ZL50裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)

ZL50裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) ZL50裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)摘 要 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為ZL50裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì),大致上分為主傳動(dòng)的設(shè)計(jì),差速器的設(shè)計(jì),半軸的設(shè)計(jì),最終傳動(dòng)的設(shè)計(jì)四大部分。其中主傳動(dòng)錐齒輪采用35 ?56506 .螺旋錐齒輪,這種類型的齒輪的基本參數(shù)和幾何參數(shù)的計(jì)算是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在。將齒輪的幾個(gè)基本參數(shù),如齒數(shù),模數(shù),從動(dòng)齒輪的分度圓直徑等確定以后,用大量的公式可計(jì)算出齒輪的所有幾何參數(shù),進(jìn)而進(jìn)行齒輪的受力分析和強(qiáng)度校核。了解了差速器,半軸和最終傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和工作原理以后,結(jié)合設(shè)計(jì)要求,合理選擇它們的形式及尺寸。本次設(shè)計(jì)差速器齒輪選用直齒圓錐齒輪,半軸采用全浮式 ,最終傳動(dòng)采用單行星排減速形式。關(guān)鍵詞:ZL50裝載機(jī);中央傳動(dòng);輪邊減速器;ZL50 loader driving axle designAbstract The design of content-driven ZL50 loader bridge design, largely at the main transmission design, the differential design ,Half-shaft design, the design of the final drive four majority.Including the main drive bevel gear used 35o bevel gears, This type of gear and the basic parameters of the geometric parameters of this design is the key point. Gear will be a few basic parameters, such as number of teeth, module, the sub-driven gear circle diameter determined,spent a lot of formula to work out all the gear geometric parameters, and then gear for the Analysis and strength check. Understand the differential, and the final drive axis of the structure and working principle, the combination of design requirements, They reasonable choice of the form and size. The design differential gear selection straight bevel gears, axis-wide floating, and ultimately drive single row slowdown planets form.Keywords: ZL50 Loader;final drive;wheel reducer;design目錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況11.2 國(guó)外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況2第二章 總體方案論證32.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋32.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋42.3 多橋驅(qū)動(dòng)的布置4第三章 主減速器設(shè)計(jì)53.1 結(jié)構(gòu)型式53.1.1主傳動(dòng)器的減速型式53.1.2錐齒輪齒型53.2 支承方案73.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承73.2.2從動(dòng)齒輪的支承73.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì)73.3.1錐齒輪載荷的確定73.3.2錐齒輪主要參數(shù)的計(jì)算103.3.3主減速器錐齒輪材料的選擇123.3.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度的計(jì)算13第四章 差速器設(shè)計(jì)144.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理144.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu)154.3 差速器基本參數(shù)的選擇154.3.1 差速器球面直徑的選擇164.3.2 差速器齒輪參數(shù)的選擇164.3.3壓力角174.3.4差速器部分的齒輪174.4 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算17第五章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì)195.1 結(jié)構(gòu)形式分析195.2 計(jì)算載荷的計(jì)算205.2.1 按從發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的最大扭矩計(jì)算205.2.2 按附著極限決定的扭矩計(jì)算205.3 半軸桿部直徑的計(jì)算215.4 半軸強(qiáng)度驗(yàn)算21第六章 輪邊減速器設(shè)計(jì)226.1 輪邊減速器傳動(dòng)方案226.2 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226.2.3根據(jù)安裝條件確定齒數(shù)的關(guān)系236.2.4 配齒計(jì)算236.2.5驗(yàn)算傳動(dòng)比236.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)246.3.1材料246.3.2 由接觸疲勞強(qiáng)度初算d246.4 嚙合參數(shù)的計(jì)算246.5 幾何尺寸計(jì)算26第七章 花鍵、軸承287.1 花鍵的選擇與校核287.1.1 輸入法蘭與中央傳動(dòng)小錐齒輪軸連接處287.1.2 半軸錐齒輪與半軸聯(lián)接處297.1.3 半軸與輪邊減速器太陽(yáng)輪聯(lián)接處297.1.4 齒圈與橋殼聯(lián)接處307.2 主要軸承的校核31結(jié)論32謝辭33參考文獻(xiàn)34附錄A 外文翻譯?原文部分35附錄B 外文翻譯?