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驱动桥


驱动桥功能有三个方面,一是由传动轴输入的经过增矩减速传到驱动轮,产生牵引力;二是通过差速器使汽车在弯道行驶时左右驱动轮有合理的转速差,使车轮既不产生滑移也不产生滑转,而是在地上保持纯滚动;三是承受车辆载荷,并通过悬架将牵引力、制动力传给车架。

一、驱动桥的结构

图10-17所示是依维柯S系列汽车驱动桥剖面图,驱动桥由桥壳1、主减速器2、差速器3、半轴4,四部分组成。

(一)、主减速器

主减速器的功用是降低转速,增大转矩,并改变转矩所在平面——垂直于汽车纵轴方向的平面变成平行于汽车行驶方向的垂直平面内,即与汽车纵轴夹角90°的车轮旋转平面内。

主减速器由一对螺旋锥齿轮组成,即主动锥齿轮5与从动锥齿轮6其传动比,一般在3.5-6.0的范围内,主减速器主动锥齿轮由两个锥形轴承固定在桥壳内,并用垫片调整主动锥齿轮与从动锥齿轮的啮合间隙和位置。从动锥齿轮通过轴承装在后桥壳内,也装有调整垫片。主动锥齿轮轴承装配松紧程度由后桥凸缘8的紧固螺母来调整(注意:首先要调整隔套9的长度,如果将隔套减短,然后按规定扭矩将后桥凸缘8的紧固螺母拧紧轴承就紧了,反之就松动了)。从动锥齿轮则由调整垫片来调整。

(二)、差速器

汽车转弯行驶时,两侧车轮在同一时间内驶过的距离不等,外侧车轮驶过的距离较内侧车轮长,若两侧车轮用一根轴刚性连接的话,则两轮只能以同一转速转动。当两轮要在同一时间内驶过不同距离时,必然引起外轮边滚动边滑移,内轮边滚动边滑转。由于车轮在地上滑转,滑移使轮胎磨损加剧。转向困难和发动机油耗增加等。因此,在汽车行驶过程中,尽量使车轮沿路面作纯滚动而无滑转和滑移。为此,将连接两驱动轮的一根整轴变成两根半轴,并在两半轴之间设置一差速器。差速器可使左右半轴和左右驱动轮任何时候都有一个合理的转速差,同时向两半轴传递转矩,再由半轴将转矩传给驱动轮。

其实如果两驱动轮不是由两根半轴通过差速器连接而是由一根轴刚性连接的话,即使汽车不转弯,不在弯道上行驶而是在平路上直线行驶,也难以避免车轮与路面间产生非滚动,这是因为:1.当驱动桥左右轮胎气压不等、胎面磨损程度不同、或左右负载不均匀时,引起车轮滚动半径不等;2.当汽车行驶在高低不平路面时,左右车轮在相同时间内驶过的距离不等。由此可见,即使是在直线行驶情况下,也要求左右两驱动车轮能以不同的角速度旋转,因此,必须在两驱动轮间装上差速器。依维柯S系列汽车装用了普通锥齿轮差速器,其分解零件如图10-18,装配关系可参见图10-17

差速器壳由用螺栓固紧的两部分3和7组成,主减速器的从动锥齿轮用钢钉或螺栓固定在差速器壳右半部3的凸缘上,装合时,长轴9和两个短轴11的四个轴颈窜在差速器壳的孔内,差速器壳的剖分面通过行星齿轮各轴颈的中心线。每个轴颈上浮套着一个直齿圆锥行星齿轮6,它们均与两个直齿圆锥半轴齿轮5啮合。而半轴齿轮的轴颈分别支承在差速器相应的左右座孔中,并借花键与半轴相连,动力自主减速器从动锥齿轮依次经差速器壳、行星齿轮轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴输出给驱动车轮。当两侧车轮以相同的转速转动时,行星齿轮绕半轴轴线转动——公转。若两侧车轮阻力不同,则行星齿轮在作上述公转运动的同时,还绕自身轴线转动——自转,因而两半轴齿轮带动两侧车轮以不同转速转动。

