ZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

1、ZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)太原科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)ZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)ZL40 wheeled articulated loader reducer drive axle design學(xué) 院（系）：機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（工機(jī)） 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 評(píng) 閱 教 師： 完 成 日 期： 2016年6月3日 太原科技大學(xué)Taiyuan University of Science and Technology摘要驅(qū)動(dòng)橋是指變速箱或傳動(dòng)軸之后、驅(qū)動(dòng)輪之前的所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的總稱(chēng)。是傳動(dòng)系統(tǒng)中的最后一個(gè)總成。它是底盤(pán)傳動(dòng)系

2、的主要組成部分之一，其功用是增大發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，來(lái)適應(yīng)車(chē)輪為克服阻力所必須的扭矩，并且改變扭矩的方向從而傳遞給車(chē)輪。本課題是針對(duì)ZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主驅(qū)動(dòng)橋整體方案選擇，主傳動(dòng)和輪邊減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算，差速器的設(shè)計(jì)以及半軸和驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)，并成功地將這幾部分組成一個(gè)整體。關(guān)鍵字：驅(qū)動(dòng)橋;主傳動(dòng)器;差速器;輪邊減速器 AbstractDrive axle is refers to the transmission or drive shaft, driving wheel before all the floorboard of the transmissio

3、n mechanism. Is the final assembly of the transmission system. It as the main part of chassis drive system, its function is to further increase the torque of engine, to adapt to the need to overcome the resistance wheel torque, and change the direction of the torque in order to pass to the wheels. T

4、his topic is for ZL40 wheeled articulated loader side reducer drive axle design, the main design content including main drive axle overall scheme selection, design and calculation of main transmission and wheel speed reducer, differential and half shaft and the design of the drive axle housing, and

5、this will be a few parts as a whole. Key words: drive axle, the main transmission, differential, wheel reducer IZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1引言11.2設(shè)計(jì)要求1第2章 驅(qū)動(dòng)橋方案的確定22.1非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋22.2斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋2第3章 主傳動(dòng)器設(shè)計(jì)43.1 主傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式43.1.1主傳動(dòng)器的齒輪類(lèi)型43. 1. 2主傳動(dòng)器的減速形式43. 2主減速器錐齒輪設(shè)計(jì)53.2.1錐齒輪載荷的確定53.2.2錐齒輪主要參數(shù)的

6、計(jì)算73.2.3主減速器錐齒輪材料的選擇10第4章 差速器設(shè)計(jì)154.1差速器基本參數(shù)的選擇154.1.1差速器球面直徑的選擇154.1.2差速器齒輪參數(shù)的選擇154.2差速器齒輪幾何參數(shù)164.3差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算17第5章 半軸設(shè)計(jì)185.1半軸的型式185.2半軸載荷的計(jì)算185.2.1按從發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的最大扭矩計(jì)算185.2.2按附著極限決定的扭矩計(jì)算195.3 半軸桿部直徑的計(jì)算195.4半軸強(qiáng)度驗(yàn)算205.5半軸的材料選取與熱處理20第6章 輪邊減速器設(shè)計(jì)216.1 輪邊減速器傳動(dòng)方案216.2 行星排的配齒計(jì)算226.2.1 根據(jù)傳動(dòng)比確定齒數(shù)關(guān)系226.2.2根據(jù)同心條件計(jì)算22

7、6.2.3根據(jù)安裝條件確定齒數(shù)的關(guān)系226.2.4 配齒計(jì)算226.2.5驗(yàn)算傳動(dòng)比236.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)236.4 嚙合參數(shù)的計(jì)算236.5 幾何尺寸計(jì)算24第7章 花鍵、軸承267.1 花鍵的選擇與校核267.1.1 輸入法蘭與中央傳動(dòng)小錐齒輪軸連接處267.1.2 半軸錐齒輪與半軸聯(lián)接處267.1.3 半軸與輪邊減速器太陽(yáng)輪聯(lián)接處277.1.4 齒圈與橋殼聯(lián)接處287.2 主要軸承的校核28第8章 驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)318.1 橋殼的結(jié)構(gòu)形式318.1.2 組合式橋殼318.2 橋殼的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算31結(jié)論34參考文獻(xiàn)35致謝36附錄：翻譯37IV第1章緒論1.1引言 驅(qū)動(dòng)橋處

8、于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端，其基本功能是：將萬(wàn)向傳動(dòng)裝置傳來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過(guò)主減速器、差速器、半軸等傳到驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，實(shí)現(xiàn)降速增大轉(zhuǎn)矩；通過(guò)主減速器圓錐齒輪副改變轉(zhuǎn)矩的傳遞方向；通過(guò)差速器實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車(chē)輪差速作用，保證內(nèi)、外側(cè)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向；通過(guò)橋殼體和車(chē)輪實(shí)現(xiàn)承載及傳力矩作用。1.2設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)橋時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足如下基本要求：1）選擇合適的主減速比，以保證汽車(chē)在給定的條件下具有最佳的功率和燃油經(jīng)濟(jì)性。2）差速器不但保證左、右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪差速滾動(dòng)外，還可以將轉(zhuǎn)矩的傳給驅(qū)動(dòng)輪。3）當(dāng)左、右驅(qū)動(dòng)輪與路面的附著條件不一致時(shí)，可充分的利用汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力。4）外形尺寸要小，保證有必要的離地間隙。主要是指主減速器尺寸盡量小。5

