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第六節(jié) 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋課的主要功用是支撐汽車質(zhì)量，并承受由車輪傳來(lái)的路面的反力和反力矩，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)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5—29)由一個(gè)垂直接合面分為左右兩部分，兩部分通過(guò)螺栓聯(lián)接成一體。每一部分均由一鑄造殼體和一個(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(jiǎn)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5—30)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5—30a)、鋼板沖壓焊接式(圖5—30b)和擴(kuò)張成形式三種。鑄造式橋殼的強(qiáng)度和剛度較大，但質(zhì)量大，加：上面多，制造工藝復(fù)雜，主要用于中、·重型貨車上。鋼板沖壓焊接式和擴(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5—31)是將主減速器殼與部分橋殼鑄為一體，而后用無(wú)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。
二．驅(qū)動(dòng)橋殼強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)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5—32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，橋兒端郎的輪轂軸承座根部也應(yīng)列為危險(xiǎn)斷面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。
1）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δ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ分別為
式中，Mv為地面對(duì)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=m’2G2b/2b為輪胎中心平面到板簧座之間的橫向距離，如圖5—32所示；為一側(cè)車輪上的牽引力或制動(dòng)力蘆Fx2在水平面內(nèi)引起的彎矩，=Fx2b；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、Wh、、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)。
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δi,δo分別為
(5 - 61)
3)當(dāng)汽車通過(guò)不平路面時(shí)，動(dòng)載系數(shù)為是，危險(xiǎn)斷面的彎曲應(yīng)力口為 (5 - 62)
橋殼的許用彎曲應(yīng)力為300～500MPa，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為150～400MPa?？慑戣T鐵橋殼取較小值，鋼板沖壓焊接橋殼取較大值。
摘 要：隨著生活水平的提高和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活節(jié)奏變得越來(lái)越快，因此人們對(duì)交通工具的快捷性要求越來(lái)越高。為了應(yīng)對(duì)高車速對(duì)人們安全構(gòu)成的威脅，許多法規(guī)對(duì)汽車的安全性提出了更高的要求，制動(dòng)系的設(shè)計(jì)成為其中很重的一個(gè)方面。本設(shè)計(jì)根據(jù)制動(dòng)器的工作原理，對(duì)多種制動(dòng)器進(jìn)行分析比較，選擇了制動(dòng)效能較高的鼓式制動(dòng)器作為設(shè)計(jì)的對(duì)象。依據(jù)給定的參數(shù)，進(jìn)行重要數(shù)值的計(jì)算。隨后，又根據(jù)工藝學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行制動(dòng)器零件的設(shè)計(jì)和工藝分析。
總之，本設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的制動(dòng)器，以提高汽車的安全性。
關(guān)鍵詞： 制動(dòng)系; 制動(dòng)效能; 制動(dòng)器
Abstract
Keywords: Braking system ; Braking quality ; Brake
1 緒論
1.1 汽車制動(dòng)系概述
盡可能提高車速是提高運(yùn)輸生產(chǎn)率的主要技術(shù)措施之一。但這一切必須以保證行駛安全為前提。因此，在寬闊人少的路面上汽車可以高速行駛。但在不平路面上，遇到障礙物或其它緊急情況時(shí)，應(yīng)降低車速甚至停車。如果汽車不具備這一性能，提高汽車行駛速度便不可能實(shí)現(xiàn)。所以，需要在汽車上安裝一套可以實(shí)現(xiàn)減速行駛或者停車的制動(dòng)裝置——制動(dòng)系統(tǒng)。
制動(dòng)系是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的行駛安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車密度的日益增大，交通事故時(shí)有發(fā)生。因此，為保證汽車行駛安全，應(yīng)提高汽車的制動(dòng)性能，優(yōu)化汽車制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)。
制動(dòng)裝置可分為行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和輔助制動(dòng)四種裝置。其中行駛中的汽車減速至停止的制動(dòng)系叫行車制動(dòng)系。使已停止的汽車停駐不動(dòng)的制動(dòng)系稱為駐車制動(dòng)系。每種車都必須具備這兩種制動(dòng)系。應(yīng)急制動(dòng)系成為第二制動(dòng)系，它是為了保證在行車制動(dòng)系失效時(shí)仍能有效的制動(dòng)。輔助制動(dòng)系的作用是使汽車下坡時(shí)車速穩(wěn)定的制動(dòng)系。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)是一套用來(lái)使四個(gè)車輪減速或停止的零件。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)動(dòng)作開始。踏板裝在頂端帶銷軸的桿件上。踏板的運(yùn)動(dòng)促使推桿移動(dòng)，移向主缸或離開主缸。
主缸安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室的隔板上，主缸是一個(gè)由駕駛員通過(guò)踏板操作的液壓泵。當(dāng)踏板被踩下，主缸迫使有壓力的制動(dòng)液通過(guò)液壓管路到四個(gè)車輪的每個(gè)制動(dòng)器。液壓管路由鋼管和軟管組成。它們將壓力液從主缸傳遞到車輪制動(dòng)器。
盤式制動(dòng)器多用于汽車的前輪，有不少車輛四個(gè)車輪都用盤式制動(dòng)器。制動(dòng)盤裝在輪輞上、與車輪及輪胎一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，主缸的液體壓力傳遞到盤式制動(dòng)器。該壓力推動(dòng)摩擦襯片靠到制動(dòng)盤上，阻止制動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1-1汽車制動(dòng)系統(tǒng)的基本部件
1.液壓助力制動(dòng)器 2.主缸和防抱死裝置 3.前盤式制動(dòng)器 4.制動(dòng)踏板 5.駐車制動(dòng)桿 6.防抱死計(jì)算機(jī) 7.后盤式制動(dòng)器
很多汽車都采用助力制動(dòng)系統(tǒng)減少駕駛員在制動(dòng)停車時(shí)必須加到踏板上的力。助力制動(dòng)器一般有兩種型式。最常見的型式是利用進(jìn)氣歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一種型式是采用泵產(chǎn)生液壓力提供助力。
駐車制動(dòng)器總成用來(lái)進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，防止停放的車輛溜車，在液壓制動(dòng)完全失效時(shí)實(shí)現(xiàn)停車。絕大部分駐車制動(dòng)器用來(lái)制動(dòng)兩個(gè)后車輪。有些前輪驅(qū)動(dòng)的車輛裝有前輪駐車制功器，因?yàn)樵诰o急停車中絕大部分的制動(dòng)功需要用在車輛的前部。駐車制動(dòng)器一般用手柄或腳踏板操作。當(dāng)運(yùn)用駐車制動(dòng)器時(shí)，駐車制動(dòng)鋼索機(jī)械地拉緊施加制動(dòng)的稈件。駐車制動(dòng)器由機(jī)械控制，不是由液壓控制。
每當(dāng)以很強(qiáng)的壓力進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這叫做“車輪抱死”。這并不能幫助車輛停下來(lái)，而是使輪胎損失—些與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時(shí)，車輛不再是處于控制下的停車，駕駛員處在危險(xiǎn)之中。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員知道，防止車輪抱死的對(duì)策是迅速上、下踩動(dòng)制動(dòng)踏板。這樣間歇地對(duì)制動(dòng)器提供液壓力，使駕駛員在緊急制動(dòng)時(shí)能控制住車輛。
現(xiàn)今許多新型車輛裝備了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)做的工作與有經(jīng)驗(yàn)駕駛員做的相同，只是更快、更精確些。它感受到某車輪快要抱死或滑移時(shí)，迅速中斷該車輪制動(dòng)器的制動(dòng)壓力。在車輪處的速度傳感器監(jiān)測(cè)車輪速度，并將信息傳遞給車上計(jì)算機(jī)。于是，計(jì)算機(jī)控制防抱死制動(dòng)裝置，輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動(dòng)。
1.2 汽車制動(dòng)器的工作原理
一般制動(dòng)系的工作原理可用下圖所示的一種簡(jiǎn)單的液壓制動(dòng)系示意圖來(lái)說(shuō)明?！獋€(gè)以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動(dòng)鼓8固定在車輪輪毅上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動(dòng)的制動(dòng)底板11上，有兩個(gè)支承銷12，支承著兩個(gè)弧形制動(dòng)卸10的下端。制動(dòng)蹄的外圓面上又裝有一般是非金屬的摩擦片9。制動(dòng)底板上還裝有液壓制動(dòng)輪缸6，用油管5與裝在車架上的液壓制動(dòng)主缸4相連通。主缸中的活塞3可由駕駛員通過(guò)制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)來(lái)操縱。
制動(dòng)系不工作時(shí)，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面與制動(dòng)蹄摩擦片的外圓面之間保持有一定的間隙，使車輪和制動(dòng)鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。
要使行駛中的汽車減速，駕駛員應(yīng)跺下制動(dòng)踏板l，通過(guò)推桿2和主缸活塞3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流人輪缸6，并通過(guò)兩個(gè)輪缸活塞7推使兩制動(dòng)蹄10繞支承銷12轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開而以其摩擦片9壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)卸就對(duì)旋轉(zhuǎn)著的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩M，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周繞力F，同時(shí)路面也對(duì)車輪作用一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力F。制動(dòng)力F由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個(gè)汽車減速。制動(dòng)力愈大，汽車減速度也愈大。當(dāng)撤開制動(dòng)踏板時(shí)．回位彈簧13即將制動(dòng)蹄拉回原位，摩擦力矩M和制動(dòng)力F消失，制動(dòng)作用即行終止。
圖1-2 鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)踏板 2.推桿 3.主缸活塞 4.制動(dòng)主缸 5.油管 6.制動(dòng)輪缸 7.輪缸活塞 8.制動(dòng)鼓 9.摩擦片 10.制動(dòng)蹄 11.制動(dòng)底板 12.支承銷 13.制動(dòng)體回位彈簧
圖中所示的制動(dòng)器中，由制動(dòng)鼓8、摩擦片9和制動(dòng)蹄10所構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個(gè)制動(dòng)力矩(摩擦力矩M)以阻礙車輪轉(zhuǎn)動(dòng)該系統(tǒng)稱為制動(dòng)器。
顯然，阻礙汽車運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)力F不僅取決于制動(dòng)力矩M，還取決于輪胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動(dòng)系事實(shí)上不可能產(chǎn)生制動(dòng)汽車的效果。不過(guò)，在討論制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，一般都假定具備良好的附著條件。
1.3 設(shè)計(jì)的目的和意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合性地運(yùn)用幾年內(nèi)所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問(wèn)題，在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，所學(xué)知識(shí)得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。不少學(xué)生在作完畢業(yè)設(shè)計(jì)后，感到自己的實(shí)踐動(dòng)手、動(dòng)筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)，去創(chuàng)造的自信心。
