ZL30輪式裝載機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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After considered of the basic parameters of gear, calculate all the geometric parameters of the gear, and then analysis gear stress and check its strength. The calculation of gears basic parameters and geometry parameters is the key point of this part. After mastered the working principle of differential, axle, final drive and axle case, have a reasonable choice and the structure of its type by combining with the design requirements, and then design parts and check strength. The differential design adopts ordinary symmetric tapered planetary gear differential, and the gear is straight bevel gears. The half-shaft design uses the full floating axle supporting. Keywords： loader, drive axle main transmission system Differentials第 0 頁 共 42 頁目 錄1 1 引言引言.11.1 國內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況.11.2 國外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況.21.3 輪式裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與方向.32 2 總體方案論證總體方案論證.52.1 整機(jī)傳動(dòng)系方案設(shè)計(jì).52.2 傳動(dòng)比的確定.62.3 驅(qū)動(dòng)橋方案設(shè)計(jì).72.3.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 .82.3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋 .82.3.3 傾斜式驅(qū)動(dòng)橋 .93 3 主傳動(dòng)器設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器設(shè)計(jì).113.1 主傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案分析.113.2 主傳動(dòng)器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案.143.3 螺旋錐齒輪計(jì)算載荷的確定.153.4 主傳動(dòng)器錐齒輪的主要參數(shù)選擇.173.5 主傳動(dòng)器錐齒輪材料的選擇及熱處理.223.6 主傳動(dòng)器錐齒輪的強(qiáng)度校核.223.6.1 輪齒的彎曲強(qiáng)度校核 .223.6.2 輪齒齒面的接觸強(qiáng)度校核 .244 4 差速器設(shè)計(jì)差速器設(shè)計(jì).254.1 差速器原理.254.2 圓錐直齒輪差速器齒輪參數(shù)的選擇.274.3 差速器直齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算.294.4 十字軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).304.4.1 十字軸材料 .314.4.2 行星齒輪軸直徑的確定.31zd5 5 半軸設(shè)計(jì)半軸設(shè)計(jì).325.1 半軸的方案設(shè)計(jì).325.1.1 半浮式半軸 .325.1.2 3/4 浮式半軸 .325.1.3 全浮式半軸 .325.2 半軸的材料及熱處理.335.3 半軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).335.4 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算.34第 1 頁 共 42 頁5.4.1 半軸計(jì)算扭矩的確定.34jM5.4.2 半軸桿部直徑的確定.34bd5.4.3 半軸的強(qiáng)度校核 .356 6 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì).366.1 橋殼的結(jié)構(gòu)型式.366.1.1 可分式橋殼 .366.1.2 整體式橋殼 .376.2 橋殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核.38致致 謝謝.40 第 0 頁 共 42 頁1 1 引言引言輪式裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于土石方工程施工的工程機(jī)械，其主要完成 50 米運(yùn)距內(nèi)的鏟、裝、卸、運(yùn)作業(yè)，也可進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。由于輪式裝載機(jī)具有作業(yè)速度快、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，操縱輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而在國內(nèi)外得到迅速發(fā)展。1.11.1 國內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況國內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況我國裝載機(jī)行業(yè)起步于 50 年代末。1958 年，上海港口機(jī)械廠首先測(cè)繪并試制了67KW（90hp） 、斗容量為 1m3的裝載機(jī)。這是我國自己制造的第一臺(tái)裝載機(jī)。該機(jī)采用單橋驅(qū)動(dòng)、滑動(dòng)齒輪變速。1964 年，天津工程機(jī)械研究所和廈門工程機(jī)械廠測(cè)繪并試制了功率為 100.57KW（135hp）斗容量為 1.7m3 的 Z435 型裝載機(jī)。1962 年國外出現(xiàn)鉸接式裝載機(jī)后,天津工程機(jī)械化研究所與天津交通局于 1965 年聯(lián)合設(shè)計(jì)了 Z425 型鉸接式裝載機(jī)。柳州工程機(jī)械廠和天津工程機(jī)械研究所合作，在參考國外樣機(jī)的基礎(chǔ)上，于 1970 年設(shè)計(jì)試制了功率為 163.9KW(220hp)、斗容量為 3m3的 ZL50 型裝載機(jī)。ZL50型裝載機(jī)經(jīng)過幾年的實(shí)踐考核，證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn)，為后來我國 ZL 系列裝載機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在 ZL50 的基礎(chǔ)上，后又設(shè)計(jì)發(fā)展了 ZL100、ZL40、ZL30、ZL20 裝載機(jī)系列產(chǎn)品，并在這個(gè)系列的基礎(chǔ)上發(fā)展了 DZL50 和 DZL40 型供地下礦坑和隧道施工用的地下裝載機(jī)變型產(chǎn)品。通過近 40 年的發(fā)展，我國裝載機(jī)從無到有，產(chǎn)品種類及產(chǎn)量均有較大幅度的提高，已經(jīng)形成獨(dú)立的系列產(chǎn)品和行業(yè)門類。生產(chǎn)企業(yè)由 80 年代的 20 家增至現(xiàn)在的百余家，初步形成了規(guī)格為 0.8-10t 約 19 個(gè)型號(hào)的系列產(chǎn)品，并已成為工程機(jī)械主力機(jī)種。主要生產(chǎn)廠家為：廈工、柳工、龍工、徐工、常林、臨工、山工、成工、宜工、鄭工、武林、朝工、山河智能等，這些廠家有長(zhǎng)時(shí)間的裝載機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、較強(qiáng)的實(shí)力、較高的市場(chǎng)占有率和較好的售后服務(wù)，在用戶心目中一直樹立著良好的形象，并保持其已有的地位和優(yōu)勢(shì)。其“八五” 、 “九五”技改的較大投入已逐漸發(fā)揮效力和作用，使企業(yè)煥發(fā)出生機(jī)和活力。 “十五”期間，輪式裝載機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展，2001-第 1 頁 共 42 頁2004 年裝載機(jī)銷量增長(zhǎng)率平均為 46.98%，大大超過前 25 年的均值 17.86%；2006 年中國裝載機(jī) 26 家主要企業(yè)共銷售 119895 臺(tái)，同比增長(zhǎng) 13.3%(不含小裝)，占據(jù)世界裝載機(jī)的大半壁江山。中國市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)，已發(fā)展為世界上最大的市場(chǎng)。