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1、本科学生毕业论文空气动力车的设计系部名称： 机电工程系 专业班级： xxx 学生姓名： xxx 指导教师： xx 职 称： xxx 黑 龙 江 工 程 学 院二一三年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeDesign of Compressed-air Powered VehicleCandidate：XXXSpecialty：XXXClass：XXXSupervisor：XXXHeilongjiang Institute of Technology2013-06Harbin目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1课题研究目的11
2、.2课题研究的意义11.3课题研究背景31.4课题研究现状31.4.1国外研究现状31.4.2国内研究现状41.4.3汽车性能对比41.5设计基本内容以及拟解决的主要问题51.5.1设计基本内容51.5.2拟解决的主要问题5第2章 空气动力车的总体设计方案62.1驱动器的选择62.2.2 活塞式气马达82.3小车基本参数的选取和传动方案确定102.3.1小车的基本参数102.3.2 传动系方案的确定11第3章 叶片式马达的计算与选型17第4章 汽车驱动桥的设计计算194.1主减速器的设计计算194.1.1主减速器主、从动锥齿轮的支承型式及安置方法194.1.2主减速器的基本参数选择与设计计算2
3、14.1.3主减速器锥齿轮的主要参数选择234.1.4 主减速器锥齿轮的材料264.1.5 主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算274.1.6 轮齿的表面接触强度计算284.2差速器的设计294.2.1差速器结构形式选择294.2.3差速器参数确定304.3半轴的设计344.3.1 半轴结构形式344.3.2半轴参数的设计及计算354.3.2半轴花键参数的确定及其强度计算38第5章 制动器的设计405.1盘式制动器工作原理405.2盘式制动器主要参数的确定41第6章 气动回路的设计466.1气罐的设计计算466.2气动系统效能的分析46结论48参考文献49致谢51摘 要随着2l世纪人们对环境保护
4、以及可持续发展要求的不断提高，使用对环境友好的清洁汽车替代消耗石油等不可再生矿物资源并对城市空气污染严重的内燃机动力汽车已成为当今社会的迫切需要。本课题设计的空气动力车就是这样一款以压缩空气为动力，尾气排放为零的真正“绿色环保”小车。具体工作如下：首先，本文分析了国内外压缩空气动力车的发展现状；在此基础上，本文设计了一台以叶片式气动马达作为发动机的压缩空气动力小车。整个小车的核心结构系传递小车驱动力的驱动桥以及只属于气动小车的独一无二的动力系统；然后本文详细设计了驱动桥的三大组成部分主减速器、差速器和驱动半轴，分别对上述三部分进行了选型的分析和结构参数的计算。此外论文还设计了小车的制动器，进行
5、了制动器的选型分析及计算；最后，本文设计了空气动力小车的动力系统。关键词：压缩空气动力小车；叶片式气马达；驱动桥；差速器ABSTRACTAs the steady rise in peoples demands of environmental protection and sustainable development in the 21st century, it is an urgent need in present-day society that the internal-combustion engine cars which seriously pollutes urban a
6、ir and consumes nonrenewable mineral resources such as petroleum should be replaced with environmental protection green cars. Compressed-air powered vehicle designed in this project is just the “green car” which has compressed air as the power and exhausts zero vehicle emissions. Concrete operations