9、）齒輪及其他傳動(dòng)件工作平穩(wěn)，噪聲低。6）在各種載荷和轉(zhuǎn)速工況下有較高的傳動(dòng)效率。7）與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工工藝好，制造容易，維修、調(diào)整方便。第2章 驅(qū)動(dòng)橋方案的確定驅(qū)動(dòng)橋的類(lèi)型有斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋兩種。2.1非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí)，應(yīng)選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋也稱(chēng)為整體式驅(qū)動(dòng)橋，其半軸套管與主減速器殼均與軸殼剛性地相連一個(gè)整體梁，因而兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪相關(guān)地?cái)[動(dòng)，通過(guò)彈性元件與車(chē)架相連。它由驅(qū)動(dòng)橋殼，主減速器，差速器和半軸組成。圖2-1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋1-主減速器 2-套筒 3-差速器 4、7-半軸 5-調(diào)整螺母 6-調(diào)整墊片 8-橋殼2.

10、2斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)橋采用獨(dú)立懸架，即主減速器殼固定在車(chē)架上，兩側(cè)的半軸和驅(qū)動(dòng)輪能在橫向平面相對(duì)于車(chē)體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的則稱(chēng)為斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋圖2-2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋2.3特點(diǎn)及應(yīng)用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋：由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝好、成本低、工作可靠、維修調(diào)整容易，廣泛應(yīng)用于各種載貨汽車(chē)、客車(chē)及工程機(jī)械上。但整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋均屬于簧下質(zhì)量，對(duì)汽車(chē)平順性和降低動(dòng)載荷不利。斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但它極大增加了離地間隙；降低了簧下質(zhì)量，從而提高了行駛平順性，提高了汽車(chē)的平均車(chē)速；降低了汽車(chē)在行駛時(shí)作用于車(chē)輪和車(chē)橋上的動(dòng)載荷，提高了零部件的使用壽命；與之相配合的獨(dú)立懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得合理，可增中汽車(chē)的不足轉(zhuǎn)向效應(yīng)，提高

11、汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性。這種驅(qū)動(dòng)橋在轎車(chē)和高通過(guò)性的越野汽車(chē)上應(yīng)用相當(dāng)廣泛。本設(shè)計(jì)為ZL40鉸接式裝載機(jī)帶輪邊減速器驅(qū)動(dòng)橋，選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。第3章 主傳動(dòng)器設(shè)計(jì)主傳動(dòng)器的作用是將輸入的動(dòng)力降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，并將扭矩的旋轉(zhuǎn)軸線由縱向改變?yōu)闄M向后經(jīng)差速器或轉(zhuǎn)向離合器傳出。3.1 主傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式主傳動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)齒輪類(lèi)型、減速形式以及主從動(dòng)齒輪的安裝及支承方式的不同分類(lèi)。3.1.1主傳動(dòng)器的齒輪類(lèi)型主傳動(dòng)錐齒輪按齒型不同，可分為直齒錐齒輪、螺旋錐齒輪和雙曲線齒輪。 （1）直錐齒輪，齒線形狀為直線，是最簡(jiǎn)單的型式，便于加工。缺點(diǎn)是直錐齒輪的小齒輪齒數(shù)小于89個(gè)就產(chǎn)生根切，因此得不到大的傳動(dòng)

12、比，且重疊系數(shù)小，齒面接觸區(qū)小。故在主傳動(dòng)中一般不采用。(2）螺旋錐齒輪傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比穩(wěn)定，圓弧重疊系數(shù)大，承載能力高，傳動(dòng)平穩(wěn)平順，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)能省料，節(jié)省空間，耐磨損，壽命長(zhǎng)，噪音小。在各種機(jī)械傳動(dòng)中，以螺旋錐齒輪的傳動(dòng)效率為最高，對(duì)各類(lèi)傳動(dòng)尤其是大功率傳動(dòng)具有很大的經(jīng)濟(jì)效。 （3）雙曲面齒輪，它的外形與弧齒錐齒輪相似，加工方法也用弧齒錐齒輪機(jī)床。但是這種齒輪相當(dāng)于把垂直相交的小齒輪軸線，向下或向上偏移了E距離，如圖所示，E稱(chēng)偏置距。和螺旋錐齒輪相比，由于主動(dòng)齒輪螺旋角增大（可達(dá)50°左右），可使主動(dòng)錐齒輪軸加粗，增大了端面模數(shù)，提高嚙合剛度和壽命，重疊系數(shù)更大，因