國內(nèi)各生產(chǎn)廠家所在地更加認(rèn)識(shí)到裝載機(jī)這一產(chǎn)品的巨大市場(chǎng)和效益，紛紛將其列為支柱產(chǎn)業(yè)加以扶持并在政策上給予優(yōu)惠，像福建龍巖、山東蒙嶺等一批新成員的加盟，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。國際一流公司小松、利渤海爾、沃爾沃、卡特彼勒等在國內(nèi)成立合資或獨(dú)資公司后，更加劇了國內(nèi)裝載機(jī)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。我國小型裝載機(jī)制造業(yè)當(dāng)前正處于發(fā)展時(shí)期，有一定的盈利空間，小裝技術(shù)水平低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零配件充足齊全，進(jìn)入門檻低。因此目前仍有大批企業(yè)進(jìn)入小裝行業(yè)，在這種情況下，盡管市場(chǎng)“突飛猛進(jìn)” ，但產(chǎn)能增長(zhǎng)更快，因此今后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)必然殘酷而激烈，低水平的價(jià)格戰(zhàn)也在所難免。另外，我國小型裝載機(jī)還有很多需要改進(jìn)的地方，如：傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)水平太低，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大，能耗高、作業(yè)效率低，與國家提倡的節(jié)能降耗、安全環(huán)保等不一致；在傳動(dòng)方面應(yīng)該向雙變(變矩器變速箱)或全液壓方向發(fā)展；當(dāng)前廣泛采用的單缸柴油機(jī)功率偏小，噪聲、振動(dòng)、能耗都偏大；從發(fā)展的角度看，在成本增加不大的情況下，應(yīng)盡量采用雙缸或 4 缸柴油機(jī)；同時(shí)在液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方面最好采用優(yōu)先全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，變速操縱應(yīng)由機(jī)械換擋變?yōu)橐簤簞?dòng)力換擋等。我想這些都是今后小裝技術(shù)發(fā)展的方向。目前已經(jīng)有一些常規(guī)裝載機(jī)大廠開始生產(chǎn)小裝，如廈工集團(tuán)所屬的“廈工新宇” 、徐工集團(tuán)所屬的”徐特“、柳工所屬的“江蘇柳工”等。我認(rèn)為大廠進(jìn)入小裝行業(yè)并不會(huì)對(duì)他們產(chǎn)生威脅，但會(huì)有助于行業(yè)的發(fā)展。我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高漲，城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速，勞動(dòng)力的需求越來越緊缺，勞動(dòng)力成本也越來越高，裝載機(jī)作為一種既機(jī)動(dòng)靈活，又價(jià)廉物美的機(jī)器設(shè)備，將取代高成本、低效率的手工勞動(dòng)，特別是西部大開發(fā)，這類產(chǎn)品將有廣闊的潛在市場(chǎng)。所以，小型裝載機(jī)將具有良好的開發(fā)前景 。1.21.2 國外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況國外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況從國外發(fā)展趨勢(shì)來看，國外輪式裝載機(jī)技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)高的水平。信息技術(shù)的飛速發(fā)展又給裝載機(jī)技術(shù)的發(fā)展插上了飛躍的翅膀, 基于微電子技術(shù)和信息技術(shù)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、司機(jī)輔助操作系統(tǒng)、柴油機(jī)電腦控制裝置、電子計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電子自動(dòng)換擋變速控制系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于裝載機(jī)的設(shè)計(jì)、計(jì)算操第 2 頁 共 42 頁作控制、檢測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營和維修服務(wù)等各個(gè)方面, 使國外裝載機(jī)在原來的基礎(chǔ)上更加“精制”; 其自動(dòng)化程度也得以提高, 從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率; 改善了司機(jī)的作業(yè)環(huán)境, 提高了作業(yè)舒適性; 降低了噪聲、振動(dòng)和排污量, 保護(hù)自然環(huán)境; 最大限度地簡(jiǎn)化維修、降低作業(yè)成本, 使其性能、安全性、可靠性、使用壽命和操作性能都更上了一層樓。然而，我國裝載機(jī)行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，基本上都是以柳工 70 年代初開發(fā)的 ZL50 為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，屬國際 60 年代技術(shù)水平。進(jìn)入 80 年代消化吸收美國 Caterpillar、日本小松等先進(jìn)技術(shù)，逐步開發(fā)成功了我國第二代裝載機(jī)產(chǎn)品。我國的第二代產(chǎn)品與國際先進(jìn)產(chǎn)品相比，在機(jī)電一體化、操縱舒適度、作業(yè)效率等方面有較大差距，差距最大的是產(chǎn)品可靠性，國產(chǎn)多功能裝載機(jī)整機(jī)可靠性差(平均無故障工作時(shí)間不足 400小時(shí))，缺乏核心技術(shù)、主要關(guān)鍵部件都依賴進(jìn)口、產(chǎn)品單一，產(chǎn)品檔次低。另一方面，小型輪式裝載機(jī)以機(jī)動(dòng)靈活、效率高、多功能和價(jià)格低廉贏得市場(chǎng)，發(fā)展甚快。這些微型裝載機(jī)適用于建筑工地和地下礦山挖溝、平地、堆料等。國外小型裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)，包括挖掘裝載機(jī)在內(nèi)，市場(chǎng)份額已相當(dāng)大，美國的山貓牌小型多功能裝載機(jī)車銷量在 5 萬臺(tái)左右，還有美國的凱斯、約翰迪爾、卡特彼勒、英國的 JCB 等公司的挖掘裝載機(jī)及小型多功能裝載機(jī)年銷量都在萬臺(tái)以上。1.31.3 輪式裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與方向輪式裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)與方向如今，部分國外裝載機(jī)上安裝有轉(zhuǎn)速變速集成控制系統(tǒng)(STIC) , 它取消了傳統(tǒng)的方向盤和變速操作桿, 將轉(zhuǎn)向和變速操縱集成在一個(gè)操作手柄上, 并采用簡(jiǎn)單的觸發(fā)方式控制開關(guān)和換擋用的分裝式加速按鈕。利用肘節(jié)的自然動(dòng)作左右搬動(dòng)操縱手柄來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向, 利用大拇指選擇換擋銨鈕以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)與后退、加速與減速行駛, 極大地簡(jiǎn)化了操作?？ㄌ乇死展?950G 上配用的轉(zhuǎn)向變速集成系統(tǒng)稱為命令控制系統(tǒng), 由液壓回路與機(jī)械反饋系統(tǒng)構(gòu)成。轉(zhuǎn)向時(shí), 方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度直接與車身鉸接角度連接起來, 其特點(diǎn)是方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)半圈即可轉(zhuǎn)向, 可提供更快和更精確的控制。據(jù)稱, 該系統(tǒng)在一個(gè)臺(tái)(8h) 工作時(shí)間內(nèi)可使轉(zhuǎn)向圈數(shù)從 10000 轉(zhuǎn)減少到 1000 轉(zhuǎn), 極大地減輕司機(jī)的操作疲勞, 增加舒適性。由國際先進(jìn)的技術(shù)看來，在整機(jī)的設(shè)計(jì)中，變速箱占據(jù)比較重要的位置也是我國目前技術(shù)領(lǐng)域較為薄弱的還節(jié)因此在設(shè)計(jì)中盡量汲取國外的先進(jìn)技術(shù)，與中國的實(shí)際技術(shù)水平相結(jié)合，盡量做到融入機(jī)電液一體化和微電子控制技術(shù)的變速機(jī)構(gòu)。第 3 頁 共 42 頁驅(qū)動(dòng)橋是輪式裝載機(jī)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，主要包括主傳動(dòng)器、差速器、半軸、終傳動(dòng)、橋殼等部件。