CA-20型地下礦山自卸汽車驅(qū)動橋的主減速器及駐車制動器的設(shè)計說明書

1、 第1章 前 言1.1立項背景進入21世紀(jì)以來，我國的礦業(yè)形勢發(fā)生了很大的變化。無軌采礦技術(shù)近40多年來得到了飛速的發(fā)展。許多露天礦山，由于開采深度不斷增加，為了降低開采成本、保護環(huán)境，這些礦山必須由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采。據(jù)有關(guān)協(xié)會統(tǒng)計，我國的鐵礦山在5年后，露天開采與地下開采的比將由目前的73轉(zhuǎn)變成37，由此可見，地下礦山設(shè)備在我國的應(yīng)用前景十分廣闊。據(jù)有關(guān)資料分析，我國今后地下礦山自卸汽車的需求量將呈逐年上升的趨勢。目前的年需求量約30臺左右，5年后年需求量約120臺左右。由于歷史的原因，我國在地下礦山運輸設(shè)備領(lǐng)域裝備十分落后，盡管經(jīng)過太原重型機械廠、北京礦冶研究總院、核工業(yè)第六研究所、衡

2、陽有色冶金機械廠、金川有色公司、長沙礦山研究院等單位的努力，分別對5t、8t、10t、12t、18t、20t、25t等機型進行了一些研究，取得了一些成功，但這些探索性的研究顯然還很不夠，而且有些探索顯然沒有達到預(yù)期的目的。因此，直到目前我國可供礦山選用的地下礦山自卸汽車比較少，遠遠不能滿足我國地下礦山運輸設(shè)備需要。國外的地下礦山自卸汽車應(yīng)用得比較好，技術(shù)也比較先進，但價格比較高。一般情況是：國外的地下礦山自卸汽車整機的價格是國內(nèi)價格的23倍，而易損件、備件的價格卻是610倍。因此，發(fā)展我國的地下礦山自卸汽車是非常必要的。20t地下礦山自卸汽車是我國礦山應(yīng)用較多的一種機型，它比較適合中型規(guī)模的地

3、下礦山。我國的有些公司對它有過探索，但沒有達到預(yù)期的目的，至今沒有該產(chǎn)品通過鑒定的報道。因此，我國的20t地下礦山自卸汽車目前還停留在研制階段。而我國的用戶對該產(chǎn)品有比較迫切的需求，有些客戶已經(jīng)向衡陽力達鏟運機有限責(zé)任公司提出了訂購的意向。由此可見，研究該機型不僅非常迫切，而且非常必要。因此，為了滿足我國地下礦山運輸設(shè)備的需要，使我國在地下礦山設(shè)備的設(shè)計、制造上一個新的臺階，促進我國地下礦山運輸設(shè)備的產(chǎn)業(yè)升級。我國通過20年引進、消化和吸收國外先進技術(shù)，已成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鏟運機系列產(chǎn)品，并榮獲國家級新產(chǎn)品稱號及國家科技進步三等獎。產(chǎn)品有CY、CYE系列井下鏟運機以及CA-8地下礦山

4、自卸汽車，產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有色、冶金、化工及黃金礦山。由于國際工業(yè)技術(shù)大融合，國外的一些先進技術(shù)能夠為我國的產(chǎn)品升級提供支持。例如：我國可以選用德國道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的發(fā)動機，可以選用美國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋。力達鏟運機制造有限公司經(jīng)過20多年的努力，在引進、消化和吸收克拉克公司技術(shù)的基礎(chǔ)上已經(jīng)開發(fā)成功多種能夠用于地下礦山的鏟運機，而地下礦山自卸汽車的制造技術(shù)比鏟運機的難度還要大。因此，開發(fā)20t地下礦山自卸汽車的條件已經(jīng)成熟。這是本項目的立項的背景。20t地下礦山自卸汽車是地下礦山無軌運輸?shù)囊粋€重要

5、機型，它的研究開發(fā)對我國地下礦山自卸汽車的產(chǎn)品升級、建立我國地下礦山無軌采礦配套設(shè)備體系、促進我國地下礦山無軌采礦的發(fā)展都具有十分重大的意義，同時，開發(fā)它的經(jīng)濟效益和社會效益都很顯著。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1963年瓦格納(wagner)公司生產(chǎn)了世界上第一臺柴油鏟運機，從此開創(chuàng)了地下采礦應(yīng)用無軌運輸?shù)臅r代。首先在美國及瑞典等國的地下采場中，采用了一種膠輪柴油驅(qū)動，兼有裝、運、卸功能的鏟運機(簡稱lHD)。這種設(shè)備具有機動靈活，高效率，改善勞動強度，節(jié)省勞動力的性能，簡化了礦巖裝運工藝，適用于采場運搬和階段運輸。這種設(shè)備很快在歐美礦山中被廣泛采用，逐漸替代著多年來沿用的電耙、氣動裝載機

6、和軌道運輸車輛。實踐證明鏟運機在中、短距離內(nèi)使用是經(jīng)濟的，但當(dāng)鏟運機運距超過其經(jīng)濟運距時，運輸能力將顯著下降，運輸費用則急劇上升。因此，在較長距離和大運量時就宜采用礦用自卸汽車。無軌采礦技術(shù)的應(yīng)用使世界地下采礦業(yè)發(fā)展發(fā)生了革命性的變化。40多年來，無軌采礦技術(shù)在發(fā)達國家的普及率已經(jīng)超過85%。無軌設(shè)備的種類，除了主采設(shè)備鏟運機和鑿巖臺車外，各種地下車輛(如地下礦山自卸汽車、地下礦山工程服務(wù)車、裝藥車、維修車、加油車、運人車等)都已廣泛應(yīng)用，并按照工藝的要求形成配套裝備，組成各種機械化作業(yè)線，從而最大限度地提高了地下礦山的生產(chǎn)效率，使礦山的生產(chǎn)迅速由體力加經(jīng)驗的勞動密集型向技術(shù)密集的集約化方向發(fā)

