ZL10装载机驱动桥-主传动器的设计

ZL10装载机驱动桥（主传动）设计摘要本次设计内容为 ZL10 装载机驱动桥设计，大致分为主传动的设计，差速器的设计，轮边减速器设计，半轴的设计四大部分。其中主传动锥齿轮采用 35 螺旋锥齿轮，这种类型的齿轮的基本参数和几何参数的计算是本次设计的重点所在。将齿轮的几个基本参数，如齿数，模数，从动齿轮的分度圆直径等确定以后，用大量的公式可计算出齿轮的所有几何参数，进而进行齿轮的受力分析和强度校核。了解了差速器，半轴和最终传动的结构和工作原理以后，结合设计要求，合理选择它们的形式及尺寸。本次设计差速器齿轮选用直齿圆锥齿轮，半轴采用全浮式 ，最终传动采用单行星排减速形式。关键词 装载机，驱动桥，设计IZL10 Loader Drive Bridge Design And Main Drive DesignAbstractThis design was a ZL10 loader drive axle design, broadly divided into the main drive design, the differential design, final drive design and the axle design. One main drive bevel gear used 35 Spiral bevel gear, the basic parameters and the calculation of geometry parameters for this type of gear is the focus of this design. When the gears of a few basic parameters, such as number of teeth, module, driven gear such as sub-degree diameter were determined , all geometric parameters of gears can be calculated using a large number of formulas, and then the gear stress analysis and strength check can be operated . Understanding the structure and working principles of the differential, half shaft and final drive of the future, combined with the design requirements, their form and size were rightly selected. Straight bevel gear was selected for differential gear, full floating for axle and a single row of slow form planetary for final drive.Keywords: shovel loader , drive bridge , designII目录摘要 .IIIAbstract .IV1 概 述 .12 动力机与液力变矩器匹配 .53 传动比计算及其分配 .74 主传 动器设计 .1241 主传动器的结构形式 .1242 主传动器的基本参数选择与计 算 .1243 主传动器的轴承校核 .285 差速器 设计 .3451 差速器的差速原理 .3452 锥齿轮差速器的结构 .3553 对称式圆锥行星齿轮差速器的设计 .366 驱动半轴的设计 .4461 半轴的结 式分析 .4462 半轴的结构设计 .4463 半轴的材料与热处理 .4564 全浮式半轴的强度计算 .457 最终传动设计 .4671 齿圈式行星机构中齿轮齿数的选择 .4772 行星齿轮传动的配齿计算 .4773 行星齿轮传动的几何尺寸和啮合参数计算 .4874 行星齿轮传动强度计算及校核 .548 驱动桥 壳设计 .5881 铸造整体式桥壳的结构 .5882 桥壳铸件结构设计时注 意事项 .5983 润滑 .599 各 主要花 键螺 栓的选择 与校核 .609.1 花键螺栓的选择校核 .609.2 螺栓的选 择与校核 .63结论 .66参考文献 .67致谢 .68附 录 .6901 . 概述装载机是一种广泛用于公路、铁路、矿山、建筑、水电、港口等工程的土石方工程施工机械，它的作业对象是各种土壤，砂石料、灰料及其他建筑路用散装物料等。主要完成铲、装、卸、运等作业，也可对岩石、硬土进行轻度铲掘作业。它具有作业速度快，效率高，操作轻便等优点。此处设计的 Zl10 装载机与对与其他中大装载，即属工程型装、运机具，不仅需要铲装块度较大的松散物料，还需要挖掘 I、II 级土壤的能力，ZL10 装载机属工程辅助型和生产生活服务型的装、运料机具，它的作业对象是粒度不大的松散物料。