其功用是增大傳動(dòng)扭矩，降低轉(zhuǎn)速，并將動(dòng)力合理地分配、傳遞至左、右驅(qū)動(dòng)輪。此外，橋殼還具有承重和傳力的作用。因此，驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)參數(shù)除對(duì)裝載機(jī)的可靠性有重要影響外，也對(duì)裝載機(jī)的行駛性能如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、通過性、機(jī)動(dòng)性和操動(dòng)穩(wěn)定性等有直接影響。為充分利用其附著重量，獲到較大的牽引力，輪式裝載機(jī)普遍采用有脫橋機(jī)構(gòu)的四輪驅(qū)動(dòng)。在輪式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)中，必須考慮輪式裝載機(jī)的作業(yè)要求和行駛特點(diǎn)，盡可能提高其可靠性?，F(xiàn)有的輪式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋改進(jìn)表明：對(duì)于 ZL30 裝載機(jī)，應(yīng)盡量將傳動(dòng)比分配給終傳動(dòng)，以降低終傳動(dòng)前面驅(qū)動(dòng)橋零部件的尺寸；小錐齒輪常用的跨置式支承存在薄弱環(huán)節(jié)，改進(jìn)方案應(yīng)采用懸臂式支承；將終傳動(dòng)行星結(jié)構(gòu)中的齒圈拆分為齒圈和齒圈架，以使行星齒輪嚙合受力均勻。第 4 頁 共 42 頁2 2 總體方案論證總體方案論證2.12.1 整機(jī)傳動(dòng)系方案設(shè)計(jì)整機(jī)傳動(dòng)系方案設(shè)計(jì)裝載機(jī)的動(dòng)力裝置和驅(qū)動(dòng)輪之間的所有傳動(dòng)部件總稱為傳動(dòng)系統(tǒng)，其功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力按需要傳至驅(qū)動(dòng)輪和其他結(jié)構(gòu)。目前，車輛采用的傳動(dòng)系統(tǒng)有 4 種類型：機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由離合器、變速箱、萬向傳動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)橋等機(jī)件組成。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、傳動(dòng)效率高，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一系列缺點(diǎn)，如：各種阻力急劇變化的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)易過載熄火；換擋時(shí)，動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng)；傳動(dòng)系受到的沖擊載荷大等等。液力機(jī)械傳動(dòng)液力機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有液力元件。液力機(jī)械傳動(dòng)能自動(dòng)根據(jù)外界阻力變化，進(jìn)行無級(jí)變速，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率利用率；能減少變速器檔位數(shù)，簡(jiǎn)化變速箱的結(jié)構(gòu)；能減小傳動(dòng)系零件的沖擊載荷；車輛起步平穩(wěn)，可得到任意小的行駛速度。在液力機(jī)械傳動(dòng)中，變速箱常用動(dòng)力換擋變速箱。但是，由于采用了液力元件，液力機(jī)械傳動(dòng)傳動(dòng)效率較低。液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)中裝有液壓元件（液壓泵和液壓馬達(dá)） 。液壓傳動(dòng)能實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的無級(jí)變速，且能保持高效率；便于操縱；簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)。但是，由于液壓元件制造精度高，液力傳動(dòng)存在價(jià)格昂貴、可靠性差的缺點(diǎn)。電傳動(dòng)電傳動(dòng)系統(tǒng)的基本原理是：發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，然后用發(fā)電機(jī)輸出的電能驅(qū)動(dòng)裝在車輪中的電機(jī)。電傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是價(jià)格高、自重大。目前僅適用于一些大功率的礦用車輛。結(jié)論：根據(jù)以上 4 種傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮裝載機(jī)工作阻力急劇變化、換擋頻繁、第 5 頁 共 42 頁速度變化范圍大、要求起步平穩(wěn)、且要求以任意小的速度行駛而獲得較大的牽引力的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用液力機(jī)械傳動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖 2.1 所示：2.22.2 傳動(dòng)比的確定傳動(dòng)比的確定（1）總傳動(dòng)比的確定可由如下公式計(jì)算最低檔總傳動(dòng)比: （2-1）jmaxmaxmaxTgMrFi式中 最低擋總傳動(dòng)比；maxi整機(jī)最大牽引力，依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書=7.5103；maxFmaxFN發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩maxTM變速器機(jī)械效率j滾動(dòng)半徑；grdgrr1式中 滑轉(zhuǎn)率，取=0.25；動(dòng)力半徑，mm；dr車輪的動(dòng)力半徑可由下式計(jì)算： （2-2）124 .25Hdrd圖 2.1 ZL30 裝載機(jī)液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖第 6 頁 共 42 頁式中 輪輞直徑，英寸；d輪胎斷面高度，英寸；H車輪變形系數(shù)。由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知輪胎規(guī)格為：14.0-24（B-d） 。目前裝載機(jī)廣泛采用低壓寬基輪胎=0.50.7，取=0.6。查相關(guān)資料可知BHBH=0.120.16，此處取 =0.12。將各參數(shù)代入公式（2-3）可得：=523.8mm。dr將有關(guān)參數(shù)代入可得：=392.9mm。gr將相關(guān)參數(shù)代入公式（2-2）得：=26.356maxi054.80.21388393. 010.574（2）各部件傳動(dòng)比的確定確定各部件傳動(dòng)比的原則：為了減小傳動(dòng)系統(tǒng)中各部件的載荷，根據(jù)功率傳遞的方向，后面的輪邊減速器部件應(yīng)取盡可能大的傳動(dòng)比。即：先選取盡可能大的終傳動(dòng)比，然后再選取盡可能大的主傳動(dòng)比，最后由總傳動(dòng)比確定變速箱傳動(dòng)比。fioiki但必須考慮以下幾點(diǎn)：a)的大小受到輪輞直徑的限制；fib)的最小值受軸承允許的最高轉(zhuǎn)速及齒輪最大的允許圓周速度的限制。ki根據(jù)以上原則，最終初步確定最低檔的各部件傳動(dòng)比如下：=2.307，=4.78，=2.39。1kioifi2.32.3 驅(qū)動(dòng)橋方案設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋方案設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋是輪式裝載機(jī)底盤傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，處于傳動(dòng)系統(tǒng)的末端，主要包括主傳動(dòng)器、差速器、半軸、輪邊減速器、橋殼等部件。其功用是增大傳動(dòng)扭矩,降低轉(zhuǎn)速；改變力矩的傳動(dòng)方向；保證左右驅(qū)動(dòng)輪能差速旋轉(zhuǎn)；并將動(dòng)力合理地分配、傳遞至左、右驅(qū)動(dòng)輪；橋殼承受作用于路面和車架之間的垂直力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求：a)保證裝載機(jī)具有較佳的動(dòng)力性，通過性和燃料經(jīng)濟(jì)性；b)保證一定必要的離地間隙；c)齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲小，傳動(dòng)效率高；第 7 頁 共 42 頁d)在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率；e)具有足夠的強(qiáng)度、剛度，滿足可靠性要求； f)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝，調(diào)整方便；g）兼顧整機(jī)穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性等。