7、 are described as follows:The nuclear structure of the entire car is the driving axle which transmits driving force and the unique power system which belongs to the compressed-air powered vehicle.First of all, this essay analyzes the domestic and foreign development situation of the compressed-air p
8、owered vehicle. Based on this, this essay designs a compressed-air powered vehicle which has blade-type air motor as the engine. The analysis of the type selection and the calculation of structural parameter of the above-mentioned parts are made respectively. Then three main component elements of dr
9、iving axle are designed in detail- main reducing gear, compensating gear and jackshaft. In addition, the braking of the vehicle is designed and the type selection of braking is analyzed and calculated. Finally, the power system of the compressed-air powered vehicle is designed in this paper.Key word
10、s: Compressed-air powered vehicle；Vane motor；Driving axle；differential第1章 绪 论1.1课题研究目的在21世纪的今天，汽车已从原来的奢侈品成了必不可少的代步工具。业内专家指出，到2011年底，包括重型卡车等车型在内，估计全球共有9.7亿量汽车在路上行驶，比2010年增加3000万辆。而到2012年底，汽车总量突破了十亿1。汽车的普及的确给人们的生活带来了便捷，但正因为汽车的普及，带来的一系列社会问题也显而易见。首当其冲的是能源问题和环境问题，随着人们对环境保护以及可持续发展要求的不断提高，使用对环境友好的清洁汽车替代消耗石
11、油等不可再生矿物资源并对城市空气污染严重的内燃机动力汽车已成为当今社会的迫切需要。因此，环保的“绿色汽车”成为了新型汽车设计的基本理念，“零排放”与可循环能源的利用成为汽车发展的新的主题。人们期待着一种没有污染、用之不竭的新型能源出现，压缩空气能源正是满足了这样的要求。空气动力车利使用压缩的空气作为动力源，空气作为介质，在汽车运行时通过动力装置把压缩空气储存的压能转化为汽车的动能，发动机内无化学变化，不产生破环环境的物质，是一种真正的“绿色汽车”。综上所述，空气动力车的设计课题的研究目的就是为了设计出一款能够代替传统内燃机汽车的绿色汽车。1.2课题研究的意义长期以来，资源紧缺、环境污染严重成为
