固連成一體 形成行星架 半軸齒輪l和2為從動件 其角速度分別為 1和 2 A B兩點分別為行星齒輪4與半軸齒輪1和2的嚙合點 行星齒輪的中心點為C A B C三點到差速器旋轉(zhuǎn)軸線的距離均為r 當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)時 處在同一半徑上的A B C三點的圓周速度都相等 見圖17 12b 其值為 0r 于是 0 1 2 即差速器不起差速作用 而半軸角速度等于差速器殼3的角速度 第17章驅(qū)動橋 圖17 11對稱式錐齒輪差速器零件分解圖1 差速器左殼2 半軸齒輪推力墊片3 半軸齒輪4 行星齒輪5 差速器右殼6 螺栓7 行星齒輪球面墊片8 行星齒輪軸 十字軸 第17章驅(qū)動橋 當(dāng)行星齒輪4除公轉(zhuǎn)外 還繞本身的軸5以角速度 4自轉(zhuǎn)時 嚙合點A的圓周速度為 嚙合點B的圓周速度為 圖17 12差速器差速原理1 2 半軸齒輪3 差速器殼4 行星齒輪5 行星齒輪軸6 主減速器從動齒輪 第17章驅(qū)動橋 即 1 2 2 0若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n表示 則 此即為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式錐齒輪差速器的運動特性方程式 它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和為差速器殼轉(zhuǎn)速的2倍 而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān) 因此在汽車轉(zhuǎn)彎行駛或在其他行駛情況下 都可以借助行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn) 使兩側(cè)驅(qū)動車輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動而無滑動 由運動特性方程式還可知 當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時 另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的2倍 當(dāng)差速器殼轉(zhuǎn)速為零 例如 用中央制動器制動傳動軸時 若一側(cè)半軸齒輪受其他外來力矩而轉(zhuǎn)動 則另一側(cè)半軸齒輪即以相同轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動 第17章驅(qū)動橋 2 對稱式錐齒輪差速器中的轉(zhuǎn)矩分配由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩M0 經(jīng)差速器殼 行星齒輪軸和行星齒輪傳給半軸齒輪 行星齒輪相當(dāng)于一個等臂杠桿 而兩個半軸齒輪半徑也是相等的 因此 當(dāng)行星齒輪沒有自轉(zhuǎn)時 總是將轉(zhuǎn)矩M0平均分配給左 右兩半軸齒輪 即當(dāng)兩半軸齒輪以不同轉(zhuǎn)速朝相同方向轉(zhuǎn)動時 設(shè)左半軸轉(zhuǎn)速n1大于右半軸轉(zhuǎn)速n2 則行星齒輪將按圖17 13上實線箭頭n4的方向繞行星齒輪軸軸頸5自轉(zhuǎn) 此時行星齒輪孔與行星齒輪軸軸頸間以及齒輪背部與差速器殼之間都產(chǎn)生摩擦 行星齒輪所受的摩擦力矩Mr方向與其轉(zhuǎn)速n4方向相反 如圖17 13上虛線箭頭所示 此摩擦力矩使行星齒輪分別對左右半軸齒輪附加作用了大小相等而方向相反的兩個圓周力F1和F2 F1使傳到轉(zhuǎn)得快的左半軸上的轉(zhuǎn)矩M1減小 