此处的 ZL10 装载机采用的是液力机械传动，液力机械传动是一种采用变矩器与动力换挡变速器组合传动装置，以液力为工作介质，利用液体动能来传递能量，可随外阻力变化自动调整牵引力和速度的一种传动方式。其与机械传动相比有如下优点：1.从设计上看，液力传动系统比机械传动系统先进，其柔性传动连接更适合装载机的铲装工况。2.从使用上看，其换挡、换向操纵比机械传动系统的快速、轻巧，因而其单位循环生产率比机械传动型的高。3.由于变矩器利用液体作为传递动力的介质，输入轴与输出轴之间无刚性的机械联系，因而减小了传动系及发动机零件的冲击载荷，提高车辆的使用寿命4能在规定范围内根据外界阻力的变化，自动进行无级变速，这不仅提高了内燃机的功率利用率，而且大大减少换档次数，降低驾驶员的劳动强度。5.由于变矩器的自动变速能力，对于同样的变速范围，可减少变速箱的档位数，简化变速箱的结构。虽然液力机械传动同时存在了诸如成本过高，维修困难等缺点，但是介于如上的优点和以人为本的原则我们在此处选用液力机械传动。ZL10 的驱动桥处于动力传动系的末端，主要有主传动器、差速器、半轴、轮边减速器和驱 动 桥 壳 等 部 件 。 其基本功能是（1）将万向传动装置传来的发动机转矩通过主传动器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降低转速、增大扭矩。 （2）通过主传动器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向。 （3）通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向，将动力合理的分配给左、右驱动车轮（4）承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。 1设计驱动桥时应满足如下基本要求：1)选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。2)差速器除了保证左、右驱动车轮差速滚动外，还能将转矩连续平稳的传递给驱动轮3)当左、右驱动轮与路面的附着条件不一致时，能充分的利用汽车的驱动力4)外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。5)齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。6)在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。7)具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。8)结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修，调整方便。22. 动力机与液力变矩器匹配根据查表 24.3-1 与原始数据相比较可知 495K1 发动机数据较吻合，查表可知 zl101装载机，及此次选用的发动机选单涡轮液力变矩器 YJ265，有效直径为 265mm。与其匹配较为合适。YJ265 原始数据如图 2.1 和表 2.2 所示.11表 2.1 液力变矩器原始数据i K10BMmN.0 3.35 0 24.70.1 2.92 0.292 25.50.2 2.50 0.500 26.20.3 2.17 0.650 26.50.4 1.838 0.735 26.80.5 1.59 0.795 26.30.6 1.383 0.830 25.70.65 1.288 0.837 25.20.7 1.186 0.830 24.40.79 1.00 0.790 22.00.81 0.975 0.780 21.60.9 0.706 0.635 15.73图 2.1 YJ260液力变矩器原始数据对于 ZL10 小型装载机，为满足对插入力（牵引力）的要求，用以全功率匹配为主。发动机与液力变矩器匹配时，为保证涡轮具有最大输出功率，以液力变矩器的最高效率工况来传递柴油机的最大功率，即液力变矩器对应的 （即 ）的负荷抛物线通过柴油*i机标定工况点扭转 。同时也能获得较高的作业生产率。eHM将原始发动机曲线扣除发动机辅助装置，扣除工作装置油泵和转向油泵空转是消耗的的扭矩，变速操纵泵消耗的扭矩，得全功率匹配时的发动机扭矩由 可知对于每一个 i 值，从液力变矩器的公称特性曲线上查相应的 和624P1 )10(BM；用一系列泵轮转速 ， ， 根据式 = , = , =iK1Bn23BBM)10(2BnibT计算得响应的一系列 , , ， ， , , 值将发动机BM. 1M231Tn23T1T23全功率匹配的特性曲线与变矩器 i=0 时的变矩器输入特性曲线画在一起，可得发动机全功率匹配时与液力变矩器，共同工作点（ , ） ，此点为（2007.13，165）此点在额定bB点附件负荷匹配条件，故所选液力变矩器合理。该液力变矩器 与发动机全功率曲线相0i交于 =187 。BMmN.43. 