车辆传动系教材

1、目 录第四章 机械传动系统第一节 概 述1 . 传动系的任务2. 传动系的类型第二节 离合器1.离合器的功能2.离合器工作原理第三节 机械式变速器1. 机械变速器的功能2. 变速器的结构及工作原理第一节 万向节一、万向节的功用和类型二、十字轴万向节 1、十字轴万向节的构造 2、十字轴万向节的工作原理 3、十字轴万向节的计算三、 等速万向节1、 球叉式等角速万向节2、 球笼式等角速万向节 四、传动轴第二节 驱动桥一、概述二、轮胎式工程机械驱动桥1、 驱动桥的构造2、 转向驱动桥的构造3、 差速器（1） 差速器的功用（2） 差速器的原理（3） 差速器的结构形式（4） 差速器的设计4、 主传动与轮边

2、传动（1） 结构形式（2） 锥齿轮的设计（3） 驱动桥主传动圆锥齿轮的强度校核5、 半轴计算6、 桥壳计算三、履带式驱动桥1、 履带驱动桥的组成和功用（1） 中央传动（2） 转向机构（3） 制动器 （4） 终传动第五章 液力机械传动系第一节 概 述第二节 液力变矩器2 . 1 液力变矩器的结构和工作原理22 液力变矩器的分类与选型2 . 3液力变矩器与发动机的共同工作第三节 动力换档变速器3 . 1概述3 . 2动力换档变速器基本型式和方案选择3 . 3定轴式动力换档变速器3.4 行星式动力换档变速器3 . 5动力换档变速器的液压操纵系统第四章 机械传动系统第一节 概 述1 . 传动系的任务本

3、教材讨论的传动系只是针对车辆的，对其它机械设备的传动不作介绍。传动系是发动机与车辆车轮负载之间的动力传动装置。它满足使用上对车辆性能的要求，主要有以下几项：（1） 保证车辆在各种使用工况下所必需的牵引力变化范围，一般达数十倍。这是因为车辆实际使用重量、道路坡度、路面好坏等均在很大范围内变化所致。（2） 保证车辆在各种使用工况对速度的变化要求，这一速度变化范围应从零到最高车速。在发动机旋转方向不变的情况下，可获得倒档行驶。车辆在转弯时，能以外轮转得快、内轮转得慢的不同转速正常转向。（3） 在保证上述基本要求的同时，应保证汽车具有最佳的动力性和燃油经济性。2. 传动系的类型 由于车辆类型很多，要求

4、各异，所以从传动系的任务出发，其完成的方法也不尽相同，必然出现各种不同类型。较常用的有：机械传动、液力机械传动、液压传动和电力传动等四种。二、 机械传动它主要由离合器、机械变速器、传动轴及驱动桥组成。由于机械传动效率高、工作可靠、结构简单、成本低、所以广泛应用于各种车辆上。我国生产的汽车、拖拉机基本上都采用机械传动，小型工程机械也有采用该传动方式的。由于我公司的各种车辆上很少采用机械传动，只是简单介绍，不作详细论述。三、 液力机械传动液力传动的主要元件为液力变矩器与偶合器与动力换档变速器相配合使用，特别是变矩器在车辆上广泛应用。变矩器能使传动系获得无级变速和变矩的能力；良好的自动适应性既提高了

5、操纵性又提高了车辆的通过性；变矩器还可以吸收振动和冲击，有效提高传动系和发动机的寿命，同时也改善了舒服性。但是由于其效率低，使发动机油耗大，结构复杂、造价高，一度曾使其失去了应用价值。后来液力传动与机械变速器组合形成液力机械传动后，其功能得到扩展，才有了迅速发展的趋势。液力传动是工程机械行走传动系的主要传动方式，我国的装载机、推土机等基本上都应用液力传动，第五章就针对液力传动进行详细讨论。四、 液压传动液压传动主要由油泵与液压马达组成，一般行走传动都采用闭式液压传动。油泵将发动机输出的转矩变为工作油的压力，压力油经管路至各控制元件至液压马达，液压马达再将油压转变为转矩驱动车轮。其优点是可连续地

6、在正、倒车行驶工况内平稳地进行无级变速，非常接近理想待性，传动系零件数大大减少，布置方便，同时可利用液流的阻力进行动力制动，发动机工况可自动调节保持在最佳工况，用控制阀控制车速，制动操纵轻便。 液压传动的缺点是效率低、价格高，同时液压元件不适应车辆高转速、高负荷和转速变化频繁等不利工作条件，因而在高速行驶的车辆上很少采用。但是对于低速以工作为主的车辆，例如路面机械、农业机械、车站、港口、机场等车辆上大量采用液压传动。 由于液压传动在我公司的各种车辆行走上都采用，第六章有专门论述，本节不再详述。五、 电力传动电力传动很早就在城市大客车上得到应用，但是因其重量大、造价高、效率低等缺点没有得到推广。

7、但是在上世纪六十年代随着采矿业的发展，需要载重量大、爬坡能力高的运输车辆，它才得到了快速发展，我国各大露天矿的大型自卸车都为电传动。一般中小功率车辆没有采用电传动的，在此我们不作为一种车辆行走传动方式来讨论。第二节 离合器1. 离合器的功能 在以内然机为动的车辆机械传动系中,离合器是用来切断和实现对传动系的动力传递,以保证:在起步时将发动机与传动系平顺接合,使汽车能平稳起步;在换档时将发动机与传动系迅速彻底分离,减少变速器中齿轮之间的冲击,便于换档;在工作中受到过大的载荷时,靠离合器打滑保护传动系,防止传动系零件因过载而损坏。2. 离合器工作原理当离合器接合时，主、从动摩擦元件总时经历由转速不

