zl40装载机带轮边减速器的驱动桥

装载机带轮边减速器驱动桥的设计太原科技大学本科毕业设计装载机带轮边减速器驱动桥设计ZL40 wheeled articulated loader reducer drive axle design学 院（系）：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化（工机） 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2016年6月3日 太原科技大学Taiyuan University of Science and Technology摘 要驱动桥是指传动系统中变速箱到驱动轮之间的部分。是传动系统中的最后一个总成。它是组成传动系统的主要部分之一，它的主要作用为传递发动机输入的动力，并且增加发动机输入的扭矩使得车辆运作，承载装载机的重量。他也可以内含专用的机构或者同时与悬架配合来使驱动轮适应各种路况，根据车辆的用途与工作环境来选用不同形式的驱动桥。本课题是装载机带轮边减速器驱动桥设计，所选机型为ZL40轮式装载机，主要设计内容为驱动桥整体方案的选择，主减速器设计，轮边减速器设计，差速器的设计，半轴的设计以及花键、轴承、螺栓的设计与驱动桥壳的设计，并将这几部分装配为整个驱动桥。关键字：驱动桥;主传动器;差速器;轮边减速器Design of the drive axle of the loader with wheel reducerAbstractThe drive axle refers to the portion of the transmission between the gearbox and the drive wheels. It is the last assembly in the drive train. It is one of the main components of the transmission system. Its main function is to transmit the power input from the engine, and increase the torque input by the engine to make the vehicle operate and carry the weight of the car. He can also include a dedicated mechanism or at the same time cooperate with the suspension to adapt the drive wheel to various road conditions, and select different types of drive axles depending on the vehicles use and working environment.This subject is the drive axle design of the loader with wheel reducer. The selected model is ZL40 wheel loader. The main design content is the choice of the overall drive axle design, the final reducer design, the wheel reducer design, the differential The design, the design of the half shaft and the design of the splines, bearings, bolts and drive axle housing, and the assembly of these parts into the entire drive axle. Key words: drive axle, the main