【文章內(nèi)容簡介】 有載荷都經(jīng)過這些軸承傳遞，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)，噪聲小； (6)對(duì)傳動(dòng)件應(yīng)進(jìn)行良好的潤滑，傳動(dòng)效率要高； (7)結(jié)構(gòu)簡單，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 程中左，右 車輪 在同一 時(shí)間內(nèi) 所 滾過 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)6 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詣?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 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 0w 為差速器殼的角速度； 1w 、 2w 分別為左、右兩半軸的角速度； 0T 為差速器殼接受的轉(zhuǎn)矩； rT 為差速器的內(nèi)摩擦力矩； 1T 、 2T 分別為左、右兩半軸對(duì)差速器的反轉(zhuǎn)矩。 7 圖 22 差速器工作示意圖 根據(jù)運(yùn)動(dòng)分析可得 1 2 0w w w?? (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 ? 1 2 02 1 0T T TT T T???? (22) 差速器性能常以鎖緊系數(shù) k 是來表征，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 10/k T T? (23) 結(jié)合式 (2— 2)可得 ? 10200 . 5 ( 1 )0 . 5 ( 1 )T T kT T k???? (24) 定義快慢轉(zhuǎn)半軸的轉(zhuǎn)矩比 kb=T2/T1,則 kb 與 k 之間有 11 kkb k?? ? 。 11kbk kb?? ? (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。 2)摩擦片式差速器 8 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 2—3)。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 0 ta nfrzdTrTfr ?? (26) 式中， fr 為摩擦片平均摩擦半徑； dr 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) ， bk 可取 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)繉?duì)于裝有強(qiáng)制鎖止式差速器的 4? 2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9 牽引力為 22m i n m i n 2 m i nt GGFG? ? ?? ? ? (27) 式中， 2G 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 tF 為 2 2 2m in m in()2 2 2t G G GF ? ? ? ?? ? ? ? (28) 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 min min( ) / 2? ? ?? 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。 滑塊凸輪式差速器 圖 2— 4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。 10 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，對(duì) 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。 蝸輪式差速器 蝸輪式差速器 (圖 2— 5)也是 一種高摩擦自鎖差速器。蝸桿 4 同時(shí)與行星蝸輪 3 與半軸蝸輪 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 11 ta n( )ta n( )bk??????? (29) 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 bk 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 bk 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。 牙嵌式自由輪差速器 牙嵌式自由輪差速器 (圖 26)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 )。 12 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。 3 普通圓錐齒輪式差速器設(shè)計(jì) 汽車在行駛過程中左，右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路程往往不等 ， 例如，轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)、13 外兩側(cè)車輪行程顯然不同，即外側(cè)車輪滾過的距離大于內(nèi)側(cè)的車輪；由于路面波形不同也會(huì)造成兩側(cè)車輪滾過的路程不等；即使在平直路面上行駛，由于輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度不同以及制造誤差等因素的影響，也會(huì)引起左、右車輪因滾動(dòng)半徑的不同而使左、右車輪行程不等。如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車輪剛性連接，則行駛時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)。這 不僅會(huì)加劇輪胎的磨損與功率和燃料的消耗，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)向和操縱性能惡化。為了防止這些現(xiàn)象的發(fā)生，汽車左、右驅(qū)動(dòng)輪間都裝有輪間差速器，從而保證了驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有不同的旋轉(zhuǎn)角速度，滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。 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的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器有多種形式，在此設(shè)計(jì)普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器。 普通 圓錐齒輪 式 差速器的差速原理 [6] 圖 31 差速器差速原理 如圖 31 所示，對(duì)稱式錐齒 輪差速器是一種行星齒輪機(jī)構(gòu)。差速器殼 3 與行星齒輪軸