8、等到转速一致的滑磨过程。第三节 机械式变速器1 机械变速器的功能变速器的功用是根据车辆不同的行驶条件下提出的要求，改变发动机的转矩和转速，使车辆具有合适的牵引力和速度，并同时保持发动机在最有利的工况范围内工作；为保证车辆倒车以及使发动机和传动系能够分离，变速器具有空档和倒档；一般大型车辆变速器还有动力输出装置。2 变速器的结构及工作原理 变速器的结构必须满足使用性能、制造条件、维修方便等要求。在确定变速器结构方案时，应从齿轮型式、换档结构、轴的布置型式、注滑和密封以及倒档布置等方面综合考虑。齿轮型式：有直齿和斜齿圆柱齿轮。直齿齿轮由于啮合性能较差，重合系数小，强度低，噪声大等原因，仅在变速器中

9、不常用的低档以及行星齿轮变速器中应用。目前一般小型车辆大都采用斜齿轮，但大型车辆也有采用直齿齿轮。换档结构型式：分为直齿滑动齿轮、啮合套和同步器三种。直齿滑动齿轮换档结构简单、紧凑，但由于换档不轻便、换档时齿端受到很大冲击，从而导致齿轮旱期损坏、滑动花键磨损后易造成脱档、噪声大等现象，一般车辆除一档及倒档外很少采用。啮合套换档型式一般是配合斜齿轮传动使用的。由于齿轮常啮合，因而减少了噪声和动载荷，提高了齿轮的强度和寿命。啮合套又分为内齿接合式和负齿接合式。同步器换档可保证齿轮在换档时不受冲击，使齿轮强度得以充分的发挥，同时操纵轻便，缩短了换档时间，从而提高了车辆的加速性、经济性和行驶安全性，同

10、时该种型式还有利于实现操纵自动化。其缺点是结构复杂，制造精度要求高，轴向尺寸的所增加，铜质同步环的使用寿命较短。目前由于同步器换档的优点突出，所有的汽车上基本都采用。第一节 万向节一、 万向节的功用和类型在许多工程机械底盘的传动系统中，都装有万向传动装置。例如ZL50装载机的传动系统中，变速箱和前、后驱动桥之间，都装有万向传动装置。下述几种情况需要采用万向传动装置：1） 需要传递动力的两个部件距离较远，它们的轴线不在同一中心线上。如ZL50装载机变速箱和驱动桥之间的连接。2） 既要传递动力，又要经常有角度变化的两交叉轴之间。如QL16起重机的转向驱动桥，既作驱动又作转向，其半轴和最终传动太阳轮

11、之间的连接。3） 连接传动的两部件，虽然其连接轴线是同心的，但考虑到安装误差和工作过程中车架的变形，容易引起轴线偏移。如ZL30如装载机变矩器轴出轴和变速箱输入轴之间的连接。可见，万向节的功用是在两轴不同心或成一定角度的情况下传递扭矩。万向节有弹性和刚性两种，刚性万向节又可分为不等角速万向节和等角速万向节两种。不等角速万向节又称为十字轴万向节。二、 十字轴万向节1、十字轴万向节的构造工程机构传动系统中用得最多的是普通十字轴刚性万向节，这种万向节允许相邻两轴间的交角为20°。两万向节叉2和6的孔分别活套在十字轴4的两对轴颈上。这样，当主动轴转动时，从动轴可随之转动，而十字轴绕其中心可在

12、任意方向摆动。为了减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴颈和万向节叉孔童装有由滚针8和套简9组成的滚针轴承。为了防止轴承在离心力的作用下，从万向节叉内脱出，套简用螺钉和盖1固定在万向节叉上，并用锁片将螺钉锁紧。十字轴是中空的，内腔储存润滑油并有油路3注入十字轴内腔。为了避免润滑油流出及尘埃进入轴承，在十字轴的轴颈上套装着在金属座内的毛毡油封7.在十字轴的中部还装有带弹簧的安全阀5。如果十字轴内腔的润滑油压力大于允许值，安全阀即被顶开，而润滑油外溢，使油封不致因油压过高而损坏。这样的刚性万向节在轴间交角变化时传动可靠，传动效率较高，因此应用广泛。图1-1所示为十字轴万向节的构造。2、十字轴万向节的

13、工作原理万向节的原理如图1-2所示。要使十字架的中心O与P1、P2两轴线的交点相重合。P1轴与P2轴的速比为1，但其瞬时传动比随其位置而随时变化。因此若轴P1以等角速度转动时，轴P2将作周期性的变角速度转动。其变化情况可分析如下： 如图1-3(a)所示，设原动轴P1的叉面与纸面垂直，从动轴P2的叉面在纸面内，设Pl的角速度恒为1，P2在此位置时的角速度为2，两轴的夹角为。当十字架视为与P2轴一起转动时，A点的速度vA-2为当十字架视为与P1轴一起转动时，A点的速度vA-1为在此位置A点的瞬时切线速度只能有一个，即故得： 两轴转过90°，至Pl轴的叉面在纸面内而P2轴的叉面与纸面垂直，

14、如图1- 3(b)所示，设P2轴此时的角速度为2，同理取B点为参考点，得同理因 得 每转90°，P2轴的瞬间角速度2就从2变到2，依此类推，因此两轴的传动比 其变化情况如图1-4所示。可见，单万向节当两轴夹角越大，角速度2的变化幅度就越大，因而产生角加速度，产生振动，不利于机器以均匀的速度运行。欲除此弊，就采用了双万向节。简图如图1-5所示，用传动轴C与两个万向节将原动轴P1与从动轴P2连接起来，传动轴C的两部分用滑键相连，允许自动调节其长度。双万向节可以连接平行轴(图中5-5(a)、或两相交轴(5-5(b)。并不是说采用了双万向节就解决了瞬时速比始终等于1的问题。欲使任何瞬时主动轴