而F2卻使傳到轉(zhuǎn)得慢的右半軸上的轉(zhuǎn)矩M2增加 因此 當(dāng)左右驅(qū)動車輪存在轉(zhuǎn)速差時 第17章驅(qū)動橋 左右車輪上的轉(zhuǎn)矩之差等于差速器的內(nèi)摩擦力矩Mr 為了衡量差速器內(nèi)摩擦力矩的大小及轉(zhuǎn)矩分配特性 常以鎖緊系數(shù)K表征 即目前廣泛使用的對稱式錐齒輪差速器的內(nèi)摩擦力矩很小 其鎖緊數(shù)K 0 05 0 15 轉(zhuǎn)矩比Kb為1 1 1 4 可以認(rèn)為無論左右驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速是否相等 而轉(zhuǎn)矩基本上總是平均分配的 這樣的分配比例對于汽車在好路面上直線或轉(zhuǎn)彎行駛時 都是滿意的 當(dāng)汽車在壞路面上行駛時 卻嚴(yán)重影響了通過能力 例如 當(dāng)汽車的一個驅(qū)動車輪接觸到泥濘或冰雪路面時 此時在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn) 而在好路面上的車輪靜止不動 這是因為在泥濘路面上車輪 第17章驅(qū)動橋 與路面之間附著力很小 路面只能對半軸作用很小的反作用轉(zhuǎn)矩 雖然另一車輪與好路面間的附著力較大 但因?qū)ΨQ式錐齒輪差速器具有轉(zhuǎn)矩平均分配的特性 使這一個車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與傳到滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪上的很小的轉(zhuǎn)矩相等 致使總的牽引力不足以克服行駛阻力 汽車便不能前進(jìn) 只有使用防滑差速器才能解決這個問題 17 3 2防滑差速器為了提高汽車在壞路上的通過能力 可采用各種形式的防滑差速器 其共同出發(fā)點都是在一個驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時 設(shè)法使大部分轉(zhuǎn)矩甚至全部轉(zhuǎn)矩傳給不滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪 以充分利用這一側(cè)驅(qū)動輪的附著力而產(chǎn)生足夠的牽引力 使汽車能繼續(xù)行駛 為實現(xiàn)上述要求 最簡單的辦法是在對稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖 當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)時 可利用差速鎖使差速器不起差速作用 第17章驅(qū)動橋 1 強制鎖止式差速器 lockingdifferential 圖17 14為瑞典斯堪尼亞LT110型汽車上所用的強制鎖止式差速器 其采用電控氣動方式操縱差速鎖 當(dāng)汽車的一側(cè)車輪處于附著力較小的路面上時 可按下儀表板上的電鈕 使電磁閥接通壓縮空氣管路 壓縮空氣便從管接頭3進(jìn)入工作缸4 推動活塞l克服彈簧7帶動外接合器9右移 使之與內(nèi)接合器l0接合 結(jié)果 左半軸6與差速器殼11成為剛性連接 差速器不起差速作用 即左右兩半軸被聯(lián)鎖成一體一同旋轉(zhuǎn) 這樣 當(dāng)一側(cè)驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)而無牽引力時 從主減器傳來的轉(zhuǎn)矩全部分配到另一側(cè)驅(qū)動輪上 使汽車得以正常行駛 當(dāng)汽車通過壞路后駛上好路時 駕駛員通過電鈕使電磁閥切斷高壓氣路 并使工作缸通大氣 缸內(nèi)壓縮空氣即經(jīng)電磁閥排出 于是彈簧7復(fù)位 