（机械工程专业论文）平地机驱动桥的改进设计研究.pdf

四川土学工程硕士专业学位论文 平地机驱动桥的改进设计研究 机械工程 研究生罗海燕指导教师罗阳朱佩和 本文详细介绍了我公司平地机湿式驱动桥的改进设计方案的研究 情况。我们通过对各厂家平地机驱动桥结构进行详细对比，通过对湿 式桥进行了广泛的市场调研，从而验证了湿式桥开发的必要性和迫切 性；通过对驱动桥中主要关键零部件的设计计算，确保了湿式桥零件 性能的可靠性；通过对零部件的结构进行优化改进，从而进一步完善 了产品，提高了产品的性能，完成了湿式桥的开发任务。 通过本项目研究，可以得出以下研究结论： 1 湿式桥的开发是势在必行的。自9 0 年代初，在国际上湿式制动 组合式驱动桥在装载机上丌始应用，后也运用于平地机等工程机械， 它具有很大的潜在的市场空间。在国内，自主独立开发湿式桥，我公 司尚属首家。目前，国内其它厂家己意识到开发湿式桥的重要性，并 已开始着手研发。利用以前的成熟经验，抢先开发系列湿式桥，为企 业在竞争中立于不败之地打下了良好的基础。 2 湿式桥是市场发展的必然趋势，是干式桥的必然替代桥。目前， 国产湿式桥还很少，其可观的成本和尚存的较大的市场空间和利润空 间，都充分证明了湿式驱动桥在市场竞争中具有极大的优势：湿式桥 中湿式制动器的使用，n os p i n 差速器的选用，都充分证明了该湿式 桥是一种高档桥，迟早会成为干式驱动桥的替代桥。 3 湿式驱动桥具有高可靠性和广泛的适用性。通过对湿式驱动桥 四川土学工程硕士专业学位论文 主要零部件性能强度验证：如主从动锥齿轮的设计计算；驱动半轴的 结构改进计算；湿式制动的选用；n os p i n 差速器的使用等等，都充 分证明了湿式驱动桥的可靠性。装载机、平地机以及压路机等机型中 湿式桥的使用，井下作业等恶劣工况中湿式桥的适用性，都充分证明 了湿式桥的广泛应用性。 4 本项目研究达到了预期目的，对开展相关设计开发工作具有指 导意义。 关键词：驱动桥设汁改进湿式制动 四川太学工程硕士专业学位论文 i m p r o v e dd e s i g nf o rd r i v e a x l ei nm o t o rg r a d e r c o n s t r u c t i o nf i e l dm e c h a n i c a lc o n s t r u c t i o n p o s tg r a d u a t e ：l u oh a i y a na d v i s o r ：l u oy a n ga n dz up e i h e t h ep a p e rg i v e sd e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h e i m p r o v e dd e s i g nf o r w e td r i v ea x l eu s e di nm o t o rg r a d e ro fs i c h u a nc h e n g d uc h e n g g o n g c o n s t r u c t i o nm a c h i n e r yc o ，l t d b yc o m p a r i n gw i t ht h em o t o rg r a d e r s p r o d u c e db yv a r i o u sm a n u f a c t u r e r s ，a n dt h ea n a l y s i st h em a r k e ts i t u a t i o n o fw e td r i v ea x l ei m p r o v e st h en e c e s s i t ya n di m m i n e n c ef o rd e v e l o p m e n t o fw e td r i v e a x l e b yd e s i g n i n ga n dc a l c u l a t i n gf o rt h ek e yp a r t sa n d c o m p o n e n t si nt h ew e td r i v ea x l ee n s u r e st h er e l i a b i l i t yf o rw e td r i v ea x l e b yc o m p a r i n ga n di m p r o v i n go fp a r t sa n dc o m p o n e n t si m p r o v e sf u r t h e r t h ep r o d u c t ，a n di n c r e a s e st h ep e r f o r m e r s ，a n dc o m p l e t e st h ed e v e l o p m e n t o fw e td r i v ea x l e t h ef o l l o w i n gf r u i t sc a nb ec o n c l u d e db yr