12型-船式拖拉機傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)設計【含11張CAD圖優(yōu)秀課程畢業(yè)設計】

12型-船式拖拉機傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)設計【需要咨詢購買全套設計請加QQ1459919609】圖紙預覽詳情如下： 112 型-船式拖拉機傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)設計摘要本文分析了本課題研究的目的及意義，對機耕船傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀與研究趨勢進行了初步探討。在對機耕船的作業(yè)環(huán)境以及農(nóng)藝需求進行研究分析之后，進行了離合器的選型和動力輸出方式的選擇。在此基礎上選擇機耕船分離器與傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)的設計方案。依照所確定的方案，展開分離器與傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)具體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部零部件的設計計算，包括傳動齒輪、軸以及換擋裝置的設計。該傳動系統(tǒng)操縱機構(gòu)主要根據(jù)我國目前機耕船的發(fā)展現(xiàn)狀而設計。隨著我國機耕船生產(chǎn)，使用和科學研究的日益發(fā)展和深入，機耕船必將顯示出更加強大的生命力。關鍵詞： 機耕船，離合器，操縱機構(gòu)。2ABSTRACTThis paper analyzes the purpose and significance of this topic research, operating mechanism of boat-tractor transmission system development present situation and the research trend has carried on the preliminary discussion. In the working environment of boat-tractor and to study the agronomic demand analysis, has carried on the clutch type selection and the choice of the ways of power output. On the basis of choosing boat-tractor separator and the transmission system design of operating mechanism. In accordance with the identified, separator and the transmission system operating mechanism concrete structure and the design and calculation of internal parts, including the design of the transmission gear, shaft and transmission device. The transmission system operating mechanism is mainly designed according to the present situation of boat-tractor in China. Along with our country boat-tractor production, use and scientific research increasingly 。