transmission, differential, wheel reducer 目 录摘 要IAbstractII引 言V1 绪论11.1 驱动桥简介11.2 设计要求12 驱动桥方案的确定22.1 非断开式驱动桥22.2 断开式驱动桥22.3 特点及应用33 主传动器设计43.1 主传动器的结构形式43.1.1 参与减速传动的齿轮数目43.1.2 主传动比档数43.1.3 主传动器锥齿轮类型43.1.4 主传动器的减速形式53.1.5 主传动器主、从动锥齿轮的支承方式53.2 主减速器锥齿轮设计63.2.1 锥齿轮载荷的确定63.2.2 锥齿轮主要参数的计算83.2.3 主减速器锥齿轮材料的选择123.2.4 主减速器锥齿轮强度的计算124 差速器设计174.1差速器基本参数的选择174.1.1差速器球面直径的选择174.1.2差速器齿轮参数的选择174.2差速器齿轮几何参数184.3差速器齿轮强度计算195 半轴设计215.1半轴的型式215.2半轴载荷的计算215.2.1按从发动机传来的最大扭矩计算215.2.2按附着极限决定的扭矩计算225.3 半轴杆部直径的计算225.4半轴强度验算235.5半轴的材料选取与热处理236 轮边减速器设计246.1 轮边减速器传动方案246.2 行星排的配齿计算246.2.1 根据传动比确定齿数关系246.2.2根据同心条件计算256.2.3根据安装条件确定齿数的关系256.2.4 配齿计算256.2.5验算传动比266.3 初步计算齿轮的主要参数266.3.1 材料266.4 啮合参数的计算266.5 几何尺寸计算277 花键、轴承307.1 花键的选择与校核307.1.1 输入法兰与中央传动小锥齿轮轴连接处307.1.2 半轴锥齿轮与半轴联接处317.1.3 半轴与轮边减速器太阳轮连接处317.1.4 齿圈与桥壳联接处327.2 主要轴承的校核337.3 差速器轴承上的支撑反力348 驱动桥壳的设计358.1 桥壳的结构形式358.1.1 可分式桥壳358.1.2 组合式桥壳358.1.3 整体式桥壳358.2 桥壳的受力分析及强度计算36结 论39参 考 文 献40附录B：外文文献及翻译41致 谢50引 言工程机械由传动系统、操纵系统、工作装置、机架等部分组成1。工程机械因为工作工况比较特殊，所以必须具有一些普通车辆不具备的特殊功能，用来满足在工作中所遇到的极端工况。因此工程机械的机构比普通机械或车辆都要复杂，而且在设计过程中既要考虑到适应工作的工况，又要考虑经济成本，还要考虑对驾驶人员的影响以及平稳性、舒适性、耐用性等等原因。所以通常运用一些先进、稳定的技术。传动系统的作用就是将发动机产生的动力传到行走机构的驱动轮和一些其余的操控装置。工程机械车辆中的动力装置无法行走机构直接相连，中间必须有一个传动系统。因为无论是柴油机还是汽油机或者其他动力装置，都无法满足工程机械车辆在工作中所需的高转矩、低转速的要求所以通常在发动机输出安装有液力变矩器等一些元件，用来降低输出的转速，增大扭矩以适应工程机械的工作需求。而且传动系统应该具有改变动力方向，实现倒挡、在关键时刻切断动力，保护发动机不过载、在改变档位时动力不间断等特性。传动系统由力的传递方式不同而分为纯机械、液力机械、液压和电四种不同的传动系统类型。传动系统的四种类型各有优缺点，其中机械传动传动效率高、成本较低、在恶劣工况也可以正常工作、操纵较为费力并且负载冲击大，因此其在小功率的工程机械中使用的较多；液力机械传动操纵时颇为方便、负载冲击小、起步平稳，但此种传动类型的传动效率比机械传动低，因此其在大功率、负荷变化大的工程机械中使用的较多；液压传动使用液压系统的进行有效的制动、使用此种传动的机械可以实现原地转向，液压传动比其他三种传动类型传动系统简单，但其传动效率低，运转时的噪声也比较大，由于采用液压系统它的零件制造精度会有较高的要求，这使得该传动的制造成本会较高，此传动常用于中等功率或者大功率的工程机械中；电传动传动效率高、方便控制和布置，但因其占位大且制作成本高，因此此传动多用于由电力带动的大型电铲装载机和一些重型的载重车辆中。