通過(guò)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，從理論與實(shí)踐上均有了一定程度的積累。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)我們以往所學(xué)的知識(shí)的綜合運(yùn)用與進(jìn)一步的鞏固加深，并對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的能力的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，目的在于：
1、 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想與工作作風(fēng)。
2、 進(jìn)一步培養(yǎng)制圖、繪圖的能力。
3、 學(xué)會(huì)分析與評(píng)價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)與性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及其有關(guān)參數(shù)。
4、 學(xué)會(huì)汽車一些主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法以及總體設(shè)計(jì)的一般方法，以畢業(yè)后從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
5、 培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。
2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
汽車的制動(dòng)器設(shè)計(jì)究竟采用哪一種結(jié)構(gòu)方案較為合理，能夠最大限度的發(fā)揮制動(dòng)器的功用，首先應(yīng)該從制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則上談起。
2.1 鼓式制動(dòng)器
l-調(diào)整楔2-推桿3-制動(dòng)蹄4-連接彈簧5-上回位彈簧6-彈簧座7-手制動(dòng)拉桿8-下回位彈簧9-車輪制動(dòng)缸l0-制動(dòng)底板ll—旋塞12-制動(dòng)摩擦片l3-彈簧
鼓式制動(dòng)器總成的主要零部件有：制動(dòng)鼓和輪毅總成、制動(dòng)蹄總成、制動(dòng)底板、液壓輪缸、制動(dòng)蹄回位彈簧／壓緊裝置、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)。為制動(dòng)車輪、制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄提供摩擦表面，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓周是一加工過(guò)的制動(dòng)表面。車輪通過(guò)螺母和雙頭螺栓安裝到制動(dòng)鼓輪毅上。該輪轂安放在允許車輪總成轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪軸承上。
各種鼓式制動(dòng)器的示意圖如下：
1、領(lǐng)從蹄式 2、雙領(lǐng)蹄式 3、雙向領(lǐng)從蹄式
4、雙從蹄式 5、單向增力式 6、雙向增力式
2.2 盤式制動(dòng)器
盤式制動(dòng)系統(tǒng)的基本零件是制動(dòng)盤，輪轂和制動(dòng)卡鉗組件。制動(dòng)盤為停止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供摩擦表面。車輪通過(guò)雙頭螺栓和帶突緣的螺母裝到制動(dòng)盤轂上。轂內(nèi)有允許車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承。制動(dòng)盤的每一面有加工過(guò)的制動(dòng)表面。
液壓元件和摩擦元件裝在制動(dòng)卡鉗組件內(nèi)。制動(dòng)卡鉗裝到車輛上時(shí)，它跨騎在制動(dòng)盤和輪轂的外徑處。
進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，靠主缸的液壓力，制動(dòng)卡鉗內(nèi)的活塞被迫外移?；钊麎毫νㄟ^(guò)摩擦塊或制動(dòng)蹄夾住制動(dòng)盤。由于施加在制動(dòng)盤兩側(cè)的液壓力是方向相反、大小相等的，制動(dòng)盤不會(huì)變形，除非制動(dòng)過(guò)猛或持續(xù)加壓。
制動(dòng)盤表面的摩擦能生成熱。由于制動(dòng)盤在轉(zhuǎn)動(dòng)。表面沒(méi)有遮蓋，熱很容易消散到周圍空氣中。由于迅速冷卻的特性，即使在連續(xù)地猛烈制動(dòng)之后，盤式制動(dòng)器比抗制動(dòng)衰退的鼓式制動(dòng)器工作得要好。許多車輛的前部采用盤式制動(dòng)器的主要理由就是它抗制動(dòng)衰退性好和停車平穩(wěn)。
圖2-2 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)卡鉗組件 2.制動(dòng)盤和轂組件 3.輪轂 4.雙頭螺栓 5.摩擦面 6.摩擦塊
2.2.1 定鉗盤式制動(dòng)器
鉗盤式制動(dòng)器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：
圖2-3 鉗盤式制動(dòng)器示意圖
a)、d) 固定鉗式 b) 滑動(dòng)鉗式 c) 擺動(dòng)鉗式
固定鉗式制動(dòng)器，如圖（a）所示，制動(dòng)盤兩側(cè)均有油缸。制動(dòng)時(shí)，僅兩側(cè)油缸中的活塞驅(qū)使兩側(cè)制動(dòng)塊向盤面移動(dòng)。這種制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其它滑動(dòng)件，易于保證鉗的剛度；
（2）結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動(dòng)輪缸相差不多，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤式的改型；
（3）很能適應(yīng)分路系統(tǒng)的要求；
就目前汽車發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著汽車性能要求的提高，固定鉗結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)也日益明顯。主要有以下幾個(gè)方面：
（1）固定鉗式至少要有兩個(gè)油缸分置于制動(dòng)盤兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤的內(nèi)部油道或外部油管（橋管）來(lái)連通，這就使制動(dòng)器的徑向和軸向的尺寸都比較大，因而在車輪中布置比較困難；
（2）在嚴(yán)酷的使用條件下，固定鉗容易使制動(dòng)液溫度過(guò)高而汽化，從而使制動(dòng)器的制動(dòng)效能受到影響；
（3）固定前盤式制動(dòng)器為了要兼充駐車制動(dòng)器，必須在主制動(dòng)鉗上另外附裝一套供駐車制動(dòng)用的輔助制動(dòng)鉗，或者采用盤鼓結(jié)合式制動(dòng)器，其中用于駐車制動(dòng)的鼓式制動(dòng)器只能是雙向增力式的，但這種雙向增力式制動(dòng)器的調(diào)整不方便。
2.2.2 浮鉗盤式制動(dòng)器
浮鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗一般設(shè)計(jì)成可以相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)。其中只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝鉗體。
浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器可分為滑動(dòng)鉗式（圖b）和擺動(dòng)鉗式（圖c）。與固定鉗式制動(dòng)器相比較，其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
(1).鉗的外側(cè)沒(méi)有油缸，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂。因此，在布置時(shí)較容易；
(2).浮動(dòng)鉗沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油管或油道，減少了受熱機(jī)會(huì)，且單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽減少而冷卻條件較好等原因，所以其制動(dòng)液汽化可能性較??；
(3).浮動(dòng)鉗的同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車制動(dòng)；
(4).采用浮動(dòng)鉗可將油缸和活塞等緊密件減去一半，造價(jià)大為降低。這一點(diǎn)對(duì)大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)式十分重要的。
與定鉗盤式制動(dòng)器相反，浮鉗盤式制動(dòng)器的單側(cè)油缸結(jié)構(gòu)不需要跨越制動(dòng)盤的油道，故不僅軸向和徑向尺寸較小，有可能布置得更接近車輪輪轂，而且制動(dòng)液受熱氣化的機(jī)會(huì)就少。
此外，浮鉗盤式制動(dòng)器在兼充行車和駐車制動(dòng)器的情況下，不用加設(shè)駐車制動(dòng)鉗，只須在行車制動(dòng)鉗的油缸附近加裝一些用以推動(dòng)油缸活塞的駐車制動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)零件即可。
2.2.3 全盤式制動(dòng)器
與鼓式制動(dòng)器相比較，盤式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定。
2、浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常。
3、在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較小。
4、制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏扳行程過(guò)大。
5、較易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡(jiǎn)便。
與鼓式制動(dòng)器比較，盤式制動(dòng)器有如下缺點(diǎn)：
1、效能較低，故用于液壓制動(dòng)系時(shí)所需制動(dòng)促動(dòng)管路壓力較高，一班要用伺服裝置。
2、兼用于駐車制動(dòng)時(shí)，需要加裝的駐車制動(dòng)傳動(dòng)裝置較鼓式制動(dòng)器復(fù)雜，因而在后輪的應(yīng)用受到限制。
盤式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器，主要是由于盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)決定的。
盤式制動(dòng)器在液力助力下制動(dòng)力大且穩(wěn)定，在各種路面都有良好的制動(dòng)表現(xiàn)，其制動(dòng)效能遠(yuǎn)高于鼓式制動(dòng)器，而且空氣直接通過(guò)盤式制動(dòng)盤，故盤式制動(dòng)器的散熱性很好。但是盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)于鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求也較高，而且造價(jià)高于鼓式制動(dòng)器。
相對(duì)于盤式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而且由于散熱性不好，鼓式制動(dòng)器存在熱衰退現(xiàn)象。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非一無(wú)是處，它便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。
我們知道，高速行駛的轎車，由于頻繁使用制動(dòng)，制動(dòng)器的摩擦將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使制動(dòng)器溫度急劇上升，這些熱如果不能很好地散出，就會(huì)大大影響制動(dòng)性能，出現(xiàn)所謂的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象，這可不是鬧著玩的，制動(dòng)器直接關(guān)乎生命。僅從這一點(diǎn)上，您就應(yīng)該理解為什么盤式制動(dòng)器會(huì)逐步取代鼓式制動(dòng)器了吧。目前，在中高級(jí)轎車上前后輪都已經(jīng)采用盤式制動(dòng)器。
不過(guò)，時(shí)下我們開的大部分轎車(如夏利、富康、捷達(dá)等)，采用的還不完全是盤式制動(dòng)器，而是前盤后鼓式混合制動(dòng)器(即前輪采用盤式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(dòng)器)，這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)槠囋诰o急制動(dòng)時(shí)，軸荷前移，對(duì)前輪制動(dòng)的要求比較大，一般來(lái)說(shuō)前輪用了盤式制動(dòng)器就可以了。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動(dòng)器是趨勢(shì)（如VOLVO轎車）。
3 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)
3.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配
前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配關(guān)系將影響汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性和附著條件的利用，是汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。一般根據(jù)前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、裝載情況、道路附著條件和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，汽車制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)三種情況：前后輪同時(shí)抱死拖滑；前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑；后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。
如前所述，前后輪同時(shí)抱死工況可避免后軸側(cè)滑，并保證前輪只有在最大制動(dòng)強(qiáng)度下，才使汽車失去轉(zhuǎn)向能力，這種工況道路附著條件利用較好。前輪較后輪先抱死，雖然不會(huì)發(fā)生側(cè)滑，但是汽車喪失轉(zhuǎn)向能力。在一定速度下，后輪較前輪先抱死一定時(shí)間，會(huì)造成汽車后軸側(cè)滑。
3.1.1 制動(dòng)時(shí)前,后輪的地面法向反作用力
圖3-1制動(dòng)時(shí)汽車受力情況
圖3-1所示為，忽略汽車的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車速較低，空氣阻力可忽略不計(jì)，則分別對(duì)汽車前后輪接地點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力為
????????????????????????? （3-1）?
