6ZL20轮式装载机驱动桥设计最新

青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继续教育学院ZL20 轮式装载机驱动桥设计摘 要驱动桥是装载机传动系统的重要组成部件，其性能的好坏将直接影响整个装载机的工作能力与效率，为了充分理解装载机的驱动桥的结构与工作原理，特以 ZL20 型装载机为例来研究，设计其驱动桥。 本次设计内容为 ZL20 装载机驱动桥设计，可分为主传动的设计、半轴的设计、差速器的设计、最终传动的设计四大部分。驱动桥是轮式装载机底盘的主要组成部分，其作用是将发动机的扭矩进一步增大，以适应车轮为克服前进阻力所需要的扭矩。驱动桥包括主传动器、差速器、半轴、最终传动、桥壳等部件。ZL20 装载机为充分利用其附着重量，达到较大的牵引力，采用全桥驱动桥。其减速比一般为 1235，并按以下原则进行速比分配：在最终传动能安装的前提下，为了减小主传动及半轴所传递的扭矩，将速比尽可能地分配给最终传动，使整体结构部件尺寸减小，结构紧凑。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。在设计过过程中采用传统方法与当今流行的优化设计方法相结合，力求使设计出的驱动桥更优，从而更好地满足 ZL20 型装载机的使用需求。关键词： ZL20，装载机，驱动桥青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继续教育学院目录绪论 .11 主传动器设计 .11.1 螺旋锥齿轮的设计计算 .11.2 螺旋锥齿轮的强度校核 .82 差速器设计 .112.1 圆锥直齿轮差速器基本参数的选择 .112.2 差速器直齿锥齿轮强度计算 .142.3 行星齿轮轴直径 dz 的确定 .153 半轴设计 .163.1 半轴杆部直径的确定 .163.2 半轴强度验算 .164 最终传动设计 .184.1 行星排行星轮数目和齿轮齿数的确定 .184.2 齿轮变位 .204.3 齿轮的几何尺寸 .224.4 齿轮的校核 .244.5 行星传动的结构设计 .255 各主要花键螺栓轴承的选择与校核 .285.1 花键的选择及其强度校核 .285.2 螺栓的选择及强度校核 .326 驱动桥壳设计 .357 润滑 .36结论 .37参考文献 .38致谢 .39青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继教育续教育学院 1 绪论装载机是当今工程建设中应用最为广泛的一种工程机械，其在 500 米运距内铲、运、卸物料非常方便和经济。小至普通家庭房屋建设，大至三峡、青藏铁路等国家重大工程都有其忙碌的身影。驱动桥是轮式装载机底盘的主要组成部分，其功用是将发动机的扭矩进一步增大，以适应车轮为克服前进阻力所需要的扭矩。驱动桥包括主传动器、差速器、半轴、最终传动、桥壳等部件。ZL20 装载机其减速比一般为1235，并按以下原则进行速比分配：在最终传动能安装的前提下，为了减小主传动及半轴所传递的扭矩，将速比尽可能地分配给最终传动，使整体结构部件尺寸减小，结构紧凑。1 主传动器设计主传动器的功用是改变传力方向，并将变速箱输出轴的转矩降低，扭矩增大。本次设计的ZL20 型装载机驱动桥采用单级主传动形式，主传动齿轮采用 35 螺旋锥齿轮，这种齿轮的特点是：它的齿形是圆弧齿，工作时不是全齿长突然啮合，而是逐渐地从一端连续平稳地转向另一端，因此运转比较平稳，减小了噪音，并且由于螺旋角的关系重合系数增大，在传动过程中至少有两对以上的齿同时啮合，相应的增大了齿轮的负荷能力，增长了齿轮的使用寿命，螺旋锥齿轮的最小齿数可以减少到 6 个，因而与直齿锥齿轮相比可以实现较大的传动比。1.1 螺旋锥齿轮的设计计算1.1.1 齿数的选择选择齿数时应使相啮合的齿轮齿数没有公约数，以便使齿轮在使用过程中各齿能相互交替啮合，起到自动研磨作用，为了得到理想的齿面接触，小齿轮的齿数应尽量选用奇数，大小齿轮的齿数和应不小于 40。根据以上选择齿数的要求，参考吉林大学诸文农主编底盘设计第 233 页表 6-4，结合本次设计主传动比范围 i0=4.677，选取主动小锥齿轮齿数 Z1=9，所以从动大锥齿轮齿数 Z2=Z1i0=42。