传动比计算及其分配因其传动平稳，冲击小，适合于高速重载的环境，固在此处 ZL10 变速箱采用的是斜齿轮。在此处我们选用的轮边减速器的设计太阳轮主动（由半轴驱动） 、齿圈用花键和驱动壳体固定连接、行星架和车轮轮毂用螺栓连接。这种方案的传动比为 。 为齿圈和1太阳轮的齿数比。传动简图如图 4-1 所示传动系机械效率 4（3-1）lcnmnm3211n直齿轮啮合对数， =1；12-斜齿轮啮合对数， =4；2n3-锥齿轮啮合对数， =1；3c-差速器效率， =0.9；cl-轮边减速器效率， =0.98。llcnmnm321= 。75.098.6097.14图 3.1 ZL10轮边减速器传动简图5动力半径 ：1,m （3-2） BHdrd )1(2054.式中：d-轮缘高度；inB-轮辋宽度；inH-轮胎断面高度；in，此初所给出的轮胎通过查资料可知此类轮胎为标准胎， =1.0；BH-轮胎径向变形系数，对标准胎或款断面胎 =0.12-0.16；对超低压拱形轮胎， =0.2-0.3，此处 取 0.12。BHdrd )1(2054.= m465.08.75921054. dgrr)(（3-3） -4-滑转率，此处的 去在额定工况（对装载机来说通常以最大生产率工况为额定 工况）下的生产率较高且经济性较好，对于轮式装载机来说此处的 =30%-35%。在此处H=30%。Hdgrr)1(= mrd3126.045.%70对于装载机来说一档为其工作时的档位，这个档位为其主要的受力档位，固在此我们只验算一档（工作档）的情况。一档总传动比 ：1 mdbBgnMKrFi 2)10(max31 )0（3-4） 式中： 1i-一档总传动比；maxF-最大牵引力； kNgr-滚动半径；m0K-变矩器 i=0 工况时的变矩系数；dbn-相应动力机的标定功率的转速； minr6mdbBgnMKrFi 2)10(max31 )0 = 06.3875.2.435.101根据传动部分各部件传动比的分配原则，尽量讲减速比多分配给后面，少分配给前面，以减少传动系大多数传动元件的计算力矩，使转动系结构紧凑。对与轮式装载机来说其减速比大部分在 12-35 之间。固此处分配轮边减速比 =5.5，主减速比 =2.5，一fi zi档变速比 =2.768。1i74 . 主传动器设计主传动器的作用是将输入的转矩增大并相应降低转速，增大转矩，并将转矩的旋转轴线由纵向改变为横向后经差速器或转向离合器传出。41 主传动器的结构形式主传动器的结构形式主要根据齿轮类型、减速形式以及主从动齿轮的安装及支承方式的不同分类。411 主传动器的齿轮类型主减速器的齿轮有螺旋锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。主减速器的破坏形式主要表现为主、被动锥齿轮齿轮崩坏，轴承损坏。从上述主要的损坏形式可知，主减速器齿轮由于装载机的工作环境较恶劣，土壤条件不好，使得其主要承受反复重载，固其主要的破坏形式为齿轮折断。所以主减速器齿轮的齿根处要保证较大的弯曲应力。从这个角度看选用双曲面齿轮传动较好，但是双曲面齿轮要用自己特种的润滑油，造价较高不适合与 ZL10 使用且双曲面主动齿轮有较大的轴向力，使其轴承负荷增大。轴承易破坏。固在此选用螺旋角为 ，压力角为 的螺旋锥齿轮传动。因为螺旋锥355.2齿轮传动的主、从动齿轮的轴线垂直交于一点，轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的地转向另一端；另外，由于轮齿端面重叠的影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，所以工作平稳，制造也简单。但是其缺点是齿轮副锥顶稍有不吻合就会使工作急剧变坏，并伴随磨损增大，噪声增大，所以为了保证齿轮副的正确啮合，必须提高刚度，增大壳体刚度。齿轮的传动形式图 4.148图 4.1 齿轮传动形式412 主传动器的减速形式驱动桥按其减速形式分主要有三种：中央单级减速驱动桥，中央双级减速驱动桥和中央单级、轮边减速驱动桥和中央双级驱动桥，轮边减速驱动桥和中央单级、双极轮边减速驱动桥。在此选用中央单级、轮边减速驱动桥，这是因为在工程机械上，要求有较大的主传动比和较大的离地间隙，其根据所分配的转动比可知其主传动比较小，同时相对与中央双级驱动桥，轮边减速驱动桥和中央单级、双极轮边减速驱动桥，其结构更简单。这时就需要将双级主减速器中的第二级减速齿轮机构制成同样的两套，分别安装在两侧驱动车轮的近旁，即成为轮边减速器。这样不仅使驱动桥中间部分主传动器轮廓尺寸减小，增大离地间隙，并可得到大的主减速比，而且半轴、差速器及主传动器从动齿轮零件的尺寸也可减小。其缺点是轮边减速器在一个桥上就需要两套，使驱动桥的结构复杂，成本提高，布置轮毂、轴承、车轮和制动器较困难。轮边减速器采用单行星排直齿圆柱齿轮。413 主传动器主、从动锥齿轮的支承方式 7主传动器主从、动齿轮只有正确的啮合，才能很好的工作，要保证正确的啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、减速器壳的刚度有关外，还与齿轮的支承刚度密切相关。