15、与被动轴的角速度始终相等，还要满足下列两条件：1) 中间轴C与原动轴P1之间的夹角必须等于中间轴C与从动轴P2之间的夹角，即：；2) 中间轴C两端的叉面在同一平面内。这样，才能得到恒等于1的传动比。3、十字轴万向节的计算1) 轴颈变曲强度 如图5-6所示十字轴的危险断面在轴颈部。 (MPa)式中 P万向节叉在一个轴颈上作用的圆周力(N)其值为： dj十字轴轴颈直径dk十字轴油孔直径十字轴许用弯曲应力，取 250(MPa)。2)滚针接触强度由赫芝-别辽耶夫公式导出，得j(Mpa)式中 Q每个滚针的负荷(N)； ,；Z每个滚针轴承的滚针数；k轴承特性系数，此种结构取k=1；dj十字轴轴颈直径；(m

16、m)dz滚针轴承滚承直径；(mm)l滚针有效工作长度；(mm)j许用接触应力， j30003200 (MPa)。3)滚针轴承的承载能力P (N)P=(N)式中 万向节输入轴和输出轴之间的夹角；P滚针轴承上的许用作用力(N)；n传动轴转速(r/min)。三、 等速万向节工程机械除铰接式外，均设置转向轮。为了增加附着牵引力以提高其作业性能，往往采用全轮驱动，转向轮成为转向驱动轮，必须设置变角传动机构万向节装置，它必须是等角速传动。如果在两侧转向轮各设置一套铰链式双万向节，尺寸过大且结构复杂，因此，这个部位的变角传动机构目前广泛采用球式(球叉式或球笼式)等角速万向节，也有采用特殊设计的双万向节结构，

17、如三销式等角速万向节。在球式万向节中作用力经过几个钢球从一个万向节叉传至另一个万向节叉，这些钢球应当总是位于两轴夹角的等分面上，这种要求可用一对齿数相同的锥齿轮来说明，如图形1-7(a)所示，齿轮轴线的交角为，两个齿轮的接触点P位于角的等分平面内。P点对于两个轴的圆周速度均相同，角速度也应相等。与此相似，在球式万向节里，不管角如何变化，只要各钢球的中心始终在角的等分平面内，就可以实现等角速传动，见图1-7(b)。等角速万向节在转向驱动桥上应用广泛。下面介绍两种常用等速成万向节：1、 球叉式等角速万向节图1-8表示球式万向节的一种结构式球叉式万向节。万向节叉1的作用力经过各钢球3传到万向节叉5，

18、钢球沿着曲线槽2和4移动，曲线槽2和4分别在万向叉1和5中对称地配置着，并且位于两个互相垂直的平面上，曲线槽的中心线是两个以O1和O2为中心的半径相等的，见图1-8(a)。O1和O2对万向节中心点O的距离相等。曲线槽的中心线在旋转时组成两个球面，两个球面相交于圆周nn。这个圆周即是钢球3的运动轨迹。由于在两个万向节叉曲线槽的位置是对称的，故当两轴交角为时，所有钢球的中心始终位于角的等分平面上。当以某一方向旋转时，作用力经一对钢球传递，当向另一方向旋转时，则经另一对钢球传递。 在球叉式万向节中，当个万向节有不大的轴向相对位移时，各钢球的运动轨迹圆nn就会有很大的变化，所以两个万向节叉应当精确地互

19、相定位。为此目的，在两个万向节叉的端面之间放入定位球6，见图1-8(a)、(b)，销钉7插入定位球6并把它固定起来，而销钉8又把销钉7销在叉上：，球面上的平面是为了拆装万向节时能使钢球3通过而设的。图1-8(c)表明在转向驱动桥上的这种万向节装置。定位环9用来将万向件轴向固定，并承受轴向载荷。2、 球笼式等角速万向节图1-9表示球式万向节的另一种结构球笼式万向节。星形套7以内花键与主动轴1相连，再用卡环9、11轴向固定。星形套外表面有六条弧形凹槽，形成钢球的内滚道。将六个钢球6分别半夜在六条凹槽中，而由保持架4使钢球中心保持在一个平面内。球形壳8的内表面也有相应的，容纳钢球的六条凹槽，形成外滚

20、道。动力由主动轴1、星形套7、钢球6、球形壳8传出。 图1-10表示球笼式万向节等角速传动原理。外滚道中心A与内滚道中心B分别位于万向节小心O的两边，且与O等距离。钠球小心C到A、B两点的距离也相等。这些均由结构设汁保证。保持架A的内外球而则以万向节中心O为球心。由于OAOB，CA=CB，COA与COB全等，COACOB，即两轴相交任意交角时，传力钠球6都位于交角平分面上。保证等角速传动。换言之，设计时关键在于使OAOB。球笼式等角速万向节可在两轴交角达42°时传递力矩，且六个钢球全部传力。比之球叉式承载力大，拆装方便。因此应用广泛，如前轮驱动的轿车，WL-60液压挖掘机等均用之。四

21、、 传动轴传动轴是万向传动装置的一个重要组成部分，常用在变速箱和驱动桥之间的连接。这种轴一般长度长，转速高，并且由于所连接的两部件间的相对位置在经常变化，因而要求传动轴长度也相应地能有所变化，以保证正常运转。图5-14所示为解放汽车传动轴。传动轴结构一般具有以下特点：1） 广泛采用空心传动轴（图1-10中13）。这是因为在传递相同大小的扭矩情况下，空心轴具有更大的刚度，而且重量轻，节约钢材。2） 传动轴是高速传动件，所以要求材质分布均匀，为了避免离心力引起剧烈的振动，要求传动轴的质量沿圆周均匀分布。故通常不用无逢钢管，而是采用钢板卷制对焊而成。这是因为钢板厚度比较均匀，而无缝钢管厚度并不均匀之