7、展。在中型噸位地下礦山自卸汽車方面，阿特拉斯-瓦格納(Atlas Copco Wagner Inc)、約翰克拉克(JCI)公司、格特曼(Getman)公司、偌麥特(Normet)公司和塔姆羅克(Tamrock，也就是EJC)公司等，在世界上處于領(lǐng)先地位。他們生產(chǎn)的中型噸位地下礦山自卸汽車，性能良好、結(jié)構(gòu)合理、質(zhì)量可靠，基本上占領(lǐng)了這一領(lǐng)域的國際市場。這些公司生產(chǎn)的地下礦山自卸汽車，一般采用德國道依茨(Deutz)公司、卡特(Cater)公司、底特律(Detroit)公司的發(fā)動機，美國約翰克拉克(JCJ)公司的液力變矩器和帶有彈簧制動、液壓松閘的多盤濕式制動器，裝有輪邊行星減速裝置的橋。這種橋的

8、特點是承載能力大，制動性能好，具有合適的傳動比。但是，這些公司生產(chǎn)的地下礦山自卸汽車價格昂貴，一般情況是：國外的地下礦山自卸汽車整機的價格是國內(nèi)價格的23倍，而易損件、備件的價格卻是610倍，而且，這些公司的備件供應(yīng)周期一般要幾個月，必然會嚴重影響礦山的采礦生產(chǎn)，所以其備品備件的供應(yīng)時間較難滿足我國工業(yè)生產(chǎn)的需要。因此，研究開發(fā)適合我國國情的地下礦山自卸汽車，形成具有自主只是產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，對滿足我國地下礦山無軌采礦的需要、促進我國地下礦山無軌采礦工藝的發(fā)展是非常必要的。我國的地下礦山自卸汽車的開發(fā)比較晚，直到1995年才出現(xiàn)KU-12型地下礦山自卸汽車。由于，它采用了露天機械設(shè)備的橋，這種橋顯然

9、不能滿足地下礦山苛刻的工作條件。尤其要提到的是露天機械設(shè)備的橋的制動性能難以滿足地下礦山的要求。因此，這種機型并沒有得到推廣應(yīng)用。1996年，JZC-10型地下礦山自卸汽車在凡口鉛鋅礦進行了工業(yè)試驗及鑒定，但由于種種原因，這種機型也沒有推廣應(yīng)用。1998年，KZC-5型地下礦山自卸汽車在東北某鈾礦進行了工業(yè)試驗，也是由于種種原因沒有推廣應(yīng)用。在世紀(jì)之交我國的有些研究院、公司、工廠和礦山還進行了18t、25t的地下礦山自卸汽車的探索，盡管取得了一些成功，但地下礦山自卸汽車的整體水平還是停留在研究階段。1.3項目實施的主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點、預(yù)期目標(biāo)1.3.1本項目實施的主要技術(shù)內(nèi)容：(1)、

10、整體機電液參數(shù)的計算：主要解決本項目功率匹配問題。(2)、重要零部件選型設(shè)計：遴選各國能用于本項目的零部件，進行性能價格比較。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，達到性能價格比較好。(3)、重要零部件的強度校核與優(yōu)化：本項目的一個重要內(nèi)容是進行重要零部件的數(shù)字化設(shè)計。1.3.2本項目解決的關(guān)鍵技術(shù)：(1)、本項目柴油機與液力變矩器的功率匹配。(2)、本項目重要零部件的強度校核與優(yōu)化設(shè)計，該關(guān)鍵技術(shù)的實施能夠提升我國的研究設(shè)計水平；并能達到在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，性能價格比較好。(3)、CA-20地下礦山自卸汽車整車性能的優(yōu)化設(shè)計。1.3.3本項目的技術(shù)路線：為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，本項目將采用目前世界上先進的地

11、下礦山用的發(fā)動機(底特律公司生產(chǎn))，液力變矩器、變速箱和驅(qū)動橋(約翰克拉克生產(chǎn))，采用進口液壓制動閥及其他液壓元件。這樣，本項目的關(guān)鍵部件的性能與國外同類產(chǎn)品性能相同或相當(dāng)。其它機構(gòu)的生產(chǎn)，因為有生產(chǎn)CA-8地下礦山自卸汽車和KZC-5地下礦山自卸汽車的生產(chǎn)經(jīng)驗，也能保證質(zhì)量。所以，整車的性能處于國內(nèi)領(lǐng)先水平、與目前世界水平相當(dāng)。1.3.4本項目的創(chuàng)新點：(1)、本項目主要利用目前世界上先進產(chǎn)品(如發(fā)動機、液力變矩器、驅(qū)動橋和進口液壓制動閥及其他液壓元件)，整機的主要部件與EJC公司的一樣，組合生產(chǎn)CA-20地下礦山自卸汽車，使本項目處于國內(nèi)領(lǐng)先水平、達到世界水平。(2)、因為本項目是我國地下

12、礦山的一個技術(shù)升級產(chǎn)品，因此，本項目在設(shè)計上采用數(shù)字化設(shè)計，提升我國在這類產(chǎn)品設(shè)計中的設(shè)計水平。1.4應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景與市場需求進入21世紀(jì)以來，我國的礦業(yè)形勢發(fā)生了很大的變化。許多露天礦山，由于開采深度不斷增加，為了降低開采成本、保護環(huán)境，這些礦山必須由露天開采轉(zhuǎn)入地下開采。據(jù)有關(guān)協(xié)會統(tǒng)計，我國的鐵礦山在5年后，露天開采與地下開采的比將由目前的73轉(zhuǎn)變成37，由此可見，地下礦山設(shè)備在我國的應(yīng)用前景十分廣闊。據(jù)有關(guān)資料分析，我國今后地下礦山自卸汽車的需求量將呈逐年上升的趨勢。目前的年需求量約30臺左右，5年后年需求量約120臺左右。20t地下礦山自卸汽車是我國中型地下礦山主要運輸車輛，其年需求

