汽车驱动桥设计【轻型货车驱动桥设计】【主减速器采用单级主减速器驱动桥】
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文献综述摘要 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1。本文从众多的车桥生产厂生产的产品中总结、归纳,分析了今后商用车车桥的发展。关键词:商用车 车桥 法规 发展 车桥现状引言近十几年来,我国汽车工业发展迅猛,特别是在我国加入世贸后的这两三年时间里,商用车的发展和乘用车一样的快速。从2000年到2003年,全国商用车年销售量由774901辆增加到了1211411辆,总增长率高达56.3%2。汽车工业的发展带动了零部件及相关产业的发展,作为汽车关键零部件之一的车桥系统也得到相应的发展,各生产厂家基本上形成了专业化、系列化、批量化生产的局面。一、驱动桥的组成 驱动桥主要由主减速器、差速器、车轮传动装置和驱动桥壳等组成。 1、主减速器:主减速器一般用来改变传动方向,降低转速,增大扭矩,保证汽车有足够的驱动力和适当的速皮。主减速器类型较多,有单级、双级、双速、轮边减速器等。 由一对减速齿轮实现减速的装置,称为单级减速器。其结构简单,重量轻,东风BQl090型等轻、中型载重汽车上应用广泛。但是对一些载重较大的载重汽车,要求较大的减速比,用单级主减速器传动,则从动齿轮的直径就必须增大,会影响驱动桥的离地间隙,所以采用两次减速。通常称为双级减速器。双级减速器有两组减速齿轮,实现两次减速增扭3。 2、差速器:差速器用以连接左右半轴,可使两侧车轮以不同角速度旋转同时传递扭矩。保证车轮的正常滚动。有的多桥驱动的汽车,在分动器内或在贯通式传动的轴间也装有差速器,称为桥间差速器。其作用是在汽车转弯或在不平坦的路面上行驶时,使前后驱动车轮之间产生差速作用。 目前国产轿车及其它类汽车基本都采用了对称式锥齿轮普通差速器。对称式锥齿轮差速器由行星齿轮、半轴齿轮、行星齿轮轴(十字轴或一根直销轴)和差速器壳等组成。 3、半轴:它是将差速器传来的扭矩再传给车轮,驱动车轮旋转,推动汽车行驶的实心轴。由于轮毂的安装结构不同,而半轴的受力情况也不同。所以,半轴分为全浮式、半浮式、34浮式三种型式。一般大、中型汽车均采用全浮式结构。而半浮式半轴这种结构型式主要用于小客车。34浮式半轴是受弯短的程度介于半浮式和全浮式之间4。此式半轴目前应用不多,只在个别小卧车上应用,如华沙M20型汽车。 4、桥壳:整体式桥壳因强度和刚度性能好,便于主减速器的安装、调整和维修,而得到广泛应用。整体式桥壳因制造方法不同,可分为整体铸造式、中段铸造压入钢管式和钢板冲压焊接式等。分段式桥壳一般分为两段,由螺栓1将两段连成一体。分段式桥壳比较易于铸造和加工。目前应用整体式较多。二、汽车驱动桥现状 现在,世界上货车普遍采用两种驱动桥结构:单级减速双曲线螺旋锥齿轮副;带轮边减速(行星齿轮传动)的双级主减速器。后者更适宜于最大程度地满足用户不同需要。 在西欧,带轮边减速的双级主减速器后驱动桥只占整个产品的40%,且有呈下降趋势,在美国只占10%。其原因是这些地区的道路较好,采用单级减速双曲线螺旋锥齿轮副成本较低,故大部分均采用这种结构5。而亚洲、非洲和南美国家则采用带轮边减速的双级主减速器的驱动桥,用于非道路和恶劣道路使用的车辆(工程自卸车、运水车等)。因此可以得出结论:一个国家的道路愈差,则采用带轮边减速双级主减速器驱动桥愈多,反之,则愈少。 国外汽车驱动桥已普遍采用限滑差速器(N-Pin牙嵌式或多片摩擦盘式)、湿式行车制动器等先进技术。限滑差速器大大减少了轮胎的磨损,而湿式行车制动器则提高了主机的安全性能,简化了维修工作。国内仅一部分车使用N-Pin牙嵌式差速器。