推動活塞使外接合器左移回到分離位置 第17章驅(qū)動橋 圖17 14斯堪尼亞LT110型汽車的強制鎖止式差速器l 活塞2 活塞皮碗3 氣路管接頭4 工作缸5 套管6 半軸7 壓力彈簧8 鎖圈9 外接合器l0 內(nèi)接合器11 差速器殼 第17章驅(qū)動橋 強制鎖止式差速鎖結(jié)構(gòu)簡單 易于制造 但操縱不便 一般要在停車時進(jìn)行 而且如果過早接上或過晚摘下差速鎖 亦即在好路段上左 右車輪仍剛性連接 則將產(chǎn)生前面已述及的在無差速器情況下出現(xiàn)的一系列問題 因此 有些越野汽車采用了在行駛過程中 能根據(jù)路面情況自動改變驅(qū)動輪間轉(zhuǎn)矩分配的高摩擦自鎖式差速器 2 高摩擦自鎖式差速器 multi discself lockingdifferential 圖17 15是在對稱式錐齒輪差速器基礎(chǔ)上發(fā)展而來的摩擦片自鎖式差速器 為增加差速器的內(nèi)摩擦力矩 在半軸齒輪和差速器殼之間安裝有摩擦片 十字軸由兩根相互垂直的行星齒輪軸組成 軸的端部均切有凸V形斜面 相應(yīng)地 在差速器殼孔上也開有相應(yīng)V形斜面的內(nèi)孔 兩根行星齒輪軸的V形面呈反向安裝 每一半軸齒輪的背面有推力盤和主 從動摩擦片 推力盤以內(nèi)花鍵與半軸相連 在其軸頸處用外花鍵與從動摩擦片相連 主動摩擦片靠花鍵與差速器殼相連 推力盤和主 從動摩擦片均可沿軸向做微小的滑移 當(dāng)汽車直線行駛時 兩半軸無轉(zhuǎn)速差 扭矩平均分配給兩半軸 由于差速器殼通過斜面作用在行星齒輪軸兩端 斜面上產(chǎn)生的軸向力迫使兩行星齒輪軸分別從左 右向外移動 通過行星齒輪使推力盤壓緊摩擦片 此時轉(zhuǎn)矩經(jīng)兩條路徑傳給半軸 一條沿行星齒輪軸 行星齒輪和半軸齒輪將大部分轉(zhuǎn)矩傳給半軸 另一條路徑則由差速器殼經(jīng)主 從動摩擦片 推力盤傳給半軸 第17章驅(qū)動橋 圖17 15摩擦片自鎖式差速器1 差速器行星齒輪2 行星齒輪軸3 半軸齒輪4 差速器殼5 推力壓盤6 主動摩擦片7 從動摩擦片 第17章驅(qū)動橋 當(dāng)一側(cè)車輪在路面上滑轉(zhuǎn) 或汽車轉(zhuǎn)彎時 行星齒輪自轉(zhuǎn) 左右半軸齒輪轉(zhuǎn)速產(chǎn)生差異 這種轉(zhuǎn)速差的存在和軸向力的作用 主 從動摩擦片間產(chǎn)生摩擦力矩 其數(shù)值大小與差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩和摩擦片數(shù)值成正比 而摩擦力矩的方向與轉(zhuǎn)速較高的半軸旋向相反 與轉(zhuǎn)速較慢的半軸旋向相同 高摩擦力矩作用的結(jié)果是使低轉(zhuǎn)速半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩大大增加 這種差速器結(jié)構(gòu)簡單 工作平穩(wěn) 鎖緊系數(shù)可達(dá)5或更高 常用于轎車和輕型載貨汽車 3 托森差速器 torsendifferential 托森差速器是一種新型的差速器 它利用蝸輪蝸桿傳動的不可逆性原理和齒面高摩擦條件 使差速器能根據(jù)其內(nèi)部差動轉(zhuǎn)矩 即差速器的內(nèi)摩擦轉(zhuǎn)矩 的大小自動在 差速 和 鎖死 之間轉(zhuǎn)換 即當(dāng)差速器內(nèi)差動轉(zhuǎn)矩較小時起差速作用 而當(dāng)差速器內(nèi)差動轉(zhuǎn)矩過大時差速器將自動鎖死 這樣可以有效地提高汽車的通過能力 因而在現(xiàn)代四輪驅(qū)動轎車上得到了廣泛應(yīng)用 第17章驅(qū)動橋 托森差速器的結(jié)構(gòu)如圖17 16所示 差速器由空心軸2 差速器殼3 后蝸桿軸9 前蝸桿軸10 蝸輪軸6和蝸輪5等組成 