13、量約為我國地下礦山自卸汽車的總需求量的30%左右。因此，其應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景較好。第2章 發(fā)動機跟變矩器的匹配2.1地下自卸車用柴油機的選擇近2530年，柴油機地下在地下采礦中已得到廣泛的應(yīng)用。柴油機是柴油地下自卸車的“心臟”，對整車的性能與可靠性有很大的影響，并對整個礦山的開采效果、企業(yè)的經(jīng)濟效益有直接的影響。1.地下自卸車工作時，柴油機所受到的沖擊振動很大，因此要求柴油機機體和附件有較高的剛度和強度。2.發(fā)動機扭矩要大，扭矩儲備系數(shù)一般大于15%25%。3.由于地下自卸車經(jīng)常在速度和負荷急速變化的情況下工作（一般在80%100%負荷下工作占40%，在50%負荷下工作時間占30%，有時則在超負

14、荷下工作），發(fā)動機必須備有性能良好的全程調(diào)速器。4.由于地下自卸車使用范圍比較廣，有時溫差變化比較大，因此要求柴油機一般能在-30+40C的氣溫下正常工作，特殊情況下能在5060C的高溫環(huán)境下工作。因此對燃油和機油的冷卻系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)應(yīng)作特殊考慮。5.在井下由于爆破、鑿巖等原因，井下空氣含塵量很大，大約為1.52g/m，因此要求配有效率高、容量很大的空氣濾清器。同時還得配有效率高的燃油濾清器和機油濾清器。6.由于在井下工作，通風(fēng)條件差，因此要求柴油機有最低的廢氣排放，同時應(yīng)配備效果較好的廢氣凈化裝置。7.地下自卸車往往需要在傾斜的地面上運行與工作，發(fā)動機應(yīng)能保證在前后、左右傾斜30的場地上工作

15、（適用于柴油機傾斜角30的油底殼）。8.由于井下通風(fēng)條件差，散熱能力也差，柴油機需要帶有容量足夠的液壓油散熱器。9.要求有足夠的可靠性。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量的新材料、新技術(shù)、新工藝的采用，特別是電子控制技術(shù)的采用，使水冷柴油機可靠性更高、燃油更節(jié)省、廢氣排放更低、性能更佳。因此在近幾年國外新開發(fā)的地下自卸車中廣泛采用水冷柴油機。 在煤礦與天然氣非非煤礦環(huán)境中使用地下自卸車時必須采用防爆設(shè)計的水冷柴油機。 根據(jù)經(jīng)驗和類比，收集與要設(shè)計的地下自卸車的載重量相近的國內(nèi)外已有的先進車型，并通過實踐證明性能良好或比較好的地下自卸車作為選擇功率。在這里我們選擇底特律公司的series50型柴油發(fā)動機

16、。2.2液力變矩器的選擇 目前在地下自卸車中，大多數(shù)采用柴油機和三相交流異步電動機作為動力裝置。由于柴油機的扭矩適應(yīng)性系數(shù)與電動機的過載能力較少，不能滿足地下自卸車經(jīng)常過載與載荷頻率變化的要求，因此，為了解決這個問題，即在柴油機或電動機后面安裝一個液力變矩器。液力變矩器在地下自卸車中獲得了廣泛應(yīng)用的原因除了上述原因外，還因其具有下述優(yōu)點。1使車輛具有自動適應(yīng)性。當(dāng)外載荷增大時，變矩器能使車輛自動增大牽引力，同時車輛自動減速，以克服增大了的外載荷。2提高車輛的使用壽命。由于液力傳動的工作介質(zhì)是液體，故能吸收并減少來自動力裝置和外載荷的振動與沖擊，這就是液力傳動的濾波性能和過載保護性能，因而提高了

17、車輛的使用壽命。這對于經(jīng)常在惡劣環(huán)境下工作的地下自卸車來說尤為重要。3提高車輛的通過性能。液力傳動可以使車輛以任意的速度行駛，這樣便使車輛與地面的附著力增加，從而提高車輛的通過性能。這對地下自卸車在泥濘、不平的路面條件作業(yè)是有利的。4提高車輛的舒適性。采用液力傳動后，可以平穩(wěn)啟動，并能在較大的速度范圍內(nèi)無級變速，可以吸收與減少振動與沖擊，從而提高了車輛的舒適性。5簡化車輛的操作。因為液力變矩器本身就是一個無級自動變速器，發(fā)動機與電動機的動力范圍得到擴大，故變速箱的檔位可以減少。加以采用動力換檔裝置后，換檔操作簡便，從而大大降低駕駛員的勞動強度。另外，由于變矩器可避免發(fā)動機因外載荷突然增大而熄火

18、，所以司機可不必為發(fā)動機熄火擔(dān)心。 液力傳動的主要缺點是：與一般機械傳動相比，成本高，變矩器本身的效率低。 由于正轉(zhuǎn)液力變矩器效率較反轉(zhuǎn)的高，單級與單相三元件結(jié)構(gòu)最簡單，向心渦輪液力變矩器具有較高的效率，所以地下自卸車絕大部分選用單級單相三元件向心渦輪變矩器，這種變矩器性能穩(wěn)定，可靠性高，使用壽命長。根據(jù)經(jīng)驗和發(fā)動機的參數(shù)來選擇液力變矩器的型號，在這里我們選擇克拉克公司的CL5000系列的液力變矩器。2.3通過計算，得出柴油機與變矩器共同工作時的輸入特性曲線，輸出特性曲線及牽引曲線和爬破能力曲線所謂的液力變矩器與發(fā)動機的匹配是指液力變矩器按照工作的要求，以指定工況（或傳動比）傳遞發(fā)動機扭矩和功