22、故。传动轴和万向节装配后，要作动平衡试验校正。平衡精度由离心力大小来确定，可贴焊平衡片以平衡之。平衡后的不平衡度以重径积表示。3） 传动轴上有花键连接部分（图1-10），传动轴一端焊有花键接头轴，与万向节滑动叉11的花键套连接。这样传动轴总长度可以允许伸缩。花键长度应保证传动轴在各种工作情况下，既不脱开又不顶死。为了润滑花键，通过油嘴注入润滑脂，用油封5和油封盖18不使润滑脂外流，有时还加防尘套。传动轴另一端则与万向节叉焊接成一体。 传动轴按其连接部分的型式不同，可分为滑动花键连接和滚动花键连接两种型式。滚动花键连接处是滚动摩擦，其摩擦损失少，传动效率高。摩擦阻力的减少，还减少了对十字轴轴承的

23、推力，延长了轴承的使用寿命。近来有些铰接式工程机械底盘已采用滚动花建代替滑动花键，其结构如图1-11所示。第二节 驱动桥一、概述工程机械驱动桥按行走方式主要分轮胎式驱动桥和履带驱动桥式两类。在轮胎式工程机械驱动桥中推广应用自锁式防滑差速器和湿式制动器，是提高我国工程机械驱动桥产品技术水平的途径之一。自锁式防滑差速器既能自动实现扭矩在左右车轮间的不等分配，以充分利用车辆牵引力，又可以明显地提高车辆的越野性能和经济性；湿式制动器具有较高的耐用性和可靠性，其使用寿命比干式钳盘制动器高1.5倍以上，且制动容量大，制动性能好。在国外大中型轮胎式工程机械中已被广泛采用。在履带式工程机械的后桥中普遍采用单功

24、率流的转向离合器和制动器，使车辆左右转向只有一个R=B的转向半径，其余转向半径均借助于磨擦元件的打滑来实现，既造成了了严重的功率损失，又降低了磨擦元件的使用寿命。为了提高转向性能，减少功率损失，应该加快研制开发类似于美国CAT公司D8N履带式推土机的动力差速式转向机构。发动机功率大部分经过变速系统输入中央主传动，另一部分功率经传向液压泵马达输入第行星排的齿圈。在设计动力差速式转向机构时应保证：1、当马达速度不等于零时，左右输出速度相等，以保证推土机具有良好的直线行驶性能。2、当中央主传动的速度等于零时，转向液压马达使左右输出的速度相等但方向相所，此时推土机围绕其中心实现原位转向，即R=B/2。

25、3、由于液压马达可无级变速和双和旋转，实现了左右输出速度差无级精确控制，使推土机的转向半径可无级调整，且转向平稳，改善了转向改性能，实现了无功率损失。二、轮胎式工程机械驱动桥轮胎式工程机械驱动桥的作用是：通过主传功装置锥齿轮改变传力方向，通过主传动装置和轮边减速装置将变速箱输出轴的转速降低、扭矩增加通过差速器解决左右轮差速问题、通过差速器和半轴将动力分别传给左右驱动轮，除传动作用外，驱动桥还是承重装置和行走支承装置。 一般双轴载重汽车多为单轴驱动，因为在一般路况下只备足够的附着牵引力。在路面状况不佳或野地行驶的车辆，则作成越野型全轮驱功，如军用车辆。各种轮胎式土方工程机械经常行驶作业在路面不良

26、或无路的工地，全为了把全部重量用作附着重量以得到最大的附着牵引力，常采用全轮驱动，所有车轿都是驱动桥，其中同时起转向作用的驱动桥叫做转向驱动桥。若干工程机械为了提高越野性能，采用低压大轮胎。加上比之汽车要求牵引力大而车速低，故其驱功桥的减速比比汽车大。一般为l238，而中型载重汽车的驱动桥减速比一般为611(跃进为6.67，解放为7.63)。这就是工程机械和重型汽车多半采用轮边减速的原因之一，因为即使主传动动采用两级减速也不能解决这么大的传动比。采用轮边减速和不采用轮边减速相比较。可以降低主传动、差速器的齿轮、半轴上传递的扭矩，减小这些部件的尺。减轻重量和减少金属消耗量保证一定的离地间隙。1、

27、 驱动桥的构造轮胎式工程机械驱动桥由主传动、差速器、半轴、轮边减速、后桥壳等零部件组成。本文以ZL50装载机驱动桥为例，如图1-12所示。(1)主传动 它的功用是将变速箱传来的动力再一次降低转速，增大扭矩，并将旋转轴线改变90°后，经差速器、半轴传动给轮边减速器，其构造，如图1-13所示。ZL50主传动器主要由一对螺旋锥齿轮5和20组成。主动锥齿轮5和从动锥齿轮20之间必须有正确的相对位置，方能使两齿轮啮合传动时冲击噪音较小，而且轮齿沿其长度方向磨损较均匀。为此央结构上一方面要使主动和从动锥齿轮有足够的支承刚度，在啮合传动过程中不发生较大的变形而影响正常啮合；另一方面应有必要的啮合调