譯文部分39第一章 緒論1.1 國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況我國(guó)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(guó)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(mén)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(guó)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(guó)外樣機(jī)的基礎(chǔ)上,于1970年設(shè)計(jì)試制了功率為163.9KW220hp、斗容量為3m3的ZL50型裝載機(jī)。該機(jī)采用雙渦輪變矩器、動(dòng)力換擋行星變速箱的液力機(jī)械傳動(dòng)方式,Z形連桿機(jī)構(gòu)的工作裝置及鉸接轉(zhuǎn)抽,并自行設(shè)計(jì)了“三合一”的機(jī)構(gòu),以解決液力機(jī)械化傳動(dòng)式裝載機(jī)的拖啟動(dòng)、熄火轉(zhuǎn)向及排氣制動(dòng)問(wèn)題。ZL50型裝載機(jī)經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐考核,證明性能良好、結(jié)構(gòu)先進(jìn),為后來(lái)我國(guó)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(guò)近40年的發(fā)展,我國(guó)裝載機(jī)從無(wú)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(mén)類。生產(chǎn)企業(yè)由1980年的20家增至現(xiàn)在的100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(shù)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?！笆濉逼陂g,輪式裝載機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了井噴式的發(fā)展,2001-2004年裝載機(jī)銷量增長(zhǎng)率平均為46.98%,大大超過(guò)前25年的均值17.86%;2006年中國(guó)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(guó)市場(chǎng)大幅增長(zhǎng),已發(fā)展為世界上最大的市場(chǎng)7。國(guó)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(guó)際一流公司小松、利渤海爾、沃爾沃、卡特彼勒等在國(guó)內(nèi)成立合資或獨(dú)資公司后,更加劇了國(guó)內(nèi)裝載機(jī)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。 我國(guó)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(mén)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(guó)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(guó)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(kāi)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(guó)國(guó)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(lái)越緊缺,勞動(dòng)力成本也越來(lái)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(kāi)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(kāi)發(fā)前景 。1.2 國(guó)外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況 國(guó)外輪式裝載機(jī)最早出現(xiàn)在第二次工業(yè)革命時(shí)期,其發(fā)展到今天,無(wú)論是技術(shù)、設(shè)計(jì)、制造還是銷售、服務(wù)等都已經(jīng)非常成熟。國(guó)外輪式裝載機(jī)著名的生產(chǎn)廠家有卡特彼勒、山貓、凱斯、約翰?迪爾、利勃海爾、特雷克斯、沃爾沃、小松、JCB 、現(xiàn)代、日立等。2000年在中國(guó)市場(chǎng)真正搞活以前,輪式裝載機(jī)全球需求量約為74500臺(tái)。其中,中國(guó)32%是最大的地區(qū)市場(chǎng),其后依次是歐洲30%、北美洲20%和日本12%。到2005年,市場(chǎng)環(huán)境急劇變化:?全球需求量幾乎增長(zhǎng)一倍,達(dá)14.2萬(wàn)臺(tái),中國(guó)市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)為世界上最大的市場(chǎng)。歐洲和北美洲彼此的市場(chǎng)規(guī)模非常相近,但其市場(chǎng)構(gòu)成卻存在根本差別:?在歐洲低于59.7kW80hp的小型機(jī)械更受偏愛(ài)但僅限于某些國(guó)家,尤其是德國(guó)。這類產(chǎn)品占該地區(qū)需求量的40%,與之相比在北美洲只占12%。英國(guó)工程機(jī)械咨詢有限公司估計(jì)約有20家國(guó)際即非中國(guó)的輪式裝載機(jī)制造商年產(chǎn)量超過(guò)500臺(tái),合計(jì)年產(chǎn)約為6萬(wàn)臺(tái)。2005年卡特彼勒、小松、沃爾沃、CNH和迪爾的總產(chǎn)量占該年總產(chǎn)量的75%,而10年前5大制造商只占54%,目前這5大制造商在國(guó)際市場(chǎng)中所占份額的總和仍在增加。因此,國(guó)際市場(chǎng)掌握在少數(shù)制造商的手里。?國(guó)外輪式裝載機(jī)一方面往大型化發(fā)展,如:卡特彼勒公司90年代初推出Cat966F輪式裝載機(jī),時(shí)隔1年又推出Cat980F輪式裝載機(jī),它增加了斗容和功率,改善了性能、提高了可靠性。不久又推出更大的Cat994輪式裝載機(jī),根據(jù)物料體積質(zhì)量不同而選配18-30m3的鏟斗、機(jī)重170t;德雷塞(Dresser)公司90年代初推出4000型輪式裝載機(jī),斗容10-30m3、機(jī)重151.8t。目前,全世界約有400臺(tái)(功率大于750kw)大型輪式裝載機(jī)應(yīng)用在露天礦山和建筑工程,與大型自卸汽車(chē)配套使用。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。如:日本古河公司生產(chǎn)的FL30-1型輪式裝載機(jī)斗容0.34m3、機(jī)重2.3t;小松公司的 WA30-l型斗容0.34m3、柴油機(jī)功率20kw;豐田織機(jī)公司的斗容0.17m3、機(jī)重1t等。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(guó)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(guó)的山貓牌小型多功能裝載機(jī)車(chē)銷量在5萬(wàn)臺(tái)左右,還有美國(guó)的凱斯、約翰?迪爾、卡特彼勒、英國(guó)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(wàn)臺(tái)以上。