工程机械设计-吴永平-第二篇工程机械底盘设计第七章轮式驱动桥

第七章轮式驱动桥主传动器设计；差速器设计；多桥驱动及功率循环；半轴与桥壳；最终传动第一节概述

1.概念：传动系中最后的一个大总成，它是指变速箱或传动轴之后，驱动轮或驱动链轮之前所有的传动机件与壳体的总称。2.分类：根据行驶系的不同，驱动桥可分为轮式和履带式驱动桥两种。轮式驱动桥主要有整体式驱动桥和转向驱动桥两类。

3.作用：将来自变速箱的发动机动力经减速增扭并改变传动方向后，分配给左、右驱动轮，并通过差速器允许左、右驱动轮以不同转速旋转。主传动器差速器半轴桥壳最终传动主传动器—降低转速、增加扭矩、改变扭矩的传递方向。差速器—使两侧车轮不等速旋转，以适应不同路面。半轴—将扭矩从差速器传给车轮。桥壳—是主减速器、差速器等传动装置的安装基础。最终传动—传动系最后一个减速增扭机构。4.组成ZL40装载机驱动桥（整体式驱动桥）WYL60C液压挖掘机转向驱动桥（转向驱动桥）第二节主传动器设计一、锥齿轮传动简述

由于弧齿锥齿轮、双曲面齿锥齿轮具有承载能力强，传动平稳，容易实现大传动比的优点，广泛用在汽车、拖拉机和工程机械主传动上；差速器齿轮由于相对运动少，而且同时啮合的齿轮数量较多，通常采用直齿锥齿轮。驱动桥的离地间隙H尺寸取决于主传动器从动锥齿轮的直径；在同样主传动比下，主动锥齿轮齿数越多，相应的从动锥齿数就越多，直径就越大；在保证所要求的传动比及足够的轮齿强度条件下，应尽可能减小主动齿轮齿数，从而减小从动齿轮直径，保证足够的最小离地间隙。二、主传动的型式1．单级减速主传动器

2．双级减速主传动器

3.贯通式主传动器

1．单级减速主传动器

2．双级减速主传动器

第一级圆锥齿轮上置方案（减小纵向尺寸和传动轴间夹角）3.贯通式主传动器三、主传动的设计要点

1.主动锥齿轮的支承型式

主动锥齿轮支承刚度的好坏直接影响齿轮传动的平稳性能，影响使用寿命，因此其支承必须牢固可靠，且要求刚度要大。

由于中央传动的传动比和负荷较大，且传动要求平稳，大多采用弧齿锥齿轮或双曲面齿锥齿轮。对于单级传动，小齿轮齿数一般大于5~6个；对于双级传动，小齿轮的齿数可以多一些，一般大于9个。设计弧齿锥齿轮的螺旋方向时，应该保证在大多时间（通常为机器前进时）锥齿轮啮合的轴向力处于将两齿轮推开的状态,以免啮合的齿轮楔紧。齿轮材料通常采用20CrMnTi、22CrMnMo、20CrNiMo、20MnVB等渗碳淬火，齿面硬度58~64HRC，心部硬度为29~45HRC。

2.锥齿轮的设计要点

支承主减速器齿轮的圆锥滚子轴承需预紧，以消除安装的原始间隙和磨合期间该间隙的增大量从而增强支承刚度。3．轴承定位4．锥齿轮啮合间隙和啮合印痕的调整在调整轴承预紧度之后，还应进行主减速器齿轮的啮合调整。因齿面接触区和齿侧间隙的正确调整是保证齿轮正确啮合、运转平稳和延长齿轮寿命的重要条件，为此，在锥齿轮支承的结构上应保证主、从动锥齿轮能进行轴向调整。5．从动锥齿轮的止推螺栓

当从动锥齿轮的尺寸较大时，在大负荷下会产生较大的变形，使齿轮的啮合状况变差。常在齿轮背面设计止推装置。轮胎式工程机械行驶时两侧车轮转速可能不相等：①当车辆转向时，外侧车轮走过的距离要比内侧车轮走过的距离长；②当在高低不平的地面上行驶时，左右车轮走过的路面长度不总是相等的；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，两侧轮胎的滚动半径不是绝对相等的。

第三节差速器设计一、差速器的工作原理

差速器壳的角速度ω为牵连运动；左驱动轮的绝对角速度ω1，其相对角速度ω1′=ω1-ω；右驱动轮的绝对角速度ω2，其相对角速度为ω2′=

ω2-ω。不难看出，在动坐标系里由于z1=z2，所以令ω1′=ω1-ω=⊿ω，则有ω2′=ω2-ω=-⊿ω，即两式相加得

1．差速器的运动学分析

以行星轮为脱离体，设行星轮相对行星架运动的速度为ωx，则行星齿轮所受的摩擦阻力矩为⊿M。由于⊿M的存在，使两半轴齿轮对行星轮产生附加作用力⊿P。由于ωx的存在，使两侧车轮的速度分别发生变化⊿ω1、⊿ω2，左侧车轮的驱动力矩M1为右侧车轮的驱动力矩M2为

2．差速器的动力学分析1）直线行驶时，ω1=ω2=ω

，⊿ω=0，

ωx=0。行星轮、半轴齿轮、差速器壳间没有相对运动，作为一个整体一起转动。

2）在ω

=0时，ω1=-ω2。即：用传动系的手制动紧急刹车时，差速器壳的速度迅速降为零，但由于两侧车轮的附着条件不可能完全相同，它们不可能同时停止，这时可能会出现两车轮转向相反，造成车辆甩尾。

