《電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)》PPT課件.ppt

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1、,4.4.4 差速器設(shè)計(jì) 車輛在行駛過程中，左、右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往是不相等的，如轉(zhuǎn)彎、左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(dòng)半徑不相等；左右兩輪接觸的路面條件不同，行駛阻力不等等。 如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行駛或直線行駛，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，一方面會(huì)加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗，另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。,為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪間都裝有輪間差速器。在多橋驅(qū)動(dòng)的汽車上還常裝有軸間差速器，以提高通過性，同時(shí)避免在驅(qū)動(dòng)橋間產(chǎn)生功率循環(huán)及由此引起的附加載荷、傳動(dòng)系零件損壞、輪胎磨損和燃料消耗等。

2、 差速器用來在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩，并保證兩輸出軸有可能以不同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。 一、差速器結(jié)構(gòu)形式選擇 (一)對稱錐齒輪式差速器 汽車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強(qiáng)制鎖止式差速器等。,1普通錐齒輪式差速器 由于普通錐齒輪式差速器結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)可靠，所以廣泛應(yīng)用于一般使用條件的汽車驅(qū)動(dòng)橋中。圖426為其示意圖， 根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得 1+ 2=2 0 (422) 當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以兩倍的差連器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體

3、不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。,圖426 普通錐齒輪式差速器示意圖,根據(jù)力矩平衡可得 T1+T2=T0 (423) T2-T1=Tr 差速器性能常以鎖緊系數(shù)k來表征，定義為差速器的內(nèi)摩擦力矩與差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩之比，由下式確定 k=TrT0 (424) 結(jié)合式(4-23)可得 T1=05T0(1-k) (425) T2=05T0(1+k) 定義半軸轉(zhuǎn)矩比kb=T2T1，則kb與k之間有 kb=(1+k)/(1-k) (426),普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)k一般為0.050.15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb為1.111.35，這說明左、右半軸的轉(zhuǎn)矩差別不大，故可以認(rèn)為分配給兩半軸的轉(zhuǎn)矩大致相等，這樣的分

4、配比例對于在良好路面上行駛的汽車來說是合適的。但當(dāng)汽車越野行駛或在泥濘、冰雪路面上行駛，一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪與地面的附著系數(shù)很小時(shí)，盡管另一側(cè)車輪與地面有良好的附著，其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不得不隨附著系數(shù)小的一側(cè)同樣地減小，無法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。,圖4-27 摩擦片式差速器1-差速器殼 2-摩擦片 3-壓盤 4-V形面 5-行星齒輪軸 6-行星齒輪 7-半軸齒輪,2. 摩擦片式差速器 為了增加差速器的內(nèi)摩擦力矩，在半軸齒輪7與差速器殼1之間裝上了摩擦片2(圖4-27)。兩根行星齒輪軸5互相垂直，軸的兩端制成V形面4與差速器殼孔上的V形面相配，兩個(gè)行星齒輪軸5的V形面是反向安裝的。每個(gè)半軸齒輪背面有壓

5、盤3和主、從動(dòng)摩擦片2，主、從動(dòng)摩擦片2分別經(jīng)花鍵與差速器殼1和壓盤3相連。,當(dāng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，差速器殼通過斜面對行星齒輪軸產(chǎn)生沿行星齒輪軸線方向的軸向力，該軸向力推動(dòng)行星齒輪使壓盤將摩擦片壓緊。當(dāng)左、右半軸轉(zhuǎn)速不等時(shí)，主、從動(dòng)摩擦片間產(chǎn)生相對滑轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生摩擦力矩。此摩擦力矩Tr與差速器所傳遞的轉(zhuǎn)矩T0成正比?？杀硎緸?(427) 式中，rf為摩擦片平均摩擦半徑；rd為差速器殼v形面中點(diǎn)到半軸齒輪中心線的距離；f為摩擦因數(shù)；z為摩擦面數(shù)；為V形面的半角。 摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)k可達(dá)06，kb可達(dá)4。這種差速器結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過性。,3強(qiáng)制鎖止式差速器 當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪處于附著