Key words: boat-tractor, clutch and the operating mechanism.3目錄第一章 緒論 .51.1 船式拖拉機的應用概況 .51.2 船式拖拉機工作特性 .51.3 變速箱的性能特性要求 .61.4 設計任務和要求 .6第一章 緒論 .6第二章 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計 .72.1 船式拖拉機的主要參數(shù)（動力匹配、行走速度、輸出扭矩等） .72.2 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計（方案比較、傳動形式、傳動系統(tǒng)圖、傳動比分配等） .82.3 變速機構(gòu)傳動系統(tǒng)圖設計 .14第三章 離合器及其操縱機構(gòu)設計 .163.1 離合器作用及其結(jié)構(gòu)形式 .163.2 離合器機構(gòu)及其構(gòu)件設計 .193.3 離合器操縱機構(gòu)設計的基本原則 .28第四章 變速箱操縱機構(gòu)設計 .294.1 操縱機構(gòu)的基本要求 .294.2 換擋機構(gòu)及構(gòu)件設計 .294.3 鎖定機構(gòu)及構(gòu)件設計 .354.4 互鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計 .364.5 聯(lián)鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計 .39第五章 設計總結(jié) .405.1 結(jié)論綜述 .405.2 存在不足 .40參考文獻 .41謝辭 .424第一章 緒論1.1 船式拖拉機的應用概況水稻是我國的主要糧食作物之一，其種植面積占我國耕地總面積的 29%，而產(chǎn)量卻占糧食總產(chǎn)量的近 1/2.因此，水田的機械化問題就成為我國特別是南方各省農(nóng)業(yè)機械化的重要方面。這就為機耕船的發(fā)展打下了良好的基礎，也為機耕船的創(chuàng)新提供了良好的動力源泉。中國是農(nóng)業(yè)大國，所以地域性非常強，地區(qū)水田狀況和水田環(huán)境的不同，給各種機耕船的發(fā)展提供了有力條件。 從自然條件看，有的地區(qū)多山地丘陵，土壤和泥腳情況復雜，田塊面積比較小，高度差大，機械轉(zhuǎn)移比較頻繁；有的地區(qū)水田土壤特別稀軟，泥腳特別深，所以承載能力就非常差。這些地區(qū)發(fā)展了馬力小、重量輕、船體接地比壓小、爬坡能力強的機耕船；適用于狹小田塊耕作、空行率地的機耕船；以及牽引力大、越野性好、能適應多種土壤的機耕船。但中國當時的工業(yè)水平是比較低的。因此從工業(yè)水平看，有的地區(qū)有比較好的手扶式拖拉機的基礎，因而發(fā)展了由手扶拖拉機變型的農(nóng)工-12 型、東風=12 型、廣西工農(nóng)-12 型等機耕船，以及用手扶拖拉機改裝的機型。有的地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)比較薄弱，就著重發(fā)展便于制造、推廣的簡易型機耕船，如湖北-12 簡易型、湘江-10 型和-15 型等。隨著機耕船的研究工作的深入發(fā)展，各地在研究皮帶無極變速、差速器行星機構(gòu)等差速轉(zhuǎn)向及正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向機構(gòu)，以探索使用性能更為完善的新型機耕船，并研制了機耕船配套的收割機、插秧機的實驗樣機，向一機多用、綜合利用的方向發(fā)展。隨著機耕船在我國的各地的廣泛應用和推廣，使這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化水平不斷提高，雙季稻面積不斷增加，糧食產(chǎn)量穩(wěn)步上升，穩(wěn)定了國家糧食的供應，為我國的發(fā)展奠定的了良好的基礎。1.2 船式拖拉機工作特性船式拖拉機的工作大都是在水田當中，水田中行走的阻力跟船體結(jié)構(gòu)與水田中土壤狀況決定的。但機耕船的船體機構(gòu)對拖拉機的工作效率影響很大。機耕船的船體的主要作用是：1、承受機耕船的大部分重量，并將重量支撐在承壓能力較低的水田表層上，控制力驅(qū)動輪的下陷深度。2、船體是機耕船行走機構(gòu)的一部分，在水田作業(yè)時能在土壤表層滑行。3、排水量大的船體在水中具有較大的浮力。4、船體可作為機耕船的機架，用以固體發(fā)動機、傳動系統(tǒng)和其它附件。5、船體可對機件起防護作用，并大大改善駕駛員的勞動條件。根據(jù)船體的作用，船體結(jié)構(gòu)應滿足以下幾點要求：1、具有足夠大的接地面積，使機耕船有適合的接地比壓，以適應水田表層的承受能力；52、船體結(jié)構(gòu)應有足夠的強度與剛度，并能適應其它部件的安裝與固定；3、船體外形圓滑，具有較小的滑行阻力和轉(zhuǎn)向阻力矩；4、船體材料具有較好的耐磨性和耐腐蝕性能，有較長的使用壽命。