??
??????????????????????? （3-2）
式中：和分別為前后輪因制動(dòng)形成的動(dòng)載荷。如果假設(shè)汽車前后輪同時(shí)抱死，則汽車制動(dòng)減速度為
或????????????????????????? （3-3）
式中：為附著系數(shù)。
??? 將式（3-3）代入式（3-1），有
?????????????????????????? （3-4）
由式（3-4）可知，制動(dòng)時(shí)汽車前輪的地面法向反作用力隨制動(dòng)強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而增大；后輪的地面法向反作用力隨制動(dòng)強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而減小。隨大軸距汽車前后軸的載荷變化量小于短軸距汽車載荷變化量。例如，某載貨汽車滿載在干燥混凝土水平路面上以規(guī)定踏板力實(shí)施制動(dòng)時(shí)，為靜載荷的90％，為靜載荷的38％，即前軸載荷增加90％，后軸載荷降低38％。
3.1.2 前,后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線
在汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)時(shí)，如果在不同道路附著條件下制動(dòng)均能保證前、后制動(dòng)器同時(shí)抱死，則此時(shí)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線，被稱為前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線，通常簡(jiǎn)稱為I曲線。
在任何附著吸塵的路面上前、后輪制動(dòng)器同時(shí)抱死，則前、后制動(dòng)器制動(dòng)力必定等于各自的附著力，且前、后制動(dòng)器制動(dòng)力（或地面制動(dòng)力）之和等于附著力，即
???????????????????????????? （3-5）
將式（3-5）中的第二公式除以第三個(gè)公式，并將式（3-4）代入，有
?????????????? ????????? （3-6）
聯(lián)立方程組（3-6），并消除變量后，將方程表示的形式，即得到前后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系式為
?????????????????? （3-7）
?
圖3-2 I曲線示意圖
圖3-3 I曲線的一種制作方法
如已知汽車軸距、質(zhì)心高度、總質(zhì)量、質(zhì)心的位置(質(zhì)心至后軸的距離)，就可用式（3-7）繪制前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。圖3-2就是根據(jù)式（3-7）繪制的汽車在空載和滿載兩種工況的I曲線。
根據(jù)方程組（3-6）的兩個(gè)方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（＝0.1,0.2,0.3,……,1.0）,每個(gè)值代入方程組（3-6），就具有一個(gè)交點(diǎn)的兩條直線，變化值，取得一組交點(diǎn)，連接這些交點(diǎn)就制成I曲線，見圖3-3。
I曲線時(shí)踏板力增長(zhǎng)到使前、后車輪制動(dòng)器同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線。前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，，，所以I曲線也是前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，和的關(guān)系曲線。
3.2 具有固定比值的前，后輪制動(dòng)器制動(dòng)力與同步附著系數(shù)
兩軸汽車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動(dòng)器制動(dòng)力對(duì)汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配比例，即制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，它可表示為
?????????????????? ?????????? （3-8）
因?yàn)椋?
???????????????????????? （3-9）
整理式（3-9）得
??????????????????????????? （3-10）
或表示為，即
???????????????????????? （3-11）
式（3-10）為一線性方程。它是實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力實(shí)際分配線，簡(jiǎn)稱為線。線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，其斜率為
具有固定的線與I線的交點(diǎn)處的附著系數(shù),被稱為同步附著系數(shù)。它表示具有固定線的汽車只能在一種路面上實(shí)現(xiàn)前、后輪同時(shí)抱死。同步附著系數(shù)時(shí)由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，它是反應(yīng)汽車制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。
同步附著系數(shù)說(shuō)明，前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只能在一種路面上，即在同步附著系數(shù)的路面上才能保證前后輪同時(shí)抱死。
同步附著系數(shù)也可用解析方法求出。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，此時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，將式（3-6）代入式（3-10），得
? ???????????????????????? （3-12）
整理后，得出
?????????????????????????????? （3-13）
3.3 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩
假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
Mμ=2f／FoR
式中，f為摩擦因數(shù)；Fo為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；R為作用半徑。
對(duì)于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔缓艽?，取R等于平均半徑Rm，或有效半徑Re，在實(shí)際上已經(jīng)足夠精確。
圖3-4 鉗盤式制動(dòng)器的作用半徑計(jì)算參考圖
如圖3-4，平均半徑為
Rm=(R1+R2)/2
式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
故有效半徑為
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12)
可見，有效半徑Re即是扇形表面的面積中心至制動(dòng)盤中心的距離。上式也可寫成
Re=4/3[1-R1R2/(R1+R2)2](R1+R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2]Rm
式中，m= R1/R2
因?yàn)閙<1，m/(1+m)2<1/4，故Re>Rm，且m越小則兩者差值越大。
應(yīng)當(dāng)指出，若m過(guò)小，即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大，襯塊摩擦面上各不同半徑處的滑磨速度相差太遠(yuǎn)，磨損將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì)算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于0．65。
制動(dòng)盤工作面的加工精度應(yīng)達(dá)到下述要求：平面度允差為0．012mm，表面粗糙度為Ra0.7—1.3μm，兩摩擦表面的平行度不應(yīng)大于0．05mm，制動(dòng)盤的端面圓跳動(dòng)不應(yīng)大于0．03mm。通常制動(dòng)盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造。為保證有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，其牌號(hào)不應(yīng)低于HT250。
3.4 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率
汽車制動(dòng)減速度，其中被稱為制動(dòng)強(qiáng)度。由前述可知，若汽車在具有同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，汽車的前、后輪將同時(shí)達(dá)到抱死的工況，此時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度。在其他路面上制動(dòng)時(shí)，既不出現(xiàn)前輪抱死也不發(fā)生后輪抱死的制動(dòng)強(qiáng)度必然小于地面附著系數(shù)，即。就是說(shuō)，只有在的路面上，地面的附著條件才能被充分地利用。而在的路面上，因出現(xiàn)前輪或后輪先抱死的現(xiàn)象，地面附著條件未被很好地被利用。為了定量說(shuō)明地面附著條件的利用程度，定義利用附著系數(shù)為
????????????,??
