辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
2.6.3 锥齿轮轴承型号的确定
轴承A
计算当量动载荷P
Fa27184=?10.7 Fr2532.3 (2-22)
查阅文献 ,取轴承A、B锥齿轮圆锥滚子轴承30212.查表为e=0.4，Cr=97.8KN，故
Fa?e，由此得X=0.4,Y=1.5。另外查得载荷系数fp=1.2。 FrP?fp(XFN (2-23) r?YFa)?41475验算30212圆锥滚子轴承的寿命
16667?ftCr?Lh??? (2-24)
n1?Pr?对于驱动桥来说，主减速器的从动锥齿轮轴承的计算转矩为n1、n2为
n2?2.66vamax?91r/minrr (2-25)
ε 式中：
n1?n2?i0?340r/min (2-26)
rr—轮胎的滚动半径，m；
vamax—汽车的平均行驶速度，km/h;对于载货汽车和公共汽车可取30～35km/h，在此
ftvamax=30km/h；
—温度系数，1.0； —载荷系数 ，1.2；
fp ?—寿命指数，此处滚子轴承，取10/3。 将各参数代入式 (2-24)中，有：
Lh=5016h
21
王顺昊：矿用车驱动系统设计及轮边减速器系统设计
若大修里程S定为100000公里，可计算出预期寿命,即
L'h?100000?3333h30 (2-27)
因为Lh>L'h,故轴承符合使用要求。 轴承E
对于轴承E，只承受径向载荷选用圆柱滚子轴承NU2206,此轴承的额定动载荷
Cr=70KN，e=1。
由于 有文献得 X=1, Y=0。代入式 (2-23)，得
Fa?e Fr P?fp(XF N6r?YFa)?1834 由式(2-24)得，轴承寿命为
16667?ftCr?Lh????6896hn1?Pr?
ε 由此轴承E满足要求。
轴承C 、D均采用圆锥滚子轴承30220，由文献得额定动载荷Cr?240KN,e=0.42。 对于轴承C，轴向力Fa=9197N,径向力Fa=24572N,且 所以 P=Fr=24572N 代入式(2-24)得
16667?ftCr?Lh????40704hn2?Pr?
εFa?0.374?e Fr 轴承D,Fa=0，由此可得轴承D也满足要求。
22
辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
3 差速器设计
汽车在行使过程中，左、右车轮在同一时间内所滚过的路程往往是不相等的。例如，转弯时内外两侧车轮行程显然不同，即外侧车轮滚过的距离大于内侧车轮；汽车在不平路面上行驶时，由于路面波形不同也会造成两侧车轮滚过的路程不等；即使在平直路面上行驶，由于轮胎气压、轮胎负荷、轮胎摩擦程度不同以及制造误差等因素的影响，也会引起左右车轮因滚动半径不同而使左右车轮行程不等。如果驱动桥的左右车轮刚性连接，则行驶是不可避免地会产生驱动轮在路面上滑移或滑转。这不仅会加剧轮胎磨损与功率和燃料的消耗，而且可能导致转向和操纵性能恶化。为了防止这些现象的发生，汽车左、右驱动轮间都装有轮间差速器，从而保证了驱动桥两侧车轮在行程不等时具有不同的旋转角度，满足了汽车行驶运动学的要求；在多桥驱动汽车上还装有轴间差速器，以提高通过性，同时避免在驱动桥产生功率循环及由此引起的附加载荷，式传动系零件损坏、轮胎磨损和增加燃料消耗。
差速器是个差速传动机构，用来在两输出轴间分配转矩，并保证两输出轴有可能以不同的角速度转动，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。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。
3.1 差速器的工作原理
图4-1 差速器差速原理 fig.4-1 Differential differential principle