e s e a r c ht h ep r o j e c t ： 1 ，t h ed e v e l o p m e n tf o rw e td r i v ea x l ei sn e c e s s a r y f r o mt h e e a r l y p e r i o do f9 0 ，t h ed r i v ea x l ew i t ho i li m m e r g e db r a k eb e g i n st ob eu s e di n t h ew h e e ll o a d e r sa b r o a d ，a n dl a t e ri ta l s ob eu s e di nt h em o t o r g r a d e ra n d o t h e rc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y i nd o m e s t i cm a n u f a c t u r i n gt r a d e ，o u rc o i s t h ef i r s to n et o i n d e p e n d e n t l yd e v e l o pt h ew e td r i v ea x l e t h ew e td r i v e a x l eh a sl a r g e p o t e n t i a l i nt h em a r k e t a tp r e s e n t ，o t h e rm a n u f a c t u r e s h a v ea l r e a d yk n o w nt h ei m p o r t a n c eo fd e v e l o p m e n tt h ew e td r i v e a x l e ， a n db e g a nt o d e v e l o pi t ，o u rc o 1 e a d su pt od e v e l o pt h es e r i e so fw e t 四川土学工程硕士专业学位论文 d r i v ea x l eb a s e do nt h ep r e v i o u sm a t u r e de x p e r i e n c e ，a n dh a d a g o o d f o u n d a t i o nf o re n t e r p r i s e si nt h ec o m p e t i t i o n 2 t h ew e td r i v ea x l eh a sd o m i n a n c ei nm a r k e tc o m p l e t i o n n o w ， t h ed o m e s t i cw e td r i v ea x l ei ss t i l ls e l d o m i t sc o n s i d e r a b l ec o s ta n dt h e l a r g e m a r k e tp o t e n t i a l sa n dp r o f i tp r o v et h a tt h ew e td r i v ea x l ei st h e s u b s t i t u t eo ft h ed r yd r i v ea x l e ，t h es i g no ft h ea d v a n c e da x l e 3 t h ew e td r i v ea x l ei sr e l i a b l ea n dw i d e a p p l i c a t i o n s b y c a l c u l a t i n gt h ek e yp a r t s a n dc o m p o n e n t so ft h ew e td r i v ea x l e ，s u c ha s d r i v i n ga n dd r i v e nb e v e lg e a r s ，a n dt h es t r u c t u r ei m p r o v e m e n to fd r i v e h a l fa x l e ，c h o o s i n gt h eb r a k e ，u s i n gn os p i nd i f f e r e n t i a la n ds oo na 1 1 p r o v et h er e l i a b i l i t yo ft h ew e td r i v ea x l e t h eu s eo fw e td r i v ea x l ei n w h e e ll o a d e r ，m o t o r g r a d e r a n dr o a dr o l l e ri n d i c a t e st h ew i d e a p p l i c a t i o n s 4 t h er e s e a r c ho ft h e p r o