行星齿轮的背面和差速器壳相应位置的内表面,均做成球面,保证行星齿轮对正中心,以利于和两个半轴齿轮正确地啮合。

由于行星齿轮和半轴齿轮是锥齿轮传动,在传递扭矩时,沿行星齿轮和半轴齿轮的轴线作用着很大的轴向力,而齿轮和差速器壳间又有相对运动。为减少齿轮和壳的磨损,在半轴齿轮和差速器壳之间,装着软钢的平垫片4,而在行星齿轮与差速器壳之间,装着软钢的球面垫片10,当汽车行驶一定里程垫片磨损后可换上新垫片,以提高差速器寿命,垫片通常用铜或者聚甲醛塑料制成。差速器靠主减速器壳体中的润滑油润滑,为保证行星齿轮和轴颈之间有良好的润滑,在轴颈上铣出一平面,并在行星齿轮的齿间钻有油孔。

上述差速器转矩分配规律为:差速器将主减速器从动锥齿轮传来的转矩平均分配给左右半轴(由半轴再传给左右驱动轮)。差速器这种转矩分配特性主要是行星齿轮相当于一等臂杠杆将力分给左右半轴齿轮所致。

当汽车一个驱动车轮接触到滑油路面(泥泞或冰雪面)时,虽然另一驱动车轮接触在良好路面上,但汽车仍不能前进。此时在滑油路面上的车轮在原地滑转,而在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在滑油路面上车轮与路面之间的附着力很小,路面只能对此半轴作用很小的反作用力矩,虽然另一车轮与良好路面之间附着力较大,但由于行星齿轮差速器转矩平均分配的特点,使这一车轮分配到的转矩只能与传到滑转驱动轮上很小的转矩相等,以致产生的驱动力不足以克服行驶阻力,汽车不能前进,而大部分动力则消耗在滑转车轮的高速旋转上(空转)。由于行星齿轮差速器转矩平均分配这一特性,当汽车一侧驱动轮附着力下降,则另一侧驱动轮所能获得的转矩受打滑一侧车轮所限,总驱动力往往不足以驱动汽车行驶,使汽车驶越坏路面的能力及通过能力受到限制。另外,当汽车高速转弯时,由于重量转移形成内轮附着力下降而滑转,不仅使汽车行驶、驱动力不足,而且影响了汽车的操纵稳定性。

因此,一般行星轮差速器由于平均分配转矩特性,使汽车缺乏防滑功能。

(三)、半轴和桥壳

半轴的功用是将差速器传来的动力传给左右驱动轮。图10-19为依维柯S系列汽车所用的全浮式半轴。半轴内端为花键轴,插入半轴齿轮花键孔内,半轴外端为一凸缘,用螺钉和车轮的轮毂相连。轮毂通过轮毂内外锥形轴承安装在半轴套管上,动力由差速器中半轴齿轮传给轮毂及车轮,驱动汽车行驶。这种半轴称为全浮式半轴,因为它除传递和承受转矩外,其它力和力矩均不承受(如地面的垂直支承反力、侧向反力和轮胎切向反力以及这些力造成的反力矩均不承受),而且半轴内外两端均不承受,所以称之谓“全浮”式半轴。

桥壳外端借一对锥轴承安装有轮毂,桥壳的凸缘上用螺栓安装有制动器的制动底板。依维柯S系列汽车的桥壳属整体式结构,在其中部有加油孔和磁性放油螺塞。[TOP]