(一) 主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式可以分为悬臂式支承和跨置式支承两种。在此选用悬臂式支承。悬臂式支承结构的特点是只在锥齿轮大端的一侧轴颈较长，上面有两个圆锥滚子轴承支承，如图 4.2 所示.为了改善轴承刚度，就应减小悬臂长度 b 和增加两轴承的距离9a（a2.5b 且比齿轮节圆直径的 70%还大） ，应使两轴承圆锥滚子的大端朝外，使离锥顶的轴向力向靠近齿轮的轴承承受，反向轴向力由另一轴承承受。为了方便安装，应使靠近的轴承的轴颈比另一轴承的轴颈大些，其支承刚度相对跨置式较差，但其结构简单，布置容易。在此处选用此种形式还有个原因是由与空间有限，在后续设计中，笔者曾经假设采用跨置式，以能利用的极限空间考虑，在锥齿轮小端处如跨置式那样加上圆柱滚子轴承，验算其寿命得出其寿命不足 1000h 显然轴承刚度不够。证明了在此处设计中不适应采用跨置式的结构。同时若采用跨置式的齿轮支撑，主动锥齿轮有 3 个轴承定位，由于机加工误差的存在，导致主动锥齿轮安装轴承时或多或少有些固过定位，加速了小端滚柱轴承的磨损与破坏，一旦该轴承早起损坏，锥齿轮传动产生的轴向力冲击比将导致主传动的失效。此外，由于该滚动轴承的存在，反过来又影响差速器壳体的尺寸，限制了差速器机械强度的提高。同时笔者在翻查相关资料 15的时候，发现厦工的 zl50 装载机驱动桥改进方案采用了悬臂式的结构。证明并非装载机中并非都采用的是跨置式的结构。图 4.2 ZL10跨置式结构(二)从动齿轮的支承从动锥齿轮的支承，其支承刚度与轴承的形式、支承间的距离及轴承之间的分布比例有关。为了增加支承刚度，两端轴承的圆锥滚子大端向内，以尽量减小 c+b 的尺寸。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳处有足够空间设置加强筋，提高齿轮强度，并且使两个轴承之间的载荷尽可能均匀分布，尺寸 b 应接近于 c，且距离 c+b 应不小于从动齿轮大端分度圆直径的 70%。其支撑形式如图 4.3 所示10图 4.3 从动锥齿轮支撑形式在具有大的主传动比和大的从动锥齿轮的主减速器中，有齿面上的轴向力形成的力矩使从动锥齿轮产生较大的偏移变形，这种变形时危险的。为了减小此变形，可在从动锥齿轮的背面靠近主动齿轮的地方设计一个止推螺栓。当从动锥齿轮受载变形超过允许值 0.25mm 左右时，止推螺栓开始起作用，阻挡从动齿轮继续变形。414 主传动器的润滑驱动桥零件所受的载荷较大，主减速器及其差速器的齿轮和它们的轴承都需要有良好的润滑，否则极易引起早期磨损。其中尤其注意主减速器主动锥齿轮的前轴承，该轴承距离油面及齿轮都很远，又有后轴承相隔。润滑条件极差，其润滑是不能靠润滑油的飞溅来实现，而必须采取加强润滑的专门措施。通常的办法是在从动齿轮的前端近主动锥齿轮处的主减速器壳处的内壁上设一专门的集油槽，后者将飞溅到壳体内壁上的部分润滑油收集起来再经过进油孔引至前轴承圆锥滚子的小端处。由于圆锥滚子在旋转时的泵油作用，使润滑油由圆锥滚子的小端通向大端，所以在主动齿轮的前轴承的前面应有回油孔，使经过前轴承的润滑油在流回驱动桥壳中间的油盆中。这样，由于润滑轴承的进、出油孔畅通无阻，使润滑油得到循环，不但可使轴承得到良好的润滑、散热和清洗，而且可以保护前端的油封不被损坏。42 主传动器的基本参数选择与计算11421 主传动器计算载荷的确定 4（1）最大牵引力是指牵引元件在克服自身行驶阻力 之后输出的平行于路面并沿着行fP驶方向的推力，它受发动机发出的动力，附着力，及路面条件的影响。故可以理解为即是路面给驱动桥的最大负载即是最大牵引力，而它也就是发动机与附着力施加给驱动桥的负载的中的较小值。故此处以最大牵引力来设计进行驱动桥的尺寸的设计。由于装载机前桥为其工作时的主要载重桥，根据查相关的资料前桥占了装载机满载时载重量的70%，固在此仅仅验算前桥。而装载机为全桥驱动，固最大牵引力因为前后桥产生的牵引力之和。主减速器最大载荷计算：（4-1） fdirFM3maxax10%7式中： maxF-最大牵引力， ；kN-轮边减速比；fi-动力半径， ；drm-轮边减速效率。f= fdirFM3maxax10%7 5.173998.05467mN（2）平均载荷对锥齿轮的疲劳强度计算，应以经常作用的载荷为依据。但工程车辆种类多，工况复杂，不同的车辆在不同的工况下载荷的变化很大，而且带有随机性质，要确定一个能代表实际情况的疲劳强度计算载荷还有一定困难。在此处我们以下式来确定其的平均载荷：（4-2）sin103fZirGMfdaP式中： 满载时的总重量，在此取 60 ；aGkN-动力半径；dr-轮边减速效率；f12-轮边减速比；fif-滚动阻力系数，f=0.0200.035,在此处根据装载机的常用工作环境此处去 f=0.03；-坡道阻力系数， =0.090.30，在此处去 =0.21。sinsinsinZ计算驱动桥数，在此取 2。所以 =si103fZirGMfdaP 437.59621.035.98046,mN.