驅動橋由主減速器、差速器、半軸和驅動橋殼等組成。由於現有的農用車都采用後輪驅動,這些部件集中於車輛底盤的後部,故也稱後橋。其主要功用是傳遞扭矩、增大扭矩、改變扭矩的傳遞方向及降低轉速等,驅動橋殼還承受推動車輛前進的力。在壹些采用鏈傳動的三輪農用車上,驅動橋中無主減速器。圖3-92為壹般農用車驅動橋總體結構示意圖。
圖3-92 驅動橋結構示意圖
1.驅動橋殼 2.主減速器 3.差速器 4.半軸 5.輪轂
發動機扭矩經變速箱或傳動軸輸入驅動橋,首先由主減速器增大扭矩,降低轉速,並使扭矩方向作90°的改變後經差速器將扭矩分配給左右兩根半軸,最後再由半軸和輪轂傳給驅動車輪。驅動橋殼由主減速器殼和半軸套管等構成,並由它承受車輛的重力和承受驅動輪上的各種作用力與反作用力矩。差速器在必要時能使兩側驅動輪以不同轉速旋轉。
驅動橋殼和主減速器殼剛性地連成壹體,兩側的半軸和驅動輪不可能在橫向平面內作相對擺動。整個驅動橋通過具有彈性元件的懸架機構與車架連接,構成采用非獨立懸架的非斷開式驅動橋。這是農用車驅動橋的典型結構形式。
(1)主減速器
主減速器又稱中央傳動,通常是由壹對圓錐齒輪組成,其主要功用是降低轉速,增大傳至車輪的輸出扭矩,以保證車輛行駛過程中具有足夠的驅動力和適當的行駛速度。在發動機縱向布置的情況下,主減速器還用來改變扭矩傳遞方向,使之與驅動輪的旋轉方向壹致。
主減速器的齒輪形式主要有以下幾種:
①直齒錐齒輪(圖3-93a)。這種齒輪加工制造、裝配調整較簡單,軸向力較小。但加工所需的最少齒數較多(最少為12),同時參與嚙合的齒數少,傳動噪聲較大,承載能力不夠高。因此目前很少采用。
圖3-93 主減速器的齒輪形式
(a)直齒錐齒輪 (b)螺旋錐齒輪 (c)準雙曲面齒輪
②螺旋錐齒輪(圖3-93b)。它的齒面節線形狀是圓弧形或延長外擺線。圓弧齒在平均半徑處的切線與該切點的圓錐母線之間的夾角A稱為螺旋角;這種齒輪允許的最少齒數隨螺旋角的增大而減少,最少可達5~6個齒。傳動中同時參與嚙合的齒數較多,故齒輪的承載能力較大,傳動比大,運轉平穩,噪聲較小。
這種齒輪在傳動過程中,由於螺旋角的存在,除產生直齒錐齒輪所具有的軸向力外,還有附加軸向力的作用。附加軸向力的大小取決於螺旋角的大小,附加軸向力的方向與齒的螺旋方向和齒輪的旋轉方向有關(圖3-94)。從齒輪的錐頂看去,右旋齒順時針旋轉或左旋齒反時針旋轉時,其附加軸向力都朝大端(前進時產生這種情況),使合成軸向力增大。右旋齒反時針旋轉或左旋齒順時針旋轉時,其附加軸向力朝小端(倒駛時產生這種情況),使合成軸向力減小,這時有使圓錐齒輪嚙合間隙減小,甚至被卡住的趨勢。因此,螺旋錐齒輪對軸承的支承剛度和軸向定位的可靠性要求更高。另外,這種齒輪需要專門機床加工。目前螺旋錐齒輪主減速器在農用車上應用最多。
圖3-94 螺旋錐齒輪的附加軸向力
③準雙曲面齒輪。準雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪相比,不僅齒輪的工作平穩性更好,輪齒的彎曲強度和接觸強度更高,還具有主動齒輪的軸線可相對從動齒輪軸線偏移的特點。當主動錐齒輪軸線向下偏時(圖3-93c),在保證壹定離地間隙的情況下,可降低主動錐齒輪和傳動軸的位置,因而使整車重心降低,有利於提高車輛行駛的穩定性。但是準雙曲面齒輪工作時,齒面間有較大的相對滑動,且齒面間壓力很大,齒面油膜易被破壞,必須采用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油,絕不允許用普通齒輪油代替。因此使準雙曲面齒輪的應用受到壹定的限制。
(2)差速器
車輛行駛時(如車輛轉彎),兩側車輪在同壹時間內駛過的距離不壹定相等,因此,在兩側驅動輪之間設置差速器,用差速器連接左右半軸,可使兩側驅動輪以不同的轉速旋轉,同時傳遞扭矩,消除車輪的滑轉和滑移現象,這就是差速器的功用。