19、率的一種共同工作情況。盡管發(fā)動機與變矩器性能都好，若是匹配不正確，將使發(fā)動機性能不能充分發(fā)揮或者液力變矩器不能以十分理想的工況去傳遞發(fā)動機的功率。通過匹配計算，可以求出地下自卸車的各檔最大牽引力（失速牽引力）、車速與爬坡能力。2.3.1油泵的力矩損失與的計算 根據(jù)文獻地下裝載機結(jié)構(gòu)設(shè)計與使用設(shè)計，和下表2.1與表2.2計算得工作油泵空載損失的力矩,;轉(zhuǎn)向油泵,;變速油泵。表2.1 工況計算項目1234變速油泵滿負荷工作、工作油泵與轉(zhuǎn)向油泵空載變速油泵與轉(zhuǎn)向油泵滿負荷、工作油泵空載變速油泵與工作油泵滿負荷、轉(zhuǎn)向油泵空載各油泵均滿負荷工作輸入功率/KW輸入扭矩/N.m注：、工作油泵、轉(zhuǎn)向油泵空載損

20、失功率，KW;、變速油泵、工作油泵、轉(zhuǎn)向油泵重載損失功率，KW表2.2 油泵空載、重載力矩損失變速油泵 工作油泵轉(zhuǎn)向油泵空載N.m=1591.38=1591.38重載N.m=159(0.69+)/=159(0.69+)=159(0.69+) 備 注 、工作油泵與轉(zhuǎn)向油泵空載損失力矩，N.m;、變速油泵、工作油泵、轉(zhuǎn)向油泵重載損失功率，N.m;油泵容積效率；油泵轉(zhuǎn)速，r/min;、變速油泵、工作油泵、轉(zhuǎn)向油泵工作流量，L/min;、變速、工作、轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)實際工作壓力，MPa2.3.2求發(fā)動機標(biāo)準(zhǔn)狀況扭矩，變矩線器輸入扭矩 根據(jù)表2.2（變矩器輸入特性曲線）介紹的方法求出,并可畫出下圖2.1的曲

21、線1，2，3，4。 與公式=，把美國克拉克變矩器的負載拋物線轉(zhuǎn)換成公制負載拋物線并畫在圖2.1上。2.3.3變矩器的輸出特性及冷卻能力計算 按變矩器輸入特性曲線左上角數(shù)據(jù)與公式=, =, =0.1047, 計算出發(fā)動機與變矩器的聯(lián)合工作輸出特性曲線的坐標(biāo)，并繪出圖2.3。2.3.4牽引特性與爬破能力計算根據(jù)文獻地下裝載機結(jié)構(gòu)設(shè)計與使用中的公式和下表2.3的數(shù)據(jù)計算出各擋的速度、牽引力和爬破能力（見表2.4）并繪出下圖：圖2.1 柴油機與變矩器共同工作輸入特性曲線圖2.2柴油機與變矩器聯(lián)合工作輸出特性曲線 圖2.3 牽引曲線圖2.4重載牽引曲線其中公式如下所示： =0.377 =- = 式中 地

22、下自卸車的行使速度。Km/h;變矩器渦輪轉(zhuǎn)速，r/min;輪胎的滾動半徑，m;傳動系統(tǒng)總傳動比；輪子牽引力，N；渦輪輸出力矩，N.m; 傳動系統(tǒng)總效率；=0.8；空氣阻力系數(shù)=0.0466N/（km/hm）;地下自卸車迎風(fēng)面積，m;變矩器偏置傳動比；變速箱各擋傳動比；驅(qū)動橋總傳動比。表2.3 變矩器特性計算序 號變矩器輸入特性變矩器輸出特性轉(zhuǎn)速/r.min扭矩/N.m轉(zhuǎn)速/r.min扭矩/N.m功率/kw12165.6565.160101746.3022159.1594.2665215.91721.038.908232153.1620.7371430.61623.273.193542147.3

23、646.7537644.21468.199.030352142.1669.8197865.81292.8115.986662139.3682.07141069.71128.1126.360072139.3682.07141283.6973.3130.821582142.1669.81971499.5823.2129.253092150.4632.72281720.3637.8114.8903102172.1536.09241846.3470.790.9988112193.3441.99221897.2369.173.3174122212.3357.54601946.8281.757.43441

24、32248.8195.05912062.1129.327.9248142286.0 29.2546 2292.900表2.4牽引特性與爬破能力計算序號擋傳動比=4.48擋傳動比=2.46擋傳動比=1.41擋傳動比=0.77/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%/km.h/kN坡度/%10241.9837.08300132.8718.5160076.1609.7423041.5914.519120.4699238.4736.42580.8558130.9418.21111.493175.0499.57342.734240.9704.425830.9373224.

25、9233.94121.7069123.5017.04052.978070.7708.92375.453338.5914.068241.4021203.4330.14032.5534111.6915.19824.454963.9817.89518.157734.8133.500851.8650179.1226.01103.396498.3413.13365.925656.2986.734110.850730.5192.856362.3282156.3122.26374.240085.8011.21117.397449.0755.645213.546026.4492.245772.7939134.