行走机构用来支承底盘上的各个部件以及满足车辆的行驶功能。由行走机构的区别，可以分为四大类：履带式、轮式、轨道式和步行式。履带式车辆主要由履带、支重轮、拖链轮、驱动轮和台车架部分等组成；轮式车辆由机架、悬架和车轮等组成。轨道式主体由整机机架和车轮等组成；步行式主要由类似于人体的行走机构组成。转向系统用来实现工程机械车辆在运动过程中改变自身的前进或倒退方向。履带式车辆通常由转向离合器和转向制动器来这一过程。在车辆需要左转时，左侧转向离合器分离动力，左侧制动器工作，使得左侧驱动轮减速或者停止，右侧不变。使得车辆绕左轮开始做圆周运动，完成左转。制动系统用来完成工程机械车辆在运动过程中的减速和停止过程。制动系统由制动过程可以分为很多种：气刹、油刹、盘刹等。主要是用来在行进时控制车辆的速度；在停止时保证车辆原地不动，不“溜坡”。除去这几大系统之外，工程机械车辆内还有很多其他系统。例如液压系统、控制系统、电气系统等，当然个别的机械可能还在其他系统配备有发动机或者其余作动器，这些元件视各种机械的工作状况、工作环境等的不同而分别加装。驱动桥是连接车辆驱动轮与发动机输出轴的延伸万向传动轴的装置，它所承担的工作是：将发动机输出的原始动力从万向传动轴处输入到主减速器，然后将其发送到差速器，半轴和其他传输部件，最终发送到驱动轮；由于低转速的发动机过于昂贵，所以不得不采用高转速的发动机，这时驱动桥就必须内置减速器降低发动机输入转速来放大转矩，使驱动轮可以驱动车辆；在装载机的绝大多数工作环境下，装载机两侧驱动轮的转速往往都不一样，此时驱动桥必须内置差速器来更合理的分配两侧半轴的转速、转矩，减少动力的浪费，提高装载机的转向性能和路况适应性能；驱动桥也在分担装载机的重量与运动时的所有载荷，这就要求桥壳在保护内部的传动机构的同时增加驱动桥的强度。此外，安装轮边减速器的车辆，主传动器、差速器、半轴传递的转矩比不安装更低，因而主传动器、差速器、半轴尺寸更小，重量更轻，离地间隙更高，更加节省材料。但结构变得更加复杂，一般为车速要求不高，车辆动力要求较高的车辆使用。如载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车装载机是公路，铁路，矿山，建筑物，水基础设施，港口等工程最广泛使用的工程车辆。工作对象为土壤，砂石，灰和其他建筑材料。特别从事铲掘，装载，和运输等活动，也可以在岩石和硬砂上进行简单的挖掘作业。它具有工作速度快，高效率和简单操作的优点。 此次设计的驱动桥为工作重量为40吨的轮式装载机（ZL40）驱动桥，对于这种中型装载机来说，不需要进行特别繁重的装载作业，但是，其不错的铲运能力和适中的重量也使其被运用在各种场合。所以在设计中不需要选用过于昂贵的材料，不需要选择过大的零件尺寸，在整体方案的选择上需要同时兼顾承载性能和经济性。现在的装载机都大规模的使用液力机械传动，液力机械传动是由变矩器、湿式离合器、不用停车就可以换挡的变速箱组成，它并不以机械装置传递动力，而是用液压油来传递动力。它的速度和力量可随着阻力变化而自动变化，和机械结构传动相比，这种传动方式有以下优点：1. 液力传动系统的设计水平相比机械传动系统更加先进，它的动力传递连接是柔性的，更适合装载机的工作特点。2.液力传动的换挡和转向等操作比机械传动更加平滑轻巧，因而一个工作循环的完成速度比机械传动要快，生产率更高。3.液力变矩器的两个涡轮在传动过程中不直接接触，所以磨损可以忽略不计，它产生的冲击载荷也很低，整车的使用寿命更高。4.能够无级变速，不仅可以提高内燃机的效率，也使驾驶员工作更加舒适。5.无级变速使变速箱的档位更少，优化了变速箱的结构。虽然液力机械传动同时存在了诸如成本过高，维护困难等缺点，但是本着“四新”设计原则结合优缺点综合考虑，本设计采用液力机械传动。