赵清：ZL50装载机驱动桥设计
MA?(0.7~0.8)Me；
Me--发动机额定扭矩，偏安全设计可取最大扭矩，则Me?670.7N?m；
I --从变矩器涡轮至计算零件的传动比； h --从变矩器涡轮至计算零件的传动效率；
则驱动桥主传动器主、从动锥齿轮所受的最大静力矩（传动比为6.1667）如下：
Mmax1=K0K1MAi1ik?1?k1?2 （3-2）
Mmax2=K0K1MAi1ik1i3?1?k1?2?3 式中 K0--变矩器最大变矩系数，参考同类机型取3.5；
K1
--考虑驱动桥数和载荷分配系数，（0.6 ~ 0.75），根据任务书K1 = 0.65； MA--同上
i1--分动箱传动比，i1?1；
ik1--变速箱前进一档传动比，ik1?2.692； i3--主传动比，i3?6.1667?；
1?--分动箱传动效率，一般每对齿轮传动效率按0.98计算，取0.98；
k1?--变速箱一档时的传动效率，一般每对齿轮的传动效率按0.98计算，取0.96；2?--万向传动轴效率，一般取0.98； 3--主传动器传动效率，一般为0.95；
则由上式可得大、小锥齿轮的最大扭矩为：
Mmax1?3.5?0.65?0.7?670.7?1?2.692?0.98?0.96?0.98?2651N?m
Mmax2?3.5?0.65?0.7?670.7?1?2.692?6.1667?0.98?0.96?0.98?0.95?15531 N?m
（b）按附着条件计算最大静扭矩（N?m）：
M'max?1K1(GM?PQ)?rdi3i4?3?4 )?r M'max2?K1(GM?PQdi4?4 式中 GM--装载机自重（N ），GM =167000N ；
PQ--额定载重量（N
），PQ= 50000N ；
f--附着系数，轮式装载机f?0.85~1.0，取0.90；
rd--动力半径（m），计算公式如下：
rdHd ?0.0254[2?B?B?(1—?)?B] 式中 d--轮辋直径（英寸），对于型号23.5~25的轮胎，d = 25inch；
3-3） (3-4)
（3-5） 8
（
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H / B--高宽比，对于宽基或超宽基轮胎，H / B = 0.5~0.7，取0.6； B--轮胎断面宽度（英寸），对于23.5 - 25的轮胎，B = 23.5inch； l--变形系数，l = 0.1~0.16，取0.13；
rd?0.254?[25?0.6?(1-0.13)?23.5]?0.65 m2
i3--主减速器传动比，i3?6.1667；
i4--轮边减速器传动比，i4 = 4.22； ?3--主减速器传动效率， ?3?0.95；
?4--轮边减速器传动效率， ?4?0.96；
其他参数同上；
0.65?(154500?5000)?0.9?0.65M'max1??3142.4N?m
6.1667?4.4?0.95?0.960.65?(154500?5000)?0.9?0.65M'max2??18409.4N?m
4.4?0.96则大、小锥齿轮所受的最大扭矩为： Mmax1?M'max1?3142.4N?m
Mmax2?M'max2?18409.4N?m
（2）平均载荷作用下锥齿轮收到的平均扭矩（N ×m）
对锥齿轮的疲劳强度计算，应以经常作用的载荷为依据。其所受的计算载荷，即受外部载荷变化的影响，又收到内因产生的动载荷的影响，同时与进行疲劳强度计算时的最大力矩如何确定也有关。而齿轮重叠系数对计算载荷的影响又是与齿轮制造精度和同时啮合的齿对之间的载荷分配有关的一个相当复杂的问题。
我们认为把这些影响反应到疲劳强度计算载荷中去较合适。即在实际计算中，用平均载荷作为计算载荷，考虑以上影响，用一个假想的小于最大载荷的值来进行疲劳强度计算。实际上用综合影响系数K 值把短时最大载荷转换为疲劳强度计算时的计算载荷。即：
M平?K?Mmax
式中 M平——锥齿轮所受的平均载荷（N ×m）； K ——综合影响系数，其计算公式如下： K?K外K大K动K重
K外—— 外载荷变化的影响；
K大—— 按疲劳强度计算时的最大力矩与短时过载时最大力矩不同所产生的影 响；
K动—— 动载荷的影响；
K重—— 齿轮重叠系数的影响；
对于轮式装载机来说，K 值一般等于或小于0.5，取0.5； Mmax —— 锥齿轮所受的最大载荷，取按发动机最大扭矩计算和按地面附着条件计算的最大载荷中的较小值；
则大、小锥齿轮验算疲劳强度的平均载荷为：
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M平1?0.5?3142.4?1571.2N?m
M平2?0.5?18409.4?9024.7N?m
3.3.2锥齿轮主要参数的计算
（1）主从动齿轮齿数的选择
尽量使啮合齿轮的齿数没有公约数，为保证必要的重叠系数，大、小齿轮的齿数和不应小于40。齿数可按表2-2选择。 从表中选择 z1 = 9；
z2?z1?i3?9?6.1667?51.5，圆整取
52；
验算传动比:
i3'?z2z?52?5.8； 19?i?i3-i3'i?2.5%?4%，传动比合适，齿数选择合适。
3(2)主、从动齿轮齿形参数计算
表3-2 小齿轮齿数Z1 的选择