設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時(shí)剛要抱死時(shí)，汽車產(chǎn)生的減速度（或表示為），則由式（3-1）得前輪地面法向反作用力為
??????????????????????????? （3-14）
前輪制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力為
?????????????????????????? （3-15）
將式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），則
???????????????? （3-16）
同理可推導(dǎo)出后輪利用附著系數(shù)。
后輪剛要抱死時(shí)，后輪地面制動(dòng)力和地面法向反作用力
???????????????? （3-17）
??????????????????????????? （3-18）
將式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），則
????????????????????????? （3-19）
對(duì)于已知汽車總質(zhì)量、軸距、質(zhì)心位置、、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，則可繪制出利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖。
附著效率是制動(dòng)強(qiáng)度和利用附著系數(shù)之比。
它是也用于描述地面附著條件的利用程度，并說(shuō)明實(shí)際制動(dòng)力分配的合理性。根據(jù)附著效率的定義，有
??????????????????????????? （3-20）
??????? ???????????????? （3-21）
式中；和分別時(shí)前軸和后軸的附著效率。
4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)參數(shù)
裝備質(zhì)量 1310kg （G1=750㎏；G2=560㎏）
滿載質(zhì)量 1860Kg （G1=870㎏；G2=990㎏）
質(zhì)心高度
空載時(shí) 616mm
滿載時(shí) 580mm
軸距 2513mm
輪胎 195/65 R15 91V
圖4-1 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
4.2 參數(shù)選擇以及數(shù)據(jù)計(jì)算
4.2.1 盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定
制動(dòng)盤直徑D
輪輞直徑為15×24.5=367.5mm 取367mm
制動(dòng)盤直徑為70%～79%輪輞直徑 即：256.9～289.93 取270mm
制動(dòng)盤厚度h
選擇通風(fēng)式制動(dòng)盤h=25㎜
摩擦襯塊外半徑R2、內(nèi)半徑R1
根據(jù)制動(dòng)盤直徑可確定摩擦襯塊外徑R2=130㎜
考慮到R2/ R1＜1.5，可選取R1=92mm，則R2/ R1=1.41＜1.5
4.2.2 摩擦塊摩損均勻性驗(yàn)證
假設(shè)襯塊的摩擦表面全部于制動(dòng)盤接觸，而且各處單位壓力均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
f 為摩擦因素,F0為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力，R作用半徑
在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，R值我們?nèi)∑骄礡m就可以了，設(shè)襯塊的與制動(dòng)盤之間的單位壓力為p,則在任意微元面積RdRdφ 上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤的中心的力矩為fpR2dRdφ,而單側(cè)制動(dòng)塊加于制動(dòng)盤的制動(dòng)力矩應(yīng)為：
單側(cè)襯塊加于制動(dòng)盤的總摩擦力為：
所以有效半徑：
平均半徑為：
因?yàn)椹e -Rm│ =0.5mm, Rm 和Re 之間相差不大，所以可以得出摩擦襯塊和制動(dòng)盤之間的單位壓力分布均勻，摩擦塊的磨損較為均勻。
4.2.3 緊急制動(dòng)時(shí)前后輪法向反力及附著力矩
1. 空載情況
質(zhì)心至前軸距離：
質(zhì)心至后軸距離：
考慮到汽車的行駛安全，選取瀝青路（濕）的附著系數(shù)，則緊急制動(dòng)時(shí)前后軸法向反力Fz1,Fz2及每輪附著力距Mφ1,Mφ2分別為
滿載情況
質(zhì)心到前軸的距離:
質(zhì)心到后軸的距離:
緊急制動(dòng)時(shí)候的前后軸發(fā)向反力Fz1,Fz2以及每輪附著力矩M’φ1,M’φ2分別為：
4.2.4 同步附著系數(shù)的確定
同步附著系數(shù)的選取原則：
1、路面狀況好，可以取大一點(diǎn)； 路面差，取小一些。
2、單胎，抗滑性能差，取大些；雙胎，抗側(cè)滑強(qiáng)取小一些。
3、車速高，取大些；車速低取小些。
4、平原地區(qū)，取大些；山區(qū)取小些。
綜上所述，選擇此輕型汽車的=0.7
空載時(shí)制動(dòng)力分配系數(shù)
滿載時(shí)制動(dòng)力分配系數(shù)
4.2.5 制動(dòng)器的效率
鉗盤式制動(dòng)器效能因數(shù) k=2,其中 取0.4
因此： k=0.8
4.2.6 制動(dòng)力矩及制動(dòng)盤的壓力
假設(shè)摩擦盤完全接觸，而且各處的壓力分布均勻。那么盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩為：
為了保證汽車有良好的制動(dòng)穩(wěn)定性，汽車前輪先抱死，后輪后抱死（滿載時(shí)候）則汽車的前輪制動(dòng)器的產(chǎn)生的制動(dòng)力矩等于前輪的附著力矩。即：
單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)盤的壓力：
前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩：
4.2.7 同步附著系數(shù)的驗(yàn)算
已知：
制動(dòng)力分配系數(shù)：
那么同步附著系數(shù)：
與設(shè)定值吻合。
4.3 制動(dòng)踏板行程的計(jì)算
制動(dòng)踏板工作行程
其中：（操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比）取4－7；主缸活塞行程：（0.8－1.2），依《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（五）。第七章，液壓缸。表37.7－3.取25mm；
主缸推桿與活塞間隙：0.2mm；
主缸活塞空行程： 2mm；
則： mm.
法規(guī)要求不大于150－200mm，故符合法規(guī)。
第五章? 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
第一節(jié)? 概? ? 述
? ? 驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪，另外還承受作用于路面和車架或車身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、車輪傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。
? ? 驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：
1)? ? 所選擇的主減速比應(yīng)能保證汽車具有最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。
2)? ? 外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。
3)? ? 齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小。
4)? ? )在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。
5)? ? 在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下，應(yīng)力求質(zhì)量小，尤其是簧下質(zhì)量應(yīng)盡量小，以改善汽車平順性。
6)? ? 與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋，還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。
7)? ? 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便。
第二節(jié)? ? 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)方案分析
? ? 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架形式密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為非斷開式(或稱為整體式)，即驅(qū)動(dòng)橋殼是一根連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁(圖5—1)，而主減速器、差速器及車輪傳動(dòng)裝置(由左、右半軸組成)都裝在它里面。當(dāng)采用獨(dú)立懸架時(shí)，為保證運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開式。這種驅(qū)動(dòng)橋無(wú)剛性的整體外殼，主減速器及其殼體裝在車架或車身上，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪則與車架或車身作彈性聯(lián)系，并可彼此獨(dú)立地分別相對(duì)于車架或車身作上下擺動(dòng)，車輪傳動(dòng)裝置采用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)(圖5—2)。為了防止運(yùn)動(dòng)干涉，應(yīng)采用滑動(dòng)花鍵軸或一種允許兩軸能有適量軸向移動(dòng)的萬(wàn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
? ? 具有橋殼的非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝性好、成本低、工作可靠、維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車、客車及多數(shù)的越野汽車和部分小轎車上。但整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均屬于簧下質(zhì)量，對(duì)汽車平順性和降低動(dòng)載荷不利。斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，但它大大地增加了離地間隙；減小了簧下質(zhì)量，從而改善了行駛平順性，提高了汽車的平均車速；減小了汽車在行駛時(shí)作用于車輪和車橋上的動(dòng)載荷，提高了零部件的使用壽命；由于驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性較好，大大增強(qiáng)了車輪的抗側(cè)滑能力；與之相配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理，可增加汽車的不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)，提高汽車的操縱穩(wěn)定性。這種驅(qū)動(dòng)橋在轎車和高通過(guò)性的越野汽車上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。
圖5—1? 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
1一土減速器? 2一套筒? 3一差速器? 4、7一半軸? 5一調(diào)整螺母? 6一調(diào)整墊片? 8一橋殼
圖5—2? 斷開式驅(qū)動(dòng)橋
第三節(jié)? ? 主減速器設(shè)計(jì)
一．? ? 主減速器結(jié)構(gòu)方案分析
主減速器的結(jié)構(gòu)形式主要是根據(jù)齒輪類型、減速器形式不同而不同。
主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。
1 螺旋錐齒輪傳動(dòng)
? 螺旋錐齒輪傳動(dòng)(圖5—3a)的主、從動(dòng)齒輪軸線垂直相交于一點(diǎn)，齒輪并不同時(shí)在全長(zhǎng)上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負(fù)荷、制造也簡(jiǎn)單。但是在工作中噪聲大，對(duì)嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會(huì)使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。
2 雙曲面齒輪傳動(dòng)
? 雙曲面齒輪傳動(dòng)(圖5—3b)的主、從動(dòng)齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動(dòng)齒輪軸線相對(duì)從動(dòng)齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動(dòng)齒輪螺旋角 大于從動(dòng)齒輪螺旋角? (圖5—4)。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動(dòng)齒輪圓周力之比
式中， 、 分別為主、從動(dòng)齒輪的圓周力； 、 分別為主、從動(dòng)齒輪的螺旋角。
螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點(diǎn)A的切線TT與該點(diǎn)和節(jié)錐頂點(diǎn)連線之間的夾角。在齒面寬中點(diǎn)處的螺旋角稱為中點(diǎn)螺旋角(圖5—4)。通常不特殊說(shuō)明，則螺旋角系指中點(diǎn)螺旋角。雙曲面齒輪傳動(dòng)比為
式中， 為雙曲面齒輪傳動(dòng)比； 、 分別為主、從動(dòng)齒輪平均分度圓半徑。
螺旋錐齒輪傳動(dòng)比為
令 ，則 。由于 ，所以系數(shù)K>1，一般為1．25～1．50。這說(shuō)明：
? 1)當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪傳動(dòng)有更大的傳動(dòng)比。
? 2)當(dāng)傳動(dòng)比一定，從動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪比相應(yīng)的螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。
? 3)當(dāng)傳動(dòng)比一定，主動(dòng)齒輪尺寸相同時(shí)，雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。
? 另外，雙曲面齒輪傳動(dòng)比螺旋錐齒輪傳動(dòng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：
? 1)在工作過(guò)程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，而且還有沿齒長(zhǎng)方向的縱向滑動(dòng)?？v向滑動(dòng)可改善齒輪的磨合過(guò)程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
? 2)由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動(dòng)齒輪的 大于從動(dòng)齒輪的 ，這樣同時(shí)嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動(dòng)平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強(qiáng)度提高約30％。
? 3)雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強(qiáng)度提高。
? 4)雙曲綿主動(dòng)齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動(dòng)比。
? 5)雙曲面齒輪傳動(dòng)的主動(dòng)齒輪較大，加工時(shí)所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長(zhǎng)。
? 6)雙曲面主動(dòng)齒輪軸布置在從動(dòng)齒輪中心上方，便于實(shí)現(xiàn)多軸驅(qū)動(dòng)橋的貫通，增大傳動(dòng)軸的離地高度。布置在從動(dòng)齒輪中心下方可降低萬(wàn)向傳動(dòng)軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。
? 但是，雙曲面齒輪傳動(dòng)也存在如下缺點(diǎn)：
? 1)沿齒長(zhǎng)的縱向滑動(dòng)會(huì)使摩擦損失增加，降低傳動(dòng)效率。雙曲面齒輪副傳動(dòng)效率約為96％，螺旋錐齒輪副的傳動(dòng)效率約為99％。
? 2)齒面間大的壓力和摩擦功，可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。
? 3)雙曲面主動(dòng)齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負(fù)荷增大。
? 4)雙曲面齒輪傳動(dòng)必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤(rùn)滑油，螺旋錐齒輪傳動(dòng)用普通潤(rùn)滑油即可。
? 由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而它比螺旋錐齒輪應(yīng)用更廣泛。
? 一般情況下，當(dāng)要求傳動(dòng)比大于4．5而輪廓尺寸又有限時(shí)，采用雙曲面齒輪傳動(dòng)更合理。這是因?yàn)槿绻３种鲃?dòng)齒輪軸徑不變，則雙曲面從動(dòng)齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。當(dāng)傳動(dòng)比小于2時(shí)，雙曲面主動(dòng)齒輪相對(duì)螺旋錐齒輪主動(dòng)齒輪顯得過(guò)大，占據(jù)了過(guò)多空間，這時(shí)可選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)，因?yàn)楹笳呔哂休^大的差速器可利用空間。對(duì)于中等傳動(dòng)比，兩種齒輪傳動(dòng)均可采用。
3．圓柱齒輪傳動(dòng)
圓柱齒輪傳動(dòng)(圖5—3c)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫置且前置前驅(qū)動(dòng)的轎車驅(qū)動(dòng)橋(圖5—5)和雙級(jí)主減速器貫通式驅(qū)動(dòng)橋。
4．蝸桿傳動(dòng)
蝸桿(圖5—3d)傳動(dòng)與錐齒輪傳動(dòng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動(dòng)比(可大于7)。
2)在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無(wú)噪聲。
3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動(dòng)的布置。
4)能傳遞大的載荷，使用壽命長(zhǎng)。
5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，調(diào)整容易。
但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動(dòng)效率較低。
蝸桿傳動(dòng)主要用于生產(chǎn)批量不大的個(gè)別重型多橋驅(qū)動(dòng)汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)的大客車上。?