第二章 總體方案論證 裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋處于動(dòng)力傳動(dòng)系的末端,其基本功能是增大由傳動(dòng)軸或變速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩,并將動(dòng)力合理地分配給左、右驅(qū)動(dòng)輪,另外還承受作用于路面和車(chē)架或車(chē)身之間的垂直力力和橫向力。驅(qū)動(dòng)橋一般由主減速器、差速器、半軸、輪邊減速器和驅(qū)動(dòng)橋殼等組成。驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足如下基本要求:a外形尺寸要小,保證有必要的離地間隙。b齒輪及其它傳動(dòng)件工作平穩(wěn),噪聲小。c在各種轉(zhuǎn)速和載荷下具有高的傳動(dòng)效率。d在保證足夠的強(qiáng)度、剛度條件下,要求質(zhì)量小。e與懸架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào),對(duì)于轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋,還應(yīng)與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。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。驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)型式按工作特性分,可以歸并為兩大類,即非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋。當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用非獨(dú)立懸架時(shí),應(yīng)該選用非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋;當(dāng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪采用獨(dú)立懸架時(shí),則應(yīng)該選用斷開(kāi)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。獨(dú)立懸架驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但可以大大提高車(chē)輛在不平路面上的行駛平順性。圖2-1輪式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋總成 2.1 非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 普通非斷開(kāi)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(chē)。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(chē)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(chē)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)。2.2 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋 斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋區(qū)別于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋的明顯特點(diǎn)在于前者沒(méi)有一個(gè)連接左右驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的剛性整體外殼或梁。斷開(kāi)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(kāi)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(chē)架橫粱或車(chē)廂底板上,或與脊梁式車(chē)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(chē)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(chē)輪由于采用獨(dú)立懸掛則可以彼此致立地相對(duì)于車(chē)架或車(chē)廂作上下擺動(dòng),相應(yīng)地就要求驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的傳動(dòng)裝置及其外殼或套管作相應(yīng)擺動(dòng)。 汽車(chē)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(chē)行駛平順性的主要因素,而汽車(chē)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(kāi)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(chē)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(chē)在不平路面上行駛時(shí)的振動(dòng)和車(chē)廂傾斜,提高汽車(chē)的行駛平順性和平均行駛速度,減小車(chē)輪和車(chē)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(kāi)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(jiàn)于對(duì)行駛平順性要求較高的一部分轎車(chē)及一些越野汽車(chē)上,且后者多屬于輕型以下的越野汽車(chē)或多橋驅(qū)動(dòng)的重型越野汽車(chē)。2.3 多橋驅(qū)動(dòng)的布置 為了提高裝載量和通過(guò)性,有些重型機(jī)械及全部中型以上的越野汽車(chē)都是采用多橋驅(qū)動(dòng),常采用的有44、66、88等驅(qū)動(dòng)型式。在多橋驅(qū)動(dòng)的情況下,動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋的方式有兩種。相應(yīng)這兩種動(dòng)力傳遞方式,多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)各驅(qū)動(dòng)橋的布置型式分為非貫通式與貫通式。前者為了把動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)器傳給各驅(qū)動(dòng)橋,需分別由分動(dòng)器經(jīng)各驅(qū)動(dòng)橋自己專用的傳動(dòng)軸傳遞動(dòng)力,這樣不僅使傳動(dòng)軸的數(shù)量增多,且造成各驅(qū)動(dòng)橋的零件特別是橋殼、半軸等主要零件不能通用。而對(duì) 88汽車(chē)來(lái)說(shuō),這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜,也難于布置了。為了解決上述問(wèn)題,現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車(chē)都是采用貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置型式。