j e c t m e e t st h e t a r g e t ，a n dh a sg u i d e m e a n i n gt ot h ec o n c e r n e dd e s i g na n dd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：d r i v ea x l e ，d e s i g n ，i m p r o v e m e n t ，w e tb r a k e i v 四川土学工程硕士专业学位论文 1 绪论 1 1 平地机的应用及国内外发展现状 平地机是一种装有铲土刮刀为主、配有其他多种辅助作业装置， 进行土壤的切削、刮送和整平等作业的土方工程建设机械，可进行路 基、路面的整形；砾石或砂石路面维修；挖沟、草皮或表层土的剥离； 修刮边坡：材料的推移、拌和、回填、铺平；配置推土铲、耙、松 土器、除雪犁、压路辊等辅属装置、作业机具时可进一步扩大使用范 围，提高工作能力或完成特殊要求的作业如推土、排雪、疏松、压实、 布料、拌和、助装和开荒等工作。“”因此，平地机是一种效率高、作 业精度高、用途广泛的高速多用途的土方工程建设机械，它可以完成 公路重要内容场、农田等大面积的地面平接和推土等功能，被广泛用 于公路、铁路、机场、停车场等大面积场地的平整作业，也被用于路 堤整形及林区道路的整修等作业，是国防工程、矿山建设、道路修筑、 水利建设和农田改良等施工中的重要设备。n o ， 自2 0 世纪2 0 年代起，在近8 0 年的发展历程中，平地机经历了低 速到高速、小型到大型、机械操纵到液压操纵、机械换挡到动力换挡、 机械转向到液压助力转向再到全液压转向以及整体机架到铰接机架的 发展过程。整机可靠性、耐久性、安全性和舒适性都有了很大的提高。 目前，国内外生产平地机的主导厂家有：中外建发展股份有限公司( 简 称中发展公司) 、哈尔滨四海工程机械公司、常林股份有限公司、卡特 彼勒公司( 美) 、小松公司、三菱公司( 日) 和o & k 公司3 1 ( 德) 等。 常见平地机的外形及主要部件如下图“1 ： 四川土学工程硕士专业学位论文 图1 、1 平地机外形图 1 一发动机；2 驾驶室i3 一牵引梨引出油缸：4 一拱架机构；5 一升降油缸i6 一松十器收放油缸 7 一车架；8 一前轮；9 一松士器；1 0 牵引柴；1 1 一回辖圈i l2 一刮刀：13 - 角位器；l4 一传动系统 1 5 一中轮；1 6 - 平衡箱；1 7 一后轮 1 2 工程机械中驱动桥的发展现状 1 2 1 驱动桥主要零部件及其作用 在一般工程机械结构中，驱动桥包括主传动器，差速器，半轴， 最终传动和桥壳等部件，主传动器的作用是增大扭矩和改变扭矩的传 递方向；差速器是使左右驱动车轮在转弯或不平路面上行使时能以不 同的角速度旋转；半轴的功用在于将扭矩从差速器传递到轮边减速装 置；装载机的重量通过桥壳传到车轮上并将作用在车轮上的各种力( 如 四川土学工程硕士专业学位论文 牵引力，制动力，横向力等) 传到车架上，同时驱动桥壳又是主传动 器，差速器，半轴等各部件的外壳。” 目前国内轮式工程机械特别是装载机所需的驱动桥基本上全部由 国内提供，只有少量技术引进项目的主机采用国外原配驱动桥。驱动 桥的生产由主机厂和专业厂共同提供配套，绝大多数是整体式干式制 动桥，主机厂与专业厂的产量各占一半。在主机厂的重点骨干企业均 有驱动桥的自制能力，柳工、厦工、常林机械股份有限公司、山东临 沂工程机械股份公司、郑州工程机械厂以及我公司均有专业的驱动桥 生产厂，上述几家公司的装载机年产量占国内市场的7 0 左右。工程 机械行业的专业桥厂主要有：徐州桥箱公司、山东肥城驱动桥厂和江 西分宜驱动桥厂： 徐州桥箱公司年产驱动桥1 0 0 0 0 根左右，主要产品是索玛桥( 系 引进技术，主要为轮式装载机和轮式起重机配套) 、干式制动整体式铸 钢桥。配套范围较广。合资项目洛克维尔( r o c k w e l l ) 湿式桥产量较 少，价格贵。 山东肥城车桥厂年生产能力1 1 0 0 0 根，配套主机有轮式装载机、 叉车、平地机、压路机等产品，主要的配套主机厂有：柳工、厦工、 山东l 临沂工程机械股份有限公司、山东工程机械厂等。 江西分宜驱动桥厂为3 0 5 0 装载机及压路机配套，年产量有8 0 0 0 根左右，主要用户有宜春、厦工和郑工以及部分压路机制造企业。 1 2 2 湿式桥开发的必要性 从9 0 年代初，在国际上湿式制动组合式驱动桥在装载机上开始应 用，在这方面以c a t 、小松及d e e r e 公司为代表，c a t 在其f 系列装载 机大量采用。“，小松已应用于w a 3 8 0 、w a 3 2 0 、w a 3 6 0 等机型，j o h no e e r e 也在其系列装载机、平地机上采用“；在国内以柳工合资生产的 a p 4 0 9 、a p 4 1 1 驱动桥而推出z l 5 0 d 装载机为代表。而我公司9 7 年在 参考c a t 9 2 8 f 装载机驱动桥基础上成功地开发出了z l 3 0 f 、z l 3 5 f 装载 机湿式驱动桥，而后又推出z l 5 0 g 装载机湿式驱动桥。