28、整装置。为了保证主动锥齿轮有足够的支承刚度，主动锥齿轮5与轴制成一体，其前端支承在两个圆锥滚子轴承7上，后端支承在圆柱滚子轴承8上，形在跨置式支承。环状的从动锥齿轮20用螺栓固定在差速器右壳21的凸缘上。为了增加从动锥齿轮整体刚度，在差速器右壳凸缘背面制有加强筯。差速器壳则用两个圆锥滚子轴承13支承在托架9的座也孔中。为了保证从动锥齿轮有足够的支承刚度，在正对其它主动锥齿轮啮合处的背面，装有止推螺栓23，以限制从动齿轮的变形时。从动锥齿轮背面和止推螺栓末端的间隙应调到0.250.40mm之间。圆锥滚子轴承7的轴向间隙可通过增减垫片24的厚度来调整。圆锥滚子轴承13的轴向间隙可用调整螺母12来调

29、整。螺旋锥齿轮的正确啮合是通过调整螺母12和调整垫片4来完成的。(2)最终传动 它是传动系中最后一级增扭减速机构。轮式机械最终传动一般采用行星齿轮传动，其优点是以较小的轮廓尺寸获得较大的传动比，可以布置在车轮轮毂内部，而不增加机械的外形尺寸。(3)半轴与桥壳半轴是在差速器与最终传动之间传递动力的实心轴。半轴与驱动轮的轮毂在桥壳上的支承型式，决定了半轴的受力情况。轮式工程机械广泛应用全浮式半轮支承型式（图1-13）。半轴5外端借花键与太阳轮连接，通过行星减速机构，将动力传动给轮毂9，轮毂通过两个相距较远的圆锥滚子轴承7和10支承在桥壳上。半轴的内端用花键与差速器内的半轴齿轮15连接（图1-15）

30、，半轴齿轮15的壳部支承于差速器壳两侧轴颈的孔内，而差速器壳本身又以两侧的轴颈借轴承13支承在托架9的座孔中，托架9用螺钉坚固在桥壳上。这样，半轴和桥壳没有直接关系。驱动桥壳是一根空心梁，其功用是支承并保护主传动器、差速器和半轴等部件；通过适当的方式与机架相联，以支承整机的重量；在行驶过程中，承受轴车轮传来的路面反作用力和力矩，并传给机架。ZL50装载机是铰接式底盘，前后桥结构完全相同，行驶时用前桥驱动，作业时用双桥驱动。2、转向驱动桥的构造轮式工程机械多采用全轮驱动，即前、后桥都是驱动桥，其中兼起转向作用的驱动桥就称为转向驱动桥。QL-16轮式起重机的前桥就是转向驱动桥，如图1-393所示。

31、它的主传动、差速器及最终传动等零部件都与前述驱动桥相应零部件完全相同。由于转向驱动桥的驱动轮在转向时要偏转一个角度，故半轴分成外半轴和内半轴两段，并用球叉式等速万向节连接。内半轴将差速器传来的扭矩经过球叉式等速万向节、外半轴和最终传动，最后传动给驱动轮。球形支座21用螺钉固定在桥壳中段的凸缘上，转向节由转向节架11和支承轴10组成，并借上、下销轴和止推轴承23支承在球形支座21上，上销轴22和下销轴24的轴线必须重合，并且通过等速万向节的中心，以保证不发生干涉。支承轴10的端部有花键，最终传动的内齿圈8通过内齿圈支承9与支承轴10以花键连接。为防止等速万向节轴向窜动，在万向节两端面装有止推垫圈

32、。为保持球形支座内部的润滑脂，并防止轴承及万向节被沾污，在转向节架11和球形支座21之间装有防止罩。当转向油缸13工作时，活塞杆将推动转向节架11，从而使转向轮绕上、下销轴中心线转动。3、差速器(1) 差速器的功用轮胎式机械左右两侧的驱功轮不能由一根整轴驱动，动力由传功轴、主传动并经差速器传给左右半轴，因为轮式机械在运行过程中，左右两侧的驱动轮经常需要以不同的角速度旋转。例如： 1) 转弯时，外侧车轮走过的距离要比内侧车轮走过的距离大； 2) 在高低不平的道路上运行时，左右车轮走过的距离总是不等的； 3) 当左右驱动轮轮胎气压不等，胎面磨损程度不同、或左右负载不均时轮胎的滚动半径总是不绝对相等

33、的。由此可见，在上述情况下，无论转弯或直线运行如果左右车轮由同根轴驱动，轮胎在地面上滚动的同时必然还发牛滑动现象，使轮胎无谓地磨损、功率消耗、燃料浪费，同时使转向困难、转向操纵性变坏。这就是必须设置差速器以自动实现左右轮差速运功，以不同角速度旋转的理由。为了使车轮相对路面的滑磨尽可能地减少,在同一驱动桥的左右两侧驱动轮应由两根半轴分别驱动,使两轮有可能以不同的转速旋转，尽可能地接近纯滚动。因此，在驱动桥中安装了差速器，两根半轴由主传动通过差速器驱动。(2) 差速器的原理图61表示差速器工作原理。当差速器壳随大锥齿轮以角速度旋转时，行星齿轮轮心的旋转线速度为：式中 r 半轴齿轮的平均半径。当行星

34、齿轮由差速器壳带动绕车轴公转无自转时，行星齿轮轮齿与左右半轴齿轮轮齿啮合的旋转速度v1、v2与行星齿轮轮心速度v相等：如图所示，左半轴角速度右半轴角速度左右半轴以同一角速度旋转。当差速器行星轮有自转时，轮齿啮合点的线速度除了速度v以外，还要加上行星齿轮自转所产生的相对运动速度。假设机械右转：式中 行星齿轮平均半径； 行星齿轮自转角速度。上式即 化简得： 两式相加 两式相减 从以上公式可见：1) 当左右半轴转速不等时，角速度即不等，行星齿轮除以角速度公转外，并以角速度绕自身轴线自转实现差速作用；2) 快速半轴增加的转速(或角速度)等于慢速半抽减少的转速(或角速度)，快慢半轴转速(或角速度)之和为

