ZL40铰接式装载机带轮边减速驱动桥设计说明

第1章概述

驱动桥处于动力传动系的末端，主要有主传动器、差速器、半轴、轮边减速器和驱动桥壳等部件。其基本功能是（1）将万向传动装置传来的发动机转矩通过主传动器、差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降低转速、增大扭矩。（2）通过主传动器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向。（3）通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速转向，将动力合理的分配给左、右驱动车轮。（4）承受作用于路面和车架或车身之间的垂直力、纵向力和横向力。

设计驱动桥时应满足如下基本要求：

1）选择适当的主减速比，以保证汽车在给定的条件下具有最佳的动力性和燃油经济型。2）差速器除了保证左、右驱动车轮差速滚动外，还能将转矩连续平稳的传递给驱动轮。3）当左、右驱动轮与路面的附着条件不一致时，能充分的利用汽车的驱动力。

4）外廓尺寸小，保证汽车具有足够的离地间隙，以满足通过性的要求。

5）齿轮及其他传动件工作平稳，噪声小。

6）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。

7）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和车架或车身间的各种力和力矩；

在此条件下，尽可能降低质量，尤其是簧下质量，减少不平路面的冲击载荷，提高汽车的平顺性。

8）与悬架导向机构运动协调。

9）结构简单，加工工艺好，制造容易，维修、调整方便。

第2章驱动桥结构分析

驱动桥的类型有断开式驱动桥和非断开式驱动桥两种。

驱动桥的结构形式与驱动车轮的悬架形式密切相关。当车轮采用非独立悬架时，驱动桥应为非断开式，即驱动桥壳是一根连接左右驱动车轮的刚性空心梁，而主传动、差速器及车轮传动装置(由左、右半轴组成)都装在里面；当采用独立悬架时，为保证运动协调，驱动桥应为断开式。这种驱动桥无刚性的整体外壳，主传动器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮则与车架或车身作弹性联系，并可彼此独立地分别相对于车架或车身做上下摆动，车轮传动装置采用万向节传动。

1.非断开式驱动桥

非断开式驱动桥，其结构简单、造价低廉、工作可靠，被广泛用于各种载货汽车上。由于整个驱动桥都是簧下质量，因此对汽车的行驶平顺性和操作稳定性均不利，并且差速器的尺寸较大，使汽车的离地间隙不能很大。

图2-1 非断开式驱动桥

1-主减速器2-套筒3-差速器4、7-半轴5-调整螺母6-调整垫片8-桥壳

2.断开式驱动桥

断开式驱动桥可以获得较大的离地间隙，并减少了非簧载质量，提高了行驶平顺性。断开式驱动桥无刚性的整体外壳，主减速器及其壳体装在车架或车身上，两侧驱动车轮装置采用万向节传动（见图2-2）。为了防止运动干涉，应采用滑动花键轴或一种允许两轴能有适量轴向移动的万向传动机构。

图2-2 断开式驱动桥

3.特点及应用

非断开式驱动桥：

结构简单、制造工艺好、成本低、工作可靠、维修调整容易，广泛应用于各种载货汽车、客车及工程机械上。但整个驱动桥均属于簧下质量，对汽车平顺性和降低动载荷不利。

断开式驱动桥：

结构复杂，成本较高，但它大大增加了离地间隙；减小了簧下质量，从而改善了行驶平顺性，提高了汽车的平均车速；减小了汽车在行驶时作用于车轮和车桥上的动载荷，提高了零部件的使用寿命；由于驱动车轮与地面的接触情况及对各种地形的适应性较好，大大增加了车轮的抗侧滑能力；与之相配合的独立悬架导向机构设计得合理，可增中汽车的不足转向效应，提高汽车的操纵稳定性。这种驱动桥在轿车和高通过性的越野汽车上应用相当广泛。

由于要求设计的是ZL40轮式装载机的驱动桥，要设计这样一个级别的驱动桥，一般选用非断开式结构与非独立悬架相适应，因此，在此选用非断开式驱动桥。

第3章主传动器设计

主传动器的作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。

3. 1 主传动器的结构形式

主传动器的结构形式主要根据齿轮类型、减速形式以及主从动齿轮的安装及支承方式的不同分类。

3. 1. 1主传动器的齿轮类型

主减速器的齿轮有螺旋锥齿轮，双曲面齿轮，圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用螺旋锥齿轮传动。因为螺旋锥齿轮传动的主、从动齿轮的轴线垂直交于一点，轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐有齿的一端连续而平稳的转向另一端；另外，由于轮齿断面重叠的影响，至少有两个以上的轮齿同时啮合，因此可以承受较大的负荷，所以工作平稳，制造业简单。但是其缺点是齿轮副锥顶稍有不吻合就会使工作急剧变坏，并伴随磨损增大，噪声增大，所以为了保证齿轮副的正确啮合，必须提高刚度，增大壳体刚度。3. 1. 2主传动器的减速形式

驱动桥按其减速形式分主要有三种：中央单级减速驱动桥，中央双级减速驱动桥和中央单级、轮边减速驱动桥。在此选用中央单级、轮边减速驱动桥，这是因为在重型装载机上，要求有较大的主传动比和较大的离地间隙，这是就需要将双级主减速器中的第二级减速齿轮机构制成同样的两套，分别安装在两侧驱动车轮的近旁，即成为轮边减速器。这样不仅使驱动桥中间部分主传动器从动齿轮零件的尺寸也可减小。其缺点是轮边减速器在一个桥上就需要两套，使驱动桥的结构复杂，成本提高，布置轮毂、轴承、车轮和制动器较困难。

轮边减速器采用单行星排直齿圆柱齿轮。

3. 1. 3主传动器主、从动锥齿轮的支承方式

主传动器主从、动齿轮只有正确的啮合，才能很好的工作，要保证正确的啮合，除与齿轮的加工质量、装配调整及轴承、减速器壳的刚度有关外，还与齿轮的支承刚度密切相关。

（一）主动锥齿轮的支承

主动锥齿轮的支承形式可以分为悬臂式支承和跨置式支承两种。再次选用跨置式支承。跨置式支承结构的特点是锥齿轮两端均有轴承支承，支承刚度大大增大，又使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善，齿轮承载能力高于悬臂式。另外，因为轮齿大端一侧轴颈支承在两个相对并排安装的圆锥滚子上，可缩短主动齿轮轴的长度，布置更加紧凑，并可减小传动轴夹角，有利于整车布置。但主传动器壳上必须有支承齿轮小端一侧的轴承座，使壳体结构复杂，加工成本高。齿轮小端一侧的轴承都采用圆柱滚子轴承，仅承受径向力，是易损坏的一个轴承。大部分工程车辆都采用这种形式。

（二）从动齿轮的支承

从动锥齿轮采用圆锥滚子轴承支承（如图2-1示）。为了增加支承刚度，两轴承的圆锥滚子大端应向内，以减少尺寸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分度圆直径的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3-1 从动锥齿轮支承形式

3. 2主减速器锥齿轮设计

3.2.1锥齿轮载荷的确定

（1）锥齿轮的最大载荷

（a）按从发动机通过变矩器传来的最大静力矩（N·m）计算：

M max=K0M A iη[1]16-1(3-1)式中K0 ——变矩器最大变矩系数；

M A——当液力变矩器传动比为零时，变矩系数最大时，由发动机与液力变矩器共同工作匹配工况点所决定的发动机扭矩值，采用全功率方案匹配时，

M A =Me；

Me——发动机额定扭矩，偏安全设计可取最大扭矩，则Me=750N·m；

i ——从变矩器涡轮至计算零件的传动比；