橋車手動(dòng)變速箱設(shè)計(jì)（5+1）【轎車5擋機(jī)械式手動(dòng)變速器設(shè)計(jì)】【微型轎車五菱宏光】

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250毫米的深度。耕地深度設(shè)置為20厘米。相應(yīng)的，變速器的齒輪設(shè)置為L(zhǎng)1，L2和L3齒輪與動(dòng)力輸出齒輪P1，P2，和P3相匹配。齒輪設(shè)置基于一項(xiàng)由Kim等人(2011a)報(bào)道的為年度拖拉機(jī)使用比例的調(diào)查的結(jié)果進(jìn)行選擇。拖拉機(jī)的地面速度在L1,L2,L3的情況下分別1.87公里/小時(shí),2.64公里/小時(shí),和3.77 公里/小時(shí)，它的動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度在P1,P2,P3的情況下分別為540 rpm,750 rpm,和1000 rpm。旋耕工具是一個(gè)重型旋耕機(jī)(WJ220E、WOONGJIN、韓國(guó))和所需的額定功率,總質(zhì)量，耕地寬度和體積分別為75千瓦，750公斤，2220毫米和1050毫米2390毫米1380毫米（長(zhǎng)度寬度高度）。2.3載荷分析 根據(jù)不同的目的，分析拖拉機(jī)負(fù)荷的程序就會(huì)不同。許多研究人員為了表示載荷已經(jīng)使用簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)如：平均、最大、最小值等。該方法提取代表值用來(lái)顯示幅值的差別,但是因?yàn)樘镆柏?fù)載是不規(guī)則的，所以這種簡(jiǎn)化禁止描述整個(gè)加載配置文件。齒輪設(shè)置對(duì)變速器和動(dòng)力輸出負(fù)載設(shè)置,單向方差分析和最小顯著差測(cè)試(LSD)的影響是由SAS(版本9.1,SAS研究所卡里,美國(guó))傳導(dǎo)的。同時(shí),因?yàn)樨?fù)載導(dǎo)致拖拉機(jī)的損害,拖拉機(jī)零件的疲勞也需要調(diào)查，所以要表示負(fù)載對(duì)拖拉機(jī)的影響是很難的。拖拉機(jī)的疲勞程度被定義為重復(fù)載荷的損失總和(Lampman,1997）。 純樸,Kim等人(1998、2000)提出的另一種表示負(fù)載的方法，這種方法被定義為每個(gè)操作損失總和與所有操作最小損失總和之比。純樸與疲勞壽命成反比。當(dāng)負(fù)載嚴(yán)重越大時(shí),疲勞壽命會(huì)越短。Kim等人.(1998)測(cè)量了作用在傳動(dòng)輸入軸上的負(fù)載和分析了在耕作,旋耕和運(yùn)輸操作時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性。他們發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸操作的負(fù)載嚴(yán)重性與耕作時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性類似。但旋耕時(shí)的負(fù)載嚴(yán)重性約為運(yùn)輸操作時(shí)的63倍。之后，Kim等人（2000）分析了在旋耕期間變速器輸入軸的嚴(yán)重性，旋耕是右四個(gè)拖拉機(jī)的速度組合地面速度(2.9公里/小時(shí)和4.1 km / h)和動(dòng)力輸出旋轉(zhuǎn)速度(588和704 rpm)并且使用了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率為30千瓦的拖拉機(jī)。當(dāng)動(dòng)力輸出速度增加到與地面速度相同時(shí)，負(fù)載嚴(yán)重增加了2.3 -2.6倍；而當(dāng)?shù)孛嫠俣仍黾又僚c動(dòng)力輸出速度相同時(shí)，嚴(yán)重性下降了0.2-0.3倍。圖2是一個(gè)解釋嚴(yán)重性計(jì)算過(guò)程的框圖。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)不規(guī)則(熊和Shenoi,2005)，所以使用雨流循環(huán)計(jì)數(shù)法將測(cè)量轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域。