理论教育 车桥分类及选择原则

车桥分类及选择原则

时间:2023-06-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:后轮驱动汽车的前桥,也不传递动力,也是从动桥,但它要承担转向的任务,所以通常称为转向桥。四轮转向汽车的前后桥都是转向桥。从产品设计的角度看,重型车产品在主减速比小于6的情况下,应尽量选用单级减速驱动桥。当汽车直行时,左、右车轮与行星轮架三者的转速相等,处于平

车桥分类及选择原则

车桥(Axle)

也称车轴,通过悬架和车架(或承载式车身)相连,两端安装汽车车轮。其功能是传递车架(或承载式车身)与车轮之间各方向作用力。

根据驱动形式的不同,车桥也分成转向桥、驱动桥、转向驱动桥和支持桥四种。其中转向桥和支持桥都属于从动桥。大多数汽车采用前置后驱动,因此前桥作为转向桥,后桥作为驱动桥;而前置前驱动汽车则前桥成为转向驱动桥,后桥充当支持桥。

转向桥的结构基本相同,由两个万向节和一根横梁组成。车轮就装在万向节上。

转向驱动桥与转向桥的区别就是前者是空心的,横梁变成了桥壳,万向节变成了万向节壳体,因为里面多了根驱动轴。这根驱动轴因被位于桥壳中间的差速器一分为二,而变成了两根半轴。

驱动桥(Drive Axle)

驱动桥处于动力传动系统的末端,主要由主减速器、差速器、半轴和驱动桥壳等组成。它的作用是将万向传动装置传来的动力折过90°角,改变力的传递方向,并由主减速器降低转速,增大转矩后,经差速器分配给左右半轴和驱动轮。具体地说就是:

●将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速器、差速器、半轴等传到驱动车轮,实现降速增大转矩。

●通过主减速器锥齿轮副改变转矩的传递方向。

●通过差速器实现两侧车轮差速作用,保证内、外侧车轮以不同转速转向。

●通过桥壳体和车轮实现承载及传力作用。

从动桥(Driven Axle)

从动桥,是指不传递动力的车桥。前轮驱动汽车的后桥就是从动桥。

后从动桥一般都是断开桥,它的主要功能是承受汽车的垂直载荷、横向力,并将后轮的制动力传给车架(或承载式车身)。因此,它的结构与驱动桥相比,要简单得多。

后轮驱动汽车的前桥,也不传递动力,也是从动桥,但它要承担转向的任务,所以通常称为转向桥。

转向桥(Steering Axle)

转向桥是指承担转向任务的车桥。一般汽车的前桥是转向桥。四轮转向汽车的前后桥都是转向桥。它利用车桥中的万向节使两端的车轮偏转一定的角度,以实现汽车的转向。同时,它还承担汽车的垂直载荷、横向力、制动力等。

对于前轮驱动汽车和全轮驱动汽车来说,前桥既要转向,又要传递动力,所以叫做转向驱动桥。

常见的后轮驱动汽车,前桥不传递动力,但要承担转向任务,既是转向桥,又是从动桥。这种转向桥,采用非独立悬架的,是整体桥;采用独立悬架的,是断开桥。

●整体式转向桥。通常采用工字断面的工字梁,或管形断面的管式梁。其中部弯曲向下,以配合发动机的布置,并降低汽车的质心;两端装有主销及万向节;采用钢板弹簧悬架。载货汽车的转向桥,大多采用这种结构。

●断开式转向桥。通常采用独立悬架与车架或非承载式车身相连,两端装有主销及万向节。微型汽车的转向桥,大多采用这种结构。

单级桥(Single Stage Drive Axle)

单级和双级就是指驱动桥的减速器是一级还是两级。

单级减速器包括一个主动锥齿轮和一个从动锥齿轮(俗称盆角齿)。主动锥齿轮连接传动轴,顺时针旋转,从动锥齿轮贴在其右侧,啮合点向下转动,与车轮前进方向一致。由于主动锥齿轮直径小,从动锥齿轮直径大,因此可达到减速的目的。

