32t矿用自卸车驱动桥结构选择.doc

燕山大学专业综合训练说明书1. 绪论1.1 课题背景1.1.1非公路矿用自卸车定义非公路矿用自卸车是指在露天场合为完成岩石土方运输与矿石运输等任务而使用的一种非公路用重型自卸车。 它主要应用在露天矿山 、港口码头、 水利水电工程和钢厂等大型施工现场 。1.1.2非公路矿用自卸车发展前景非公路自卸车本身是一个很有发展潜力的行业，也是市场急需的产品。 改革开放以来，我国正进入工业化时代，国家重大工程的不断实施以及对矿产资源的极大需求，都对运输车辆提出很高的要求。随着生产厂家的不断增加，社会需求量和保有量的逐渐增大，整个行业形成一种至上而下的产业开发趋势，产业链能够很快形成，步入良性循环轨道。就其发展趋势而言，非公路自卸车的需求量逐年递增，其产销量每年都以10%左右的幅度增长。所以非公路自卸车行业是一个朝阳行业，具有很大的发展空间。1.2 课题分析 1.2.1 后桥总成概述本课题设计32t矿用自卸车的后桥总成，后桥是汽车传动系统中最后一个总成，其基本功用是将从液力机械变速器方面输入的动力最后传给驱动轮。主要由主减速器、差速器、半轴、轮边减速器、后轮毂和后桥壳等零部件组成。1.2.2 动力传动原理自液力机械变速器经后桥传动轴输入后桥的动力，首先传到主减速器。通过主减速器的作用，增大了扭矩，同时相应地降低了转速，而且旋转轴线也作了90的改变。然后动力经差速器分配给左右两半轴，驱动左右两轮边减速器，进一步降低转速，增大扭短，最后动力经后轮毂传到驱动车轮。如图1-1所示。图1-1 矿用自卸车传动系主要总成及传动原理示意图1-发动机；2-前传动轴；3-液力机械变速器；4-后桥传动轴；5-后桥；6-主减速器；7-差速器；8-半轴；9-轮边减速器2. 主减速器的方案2.1 主减速器的功用 主减速器的功用是将输入的转矩增大并相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。由于汽车在各种道路上行使时，其驱动轮上要求必须具有一定的驱动力矩和转速，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器后，便可使主减速器前面的传动部件如变速器、万向传动装置等所传递的扭矩减小，从而可使其尺寸及质量减小、操纵省力。2.2 主减速器的结构形式选择驱动桥中主减速器、差速器设计应满足如下基本要求：（1）选择的主减速比应能保证汽车既有最佳的动力性和燃料经济性。（2）外型尺寸要小，保证有必要的离地间隙；齿轮其它传动件工作平稳，噪音小。（3）在各种转速和载荷下有高的传动效率；与悬架导向机构与动协调。（4）在保证足够的强度、刚度条件下，应力求质量小，以改善汽车平顺性。（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，拆装、调整方便。按参加减速传动的齿轮副数目分，主减速器的的结构形式有多种，基本形式有三种如下：（1）单级主减速器（如图2-1），一般在主传动比较小的情况下，应尽量采用单级主减速器。目前,对于轿车和一般轻、中型货车，采用单级主减速器即可满足汽车动力性要求。它具有结构简单、体积小、质量小和传动效率高等优点。（2）双级减速器（如图2-2），根据发动机特性和汽车使用条件，要求主减速器具有较大传动比时，由一对锥齿轮构成的单级主减速器已不能保证足够的最小离地间隙，这时则需要采用两对齿轮来实现降速 ，需用双级减速器。由于上述中央双级减速桥均是在中央单级桥的速比超出一定数值或牵引总质量较大时，综合来说，双级减速桥一般均不作为一种基本型驱动桥来发展，而是作为某一特殊考虑而派生出来的驱动桥存在。（3）中央单级、轮边减速器，在重型载货车、越野汽车或大型客车上，当要求有较大的主传动比和比较大的离地间隙时，往往将双级主减速器中的第二级减速齿轮机构之城同样的两套，分别安装在两侧驱动轮的近旁，称为轮边减速器，此时第一级即称为主减速器。 