空心軸2靠花鍵與差速器殼3相連一同轉(zhuǎn)動 可作為差速器的輸入 蝸輪5通過蝸輪軸6固定在差速器殼3上 三對蝸輪分別與前蝸桿軸10和后蝸桿軸9相嚙合 每個蝸輪上固定有兩個圓柱直齒輪4 與前后蝸桿軸相嚙合的蝸輪彼此通過直齒圓柱齒輪相嚙合 當(dāng)該差速器作為軸間差速器使用時 可以將前蝸桿軸和驅(qū)動前橋的差速器齒輪軸聯(lián)為一體 后蝸桿軸和驅(qū)動后橋的驅(qū)動軸凸緣盤為一整體 汽車驅(qū)動時 來自發(fā)動機的驅(qū)動力通過空心軸2傳至差速器殼3 然后 通過蝸輪軸6傳到蝸輪5 并傳向蝸桿9和10 前蝸桿軸10通過差速器齒輪軸1將驅(qū)動力傳至前橋 后蝸桿軸9通過后驅(qū)動軸8將驅(qū)動力傳至后橋 從而實現(xiàn)前后驅(qū)動橋的驅(qū)動牽引作用 而當(dāng)該差速器作為輪間差速器使用時 也可以將前蝸桿軸和后蝸桿軸分別與左 右驅(qū)動輪半軸相連接 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時 左右驅(qū)動輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差 通過嚙合的直齒圓柱齒輪相對轉(zhuǎn)動 使一軸轉(zhuǎn)速加快 另一軸轉(zhuǎn)速減慢 實現(xiàn)差速作用 第17章驅(qū)動橋 圖17 16軸間托森差速器的結(jié)構(gòu)1 差速器齒輪軸2 空心軸3 差速器殼4 7 直齒圓柱齒輪5 蝸輪6 蝸輪軸8 后驅(qū)動軸9 后蝸桿軸10 前蝸桿軸 第17章驅(qū)動橋 托森差速器由于其結(jié)構(gòu)和性能上的諸多優(yōu)點被廣泛用作全輪驅(qū)動轎車的軸間差速器和后驅(qū)動橋的輪間差速器 見圖17 17 但是由于在轉(zhuǎn)速差較大時該結(jié)構(gòu)具有自動鎖止作用 所以一般不用作轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋的輪間差速器 4 黏性聯(lián)軸差速器 viscousdifferential 現(xiàn)代四輪驅(qū)動的轎車上常有采用黏性聯(lián)軸器 又稱VC 作為兩驅(qū)動軸間的差速器 其結(jié)構(gòu)如圖17 18所示 它由殼體4 傳動軸1和5以及內(nèi)傳力片3 外傳力片6等組成 內(nèi)傳力片以內(nèi)花鍵與后傳動軸5上的外花鍵相連 外傳力片則靠外花鍵與殼體4上的內(nèi)花鍵相接 內(nèi)外傳力片交替排列 外傳力片之間設(shè)置了隔環(huán) 用來限制外傳力片的軸向位置 隔環(huán)厚度可以用來保證內(nèi) 外傳力片之間的軸向間隙 在黏性聯(lián)軸器內(nèi)部密閉的空間內(nèi) 注滿了高黏度的硅油 而在內(nèi) 外傳力片沿圓周方向上加工有孔和槽 以便其間硅油的流動 前傳動軸1通過螺栓與殼體4連接 并帶動外傳力片成為聯(lián)軸器的主動部分 內(nèi)傳力片與后傳動軸5構(gòu)成聯(lián)軸器的從動部分 聯(lián)軸器主 從動部分之間依靠硅油的黏性傳遞動力矩 實現(xiàn)汽車前 后軸之間的差速和轉(zhuǎn)矩重新分配 第17章驅(qū)動橋 圖17 17安裝在轎車后驅(qū)動橋上的托森差速器1 變速器與差速器總成2 前橋3 后橋4 后橋主減速器與托森差速器5 傳動軸 第17章驅(qū)動橋 聯(lián)軸器空腔兩端壓配合有端蓋 并用O形密封圈密封 支承內(nèi)傳力片的后傳動軸兩端支承在滾子軸承上 黏性聯(lián)軸器內(nèi)傳遞轉(zhuǎn)矩的工作介質(zhì) 硅油具有良好的黏度穩(wěn)定性 很強的抗剪切性和抗氧化性 同時還有低揮發(fā)和高閃點的特點 當(dāng)內(nèi) 外傳力片存在相對轉(zhuǎn)速差時 