【文章內(nèi)容簡介】 旋角 指該齒輪節(jié)錐齒輪線上某一點的切線與該切點的節(jié)錐線之間的夾角。螺旋角越大，齒輪重疊系數(shù)增大，錐齒輪傳動越平穩(wěn)，噪音越小，但會產(chǎn)生較大的軸向力，縮短軸承的壽命 [8]。輪式裝載機普遍采用 =35186。[6]。本次設(shè)計采用 =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度及使用壽命，但實際上，齒面寬過大會使螺旋錐齒輪小端變長，導(dǎo)致齒面變窄和齒根圓角半徑過小，齒輪的負荷易于集中小端，從而導(dǎo)致輪齒折斷。齒面寬過小同樣也會降低輪齒的強度和壽命。通常螺旋錐齒輪傳動大齒輪的齒面寬可由下式 [6]初算： （36）aRb312?式中 ——大齒輪齒寬，㎜；2b——錐齒輪傳動的節(jié)錐距，㎜。aR= = =㎜???=㎜，同時， 不應(yīng)超過端面模數(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)計時應(yīng)針對車輛的行駛情況，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)動橋主傳動器主動錐齒輪應(yīng)為左旋，從動錐齒輪應(yīng)為右旋。對于四輪驅(qū)動的裝載機，若單從使兩錐齒輪相互斥離的觀點來考慮，則前后驅(qū)動橋主動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)動橋主動錐齒輪的螺旋方向相同。這時，齒輪不可避免會互相咬卡。 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，輪式裝載機主傳動器的螺旋錐齒輪采用短齒和高度修正。高度修正的實質(zhì)是小錐齒輪采用正變位，而大錐齒輪采用負變位，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對于本設(shè)計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，非工作齒面間的最短法向距離。齒側(cè)間隙過小，不能形成理想的潤滑狀態(tài)，會出現(xiàn)表面加速磨損，甚至卡死現(xiàn)象；齒側(cè)間隙過大，易造成沖擊，增大噪聲。選取齒側(cè)間隙 =㎜。nc此次設(shè)計的 35 186。 螺旋錐齒輪幾何尺寸詳見表 31：表 31 主傳動器螺旋錐齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱 公式代號 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 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 裝載機驅(qū)動橋的工作條件相當惡劣的，具有載荷大、作用時間長、載荷變化多、沖擊大、要求可靠性高等特點。根據(jù)這些特點，主傳動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?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。對齒面進行應(yīng)力噴丸處理，以提高齒輪壽命。為了提高耐磨性，可進行滲硫處理。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產(chǎn)生較大的變形，可采用壓淬法 [7]。 主傳動器錐齒輪的強度校核在完成主傳動器錐齒輪的幾何計算，選擇材料及熱處理方式后，應(yīng)對其強度進行計算，以保證錐齒輪有足夠的強度和壽命，安全可靠地工作。在進行強度計算之前，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、齒面點蝕、齒面磨損，齒面膠合等。驅(qū)動橋齒輪承受的是交變載荷。但由于裝載機作業(yè)中制動頻繁，制動沖擊大，主傳動器錐齒輪主要的破壞形式是輪齒崩斷，而且輪齒崩斷對驅(qū)動橋的影響是致命的。故本處只以輪齒承受的最大扭矩進行強度計算，而不再進行疲勞強度計算。 輪齒的彎曲強度校核錐齒輪齒根彎曲應(yīng)力可用以下公式 [6]計算： （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——齒輪齒寬中點圓周力， ；PNdP3102??式中 大錐齒輪計算扭矩， ；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。?——過載系數(shù)，與錐齒輪副運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動機工作性DK質(zhì)和載荷性質(zhì)，對有液力變矩器的輪式裝載機，取 =；DK——質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當輪齒嚙合良好時，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)。當主動錐齒輪采用懸臂式支承時， =～，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， 。??KS——彎曲強度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點位置、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)對彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻[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，齒輪彎曲強度滿足要求。 輪齒齒面的接觸強度校核 輪齒齒面的接觸應(yīng)力可按下式 [6]計算： （39）式中 ——接觸應(yīng)力， ；c?Mpa——彈性系數(shù)，取 =234 ；PCPC——齒輪齒寬中點圓周力， ,計算過程與 節(jié)輪齒的彎曲強度校核N相同；——過載系數(shù)，與錐齒輪副運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性有關(guān)。綜合考慮發(fā)動機工作性D質(zhì)和載荷性質(zhì)，對有液力變矩器的輪式裝載機，取 =；DC——質(zhì)量系數(shù)，與齒輪精度及節(jié)圓線速度有關(guān)。當輪齒嚙合良好時，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， ；??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)。當主動錐齒輪采用懸臂式支承時， =～，取 =；mCmK——齒寬，㎜；b——接觸強度幾何系數(shù)，綜合考慮了齒形系數(shù)、載荷作用點位置、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)對彎曲應(yīng)力的影響。查參考文獻[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，齒輪接觸強度滿足要求。4 差速器設(shè)計車輛在行駛過程中，由于左右兩輪胎滾動半徑不相等、左右兩輪接觸的路面條件不同、行使阻力不相等因素，左右車輪在同一時間內(nèi)滾過的路程往往是不相等的。如果驅(qū)動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)動橋的左右車輪間都裝有輪間差速器。差速器是個差速傳動機構(gòu)，其功用是能使左右車輪差速滾動，并將主傳動器傳來的動力分配給兩側(cè)車輪。為提高裝載機在惡劣路面的通過性和充分發(fā)揮發(fā)動機的動力，裝載機需要對差速器采取防滑措施。例如加進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)計只設(shè)計車輛上廣泛采用的對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器的從動錐齒輪上的，確定差速器外殼尺寸時要考慮差速器受主傳動器的限制。 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度，可以根據(jù)經(jīng)驗公式 [6]來確定： (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， ，按從動錐齒輪上的最大扭矩計算，maxMN得 = = 。ax2N代入相關(guān)參數(shù)，算得 =～ ，對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了。因此，齒形參數(shù)的選擇可使齒輪有較高的強度。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。與標準齒形相比，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——差速器行星齒輪個數(shù)，大中型工程機械的行星齒輪數(shù)為 4，小型工CXN程機械為 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，取標準模數(shù) .5㎜。m（3）齒面寬可由下式 [6]計算半軸齒輪齒寬： (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表 41： 表 41 差速器齒輪幾何尺寸 單位：mm名稱 公式代號 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度計算 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)達到 58～64HRC，芯部CrMnTi20硬度較低，約為 29～45HRC， =1100 ， =850 。b?Mpas?pa 齒輪強度校核計算由于差速器齒輪的工作條件比主傳動器齒輪的工作環(huán)境要好的多，而且只有當車輛轉(zhuǎn)彎，或路面不平時，或一側(cè)車輪打滑而滑轉(zhuǎn)時，差速器齒輪才會有嚙合傳動。因此，一般只對差速器齒輪應(yīng)進行彎曲強度計算，而不計算接觸強度?？砂聪率?[6]對差速器齒輪強度進行校核： (45)vOmSCKJZbM???