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第32章后桥

我们已经研究了在发动机和变速箱输出之间的机械传输系统，我们现在开始研究从变速箱到驱动轮的三种替代的传输方式。正如第20章所列举的，它们是：驱动桥，非驱动桥和无桥传输。

32.1驱动后桥

驱动桥可以使旋转的轴旋转或为其提供安放位置，而非驱动桥不具有以上两种功能中的任何一种，非驱动桥只是支撑在车轮绕着旋转的轮轴的末端。驱动桥有以下两个作用—

（1）驱动桥像梁一样工作，通过弹簧的作用，承受汽车由于自重及负载所产生的的载荷，并且把这些在动态状况下的载荷通过绕其旋转的车轮传递到路面上。原则上，动态载荷是由车轮和车轴总成相对于地面的运动和由于该总成的质量，轮胎的弹性和弹簧的柔韧性及汽车自重及载重所产生的反作用所引起的。

（2）安装和支撑主减速器，差速器，半轴，并且使输入轴和输出轴上产生反作用转矩。

因此，大部分驱动桥是空心或管状构造，并且其在主减速器单元外侧的截面通常但不一定圆形截面。

32.2主减速器

主减速器通常安装在后桥中，主减速器的作用是把从传动轴传递过来的驱动力的方向改变90°分配到两个驱动轮上，并且降低车轮旋转速度以使其扭矩增大。对于相当小的减速比—大约7:1，可以应用单一减速齿轮机构；对于较大的减速比，或许需要两级或三级减速齿轮机构，并且这些减速齿轮机构中的齿轮可以安装在轮毂中。因此有了这些诸如单级，双级和三级减速桥的称谓。

一般来说，第一级减速齿轮机构或许是一个锥齿轮和一个被称作冠轮的齿轮，或者是一个蜗轮和一个蜗杆齿轮，它们都可将力旋转90°。蜗杆传动平稳，不论对于传动系位置太低或者较大的离地间隙—根据蜗轮重心相对于车轮来说是偏低的还是偏高的—易于和第一轴配合为第二轴提供直接的动力，可获得一个比较高的单级减速比，该单级减速比甚至高达15:1。

虽然如此但是，锥齿轮和准双曲面锥齿轮主减速器由于造价低，传动效率较高等优点在主减速器中比较常见。蜗杆机构中，蜗杆齿滑动产生大量的热，尤其当齿轮传动比比较大时，对润滑剂的要求很高。准双曲面齿轮是这样的齿轮，冠轮轴和小齿轮轴不在同一个平面内，因此在啮合处会产生滑动。它的一个优点是传动系的位置被降低，因此汽车底板及汽车重心降低。

32.3单级减速机构驱动桥

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图32.1单级减速机构的驱动桥

图32.1为一个基本的带差速器的单级减速机构驱动桥。它有中空的驱动桥壳A，它支撑在车轮B的末端。汽车自重及载荷通过弹簧以一种我们将要在后面描述的

方式由驱动桥壳A承受，这些弹簧与车身和车轴相连。因

此，驱动桥壳端部支撑在车轮上。因此，它像一个梁并且承

受如图32.2所示的弯曲，这里P代表车轮对它的支持力，

W代表通过弹簧施加给驱动桥壳的汽车载荷。驱动桥壳必须

足够坚硬以保证其在承受弯曲载荷时没有过大的弯曲变形。

带一个锥齿轮E的短轴D用轴承支撑在驱动桥壳上。在驱动桥壳外部，轴D通过一个万向节或柔性接头和传动轴相连因此也就和变速器一轴或变速箱相连。在驱动桥壳内，锥齿轮E和固定在横轴G轴上的斜齿轮F啮合并驱动斜齿轮F。G轴用轴承HH支撑在驱动桥壳内并在外端的端部用螺栓固定在车轮B的轮毂上。显然的，当齿轮轴D被传动轴带动，动力就经过半轴齿轮传到G轴上从而传到车轮上。车轮通过在端部用锁紧螺母J和轮毂K来保证其在驱动桥壳A上的正确位置。尽管已经展示了用斜齿轮进行动力传递的路线，原理都大体类似，除非当齿轮按不同方式布置时才会用到蜗杆传动。

32.4 反作用转矩

从图32.1可看出，传动轴给D轴一个转矩，通过斜齿轮时随着车速的降低转矩以相同的比例增大。这一被增大后的转矩通过G轴传到车轮上。由牛顿第三定律，我们知道作用力和反作用力一定大小相等、方向相反，所以不仅转矩使车轮旋转，来自车轮的反作用力也会使G轴有相相反方向转动的趋势。因此锥齿轮和D轴有围绕冠轮旋转的趋势并且这种趋势将会作用到驱动桥壳。因此必须采取措施来阻止驱动桥壳相相反的方向转动。或许只靠钢板弹簧就可解决，或者应用额外的连接机构—转矩—反馈或半径杆，这是必须的如果采用螺旋弹簧而不是钢板弹簧。

