陳永清　宋雄飛　劉偉亮

摘 要：傳動系中傳動方案的設計是《工程機械設計》教學中的重點，而驅(qū)動橋中主傳動器的布置是其中的難點。本文分析了傳動系中可能存在的傳動方案，對其中各個方案的機構做了詳細的說明，特別是分析了主傳動器采用雙曲面錐齒輪時齒輪的安裝位置、旋向和偏置情況，可以使學生更加輕松的掌握傳動系傳動方案的設計。

關鍵詞：傳動設計；差速器；雙曲面錐齒輪；旋向；偏置

傳動系中傳動方案的設計是《工程機械設計》教學中的重點，而驅(qū)動橋中主傳動器的布置是其中的難點。在設計過程中由于涉及到的傳動裝置多，運動方向易發(fā)生變化，在主傳動器錐齒輪的布置上學生極易出錯。為解決此問題，促進教學，本文對其設計過程進行了詳細的分析。

1 傳動系統(tǒng)方案

我們首先應將整個傳動系看成一個整體，從發(fā)動機出發(fā)直至車輪輪轂，明確傳動系中各個部分的布置情況及其傳動方向。設計路線如下：發(fā)動機→ 聯(lián)軸器→變速器→傳動軸→驅(qū)動橋輸入軸→主傳動器→差速器→輪邊減速器→車輪。

在主傳動器的設計過程中，其結(jié)構型式主要根據(jù)齒輪類型以及減速形式的不同而不同。齒輪主要有螺旋錐齒輪、雙曲面錐齒輪、圓柱齒輪和蝸輪蝸桿等形式。其中，當采用單級錐齒輪結(jié)構的主傳動器時，在位置布置時先應確定其旋轉(zhuǎn)方向，而旋轉(zhuǎn)方向的確定則與變速器輸出軸旋向和輪邊減速器的型式有關。

2 主傳動器主動齒輪的旋向

發(fā)動機的旋向是已知的，欲判斷主傳動器主動齒輪的旋向，則需明確在經(jīng)過變速器后軸的旋向是否發(fā)生變化。一般情況下，變速器的型式對輸出軸旋向的影響如下：

二軸式機械變速器（改變軸的旋向）

平面三軸式機械變速器（不改變軸的旋向）

空間三軸式機械變速器（不確定，設計者規(guī)定）

定軸式動力換擋變速器（不確定，設計者規(guī)定）

行星式動力換擋變速器（不改變軸的旋向）

如果變速器后又有一級圓柱齒輪減速，軸的旋向再次改變。

3 傳動軸的畫法

雙十字軸萬向節(jié)可以實現(xiàn)兩根同一平面內(nèi)且不在同一軸線的軸的等速傳動，其結(jié)構簡單，傳動效率高，噪聲低，使用壽命長，維修保養(yǎng)方便。所以以之為例進行說明。在傳動軸采用十字萬向節(jié)進行連接時，要注意其表示方法，傳動軸兩端萬向節(jié)叉必須在同一平面內(nèi)（見圖2）。

4 輪邊減速器的型式對主傳動器被動齒輪的布置位置的影響

主傳動器被動齒輪與輪邊減速器輸入軸同向旋轉(zhuǎn)，我們已知車輪的前進方向，欲推斷出被動齒輪的運動方向，則需判斷輪邊減速器是否改變軸的旋向。一般而言，輪邊減速器的結(jié)構為單排行星輪傳動或者圓柱齒輪傳動。

4.1 輪邊減速器為單排行星輪傳動：圖3表示，行星架固定，太陽輪輸入，齒圈輸出。其速度方向的判斷如圖所示：給定太陽輪的速度方向，齒圈的速度與太陽輪的速度相對于行星架來說，大小相等方向相反，因此，選擇此種輪邊減速器輸入軸與輸出軸的旋向相反。