二、驱动桥的拆卸、调整与装配

(一)、驱动桥总成在整车上的拆卸

首先拉紧手制动,即通过钢索拉动后轮制动器,将任一前轮垫上两块(前后各一块)三角垫木,用标准轮胎套筒扳手拆下后轮螺母,用千斤顶顶起汽车后部(液压千斤顶放在后桥壳下)直至车轮离开地面为止。从外车轮(指双胎而言)的夹片上脱开内车轮气门,旋掉车轮螺母即可取下车轮。然后再把汽车升高到轮毂中心离地高约60cm处,用两个钢架在钢板弹簧前吊耳少许前一点的地方支撑住车架,取出液压千斤顶,换上三个支撑点的托架一一两点在桥壳下,一点在主减速器主动轴轴承下,再升高液压千斤顶使三点均支撑牢靠后,用两把开口扳手拧下四副紧固螺栓和螺母(连接传动轴与主减速器输入轴),即可从后桥上拆下传动轴。

松开手制动拉杆,拆掉连接钢索调节螺杆和钢索连接座板的螺母,从支架两缺口中拉动两车轮制动器的两根钢索,从支架中取出。从车桥上拆下两个筒式减振器和装在后桥壳上的感载比例阀调节螺杆下端的螺母,使减振器、感载比例阀调节螺杆与后桥分开。

从车桥钢板弹簧的吊耳支板上拆下稳定杆,并拆下制动软管。使软管与制动系统的制动管接头分开,用棘轮扳手和22mm长杆套筒拧下左右钢板弹簧上的骑马螺母,从车桥上卸下钢板弹簧,降下液压千斤顶和车桥,并从汽车下拉出来。

(二)、主减速器的调整

1.主动锥齿轮位置的调整主动锥齿轮的正确位置是保证正确啮合间隙和啮合印迹的前提,依维柯S系列汽车是通过改变垫片8的厚度来调整的(如图10-20)。用专用工具装上前轴承外圈,在后轴承座上放上2mm的垫片,用同样的工具装上后轴承外圈。在检测工具上装上百分表,并调零。将后轴承装在模拟主动齿轮上,装上前轴承和凸缘,拧上凸缘固定螺母,使轴向间隙为零,但不妨碍主动齿轮转动。将装有百分表的检测工具装在模拟主动齿轮上,转动模拟齿轮,将百分表的测头置于轴承座的最低位置,如图10-21所示,在另一边轴承座上进行同样操作,并记下两次测量结果,主动齿轮位置调整垫片的总厚度可由下式算出:

S=(A1+A2)/2-B

式中S——调整垫片厚度;

A1——右侧测量结果;

A2——左侧测量结果;

B——为主动齿轮顶部标明的数值, 


如图,计算时应将正、负号一同代入。

将2mm的垫片用S厚度的垫片更换,垫片的尺寸范围见下表,并重新装好。

表10-1调整垫片的规格(单位:mm}

1.025

1.050

1.075

1.10

1.12

1.15

1.175

1.2

1.22

1.25

1.27

1.30

1.32

1.35

1.37

1.40

1.42

1.45

装上前轴承,用专用工具装上油封、凸缘及固定螺母,然后以300-600N·m的力矩拧紧。

2.主动锥齿轮轴承预紧度的检查与调整

主动锥齿轮的轴向间隙即轴承的预紧度,其作用是确保在重负荷运转时轴承松紧度适当,齿轮啮合间隙正常及延长轴承的使用寿命,轴承预紧力过大,会缩短轴承的使用寿命;若预紧力过小,又达不到足够的支承刚度,依维柯S系列汽车要求当凸缘螺母以300-600Nm的力矩拧紧后,用扭力扳手匀速旋转主动锥齿轮的力矩应在0.5-1.5N·m之间为合适,否则要更换调整垫片,其调整垫片的规格见表10-2。

表10-2 调整垫片的规格(单位:mm)

1 1.025 1.05 1.07 1.10 1.22 1.15 1.17 1.20
1.22 1.27 1.30 1.32 1.35 1.37 1.40 1.42  

