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XG916Ⅱ輪式裝載機(jī)后驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
摘要
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為XG916Ⅱ裝載機(jī)后驅(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，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。并結(jié)合差速器，半軸和最終傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)和工作原理及設(shè)計(jì)要求，合理選擇它們的結(jié)構(gòu)形式及尺寸。本設(shè)計(jì)的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：XG916Ⅱ裝載機(jī)，中央傳動(dòng)，輪邊減速器，設(shè)計(jì)
XG916 Ⅱ wheel loader after driving axle design
Abstract
The design content for the XG916 Ⅱ after loader drive axle design, the design is generally divided into the main transmission, differential design, axle design, the design of four major final drive. One main drive bevel gear spiral bevel gear, this type of gear the basic parameters and geometry of this calculation is the focus of the design. The gear a few basic parameters, such as number of teeth, module, driven gear pitch circle diameter is determined, calculate the geometric parameters of all the gear, then the gear stress analysis and strength check. Combined with differential, axle and final drive of the structure and working principle and design requirements, a reasonable choice of their structure and size. The design of the differential gear selection of straight bevel gears, axle with full floating, planetary final drive single row of slow form.
Key words: XG916 Ⅱ loaders, center drive, wheel reducer design
目錄
第一章 緒論 1
1.1國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展概況 1
1.2 國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)現(xiàn)狀分析 2
1.3 國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 3
1.4 國(guó)外輪式裝載機(jī)的發(fā)展概況 3
1.5 輪式裝載機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì) 4
第一章 總體方案論證 6
2.1非斷開式驅(qū)動(dòng)橋 7
2.2斷開式驅(qū)動(dòng)橋 7
2.3多橋驅(qū)動(dòng)的布置 7
第三章 主減速器設(shè)計(jì) 9
3.1 結(jié)構(gòu)型式 9
3.1.1主傳動(dòng)器的減速型式 9
3.1.2錐齒輪齒型 10
3.2 支承方案 11
3.2.1 主動(dòng)錐齒輪的支承 11
3.2.2從動(dòng)齒輪的支承 12
3.3 主減速器錐齒輪設(shè)計(jì) 12
3.3.1錐齒輪載荷的確定 12
3.3.2錐齒輪主要參數(shù)的計(jì)算 13
3.3.3主減速器錐齒輪材料的選擇 16
2.3.4主減速器錐齒輪強(qiáng)度的計(jì)算 17
第四章 差速器設(shè)計(jì) 20
4.1 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的差速原理 20
4.2 對(duì)稱式圓錐行星齒輪差速器的結(jié)構(gòu) 22
4.3 差速器基本參數(shù)的選擇 23
4.4 差速器齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 25
行星齒輪、半軸齒輪工作過程中容易出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題 27
第五章 驅(qū)動(dòng)半軸的設(shè)計(jì) 28
5.1 結(jié)構(gòu)形式分析 28
5.2 半軸的計(jì)算 30
5.3 半軸的強(qiáng)度驗(yàn)算 31
第六章 輪邊減速器設(shè)計(jì) 32
6.1 輪邊減速器傳動(dòng)方案 32
6.2 行星排的配齒計(jì)算 33
6.3強(qiáng)度驗(yàn)算 35
第七章 花鍵的選擇 37
設(shè)計(jì)總結(jié) 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 40
外文原文文獻(xiàn)
中文翻譯
44