421 绪论1.1 驱动桥简介驱动桥是连接车辆驱动轮与发动机输出轴的延伸万向传动轴的装置，它所承担的工作是：将发动机输出的原始动力从万向传动轴处输入到主减速器，然后将其发送到差速器，半轴和其他传输部件，最终发送到驱动轮；由于低转速的发动机过于昂贵，所以不得不采用高转速的发动机，这时驱动桥就必须内置减速器降低发动机输入转速来放大转矩，使驱动轮可以驱动车辆；在装载机的绝大多数工作环境下，装载机两侧驱动轮的转速往往都不一样，此时驱动桥必须内置差速器来更合理的分配两侧半轴的转速、转矩，减少动力的浪费，提高装载机的转向性能和路况适应性能；驱动桥也在分担装载机的重量与运动时的所有载荷，这就要求桥壳在保护内部的传动机构的同时增加驱动桥的强度。此外，安装轮边减速器的车辆，主传动器、差速器、半轴传递的转矩比不安装更低，因而主传动器、差速器、半轴尺寸更小，重量更轻，离地间隙更高，更加节省材料。但结构变得更加复杂，一般为车速要求不高，车辆动力要求较高的车辆使用。如载重货车、大型客车、越野汽车及其他一些大型工矿用车1.2 设计要求设计驱动桥的基本要求如下：1）承载性能要求，驱动桥需要满足合理的强度要求使其在装载机正常工作时不至于破坏，并拥有一定的使用寿命。2）驱动能力要求，驱动桥需要内置传动比合适的减速器来放大发动机输入的转矩，使车辆能正常启动、行驶。3）驱动桥必须内置差速器，差速器除实现基本的差速作用外，还可以在左、右驱动轮的路面的附着条件不一致时充分的利用车辆的驱动力。4）离地间隙要求，驱动桥需要保证车辆的离地间隙，因此设计时需要控制尺寸，主要是主减速器的尺寸。5）工作平稳性要求，各传动件之间啮合完美，噪音尽量小。6）各种工况下都具有较高的传动效率。7）配合悬架运动。8）结构尽量简单，保证加工，拆卸，调整相对方便，使用良好的加工工艺。9）要求驱动桥在具有良好性能的前提下尺寸尽量小，确保经济性。10）功率和燃油经济性的匹配达到最佳。2 驱动桥方案的确定驱动桥有以下两种，断开式驱动桥和非断开式驱动桥。他们是由主减速器壳和半轴套管是否一体分来区分的。2.1 非断开式驱动桥大多数车辆都运用半轴套管，主减速器壳为一个整体的驱动桥，这种驱动桥就称为非断开式驱动桥。非断开式驱动桥同时也可以叫做整体式驱动桥，它的半轴套管、主减速器壳、轴壳刚性地相连成一个整体，所以，左右两侧的半轴不能分开摆动。通过弹性悬架与车架相连。它主要驱动桥壳，主减速器，差速器和半轴组成。图2-1 非断开式驱动桥1-主减速器 2-套筒 3-差速器 4、7-半轴 5-调整螺母 6-调整垫片 8-桥壳2.2 断开式驱动桥当一种车辆需要在恶劣的路况下平稳行驶、顺利通过时，可以采用独立悬架让驱动轮分别上下跳动。相应的须把主减速器壳固定在车架上，两个半轴套管与主减速器壳分开，用铰链连接，在半轴下方再加一条摆臂与车轮、主减速器、半轴组成四连杆机构使车轮分别跳动。再加装减震器与悬架共同调节车身的震动。这种驱动桥被称为断开式驱动桥。一般用于某些轿车和越野车的全部或部分驱动轮。图2-2 断开式驱动桥2.3 特点及应用非断开式驱动桥具有以下特点：结构简，而且加工方便，经济性更好，可靠性更好、拆卸调整也相对简单，在各种负载车辆，公交汽车及工程机械上的应用十分广泛。但整个驱动桥在弹性悬架下方，属于簧下质量，装载机行驶平顺性一般，缺陷就是动载荷的降低比较困难。断开式驱动桥的特点有以下几点：结构相对复杂，并且成本也高，但是，它大大的增加了装载机和地面的距离，减少了簧下重量，让乘坐更加方便，提高了平均车速；能减少车辆行驶时车轮和车轴的动载荷，提高了零部件的使用寿命；与之相配套的独立悬架导向机构设计得合理，可减轻工程机械的转向不足，使车辆转向性能更好，操纵稳定性更好。一般用于某些轿车和高通过性的越野车的全部或部分驱动轮。本设计为装载机带轮边减速器驱动桥，所以选择为非断开式驱动桥。3 主传动器设计主传动器是驱动桥最重要的部分之一，它的主要作用就是让高转速的发动机输入的转速降低，在发动机输入的动力不变的情况下，降低转速就会增加扭矩。同时将扭矩的旋转轴线由主减速器输入轴方向改变为半轴方向后传导至差速器和轮边减速器。3.1 主传动器的结构形式主传动器的结构形式可根据参与减速的齿轮副数目、主传动比档数、齿轮种类，以及主从动齿轮轴轴线的几何关系不同进行交叉分类。主传动齿轮的支承方式也是主传动器结构选择的重点。3.1.1 参与减速传动的齿轮数目（1）单级减速器。