类似地，驱动桥壳会有绕小锥齿轮转动的趋势，这一趋势的方向与传动轴的转动方向相反。虽然如此但是因为由传动轴传递的转矩比在驱动桥上的转矩小，在大多数情况下，可通过悬架弹簧的作用达到令人满意的效果。

32.5行车驱动力

同样，根据牛顿第三定律，车轮的驱动力或牵引力会受到车轮结构的影响，影响因素有车辆在加速过程中的惯性，来自另一轴的滚动阻力和不加速过程中的风阻，驱动轴轮胎的滚动阻力当然包括轮胎本身的和由于受影响产生的。为了有效实现这一功能，因此驱动桥必须承载车身重量，因此它必须和车身结构以这种方式相连，这种方式是向前推动的力必须从一个传递到另一个。这一连接的部件可以是钢板弹簧也可以是可以保持轴和车身重量相对位置的的一些其他连接装置。这些连接装置中相关组件最为常见的有止推组件或半径杆。

32.6转矩和牵引组件的布置

从车辆传递到车轮的除了转矩和牵引力之外还有侧向力，这些力和力矩也会从车轮传递到车辆上。因此车轴和车架之间的连接装置必须可以处理好以下几个方面—

（1）车身重量。

（2）转矩反馈—来自传动系和制动器。

（3）驱动力。

（4）制动阻力。

（5）侧向力。

尽管已经提出过很多不同种的连接装置的布置形式，只有四种形式现在仍然可被接受。它们是—（1）弹簧反馈所有力。

（2）如（1）中所示但是有单独的转矩反馈组件。

（3）如（1）中所示但是转矩和牵引力通过各自单独的组件反馈。

（4）弹簧只传递车身重量，而转矩，牵引力，制动反作用力和侧向力分别通过单独的组件反馈。

在32.7至32.1这些章节中会对这四种系统进行更详细的阐述。

32.7作为转矩或止推组件的弹簧

图32.3所示的系统称为霍奇基斯传动，是一种应用最广泛的系统。钢板弹簧A用螺栓刚性的固定在半轴套管B上。钢板弹簧A的前端用销固定在车架的托架上，A的末端通过摆动连接，铰链连接C或只是简单的在如图35.7和37.18所示的托架内滑动的滑动连接方式与车架相连。

很显然反作用扭矩会使弹簧弯曲或收卷，如图32.4所示。制动力矩当然会使板簧A相相反的方向弯曲。因为板簧的前端用销固定在车架的托架上，它们会传递驱动推力和制动阻力。板簧自由移动的后端可前后移动，用竖直方向的挠度位移来抵消板簧在曲率方向上的变形。

板簧在制动力矩和驱动力矩下的收卷可使轴旋转一个小角度，导致球销位置升高（如图32.4所示）或

降低。在图示中，板簧的弯曲使主减速器锥齿轮轴的位置由位置LO 移动到LN ，在这种情况下，如果在O 点和M 点没有万向节，传动轴会承受严重的弯曲载荷。

当车桥相对车身向上移动时，轴必须沿着圆心大约在板簧前端末端销位置的弧上运动。另一方面，传动轴必须沿着中心在前万向节位置处的圆弧移动。由于这两个中心不协调，当传动轴上下摆动时，前万向节和锥齿轮轴前端末端的距离会不断变化。这种变化可由在传动系中变速箱输出轴和锥齿轮轴之间的滑动连接来调节。通常情况下，在其中一个万向节叉上就可以构成一个的滑动的齿槽联轴节，但是有时候则使用球笼式万向节，如图26.12所示。图示中为球笼式等速万向节，而在1955年菲亚特600后置发动机汽车上，摆动半轴的内端上使用的万向节则非常轻巧简单。下一个例子中每一个轴外侧端橡胶接头可调节速度的周期性变化。

轴绕纵向轴线的旋转，例如如果只有一个车轮升高可由板簧的弯曲来调节，对于扭转情况下的橡胶衬套，可通过铰链挠度或滑动端接头间隙来调节。然而对于越野车，板簧末端和车架特殊的连接形式有时会被应用来防止板簧受到扭曲的影响。如图37.13到图37.15所示。

图32.3霍奇基斯传动 图32.4由于驱动扭矩引起的弹簧变形 32.8带有驱动力矩反馈组件的霍奇基斯传动

随着霍奇基斯驱动简单的布置形式，可使板簧足够坚硬来充分的反馈扭矩，但太硬会影响到驾驶性能。为了折中，引入单独的转矩反馈组件，但结构会变的更加复杂。这种系统现在很少用。