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163.9KW(220hp)、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)問題。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(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[6]。通過近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，2001-2004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(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)。
近幾年，ZL10(1t)型以下的裝載機(jī)迅速發(fā)展起來(lái)，主要有ZL04(0.4t)、ZL05(0.5t)、ZL06(0.6t)、ZL07(0.7t)、ZL08(0.8t)等，其裝載容量也非常小，一般為0.3 m3～1.0 m3，故稱之為小型裝載機(jī)。由于這類裝載機(jī)發(fā)展時(shí)間非常短，人們對(duì)其還比較陌生，但市場(chǎng)卻已經(jīng)非常紅火。2002-2006年，不到5年時(shí)間就發(fā)展到了6萬(wàn)～8萬(wàn)臺(tái)。目前我國(guó)小型裝載機(jī)制造企業(yè)已發(fā)展到約1000家，已經(jīng)形成頗具規(guī)模的小型裝載機(jī)行業(yè)。這些制造企業(yè)主要集中在山東，特別是青州和萊州。2005年青州小裝的制造企業(yè)約有100家，產(chǎn)銷量在1萬(wàn)臺(tái)以上，其中最大的是青州凱豐，2005年小裝產(chǎn)銷2000多臺(tái)。其次是青州威力、信邦、亞東等，2005年小裝產(chǎn)銷量均超過1000臺(tái)。萊州比青州的規(guī)模更大，目前萊州有小裝制造企業(yè)約150家以上，2005年產(chǎn)銷量達(dá)1.8萬(wàn)～2萬(wàn)臺(tái)，過千臺(tái)的企
業(yè)已有近10家，其中“萊工”、“魯工”2005年小裝的產(chǎn)銷量均超5000臺(tái)。除青州、萊州外，還有泰安、聊城、濰坊、臨沂、德州、青島等，幾乎遍布山東全省各地。山東臨沭的“山東常林”，2005年小裝產(chǎn)銷量約為3000臺(tái)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)2005年山東全省小裝的產(chǎn)銷量達(dá)到4萬(wàn)～5萬(wàn)臺(tái)。第二個(gè)小裝制造大省是河南，主要分布在洛陽(yáng)、鞏義、
鄭州等地，制造企業(yè)也有幾十家，河南小裝產(chǎn)銷量最大的洛陽(yáng)一拖，2005年一拖的小裝產(chǎn)銷量達(dá)3000多臺(tái)。其它小裝產(chǎn)銷量比較集中的還有安徽、江蘇、福建、河北等省。據(jù)小裝行業(yè)人士的估計(jì)，2007年我國(guó)小裝行業(yè)的形勢(shì)還要好，預(yù)計(jì)2007年我國(guó)小裝的產(chǎn)銷量可達(dá)12萬(wàn)臺(tái)以上。
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[9]。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 。
1.2 國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)現(xiàn)狀分析
（1）3t以下裝載機(jī)
3t以下產(chǎn)品主要有ZL04、ZL05、ZL06、ZL07、ZL08、ZL10、ZL15、ZL16等，主零部件均采用一般性能及質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)橋、變速箱、液壓件。技術(shù)較先進(jìn)的靜液壓傳動(dòng)產(chǎn)品，液壓件國(guó)內(nèi)不易配套，一定程度上制約了該類產(chǎn)品的發(fā)展。
（2）ZL30裝載機(jī)
ZL30裝載機(jī)主要生產(chǎn)廠家有成工、常林、徐工、宜工、山工等。該產(chǎn)品零部件配置較零亂，生產(chǎn)廠家具有自制的橋箱，風(fēng)格各具特色，質(zhì)量及性能上相對(duì)穩(wěn)定，技術(shù)先進(jìn)性一般。徐工開發(fā)的ZL30F裝載機(jī)，采用電換擋變速箱，使3t級(jí)裝載機(jī)技術(shù)上有新的突破。
（3）ZL40／ZL50裝載機(jī)
ZL40／ZL50裝載機(jī)，主要裝載機(jī)生產(chǎn)廠家均擁有該產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品幾十年來(lái)沿續(xù)至今，全國(guó)幾乎使用同一套圖紙，有些技術(shù)力量薄弱的廠家，仍把其當(dāng)作主導(dǎo)產(chǎn)品推向市場(chǎng)。第二、三代產(chǎn)品主要是對(duì)工作裝置進(jìn)行優(yōu)化，改變外觀造型。如柳工ZL40B／ZL50C、徐工ZL40E／ZL50E。第四代產(chǎn)品是在第三代的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化整機(jī)的性能及配置，電控箱、濕式制動(dòng)器等新技術(shù)得到應(yīng)用，并形成了各企業(yè)的專有技術(shù)及專利技
術(shù)，使產(chǎn)品以嶄新的面目推向市場(chǎng)。
（4）ZL60及6t以上裝載機(jī)
6t以及6t以上的裝載機(jī)，這是國(guó)內(nèi)潛在市場(chǎng)最大的產(chǎn)品，1998年以前大多數(shù)生產(chǎn)廠家均開發(fā)了ZL60裝載機(jī)，但由于受傳動(dòng)件的制約，ZL60裝載機(jī)沒能成功地推向市場(chǎng)。之后，各廠家陸續(xù)推出了新的一代ZL60裝載機(jī)，多數(shù)廠家選擇柳州ZF合資生產(chǎn)的箱或橋，液壓元件也有新配置，發(fā)動(dòng)機(jī)選用斯太爾或上柴6121(Cat3306)，整機(jī)可靠性上得到很大提高，給國(guó)內(nèi)大噸位裝載機(jī)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。