13、此傳動(dòng)更平穩(wěn)，負(fù)荷能力加大。由于主、從動(dòng)齒輪軸線不相交，這就可以使驅(qū)動(dòng)橋高度增加，離地間隙變大，越野能力得到提升。車(chē)體重心下降，平穩(wěn)性升高。缺點(diǎn)是齒面容易發(fā)生滑移，軸承推力大，傳動(dòng)效率不高，（螺旋錐齒輪h = 95%）加工精度要求較高。根據(jù)各種齒輪的優(yōu)缺點(diǎn)和裝載機(jī)的工作特點(diǎn)，選定為弧齒螺旋錐齒輪。主減速器的齒輪傳動(dòng)選用螺旋錐齒輪傳動(dòng)形式。 3. 1. 2主傳動(dòng)器的減速形式驅(qū)動(dòng)橋按其減速形式分主要有三種：中央單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，中央雙級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋和中央單級(jí)、輪邊減速驅(qū)動(dòng)橋。 輪邊減速器采用單行星排直齒圓柱齒輪。3. 1. 3主傳動(dòng)器主、從動(dòng)錐齒輪的支承方式主傳動(dòng)器主從、動(dòng)齒輪只有正確的嚙合，才能很好

14、的工作，要保證正確的嚙合，除與齒輪的加工質(zhì)量、裝配調(diào)整及軸承、減速器殼的剛度有關(guān)外，還與齒輪的支承剛度密切相關(guān)。（一）主動(dòng)錐齒輪的支承主動(dòng)錐齒輪的支承形式可以分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。選用跨置式支承。跨置式支承結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在錐齒輪的兩端均有軸承支承，這樣可大大增加支承剛度，又使軸承負(fù)荷減小，齒輪嚙合條件改善，因此齒輪的承載能力高于懸臂式。此外，由于齒輪大端一側(cè)軸頸上的兩個(gè)相對(duì)安裝的圓錐滾子軸承之間的距離很小，可以縮短主動(dòng)齒輪軸的長(zhǎng)度，使布置更緊湊，并可減小傳動(dòng)軸夾角，有利于整車(chē)布置。（二）從動(dòng)齒輪的支承從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承懸臂式支承（如圖2-1示）。為了增加支承剛度，兩軸承的圓錐滾

15、子大端應(yīng)向內(nèi)，以減小尺寸c+d。為了使從動(dòng)錐齒輪背面的差速器殼體處有足夠的位置設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)支承穩(wěn)定性，c十d應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的70。為了使載荷能盡量均勻分配在兩軸承上，應(yīng)盡量使尺寸c等于或大于尺寸d。 圖3-1 從動(dòng)錐齒輪支承形式3. 2主減速器錐齒輪設(shè)計(jì)3.2.1錐齒輪載荷的確定（1）錐齒輪的最大載荷（a）按從發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)變矩器傳來(lái)的最大靜力矩（N·m）計(jì)算： Mmax=K0MAi (3.1) 式中 K0 變矩器最大變矩系數(shù)； MA當(dāng)液力變矩器傳動(dòng)比為零時(shí)，變矩系數(shù)最大時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)與液力變矩器共同工作匹配工況點(diǎn)所決定的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩值，采用全功率方案匹配時(shí)，MA =M

16、e； Me發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩，偏安全設(shè)計(jì)可取最大扭矩，則Me=750N·m； i 從變矩器渦輪至計(jì)算零件的傳動(dòng)比； 從變矩器渦輪至計(jì)算零件的傳動(dòng)效率；則驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)器主、從動(dòng)錐齒輪所受的最大靜力矩如下： Mmax1=K0K1MA i1ik1k12 Mmax2=K0K1MA i1iki3ik123 式中 K0變矩器最大變矩系數(shù)，參考同類(lèi)機(jī)型取4.13； K1考慮驅(qū)動(dòng)橋數(shù)和載荷分配系數(shù)，（0.60.75），根據(jù)任務(wù)書(shū)K1=0.695； MA同上； i 1 分動(dòng)箱傳動(dòng)比，i1=1; iK1 變速箱前進(jìn)一檔傳動(dòng)比，iK1=2.692; i3 主傳動(dòng)比，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，主傳動(dòng)比i3<3.66.87

17、,試取i3=6.16; 1 分動(dòng)箱傳動(dòng)效率，一般每對(duì)齒輪傳動(dòng)效率按0.98計(jì)算，取0.98； K1變速箱一檔時(shí)的傳動(dòng)效率，一般每對(duì)齒輪的傳動(dòng)效率按0.96計(jì)算， K1=0.96； 2 萬(wàn)向傳動(dòng)軸效率，一般取0.98； 3 主傳動(dòng)器傳動(dòng)效率，一般為0.95； 則由上式可得大、小錐齒輪的最大扭矩為：Mmax1=4.13×0.695×750×1×2.692×0.98×0.96×0.98=5343 N·mMmax2=4.13×0.695×750×1×2.692×6.16&#