6、系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過液壓或氣動(dòng)操縱，嚙合接合器(即差速鎖)將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)，使?fàn)恳_(dá)到可能的最大值。使用中，在汽車進(jìn)入難行駛路段之前操縱差速鎖鎖止差速器；在駛出難行駛路段剛進(jìn)入較好路段時(shí)，應(yīng)及時(shí)將差速鎖松開，以避免出現(xiàn)因無差速作用帶來的不良后果。 對于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的4x2型汽車，假設(shè)一驅(qū)動(dòng)輪行駛在低附著系數(shù)min的路面上，另一驅(qū)動(dòng)輪行駛在高附著系數(shù)的路面上，這樣裝有普通錐齒輪差速器的汽車所能發(fā)揮的最大牽引力Ft為,(428) 式中，G2為驅(qū)動(dòng)橋上的負(fù)荷。 如果差速器完全鎖住，則汽車所能發(fā)揮的最大牽引力Ft為 (429) 可

7、見，采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高(+ min)/2min倍，從而提高了汽車通過性。 當(dāng)然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與地面間的附著力，汽車也無法行駛。,強(qiáng)制鎖止式差速器可充分利用原差速器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。目前，許多使用范圍比較廣的重型貨車上都裝用差速鎖。,(二)滑塊凸輪式差速器 圖428為雙排徑向滑塊凸輪式差速器。 差速器的主動(dòng)件是與差速器殼1連接在一起的套，套上有兩排徑向孔，滑塊2裝于孔中并可作徑向滑動(dòng)；滑塊兩端分別與差速器的從動(dòng)元件內(nèi)凸輪4和外凸輪3接觸。內(nèi)、外凸輪分別與左、右半軸用花健連接。當(dāng)差速器傳遞動(dòng)力時(shí)

8、，主動(dòng)套帶動(dòng)滑塊并通過滑塊帶動(dòng)內(nèi)、外凸輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)允許內(nèi)、外凸輪轉(zhuǎn)速不等。理論上凸輪形線應(yīng)是阿基米德螺線，為加工簡單起見，可用圓弧曲線代替。,圖4-28 滑塊凸輪式差速器 1-差速器殼 2-滑塊 3-外凸輪 4-內(nèi)凸輪,(三)蝸輪式差速器 蝸輪式差速器(圖429)也是一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿2、4同時(shí)與行星蝸輪3與半軸蝸輪1、5嚙合，從而組成一行星齒輪系統(tǒng)。這種差速器半軸的轉(zhuǎn)矩比為 kb=tan(+ )/tan(-) (4-30) 式中， 為蝸桿螺旋角； 為摩擦角。 蝸輪式差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比kb可高達(dá)5.679.00，鎖緊系數(shù)k達(dá)0.70.80但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。

9、當(dāng)把kb降到2.653.00，k降到0.450.50時(shí)，可提高該差速器的使用壽命。由于這種差速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，因而限制了它的應(yīng)用。,圖4-29 蝸輪式差速器 1、5-半軸蝸輪 2、4-蝸桿 9-行星蝸輪,(四)牙嵌式自由輪差速器 牙嵌式自由輪差速器(圖430)是自鎖式差速器的一種。裝有這種差速器的汽車在直線行駛時(shí)，主動(dòng)環(huán)可將由主減速器傳來的轉(zhuǎn)矩按左、右輪阻力的大小分配給左、右從動(dòng)環(huán)(即左、右半軸)。當(dāng)一側(cè)車輪懸空或進(jìn)入泥濘、冰雪等路面時(shí)，主動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)矩可全部或大部分分配給另一側(cè)車輪。當(dāng)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，外側(cè)車輪有快轉(zhuǎn)的趨勢，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開，即中斷對外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的

