【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 旋角 指該齒輪節(jié)錐齒輪線上某一點(diǎn)的切線與該切點(diǎn)的節(jié)錐線之間的夾角。螺旋角越大，齒輪重疊系數(shù)增大，錐齒輪傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪音越小，但會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力，縮短軸承的壽命 [8]。輪式裝載機(jī)普遍采用 =35186。[6]。本次設(shè)計(jì)采用 =35186。m?m? 齒面寬 的確定b增加齒面寬理論上可以提高齒輪的強(qiáng)度及使用壽命，但實(shí)際上，齒面寬過(guò)大會(huì)使螺旋錐齒輪小端變長(zhǎng)，導(dǎo)致齒面變窄和齒根圓角半徑過(guò)小，齒輪的負(fù)荷易于集中小端，從而導(dǎo)致輪齒折斷。齒面寬過(guò)小同樣也會(huì)降低輪齒的強(qiáng)度和壽命。通常螺旋錐齒輪傳動(dòng)大齒輪的齒面寬可由下式 [6]初算： （36）aRb312?式中 ——大齒輪齒寬，㎜；2b——錐齒輪傳動(dòng)的節(jié)錐距，㎜。aR= = =㎜???=㎜，同時(shí)， 不應(yīng)超過(guò)端面模數(shù) 的 10 倍,即：ab312?2bm≤10 =107=70㎜，最終確定 =36㎜。通常，小錐齒輪齒面寬 比大錐齒輪齒面寬 約大 10%，以使其在大錐齒輪輪齒兩12b端都超出一些，便于嚙合。小錐齒輪齒面寬 = =36=㎜。1.最后取 =40㎜。1b 螺旋方向的選擇設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)車輛的行駛情況，使齒輪軸向力方向能將兩錐齒輪相互斥離，防止輪齒卡住。根據(jù)上述要求，驅(qū)動(dòng)橋主傳動(dòng)器主動(dòng)錐齒輪應(yīng)為左旋，從動(dòng)錐齒輪應(yīng)為右旋。對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)的裝載機(jī)，若單從使兩錐齒輪相互斥離的觀點(diǎn)來(lái)考慮，則前后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪的螺旋方向相反。但為了提高產(chǎn)品的通用性，常使前后驅(qū)動(dòng)橋主動(dòng)錐齒輪的螺旋方向相同。這時(shí)，齒輪不可避免會(huì)互相咬卡。 齒高變位系數(shù)的選擇為防止小錐齒輪可能發(fā)生的根切，輪式裝載機(jī)主傳動(dòng)器的螺旋錐齒輪采用短齒和高度修正。高度修正的實(shí)質(zhì)是小錐齒輪采用正變位，而大錐齒輪采用負(fù)變位，增大小錐齒輪齒頂高，降低大錐齒輪齒頂高，提高輪齒的強(qiáng)度。小錐齒輪齒頂高的增大值與大錐齒輪齒頂高的降低值相等。螺旋錐齒輪的齒頂高系數(shù) =，頂隙系數(shù) =。?ah?c對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的格里什制等間隙收縮齒，小齒輪高度變位系數(shù) = ，1????????oi大齒輪高度變位系數(shù) = 。2?1 齒側(cè)間隙 的選擇nc齒側(cè)間隙是指輪齒嚙合時(shí)，非工作齒面間的最短法向距離。齒側(cè)間隙過(guò)小，不能形成理想的潤(rùn)滑狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)表面加速磨損，甚至卡死現(xiàn)象；齒側(cè)間隙過(guò)大，易造成沖擊，增大噪聲。選取齒側(cè)間隙 =㎜。nc此次設(shè)計(jì)的 35 186。 螺旋錐齒輪幾何尺寸詳見(jiàn)表 31：表 31 主傳動(dòng)器螺旋錐齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱 公式代號(hào) 數(shù)值1Z13齒數(shù) 233壓力角 ?22186。30180。180。端面模數(shù) m7螺旋角 ?35186。齒頂高系數(shù) ?? 2頂隙系數(shù) ?續(xù)表 31：名稱 公式代號(hào) 數(shù)值側(cè)隙系數(shù) n 軸交角 ??90o1b40齒寬 236Zmd??91分度圓直徑231??ha11??? 22?? a??21186。30180。分錐角 290o68186。30180。外錐距 =aR21?周節(jié) mt???2186。17180。齒根角 ffR224186。25180。齒頂角 1fa?4186。25180。12fa??2186。17180。a??25186。55180。頂錐角 22a70186。47180。11ff19186。13180。根錐角 22??64186。