18、215;0.98×0.96×0.98×0.95=31280 N·m(b)按附著條件計(jì)算最大靜扭矩（N·m）； (3.2) (3.3)式中 GM裝載機(jī)自重（N），GM=120000N； PQ 額定載重量（N），PQ=40000N； 附著系數(shù)，根據(jù)任務(wù)書(shū)=0.8； rd 動(dòng)力半徑（m）,計(jì)算公式如下： rd =0.0254d/2+H/B×（1-）×B (3.4) 式中 d 輪輞直徑（英寸），對(duì)于型號(hào)16-24的輪胎，d=24inch; H/B高寬比，對(duì)于寬基或超寬的輪胎，H/B=0.50.7，取0.6； B輪胎斷面寬度（英寸），

19、對(duì)于16-24的輪胎，B=16inch； 變形系數(shù)，=0.10.16，取0.13； 則rd =0.025424/2+0.6×（1-0.13）×16=0.51m i5 主減速器傳動(dòng)比，i5=6.16; i4 輪邊減速器傳動(dòng)比，由橋總傳動(dòng)比i總=19.9,i5=6.16,故i4=3.23; 3 主減速器傳動(dòng)效率，3=0.95； 4 輪邊減速器傳動(dòng)效率，4=0.96； 其他參數(shù)同上；則 M´max1= 0.695×(120000+40000)×0.8×0.51/6.16×3.23×0.95×0.96=2500.

20、3 N·mM´max2= 0.695×(120000+40000)×0.8×0.51/3.23×0.96=14631.6 N·m取上述兩種計(jì)算方法所得的較小值作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，帶入經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選擇主要參數(shù)。在強(qiáng)度計(jì)算只能用來(lái)驗(yàn)算最大應(yīng)力，不能作為驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度的依據(jù)。則大、小錐齒輪所受的最大扭矩為： Mmax1= M´max1=2500.3 N·m Mmax2= M´max2=14631.6 N·m （2）平均載荷作用下錐齒輪收到的平均扭矩（N·m）對(duì)錐齒輪的疲勞強(qiáng)度計(jì)算，應(yīng)以經(jīng)常作

21、用的載荷為依據(jù)。其所受的計(jì)算載荷，即受外部載荷變化的影響，又受到內(nèi)因產(chǎn)生的動(dòng)載荷的影響，同時(shí)與進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的最大力矩如何確定也有關(guān)。而齒輪重疊系數(shù)對(duì)計(jì)算載荷的影響又是與齒輪制造精度和同時(shí)嚙合的齒對(duì)之間的載荷分配有關(guān)的一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題。我們認(rèn)為把這些影響反應(yīng)到疲勞強(qiáng)度計(jì)算載荷中去較合適。實(shí)際上用綜合影響系數(shù)K值把短時(shí)最大載荷轉(zhuǎn)換為疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的計(jì)算載荷。即： M平=K·Mmax ( 3.5 ) 式中 M平錐齒輪所受的平均載荷（N·m）； K綜合影響系數(shù)，其計(jì)算公式如下： K=K外K大K動(dòng)K重 (3.6) K外外載荷變化的影響； K動(dòng)動(dòng)載荷的影響； K大按疲勞強(qiáng)度計(jì)算

22、時(shí)的最大力矩與短時(shí)過(guò)載時(shí)最大力矩不同所產(chǎn)生的影響； K重齒輪重疊系數(shù)的影響； 這四個(gè)系數(shù)的具體計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)116.3的相關(guān)介紹，在本說(shuō)明書(shū)中不予計(jì)算，對(duì)于輪式裝載機(jī)來(lái)說(shuō)，K值一般等于或小于0.5，取0.5； Mmax錐齒輪所受的最大載荷（N·m），取按發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩計(jì)算和按地面附著條件計(jì)算的最大載荷中的較小值； 則大、小錐齒輪驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度的平均載荷為： M平1=0.5×2500.3=1250.2 N·m M平2=0.5×14631.6=7315.5 N·m3.2.2錐齒輪主要參數(shù)的計(jì)算 （1）主從動(dòng)齒輪齒數(shù)的選擇 盡量使嚙合齒輪的的齒數(shù)沒(méi)有公

23、約數(shù)，為保證必要的重疊系數(shù)，大、小齒輪的齒數(shù)不應(yīng)小于40。齒數(shù)可按表3.1選擇。表3.1小齒輪齒數(shù)Z1的選擇型式傳動(dòng)比齒數(shù)允許范圍Z1推薦齒數(shù)Z1 單級(jí)減速3.54.0911104.04.581094.55.07985.06.06876.07.55767.510565 雙級(jí)減速1.51.751216141.752.01115132.02.51013112.53.091110 從表中選擇Z1=6； Z2=Z1×i3=6×6.16=39.96,圓整取39；驗(yàn)算傳動(dòng)比： i3=Z2/Z1=6 ，傳動(dòng)比合適，齒數(shù)選擇合適。（2）主、從動(dòng)齒輪齒形參數(shù)計(jì)算從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑，按經(jīng)