10、趨勢，使內(nèi)側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)壓得更緊，即主動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)矩全部傳給內(nèi)輪。由于該差速器在轉(zhuǎn)彎時(shí)是內(nèi)輪單邊傳動(dòng)，會(huì)引起轉(zhuǎn)向沉重，當(dāng)拖帶掛車時(shí)尤為突出。此外，由于左、右車輪的轉(zhuǎn)矩時(shí)斷時(shí)續(xù)，,車輪傳動(dòng)裝置受的動(dòng)載荷較大，單邊傳動(dòng)也使其受較大的載荷。 牙嵌式自由輪差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比kb是可變的，最大可為無窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。 圖430 牙嵌式自由輪差速器,二、普通錐齒輪差速器齒輪設(shè)計(jì) (一)差速器齒輪主要參數(shù)選擇 1行星齒輪數(shù)n 行星齒輪數(shù)n需根據(jù)承載情況來選擇。通常情況下，轎車：n=2；貨車或越野車 n=4。 2行星齒輪球面半徑Rb 行星齒輪球面半徑Rb反映了差速

11、器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來確定 (431) 式中，Kb為行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.53.0，對于有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對于有兩個(gè)行星齒輪的轎車及四個(gè)行星齒輪的越野車和礦用車取大值；Td為差速器計(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nm)，Td=minTce，Tcs；Rb為球面半徑(mm)。,行星齒輪節(jié)錐距A0為 A0=(0.980.99)Rb (432) 3行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1、z2 為了使輪齒有較高的強(qiáng)度，希望取較大的模數(shù)，但尺寸會(huì)增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)z1應(yīng)取少些，但z1一般不少于10。半軸齒輪齒數(shù)z2在1425選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比z

12、2z1在1520的范圍內(nèi)。 為使兩個(gè)或四個(gè)行星齒輪能同時(shí)與兩個(gè)半軸齒輪嚙合，兩半軸齒輪齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。,4行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角1、2，及模數(shù)m 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角1、2分別為 1=arctan(z1z2) (4-33) 2 =arctan(z2z2) 錐齒輪大端端面模數(shù)m為 m=2A0 sin 1 /z1=2A0sin 2 /z2 (4-34) 5壓力角a 汽車差速齒輪大都采用壓力角為2230，齒高系數(shù)為0.8的齒形。某些重型貨車和礦用車采用25壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。,6行星齒輪軸直徑d及支承長度L 行星齒輪軸直徑d(mm)為 (4-35) 式中

13、，T0為差速器殼傳遞的轉(zhuǎn)矩(Nm)，n為行星齒輪數(shù)；rd為行星齒輪支承面中點(diǎn)到錐頂?shù)木嚯x(mm)，約為半軸齒輪齒寬中點(diǎn)處平均直徑的一半；c為支承面許用擠壓應(yīng)力，取98MPa。 行星齒輪在軸上的支承長度L為 L=1.1d (436),(二)差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，而且承受的載荷較大，它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合傳動(dòng)狀態(tài)，只有當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或左、右輪行駛不同的路程時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對運(yùn)動(dòng)。因此，對于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。輪齒彎曲應(yīng)力w(Mpa)為 (437) 式中，n為行星齒輪數(shù)；J為綜合系數(shù)；b2、d2分別為半軸齒輪齒寬

14、及其大端分度圓直徑(mm)；T為半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nm)，T=0.6T0；,按主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)值選取。 當(dāng)T0=minTce，Tcs時(shí)，w =980MPa；當(dāng)T0=TcF時(shí)，w=210MPa。 差速器齒輪與主減速器齒輪一樣，基本上都是用滲碳合金鋼制造，目前用于制造差速器錐齒輪的材料為20CrMnTi、20CrMoTi、22CrMnMo和20CrMo等。由于差速器齒輪輪齒要求的精度較低，所以精鍛差速器齒輪工藝巳被廣泛應(yīng)用。,三、粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)及在汽車上的布置 粘性聯(lián)軸器是一種利用液體粘性傳遞動(dòng)力的裝置。它以其優(yōu)良的性能不僅廣泛應(yīng)用于四輪驅(qū)動(dòng)汽車上，而且也應(yīng)用于兩輪驅(qū)動(dòng)汽車上。 1粘性