按工作特性可將驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式分為兩大類，即：非斷開式驅(qū)動(dòng)橋和斷開式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)該選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋；當(dāng)驅(qū)動(dòng)車輪采用獨(dú)立懸架時(shí)，則應(yīng)該選用斷開式驅(qū)動(dòng)橋。因此，前者又稱為非獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋；后者稱為獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋。此外，輪式裝載機(jī)還可采用傾斜式驅(qū)動(dòng)橋。2.3.12.3.1 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋非斷開式驅(qū)動(dòng)橋非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)是：橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，其廣泛用在各種車輛上。普通非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，廣泛用在各種工程機(jī)械、多數(shù)的越野汽車。他們的具體結(jié)構(gòu)、特別是橋殼結(jié)構(gòu)雖然各不相同，但是有一個(gè)共同特點(diǎn)，即橋殼是一根支承在左右驅(qū)動(dòng)車輪上的剛性空心梁，齒輪及半軸等傳動(dòng)部件安裝在其中。驅(qū)動(dòng)橋的輪廓尺寸主要取決于主減速器的型式。在裝載機(jī)輪胎尺寸和驅(qū)動(dòng)橋下的最小離地間隙已經(jīng)確定的情況下，也就限定了主減速器從動(dòng)齒輪直徑的尺寸。在給定速比的條件下，如果單級(jí)主減速器不能滿足離地間隙要求，可該用雙級(jí)結(jié)構(gòu)。在雙級(jí)主減速器中，通常把兩級(jí)減速器齒輪放在一個(gè)主減速器殼體內(nèi)，也可以將第二級(jí)減速齒輪作為輪邊減速器。對(duì)于輪邊減速器：越野汽車為了提高離地間隙，可以將一對(duì)圓柱齒輪構(gòu)成的輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直上方；輪式裝載機(jī)的輪邊減速器一般為行星式，以減小其尺寸，獲得大的傳動(dòng)比，且將其安裝在輪轂內(nèi)。2.3.22.3.2 斷開式驅(qū)動(dòng)橋斷開式驅(qū)動(dòng)橋斷開式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車輪的剛性整體外殼或梁。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的橋殼是分段的，并且彼此之間可以做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以這種橋稱為斷開式的。另外，它又總是與獨(dú)立懸掛相匹配，故又稱為獨(dú)立懸掛驅(qū)動(dòng)橋。這種橋的中段，主減速器及差速器等是懸置在車架橫粱或車廂底板上，第 8 頁 共 42 頁或與脊梁式車架相聯(lián)。主減速器、差速器與傳動(dòng)軸及一部分驅(qū)動(dòng)車輪傳動(dòng)裝置的質(zhì)量均為簧上質(zhì)量。兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)車輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車架或車廂作上下擺動(dòng)，相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車懸掛總成的類型及其彈性元件與減振裝置的工作特性是決定汽車行駛平順性的主要因素，而汽車簧下部分質(zhì)量的大小，對(duì)其平順性也有顯著的影響。斷開式驅(qū)動(dòng)橋的簧下質(zhì)量較小，又與獨(dú)立懸掛相配合，致使驅(qū)動(dòng)車輪與地面的接觸情況及對(duì)各種地形的適應(yīng)性比較好，由此可大大地減小汽車在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車廂傾斜，提高汽車的行駛平順性和平均行駛速度，減小車輪和車橋上的動(dòng)載荷及零件的損壞，提高其可靠性及使用壽命。但是，由于斷開式驅(qū)動(dòng)橋及與其相配的獨(dú)立懸掛的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故這種結(jié)構(gòu)主要見于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車及一些越野汽車上，且后者多屬于輕型以下的越野汽車或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車。2.3.32.3.3 傾斜式驅(qū)動(dòng)橋傾斜式驅(qū)動(dòng)橋傾斜式驅(qū)動(dòng)橋的特點(diǎn)是：主、從動(dòng)錐齒輪的安裝軸線并不垂直，而是相差 5的偏角，兩個(gè)主動(dòng)錐齒輪中的一個(gè)與左邊的從動(dòng)錐齒輪嚙合，另一個(gè)與右邊的從動(dòng)錐齒輪嚙合，從而使動(dòng)力傳給左右兩邊的從動(dòng)錐齒輪，實(shí)現(xiàn)減速增扭。由于采用兩對(duì)錐齒輪構(gòu)成單級(jí)主傳動(dòng)，錐齒輪的負(fù)荷就減少一半，錐齒輪、主傳動(dòng)及橋殼的尺寸就可以大大減小，從而提高整機(jī)的離地間隙。這對(duì)特別需要提高離地間隙的車輛很有意義。而且，這種主傳動(dòng)器中差速器動(dòng)力傳遞過程的特點(diǎn)是：傳動(dòng)軸傳來的動(dòng)力線傳給差速器，然后傳至主傳動(dòng)齒輪。差速器的受力較小，使得差速器的尺寸較小而便于布置。由于傾斜式驅(qū)動(dòng)橋多采用了一對(duì)錐齒輪及其他零件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，僅見用對(duì)離地間隙有較高要求的車輛。結(jié)論：由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，且本設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比并不大，主傳動(dòng)器的傳動(dòng)比可取小值，容易保證其離地間隙，參照國內(nèi)相關(guān) ZL30 裝載機(jī)的設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)最終選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋，其結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示：第 9 頁 共 42 頁圖 2.2 非斷開式驅(qū)動(dòng)橋第 10 頁 共 42 頁3 3 主傳動(dòng)器設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器的功用是改變扭矩傳遞的方向，并降低變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速，增大扭矩。由于裝載機(jī)在各種路面上行使和作業(yè)時(shí)，要求驅(qū)動(dòng)輪必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速，設(shè)置一個(gè)主傳動(dòng)器后，便可使主傳動(dòng)器前面的傳動(dòng)部件如變速箱、萬向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小，從而可使其結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量減小。由于差速器的外殼安裝在主傳動(dòng)器的從動(dòng)錐齒輪上，因此確定從動(dòng)錐齒輪尺寸時(shí)要考慮差速器的安裝，反過來，確定差速器外殼尺寸時(shí)，也要考慮差速器受主傳動(dòng)器的限制。主傳動(dòng)器應(yīng)滿足如下基本要求：a）所選擇的主傳動(dòng)比應(yīng)能保證裝載機(jī)有較佳的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性；b）外型尺寸要小，保證必要的離地間隙；c）齒輪其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪音小，工作可靠；d）保證足夠的強(qiáng)度和剛度；e）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝性好，制造容易，拆裝、調(diào)整方便。3.13.1 主傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案分析主傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)方案分析主傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)齒輪類型、減速形式的不同而不同。1） 齒輪類型按齒輪副結(jié)構(gòu)型式分類，主傳動(dòng)器的齒輪傳動(dòng)主要有螺旋錐齒輪傳動(dòng)、雙曲面齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)和蝸桿蝸輪式傳動(dòng)等形式。