24、驗(yàn)公式： 式中 dm2從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑（mm）; KD 直徑系數(shù)，2.83.48,取3.14； M計(jì)計(jì)算載荷（N·m），M計(jì)=Mmax2=14631.6 N·m則 (3.7)可以由下列公式檢驗(yàn)?zāi)?shù)是否合適： 式中 Km模數(shù)系數(shù)，0.0610.089；則將模數(shù)與計(jì)算扭矩帶入上式，得：ms=0.0872;在0.0610.089范圍內(nèi)，模數(shù)選擇合適。則 dm1=ms·Z1=9.9×6=59.4mm dm2=ms·Z2=9.9×36=356.4mm（3）中點(diǎn)螺旋角m螺旋錐齒輪的名義螺旋角是指分度圓錐上輪齒齒寬中點(diǎn)的螺旋角m。螺旋角應(yīng)足

25、夠大，以增大軸向重疊系數(shù)，使傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小。一般輪式車(chē)輛m為35°40°，常用35°，本課題也選用m=35°。（4）法向壓力角n螺旋錐齒輪的壓力角以法向截面的壓力角n來(lái)標(biāo)志。標(biāo)準(zhǔn)壓力角n=20°，對(duì)于大型車(chē)輛，要求較強(qiáng)的齒根厚度，可采用較大的壓力角，如22.5°。本設(shè)計(jì)選用n=20°。（5）螺旋方向從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動(dòng)錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí)，應(yīng)使主動(dòng)齒輪的軸向力離開(kāi)錐頂方向，這樣可以使主、從動(dòng)齒輪有

26、分離趨勢(shì)，防止輪齒卡死而損壞。本設(shè)計(jì)主動(dòng)錐齒輪選用左旋，從動(dòng)錐齒輪選用右旋。（6）其他齒形參數(shù)如表3.2表3.2 主、從動(dòng)齒輪參數(shù)表名稱(chēng)代號(hào)公式主動(dòng)齒輪從動(dòng)齒輪齒數(shù)比uu=z2/z16大端分度圓直徑De(mm)De=ms·z69.4389.4齒數(shù)ZZ2=z1·u636大端模數(shù)MsMs=de/z9.9分錐角1=arctan(z1/z2)2=90°-19°2743”80°3217”外錐距ReRe=de1/2sin1180.668齒寬系數(shù)RR =1/41/30.3齒寬b(mm)b1=b2+5b2=R·Re5954中點(diǎn)模數(shù)mmmm =ms&#

27、183;(1-0.5R)8.415中點(diǎn)法向模數(shù)mummum= mm·m6.672切向變位系數(shù)Xtxt1按xt2=-xt10.265-0.265徑向變位系數(shù)xx按x2=-x10.535-0.535齒頂高h(yuǎn)（mm）10.04854.8015頂隙Cc=c*·ms,c*=0.1661.6434齒根高h(yuǎn)f(mm)hf=(+c*-x)6.444911.6919齒頂角2°219”3°428”齒根角3°428”2°219”頂錐角13°951”82°3436”根錐角7°2524”76°509”齒頂圓直徑93.22

28、37389.97863.2.3主減速器錐齒輪材料的選擇驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪具有載荷較大、作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、變化較多、沖擊性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，傳動(dòng)系中的主減速器齒輪是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。主減速器錐齒輪的材料應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：1）具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度，齒面具有高的硬度以保證有高的耐磨性。2）輪齒芯部應(yīng)有很好的韌性，避免齒根折斷。3）鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。4）選擇合金材料時(shí)，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。裝載機(jī)主減速器齒輪目前常用滲碳合金鋼制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiM

29、o和16SiMn2WmoV等。滲碳合金鋼的優(yōu)點(diǎn)是表面可得到含碳量較高的硬化層（一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%1.2%），具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性。因此，這類(lèi)材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸度和承受沖擊的能力均較好。為提高新齒輪的磨合性能，防止早期出現(xiàn)磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理以和精加工后，作厚度為0.0050.020mm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，可增加25%的齒輪壽命。對(duì)于滑動(dòng)速度高的齒輪，可進(jìn)行滲硫處理以提高耐磨性。由以上介紹選擇大、小錐齒輪的材料為20CrMnTi，其參數(shù)如下： b=1080MPa s=850MPa 硬度217HBS3

30、.2.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度的計(jì)算（1）錐齒輪彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算錐齒輪輪齒的齒根最大彎曲應(yīng)力為： = (3.8) 式中 錐齒輪所受的最大彎曲應(yīng)力，MPa； Mmax錐齒輪最大載荷作用下的扭矩，N·mm; Kc超載系數(shù)，可取Kc=1; Kv動(dòng)載系數(shù)，7級(jí)精度，由6圖16.4-28，可取Kv=1.06; F 齒寬，mm, F=b; Z 齒數(shù)； M 大端模數(shù)，m=ms; Ks尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性與齒輪尺寸及熱處理有關(guān)，一般當(dāng)模數(shù) 當(dāng)m<1.6mm時(shí)，取Ks=0.5;m1.6時(shí)， (3.9) Km載荷分配系數(shù)，小齒輪用跨置式支承，Km=1.001.10,取Km=1.05; Jw計(jì)算彎曲