15、聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)和工作原理 粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡圖如圖431所示。內(nèi)葉片2與A軸1以花鍵連接，葉片可在軸上滑動(dòng)；外葉片6與殼體3也以花鍵連接，但葉片內(nèi)有隔環(huán)7，防止外葉片軸向移動(dòng)。隔環(huán)的厚度決定了內(nèi)、外葉片的間隙。葉片上各自加工有孔或槽，殼體內(nèi)充入作為粘性工作介質(zhì)的硅油4，用油封密封。,圖4-31 粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡圖 1- A軸 2-內(nèi)葉片 3-殼體 4-硅油 5-B軸 6-外葉片 7-隔環(huán),粘性聯(lián)軸器屬于液體粘性傳動(dòng)裝置，是依靠硅油的粘性阻力來傳遞動(dòng)力，即通過內(nèi)、外葉片間硅油的油膜剪切力來傳遞動(dòng)力。一般在密封的殼體內(nèi)填充了占其空間80一90%的硅油(其余是空氣)，高粘度的硅油存在于內(nèi)、外葉片的間隙內(nèi)。

16、當(dāng)A軸與B軸之間有轉(zhuǎn)速差時(shí)，內(nèi)、外葉片間將產(chǎn)生剪切阻力，使轉(zhuǎn)矩由高速軸傳遞到低速軸。它所能傳遞的轉(zhuǎn)矩與聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、硅油粘度及輸入軸、輸出軸的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。,2粘性聯(lián)軸器在車上的布置 根據(jù)全輪驅(qū)動(dòng)形式的不同，粘性聯(lián)軸器在汽車上有不同的布置形式。 圖432為粘性聯(lián)軸器作為軸間差速器限動(dòng)裝置的簡圖。軸間差速器殼體上的齒輪1與變速器輸出軸上的齒輪相嚙合，殼體內(nèi)的左齒輪通過空心軸2與右側(cè)的前橋差速器6殼體相連，右齒輪通過空心軸4和齒輪7等與后橋差速器殼上的齒輪相連。粘性聯(lián)軸器5的殼體與空心軸4相連，內(nèi)葉片連接在空心軸2上，這樣它就與軸間差速器3并聯(lián)在一起，內(nèi)、外葉片的轉(zhuǎn)速分別反映了前、后差速器殼體的轉(zhuǎn)速

17、。,圖432 粘性聯(lián)軸器用作軸間差速器的限動(dòng)裝置 1-齒輪(與變速器軸出軸上的齒輪相嚙合) 2、4-空心軸 3-軸間差速器 5-粘性聯(lián)軸器 6-前橋差速器 7-齒輪 8-錐齒輪(通向后橋),當(dāng)前、后橋差速器殼體轉(zhuǎn)速相近時(shí)，粘性聯(lián)軸器內(nèi)、外葉片轉(zhuǎn)速相近，它并不起限動(dòng)作用，此時(shí)軸間差速器將轉(zhuǎn)矩按固定比例分配給前、后橋。當(dāng)某一車輪(如前輪)嚴(yán)重打滑時(shí)，前橋差速器殼的轉(zhuǎn)速升高，粘性聯(lián)軸器的內(nèi)、外葉片轉(zhuǎn)速差增大，阻力矩增大，軸間差速器中與后橋相連的轉(zhuǎn)速較低的齒輪就獲得了較大的轉(zhuǎn)矩，使附著條件較好的后輪產(chǎn)生與附著條件相適應(yīng)的較大的驅(qū)動(dòng)力。 在有些汽車中，用粘性聯(lián)軸器取代了軸間差速器。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，前、

18、后輪轉(zhuǎn)速基本相等，粘性聯(lián)軸器不工作，此時(shí)相當(dāng)于前輪驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速或爬坡時(shí)，汽車質(zhì)心后移，的輪將出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速升高，前、后輪出現(xiàn)轉(zhuǎn)速差，粘性聯(lián)軸器開始工作，將部分轉(zhuǎn)矩傳給后橋，使之產(chǎn)生足夠驅(qū)動(dòng)力幫助前輪恢復(fù)正常的附著狀態(tài)，提高了它的動(dòng)力性。由于粘性傳動(dòng)不如機(jī)械傳動(dòng)可靠，所能傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，故該形式主要用于轎車和輕型汽車中。,4.4.5車輪傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 車輪傳動(dòng)裝置位于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，車輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸；對于斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋(圖433)，車輪傳動(dòng)裝置為萬向傳動(dòng)裝置。講述半軸的設(shè)計(jì)。 一、結(jié)構(gòu)形式分析 半軸根