在發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋上，主傳動(dòng)器往往采用螺旋錐齒輪傳動(dòng)或雙曲面齒輪傳動(dòng)。（1）螺旋錐齒輪螺旋錐齒輪傳動(dòng)的齒形是圓弧齒，其示意圖如下圖 3.1 所示。工作時(shí)，不是全齒上同時(shí)嚙合，而是逐漸地從一端連續(xù)平穩(wěn)地至另一端，并且，由于螺旋角的關(guān)系，在傳動(dòng)過程中至少有兩對(duì)以上的輪齒同時(shí)嚙合，因此傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)，制造簡(jiǎn)單。螺旋錐齒輪的最小齒數(shù)可以減少到 6 個(gè)，與直齒錐齒輪相比可以實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比。第 11 頁 共 42 頁但是，螺旋錐齒輪傳動(dòng)工作噪音大，對(duì)嚙合精度很敏感。所以，為了保證齒輪副的正確嚙合，必須提高支撐剛度，另外螺旋錐齒輪的潤滑方式以及所需的潤滑油都是一般潤滑油。圖 3.1 螺旋錐齒輪傳動(dòng)示意圖（2）雙曲面錐齒輪雙曲面錐齒輪傳動(dòng)工作示意圖如下圖 3.2 所示。與螺旋錐齒輪相比，雙曲面齒輪傳動(dòng)不僅工作平穩(wěn)性更好，彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度更高，同時(shí)還可使主動(dòng)齒輪的軸線相對(duì)于從動(dòng)齒輪軸線偏移，可提高車輛的離地間隙。但，雙曲面齒輪傳遞扭矩時(shí)，齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，且齒面間壓力很大，齒面油膜很容易被破壞，必須采用含防劃傷添加劑的雙曲面齒輪油，絕不允許用普通齒輪油代替，否則將時(shí)齒面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。雙曲面錐齒輪傳動(dòng)適合于傳動(dòng)比大于 4.5，且輪廓尺寸有限制的場(chǎng)合，另外，雙曲面錐齒輪所需要的潤滑油是雙曲面錐齒輪潤滑專用油，價(jià)格較貴，而且消耗較大，如果不及時(shí)更新，還可能會(huì)使齒面磨損加劇，壽命降低。圖 3.2 雙曲面齒輪示意圖第 12 頁 共 42 頁結(jié)論：參照現(xiàn)有機(jī)型的配置，并考慮主傳動(dòng)器傳動(dòng)比小于 3，經(jīng)方案論證，本設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器的齒輪選用 35 螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式。2） 結(jié)構(gòu)形式表 3.1 各類型減速器特點(diǎn)及其應(yīng)用按參與傳動(dòng)的齒輪副數(shù)目，可將主傳動(dòng)器分為單級(jí)式主傳動(dòng)器和雙級(jí)式主傳動(dòng)器、雙速式主傳動(dòng)器、雙級(jí)式主傳動(dòng)器配輪邊減速器等。雙級(jí)式主傳動(dòng)器應(yīng)用于大傳動(dòng)比的中、重型汽車。單級(jí)式主傳動(dòng)器應(yīng)用于轎車和一般輕、中型載貨汽車。單級(jí)式主傳動(dòng)器由一對(duì)圓錐齒輪組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。減 速 型 式特 點(diǎn)應(yīng) 用單級(jí)減速結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、成本低、傳動(dòng)比一般在 7 以下中小型底盤，如 JS-1、JS-2 小反斗車、0.53m 裝載機(jī)前置錐齒輪雙級(jí)減速可得較大傳動(dòng)比（59，最大可達(dá) 11）和離地間隙，橋的縱向尺寸大，傳動(dòng)軸的夾角增大較長(zhǎng)軸距的中、重型底盤，如 Q5、QY8 汽車起重機(jī)上置錐齒輪雙極減速傳動(dòng)裝置布置較高，便于傳動(dòng)軸通過，車身較高多橋驅(qū)動(dòng)底盤， 如上安QY15（SH-361）PY-160 平地機(jī)等單級(jí)減速附外嚙合輪邊減速橋的中央部分、差速器、半軸負(fù)荷減小、尺寸小、提高離地間隙中、大型底盤，如 Z4-2 裝載機(jī)單級(jí)減速附行星輪邊減速橋中部差速器，半軸體積小，縮短橋中心到傳動(dòng)軸凸緣的距離，行星齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，半軸與輸出驅(qū)動(dòng)軸同軸，傳動(dòng)比可達(dá) 1218工程機(jī)械和重型汽車上廣泛應(yīng)用，如 ZL-50、ZL-40、ZL-30、SH-380、TL-160、CL-70雙級(jí)減速附行星輪邊減速是前兩種結(jié)構(gòu)的組合，減速比很大，增大扭矩，減低重心超重型多橋底盤如 QD-100 汽車起重機(jī)第 13 頁 共 42 頁結(jié)論：經(jīng)方案論證，本設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器采用單級(jí)式主傳動(dòng)器。圖 3.3 單機(jī)主減速器三維結(jié)構(gòu)圖3.23.2 主傳動(dòng)器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案主傳動(dòng)器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方案主傳動(dòng)器必須保證主、從動(dòng)齒輪具有良好的嚙合狀況，才能平穩(wěn)地工作。齒輪的正確嚙合，除了與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承精度有關(guān)外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。1） 主動(dòng)錐齒輪的支承主動(dòng)錐齒輪的支承形式分為懸臂式支承、跨置式支承。（1）懸臂式支承懸臂式支承的特點(diǎn)是錐齒輪大端一側(cè)軸頸較長(zhǎng)，上面安裝兩個(gè)圓錐滾子軸承。為提高懸臂式支承的剛度，兩圓錐滾子軸承的大端應(yīng)向內(nèi)。這種支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但相對(duì)剛度較差，主要用于輕型貨車和轎車上。（2）跨置式支承跨置式支承的特點(diǎn)是錐齒輪兩端的軸頸均有軸承支承，又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却蟠笤黾?，又使軸承負(fù)荷減小，使齒輪嚙合條件改善，齒輪的承載能力第 14 頁 共 42 頁高于懸臂式。結(jié)論：由于本設(shè)計(jì) ZL30 裝載機(jī)屬于重型機(jī)，傳動(dòng)軸需要有足夠的剛度和穩(wěn)定性，如果采用懸臂式支承，機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，傳遞的扭矩也會(huì)相應(yīng)的降低，故本設(shè)計(jì)采用跨置式支承，這樣的設(shè)計(jì)能夠有效提高支承剛度。主動(dòng)錐齒輪跨置式支承支承結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示：圖 3.4 主動(dòng)錐齒輪跨置式支承示意圖2） 從動(dòng)錐齒輪的支承從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小支承跨度尺寸。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有設(shè)置加強(qiáng)肋的地方，以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，支承跨度不應(yīng)小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的 70%。為了限制從動(dòng)齒輪因受軸向力產(chǎn)生偏移，在從動(dòng)錐齒輪的背面加設(shè)止推螺栓作為輔助支承。3.33.3 螺旋錐齒輪計(jì)算載荷的確定螺旋錐齒輪計(jì)算載荷的確定主傳動(dòng)比和計(jì)算載荷是主減速器設(shè)計(jì)的必需數(shù)據(jù)。oi確定從動(dòng)螺旋錐齒輪所受的扭矩通常有三種方法：按液力變矩器輸出的最大扭矩和傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比確定；按驅(qū)動(dòng)輪附著力確定；按平均載荷確定。前兩種方法確定的扭矩為從動(dòng)錐齒輪的最大扭矩，并不是正常的持續(xù)扭矩，只適用于驗(yàn)算最大應(yīng)力。但在錐齒輪參數(shù)選擇時(shí)，可將前兩種方法確定的最大扭矩的較小值作為計(jì)算扭矩，帶入經(jīng)驗(yàn)公式來選擇齒輪參數(shù)。第三種方法確定的扭矩為常用扭矩，較好地代表了實(shí)際情況的疲勞強(qiáng)度計(jì)算載荷。