从我公司对3 0 湿式桥的设计、制造、试验及用户使用来看，该类型桥具有可靠性高、 四川大学工程硕士专业学位论文 零件数少、成本低等优点，同时该桥对零件精度要求高，对密封件、 摩擦片要求高“，其优点已为我公司所认识，随着我公司生产能力及 水平的提高，配套件厂家综合能力的提高。在短期内，能够完成高精 度要求的零件加工及组织配套。在国内自主开发该桥我公司是第一家， 但目前徐工等大型工程机械厂家都已在着手开发。我公司生产的系列 湿式桥以其高可靠性和稳定性正逐渐被市场所接受，现在，柳工、山 工、常林等都在力推自己的湿式桥产品。湿式桥代替干式制动已成为 国内工程机械发展的必然趋势。同时，如今我们已是世贸组织的一员， 在国际竞争中，要求我们必须发展自己湿式驱动桥，迎头赶上世界工 程机械的发展步伐，以质优价廉的产品在国际工程机械激烈的竞争中 占一席之地。” 1 3 课题背景、意义及技术路线 我国从“八五”计划以来不断加大对基础建设的投资力度，以此 作为拉动国内经济增长的重要手段之一，特别是随着改革开放的深入， 国家的投资力度及重心由东部及沿海地区向西部内陆地区的转移，国 内工程机械迎来一个新的高速发展时期，在经过2 0 0 2 年“井喷”后， 今年仍旧保持高速增长的势头，据专家估计，今年国内平地机市场将 被看好。作为工程机械重要部件的驱动桥，其性能的高低，可靠性和 稳定性如何，将直接决定整机性能的优劣，同时也将决定其在大好市 场中的竞争力。 本次设计是基于我公司p y l 8 5 平地机和公司z l 5 0 g 装载机基础上 开发设计的一种平地机湿式驱动桥，综合二者优点，对相应零件进行 改进或重新设计：根据总体要求，对主要零部件如主从动锥齿轮进行 设计计算；通过对干式、湿式驱动桥性能对比，对主要零件驱动半轴 的结构进行计算改进：对主要零部件择优选型，如湿式制动的选用， n o s p i n 差速器的使用等等。本次设计改进中，尽量采用公司已有产 品，减少零件种类，保证最大限度的通用性。 四川土学工程硕士专业学位论文 2 平地机桥的改进设计方案 2 1 我公司p y l8 5 型及m g l3 2 0 型平地机驱动桥的基本结构 p y l 8 5 型平地机的传动系统为液力机械式的，它由液力变矩器、 变速箱、后桥和平衡箱等部件组成。液力变矩器为单级。变速箱为动 力换挡，前进两挡，后退两挡，高低速两挡，从而使平地机具有前进 5 挡，后退3 挡。 行车制动系统：空气压缩机将压缩空气压入贮气筒中，通过气制 动阀控制，使压缩空气推动助力器活塞，将主缸的制动油分别压入轮 边4 个制动器的制动分泵中，推动蹄片产生制动作用。 前轮转向系统采用全液压转向装置，由齿轮泵、全液压转向器、 阀块、液压缸等组成 其基本外形如图2 1 ： 图2 1 我公司p y l8 5 基本外形 其驱动桥为干式桥基本结构如图2 2 日川土学工程硕士专业学位论文 倒2 2 我公司p y l8 5 平地机驱动桥 我公司m g l 3 2 0 平地机传动系统仍为液力机械式， 行车制动系统可采用气推油或全液压制动，制动油分别进入驱动 桥中的湿式制动器中，推动活塞压紧摩擦片产生制动作用。 前轮转向系统仍为全液压转向装置。 驱动桥实际上是在z l 5 0 g 装载机桥的基础上开发的湿式桥，其基 本结构见图2 3 ： 四川大学工程硬士专业学位论文 图2 3 我公司m g l3 2 0 平地机驱动桥 2 2 湿式桥的结构特点 2 2 1 湿式桥的类型 湿式桥以c a t 、小松、z f 三家为代表，对三种驱动桥结构进行分 析，三种驱动桥有如下特点： ( 1 ) c a t 9 6 2 g 驱动桥结构特点： 结构与我公司湿式桥驱动桥相似，主动锥齿轮采用两点定位，两 轴承之问无调整垫，用螺母调整两轴承之间的间隙，支点之间距离较 长，导致输入法兰与桥中心距离较长，c a t 9 6 2 g 桥为6 0 3 5 。从总体上 看传动比在1 6 1 8 之间，较之同类装载机用桥速比偏小。桥壳部份采 用四段，左、右桥壳、齿箱壳体、制动油缸。行星减速器放于中间， 单片非金属制动片，圆柱弹簧复位活塞，防滑差速器可选。行星轮轴 小，采用全浮动铜套。制动压力6 9 m p a ，轮边油封采用金属浮动油封。 ( 2 ) z f 公司a p 4 0 9 及a p 4 l l 驱动桥结构特点。： 该桥总体结构类似于我公司的z l 5 0 b 驱动桥。整体式桥壳，行车制 四川大学工程硕士专业学位论文 制动器及终传动放于轮边，制动器采用多片湿式制动，制动太阳轮( 与 c a t 相同) ，前桥主动片8 片，从动片l o 片，后桥主动片6 片，从动 片8 片。活塞复位采用1 6 个圆柱复位弹簧，该桥有以下特点： a 传动比较大，可达2 3 ，4 9 5 ： b 齿箱的安装距离小： c 主动弧伞齿轴承间隙采用大小垫片调整，十字轴采用分体式即 两根单轴交叉成对，防滑差速器可选； d 轮边减速与从动摩擦片共用内齿圈； e 行星轮轴与行星架一体，四个行星轮。 综上所述，该桥结构较复杂。 ( 3 ) k o m a t s uw a 3 8 0 驱动桥结构特点： 该桥总体结构形式有如下特点： a 主传动比较大，4 5 5 6 ； b 桥壳部份采用五段，即左、右桥壳，齿箱壳体，左、右制动油 缸，此种结构便于制动油缸易损件的更换，仅需三套铸模。加工方便， 成本低： c 主动弧伞齿轴承间隙调整，采用一个隔垫； d 从动弧伞轮装配方向从上放入齿箱，3 0 f 驱动桥从端面方向装 入，间隙调整采用垫片，而3 0 f 驱动桥用螺母调整： e 终传动内藏式，主从动磨擦各8 片。制动活塞复位采用四组波 形弹簧，传动三个行星轮，轴承采用滚针轴承： f 轮边油封采用骨架油封； 通过对三种驱动桥的比较，c a t 湿式桥、结构简单、零件少、可 靠性高。 2 2 2 湿式桥结构特点 湿式桥结构简单、零件少、可靠性高。其结构如图2 3 所示。下 面以浚桥为例阐述湿式桥的结构特点。 这种桥齿箱部分与以前的整体式干式制动相同，限滑差速器和牙 嵌式差速器可选装。主从动速比可从3 做到4 4 。与整体式于式制动 四川虫学工程硕士专业学位论文 桥相比最大的差异在于轮边减速及制动部分，该桥采用组合式，由轮 边桥体、制动器油缸和齿箱等组合而成。轮边仍旧是行星减速机构， 只是内齿圈以过盈配合嵌入桥体内，由行星架将动力传给半轴。 该桥的动力传动路线如图2 4 ： 图2 4 湿式桥的动力传动路线 2 3 改进设计工作内容 四川土学工程硕士专业学位论文 零部件名称改进前改进后 主从动螺旋锥齿轮速比4 4速比30 9 1 支承结构相应 更改 差速器普通差速= i | n 0s p i n 防滑差速器 轮边链轮机构速比1 3 8 9速比1 0 4 2 制动器钳盘式干式制动器 湿式制动 半轴 联接方式更改，相应支承方式及结构更改 - 1 0 四川大学工程硕士专业学位论文 3 湿式桥传动机构的改进 3 1 主从动螺旋锥齿轮的设计计算 3 1 1 主减速比的确定 根据车速及整机牵引力的要求，装载机传动系统的总速比就已确 定，为了满足总速比的要求，往往需调整桥主从齿轮的速比。 为满足总速比要求，完全借用5 0 g 湿式桥的主从动及行星机构是 不行的，因为平地机要求有一定的速度，而装载机桥速比偏大，为尽 量减少新零件，增加公司加工零件的通用性，降低生产组织难度，决 定调整主从动速比( 原则上仍尽量靠近公司现有产品，起码在刀具的使 用上可以借用) 。主动齿的安装结构相对原平地机p y l 8 5 进行改进，对 于主动齿受力状况有所改善( 原主动齿为过定位安装) ；轴承间距加大， 对轴承寿命有好处。 3 1 ，2 主从动锥齿轮基本参数设计“5 3 1 ) 传动比： 按整机参数取i = 3 0 9 1 2 ) 齿数： 小齿轮齿数：z 1 = l l 大齿轮齿数：z 2 = z 1 半i = 1 1 3 0 9 1 = 3 4 3 ) 齿轮直径系数k 。的校核： ( 1 ) 已知变矩器失速工况时，涡轮输出最大力矩为1 5 6 5 n ，j j l ，则此 时从动锥齿轮输出最大力矩为： m m a x = m 2 * il r lk m i * n 传 i 主 其中： m 2 一变矩器失速工况时，输出最大力矩1 5 6 5 n i 】 i 卜变速箱i 档速比5 3 7 8 nk m i 变速箱i 档时效率0 9 2 7 n 传一传动轴效率0 。9 9 四川大学工程硕士专业学位论文 i 主一一驱动桥主传动比3 0 9 1 m m a x = 1 5 6 5 * 5 3 7 8 * 0 9 2 7 * 0 9 9 * 3 0 9 l = 2 3 8 7 5 3 1 n m ( 2 ) 按附着条件，从动锥齿轮输出最大力矩为： m m a x = g i 十审* r k * k ( i 边 q 边 i 行木i l 行) 其中： g i 一一驱动桥满载时负荷1 7 6 4 0 0 n 由一轮胎与地面的附着系数o 8 r k 一轮胎滚动半径0 6 7 5 m k 一一满载时后桥轴压比0 6 2 i 边一轮边链传动比1 0 4 2 n 边一一轮边链传动效率0 9 5 i 行轮边减速器传动比5 5 n 行一一轮边减速器传动效率0 9 7 m m a x = 1 7 6 4 0 0 * 0 8 * 0 6 7 5 * 0 6 2 ( 1 0 4 2 * 0 9 5 * 5 5 * 0 9 7 ) = 1 1 1 8 2 9 9 8n m 上述计算中的两个m m a x 中，取较小值。 即：m l l l a x = l11 8 2 9 9 8n m = 11 4 l1 2 2 2 k g c i i i ( 3 ) 根据经验公式“，从动锥齿轮节圆直径d d = k 。 v m m a x = k 。v 1 1 4 1 1 2 2 2 = 4 8 5 c m 其中：k 。为直径系数。 已知；d = u 0 2 9 * 3 4 = 3 7 4 9 8 6 m m = 3 7 5 c m 可知：k 。= 3 7 5 4 8 5 = 0 7 7 一般：k 。取0 5 8 0 6 6 0 7 7 偏大，故尺寸更富裕。 ( 4 ) 端面模数校核 m = d z 2 = 11 0 2 9 模数系数k i n = m 折蕊= 1 1 0 2 9 折i 而i 瓦= o 2 2 7 一般取k m = o 1 3 o 1 9 ，根据已有产品模数k m 最大可为0 2 5 4 ，故 本例模数仍满足要求。 4 ) 螺旋锥齿轮的几何参数：轴交角为9 0 。1 1 2 四川土学工程硕士专业学位论文 序号项目 代号主动锥齿轮从动锥齿轮 l齿数 2l l3 4 2模数 m1 1 0 2 91 1 0 2 9 3齿面宽 b5 95 9 4压力角2 02 0 5齿中点螺旋角b3 43 4 6螺旋方向右 左 7 变位系数0 。3 5 7 8 6 1 6 1 9一o 3 5 7 6 6 1 6 1 9 8齿项高h a1 3 9 35 4 3 9 齿全高 h 2 1 4 22 1 4 2 1 0 齿侧间隙0 2 b0 2 8 1 1 分度圆直径 d 1 2 1 3 1 93 7 4 9 8 6 1 2 齿顶圆直径d a1 4 78 2 6 2 2 4 3 7 8 3 2 8 9 5 2 8 13 锥距r1 9 7 0 6 1 9 7 0 6 1 4 根锥角士fl5 7 5 1 3 6 6 7 4 3 2 9 6 7 9 4 1 5 分度圆锥角士17 9 2 87 20 7 2 3 1 3 主从动锥齿轮的强度校核 3 1 3 1 螺旋锥齿轮的力矩值 ( 1 ) 从动锥齿轮的m m a x 1 ) 由发动机输入到驱动桥从动锥齿轮的m m a x m m a x = 2 3 8 7 5 3 ln m 2 ) 按附着条件，从动锥齿轮输出 m m a x = 1 1 1 8 2 9 9 8n r n 上述两式中，取较小值 即m m a x = 1 1 1 8 2 9 9 8n m ( 2 ) 从动锥齿轮的平均计算扭矩m c p m c p 2 g * r k * ( f + o 15 ) ( i $ n 十n ) 四川文学工程硕士专业学位论文 其中： g 一一平地机满载时的后桥总重量1 8 0 0 0 * 9 8 * 0 6 2 n r k 一轮胎滚动半径0 6 7 5 m f 一一滚动阻力系数o 0 2 i 一轮边减速传动比5 5 1 0 4 2 n 一一驱动桥数目l 1 1 一驱动桥传动效率0 9 4 * 0 9 7 十o 9 5 m c p = 1 8 0 0 0 * 0 6 2 * 9 8 * 0 6 7 5 十( 0 0 2 + 0 1 5 ) ( 5 5 1 0 4 2 * l $ 0 9 4 * 0 9 7 o 9 5 ) = 2 5 2 8 0 7 n m 3 1 3 2 螺旋锥齿轮的强度校核 1 ) 单位齿长上的压力k k ：一p b 其中：p 为圆周力 2 m m a x 2 m m a x p = d c p ：d 2 一b 4s i n 4 ) 2 p 2 m m a x k ：i ：b ( d 2 一b * s i n 0 2 ) = 1 2 1 3 17 k g c m 2 + 1 1 1 8 2 9 9 8 9 8 + 1 0 0 b ( 3 7 4 9 8 6 一b + s i nq b 2 、 其中b = 5 9 m m中2 = 7 2 6 4 1 9 ” 2 ) 计算主动螺旋锥齿轮的弯曲应力 ( 1 ) 按平均扭矩计算： 。n ：竺旦$ l $ k s * k m k rb + m n j 其中： 2 m c p 2 m c p p = d c p ：d 2 b + s i nq b 2 1 ：兰i ! ! ：! ! ! ! ：! ：! ! ! = 3 7 4 9 8 6 5 9 4s i n 中2 - - 1 4 四川点学工程硕士专业学位论文 = i6 1 8 1 k g k o 一一5 , 2 载系数1 2 5 1 特州系数= 艨= 藤- o s t k f 【i 一载荷再分布系数1 1 0 k v - - 质量系数1 ，0 b - - 一齿宽5 9 m n 一一模数儿0 2 9 j 弯曲计算的综合系数0 ，2 4 。n ：p * k o 上 k s * k i n k vb + m nj ! ! ! ! ：! ：! ：垄+ 1 0 l 5 9 + 1 1 0 2 9 0 8 1 1 + l 。1 0 2 4 = 1 1 5 5 4 k g c m 2 已知： on = 2 1 1 0k g c m 2 可见： on ( o n 3 满足强度要求。 ( 2 ) 按最大扭矩计算： 。m a x 。丝m 型c p + 彻2 燮2 5 2 80 7 4 1 1 5 5 4 = 5 l l 。9k g c m 2 一 已知： om & x = 7 0 0 0 k g c m 2 因此满足要求。 3 ) 从动螺旋锥齿轮的弯曲应力： ( 1 ) 按平均扭矩计算 on ：p * k o 上 k s * k m k rb + m n j = 1 1 5 5 4 k g c m 2 已知 。9 1 = 2 1 1 0 k g c m 2 可见on ( on 满足强度要求。 1 5 四川土学工程硕士专业学位论文 ( 2 ) 按最大扭矩计算： 。