1.3 變速箱的性能特性要求擴大整個機器動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩變化范圍；在原動機旋向不變的條件下使車輛倒退行駛；在制動、點火、停車等狀況下切斷原動機與傳動系聯(lián)系以保護原動機（通常是為避免原動機過載） ；在某些工況下為機器提供一定的制動力。輸入與輸出功率不應差別過大，減少傳動過程中的功率損耗。提供機器所要求的速度范圍，且傳動穩(wěn)定可靠。提供機器所需要的扭矩，使機器能適應多種路況。變速箱內(nèi)的轉(zhuǎn)速必須符合變速的范圍，不宜過高，過高會使傳動級別增大，損耗的功率也會隨之增大，因此轉(zhuǎn)速應當有所控制。1.4 設計任務和要求第一章 緒論 1.1 船式拖拉機的應用概況1.2 船式拖拉機工作特性1.3 變速箱的性能特性要求1.4 設計任務和要求第二章 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計 2.1 船式拖拉機的主要參數(shù)（動力匹 配、行走速度、輸出扭矩等）2.2 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計（方案比較、傳動形式、傳動系統(tǒng)圖、傳動比分配等）2.3 變速機構(gòu)傳動系統(tǒng)圖設計第三章 離合器及其操縱機構(gòu)設計3.1 離合器作用及其結(jié)構(gòu)形式3.2 離合器機構(gòu)及其構(gòu)件設計3.3 離合器操縱機構(gòu)設計的基本原則3.4 離合器機構(gòu)及其構(gòu)件設計第四章 變速箱操縱機構(gòu)設計4.1 操縱機構(gòu)的基本要求4.2 換擋機構(gòu)及構(gòu)件設計4.3 鎖定機構(gòu)及構(gòu)件設計4.4 互鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計4.5 聯(lián)鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計第五章 設計總結(jié) 5.1 結(jié)論綜述5.2 存在不足6第 2 章 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計2.1 船式拖拉機的主要參數(shù)（動力匹配、行走速度、輸出扭矩等）2.1.1 動力匹配首先得選擇適當?shù)陌l(fā)動機，根據(jù)有關資料和實用性以及經(jīng)濟性，此設計我們選用 12 馬力的發(fā)動機，轉(zhuǎn)速為 1200 轉(zhuǎn)/分。2.1.2 行走速度機耕船的工作速度范圍、速度分級和檔位安排，主要應根據(jù)機耕船所需要完成的各種作業(yè)的要求，以及生產(chǎn)率、勞動強度、地形等因素來綜合考慮，以便獲得良好的作業(yè)質(zhì)量和高的生產(chǎn)率。（一）基本工作速度1、速度范圍機耕船最基本的工作是水田的耕整作業(yè)：梨耕、旋耕、耙田等，這主要用基本工作速度來完成。因此基本工作速度是機耕船各種速度中較為重要、檔數(shù)安排較多的部分。機耕船在水田進行旋耕作業(yè)的速度一般安排在 34 公里/小時。水田作業(yè)速度也不能過高。由于水田田塊一般較小，工作行程短，地頭轉(zhuǎn)彎多，且機耕船驅(qū)動輪滾動阻力較大，而配套發(fā)動機功率較小，因此，過高的作業(yè)速度將造成機手精神緊張，操作忙亂，發(fā)動機功率也顯不足。一般希望犁耕速度不超過 7.5 公里/小時。（二） 緩刑工作速度機耕船的緩行工作速度主要用來作田間轉(zhuǎn)移和綜合利用。割脫機作業(yè)要求速度在 12.5 公里/小時，插秧機作業(yè)要求 0.81.1 公里/小時的速度。因此緩行工作速度一般在 0.82.5 公里/小時范圍內(nèi)。（三） 運輸速度1012 馬力機耕船在農(nóng)閑期間兼作運輸作業(yè)。由于其重心低、牽引力大，操縱方便，進行運輸作業(yè)比手扶拖拉機更為適宜。運輸速度一般安排低速和高速兩個檔，低速運輸為 1215 公里/小時，高速運輸為 1820 公里/小時。（四） 倒行速度機耕船的倒行速度一般作倒車和掛結(jié)農(nóng)具用。因此，和拖拉機一樣，可設高速倒車和低速掛結(jié)農(nóng)具的兩個檔，其速度范圍為 4.56 公里/ 小時和 1.53 公里/小時。具有 3 個前進檔的機耕船，一般只安排一個倒擋?；竟ぷ魉俣软椖?緩行速度 旋耕 犁耕 運輸速度 倒行速度檔數(shù) 1 1 23 12 127速度 0.2.5 34 47.5 1215 1.532.1.3 輸出扭矩由于我們選擇的發(fā)動機是 12 馬力的發(fā)動機，而 12 馬力的發(fā)動機能發(fā)出的功率為 8.82KW，轉(zhuǎn)速為 1200 轉(zhuǎn)/分。