Chapter 32
The back axle
Having dealt with the mechanical transmission system between the engine and output from the gearbox, we now turn to the three alternative final stages. As listed in Chapter 20, these are: live axles, dead axles and axleless transmissions.
32.1 Live back axles
A live axle is one that either rotates or houses shafts that rotate, while a dead axle is one that does neither, but simply carries at its ends the stub axles on which the wheels rotate. Live axles perform two functions—
(1) To act as a beam which, through the medium of the springs, carries the loads due to the weight of the carriage unit and its contents, and transmits these loads under dynamic conditions through the road wheels – rotating on its ends – to the ground. The dynamic loading is principally a result of the motions of the wheel and axle assembly over the ground and the reactions due to its mass, the flexibilities of the tyres and road springs and the mass of the carriage unit and its contents.
(2) To house and support the final drive, differential, and shafts to the road wheels, and to react the torques in both the input and output shafts.
Most live axles, therefore, are of hollow or tubular construction and usually, though not necessarily, of circular cross-section outboard of the final drive unit.
32.2 The final drive
The functions of turning the drive from the propeller shaft through 90° to distribute it to the two wheels, and of reducing the speed of rotation – thus increasing the torque – is performed by the gearing carried in the final drive unit, usually housed in the back axle. For relatively small reductions – up to about 7 : 1 – single-stage gearing is used; but for greater reductions, two or even three stages may be required, and the gearing for one or more of these stages may be housed in the wheel hubs. The terms single-, double- and triple-reduction axles are therefore used.
Generally, the first stage is either a bevel pinion and what is termed the crown wheel, or a worm and worm-wheel, both of which of course turn the drive through 90°. Worm drives have the advantages of silence, either a low drive line or a high ground clearance – according to whether the worm is underslung or overslung relative to the wheel – ease of providing for a through drive to a second axle in tandem with the first, and the fact that a high single-reduction ratio can be readily provided – even as high as 15:1.
Bevel and hypoid bevel final drives are, however, far more common because they are less costly to manufacture and have a higher efficiency – the sliding action of worm teeth generates a lot of heat, especially if the gear ratio is high, and makes heavy demands on the lubricant. A hypoid bevel gear is one in which the axes of the crown wheel and the pinion are not in the same plane, and in which therefore some sliding action takes place between the meshing teeth. The one advantage is that a low propeller drive line can be obtained, so that the floor, and therefore centre of gravity, of the vehicle can be kept down.
32.3 Single-reduction live axles
An elementary single-reduction live axle – with a differential – is illustrated diagrammatically in Fig. 32.1. It has a hollow casing A, which carries on its ends the road wheels B. The weight of the body and load is supported by the casing A through the springs which are attached to the body and to the axle in a manner which will be described later. The casing in turn is supported at its ends by the road wheels. It therefore acts as a beam and is subjected to a bending action as is shown in Fig. 32.2, where the forces P are the supporting forces supplied by the road wheels, and the forces W are the body load, applied to the casing through the springs. The casing has to be stiff enough to withstand this bending action without undue flexure.
Supported in bearings in the casing A is a short shaft D integral with which is a bevel pinion E. The shaft D is coupled by means of a universal or flexible joint, outside the casing, to the propeller shaft and hence to the mainshaft of the gearbox. Inside the casing the bevel pinion E meshes with, and drives, a bevel wheel F which is fixed to a transverse shaft G. This shaft is supported in bearings HH in the casing and is bolted to the hubs of the road wheels B at its outer ends. Obviously, when the pinion shaft D is turned by the propeller shaft the drive is transmitted through the bevel wheel to the transverse shaft G and hence to the road wheels. The road wheels are kept in place on the casing A in the end direction by nuts J and shoulders K of the casing. Although a bevel gear drive is shown, the principle would have been similar – only the gear arrangement different – had a worm drive been used.