双级减速器多了一个中间过渡齿轮,主动锥齿轮左侧与中间齿轮的伞齿部分啮合,锥齿轮同轴有一个小直径的直齿轮,直齿轮与从动齿轮啮合。这样中间齿轮向后转,从动齿轮向前转动,中间有两级减速过程。双级减速器由于使车桥体积增大,过去主要用在发动机功率偏低的车辆上,现在主要用于低速高转矩的工程机械方面。

单级桥就是只有桥包里面有一组减速齿轮的车桥,一般用于公路运输车牵引车,载荷比双级桥稍小,速比稍小,但速度快、散热好。

轮边减速桥(Wheel Side Reducer Axle)

除了桥包里面有一组减速齿轮外,在轮毂里面还有一组行星减速齿轮的车桥,一般用于工地重型货车。

双级桥(Double Stage Drive Axle)

双级桥由主减速器和轮边减速器减速,形成二级减速。由于是二级减速,它的主减速器减速速比小,主减速器总成相对较小,桥包相对减小,因此离地间隙加大,通过性好。该系列桥总成主要用于公路运输,以及石油、工矿、林业、野外作业和部队等领域

单级桥与双级桥的区别(www.daowen.com)

单级桥由主减速器一级减速。它的桥包尺寸大,离地间隙小,相对双级桥而言,其通过性较差,主要用于公路运输车辆。

单级减速驱动桥产品的优势:

●单级减速驱动桥是驱动桥中结构最简单的一种,制造工艺简单,成本较低,是驱动桥的基本类型,在重型汽车中占有重要地位。

●重型汽车发动机向低速大转矩发展的趋势,使得驱动桥的传动比向小速比发展。

●随着公路状况的改善,特别是高速公路的迅猛发展,重型汽车使用条件对汽车通过性的要求降低,因此重型汽车不必像过去一样采用复杂的结构提高通过性。

●与带轮边减速器的驱动桥相比,由于产品结构简化,单级减速驱动桥机械传动效率提高,易损件减少,可靠性提高。

单级桥产品的优势为单级桥的发展拓展了广阔的前景。从产品设计的角度看,重型车产品在主减速比小于6的情况下,应尽量选用单级减速驱动桥。

主减速器(Main Reducer)

主减速器是汽车传动系统中减小转速、增大转矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说,主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。

汽车正常行驶时,发动机的转速通常在2000~3000r/min,如果将这么高的转速只靠变速器来降低的话,那么变速器内齿轮副的传动比则需很大,而齿轮副的传动比越大,两齿轮的半径比也越大,换句话说,也就是变速器的尺寸会越大。另外,转速下降,而转矩必然增加,也就加大了变速器与变速器后一级传动机构的传动负荷,所以在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器,可使主减速器前面的传动部件如变速器、分动器、万向传动装置等传递的转矩减小,也可以使变速器的尺寸、质量减小,操纵省力。

差速器(Differential)

普通差速器由行星轮、行星轮架(差速器壳)、半轴齿轮等零件组成。发动机的动力经传动轴进入差速器,直接驱动行星轮架,再由行星轮带动左、右两条半轴,分别驱动左、右车轮。

差速器的设计要求满足:(左半轴转速)+(右半轴转速)=2(行星轮架转速)。当汽车直行时,左、右车轮与行星轮架三者的转速相等,处于平衡状态,而在汽车转弯时三者平衡状态被破坏,导致内侧轮转速减小,外侧轮转速增加。差速器就是用来让车轮转速产生这种差异的,以便在转弯的情况下可以使左右车轮进行合理的转矩分配,从而达到合理的转弯效果。

当发动机的动力经离合器、变速器、传动轴,经过驱动桥上减速器的减速增矩之后,就要面临左右车轮的转矩的分配,实现左右车轮的不同速度,使两边车轮尽可能以纯滚动的形式不等距行驶,减少轮胎与地面的摩擦,这就是所谓的“差速”过程。那么这个过程是如何实现的呢?首先我们来看看普通差速器的构成。差速器主要由行星轮、齿轮架以及左右半轴齿轮构成。在传动轴和驱动桥的结合点上,我们能看到一个半径比较大的从动齿轮,由于输入轴主动齿轮半径较小,因此动力从此齿轮传递到半径较大的从动齿轮的过程中就能实现一个减速增矩的过程。

