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1、 摘要本次毕业设计题目为ZL30装载机传动系统设计，大致上分为主传动器设计、差速器设计、十字轴结构设计、半轴设计、和桥壳设计五大部分。本说明书将以“驱动桥设计”为内容，对驱动桥及其主要零部件的结构型式与设计计算作一一介绍。主传动器采用单级锥齿轮传动式，锥齿轮采用螺旋锥齿轮并选用悬臂式支承。将齿轮的基本参数确定以后，算得齿轮所有的几何尺寸，然后进行齿轮的受力分析和强度校核。齿轮的基本参数和几何尺寸的计算是此部分设计的重点。在掌握了差速器、半轴、终传动和桥壳的工作原理以后，结合设计要求，合理选择其类型及结构形式，然后进行零部件的参数设计与强度校核。差速器设计采用普通对称式圆锥行星齿轮差速器，齿轮选
2、用直齿锥齿轮。半轴设计采用全浮式支承方式 。关键词：装载机；驱动桥；主传动系统；差速器。Abstract： The content of my graduation design is The Design of ZL30 Loader Axles (Main Transmission), largely at five parts, included of the main transmission design, differential design, the design of the Cross shaft structure, half-shaft design and desig
3、n of axle case .The design specifications will introduce the structure type and design of the drive axle and the main components in the driving axle design one by one.Main drive is adopts a single-stage bevel gear and spiral bevel gears use cantilever support. After considered of the basic parameter
4、s 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,
5、 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 ful
6、l floating axle supporting. Keywords： loader, drive axle main transmission system Differentials目 录1引言11.1国内轮式装载机发展概况11.2 国外轮式装载机的发展概况21.3轮式装载机的发展趋势与方向32 总体方案论证52.1整机传动系方案设计52.2传动比的确定62.3驱动桥方案设计72.3.1非断开式驱动桥82.3.2断开式驱动桥82.3.3倾斜式驱动桥93 主传动器设计113.1 主传动器结构方案分析113.2 主传动器主、从动锥齿轮的支承方案143.3 螺旋锥齿轮计算载荷的确定153.4
7、 主传动器锥齿轮的主要参数选择173.5主传动器锥齿轮材料的选择及热处理223.6 主传动器锥齿轮的强度校核223.6.1 轮齿的弯曲强度校核223.6.2 轮齿齿面的接触强度校核244差速器设计254.1 差速器原理254.2 圆锥直齿轮差速器齿轮参数的选择274.3 差速器直齿锥齿轮强度计算294.4十字轴结构设计304.4.1 十字轴材料314.4.2 行星齿轮轴直径的确定315 半轴设计325.1 半轴的方案设计325.1.1 半浮式半轴325.1.2 3/4浮式半轴325.1.3 全浮式半轴325.2 半轴的材料及热处理335.3 半轴的结构设计335.4 半轴的设计与计算345.4