1.1.2 从动锥齿轮节圆直径 d2 的选择1）螺旋锥齿轮计算载荷的确定青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计2 青海大学继续教育学院（1）按发动机与液力变矩器共同输出扭矩最大变速箱一档时从动大锥齿轮上的最大扭矩计算：（1-1）Tmax0k1m2pMiZ式中: 从动大锥齿轮计算转矩，NM；2p发动机与液力变矩器共同工作时输出的最大扭矩，由之前的课程设 maxT计装载机发动机与液力变矩器匹配计算可得到 =1245 0.88=1095.6NM；maxTM驱动桥主传动比，已知 =4.677； 0i 0i变速箱一档传动比，已知 =3.391；1k 1k变矩器到主减速器的传动效率， = 其中 为变速箱的效率取 0.98，mm0km主减速器效率取 =0.98，计算得 =0.96；0mZ驱动桥数，Z=2。代入数据计算得： =8391.8 NM。2PM此时主动小锥齿轮的转矩可由以下公式计算：NM。p2p108391.830.9i4.67(2)按驱动轮附着扭矩来确定从动大锥齿轮的最大扭矩，即：（1-2）adpfGrMi式中:满载时驱动桥上的载荷（水平地面） ；附着系数，=0.60.8，取 0.7；驱动轮动力半；，dr为车轮的动力半径可由式：青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继教育续教育学院 3 dHr0.254(1)B式中:rd车轮动力半径；d 轮辋直径，英寸；H/B轮胎断面高宽比；车轮变形系数；B轮胎断面宽度，英寸。由本次设计任务书可知轮胎规格为：12.520（Bd） ，目前装载机广泛采低压宽基轮胎H/B=0.951.15，取 H/B=1。查相关资料可得 =0.10.16，取 =0.13。将其代入上式可得：rd=0.53 m。if从动圆锥齿轮到驱动轮的传动比（轮边传动比）已知 if=2.813；f轮边减速器的效率，行星传动通常取 0.96（车辆底盘构造与设计 林慕义 张福生 P243 表 2-3-1） ；由本次设计任务书可知：车辆工作质量为 70KN,额定载重量为 20KN；所以 Ga=70+20=90KN即可求出： NM。adpfGr70.53M1264.i289因为 ZL50 型装载机满载时的桥荷分配为前桥 70，故该条件下从动锥齿轮的最大扭矩为：NM。p%1364.计算中取以上两种计算方法中较小值作为从动直齿轮的最大扭矩，此扭矩在实际使用中并不是持续扭矩，仅在强度计算时用它来验算最大应力。所以该处的计算转矩：M2max=Mp2=8391.8 NMM1max=Mp1=1830.9NM。(3)按常用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转矩： （NM） （1-3） adf2ffGr(sin)MZ式中: f道路滚动阻力系数。f=0.0200.035，取 f=0.03；sina坡道阻力系数，青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计4 青海大学继续教育学院sina=0.090.30,取 sina=0.25。所以NM。adf2fGr(sin)70.53(0.2)M637.8Z2819主动小锥齿轮上的常用受载扭矩为：NM。f2f106.i42) 从动锥齿轮分度圆直径 d2 的确定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： （1-4）32D2maxdKM式中 : d2 从动齿轮分度圆直径，mm；KD系数，轮式取 2.8.48 取 3.3； M2max 从动锥齿轮上的计算扭矩，Ncm；所以得： mm。332D2maxdK.89103.考虑到从动锥齿轮的分度圆直径对驱动桥尺寸和差速器的安装有直接的影响，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 d2=320 mm。1.1.3 齿轮端面模数 ms 的选择由式 ms=d2/z2=320/42=7.6 取标准模数 ms=8mm (见现代机械传动手册 GB/T 12368-1990 )为了知道所选模数是否合适需用下式校对：（1-5）3sm2axMK（底盘设计 吉林工业大学诸文农编 P233）式中； Km系数，0.0610.089；即： 在 0.0610.089 之间sm332ax80.5917所以所选齿轮端面模数 ms=8mm 合适。由此可算出大小齿轮的准确分度圆直径：d1=msz1=89=72 mm d2=msz2=842=336 mm1.1.4 法向压力角 的选择螺旋锥齿轮的标准压力角是 20，选择标准压力角有易于选择制造齿轮的刀具，降低生产成本。