主減速器的減速形式可分為單級(jí)減速、雙級(jí)減速、雙速減速、單雙級(jí)貫通、單雙級(jí)減速配以輪邊減速等。
1．單級(jí)主減速器
? 單級(jí)主減速器(圖5—6)可由一對(duì)圓錐齒輪、一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動(dòng)比扎不能太大，一般io ≤7，進(jìn)一步提高io將增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。
單級(jí)主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。
2.雙級(jí)主減速器
雙級(jí)主減速器(圖5—7)與單級(jí)相比，在保證離地間隙相同時(shí)可得到大的傳動(dòng)比，io一般為7～12。但是尺寸、質(zhì)量均較大，成本較高。它主要應(yīng)用于中、重型貨車、越野車和大客車上。
整體式雙級(jí)主減速器有多種結(jié)構(gòu)方案：第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為圓柱齒輪(圖5—8a)；第一級(jí)為錐齒輪，第二級(jí)為行星齒輪；第一級(jí)為行星齒輪，第二級(jí)為錐齒輪(圖5—8b)；第一級(jí)為圓柱齒輪，第二級(jí)為錐齒輪(圖5—8c)。
對(duì)于第一級(jí)為錐齒輪、第二級(jí)為圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器，可有縱向水平(圖5—8d)、斜向(圖5—8e)和垂向(圖5—8f)三種布置方案。
縱向水平布置可以使總成的垂向輪廓尺寸減小，從而降低汽車的質(zhì)心高度，但使縱向尺寸增加，用在長(zhǎng)軸距汽車上可適當(dāng)減小傳動(dòng)軸長(zhǎng)度，但不利于短軸距汽車的總布置，會(huì)使傳動(dòng)軸過(guò)短，導(dǎo)致萬(wàn)向傳動(dòng)軸夾角加大。垂向布置使驅(qū)動(dòng)橋縱向尺寸減小，可減小萬(wàn)向傳動(dòng)軸夾角，但由于主減速器殼固定在橋殼的上方，不僅使垂向輪廓尺寸增大，而且降低了橋殼剛度，不利于齒輪工作。這種布置可便于貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置。斜向布置對(duì)傳動(dòng)軸布置和提高橋殼剛度有利。
在具有錐齒輪和圓柱齒輪的雙級(jí)主減速器中分配傳動(dòng)比時(shí)，圓柱齒輪副和錐齒輪副傳動(dòng)比的比值一般為1．4～2．0，而且錐齒輪副傳動(dòng)比一般為1．7～3．3，這樣可減小錐齒輪嚙合時(shí)的軸向載荷和作用在從動(dòng)錐齒輪及圓柱齒輪上的載荷，同時(shí)可使主動(dòng)錐齒輪的齒數(shù)適當(dāng)增多，使其支承軸頸的尺寸適當(dāng)加大，以改善其支承剛度，提高嚙合平穩(wěn)性和工作可靠性。
3 雙速主減速器
雙速主減速器(圖5—9)內(nèi)由齒輪的不同組合可獲得兩種傳動(dòng)比。它與普通變速器相配合，可得到雙倍于變速器的擋位。雙速主減速器的高低擋減速比是根據(jù)汽車的使用條件、發(fā)動(dòng)機(jī)功率及變速器各擋速比的大小來(lái)選定的。大的主減速比用于汽車滿載行駛或在困難道路上行駛，以克服較大的行駛阻力并減少變速器中間擋位的變換次數(shù)；小的主減速比則用于汽車空載、半載行駛或在良好路面上行駛，以改善汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和提高平均車速。
圖5—7? 雙級(jí)主減速器
圖5—8? 雙級(jí)主減速器布置方案
雙速主減速器可以由圓柱齒輪組(圖5—9a)或行星齒輪組(圖5—9b)構(gòu)成。圓柱齒輪式雙速主減速器結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量較大，可獲得的主減速比較大。只要更換圓柱齒輪軸、去掉一對(duì)圓柱齒輪，即可變型為普通的雙級(jí)主減速器。行星齒輪式雙速主減速器結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量較小，具有較高的剛度和強(qiáng)度，橋殼與主減速器殼
都可與非雙速通用，但需加強(qiáng)行星輪系和差速器的潤(rùn)滑。
對(duì)于行星齒輪式雙速主減速器，當(dāng)汽車行駛條件要求有較大的牽引力時(shí)，駕駛員通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)將嚙合套及太陽(yáng)輪推向右方(圖示位置)，接合齒輪5的短齒與固定在主減速器上的接合齒環(huán)相接合，太陽(yáng)輪1就與主減速器殼聯(lián)成一體，并與行星齒輪架3的內(nèi)齒環(huán)分離，而僅與行星齒輪4嚙合。于是，行星機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪成為固定輪，與從動(dòng)錐齒輪聯(lián)成一體的齒圈2為主動(dòng)輪，與差速器左殼聯(lián)在一起的行星齒輪架3為從動(dòng)件，行星齒輪起減速作用，其減速比為(1十α)，α為太陽(yáng)輪齒數(shù)與齒圈齒數(shù)之比。在一般行駛條件下，通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使嚙合套及太陽(yáng)輪移到左邊位置，嚙合套的接合齒輪5與固定在主減速器殼上的接合齒環(huán)分離，太陽(yáng)輪1與行星齒輪4及行星齒輪架3的內(nèi)齒環(huán)同時(shí)嚙合，從而使行星齒輪無(wú)法自轉(zhuǎn)，行星齒輪機(jī)構(gòu)不再起減速作用。顯然，此時(shí)雙速主減速器相當(dāng)于一個(gè)單級(jí)主減速器。
雙速主減速器的換擋是由遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，一般有電磁式、氣壓式和電一氣壓綜合式操縱機(jī)構(gòu)。由于雙速主減速器無(wú)換擋同步裝置，因此其主減速比的變換是在停車時(shí)進(jìn)行的。雙速主減速器主要在一些單橋驅(qū)動(dòng)的重型汽車上采用。
4.貫通式主減速器
貫通式主減速器(圖5—10，圖5—11)根據(jù)其減速形式可分成單級(jí)和雙級(jí)兩種。單級(jí)貫通式主減速器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，并可使中、后橋的大部分零件，尤其是使橋殼、半軸等主要零件具有互換性等優(yōu)點(diǎn)，主要用于輕型多橋驅(qū)動(dòng)的汽車上。
根據(jù)減速齒輪形式不同，單級(jí)貫通式主減速器又可分為雙曲面齒輪式及蝸輪蝸桿式兩種結(jié)構(gòu)。雙曲面齒輪式單級(jí)貫通式主減速器(圖5—10a)是利用雙曲面齒輪副軸線偏移的特點(diǎn)，將一根貫通軸穿過(guò)中橋并通向后橋。但是這種結(jié)構(gòu)受主動(dòng)齒輪最少齒數(shù)和偏移距大小的限制，而且主動(dòng)齒輪工藝性差，主減速比最大值僅在5左右，故多用于輕型汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋上。當(dāng)用于大型汽車時(shí)，可通過(guò)增設(shè)輪邊減速器或加大分動(dòng)器速比等方法來(lái)加大總減速比。蝸輪蝸桿式單級(jí)貫通式主減速器(圖5—10b)在結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下可得到較大的速比。它使用于各種噸位多橋驅(qū)動(dòng)汽車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置。另外，它還具有工作平滑無(wú)聲、便于汽車總布置的優(yōu)點(diǎn)。如蝸桿下置式布置方案被用于大客車的貫通式驅(qū)動(dòng)橋中，可降低車廂地板高度。
? 對(duì)于中、重型多橋驅(qū)動(dòng)的汽車，由于主減速比較大，多采用雙級(jí)貫通式主減速器。根據(jù)齒輪的組合方式不同，可分為錐齒輪一圓柱齒輪式和圓柱齒輪一錐齒輪式兩種形式。錐齒輪一圓柱齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器(圖5—11a)可得到較大的主減速比，但是結(jié)構(gòu)高度尺寸大，主動(dòng)錐齒輪工藝性差，從動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承，支承剛度差，拆裝也不方便。圓柱齒輪一錐齒輪式雙級(jí)貫通式主減速器(圖5—11b)的第一級(jí)圓柱齒輪副具有減速和貫通的作用，有時(shí)僅用作貫通用，將其速比設(shè)計(jì)為1。在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)中、后橋錐齒輪的布置、旋轉(zhuǎn)方向、雙曲面齒輪的偏移方式以及圓柱齒輪副在錐齒輪副前后的布置位置等因素來(lái)確定錐齒輪的螺旋方向，所選的螺旋方向應(yīng)使主、從動(dòng)錐齒輪有相斥的軸向力。這種結(jié)構(gòu)與前者相比，結(jié)構(gòu)緊湊，高度尺寸減小，有利于降低車廂地板及整車質(zhì)心高度。
5.單雙級(jí)減速配輪邊減速器
在設(shè)計(jì)某些重型汽車、礦山自卸車、越野車和大型公共汽車的驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，由于傳動(dòng)系總傳動(dòng)出敷大，為了使變速器、分動(dòng)器、傳動(dòng)軸等總成所受載荷盡量小，往往將驅(qū)動(dòng)橋的速比分配得較大。當(dāng)主減速比大于12時(shí)，一般的整體式雙級(jí)主減速器難以達(dá)到要求，此時(shí)常采用輪邊減速器(圖5—12)。這樣，不僅使驅(qū)動(dòng)橋的中間尺寸減小，保證了足夠的離地間隙，而且可得到較大的驅(qū)動(dòng)橋總傳動(dòng)比。另外，
半軸、差速器及主減速器從動(dòng)齒輪等零件由于所受載荷大為減小，使它們的尺寸可以減小。但是由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪旁均設(shè)一輪邊減速器，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高，布置輪轂、軸承、車輪和制動(dòng)器較困難。
圖5—12? 輪邊減速器
a)圓柱行星齒輪式? b)圓錐行星齒輪式? c)普通外嚙合圓柱齒輪式