限滑差速器成本较高,因而在多数国产驱动桥上一直没有得到应用。目前向国内提供限滑差速器的制造商主要是美国TraCtech公司和德国采埃孚公司。美国Tractech公司在苏州的工厂即将建成投产,主要生产N-Pin牙嵌式、多片摩擦盘式和户下O比例扭矩(三周节)差速器(锁紧系数3.5)。国内如徐工、鼎盛天工等主机制造商等原来自制一部分N-Pin牙嵌式差速器,后因质量不过关而放弃。国内有几个制造商生产比例扭矩差速器,但均为单周节,锁紧系数138,较三周节要小得多。徐州良羽传动机械有限公司在停车制动器(液压)上也做了一些工作,主要用于重型卡车产品,但国产此类产品的可靠性还有待提高6。 美国戴纳(Dana)公司斯皮赛尔重型车桥和制动器部最近研制成新一代货车用中型和重型科尔德(Gold)系列车桥,其中一种重型单级减速驱动桥和两种中型单级减速驱动桥已投人生产。除供应纳维斯塔(Navi-star)国际公司和麦克货车公司用外,并将积极开拓世界市场。新型科尔德重型523-S单级桥标定载荷10440kg,采用新设计的恒齿高准双曲面齿轮,直径470mm。该齿轮采用专利工艺加工,齿根全圆弧倒角,比传统的准双曲面齿轮更坚固。该齿轮具有表面塑性变形小,产生的热量少,使用寿命长,效率高等优点,据试验表明,新的523-S车桥比先前10440kg车桥的使用寿命提高2倍,如在523-S车轿上加装控制式差速锁(5230-SL型)还能大大提高在恶劣环境下的牵引力。来用整体式球墨铸铁外壳制成的5135-和5150-S两种型号的中型桥,额定载荷分别为6129kg和6810kg,传动比值范围3.07、4.787。这两种车桥是为低断面轮胎,较高速度车辆而设计的。其为快速和长途运输需求而安装锥形滚柱轴承具有较高承载能力;其高频淬火的车桥轴使用寿命长,适用多种润滑剂的三唇橡胶油封密封性能好。三、驱动桥的发展方向3.1 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8。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9。3.2 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10。3.3 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1015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11。3.3.1 从桥壳的制造技术上 寻求制造工艺先进、制造效率高、成本低的方法,使桥壳在原有的基础上具有结构先进、简单、强度高的特点。目前,桥壳的制造方法主要有: (1)冲焊桥壳:冲焊桥壳工艺是经过气割下料后,中频加热冲压成型后两半对焊。这是一种传统的桥壳加工形式,具有工艺简单、材料利用率高、质量小、韧性高、弹性好、成本低的优点。但由于冲焊过程中,材料受热,使得材料分子结构发生了变化,失去了原有的状态致使强度降低。同时,由于在焊接过程中,不可避免地出现焊接缺陷,而焊接缺陷是影响整体强度的主要原因之一。 (2)铸造桥壳:具有刚性好、强度高、塑性变形小、易铸成等强度梁等优点,但韧性及弹性没有冲焊桥壳好12。为了达到更大的承载能力,往往以加大截面、增加安装尺寸的方式进行局部加强,这就使得整体质量大、铸造质量不易保证、成本较高,不适合整车进行轻量化及降成本设计。 (3)整体冷成型无焊缝桥壳:这是一种新型的桥壳成型方式,其特点是采用国际最先进的低合金无缝钢管整体冷成形,无纵向焊缝,消除了由于材料受热而使晶格发生变化后强度下降的影响。在冷成形的过程中,反而使强度大幅度提高,据实验,冷成形桥壳的抗弯和疲劳强度比热成型两半壳焊接桥壳可提高近一倍。