m a x _ m m a x 0 7 ：! ! ! ! ! ：! ! 1 5 5 4 ：5 1 1 0 9kgon e f 2 om a x 2 = 一7 t 1 3 3 一 e ( i t m c p 2 5 2 8 0 7 己知： om a x = 7 0 0 0 k g c m 2 因此满足要求。 4 ) 计算主从动锥齿轮的接触应力： ( 1 ) 按平均扭矩计算： 0c = c o f e e l + 土+ ! ：竺! ：! c 26 d， 其中 c o 与材料有关的系数7 4 0 p 一一一圆周力1 6 1 8 1 k g c m c 1 一一过载系数1 2 5 c 2 一一质量系数1 b 齿宽5 9 c m d 一一小轮大端分度圆直径 d = 1 1 0 2 9 十1 l = l2 1 3 1 9 m m c 3 一尺寸系数1 0 c 4 载荷再分布系数1 1 0 c 9 表面质量系数1 0 j _ _ _ 一表面接触强度的综合系数0 1 oc = c 0 女 = 7 4 0 女 塑8 + 1 2 5 + 5 9 + 1 2 1 3 1 9 = 1 2 9 4 7 1 k g c m 2 由于根据有关经验： oc = 2 1 0 0 0k g c m 2 oc oc 满足接触强度要求。 ( 2 ) 按最大扭矩计算： - 一】6 一 一1 0 + 1 1 0 + 1 0 0 1 平吾岳 四川土学工程硕士专业学位论文 。c m a 舻、m 坳m a x + 酽v 1 2 1 5 1 2 8 2 蝴9 9 8 + 1 2 9 4 7 1 = 2 7 2 3 。k g c m 2 已知： 0c m a x = 3 5 0 0 0 k g c m 2 oc m a x oc m a x 故满足要求。 3 1 3 3 主从动螺旋锥齿轮旋向的确定 根据总体布置，平地机后桥输入旋向与装载机相反，加之行星机 构的改变( 原行星机构为行星架固定，齿圈输出，因此要改变旋转方向； 现使用行星机构为齿圈固定，行星架输出，不会改变旋转方向。此处， 暂不考虑传动比的改变) ，因此考虑主从动旋向及从动的摆放位置就很 是重要。对齿轮及轴承受力也是必要的。 齿轮旋向的确定：这主要是为保证车在前进时轴向力及径向力的 方向，即轴向力方向最好背向锥顶( 由小端看) ，径向力指向轴心，即 是使二齿离开的方向。根据轴向力和径向力的计算公式： 口 t = - = 木( t g n * s i n 咖l + s i nbm , c o s 枣1 ) l o s p m p r = - = _ 术( t g 术c o s 由l s i n bm 卑s i n 由1 ) c o s p m 计算可知，主动锥齿轮旋向应为右旋，自然从动锥齿轮为左旋。 同样，为保证车轮的正确旋向，即补偿由差速器改变而带来的旋 向改变，从动锥齿轮应该放至输入的右端。 3 1 4 相关轴承的校核 3 1 4 1 作用于主动螺旋锥齿轮上的力 1 ) 圆周力： d 一2 m c p 一 2 m c p d c p d 2 6 + s i n 中2 2 4 2 5 2 8 0 7 9 8 + 1 0 0 3 74 9 8 6 一b + s i n 巾2 四川史学工程硕士专业学位论文 2 1 b 1 8 1 k g 2 ) 轴向力： 车辆前进：( 主动螺旋锥齿轮顺时针旋转一从锥顶看) 主前2 志+ ( g q 蹦n 中1 + s i nb 州。s 巾1 ) = 罂十( t 9 2 2 5 * s i n l 7 9 3 十s i n 3 4 * c o s l 7 9 3 ) 2 瓦面+ ( g “1 。7 9 3 ) = 1 2 8 7 3 k g 车辆后退：( 主动螺旋锥齿轮逆时针旋转从锥顶看) 畦序志+ ( t g a + s i 呻卜s i 邮时c o 蛐1 ) 2 瓦1 6 1 面8 1 $ ( t 9 2 2 5 s i n l 7 9 3 - s i n 3 4 * c o s l 7 9 3 ) = 一7 8 9 5 k g 3 ) 径向力r ： 车辆前进： r 主前2 c o l s f l m + ( t g a $ c 。s 由l s i nbm 丰s i n 巾1 ) 2 2 1 i 6 i 1 8 j i 1 ( t 9 2 2 5 十c 。s 1 7 9 3 一s i n 3 4 s i n l 7 9 3 ) 2 4 3 3 2 k g 车辆后退： r 主后= c o l s f l m + ( t g 。 c 。s 中l + s i n bm s i n 由1 ) 2 2 1 i 6 i 1 8 j i 1 $ ( t 9 2 2 5 $ c 。