理想的情况是，应用一个这样的系统，有了这样一个系统 板簧不需反馈转矩，板簧安放凸垫可自由围绕轴旋转。然而，为了简化结构和排除润滑点，有时会应用刚性的板簧安置。

当应用转矩反馈组件时，一般大多是一个如图32.5所示的冲压的三角钢。有时会用一个，有时用两个。其他的布置形式中，一个管状的转矩反馈组件围住传动轴，有些情况下，反馈组件的前端末端被传动轴上的球轴承带动，毗邻其前万向节，它必须承受竖直

方向的力以能反馈转矩。不论其形式怎样，转矩反

馈组件必须严格保证其尾部末端和半轴套管刚性连

接。然而，转矩反馈组件的前端可以通过铰链与车

架连接。这是必要的，这样可容许由于半椭圆形的

板簧绕其前轴销的弯曲而引起的轴的前后运动。为

了避免震动，例如，如果离合器结合太迅速，转矩

反馈组件的前端末端可以是弹簧，如图32.5所示。

32.9单一组合的转矩推力反馈组件，弹簧只承受纵向和横向荷载

结构形式如图32.6所示，管状部件B 环绕传动轴，并通过螺栓连接到驱动桥壳A 上。它的前部末端C 是球状的，装配在罩D 内，D 是通过螺栓连接到车架横梁或着变速器后端的。板簧用螺栓固定到半轴套管上，并且每个端部都用铰链与车架相连接。很明显，B 会把驱动力从轴传递到车架上，并且产生反作用转矩。因为锥齿轮轴会通过D 的中心，如果传动轴E 和变速箱输出轴通过一个万向节相连接，该万向节正好安置在D 的中心，这样的话就不需要额外的万向节接头或滑动接头，因为当轴上下运动时，

锥齿轮轴和 图32.5

传动轴会绕同一个中心（即球形杯状物）运动。因为轴被约束着绕着球形杯状物运动，板簧的两端末端必须用铰链连接来允许板簧挠度的变化。

图32.7为球状杯形物的一个替代物。管状物B的末端用螺栓固定到半轴套管上，前端用销固定在叉式横梁A上，A可以以销C为支点转动，销C可安装在和车架上叉式横梁铆接在一起的托架内。通过绕销C为支点转动，轴可绕XX轴转动，两个后轮可一起上下运动，当管B在托架A中围绕轴YY旋转，其中一个后轮可移动，而另一个后轮保持不动。万向节接头的中心必须在XX轴和YY轴的交点O点。

在这种系统中有时板簧座会通过球轴承铰接到半轴套管上，以降低板簧的弯曲应力。在一些早期的设计也会采取一些措施来降低板簧的弯曲应力，如把板簧铰链通过销安装到车架上，该销的轴线和车架的中心线平行。

图32.6 图32.7

32.10横向半径杆

在使用螺旋弹簧、扭力弹簧、空气弹簧时——毫无疑问这些弹簧不能定位车轴，这时必须引进其他措施。两种此类布置方式示于图32.8和图32.9中。横向半径杆A，通常称为潘哈德杆，在水平方向荷载上，与一个如图32.6中所示的(抗)扭力-推力组合构件B相结合。

在图31.8所示的布置方式中，潘哈德杆平行于车轴，因而在其末端的枢轴的构造就会很简单。而图32.9中所示的方法的优点是，潘哈德杆更长，所以当它在竖直方向上运动时，水平推动轮轴的趋势较小。

另一方面，除非布置为平行于车轴，否则枢轴必须用橡胶套保护。

图32.8 图32.9

32.11三根半径杆

常用的系统的工作原理如图32.10所示。半径杆A和B平行汽车纵轴线地安装在轴的两端，叉杆式或A字形横梁C安装在轴中央。半径杆A和B的两端安装有球窝接头，而叉杆式横梁一端通过横向销与车架相连，通过横向销绕车架转动，一端通过球窝接头与车轴相连，通过球窝接头绕车轴转动。叉杆式横梁承受所有的横向力，而它们之间的三根半径杆则处理驱动和制动时的力和力矩。力矩通过半径杆的张力和压力传送到车架上。这样反作用驱动力矩（如侧视图所示，其顺时针方向发生作用）在横梁C上产生张力并在半径杆A和B上产生压力，而制动力矩则在叉杆式横梁上产生压力并在半径杆A和B上产生张力。

有时候使用两根与车轴成大约45°角度的独立半径杆将三角形上横梁C更换掉，并使用橡胶衬套接头将它们的末端分别跟车架和车轴耦合，可以获得跟图示32.10大致相似的结构。

如果图32.10中的半径杆上部用一个销简单的连接到车架上，这时就必须需要一个横向半径杆来保证其横向位置。当采用空气弹簧或螺旋弹簧时，这些布置形式是非常常见的。第41章和第42章将会描述不同的固定轴的位置和反馈转矩和驱动力的方法。

图32.10