31、應(yīng)力的系數(shù)，由2圖3-5-19查得Jw1=0.22,Jw2=0.165; 則 =512.3MPa (3.10) =728.4MPa (3.11)需用彎曲應(yīng)力為：=0.75=0.75×1080=810MPa則 <, <齒輪彎曲強(qiáng)度合格。(2)錐齒輪接觸強(qiáng)度驗(yàn)算錐齒輪輪齒的齒面接觸應(yīng)力為： ( 3.12)式中 錐齒輪輪齒齒面接觸應(yīng)力，MPa； Cp有關(guān)材料彈性性質(zhì)的系數(shù)，鋼制錐齒輪副Cp=743kg1/2/cm; Pe齒輪大端圓周力（kg）, Co過(guò)載系數(shù)，Co=Ko=1.0; Cv動(dòng)載系數(shù)，Cv=Kv=1.06; b有效工作齒寬，b=5.4cm; de小齒輪大端分度圓直徑，

32、de=5.94cm; Cs尺寸系數(shù)，Cs=Ks=0.79; Cm載荷分布系數(shù)，Cm=Km=1.05; 表面質(zhì)量系數(shù)，與表面光潔度、表面處理等有關(guān)，對(duì)于制造精度較高的齒輪，可取=1.0； 表面接觸強(qiáng)度綜合系數(shù)，考慮到輪齒嚙合面的相對(duì)曲率半徑、載荷作用點(diǎn)位置、輪齒間的載荷分配、有效齒寬及慣性系數(shù)等。由23-5-23查得，=0.13； 則 (3.13) 即 =2894.1MPa 則 <=3500MPa，錐齒輪輪齒的齒面接觸強(qiáng)度合格。 （3）錐齒輪接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 用平均載荷作用下錐齒輪受到的扭矩驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度。 則錐齒輪輪齒的齒面接觸疲勞應(yīng)力為： (3.14)式中 輪齒的齒面接觸疲勞應(yīng)力，MPa

33、； 使用系數(shù)，由5表8-2查得，=1.25； 動(dòng)載系數(shù)，由前文=1.06； 齒向載荷系數(shù)，當(dāng)有效齒寬>0.85b時(shí)，由6表16.4-28查得=1，則=1.5； 端面載荷系數(shù)，由6表16.4-29查得=1.0； 齒寬中點(diǎn)的圓周力，； 小錐齒輪中點(diǎn)分度圓直徑， 齒中部接觸線長(zhǎng)度，由6表16.4-27計(jì)算得=60.07mm; 齒數(shù)比，u=6; 中點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，(3.15) (3.16) 式中是中點(diǎn)端面當(dāng)量圓柱齒輪參數(shù)，由6表16.4-27計(jì)算得：當(dāng)量齒輪端面壓力角=；頂圓直徑=65.372mm，=2143.861mm;基圓直徑=46.455mm, =2031.753mm;當(dāng)量齒數(shù)=6.052，=

34、245.658； F由6表16.4-30計(jì)算得F1=F2=1.8；則可以計(jì)算得=1.263； 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)， 式中參數(shù)由3表16.4-27計(jì)算的當(dāng)量基圓螺旋角=，當(dāng)量齒輪端面壓力角=，則=2.125； 彈性系數(shù)，由5表8-5查得 齒面接觸強(qiáng)度的載荷分配系數(shù)，當(dāng)和時(shí)， ，由6表16.4-27，=2.454， 則=0.875； 螺旋角系數(shù)， 錐齒輪系數(shù)，=0.8，（616.4-7）則 (3.17)則 <，齒面接觸疲勞強(qiáng)度合格。（4）錐齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算錐齒輪輪齒的齒根彎曲疲勞應(yīng)力為： 式中 使用系數(shù)，同上； 動(dòng)載系數(shù)，同上； 齒向載荷系數(shù)，=1.5; 端面載荷系數(shù)，=1.0; 圓周力，同上

35、； 復(fù)合齒形系數(shù)，根據(jù)法面當(dāng)量直齒圓柱輪齒數(shù)查圖16.4-2527得： =2.5, =2.07; 抗彎強(qiáng)度的重合度系數(shù)，當(dāng)>1時(shí)，=0.625; 齒根抗彎強(qiáng)度的錐齒輪系數(shù)，,由6表16.4-27計(jì)算得，齒中接觸線的長(zhǎng)度=50.58mm,則=1.01； 載荷分配系數(shù)， 齒寬； 中點(diǎn)法面模數(shù)，由6表16.4-27計(jì)算得=8.755； 則 許用彎曲疲勞強(qiáng)度為：=455MPa 則<,<,齒根彎曲疲勞強(qiáng)度合格。第4章 差速器設(shè)計(jì)裝載機(jī)在行駛過(guò)程中，有很多因素會(huì)導(dǎo)致左右車(chē)輪的行程產(chǎn)生差別，例如：1） 在高低不平道路上行駛時(shí)，左右車(chē)輪實(shí)際在地面上所走過(guò)的行程式不同的。2） 轉(zhuǎn)彎時(shí)，內(nèi)側(cè)車(chē)輪