5180。螺旋方向 小錐齒輪右旋，大錐齒輪左旋 ????????111costantxmS??? 2?? 齒輪材料的選擇及熱處理ZL30 裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的工作條件相當(dāng)惡劣的，具有載荷大、作用時(shí)間長(zhǎng)、載荷變化多、沖擊大、要求可靠性高等特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)，主傳動(dòng)器錐齒輪的材料和熱處理應(yīng)滿足如下的要求：a)齒輪具有較高的強(qiáng)度和剛度；b)齒面應(yīng)具有較高的硬度和較低的粗糙度，以提高耐磨性；c)齒輪芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性，以適應(yīng)沖擊載荷；d)材料的加工性能良好，且適合進(jìn)一步熱處理；e)齒輪材料易于獲得。根據(jù)以上要求選齒輪材料為滲碳合金鋼 ，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒CrMnTi20表面硬度應(yīng)達(dá)到 58～64HRC，芯部硬度較低，約為 29～45HRC， =1100 ， =850b?Mpas?。 Mpa為防止齒輪副在運(yùn)行初期發(fā)生膠合、咬死，錐齒輪在熱處理以及精加工后，均予厚度為 ～㎜的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對(duì)齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，以提高齒輪壽命。為了提高耐磨性，可進(jìn)行滲硫處理。滲硫可顯著降低摩擦系數(shù)，防止齒輪咬死。此外，為防止齒輪在淬火時(shí)產(chǎn)生較大的變形，可采用壓淬法 [7]。 主傳動(dòng)器錐齒輪的強(qiáng)度校核在完成主傳動(dòng)器錐齒輪的幾何計(jì)算，選擇材料及熱處理方式后，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，以保證錐齒輪有足夠的強(qiáng)度和壽命，安全可靠地工作。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算之前，應(yīng)首先了解齒輪的破壞形式，以及其影響因素。齒輪的破壞形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損，齒面膠合等。驅(qū)動(dòng)橋齒輪承受的是交變載荷。但由于裝載機(jī)作業(yè)中制動(dòng)頻繁，制動(dòng)沖擊大，主傳動(dòng)器錐齒輪主要的破壞形式是輪齒崩斷，而且輪齒崩斷對(duì)驅(qū)動(dòng)橋的影響是致命的。故本處只以輪齒承受的最大扭矩進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，而不再進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 輪齒的彎曲強(qiáng)度校核錐齒輪齒根彎曲應(yīng)力可用以下公式 [6]計(jì)算： （37）JKmbPSVD????1??上述公式由三部分組成： 為載荷有關(guān)的系數(shù)， 為輪齒尺寸有關(guān)的系數(shù)，K? b?1為應(yīng)力分布有關(guān)的系數(shù)。JKmS?式中 ——彎曲應(yīng)力， ；??Mpa——齒輪齒寬中點(diǎn)圓周力， ；PNdP3102??式中 大錐齒輪計(jì)算扭矩， ；m錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm； （38）?sin???bde式中 ——齒輪分度圓直徑，㎜；e——齒輪齒面寬，㎜；b——分錐角。?——過(guò)載系數(shù)，與錐齒輪副運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作性DK質(zhì)和載荷性質(zhì)，對(duì)有液力變矩器的輪式裝載機(jī)，取 =；DK——質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當(dāng)輪齒嚙合良好時(shí)，取V=；V——載荷分配系數(shù)，反映在齒寬上載荷分配的不均勻性，與齒輪的的支mK承剛度有關(guān)。當(dāng)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承時(shí)， =～，取 =。mKmK——齒寬，㎜；b——齒輪大端模數(shù)，7㎜；——尺寸系數(shù)，反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與輪齒尺寸熱處理等因素SK有關(guān)。