驱动桥锥齿轮的最大载荷在强度计算中用于验算最大应力，不能作为验算疲劳强度的依据，但是在选择锥齿轮的主要参数时，为了便于同类车辆进行比较，可按最大载荷作为计算扭矩代入经验公式来选择主要参数。422 主传动器锥齿轮主要参数的选择主传动器锥齿轮的主要参数有主、从动齿轮的齿数 和 ，从动锥齿轮大端分度圆1z2直径 、端面模数 、主从动锥齿轮齿面宽 和 、中点螺旋角 、法向压力角 等。2Dtm1b21.主、从动锥齿轮齿数 和1z2选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素：1）为了磨合均匀， ， 之间应避免有公约数。1z22）为了得到理想的齿面重合度和高的轮齿弯曲强度，主、从动齿轮齿数和应不小于40。3）为了啮合平稳，噪声小和具有高的疲劳强度对于商用车 一般不小于 6。1z4）主传动比 较大时， 尽量取得小一些，以便得到满意的离地间隙。0i1z5）对于不同的主传动比， 和 应有适宜的搭配。2根据以上要求参考表 2-4-1 ，取 =13, =33， + =464041z1z22.从动锥齿轮大端分度圆直径 和端面模数 的选择2dtm对于单级主减速器，从动锥齿轮的尺寸大小除影响驱动桥壳的离地间隙外，还影响差速器的安装。一般从动锥齿轮的分度圆直径可以根据从动锥齿轮上的最大扭矩进行初步选定。13可根据经验公式 初选，即2d4（4-3） 3max22MKdD式中， 从动锥齿轮大端分度圆直径，mm2直径系数，一般取 2.83.482DK从动锥齿轮的计算转矩，maxMcN所以 =（2.83.48） =（156194.26）2d317950m初选 =181.5 则 = / =181.5/33=5.5tm2dz主动锥齿轮 .3.1zt3.主，从动锥齿轮齿面宽 和b2锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齿根圆角半径，加大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但齿面过窄，轮齿表面的耐磨性和轮齿的强度会降低。对于从动锥齿轮齿面宽 ，推荐为节锥距 的 倍，算出的 与 比较取较1b1A35. 1btm0小者：（4-121,cosinta54）式中： 、 -分锥角；12-传动比；-轴交角，此处去 ；90= ， = 18.2190cos5.2inarct1 22.68.114（4-11sin2dA55）=11sin2d265.98.i7=（ ）x =1b35.A3m取 32 m一般习惯使锥齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮稍大，使其在大齿轮齿面两端都超出一些，通常小齿轮的齿面加大 10%较为合适，在此取 =292b4.中点螺旋角 螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小，弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，选 时应考虑它对齿面重合度 ，轮齿强度和轴向力大小的影响， 越大，则 也越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的F强度越高， 应不小于 1.25，在 1.52.0 时效果最好，但 过大，会导致轴向力增大。轮式装载机上螺旋锥齿轮的平均螺旋角为 3540以采用 35较为普遍。 （4-6） mbF 3tan017.tan3865.010式中： -轴向重叠系数：Fb-齿宽，mm；m-断面模数，mm。=mbF 3tan017.tan3865.025.10.5293tan017.35tan86.0 且在 1.52.0 的范围内，传动平稳。5. 螺旋方向齿的螺旋方向和轴的旋转方向决定了锥齿轮传动的轴向力方向，设计时应这样选择，使得在工作负荷时，轴向力的方向力图使大小锥齿轮相互推开，以便在轴承有游隙时，不致使轮齿卡住，加速齿面的磨损，甚至引起轮齿的折断。在一对螺旋锥齿轮传动中，大小锥齿轮的螺旋方向相反。因此，若单纯从齿轮的寿命考虑，则后驱动桥的一对锥齿15轮的螺旋方向应当和前驱动桥的螺旋方向相反，以使前、后驱动桥在带负荷工作时螺旋锥齿轮副所产生的轴向力都使大小锥齿轮互相推开，从而提高齿轮的使用寿命。但在四轮驱动的装载机中，为了提高产品的通用化，减少零部件的品种，采用前后驱动桥通用的部件，这样常常使后驱动桥主传动器在工作时轴向力方向与上述方向相反，而使齿轮的使用寿命有所降低。在此处设计中我们遵循以上原则，定主动锥齿轮为左旋，从锥顶看主动锥齿轮为逆时针，从动锥齿轮为右旋， 从锥顶看从动锥齿轮为顺时针。6. 法向压力角圆弧锥齿轮的压力角是以法向截面的压力角来标志的。加大压力角可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重叠系数下降，所以在轻载荷工作的齿轮中一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳，噪音低，螺旋齿轮标准压力角 20，在轮式装载机上，为了提高轮齿的弯曲强度，一般采用 22.5的压力角。