36、得行程總比外側(cè)車(chē)輪的行程短。3） 當(dāng)左右車(chē)輪得輪胎氣壓不等、磨損不均，因此其實(shí)際的滾動(dòng)半徑是不相等的。裝載機(jī)速器能夠使左、右（或前、后）驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)以不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。主要由左右半軸齒輪、兩個(gè)行星齒輪及齒輪架組成。功用是當(dāng)裝載機(jī)轉(zhuǎn)彎行駛或在不平路面上行駛時(shí)，使左右車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速滾動(dòng)，即保證兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪作純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。差速器是為了調(diào)整左右輪的轉(zhuǎn)速差而裝置的。4.1差速器基本參數(shù)的選擇 圓錐直齒輪差速器的外殼，通常是安裝在主傳動(dòng)器的從動(dòng)齒輪上的，因而受主傳動(dòng)器結(jié)構(gòu)的限制。4.1.1差速器球面直徑的選擇差速器的大小可由差速器球面直徑來(lái)表征，而球面半徑代表了差速器齒輪的節(jié)錐距，因此表征了差速器的強(qiáng)度?？?/p>

37、按經(jīng)驗(yàn)公式選?。?(4.1)式中 差速器球面直徑，mm; 差速器球面系數(shù)，=1.11.3，取1.15； 差速器承受的最大扭矩，N·cm, =; 則 4.1.2差速器齒輪參數(shù)的選擇在差速器球面直徑選出之后，差速器齒輪的大小就基本確定了。此時(shí)應(yīng)使小齒輪齒數(shù)盡量小以得到大的模數(shù)，從而提高齒輪強(qiáng)度。現(xiàn)今差速器齒輪大多采用22.5°壓力角，齒高系數(shù)0.8，頂隙系數(shù)0.188的齒形，由于壓力角增大，最小齒數(shù)可小到10。并可在小齒輪不變尖的條件下，由切向修正加大齒厚，從而使大、小齒輪趨于等強(qiáng)度。（1） 齒數(shù)的選擇行星齒輪齒數(shù)，多采用1012，半軸多采用1622。為保證等強(qiáng)度，應(yīng)使=1.6

38、2.0為保證安裝，行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)應(yīng)符合下式： (4.2)式中 左半軸齒輪齒數(shù)； 右半軸齒輪齒數(shù)； n 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； 任意整數(shù)；取=10，=18。(2)模數(shù)的確定齒輪的分錐角為：則=29.05°； (4.3) =90°-=60.95°；齒輪的外錐距為： (4.4) 則 則 取為標(biāo)準(zhǔn)值，m=6;（3）變位系數(shù)的確定為了增加輪齒強(qiáng)度與使大小齒輪應(yīng)力趨于相等，半軸齒輪和行星齒輪須進(jìn)行高度變位和切向變位。由7圖6-20和6-21查得高度變位系數(shù)x=0.26，切向變位系數(shù)xt=-0.063。4.2差速器齒輪幾何參數(shù)差速器齒輪幾何參

39、數(shù)如表4.1所示表4.1 差速器齒輪幾何參數(shù)計(jì)算名稱(chēng)代號(hào)公式行星齒輪半軸齒輪齒數(shù)Z1018模數(shù)m6齒寬b2025壓力角22.5°工作齒高h(yuǎn)09.6齒全高h(yuǎn)10.73分度圓直徑d60108分錐角29.05°60.95°外錐距Re61.78齒頂高h(yuǎn)a6.43.2齒根高4.377.49齒根角f4.04°6.91°頂錐角35.96°64.99°根錐角25.01°54.04°齒頂圓直徑69.266110.622分度圓弧齒厚S11.087.97 4.3差速器齒輪強(qiáng)度計(jì)算由于差速器齒輪工作條件比主傳動(dòng)好，極少出現(xiàn)點(diǎn)破壞

40、蝕，因此一般只進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算。其受到的彎曲應(yīng)力為： (4.5)式中 差速器受到的扭矩，N·m, ; n 差速器行星齒輪個(gè)數(shù)，n=4； b 齒寬，mm; 半軸齒輪系數(shù)； 綜合系數(shù)，由7圖6-22查得=0.23； m 模數(shù)； 尺寸系數(shù)，當(dāng)m>1.6時(shí)，則=0.725； 載荷再分配系數(shù)，可取=1.0； 過(guò)載系數(shù)，=1.0； 質(zhì)量系數(shù)，=1.0； 則 半軸齒輪與行星齒輪材料選為20CrMnTi，其極限應(yīng)力為=1080MPa則 =0.75=810MPa則 <,齒輪彎曲強(qiáng)度合格。第5章 半軸設(shè)計(jì)半軸也叫驅(qū)動(dòng)軸是將差速器與驅(qū)動(dòng)輪連接起來(lái)的軸。半軸是變速箱減速器與驅(qū)動(dòng)輪之間傳遞扭矩的軸