35、差速器壳转速(或角速度)的两倍，这一点是由轮式机械差速器的具体结构决定的，因为左右半轴齿轮齿数相等； 3) 当0，1-2，相当于架修驱动桥时刹住传动抽，扳动车轮的情况，这时差速器由行星轮系变成了定轴轮系；4) 当20，则12，相当于机械左轮陷入泥泞中，左轮附着系数太小，就以两倍于差速器壳的转速旋转，右半轴不转，差速器成为速比为2的行星齿轮传动。(3) 差速器的结构形式 1) 带差速锁的差速器现代的轮胎式自行式铲运机的差速器，前驱动桥多采用带气控差速锁的普通差速器(图6-2)，后驱动桥多采用牙嵌自锁式差速器，亦称牙嵌式自由轮差速器。当一侧车轮打滑，后者可自动将扭矩全部传到另侧车轮，无需操纵，国外

36、常称之人不打滑型(NoSPIN型)。 见图62，当一侧轮胎打滑、可向气缸1供入压缩空气，推功活塞10带着左接片器9右移，使与右接合器8接合。左接合器是用花键滑套在左半轴上，右接合器用花键固装在差速器壳上。这样，既迫使左半轴与桥壳同速旋转，又因左半轴锥齿轮7的转速与差速器十字轴5的转速相同，迫使右半轴锥齿轮6同速旋转，差速器不起差速作用。因此，机械可以因另侧车轮不打滑而行驶。越过打滑泥泞路面后，即排出气缸l内的压缩空气，弹簧使左接合器9随活塞10左移，与8分离。差速器恢复差速功能。 这种牙嵌离合器式差速锁结构简单，制造容易。但要在打滑停车后，或即将过泥泞路时，停车接合。行驶到良好地面时，及时分离

37、。不宜接合过早与分离过晚。2) 限滑差速器图6-3为ZF公司的DL系列多片盘式限滑差速器。它是在普通差速器上加装多片盘式制动器并改变其结构而成。主传动传到差速器壳体上的力矩，经由左右推压环上的斜面2推动差速器小行星齿轮轴，从而使小行星齿轮公转，推动左右半轴锥齿轮旋转。当半轴传递的力增大，即要求推压环传到小行星齿轮轴上的力增大，迫使小行星齿轮沿推压环斜面滑动，左右推压环分离而压紧盘式摩擦离合器。从而使扭矩既由小行星齿轮传递，又由摩擦离合器传递。因其主动盘外齿接差速器壳，从动盘内齿接半轴齿轮，车辆运行时，当其一侧车轮与地面间的附着力不足，会到车桥上的驱动力矩自动转移到另一侧车轮。实现差力，减少或避

38、免了轮胎打滑与陷车现象。车辆转弯时，此差速器仍然可以保证左右驱动轮的差速作用。只是此时在摩擦片间存在有附加的摩擦阻力矩，其值取决于驱动力矩的大小。限滑差速器还可以有它种结构形式，但原理相同。它特别适用于在非硬质路面上运行的越野车辆，如轮式挖掘机、起重机、装载机、集材机与越野自卸汽车等。3) 牙嵌式差器图6- 4为装有牙嵌式差速器的主传动。当车轮同速旋转，此差速器经十字轴、左右从动环分送相等的力矩到左右车轮。转弯时车轮转速不向，差速器仅向慢速车轮传递力矩。 (4) 差速器的设计普通锥齿轮式差速器具有结构简单、工作平稳可靠等优点，在现代的工程机械和汽车中广泛采用。但在不良地面(冰雪泥泞地带)运行时

39、，轮胎式工程机械容易因左右驱功轮负载不均匀或附着系数改变而陷住，使机械的通过性不好。为了使左右驱动轮传递附着力确定的全部力矩，有的机械设计了差速锁，必要时将锥齿轮式差速器强制锁住。如果机械已经陷入泥坑中时应用，常因附着力仍然不够而起不来(落在坑中的车轮因已经打滑而附着系数大大下降，另侧车轮则附着重量不足)，或者因阻力增加而无法起步。为了充分利用机械左右驱动轮的附着力，并避免出现打滑现象，差速器最好有自锁性能，或者在一侧车轮附着力不够而出现打滑时，自动将力矩传到另一侧车轮。于是出现了各式各样的“自锁式”差速器（凸轮式、蜗轮式、牙嵌式等）。其中以牙嵌式差速器较为常见。锥齿轮行星式差速主要参数的确定

40、1) 差速器球面直径Dq球面直径Dq表示了差速器的大小，球面半径Dq/2则为差速器齿轮的节锥距，表示差速器的强度。Dq值可由经验公式选取：式中 kq 差速器球面直径系数，；Mqmax差速器承受的最大力矩（N·mm）。2) 差速器齿轮模数m差速器常用压力角为20°、齿高系数为0.8的标准短齿，在选择模数m时，可参考下列公式。当行星齿轮数等于2时： (N·cm)当行星齿轮数等于4时： (N·cm)式中 y 相应于行星齿轮齿数的齿形系数；zb半轴齿轮齿数；zr行星齿轮齿数。3) 差速器齿轮齿轮数半轴齿轮齿数zb多为1622，行星齿轮齿数zr多采用1012。设计

