汽车驱动桥的设计

汽车驱动桥设计1汽车驱动桥的设计摘要：汽车作为一种地面交通运输工具，其行驶系统的主要功用是：（1）支承汽车的总质量；（2）接受由发动机经传动系统传来的转矩，并通过驱动轮与地面之间的附着作用，产生驱动力，以保证整车正常行驶；（3）传递并支承路面作用于车轮上的各种反力及其所形成的力矩；（4）尽可能地缓和不平路面对车身造成的冲击和振动，保证汽车平顺行驶。汽车(轮式汽车)行驶系统一般由车架、车桥、车轮和悬架等部分组成(见下图)。车轮4和5分别支承着车桥3和6，车桥又通过弹性悬架2和7与车架1相连接。而驱动桥处于动力传动系的末端。将万向传动装置输入的动力经降速增扭后，改变传动方向，然后分配给左右驱动轮，且允许左右驱动轮以不同转速旋转。增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理地分配给左、右驱动轮；承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。如图：汽车驱动桥设计2一、绪论1、引言驱动桥处于动力传动系的末端。其功用是将万向传动装置传来的发动机转矩传递给驱动车轮，是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。汽车正常行驶时，发动机的转速通常在200至3000r/min左右，如果将这么高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需要很大，齿轮的半径也相应加大，也就是说变速箱的尺寸会加大。另外，转速下降，扭矩必然增加，也加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。而驱动桥的减速器和差速器正是起到了减速和驱动分流的作用。这样可以使主减速器前面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力。同时有保证了车辆的直线和弯道行走。2、国内的驱动桥发展趋势改革开放以来，中国的汽车工业得到了长足发展，尤其是加入WTO以后，我国的汽车市场对外开发，汽车工业逐渐成为世界汽车整体市场的一个重要组成部分。同样，驱动桥也随着整车的发展不断成长和成熟起来。随着高速公路网状况的改善和国家环保法规的完善，环保、舒适、快捷成为客车和货车市场的主旋律。对整车主要总成之一的驱动桥而言，小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐渐成为客车和货车驱动桥技术的发展趋势。随着我国汽车工业的高速发展,作为汽车主要零部件之一的车桥系统也得到相应的发展。各车桥生产厂家为了能在激烈的车桥产品市场中占有一定的份额,纷纷推出承载能力强、技术含量高、质量好的车桥总成。现状：在产品设计开发上，CAD、CAE、C胡等计算机应用技术，以及AUT优AD、UG16、CATIA、PR于E等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中，有限元分析、数模建立、虚拟试验分析等也被采用;齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化。新一代驱动桥设计开发的突出特点是:不仅在产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则，产品配套实现车型的平台化，造型和结构更加合理，更宜于组织批量生产，更适应现代工业不断发展，更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点，这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求，需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进，以满足快速多变的市场需求。与国外相比，我国的驱动桥开发设计不论在技术上、制造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落后(国外己实现计算机编程化、电算化)。目前比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次，缺乏有国际影响力的产品品牌，行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐，提高管理水平，加快与国际先进水平接轨，开发设计适应中国国情的高档车用驱动桥总成，由仿制到创新，早日缩小并消除与世界先进水平的差距。