【正文】 仍在向智能化，集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。然而，我國(guó)汽車零部件企業(yè)的CAD應(yīng)用大部分只是停留在計(jì)算機(jī)繪圖階段，產(chǎn)品設(shè)計(jì)還局限于幾何尺寸設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)軟件及在三維建模的基礎(chǔ)上對(duì)汽車車橋的有限元分析、動(dòng)態(tài)仿真還極為落后。從某些方面來(lái)說(shuō)這成了制約企業(yè)快速發(fā)展的主要因素。因此，CAD／CAM／CAE／PDM的應(yīng)用就顯得尤為重要。 我國(guó)汽車零部件的發(fā)展趨勢(shì)隨著電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使汽車零部件設(shè)計(jì)技術(shù)飛躍發(fā)展，設(shè)計(jì)過(guò)程將完全改觀。汽車零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)及陛能參數(shù)等的優(yōu)化選擇與匹配，強(qiáng)度核算與壽命預(yù)測(cè)，產(chǎn)品有關(guān)方而的模擬計(jì)算或仿真分析、設(shè)計(jì)方案的選擇及定型，設(shè)計(jì)圖紙的繪制均可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。采用電子計(jì)算機(jī)作分析計(jì)算手段，由于其計(jì)算速度很快且數(shù)據(jù)容量很大，就可采用較為準(zhǔn)確的多自由度的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬汽車零部件在各種工況下的運(yùn)動(dòng)，采用現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，可取得較準(zhǔn)確的結(jié)果，這就為設(shè)計(jì)人員分析各種方案和進(jìn)行創(chuàng)造性的工作提供了很大的方便。今后CAD將與CAM、CAT(Computer Aided Test，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試)結(jié)合成CADMAT系統(tǒng)，更將顯示出其巨大的作用。我國(guó)在驅(qū)動(dòng)橋的開(kāi)發(fā)水平上與國(guó)外同類企業(yè)相比還比較落后，不適應(yīng)新的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)只局限于二維制圖，對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不能進(jìn)行建模和CAE分析，致使產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)大，成本高，效率低。 本文研究主要內(nèi)容(1)分析驅(qū)動(dòng)橋國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，分析驅(qū)動(dòng)橋的基本原理及運(yùn)行機(jī)理提煉出驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)；(2)根據(jù)經(jīng)濟(jì)、適用、舒適、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則和分析比較，確定輕型車驅(qū)動(dòng)橋的差速器及半軸的結(jié)構(gòu)型式，并且對(duì)其差速器的主、從齒進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核以滿足強(qiáng)度和降噪要求。(3)運(yùn)用CATIA軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的差速器及半軸進(jìn)行建模分析，并驗(yàn)證差速器設(shè)計(jì)的合理性。2 汽車驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)與差速器分類 汽車驅(qū)動(dòng)橋的總體結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)介汽車的驅(qū)動(dòng)后橋位于傳動(dòng)系的末端[1]，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩，再將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、右驅(qū)動(dòng)車輪具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)后橋還要承受作用于路面和車架或承載車身之間的鉛垂力、縱向力、橫向力及其力矩。一般的驅(qū)動(dòng)后橋由主減速器總成，差速器總成，橋殼總成及半軸總成等零部件組成，如圖21所示。圖21 汽車后橋示意圖1主減速前軸承；2主動(dòng)齒輪；3主減速器后軸承；4一差速器；5行星、半軸齒輪副6半軸；7制動(dòng)器及制動(dòng)鼓；8半軸軸承；9橋殼；10一差速器軸承：11一從動(dòng)齒輪12一主減速器殼：13一凸緣驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸架結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)。當(dāng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，采用的非斷開(kāi)式(整體式)驅(qū)動(dòng)橋。普通的非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)后橋的橋殼相當(dāng)于一根聯(lián)接左、右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性空心梁，而主減速器，差速器及半軸都裝在其中。