1） 按液力變矩器輸出的最大扭矩和傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的最大扭第 15 頁 共 42 頁矩的計(jì)算： （3-1）NiiMKMmokoTDGe1max2式中 考慮沖擊載荷的過載系數(shù)，對(duì)于具有液力變矩器的機(jī)器，取DK=1.0；DK按液力變矩器輸出的最大扭矩和傳動(dòng)系最低檔傳動(dòng)比確定從動(dòng)大2GeM錐齒輪的計(jì)算扭矩，；mN發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作時(shí)輸出的最大扭矩，maxTM=1388.16；maxTMmN驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)比，已知=2.54；oioi變速箱一檔傳動(dòng)比，=2.31；1ki1ki變矩器到主減速器的傳動(dòng)效率；mo=；moko式中 變速器的傳動(dòng)效率,取 0.95；k主傳動(dòng)器的傳動(dòng)效率,取 0.95。o驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，=2。NN算得：=0.9025； =3667.82。mo2GeMmN2） 按驅(qū)動(dòng)輪附著扭矩來確定從動(dòng)錐齒輪的最大扭矩計(jì)算： （3-2）ffdDGSirGM2式中 按驅(qū)動(dòng)輪附著扭矩來確定的從動(dòng)大錐齒輪的計(jì)算扭矩，；2GSMmN滿載時(shí)驅(qū)動(dòng)橋上的載荷（水平地面） ，；DGN附著系數(shù)，輪式工程車輛=0.851.0，取=0.7；驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑，前面已求出=523.8mm；drdr終傳動(dòng)的傳動(dòng)比，由前面所知得，=4.5；fifi終傳動(dòng)的效率，行星傳動(dòng)通常取 0.97。f由本次設(shè)計(jì)任務(wù)書可知：裝載機(jī)工作質(zhì)量為 12 ，額定載重量為 35，ZL30 裝tKN載機(jī)滿載時(shí)的橋荷分配為前橋 70。所以，=（8700+3500）70%10=12.4104DGN所以,算得：=7173.60。2GSMmN取以上兩種計(jì)算方法中較小值作為從動(dòng)錐齒輪的最大扭矩，所以,該處的計(jì)算扭矩：第 16 頁 共 42 頁=3667.82max2M2GeMmN=1512.20max1M1GeMooGeiM2mN3） 按平均受載扭矩來確定從動(dòng)錐齒輪上的載荷：輪式裝載機(jī)作業(yè)工況非常復(fù)雜，要確定各種使用工況下的載荷大小及其循環(huán)次數(shù)是困難的，只能用假定的當(dāng)量載荷或平均載荷作為計(jì)算載荷。對(duì)輪式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)器從動(dòng)齒輪推薦用下式確定計(jì)算扭矩： （3-3）fiNrGMffdDGPsin2式中 按平均受載扭矩來確定從動(dòng)錐齒輪上的載荷，；2GPMmN道路滾動(dòng)阻力系數(shù)。=0.0200.035，取=0.03；fff坡道阻力系數(shù)，=sin20=0.34；sinsin算得：=1976.40。2GPMmN得主動(dòng)小錐齒輪上的常用受載扭矩為：=819.71。1GPMooGPiM2mN3.43.4 主傳動(dòng)器錐齒輪的主要參數(shù)選擇主傳動(dòng)器錐齒輪的主要參數(shù)選擇1) 主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)和1Z2Z選擇齒數(shù)時(shí)需要考慮以下因素：a)應(yīng)盡量使相嚙合齒輪的齒數(shù)沒有公約數(shù)，以便使齒輪各齒能相互交替嚙合；b)為得到理想的齒面接觸，小齒輪的齒數(shù)應(yīng)盡量選用奇數(shù)；c)為了保證必要的重疊系數(shù)，大小齒輪的齒數(shù)和應(yīng)不小于 40；d)主傳動(dòng)比較大時(shí)，應(yīng)盡量小些，但不能小于 6。1Z根據(jù)以上選擇齒數(shù)的要求，結(jié)合本次設(shè)計(jì)主傳動(dòng)比=2.54，選取主動(dòng)小錐齒輪齒oi數(shù)=13，從動(dòng)大錐齒輪齒數(shù)=62，=4.78。1Z2Zoi2) 從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑的確定2d就單級(jí)主傳動(dòng)器來說，從動(dòng)錐齒輪的分度圓直徑，對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的尺寸有直接影響。分度圓直徑小了，影響跨置式主動(dòng)齒輪和差速器的布置和安裝。一般從動(dòng)錐齒輪的分度圓直徑可以根據(jù)從動(dòng)錐齒輪上的最大扭矩來計(jì)算。第 17 頁 共 42 頁根據(jù)從動(dòng)錐齒輪上的最大扭矩，按經(jīng)驗(yàn)公式粗略計(jì)算從動(dòng)錐齒輪的分度圓直徑： = （3-4）2d3max2MKd式中 從動(dòng)齒輪分度圓直徑，；2d從動(dòng)錐齒輪分度圓直徑系數(shù)，對(duì)于輪式裝載機(jī)，取dKdK10.3712.92；從動(dòng)錐齒輪上的計(jì)算扭矩，=3667.82。max2Mmax2MmN得：=159.99199.20。2d3) 齒輪端面模數(shù)的選擇m由，代入數(shù)據(jù)得，=6.067.54，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=7。22Zdm mm為了知道所選模數(shù)是否合適,需用下式校核：= （3-5）m3max2MKm式中 從動(dòng)齒輪端面模數(shù)，；mm齒輪端面模數(shù)系數(shù)，取 0.2830.413；mKmK從動(dòng)錐齒輪上的計(jì)算扭矩，=3667.82。max2Mmax2MmN代入數(shù)據(jù)得=4.8097.018。m所以，所選齒輪端面模數(shù)=7合適。m由此可算出大小錐齒輪的分度圓直徑：=185，=38。2d1d4) 法向壓力角的選擇螺旋錐齒輪的壓力角是以法向壓力角來表示的，螺旋錐齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角是20o。增大壓力角可以增大齒根厚度，增加螺旋錐齒輪的強(qiáng)度，并且可以減小產(chǎn)生跟切的最小齒數(shù)。但是大的壓力角易使小齒輪的齒頂變尖、齒輪的齒型重合系數(shù)降低。減小壓力角可以使齒輪運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)生較低的噪音。對(duì)于大中型工程機(jī)械，常采用較大的壓力角 22 30。本次設(shè)計(jì)采用 22 30壓力角。5) 螺旋角的選擇m螺旋角指該齒輪節(jié)錐齒輪線上某一點(diǎn)的切線與該切點(diǎn)的節(jié)錐線之間的夾角。螺m旋角越大，齒輪重疊系數(shù)增大，錐齒輪傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪音越小，但會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力，縮短軸承的壽命。下圖 3.5 為螺旋錐齒輪的軸向重疊系數(shù)和螺旋角曲線，軸向重疊系數(shù)是借用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)中的術(shù)語，在斜齒圓柱齒輪副中標(biāo)致軸向重疊系數(shù)的重疊方向是平行于齒第 18 頁 共 42 頁輪軸線的，在這里則是平行于節(jié)錐而言。 圖 3.5 螺旋錐齒輪的軸向重疊系數(shù)和螺旋角曲線輪式裝載機(jī)普遍采用=35。本次設(shè)計(jì)采用=35。mm6) 齒面寬的確定b增加齒面寬理論上可以提高齒輪的強(qiáng)度及使用壽命，但實(shí)際上，齒面寬過大會(huì)使螺旋錐齒輪小端變長(zhǎng)，導(dǎo)致齒面變窄和齒根圓角半徑過小，齒輪的負(fù)荷易于集中小端，從而導(dǎo)致輪齒折斷。齒面寬過小同樣也會(huì)降低輪齒的強(qiáng)度和壽命。通常螺旋錐齒輪傳動(dòng)大齒輪的齒面寬可由下式初算： （3-6）aRb312式中 大齒輪齒寬，；2b錐齒輪傳動(dòng)的節(jié)錐距，。aR=0.57=221.7aR22215 . 0ZZm221362=73.9，同時(shí)，不應(yīng)超過端面模數(shù)的 10 倍,即：aRb3122bm10=107=70，最終確定=29。2bm2b通常，小錐齒輪齒面寬比大錐齒輪齒面寬約大 10%，以使其在大錐齒輪輪齒兩1b2b端都超出一些，便于嚙合。小錐齒輪齒面寬=1.129=31.9。1b21 . 1 b最后取=32。1b7) 螺旋方向的選擇設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)車輛的行駛情況，使齒輪軸向力方向能將兩錐齒輪相互斥離，防止輪第 19 頁 共 42 頁齒卡住。根據(jù)上述要求，驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)器主動(dòng)錐齒輪應(yīng)為左旋，從動(dòng)錐齒輪應(yīng)為右旋。圖 3.6 輪齒的螺旋方向 (a)左旋齒 (b)右旋齒對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)的裝載機(jī)，若單從使兩錐齒輪相互斥離的觀點(diǎn)來考慮，則前后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪的螺旋方向相反。但為了提高產(chǎn)品的通用性，常使前后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪的螺旋方向相同。這時(shí)，齒輪不可避免會(huì)互相咬卡。8) 齒高變位系數(shù)的選擇為防止小錐齒輪可能發(fā)生的根切，輪式裝載機(jī)主傳動(dòng)器的螺旋錐齒輪采用短齒和高度修正。