12、困扰人类的巨大难题，而随着人类文明的进步，城市的规模也在逐渐扩大，在城市中穿梭着的车辆数量与日俱增，车辆排放的尾气的处理问题成为城市污染的巨大难题。因此，清洁新能源的开发与应用成为人们越来越关注的话题，生物能、太阳能汽车和电池动力车等可再生的清洁能源作动力的新型车辆开始逐渐走进我们的生活，然而对于日益严峻的危机，这些努力显得杯水车薪。空气动力车的出现，为解决能源与环境问题提供了崭新的思路，相比生物能、太阳能、电池动力车，空气动力车具有无与伦比的优势，相信不远的将来，它必将在人们生活中扮演不可或缺的角色。利用压缩空气作为推动汽车的动力，与传统的燃烧汽油或者利用化学电池提供动力相比有着以下几点优势
13、2。1）、零污染 空气动力车与传统燃油动力车不同，依靠压缩空气膨胀做功输出动力，真正做到无污染、零排放。燃油动力车存在的资源供应紧张、尾气排放污染严重与治理困难等问题使其必然遭到历史的淘汰。电池动力车依靠充电电池驱动电机提供动力，看似清洁无污染，但是废旧电池的处理为其广泛应用埋下了隐患，电池内的重金属以及废酸液如果不能得到妥善回收，其对土壤和地下水的危害十分严重且难以治理。空气动力车燃烧空气，排放出的也是空气，利用水力、风力和太阳能发出的可再生清洁电力供给空气压缩机，大气中无穷的空气将成为我们取之不尽的能源，毫无污染并且可以循环利用。2）、造价低 空气的可循环再利用决定了空气动力车的经济特点，
14、它十分廉价。发动机技术的突破，使得车身结构变得简单，减少了车身的成本；行驶耗能方面，即使使用汽油混合动力，空气动力汽车平均能达到每加仑106英里，是现在最省油的丰田普锐斯（Pirus）混合动力车的两倍多。压缩空气膨胀过程中吸热，因此还可以作为汽车的空调系统加以利用。3）、加气快 空气动力车特有的储气罐，让我们可以像加油一样在加气站几分钟的时间加满压缩空气，而不必像电动汽车一样要花上几个小时为电池充电。压缩空气在储气罐中不会缓慢泄露，而电动汽车的电池随着时间的推移电量会逐渐丧失。加气既可以在家中利用空气压缩机完成，也可以在建设好的加气服务站完成。4）、节约能源在温室效应日益严重的今天，各国对于节
15、能减排已经逐步达成共识。未来几年，二氧化碳排放量将受到各国的严厉限制，低耗能汽车是大势所趋。插电式混合动力能大幅消减尾气排放，但造价较高，若要推广则需要改良基础设施，如大规模建立充电站。目前技术上制造燃烧氧气产生水的燃料电池仍有困难。空气动力发动机利用空气分子间隙大、易压缩的特点，能量的存储和释放都是物理过程，而且空气采集容易并可循环利用。5）、结构简单 因为气动发动机是可以无级变速，又可以带负荷起动，所以不必安装变速箱、散热器、传动轴等。又因气动发动机可以正转和反转，所以不需要倒档。车的重量减轻60%-70%，车就显得轻薄。6）、费用低与传统汽车相比，其发动机工作时无燃料燃烧过程，所以发动机
16、对材料要求低，结构简单、尺寸小、质量轻、造价低，设计和制造容易。整车使用维护和生产费用低，且可利用现有气动技术、汽车设计和制造技术，研制和开发周期短。综上来说，本课题的意义在于能够满足人们对新型能源且无污染的汽车的需求，而且该车优势显著，可行性可见一斑。1.3课题研究背景在19世纪，法国著名科幻小说家儒勒.凡尔纳就曾描绘过这样一幅图景满街跑着用空气作动力的汽车。在2002年在巴黎举行的国际汽车展上，展出了一种不用燃油而使用高压空气推动发动机的小型汽车“城市之猫”（CityCAT），发明者为居伊内格尔（Guy Negre）。如今，对空气动力车的研究与应用已经引起世界各国的广泛关注，许多汽车公司也
17、争相投入到空气动力车的研发与推广，试图抢先占领市场制高点。法国MDI公司的推出压缩空气动力车，一罐300升、300个大气压的压缩空气，可以行驶300公里以上，最大时速达100公里3。美国华盛顿大学的一个科研小组正在研制一种利用液氮提供动力的无污染汽车。这种汽车贮存超低温液氮,液氮通过管道输送到发动机中,迅速汽化成气体,体积急剧膨胀,推动活塞驱动汽车。澳大利亚Engineair公司更是依赖压缩空气动力发动机开发研制了一系列车型。1.4课题研究现状1.4.1国外研究现状法国设计师Guy Negre受Fl方程式赛车发动机设计的启发，于1991年获得了压缩空气动力汽车发动机的专利，并创建了MDI公司，