19、據(jù)其車輪端的支承方式不同，可分為半浮式、34浮式和全浮式三種形式。 半浮式半軸(圖434a)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔，車輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外，其外端還承受由路面對,圖433 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋 1輪轂 2-輪轂軸承 3-制動(dòng)鼓 4-固定彈簧 5-等速萬向節(jié),車輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡單，所受載荷較大，只用于轎車和輕型貨車及輕型客車上。 34浮式半軸(圖437b)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部，直接支承著車輪輪轂，而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似，只是載荷有所減輕，一般僅用在

20、轎車和輕型貨車上。,全浮式半軸(圖437c)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián)，而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來說，半軸只承受轉(zhuǎn)矩，作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同心、半軸法蘭平面相對其軸線不垂直等因素，會(huì)引起半軸的彎曲變形，由此引起的彎曲應(yīng)力一般為570MPa。全浮式半軸主要用于中、重型貨車上。,圖4-34 半軸結(jié)構(gòu)形式簡圖及受力情況 a)半浮式 b)34浮式 c)全浮式,二、半軸計(jì)算 1全浮式半軸 全浮式半軸的計(jì)算載荷可按車輪附著力矩M。計(jì)算 （438) 式中，G2為驅(qū)動(dòng)橋的最大靜載荷；rr為車輪

21、滾動(dòng)半徑；m2為負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)；為附著系數(shù)，計(jì)算時(shí) i取0.8。 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 (4-39) 式中， 為半軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；d為半軸直徑。,半軸的扭轉(zhuǎn)角為 (4-40 ) 式中，為扭轉(zhuǎn)角；l為半軸長度；G為材料剪切彈性模量；Ip為半軸斷面極慣性矩，Ip= d432。 半軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力宜為500700MPa，轉(zhuǎn)角宜為每米長度615。,2半浮式半軸 半浮式半軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下三種載荷工況： (1)縱向力Fx2最大，側(cè)向力Fy2為0,此時(shí)垂向力Fz2=m2G22，縱向力最大值 Fx2= Fz2 =m2G2 2 ，計(jì)算時(shí)，m2可取12， 取08。 半軸彎曲應(yīng)力。和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 為 (441) 式中，a為輪

22、轂支承軸承到車輪中心平面之間的距離，如圖4-34所示。,合成應(yīng)力 (4-42) (2)側(cè)向力Fy2最大，縱向力Fx2=0，此時(shí)意味著發(fā)生側(cè)滑；外輪上的垂直反力Fz20和內(nèi)輪上的垂直反力Fz2i分別為 (443) 式中，hg為汽車質(zhì)心高度；B2為輪距； 1為側(cè)滑附著系數(shù)，計(jì)算時(shí)1可取10。 外輪上側(cè)向力Fy20和內(nèi)輪上側(cè)向力Fy2i分別為 (444),內(nèi)、外車輪上的總側(cè)向力Fy2為G2 1 。 這樣，外輪半軸的彎曲應(yīng)力o和內(nèi)輪半軸的彎曲應(yīng)力i分別為 (445),(3)汽車通過不平路面，垂向力Fz2最大，縱向力Fx2=0，側(cè)向力Fy2=0；此時(shí)垂直力最大值Fz2為： Fz2=kG2/2 (450)

23、 式中，k為動(dòng)載系數(shù)，轎車：k=1.75，貨車：k=2.0，越野車：k=2.50 半軸彎曲應(yīng)力為 (446) 半浮式半軸的許用合成應(yīng)力為600750MPa。,334浮式半軸 34浮式半軸計(jì)算與半浮式類似，只是半軸的危險(xiǎn)斷面不同，危險(xiǎn)斷面位于半軸與輪轂相配表面的內(nèi)端。 半軸和半軸齒輪一般采用漸開線花健連接，對花鍵應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力和鍵齒切應(yīng)力驗(yàn)算擠壓應(yīng)力不大于200MPa，切應(yīng)力不大于73MPa。,三、半軸可靠性設(shè)計(jì) 在汽車設(shè)計(jì)中，可靠性已成為比較重要的技術(shù)指標(biāo)之一。對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，須考慮各參量的統(tǒng)計(jì)分散性，進(jìn)行隨機(jī)不確定分析，真實(shí)正確地反映產(chǎn)品的強(qiáng)度與受載等情況。 1可靠度計(jì)算 對于全浮式半軸來說，