即由一对齿轮副参与传动的减速器，通常为圆锥齿轮。它结构简单，被用于一般车辆。但传动比不能太大，否则主减速器尺寸过大会缩小离地间隙，导致车辆通过性能不好。（2）双级主减速器。即两对齿轮副参与传动的减速器，通常为一对锥齿轮和一对圆柱齿轮。双级减速器可以使用很大的传动比，离地间隙也会大大缩小，但结构相对复杂。本设计采用单级主减速器。3.1.2 主传动比档数可以分为单速式和双速式，只有一个传动比和有两个传动比来参考抉择。双速式主要在一些单桥驱动并且总重量较大的工程机械上使用。本设计采用单速式。3.1.3 主传动器锥齿轮类型主传动器锥齿轮的齿的形状的区别可以分成以下种类；直齿锥齿轮、零度圆锥齿轮、螺旋锥齿轮、延伸外摆线锥齿轮和准双曲面齿轮等等。（1）直齿锥齿轮，直齿锥齿轮齿线（即轮齿的齿面与分度圆锥面的交线）形状为直线，是最简单的齿轮，制造简单，轴向力较小。缺点是直锥齿轮的小齿轮齿数小于12个就产生根切，导致传动比较小，齿轮啮合时互相接触的面积小。继而承载能力不足，传动噪声大，故在主传动中采用较少。（2）零度圆弧锥齿轮，是指圆弧形齿且螺旋角为零的齿轮，他的轴向力较小，与直齿锥齿轮相同，最小齿数也为12个，两齿轮啮合时，齿间的接触面积比直齿圆锥齿轮多，传动性能比直齿锥齿轮，比螺旋锥齿轮弱。携带动力较大，传输顺畅。（3）螺旋锥齿轮。是指齿形为圆弧形且螺旋角不为零的齿轮。它不发生根切的最少齿数为5到6齿，所以尺寸更小，传动比更大。这种齿轮啮合时互相接触的面积更大，承载能力更高，传动更加平稳安静。因而广泛用于各种车辆，但它具有轴向的附加载荷，轴向推力较大，导致轴承负荷加重。（4）延伸外摆线锥齿轮。是指齿线为延伸外摆线一段的曲齿圆锥齿轮，它与螺旋锥齿轮的性能几乎一样，但制造难度很大，极为小众，成本很高。（5）准双曲面齿轮，它的外形与弧齿锥齿轮相似，制造它的机床与螺旋锥齿轮相同，但是这种齿轮的最小齿数可以到5齿，啮合时接触面积高于螺旋锥齿轮。它的一个齿轮的轴线并不一定与另一齿轮的轴线相交，两轴线间具有一定的距离。准双曲面齿轮的“偏置距”便指的是这个距离。和螺旋锥齿轮相比，它作为主动齿轮时，它的螺旋角可达50左右，相应的主动锥齿轮轴就可以变粗，支撑刚度变高；齿轮端面的模数就会变大，可使两齿轮啮合更加结实，强度更高，使用寿命更长；齿轮间重叠系数更大，因此齿轮副运动更加平稳，齿轮副的负载能力变强。它的主动齿轮轴线和从动齿轮轴线具有不相交的特点，这就可以使驱动桥高度增加，离地间隙变大，越野能力得到提升。车体的重心就会向下调整，车辆就会更加稳定。而轴线不相交就会给两齿面切向的附加应力，使齿面容易发生滑移，增大轴承承受的推力，降低传动的效率。（螺旋锥齿轮h = 95%）加工精度要求较高综合以上齿轮的优缺点与设计要求，本设计的主减速器的齿轮传动选用螺旋锥齿轮传动形式。3.1.4 主传动器的减速形式驱动桥按其减速形式主要可以分成以下三种：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。轮边减速器采用单行星排直齿圆柱齿轮。3.1.5 主传动器主、从动锥齿轮的支承方式主传动器作为驱动桥最重要的组成部分之一，也是保证车辆能够顺利工作的第一道关。它作为发动机动力传递的第一棒，其重要性可想而知，因此，主传动器齿轮的支承方式不仅极大的影响了主传动器的强度，影响了主动齿轮和从动齿轮是否完美啮合，还间接决定了主传动器的传动比，把发动机传入的转矩放大到一个合适的程度，让主传动器顺利地发挥它第一棒的作用。要想确保正确的啮合，不仅需要保证齿轮的加工质量，装配调整，保证轴承，减速器壳的刚度，还和齿轮的支承刚度有着很大的联系。（一）主动锥齿轮的支承主动锥齿轮的支承形式大体可以分成悬臂式支承和跨置式支承两种。选用悬臂式支承。跨置式支承结构的特点为，在锥齿轮的两端都有轴承来支承，只有这样才能够极大的增加支承刚度，而且，能够让轴承负载降低，齿轮啮合条件得以改善，所以齿轮的承载能力远大于悬臂式。除此之外，因为齿轮大端一侧轴颈上的两个相对安装的圆锥滚子轴承之间的离得比较近，可以减短它的距离，这样布置会相对紧凑，而且，能够减小传动轴夹角，对全车的布置有着巨大的优点。