雨流循環(huán)計(jì)數(shù)技術(shù)通常被認(rèn)為是一個(gè)好的預(yù)測(cè)疲勞壽命的循環(huán)計(jì)數(shù)法（Hong,1991)。它將一個(gè)變幅加載歷史它分解成一系列簡(jiǎn)單的事件相當(dāng)于個(gè)人恒定負(fù)載周期振幅(Glinka和Kam,1987)。此外,Smith-Waston-Topper單軸方法用于計(jì)算譜級(jí)用方程（1）來(lái)去除平均轉(zhuǎn)矩的影響(道林,1972)。 方程中Te相當(dāng)于轉(zhuǎn)矩（Nm），ta是扭矩振幅（Nm），tm是平均轉(zhuǎn)矩（Nm）。因?yàn)闇y(cè)量的負(fù)載數(shù)據(jù)的記錄時(shí)間相對(duì)較短(180 - 200s),所以拓展拖拉機(jī)的旋耕的總的使用時(shí)間的周期數(shù)是非常必要的。為了在負(fù)載的大小上計(jì)算周期的總數(shù),測(cè)試拖拉機(jī)的整個(gè)壽命被假設(shè)進(jìn)來(lái)。負(fù)載周期的總數(shù)由方程（2）進(jìn)行計(jì)算： N7=3600NLh （2）方程中N7負(fù)載周期的總數(shù)目（圈數(shù)），N是測(cè)量負(fù)載的計(jì)算周期數(shù)目（圈數(shù)），L是已用的拖拉機(jī)的整個(gè)壽命（年），h為拖拉機(jī)操作的年使用次數(shù)（小時(shí)/年）。在韓國(guó)，拖拉機(jī)被用來(lái)旋耕的年度使用時(shí)間是204個(gè)小時(shí)(李,2011)。使用的拖拉機(jī)的整個(gè)壽命被認(rèn)為是10年,這是在韓國(guó)農(nóng)業(yè)的條件下的正常的數(shù)據(jù)。對(duì)于拖拉機(jī)的整個(gè)壽命的載荷譜用于旋耕時(shí)在不同的齒輪設(shè)置下由測(cè)量負(fù)載與額定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩負(fù)載之比來(lái)表示,為275海里。兩項(xiàng)之比大于1表明不利的負(fù)載級(jí)別大于額定發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩負(fù)載。使用測(cè)量負(fù)載去計(jì)算損失總量和用S-N(彎曲應(yīng)力與循環(huán)的數(shù)量)曲線估計(jì)數(shù)量的周期加載損耗(法特米和陽(yáng),1998)。由于損傷是由轉(zhuǎn)矩信號(hào)引起的，S-N曲線轉(zhuǎn)換為扭矩-周期曲線(Graham 等,1962;阮等,2011)。為了輸入軸的材料得到S-N曲線,SCM 420 h,在方程（3）中使用ASTM標(biāo)準(zhǔn)(2004)。ASTM標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)廣泛的用于材料的疲勞分析(Wannenburg 等, 2009;Mao, 2010). 方程中的N表示周期數(shù)，S表示切削硬度（兆帕）。為了計(jì)算損害總和，負(fù)載譜的等效扭矩被轉(zhuǎn)換成壓力(Rahama 和Chancellor,1994; Petracconi 等, 2010). 變速器和 PTO輸入軸的直徑分別是 28 毫米和 26.5 毫米。 (4)其中，S 是應(yīng)力 (MPa)，T 為等效扭矩 (Nm)，d (mm) 軸的直徑。損傷總和是基于式（5）Miner定律（Miner,1945）計(jì)算的。Miner定律是用來(lái)估算荷載到空載的轉(zhuǎn)數(shù)的(Miner，1945 年; Robson，1964 年;Renius，1977年）。循環(huán)的次數(shù)(n)來(lái)自載荷譜的等效扭矩。派生疲勞壽命轉(zhuǎn)(N)是從S-N 的 SCM 420 H。損壞(D)由轉(zhuǎn)數(shù)除以疲勞壽命轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算得出的。 (5)Dt是損壞總量，ni轉(zhuǎn)數(shù)，Ni是疲勞壽命（轉(zhuǎn)數(shù)）。3. 結(jié)果和討論3.1. 檔位選擇的變速器和 PTO 載荷圖 3 顯示的示例為在對(duì)地速度 L1時(shí)變速器和PTO輸入軸扭矩載荷和旋耕操作期間PTO 轉(zhuǎn)速為P2時(shí)的載荷。旋耕操作包括準(zhǔn)備期，下降 3 點(diǎn)懸掛、 運(yùn)行期，耕地和完成期間上升 3 點(diǎn)懸掛。