高度修正的實(shí)質(zhì)是小錐齒輪采用正變位（輪齒變胖，齒距不變，即 P=m） 。而大錐齒輪采用負(fù)變位，增大小錐齒輪齒頂高，降低大錐齒輪齒頂高，提高輪齒的強(qiáng)度。小錐齒輪齒頂高的增大值與大錐齒輪齒頂高的降低值相等。螺旋錐齒輪的齒頂高系數(shù)=0.85，頂隙系數(shù)=0.188。ahc對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的格里什制等間隙收縮齒，小齒輪高度變位系數(shù)=0.39，1oi11大齒輪高度變位系數(shù)=-。219) 齒側(cè)間隙的選擇nc齒側(cè)間隙是指輪齒嚙合時(shí)，非工作齒面間的最短法向距離。齒側(cè)間隙過小，不能形成理想的潤滑狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)表面加速磨損，甚至卡死現(xiàn)象；齒側(cè)間隙過大，易造成沖擊，增大噪聲。選取齒側(cè)間隙=0.20。nc此次設(shè)計(jì)的 35 螺旋錐齒輪幾何尺寸詳見表 3.2：表 3.2 主傳動(dòng)器螺旋錐齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱公式代號(hào)數(shù)值1Z13齒數(shù)2Z62壓力角2230第 20 頁 共 42 頁端面模數(shù)m7螺旋角m35齒頂高系數(shù)ah0.8510.330徑向變位系數(shù)2-0.330頂隙系數(shù)c0.188名稱公式代號(hào)數(shù)值側(cè)隙系數(shù)nc0.2軸交角90o1b32齒寬2b29Zmd138分度圓直徑Zmd2185mhhaa118.26齒頂高mhhaa223.64mchhaf114.96齒根高mchhaf229.58211arctanZZ1150分錐角1290o7850外錐距=aR2221ZZ63.348周節(jié)mt21.98affRh11arctan217齒根角affRh22arctan42521fa425齒頂角12fa21711aa2555頂錐角22aa704711ff1913根錐角22ff645螺旋方向小錐齒輪右旋，大錐齒輪左旋111costan22txxmS16.263理論弧齒厚12SmS5.727第 21 頁 共 42 頁3.53.5 主傳動(dòng)器錐齒輪材料的選擇及熱處理主傳動(dòng)器錐齒輪材料的選擇及熱處理ZL30 裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的工作條件相當(dāng)惡劣的，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、載荷變化多、沖擊大、要求可靠性高等特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，主傳動(dòng)器錐齒輪的材料和熱處理應(yīng)滿足如下的要求：a)齒輪具有較高的強(qiáng)度和剛度；b)齒面應(yīng)具有較高的硬度和較低的粗糙度，以提高耐磨性；c)齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性，以適應(yīng)沖擊載荷；d)材料的加工性能良好，且適合進(jìn)一步熱處理；e)齒輪材料易于獲得。根據(jù)以上要求選齒輪材料為滲碳合金鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒CrMnTi20表面硬度應(yīng)達(dá)到 5864HRC，芯部硬度較低，約為 2945HRC，=1100，=850bMpas。 Mpa為防止齒輪副在運(yùn)行初期發(fā)生膠合、咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，均予厚度為 0.0050.01的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，以提高齒輪壽命。為了提高耐磨性，可進(jìn)行滲硫處理。滲硫可顯著降低摩擦系數(shù)，防止齒輪咬死。此外，為防止齒輪在淬火時(shí)產(chǎn)生較大的變形，可采用壓淬法。 （急速冷卻過程中，將工件施壓，以防止壓力釋放而影響工件的外形，并可以實(shí)現(xiàn)平面平整、光潔。3.63.6 主傳動(dòng)器錐齒輪的強(qiáng)度校核主傳動(dòng)器錐齒輪的強(qiáng)度校核在完成主傳動(dòng)器錐齒輪的幾何計(jì)算，選擇材料及熱處理方式后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證錐齒輪有足夠的強(qiáng)度和壽命，安全可靠地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前，應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式，以及其影響因素。齒輪的破壞形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損，齒面膠合等。驅(qū)動(dòng)橋齒輪承受的是交變載荷。但由于裝載機(jī)作業(yè)中制動(dòng)頻繁，制動(dòng)沖擊大，主傳動(dòng)器錐齒輪主要的破壞形式是輪齒崩斷，而且輪齒崩斷對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的影響是致命的。故本處只以輪齒承受的最大扭矩進(jìn)行第 22 頁 共 42 頁強(qiáng)度計(jì)算，而不再進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。3.6.13.6.1 輪齒的彎曲強(qiáng)度校核輪齒的彎曲強(qiáng)度校核錐齒輪齒根彎曲應(yīng)力可用以下公式計(jì)算： （3-7）JKKmbKKPmSVD1上述公式由三部分組成：為載荷有關(guān)的系數(shù)，為輪齒尺寸有關(guān)的系數(shù)，VDKKPmb1為應(yīng)力分布有關(guān)的系數(shù)。JKKmS式中 彎曲應(yīng)力，；Mpa齒輪齒寬中點(diǎn)圓周力，；PNdMPP3102式中 大錐齒輪計(jì)算扭矩，；PMmN錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm；d （3-8）sinbdde式中 齒輪分度圓直徑，；ed齒輪齒面寬，；b分錐角。過載系數(shù)，與錐齒輪副運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作性DK質(zhì)和載荷性質(zhì)，對(duì)有液力變矩器的輪式裝載機(jī)，取=1.1；DK質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當(dāng)輪齒嚙合良好時(shí)，取VK=1.0；VK載荷分配系數(shù)，反映在齒寬上載荷分配的不均勻性，與齒輪的的支mK承剛度有關(guān)。當(dāng)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承時(shí)，=1.101.25，取=1.15。mKmK齒寬，；b齒輪大端模數(shù)，7；m尺寸系數(shù)，反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與輪齒尺寸熱處理等因素SK有關(guān)。因=101.6 mm 時(shí)， 。m725. 04 .2574 .2544mKS彎曲強(qiáng)度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)位置、輪齒間J第 23 頁 共 42 頁的載荷分配、有效齒寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)對(duì)彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻(xiàn)2，可得：=0.235，=0.240。1J2J把以上各參數(shù)代入公式（3-7）可得：，Mpa03.5631Mpa98.5852齒輪材料為滲碳合金鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火后， =1100，錐齒CrMnTi20bMpa輪的許用彎曲應(yīng)力為： 。pMpab7707 . 0因，1pMpa7702pMpa770所以，齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。3.6.23.6.2 輪齒齒面的接觸強(qiáng)度校核輪齒齒面的接觸強(qiáng)度校核 輪齒齒面的接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算： （3-9）式中 接觸應(yīng)力，；cMpa彈性系數(shù)，取=234；PCPCMpa齒輪齒寬中點(diǎn)圓周力，,計(jì)算過程與上章中輪齒的彎曲強(qiáng)度校核相PN同；過載系數(shù)，與錐齒輪副運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作性DC質(zhì)和載荷性質(zhì)，對(duì)有液力變矩器的輪式裝載機(jī)，取=1.1；DC質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當(dāng)輪齒嚙合良好時(shí)，取VC=1.0；VC尺寸系數(shù)，反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與輪齒尺寸熱處理等因素SC有關(guān)。因=71.6 mm 時(shí)， ；m725. 