26、8518.82855.088074.009.41378.876942.2674.620816.255222.5771.665083.2637114.0415.56395.943662.567.679410.369835.6553.627318.988818.7821.096193.744588.3411.60046.819248.425.546811.897327.4912.402021.785914.1060.3952104.018765.188.07727.318535.693.632712.768520.1551.301923.38129.962-0.2259114.129451.105

27、.95047.520227.952.471113.120315.7020.634524.02557.472-0.5991124.237339.004.12967.716821.301.473813.463311.8730.060624.65365.322-0.9213134.488417.870.96008.17399.69-0.267014.26095.176-0.943226.11411.523-1.4908144.9906-0.06-1.72779.0887-0.19-1.747415.8568-0.574-1.805229.0365-1.925-2.0078第3章 驅(qū)動橋3.1驅(qū)動橋概

28、述橋殼除作為殼體及驅(qū)動車輪支承的橫梁承受簧上質(zhì)量外，還在車架后車廂與路面間承受并傳遞鉛垂力、縱向力與橫向力，以及承受制動力矩及反作用力矩。驅(qū)動橋的反作用力矩是因主減速器主、從動齒輪上的圓周力經(jīng)主、從齒輪軸承傳遞給殼體而產(chǎn)生橋殼的橋殼翻轉(zhuǎn)力矩?？梢哉J為：驅(qū)動橋的輸入轉(zhuǎn)矩在橋殼上產(chǎn)生一大小及方向均與輸入轉(zhuǎn)矩相同并使驅(qū)動橋有側(cè)向翻轉(zhuǎn)趨勢的反作用力矩，它由左右驅(qū)動車輪載荷轉(zhuǎn)移引起的力矩所平衡；驅(qū)動橋的輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生一大小與其相同而方向相反并使橋殼力圖向后翻轉(zhuǎn)的反作用力矩，它由左右縱置鋼板彈簧所約束并使橋殼在兩板簧間承受大小為輸出轉(zhuǎn)矩之半的扭轉(zhuǎn)負荷。驅(qū)動橋總的反作用力矩為以上兩種反作用力矩的向量和。當(dāng)主減

29、速器吊掛在車架橫梁或車廂上時，其反作用力矩由車架或車廂承受；三軸越野汽車采用平衡懸架的中、后橋的反作用力矩則由反作用桿來承受。在保證強度、剛度、可靠性及壽命的條件下應(yīng)力求減小驅(qū)動橋簧下質(zhì)量，以減小地面沖擊力、提高汽車平順性。驅(qū)動橋的輪廓尺寸要緊湊并與所要求的離地間隙相適應(yīng)；主減速比應(yīng)能滿足在給定使用條件下具有良好的動力性、經(jīng)濟性，轎車多選為，貨車單級主減速器多為。驅(qū)動橋應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單，制造、維修方便?？偝杉傲?、部件的設(shè)計應(yīng)能滿足零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化和產(chǎn)品系列化及汽車變型的要求。3.2地下自卸車驅(qū)動橋的組成及作用 驅(qū)動橋是地下自卸車的主要組成部分。它由主傳動、差速器、輪邊減速器、封閉濕式多盤制動器

30、（或其他型號制動器）、橋殼和半軸組成。主傳動的作用是增矩和改變扭矩的傳遞方向；差速器是使驅(qū)動車輪在轉(zhuǎn)向或不平路面上行駛時，左右驅(qū)動輪以不同的角速度旋轉(zhuǎn)；輪邊減速器進一步增大從半軸輸出的扭矩；封閉濕式多盤制動器或其他型號制動器用于地下自卸車工作制動；驅(qū)動橋殼把地下自卸車的重量傳遞到車輪并將作用在車輪上的各種力傳遞到車架，同時驅(qū)動橋殼又是主傳動、差速器和車輪傳動裝置的外殼，半軸則是從差速器將扭矩與轉(zhuǎn)速傳遞到輪邊減速器。3.3地下自卸車對驅(qū)動橋的要求1合理分配主傳動及輪邊減速器的傳動比，以保證機械的最佳動力性和2驅(qū)動橋各部件在工作可靠并保證一定的使用壽命的條件下應(yīng)力求做到重量輕、體積小和保證所要求的

31、離地間隙。3地下自卸車是在井下工作，路面條件差、彎道多。因此要求左右車輪差速與扭矩分配，即當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，左右驅(qū)動橋與地面的附著系數(shù)不等時，能使地下裝載機發(fā)生充分的牽引力。4由于地下自卸車經(jīng)常在坡道上作業(yè)與運行，因此要求制動器制動可靠、性能穩(wěn)定、壽命長、易維護。5要求結(jié)構(gòu)簡單、修理保養(yǎng)方便、制造容易。6工作平穩(wěn)、無噪聲、工作可靠、故障少。第4章 主減速器4.1主減速器概述地下自卸車廣泛采用單級主傳動，該主傳動結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，成本低，使用簡單，但主傳動比不能太大，一般3.66.87。因為進一步提高將增大從動輪直徑，從而減少離地間隙和使從動輪熱處理復(fù)雜。主減速器的齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面齒輪、圓柱

32、齒輪和蝸輪蝸桿等形式。4.1.1 螺旋錐齒輪傳動螺旋錐齒輪傳動(圖41a)的主、從動齒輪軸線垂直相交于一點，齒輪并不同時在全長上嚙合，而是逐漸從一端連續(xù)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向另一端。另外，由于輪齒端面重疊的影響，至少有兩對以上的輪齒同時嚙合，所以它工作平穩(wěn)、能承受較大的負荷、制造也簡單。但是在工作中噪聲大，對嚙合精度很敏感，齒輪副錐頂稍有不吻合便會使工作條件急劇變壞，并伴隨磨損增大和噪聲增大。為保證齒輪副的正確嚙合，必須將支承軸承預(yù)緊，提高支承剛度，增大殼體剛度。4.1.2雙曲面齒輪傳動雙曲面齒輪傳動(圖41b)的主、從動齒輪的軸線相互垂直而不相交，主動齒輪軸線相對從動齒輪軸線在空間偏移一距離E，此距離稱