18、于1998年推出了第一台压缩空气动力汽车样车。在当地政府的协助下，MDI公司现正在南非约翰内斯堡、墨西哥城推广基于二压缩空气动力的城市用出租车。目前国外的研究工作主要集中在法国工程Guy Negre领导的研究小组，他们已获得相关的专利20余项，其设计出的气动汽车已经定型并投入了商业生产。美国人Roger Lee 也提出了类似的专利。荷兰的国际汽车研究中心，以及奥地利等一些欧洲国家也正积极进行相关的研究。美国华盛顿大学在美国能源部的资助下，于1997年研制了一台以液氮为动力的气动原型汽车4。其基本原理与压缩空气动力汽车相同，只是动力来源于液氮在受热蒸发后气体膨胀做功。其主要优点在于液氮无须使用高
19、压储存和高压罐，安全性较好。但液氮的制取和存储需很低的温度，制氮成本不低，储氮费用也较大。使用过程中存在氮气逸气量大，液氮气化的热交换量也很大。1.4.2国内研究现状国内近来也有人提出液态空气动力汽车的设想，但液态空气动力汽车也同样存在液氮气体动力 汽车的问题。压缩空气动力汽车的研究，目前国内尚无文献报道。浙江大学的气动汽车课题组已存气动摩托车动力平台上分别进行了凸轮配气、阀配气的尊缸和双缸压缩空气动力发动机的试验研究，已取得了一定的成果。该课题组还同时进行了液氮气体动力汽车的有关项目研究5。1.4.3汽车性能对比为了进一步说明以压缩空气为动力的气动汽车的特点以人们普遍看好的氢燃料电池电动汽车
20、作为全面的比较对象，表1.1列出了压缩空气动力汽车与氢燃料电池电动汽车常用的使用特性的对比情况6。 表1.1 与氢燃料电池电动汽车的特性比较 由此可见，气动汽车在制造、使用和安全性等方面都具有很强的竞争力和实用性，特别是压缩空气动力汽车具有良好的环保特性和较低的制造成本，这些独特的特性必将在未来社会发挥其独特作用。1.5设计基本内容以及拟解决的主要问题1.5.1设计基本内容本文的主要目的是设计一款完整的，可靠的，能运动的空气动力汽车，重点是空气动力车动力传动结构的设计，包括以下内容：1）、压缩空气动力车整体方案的设计与选择，包括发动机的选择，小车整体参数的确定，动力传动结构方案的确定；2）、空
21、气动力车的动力传动结构驱动桥的设计，包括主减速器的设计、差速器的设计和驱动半轴的设计；3）、压缩空气动力车制动器的设计，包括制动器的选型，和主要参数的计算；4）、压缩空气动力车动力系统的设计，以及相关选件的选型计算和分析。1.5.2拟解决的主要问题1）、传动系能量的传送路线的确定。即主减速器的主动齿轮将发动机的能量传递给差速器壳上的从动锥齿轮，从动锥齿轮带动差速器壳旋转，将动力传递给半轴齿轮，最后半轴齿轮带动半轴使轮毂旋转，汽车启动。2）、发动机马达的选择。通过给定的数据计算出马达的额定功率和额定转矩，选择合适参数的马达。3）、驱动桥的设计。包括确定主减速器的传动比、齿轮的载荷计算；选择差速器
22、的结构形式，差速器的结构型式有多种，有普通对称式圆锥行星齿轮差速器和防滑差速器；半轴的设计参数及校核。4）、制动器的选择与设计。汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类 。通过计算，确定制动器的结构参数。5）、气动回路的设计。缩空气动力汽车本质上是一套气动设备，与常规的气动系统的构成只是一些元器件上的差别，也包括了气源、气阀、气动管道、执行机构（在此为压缩空气动力发动机）和控制元件等。第2章 空气动力车的总体设计方案本设计的主要工作是设计一个用压缩空气为动力的小车，能够实现载人载物运动，小车的机械本体是设计的关键。就本设计而言，机械本体包括驱动器，传动机构以及制动机构。传统的汽
23、车已内燃机作为驱动器，将化学能转化为机械能。而本设计是以压缩空气为动力，所以利用气动马达将气体的内能转化为机械能，作为驱动装置。该车的传动机构与传统汽车类似，主要部分为驱动桥，包括主减速器、差速器和半轴。制动装置的设计跟传统汽车相同。2.1驱动器的选择气动马达也称为风动马达，是指将压缩空气的压力能转换为旋转的机械能的装置。一般作为更复杂装置或机器的旋转动力源。气动马达按结构分类为：叶片式气动马达，活塞式气动马达。气动马达有如下特点：1) 可以无级调速。只要控制进气阀或排气阀的开度，即控制压缩空气的流量，就能调节马达的输出功率和转速。便可达到调节转速和功率的目的。2) 能够正转也能反转。大多数气