1.3 國(guó)內(nèi)輪式裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。
（1）大型和小型輪式裝載機(jī)，在近幾年的發(fā)展過程中，受到客觀條件及市場(chǎng)總需求量的限制。競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的中型裝載機(jī)更新速度將越來(lái)越快；
（2）根據(jù)各生產(chǎn)廠家的實(shí)際情況，重新進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，優(yōu)化各項(xiàng)性能指標(biāo)，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度，使整機(jī)可靠性得到大步提高；
（3）細(xì)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如動(dòng)力系統(tǒng)的減振、散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工作裝置的性能指標(biāo)優(yōu)化及各鉸點(diǎn)的防塵、工業(yè)造型設(shè)計(jì)等；
（4）利用電子技術(shù)及負(fù)荷傳感技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)變速箱的自動(dòng)換擋及液壓變量系統(tǒng)的應(yīng)用，提高效率、節(jié)約能源、降低裝載機(jī)作業(yè)成本；
?。?）提高安全性、舒適性。駕駛室逐步具備FOPS和ROPS功能，駕駛室內(nèi)環(huán)境將向汽車方向靠攏，方向盤、座椅、各操縱手柄都能調(diào)節(jié)，使操作者處于最佳位置工作；
?。?）降低噪聲和排放，強(qiáng)化環(huán)保指標(biāo)。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，降低裝載機(jī)噪聲和排放的工作已迫在眉捷，現(xiàn)在許多大城市已經(jīng)制定機(jī)動(dòng)車的噪聲和排放標(biāo)準(zhǔn)，工程建設(shè)機(jī)械若不符合排放標(biāo)準(zhǔn)，將要限制在該地區(qū)的銷售；
?。?）廣泛利用新材料、新工藝、新技術(shù)，特別是機(jī)、電、液一體化技術(shù)，提高產(chǎn)品的壽命和可靠性；
（8）最大限度地簡(jiǎn)化維修盡量減少保養(yǎng)次數(shù)和維修時(shí)間，增大維修空間，普遍采用電子監(jiān)視及監(jiān)控技術(shù)，進(jìn)一步改善故障診斷系統(tǒng)，提供給司機(jī)排除問題的方法。
1.4 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59.7kW(80hp)的小型機(jī)械更受偏愛(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[12]。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。
1.5 輪式裝載機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)
工程機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)有：廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng)；采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機(jī)器噪音；通過不斷改進(jìn)電噴裝置，進(jìn)一步降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量；研制無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的動(dòng)力裝置；提高液壓元件、傳感元件和控制元件的可靠性與靈敏性，提高整機(jī)的機(jī)—電—信一體化水平；在控制系統(tǒng)方面，將廣泛采用電子監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)換擋變速裝置；用于物料精確挖（鏟）、裝、載、運(yùn)作業(yè)的工程機(jī)械將安裝GPS定位與重量自動(dòng)稱量裝置；開發(fā)特種用途的“機(jī)器人式”工程機(jī)械等。輪式裝載機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)具體如下：
（1）系列化、特大型化
系列化是工程機(jī)械發(fā)展的重要趨勢(shì)，系列化是輪式裝載機(jī)發(fā)展的重要趨勢(shì)。國(guó)外著名大公司逐步實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品系列化進(jìn)程，形成了從微型到特大型不同規(guī)格的產(chǎn)品。與此同時(shí)，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期明顯縮短。所謂特大型，是指其裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率超過1000HP，主要用于大型露天礦山或大型水電工程工地。產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高，研制與生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，投資大市場(chǎng)容量有限，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主要集中少數(shù)幾家公司。目前僅有馬拉松·勒?qǐng)D爾勒、卡特彼勒和小松—德雷塞這三家公司能夠生產(chǎn)特大型裝載機(jī)。