青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继教育续教育学院 5 1.1.5 螺旋角 m 的选择螺旋角 m 指该齿轮节锥齿轮线上某一点的切线与该切点的节锥母线之间的夹角，螺旋角越大锥齿轮传动越平稳，噪音越小，但轴承寿命缩短，因此在轮式装载机上常用 m=35。1.1.6 齿面宽 b 的确定增加齿面宽理论上似乎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齿轮小端延长而导致齿面变窄，势必减小切削刀尖的顶面宽及其棱边的圆角半径。这样一方面使齿根圆角半径过小，另一方面也降低了刀具的使用寿命。此外由于安装误差及热处理变形等影响会使齿轮的负荷易于集中小端而导致轮齿折断。 齿面过小同样也会降低轮齿的强度和寿命。通常推荐螺旋锥齿轮传动大齿轮的齿面宽为： 2a1bR3式中 : Ra -锥齿轮传动的节锥距； 22as1R0.5mz0.58947.8所以： 2abR17.33同时 b2 不应超过端面模数 ms 的 10 倍即：b210ms=108=80 mm 所以取 b2=60 mm。一般习惯使小锥齿轮的齿面宽比大锥齿轮的稍大，使其在大锥齿轮轮齿两端都超出一些，通常小锥齿轮齿面宽比大锥齿轮约加大 10%，即：小锥齿轮齿面宽 b1=1.1b2=1.16066 mm。1.1.7 螺旋方向的选择在螺旋齿轮传动中，齿的螺旋方向和轴的旋转方向决定了锥齿轮传动时轴向力方向，由于轴承中存在间隙，故设计时应使齿轮轴向力的方向能将大小锥齿轮相互推开，以保证必要的齿侧间隙，防止轮齿卡住，加速齿面磨损，甚至引起轮齿折断。根据上述要求，选择主动锥齿轮为左旋，从动锥齿轮为右旋。1.1.8 齿高参数的选择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。由轮胎式装载机设计 吉林工业大学工程机械教研室编 P187 表 6-4 知工作齿高：he=2f0ms=1.658=13.2 mm齿全高：h1=(2f0C0)ms=1.8328=14.66 mm(径向间隙系数 C0 =0.182 )青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计6 青海大学继续教育学院大齿轮齿顶高：ha2 =0.380 ms =0.3808 =3.04 mm高度修正系数： =0.1821.1.9 齿侧间隙 cn 的选择齿侧间隙是指轮齿啮合时，非工作齿面间的最短法向距离。齿侧间隙过小不能形成理想的润滑状态，会出现表面摩擦，加速磨损，甚至卡死现象；齿侧间隙过大易造成冲击，增大噪声。参考底盘设计吉林工业大学 诸文农编 P238 页表 6-8 选取齿侧间隙为：cn=0.20 mm1.1.10 理论弧齿厚螺旋锥齿轮除采用高度变位修正来增加小齿轮强度外，还采用切向变位修正使一对相啮合的轮齿强度接近相等。切向变位修正指的是使小齿轮的齿厚增加 s=ms （ 是切向变位系数，查机械设计手册可知 =0.170）大小锥齿轮大端面分度圆的理论弧齿厚度 S01 和 S02 可按下式计算： s01ssmmtgS2co s02ss t 所以：S02= 9.9 mm S01= 15.3 mm1.1.11 分锥角 （分度圆锥角）小锥齿轮分锥角：1 o2z9arctnrcta12.054大锥齿轮分锥角： oo190.7.91.1.12 节锥距 Ramm2a od36R.81sinsi7.51.1.13 齿根角 f小锥齿轮齿根角：f1 of1ah4.rctgrct.5R781大锥齿轮齿根角：f2 of2a.62rtrt3.青海大学成人本科毕业（设计）论文： ZL20 轮式装载机驱动桥设计青海大学继教育续教育学院 7 1.1.14 顶锥角和 k 根锥角 r小锥齿轮根锥角： oor1f12.0951.0.59大锥齿轮根锥角： or2f73874小锥齿轮顶锥角： ook1f2.6大锥齿轮顶锥角： 2f19051905此次设计的 35 螺旋锥齿轮几何尺寸详见表 1-1：表 1-1 主传动器螺旋锥齿轮几何尺寸（单位：mm）序号 名称 公式代号 数值Z1 91 齿数Z2 422 端面模数 ms 8mmd1 72mm3 分度圆直径d2 336 mm4 压力角 205 有效齿高 he 13.2 mm6 全齿高 h=h1=h2 14.66 mm7 侧隙 Cn 0.20 mm8 顶隙 C 1.88 mmha1 10.16mm9 齿顶高ha2 3.04 mmhf1 4.5mm10 齿根高hf2 11.62mm1 12.09511 分锥角2 77.90512 节锥距 Ra 171.81 mmb1 66 mm13 齿面宽b2 60 mmf1 1