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)后橋的橋殼多采用整體式(如沖焊結(jié)構(gòu)，鑄造結(jié)構(gòu))，也可以采用可分式的，但由于后者在維修，調(diào)整主減速器時(shí)拆裝的不便，故已很少采用。有些汽車為了提高其行駛平順性，舒適性而采用獨(dú)立懸架時(shí)，則采用斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。這種驅(qū)動(dòng)橋無(wú)剛性整體橋殼，如德國(guó)梅賽德斯—奔馳200型轎車，左、右兩段橋殼僅由一銷軸相聯(lián)，且僅有一側(cè)的半軸為分段式的，可相對(duì)的主減速器做上、下擺動(dòng)和雙鉸節(jié)式，如德國(guó)Audi 80 Quattro的后驅(qū)動(dòng)橋左、右兩半軸均可相對(duì)主減速器做上、下擺動(dòng)。汽車傳動(dòng)系的總?cè)蝿?wù)是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，并使之適應(yīng)于汽車行駛的需要。在一般汽車的機(jī)械式傳動(dòng)中，有了變速器還不能完全解決發(fā)動(dòng)機(jī)特性與汽車行駛需求間的矛盾和結(jié)構(gòu)布置上的問(wèn)題。首先是因?yàn)榻^大多數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車上是縱向安置的，為使其轉(zhuǎn)矩能傳動(dòng)給左、右驅(qū)動(dòng)輪，必須由驅(qū)動(dòng)橋的主減速器改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向，同時(shí)還得由驅(qū)動(dòng)橋的差速器來(lái)解決左、右驅(qū)動(dòng)車輪的差速要求及轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題。其次是因?yàn)樽兯倨鞯闹饕蝿?wù)僅在于通過(guò)選擇適應(yīng)的排擋數(shù)目及各擋傳動(dòng)比，以使內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩一轉(zhuǎn)速特性能適應(yīng)汽車在各種行駛阻力下對(duì)動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性要求，而驅(qū)動(dòng)橋主減速器(有時(shí)還有輪邊減速器)的功用則在于當(dāng)變速器處于最高擋位(通常為直接擋，有時(shí)還有超速擋)時(shí)，使汽車有足夠的牽引力，適當(dāng)?shù)淖罡哕囁俸土己玫娜剂辖?jīng)濟(jì)性，為此，需將經(jīng)過(guò)變速器、傳動(dòng)軸傳來(lái)的動(dòng)力，通過(guò)驅(qū)動(dòng)橋的主減速器作進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩，降低轉(zhuǎn)速的變化。困此，為了使汽車傳動(dòng)系設(shè)計(jì)得合理，首先必須選擇好傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，并恰當(dāng)?shù)貙⑵浞峙浣o變速成器和驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)變速器處于直接擋位時(shí)，汽車的動(dòng)力性及燃料經(jīng)濟(jì)性主要取決于主減速器比。在汽車的總布置設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)汽車的工作條件及發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、輪胎等的有關(guān)參數(shù)，選擇合適的主減速比來(lái)保證汽車具有良好的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法使傳動(dòng)系各傳動(dòng)比與發(fā)動(dòng)性能參數(shù)作最佳匹配，可得到最佳效果。汽車在行駛過(guò)程中所遇到的道路情況是千變?nèi)f化的，此外，汽車本身在空、滿載之間軸負(fù)荷變化非常大，為了擴(kuò)大汽車對(duì)這些不同使用條件的適用范圍，除了常見(jiàn)的具有唯一固定主減速比的單速主減速器外，在某些重型汽車上有時(shí)將主減速做成雙速的。雙速主減速器具有兩個(gè)固定的主減比，并可根據(jù)汽車行駛條件來(lái)選擇檔位。最簡(jiǎn)單常見(jiàn)的是由一對(duì)螺旋錐齒輪或雙曲齒輪組成的單級(jí)減速器。在大型汽車上，為了得到大的主減速器比同時(shí)又不減小離地間隙，常采用另加一對(duì)斜齒(或人字形齒)圓柱齒輪或行星輪系的雙級(jí)主減速器的方法。有的重型汽車為了進(jìn)一步增大驅(qū)動(dòng)橋的減速比還增設(shè)了輪邊減速器。微型汽車驅(qū)動(dòng)橋采用的是雙曲面齒輪。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或在不平路面上行駛時(shí)，左、右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的行程是不相等的，因此其轉(zhuǎn)速也應(yīng)不同[2]。另外，即使汽車在平坦路面上直線行駛左、右輪行程相同，但有時(shí)也會(huì)由于輪胎外徑的制造誤差，輪胎磨損程度，輪胎氣壓或輪胎負(fù)荷的不同，而引起它們的滾動(dòng)半徑不相等，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速也不相同。因此，要求驅(qū)動(dòng)橋在傳遞轉(zhuǎn)矩給左、右驅(qū)動(dòng)車輪的同時(shí)，能使它們以適應(yīng)上述運(yùn)動(dòng)系要求的不同角速度旋轉(zhuǎn)。