8、.1 半轴计算扭矩的确定345.4.2半轴杆部直径的确定345.4.3 半轴的强度校核356 驱动桥壳设计366.1 桥壳的结构型式366.1.1 可分式桥壳366.1.2 整体式桥壳376.2 桥壳的结构设计及强度校核38致 谢40 1引言轮式装载机是一种广泛应用于土石方工程施工的工程机械，其主要完成50米运距内的铲、装、卸、运作业，也可进行轻度铲掘作业。由于轮式装载机具有作业速度快、效率高、适应性强，操纵轻便等优点，因而在国内外得到迅速发展。全套图纸，加1538937061.1国内轮式装载机发展概况我国装载机行业起步于50年代末。1958年，上海港口机械厂首先测绘并试制了67KW（90hp
9、）、斗容量为1m3的装载机。这是我国自己制造的第一台装载机。该机采用单桥驱动、滑动齿轮变速。1964年，天津工程机械研究所和厦门工程机械厂测绘并试制了功率为100.57KW（135hp）斗容量为1.7m3 的Z435型装载机。1962年国外出现铰接式装载机后,天津工程机械化研究所与天津交通局于1965年联合设计了Z425型铰接式装载机。柳州工程机械厂和天津工程机械研究所合作，在参考国外样机的基础上，于1970年设计试制了功率为163.9KW(220hp)、斗容量为3m3的ZL50型装载机。ZL50型装载机经过几年的实践考核，证明性能良好、结构先进，为后来我国ZL系列装载机的发展奠定了基础。在Z
10、L50的基础上，后又设计发展了ZL100、ZL40、ZL30、ZL20装载机系列产品，并在这个系列的基础上发展了DZL50和DZL40型供地下矿坑和隧道施工用的地下装载机变型产品。通过近40年的发展，我国装载机从无到有，产品种类及产量均有较大幅度的提高，已经形成独立的系列产品和行业门类。生产企业由80年代的20家增至现在的百余家，初步形成了规格为0.8-10t约19个型号的系列产品，并已成为工程机械主力机种。主要生产厂家为：厦工、柳工、龙工、徐工、常林、临工、山工、成工、宜工、郑工、武林、朝工、山河智能等，这些厂家有长时间的装载机生产经验、较强的实力、较高的市场占有率和较好的售后服务，在用户心
11、目中一直树立着良好的形象，并保持其已有的地位和优势。其“八五”、“九五”技改的较大投入已逐渐发挥效力和作用，使企业焕发出生机和活力。“十五”期间，轮式装载机行业出现了井喷式的发展，2001-2004年装载机销量增长率平均为46.98%，大大超过前25年的均值17.86%；2006年中国装载机26家主要企业共销售119895台，同比增长13.3%(不含小装)，占据世界装载机的大半壁江山。中国市场大幅增长，已发展为世界上最大的市场。国内各生产厂家所在地更加认识到装载机这一产品的巨大市场和效益，纷纷将其列为支柱产业加以扶持并在政策上给予优惠，像福建龙岩、山东蒙岭等一批新成员的加盟，发展势头迅猛，竞争
12、更加激烈。国际一流公司小松、利渤海尔、沃尔沃、卡特彼勒等在国内成立合资或独资公司后，更加剧了国内装载机市场的竞争。我国小型装载机制造业当前正处于发展时期，有一定的盈利空间，小装技术水平低、结构简单、零配件充足齐全，进入门槛低。因此目前仍有大批企业进入小装行业，在这种情况下，尽管市场“突飞猛进”，但产能增长更快，因此今后的市场竞争必然残酷而激烈，低水平的价格战也在所难免。另外，我国小型装载机还有很多需要改进的地方，如：传动系统技术水平太低，司机劳动强度大，能耗高、作业效率低，与国家提倡的节能降耗、安全环保等不一致；在传动方面应该向双变(变矩器变速箱)或全液压方向发展；当前广泛采用的单缸柴油机功率
13、偏小，噪声、振动、能耗都偏大；从发展的角度看，在成本增加不大的情况下，应尽量采用双缸或4缸柴油机；同时在液压转向系统方面最好采用优先全液压转向系统，变速操纵应由机械换挡变为液压动力换挡等。我想这些都是今后小装技术发展的方向。目前已经有一些常规装载机大厂开始生产小装，如厦工集团所属的“厦工新宇”、徐工集团所属的”徐特“、柳工所属的“江苏柳工”等。我认为大厂进入小装行业并不会对他们产生威胁，但会有助于行业的发展。我国国民经济建设的持续高涨，城市化、城镇化进程的不断加速，劳动力的需求越来越紧缺，劳动力成本也越来越高，装载机作为一种既机动灵活，又价廉物美的机器设备，将取代高成本、低效率的手工劳动，特别