（2）多用途、微型化
為了全方位地滿足不同用戶的需求，國(guó)外裝載機(jī)在朝著系列化、特大型化方向發(fā)展的同時(shí)，已進(jìn)入多用途、微型化發(fā)展階段。推動(dòng)這一發(fā)展的因素首先源于液壓技術(shù)的發(fā)展—通過對(duì)液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，使得工作裝置能夠完成多種作業(yè)功能；其次，快速可更換聯(lián)接裝置的誕生—安裝在工作裝置上的液壓快速可更換聯(lián)接器，能在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)完成各種附屬作業(yè)裝置的快速裝卸及液壓軟管的自動(dòng)聯(lián)接，使得更換附屬作業(yè)裝置的工作在司機(jī)室通過操縱手柄即可快速完成。一方面，工作機(jī)械通用性的提高，可使用戶在不增
加投資的前提下充分發(fā)揮設(shè)備本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，為了盡可能地用機(jī)器作業(yè)替代人力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，適應(yīng)城市狹窄施工場(chǎng)所以及在貨棧、碼頭、倉(cāng)庫(kù)、艙位、農(nóng)舍、建筑物層內(nèi)和地下工程作業(yè)環(huán)境的使用要求，小型及微型輪式裝載機(jī)有了用武之地，并得到了較快的發(fā)展。為占領(lǐng)這一市場(chǎng)，各生產(chǎn)廠商都相繼推出了多用途、小型和微型輪式裝載機(jī)。如卡特彼勒公司生產(chǎn)的IT系列綜合多用機(jī)、克拉克公司生產(chǎn)的“山貓”等。
（3）電子化與信息化互動(dòng)
以微電子、Internet為重要標(biāo)志的信息時(shí)代，不斷研制出集液壓、微電子及信息技術(shù)于一體的智能系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械的產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的性能及高科技含量。Letourneau集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)便是一例。通過顯示在機(jī)載計(jì)算機(jī)屏幕的出錯(cuò)信息，提示司機(jī)出錯(cuò)原因，并采用三級(jí)報(bào)警燈光信號(hào)（藍(lán)、淡黃、紅）表示發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、電氣和電子系統(tǒng)的各種狀態(tài)。目前，該系統(tǒng)已安裝在L1350型礦用裝載機(jī)上。
（4）不斷創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如裝載機(jī)的工作裝置已不再采用單一的“Z型”連桿機(jī)構(gòu)，繼出現(xiàn)了八桿平行結(jié)構(gòu)和TP連桿機(jī)構(gòu)之后，卡特彼勒公司于1996年首次在礦用大型裝載機(jī)上采用了單動(dòng)臂鑄鋼結(jié)構(gòu)的特殊工作裝置，即所謂的“VersaLink機(jī)構(gòu)”。這種機(jī)構(gòu)替代綜合多用機(jī)上的八桿平行舉升機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的“Z型” 連桿機(jī)構(gòu)，可承受極大的扭矩載荷和具有卓越的可靠性（耐用性），駕駛室前端視野開闊。O＆K公司研制的創(chuàng)新LEAR連桿機(jī)構(gòu)，專為小型裝載機(jī)而設(shè)計(jì)。Schaeff公司于2000年3月在Intermat展覽會(huì)上展出的高卸位式SKL873型輪式裝載機(jī)的可折疊式創(chuàng)新連桿機(jī)構(gòu)工作裝置，進(jìn)一步增加了輪式裝載機(jī)的工作裝置的種類。
（5）安全、舒適、可靠
駕駛室將逐步實(shí)施R O PS和FO PS設(shè)計(jì)方法，配裝冷暖空調(diào)。全密封及降噪處理的“安全環(huán)保型”駕駛室，采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的司機(jī)座椅可全方位調(diào)節(jié)，以及功能集成的操縱手柄、全自動(dòng)換擋裝置及電子監(jiān)控與故障自診斷系統(tǒng)，以改善司機(jī)的工作環(huán)境，提高作業(yè)效率。大型裝載機(jī)安裝有閉路監(jiān)視系統(tǒng)以及超聲波后障礙探測(cè)系統(tǒng)，為司機(jī)安全作業(yè)提供音頻和視頻信號(hào)。微機(jī)監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，大大簡(jiǎn)化了機(jī)器的維修程序，縮短了維修時(shí)間。如卡特彼勒公司的F系列裝載機(jī)日常維修時(shí)間只需3.45 min。目前，大型裝載機(jī)的使用壽命達(dá)2.05萬(wàn)小時(shí)，最高可達(dá)2.5萬(wàn)小時(shí)。
（6）節(jié)能與環(huán)保