因 =10≥ mm 時(shí)， 。??KS——彎曲強(qiáng)度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)位置、輪齒間J的載荷分配、有效齒寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)對(duì)彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻(xiàn)[2]，可得： =， =。12把以上各參數(shù)代入公式（37）可得： ，??????齒輪材料為滲碳合金鋼 ，經(jīng)滲碳、淬火、回火后， =1100 ，錐齒CrMnTi0 bM輪的許用彎曲應(yīng)力為： [ ] 。p?b7.?因， [ ] ， [ ]1??pa72?pa0所以，齒輪彎曲強(qiáng)度滿足要求。 輪齒齒面的接觸強(qiáng)度校核 輪齒齒面的接觸應(yīng)力可按下式 [6]計(jì)算： （39）式中 ——接觸應(yīng)力， ；c?Mpa——彈性系數(shù)，取 =234 ；PCPC——齒輪齒寬中點(diǎn)圓周力， ,計(jì)算過(guò)程與 節(jié)輪齒的彎曲強(qiáng)度校核N相同；——過(guò)載系數(shù)，與錐齒輪副運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)工作性D質(zhì)和載荷性質(zhì)，對(duì)有液力變矩器的輪式裝載機(jī)，取 =；DC——質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當(dāng)輪齒嚙合良好時(shí)，取VC=；V——尺寸系數(shù)，反映了材料性質(zhì)的不均勻性，與輪齒尺寸熱處理等因素S有關(guān)。因 =7≥ mm 時(shí)， ；??mCS——載荷分配系數(shù)，反映在齒寬上載荷分配的不均勻性，與齒輪的的支C承剛度有關(guān)。當(dāng)主動(dòng)錐齒輪采用懸臂式支承時(shí)， =～，取 =；mCmK——齒寬，㎜；b——接觸強(qiáng)度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點(diǎn)位置、輪齒CJ間的載荷分配、有效齒寬、應(yīng)力集中系數(shù)及慣性系數(shù)對(duì)彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻(xiàn)[2]，可得： =， =；12CJCfmSVDPc Jdb????把以上各參數(shù)代入公式（39） ，可得： ， 。????大小錐齒輪的許用接觸應(yīng)力均為：[ ] 。C因， [ ] ， [ ]1c?CMpa280?2?所以，齒輪接觸強(qiáng)度滿足要求。4 差速器設(shè)計(jì)車輛在行駛過(guò)程中，由于左右兩輪胎滾動(dòng)半徑不相等、左右兩輪接觸的路面條件不同、行使阻力不相等因素，左右車輪在同一時(shí)間內(nèi)滾過(guò)的路程往往是不相等的。如果驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪剛性連接，則不論轉(zhuǎn)彎行使或直線行使，均會(huì)引起車輪在路面上的滑移或滑轉(zhuǎn)，將增加輪胎的磨損，增加轉(zhuǎn)向阻力，同時(shí)也增加功率損耗。為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，允許左右車輪以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器是個(gè)差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其功用是能使左右車輪差速滾動(dòng)，并將主傳動(dòng)器傳來(lái)的動(dòng)力分配給兩側(cè)車輪。為提高裝載機(jī)在惡劣路面的通過(guò)性和充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，裝載機(jī)需要對(duì)差速器采取防滑措施。例如加進(jìn)摩擦元件以增大其內(nèi)摩擦，提高其鎖緊系數(shù)；或加裝可操縱的、能強(qiáng)制鎖住差速器的裝置——差速鎖等。差速器有多種形式。本次設(shè)計(jì)只設(shè)計(jì)車輛上廣泛采用的對(duì)稱式圓錐齒輪差速器。其結(jié)構(gòu)如下圖 41 所示：圖 41 普通對(duì)稱式圓錐齒輪差速器 圓錐直齒輪差速器基本參數(shù)的選擇由于差速器的外殼是安裝在主傳動(dòng)器的從動(dòng)錐齒輪上的，確定差速器外殼尺寸時(shí)要考慮差速器受主傳動(dòng)器的限制。 