14、是西部大开发，这类产品将有广阔的潜在市场。所以，小型装载机将具有良好的开发前景 。1.2 国外轮式装载机的发展概况从国外发展趋势来看，国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。信息技术的飞速发展又给装载机技术的发展插上了飞跃的翅膀, 基于微电子技术和信息技术的计算机管理系统、司机辅助操作系统、柴油机电脑控制装置、电子计算机监控系统、电子自动换挡变速控制系统以及网络技术的智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面, 使国外装载机在原来的基础上更加“精制”; 其自动化程度也得以提高, 从而进一步提高了生产效率; 改善了司机的作业环境, 提高了作业舒适性; 降
15、低了噪声、振动和排污量, 保护自然环境; 最大限度地简化维修、降低作业成本, 使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都更上了一层楼。然而，我国装载机行业的主导产品，基本上都是以柳工70年代初开发的ZL50为基础发展起来的，属国际60年代技术水平。进入80年代消化吸收美国Caterpillar、日本小松等先进技术，逐步开发成功了我国第二代装载机产品。我国的第二代产品与国际先进产品相比，在机电一体化、操纵舒适度、作业效率等方面有较大差距，差距最大的是产品可靠性，国产多功能装载机整机可靠性差(平均无故障工作时间不足400小时)，缺乏核心技术、主要关键部件都依赖进口、产品单一，产品档次低。另一方
16、面，小型轮式装载机以机动灵活、效率高、多功能和价格低廉赢得市场，发展甚快。这些微型装载机适用于建筑工地和地下矿山挖沟、平地、堆料等。国外小型装载机及小型多功能装载机，包括挖掘装载机在内，市场份额已相当大，美国的山猫牌小型多功能装载机车销量在5万台左右，还有美国的凯斯、约翰迪尔、卡特彼勒、英国的JCB等公司的挖掘装载机及小型多功能装载机年销量都在万台以上。1.3轮式装载机的发展趋势与方向如今，部分国外装载机上安装有转速变速集成控制系统(STIC) , 它取消了传统的方向盘和变速操作杆, 将转向和变速操纵集成在一个操作手柄上, 并采用简单的触发方式控制开关和换挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动
17、作左右搬动操纵手柄来实现转向, 利用大拇指选择换挡铵钮以实现前进与后退、加速与减速行驶, 极大地简化了操作。卡特彼勒公司950G上配用的转向变速集成系统称为命令控制系统, 由液压回路与机械反馈系统构成。转向时, 方向盘转动的角度直接与车身铰接角度连接起来, 其特点是方向盘转动半圈即可转向, 可提供更快和更精确的控制。据称, 该系统在一个台(8h) 工作时间内可使转向圈数从10000转减少到1000转, 极大地减轻司机的操作疲劳, 增加舒适性。由国际先进的技术看来，在整机的设计中，变速箱占据比较重要的位置也是我国目前技术领域较为薄弱的还节因此在设计中尽量汲取国外的先进技术，与中国的实际技术水平相
18、结合，尽量做到融入机电液一体化和微电子控制技术的变速机构。驱动桥是轮式装载机底盘传动系统的重要组成部分，主要包括主传动器、差速器、半轴、终传动、桥壳等部件。其功用是增大传动扭矩，降低转速，并将动力合理地分配、传递至左、右驱动轮。此外，桥壳还具有承重和传力的作用。因此，驱动桥结构型式和设计参数除对装载机的可靠性有重要影响外，也对装载机的行驶性能如动力性、经济性、平顺性、通过性、机动性和操动稳定性等有直接影响。为充分利用其附着重量，获到较大的牵引力，轮式装载机普遍采用有脱桥机构的四轮驱动。在轮式装载机驱动桥设计中，必须考虑轮式装载机的作业要求和行驶特点，尽可能提高其可靠性。现有的轮式装载机驱动桥改