综合上述，由于32t矿用自卸车载重量较大，要求主减速器能够输出大扭矩，因此选择第一级为单级主减速器，第二级为轮边减速器的方案。 图2-1 单级主减速器 图2-2 双级主减速器 2.2.1 主减速器的齿轮类型按齿轮副结构型式分，主减速器的齿轮传动主要有螺旋锥齿轮式传动、双曲面齿轮式传动、圆柱齿轮式传动（又可分为轴线固定式齿轮传动和轴线旋转式齿轮传动即行星齿轮式传动）和蜗杆蜗轮式传动等形式。目前汽车主减速器中基本上不用直齿圆锥齿轮，这是为了减小后桥的外廓尺寸。当选定车轮规格后，后桥中间部分在高度方向的尺寸，对上影响车身底扳高度，对下决定了汽车离地高度。若离地太近，将使后桥易与路面凸起的障碍物碰撞，因而降低汽车在不平路上的通过能力。后桥中间部分在高度方向的尺寸，主要决定于主减速器从动锥齿轮直径的大小。在同样的传动比情况下，若主动锥齿轮的齿数愈多，相应的从动锥齿轮的齿数也愈多，其直径也愈大。因此在保证所要求的传动比及足够的轮齿强度、刚度条件下，应尽可能减少主动齿轮的齿数，从而减小从动齿轮的直径，以保证足够的离地高度。但每一种齿轮的最少齿数都有一定限制，齿数过少时，在加工中要产生轮齿根部被切薄的现象(即“根切”现象)，从而会大大降低齿轮强度。实践和理论分析证明，螺旋锥齿轮(如图2-3（a）所示)不发生根切的最少齿数比直齿的最小齿数要少，显然采用螺旋锥齿轮在同样传动比下主减速器结构就比较紧凑。由于螺旋锥齿轮的啮合特点，使其工作过程中的噪音也比较小，所以在矿用自卸车上获得广泛的采用。(a) （b）图2-3 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮传动（a）螺旋锥齿轮 （b）双曲面齿轮2.2.2 主、从动锥齿轮支承方案的选择（1）主动锥齿轮支承方案的选择 主动锥齿轮的支承形式可分为悬臂式支承（图2-4所示）和跨置式支承（如图2-5所示）两种。因矿用自卸车载重量较大，故选用跨置式支承。（2）从动锥齿轮支承方案的选择 从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图2-6 示）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减小尺寸c+d。为了使从动锥齿轮背面的差速器壳体处有足够的位置设置加强肋以增强支承稳定性，c+d 应不小于从动锥齿轮大端节圆直径的70%。为了使载荷能均匀分配在两轴承上，应是c 等于或大于d。图2-4 悬臂式支承 图2-5 跨置式支承图2-6 从动锥齿轮支撑形参考上海SH380A型汽车主减速器构造如图2-7所示.图2-7 后桥主减速器和差速器1-紧固螺母；2-垫圈；3-驱动突缘；4-前轴承受油器；5、6-调整垫片；7-轴承隔离套；8-轴承座；9-圆锥滚子轴承；10-主动锥齿轮；11-圆柱滚子轴承；12-调整螺母锁片；13-轴承调整螺母；14-圆锥滚子轴承；15-差速器左壳；16-半轴齿轮；17-差速器十字轴；18-行星齿轮；19-从动圆锥齿轮；20-差速器右壳；21-从动锥齿轮止推销；22-主减速器壳；23-半轴油封；24-油封座；25-后桥壳；26-半轴27-半轴套管为保证主动锥齿轮有足够的支承刚度，上海SH380A型汽车主减速器的主动锥齿轮与轴制成一体，其前端支承在两个圆锥滚子轴承9上(此两轴承的规格不问)，后端支承在圆柱滚子轴承11上，形成所谓跨置式支承。环状的从动锥齿轮19铆接在差速器右壳20上，右壳与左壳用螺钉连成一体，并用两个圆锥滚子轴承14支承在主减速器壳体22的座孔中。为保证从动锥齿轮有足够的支承刚度，正对其与小齿轮啮合处的背面，在壳体22上装有可调的止推销21，以限制从动锥齿轮在所传递的扭矩较大时产生的变形量。