7、齿高参数的选择 1轮式装载机主传动器的螺旋锥齿轮采用短齿制和高度修正，这样可以消除小锥齿轮可能发生的根切现象，提高轮齿的强度。高度修正的实质是小锥齿轮采用正移距，此时小锥齿轮齿顶高增大，而大锥齿轮采用负移距，并使其齿顶高减低。小锥齿轮齿顶高的增高值与大锥齿轮齿顶高的减低值是相等的。从机械设计手册 可查得：螺旋锥齿轮的齿顶高系数 =0.85，顶隙系数 =0.188 ；径1 ah*c向变位系数 =0.33（i=2.382.58）2x所以螺旋锥齿轮齿顶高为：49.65)3.08.(11 mha m82)(22x齿全高： 34.105.).0.()* ca齿根高 ： 3496.101fhm8.7.222af顶隙： 03.158.0mc8、齿厚参数的选择 1除了采用高度变位增加小齿轮的强度以外，还采用切向变位修正，使小齿轮的齿厚增加，而相应地减少大齿轮的齿厚，大齿轮的齿厚减少量与小齿轮齿厚增加量相等，这样修正以后可以使一对相啮合的齿轮轮齿强度接近相等，切向变位系数查图 7-41得48.021ttx16图 4.4 齿轮切向变位系数弧齿厚 15.348.035cos.2tan.025.costan2111 txmS m6.4.35.12m9、齿根角 f小锥齿轮齿根角： 29.tan11Ahcrff大锥齿轮齿根角： 4.t212ff1710、齿顶角 1，4.2fa29.12fa11、顶锥角 和根锥角f主动锥齿轮顶锥角： 04.611aa从动锥齿轮顶锥角： 9722主动锥齿轮根锥角： 5.11ff从动锥齿轮根锥角： 6322ff此次设计的 35 螺旋锥齿轮几何尺寸详见表 4.1：423 螺旋锥齿轮的几何尺寸的计算表 4.1 主传动器螺旋锥齿轮的几何尺寸计算表序号 项目 计算公式 计算结果1 主动齿轮齿数 1z132 从动齿轮齿数 2 333 端面模数 m5.54 齿面宽 b=33 =291b25 工作齿高 hag*27.2gh6 全齿高 c=10.347 法向压力角 =22.58 轴交角 =909节圆直径 =dzm71.51d=181.5210节锥角 121,cosinta=21.81=68.2211节锥距 =10sindA2iA =96.265012 周节 t=3.1416 mt=17.28续表 4.11813齿顶高 mxhamm49.61ahmm 8214齿根高 afhmm5.31fhmm4872f15 径向间隙 c= mc* c=1.0316齿根角 0artnAhff9.1f42f17顶锥角 aa0.61a97218根锥角 ff5.1f632f19齿顶圆直径 cos2aahd=83.551ad=183.624220弧齿厚111stntxmS12S=13.115m1s=4.163mm221 压力角 5.22 螺旋角 =3524 螺旋方向 主动锥齿轮左旋，从动锥齿轮右旋424 主传动器螺旋锥齿轮的强度计算在完成主减速器齿轮的几何计算之后，应对其强度进行计算，以保证其有足够的强度和寿命以及安全可靠性地工作。1）齿轮材料的选择191、齿轮材料的选择齿轮材料的种类有很多，通常有 45 钢、30CrMnSi、35SiMn、40Cr、20Cr、20CrMnTi、12Cr2Ni4、20Cr2Ni4 等。齿轮材料的选择原则：1） 齿轮材料必须满足工作条件的要求。2） 应考虑齿轮尺寸的大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺。3） 正火碳钢不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击下工作的齿轮，调质碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4） 合金钢常用于制作高速重载并在冲击载荷下工作的齿轮。根据以上原则选主传动器齿轮材料 20CrMnTi 经渗碳+淬火 800 轮齿表面硬度达到 C5864HRC,心部硬度低，约为 300HBW,其强度极限 ，屈服极限MPab10MPas850为了防止齿轮副在运行初期产生胶合咬死；圆锥齿轮的传动副在加工后均予与厚度0.0050.0100.020 的磷化处理或镀铜，镀锡，为了提高其耐磨性，可以进行渗硫处理。渗硫后摩擦系数可以显著降低，可防止齿轮咬死胶合等现象产生。对齿面进行喷丸处理，以提高寿命达 25%，为了防止齿轮在淬火时产生变形，采用压淬法。齿轮的热处理工艺如下：热前清洗预氧化渗碳淬火 800 环前降温C压淬空冷。齿轮使用寿命是由齿轮材料，加工精度，热处理形式及工作条件决定的。驱动桥齿轮承受的是交变载荷，损坏的主要形式是疲劳。交变载荷性质和循环次数是齿轮疲劳损坏的主要因素。