差速器球面直徑的確定差速器球面直徑表征了差速器的大小和強(qiáng)度，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 [6]來(lái)確定： (41)3maxMK??式中 ——差速器球面直徑，mm；?——球面系數(shù)，～；K——差速器承受的最大扭矩， ，按從動(dòng)錐齒輪上的最大扭矩計(jì)算，maxMN得 = = 。ax2N代入相關(guān)參數(shù)，算得 =～ ，對(duì)于采用四行星輪型差速器的車?輛，取較小值，取 =90mm； 差速器齒輪參數(shù)的選擇差速器的球面半徑確定后，差速器齒輪的大小就基本確定下來(lái)了。因此，齒形參數(shù)的選擇可使齒輪有較高的強(qiáng)度。目前，差速器大都采用壓力角 =22186。30180。，齒頂高系數(shù)?=，頂隙系數(shù) = 的齒形。與標(biāo)準(zhǔn)齒形相比，這種齒形可以使齒輪采用較大?ah?c的模數(shù)，在幾何尺寸一樣的情況下，可充分發(fā)揮齒輪的強(qiáng)度。（1）齒數(shù)的選取行星齒輪齒數(shù)多數(shù)采用 =10～12，半軸齒輪齒數(shù)多采用 =16～22，且半軸齒輪1Z2Z齒數(shù) 與行星齒輪齒數(shù) 之比在 ～2 之間。1Z2為了保證安裝，行星齒輪與半軸齒輪的個(gè)數(shù)應(yīng)符合如下公式 [6]： (42)CNZX??右 半左 半式中 ——左右半軸齒輪的齒數(shù)；右 半左 半 、 Z——差速器行星齒輪個(gè)數(shù)，大中型工程機(jī)械的行星齒輪數(shù)為 4，小型工CXN程機(jī)械為 2，在此取 =4；X——任意整數(shù)。根據(jù)以上要求，取 =10, =18。1Z2（2）齒輪模數(shù) 的確定m可由下式 [6]計(jì)算節(jié)錐距： （43）??~???dAo式中 為行星輪的分錐角, = =29176。3180。；1?21arctZ??rta所以, =452sin29o3180。=㎜。11sin2???圓整，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) .5㎜。m（3）齒面寬可由下式 [6]計(jì)算半軸齒輪齒寬： (44)2???b式中 為齒寬系數(shù)， 取 ；b?b?得 =45=㎜，取 =㎜。2 2行星輪齒寬 比行星輪齒寬 寬約 10%。1則 = ==㎜，取 =15㎜。1b2 1b（4）變位系數(shù)為提高齒輪的強(qiáng)度，采用高度變位。經(jīng)查表得，變位系數(shù) 。??差速器齒輪幾何尺寸見(jiàn)表 41： 表 41 差速器齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱 公式代號(hào) 行星齒輪 1Z半軸齒輪 2Z齒數(shù) Z=101=182模數(shù) 齒面寬 B =151b=壓力角 ?=22186。30180。?變位系數(shù) ?齒頂高系數(shù) ?頂隙系數(shù) 側(cè)向間隙 齒全高 ??ma???軸間夾角 Σ 90186。分度圓直徑 Zd? =451d=812d分錐角 211arctn?290??o=29186。3180。?=60186。57180。?齒頂角 11,fafa??6186。55180。 4186。3180。節(jié)錐距 2ZAo?齒頂高 ??mha??==齒根高 cf??= =齒根角 offrtn?4186。3180。 6186。55180。齒頂角 121,fafa?6186。55180。 4186。3180。根錐角 ff???25186。 54186。2180。頂錐角 aa?35186。58180。 65186。 差速器直齒錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算 齒輪材料的選取根據(jù)差速器齒輪工作環(huán)境和受載性質(zhì)，差速器中行星齒輪和半軸齒輪的材料選為滲碳合金鋼 ，經(jīng)滲碳、淬火、回火后，輪齒表面硬度應(yīng)達(dá)到 58～64HRC，芯部CrMnTi20硬度較低，約為 29～45HRC， =1100 ， =850 。b?Mpas?pa 齒輪強(qiáng)度校核計(jì)算由于差速器齒輪的工作條件比主傳動(dòng)器齒輪的工作環(huán)境要好的多，而且只有當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎，或路面不平時(shí)，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時(shí)，差速器齒輪才會(huì)有嚙合傳動(dòng)。因此，一般只對(duì)差速器齒輪應(yīng)進(jìn)行彎曲強(qiáng)度計(jì)算，而不計(jì)算接觸強(qiáng)度?？砂聪率?[6]對(duì)差速器齒輪強(qiáng)度進(jìn)行校核： (45)vOmSCKJZbM???