在貫通式驅(qū)動(dòng)橋的布置中,各橋的傳動(dòng)軸布置在同一縱向鉛垂平面內(nèi),并且各驅(qū)動(dòng)橋不是分別用自己的傳動(dòng)軸與分動(dòng)器直接聯(lián)接,而是位于分動(dòng)器前面的或后面的各相鄰兩橋的傳動(dòng)軸,是串聯(lián)布置的。汽車(chē)前后兩端的驅(qū)動(dòng)橋的動(dòng)力,是經(jīng)分動(dòng)器并貫通中間橋而傳遞的。其優(yōu)點(diǎn)是,不僅減少了傳動(dòng)軸的數(shù)量,而且提高了各驅(qū)動(dòng)橋零件的相互通用性,并且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、減小了體積和質(zhì)量。第三章 主減速器設(shè)計(jì) 主減速器是車(chē)輛傳動(dòng)系中減小轉(zhuǎn)速、增大扭矩的主要部件,它是依靠齒數(shù)少的錐齒輪帶動(dòng)齒數(shù)多的錐齒輪。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱置的車(chē)輛,其主減速器還利用錐齒輪傳動(dòng)以改變動(dòng)力方向。由于車(chē)輛在各種道路上行駛時(shí),其驅(qū)動(dòng)輪上要求必須具有一定的驅(qū)動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)速,在動(dòng)力向左右驅(qū)動(dòng)輪分流的差速器之前設(shè)置一個(gè)主減速器后,便可使主減速器前面的傳動(dòng)部件如變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置等所傳遞的扭矩減小,從而可使其尺寸及質(zhì)量減小、操縱省力。由上表選定減速型式為單級(jí)減速附行星輪邊減速,如圖 2-1所示。3.1 結(jié)構(gòu)型式3.1.1主傳動(dòng)器的減速型式表3-1減速形式減 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(pán),如JS-1、JS-2 小反斗車(chē)、0.5 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(pán),如Q5、QY8汽車(chē)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(guò),車(chē)身較高多橋驅(qū)動(dòng)底盤(pán), 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(pán),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(chē)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(pán)如QD-100 汽車(chē)起重機(jī)3.1.2錐齒輪齒型圖3-1 錐齒輪齒形(1)直錐齒輪,如圖 3-1(a)所示,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)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)零度弧齒錐齒輪,即弧齒錐齒輪中,其中點(diǎn)螺旋角b 0 (圖3-1(b)。其性能介于直錐齒輪與螺旋錐齒輪之間,同時(shí)嚙合的齒數(shù)比直錐齒輪多,傳遞載荷較大。一般用在載荷較大而軸向力不大的主傳動(dòng)上。(3)弧齒螺旋錐齒輪,中點(diǎn)螺旋角不等于零的其他弧齒錐齒輪(圖3-1(c)所示。其優(yōu)點(diǎn)是:不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可為56,傳動(dòng)的傳動(dòng)比大;同時(shí)嚙合齒數(shù)較多,重疊系數(shù)大,在高速和大傳動(dòng)比工作時(shí),傳動(dòng)平穩(wěn),噪音小;可采用不等的齒側(cè)面曲率半徑,使接觸區(qū)位于輪齒中部,提高傳動(dòng)的耐久性和可靠性。并使齒輪嚙合對(duì)裝配錯(cuò)位不像直齒敏感,從而裝配較容易。(4)準(zhǔn)雙曲面齒輪,如圖3-2所示。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,因此傳動(dòng)更平穩(wěn),負(fù)荷能力加大。有由于主、從動(dòng)齒輪軸線不相交,這就可以提高驅(qū)動(dòng)橋高度,增大離地間隙,提高越野能力?；蚩墒管?chē)體重心下降,增加平穩(wěn)性。缺點(diǎn)是齒面滑移大,軸承推力大,傳動(dòng)效率低,(螺旋錐齒輪h 95%)加工精度要求高。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。圖3-2 準(zhǔn)雙曲面齒輪3.2 支承方案3.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承 主動(dòng)錐齒輪的支承形式可分為懸臂式支承和跨置式支承兩種。查閱資料、文獻(xiàn),經(jīng)方案論證,采用跨置式支承結(jié)構(gòu)(如圖3-3(a)示)。齒輪前、后兩端的軸頸均以軸承支承,故又稱兩端支承式?？缰檬街С惺怪С袆偠却鬄樵黾?使齒輪在載荷作用下的變形大為減小,約減小到懸臂式支承的1/30以下.而主動(dòng)錐齒輪后軸承的徑向負(fù)荷比懸臂式的要減小至1/51/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。圖3-3 主、從動(dòng)錐齒輪支承形式3.2.2從動(dòng)齒輪的支承 從動(dòng)錐齒輪采用圓錐滾子軸承支承(如圖 3-3(b)示)。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+d 應(yīng)不小于從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑的 70%。為了使載荷能均勻分配在兩軸承上,應(yīng)是 c 等于或大于 d。3.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì)3.3.1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: (3-1)式中-變矩器最大變矩系數(shù);-當(dāng)液力變矩器傳動(dòng)比為零,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,采用部分功率方案匹配時(shí), ;-發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩,偏安全設(shè)計(jì)可取最大扭矩,則;I -從變矩器渦輪至計(jì)算零件的傳動(dòng)比;h -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(傳動(dòng)比為6.1667)如下: (3-2) (3-3) 式中 -變矩器最大變矩系數(shù),參考同類機(jī)型取3.5;-考慮驅(qū)動(dòng)橋數(shù)和載荷分配系數(shù),(0.6 0.75),根據(jù)任務(wù)書(shū)K1 0.65;-同上-分動(dòng)箱傳動(dòng)比,;-變速箱前進(jìn)一檔傳動(dòng)比,;-主傳動(dòng)比,;-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;-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0.98計(jì)算,取0.96;-萬(wàn)向傳動(dòng)軸效率,一般取0.98;-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:(b)按附著條件計(jì)算最大靜扭矩(): 3-4 (3-5)式中 -裝載機(jī)自重(N ), 167000N ;-額定載重量(N ), 50000N ;f-附著系數(shù),輪式裝載機(jī),取0.90;-動(dòng)力半徑(m),計(jì)算公式如下:式中 d-輪輞直徑(英寸),對(duì)于型號(hào)的輪胎,d 25inch;H / B-高寬比,對(duì)于寬基或超寬基輪胎,H / B ,取0.6;B-輪胎斷面寬度(英寸),對(duì)于23.5 - 25的輪胎,B 23.5inch;-變形系數(shù), ,取0.13;-主減速器傳動(dòng)比,;-輪邊減速器傳動(dòng)比, 4.22;-主減速器傳動(dòng)效率, ;-輪邊減速器傳動(dòng)效率, ;其他參數(shù)同上;則大、小錐齒輪所受的最大扭矩為:(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,又收到內(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。