2）主减速器圆弧齿螺旋锥齿轮的强度计算 10主减速器锥齿轮的齿根最大弯曲应力为N/ （4-7） bmJKPvson32式中： 作用在轮齿中点上的圆周力， ;P平DMPmac作用在从动锥齿轮上的计算扭矩，式（4-1） ；maxMN.20从动锥齿轮平均分度圆直径， ；平D 11sinbdD平从动锥齿轮齿面宽， mm;2b超载系数；与锥齿轮副运转的平稳有关，对轮式装载机可取 =1.25-0K 0K1.5，结合 zl10 的实际情况，此处取 =1.25；0K尺寸系数，反映材料的不均匀性，与齿轮尺寸和热处理有关，s当 时， ，在此 0.682；6.14.25ms4.25s载荷分配系数，当两个齿轮均用跨置式支承型式时， 1.001.10，mK mK当两个齿轮用悬臂式支承时取 1.101.25。此出 取 1.10。质量系数，与齿轮精度（齿距和齿形误差等）及节圆线速度用关，当轮齿v接触良好，节距与同心度精度高时，可取 =1.0;vK计算弯曲应力的综合系数（或几何系数） ，它综合考虑了齿形系数。J载荷作用点的位置、载荷在齿间的分布、有效齿面宽、应力集中系数及惯性系数等对弯曲应力计算的影响。计算弯曲应力时本应采用轮齿中点圆周力与中点端面模数，今用大端模数，而在综合系数中进行修正。对轴交角为 、压力角 、螺旋角 用插入法综合图 4.51、图 4.61905.235选取主动锥齿轮齿轮的 0.23，从动锥齿轮 =0.25。JJ图 4.5 ， ， 的弧齿锥齿轮的弯曲应力综合系数9025321图 4.6 ， ， 的弧齿锥齿轮的弯曲应力综合系数90235按上式验算主动锥齿轮的最大弯曲应力=59.6 mm11sinbdD平 8.21sin35.7.496.0.2zmaciMP平N/ 350HBW 或 350HRC）齿轮相对轴承的位置对称时， 取 0.4-0.9，由于行星齿轮刚性大 取 0.8 为了便于安装和调整小齿轮d d（行星轮）齿宽比大齿轮（太阳轮）大 5-10 mm。3.齿轮变位标准齿轮传动的性能通常都能得到保证，但随着齿轮传动高速、重载、小型、轻量化等更高的要求，标准齿轮暴露出一些缺点，如小齿轮“短命” ，传动不紧凑，传动不稳定等等，于是就需要采用渐开线非标准齿轮传动，称为变位齿轮传动。齿轮变位能避免根切，提高齿面的接触强度，提高齿根的弯曲强度，提高齿面的抗胶合和耐磨损能力，配凑中心距，修复旧齿轮等，因此本次设计需进行齿轮变位。齿轮变位的高度变位是基于削弱大齿轮的强度，增强小齿轮的强度，来平衡齿轮的强度，并使总寿命降低，而角度变位则不同，能同时增强两齿轮强度，并能灵活选择齿轮齿数，提高承载能力及改善啮合特性，故本次设计采用角变位。理论分析表面，对于行星传动采用角度变位使太阳轮与行星轮的啮合角比 大很20多，而使行星轮与内齿圈啮合的啮合角接近于 左右时，能显著提高太阳轮与行星轮轮20齿抗点蚀的承载能力，并使其承载能力接近于行星轮与内齿圈传动的承载能力。进行角度修正的计算过程如下：初步确定行星轮齿数 ：10(7-2)2 tqxZ231592 tqxZ根据 与 由表 6.13 初步确定 和 .tx0表t表x经查得 =0.33， =0.55， =0.108.表t表x按式（9-3）确定 的数值 。10= + +0.2 （7-3）表t表x式中： 行星齿轮计算齿数与实际齿数的差值46= + +0.2 =0.55+0.33+0.2=1.08表t表x按式（9-4）确定行星齿轮实际齿数 xZ10= （7-xZ4）式中： ， ， 与式（10-3） ， （10-2）同。x= =23-1.08=21.92，取整 =22ZxZ根据齿数 ， 有式（ 9-5） （9-6）确定修正系数xt由于 ，在 的范围内，固修正系数 ，69.1txZ2txZ10tx= +0.1 （7-5）t表= +0.1 （7-6）x表= +0.1=0.33+0.1=0.43t表= +0.1=0.55+0.1=0.65x表932 行星齿轮几何参数的确定1、预计啮合角根据式（7-7）所得啮合角 j（7-7）xtqZ1057.239xtqj根据算出来的啮合角 查图 9.2-3 选取比较取适合的啮合角1，25tx6.1xq2、太阳轮行星轮传动变位系数计算 11)未变位时，行星轮与太阳轮中心距为：mm25.325. xttxZma2)初算中心距变动系数 txy 64.0125cos)1(cos2 txxttx473）变位后中心距为：mm51.634.02135.2 txtZma圆整取 64mm4)实际中心距变动系数为： 785.05.36 txtx5）计算啮合角 93.2cos1acrtxtx所以 93.25tx6）计算总变位系数 tan2iviZxxttx式中： ； txinvitan所以： 90163.2ta93.5213tan2 invivviZxxttx7）校核 tx查图 8.2-7 中， 介于曲线 P7 和 P8 之间，有利于提高接触强度及抗弯强度1tx8）分配变位系数查图 8.2-4 ，分配变位系数得：1，35.0tx.x9）齿顶高降低系数 159.078.916.tx3、行星轮与齿圈传动变位系数计算 1）未变位时的中心距mm.4352.2 xqxqZma2)计算中心距变动系数 1.05.37641xq3）求啮合角 6.8cosar1xqxq48所以： 65.18xq4）求 x-q 的总变位系数1457.02tan65.18259tan2 iviviviZxqxqtx 5）计算齿圈变位系数 403.xq6）齿顶高降低系数 68.xq4.