3.从动锥齿轮轴承的预紧度调整

从动锥齿轮轴承的预紧度调整在装配时十分重要,在消除轴承间隙的基础上具有一定预紧度,可以减少齿轮传动中轴向力所引起的轴向位移,以免间隙过大而引起齿轮运转时端面摆差过大,导致两轴线不平行,影响齿轮副正确啮合。若调整过紧,不仅影响传动效率,甚至烧坏轴承;若调整过松,会造成冲击负荷而损坏齿轮的轮齿。调整从动锥齿轮轴承预紧度同时会影响到主、从锥齿轮的啮合印迹。因此,调整时,首先调整差速器轴承预紧度合适后,若需要再调整啮合间隙或啮合印迹时可将一侧减少的垫片数如数地加到另一侧去,从而确保轴承预紧度不变。

4.主从动锥齿轮啮合间隙及啮合印迹的调整

主从动锥齿轮啮合间隙的检查方法有:

1)用厚薄规插入啮合着的主、从动锥齿轮间测量齿隙;

2)用百分表触针抵在主动圆锥齿轮凸缘上,左右转动凸缘,测出自由摆动量;

3)用百分表触针抵在从动齿轮的轮齿边缘上,测量自由摆动量;

4)用厚约1.5mm、宽5mm、长5mm的铅条置于齿轮的轮齿之间,用手沿前进方向转动主动锥齿轮轴,铅条被碾压后,取出测量被碾压的厚度,即为锥齿轮对的啮合间隙。

依维柯S系列汽车锥齿轮的啮合间隙为0.15-0.20mm,检查时首先用106N·m的力矩拧紧差速器固定螺栓,然后按方法2)测量啮合间隙,如不符合要求则要更换调整垫片,其尺寸范围见表10-3。

表10-3 调整垫片的规格(mm)

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

1.40

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

1.85

主从动齿轮成对装配在主减速器壳中,通过一定的装配中心距来控制齿轮的啮合状况,可以通过啮合印迹来判断配合是否正确。啮合印迹的检查方法一般是采用面涂色法,先在主动锥齿轮轮齿上涂以红色颜料(红丹粉与机油的混合物),然后用手使主动锥齿轮往复转,于是从动锥齿轮轮点的工作面上便出现红色印迹。依维柯S系列汽车的正确啮合印迹如图10-22所示。

若不符合要求,应进行调整。调整前先将主从动锥齿轮安装好,并按规定调好轴承预紧度和齿轮的啮合间隙,然后根据检查所得的印迹情况通过主从动锥齿轮向里或向外移动来调整,其调整方法可概括为:顶进主,根退主,大进从,小退从。见图10-23。即如果接触区靠近齿轮顶部,则应使主动锥齿轮靠近从动锥齿轮,否则相反;若接触区靠近齿轮大端,就应使从动锥齿轮靠近主动锥齿轮,否则相反。

在调整啮合印迹的过程中,可能会使已符合要求的啮合间隙不合要求,重新调整啮合间隙时又将破坏正确的啮合印迹,出现这些情况时,应尽可能迁就啮合印迹,而把啮合间隙放宽一些,但放宽量最大不能超过1mm,否则应成对更换主、从动锥齿轮。此外,还应注意啮合印迹应以前进为主,适当照顾倒车面。

(三)、差速器的检查与调整

差速器解体前,应对左右差速器壳与行星齿轮轴(一长轴两短轴)作好装配标记。行星齿轮轴放入差速器壳承孔时,不允许有翘曲现象,行星齿轮与其轴装配应松紧适当,运转灵活。半轴齿轮背面与差速器壳端隙为0.30-0.60mm,可用塞尺从差速器壳窗孔处测量。半轴齿轮与壳之间垫片是经过特殊的磷化处理,垫片不能用一般垫片代替。半轴齿轮两端的止推垫片应装同一厚度的垫片,四个行星齿轮的止推垫片厚度应相同。半轴齿轮与行星齿轮的啮合间隙为0.05-0.20mm。如啮合间隙不合要求,应同时更换不同厚度的止推垫片进行调整。