即在實(shí)際計(jì)算中,用平均載荷作為計(jì)算載荷,考慮以上影響,用一個(gè)假想的小于最大載荷的值來(lái)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。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: 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外? 外載荷變化的影響;K大? 按疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(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動(dòng)? 動(dòng)載荷的影響;K重? 齒輪重疊系數(shù)的影響;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;? 錐齒輪所受的最大載荷,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:3.3.2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齒數(shù)沒(méi)有公約數(shù),為保證必要的重疊系數(shù),大、小齒輪的齒數(shù)和不應(yīng)小于40。齒數(shù)可按表2-2選擇。從表中選擇 9;,圓整取52;驗(yàn)算傳動(dòng)比:;,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)算表3-2 小齒輪齒數(shù) 的選擇型式傳動(dòng)比齒數(shù)允許范圍推薦齒數(shù)單級(jí)減速3.54.0910104.04.581094.55.07985.06.06876.07.0576雙級(jí)減速1.51.751216141.752.01115132.02.51013112.53.091110從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑,按經(jīng)驗(yàn)公式:式中 ? 從動(dòng)錐齒輪大端分度圓直徑(mm);? 直徑系數(shù),2.8 3.48;? 計(jì)算載荷, 則初選大端分度圓直徑為520mm則模數(shù)為經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)?shù)符合要求!根據(jù)3主,從動(dòng)錐齒輪齒面寬和 錐齒輪齒面過(guò)寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命,反而會(huì)導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過(guò)窄及刀尖圓角過(guò)小,這樣不但會(huì)減小了齒根圓角半徑,加大了集中應(yīng)力,還降低了刀具的使用壽命。此外,安裝時(shí)有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因使齒輪工作時(shí)載荷集中于輪齒小端,會(huì)引起輪齒小端過(guò)早損壞和疲勞損傷。另外,齒面過(guò)寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過(guò)窄,輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度會(huì)降低。b?1/3La; b0.155D; b?10m;所以取,。4中點(diǎn)螺旋角 螺旋角沿齒寬是變化的,輪齒大端的螺旋角最大,輪齒小端螺旋角最小?；↓X錐齒輪副的中點(diǎn)螺旋角是相等的,選時(shí)應(yīng)考慮它對(duì)齒面重合度,輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響,越大,則也越大,同時(shí)嚙合的齒越多,傳動(dòng)越平穩(wěn),噪聲越低,而且輪齒的強(qiáng)度越高,應(yīng)不小于1.25,在1.52.0時(shí)效果最好,但過(guò)大,會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。汽車(chē)主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為3540,而商用車(chē)選用較小的值以防止軸向力過(guò)大,通常取35。5 螺旋方向 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)方向影響其所受的軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時(shí),應(yīng)使主動(dòng)錐齒輪的軸向力離開(kāi)錐頂方向。這樣可使主、從 動(dòng)齒輪有分離的趨勢(shì),防止輪齒因卡死而損壞。所以主動(dòng)錐齒輪選擇為左旋,從錐頂看為逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),這樣從動(dòng)錐齒輪為右旋,從錐頂 看為順時(shí)針,驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。6 法向壓力角 法向壓力角大一些可以提高齒輪的強(qiáng)度,減少齒輪不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù),但對(duì)于尺寸小的齒輪,大壓力角易使齒頂變尖及刀尖寬度過(guò)小,并使齒輪的端面重合度下降。對(duì)于弧齒錐齒輪,乘用車(chē)的一般選用1430或16,商用車(chē)的為20或2230。這里取 =20。表3-3 主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸項(xiàng)目計(jì) 算 公 式計(jì) 算 結(jié) 果主動(dòng)齒輪齒數(shù)9從動(dòng)齒輪齒數(shù)52端面模數(shù)10mm齒面寬b 續(xù)表3-3項(xiàng)目計(jì) 算 公 式計(jì) 算 結(jié) 果工作齒高15mm全齒高16.66mm法向壓力角軸交角節(jié)圓直徑節(jié)錐角齒頂高齒根高3.3.3主減速器錐齒輪材料的選擇 驅(qū)動(dòng)橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的,與傳動(dòng)系其它齒輪相比,具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、變化多、有沖擊等特點(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)滿足如下的要求:1具有高的彎曲疲勞強(qiáng)度和表面接觸疲勞強(qiáng)度,齒面高的硬度以保證有高的耐磨性。2齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷,避免在沖擊載荷下齒根折斷。3鍛造性能、切削加工性能以及熱處理性能良好,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、鉻的材料,而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 工程機(jī)械主減速器錐齒輪與差速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造, 主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。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,這類材料的彎曲強(qiáng)度、表面接觸強(qiáng)度和承受沖擊的能力均較好。由于鋼本身有較低的含碳量,使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點(diǎn)是熱處理費(fèi)用較高,表面硬化層以下的基底較軟,在承受很大壓力時(shí)可能產(chǎn)生 塑性變形,如果滲碳層與芯部的含碳量相差過(guò)多,便會(huì)引起表面硬化層的剝落。 為改善新齒輪的磨合,防止其在余興初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死,錐齒輪在熱處理以及精加工后,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,可提高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:,硬度為217HBS。 3.3.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度的計(jì)算錐齒輪彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算錐齒輪輪齒的齒根最大彎曲應(yīng)力為:式中 ? 錐齒輪所受的最大彎曲應(yīng)力,? 錐齒輪最大載荷作用下的扭矩,N .mm;? 超載系數(shù),可取;? 動(dòng)載系數(shù),7級(jí)精度,可取 ;F ? 齒寬,mm,F b;z ? 齒數(shù);m ? 大端模數(shù), s m m ;? 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);時(shí):K ? 載荷分配系數(shù),小齒輪用跨置式支承,取;? 計(jì)算彎曲應(yīng)力的系數(shù),查得1, ;則需用彎曲應(yīng)力為:,則, 齒輪彎曲強(qiáng)度合格。第四章 差速器設(shè)計(jì) 車(chē)輛在行使過(guò)程中,左右車(chē)輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過(guò)的路程往往是不相等的,左右兩輪胎內(nèi)的氣壓不等、胎面磨損不均勻、兩車(chē)輪上的負(fù)荷不均勻而引起車(chē)輪滾動(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。這樣,如果驅(qū)動(dòng)橋的左、右車(chē)輪剛性連接,則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使,均會(huì)引起車(chē)輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn),一方面會(huì)加劇輪胎磨損、功率和燃料消耗,另一方面會(huì)使轉(zhuǎn)向沉重,通過(guò)性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此,在驅(qū)動(dòng)橋的左右車(chē)輪間都裝有輪間差速器。 差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用來(lái)在兩輸出軸間分配轉(zhuǎn)矩,并保證兩輸出軸有可能以不同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),用來(lái)保證各驅(qū)動(dòng)輪在各種運(yùn)動(dòng)條件下的動(dòng)力傳遞,避免輪胎與地面間打滑。差速器按其結(jié)構(gòu)特征可分為齒輪式、凸輪式、蝸輪式和牙嵌自由輪式等多種形式。差速器的結(jié)構(gòu)廣泛采用對(duì)稱式圓錐直齒輪差速器,由差速器左、右殼,2個(gè)半軸齒輪,4個(gè)行星齒輪少數(shù)汽車(chē)采用3個(gè)行星齒輪,小型、微型汽車(chē)多采用2個(gè)行星齒輪,行星齒輪軸不少裝4個(gè)行星齒輪的差逮器采用十字軸結(jié)構(gòu),半軸齒輪及行星齒輪墊片等組成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方。 本設(shè)計(jì)采用對(duì)稱式圓錐直齒輪差速器。4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理圖4-1 差速器差速原理 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)時(shí),顯然,處在同一半徑上的A、B、C三點(diǎn)的圓周速度都相等(圖4-1),其值為。于是,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以角速度自轉(zhuǎn)時(shí)(圖),嚙合點(diǎn)A的圓周速度為+,嚙合點(diǎn)B的圓周速度為-。于是+(+)+-即 + 2 (4-1) 若角速度以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)表示,則(4-2)式(4-2)為兩半軸齒輪直徑相等的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器的運(yùn)動(dòng)特征方程式,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(wú)關(guān)。因此在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛或其它行駛情況下,都可以借行星齒輪以相應(yīng)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn),使兩側(cè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪以不同轉(zhuǎn)速在地面上滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。式(4-2)還可以得知:當(dāng)任何一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為零時(shí),另一側(cè)半軸齒輪的轉(zhuǎn)速為差速器殼轉(zhuǎn)速的兩倍;當(dāng)差速器殼的轉(zhuǎn)速為零(例如中央制動(dòng)器制動(dòng)傳動(dòng)軸時(shí)),若一側(cè)半軸齒輪受其它外來(lái)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng),則另一側(cè)半軸齒輪即以相同的轉(zhuǎn)速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 普通的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器由差速器左右殼,兩個(gè)半軸齒輪,星齒輪軸,半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖4-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn),故廣泛用于各類車(chē)輛上。