但缺点是加工工序较多，选配轴承数量和驱动桥壳结构都要做出相应的调整，因而选择更加经济的悬臂式支承。（二）从动齿轮的支承从动锥齿轮运用圆锥滚子轴承悬臂式支承（如图2-1示）。两个轴承的圆锥滚子大端应向内，用来缩短距离c+d，这样可以增加支承刚度。要想让从动锥齿轮背面的差速器壳体处有绝对够的位置，只有设计加强肋来增强支承稳定性，c十d应远大于从动锥齿轮大端分度圆直径的百分之七十。要想使负载能尽量均匀分配在两轴承上，就得尽量使尺寸c不可以小于尺寸d。 图3-1 从动锥齿轮支承形式3.2 主减速器锥齿轮设计3.2.1 锥齿轮载荷的确定（1）确定锥齿轮的最大载荷（a）按从发动机通过变矩器传来的最大静力矩（Nm）计算： Mmax=K0MAi (3.1) 式中 K0 变矩器最大变矩系数； MA当液力变矩器传动比为零时，变矩系数最大时，由发动机与液力变矩器共同工作匹配工况点所决定的发动机扭矩值，采用全功率方案匹配时，MA =Me； Me发动机额定扭矩，偏安全设计可取最大扭矩，则Me=9550p/n i 从变矩器涡轮至计算零件的传动比； 从变矩器涡轮至计算零件的传动效率；则驱动桥主传动器主、从动锥齿轮所受的最大静力矩如下： Mmax1=K0K1MA i1ik1k12 Mmax2=K0K1MA i1iki31k123 式中 K0变矩器最大变矩系数，参考同类机型取4.13； K1考虑驱动桥数和载荷分配系数，（0.60.75），根据任务书K1=0.695； MA同上； i 1 分动箱传动比，i1=1; iK1 变速箱前进一档传动比，iK1=2.692; i3 主传动比，根据经验，主传动比i33.66.87,已知i3=6.167; 1 分动箱传动效率，一般每对齿轮传动效率按0.98计算，取0.98； K1变速箱一档时的传动效率，一般每对齿轮的传动效率按0.96计算， K1=0.96； 2 万向传动轴效率，一般取0.98； 3 主传动器传动效率，一般为0.95； 则由上式可得大、小锥齿轮的最大扭矩为：Mmax1=4.130.69560012.6920.980.960.98=4150.78 NmMmax2=4.130.69560012.6926.1670.980.960.980.95=24573.95 Nm（b）按附着条件计算最大静扭矩（Nm）； (3.2) (3.3)式中 GM装载机自重（N），GM=120000N； PQ 额定载重量（N），PQ=40000N； 附着系数，根据任务书=0.8； rd 动力半径（m），rd=0.65 i5 主减速器传动比，i5=6.16; i4 轮边减速器传动比，由桥总传动比i总=22.6,i5=6.17,故i4=3.67; 3 主减速器传动效率，3=0.95； 4 轮边减速器传动效率，4=0.96； 其他参数同上；则 Mmax1= 0.695(120000+40000)0.80.65/6.173.670.950.96=2803.7 NmMmax2= 0.695(120000+40000)0.80.65/3.670.96=16425.8Nm取上述两种计算方法所得的较小值作为计算转矩，带入经验公式来选择主要参数。在强度计算只能用来验算最大应力，不能作为验算疲劳强度的依据。则大、小锥齿轮所受的最大扭矩为： Mmax1= Mmax1=2803.7 Nm Mmax2= Mmax2=16425.8 Nm （2）平均载荷作用下锥齿轮收到的平均扭矩（Nm）锥齿轮疲劳强度的计算依据应为经常作用的载荷。它所收到的计算载荷主要由以下几个因素影响：外部负载变化，内因所产生的动载荷的变化，同时进行疲劳强度计算时的最大力矩怎么确定也有很大的影响。而且，齿轮重叠系数对计算载荷的影响也是一个相当复杂的问题，它既收到齿轮制造精度的影响，重叠齿对之间的载荷分配也与其相关我认为应当让以上条件变化时产生的参数加入到疲劳强度的载荷计算中，即使用综合影响系数K值把短时最大载荷转换为疲劳强度计算时的计算载荷。