主减速器的设计与性能

主减速器的功用是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。

1.单级主减速器

目前,轿车和一般轻、中型轿车上采用单级主减速器。它具有结构简单、体积小、重量轻和效率高等优点。但对速比较大的主减速器,主动锥齿轮容易发生根切现象,从而降低齿轮强度。

图11-54所示为东风EQ1090E型汽车单级主减速器。主减速器的减速传动机构为一对准双曲面齿轮,主传动比为6.33。

在主减速器的啮合传动过程中,为使主、从动齿轮啮合传动时冲击噪声较小,且沿长度方向磨损较均匀,则必须保证主动和从动齿轮之间正确的相对位置。为此,在结构上一方面要使主、从动锥齿轮有足够的支承刚度,使其在传动过程中不至于发生较大变形而影响正常啮合;另一方面应有必要的啮合调整装置。

图11-54　东风EQ1090E型汽车单级主减速器及差速器

1—差速器轴承盖;2—轴承调整螺母;3、13、17—圆锥滚子轴承;4—主减速器壳;5—差速器壳;6—支承螺栓;7—从动锥齿轮;8—进油道;9、14—调整垫片;10—防尘罩;11—叉形凸缘;12—油封;15—轴承座;16—回油道;18—主动锥齿轮;19—圆柱滚子轴承;20—行星齿轮垫片;21—行星齿轮;22—半轴齿轮推力垫片;23—半轴齿轮;24—行星齿轮轴(十字轴);25—螺栓

主动锥齿轮的支承方式采用跨置式支承。主动锥齿轮18与轴制成一体,前端制成在互相贴近而小端相向的两个圆锥滚子轴承13和17上。环状的从动锥齿轮7连接在差速器壳5上,而差速器壳则用两个圆锥滚子轴承3分别支承在主减速器壳4的座孔中。在从动锥齿轮的背面,装有支承螺栓6,以限制从动锥齿轮过度变形而影响齿轮的正常工作。装配时,支承螺栓与从动锥齿轮端面之间的间隙应为0.3～0.5mm。

调整垫片14可以用来调整圆锥滚子轴承的装配预紧度,其目的是为了减小在锥齿轮传动过程中产生的轴向力所引起的齿轮轴的轴向位移,以提高轴的支承刚度,保证锥齿轮的正常啮合。但预紧度也不能过大,过大则传动效率低,且加速轴承磨损。若预紧力过大,则增加调整垫片的总厚度;反之,则减少调整垫片的总厚度。

主减速器的润滑采用飞溅润滑,即主减速器壳中所贮齿轮油,靠从动锥齿轮转动时甩溅到各齿轮、轴和轴承上进行润滑。主动齿轮轴前端的圆锥滚子轴承13和17远离从动齿轮,润滑困难,在主减速器壳体中铸出进油道8和回油道16以便润滑。主减速器壳体上装有通气塞防止壳内气压过高而使润滑油渗漏。

2.双级主减速器

根据发动机特性和汽车使用条件,要求主减速器具有较大的传动比时,由一对锥齿轮构成的单级主减速器已不能保证足够的离地间隙,这时则需要用两对齿轮降速的双级主减速器。双级主减速器一般第一级采用螺旋锥齿轮或准双曲面齿轮,第二级采用圆柱齿轮。解放CA1091型汽车的驱动桥即为双级主减速器,如图11-55所示。

第一级主动锥齿轮与轴9制成一体,采用悬臂式支承,即主动锥齿轮轴支承位于齿轮同一侧的两个相距较远的圆锥滚子轴承上,而主动锥齿轮悬伸在轴承之外。这种支承形式结构比较简单,但支承刚度不如跨置式的大。主动锥齿轮采用悬臂式支承的原因有两点:一是第一级齿轮传动比较小,相应的从动锥齿轮直径较小,因而在主动锥齿轮外端要再加一个支承,布置上很困难;二是因传动比小,主动锥齿轮及轴径尺寸有可能做得较大,同时尽可能将两轴承间的距离加大,同样可得到足够的支承刚度。

主动锥齿轮轴轴承的预紧度,可借增减调整垫片8的厚度来调整,中间轴圆锥滚子轴承预紧度则借改变两边侧向轴承盖4、15和主减器壳12间的调整垫片6和13的总厚度来调整。支承差速器壳的滚子轴承的预紧度是靠旋动调节螺母3调整的。

3.轮边减速器

在重型载货车、越野汽车和大型客车上,当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时,往往将双级主减速器中的第二级减速齿轮机构制成同样的两套,分别安装在两侧驱动齿轮的近旁,称为轮边减速器,而第一级即称为主减速器。轮边减速器可采用行星齿轮传动,也可采用圆柱齿轮传动。

图11-55　解放CA1091型汽车双级主减速器及差速器剖面图

1—第二级从动齿轮;2—差速器壳;3—调整螺母;4、15—轴承盖;5—第二级主动齿轮;6、7、8、13—调整垫片;9—第一级主动锥齿轮轴;10—轴承座;11—第一级主动锥齿轮;12—主减速器壳;14—中间轴;16—第一级从动锥齿轮;17—后盖