04 .2574 .2544mCS載荷分配系數(shù)，反映在齒寬上載荷分配的不均勻性，與齒輪的的支mC承剛度有關(guān)。當(dāng)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承時(shí)，=1.101.25，取=1.15；mCmK齒寬，；b接觸強(qiáng)度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)位置、輪齒CJ間的載荷分配、有效齒寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)對(duì)彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻(xiàn)2，可得：=0.11，=0.11；1CJ2CJ把以上各參數(shù)代入公式（3-9） ，可得：，。Mpac50.27801Mpac72.26982CfmSVDPcJCCdbCCCPC第 24 頁 共 42 頁大小錐齒輪的許用接觸應(yīng)力均為：。CMpa2800因，所以，齒輪接觸強(qiáng)度滿足要求。1cCMpa28002CMpa2800第 25 頁 共 42 頁4 4 差速器設(shè)計(jì)差速器設(shè)計(jì)4.14.1 差速器原理差速器原理車輛在行駛過程中，由于左右兩輪胎滾動(dòng)半徑不相等、左右兩輪接觸的路面條件不同、行使阻力不相等因素，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)滾過的路程往往是不相等的。如果驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，將增加輪胎的磨損，增加轉(zhuǎn)向阻力，同時(shí)也增加功率損耗。為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，允許左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器(圖 4.1)。圖 4.1 差速器三維結(jié)構(gòu)差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其功用是能使左右車輪差速滾動(dòng)，并將主傳動(dòng)器傳來的動(dòng)力分配給兩側(cè)車輪。為提高裝載機(jī)在惡劣路面的通過性和充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，裝載機(jī)需要對(duì)差速器采取防滑措施。例如加進(jìn)摩擦元件以增大其內(nèi)摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置差速鎖等。第 26 頁 共 42 頁圖 4.2 差速器原理圖當(dāng)兩側(cè)車輪以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪繞半軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)公轉(zhuǎn)。若兩側(cè)車輪阻力不同，則行星齒輪在作上述公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)自轉(zhuǎn)，因而，兩半軸齒輪帶動(dòng)兩側(cè)車輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。差速器殼 3 作為差速器中的主動(dòng)件（設(shè)其角速度為 0） ，與主減速器的從動(dòng)齒輪6 和行星齒輪軸 5 連成一體。半軸齒輪 1 和 2 為差速器中的從動(dòng)件（其角速度為 1和2） 。當(dāng)行星齒輪只是隨同行星架繞差速器旋轉(zhuǎn)軸線公轉(zhuǎn)（直線行駛）時(shí)，處在同一半徑 r 上的 A、B、C 三點(diǎn)的圓周速度都相等(圖 b)，其值為 0r。于是，1=2=0，即差速器不起差速作用，而半軸角速度等于差速器殼 3 的角速度。當(dāng)行星齒輪 4 除公轉(zhuǎn)外，還繞本身的軸 5 以角速度 4自轉(zhuǎn)時(shí)(圖 c)，嚙合點(diǎn) A 的圓周速度為 1r=0r+4r4，嚙合點(diǎn) B 的圓周速度為 2r=0 r-4r4。即:1+2=20若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) n 表示，則 n1+n2=2n0 (公式 4-1)式(公式 1)-兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特性方程式。它表明左右兩側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速之和等于差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍，而與行星齒輪轉(zhuǎn)速無關(guān)。本次設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)車輛上廣泛采用的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：第 27 頁 共 42 頁圖 4.3 普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的構(gòu)成4.24.2 圓錐直齒輪差速器齒輪參數(shù)的選擇圓錐直齒輪差速器齒輪參數(shù)的選擇由于差速器的外殼是安裝在主傳動(dòng)器的從動(dòng)錐齒輪上的，確定差速器外殼尺寸時(shí)要考慮差速器受主傳動(dòng)器的限制。差速器的球面半徑確定后，差速器齒輪的大小就基本確定下來了。因此，齒形參數(shù)的選擇可使齒輪有較高的強(qiáng)度。目前，差速器大都采用壓力角=2230，齒頂高系數(shù)=0.8，頂隙系數(shù)=0.188 的齒形。與標(biāo)準(zhǔn)齒形相比，這種齒形可以使齒輪采用較大ahc的模數(shù)，在幾何尺寸一樣的情況下，可充分發(fā)揮齒輪的強(qiáng)度。（1）齒數(shù)的選取行星齒輪齒數(shù)多數(shù)采用=1012，半軸齒輪齒數(shù)多采用=1622，且半軸齒輪1Z2Z齒數(shù)與行星齒輪齒數(shù)之比在 1.62 之間。1Z2Z為了保證安裝，行星齒輪與半軸齒輪的個(gè)數(shù)應(yīng)符合如下公式： (4-2)CNZZCX右半左半式中 左右半軸齒輪的齒數(shù)；右半左半、ZZ差速器行星齒輪個(gè)數(shù)，大中型工程機(jī)械的行星齒輪數(shù)為 4，小型工CXN程機(jī)械為 2，在此取=4；CXN任意整數(shù)。C根據(jù)以上要求，取=12,=16。1Z2Z（2）齒輪模數(shù)的確定m第 28 頁 共 42 頁可由下式計(jì)算錐距： （4-3）299. 098. 0sin211dAo式中 為行星輪的分錐角, =36.8；1211arctanZZ1612arctan所以, =452sin36.8o=53.900。11sin22d49. 412900.5311zdm圓整，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=4.5。m（3）齒面寬可由下式計(jì)算半軸齒輪齒寬： (4-4)22bb式中 為齒寬系數(shù)，取 0.25；bb得=0.2545=11.25，取=11。2b2b行星輪齒寬比行星輪齒寬寬約 10%。1b2b則=1.1=1.111=12.1，取=12。1b2b1b（4）變位系數(shù)為提高齒輪的強(qiáng)度，采用高度變位。經(jīng)查表得，變位系數(shù)。26. 0差速器齒輪幾何尺寸見表 4.1： 表 4.1 差速器齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱公式代號(hào)行星齒輪1Z半軸齒輪2Z齒數(shù)Z=101Z=182Z模數(shù)m4.5齒面寬B=151b=13.52b壓力角=2230變位系數(shù)0.26齒頂高系數(shù)ah0.8頂隙系數(shù)c0.188側(cè)向間隙nc0.20齒全高mchha 28.05軸間夾角90分度圓直徑Zmd=451d=812d第 29 頁 共 42 頁分錐角211arctanZZ1290o=2931=60572齒頂角1221,fafa65543齒頂高mhhaa=4.771ah=2.432ah齒根高mchhaf=3.281fh=5.622fh齒根角offAharctan43655齒頂角1221,fafa65543根錐角ff25542頂錐角aa3558654.34.3 差速器直齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算差速器直齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)差速器齒輪工作環(huán)境和受載性質(zhì)，差速器中行星齒輪和半軸齒輪的材料選為滲碳合金鋼，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到 5864HRC，芯部CrMnTi20硬度較低，約為 2945HRC， =1100，=850。bMpasMpa由于差速器齒輪的工作條件比主傳動(dòng)器齒輪的工作環(huán)境要好的多，而且只有當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎，或路面不平時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才會(huì)有嚙合傳動(dòng)。因此，一般只對(duì)差速器齒輪應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，而不計(jì)算接觸強(qiáng)度。可按下式對(duì)差速