即： M平=KMmax （3.5） 式中 M平锥齿轮所受的平均载荷（Nm）； K综合影响系数，其计算公式如下： K=K外K大K动K重 （3.6） K外外载荷变化的影响； K动动载荷的影响； K大按疲劳强度计算时的最大力矩与短时过载时最大力矩不同所产生的影响； K重齿轮重叠系数的影响； 这四个系数的具体计算方法见文献116.3的相关介绍，在本说明书中不予计算，对于轮式装载机来说，K值一般等于或小于0.5，取0.282； Mmax锥齿轮所受的最大载荷（Nm），取按发动机最大扭矩计算和按地面附着条件计算的最大载荷中的较小值； 则大、小锥齿轮验算疲劳强度的平均载荷为： M平1=0.2822803.7=790.43 Nm M平2=0.28216425.8=4679.57 Nm3.2.2 锥齿轮主要参数的计算 （1）主从动齿轮齿数的选择 尽量使啮合齿轮的的齿数没有公约数，为保证必要的重叠系数，大、小齿轮的齿数不应小于40。齿数可按表3.1选择。表3.1小齿轮齿数Z1的选择型式传动比齿数允许范围Z1推荐齿数Z1单级减速3.54.0911104.04.581094.55.07985.06.06876.07.55767.510565双级减速1.51.751216141.752.01115132.02.51013112.53.091110 从表中选择Z1=6； Z2=Z1i3=66.167=39.96,圆整取39；验算传动比： i3=Z2/Z1=6 ，传动比合适，齿数选择合适。（2）主、从动齿轮齿形参数计算从动锥齿轮大端分度圆直径，按经验公式： 式中 dm2从动锥齿轮大端分度圆直径（mm）; KD 直径系数，取0.61； M计计算载荷（Nm），M计=Mmax2=16425.8 Nm则 dm2=0.61316425.8=29.53mm 参考国内外现有同类机型相关尺寸，最终确定从动锥齿轮分度圆直径。 ms=dm2z2=29637=8mm (3.7)可以由下列公式检验模数是否合适：ms=Km3M计 式中 Km模数系数，0.0610.089；则将模数与计算扭矩带入上式，得：ms=0.084;在0.0610.089范围内，模数选择合适。则 dm1=msZ1=86=48mm dm2=msZ2=837=296mm（3）中点螺旋角m螺旋锥齿轮的名义螺旋角是指分度圆锥上轮齿齿宽中点的螺旋角m。螺旋角应足够大，以增大轴向重叠系数，使传动平稳，噪音小。一般轮式车辆m为3540，常用35，本课题也选用m=35。（4）法向压力角n螺旋锥齿轮的压力角以法向截面的压力角n来标志。标准压力角n=20，对于大型车辆，要求较强的齿根厚度，可采用较大的压力角，如22.5。本设计选用n=2030。（5）螺旋方向从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。本设计主动锥齿轮选用左旋，从动锥齿轮选用右旋。（6）其他齿形参数如表3.2表3.2 主传动器螺旋锥齿轮几何尺寸序号名称公式代号数值1齿数6372端面模数8 mm3分度圆直径48 mm296mm4压力角20.55有效齿高13.6 mm6全齿高15.104 mm7侧隙0.20 mm8顶隙C1.504 mm9齿顶高9.888 mm3.712 mm续表3.210齿根高5.216 mm11.392 mm11分锥角9.2180.7912节锥距149.93mm13齿面宽50 mm50 mm14齿根角1.994.3515顶锥角13.5682.7816根锥角7.2276.4417大端齿顶圆直径67.52mm297.19mm18螺旋角3519螺旋方向小锥齿轮左旋，大锥齿轮右旋20周节25.12 mm21理论弧齿厚16.74 mm8.736 mm3.2.3 主减速器锥齿轮材料的选择驱动桥锥齿轮在工作时具有载荷较大、作用时间过长、变化较多、冲击性强等特点。因此，主减速器锥齿轮的材料应满足如下要求：1）使齿面具有较高的耐磨性，这就使得材料选择偏向硬度大的材料，以获得较高的弯曲疲劳极限和接触疲劳极限。2）避免齿根折断，这就使得轮齿芯材料的选择偏向塑性较高的材料。3）适合齿轮的加工方法，这就要求材料的锻造性能、切削加工性能及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。