41、时应先行选定行星齿轮数q。应该指出，当q=3时，zb必须为3的倍数，当q=2或4时，zb必须为偶数，否则差速器不能安装。4、主传动与轮边传动(1) 结构形式主传动和轮边传动共同起着降低转速、增加扭矩的作用，而主传动兼起改变传力方向的作用。（图1-20为ZL50装载机主传动结构图）常见的主传动和轮边传动的结构形式如下：A. 单级主传动减速：特点是结构简单、重量较轻、尺寸小、成本低、传动比一般不超过7、大量用于中、小型工程机械。B. 双级主传动减速：第一级为圆锥齿轮传动，第二级为圆柱齿轮传动。特点是结构复杂、尺寸、重量大、可得较大的传动比（79，最大可达11）。C. 单级主传动加轮边传动减速：特点

42、是驱动桥主传动、差速器、半轴等零件所传力矩小，从而尺寸、重量小。轮边传动多采用行星齿轮传动，半轴常采用浮式，受力平衡，结构紧凑。(2) 锥齿轮的设计驱动桥主传动锥齿轮对设计时，先按类比法确定其主要参数，再作齿轮几何尺寸参数计算及强度计算。1) 齿数：应尽量使主被动齿轮齿数没有公约数，不使轮齿间固定啮合，使其磨合良好。为了得到一定的重叠系数，主被动齿轮的齿数之和不应小于40。2) 外锥距l：选定圆锥齿轮的外锥距，相当于选定圆柱齿轮的中心距A。外锥距可用下列经验公式确定：式中 M2 从动锥齿轮计算扭矩 (N·cm)； kl 锥距系数，一般取0.250.27。3) 大锥齿轮分度圆直径D初选

43、时可参考下列经验公式： (cm)式中 kd直径系数，汽车kd=0.580.66.4) 齿轮端面模数ms；由公式：可初定ms，再用下式校核： （cm）式中 km模数系数，汽车km=0.130.19。5) 齿面宽度b:齿面加宽，并不能相应提高圆锥齿轮轮齿强度，反而引起切削刀尖宽度变窄，齿根圆角及装配空间减小。因此，主传动圆锥齿轮齿宽b不得超过l/3，两者中之小值，一般取b(0.250.30)l。差速器圆锥齿轮，一般取b(0.30.4)l。6) 螺旋角：值直接影响圆锥齿轮啮合时的重叠系数。为了保证轮齿强度和齿轮啮合的平顺性，重叠系数1.25。为了保证此值，齿数愈少，需要角愈大。角不宜过大，以免过分增

44、加齿轮工作时的轴向力。(3) 驱动桥主传动圆锥齿轮的强度校核 1) 轮齿的变曲强度计算，其变曲应力式中 Mp计算转矩（N·mm）弯曲应力K0超载系数，可取K0=1；Kv动载系数，对于精度高，线速度低的主传动齿轮可取K0=1；Ks尺寸系数，一般当模数m1.6时Ks=,当m<1.6mm时取Ks=0.5；Km载荷分配系数。两端支承时Km=1.001.10；悬臂式支承时，Km=1.101.25。J计算变曲应力的系数。主传动器锥齿轮的弯曲许用应力。2 ) 轮齿齿面的接触强度计算，其接触应力式中 接触应力 (MPa)；Mp主动小齿轮的计算载荷，取值方法和计算弯曲应力相同；cp弹性系数，df

45、小齿轮节圆直径；Kf表面质量系数，一般情况下，取Kf = 1Jc计算接触应力的综合系数。安装良好的渗碳钢齿轮，验算强度时，取许用应力。验算疲劳强度时，取。5、半轴计算工程机械和载重汽车绝大多数采用全浮式半轴。车轮受到的载荷和反力直接由桥壳承受，半轴只传递力矩。A. 半轴的计算力矩Mj；由发功机额定力矩确定时，即式中 主传动传动比。B. 由驱动轮与路面达到附着极限，轮胎开始打滑时半轴承受的力矩确定时，即：计算力矩取以上二值中的小者。C. 半轴杆部直径d；可用下式初选 (cm)半轴杆部直径d应小于或等于半轴花键的底径，以使半轴各部分强度相等。D. 半轴强度验算：验算半轴扭转应力，即还应验算半轴花建

46、挤压应力。6、桥壳计算桥壳用以承重传力，承受垂直荷载，并将作用于轮上的牵引力、制动力、横向力等传给车架。工程机械作业时，桥壳受力情况复杂，设计时必须使其具有足够的强度刚度。应按不同的工况校核其不同的危险断面。1) 最大牵引力工况如图6-10所示。垂直面内的弯矩式中 l车轮中心线到桥壳与车架连接中心间的距离；R侧车轮上的垂直反力。此变矩引起的应力牵引力PK引起水平面内的变矩此变矩引起的应力式中 W1、W2危险断面垂直面与水平面内的抗变截面模量。由此得桥壳此断面变矩引起的应力之和牵引力PK引起桥壳承受的反作用力矩MK式中 rK 驱动轮动力半径。由此式中 Wn桥壳该危险断面的抗扭截面模量。由第四强度

47、理论，计算桥壳变扭组合的合成应力2) 满载紧急制动工况紧急制动时，地面对轮胎的垂直反力，引起垂直平面内的弯矩M1式中 m1紧急制动时，此驱动桥上的重量分配系数； G1满载时此桥上的载荷。紧急制动时，制动力引起的水平面内的弯矩M2用同法求出 、 及 ，以上二法求出之较大值不得超过许用值。工程机械桥壳设计还应该考虑其它的工况，如通过不平地面时，则：式中kd表示动载荷系数，一般取kd=2.5。又如侧滑时要受到横向力作用，这时考虑侧滑附着系数=1.0进行验算。三、履带式驱动桥履带行走系包括机架、行走装置和悬架三大部分。机架是全机的骨架，用来安装所有的总成和部件，使全机成为一个整机。行走装置是用来支持机