測(cè)量扭矩在變速器和 PTO 輸入軸在準(zhǔn)備階段陡增，在完成期間下降，扭矩在運(yùn)行期間不規(guī)則波動(dòng)模式出現(xiàn)在這些組件上。在運(yùn)行期間，PTO輸入軸上的測(cè)量扭矩程度和范圍大于變速器輸入軸。表 1 顯示的扭矩水平上變速器和由PTO輸入的軸速度對(duì)地速度(L1、 L2、 L3) 和PTO旋轉(zhuǎn)速度 （P1、 P2、 P3） 的合。平均扭矩只對(duì)運(yùn)行期間數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，不包括準(zhǔn)備和完成期。旋耕期間，PTO輸入軸的平均的扭矩水平大于那些變速器輸入軸齒輪各級(jí)。在旋耕期間主要組件所需力量最大的結(jié)果與Kim et al.(2011a)的結(jié)果相似。在相同的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速下，對(duì)地速度從L1增至L3時(shí)，變速器輸入軸上的平均扭矩大大增加。犁耕提速時(shí)，變速器和傳動(dòng)軸上負(fù)載增加也由 Kim et al.（2011a，b）和Nahmgung（2001 年）發(fā)現(xiàn)。此外，當(dāng)PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)，變速器輸入軸上的平均負(fù)載增加，而在L1P2 和 L1P3 之間負(fù)載值均無(wú)顯著差異。對(duì)地速度和PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)，PTO輸入軸上的平均扭矩增加。這些增量對(duì)PTO旋轉(zhuǎn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)速度有意義，但對(duì)對(duì)地速度沒(méi)有顯著意義。3.2. 受損度評(píng)估圖4 和 5分別顯示旋耕期間變速器和PTO輸入軸由齒輪設(shè)置的載荷譜。載荷譜的建立考慮了拖拉機(jī)的整個(gè)壽命中的轉(zhuǎn)數(shù)，從 103 到107 的范圍內(nèi)。變速器輸入軸的最大扭矩比率的范圍是合速度為 0.7 -1.5，在 L3P1 被發(fā)現(xiàn)的最大扭矩比率，如圖 4 所示。一般情況下，對(duì)地速度和PTO旋轉(zhuǎn)的速度增加時(shí)扭矩比率增加。旋耕時(shí)對(duì)地速度和動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速越大，PTO輸入軸上的負(fù)荷越大。如圖 5 所示，PTO輸入軸的扭矩比例大于變速器輸入軸。PTO 輸入軸的最大扭矩比率范圍是0.8-2.5，且最大扭矩比率也在 L3P1被發(fā)現(xiàn)，變速器輸入軸也是如此。動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速越大，PTO輸入軸上負(fù)載越大。圖6 顯示了旋耕期間由齒輪設(shè)置受損度的評(píng)估。每個(gè)齒輪設(shè)置的受損度由合速度中損傷總和與最小的損傷總和的比代表。圖 6 (a) 顯示的輸入傳動(dòng)軸受損度的比較。最小受損度在最低合速度即變速器被設(shè)置到L1， PTO齒輪被設(shè)置到P1時(shí)獲得。合速度增加則受損度增大，在對(duì)地速度增大時(shí)受損度增量變得更大。當(dāng)傳動(dòng)齒輪在相同動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速下從 L1轉(zhuǎn)換到 L3時(shí)，對(duì)地速度增加201%則受損度增加573-746%，。在恒定對(duì)地速度下，PTO齒輪從P1 轉(zhuǎn)換到P3時(shí)PTO轉(zhuǎn)速增加 185%，受損度增加187%-340%。從L1P2轉(zhuǎn)換到L1P3時(shí)，平均負(fù)載只增加了 11%(35.9-38.7 Nm)，這并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)差別，但受損度增加了182%。圖6（b）顯示的輸出輸入軸的振動(dòng)頻率。得到的結(jié)果和變速器輸入軸的情況類似。l1p1速度的組合使得振動(dòng)頻率最小，且復(fù)合速度增加時(shí)，振動(dòng)頻率也增加。值得引起注意的是，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速增加185%時(shí)，振動(dòng)頻率將增加10781655%。