汽車構造第18章驅動橋課件

《汽車構造》電子教案

第十八章驅動橋7/24/20231第十八章驅動橋驅動橋由主減速器、差速器、半軸和驅動橋殼等組成。其功用是：①將萬向傳動裝置傳來的發動機轉矩通過主減速器，差速器，半軸等傳到驅動車輪，實現降速、增大轉矩；②通過主減速器圓錐齒輪副改變轉矩的傳遞方向；③通過差速器實現兩側車輪差速作用，保證內外側車輪以不同轉速轉向。驅動橋的類型有斷開式驅動橋和非斷開式驅動橋。7/24/20232哈爾濱工業大學（威海）一般汽車的驅動橋總體構成如圖18-1所示。整個驅動橋通過彈性懸架與車架連接，由于半軸套管與主減速器殼是剛性的連成一體的，因而兩側的半軸和驅動輪不可能在橫向平面內作相對運動，故稱這種驅動橋為非斷開式驅動橋，亦稱為整體式驅動橋。7/24/20233哈爾濱工業大學（威海）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動輪采用獨立懸架，即將兩側的驅動輪分別用彈性懸架與車架相連，兩輪可彼此獨立的相對于車架上下跳動。與此相應，主減速器殼固定在車架上。驅動橋殼應制成分段并通過鉸鏈連接，這種驅動橋稱為斷開式驅動橋，如圖18-2所示。7/24/20234哈爾濱工業大學（威海）驅動橋第一節主減速器第二節差速器第三節半軸與橋殼7/24/20235哈爾濱工業大學（威海）第一節主減速器主減速器的功用是將輸入的轉矩增大并相應降低轉速，以及當發動機縱置時還具有改變轉矩旋轉方向的作用。按參加減速傳動的齒輪副數目分：單級式主減速器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有兩對，并分置于兩側車輪附近，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分，有單速式，雙速式按齒輪副結構形式分，有圓柱齒輪式（又可分為軸線固定式和軸線旋轉式即行星齒輪式），圓錐齒輪式和準雙曲面齒輪式。越野車上還采用：貫通式驅動橋7/24/20236哈爾濱工業大學（威海）一、單級主減速器目前，轎車和一般輕、中型轎車采用單級主減速器，即可滿足汽車動力性要求。它具有結構簡單，體積小，重量輕和效率高等優點。主動和從動錐齒輪之間必須有相對的正確位置，方能使兩齒輪嚙合傳動時沖擊噪聲較輕，而且沿輪齒沿其長度方向磨損較均勻。為此，在結構上一方面要使主動錐齒輪和從動錐齒輪有足夠的支撐剛度，使其在傳動過程中不至于發生較大變形而影響正常嚙合；另一方面因有必要嚙合的嚙合調整裝置。7/24/20237哈爾濱工業大學（威海）7/24/20238哈爾濱工業大學（威海）

錐齒輪嚙合的調整，是指齒面嚙合印跡和齒側間隙的調整。

若從動齒輪輪齒正傳和逆轉工作面上的印跡位于齒高的中間偏于小端，并占齒寬的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18-3a）之間的調整墊片9的總厚度（即移動主動錐齒輪的位置）而獲得。7/24/20239哈爾濱工業大學（威海）當選定車輪規格后，驅動橋中間部分在高度方向的尺寸H（圖18-5），對上影響車身底板高度，對下決定了汽車最小離地間隙h。在保證所要求的傳動比及足夠的輪齒強度條件下，應盡可能減少主動齒輪的齒數，從而減少從動齒輪的直徑，以保證足夠的汽車最小離地間隙。近年來，準雙曲面齒輪在廣泛應用于轎車，輕型貨車的基礎上，越來越多的在中型、重型貨車上也得到采用。當主動軸線向下偏移時（圖18-6），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定性。