近几年来，国内汽车生产厂家，如重汽集团、福田汽车、江淮汽车等通过与国外卡车巨头，如沃尔沃、通用、五十铃、汽车驱动桥设计3现代、奔驰、雷诺等进行合资合作，在车桥减速器的开发上取得了显著的进步。目前，上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目，希望早日实与世界先进技术的接轨，争取设计开发的新突破。一汽解放的驱动桥汽车驱动桥设计4发展方向：（1）驱动桥向重载方向发展随着我国基础设施建设投资的不断加大以及水电、矿业、油田、公路、城市交通运输和环保工程建设等项目的增加,加大了重型车的需要,为重型车的发展创造了广阔的市场空间。重型汽车近年来生产总量直线上升,2001年全国重型汽车比上年同期增长91.67%,2002年为60.97%,2003年为3.22%,重型汽车的用车环境及其它各项指标发生了很多的变化,标载吨位不断向大的方向发展,多轴车上升明显。我国《汽车工业“十五”规划》指出,载货车要重点发展适应高速公路需要的(排量9L以上,输出功率220kW以上)重型车,主要为大功率牵引车及其它大型化、长途化、高速化、专用化等重型专用车。各汽车生产厂家为了实现汽车的高吨位,对车辆的行驶系进行了加强,通过采用多轴行驶系或空气悬架结构,满足车辆的轴荷限值和提高行驶平顺性。针对重型车的发展,为了不断满足重型车的需要,车桥也必须向着重载、高速的方向发展。许多车桥专业生产厂也针对重型车发展的趋势,通过加强桥壳、强化传动齿轮等方式,纷纷推出重吨位的前/后桥总成,最大载重量达26吨。（2）驱动桥向多联驱动桥发展为了规范道路车辆的制造,为治理超限超载提供技术上的准则,由国家发改委、交通部、公安部共同提出的强制性标准GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》于2004年4月28日发布,该标准对汽车车桥的载荷进行了明确规定:单轴挂车轴荷的最大限值每侧单胎为6000kg,每侧双胎为10000kg,并装双轴挂车轴荷的最大限值为20000kg,并装三轴挂车轴荷的最大限值为24000kg。这样,为了实现车辆多拉快跑又不违反国家法规,各汽车生产厂家在6X4、8X4等多轴车的基础上推出了10X6以上的多轴重型车。但这些多轴车都是在双联驱动桥的基础上增加浮动桥而成,虽然其称10X6,但实际起驱动作用的只有两个驱动桥,这样,由于驱动桥不能对车轮进行合理的扭矩分配,使得增加浮动桥后的整车行驶系没有很好地发挥车桥驱动的作用。为了能合理地分配扭矩,以满足某些独立悬挂多轴驱动车型的使用,一些车桥生产厂家自主研发了三联驱动桥,三联驱动桥的扭矩分配原理是:每一个驱动桥都可以得到从发动机传出的扭矩的1/3。这样就可以在很大限度上满足多轴车的需要,合理分配从发动机传到车轮上的扭矩,提高这类车型的可靠性和安全性,并为以后的四联、五联驱动桥打下科学基础。（3）增加驱动桥附件的技术含量据分析,不管重型车的技术含量提升得多快,在未来10~15年内大多数重型车的车桥和悬架结构不会有明显的改变,传统的结构和型式仍处于主导地位。那怎样在相同结构的基础上推出各自车桥的亮点呢?这是每一个专业厂必须不断研究的问题。以前,各厂家主要是在载重吨位上进行竞争,但在国家法规的限定下,车桥的载重能力不可能有太多的增加,现在各专业厂采用最多的方法是:不断增加车桥及其附件的技术含量,从桥壳的制造工艺、车桥的减速形式、车轮的制动方式等方面入手,通过吸收国外一些先进的技术,推出具有本企业特色、结构先进、承载能力强的车桥,不断提升产品的制造质量及服务质量。二、驱动桥结构分析汽车驱动桥设计51、驱动桥组成驱动桥壳—是主减速器、差速器等传动装置的安装基础。主减速器—降低转速、增加扭矩、改变扭矩的传递方向。差速器—使两侧车轮不等速旋转，以适应不同路面。半轴—将扭矩从差速器传给车轮。驱动桥的组成2、驱动桥分类：（1）非断开式驱动桥(或称为整体式)，即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁(见下图)，而主减速器、差速器及车轮传动装置(由左右半轴组成)都装在它里面。汽车驱动桥设计6特点及应用：结构简单、制造工艺好、成本低、工作可靠、维修调整容易，但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。广泛应用于各种载货汽车、客车及多数的越野汽车和部分小轿车上。（2）断开式驱动桥无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮装置采用万向节传动。