4）综上所述，选择合金材料时，尽量少用含镍、铬元素的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。当前装载机主减速齿轮最终使用渗碳的合金钢制造，特别是20CrMnTi，20MnVB，20MnTiB，22CrNiMo和16SiMn2WmoV等。渗碳合金钢具有可用的表面硬化层的碳含量较高的一个优点（典型地碳含量为0.8至1.2），它具有耐磨损性和高的耐压性，但是芯部是柔软的，具有良好的韧性。因此，这种材料的弯曲破坏极限、表面接触度、抵抗冲击载荷破坏的能力都比较优秀。齿轮在磨合过程中容易出现磨损、齿面点蚀、咬死或胶合等失效状况，可通过在热处理和精加工后，作厚度为0.0050.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理来改善这种情况。应当对齿面进行应力喷丸处理，这样做可以增加25%的使用寿命寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。综合设计原则以及以上材料、工艺的优缺点考虑，由以上介绍选择大、小锥齿轮的材料为20CrMnTi，其参数如下： b=1080MPa s=850MPa 硬度217HBS3.2.4 主减速器锥齿轮强度的计算（1）锥齿轮弯曲强度验算锥齿轮轮齿的齿根最大弯曲应力为： u = (3.8) 式中 u锥齿轮所受的最大弯曲应力，MPa； Mmax锥齿轮最大载荷作用下的扭矩，Nmm; Kc超载系数，可取Kc=1.25; Kv动载系数，7级精度，由6图16.4-28，可取Kv=1; F 齿宽，mm, F=b; Z 齿数； M 大端模数，m=ms; Ks尺寸系数，反映材料的不均匀性与齿轮尺寸及热处理有关，一般当模数： 当m1.6mm时，取Ks=0.5;m1.6时， (3.9) Km载荷分配系数， Km=1.101.25,取Km=1.05; Jw计算弯曲应力的系数，由2图3-5-19查得Jw1=0.235,Jw2=0.182;把以上各参数代入公式可得大小锥齿轮的弯曲许用应力分别为： ; 弯曲许用应力.则 u齿轮弯曲强度合格。（2）锥齿轮接触强度验算锥齿轮轮齿的齿面接触应力为： (3.12)式中 锥齿轮轮齿齿面接触应力，MPa； Cp有关材料弹性性质的系数，钢制锥齿轮副Cp=743kg1/2/cm; Pe齿轮大端圆周力（kg）, Co过载系数，Co=Ko=1.25; Cv动载系数，Cv=Kv=1; b有效工作齿宽， de小齿轮大端分度圆直径，de=5.94cm; Cs尺寸系数，Cs=Ks=1; Cm载荷分布系数，Cm=Km=1.1; 表面质量系数，与表面光洁度、表面处理等有关，对于制造精度较高的齿轮，可取=1.0； 表面接触强度综合系数，考虑到轮齿啮合面的相对曲率半径、载荷作用点位置、轮齿间的载荷分配、有效齿宽及惯性系数等。由23-5-23查得，=0.124；把以上各参数代入公式得：又因为许用接触应力为： 则 0.85b时，由6表16.4-28查得=1，则=1.5； 端面载荷系数，由6表16.4-29查得=1.0； 齿宽中点的圆周力，； 小锥齿轮中点分度圆直径， 齿中部接触线长度，由6表16.4-27计算得=60.07mm; 齿数比，u=6; 中点区域系数， (3.15) (3.16) 式中是中点端面当量圆柱齿轮参数，由6表16.4-27计算得：当量齿轮端面压力角=23.957；顶圆直径=74.001mm，=1167.351mm;基圆直径=49.553mm, =1060mm;当量齿数=8.185，=175.086； F由6表16.4-30计算得F1=F2=1.305；则可以计算得=1.1165； 节点区域系数， 式中参数由3表16.4-27计算的当量基圆螺旋角=32.165，当量齿轮端面压力角=23.957，则=2.131； 弹性系数，由5表8-5查得 齿面接触强度的载荷分配系数，当时，,当和 时， ，由6表16.4-27，=2.096， 则=0.98； 螺旋角系数， 锥齿轮系数，=0.8，（6