24、所受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力按下式計(jì)算 (447) 式中，T為半軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩；d為半軸的直徑。,根據(jù)二階矩技術(shù)，以應(yīng)力極限狀態(tài)表示的狀態(tài)方程為 (448) 式中，r為半軸材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度；X為基本隨機(jī)變量矢量：X=(r，T，d)。 設(shè)基本隨機(jī)變量矢量X的均值E(X)=(r， T, d)T，方差D(X)= (r2,0,0,0, r2,0,0,0, d2,0,0,0)T ，且認(rèn)為這些隨機(jī)變量是服從正態(tài)分布的相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。g(X)是反映半軸狀態(tài)和性能的狀態(tài)函數(shù)，可表示半軸的兩種狀態(tài)： g(X)0 失敗狀態(tài) g(X)0 安全狀態(tài),將g(X)在均值E(X)= 處展開成二階泰勒級數(shù)，可得到g(X)的二階近似均值

25、g和一階近似方差g2 (4-49) 不論g(X)服從什么分布，可靠性指標(biāo)定義為 =g / g (450) 可靠度的一階估計(jì)量為 R=() (451) 式中，( )為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。,2可靠性設(shè)計(jì) 給定半軸可靠度R，查表得可靠性指標(biāo) ，由式(449)經(jīng)推導(dǎo)整理得 (4-52) 式中 根據(jù)加工誤差和3法則，取半軸直徑標(biāo)準(zhǔn)差d為0.005倍的半軸直徑均值d，求解式(452)即可求得半軸的最小直徑的均值d和標(biāo)準(zhǔn)差d。,四、半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 對半軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)； 1)全浮式半軸桿部直徑可按下式初步選取 (4-53) 式中，d為半軸桿部直徑(mm)；M 為半軸計(jì)算轉(zhuǎn)矩(Nmm)，按式(4

26、42)計(jì)算；K為直徑系數(shù)，取0.2050.218。 根據(jù)初選的d，按前面的應(yīng)力公式進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2)半軸的桿部直徑應(yīng)小于或等于半軸花鍵的底徑，以便使半軸各部分達(dá)到基本等強(qiáng)度。,3)半軸的破壞形式大多是扭轉(zhuǎn)疲勞損壞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量增大各過渡部分的圓角半徑，尤其是凸緣與桿部、花鍵與桿部的過渡部分，以減小應(yīng)力集中。 4)對于桿都較粗且外端凸緣也較大時(shí)，可采用兩端用花健連接的結(jié)構(gòu)。 5)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)橋其它傳力零件的強(qiáng)度儲(chǔ)備，使半軸起 一個(gè)“熔絲”的作用。半浮式半軸直接安裝車輪，應(yīng)視為保安件。,4.4.6 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋殼的主要功用是支承汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來的

27、路面反力和反力矩，并經(jīng)懸架傳給車架(或車身)；它又是主減速器、差速器、半軸的裝配基體。 驅(qū)動(dòng)橋殼應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求： 1)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證主減速器齒輪嚙合正常并不使半軸產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力。 2)在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小質(zhì)量以提高汽車行駛平順性。 3)保證足夠的離地間隙。 4)結(jié)構(gòu)工藝性好，成本低。 5)保護(hù)裝于其上的傳動(dòng)系部件和防止泥水浸入。 6)拆裝、調(diào)整、維修方便。,一、驅(qū)動(dòng)橋殼結(jié)構(gòu)方案分析 驅(qū)動(dòng)橋殼大致可分為可分式、整體式和組合式三種形式。 1可分式橋殼 可分式橋殼(圖435)由一個(gè)垂直接合面分為左右兩部分，兩部分通 過螺栓聯(lián)接成一體。 每一部分均由一鑄 造殼體和一