7/24/202310哈爾濱工業大學（威海）準雙曲面齒輪副布置上，分為上偏移和下偏移，如圖18-7所示為上、下偏移的判定：準雙曲面工作時，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準雙曲面齒輪油，決不允許用普通齒輪油代替，否則將使齒輪面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。主減速器殼中所儲齒輪油，靠從動錐齒輪傳動時甩濺到各齒輪，軸和軸承上進行潤滑。7/24/202311哈爾濱工業大學（威海）紅旗CA7220型和奧迪100型轎車主減速器也是單級式準雙曲面齒輪傳動主減速器采用準雙曲面齒輪，使結構更為緊湊，嚙合平穩，噪聲小。7/24/202312哈爾濱工業大學（威海）主減速器主、從動齒輪的調整，對其使用壽命和運轉平穩性有著決定性作用。為保證主、從動齒輪嚙合區正確并處于最佳工作位置，無噪聲運轉，在生產中主、從動齒輪除用專用機床加工，并配對安裝外，在驅動橋總承裝配時，或在使用中維修保養時，都應進行齒輪嚙合位置的調整和軸承的預緊。主減速器調整墊片的布置7/24/202313哈爾濱工業大學（威海）圖18-10為斯太爾（STEYR）91系列驅動橋主減速器剖面。其主減速器為單級主減速器，第二級減速器為輪邊減速器。7/24/202314哈爾濱工業大學（威海）二.雙級主減速器7/24/202315哈爾濱工業大學（威海）二.雙級主減速器根據發動機特性和汽車使用條件，要求主減速器具有較大的傳動比時，有一對錐齒輪構成的單級主減速器已不能保證足夠的離地間隙，這是則需要用兩對齒輪將速的雙級主減速器。解放CA1091型汽車驅動橋即為雙級主減速器，其構造如圖18-11所示。7/24/202316哈爾濱工業大學（威海）7/24/202317哈爾濱工業大學（威海）主動錐齒輪與軸制成一體，采用懸臂式支承。一般雙級主減速器中，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，相應的從動錐齒輪直徑較小，因而在主動錐齒輪的外端要在加一個支承，布置上很困難；二是因傳動比較小，主動錐齒輪即軸頸尺寸有可能作的較大，同時盡可能將兩軸承的距離加大，同樣可得到足夠的支承剛度。7/24/202318哈爾濱工業大學（威海）

圖18-13所示為菲亞特（Fiat）628N3汽車的雙級主減速器。第一級減速齒輪副為曲線齒錐齒輪，第二級減速齒輪副為斜齒圓柱齒輪。7/24/202319哈爾濱工業大學（威海）三.輪邊減速器在重型載貨車、越野汽車和大型客車上，當要求有較大的主傳動比和較大的離地間隙時，往往將雙級主減速器中的第二級減速齒輪機構制成同樣的兩套，分別安裝在兩側驅動齒輪的近旁，稱為輪邊減速器，而第一級即稱為主減速器。圖18-14為某國產32t自卸車驅動橋的輪邊減速器7/24/202320哈爾濱工業大學（威海）圖18-15所式汽車輪邊減速器的結構示意圖。由圖可知，輪邊減速器為一行星齒輪減速機構。齒圈6和半軸套筒1固定在一起，半軸2傳來的動力經太陽輪3，行星齒輪4，行星齒輪軸5及行星架7傳給車輪。總傳動比:7/24/202321哈爾濱工業大學（威海）斯太爾汽車的前后驅動橋均為帶輪邊減速器的主減速器，如圖18-16所示。其結構示意圖見圖18-177/24/202322哈爾濱工業大學（威海）四.雙速主減速器為充分提高車輪的動力性和經濟性，有些汽車裝用具有兩擋傳動比的主減速器。圖18-18為一種常見的結構形式，其結構示意圖如圖18-19所示。7/24/202323哈爾濱工業大學（威海）五.