19、进表明：对于ZL30装载机，应尽量将传动比分配给终传动，以降低终传动前面驱动桥零部件的尺寸；小锥齿轮常用的跨置式支承存在薄弱环节，改进方案应采用悬臂式支承；将终传动行星结构中的齿圈拆分为齿圈和齿圈架，以使行星齿轮啮合受力均匀。2 总体方案论证2.1整机传动系方案设计装载机的动力装置和驱动轮之间的所有传动部件总称为传动系统，其功用是将发动机的动力按需要传至驱动轮和其他结构。目前，车辆采用的传动系统有4种类型：机械传动机械传动系统由离合器、变速箱、万向传动装置、驱动桥等机件组成。机械传动具有结构简单、工作可靠、传动效率高，价格低的优点，但也存在一系列缺点，如：各种阻力急剧变化的工况下，发动机易过载
20、熄火；换挡时，动力中断时间长；传动系受到的冲击载荷大等等。液力机械传动液力机械传动的特点是传动系统中装有液力元件。液力机械传动能自动根据外界阻力变化，进行无级变速，提高发动机功率利用率；能减少变速器档位数，简化变速箱的结构；能减小传动系零件的冲击载荷；车辆起步平稳，可得到任意小的行驶速度。在液力机械传动中，变速箱常用动力换挡变速箱。但是，由于采用了液力元件，液力机械传动传动效率较低。液压传动液压传动的特点是传动系统中装有液压元件（液压泵和液压马达）。液压传动能实现大范围内的无级变速，且能保持高效率；便于操纵；简化传动系统。但是，由于液压元件制造精度高，液力传动存在价格昂贵、可靠性差的缺点。电传
21、动电传动系统的基本原理是：发动机带动发电机，然后用发电机输出的电能驱动装在车轮中的电机。电传动的主要缺点是价格高、自重大。目前仅适用于一些大功率的矿用车辆。结论：根据以上4种传动系统的优缺点，考虑装载机工作阻力急剧变化、换挡频繁、速度变化范围大、要求起步平稳、且要求以任意小的速度行驶而获得较大的牵引力的特点，本设计采用液力机械传动，其传动系统方案如图2.1所示：图2.1 ZL30装载机液力机械传动系统简图2.2传动比的确定（1）总传动比的确定可由如下公式计算最低档总传动比: （2-1）式中 最低挡总传动比；整机最大牵引力，依据设计任务书=7.5103；发动机最大扭矩变速器机械效率滚动半径；式中
22、 滑转率，取=0.25；动力半径，mm；车轮的动力半径可由下式计算： （2-2）式中 轮辋直径，英寸；轮胎断面高度，英寸；车轮变形系数。由设计任务书可知轮胎规格为：14.0-24（B-d）。目前装载机广泛采用低压宽基轮胎=0.50.7，取=0.6。查相关资料可知=0.120.16，此处取=0.12。将各参数代入公式（2-3）可得：=523.8mm。将有关参数代入可得：=392.9mm。将相关参数代入公式（2-2）得：=26.356（2）各部件传动比的确定确定各部件传动比的原则：为了减小传动系统中各部件的载荷，根据功率传递的方向，后面的轮边减速器部件应取尽可能大的传动比。即：先选取尽可能大的终传
23、动比，然后再选取尽可能大的主传动比，最后由总传动比确定变速箱传动比。但必须考虑以下几点：a)的大小受到轮辋直径的限制；b)的最小值受轴承允许的最高转速及齿轮最大的允许圆周速度的限制。根据以上原则，最终初步确定最低档的各部件传动比如下：=2.307，=4.78，=2.39。2.3驱动桥方案设计驱动桥是轮式装载机底盘传动系统的重要组成部分，处于传动系统的末端，主要包括主传动器、差速器、半轴、轮边减速器、桥壳等部件。其功用是增大传动扭矩,降低转速；改变力矩的传动方向；保证左右驱动轮能差速旋转；并将动力合理地分配、传递至左、右驱动轮；桥壳承受作用于路面和车架之间的垂直力和横向力。驱动桥设计应当满足如下
24、基本要求：a)保证装载机具有较佳的动力性，通过性和燃料经济性；b)保证一定必要的离地间隙；c)齿轮及其它传动件工作平稳，噪声小，传动效率高；d)在各种转速和载荷下具有高的传动效率；e)具有足够的强度、刚度，满足可靠性要求； f)结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装，调整方便；g）兼顾整机稳定性和转向性等。按工作特性可将驱动桥的结构型式分为两大类，即：非断开式驱动桥和断开式驱动桥。当驱动车轮采用非独立悬架时，应该选用非断开式驱动桥；当驱动车轮采用独立悬架时，则应该选用断开式驱动桥。因此，前者又称为非独立悬架驱动桥；后者称为独立悬架驱动桥。此外，轮式装载机还可采用倾斜式驱动桥。2.3.1非断开式