3.3.2 从齿轮减速形式上 从传统的中央单级减速发展到了现在的中央及轮边双级减速或双级主减速器结构,不但扩宽了车桥转速比的范围,有利于输出转速及输出扭矩的调整。还由于把减速机构放到轮边后,使得车桥中央的第一级减速比做得比较小,因此桥壳中部离地间距较大,能很好地满足汽车通过性的要求。3.3.3 从齿轮加工形式上 由于汽车高速行驶要求及法规对于噪音的控制要求,为了降低齿轮在高速运转下的磨损,增加车桥的使用寿命,降低维修费用,车桥内部的主、从动齿轮、行星齿轮及圆柱齿轮逐渐采用精磨加。但由于精磨加工成本较高,因此在货车车桥上的应用还不是很多,但这也是以后高速车桥发展的需要13。3.3.4 从车桥所带的附件上 为了在市场竞争中凸出本企业车桥的亮点,现在各车桥厂做得最多的事情就是在传统车桥的基础上不断增加具有竞争优势的先进附件:比如为了增加汽车行驶安全性,增加ABS防抱死系统、驱动防滑控制系统(ASR)、制动间隙调整臂、无石棉制动摩擦片等装置,是今后车桥发展必不可少的项目;为了提高车辆行驶的平顺性,很好地保护车辆运载货物,选装空气悬架或橡胶悬挂是有效途径。根据资料表明,随着相关法律法规的不断完善,空气悬架市场将进入增长期;为了有效地保护车轮制动鼓,减少由于制动鼓发热而造成龟裂和抱死的现象,现在有的厂家主要从制动鼓散热形式去研究制动鼓结构,让制动鼓不仅要有好的散热,还要有有效的导热,形成风冷降温,消除了传统的强制水冷降温的做法,从而提高车桥轮鼓的制动性能和使用寿命14。3.3.5 从油封质量上 要求密封性好,使用寿命长,让车桥在高速、高温、长时间动转状态下不漏油,保证车桥的良好润滑,减少维修维护所需的费用。四、结束语 综合分析,虽然汽车科技发展迅速,但在目前的状态下车桥的结构并没有多大的变化,为了适应市场的需要,适应国家法律、法规的需要,车桥技术的进展主要是:改变桥壳的制造工艺以提高制造的效率、增加车桥附件的技术含量以提高车辆行驶安全性、提高车桥的自润滑能力以提高车桥的使用寿命、增加电子技术在车桥的上应用以减少人工操纵的疲劳、减少维修费用、提高服务质量、降低车桥成本以提高车桥的竞争力等方面开发车桥,从最大限度上满足车桥高速、重载、智能发展的需要,以生产出具有本企业特色、适合市场需要的车桥。参考文献1.葛海龙.后桥主减速器装配的关键测量技术.合肥工业大学硕士学位论文,20052.张冬.机械工程师.2007年.第11期3.陈家瑞.汽车构造(第四版)(下册).北京:人民交通出版社,20024.贾宪林,周双龙,高清海,等.汽车主减速器圆锥滚子轴承预紧参数的确定J.轴承,2006(7):11-12.5.刘惟信.汽车车桥设计M.北京:清华大学出版社,2004.6.王望予.汽车设计M.3版.北京:清华大学出版社,2002.7.陈黎卿,郑泉.基于ASP.NET的汽车维修OA系统的开发研究J.工业控制计算机,2007(8):59-61.8.李珍华,丁杰雄,王丛岭等一种改进的通用型主锥选垫机原理及实现.材料.工艺.设备,2004,(l):35-419.徐灏,等.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,1991.9.10.王雪清.轴承使用时的预紧情况分析.轴承,2001,(2):15-1811.王敏中.高等弹性力学.北京大学出版社,200212.孙传祝,董焕俊关于轴向滑块凸轮式差速器的初步探讨J职大学报,2005,55(2):142113.雷雨成,白绥滨,王聪,等超越式汽车差速器研究J哈尔滨工业大学学报,1995,(6):14514.刘惟信. 汽车车桥设计M. 北京:清华大学出版社,2004.
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