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。特点及应用：结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷小，提高了零部件的使用寿命；驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；合理设计的独立悬架导向机构，可增加汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。3、主减速器结构：（1）功用：将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。（2）分类：按参加减速的齿轮数目：单级主减速器、双级主减速器按主减速器主传动比档数分：单速式、双速式按齿轮副结构形式分:有圆柱齿轮式、圆锥齿轮式和准双曲面齿轮式。汽车驱动桥设计7主减速器单级主减速器汽车驱动桥设计8（3）主动锥齿轮的支承型式跨置式：主动锥齿轮前后方均有轴承支承，支承刚度较大。悬臂式：主动锥齿轮只在前方有支承，后方没有，支承刚度较差。（4）主减速器的调整装置轴承预紧度的调整调整目的：提高支承刚度调整装置：调整垫片、波形套（主动锥齿轮）调整螺母、调整垫片（从动锥齿轮）（5）锥齿轮的齿形分类：螺旋锥齿轮、等高齿锥齿轮、双曲面锥齿轮（6）双曲面锥齿轮特点：主从动锥齿轮轴线不相交，主动锥齿轮轴线低于或高于从动锥齿轮。优点：同时啮合齿数多，传动平稳，强度大。缺点：啮合齿面的相对滑动速度大，齿面压力大，齿面油膜易被破坏。应采用专用含防刮伤添加剂的双曲面齿轮油。（7）轴线偏移的作用在驱动桥离地间隙h不变的情况下，可以降低主动锥齿轮的轴线位置，从而使整车车身及重心降低。汽车驱动桥设计9二级减速器汽车驱动桥设计104、差速器结构（1）作用：在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同角速度转动。使左右车轮可以不同的车速进行纯滚动或直线行驶。（2）分类：按结构特征可分为：齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等。行星锥齿轮差速器滑块凸轮式差速器汽车驱动桥设计11蜗轮式差速器牙嵌式自由轮差速器5、半轴装在驱动桥壳中的实心圆轴。（1）全浮式半轴支承：受扭矩，不受弯矩。（2）半浮式半轴支承：受扭矩，外端受弯矩。5、桥壳（1）功用：用来安装主减速器、差速器、半轴、轮毂等部件的基础体汽车驱动桥设计12（2）类型：整体式桥壳、分段式桥壳三、驱动桥结构设计1、驱动桥设计基本要求（1）所选择的主减速比应能保证汽车具有最佳的动力性和燃料经济性。（2）外形尺寸要小，保证有必要的离地间隙。（3）齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小。（4）在各种转速和载荷下具有高的传动效率。（5）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，尤其是簧下质量应尽量小，以改善汽车平顺性。（6）与悬架导向机构运动协调，对于转向驱动桥，还应与转向机构运动相协调。（7）结构简单，加工工艺好，制造容易，拆装、调整方便。2、驱动桥的结构方案的确定根据汽车类型、载重、运行环境，结合驱动桥结构的优缺点确定所要选择驱动桥的类型：非断开式驱动桥或是断开式驱动桥3、主减速器设计（1）主减速器结构方案分析主减速器的结构形式主要是根据齿轮类型、减速形式的不同而不同。齿轮主要有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮、圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。减速形式可分为单级减速、双级减速、双速减速、单双级贯通、单双级减速配以轮边减速等。1）螺旋锥齿轮传动螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮轴线垂直相交于一点，齿轮并不同时在全长上啮合，而是逐渐从一端连接平稳地转向另一端。另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合，所以它工作平稳、能承受较大的负荷、制汽车驱动桥设计13造也简单。但是,工作中噪声大，对啮合精度很敏感，齿轮副锥顶稍有不吻合便会使工作条件急剧变坏，并伴随磨损增大和噪声增大。为保证齿轮副的正确啮合，必须将支承轴承预紧，