图11-56　汽车轮边减速器结构示意图(www.xing528.com)

1—半轴套管;2—半轴;3—太阳轮;4—行星齿轮;5—行星齿轮轴;6—齿圈;7—行星架

图11-56为行星齿轮式汽车轮边减速器的结构示意图。齿圈6和半轴套筒1固定在一起,半轴2传来的动力经太阳轮3,行星齿轮4,行星齿轮轴5及行星架7传给车轮。其传动比其中z2为齿圈齿数,z1为太阳轮齿数。该行星齿轮系以太阳轮为输有两挡传动比的主减速器,如图11-57所示。通常这种双速主减速器由一对圆锥齿轮和一个行星齿轮机构组成。齿圈8与从动锥齿轮7联在一起,行星架9则与差速器6的壳体刚性的连接。动力由锥齿轮副经行星齿轮机构传给差速器,最后由半轴传输给驱动轮。在左半轴2上滑套着一个接合套1。接合套上有短齿结合齿圈A和长齿接合齿圈D(即太阳轮)。

一般行驶条件下,用高速挡传动。此时,驾驶员可以通过气压或电动控制方式靠换挡拨叉3将接合套1置于左方位置[图11-57(a)]。接合套短齿接合齿圈A与固定在主减速器入、行星架为输出。在获得较大主减速比的同时,使驱动桥主减速器尺寸减小,相应增大了离地间隙。但需要两套轮边减速器,结构较复杂,制造成本也较高。

在大型客车和同级越野汽车上,还常采用由一对外啮合圆柱齿轮组成的轮边减速器。主动小齿轮与半轴相连,从动大齿轮与轮毂相连。当主动齿轮位于上方时,可增大驱动桥离地间隙,以适应提高越野汽车通过性的需要;当主动齿轮位于下方时,能降低驱动桥壳的离地高度,以利于降低客车底盘的高度。但采用这种布置时,由于轴向和径向空间的限制,轮边减速器的传动比是有限的。

4.双速主减速器

为充分提高车轮的动力性和经济性,有些汽车装用具壳上的接合齿圈B分离,而长接合齿圈D与行星齿轮4和行星架9的齿圈C同时啮合,从而使行星齿轮不能自转,行星齿轮机构不起减速作用。于是,差速器壳体和从动锥齿轮7以相同转速运转。显然,高速挡主传动比即为从动锥齿轮齿数与主动锥齿轮齿数之比。

图11-57　行星齿轮式双速主减速器结构示意图

(a)高速挡单级传动;(b)低速挡双级传动
1—接合套;2—半轴;3—拨叉;4—行星齿轮;5—主动锥齿轮;6—差速器;7—从动锥齿轮;8—齿圈;9—行星架;A—接合套短齿接合齿圈;B—主减速器壳上的接合齿圈;C—行星架齿圈;D—长接合齿圈

当行驶条件有较大的牵引力时,驾驶员可通过气压或电动操纵系统转动拨叉3,将接合套1推向右方,见图11-57(b),使接合套的短齿接合齿圈A与齿圈B接合,接合套即与主减速器壳连成一体;其长齿接合齿圈D与行星架的内齿圈C分离,而仅与行星齿轮4啮合,于是,行星机构的太阳轮D被固定。与从动锥齿轮7连在一起的齿圈8是主动件,与差速器壳连在一起的行星架9则是从动件,行星齿轮机构起减速作用。整个主减速器的主传动比为圆锥齿轮副的传动比与行星齿轮机构传动比的乘积。

5.准双曲面齿轮式

准双曲面齿轮与锥齿轮相比,不仅齿轮的工作平稳性好、轮齿的弯曲强度和接触强度更高,而且主动齿轮的轴线可相对从动齿轮轴线偏移。

当主动轴线向下偏移时(图11-58),在保证一定离地间隙的情况下,可降低主动锥齿轮和传动轴的位置,因而使车身和整个重心降低,这有利于提高汽车行驶稳定性。

准双曲面齿轮副布置上,分为上偏移和下偏移,如图11-59所示。上、下偏移是这样判定的:从大齿轮锥顶看,并把小齿轮置于右侧,如果小齿轮轴线位于大齿轮中心线之下为下偏移[图11-59(a)];如果小齿轮轴线位于大齿轮中心线之上为上偏移[图11-59(b)]。

但准双曲面工作时,齿面间有较大的相对滑动,且齿面间压力很大,齿面油膜易被破坏。为减少摩擦,提高效率,必须用含防刮伤添加剂的准双曲面齿轮油,绝不允许用普通齿轮油代替,否则将使齿轮面迅速擦伤和磨损,大大降低使用寿命。

图11-58　主动和从动锥齿轮轴线位置

(a)曲线齿锥齿轮传动,轴线相交;(b)准双曲面齿轮传动,轴线偏移

图11-59　准双曲面齿轮的偏移

(a)下偏移;(b)上偏移