四個(gè)行星齒輪,行星齒輪軸,半軸齒輪墊片及行星齒輪墊片等組成。如圖4-2所示。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、制造方便、用于公路汽車(chē)上也很可靠等優(yōu)點(diǎn),故廣泛用于各類車(chē)輛上。圖4-2 普通的對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器1,12-軸承;2-螺母;3,14-鎖止墊片;4-差速器左殼;5,13-螺栓;6-半軸齒輪墊片;7-半軸齒輪;8-行星齒輪軸;9-行星齒輪;10-行星齒輪墊片;11-差速器右殼4.3 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。4.3.1 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?？砂唇?jīng)驗(yàn)公式選取 :式中 ? 差速器球面直徑,mm;? 差速器球面系數(shù),取1.2 ;? 差速器承受的最大扭矩,;則 4.3.2 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?，F(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10 12 ,半軸多采用16 22 。為保證等強(qiáng)度,應(yīng)使;為保證安裝,行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)應(yīng)符合下式: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;m ? 任意整數(shù);取,。(2)模數(shù)的確定齒輪的分錐角為:;齒輪的外錐距為:則取為標(biāo)準(zhǔn)值,m 7;4.3.3壓力角 目前,汽車(chē)差速器的齒輪大都采用22.5的壓力角,齒高系數(shù)為0.8。最小齒數(shù)可減少到10,并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下,還可以由切向修正加大半軸齒輪的齒厚,從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角。4.3.4差速器部分的齒輪項(xiàng)目半軸齒輪行星輪齒數(shù)1810模數(shù)7mm7mm分度圓直徑180mm100mm壓力角22.522.5工作齒高11.2mm11.2mm齒全高12.516mm12.516mm齒頂高3.78mm7.42mm齒根高8.736mm5.096mm齒根角6.914.044根錐角64.99425.006大端頂圓直徑186mm120mm齒寬30mm25mm頂錐角64.99435.96表4-1差速器齒輪參數(shù) 4.4 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 差速器齒輪的尺寸受結(jié)構(gòu)限制,而且承受的載荷較大,它不像主減速器齒輪那樣經(jīng)常處于嚙合狀態(tài),只有當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或左右輪行駛不同的路程時(shí),或一側(cè)車(chē)輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí),差速器齒輪才能有嚙合傳動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此對(duì)于差速器齒輪主要應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。輪齒彎曲強(qiáng)度為 式中: M差? 差速器收到的扭矩,N mm,n? 差速器行星齒輪個(gè)數(shù),n 4;b ? 齒寬,mm;z半? 半軸齒輪齒數(shù);J ? 綜合系數(shù),查圖4-3得J 0.26;圖4-3彎曲計(jì)算用綜合系數(shù)K ?尺寸系數(shù),當(dāng)m 1.6時(shí),則;? 載荷再分配系數(shù),可取; ? 過(guò)載系數(shù),;? 質(zhì)量系數(shù), ;半軸齒輪與行星齒輪材料選為20CrMnTi ,其極限應(yīng)力為, 則 ,則,齒輪彎曲強(qiáng)度合格。第五章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)半軸位于傳動(dòng)系的末端,其基本功用是接受從差速器傳來(lái)的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車(chē)輪。對(duì)于非斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋,車(chē)輪傳動(dòng)裝置的主要零件為半軸;對(duì)于斷開(kāi)式驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋,車(chē)輪傳動(dòng)裝置為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)見(jiàn)第四章,以下僅講述半軸的設(shè)計(jì)。5.1 結(jié)構(gòu)形式分析 半軸根據(jù)其車(chē)輪端的支承方式不同,可分為牛浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。半浮式半軸圖5-1a的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端支承軸承位于半軸套管外端的內(nèi)孔,車(chē)輪裝在半軸上。半浮式半軸除傳遞轉(zhuǎn)矩外,其外端還承受由路面對(duì)車(chē)輪的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所受載荷較大,只用于轎車(chē)和輕型貨車(chē)及輕型客車(chē)上。3/4浮式半軸圖5-1b的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端僅有一個(gè)軸承并裝在驅(qū)動(dòng)橋殼半軸套管的端部,直接支承著車(chē)輪輪轂,而半軸則以其端部凸緣與輪轂用螺釘聯(lián)接。該形式半軸受載情況與半浮式相似,只是載荷有所減輕,一般僅用 在轎車(chē)和輕型貨車(chē)上。全浮式半軸圖5-1c的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是半軸外端的凸緣用螺釘與輪轂相聯(lián),而輪轂又借用兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在驅(qū)動(dòng)橋殼的半軸套管上。理論上來(lái)說(shuō),半軸只承受轉(zhuǎn)矩,作用于驅(qū)動(dòng)輪上的其它反力和彎矩全由橋殼來(lái)承受。但由于橋殼變形、輪轂與差速器半軸齒輪不同女、半軸法蘭平面相對(duì)其軸線不垂直等因素,會(huì)引起半軸的彎曲變形,由此引起的彎曲應(yīng)力一般為570MPa。全浮式半軸主要用于中、重型貨車(chē)上。在這里我們選擇全浮式半軸。 