1一輪輞? 2一環(huán)齒輪架? 3一環(huán)齒輪? 4一行星齒輪? 5一行星齒輪架? 6一行星齒輪軸? 7一太陽(yáng)輪
8一鎖緊螺母? 9、10一螺栓? 11一輪轂? 12一接合輪? 13一操縱機(jī)構(gòu)? 14一外圓錐齒輪? 15一側(cè)蓋
圓柱行星齒輪式輪邊減速器(圖5—12a)可以在較小的輪廓尺寸條件下獲得較大的傳動(dòng)比，且可以布置在輪轂之內(nèi)。作驅(qū)動(dòng)齒輪的太陽(yáng)輪連接半軸，內(nèi)齒圈由花鍵連接在半軸套管上，行星齒輪架驅(qū)動(dòng)輪轂。行星齒輪一般為3～5個(gè)均勻布置，使處于行星齒輪中間的太陽(yáng)輪得到自動(dòng)定心。圓錐行星齒輪式輪邊減速器(圖5—12b)裝于輪轂的外側(cè)，具有兩個(gè)輪邊減速比。當(dāng)換擋用接合輪12位于圖示位置時(shí)，輪邊減速器位于低擋；當(dāng)接合輪被專門的操縱機(jī)構(gòu)13移向外側(cè)并與側(cè)蓋15的花鍵孔內(nèi)齒相接合，使半軸直接驅(qū)動(dòng)輪邊減速器殼及輪轂時(shí)，輪邊減速器位于高擋。
普通外嚙合圓柱齒輪式輪邊減速器，根據(jù)主、從動(dòng)齒輪相對(duì)位置的不同，可分為主動(dòng)齒輪上置和下置兩種形式。主動(dòng)齒輪上置式輪邊減速器主要用于高通過(guò)性的越野汽車上，可提高橋殼的離地間隙；主動(dòng)齒輪下置式輪邊減速器(圖5—12c)主要用于城市公共汽車和大客車上，可降低車身地板高度和汽車質(zhì)心高度，提高了行駛穩(wěn)定性，方便了乘客上、下車。
二．主減速器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案
主減速器中必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能使它們很好的工作。齒輪的正確嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、主減速器殼體的剛度有關(guān)以外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。
1．主動(dòng)錐齒輪的支承
主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。
懸臂式支承結(jié)構(gòu)(圖5—13a)的特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長(zhǎng)的軸頸，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長(zhǎng)度a和增加兩支承間的距離凸b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子的大端朝外，使作用在齒輪上離開錐頂?shù)妮S向力由靠近齒輪的軸承承受，而反向軸向力則由另一軸承承受。為了盡可能地增加支承剛度，支承距離b應(yīng)大于2．5倍的懸臂長(zhǎng)度a，且應(yīng)比齒輪節(jié)圓直徑的70％還大，另外靠近齒輪的軸徑應(yīng)不小于尺寸a。為了方便拆裝，應(yīng)使靠近齒輪的軸承
的軸徑比另一軸承的支承軸徑大些?？拷X輪的支承軸承有時(shí)也采用圓柱滾子軸承，這時(shí)另一軸承必須采用能承受雙向軸向力的雙列圓錐滾子軸承。支承剛度除了與軸承形式、軸徑大小、支承間距離和懸臂長(zhǎng)度有關(guān)以外，還與軸承與軸及軸承與座孔之間的配合緊度有關(guān)。
跨置式支承結(jié)構(gòu)(圖5—13b)的特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車布置。但是跨置式支承必須在主減速器殼體上有支承導(dǎo)向軸承所需要的軸承座，從而使主減速器殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本提高。另外，因主、從動(dòng)齒輪之間的空間很小，致使主動(dòng)齒輪的導(dǎo)向軸承尺寸受到限制，有時(shí)甚至布置不下或使齒輪拆裝困難?？缰檬街С兄械膶?dǎo)向軸承都為圓柱滾子軸承，并且內(nèi)外圈可以分離或根本不帶內(nèi)圈。它僅承受徑向力，尺寸根據(jù)布置位置而定，是易損壞的一個(gè)軸承。
在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用跨置式支承。
2從動(dòng)錐齒輪的支承
? 從動(dòng)錐齒輪的支承(圖5—13c)，其支承剛度與軸承的形式、支承間的距離及軸承之間的分布比例有關(guān)。從動(dòng)錐齒輪多用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c十d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70％。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。
在具有大的主傳動(dòng)比和徑向尺寸較大的從動(dòng)錐齒輪的主減速器中，為了限制從動(dòng)錐齒輪因受軸向力作用而產(chǎn)生偏移，在從動(dòng)錐齒輪的外緣背面加設(shè)輔助支承(圖5—14)。輔助支承與從動(dòng)錐齒輪背面之間的間隙，應(yīng)保證偏移量達(dá)到允許極限時(shí)能制止從動(dòng)錐齒輪繼續(xù)變形。主、從動(dòng)齒輪受載變形或移動(dòng)的許用偏移量如圖5—15所示。
三．主減速器錐齒輪主要參數(shù)選擇
主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2、從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)m 、主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b2、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點(diǎn)螺旋角β、法向壓力角α等。
1．主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)z1和z2
選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
1)為了磨合均勻,z1、z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
2)為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。
3)為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度，對(duì)于貨車，z1一般不少于6。
4)當(dāng)主傳動(dòng)比io較大時(shí)，盡量使z1取得小些，以便得到滿意的離地間隙。
5)對(duì)于不同的主傳動(dòng)比， z1和z2應(yīng)有適宜的搭配。
2 .從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)m
對(duì)于單級(jí)主減速器，D2對(duì)驅(qū)動(dòng)橋殼尺寸有影響，D2大將影響橋殼的離地間隙；D2小則影響跨置式主動(dòng)齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。
D2可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選
式中，D2為從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑（mm）；KD2為直徑系數(shù)，一般為13.0～15.3；Tc為從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N m）。Tc=min[Tce, Tcs](見本節(jié)計(jì)算載荷確定部分)
m 由下式計(jì)算
式中，m 為齒輪端面模數(shù)。
同時(shí)，m 還應(yīng)滿足
式中，Km為模數(shù)系數(shù)，取0.3～0.4。
3 主、從動(dòng)錐齒輪齒面寬b1和b2
錐齒輪齒面過(guò)寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面寬過(guò)窄及刀尖圓角過(guò)小。這樣，不但減小了齒根圓半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，在安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端，會(huì)引起輪齒小端過(guò)早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過(guò)寬也會(huì)引起裝配空間的減小。但是齒面過(guò)窄，輪齒表面的耐磨性會(huì)降低。
從動(dòng)錐齒輪齒面寬b2推薦不大于其節(jié)錐距A2的0.3倍，即b2<=0.3A2，而且b2應(yīng)滿足b2<=10 m ，一般也推薦b2=o.155D2。對(duì)于螺旋錐齒輪，b1一般比b2大10%。
5 中點(diǎn)螺旋角β
螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小。
弧齒錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是不相等的，而且β1>β2,β1與β2之差稱為偏移角 (圖5—4)。
選擇β時(shí)，應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度εF、輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響。β越大，則εF也越大，同時(shí)嚙合的齒數(shù)越多，傳動(dòng)就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強(qiáng)度越高。一般εF應(yīng)不小于1.25，在1.5～2.0時(shí)效果最好。但是β過(guò)大，齒輪上所受的軸向力也會(huì)過(guò)大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°～40°。轎車選用較大的β值以保證較大的εf，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；貨車選用較小聲值以防止軸向力過(guò)大，通常取35°。? ?
