【文章內(nèi)容簡介】 子控制系統(tǒng)和總線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的迅速發(fā)展，如線控?fù)Q擋、線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)等的研究開發(fā)。概念車底盤 — 滑板結(jié)構(gòu)就是總線控制、燃料電池驅(qū)動(dòng)的，加上不同形狀車身的轎車，現(xiàn)在已經(jīng)開始啟動(dòng)，通用公司宣傳，這種車有可能在未來 10 年上市。當(dāng)線控這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，汽車將是一種完全的高新技術(shù)產(chǎn)品，發(fā) 動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向機(jī)全都不見了，當(dāng)然四個(gè)輪子還是要的。到那時(shí)，汽車就可以說是一臺(tái)裝在輪子上的計(jì)算機(jī)了。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu) 和 種類 汽車車橋的種類 車橋通過懸架與車架（或承載式車身）相連，它的兩端安裝車輪，其功用是傳遞車架（或承載式車身）于車輪之間各方向的作用力及其力矩。 根據(jù)懸架結(jié)構(gòu)的不同，車橋分為整體式和斷開式兩種。當(dāng)采用非獨(dú)立懸架時(shí)，車橋中部是剛性的實(shí)心或空心梁，這種車橋即為整體式車橋；斷開式車橋?yàn)榛顒?dòng)關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，與獨(dú)立懸架配用。 根據(jù)車橋上車輪的作用，車橋又可分為轉(zhuǎn)向橋、 驅(qū)動(dòng)橋、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋四種類型。 驅(qū)動(dòng)橋的種類 驅(qū)動(dòng)橋作為汽車的重要的組成部分處于傳動(dòng)系的末端，其基本功用是增大由傳動(dòng)軸或直接由變速器傳來的轉(zhuǎn)矩，將轉(zhuǎn)矩分配給左、右驅(qū)動(dòng)車輪，并使左、石驅(qū)動(dòng)車輪 5 具有汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)所要求的差速功能；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋還要承受作用于路面和車架或車廂之間的鉛垂力、縱向力和橫向力。 在一般的汽車結(jié)構(gòu)中、驅(qū)動(dòng)橋包括主減速器（又稱主傳動(dòng)器）、差速器、驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及橋殼等部件如圖 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖 驅(qū)動(dòng)橋 對(duì)于各種不同類型和用途的汽車，正確地確定上述機(jī)件的結(jié)構(gòu)型式并成功地將它們組合成一個(gè)整體 —— 驅(qū)動(dòng)橋，乃是設(shè)計(jì)者必須先解決的問題。 驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式與驅(qū)動(dòng)車輪的懸掛型式密切相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸掛時(shí)，例如在絕大多數(shù)的載貨汽車和部分小轎車上，都是采用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸掛時(shí)，則配以斷開式驅(qū)動(dòng)橋。 本次設(shè)計(jì) 車型主減速比小于 ， 設(shè)計(jì)多采用 單 級(jí)減速器，它 具有結(jié)構(gòu)簡單、體積及質(zhì)量小且制造成本低等優(yōu)點(diǎn) 。 驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)組成 主減速器 主減速器的結(jié)構(gòu)形式，主要是根據(jù)其齒輪類型、主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的安裝 （ 1）主減速器齒輪的類型 在現(xiàn)代汽車驅(qū)動(dòng)橋中，主減速器采用得最廣泛的是螺 6 旋錐齒輪和雙曲面齒輪。 螺旋錐齒輪如圖 （ a）所示主、從動(dòng)齒輪軸線交于一點(diǎn)，交角都采用 90 度。螺旋錐 齒輪的重合度大，嚙合過程是由點(diǎn)到線，因此，螺旋錐齒輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。 雙曲面齒輪如圖 （ b）所示主、從動(dòng)齒輪軸線不相交而呈空間交叉。和螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪的優(yōu)點(diǎn)有： ① 尺寸相同時(shí)，雙曲面齒輪有更大的傳動(dòng)比。 ② 傳動(dòng)比一定時(shí)，如果主動(dòng)齒輪尺寸相同，雙曲面齒輪比螺旋錐齒輪有較大軸徑，較高的輪齒強(qiáng)度以及較大的主動(dòng)齒輪軸和軸承剛度。 圖 螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪 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)齒輪的直徑較小，有較大的離地間隙。 ④ 工作過程中，雙曲面齒輪副既存在沿齒高方向的側(cè)向滑動(dòng)，又有沿齒長方向的縱向滑動(dòng)，這可以改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。 雙曲面齒輪傳動(dòng)有如下缺點(diǎn)： ① 長方向的縱向滑動(dòng)使摩擦損失增加，降低了傳動(dòng)效率。 ② 齒面間有大的壓力和摩擦功，使齒輪抗嚙合能力降低。 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 雙曲面齒輪必須采用可改善油膜強(qiáng)度和防刮傷添加劑的特種潤滑油。 （ 2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇 現(xiàn)在汽車主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式有如下兩種： 7 ① 懸臂式 懸臂式支承 結(jié)構(gòu)如圖 所示，其特點(diǎn)是在錐齒輪大端一側(cè)采用較長的軸徑，其上安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為了減小懸臂長度 a 和增加兩端的距離 b，以改善支承剛度，應(yīng)使兩軸承圓錐滾子向外。懸臂式支承結(jié)構(gòu)簡單，支承剛度較差，多用于傳遞轉(zhuǎn)鉅較小的轎車、輕型貨車的單級(jí)主減速器及許多雙級(jí)主減速器中。 圖 錐齒輪懸臂式支承 ② 騎馬式 騎馬式支承結(jié)構(gòu)如圖 所示，其特點(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，在需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩情況下，最好采用騎馬式支承。 圖 主動(dòng)錐齒輪 騎馬式支承 （ 3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)應(yīng)使它們的圓錐滾子大端相向朝內(nèi)，而小端相向朝外。為了防止從動(dòng)錐齒輪在軸向載荷作用下的偏移，圓錐滾子軸承應(yīng)用兩端的調(diào)整螺母調(diào)整。主減速器從動(dòng)錐齒輪采用無輻式結(jié)構(gòu)并用細(xì)牙螺釘以精度較高的緊配固定在差速器殼的凸緣上 [5]。 （ 4）主減速器的軸承預(yù)緊及齒輪嚙合調(diào)整 支承主減速器的圓錐滾子軸承需預(yù)緊 8 以消除安裝的原始間隙、磨合期間該間隙的增大及增強(qiáng)支承剛度。分析可知，當(dāng)軸向力于彈簧變形呈線性關(guān)系時(shí)，預(yù)緊使軸向位移減 小至原來的 1/2。預(yù)緊力雖然可以增大支承剛度，改善齒輪的嚙合和軸承工作條件，但當(dāng)預(yù)緊力超過某一理想值時(shí)，軸承壽命會(huì)急劇下降。主減速器軸承的預(yù)緊值可取為以發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)換算所得軸向力的30％。 主動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用套筒與墊片，從動(dòng)錐齒輪軸承預(yù)緊度的調(diào)整采用調(diào)整螺母。 （ 5）主減速器的減速形式 主減速器的減速形式分為單級(jí)減速（如圖 ）、雙級(jí)減速、單級(jí)貫通、雙級(jí)貫通、主減速及輪邊減速等。減速形式的選擇與汽車的類型及使用條件有關(guān)，有時(shí)也與制造廠的產(chǎn)品系列及制造條件有關(guān)，但它主要取決于由動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì) 性等整車性能所要求的主減速比 io 的大小及驅(qū)動(dòng)橋下的離地間隙、驅(qū)動(dòng)橋的數(shù)目及布置形式等。通常單 級(jí) 減速器用于主減速比 io≤ 的各種中小型汽車上。 （ a） 單級(jí)主減速器 （ b） 雙級(jí)主減速器 圖 主減速器 差速器 根據(jù)汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求和實(shí)際的車輪、道路以及它們之間的相互聯(lián)系表明： 9 汽車在行駛過程中左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的行程往往是有差別的。例如，拐彎時(shí)外側(cè)車輪行駛總要比內(nèi)側(cè)長。