這一要求是由差速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)單的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作平穩(wěn)可靠，在各種汽車上都得到了廣泛的應(yīng)用，微型車驅(qū)動(dòng)橋就是采用的該種差速器。如果不計(jì)其不大的內(nèi)摩擦，則這種差速器是將轉(zhuǎn)矩平均地分配到左、右半軸上，因此，裝用這種簡(jiǎn)單的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的汽車，當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)車輪與道路的附著系數(shù)不同是一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而失去牽引力時(shí)，另一個(gè)附著驅(qū)動(dòng)車輪也得喪失牽引功能?，F(xiàn)在有些汽車生產(chǎn)廠家為了提高汽車的通過(guò)性，增加其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力，采用差速鎖將左、右半軸鎖在一起，或采用具有高摩擦副的凸輪式，蝸輪式和帶有摩擦片的齒輪式以及自動(dòng)輪式等自鎖式差速器，以便使驅(qū)動(dòng)橋的轉(zhuǎn)矩盡可能多地傳給不滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)車輪，以充分利用這一驅(qū)動(dòng)車輪的附著力來(lái)產(chǎn)生足夠的牽引力，使汽車能夠繼續(xù)行駛。在普通的驅(qū)動(dòng)橋上，如果驅(qū)動(dòng)車輪不是轉(zhuǎn)向輪，則車輪直接由聯(lián)接差速器和輪轂的半軸來(lái)驅(qū)動(dòng)。這時(shí)，半軸由于其外端支承的不同而承受不同的載荷。根據(jù)所承受載荷的不同半軸分為全浮式、半浮式和3／4浮式三種。全浮式半軸的外端和用兩個(gè)軸承支承于橋殼上的輪轂相聯(lián)。由于引起彎矩的所有載荷都經(jīng)過(guò)這些軸承傳遞，因此半軸只承受轉(zhuǎn)矩，但實(shí)際上由于加工精度及裝配精度的影響及橋殼、軸承等的支承剛度不足等原因，使全浮式半軸在使用條件下仍可能承受不大的、可忽略不計(jì)的彎矩。具有全浮式半軸的外端支承在位于橋殼內(nèi)的軸承上。因此，它不僅承受轉(zhuǎn)矩，而且承受作用車輪與路面間的鉛垂力、縱向力、橫向力所引起的彎矩。3／4浮式半軸的支承關(guān)系與全浮式是一樣的，只是輪轂用～個(gè)軸承支承在橋殼上，這時(shí)由于輪轂的支承剛度較差，因此半軸不僅承受轉(zhuǎn)矩，而且承受部份彎矩。微型車后橋采用半浮式半軸。驅(qū)動(dòng)橋不僅是汽車的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，而且也是汽車的行使機(jī)構(gòu)，還起著支承汽車荷重的作用。 汽車驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)橋是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中主要總成之一。驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到汽車使用性能的好環(huán)。因此，設(shè)計(jì)中要保證：所選擇的主減速比應(yīng)保證汽車在給定使用條件下有最佳的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性：(1)當(dāng)左、右兩車輪的附著系數(shù)不同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋必須能合理的解決左右車輪的轉(zhuǎn)矩分配問(wèn)題，以充分利用汽車的牽引力；(2)具有必要的離地間隙以滿足通過(guò)性的要求：(3)驅(qū)動(dòng)橋的各零部件在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度的條件下，應(yīng)力求做到質(zhì)量輕，特別是應(yīng)盡可能做到非簧載質(zhì)量，以改善汽車的行駛平順性；(4)能承受和傳遞作用于車輪上的各種力和轉(zhuǎn)矩：(5) 齒輪及其它傳動(dòng)部件應(yīng)工作平穩(wěn)，噪聲??；(6)對(duì)傳動(dòng)件應(yīng)進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，傳動(dòng)效率要高；(7)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝調(diào)整方便：(8)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量滿足“三化”。即產(chǎn)品系列化、零部件通用化、零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的要求。 差速器的組成與工作原理普通差速器由行星齒輪、行星輪架（差速器殼）、半軸齒輪等零件組成[3]。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸進(jìn)入差速器，直接驅(qū)動(dòng)行星輪架，再由行星輪帶動(dòng)左、右兩條半軸，分別驅(qū)動(dòng)左、右車輪。差速器的設(shè)計(jì)要求滿足：（左半軸轉(zhuǎn)速）+（右半軸轉(zhuǎn)速）=2（行星輪架轉(zhuǎn)速）。當(dāng)汽車直行時(shí)，左、右車輪與行星輪架三者的轉(zhuǎn)速相等處于平衡狀態(tài)，而在汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)三者平衡狀態(tài)被破壞，導(dǎo)致內(nèi)側(cè)輪轉(zhuǎn)速減小，外側(cè)輪轉(zhuǎn)速增加。 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)的路程往往不等。