2.3 轮边减速器在重型载重汽车上，要求后桥有较大的传动比，而且后桥的输入扭矩也比较大。在此情况下，后桥往往设有两级减速齿轮机构，第一级减速齿轮机构就是前面所讲的主减速器，而第二级减速齿轮机构则为两个同样的减速器，分别安装在两侧驱动车轮的近旁，称为轮边减速器。以上海SH380A型汽车为例，其轮边减速器构造如图2-8所示。图2-8 上海SH380A型汽车轮边减速器 1-半轴套管；2-齿圈座；3-齿圈；4-行星齿轮；5-行星架；6-行星齿轮轴；7-中心齿轮；8-锁紧螺母；9-螺栓；10-螺钉；11-轮毂；12-半轴；13-多片盘式制动器 采用轮边减速器使后桥中间部分主减速器尺寸减小，保证了足够的离地高度，并可得到比较大的总传动比。由于半轴在轮边减速器之前，它所承受的扭矩大为减少，因而半轴和差速器等零件尺寸可以减小。但是，轮边减速器需要两套减速器，构造比较复杂，制造成本也比较高。3. 差速器的方案3.1 差速器的功用汽车行驶过程中，车轮与路面存在着两种相对运动状态，即车轮沿路面的滚动和滑动。滑动将加速轮胎的磨损，增加转向阻力，增加汽车的动力消耗。因此，希望在汽车行驶过程中，尽量使车轮沿路面滚动而不是滑动，以减少车轮与路面之间的滑磨现象。 当汽车转弯行驶时，内外两侧车轮在同一时间内要移动不同的距离，外轮移动的距离比内轮大。若两轮与同一根轴刚性连接，即两轮只能以同一转速转动，则两轮要在同一时间内移动不同距离，必然是边滚动边滑动。若两侧驱动轮与同一根轴刚性连接，即使汽车在平路上直线行驶，也难以避免车轮与路面的滑磨现象。这是因为轮胎制造中的误差、轮胎气压的差别和磨损不均匀等都可能引起两个车轮半径不相等，两个半径不等而用一根轴驱动的车轮，要沿直线运动，即要求在同一时间内左右轮轴心移动相同距离，则必然两个车轮要边滚动边滑动。 即使认为两轮半径是相等的，但在沿凹凸不平的道路行驶时，两轮在同一时间内其轴心移动的距离也不相等，若用一根轴刚性连接左右两轮，仍然要产生滑磨现象。由上述可知，为了使车轮相对路而的滑磨尽可能地减少，同一后桥的左右两侧驱动轮不能由一根整轴直接驱动，而应由两根半轴分别驱动，使两轮有可能以不同转速旋转，尽可能地接近于纯滚动。两根半轴则由主减速器通过差速器驱动。3.2 差速器结构形式差速器按其结构特征可分为齿轮式、凸轮式、蜗轮式和牙嵌自由轮式等多种形式。汽车上广泛采用的差速器为对称锥齿轮式差速器，具有结构简单、质量较小等优点，应用广泛。它可分为普通锥齿轮式差速器、摩擦片式差速器和强制锁止式差速器。普通齿轮式差速器的传动机构为齿轮式。齿轮差速器要圆锥齿轮式和圆柱齿轮式两种。强制锁止式差速器就是在对称式锥齿轮差速器上设置差速锁。当一侧驱动轮滑转时，可利用差速锁使差速器不起差速作用。差速锁在军用汽车上应用较广。以上海SH380A型汽车为例，差速器的构造如图2-7所示。它主要由圆锥行星齿轮、行星齿轮铀(十字轴)、圆锥半轴齿轮和差速器壳等组成。差速器壳由螺栓固紧的两部分15和20组成。主减速器的从动锥齿轮用铆钉固定在差速器壳右半部20的凸缘上。装合时，十字形的行星齿轮轴17的四个轴颈嵌在差速器壳两半端面上相应的凹槽所形成的孔内，差速器壳的剖分面通过行星齿轮轴各轴颈的中心线。每个轴颈上浮套着一个内孔压装有青铜衬套的直齿圆锥形行星齿轮18。这样，差速器壳和十字轴组成为行星架。两个直齿圆锥形半轴齿轮16的轴颈，分别支承在差速器壳左右两半的、压装有青铜衬套的相应座孔之中。每个行星齿轮18都同时与两个半轴齿轮16啮合。半轴齿轮用花键与半轴相连。动力自主减速器从动齿轮依次经差速器壳、十字轴、行星齿轮、半轴齿轮、半轴、轮边减速器输给驱动车轮。当两边车轮以相同的转速转动时，行星齿轮只有绕半轴轴线的转动公转。若两边车轮阻力不同，则行星齿轮在作上述公转运动的同时，还可绕自身轴线转动自转。