接下来减速器从动齿轮带动着行星轮架一起运转,由于左右输出轴和行星轮架是相连的,因此左右输出轴会跟着一起转动,而左右半轴齿轮也会跟着一起运转,实现“差速”的关键就是两个和左右半轴齿轮相垂直的行星轮。这两个行星轮和左右车轮都啮合着,齿轮啮合方式能够让左右两个齿轮达到一个互相抵消的效果。

当汽车直线行驶的时候,左右半轴齿轮的转矩和转速都是相同的,因此和行星轮结合的时候左侧和右侧能够互相抵消,这个时候行星轮是不运动的。遇到转弯情况,内侧车轮要比外侧车轮受到的阻力大,这个时候左右半轴齿轮的转矩不同,就会导致行星轮的转动,行星轮能给内侧齿轮一个阻力转矩实现减速,同时也能给外侧齿轮增速,这样外侧齿轮比内侧齿轮的转速快,实现了顺利转弯。

限滑差速器(Limited Slip Differential,LSD)

普通差速器有一种弊端,那就是由于车轮悬空而导致空转,一旦发生类似的情况,差速器将动力源源不断地传给没有阻力的空转车轮,车辆不但不能向前运动,而且大量的动力也会流失。这时候就需要限滑差速器来解决这样的问题。当一辆装有LSD的车辆的一只驱动轮发生空转时,LSD会控制两只车轮的动力输出,阻止空转的车轮继续空转,使另一只车轮有足够大的动力从而帮助车辆前进;在加速过弯时,输出转矩和离心力迫使车辆内轮离开地面或产生打滑现象,而LSD装置会将动力尽量转移到外侧车轮,因此可以帮助驾驶人提高过弯的速度,以此加强了操控性能。装有LSD的车辆,在过弯过程中的那种操控特性与普通车辆完全不同,驾驶人可以将加速踏板踩深些,这时候除了提升了过弯的速度外,也不用担心车辆因为进弯速度太快而造成危险,因此装载了LSD的车辆在弯道上比普通的差速器具备高速和可操控性的优势。

限滑差速器的主要功能就是在工作时使左右车轮一同运转,而且将左右车轮的转速差控制在一定范围之内,以保证车辆正常行进。根据实现方式以及机件结构的不同,LSD可细分为扭力感应型、黏耦合型、螺旋齿轮式、标准机械式等多种形式。

差速器示意图

半轴(Axle Shaft)

半轴也叫驱动轴。半轴是变速器减速器与驱动轮之间传递转矩的轴,其内外端各有一个万向节,分别通过万向节上的花键与减速器齿轮及轮毂轴承内圈联接。

半轴用来将差速器半轴齿轮的输出转矩传到驱动轮或轮边减速器上。在非断开式驱动桥内,半轴一般是实心的;在断开式驱动桥处,往往采用万向传动装置给驱动轮传递动力;在转向驱动桥内,半轴一般分为内半轴和外半轴两段,中间用等角速万向节相连接。

前桥(Front Axle)

前轮采用非独立悬架的车辆的前轴、减振弹簧、副车架、万向节、横拉杆以及制动器总称为前桥,不包括轮胎。

货车之类的车辆才有前桥的说法,轿车等采用独立悬架的车辆是没有前桥的,只有左右前悬架总成。有四轮驱动系统的车辆也是有前桥的。

后桥(Rear Axle)

汽车后桥就是指汽车后面那根桥。如果是前桥驱动的车辆,那么后桥就仅仅是随动桥而已,只起到承载的作用。如果前桥不是驱动桥,那么后桥就是驱动桥,这时候除了承载作用外还起到驱动和减速及差速的作用。如果是四轮驱动的,一般在后桥前面还配有一个分动器。

多轴货车后部还分为驱动后桥和无驱后桥。无驱后桥就是没有传动轴连接,不属于驱动轮的部分,一般是三轴以上的重型货车和牵引车头才有。

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