貫通式主減速器有些多軸越野汽車,為使結構簡單,部件通用好以及便于形成系列產品,常采用貫通式驅動橋,如圖18-20所示.前面(或后面)兩驅動橋的傳動軸是串聯的,傳動軸從距分動器較近的驅動橋中穿過,通往另一驅動橋.這種布置方案中的驅動橋,稱為貫通式驅動橋.7/24/202324哈爾濱工業大學（威海）圖18-21為延安SX2150型66越野汽車的貫通式雙級主減速器。第一級是斜齒圓柱齒輪傳動(齒輪8和1)，傳動比為1.19。第二級是準雙曲面傳動（齒輪15和13），傳動比為5.429。7/24/202325哈爾濱工業大學（威海）圖18-22所示為斯太爾汽車貫通驅動橋，其結構如圖18-23所示。7/24/202326哈爾濱工業大學（威海）第二節差速器差速器的功用是當汽車轉彎行駛或在不平路面上行駛時，使左右驅動車輪以不同的轉速滾動，即保證兩側驅動車輪作純滾動運動。為了使兩驅動輪以不同角速度旋轉，以保證其純滾動狀態，就必須將兩側車輪的驅動軸斷開（稱為半軸），而又主減速器從動齒輪通過一個差速齒輪系統——差速器分別驅動兩側半軸和驅動輪。這種裝在同一驅動橋兩側驅動輪之間的差速器，稱為輪間差速器。多軸驅動的汽車，各驅動橋間有傳動軸相連。為使各驅動橋有可能具有不同的輸入角速度，以消除各橋驅動輪的滑動現象，可在各驅動橋之間裝設輪間差速器。當遇到左右或前后驅動輪與路面之間的附著條件相差較大的情況下，采用抗滑差速器。7/24/202327哈爾濱工業大學（威海）一、齒輪式差速器二、強制鎖止式差速器三、高摩擦自鎖式差速器四、牙嵌式自由輪差速器五、托森差速器六、粘性聯軸差速器七、變速驅動橋7/24/202328哈爾濱工業大學（威海）一、齒輪式差速器齒輪式差速器有圓錐齒輪式（圖18-24a，b）和圓柱齒輪式（圖18-24c）兩種。按兩側的輸出轉矩是否相等，齒輪差速器有對稱式（等轉矩式）和不對稱式（不等轉矩式）兩類。7/24/202329哈爾濱工業大學（威海）目前，汽車上廣泛應用的是對稱式錐齒輪差速器，其結構如圖18-25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。行星齒輪的背面與差速器殼的相應位置的內表面，均做成球形，保證行星齒輪對正中心，以有利于兩個半軸正確嚙合。差速器靠主減速器殼體中的潤滑油潤滑。7/24/202330哈爾濱工業大學（威海）微型、輕型載貨汽車和大部分轎車的車橋，因主減速器輸出的轉矩不大，可用兩個行星齒輪，因而行星齒輪軸相應為一直銷軸，差速器殼也不必分成左右兩半，而制成整體式的，前后兩側都開有大窗孔，一邊拆裝行星齒輪和半軸齒輪。奧迪100型轎車差速器即為這種結構，7/24/202331哈爾濱工業大學（威海）差速器中各元件的運動關系——差速原理當行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉軸線公轉時，顯然，處在同一半徑r上的A、B、C三點的圓周速度都相等，其值為。于是，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。當行星齒輪4除公轉外，還繞本身的軸5以角速度自轉時，嚙合點A的圓周速度為嚙合點B的圓周速度為于是即若角速度以每分鐘轉速n表示，則（18-1）式（18-1）為兩半軸齒輪直徑相等的對稱式錐齒輪差速器的運動特征方程。它表明左右兩側半軸齒輪的轉速之和等于差速器殼轉速的兩倍，而與行星齒輪轉速無關。7/24/202332哈爾濱工業大學（威海）對稱式錐齒輪差速器中轉矩分配當行星齒輪沒有自轉時，總是將轉矩平均分配給左，右兩半軸齒輪，即當兩半軸齒輪以不同轉速朝相同方向轉動時，左右車輪上的轉矩之差，等于差速器的內摩擦力矩。