41、，其內(nèi)外端各有一個(gè)萬(wàn)向節(jié)分別通過(guò)萬(wàn)向節(jié)上的花鍵與減速器齒輪及輪轂軸承內(nèi)圈連接。5.1半軸的型式普通非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的半軸，根據(jù)其外端的支承型式或受力狀況的不同而分為全浮式、半浮式和3/4浮式三種。 全浮式半軸（圖5-1（a）工作時(shí)僅承受轉(zhuǎn)矩，它的兩端不承受任何力和彎矩的。半軸的外端凸緣用螺栓緊固到輪轂上，輪轂又通過(guò)兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的軸承裝在半軸套管上。結(jié)構(gòu)上全浮式半軸的內(nèi)端做有花鍵，外端做有凸緣，凸緣上有若干孔。因工作可靠廣泛應(yīng)用在商用車(chē)上。半浮式半軸（圖5-1（b）以靠近外端的軸頸直接支承在位于橋殼外端內(nèi)孔中的軸承上，半軸端部以具有錐面的軸頸及鍵與輪轂固定連接，或用凸緣直接與車(chē)輪輪盤(pán)及制動(dòng)轂相連接

42、。因此，除傳遞轉(zhuǎn)矩外，還要承受車(chē)輪傳來(lái)的垂直力、驅(qū)動(dòng)力和側(cè)向力引起的彎矩。半浮式半軸因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、造價(jià)低，應(yīng)用于乘用車(chē)和部分同用車(chē)上。3/4浮式半軸最突出的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承，軸承支承著車(chē)輪輪轂。由于一個(gè)軸承的支承剛度較差，因此，這種半軸除承受轉(zhuǎn)矩外，還要承受因車(chē)輪與路面間的垂直力、驅(qū)動(dòng)力和側(cè)向力所引發(fā)的彎矩作用。3/4浮式半軸在汽車(chē)上應(yīng)用很少。 圖5-1 半軸型式5.2半軸載荷的計(jì)算5.2.1按從發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的最大扭矩計(jì)算在車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，若考慮差速器行星齒輪自轉(zhuǎn)內(nèi)摩擦阻力矩時(shí)，一側(cè)半軸會(huì)出現(xiàn)最大扭矩，兩半軸齒輪，即兩半軸的轉(zhuǎn)矩分別為： (5.1) (5.2)式中 M1外側(cè)車(chē)輪對(duì)

43、應(yīng)的半軸（半軸齒輪）傳遞的扭矩，N·m; M2內(nèi)側(cè)車(chē)輪對(duì)應(yīng)的半軸（半軸齒輪）傳遞的扭矩，N·m; M0差速器受到的扭矩，N·m，； K縮緊系數(shù)，K=0.050.15，取為0.15；則 M1=0.425M0，M2=0.575M0則半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為： =0.575×14631.6=8413.17 N·m5.2.2按附著極限決定的扭矩計(jì)算有附著極限決定的半軸受到的扭矩為： ( 5.3) 裝載機(jī)自重（N），=120000N； 額定載重量（N），=40000N； 附著系數(shù)，輪式裝載機(jī)=0.851.0，取0.8； 動(dòng)力半徑（m）, =0.65m 輪邊減速器

44、傳動(dòng)比，=3.23 輪邊減速器傳動(dòng)效率，=0.96；則則取上述兩種計(jì)算方法所得的較小值作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩，帶入經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選擇主要參數(shù)。則 5.3 半軸桿部直徑的計(jì)算桿部直徑是半軸的主要參數(shù)，可按下式初選： (5.4) 式中 半軸受到的扭矩，kg·cm; 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，半軸材料選用40Cr，則=50006000kg/cm2 ,取為 =5000 kg/cm2 則 圓整后取5.4半軸強(qiáng)度驗(yàn)算 全浮式半軸只傳遞扭矩，其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力如下： (5.5) 式中 半軸受到的扭矩，N·mm; 半軸桿部直徑，mm; 則半軸受到的扭矩為： 則在500600MPa范圍內(nèi)，半軸扭矩強(qiáng)度合格，直徑選擇合適。 5.5半軸的材料選取與熱處理 半軸的破壞形式多為扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量增大各過(guò)渡部分的圓角半徑以減小應(yīng)力集中?；ㄦI多采用漸開(kāi)線花鍵，也有采用矩形或梯形花鍵，本設(shè)計(jì)選用漸開(kāi)線花鍵。半軸多采用含鉻的中碳合金鋼制造，如40Cr，40CrMnMo，40CrMnSi，40CrMoA，35CrMnSi，35CrMnTi等。40MnB是我國(guó)研制出的新鋼種，作為半軸材料效果很好。半軸的熱處理過(guò)去都采用調(diào)質(zhì)處理的方法，調(diào)質(zhì)后要求桿部硬度為HB388444(突緣部分可降至HB248)。近年來(lái)采用高頻、中頻感應(yīng)淬火，使半軸表面淬硬達(dá)HRC5263，硬化層深約為其半徑的13，心部硬度可定為H