齿轮的几何尺寸本设计的太阳轮、行星轮、齿圈均采用直齿圆柱齿轮并进行角度变位。表 7.1， 表 7.2 为行星排各齿轮几何尺寸，表中部分公式参照饶振刚行星齿轮传动设计表 7.1 太阳轮-行星轮传动几何尺寸 （长度：mm）名称 公式代号 太阳轮（t） 行星轮（x）变位系数 35.0tx5.0齿顶高降低系数 tx0.108分度圆直径 dmz 2td8xd基圆直径 bcos43bt 72b齿顶高*atxh()86.ath 4.5axh齿根高*fa(c)m153ft 2f齿顶圆直径 ad2h7.6atd47.9axd齿根圆直径 ff245ft 1083f标准中心距 txtxma(z)261.25实际中心距 tx 64续表 9.149节圆直径 wtxcosd54.7td46.80xd啮合角 t 25.93中心距变动系数 txy0.65齿顶高变动系数 tx 0.12齿顶圆压力角 baadrcos15.46at重叠系数 txttwtxaxtx1z(n)2()2.741表 7.2 行星轮-齿圈传动几何尺寸 （长度： mm)名称 公式代号 行星轮（x） 齿圈（q）变位系数 5.040.x齿顶高变动系数 xq 0.68分度圆直径 dmz8xd27qd基圆直径 bcos43bt 194b齿顶高*axqh()7.5axh52.aqh齿根高*fa(c)m4.2fx 96.fq齿顶圆直径 ad2h7.9ad3021ad齿根圆直径 ff1083fx 58.fq标准中心距 xq 64.74实际中心距 a64啮合角 wx18.65续表 7.250节圆直径 wxqcosd46.80xd23.9qd中心距变动系数 y-0.1456齿顶圆压力角baadrcos 81.63at重叠系数 xqxwxqaq1z(tnt)2(t)1.85574 行星齿轮传动强度计算及校核行星排结构中齿轮的主要破坏形式是接触疲劳破坏和弯曲疲劳破坏，因此需对齿轮进行接触疲劳计算和弯曲疲劳强度计算。在行星机械中，通常只计算太阳轮与行星轮的强度，并考虑多个行星轮同时和太阳轮啮合时，载荷分布不均匀的影响。941 行星齿轮弯曲疲劳强度计算及校核（7-8）BSaFtFYbmK3式中： 载荷系数， ；KVA使用系数， 取 1.25；A动载系数， 取 1.0；v vK齿间载荷分配系数， 取 1.2；K齿间载荷分布系数， 取 1.5； 作用在齿轮上的圆周力， ；tFtptnrMF平均载荷，式（4-2）所得取 596437N.mm；pM圆周力修正系数 ，当采用三个行星轮时 ；15.行星轮数目，此处取 =3；nn51太阳轮节圆直径， =21.38 mm；trtr齿宽， mm；bm模数，mm；外齿轮齿形系数，由陆凤仪机械设计图 8-17 所得；FaY外齿轮应力修正系数，由陆凤仪机械设计图 8-18 所得；S计算弯曲强度重合系数， =0.25+ =0.52 Y75.0计算弯曲强度螺旋角系数， =1.0BYBMPa943.152.06.435.841972.5. BSaFtFbmK400MPa742 接触疲劳应力校核 Hp许用接触应力可按下式计算，即= （7-9)Hp1tBEbdKFZ式中： 弹性影响系数，对于钢材去 189.8 ；EZ MPa节点区域系数， ；H 158.2tncos2txHZ重合系数，对于直齿轮 ；Z 9.034t螺旋角系数，对于直齿轮取 1；B传动比， ；txZ, 如式（7-8）所示；KtF= Hp 623.1958.4791.95.018.2tBEbdZ= MPa85.1712052弯曲应力及接触应力均满足条件。538.驱动桥壳设计驱动桥壳的主要功用是支承车辆质量，并承受有车轮传来的路面反力和反力矩，并经悬架传给车身，它同时又是主减速器，差速器和半轴的装配体。驱动桥壳应满足如下设计要求： 应具有足够的强度和刚度，以保证主减速器齿轮啮合正常，并不使半轴产生附加弯曲应力； 在保证强度和刚度的情况下，尽量减小质量以提高行驶的平顺性； 保证足够的离地间隙； 结构工艺性好，成本低； 保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入； 拆装，调整，维修方便。根据装载机的共况条件，驱动桥壳的结构形式采用铸造整体式桥壳。81 铸造整体式桥壳的结构通常可采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。在球铁中加入 1.7%的镍，解决了球铁低温（-41C）冲击值急剧降低的问题，得到了与常温相同的冲击值。为了进一步提高其强度和刚度，铸造整体式桥壳的两端压入较长的无缝钢管作为半轴套筒，并用销钉固定。每边半轴套管与桥壳的压配表面共四处，由里向外逐渐加大配合面的直径，以得到较好的压配效果。钢板弹簧座与桥壳铸成一体，故在钢板弹簧座附近桥壳的截面可根据强度要求铸成适当的形状，通常多为矩形。安装制动底板的凸缘与桥壳住在一起。桥壳中部前端