32.4 Torque reaction
From Fig. 32.1, it can be seen that the propeller shaft applies to the shaft D a torque which, as it is transmitted through the bevel gearing, is increased in the same ratio as the speed is reduced. This increased torque is then transmitted through the shaft G to the road wheels. From Newtonrsquo;s third law of motion, we know that action and reaction must be equal and opposite, so not only will this torque tend to rotate the wheel, but also the reaction from the wheel will tend to rotate the shaft G in the opposite sense. Therefore, there will be a tendency for the pinion and its shaft D to swing bodily around the crown wheel, and this tendency will be reacted by the axle casing Some means therefore must be introduced to prevent the axle casing from rotating in the opposite direction. This may be simply the leaf springs themselves, or additional links – torque-reaction or radius rods – may be used and will be essential if coil, instead of leaf, springs are employed.
Similarly, the axle casing will tend to rotate about the axis of the bevel pinion in a direction opposite to
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第32章
后桥
在处理了发动机和变速箱输出转矩之间的机械传动关系之后，我们现在转向三个备选的阶段。 如第20章所列，它们是：活动轴，固定轴和无轴传动。
32.1活动后桥
活动轴是旋转或安装旋转轴的轴，而固定轴既不旋转也不固定，但只是在其末端带有使车轮旋转的短轴。活动轴执行两个功能：
（1）作为一根梁，通过弹簧的介质承载着由于车厢单元及其内容物的重量而产生的载荷，并在动态条件下通过车轮（在其两端旋转）将这些载荷传递给地面。动态载荷主要是由于车轮和车轴组件在地面上的运动以及由其质量引起的反作用力，轮胎和路面弹簧的柔性以及车厢单元及其内容物的质量造成的。
（2）安装并支撑主减速器，差速器和驱动车轮，并对输入和输出轴上的扭矩作出作用。
因此，大多数活动轴都是中空或管状结构，通常但不一定是主减速器外侧的圆形横截面。
32.2主减速器
将驱动装置从驱动半轴转过90°以将其分配到两个车轮，并降低转速，从而增加转矩，它的功能是通过主减速器中的传动装置进行的，通常安装在后桥。对于主减速比相对较小的，使用单级传动装置; 但为了更大程度减速增扭，可能需要两个甚至三个，并且用于这些阶段中的一个或多个的传动装置可以容纳在轮毂中。 因此使用单级，双级和三级减速器。
一般来说，第一阶段要么是斜齿轮，要么是锥齿轮，或者是蜗轮和蜗杆，这两者当然都能使驱动器转过90°。 弧齿锥齿轮主减速器具有静音的优点，无论是低驱动线路还是高离地间隙，根据弧齿锥齿轮相对于驱动车轮是悬挂式还是跨置式，易于提供与第一个轴的串联驱动， 并且可以容易地提供高单级减速比，甚至高达15：1。
图32.1单级减速轴