28、個(gè)壓入 其外端的半軸套管 組成，軸管與殼體 用鉚釘連接。,這種橋殼結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝性好，主減速器支承剛度好。但拆裝、調(diào)整、維修很不方便，橋殼的強(qiáng)度和剛度受結(jié)構(gòu)的限制，曾用于輕型汽車上，現(xiàn)已較少使用。 2整體式橋殼 整體式橋殼(圖4-36)的特點(diǎn)是整個(gè)橋殼是一根空心梁，橋殼和主減速器殼為兩體。它具有強(qiáng)度和剛度較大，主減速器拆裝、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。 按制造工藝不同，整體式橋殼可分為鑄造式(圖436a)、鋼板沖壓焊接式(圖436b)和擴(kuò)張成形式三種。,圖4-36 整體式橋殼 a)鑄造式 b)鋼板沖壓焊接式,鑄造式橋殼的強(qiáng)度和剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、重型貨車上。鋼板沖壓

29、焊接式和擴(kuò)張成形式橋殼質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于轎車和中、小型貨車及部分重型貨車上。 3組合式橋殼 組合式橋殼(圖437)是將主減速器殼與部分橋殼鑄為一體，而后用無縫鋼管分別壓入殼體兩端，兩者間用塞焊或銷釘固定。 它的優(yōu)點(diǎn)是從動(dòng)齒輪軸承的支承剛度較好，主減速器的裝配、調(diào)整比可分式橋殼方便，然而要求有較高的加工精度，常用于轎車、輕型貨車中。,圖4-37 組合式橋殼,二、驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算 對于具有全浮式半軸的驅(qū)動(dòng)橋，強(qiáng)度計(jì)算的載荷工況與半軸強(qiáng)度計(jì)算的三種載荷工況相同。圖438為驅(qū)動(dòng)橋殼受力圖，橋殼危險(xiǎn)斷面通常在鋼板彈簧座內(nèi)側(cè)附近，橋殼端部的輪轂軸承座根部也應(yīng)列為危險(xiǎn)

30、斷面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 (1) 當(dāng)牽引力或制動(dòng)力最大時(shí)，橋殼鋼板彈簧座處危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力 和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 分別為 (454),式中，Mv為地面對車輪垂直反力在危險(xiǎn)斷面引起的垂直平面內(nèi)的彎矩，Mv=m2 G2b2；b為輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離，如圖441所示；Mh為一側(cè)車輪上的牽引力或制動(dòng)力Fx2在水平面內(nèi)引起的彎矩，Mh=Fx2 b；TT為牽引或制動(dòng)時(shí)，上述危險(xiǎn)斷面所受轉(zhuǎn)矩，TT=Fx2rr；Wv、Whh、WT分別為危險(xiǎn)斷面垂直平面和水平面彎曲的抗彎截面系數(shù)及抗扭截面系數(shù)。,圖438 橋殼受力簡圖,(2)當(dāng)側(cè)向力最大時(shí)，橋殼內(nèi)、外板簧座處斷面的彎曲應(yīng)力i、 o分別為 (455) 式中，F(xiàn)

31、z2i、Fz2o為內(nèi)、外側(cè)車輪地面垂直反力；ri為車輪滾動(dòng)半徑； 1為側(cè)滑時(shí)的附著系數(shù)。 (3)當(dāng)汽車通過不平路面時(shí)，動(dòng)載系數(shù)為k，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力 為 (456) 橋殼的許用彎曲應(yīng)力為300500MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為150400MPa。可鍛鑄鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取較大值。,4.4.7 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)元件 一、支承軸承的預(yù)緊 為了提高主減速器錐齒輪的支承剛度，改善齒輪嚙合的平穩(wěn)性，應(yīng)對支承錐齒輪的圓錐滾子軸承進(jìn)行預(yù)緊。但是如果預(yù)緊力過大，會(huì)使軸承工作條件變壞，降低傳動(dòng)效率，加速軸承的磨損，還會(huì)導(dǎo)致軸承過熱而損壞等。通常軸承預(yù)緊度的大小用軸承的摩擦力矩來衡量。 預(yù)緊后的軸承摩擦力