根據(jù) Te=9550*(P/N)=70.2N*M2.2 船式拖拉機傳動系統(tǒng)設計（方案比較、傳動形式、傳動系統(tǒng)圖、傳動比分配等）2.2.1 傳動系統(tǒng)的功用傳動系是機耕船的一個重要組成部分，布置在發(fā)動機和驅(qū)動輪之間。它的作用是把發(fā)動機的動力傳給行走機構(gòu)或者動力輸出裝置，并且在機耕船進行不同作業(yè)時，保證驅(qū)動輪和動力輸出軸得到適當?shù)霓D(zhuǎn)速和扭矩。傳動系的主要功用如下：1) 減速増扭，將發(fā)動機的扭矩增大，轉(zhuǎn)速降低，以適合行走機構(gòu)的需要；2) 變速變扭，獲得不同的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)，以使用不同作業(yè)的要求；3) 改變驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)方向；4) 改變動力的傳遞方向；5) 脫開發(fā)動機與驅(qū)動輪之間的傳動；6) 平順地接合動力；7) 實現(xiàn)動力輸出。2.2.2 傳動系統(tǒng)的組成 機耕船的傳動系包括皮帶傳動、離合器、變速箱、中央傳動和最終傳動五個部分。有時在傳動系統(tǒng)中還有聯(lián)軸器，以鏈接相隔較遠的兩個傳力部件。傳動系統(tǒng)可按傳動比變化情況分為有級式傳動和無級式傳動。無級式傳動能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)無級變速，即在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變的條件下，連續(xù)地由一個速度過渡到另一個速度，也就是具有無限個檔。它能充分發(fā)揮發(fā)動機的功率，使機耕船具有較高的生產(chǎn)率和經(jīng)濟性，操縱也教簡單。有級式傳動只能獲得一定數(shù)量傳動比的幾級速度；但它的結(jié)構(gòu)教成熟，可靠耐用，效率高，制造方便?，F(xiàn)有機耕船絕大多數(shù)都采用有級式傳動。2.2.3 傳動系的方案設計在確定傳動系統(tǒng)方案時，必須使其性能和結(jié)構(gòu)滿足以下要求：1） 結(jié)構(gòu)簡單、先進，性能完善，操作、調(diào)整維修方便，能最大限度 地適應使用中提出的要求；2） 使用可靠，經(jīng)久耐用。傳動系統(tǒng)主要零件要有足夠的強度、剛度和工作表面的耐磨性，其使用壽命應不低于 6000 小時；83） 傳動效率高，盡可能減少傳動系統(tǒng)中的功率損失；4） 工藝性好，即零件加工簡便、裝配容易、 “三化”程度高；5） 經(jīng)濟性好，要求制造和使用成本低，鋼材和其它材料、以及油料消耗量?。?） 要考慮綜合利用。一機多用的要求。在進行傳動系方案設計時，需從使用要求、生產(chǎn)條件和結(jié)構(gòu)特點等方面加以考慮，同時設計幾種方案，并繪出傳動方案圖，一下是設計的幾種方案：湘江5 型傳動系統(tǒng)簡圖9具有扭矩傳感器的皮帶無極變速傳動系統(tǒng)簡圖川豐 5-3 傳動系簡圖10（a ）綜合上述方案和現(xiàn)實的實用性，以及結(jié)構(gòu)的難以程度和經(jīng)濟性，此設計（a）這個方案2.2.4 傳動系的總傳動比及其分配（1） 傳動系總傳動比的確定：傳動系總傳動比是根據(jù)農(nóng)藝要求的機耕船速度來確定的。用驅(qū)動鐵輪頂圓半徑計算的某檔水田計算速度 與總傳動比的關系是：=2 因此，總傳動比應為=0.377式中 某檔的計算速度（公里/小時） ；11發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） ；驅(qū)動鐵輪頂圓半徑（米） 。機耕船在陸上配帶膠輪時，可用下式計算總傳動比：=0.377式中 驅(qū)動膠輪的靜力半徑， =0.94 （米） （ 為膠輪的名義半徑） ；用膠輪靜力半徑計算的機耕船某檔陸上計算速度（公里/小時） 。（2） 傳動比在各個部件間的分配在確定了傳動方案和總傳動比后，需把總傳動比合理地分配到各個部件上。傳動系總傳動比等于各部件傳動比之乘積，即：=式中 皮帶傳動的傳動比，此設計的 取 1.75；變速箱第 i 檔傳動比；中央傳動的傳動比；最終傳動的傳動比。在不使變速箱過于增速的情況下，傳動比分配應按前小后大，前密后疏的原則來確定。即在結(jié)構(gòu)布置允許的條件下，盡量地把最終傳動、中央傳動的傳動比取大些，使零件數(shù)目較多的變速箱有較小的工作載荷和較小的重量，以達到減輕整機重量的目的。