然而，斜齿轮和准双曲面斜齿轮的配合传动更为常见，因为它们的制造成本较低并且效率较高 。蜗杆齿的滑动动作会产生大量热量，特别是在传动比较高的情况下，并且会造成严重的变形。在润滑剂上，准双曲面锥齿轮是锥齿轮的大、小齿轮的轴线不在同一平面内的齿轮，因此在啮合齿之间发生一些滑动作用。 其中一个优点是可以获得低螺旋桨驱动线，从而可以保持车辆的重心变化较小。
32.3单级减速活动轴
一个基本的单级减速活动轴，带差速器，如图32.1所示。 它有一个空心壳体A，它在其端部承载车轮B.车身和负载的重量由壳体A通过弹簧支撑，该弹簧以将要描述的方式连接到车身和轴上。 外壳又通过车轮支撑在其端部。 因此，它作为梁起作用，并受到如图32.2所示的弯曲作用，其中力P是由车轮提供的支撑力，而作用力W是车身负载，通过弹簧外壳必须足够坚硬以承受这种弯曲作用而不会产生弯曲变形。
图32.2
在壳体A中的轴承中支承着一个短轴D，该短轴与锥齿轮小齿轮E成一整体。轴D通过一个通用或挠性接头在壳体外与传动轴相连，因此与传动轴的主轴连接变速箱。 在壳体内部，斜齿轮E与斜齿轮F啮合并驱动斜齿轮F，斜齿轮F固定在横轴G上。该轴支承在壳体内的轴承HH中并且在其外部用螺栓连接到车轮B的轮毂。 显然，当小齿轮轴D被传动轴转动时，驱动装置通过斜齿轮传递到横向轴G并因此传递到车轮。 通过螺母J和壳体的肩部K将车轮在端部方向上保持在壳体A上。 尽管显示了锥齿轮传动，但原理是相似的，只有齿轮布置不同，使用了蜗轮蜗杆传动。
32.4扭矩作用
从图32.1可以看出，螺旋桨轴对轴D施加了一个转矩，该转矩在通过斜齿轮传动时以与速度降低相同的比例增加。该增加的扭矩然后通过轴G传递到车轮。从牛顿的第三运动定律我们知道，作用力和反作用力必须是相等的，方向相反的，所以这个转矩不仅会使车轮转动，而且来自车轮的反作用力也会使轴G以相反的方向转动。因此，小齿轮及其轴D会倾向于围绕弧齿锥齿轮摆动，并且这种趋势将由轴壳起作用。因此必须引入一些装置以防止轴壳沿相反方向旋转。这可能仅仅是板簧本身，或者可以使用额外的连接，扭矩作用或半径杆，如果使用线圈而不是叶片弹簧，则这将是必要的。
类似地，轴套将倾向于围绕斜齿轮的轴线以与传动轴的旋转方向相反的方向旋转。 但是，由于传动轴传递的扭矩小于传动轴传递的扭矩，因此在大多数情况下，可以通过悬挂弹簧简单地作用。
32.5驱动力
同样，根据牛顿的第三运动定律，车轮的驱动推力或牵引力受到车辆结构的反作用，作用是车辆质量的惯性，如果它加速的话，或者车辆的滚动阻力 其他轴加上风阻（如果不是这样），驱动桥轮胎的滚动阻力当然包括纯粹的局部作用和反作用力。 因此，驱动轴实际上必须沿着滑架单元推动，因此它必须以这种方式连接到车辆的结构上，使得这个向前的推力可以从一个传递到另一个。 该连接可以是板簧或其他连杆，用于相对于滑架单元定位轴。 这种连接的相关部件被称为推力构件或半径杆。
32.6扭矩和推力构件布置
除了扭矩和推力之外，侧向力也必须从滑架单元传递到车轮，反之亦然。 轴和框架之间的连接因此必须能够处理，
（1）托架单元的重量。
（2）扭矩作用，来自传动系和制动器。
（3）推动推力。
（4）制动器拖动。
（5）侧向力。
尽管采用了各种连接方式，但通常只有四种方式。 这些是-
（1）弹簧作用所有的力。
（2）如（1）中所述，但是具有独立的扭矩反作用构件。
（3）与（1）中的情况一样，但由分开的部件作用的扭矩和推力。
（4）弹簧仅传递滑架单元的重量，使扭矩，推力和阻力反作用力以及横向力由单独的构件处理。
这四个系统在第32.7至32.11节中有更详细的概述。
32.7用作扭矩和推力构件的弹簧
该系统（图32.3）被称为Hotchkiss驱动器，应用最广泛。 弹簧A刚性地用螺栓连接到轴套B上。它们的前端枢转在框架或车辆结构的支架上，并且它们的后端通过摆动连杆或钩环C连接到结构，或者简单地在支架中滑动 如图35.7和37.18所示。
显然，扭矩反作用会导致弹簧弯曲或卷起，如图32.4显示的那样。 制动扭矩当然会使它们朝相反的方向弯曲。 由于弹簧的前端固定在结构上的销上，它们将传递驱动推力和制动阻力。 当然，它们后端的自由段能够前后移动，从而允许具有垂直偏转的弹簧的曲率或弯度的变化。
在制动器或驱动力矩下收紧弹簧会导致轴旋转一个小角度，导致其鼻部抬起，如图32.4所示，或者掉落。 在图示中，弹簧卷绕将最终传动小锥齿轮轴的对准从其正常姿态LO转换到LN，在这种情况下，螺旋桨轴将承受严重的弯曲载荷，而不是用于O处的万向接头 和M.