33、為偏移距。由于偏移距正的存在，使主動齒輪螺旋角大于從動齒輪螺旋角。根據(jù)嚙合面上法向力相等，可求出主、從動齒輪圓周力之比式中，、分別為主、從動齒輪的圓周力；、分別為主、從動齒輪的螺旋角。螺旋角是指在錐齒輪節(jié)錐表面展開圖上的齒線任意一點A的切線TT與該點和節(jié)錐頂點連線之間的夾角。在齒面寬中點處的螺旋角稱為中點螺旋角。通常不特殊說明，則螺旋角系指中點螺旋角。雙曲面齒輪傳動比為式中，為雙曲面齒輪傳動比；、分別為主、從動齒輪平均分度圓半徑。對于螺旋錐齒輪傳動，其傳動比，令，則1）當(dāng)雙曲面齒輪與螺旋錐齒輪尺寸相同時，雙曲面齒輪傳動有更大的傳動比。2)當(dāng)傳動比一定，從動齒輪尺寸相同時，雙曲面主動齒輪比相應(yīng)的

34、螺旋錐齒輪有較大的直徑，較高的輪齒強度以及較大的主動齒輪軸和軸承剛度。3)當(dāng)傳動比一定，主動齒輪尺寸相同時，雙曲面從動齒輪直徑比相應(yīng)的螺旋錐齒輪為小，因而有較大的離地間隙。另外，雙曲面齒輪傳動比螺旋錐齒輪傳動還具有如下優(yōu)點：1)在工作過程中，雙曲面齒輪副不僅存在沿齒高方向的側(cè)向滑動，而且還有沿齒長方向的縱向滑動?？v向滑動可改善齒輪的磨合過程，使其具有更高的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。2)由于存在偏移距，雙曲面齒輪副使其主動齒輪的大于從動齒輪的，這樣同時嚙合的齒數(shù)較多，重合度較大，不僅提高了傳動平穩(wěn)性，而且使齒輪的彎曲強度提高約30。3)雙曲面齒輪傳動的主動齒輪直徑及螺旋角都較大，所以相嚙合輪齒的當(dāng)量曲率半徑較

35、相應(yīng)的螺旋錐齒輪為大，其結(jié)果使齒面的接觸強度提高。4)雙曲綿主動齒輪的變大，則不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)可減少，故可選用較少的齒數(shù)，有利于增加傳動比。5)雙曲面齒輪傳動的主動齒輪較大，加工時所需刀盤刀頂距較大，因而切削刃壽命較長。6)雙曲面主動齒輪軸布置在從動齒輪中心上方，便于實現(xiàn)多軸驅(qū)動橋的貫通，增大傳動軸的離地高度。布置在從動齒輪中心下方可降低萬向傳動軸的高度，有利于降低轎車車身高度，并可減小車身地板中部凸起通道的高度。但是，雙曲面齒輪傳動也存在如下缺點：1)沿齒長的縱向滑動會使摩擦損失增加，降低傳動效率。雙曲面齒輪副傳動效率約為96，螺旋錐齒輪副的傳動效率約為99。2)齒面間大的壓力和摩擦功，

36、可能導(dǎo)致油膜破壞和齒面燒結(jié)咬死，即抗膠合能力較低。3)雙曲面主動齒輪具有較大的軸向力，使其軸承負荷增大。4)雙曲面齒輪傳動必須采用可改善油膜強度和防刮傷添加劑的特種潤滑油，螺旋錐齒輪傳動用普通潤滑油即可。由于雙曲面齒輪具有一系列的優(yōu)點，因而它比螺旋錐齒輪應(yīng)用更廣泛。 一般情況下，當(dāng)要求傳動比大于45而輪廓尺寸又有限時，采用雙曲面齒輪傳動更合理。這是因為如果保持主動齒輪軸徑不變，則雙曲面從動齒輪直徑比螺旋錐齒輪小。當(dāng)傳動比小于2時，雙曲面主動齒輪相對螺旋錐齒輪主動齒輪顯得過大，占據(jù)了過多空間，這時可選用螺旋錐齒輪傳動，因為后者具有較大的差速器可利用空間。對于中等傳動比，兩種齒輪傳動均可采用。4.

37、1.3圓柱齒輪傳動圓柱齒輪傳動(圖41c)一般采用斜齒輪，廣泛應(yīng)用于發(fā)動機橫置且前置前驅(qū)動的轎車驅(qū)動橋和雙級主減速器貫通式驅(qū)動橋。4.1.4蝸桿傳動蝸桿(圖41d)傳動與錐齒輪傳動相比有如下優(yōu)點：1)在輪廓尺寸和結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小的情況下，可得到較大的傳動比(可大于7)。2)在任何轉(zhuǎn)速下使用均能工作得非常平穩(wěn)且無噪聲。3)便于汽車的總布置及貫通式多橋驅(qū)動的布置。4)能傳遞大的載荷，使用壽命長。5)結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，調(diào)整容但是由于蝸輪齒圈要求用高質(zhì)量的錫青銅制作，故成本較高；另外，傳動效率較低。蝸桿傳動主要用于生產(chǎn)批量不大的個別重型多橋驅(qū)動汽車和具有高轉(zhuǎn)速發(fā)動機的大客車上4.2主減速器內(nèi)部參數(shù)計算4

38、.2.1主減速器錐齒輪主要參數(shù)選擇主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2、從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)m、主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2、雙曲面齒輪副的偏移距E、中點螺旋角、法向壓力角等。4.2.1.1主、從動錐齒輪齒數(shù)z1和z2選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時應(yīng)考慮如下因素：1)為了磨合均勻,z1、z2之間應(yīng)避免有公約數(shù)。2)為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強度，主、從動齒輪齒數(shù)和應(yīng)不小于40。3)為了嚙合平穩(wěn)、噪聲小和具有高的疲勞強度，對于貨車，z1一般不少于6。4)當(dāng)主傳動比io較大時，盡量使z1取得小些，以便得到滿意的離地間隙5)對于不同的主傳動比， z1和z2