24、马达只要简单地用操纵阀来改变马达进、排气方向，即能实现气马达输出轴的正转和反转，并且可以瞬时换向。在正反向转换时，冲击很小。气马达换向工作的一个主要优点是它具有几乎在瞬时可升到全速的能力。叶片式气马达可在一秒半的时间内升至全速；活塞式气马达可以在不到一秒的时间内升至全速。利用操纵阀改变进气方向，便可实现正反转。实现正反转的时间短，速度快，冲击性小，而且不需卸负荷。3) 工作安全，不受振动、高温、电磁、辐射等影响，适用于恶劣的工作环境，在易燃、易爆、高温、振动、潮湿、粉尘等不利条件下均能正常工作。4) 有过载保护作用，不会因过载而发生故障。过载时，马达只是转速降低或停止，当过载解除，立即可以重新
25、正常运转，并不产生机件损坏等故障。可以长时间满载连续运转，温升较小。5) 具有较高的起动力矩，可以直接带载荷起动。起动、停止均迅速。可以带负荷启动。启动、停止迅速。6) 功率范围及转速范围较宽。功率小至几百瓦，大至几万瓦；转速可从零一直到每分钟万转。7) 操纵方便，维护检修较容易 气马达具有结构简单，体积小，重量轻，马力大，操纵容易，维修方便。8) 使用空气作为介质，无供应上的困难，用过的空气不需处理，放到大气中无污染 压缩空气可以集中供应，远距离输送。2.1.1 叶片式气马达反方向的转叶片式气马达的原理见图2.1。叶片式气马达主要由定子1、转子2、叶片3及4等零件构成。定子上有进、排气用的配
26、气槽或孔，转子上铣有长槽，槽内有叶片。定子两端有密封盖，密封盖上有弧形槽与进、排气孔A、B及叶片底部相通。转子与定子偏心安装，偏心距为e。这样由转子的外表面、叶片（两叶片之间）、定子的内表面及两密封端盖就形成了若干个密封工作容积。 压缩空气由A孔输入时，分为两路：一路经定子两端密封盖的弧形槽进入叶片底部，将叶片推出。叶片就是靠此气压推力及转子转动时的离心力的综合作用而保证运转过程中较紧密地抵在定子内壁上。压缩空气另一路经A孔进入相应的密封工作容积。如图1，压缩空气作用在叶片3和4上，各产生相矩，但由于叶片3伸出长（与叶片4伸出相比），作用面积大，产生的转矩大于叶片4产生的转矩，因此转子在相应叶
27、片上产生的转矩差作用下按逆时针方向旋转，做功后的气体由定子孔C排出，剩余残气经孔B排出。 图2.1 叶片式马达原理图改变压缩空气的输入方向（如由B孔输入），则可改变转子的转向。叶片式气马达多数可双向回转，有正反转性能不同和正反转性能相同两类。图2.2为正反转性能相同的叶片式马达特性曲线。这一特性曲线是在一定工作压力（例如0.5MPa）下做出的，在工作压力不变时，它的转速、转矩及功率均依外加载荷的变化而变化。当外加载荷转矩为零时，即为空转，此时转速达最大值nmax，马达输出功率为零。当外加载荷转矩等于气马达最大转矩Tmax时，气马达停转，转速为零，此时输出功率也为零。当外加载荷转矩等于气马达最大
28、转矩的一半时，其转速为最大转速的一半， 此时马达输出功率达最大值Pmax。一般说来，这就是气马达的额定功率。 图2.2 正反转性能相同的叶片式马达特性曲线2.2.2 活塞式气马达 常用活塞式气马达大多是径向连杆式的，图2.3为径向连杆活塞气马达工作原理图。压缩空气由进气口（图中未画出）进入配气阀套1及配气阀2，经配气阀及配气阀套上的孔进入气缸3（图示进入气缸I和），推动活塞4及连杆组件5运动。通过活塞连杆带动曲轴6旋转。曲轴旋转的同时，带动与曲轴固定在一起的配气阀2同步转动，使压缩空气随着配气阀角度位置的改变进入不同的缸内（图示顺序为、），依次推动各个活塞运动，各活塞及连杆带动曲轴连续运转。与
29、此同时进气缸对应的气缸分别处于排气状态。图2.4为一小型活塞式气马达的特性曲线。可见活塞式气马达也具有软特性的特点。特性曲线各值随马达工作压力的变化有较大的变化，工作压力增高，马达的输出功率、转矩和转速均大幅度增加；当工作压力不变时，其转速、转矩及功率均随外加载荷的变化而变化。其基本情况与叶片式气马达大致相同。 图2.3 径向连杆活塞气马达工作原理图 图2.4 小型活塞式气马达的特性曲线表2.1叶片式与活塞式气马达性能对比性能叶片式气马达活塞式气马达转速转速高，可达30005000rmin转速比叶片式低单位质量功率单位质量产生的功率比活塞式要大得多，故相同功率条件下，叶片式比活塞式质量小单位质