6螺旋方向
從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動(dòng)齒輪有分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞。
7法向壓力角。
法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對(duì)于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對(duì)于輕負(fù)荷工作的齒輪一般采川小壓力角，? 町使齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪小低。對(duì)于弧齒錐齒輪，轎車:α一般選用14°30′或16°；貨車:α為20°；重型貨車:α為22°30′。對(duì)于雙曲面齒輪，大齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是相同的，但小齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的，選取平均壓力角時(shí)，轎車為19°或20°，貨車為20°或22°30′。
四 .主減速器錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算
(一) 計(jì)算載荷的確定
汽車主減速器錐齒輪的切齒法有格里森和奧里康兩種方法，這里僅介紹格里森齒制錐齒輪計(jì)算載荷的三種確定方法。
（1）按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
? ? ? ? ? ? ? ?
式中，Tce為計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）；kd為猛接離合器所產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，貨車：kd=1；Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；n為計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)；i1為變速器一檔傳動(dòng)比；η為發(fā)動(dòng)機(jī)到萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間的傳動(dòng)效率。
（2)按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcs
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式2
式中，Tcs為計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）；G2為滿載狀況下一個(gè)驅(qū)動(dòng)橋上的靜載荷（N）；m2′為汽車最大加速度時(shí)的后軸負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，轎車：m2′=1.2～1.4，貨車：m2′D=1.1～1.2；φ為輪胎與路面間的附著系數(shù)；rr為車輪滾動(dòng)半徑（m）；im為主減速器從動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)比；ηm為主減速器主動(dòng)齒輪到車輪之間的傳動(dòng)效率。
（3)按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tcf
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式3
式中，Tcf為計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）；Ft為汽車日常行駛平均牽引力（N）。
用式1和式2求得的計(jì)算轉(zhuǎn)矩是從動(dòng)錐齒輪的最大轉(zhuǎn)矩，不同于用式3求得的日常行駛平均轉(zhuǎn)矩。當(dāng)計(jì)算錐齒輪最大應(yīng)力時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc取前面兩種的較小值，即Tc=min[Tce,Tcs]；當(dāng)計(jì)算錐齒輪的疲勞壽命時(shí)，Tc取Tcf。
主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
式中，Tz為主動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩（N.m）；io為主傳動(dòng)比；ηG為主、從動(dòng)錐齒輪間的傳動(dòng)效率。計(jì)算時(shí)，對(duì)于弧齒錐齒輪福，ηG取95%；對(duì)于雙曲面齒輪副，當(dāng)io>6時(shí)，ηG取85%，當(dāng)io<=6時(shí)，ηG取90%.
(二)? 主減速器錐齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
在選好主減速器錐齒輪主要參數(shù)后，
1)單位齒長(zhǎng)圓周力
主減速器錐齒輪的表面耐磨性長(zhǎng)用輪齒上的單位齒長(zhǎng)圓周力來(lái)估算
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
式中，F(xiàn)為作用在輪齒上的圓周力；b2為從動(dòng)齒輪的齒面寬。
按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)
? ? ? ? ? ? ?
式中，ig為變速器傳動(dòng)比；D1為主動(dòng)錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑（mm）。
按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)
? ? ? ? ? ? ? ?
式中符號(hào)同前。
許用的單位齒長(zhǎng)圓周力[ρ]見表5—1。在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中，由于材質(zhì)及加工工藝等制造質(zhì)量的提高，[ρ]有時(shí)高出表中數(shù)值的20％～25％。
表5--1? 單位齒長(zhǎng)圓周力許用值[p]
參數(shù)
? ?? ? 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算時(shí)的[戶]
? ／(N?mm-1)? ? 按驅(qū)動(dòng)輪打滑轉(zhuǎn)
矩計(jì)算時(shí)的[p]
/(N.mm-1)? ? 輪胎與地面
的附著系數(shù)
? ? 汽車類別? ?
? 一擋? ?
? 二擋? ?
? 直接擋? ?? ? ? ?? ?
? ? 轎車? ?? ? 893? ?? 536? ?? ? 321? ?? ? 893? ?
? ? 貨車? ?? ? 1429? ?? ----? ?? ? 250? ?? ? 1429? ?? ? 0．85
? ? 大客車? ?? ? 982? ?? ----? ?? ? 214? ?? ? ----? ?
? ? 牽引車? ?? ? 536? ?? ----? ?? ? 250? ?? ? ----? ?? ? 0．65
2.輪齒彎曲強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力為
? ? ? ? ? ? ? ? ?
式中，σw為錐齒輪輪齒的齒根彎曲應(yīng)力(MPa)；? T為所計(jì)算齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N?m)，對(duì)于從動(dòng)齒輪，T=min[Tce,Tcs]和Tcf，對(duì)于主動(dòng)齒輪，T還要按式(5—10)換算；ko為過(guò)載系數(shù)，一般取1；ks為尺寸系數(shù)，它反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等因素有關(guān)，? 當(dāng)m .>=1.6mm時(shí)， ，當(dāng)m <1．6mm時(shí)，ks=＝0．5；km為齒面載荷分配系數(shù)，跨置式結(jié)構(gòu)：km＝1．0～1．1，懸臂式結(jié)構(gòu)：km＝1．10～1．25；kv為質(zhì)量系數(shù)，當(dāng)輪齒接觸良好，齒距及徑向跳動(dòng)精度高時(shí)，kr＝1．0；b為所計(jì)算的齒輪齒面寬(mm)；D為所討論齒輪大端分度圓直徑(mm)；Jw為所計(jì)算齒輪的輪齒彎曲應(yīng)力綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]。
上述按min[Tce,Tcs]計(jì)算的最大彎曲應(yīng)力不超過(guò)700MPa；按Tcf計(jì)算的疲勞彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)210MPa，破壞的循環(huán)次數(shù)為6x106。
3.輪齒接觸強(qiáng)度
錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為
? ? ? ? ? ? ?
式中，σJ為錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力(MPa)；D1為主動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑(mm)；b取b1和b2的較小值(mm)；ks為尺寸系數(shù)，它考慮了齒輪尺寸對(duì)淬透性的影響，通常取1．0；kf為齒面品質(zhì)系數(shù)，它取決于齒面的表面粗糙度及表面覆蓋層的性質(zhì)(如鍍銅、磷化處理等)，對(duì)于制造精確的齒輪，ks取1．0；Cp為綜合彈性系數(shù)，鋼對(duì)鋼齒輪，Cp取232．6N1/2mm；JJ為齒面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]；ko、km、kv見式(5—14)的說(shuō)明。
? 上述按min[Tce,Tcs]計(jì)算的最大接觸應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)2800MPa，按Tcf計(jì)算的疲勞接觸應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)1750MPa。主、從動(dòng)齒輪的齒面接觸應(yīng)力是相同的.
五、主減速器錐齒輪軸承的載荷計(jì)算
１．? ? 錐齒輪齒面上的作用力
錐齒輪在工作過(guò)程中，相互嚙合的齒面上作用有一法向力。該法向力可分解為沿齒輪切線方向的圓周力、沿齒輪軸線方向的軸向力及垂直于齒輪軸線的徑向力。
? (1) 齒寬中點(diǎn)處的圓周力? 齒寬中點(diǎn)處的圓周力F為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F=2T/Dm2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-16)
式中，T為作用在從動(dòng)齒輪上的轉(zhuǎn)矩；Dm2為從動(dòng)齒輪齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑，? 由式(5-17)確定，即
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dm2=D2-b2sinγ2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-17)
式中，D2為從動(dòng)齒輪大端分度圓直徑；b2為從動(dòng)齒輪齒面寬；γ2為從動(dòng)齒輪節(jié)錐角。
? ? 由Fi／F2=cosβ1／cosβ2可知，對(duì)于弧齒錐齒輪副，作用在主、從動(dòng)齒輪上的圓周力是相等的；對(duì)于雙曲面齒輪副，它們的圓周力是不等的。
? (2) 錐齒輪的軸向力和徑向力? 圖5-17為主動(dòng)錐齒輪齒面受力圖。其螺旋方向?yàn)樽笮瑥腻F頂看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。FT為作用在節(jié)錐面上的齒面寬中點(diǎn)A處的法向力。在A點(diǎn)處的螺旋方向的法平面內(nèi)，F(xiàn)T分解成兩個(gè)相互垂直的力FN和Ff。FN垂直于OA且位于∠OOA所在的平面，F(xiàn)f位于以O(shè)A為切線的節(jié)錐切平面內(nèi)。Ff在此切平面內(nèi)又可分解成沿切線方向的圓周力F和沿節(jié)錐母線方向的力Fs。F與Ff之間的夾角為螺旋角β，F(xiàn)T與Ff之間的夾角為法向壓力角α。這樣有
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F=FTcosαcosβ? ? ? ? ? (5-18)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? FN=FTsina=Ftana／cosβ? ? (5-19)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Fs=FTcosαsinβ=Ftanβ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-20)
于是作用在主動(dòng)錐齒輪齒面上的軸向力Faz和徑向力Frx分別為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Faz=FNsinγ+Fscosγ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-21)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Frz=FNcosγ-Fssinγ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-22)
? ? 若主動(dòng)錐齒輪的螺旋方向和旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)，主、從動(dòng)齒輪齒面上所受的軸向力和徑向力見表5-2。
? ? 主動(dòng)小齒輪? ? ? ?
螺旋方向? ? 旋轉(zhuǎn)方向? ?? ? ? ? ? 軸向力? ?? ? ? ? ? ? 徑向力
? 右? ?
順時(shí)針? ?? ? ? ? ? 主動(dòng)齒輪
Faz=F/cosβ(tanαsinγ-sinβcosγ)? ?? ? ? ? ? 主動(dòng)齒輪
Frz=F/cosβ(tanαcosγ+sinβsinγ)
? 左? ?