调整结束后在组装差速器时,应注意以下两点:将从动锥齿轮加热到100℃左右迅速装到差速器壳上,安装时应将从动锥齿轮和差速器壳的记号对准。并按规定力矩(205Nm)拧紧螺栓,将两轴承内座圈在机油中加热至75-80℃后,装在差速器左右壳的轴颈上。

(四)、驱动桥总间隙的检查

驱动桥各相互配合齿轮、花键轴与花键槽等其它相连接部分的间隙总和称驱动桥总间隙。汽车维修后对总间隙的检查测定工作十分必要,其检查方法是:用千斤顶将被测的后轮顶起,在被顶起的后轮胎侧安装一个检测用的划线针盘,使指针指于车轮轮辋边缘,先将车轮向一个方向转动,当主动锥齿轮轴前的凸缘刚要开始转动时停止转动,在针尖所指位置作记号,然后再反方向转动车轮,当主动锥齿轮轴前的凸缘刚要转动时停止转动,再在针尖处作上记号,这两个记号的直线距离即为后桥总间隙值。

新车的驱动桥总间隙应不超过18-25mm,旧车不超过45mm,若总隙值过大,应查明原因并及时调整。

(五)、驱动桥的装车

驱动桥的重新安装工序与拆卸工序相反,螺母拧紧力矩见表10-4。

表10-4后桥总装拧紧力矩

名称

力矩

Nm

kgm

车轮螺母

280-343

28.6-35

减振器螺母

47-58

4.8-5.9

骑马螺栓螺母

75-91

7.6-9.3

传动轴万向节螺母

46-51

4.7-5.2

稳定杆与车桥固定螺母

26.4-32.3

2.7-3.3

车桥是靠突出于钢板弹簧下面的凸头来定位使钢板弹簧放置在后桥上的。把传动轴重新紧固在桥上时,应该对准凸缘上的四个安装孔,因为这四个安装孔是不等距的,如图10-24

图10-25的数字顺序拧紧车轮螺母,确保紧度均匀。

车桥一经安装完毕,就可调整手制动器。

(六)、驱动器各主要零部件的检修

1.齿轮的检验

检查前,必须把所有齿轮清洗干净,检查齿轮有无剥落,啮合印迹是否正确,磨损是否严重,轮齿如有损坏,必须更换。若齿面上有轻微擦伤或毛刺,应用油石修磨后再使用。若发现主、从动锥齿轮之一损坏,则应成对更换。同时还应检查主动齿轮的花键部分是否磨损过度,如是,应更换主动齿轮。

2.轴承的检修

检修轴承和轴颈的配合情况,内轴颈一般是过盈配合,外轴颈为间隙配合。如轴承内座圈、外座圈或滚柱损坏、磨损或间隙过大应更换润滑轴承,让其自由转动,不应有受阻的感觉。

3.差速器的检修

检查行星齿轮轴与壳孔及行星齿轮内孔的配合情况,行星齿轮轴与齿轮为间隙配合,磨损严重,可涂镀修复或更换。行星齿轮轴与壳孔的配合如有间隙感觉,可将轴颈涂镀。检查从动锥齿轮和差速器壳的接触面,要确保它们完全接触。

检查行星齿轮止推垫片和半轴齿轮止推垫片的磨损和损坏程度,如需要应更换。

半轴齿轮花键的检查,在虎钳上夹紧半轴,将半轴齿轮安装在半轴上,用千分表检查半轴齿轮的间隙。如超过0.5mm,应更换半轴齿轮或半轴。

4.半轴的检修

检查半轴有无弯曲,将半轴夹在车床上,用千分表抵在半轴中间测量,如果摆差超过2mm,应进行冷压校正或更换。检查半轴有无裂纹,有裂纹应更换。检查半轴油封颈,如有沟槽,可用涂镀修复或更换。检查半轴花键齿的磨损情况,如磨损严重,半轴键齿扭斜时,应更换半轴。

另外,更换所有密封件、后桥凸缘固定螺母和差速器轴承调整螺套。[TOP]