30、量输出的功率小，质量较大起动性能起动力矩比活塞式小起动、低速工作性能好，能在低速及其任何情况下拖动重负载，尤其适合要求低速与大转矩的场合耗气量在低速工作时耗气量比活塞大在低速时能较好的控制速度，耗气量较少结构尺寸无配气机构和曲轴连杆机构，结构较简单，外形尺寸小有配气机构及曲轴连杆机构，结构较复杂，制造工艺较困难，外形尺寸大运转稳定性由于无曲轴连杆机构，旋转部分能够均衡旋转，因而工作比较稳定旋转部分均衡运转毕业片式差，但工作稳定性能满足使用要求并能安全生产维修维护检修容易较叶片式有一定难度综上所述，本设计选用转速高，单位质量功率高，结构简单，检修方便的叶片式气动马达作为驱动器。2.3小车基本参数
31、的选取和传动方案确定2.3.1小车的基本参数如下表2.2：表2.2小车整体参数额定乘员4人整车外形尺寸（mm）345014501870轴距（mm）2465轮距（mm）1200整备质量730kg载重375kg最高车速30kmh最高车速下制动距离3.5km轮子14570R12，子午线轮胎，铁钢圈2.3.2 传动系方案的确定本次设计的空气动力小汽车的驱动采用后桥驱动，后驱动桥是压缩空气动力小汽车传动系的主要组成部分，主要由主减速器、差速器、半轴组成。驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理的分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、
32、纵向力和横向力。（1）驱动桥的分类a.非断开式即整体式图2.5 非断开式驱动桥定义：非断开式驱动桥也称为整体式驱动桥，其半轴套管与主减速器壳均与轴壳刚性地相连一个整体梁，因而两侧的半轴和驱动轮相关地摆动，通过弹性元件与车架相连。它由驱动桥壳1，主减速器，差速器和半轴组成。 优点：结构简单，成本低，制造工艺性好，维修和调整易行，工作可靠。 用途：广泛载货汽车、客车、多数越野车、部分轿车用于上。b.断开式驱动桥 图2.6 断开式驱动桥定义：驱动桥采用独立悬架，即主减速器壳固定在车架上，两侧的半轴和驱动轮能在横向平面相对于车体有相对运动的则称为断开式驱动桥。为了与独立悬架相配合，将主减速器壳固定在车
33、架（或车身）上，驱动桥壳分段并通过铰链连接，或除主减速器壳外不再有驱动桥壳的其它部分。为了适应驱动轮独立上下跳动的需要，差速器与车轮之间的半轴各段之间用万向节连接。优点：可以增加最小离地间隙，减少部分簧下质量，减少车轮和车桥上的动载两半轴相互独立，抗侧滑能力强可使独立悬架导向机构设计合理，提高操纵稳定性缺点：结构复杂，成本高用途：多用于轻、小型越野车和轿车(2)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。单级主减速器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BQl0
34、90型等轻、中型载重汽车上应用广泛。图2.7 单级主减速器双级主减速器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。 为提高锥形齿轮副的啮合平稳性和强度，第一级减速齿轮副是螺旋锥齿轮。二级齿轮副是斜齿圆柱齿轮。主动圆锥齿轮旋转，带动从动圆锥齿轮旋转，从而完成一级减速。第二级减速的主动圆柱齿轮与从动圆锥齿轮同轴而一起旋转，并带动从动圆柱齿轮旋转，进行第二级减速。因从动圆柱齿轮安装于差速器外壳上，所以，当从动圆柱齿轮转动时，通过差速器和半轴即驱动车
35、轮转动。图2.8 双级主减速器(3)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。驱动桥两侧的驱动轮若用一根整轴刚性连接,则两轮只能以相同的角速度旋转。这样,当汽车转向行驶时,由于外侧车轮要比内侧车轮移过的距离大,将使外侧车轮在滚动的同时产生滑拖,而内侧车轮在滚动的同时产生滑转。即使是汽车直线行驶,也会因路面不平或虽然路面平直但轮胎滚动半径不等（轮胎制造误差、磨损不同、受载不均或气压不等）而引起