為提高產(chǎn)品的節(jié)能效果和滿足日益苛刻的環(huán)保要求，國(guó)外裝載機(jī)公司主要從降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放、提高液壓系統(tǒng)效率和減振、降噪等方面入手。目前，卡特彼勒公司生產(chǎn)功率為15～10150kM的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。其中6缸、7.2升、自重588kg、功率為131～205KW的3126B型環(huán)保指標(biāo)最好，滿足EPATier Ⅱ和EUStage Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)。卡特彼勒3516B型發(fā)動(dòng)機(jī)裝有電子噴射裝置及ADEM模塊，可提高22％的噴射壓力，便于燃油完全、高效燃燒，燃燒效率可提高5％，NoX下降40％，扭矩增加35％。個(gè)別廠家生產(chǎn)的裝載機(jī)產(chǎn)品，機(jī)外品噪聲已降至72dB（A）。
第一章 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架或車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。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非斷開式驅(qū)動(dòng)橋
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)。
2.2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，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多橋驅(qū)動(dòng)的布置
為了提高裝載量和通過性，有些重型機(jī)械及全部中型以上的越野汽車都是采用多橋驅(qū)動(dòng)，常采用的有 4×4、6×6、8×8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) 8×8汽車來(lái)說，這種非貫通式驅(qū)動(dòng)橋就更不適宜，也難于布置了。
為了解決上述問題，現(xiàn)代多橋驅(qū)動(dòng)汽車都是采用貫通式驅(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。
由于非斷開式驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、工作可靠，而且由于裝載機(jī)工作條件惡劣，所受載荷沖擊比較大，在工作過程中工作裝置需要一定的平順性，所以本課題選用非斷開式驅(qū)動(dòng)橋。
采用雙橋驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際工作中，前橋載荷分配比較大，而且在不工作和載荷比較小的情況下，常常脫開后橋，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，以前橋設(shè)計(jì)為主，后橋結(jié)構(gòu)形式與零件設(shè)計(jì)與前橋相同，只是安裝時(shí)要注意零件的相對(duì)位置在前后橋中的不同。
第三章 主減速器設(shè)計(jì)
主減速器是車輛傳動(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。
3.1 結(jié)構(gòu)型式
3.1.1主傳動(dòng)器的減速型式
圖表3-1減速形式
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。
3.1.2錐齒輪齒型
圖3-2 錐齒輪齒形
（1）直錐齒輪，如圖 3-2（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8～9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3-2（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3-2（c））所示。
其優(yōu)點(diǎn)是：不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可為5～6，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?。豢刹捎貌坏鹊凝X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3-3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?；蚩墒管圀w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3-3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3-4（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袆偠却鬄樵黾樱过X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1/5～1/7。齒輪承載能力較懸臂式可提高10%左右。
圖3-4 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 2-3（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. 按發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低擋傳動(dòng)比確定從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
從動(dòng)錐齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tce
Tce= 式3-1
式中：
Tce—計(jì)算轉(zhuǎn)矩，；
Temax—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；Temax =234
n—計(jì)算驅(qū)動(dòng)橋數(shù)，2；
if—變速器傳動(dòng)比，if=3.05；
i0—主減速器傳動(dòng)比，i0=5.833；
η—變速器傳動(dòng)效率，取η=0.9；
k—液力變矩器變矩系數(shù)，K=1；
Kd—由于猛接離合器而產(chǎn)生的動(dòng)載系數(shù)，Kd=1；