另外，即使 汽車作直線行駛，也會(huì)由于左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右車輪輪胎氣壓、輪胎負(fù)荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動(dòng)半徑不相等而要求 車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅(qū)動(dòng)車輪軸將動(dòng)力傳給左右車輪，則會(huì)由于左右車輪的轉(zhuǎn)速雖然相等而行程卻又不同的這一運(yùn)動(dòng)學(xué)上的矛盾，引起某一驅(qū)動(dòng)車輪產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)或滑移。這不僅會(huì)是輪胎過早磨、無益地消耗功率和燃料及使驅(qū)動(dòng)車輪軸超載等，還會(huì)因?yàn)椴荒馨此蟮乃矔r(shí)中心轉(zhuǎn)向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤 其在轉(zhuǎn)彎時(shí)有大的滑轉(zhuǎn)或滑移，易使汽車在轉(zhuǎn)向時(shí)失去抗側(cè)滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的這些弊病，汽車左右驅(qū)動(dòng)輪間都有差速器，后者保證了汽車驅(qū)動(dòng)橋兩側(cè)車輪在行程不等時(shí)具有以下不同速度旋轉(zhuǎn)的特性，從而滿足了汽車行駛運(yùn)動(dòng)學(xué)的要求。 差速器的結(jié)構(gòu)型式選擇，應(yīng)從所設(shè)計(jì)汽車的類型及其使用條件出發(fā)，以滿足該型汽車在給定的使用條件下的使用性能要求。 差速器的結(jié)構(gòu)型式有多種，大多數(shù)汽車都屬于公路運(yùn)輸車輛，對(duì)于在公路上和市區(qū)行駛的汽車來說，由于路面較好，各驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著系數(shù)變化很小，因此 幾乎都采用了結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車也很可靠的普通對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器，作為安裝在左、右驅(qū)動(dòng)車輪間的所謂輪間差速器使用；對(duì)于經(jīng)常行駛在泥濘、松軟土路或無路地區(qū)的越野汽車來說，為了防止因某一側(cè)驅(qū)動(dòng)車輪滑轉(zhuǎn)而陷車，則可采用防滑差速器。后者又分為強(qiáng)制鎖止式和自然鎖止式兩類。自鎖式差速器又有多種結(jié)構(gòu)式的高摩擦式和自由輪式的以及變傳動(dòng)比式的。 半軸 驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置置位于汽車傳動(dòng)系的末端，其功用是將轉(zhuǎn)矩由差速器半軸齒輪傳給驅(qū)動(dòng)車輪。在斷開式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中 ， 驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置包括半軸和萬向接傳動(dòng)裝置且多采用等速萬向節(jié)。在一般非斷開式驅(qū)動(dòng)橋上，驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置就是半軸，這時(shí)半軸將差速器半鈾齒輪與輪 轂 連接起來。在裝有輪邊減速器的驅(qū)動(dòng)橋上，半軸將半軸齒輪與輪邊減速器的主動(dòng)齒輪連接起來。 10 半浮式半軸具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、尺寸緊湊、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。主要用于質(zhì)量較小，使用條件好，承載負(fù)荷也不大的轎車和輕型載貨汽車。 3/4 浮式半軸，因其側(cè)向力引起彎矩使軸承有歪斜的趨勢，這將急劇降低軸承的壽命，故未得到推廣。 全浮式半軸 工作可靠， 廣泛應(yīng)用于輕型以上的各類汽車 、越野車汽車和客車 上，本設(shè)計(jì)采用此種半軸。 橋殼 驅(qū)動(dòng)橋橋殼是汽車上的主要零件之一，非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼起著支承汽車荷重的作用，并將載荷傳給車輪。作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的牽引力、制動(dòng)力、側(cè)向力和垂向力也是經(jīng)過橋殼傳到懸掛及車架或車廂上。因此橋完既是承載件又是傳力件，同時(shí)它又是主減速器、差速器及驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置（如半軸）的外殼。 在汽車行駛過程中，橋殼承受繁重的載荷，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在動(dòng)載荷下橋殼有足夠的強(qiáng)度和剛度。為了減小汽車的簧下質(zhì)量以利于降低動(dòng)載荷、提高汽車的行駛平順性，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下應(yīng)力求減小橋殼的質(zhì)量。