型式 传动比 齿数允许范围Z1 推荐齿数Z1 单 3.5～4.0 9～10 10 级 4.0～4.5 8～10 9 减 4.5～5.0 7～9 8 速 5.0～6.0 6～8 7 6.0～7.0 5～7 6 双 1.5～1.75 12～16 14 级 1.75～2.0 11～15 13 减 2.0～2.5 10～13 11 速 2.5～3.0 9～11 10 从动锥齿轮大端分度圆直径，按经验公式： D2?KD?3M计
式中 D2—— 从动锥齿轮大端分度圆直径（mm）； KD —— 直径系数，2.8 ~ 3.48；
M计——
计算载荷，Mmax2?18409.4N?m
则D2?(2.8~3.48)?31840940?(443.2~526.5)mm 初选大端分度圆直径为520mm 则模数为
10
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Ms?D2Z2?520?10 52经检验模数符合要求！根据d?m?z
d1?10?9?90 d2?10?52?520 (3)主，从动锥齿轮齿面宽b1和b2
锥齿轮齿面过宽并不能增大齿轮的强度和寿命，反而会导致因锥齿轮轮齿小端齿沟变窄引起的切削刀头顶面过窄及刀尖圆角过小，这样不但会减小了齿根圆角半径，加大了集中应力，还降低了刀具的使用寿命。此外，安装时有位置偏差或由于制造、热处理变形等原因使齿轮工作时载荷集中于轮齿小端，会引起轮齿小端过早损坏和疲劳损伤。另外，齿面过宽也会引起装配空间减小。但齿面过窄，轮齿表面的耐磨性和轮齿的强度会降低。 b≦1／3La; b≤0.155D; b≦10m;
所以取b1?61，b2?56。
(4)中点螺旋角?
螺旋角沿齿宽是变化的，轮齿大端的螺旋角最大，轮齿小端螺旋角最小。弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的，选?时应考虑它对齿面重合度?，轮齿强度和轴向力大小的影响，?越大，则?也越大，同时啮合的齿越多，传动越平稳，噪声越低，而且轮齿的强度越高，?应不小于1.25，在1.5～2.0时效果最好，但?过大，会导致轴向力增大。汽车主减速器弧齿锥齿轮的平均螺旋角为35°～40°，而商用车选用较小的?值以防止轴向力过大，通常取35°。 (5) 螺旋方向
主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受的轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动锥齿轮的轴向力离开锥顶方向。这样可使主、从 动齿轮有分离的趋势，防止轮齿因卡死而损坏。
所以主动锥齿轮选择为左旋，从锥顶看为逆时针运动，这样从动锥齿轮为右旋，从锥顶 看为顺时针，驱动汽车前进。 (6) 法向压力角
法向压力角大一些可以提高齿轮的强度，减少齿轮不产生根切的最小齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角易使齿顶变尖及刀尖宽度过小，并使齿轮的端面重合度下降。对于弧齿锥齿轮，乘用车的а一般选用14°30’或16°,商用车的а为20°或22°30’。这里取 а＝20°。
表3-3 主减速器圆弧锥齿轮的几何尺寸 项 目 主动齿轮齿数 从动齿轮齿数 端面模数 计 算 公 式 计 算 结 果 9 52 10mm z1 z2 m b b1?61mm 齿面宽 b2?56mm 11
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续表3-3 项 目 工作齿高 全齿高 法向压力角 轴交角 计 算 公 式 *hg?2ham计 算 结 果 15mm 16.66mm h?2ha*?c*m ?? ? 20? 90? d1?90mm d2?520mm ? 节圆直径 d?mz ?1?arctan节锥角 ?z1z2 ?1?9.26? ?2?90-?1 齿顶高 *ha?（ha?x）m?2?80.74? ha1?12.7215mm ha2?2.1285mmhf1?3.7719mm 齿根高 *hf=?ha?c*?x?mhf2?14.3649mm3.3.3主减速器锥齿轮材料的选择
驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用
时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：
(1)具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。 (2)齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。
(3)锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。 (4)选择合金材料时，尽量少用含镍、铬的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。
工程机械主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造， 主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%～1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生 塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。
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