39、應(yīng)有適宜的搭配。4.2.1.2 .從動錐齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)m對于單級主減速器，D2對驅(qū)動橋殼尺寸有影響，D2大將影響橋殼的離地間隙；D2小則影響跨置式主動齒輪的前支承座的安裝空間和差速器的安裝。D2可根據(jù)經(jīng)驗公式初選式中，D2為從動錐齒輪大端分度圓直徑（mm）；KD2為直徑系數(shù)，一般為13.015.3；Tc為從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩（Nm）。Tc=minTce, Tcs m由下式計算式中，m為齒輪端面模數(shù)。同時，m還應(yīng)滿足式中，Km為模數(shù)系數(shù)，取0.30.4。4.2.1.3 主、從動錐齒輪齒面寬b1和b2錐齒輪齒面過寬并不能增大齒輪的強度和壽命，反而會導(dǎo)致因錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起

40、的切削刀頭頂面寬過窄及刀尖圓角過小。這樣，不但減小了齒根圓半徑，加大了應(yīng)力集中，還降低了刀具的使用壽命。此外，在安裝時有位置偏差或由于制造、熱處理變形等原因，使齒輪工作時載荷集中于輪齒小端，會引起輪齒小端過早損壞和疲勞損傷。另外，齒面過寬也會引起裝配空間的減小。但是齒面過窄，輪齒表面的耐磨性會降低。從動錐齒輪齒面寬b2推薦不大于其節(jié)錐距A2的0.3倍，即b2<=0.3A2，而且b2應(yīng)滿足b2<=10 m，一般也推薦b2=o.155D2。對于螺旋錐齒輪，b1一般比b2大10%。4.2.1.4 中點螺旋角螺旋角沿齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小?；↓X錐齒輪副的中

41、點螺旋角是相等的，雙曲面齒輪副的中點螺旋角是不相等的，而且1>2,1與2之差稱為偏移角(圖54)。選擇時，應(yīng)考慮它對齒面重合度F、輪齒強度和軸向力大小的影響。越大，則F也越大，同時嚙合的齒數(shù)越多，傳動就越平穩(wěn)，噪聲越低，而且輪齒的強度越高。一般F應(yīng)不小于1.25，在1.52.0時效果最好。但是過大，齒輪上所受的軸向力也會過大。汽車主減速器弧齒錐齒輪螺旋角或雙曲面齒輪副的平均螺旋角一般為35°40°。轎車選用較大的值以保證較大的f，使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低；貨車選用較小聲值以防止軸向力過大，通常取35°。 4.2.1.5螺旋方向從錐齒輪錐頂看，齒形從中心線上半部向左

42、傾斜為左旋，向右傾斜為右旋。主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進擋時，應(yīng)使主動齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪有分離趨勢，防止輪齒卡死而損壞。4.2.1.6法向壓力角法向壓力角大一些可以增加輪齒強度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于輕負荷工作的齒輪一般采川小壓力角， 町使齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪小低。對于弧齒錐齒輪，轎車:一般選用14°30或16°；貨車:為20°；重型貨車:為22°30。對于雙曲面齒

43、輪，大齒輪輪齒兩側(cè)壓力角是相同的，但小齒輪輪齒兩側(cè)的壓力角是不等的，選取平均壓力角時，轎車為19°或20°，貨車為20°或22°30。4.2.2主減速與輪邊行星減速的輸入功率、轉(zhuǎn)速計算由于我們采用四輪驅(qū)動，前后橋設(shè)計一樣，主減速器、差速器及輪邊行星減速設(shè)計如下：整車滿載時總重GVW=g=390109.8=382298N，打滑時牽引力=GVW=3822980.6=229378.8N，整車打滑時所需扭矩=229378.80.747=171345.9636Nm根據(jù)經(jīng)驗、相關(guān)資料、車速要求和類比法，主減速器傳動比定為=6.857,效率=0.99，初定主動輪齒數(shù)=

44、7；輪邊行星減速傳動比定為=4.705，效率=0.95,初定太陽輪齒數(shù)=17。整車滿載車輪打滑時后橋所需要的扭矩=/=171345.963620231/39010=88861.8Nm，后橋單個輪打滑時所需的扭矩=/2=88861.8/2=44430.92Nm(差速器均分)。 太陽輪輸入扭矩 =/=44430.92/0.95/4.705=9940.3591Nm。由匹配牽引曲線可知，自卸車一擋重載打滑速度=0.7997km/h（根據(jù)上面重載時匹配曲線可得）。打滑時輪邊行星減速器太陽輪轉(zhuǎn)速=（/3.6/2）60=（0.7997/3.6/0.747/2）604.705=13.3609/min。 由功率

45、扭矩轉(zhuǎn)換公式：=9550/得=/9550=9940.359113.3609/9550=13.9070kw。主減速主動輪輸入功率=2/（0.9/0.95）=213.9070/（0.9/0.95）=29.3592kw,轉(zhuǎn)速=13.36096.857=91.6157，扭矩=9550/=955029.3592/91.6157=3060.3964Nm。4.2.2.1錐齒輪的材料 驅(qū)動橋錐齒輪的工作條件是相當(dāng)惡劣的，與傳動系其它齒輪相比，具有載荷大、作用時間長、變化多、有沖擊等特點。它是傳動系中的薄弱環(huán)節(jié)。錐齒輪材料應(yīng)滿足如下要求： 1)具有高的彎曲疲勞強度和表面接觸疲勞強度，齒面具有高的硬度以保證有高的

46、耐磨性。 2)輪齒芯部應(yīng)有適當(dāng)?shù)捻g性以適應(yīng)沖擊載荷，避免在沖擊載荷下齒根折斷。 3)鍛造性能、切削加工性能及熱處理性能良好，熱處理后變形小或變形規(guī)律易控制。 4)選擇合金材料時，盡量少用含鎳、鉻元素的材料，而選用含錳、釩、硼、鈦、鉬、硅等元素的合金鋼。 汽車主減速器錐齒輪目前常用滲碳合金鋼制造， 主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV等。 滲碳合金鋼的優(yōu)點是表面可得到含碳量較高的硬化層(一般碳的質(zhì)量分數(shù)為0.812)，具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性，而芯部較軟，具有良好的韌性，故這類材料的彎曲強度、表面接觸強度和承受沖擊的能力均較好。由于較低