橋殼還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便以利于 降低成本。其結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證主減速器的拆裝、調(diào)整、維修和保養(yǎng)方便。在選擇橋殼的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，還應(yīng)考慮汽車的類型、使用要求、制造條件、材料供應(yīng)等。 結(jié)構(gòu)形式分類：可分式、整體式、組合式。 按制造工藝不同分類： 鑄造式 —— 強(qiáng)度、剛度較大，但質(zhì)量大，加工面多，制造工藝復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用鑄造橋殼。 鋼板焊接沖壓式 —— 質(zhì)量小，材料利用率高，制造成本低，適于大量生產(chǎn)，轎車和中小型貨車，部分重型貨車。 完成 主要內(nèi)容 （ 1） 完成驅(qū)動(dòng)橋 的 主減速器、差速器、半軸、驅(qū)動(dòng)橋橋殼的結(jié)構(gòu)形式選擇 ； （ 2） 完成主減速器的基本參數(shù)選擇 、 設(shè)計(jì)計(jì)算 和校核； （ 3） 完成差速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 和校核； （ 4） 完成半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 和校核； 11 （ 5） 完成驅(qū)動(dòng)橋橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 和校核； （ 6） 用 CAD 軟件 繪制裝配圖及 主要 零件圖 。 12 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定 設(shè)計(jì)主要參數(shù) 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是 獅跑汽車后 橋的設(shè)計(jì)。 技術(shù)參數(shù)： 表 參考數(shù)據(jù) 序號(hào) 項(xiàng) 目 數(shù) 據(jù) 單 位 1 車身長度 4350 mm 2 車身寬度 1800 mm 3 車身高度 1730 mm 4 車 重 1418 kg 5 軸 距 2630 mm 6 前輪距 1540 mm 7 后輪距 1540 mm 8 前胎規(guī)格 215/65 R16 — 9 排 量 L 10 最大功率 /轉(zhuǎn)速 105/6000 kw/ rpm 11 最大轉(zhuǎn)矩 /轉(zhuǎn)速 184/4500 12 最高車速 171 km/h 13 最高檔傳動(dòng)比 — 14 級(jí) 別 SUV — 15 離地間隙 200250 mm 主減速比的計(jì)算 主減速比 對(duì)主減速器的結(jié)構(gòu)形式、輪廓尺寸、質(zhì)量大小以及當(dāng)變速器處于最高檔 13 位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。 0i 的選擇應(yīng)在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比一起由整車動(dòng)力計(jì)算來確定?？衫迷诓煌南碌墓β势胶鈭D來計(jì)算對(duì)汽車動(dòng)力性的影響。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系參數(shù)作最佳匹配的方法來選擇 0i 值，可是汽車獲得最佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性。 為了得到足夠的功率而使最高車速稍有下降，一般選得比最小值大 10%～ 25%，即按下式選擇： 0i =FHghapr iiv nrmax= （ ） 式中： r —— 車輪的滾動(dòng)半徑 215/65 R16 r =[ 2d +（ 1? ） b]=（ m） 輪輞 直徑 d=16 英寸輪輞寬度 b=215 英寸， ? =； pn —— 最大功率時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 6000 rpm； maxav —— 汽車的最高車速 171km/h； ghi —— 變速器最高 擋 傳動(dòng)比 ； FHi —— 分動(dòng)器傳動(dòng)比 。 主減速器結(jié)構(gòu)方案的確定 （ 1）主減速器齒輪的類型 螺旋錐齒 輪能承受大的載荷，而且工作平穩(wěn)，即使在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其噪聲和振動(dòng)也是很小的。本次設(shè)計(jì)采用螺旋錐齒輪。 （ 2）主減速器主動(dòng)錐齒輪的支承形式及安裝方式的選擇 本次設(shè)計(jì)選用： 主動(dòng)錐齒輪：懸臂式支撐（圓錐滾子軸承） 從動(dòng)錐齒輪： 跨置 式支撐（圓錐滾子軸承） （ 3）從動(dòng)錐齒輪的支承方式和安裝方式的選擇 從動(dòng)錐齒輪的兩端支承多采用圓錐滾子軸承，安裝時(shí)