如图4-1所示，对称式锥齿轮差速器是一种行星齿轮机构。差速器壳3与行星齿轮轴5连成一体，形成行星架。因为它又与主减速器从动齿轮6固连在一起，固为主动件，设其角速度为?0；半轴齿轮1和2为从动件，其角速度为?1和?2。A、B两点分别为行星齿轮4与半轴齿轮1和2的啮合点。行星齿轮的中心点为C，A、B、C三点到差速器旋转轴线
23
王顺昊：矿用车驱动系统设计及轮边减速器系统设计
的距离均为r。
当行星齿轮只是随同行星架绕差速器旋转轴线公转时，显然，处在同一半径r上的A、B、C三点的圆周速度都相等（图4-1），其值为?0r。于是?1=?2=?0，即差速器不起差速作用，而半轴角速度等于差速器壳3的角速度。
当行星齿轮4除公转外，还绕本身的轴5以角速度?4自转时（图4－1），啮合点A的圆 速度为?1r=?0r+?4r，啮合点B的圆周速度为?2r=?0r-?4r。 于是由
?1r+?2r=（?0r+?4r）+(?0r-?4r)
得 ?1+ ?2=2?0 (3-1) 若角速度以每分钟转数n表示，则
n1?n2?2n0 (3-2) 式（3-2）为两半轴齿轮直径相等的对称式圆锥齿轮差速器的运动特征方程式，它表明左右两侧半轴齿轮的转速之和等于差速器壳转速的两倍，而与行星齿轮转速无关。因此在汽车转弯行驶或其它行驶情况下，都可以借行星齿轮以相应转速自转，使两侧驱动车轮以不同转速在地面上滚动而无滑动。
由式（3-2）还可以得知：①当任何一侧半轴齿轮的转速为零时，另一侧半轴齿轮的转速为差速器壳转速的两倍；②当差速器壳的转速为零（例如中央制动器制动传动轴时），若一侧半轴齿轮受其它外来力矩而转动，则另一侧半轴齿轮即以相同的转速反向转动[3]。
3.2 差速器结构形式选择
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。
普通齿轮式差速器由于结构简单、工作稳平稳可靠，一直广泛用于一般使用条件下的汽车驱动桥中。
摩擦片式差速器的锁紧系数k可达0.6，转矩比kb可达4。这种差速器结构简单，工作平稳，可明显提高汽车的通过性 。
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。当一个驱动轮处于附着系数较小的路面时，可通过液压或气动操纵机构是内外接合器啮合，此后差速器壳与半轴
24
辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
锁紧在一起，可充分利用地面附着系数，是牵引力可能达到最大值。 查阅文献本设计差速器结构形式选择对称式圆锥行星齿轮差速器。
普通的对称式圆锥行星齿轮差速器由差速器左、右壳，2个半轴齿轮，4个行星齿轮(少数汽车采用3个行星齿轮，小型、微型汽车多采用2个行星齿轮)，行星齿轮轴(不少装4个行星齿轮的差逮器采用十字轴结构)，半轴齿轮及行星齿轮垫片等组成。由于其结构简单、工作平稳、制造方便、用在公路汽车上也很可靠等优点，最广泛地用在轿车、客车和各种公路用载货汽车上．有些越野汽车也采用了这种结构，但用到越野汽车上需要采取防滑措施。例如加进摩擦元件以增大其内摩擦，提高其锁紧系数；或加装可操纵的、能强制锁住差速器的装置——差速锁等。
3.3 普通锥齿轮式差速器齿轮设计
1) 行星齿轮数n
根据文献，矿用车差速器的行星齿轮数n=4。 2) 行星齿轮球面半径Rb
行星齿轮球面半径Rb反映了差速器锥齿轮节锥矩的大小和承载能力，可根据经 验公式来确定
Rb=Kb式中：
Kb—行星齿轮球面半径系数，Kb=2.5～3.0，对于四个行星齿轮的矿用车取最大值， Kb =3.0；
Td—差速器计算转矩，Td=min（Tje、Tj?）=14572N?m； 将各参数代入式（3-3），有：
Rb=73mm
3)行星齿轮和半轴齿轮齿数z1和z2
为了使轮齿有较高的强度，z1一般不少于10。半轴齿轮齿数z2在14～25选用。大多数汽车的半轴齿轮与行星齿轮的齿数比被行星齿轮齿数整除。
3Td (3-3)
z2在1.5～2.0的范围内，且半轴齿轮齿数和必须能z1 25