25、驱动桥非断开式驱动桥的特点是：桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。由于结构简单、造价低廉、工作可靠，其广泛用在各种车辆上。普通非断开式驱动桥，由于结构简单、造价低廉、工作可靠，广泛用在各种工程机械、多数的越野汽车。他们的具体结构、特别是桥壳结构虽然各不相同，但是有一个共同特点，即桥壳是一根支承在左右驱动车轮上的刚性空心梁，齿轮及半轴等传动部件安装在其中。驱动桥的轮廓尺寸主要取决于主减速器的型式。在装载机轮胎尺寸和驱动桥下的最小离地间隙已经确定的情况下，也就限定了主减速器从动齿轮直径的尺寸。在给定速比的条件下，如果单级主减速器不能满足离地间隙要求，可该用双
26、级结构。在双级主减速器中，通常把两级减速器齿轮放在一个主减速器壳体内，也可以将第二级减速齿轮作为轮边减速器。对于轮边减速器：越野汽车为了提高离地间隙，可以将一对圆柱齿轮构成的轮边减速器的主动齿轮置于其从动齿轮的垂直上方；轮式装载机的轮边减速器一般为行星式，以减小其尺寸，获得大的传动比，且将其安装在轮毂内。2.3.2断开式驱动桥断开式驱动桥区别于非断开式驱动桥的明显特点在于前者没有一个连接左右驱动车轮的刚性整体外壳或梁。断开式驱动桥的桥壳是分段的，并且彼此之间可以做相对运动，所以这种桥称为断开式的。另外，它又总是与独立悬挂相匹配，故又称为独立悬挂驱动桥。这种桥的中段，主减速器及差速器等是悬置在车
27、架横粱或车厢底板上，或与脊梁式车架相联。主减速器、差速器与传动轴及一部分驱动车轮传动装置的质量均为簧上质量。两侧的驱动车轮由于采用独立悬挂则可以彼此致立地相对于车架或车厢作上下摆动，相应地就要求驱动车轮的传动装置及其外壳或套管作相应摆动。 汽车悬挂总成的类型及其弹性元件与减振装置的工作特性是决定汽车行驶平顺性的主要因素，而汽车簧下部分质量的大小，对其平顺性也有显著的影响。断开式驱动桥的簧下质量较小，又与独立悬挂相配合，致使驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性比较好，由此可大大地减小汽车在不平路面上行驶时的振动和车厢倾斜，提高汽车的行驶平顺性和平均行驶速度，减小车轮和车桥上的动载荷及零件
28、的损坏，提高其可靠性及使用寿命。但是，由于断开式驱动桥及与其相配的独立悬挂的结构复杂，故这种结构主要见于对行驶平顺性要求较高的一部分轿车及一些越野汽车上，且后者多属于轻型以下的越野汽车或多桥驱动的重型越野汽车。2.3.3倾斜式驱动桥倾斜式驱动桥的特点是：主、从动锥齿轮的安装轴线并不垂直，而是相差5的偏角，两个主动锥齿轮中的一个与左边的从动锥齿轮啮合，另一个与右边的从动锥齿轮啮合，从而使动力传给左右两边的从动锥齿轮，实现减速增扭。由于采用两对锥齿轮构成单级主传动，锥齿轮的负荷就减少一半，锥齿轮、主传动及桥壳的尺寸就可以大大减小，从而提高整机的离地间隙。这对特别需要提高离地间隙的车辆很有意义。而且
29、，这种主传动器中差速器动力传递过程的特点是：传动轴传来的动力线传给差速器，然后传至主传动齿轮。差速器的受力较小，使得差速器的尺寸较小而便于布置。由于倾斜式驱动桥多采用了一对锥齿轮及其他零件，结构较复杂，仅见用对离地间隙有较高要求的车辆。结论：由于非断开式驱动桥结构简单、工作可靠，且本设计总传动比并不大，主传动器的传动比可取小值，容易保证其离地间隙，参照国内相关ZL30装载机的设计,本设计最终选用非断开式驱动桥，其结构如图2.2所示：图2.2 非断开式驱动桥3 主传动器设计主传动器的功用是改变扭矩传递的方向，并降低变速箱输出轴的转速，增大扭矩。由于装载机在各种路面上行使和作业时，要求驱动轮必须具