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于外側(cè)輪有滑拖的現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)輪有滑轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的附加力，由于“最小能耗原理”，必然導(dǎo)致兩邊車輪的轉(zhuǎn)速不同，從而破壞了三者的平衡關(guān)系，并通過(guò)半軸反映到半軸齒輪上，迫使行星齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，使外側(cè)半軸轉(zhuǎn)速加快，內(nèi)側(cè)半軸轉(zhuǎn)速減慢，從而實(shí)現(xiàn)兩邊車輪轉(zhuǎn)速的差異，提高車子的通過(guò)性。驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪若用一根整軸剛性連接，則兩輪只能以相同的角度旋轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)，由于外側(cè)車輪要比內(nèi)側(cè)車輪移過(guò)的距離大，將使外側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑拖，而內(nèi)側(cè)車輪在滾動(dòng)的同時(shí)產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)。即使是汽車直線行駛，也會(huì)因路面不平或雖然路面平直但輪胎滾動(dòng)半徑不等（輪胎制造誤差、磨損不同、受載不均或氣壓不等）而引起車輪的滑動(dòng)。車輪滑動(dòng)時(shí)不僅加劇輪胎磨損、增加功率和燃料消耗，還會(huì)使汽車轉(zhuǎn)向困難、制動(dòng)性能變差。為使車輪盡可能不發(fā)生滑動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上必須保證各車輪能以不同的角度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器的這種調(diào)整是自動(dòng)的，這里涉及到“最小能耗原理”，也就是地球上所有物體都傾向于耗能最小的狀態(tài)。例如把一粒豆子放進(jìn)一個(gè)碗內(nèi)，豆子會(huì)自動(dòng)停留在碗底而絕不會(huì)停留在碗壁，因?yàn)橥氲资悄芰孔畹偷奈恢茫ㄎ荒埽?，它自?dòng)選擇靜止（動(dòng)能最?。┒粫?huì)不斷運(yùn)動(dòng)。同樣的道理，車輪在轉(zhuǎn)彎時(shí)也會(huì)自動(dòng)趨向能耗最低的狀態(tài)，自動(dòng)地按照轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速。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的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，差速器構(gòu)造有多種形式。 差速器的分類差速器結(jié)構(gòu)形式有多種，它分為對(duì)稱錐齒輪式差速器，滑塊凸輪式差速器，渦輪式差速器，對(duì)稱錐齒輪式差速器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。普通齒輪式差速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪式，齒輪差速器要圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種，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。強(qiáng)制鎖止式差速器就是在對(duì)稱式錐齒輪差速器上設(shè)置差速鎖。當(dāng)一側(cè)驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)時(shí)，可利用差速鎖使差速器不起差速作用。差速鎖在軍用汽車上應(yīng)用較廣。普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器由差速器左、右殼，2個(gè)半軸齒輪，4個(gè)行星 齒輪(少數(shù)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用2個(gè)行星齒輪)，行星齒輪 軸(不少裝4個(gè)行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu))，半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用在公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，最廣泛地用在轎車、客車和各種公路用載貨汽車上。 對(duì)稱錐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22為其示意圖，圖中為差速器殼的角速度；、分別為左、右兩半軸的角速度；為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩；為差速器的內(nèi)摩擦力矩；、分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。圖22 差速器工作示意圖根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得 (21)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 (22)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 (23)結(jié)合式(2—2)可得 (24)定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比kb=T2/T1,則kb與k之間有 。 (25)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