47、的含碳量，使鍛造性能和切削加工性能較好。其主要缺點是熱處理費用高，表面硬化層以下的基底較軟，在承受很大壓力時可能產(chǎn)生塑性變形，如果滲透層與芯部的含碳量相差過多，便會引起表面硬化層剝落。 為改善新齒輪的磨合，防止其在運行初期出現(xiàn)早期的磨損、擦傷、膠合或咬死，錐齒輪在熱處理及精加工后，作厚度為00050020mm的磷化處理或鍍銅、鍍錫處理。對齒面進行應(yīng)力噴丸處理，可提高25的齒輪壽命。對于滑動速度高的齒輪，可進行滲硫處理以提高耐磨性。滲硫后摩擦因數(shù)可顯著降低，即使?jié)櫥瑮l件較差，也能防止齒面擦傷、咬死和膠合。4.2.2.2采用易普設(shè)計專家（網(wǎng)絡(luò)軟件）計算過程如下：圓弧齒錐齒輪傳動設(shè)計 窗體頂部請輸入

48、數(shù)據(jù):齒輪齒形制: 大端模數(shù) m=mm,系列: 齒 形 角=°傳 動 比 i =齒輪齒數(shù) Z1=Z2=徑向變位系數(shù)x1 =x2  =切向變位系數(shù)xt1=xt2=螺旋角m=°, 齒頂高系數(shù)ha*=齒頂間隙系數(shù)c*= 齒寬系數(shù)R=寬度B=窗體頂部計算結(jié)果檢查:分度圓 d1= d2=mm錐  距 R=mm分錐角1=2=°齒向重合度=mm          窗體底部最小齒數(shù)Z1的選擇 零度弧齒錐齒輪最小齒數(shù)Z1    

49、60;           弧齒錐齒輪最小齒數(shù)Z1(m=35°)齒數(shù)比i11.51.52.52.53.5>3.5單面法19161310簡單雙面法23181410洛-卡氏制最小齒數(shù)Z1(等高齒，m=1035°)圓弧齒錐齒輪傳動設(shè)計幾何計算過程輸入?yún)?shù)：  齒輪類型:35°格里森制  大端模數(shù)m=9.5mm齒形角=20°齒數(shù)Z1=7,Z2=48  徑向變位系數(shù)x1 =.347,x2=-.347傳動比 i=

50、6.857齒頂高系數(shù)ha*=.85  切向變位系數(shù)xt1 =.158,xt2=-.158中點螺旋角m=35°齒頂間隙系數(shù)c*=.188 齒寬系數(shù)R=.326 ,寬度b=75mm小輪螺旋方向：左旋序號項  目公  式結(jié)  果1大端分度圓dd1=Z1m,d2=Z2md1=66.50mm, d2=456.00mm2分錐角1=arctan(Z1/Z2),2=90-11=8.297°,2=81.703°3錐距RR=d1/2sin1=d2/2sin2R=230.412mm4齒距pp=mp=29.8

51、45mm5齒高hh=(2ha*+c*)mh=17.936mm6齒頂高haha=(ha*+x)mha1=11.372,ha2=4.779mm7齒根高hfhf=(ha*+c*-x)mhf1=6.565,hf2=13.158mm8頂隙cc=c*mc=1.79mm9齒根角ff1=arctg(hf1/R),f2=arctg(hf2/R)f1=1.632°,f2=3.268°10齒頂角aa1=f2,a2=f1(等頂隙收縮齒)a1=3.268°,a2=1.632°11頂錐角aa1=1+f2,a2=2+f1a1=11.565°,a2=83.335°1

52、2根錐角ff1=1-f1,f2=2-f2f1=6.665°,f2=78.435°13頂圓直徑dada1=d1+2ha1cos1,da2=d2+2ha2cos2,da1=89.00,da2=457.38mm14分錐頂點至輪冠距離AkAk1=d2/2-ha1sin1,=d1/2-ha2sin2Ak1=226.36,Ak2=28.52mm15齒寬中點分度圓直徑dmdm1=d1-bsin1,dm2=d2-bsin2dm1=55.677mm,dm2=381.785mm16齒寬中點模數(shù)mmmm=dm1/z1=dm2/z2mm=7.954mm17中點分度圓法向齒厚smnsmn=(0.5c

53、osm+2xtan+xt)mmsmn1=13.500mm,smn2=6.969mm18中點法向齒厚半角mnmn=smnsincos2m/dmmn1=9.225°,mn2=.101°19中點分圓法向弦齒厚smnsmn=smn(1-mn2/6)smn1=13.442mm,smn2=6.969mm20中點分圓法向弦齒高hamham=ha-btana/2+smnmn/4ham1=9.773mm,ham2=3.713mm21當(dāng)量齒數(shù)ZvZv=Z/coscos3mZv1=12.870,Zv2=605.14622端面重合度=Z1(tanvat1-tant)/cos1  

54、;   +Z2(tanvat2-tant)/cos2/2其中:tant=(tan/cosm)cosvat=Zcost/(Z+2(ha*+x)cos)=1.13323齒線重合度=btanm/mm=2.10224總重合度=(2+2)1/2=2.387圓弧齒錐齒輪設(shè)計齒面接觸疲勞強度&齒根彎曲疲勞強度校核輸入?yún)?shù)：大端模數(shù)m=9.5mm齒形角=20°傳動比 i=6.857齒數(shù)Z1=7,Z2=48變位系數(shù)x1 =.347,   x2=-.347mm切向變位系數(shù)xt1 =.158,   xt2=-.158齒頂高系數(shù)ha*=.85齒頂間隙系數(shù)c*=.188螺旋角=35°齒寬系數(shù)R=.326寬度b