30、有一定的驱动力矩和转速，设置一个主传动器后，便可使主传动器前面的传动部件如变速箱、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其结构尺寸及质量减小。由于差速器的外壳安装在主传动器的从动锥齿轮上，因此确定从动锥齿轮尺寸时要考虑差速器的安装，反过来，确定差速器外壳尺寸时，也要考虑差速器受主传动器的限制。主传动器应满足如下基本要求：a）所选择的主传动比应能保证装载机有较佳的动力性和燃料经济性；b）外型尺寸要小，保证必要的离地间隙；c）齿轮其它传动件工作平稳，噪音小，工作可靠；d）保证足够的强度和刚度；e）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。3.1 主传动器结构方案分析主传动器的结构形式根据
31、齿轮类型、减速形式的不同而不同。1） 齿轮类型按齿轮副结构型式分类，主传动器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮传动、双曲面齿轮传动、圆柱齿轮传动和蜗杆蜗轮式传动等形式。在发动机纵置的装载机驱动桥上，主传动器往往采用螺旋锥齿轮传动或双曲面齿轮传动。（1）螺旋锥齿轮螺旋锥齿轮传动的齿形是圆弧齿，其示意图如下图3.1所示。工作时，不是全齿上同时啮合，而是逐渐地从一端连续平稳地至另一端，并且，由于螺旋角的关系，在传动过程中至少有两对以上的轮齿同时啮合，因此传动平稳，承载能力强，制造简单。螺旋锥齿轮的最小齿数可以减少到6个，与直齿锥齿轮相比可以实现较大的传动比。但是，螺旋锥齿轮传动工作噪音大，对啮合精度很敏感。
32、所以，为了保证齿轮副的正确啮合，必须提高支撑刚度，另外螺旋锥齿轮的润滑方式以及所需的润滑油都是一般润滑油。图3.1 螺旋锥齿轮传动示意图（2）双曲面锥齿轮双曲面锥齿轮传动工作示意图如下图3.2所示。与螺旋锥齿轮相比，双曲面齿轮传动不仅工作平稳性更好，弯曲强度和接触强度更高，同时还可使主动齿轮的轴线相对于从动齿轮轴线偏移，可提高车辆的离地间隙。但，双曲面齿轮传递扭矩时，齿面间有较大的相对滑动，且齿面间压力很大，齿面油膜很容易被破坏，必须采用含防划伤添加剂的双曲面齿轮油，绝不允许用普通齿轮油代替，否则将时齿面迅速擦伤和磨损，大大降低使用寿命。双曲面锥齿轮传动适合于传动比大于4.5，且轮廓尺寸有限制
33、的场合，另外，双曲面锥齿轮所需要的润滑油是双曲面锥齿轮润滑专用油，价格较贵，而且消耗较大，如果不及时更新，还可能会使齿面磨损加剧，寿命降低。图3.2 双曲面齿轮示意图结论：参照现有机型的配置，并考虑主传动器传动比小于3，经方案论证，本设计主传动器的齿轮选用35螺旋锥齿轮传动形式。2） 结构形式表 3.1 各类型减速器特点及其应用减 速 型 式特 点应 用单级减速结构简单、重量轻、体积小、成本低、传动比一般在7以下中小型底盘，如JS-1、JS-2 小反斗车、0.5 装载机前置锥齿轮双级减速可得较大传动比（59，最大可达11）和离地间隙，桥的纵向尺寸大，传动轴的夹角增大较长轴距的中、重型底盘，如Q
34、5、QY8汽车起重机上置锥齿轮双极减速传动装置布置较高，便于传动轴通过，车身较高多桥驱动底盘， 如上安QY15（SH-361）PY-160 平地机等单级减速附外啮合轮边减速桥的中央部分、差速器、半轴负荷减小、尺寸小、提高离地间隙中、大型底盘，如Z4-2 装载机单级减速附行星轮边减速桥中部差速器，半轴体积小，缩短桥中心到传动轴凸缘的距离，行星齿轮结构紧凑，半轴与输出驱动轴同轴，传动比可达1218工程机械和重型汽车上广泛应用，如ZL-50、ZL-40、ZL-30、SH-380、TL-160、CL-70双级减速附行星轮边减速是前两种结构的组合，减速比很大，增大扭矩，减低重心超重型多桥底盘如QD-10
35、0 汽车起重机按参与传动的齿轮副数目，可将主传动器分为单级式主传动器和双级式主传动器、双速式主传动器、双级式主传动器配轮边减速器等。双级式主传动器应用于大传动比的中、重型汽车。单级式主传动器应用于轿车和一般轻、中型载货汽车。单级式主传动器由一对圆锥齿轮组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。结论：经方案论证，本设计主传动器采用单级式主传动器。图3.3 单机主减速器三维结构图3.2 主传动器主、从动锥齿轮的支承方案主传动器必须保证主、从动齿轮具有良好的啮合状况，才能平稳地工作。齿轮的正确啮合，除了与齿轮的加工质量、装配调整及轴承精度有关外，还与齿轮的支承刚度密切相关。1） 主动锥齿轮