32、矩的合理值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。對于貨車，主動(dòng)錐齒輪滾錐軸承的摩擦力矩一般為13Nm。,主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊力的調(diào)整可利用精選兩軸承內(nèi)圈之間的套筒長度(圖410)、調(diào)整墊片厚度(圖416)等方法進(jìn)行。在使用中采用這些方法不太方便，因?yàn)槿舻玫胶线m的軸承預(yù)緊度往往需反復(fù)調(diào)整多次。近年來，采用軸向具有彈性的波形套筒調(diào)整軸承預(yù)緊度的方法空用得較多。波形套筒安置在兩軸承內(nèi)圈之間(圖439a)或軸承與軸肩之間，其上有一波紋區(qū)或其它容易產(chǎn)生軸向變形的部分。該套筒的軸向載荷與軸向變形之間具有如圖439b所示的特性。A點(diǎn)為流動(dòng)點(diǎn)，當(dāng)軸承預(yù)緊后，波形套選在A點(diǎn)以后的塑性變形區(qū)工作，由于該區(qū)載荷變形曲線平坦，因而容易使軸承

33、預(yù)緊度保持在規(guī)定范圍內(nèi)。但每拆裝一次，由于材料的冷作硬化，套筒的一端需要加一薄墊片，以使波形套筒再次在塑性區(qū)工作。波形套用冷拔低碳無縫鋼管制造。一個(gè)新的波形套拆裝3-4次就會(huì)因塑性太小而報(bào)廢，這是波形套的主要缺點(diǎn)。,圖439 波形套筒及其特性 從動(dòng)錐齒輪滾錐軸承預(yù)緊力，靠軸承外側(cè)的調(diào)整螺母(圖416)或主減速器殼與軸承蓋之間的調(diào)整墊片(圖415)來調(diào)整。,二、錐齒輪嚙合調(diào)整 在軸承預(yù)緊度調(diào)整之后，須進(jìn)行錐齒輪嚙合調(diào)整，以保證齒輪副嚙合印跡正常，并使齒輪大端處齒側(cè)間隙在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)(一般為0.10.35mm)。主減速器錐齒輪正確的嚙合印跡位于齒高中部稍偏小端。當(dāng)輪齒嚙合印跡不正?；螨X側(cè)間隙不適宜

34、時(shí)，可加、減主減速器殼與軸承之間的調(diào)整墊片(圖416)，在軸向移動(dòng)主動(dòng)錐齒輪，對從動(dòng)錐齒輪軸承外兩調(diào)整螺母旋進(jìn)、旋出相同的角度，或?qū)⒅鳒p速器殼一側(cè)的墊片(圖416)的一部分取出放到另一側(cè)，以便移動(dòng)從動(dòng)錐齒輪，從而實(shí)現(xiàn)對錐齒輪的嚙合調(diào)整。,三. 潤滑 對于螺旋錐齒輪主減速器，可加注一般的齒輪油，但對于雙曲面齒輪主減速器，則必須加注雙曲面齒輪油。加油孔應(yīng)設(shè)在加油方便之處，放油孔應(yīng)設(shè)在橋殼最低處。為了防止因主減速器和橋殼中部溫度高使殼內(nèi)氣壓增大而引起漏油，需裝通氣塞。 差速器殼上應(yīng)開孔使?jié)櫥湍苓M(jìn)入，以保證差速齒輪和滑動(dòng)表面的潤滑。 主動(dòng)錐齒輪上的后軸承距從動(dòng)錐齒輪較遠(yuǎn)，無法采用飛濺潤滑。為此，常在主減速器殼上設(shè)置油道，齒輪飛濺出來的油進(jìn)入油杯狀的油口，經(jīng)油道流到后軸承處。主動(dòng)錐齒輪軸的后軸承滾錐大端向外，有向外泵油的作用，因而在該軸承外側(cè)要有回油道口，使油能流回橋殼，以保護(hù)油封不被破壞。,