? 逆時(shí)針? ?? ? ? ? ? ? 從動(dòng)齒輪
Fac=F/cosβ(tanαsinγ+sinβcosγ)? ?? ? 從動(dòng)齒輪
Frz=F/cosβ(tanαcosγ-sinβsinγ)
表5-2? 齒面上的軸向力和徑向力
主動(dòng)小齒輪? ? ? ?
螺旋
方向? ? 旋轉(zhuǎn)
方向? ? 軸向力
? ? 徑向力
右? ? 逆時(shí)針? ? 主動(dòng)齒輪
Faz=F/cosβ(tanαsinγ+sinβcosγ)? ? 主動(dòng)齒輪
Frz=F/cosβ(tanαcosγ-sinβsinγ)
左? ? 順時(shí)針? ? 從動(dòng)齒輪
Fac=F/cosβ(tanαsinγ-sinβcosγ)? ? 從動(dòng)齒輪
Frz=F/cosβ(tanαcosγ+sinβsinγ)
注：1．公式中的節(jié)錐角7，在計(jì)算主動(dòng)齒輪受力時(shí)用面錐角代之；計(jì)算從動(dòng)齒輪受力時(shí)用根錐角代之。
? 2．計(jì)算結(jié)果如軸向力為正，表明力的方向離開錐頂，負(fù)值表示指向錐頂；徑向力是正值，表明力使該齒輪離開
? 相嚙合齒輪，負(fù)值表明力使該齒輪靠近相嚙合齒輪。
? 3．當(dāng)計(jì)算雙曲面齒輪受力時(shí)，o為輪齒驅(qū)動(dòng)齒廓的法向壓力角。
?
? ? 2．錐齒輪軸承的載荷
當(dāng)錐齒輪齒面上所受的圓周力、軸向力和徑向力計(jì)算確定后，根據(jù)主減速器齒輪軸承的布置尺寸，即可求出軸承所受的載荷。圖5—18為單級(jí)主減速器的懸臂式支承的尺寸布置圖，各軸承的載荷計(jì)算公式見表5—3。
軸承上的載荷確定后，很容易根據(jù)軸承型號(hào)來(lái)計(jì)算其壽命，或根據(jù)壽命要求來(lái)選擇軸承型號(hào)。
六、錐齒輪的材料
? ? 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動(dòng)系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(diǎn)。它是傳動(dòng)系中的薄弱環(huán)節(jié)。錐齒輪材料應(yīng)滿足如下要求：
? 1)具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。
? 2)輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。
? 3)鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。
? 4)選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。
? 汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，? 主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。
? 滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層(一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.8％～1．2％)，具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性，故這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于較低的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與芯部的含碳量相差過(guò)多，便會(huì)引起表面硬化層剝落。
? 為改善新齒輪的磨合，防止其在運(yùn)行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，作厚度為0．005～0．020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可提高25％的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。滲硫后摩擦因數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。
第四節(jié)? 差速器設(shè)計(jì)
汽車在行駛過(guò)程中，左、右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路程往往是不相等的，如轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)側(cè)車輪行程比外側(cè)車輪短；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。這樣，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(guò)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(guò)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。
差速器用來(lái)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)齒輪式差速器
? 汽車上廣泛采用的差速器為對(duì)稱錐齒輪式差速器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。他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(jiǎn)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5—19為其示意圖，圖中ω0為差速器殼的角速度；ω1、ω2分別為左、右兩半軸的角速度；To為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；Tr為差速器的內(nèi)摩擦力矩；T1、T2分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得
? + ＝2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5—23)
顯然，當(dāng)一側(cè)半軸不轉(zhuǎn)時(shí)，另一側(cè)半軸將以兩倍的差速器殼體角速度旋轉(zhuǎn)；當(dāng)差速器殼體不轉(zhuǎn)時(shí)，左右半軸將等速反向旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)力矩平衡可得
? ? ? ? ? ? (5 - 24)
差速器性能常以鎖緊系數(shù)k是來(lái)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
結(jié)合式(5—24)可得
? ? ? ? ? ? ? ? (5 - 26)? ? ? ?
定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比kb=T2/T1,則kb與k之間有
? ? ? ? ? ? ? ? ? (5 - 27)
普通錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)是一般為0．05～0．15，兩半軸轉(zhuǎn)矩比kb=1．11～1．35，這說(shuō)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，這樣的分配比例對(duì)于在良好路面上行駛的汽車來(lái)說(shuō)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(wú)法發(fā)揮潛在牽引力，以致汽車停駛。
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5—20)。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(guò)斜面對(duì)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(duì)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)矩丁。成正比，可表示為示為
? (5 - 28)
式中， 為摩擦片平均摩擦半徑； 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)0．6， 可達(dá)4。這種差速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)，可明顯提高汽車通過(guò)性。
3．強(qiáng)制鎖止式差速器?
當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪處于附著系數(shù)較小的路面時(shí)，可通過(guò)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)繉?duì)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)甲 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 為
? ? ? ? (5 - 29)
式中， 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 為
? ? ? ? ? ? ? ? (5 - 30)
可見，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 倍，從而提高了汽車通過(guò)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(guò)車輪與地面間的附著力，汽車也無(wú)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(jiǎn)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5—21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)?；瑝K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、右半軸用花鍵連接。當(dāng)差速器傳遞動(dòng)力時(shí)，主動(dòng)套帶動(dòng)滑塊并通過(guò)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(jiǎn)單起見，可用圓弧曲線代替。
圖5—22為滑塊受力圖?；瑝K與內(nèi)凸輪、外凸輪和主動(dòng)套之間的作用力分別為Fl、F2和F，由于接觸面間的摩擦，這些力與接觸點(diǎn)法線方向均偏斜一摩擦角戶。由F1、F2和F構(gòu)成的力三角形可知
式中，β1β2分別為內(nèi)、外凸輪形線的升角。
? 左、右半軸受的轉(zhuǎn)矩Tl和T2分別為
中，r1、r2分別為滑塊與內(nèi)、外凸輪接觸點(diǎn)的半徑。
? 將式(5—31)代人式(5—32)可得
因此，凸塊式差速器左、右半軸的轉(zhuǎn)矩比kb為
? ? ? ? (5 - 34)
? ? 滑塊凸輪式差速器址一種高摩擦自鎖差速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小。但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，禮零件材料、機(jī)械加工、熱處耶、化學(xué)處理等方面均有較高的技術(shù)要求。
(三)蝸輪式差速器
蝸輪式差速器(圖5—23)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
式中，β為蝸桿螺旋角；ρ為摩擦角。
? 蝸輪式差速器的半軸轉(zhuǎn)矩比kb可高達(dá)5．67～9．00，鎖緊系數(shù)是達(dá)0．7～0．8。但在如此高的內(nèi)摩擦情況下，差速器磨損快、壽命短。當(dāng)把kb降到2．65～3．00，k降到0．45～0．50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。
(四)牙嵌式自由輪差速器
牙嵌式自由輪差速器(圖5—24)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(lái)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(shì)，使外側(cè)從動(dòng)環(huán)與主動(dòng)環(huán)脫開，即中斷對(duì)外輪的轉(zhuǎn)矩傳遞；內(nèi)側(cè)車輪有慢轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，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Ab是可變的，最大可為無(wú)窮大。該差速器工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，鎖緊性能穩(wěn)定，制造加工也不復(fù)雜。
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(lái)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(lái)確定
? 式中，Kb為行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb =2．5～3．0，對(duì)于有四個(gè)行星齒輪的轎車和公路用貨車取小值，對(duì)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(N?m)，Td=min[Tce,Tcs]: Rb 為球面半徑(mm)。
行星齒輪節(jié)錐距A0為
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14～25選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)比Z2／Z1在1．5～2．0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γ1、γ2及模數(shù)m
? 行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ2分別為
錐齒輪大端端面模數(shù)m為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5 - 39)
5．壓力角
汽車差速齒輪大都采用壓力角為 、齒高系數(shù)為0.8的齒形。某些重型貨車和礦用車采用 壓力角，以提高齒輪強(qiáng)度。
6．行星齒輪軸直徑d及支承長(zhǎng)度L
行星齒輪軸直徑d(mm)為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-40)
? 式中， 為差速器傳遞的轉(zhuǎn)矩(N?m)，n為行星齒輪數(shù)； 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； 為支承面許用擠壓應(yīng)力，取98MPa。行星齒輪在軸上的支承長(zhǎng)度L為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-40)
(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(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)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 (MPa)為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (5-40)
式中，n為行星齒輪數(shù)；J為綜合系數(shù)，取法見參考文獻(xiàn)[10]； 、 分別為半軸齒輪齒寬及其大端分度圓直徑(mm)；? T為半軸齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩(N?m)， ； 、 、 按主減速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算的有關(guān)數(shù)值選取。
? 當(dāng) 時(shí)， ；當(dāng) 時(shí)， 。
? 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已被廣泛應(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．粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)和工作原理
? 粘性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5—25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)充人作為粘性工作介質(zhì)的硅油4，用油封密封。
? 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(lái)傳遞動(dòng)力，即通過(guò)內(nèi)、外葉片間硅油的油膜剪切力來(lái)傳遞動(dòng)力。一般在密封的殼體內(nèi)填充了占其空間80％～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)。當(dāng)A軸與月軸之間有轉(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5—26為粘性聯(lián)軸器作為軸間差速器限動(dòng)裝置的簡(jiǎn)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(guò)空心軸2與右側(cè)的前橋差速器6殼體相連，右齒輪通過(guò)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。
?
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)秈臘取代了軸間差速器。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，前、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，前輪將出現(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。
第五節(jié)? ? 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(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對(duì)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(duì)于斷開式