36、的支承主动锥齿轮的支承形式分为悬臂式支承、跨置式支承。（1）悬臂式支承悬臂式支承的特点是锥齿轮大端一侧轴颈较长，上面安装两个圆锥滚子轴承。为提高悬臂式支承的刚度，两圆锥滚子轴承的大端应向内。这种支承结构简单，但相对刚度较差，主要用于轻型货车和轿车上。（2）跨置式支承跨置式支承的特点是锥齿轮两端的轴颈均有轴承支承，又称两端支承式。跨置式支承使支承刚度大大增加，又使轴承负荷减小，使齿轮啮合条件改善，齿轮的承载能力高于悬臂式。结论：由于本设计ZL30装载机属于重型机，传动轴需要有足够的刚度和稳定性，如果采用悬臂式支承，机构的稳定性较差，传递的扭矩也会相应的降低，故本设计采用跨置式支承，这样的设计能够
37、有效提高支承刚度。主动锥齿轮跨置式支承支承结构如图3.4所示：图3.4 主动锥齿轮跨置式支承示意图2） 从动锥齿轮的支承从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小支承跨度尺寸。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有设置加强肋的地方，以增强支承稳定性，支承跨度不应小于从动锥齿轮大端分度圆直径的70%。为了限制从动齿轮因受轴向力产生偏移，在从动锥齿轮的背面加设止推螺栓作为辅助支承。3.3 螺旋锥齿轮计算载荷的确定主传动比和计算载荷是主减速器设计的必需数据。确定从动螺旋锥齿轮所受的扭矩通常有三种方法：按液力变矩器输出的最大扭矩和传动系最低档传动比确定；按驱动轮
38、附着力确定；按平均载荷确定。前两种方法确定的扭矩为从动锥齿轮的最大扭矩，并不是正常的持续扭矩，只适用于验算最大应力。但在锥齿轮参数选择时，可将前两种方法确定的最大扭矩的较小值作为计算扭矩，带入经验公式来选择齿轮参数。第三种方法确定的扭矩为常用扭矩，较好地代表了实际情况的疲劳强度计算载荷。1） 按液力变矩器输出的最大扭矩和传动系最低档传动比确定从动锥齿轮的最大扭矩的计算： （3-1）式中 考虑冲击载荷的过载系数，对于具有液力变矩器的机器，取=1.0；按液力变矩器输出的最大扭矩和传动系最低档传动比确定从动大锥齿轮的计算扭矩，；发动机与液力变矩器共同工作时输出的最大扭矩，=1388.16；驱动桥主传
39、动比，已知=2.54；变速箱一档传动比，=2.31；变矩器到主减速器的传动效率；=；式中 变速器的传动效率,取0.95；主传动器的传动效率,取0.95。驱动桥数，=2。算得：=0.9025； =3667.82。2） 按驱动轮附着扭矩来确定从动锥齿轮的最大扭矩计算： （3-2）式中 按驱动轮附着扭矩来确定的从动大锥齿轮的计算扭矩，；满载时驱动桥上的载荷（水平地面），；附着系数，轮式工程车辆=0.851.0，取=0.7；驱动轮动力半径，前面已求出=523.8mm；终传动的传动比，由前面所知得，=4.5；终传动的效率，行星传动通常取0.97。由本次设计任务书可知：装载机工作质量为12，额定载重量为3
40、5，ZL30装载机满载时的桥荷分配为前桥70。所以，=（8700+3500）70%10=12.4104所以,算得：=7173.60。取以上两种计算方法中较小值作为从动锥齿轮的最大扭矩，所以,该处的计算扭矩：=3667.82=1512.203） 按平均受载扭矩来确定从动锥齿轮上的载荷：轮式装载机作业工况非常复杂，要确定各种使用工况下的载荷大小及其循环次数是困难的，只能用假定的当量载荷或平均载荷作为计算载荷。对轮式装载机驱动桥主传动器从动齿轮推荐用下式确定计算扭矩： （3-3）式中 按平均受载扭矩来确定从动锥齿轮上的载荷，；道路滚动阻力系数。=0.0200.035，取=0.03；坡道阻力系数，=s