i1—變速器最低擋傳動(dòng)比，i1=2.1544；
代入式（3-1），有：
Tce=4486.3
3.3.2錐齒輪主要參數(shù)的計(jì)算
1.選擇主、從動(dòng)錐齒輪齒數(shù)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
（1）為了磨合均勻，，之間應(yīng)避免有公約數(shù)。
（2）為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動(dòng)齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。
（3）為了嚙合平穩(wěn)，噪聲小和具有高的疲勞強(qiáng)度對(duì)于商用車一般不小于6。
（4）主傳動(dòng)比較大時(shí)，盡量取得小一些，以便得到滿意的離地間隙。
（5）對(duì)于不同的主傳動(dòng)比，和應(yīng)有適宜的搭配。
為了滿足上述要求齒數(shù)可按圖表 3-5選擇。
從表中選擇 z1=7 ；
圖表3-5 小齒輪齒數(shù) z1 的選擇
z2=z1 ×i=7×5.833= ，
圓整取40；
驗(yàn)算傳動(dòng)比： I=Z2/Z1=5.714
DI=(5.833-5.714)/5.833=0.02<0.04
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)驗(yàn)公式：
——直徑系數(shù)，一般取2.8～3.48；
——從動(dòng)錐齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，
所以 =（2.8～3.48）=（214.3～266.4）
初選大端分度圓直徑為260mm
則模數(shù)為 Ms=D2/Z2=260/40=6.5
經(jīng)檢驗(yàn)?zāi)?shù)符合要求！根據(jù)d =m×z
d1=6.5×7=45.5 d2=6.5×40=260
3. 主，從動(dòng)錐齒輪齒面寬和
錐齒輪齒面過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窄及刀尖圓角過小，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)引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。
另外，齒面過寬也會(huì)引起裝配空間減小。但齒面過窄，輪齒表面的耐磨性和輪齒的強(qiáng)度
會(huì)降低。
b≦1／3La; b≤0.155D; b≦10m;
所以取 =38 =35
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1.5～2.0時(shí)效果最好，但過大，會(huì)導(dǎo)致軸向力增大。
汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°～40°，而商用車選用較小的值以防止軸向力過大，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小，并使齒輪的端面重合度下降。對(duì)于弧齒錐齒輪，乘用車的а一般選用14°30’或16°,商用車的а為20°或22°30’。這里取 а＝20°30’。
主減速器圓弧錐齒輪的幾何尺寸計(jì)算用表
項(xiàng) 目
計(jì) 算 公 式
計(jì) 算 結(jié) 果
主動(dòng)齒輪齒數(shù)
7
從動(dòng)齒輪齒數(shù)
40
端面模數(shù)
6.5㎜
齒面寬
=35㎜
=38㎜
工作齒高
=1.560m
10.14㎜
全齒高
=11.2645㎜
法向壓力角
=20°30’
軸交角
=90°
節(jié)圓直徑
=
45.5㎜
=260㎜
節(jié)錐角
arctan
=90°-
=9.9256°
=80.0744°
節(jié)錐距
A==
取A=131.98㎜
周節(jié)
t=3.1416
t=20.4204㎜
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：
a)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。
b)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。
c)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。
d)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0.005～0.020mm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：
s b =1080MPa s s = 850MPa 硬度217HBS
2.3.4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
σu=Mmax?KcKv?2FZm2?Ks?KmJw
式中 σu —— 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，可取Kv = 1.06；
F —— 齒寬，mm，F(xiàn) = b；
z —— 齒數(shù)；
m —— 大端模數(shù)，m s = m ；
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 <1.6 mm時(shí)，取K s =0.5 ；m ≥1.6時(shí)：
K s = 4m25.4 ,則K s=46.525.4=0.711
K m —— 載荷分配系數(shù)，小齒輪用跨置式支承，K m = 1.00 ~ 1.10 ，取K m =1.05 ；
JW——計(jì)算彎曲應(yīng)力的系數(shù)，查表得Jw1=0.222， Jw2=0.185；
σu1=448630×11.06?238×7×6.52?0.711×1.050.222=253.285MPa
σu2=448630×11.06?235×40×6.52?0.711×1.050.185=57.749MPa