動(dòng)力輸出齒輪從速度P1變化到速度P3時(shí)，當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%，振動(dòng)頻率增加139213%。傳動(dòng)齒輪從L1L3的同樣的動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。同時(shí)，平均負(fù)荷與地面速度的增加在統(tǒng)計(jì)學(xué)上分析沒(méi)有差別。結(jié)果表明，在動(dòng)力輸出輸入軸負(fù)載的影響更明顯的是PTO轉(zhuǎn)速而不是地面速度。4.總結(jié)和結(jié)論 這項(xiàng)研究分析了齒輪荷載選擇對(duì)傳輸與一個(gè)75千瓦的農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)動(dòng)力輸入軸在旋轉(zhuǎn)耕作的影響。作用在傳動(dòng)裝置和PTO輸入軸的外載荷是在旋耕時(shí)進(jìn)行測(cè)量的。旋耕是在三的地面速度和三軸轉(zhuǎn)速坡高地網(wǎng)站在同一土壤條件下進(jìn)行的。第二，傳動(dòng)和動(dòng)力輸入軸的載荷進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，變速器輸入軸的平均轉(zhuǎn)矩增加顯明顯的地面速度從L1至L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。同時(shí)，在動(dòng)力輸入軸的平均轉(zhuǎn)矩增加，在相同的地面速度PTO的旋轉(zhuǎn)速度增加。 最后，負(fù)載嚴(yán)重的傳輸動(dòng)力輸出和輸入軸進(jìn)行了估算。地面速度和動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速增加時(shí)，變速器的輸入軸和輸出軸的振動(dòng)頻率也增加。當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%，變速器輸入軸的振動(dòng)頻率增加573746%，此時(shí)傳動(dòng)齒輪從L1L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。在相同的地面速度下，振動(dòng)頻率增加了187340%時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速增加185%的動(dòng)力輸出齒輪從P1到P3。變速器輸入軸的疲勞壽命下降時(shí)，聯(lián)合的速度增加，和地面速度的影響更為顯著斜面。的動(dòng)力輸出軸的嚴(yán)重性增加顯著的10781655%時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速增加185%的動(dòng)力輸出齒輪從P1到P3在地面的速度常數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫠俣忍岣?01%振動(dòng)頻率增加139213%，此時(shí)傳動(dòng)齒輪從L1L3在同一動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速。在變速器輸入軸和動(dòng)力輸出軸的疲勞壽命是相似的。農(nóng)民往往以更大的行駛速度進(jìn)行旋耕作業(yè)以獲得更大效率（即，更少的時(shí)間）和更大的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)速旋耕。然而，更大的行駛和PTO速度，會(huì)造成更大的負(fù)載和較短的輸入軸疲勞壽命。此外，更高的速度，可能會(huì)導(dǎo)致耕作操作后不良的土壤條件。例如，不當(dāng)?shù)母咝旭偹俣瓤赡軙?huì)導(dǎo)致較粗的土壤條件，而輸出轉(zhuǎn)速太快可能會(huì)導(dǎo)致好的的土壤狀況，作物比以前得到生長(zhǎng)更好和更少的環(huán)境問(wèn)題，如水土流失良好。農(nóng)民需要根據(jù)對(duì)作物和土壤條件的設(shè)定選擇最佳的齒輪，而不僅只考慮效率。致謝該研究項(xiàng)目得到了韓國(guó)食品部農(nóng)業(yè)-林漁業(yè)生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的大力支持。