36、车轮的滑动。 车轮滑动时不仅加剧轮胎磨损、增加功率和燃料消耗,还会使汽车转向困难、制动性能变差。为使车轮尽可能不发生滑动,在结构上必须保证各车辆能以不同的角速度转动。通常从动车轮用轴承支承在心轴上,使之能以任何角速度旋转,而驱动车轮分别与两根半轴刚性连接,在两根半轴之间装有差速器。这种差速器又称为轮间差速器。多轴驱动的越野汽车,为使各驱动桥能以不同角速度旋转,以消除各桥上驱动轮的滑动,有的在两驱动桥之间装有轴间差速器。现代汽车上的差速器通常按其工作特性分为齿轮式差速器和防滑差速器两大类。 齿轮式差速器当左右驱动轮存在转速差时,差速器分配给慢转驱动轮的转矩大于快转驱动轮的转矩。这种差速器转矩均分
37、特性能满足汽车在良好路面上正常行驶。但当汽车在坏路上行驶时,却严重影响通过能力。例如当汽车的一个驱动轮陷入泥泞路面时,虽然另一驱动轮在良好路面上,汽车却往往不能前进（俗称打滑）。此时在泥泞路面上的驱动轮原地滑转,在良好路面上的车轮却静止不动。这是因为在泥泞路面上的车轮与路面之间的附着力较小,路面只能通过此轮对半轴作用较小的反作用力矩,因此差速器分配给此轮的转矩也较小,尽管另一驱动轮与良好路面间的附着力较大,但因平均分配转矩的特点,使这一驱动轮也只能分到与滑转驱动轮等量的转矩,以致驱动力不足以克服行驶阻力,汽车不能前进,而动力则消耗在滑转驱动轮上。此时加大油门不仅不能使汽车前进,反而浪费燃油,加
38、速机件磨损,尤其使轮胎磨损加剧。有效的解决办法是：挖掉滑转驱动轮下的稀泥或在此轮下垫干土、碎石、树枝、干草等。为提高汽车在坏路上的通过能力,某些越野汽车及高级轿车上装置防滑差速器。防滑差速器的特点是,当一侧驱动轮在坏路上滑转时,能使大部分甚至全部转矩传给在良好路面上的驱动轮,以充分利用这一驱动轮的附着力来产生足够的驱动力,使汽车顺利起步或继续行驶。(4) 半轴半轴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。a.全浮式半轴一般大、中型汽车均采用全浮式结构。 半轴的内端用花键与差
39、速器的半轴齿轮相连接，半轴的外端锻出凸缘，用螺栓和轮毂连接。轮毂通过两个相距较远的圆锥滚子轴承文承在半轴套管上。半轴套管与后桥壳压配成一体，组成驱动桥壳。用这样的支承形式，半轴与桥壳没有直接联系，使半轴只承受驱动扭矩而不承受任何弯矩，这种半轴称为“全浮式”半轴。所谓“浮”意即半轴不受弯曲载荷。全浮式半轴，外端为凸缘盘与轴制成一体。但也有一些载重汽车把凸缘制成单独零件，并借花键套合在半轴外端。因而，半轴的两端都是花键，可以换头使用。b.半浮式半轴半浮式半轴的内端与全浮式的一样，不承受弯扭。其外端通过一个轴承直接支承在半轴外壳的内侧。这种支承方式将使半轴外端承受弯矩。因此，这种半袖除传递扭矩外，还
40、局部地承受弯矩，故称为半浮式半轴。这种结构型式主要用于小客车。c.34浮式半轴34浮式半轴是受弯短的程度介于半浮式和全浮式之间。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。(5) 桥壳a.整体式桥壳：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。b.分段式驱动桥壳：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。综上所述，传动系能量的传送路线为：主减速器的主动齿轮将叶片式气发达的能量传递给差速器壳上的从动锥齿轮，从动锥齿轮带动差速器
41、壳旋转，将动力传递给半轴齿轮，最后半轴齿轮带动半轴使轮毂旋转，汽车启动。主减速器选用单级式弧齿双曲面齿轮的主减速器，而差速器采用对称式锥齿轮传动，传动半轴使用半浮式半轴。(4) 制动器的选取汽车盘式制动器分为定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器。与定钳盘式制动器相比，浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小，而且制动液受热汽化的机会较少，故自70年代以来，浮钳盘式制动器逐渐取代了顶钳盘式制动器。图2.9浮钳盘式制动器本次设计的小车采用浮钳盘式制动器（图2.9），它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动，制动钳上的两