图32.3 Hotchkiss驱动器图 32.4驱动器引起的弹簧偏转扭矩
当车轴相对于滑架单元向上移动时，它必须沿圆弧运动，该圆的中心近似于弹簧前端枢销的轴线。另一方面，螺旋桨轴必须以其前万向接头为中心的圆弧运动。由于这两个中心不重合，所以前万向节与斜齿轮小齿轮轴的前端之间的距离随着传动轴上下摆动而变化。通过在变速器输出轴和轮轴中的小锥齿轮之间的传动系中的某处引入滑动接头来适应这种变化。通常在其中一个万向节的叉子上形成滑动花键联轴器，但有时使用盆式万向节，如图26.12所示。举例说明的是Birfield Rzeppa等速万向节，另一个则是1955年菲亚特600后置发动机汽车摆动半轴内端使用的非常整洁简单的万向节。在后一种情况下，每个轴的外侧端的橡胶接头容纳速度的循环变化。
例如，如果一个轮子仅仅上升，则轴围绕纵向轴线的旋转主要通过弹簧的挠曲，橡胶衬套的扭转以及锁紧装置的偏转或者滑动端部配件的间隙来容纳。 然而，对于越野车辆，弹簧端部与框架的特殊形式的连接有时用于将弹簧与这种扭曲效应隔离。 图37.13至37.15。
32.8带扭矩作用件的Hotchkiss驱动器
通过简单的霍奇基斯驱动装置，使弹簧足够硬以足够作用扭矩会使它们变得太硬以致不能很好地驾驶。 为了避免折衷，可以引入单独的扭矩反作用构件，但是增加了复杂性。 这个系统现在很少使用。
理想情况下，由于使用这种系统，弹簧不必对扭矩作出作用，它们的座垫可自由地在轴上扭转。 但是，为了简化结构并避免润滑点，有时使用刚性弹簧座。
图32.5
当使用扭矩反作用构件时，它主要是三角钢压制，如图32.5所示。 有时候用一个，有时候两个。 在其他布置中，管状扭矩反作用构件已经封闭了螺旋桨轴，在一些情况下，其前端由螺旋桨轴上的滚珠轴承承载在其前万向接头附近，其然后必须承受反作用所需的垂直力 扭矩。 无论其形式如何，扭矩反作用力构件都必须在其后端刚性地固定到轴套上。 但是，其前端可以通过卸扣连接到车架或车辆的结构。 这对于由于半椭圆形弹簧围绕它们的前枢轴弯曲导致的轴的前后运动是必要的。 为避免震动，例如，如果离合器啮合得太快，扭矩元件的前端可能会弹起，如图32.5所示。
32.9单一组合扭矩，推力反作用构件，弹簧仅承受垂直和侧向载荷
这种结构形式如图32.6所示。螺栓连接到车桥壳体A上并围绕螺旋桨轴的是一个管状构件B，其前端C是球形的，并装配在一个杯形件D中，该杯形件D用螺栓固定在一个横向构件上框架或齿轮箱的后部。弹簧用螺栓固定在轴套上的座位上，并在每端连接到框架上。显然，构件B将会将轴上的推力传递给框架，并且也会承受扭矩反作用力。由于小锥齿轮轴的中心线将始终穿过球形杯的中心，因此如果传动轴E通过恰好位于该杯中心的万向节与变速箱轴F连接，则不需要另外的万向节也不需要滑动接头，因为当轴向上或向下移动时，小齿轮轴和螺旋桨轴都将围绕相同的中心，即球形杯的中心移动。由于轴被限制在球形杯的中心附近移动，所以弹簧当然必须在每个端部被束缚以允许随着偏转而改变其外倾角。
图32.7显示了球和杯结构的替代方案。 管状构件B在其后端再次栓接到轴壳体上，但是在其前端处，其上枢转有叉形构件A，该叉形构件A在销钉C上枢转，销钉C由与框架的横向构件铆接的支架承载。 通过在销C上枢转，轴能够围绕轴线XX移动，两个后轮一起向上或向下移动，同时通过管B围绕轴线YY在托架A中转动，一个后轮可以向上移动而没有另一个。 万向节必须以O，XX，YY轴的交点为中心。