三、驱动桥的常见故障与诊断

驱动桥常见的故障有主减速器差速器异响、漏油、过热、驱动轮毂轴承松动、驱动桥壳弯曲、半轴套管或半轴折断等。

(一)、主减速器差速器异响

主、从动锥齿轮啮合间隙失常与啮合面不稳定是产生异响的主要原因。齿轮啮合间隙是指主、从动锥齿轮、行星齿轮、半轴齿轮、半轴齿轮键槽与半轴花键齿的间隙。由于磨损或齿轮轮齿损坏,以及轴承松旷等原因,破坏了它们之间正常啮合面与正常啮合间隙,在运转中就会产生碰撞、摩擦而发生,响声。

1.起步时发生“刚”的一声,上坡或急剧加速、减速时,有“刚当”、“刚当”的声响,这表明齿轮啮合间隙过大,齿面互相碰撞。

2.行驶时发生“喀咚”、“ 喀咚”的声响,往往是半轴齿轮键槽与半轴花键齿的磨损过大。

3.轴承松旷将造成齿轮啮合失常,随着松旷程度不同,声响也不一样,车速愈高,发出噪音愈大,汽车滑行时噪音消失或减少。若突然放松加速踏板的瞬间,会发出“啃”、“啃”声响,一般是主从动齿轮相互碰撞发生出来的。

4.汽车转弯时发出异响,一般故障在差速器,可能差速器两侧轴承间隙太大;行星齿轮表面有损伤或折断;止推垫片太厚使行星齿轮转动困难。

5.汽车行驶中,出现无规律“格拉”、“格拉”的响声,可能是牙齿、螺钉等断裂后金属硬块卡在啮合面而引起的,必须停车仔细判断,确诊后必须立即排除,不可继续运转。

6.汽车行驶中驱动桥有噪音,滑行时也不消失,除了轴承松旷外,从动圆锥齿轮啮合间隙过小。在加速或放松加速踏板后,主减速器部位会发出连续的“咝咝”声,同时伴有发热现象,往往是驱动桥壳润滑不足,齿轮间润滑不良。

(二)、漏油

漏油的主要原因:

1.油封磨损,装配不当或损坏;

2.轴颈磨损,花键齿槽磨损过大;

3.驱动桥壳上通气孔堵塞;

4.壳体有裂纹,接合平面不平,衬垫破损及紧固螺栓松动;

5.驱动桥壳内加注润滑油过多,放油螺塞未旋紧而泄漏。

(三)、过热

汽车行驶一定里程后(一般规定为10Km)驱动桥壳、驱动轮壳处的温度不得超过85℃。一般可用手触摸主减速器壳,若触摸时有无法承受的烫手感觉,称为过热。其原因是齿轮或轴承啮合间隙过小及缺少润滑油。手摸轴承部位,能忍受但不能长久停留时,仍为温度过高。说明轴承装配过紧,应重新调整。

(四)、其它故障

1.驱动桥壳体弯曲与裂纹。主要原因是在长期超载情况下工作和汽车在不平道路上行驶时不减速,使桥壳受到较大冲击振动和金属疲劳损伤等。

2.半轴套管弯曲。现象有:内侧轮胎磨耗大,轮胎胎侧接近于钢板弹簧,制动鼓转动时已碰擦到制动底板上方,有较明显碰擦痕迹,半轴能碰到半轴套管内端等。

在保养时,应对半轴套管进行探伤检查,检查油封轴颈处有无裂纹,检查轴颈与轴承配合情况,不允许轴承内座圈松动。

3.轮毂轴承松动。原因是承推轴承走内圈,轴颈磨损过大。

4.半轴折断。汽车在不平道路上高速行车时,驱动桥上下跳动,当腾空后落地的一瞬间,发动机突然作用于主减速器差速器后传到半轴,半轴所受应力极大,以致发生折断。

若后桥壳已发生弯曲,半轴在桥壳中受转动阻碍,使用长久后,金属材料疲劳或加工工艺不妥,内应力较大时往往也会发生半轴折断现象。[TOP]


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