許用彎曲應(yīng)力為：σu=0.75σb=0.75 ×1080=810MPa
則 σu1< σu ,σu2<σu齒輪彎曲強(qiáng)度合格。
（2）錐齒輪接觸應(yīng)力驗(yàn)算
σo=c02p?c1c2?1b?d?c3?c4?c9J公斤∕厘米2
上述公式同樣由三部分組成：有關(guān)載荷參數(shù)p?c1c2 ；有關(guān)齒輪齒數(shù)參數(shù)1b?d
和有關(guān)應(yīng)力分布的參數(shù)c3?c4?c9J。式中各項(xiàng)系數(shù)如下：
P——作用在錐齒輪中點(diǎn)的圓周力，
c0——與材料有關(guān)的系數(shù)，決定于材料的彈性性質(zhì)，對(duì)剛制錐齒輪可取c0=740；
c1 ——過載系數(shù)c1=K0,對(duì)輪式裝載機(jī)可取1.25-1.5;
c2 ——質(zhì)量系數(shù)，可取c2=Kv；
d ——小齒輪大端分度圓直徑；
b ——齒面寬，兩齒齒輪寬不等時(shí)，取其中較小的值；
c3—— 尺寸系數(shù)，當(dāng)材料選擇適宜，滲碳層深度與表面硬度符合要求時(shí)，
可取c3=1.0；
c4——載荷再分布系數(shù)可取 c4= Km，取1.0-1.1；
c9——表面質(zhì)量系數(shù)與表面光潔度，表面最后加工性質(zhì)和表面處理情況有關(guān)，對(duì)制造
精度較高的齒輪，可取 c9=1.0；
J——表面接觸強(qiáng)度的綜合系數(shù)，考慮了載荷作用點(diǎn)處嚙合齒面的相對(duì)曲率半徑，有效
齒面寬及慣性系數(shù)等的影響，對(duì)于軸交角為90o；壓力角為22o30，，螺旋角為35o的錐
齒輪的綜合系數(shù)，由圖查得J=0.126；
σo=c02p?c1c2?1b?d?c3?c4?c9J
=7402345.1×1.251.0?135×45.5?10.126
=10850.11公斤∕厘米2
≤35000公斤∕厘米2
錐齒輪輪齒的齒面接觸強(qiáng)度合格。
第四章 差速器設(shè)計(jì)
車輛在行使過程中，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)所滾過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、兩車輪上的負(fù)荷不均勻而引起車輪滾動(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)，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，通過性和操縱穩(wěn)定性變壞。為此，在驅(qū)動(dòng)橋的左右車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)汽車采用3個(gè)行星齒輪，小型、微型汽車多采用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：①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；②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、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。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、用于公路汽車上也很可靠等優(yōu)點(diǎn)，故廣泛用于各類車輛上。
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
1- 軸承；2-左外殼；3-墊片；4-半軸齒輪；5-墊圈；
6-行星齒輪；7-從動(dòng)齒輪；8-右外殼；9-十字軸；10-螺栓
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f 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。可按經(jīng)驗(yàn)公式選取f ：
?=K?3Mmax ; （4-3）
式中 f? —— 差速器球面直徑，mm；
K?—— 差速器球面系數(shù)， fK?==1.1 ~ 1.3 ，取1.15 ；
Mmax—— 差速器承受的最大扭矩(公斤?毫米) ，按最大輸入轉(zhuǎn)矩算。
?=1.33448630=99.52mm ；
計(jì)算的球面直徑還要根據(jù)從動(dòng)齒輪的結(jié)構(gòu)而定。
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。
4.3.2 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 。
為保證安裝，行星齒輪和半軸齒輪的齒數(shù)應(yīng)符合下式：
Z左半+Z右半i=m （ 4-5）
式中 Z左半—— 左半軸齒輪齒數(shù)；
Z右半—— 右半軸齒輪齒數(shù)；
i —— 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Z行=10 Z半=18
4.3.3差速器圓錐齒輪模數(shù)及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定
首先初步求出行星齒輪與半軸齒輪的節(jié)錐角，
==29.05°
=90°-=60.95°
再按下式初步求出圓錐齒輪的大端端面模數(shù)m
m===4.95
由于強(qiáng)度的要求在此取m=5mm
得 d1=mz1=5×10=50mm
d2=mz2=5×18=90mm
4.3.4壓力角α
目前，汽車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
4.3.5差速器部分的齒輪:
項(xiàng)目
半軸齒輪（2個(gè)）
行星輪（4個(gè)）
齒數(shù)
18
10
模數(shù)
5mm
5mm
分度圓直徑
90mm
50mm
壓力角
22.5°
22.5°
齒高系數(shù)
0.8
0.8
徑向