当行星齿轮自转时，两半轴齿轮即以不同转速转动。 行星齿轮背面，即靠差速器壳的端面，做成球面，以保证行星齿轮更好地对正中心，以及和两个半轴齿轮正确地啮合。 由于行星齿轮和半袖齿轮是锥齿轮传动，在传递扭矩时，沿行星齿轮和半轴齿轮的轴线作用着很大的轴向力，而齿轮和差速器完间又有相对运动。为了减少摩擦和磨损，在半轴齿轮16和差速器壳之间，装着耐磨的锡青铜平垫片；而在行星齿轮18与差速器壳之间，装着耐磨的球面垫片。这些垫片的厚度有15毫米和2毫米两种规格，供修配时更换。当行车行驶一定里程垫片磨损后可换上新垫片，这样做可以提高齿轮寿命。差速器是用主减速器壳体中的润滑油来润滑的。在差速器壳体上开有窗口，供润滑油进出差速器。为了保证行星齿轮和十字轴轴颈之间有良好的润滑，在十字轴轴颈上铣出两个小平面，并在行星齿轮和十字轴轴颈之间钻有小孔作为油道。4. 半轴的方案4.1 半轴的功用 驱动车轮的传动装置位于汽车传动系的末端，其功用是将转矩由差速器半轴齿轮传给驱动车轮。在断开式驱动桥和转向驱动桥中，驱动车轮的传动装置包括半轴和万向节传动装置且多采用等速万向节。在一般非断开式驱动桥上，驱动车轮的传动装置就是半轴，这时半轴将差速器半轴齿轮与轮毂连接起来。在装有轮边减速器的驱动桥上，半轴将半轴齿轮与轮边减速器的主动齿轮连接起来。4.2 半轴结构形式的选择半轴根据其车轮端的支承方式不同，可分为牛浮式、34浮式和全浮式三种形式。（1）半浮式半轴(图4-1a)的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴结构简单，所受载荷较大，只用于轿车和轻型货车及轻型客车上。（2）3/4浮式半轴(图4-1b)的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部，直接支承着车轮轮毂，而半轴则以其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般仅用在轿车和轻型货车上。图4-1 半轴结构形式a)半浮式 b)浮式 c)全浮式（3）全浮式半轴(图4-1c)的结构特点是半轴外端的凸缘用螺钉与轮毂相联，而轮毂又借用两个圆锥滚子轴承支承在驱动桥壳的半轴套管上。理论上来说，半轴只承受转矩，作用于驱动轮上的其它反力和弯矩全由桥壳来承受。但由于桥壳变形、轮毂与差速器半轴齿轮不同女、半轴法兰平面相对其轴线不垂直等因素，会引起半轴的弯曲变形，由此引起的弯曲应力一般为570MPa。全浮式半轴主要用于中、重型汽车上。综上，在32t矿用自卸车上应选用全浮式半轴。 以上海SH380A型汽车为例，其半轴是在差速器与轮边减速器之间传递动力的实心轴，采用合金钢制造。其一端以花键连接半轴齿轮，另一端以花键连接轮边减速器主动齿轮，而中间没有任何支承。半轴只承受扭矩，其两端均不承受任何反力和弯矩，这种支承型式称为全浮式。所谓“浮”，即指卸除半轴的弯曲载荷而言。 5. 后桥壳的方案5.1 后桥壳的功用后桥壳在传动系中的作用是支承并保护主减速器、差速器、半轴和轮边减速器等部件。但后桥壳同时又作为行驶系的主要组成之一，还具有如下功用：使左右驱动车轮的轴向位置固定；同前桥一起支承车架及车架以上的各总成重量；在汽车行驶时，承受由车轮传来的路面反作用力和力矩，并经过悬架传给车架。5.2 后桥壳形式的选择从汽车使用方面对后桥壳提出的要求，主要是有足够的强度和刚度，重量轻，并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和重量比较大，制造较困准，故其结构型式在满足基本使用要求的前提下，尽可能便于制造。因矿用自卸车对后桥壳的刚度和强度的要求较高，是主要考虑因素，因此选用整体式结构。整体铸造式桥壳构造如图5-1所示。