42、个摩擦片分别装在制动盘的两侧，分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。第3章 叶片式马达的计算与选型叶片式气马达主要参数为：额定功率（kW），额定扭矩（Nm）。当气动马达的这两个机构参数确定下来后，气动马达的型号也就确定下来了，而气动马达的特性主要与这两个参数有关。由前面介绍的叶片式马达的工作原理可知，叶片式气动马达的额定功率一般指转速在最高转速的一半时的输出功率，额定扭矩即额定功率下的扭矩。本次设计小车的最高速度要求为30km/h，即V1=8.4m/s。小车载重（含自重）M=1030kg，小车车轮的滚动半径为
43、D1=255mm，小车受力如3.1图所示。图3.1小车受力示意图当小车匀速运动时有： (3.1)式中：m小车的总质量，取1030kg； g重力加速度，取9.8kg/m2。将数据代入式子得：。小车所受阻力： (3.2)式中：汽车滚动摩擦阻尼系数，取0.0132； 地面对小车的支持力，取10094N。将数据代入式子得：。小车匀速运动所需的牵引力为： (3.3)所以，牵引力F=133.25N。小车匀速运动所需的功率为： (3.4)式中：F小车匀速运动所需牵引力，133.25N； V小车匀速运动的速度，8.4m/s。将数据代入式（3-4）得，P=1.112kW。小车匀速运动所需的扭矩为： (3.5)式
44、中：F小车匀速运动所需牵引力，133.25N； r车轮滚动半径，0.255m。将数据代入式（3-5）得，T=33.97Nm。根据上述所求的额定功率和额定转矩可确定型号为TMYJ6-2.5的叶片式气动马达，其参数如表3.1所示。表3.1叶片式气马达参数型号减速比额定功率kW额定转速rpm额定扭矩N.m启动扭矩N.m耗气量m3工作压力MPaTMYJ6-2.52.55.881120516580.5第4章 汽车驱动桥的设计计算4.1主减速器的设计计算本次设计采用的主减速器为单级主减速器，单级主减速器具有结构简单、质量小、尺寸紧凑、制造成本低等优点，而广泛应用于主传动比的轿车和一般轻、中型载货汽车。例如
45、，乘用车（一般)、总重量较小的商用车都采用单级主减速器。主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。现代汽车驱动桥的主减速器齿轮广泛采用螺旋锥齿轮。螺旋锥齿轮传动在承受较高载荷时，工作平稳，噪音小，滑动速度低，作用在齿面上的接触负荷也小。所以本题采用单级圆弧锥齿轮。4.1.1主减速器主、从动锥齿轮的支承型式及安置方法主减速器中心必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能使它们很好地工作。齿轮的正确啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、主减速器壳体的刚度有关以外，还与齿轮的支承刚度密切相关。1）、主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂支承（图4.1）和跨置式支
46、承（亦称骑马式）（4.2）两种。悬臂式支承的结构特点是，在锥齿轮大端一侧有较长的轴，并在其上安装一对圆锥滚子轴承。为了减小悬臂长度a和增加两支承的距离b，以改善支承刚度，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使作用在齿轮上离开锥顶的轴向力由靠近齿轮的轴承而反向轴向力则由另一个轴承承受。 图4.1主动齿轮悬臂式支承形式 图4.2主动锥齿轮跨置式支承形式跨置式支承的结构特点是在锥齿轮两端的轴上均有轴承，这样可大大增加支承刚度，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，因此齿轮的承载能力高于悬臂式。此外，由于齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的距离很小，可以缩短主动齿轮轴的长度，使布置更紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但是跨置式支承增加了导向轴承支座，使主减速器结构复杂，成本提高。轿车和装载质量小于2t的货车，常采用结构简单、质量较小