為了衡量差速器內摩擦力矩的大小及轉矩分配特性，常以鎖緊系數K，鎖緊系數K=0.05-0.15。兩半軸的轉矩比，以表示。轉矩比為1.1-1.4可以認為，無論左右驅動輪轉速是否相等，其轉矩基本上總是平均分配的。這樣的分配比例對于汽車在良好路面上直線或轉彎行駛時，都是滿意的。7/24/202333哈爾濱工業大學（威海）二、強制鎖止式差速器為了提高汽車在壞路面上的通過能力，可采用各種形式的抗滑差速器。其共同出發點都是在一個驅動輪滑轉時，設法使大部分轉矩甚至全部轉矩傳給不滑轉的驅動輪，以充分利用這一驅動輪的附著力而產生足夠的牽引力，使汽車能繼續行駛。為實現上述要求，最簡單的辦法是在對稱式錐齒輪差速器上設置差速鎖，使之成為強制鎖止式差速器。當一側驅動輪滑轉時，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。7/24/202334哈爾濱工業大學（威海）如圖為瑞典斯堪尼亞LT110型汽車上所用的強制鎖止式差速器強制鎖止式差速鎖結構簡單，易于制造；但操縱不便，一般要在停車時進行。而且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，則將產生前已述及的在無差速器情況下出現的一系列問題。7/24/202335哈爾濱工業大學（威海）三、高摩擦自鎖式差速器高摩擦自鎖式差速器能根據路面情況自動改變驅動輪間轉矩分配。高摩擦自鎖式差速器有摩擦片式滑塊凸輪式7/24/202336哈爾濱工業大學（威海）1．摩擦片式自鎖差速器摩擦片式自鎖差速器是在對稱式錐齒輪差速器的基礎上發展而成的。摩擦片式差速器結構簡單，工作平穩，鎖錦系數K可達0.6—0.7或更高，常用于轎車和輕型汽車上。7/24/202337哈爾濱工業大學（威海）圖18-31為大眾高爾夫（Golf）轎車摩擦片式自鎖差速器。摩擦片自鎖裝置1也是由主、從動摩擦片組和推力壓盤組成。7/24/202338哈爾濱工業大學（威海）2．滑塊凸輪式差速器滑塊凸輪式差速器是利用滑塊與凸輪之間產生較大數值的內摩擦力矩，以提高鎖緊系數的一種高摩擦自鎖式差速器。滑塊凸輪式差速器的鎖緊系數與凸輪表面的摩擦因數和傾角有關，一般K可達0.5—0.7。這種差速器殼在很大程度上提高汽車通過性，但結構復雜，加工要求高，摩擦間的磨損較大。它即可用作軸間差速器，也可用作輪間差速器。7/24/202339哈爾濱工業大學（威海）四、牙嵌式自由輪差速器中、重型汽車常采用牙嵌式自由輪差速器。牙嵌式自由輪差速器能在必要時使汽車變成由單側車輪驅動，其鎖緊系數為1，明顯提高了汽車的通過能力。此外，還具有工作可靠，使用壽命長等優點。其缺點時左右車輪傳遞轉矩時，時斷時續，引起車輪傳動裝置中載荷的不均勻性和加劇輪胎磨損。7/24/202340哈爾濱工業大學（威海）五、托森差速器托森（Torsen）差速器作為一種新型差速機構，在四輪驅動轎車上得到日益廣泛的使用。它利用蝸桿傳動的不可逆性原理和齒面高摩擦條件，使差速器根據其內部差動轉矩（差速器的內摩擦力矩）大小而自動鎖死或松開，即在差速器內差動轉矩較小時起差速作用，而過大時自動將差速器鎖死，有效提高了汽車的通過性。奧迪80和奧迪90（AudiQuattro）全輪驅動轎車前、后軸間差速器采用了這種新型的托森差速器。7/24/202341哈爾濱工業大學（威海）托森差速器的結構如圖18-35所示。當汽車轉向時，前后驅動軸出現轉速差，通過嚙合的直齒圓柱齒輪相對轉動，使一軸轉速加快，另一軸轉速下降，實現差速作用。