目前農用車上采用的差速器種類較多,由於錐齒輪式差速器具有結構簡單、尺寸緊湊和工作平穩等優點,因而被廣泛應用於農用車的驅動橋中。圖3-95所示為這種差速器的基本結構,主要由差速器殼、半軸、半軸齒輪、行星齒輪和行星齒輪軸組成。兩個半軸齒輪分別與左、右半軸通過花鍵連接,行星齒輪滑套在行星齒輪軸上。行星齒輪隨行星齒輪軸和差速器殼與主減速器大錐齒輪壹起旋轉(公轉),也可以繞行星齒輪軸旋轉(自轉)。因而當車輛兩側驅動輪遇到不同的阻力時,兩半軸就有不同的轉速。
圖3-95 圓錐齒輪差速器
1、4.半軸齒輪 2.行星齒輪軸 3.行星齒輪 5、7.半軸 6.差速器殼
當車輛沿平路直線行駛時,兩側驅動輪的運動阻力相同。此時整個差速器連同兩根半軸如同壹個整體壹樣地轉動,行星齒輪只有隨差速器殼的公轉,沒有自轉,兩側驅動輪轉速相同。
當車輛轉彎時,內側驅動輪受到的阻力較大,使內側半軸齒輪轉速降低(低於差速器殼的轉速)。此時行星齒輪除了隨差速器殼的公轉之外,還要繞行星齒輪軸自轉,於是外側半軸齒輪(驅動輪)轉速增加,其增加值恰好等於內側轉速的降低值,滿足了轉向要求。
行星齒輪和半軸齒輪裝在差速器殼內,行星齒輪的背面即同差速器殼的接觸面做成球面形狀,這樣可以保證行星齒輪更好地對正中心,與半軸齒輪正確地嚙合。由於差速器在工作過程中,沿行星齒輪和半軸齒輪的軸線作用有很大的軸向力,為減少差速器殼同行星齒輪、半軸齒輪背面的磨損,在它們之間裝有青銅的承推墊片。承推墊片磨損後可以更換。
(3)半軸
半軸把扭矩從差速器傳給驅動輪,因承受較大的扭矩,故壹般采用實心軸,其內端具有外花鍵,與半軸齒輪的內花鍵相配合。目前農用車驅動橋中,半軸的支承方式有全浮式和半浮式兩種。
圖3-96a為半軸作全浮式支承的驅動橋示意圖。如圖所示,半軸外凸緣用螺釘和輪轂連接。輪轂通過兩個圓錐滾子軸承支承在半軸套管上。半軸套管與驅動橋殼連為壹體。路面對驅動輪的作用力及其引起的彎曲力矩,由輪轂通過軸承直接傳給橋殼,由橋殼承受。在半軸內端作用在主減速器從動齒輪上的力及彎矩由差速器殼承受。故這種支承形式,半軸只承受扭矩,而兩端不承受任何反力和彎矩。這種支承形式稱為全浮式。顯然,所謂“浮”,即指卸除半軸的彎曲載荷而言。
圖3-96 半軸支承示意圖
(a)全浮式 (b)半浮式 1.車輪 2、6、7.軸承 3.半軸套管 4.半軸 5.輪轂 8.半軸凸緣
全浮式支承的半軸,外端多為凸緣盤與半軸制成壹體。但也有壹些農用車把凸緣盤制成單獨零件,並借助花健套合在半軸外端,因而半軸的兩端都是花健端。全浮式支承的半軸拆裝容易,只需擰下半軸凸緣的螺釘,即可將半軸從半軸套管中抽出。半軸抽出後,車輪與橋殼照樣能支承住車體。
圖3-96b所示為半浮式支承的半軸。半軸內端的支承連接情況與全浮式完全相同,故半軸內端只承受扭矩。但半軸外端的支承連接結構則與全浮式不同。半軸外端的凸緣盤用螺釘同輪轂連接,半軸用滾珠軸承支承在橋殼內。輪轂和橋無直接聯系,顯然,作用在車輪上的力都必須經過半軸才能傳到橋殼上,因而這些力所造成的彎曲力矩也必須全部由半軸承受,然後再傳給橋殼。這種支承形式稱為半浮式。半浮式半軸結構簡單,質量小,因而在農用車驅動橋中應用也較多。
(4)驅動橋殼
驅動橋的橋殼在傳動系中是作為主減速器、差速器和半軸等部件的支承、包容元件,起著保護這些部件的作用。但是,驅動橋殼又同時作為行駛系主要組成元件之壹,故還具有如下功用:使左右驅動輪的軸向相對位置固定,並同前橋壹起支承車架及車架上各總成的重力,在車輛行駛時,承受由車輪傳來路面的反作用力和力矩,並通過懸架傳給車架。
驅動橋殼的結構形式可分為整體式和分段式兩大類。整體式驅動橋殼的優點是當檢查主減速器、差速器的工作情況,以及拆裝差速器時,不必把整個驅動橋從車上拆下來,因而保養修理方便。按整體式驅動橋殼的制造方法又可分為鑄造的和焊接的兩種。鑄造式驅動橋殼的優點是剛度、強度較大,可設計和鑄造出合理的橋殼結構形狀,但質量較大。目前在農用車上廣泛采用鋼板沖壓焊接而成的整體式驅動橋殼,沖壓焊接式橋殼與鑄造式橋殼相比,其質量大為減小。分段式橋殼從鑄造角度考慮比整體式橋殼的制造較為容易些。但其裝配、調整和保養修理均十分不便。當要拆檢差速器、主減速器等部件時,必須把整個驅動橋從車上拆下來。