圖 5-1 半軸的形式設(shè)計(jì)半軸的主要尺寸是其直徑,在設(shè)計(jì)時(shí)首先可根據(jù)對(duì)使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車(chē)同形式半軸的分析比較,大致選定從整個(gè)驅(qū)動(dòng)橋的布局來(lái)看比較合適的半軸半徑,然后對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核。計(jì)算時(shí)首先應(yīng)合理地確定作用在半軸上的載荷,應(yīng)考慮到以下三種可能的載荷工況:縱向力(驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力)最大時(shí),其最大值為,附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取0.8,沒(méi)有側(cè)向力作用;側(cè)向力最大時(shí),其最大值為(發(fā)生于汽車(chē)側(cè)滑時(shí)),側(cè)滑時(shí)輪胎與地面的側(cè)向附著系數(shù)在計(jì)算時(shí)取1.0,沒(méi)有縱向力作用;垂向力最大時(shí)(發(fā)生在汽車(chē)以可能的高速通過(guò)不平路面時(shí)),其值為,其中為車(chē)輪對(duì)地面的垂直載荷,為動(dòng)載荷系數(shù),這時(shí)不考慮縱向力和側(cè)向力的作用。 由于車(chē)輪承受的縱向力,側(cè)向力值的大小受車(chē)輪與地面最大附著力的限制,即有故縱向力最大時(shí)不會(huì)有側(cè)向力作用,而側(cè)向力最大時(shí)也不會(huì)有縱向力作用。5.2 計(jì)算載荷的計(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1式中 ? 外側(cè)車(chē)輪對(duì)應(yīng)的半軸(半軸齒輪)傳遞的扭矩,N m;? 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;? 差速器受到的扭矩,N m,;K? 縮緊系數(shù),K 0.05 0.15,取為0.15;則 , ,則半軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為:5.2.2 按附著極限決定的扭矩計(jì)算由附著里決定的半軸受到的扭矩為:式中 GM ? 裝載機(jī)自重(N ),GM 167000N ;PQ? 額定載重量(N ),PQ 50000N ;f ? 附著系數(shù),輪式裝載機(jī)f 0.85 1.0,取0.9;rd? 動(dòng)力半徑(m),rd 0.65mi4? 輪邊減速器傳動(dòng)比,i4 4.4;h 4? 輪邊減速器傳動(dòng)效率, h 4 0.96;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:式中 ? 半軸受到的扭矩,kg cm;t ? 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,半軸材料選用40Cr,則 ,取則,圓整后取d 70mm。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:式中 ? 半軸受到的扭矩,N mm;d ? 半軸桿部直徑,mm;則半軸受到的扭矩為:則t 在500 600MPa 范圍內(nèi),半軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度合格,直徑選擇合適。第六章 輪邊減速器設(shè)計(jì) 輪邊減速器的功用是進(jìn)一步降速增扭,滿足整車(chē)的行駛和作業(yè)要求;同時(shí)由于可以相應(yīng)減少主傳動(dòng)器和變速箱比,因此降低了這些零部件傳遞的扭矩,減少了它們的尺寸。6.1 輪邊減速器傳動(dòng)方案 輪邊減速器有多種布置方案,各種方案有不同的作用。越野汽車(chē)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;公共汽車(chē)為了降低汽車(chē)的質(zhì)心高度和車(chē)廂地板高度,以提高穩(wěn)定性和乘客上下車(chē)的方便,可將輪邊減速器的主動(dòng)齒輪置于其從動(dòng)齒輪的垂直下方;有些雙層公共汽車(chē)為了進(jìn)一步降低車(chē)廂地板高度,在采用圓柱齒輪輪邊減速器的同時(shí),將主減速器及差速器總成也移到一個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的旁邊。在少數(shù)具有高速發(fā)動(dòng)機(jī)的大型公共汽車(chē)、多橋驅(qū)動(dòng)車(chē)輛和超重型載貨車(chē)輛上,有時(shí)采用蝸輪式主減速器,它不僅具有在質(zhì)量小、尺寸緊湊的情況下可以得到大的傳動(dòng)比以及工作平滑無(wú)聲的優(yōu)點(diǎn),而且對(duì)汽車(chē)的總體布置很方便。一般工程車(chē)輛大都采用單排內(nèi)、外嚙合行星式輪邊減速器,有兩種方案:(1)太陽(yáng)輪主動(dòng)(由半軸驅(qū)動(dòng))、齒圈用花鍵和驅(qū)動(dòng)橋殼體固定連接、行星架和車(chē)輪輪轂用螺栓連接。為齒圈和太陽(yáng)輪的齒數(shù)之比。2)太陽(yáng)輪主動(dòng)(有半軸驅(qū)動(dòng))、行星架和橋殼固定連接而齒圈和車(chē)輪輪轂連接。這種方案的傳動(dòng)比為。大部分工程車(chē)輛采用第一種方案。6.2 行星排的配齒計(jì)算6.2.1 根據(jù)傳動(dòng)比確定齒數(shù)關(guān)系 對(duì)于太陽(yáng)輪輸入,行星架輸出的行星傳動(dòng)型式,其傳動(dòng)比為:由i 4.4,則。6.2.2根據(jù)同心條件計(jì)算太陽(yáng)輪與行星輪的中心距 和齒圈與行星輪的中心距 應(yīng)該相等:式中? 太陽(yáng)輪和行星輪的嚙合角;? 齒圈和行星輪的嚙合角;對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)、高度變位齒輪傳動(dòng),。故得因大部分輪邊減速器齒輪采用角度變位,以方便選擇行星齒輪齒數(shù),增加輪齒的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)也采用角度變位,則對(duì)于角度變位的齒輪,行星齒數(shù)為:當(dāng)為偶數(shù)時(shí), ;當(dāng)為奇數(shù)時(shí),;6.2.3根據(jù)安裝條件確定齒數(shù)的關(guān)系 行星輪數(shù)目一般為36個(gè),增加行星輪數(shù)可減少輪齒的載荷,但增加了零件數(shù),降低行星架的強(qiáng)度和剛度,導(dǎo)致齒輪接觸條件的惡化,最常見(jiàn)的為34個(gè)。本設(shè)計(jì)選行星輪數(shù)為3個(gè)。為使行星排個(gè)基本原件上所受徑向力平衡,應(yīng)使各行星輪在圓周上均勻分布或?qū)ΨQ與旋轉(zhuǎn)軸線分布。對(duì)于N個(gè)行星輪均勻分布,裝配條件是:6.2.4 配齒計(jì)算 為使減速器尺寸盡可能小,應(yīng)使太陽(yáng)輪的齒數(shù)盡可能的小,一般為1422,在這個(gè)區(qū)間內(nèi)配齒,選用滿足傳動(dòng)比和安裝條件的齒數(shù),并考慮相應(yīng)的強(qiáng)度問(wèn)題,最終選用:則根據(jù)同心條件得:,則6.2.5驗(yàn)算傳動(dòng)比選擇齒數(shù)后的傳動(dòng)比為:則,則齒數(shù)選擇合適。6.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)6.3.1材料太陽(yáng)輪、行星輪均采用20CrMnTi,滲碳淬火,硬度58 62HRC ,加工精度6級(jí);齒圈采用35CrMo,調(diào)