48、体，把发动机传动到驱动轮上的驱动扭矩和旋转运动转变为推土机工作与行驶所需的驱动力和前、后运动。悬架是机架和行走装置之间互相传力的连接装置。（如图1-20所示）1、履带驱动桥的组成和功用履带驱动桥由中央传动件、转向机构、制动器和最终传动件四个部件组成。履带驱动桥的结构形式主要取决于转向机构的结构型式。履带式工程机械靠改变两侧驱动轮的驱动力而造成的转向转矩实现转向，并以制动器断续制动一侧的履带来获到所需的转向半径。这种改变驱动轮的驱动力的机构称为履带车辆的转向机构。(1) 中央传动履带式机械的中央传动是由一对圆锥齿轮组成。主动小圆锥齿轮驱动从动大圆锥齿轮，其中心线互成90°，因此它兼起增

49、大扭矩和改变旋转方向两作用。中央传动位于变速箱之后，所承受的负荷比较大，而且锥齿轮传动受力情况也较复杂，不仅有切向力、径向力，还有轴向力，所以要求中央传动的齿轮有较高的承载能力，即齿不易折断、齿面不易压坏和不易磨损，这些都与齿轮型式有关。此外中央传动的结构尺寸对履带式机械后桥的尺寸、重量等影响较大。所以，要求它在强度允许的条件下尽量减少主动齿轮的齿数，这样可以使其在结构尺寸较小的情况下获得较大的传动比。但小圆锥齿轮的最小齿数不能少过某一界限，否则加工齿轮时会发生“根切”。而保证不产生根切现象的最小齿数与齿轮型式有关，图7-3表示几种中央传动齿轮型式。直齿圆锥齿轮(图7-3(a)：与螺旋圆锥齿轮

50、相比，它的主要优点是加工制造、装配调整比较简单，轴向力较小。但最少齿数较多，同时参与啮合的齿数少，传动噪音较大，承载能力不够高。零度圆弧锥齿轮(图7-3(b)：它的螺旋角等于0，其轮齿强度和啮合平稳性比直齿圆锥齿轮有所提高，最少齿数和轴向力与直齿圆锥齿轮相同。螺旋圆锥齿轮(图7-3(c)：齿形为圆弧形，允许的“最小齿数”随螺旋角的增大而减少，最少可达56个齿，传动中同时参与啮合的齿数较多，故齿轮的承载能力较大，运转平稳，噪音较小。但这种齿轮需要专门机床加工，轴向力较大，要求轴的定位支承更加坚固可靠。(2) 转向机构履带式机械的转向机构主要指转向离合器，转向离合器几乎都采用片式摩擦离合器。由于经

51、过变速箱、中央传动几次减速增扭，加上又要考虑发动机的全部力矩经过一个转向离合器传给一侧的履带来考虑离合器的设计容量，还有转向离台器容许的径向尺寸又没有主离合器大。因此它不能采用单片或双片，而是采用多片式结构。目前国内外各种履带式推上机的转向离合器多采用湿式结构，可以减少磨损，增加使用寿命。 当转向离合器压紧和分离都靠油压，则称双作用式，其压紧弹簧的压紧力只占总的压紧力的25左右。这点压紧力所产生的摩擦力矩只够用于拖起动动时传力发动机转动。而当机械出故障拖回修理地点时，操作转向制动器可使转向离合器主动片与被动片之间打滑而一侧履带制动，以实现转向。在正常作业时，要供入1MPa的油压以保持离合器在接

52、合状态或分离状态。单作用式转向离台器用于大型履带式工程机械，如机械在工地，转向液压系统出故障，必须就地修复或用拖车装运回送到修理点。图7- 5示双作用式转向离含器上作原理。在接合状态时，离合器操纵杆放松，压力油从操纵阀经油管、轴承壳、接盘和内鼓，进入液压缸小腔(见图75(a)。活塞经活塞杆用螺帽和压板连接，压板乃将主被动片紧紧压成一体，动力得以传递。这时液压缸大腔的油经操纵阀回入转向箱中。在分离状态时，拉动离合器操纵杆，压力油从操纵阀经油管、法兰和圆锥齿轮轴中的油道，进入液压缸大腔。推动活塞连压板移位。离合器主被动片间没有压紧力而不能传力。这时液压缸小腔的油经操纵阀回入转向箱中。操纵阀为一组合

53、阀，将左右滑阀和减压阀组合为一体，置于后桥箱上，其操纵位置有四：A、左右转向离合器结合，油液的进入如图7-5(a)箭头所示；B、左离合器分离、右离合器接合，如图7-5(b) 所示，机器向左转弯；C、左离合器接合、右离合器分离，机器向右转弯；D、左右离合器分离。 (3) 制动器转向制动器有两个作用，一是用于转急弯时制动一侧履带；另一个是用于在纵坡上临时停车或停放。履带式推土机不少采用带式制动器，因为多片式转向离合器的从动鼓正好可利用作带式制动器的制功鼓。带式制动器和其他形式的制动器(如常用的块式、蹄式)相比，带式结构简单、尺寸紧凑、包角大、制动力矩大；但磨损不均匀、本身散热情况不好(因制动鼓被带包住)。带式制动器一般以下三种(如图7-5所示)：简单式、复合式与浮动式如图76(c)所示，操纵端始终与制功带松边相连，因为在这种结构中，随着制动鼓转动方向的改变，制动带的操纵端和固定端也相应地变化。如果操纵杆件尺寸位置设计合理，这种方案正反转制动效果相同，操纵都省力，仅结构稍特殊些。履带式机械多采用这种浮动式带式制动器于转向制动器。图77为上海320推土机浮动式转向制动器工