41、in20=0.34；算得：=1976.40。得主动小锥齿轮上的常用受载扭矩为：=819.71。3.4 主传动器锥齿轮的主要参数选择1) 主、从动锥齿轮齿数和选择齿数时需要考虑以下因素：a)应尽量使相啮合齿轮的齿数没有公约数，以便使齿轮各齿能相互交替啮合；b)为得到理想的齿面接触，小齿轮的齿数应尽量选用奇数；c)为了保证必要的重叠系数，大小齿轮的齿数和应不小于40；d)主传动比较大时，应尽量小些，但不能小于6。根据以上选择齿数的要求，结合本次设计主传动比=2.54，选取主动小锥齿轮齿数=13，从动大锥齿轮齿数=62，=4.78。2) 从动锥齿轮分度圆直径的确定就单级主传动器来说，从动锥齿轮的分度
42、圆直径，对驱动桥的尺寸有直接影响。分度圆直径小了，影响跨置式主动齿轮和差速器的布置和安装。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来计算。根据从动锥齿轮上的最大扭矩，按经验公式粗略计算从动锥齿轮的分度圆直径： = （3-4）式中 从动齿轮分度圆直径，；从动锥齿轮分度圆直径系数，对于轮式装载机，取10.3712.92；从动锥齿轮上的计算扭矩，=3667.82。得：=159.99199.20。3) 齿轮端面模数的选择由，代入数据得，=6.067.54，取标准模数=7。为了知道所选模数是否合适,需用下式校核：= （3-5）式中 从动齿轮端面模数，；齿轮端面模数系数，取0.2830.4
43、13；从动锥齿轮上的计算扭矩，=3667.82。代入数据得=4.8097.018。所以，所选齿轮端面模数=7合适。由此可算出大小锥齿轮的分度圆直径：=185，=38。4) 法向压力角的选择螺旋锥齿轮的压力角是以法向压力角来表示的，螺旋锥齿轮的标准压力角是20o。增大压力角可以增大齿根厚度，增加螺旋锥齿轮的强度，并且可以减小产生跟切的最小齿数。但是大的压力角易使小齿轮的齿顶变尖、齿轮的齿型重合系数降低。减小压力角可以使齿轮运行平稳，产生较低的噪音。对于大中型工程机械，常采用较大的压力角22 30。本次设计采用22 30压力角。5) 螺旋角的选择螺旋角指该齿轮节锥齿轮线上某一点的切线与该切点的节锥
44、线之间的夹角。螺旋角越大，齿轮重叠系数增大，锥齿轮传动越平稳，噪音越小，但会产生较大的轴向力，缩短轴承的寿命。下图3.5为螺旋锥齿轮的轴向重叠系数和螺旋角曲线，轴向重叠系数是借用斜齿圆柱齿轮传动中的术语，在斜齿圆柱齿轮副中标致轴向重叠系数的重叠方向是平行于齿轮轴线的，在这里则是平行于节锥而言。 图3.5 螺旋锥齿轮的轴向重叠系数和螺旋角曲线轮式装载机普遍采用=35。本次设计采用=35。6) 齿面宽的确定增加齿面宽理论上可以提高齿轮的强度及使用寿命，但实际上，齿面宽过大会使螺旋锥齿轮小端变长，导致齿面变窄和齿根圆角半径过小，齿轮的负荷易于集中小端，从而导致轮齿折断。齿面宽过小同样也会降低轮齿的强
45、度和寿命。通常螺旋锥齿轮传动大齿轮的齿面宽可由下式初算： （3-6）式中 大齿轮齿宽，；锥齿轮传动的节锥距，。=0.57=221.7=73.9，同时，不应超过端面模数的10倍,即：10=107=70，最终确定=29。通常，小锥齿轮齿面宽比大锥齿轮齿面宽约大10%，以使其在大锥齿轮轮齿两端都超出一些，便于啮合。小锥齿轮齿面宽=1.129=31.9。最后取=32。7) 螺旋方向的选择设计时应针对车辆的行驶情况，使齿轮轴向力方向能将两锥齿轮相互斥离，防止轮齿卡住。根据上述要求，驱动桥主传动器主动锥齿轮应为左旋，从动锥齿轮应为右旋。图3.6 轮齿的螺旋方向 (a)左旋齿 (b)右旋齿对于四轮驱动的装载机，若单从使两锥齿轮相互斥离的观点来考虑，则前后驱动桥主动锥齿轮的螺旋方向相反。但为了提高产品的通用性，常使前后驱动桥主动锥齿轮的螺旋方向相同。这时，齿轮不可避免会互相咬卡。8) 齿高变位系数的选择为防止小锥齿轮可能发生的根切，轮式装载机主传动器的螺旋锥齿轮采用短齿和高度修正。高度修正的实质是小锥齿轮采用正变位（轮齿变胖，齿距不变，即P=m）。而大锥齿轮采用负变位，增大小锥齿轮齿顶高，降低大锥齿轮齿顶高，提高轮齿的强度。小锥齿轮齿顶高的增大值与大锥齿轮齿顶高的降低值相等。螺旋锥齿轮