s 1 7 9 3 + s i n 3 4 木s i n l 7 9 3 ) = 1 1 0 5 2 k g 3 - 1 4 2 作用于从动锥齿轮上的力( 右旋) 1 ) 圆周力： 一一i8 四川大学工程硕士专业学位论文 p 2 1 6 1 8 1k g 2 ) 轴向力 车辆前进( 从动螺旋锥齿轮逆时针旋转一从锥顶看) t 从前= r 主前= 4 3 3 2k g 车辆后退( 从动螺旋锥齿轮顺时针旋转从锥顶看) 1 、从后= r 主后= 1 1 0 5 2k g 3 ) 径向力 车辆前进( 从动螺旋锥齿轮逆时针旋转一从锥顶看) r 从前= t 主前= 1 2 8 7 3 k g 车辆后退( 从动螺旋锥齿轮顺时针旋转一从锥顶看) r 从后= t 主后= 一7 8 9 5 k g 以上计算作如下说明： 1 ) 力的符号： 轴向力：“+ ”号力背向锥顶“一”号力指向锥顶。 径向力：“+ ”号力使二齿离开“一”力使二齿接近。 2 ) 由于两轴夹角为9 0 ，所以主动螺旋锥齿轮的径向力和轴向力才分 别等于从动锥齿轮的轴向力和径向力，其方向相反。 3 ) 平地机前进时，从小端看主动锥齿轮作顺时针旋转，从动锥齿轮 作顺时针旋转。 3 1 4 3 主动螺旋锥齿轮轴承校核 1 ) 求支反力： 四川大学工程硕士专业学位论文 p a = 4 8 前进时： a 点支反力 图3 1 主动螺旋锥齿轮受力图 b = 1 4 8 ，5c = a 十b = 1 9 65 f nn = i 1 一l ，* 扫) 2 _ = i j i ；石葡 其中： - g 为主动锥齿轮平均分度圆半径 r = d 1 一b i l * s i n l = 51 5 8 0 1 主动螺旋锥齿轮大端分度圆直径1 2 1 3 1 9 b 1 主动螺旋锥齿轮齿宽5 9 中1 主动螺旋锥齿轮节锥角1 7 9 3 1 t 2 昙。府可丽丽 2 丽1 x ( 1 6 1 8 1 4 8 ) + ( 4 3 3 2 4 8 - 1 2 8 7 3 5 1 5 8 ) ：。 = 6 0 6 5 k g n 1 r ：一 h “f i + ( 尸4 c ) 2 + ( 尺4 c - - ，+ r ) 2 口川完学工程硕士专业学位论文 。志+ j ( 1 6 1 8 1 + 1 9 6 5 ) 2 + ( 4 3 3 1 9 6 5 1 2 8 7 5 1 5 8 ) 2 2 2 1 4 4 d k g 后退时： f 萨吉+ 府可硒丽 2 志4 ( 1 6 1 8 1 4 8 ) 2 + ( 1 2 8 7 3 4 8 + 7 8 9 5 5 1 5 8 ) 2 = 8 6 6 i k g 2 ：1 + 府丽丽丽 2 丽1 、( 1 6 1 8 1 1 9 6 , 5 ) 2 + ( 1 2 8 73 1 9 6 5 + 7 8 9 5 5 1 5 8 ) 2 = 2 9 1 4 k g 2 ) 支点a 轴承的额定动载荷c 的校核 a ) 求当量载荷p 附加轴向力s ： 2 + j ， 对轴承3 2 3 1 3v = l ，7 前进时f r a = 6 0 6 5 k gf r b = 2 1 4 4 8k g 后退时f r a = 8 6 6 1 k g f r b = 2 9 1 4 k g 2 刍啪啪 s = 鲁堋o 8 。等_ 2 5 4 7_1 前进时： 由于轴承为反排列 。su e f rf r a 6 0 6 5 查表知：e = 0 3 5 p a 前= f a 前$ x 十f a * y = 6 0 65 * 0 4 + 1 7 8 3 1 7 = 5 4 5 7 ik g 查表可知：x = o 4 y = 1 7 后退时 p ae = f 月。x + f a * y = 8 6 6 1 0 4 + 2 5 4 7 术1 7 = 7 7 9 4 3k g b ) 假设轴承基本额定寿命l = 5 0 0 0 h c ) 基本额定动载荷c 的计算： c = r a e ：亭= 7 7 9 4 3 * 1 i 争2 8 5 。6 k g 其中n 轴承转速( 对应于平均计算扭矩时的转速) n = 4 4 6r m i n d ) 查轴承手册： 轴承3 2 3 l3 额定动载荷cm = 2 6 0 k n 。2 6 5 3 0 k g c ( c 女 该轴承符合使用要求。 4 3 ) 支点b 轴承的额定动载荷c 的校核 a ) 求当量载荷p 附加轴向力s = 蔫 对轴承3 2 3 1 5 y = i 7 前进时f r a = 6 0 6 5 k g f r b 2 2 1 4 4 8k g 后退时f r a = 8 6 6 1 k g f r b = 2 91 4 k g 2 2 - 四川土学工程硕士专业学位论文 = 鲁一7 8 。 s 旷羔= 2 5 4 73 n 2 石百2 qo s nn = 两f r = 6 3 0 8 s u 口= 。f 十r y = 8 5 7 1 沁2 2 + y 2 8 b l 前进时： 由于轴承为反排列 s b 前 e 查表知：e = o 3 5 p b 目u = f b 前$ x + f b y = 2 1 4 4 8 0 4 + ( 1 2 8 7 3 + 1 7 8 3 ) 1 7 = 3 3 4 9 4 4k g 查表可知：x = o 4y = 1 7 后退时： p b 后= f b 后 x 十f b * y = 2 9 1 4 * 0 4 + ( 1 2 8 7 3 + 2 5 4 7 ) 十1 7 = 3 7 8 7k g