7/24/202342哈爾濱工業大學（威海）托森差速器的工作過程1）汽車直線行駛狀況（圖18-36a）。2）汽車轉向或某測車輪陷于泥濘路面時，如圖18-36b所示。3）轉矩分配原理。托森差速器是利用蝸桿傳動副的高內摩擦力矩進行轉矩分配的。7/24/202343哈爾濱工業大學（威海）托森差速器由于其結構及性能上的諸多優點，被廣泛應用與全輪驅動轎車的中央軸間差速器及后驅動橋的輪間差速器，如圖18-37所示。但由于在轉速轉矩差較大時有自動鎖止作用，通常不用作轉向驅動橋的輪間差速器。7/24/202344哈爾濱工業大學（威海）六、粘性聯軸差速器目前，有些四輪驅動的轎車上還采用了粘性聯軸器（簡稱VC）作為軸間差速器。如高爾夫-辛克羅（GolfSyncro）型轎車的前后驅動軸間，即采用了這種粘性聯軸器。圖18-38所示為粘性聯軸器結構圖。7/24/202345哈爾濱工業大學（威海）粘性聯軸器傳遞轉矩的工作介質硅油具有粘度穩定性好，抗剪切性強以及抗氧化，低揮發和閃點高的特性。粘性聯軸器傳遞的轉矩與硅油密度，粘度，主從動軸轉速差，葉片數和半徑等成正比，與內外葉片間的間隙成反比。粘性聯軸器實質也是粘性聯軸的差速器，主要用于前后橋之間作軸間差速器。由于其轉矩傳遞平穩，差速相應特性好，日本一些轎車廠還把它推廣應用到驅動橋的輪間差速機構中，對全輪驅動轎車性能有大幅度提高。前后驅動橋內差速器的粘性聯軸器也稱限滑式差速器（LSD），如圖18-39所示。7/24/202346哈爾濱工業大學（威海）七、變速驅動橋在發動機前置和前驅動形式中。發動機，變速器和差速器成為一體式傳動，省去了傳動軸，縮短了傳動路線，提高了傳動系效率。在這一體式傳動中，驅動橋殼和變速器殼體合二為一，制成統一的整體，同時完成變速，差速和驅動車輪的功能。這種結構稱為變速驅動橋，也稱動力傳動器。變速驅動橋不僅使結構緊湊，也大大減輕了傳動系質量，有利于汽車地盤的輕量化，其在轎車上的應用前景十分廣泛。7/24/202347哈爾濱工業大學（威海）

如圖所示為一發動機橫置式轎車的變速驅動橋總成圖。變速器殼體和驅動橋殼體制成一體。變速驅動橋中的第一軸和第二軸一般為上下平行布置，且第一軸通常位于上部。通過兩軸互相嚙合的齒輪副不同的齒數比，實現變速器各擋的傳動比。7/24/202348哈爾濱工業大學（威海）第三節半軸與橋殼7/24/202349哈爾濱工業大學（威海）一、半軸半軸是在差速器和驅動輪之間傳遞動力的實心軸，其內端與差速器的半軸齒輪聯接，而外端則與驅動輪的輪轂相連。全浮式半軸支承半浮式半軸支承7/24/202350哈爾濱工業大學（威海）全浮式半軸支承全浮式半軸支承廣泛應用于各種類型的載貨汽車上。這種支承形式的半軸與橋殼沒有直接聯系。7/24/202351哈爾濱工業大學（威海）如圖所示為上述半軸支承形式的驅動橋全浮式半軸受力示意圖這樣的半軸支承形式，使半軸只承受轉矩，而兩端均不承受任何反力和彎矩，故稱為全浮式支承形式，所謂“浮”即致卸除半軸的彎曲載荷而言。7/24/202352哈爾濱工業大學（威海）半浮式半軸支承圖18-44所示為紅旗CA7560型轎車的驅動橋。半軸2外端是半浮式半軸支承。因這種支承形式只能使半軸內端面受彎矩，而外端卻承受全部彎矩，故稱為半浮式支承。7/24/202353哈爾濱工業大學（威海）半浮式支承半浮受力示意圖見圖。從圖中看出，車輪與橋殼無直接聯系而支承于半軸外端，距支承軸承有一懸臂a。半浮式支承中，半軸與橋殼間的軸承一般只用一個。為使半軸和車輪不致被向外的側向里拉出，該軸承必須能承受向外的軸向力。另外，在差速器行星齒輪軸的中部懸套著止推塊1（圖18-44），半軸內端正好能頂靠在止推塊1的平面上，因