圖4表示，太陽輪輸入，齒圈固定，行星架輸出。給定太陽輪的速度方向同理可以判斷出行星架（輸出軸）的速度方向。此種情況下輸入軸與輸出軸的旋向相同。

4.2 輪邊減速器為單級圓柱齒輪傳動：圖5表示輪邊減速器為采用單級圓柱齒輪傳動的情況，選擇此種輪邊減速器輸入軸與輸出軸的旋向相反。

5 主傳動器錐齒輪位置的確定

當系統(tǒng)傳動經(jīng)過十字萬向節(jié)傳動后，到驅(qū)動橋輸入軸，接下來進行的是錐齒輪的布置，錐齒輪的布置是整個系統(tǒng)設計的難點。選擇以平面三軸式變速器和圖4所示的輪邊減速器為例進行分析：

我們首先要知道，主動錐齒輪和被動錐齒輪的軸向受力應使兩個齒輪嚙合面有分離趨勢，防止齒面咬合。在主傳動器中，主動錐齒輪與輸入軸連接，被動錐齒輪與差速器殼連接。主動錐齒輪的位置可以直接確定，接下來布置被動錐齒輪。被動錐齒輪的位置可以由主動錐齒輪和差速器殼的旋向來確定。

錐齒輪旋向的判別法則：讓大拇指方向指向受力方向，四指指向錐齒輪的運動方向；左手符合的則錐齒輪是左旋，右手符合的則錐齒輪是右旋。

以圖6為例，主動錐齒輪受力方向向右，運動方向向下，右手符合，故主動錐齒輪右旋，被動錐齒輪左旋。要求車輛前進方向向左，而所選的輪邊減速器不改變軸的旋向，因此，被動錐齒輪的旋向與車輛前進方向相同。

被動錐齒輪左旋，用左手四指指向主傳動器輸出軸方向，即指向車輛前進方向；大拇指方向指向軸向受力方向，則可判斷出被動錐齒輪的位置，被動錐齒輪安裝在上方，如圖6所示。

6 差速器的簡圖

差速器是輪式車輛驅(qū)動橋的主要部件。它的作用就是在向兩邊半軸傳遞動力的同時，允許兩邊半軸以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足兩側(cè)車輪以純滾動的形式行駛，減少輪胎與地面的摩擦。

普通圓錐齒輪差速器的基本結(jié)構如下：兩個小錐齒輪（行星輪）裝在十字軸上，十字軸穿過差速器殼，差速器殼與主傳動器被動錐齒輪相連接。小錐齒輪與半軸齒輪嚙合，半軸用花鍵與半軸齒輪相連。

最終得到驅(qū)動橋部分的傳動簡圖如圖8所示。

7 錐齒輪的旋向及偏置

相對于其他形式的主傳動來說，雙曲面錐齒輪具有承載能力強，傳動平穩(wěn)，容易實現(xiàn)大傳動比的優(yōu)點，廣泛用在汽車，拖拉機和工程機械主傳動上。

而當主傳動器采用雙曲面錐齒輪時，其旋向和偏置判斷方法如圖9所示：

齒輪旋轉(zhuǎn)方向的判斷：

齒輪軸上下偏移位置的判斷：從大錐齒輪頂看，小齒輪軸線在大齒輪軸線右下方或左上方為下偏置，反之為上偏置。

8 總結(jié)

在教學過程中，很多學生對錐齒輪的判斷方法了解不透徹，被動錐齒輪位置判斷易出錯。在安置被動錐齒輪前，需先知道被動錐齒輪的旋向和運動方向。被動錐齒輪的運動方向可綜合輪邊減速器和車輪運動方向進行判斷，若輪邊減速器改變輸入輸出軸的旋向，則被動錐齒輪與車輛前進方向相反，反之則相同；被動錐齒輪旋向與主動錐齒輪相反，被動錐齒輪的旋向可由被動錐齒輪的受力方向和運動方向推出，因而確定被動錐齒輪的位置（其具體判斷方法已在“錐齒輪的旋向及偏置”詳細闡述）。

9 結(jié)束語

采用以上方法進行教學后，學生普遍反映能較容易的抓住其中的關鍵點，并能梳理清各個結(jié)構之間的關系以及其結(jié)構內(nèi)部的連接和傳動方式。通過教學實踐證明，在驅(qū)動橋設計過程中，在確定驅(qū)動橋的整體結(jié)構后，理清動力傳遞所需的各個部件之間的聯(lián)系，以及各結(jié)構的內(nèi)部連接方式能更方便、準確的設計出正確的傳遞簡圖。

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