在该系统中，弹簧座有时铰接在轴套上的球面轴承上，以减轻扭转应力的弹簧。 在一些早期的设计中，通过将弹簧钩环连接到框架的轴线平行于框架中心线的枢轴上，寻求了相同的优点。
图32.6 图32.7
32.10横向半径杆
在使用线圈，扭杆或空气弹簧的情况下，当然不能定位轴，必须引入其他措施。 在图32.8和图32.9中示出了两种这样的布置，其中采用横向半径杆A（通常称为潘哈德杆），采取横向载荷，与图32.6所示类型的单个组合扭矩推力构件B。 通过图31.8的布置，Panhard杆与轴平行，因此可以在其端部具有简单的枢轴。 图32.9的优点是Panhard杆较长，因此在上下移动时侧向拉动车轴的倾向较小。 另一方面，它的枢轴必须是橡胶衬套的，除非它可以平行于轴布置。
32.11三个半径杆
图32.10显示了一个经常使用的系统的原理。半径杆A和B平行于车辆的纵向轴线和轴的端部放置，而叉骨或A形构件C放置在中心。杆A和杆B在两端设有球窝接头，而叉骨构件在横向销接头处枢转至框架并通过球窝接头枢转至轴。叉骨构件处理所有横向力，而它们之间的所有三个杆处理驱动和制动推力和扭矩。扭矩通过杆中的拉力和压力传递到框架。因此驱动扭矩反作用力（在端视图中以顺时针方向起作用）在构件C中产生张力并且在杆A和B中产生压缩力，而制动扭矩在横骨中产生压缩力，和杆A和B中的张力。对图32.10的系统的近似有时通过将三角形上部构件C替换为与车辆的轴线成大约45°布置的两个单独的半径杆并且在它们的端部处联接橡胶衬垫接头分别连接到框架和轴上。
如果图32.10的上半径杆是一个带有与框架的单一枢轴连接的简单连杆，则必须提供一个横向半径杆来将轴定位在侧面。 当使用空气或螺旋弹簧时，这些布置相当常见。 第41章和第42章描述了定位轴和反作用力矩和推力的各种方法。
第33章
轴结构
斜齿轮主减速器的小齿轮轴和蜗轮蜗杆传动的蜗杆轴必须在两个或多个点处支承在轴颈轴承中，并且必须轴向固定。 后者可以通过使用单独的推力轴承，或通过轴颈轴承完成。
图21.2显示了差速器和主减速器，例如可能用于汽车或中型货车。差速器笼A由两部分制成，这两部分用螺栓连接在一起，从而固定销H，其上有差速小齿轮G自由旋转。差速器罩的管状延伸部带有滚珠轴承B的内座圈，以便保持架可围绕轴线XX自由转动。轴承B的外座圈位于差速器壳体铸件K中，设置有端盖L，以便可以将带有其轴承的差速器壳体放置到位。承载件K螺栓固定在轴套的圆形中心部分的前表面上，而后表面由压制的钢盖S封闭。在汽车中，这种盖子经常焊接到位，因为汽油箱使得油箱无法进入，但是在卡车它通常是可拆卸的，以便能够访问最终驱动器和差速器。为了给它们提供最大的支撑，由钢压制成的轴套的中心部分通过压力J加强，并且盖L被加工以便抵靠在轴套中的加工开口上。小锥齿轮D承载在两个圆锥滚子轴承M和N中。内齿圈通过外端的螺母固定在小齿轮轴上，设置间隔件O，并且外座圈位于差速器承载件铸件K中。用于轴承M的外座圈的壳体P由多个将其连接到铸件K的本体上的腹板Q支承。通过适当加工垫片O，轴承M和N被“预加载”，即，当小齿轮没有任何负载时是它们上的负载;这使得在驱动时施加到小齿轮上的负载引起的轴承的轴向偏转减小到量级并有助于保持小齿轮的齿和冠轮之间的适当接触。类似地，轴承B也被预加载。 R.提供油封。
滚珠轴颈轴承通常用于小齿轮轴而不是圆锥滚子轴承。 外滚珠轴承通常用于轴向定位小齿轮轴，其滚道分别固定在轴和载体铸件上。 轴承经常预
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