3）转弯时，由于地面的附着作用，两侧车轮在平均转速不变的条件下，内侧车轮速度较慢，由于⊿M的存在，使内侧车轮驱动力矩较大；外侧车轮速度较快，其驱动力矩较小。

4）如果不计⊿M

，则两车轮的驱动力矩相同，即差速器总是平均分配输入转矩，具有差速不差扭的特性。可能出现一侧完全打滑，并以2ω

的速度转动，而且另一侧完全不动的情况。

3．讨论

克服普通差速器当一边车轮陷入泥泞时另一侧车轮也失效的缺点，目前有许多方法，大体上可以分为两类。

一是采用差速锁使差速器失效；

二是增大差速器的内部阻力，限制滑动。二、差速锁

当一侧车轮打滑时，利用离合器将一个半轴齿轮和差速器壳体连接一起，从而限制行星轮的自转。

限滑差速器是利用差速器内部摩擦阻力增大时，低速车轮驱动力增大的原理，在差速器内部设计摩擦离合器，人为增加差速器的内部阻力，保证一侧车轮无法驱动时另一侧车轮仍有相当的驱动力。三、限滑差速器四、工程机械用其它差速器简介1.圆柱齿轮差速器2.蜗轮差速器3.转矩比例差速器

转矩比例式差速器与普通圆锥齿轮差速器类似，只是它有较少的齿数和特殊的齿形，其行星齿轮对左右半轴齿轮的作用力臂的大小，是随着其转角位置的不同而变化。l1<l2l1=l2l1>l2第四节多桥驱动及功率循环一、功率循环

为了充分利用地面条件，采用多桥驱动能够提高牵引力是勿庸置疑的，但同时带来的缺点是多桥驱动将产生功率循环。PKP′=T1+T2滑转率理论行驶速度理论上，车辆直线行驶时，实际上，各车轮的动力半径与设计值不同由于前、后车轮的实际速度因此前、后轮的在行驶过程中会出现滑转、滑移现象。前、后车轮的滑转率考虑vT1＜vT2的情况。(1)作业阻力PKP′很大，地面土壤较松软。这时v＜vT1＜v

T2,0＜δ1＜δ2,T

2＞T

1＞0，前、后轮都滑转，说明都是驱动轮，PKP′=T1+T2。(2)作业阻力PKP′逐渐减小或在较密实的土壤上作业。这时前、后轮的滑转率都将减少，当达到v=vT1＜vT2时，δ1=0，δ2＞0；所以，T1=0，仅后轮驱动。(3)作业阻力PKP′进一步减小并在坚实的地面上工作。这时滑转率会变得更小，当速度达到vT1＜v＜vT2时，δ1＜0而δ2＞0，即后轮滑转而前轮滑移，在前轮上作用有与车轮运动方向相反的力（-T1）。有一部分功率就从前轮进入了传动系，其先后经过前主传动器，变速箱，后主传动器传到后轮，并又经过车架传回前轮，形成功率循环现象。PKP′=T1+T2循环功率是有害的。它增加传动零件的载荷并产生附加的功率损失。1．在传动系统中布置脱桥机构

在轻载、路面坚实的条件下工作时，利用脱桥机构分离某一车桥的传动，采用单桥驱动。在重载或松软地面上工作时，接合脱桥机构采用全桥驱动。

2．采用轴间差速器

在两个驱动桥之间安装轴间差速器，利用轴间差速器来调节前后桥上驱动轮的转速，从而解决车轮的滑移、滑转问题，以达到减小或避免循环功率的产生。二、消除功率循环的方法

一、半轴的型式半轴是在差速器与驱动轮之间传递动力的实心轴。根据轮毂的安装结构，可分为全浮式和半浮式两种型式。半轴与驱动轮毂在桥壳上的支承形式决定了它的受力情况。第五节半轴与桥壳全浮式半浮式二、驱动桥壳

驱动桥壳的主要作用是承受载荷，它承受重力并传递给车轮，又承受地面作用给车轮的各种反作用力并传递给车架，因此要求桥壳必须具有足够的强度和刚度。驱动桥壳的强度计算工程机械作业过程中，驱动桥受力复杂，一般按三种工况进行强度计算：1最大牵引力工况；2满载制动工况；3侧滑工况路面对车轮作用力：垂直反力（支承力），纵向反力（牵引力和制动力），侧向反力

1．最大牵引力工况

假定机械在满载状态，并且驱动轮产生最大牵引力。不计偏载，Gaμ=0，则Y1=Y2=0；驱动桥壳承受垂直力Z1=Z2=Z和水平力PK作用产生的弯曲应力。

（1）地面作用于车轮上的垂直反力Z产生的弯矩MZ：MZ=Z·l

（2）水平驱动力PK产生的弯矩最大值MPK：MPK

=Zφl

合成后得总弯矩Mu

弯曲应力σu为（3）PK产生的转矩，也要通过中央传动主动齿轮的轴承作用到桥壳上，所以桥壳承受转矩Mτ的最大值为：Mτ

=Zφrd

扭转应力合成应力

2．满载制动工况满载制动工况是假定机械在满载状态紧急刹车，驱动桥承受负荷力、地面附着力、惯性力共同产生的弯曲应力。

垂直作用力产生的弯矩Mz

水平作用力产生的弯矩MPK

制动力产生的转矩Mτ

需要说明的是，这时的转矩Mτ主要是通过制动器传到桥壳的。3．侧滑工况

侧滑工况是机器在坡道上横向行驶或高速拐弯时的情况。这时，由于重力（或离心力）产生了侧向力Gaμ，使车轮受到了一个侧向力Y，要考虑这个力产生的弯矩。这时地面对两边车轮的反力不相等（即Z1≠Z2），应该两边分别计算。

取静力平衡得Z

1的最大值为

Y1的最大值为Y1=Z

1φ