兩種傳力片之間的硅油層受到剪切作用 油溫升高 產(chǎn)生熱膨脹 黏性聯(lián)軸器空腔內(nèi)部壓力增高 一般最高溫度可達(dá)200 內(nèi)壓力可達(dá)到100kPa 為了解決由于熱膨脹引起 圖17 18本田 HONDA 轎車的黏性聯(lián)軸器1 前傳動軸2 傳力轂3 內(nèi)傳力片4 殼體5 后傳動軸6 外傳力片 第17章驅(qū)動橋 內(nèi)壓力增高 在殼體空腔內(nèi)同時封入了10 20 的空氣 此外由于硅油本身的高滲透性會造成即使黏性聯(lián)軸器內(nèi)部無壓力時 也會從油封極小的間隙處滲出殼體 形成泄漏損失 故常對油封向軸上保持較大的壓力 上述黏性聯(lián)軸器好似密封在殼體內(nèi)的多片離合器 它以保留在內(nèi)外傳力片之間的硅油膜受到剪切 利用油液的黏性傳遞轉(zhuǎn)矩 另外 還有不設(shè)置隔環(huán)的黏性聯(lián)軸器 見圖17 19 它由濕式多片離合器和硅油控制裝置兩部分組成 離合器鋼片6通過外花鍵與殼體2相連 摩擦片7靠內(nèi)花鍵與軸相接 浸在油液中的鋼片與摩擦片可以相對轉(zhuǎn)動 離合器的一端設(shè)有推動鋼片與摩擦片接合的活塞 依靠設(shè)置在硅油腔中三葉形轉(zhuǎn)子3的旋轉(zhuǎn)可以將硅油溫度提高 使腔內(nèi)壓力增大 隨著油壓增大會推動活塞5軸向滑動 鋼片與摩擦片逐漸接合 外殼體2與中間的軸將漸漸 鎖止 殼體與軸之間的轉(zhuǎn)速差越大 三葉形轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速越高 硅油溫升越大 鋼片與摩擦片接合越緊密 聯(lián)軸器主 從動部分黏滯越明顯 鎖止 傾向越嚴(yán)重 即這種聯(lián)軸器會產(chǎn)生一定的自適應(yīng)能力 第17章驅(qū)動橋 圖17 19豐田 TOYATA 轎車硅油離合器式聯(lián)軸器1 三葉形轉(zhuǎn)子安裝花鍵2 殼體3 三葉形轉(zhuǎn)子4 硅油5 活塞6 鋼片7 摩擦片 第17章驅(qū)動橋 黏性聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力與硅油密度 黏度 主從動軸之間的轉(zhuǎn)速差 內(nèi)傳力片上的葉片數(shù)和半徑等參數(shù)成正比 而與內(nèi)外傳力片之間的間隙成反比 輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速差越大 由輸入軸傳遞到轉(zhuǎn)速低的輸出軸的轉(zhuǎn)矩越大 黏性聯(lián)軸器作為差速器主要用在全輪驅(qū)動汽車的前后橋之間 由于其轉(zhuǎn)矩傳遞平穩(wěn) 差速響應(yīng)特性好 故有些車輛上也將其推廣運用在驅(qū)動橋的輪間差速器中 可以較明顯地提高汽車的驅(qū)動性能 前后驅(qū)動橋內(nèi)差速器的黏性聯(lián)軸器也稱做限制滑動式差速器 LSD 第17章驅(qū)動橋 17 4半軸與橋殼17 4 1半軸半軸是差速器與驅(qū)動輪之間傳遞動力的實心軸 其內(nèi)端與差速器的半軸齒輪相連 外端與驅(qū)動輪輪轂相接 半軸與驅(qū)動輪的輪轂在橋殼上的支承形式?jīng)Q定了半軸的受力狀態(tài) 現(xiàn)代汽車半軸的支承形式有三種 即全浮式支承 full floatingaxleshaft 半浮式支承 semi floatingaxleshaft 和3 4浮式支承 three quarterfloatingaxleshaft 如圖17 20所示 第17章驅(qū)動橋 a 全浮式b 半浮式c 3 4浮式圖17 20半軸的支承形式1 輪轂2 輪轂軸承3 半軸4 車架5 驅(qū)動橋殼6 半軸齒輪7 彈簧 第17章驅(qū)動橋 全浮式支承對地面反力N和F以及由F形成的