根據(jù)上述原則，參照一些機耕船的數(shù)據(jù)， 、 、大致在下列范圍內(nèi)：單極最終傳動時 =2.2-5；12兩級最終傳動時 =5-8.5；中央傳動傳動比 =2.3-5.5；皮帶傳動傳動比 =1-2。確定了 、 、和 之后，即可確定變速箱的傳動比 := = =C=132.3 變速機構(gòu)傳動系統(tǒng)圖設計Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6齒數(shù)（Z） 40 17 17 19 43 23模數(shù)（m） 3 3 3 3 3 3Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12齒數(shù)（Z） 41 14 14 58 43 43模數(shù)（m） 3 4 4 3 4 4說明： （1） 軸上滑移齒輪可與動力軸上 Z7 嚙合；（2） 軸上滑移齒輪可與中央軸上的齒輪 Z10 嚙合。此設計共有 4 個檔位，其中為一檔，二檔，三檔和倒擋。一檔的傳動路線為：31210811;14二檔的傳動路線為：35610811；三檔的傳動路線為：47610811;倒擋的傳動路線為：3127610811。根據(jù)原有數(shù)據(jù) （發(fā)動機標定轉(zhuǎn)速）=1200 轉(zhuǎn)/分和上述傳動齒輪的齒數(shù)可計算出各檔位的在水田中的行走速度。一檔的傳動比 i= = 24.39；2i123740581二檔的傳動比 i= = 19.61;1三檔的傳動比 i= = 16.67；3i12394581倒擋的傳動比 i= = 43.48。47024根據(jù)以上的條件可以計算出各檔的行走速度：一檔的速度 V=2 5.12Km/h;二檔的速度 V=2 5.69Km/h;三檔的速度 V=2 6.12Km/h;倒擋的速度 V=2 2.36Km/h。15第 3 章 離合器及其操縱機構(gòu)設計3.1 離合器作用及其結(jié)構(gòu)形式離合器的的作用：臨時切斷動力，以使變速箱順利的換擋；平順結(jié)合動力，以保證機耕船平穩(wěn)起步，避免因猛然起步而產(chǎn)生很大的沖擊，甚至使傳動系零件損壞或引起發(fā)動機滅火；同時還要求當機耕船碰到巔峰載荷時，離合器能自動打滑，防止傳動系零件由于超載而損壞。由于機耕船上一般使用的都是機械離合器，所以這里主要介紹機械離合器的結(jié)構(gòu)形式。機械離合器分為：牙嵌離合器，齒式離合器，轉(zhuǎn)鍵離合器，圓盤摩擦片離合器，圓盤摩擦塊離合器，圓錐摩擦離合器，漲圈摩擦離合器，扭簧摩擦離合器。1，牙嵌離合器機構(gòu)牙嵌離合器的結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)量少，主要由 2 個端面有牙的半離合器組成，通過杠桿機構(gòu)操縱從動離合器進行離合，如圖 3-1-1 所示，由于牙的嵌合為剛性接觸，為了保證牙工作面承受載荷均勻，要求兩軸嚴格同心，控制相對偏移量。為此在主動半離合器上安裝一個對中環(huán)。牙嵌離合器適宜用于主從動軸要求完全同步轉(zhuǎn)動的軸系，但牙嵌離合器只能在靜止或者圓周速度差在100300170217162217600 300 275 14027580 290 270 135調(diào)質(zhì) 200217255 650 360 300 155注：剪切屈服極限為屈服極限的 0.550.62 倍。綜合各項數(shù)據(jù)，此設計用調(diào)質(zhì)鋼。確定離合器操縱機構(gòu)的各桿的直徑。由于在離合器操縱機構(gòu)中各桿所受的都是純剪力，所以只受彎曲變形，直徑的確定就按照彎曲強度計算。 抗彎截面系數(shù) W= 32d彎曲應力的強度條件為： WMmaxax所以 d 15.2mm，此設計取 16mm。3.3 離合器操縱機構(gòu)設計的基本原則1，踏板行程應在 100150 毫米的范圍內(nèi)，行程過大會使操縱不便。2，踏板的作用力應盡量小，以減輕機手的的勞動強度，一般不應該超過 2025 公斤。 3，杠桿的長度應能調(diào)節(jié)，以改變分離軸承的位置，保證分離軸承與分離杠桿端 部有適當?shù)拈g隙。第 4 章 變速箱操縱機構(gòu)設計4.1 操縱機構(gòu)的基本要求在設計變速箱操縱機構(gòu)時，應滿足的基本要求：281，變速箱所有齒輪在任何情況下都能處于正確的嚙合位置，即全齒嚙合。2，保證不會同時掛上兩個擋，不會自行掛擋和脫擋。3, 換擋時齒輪間沖擊力要小。4，換擋輕便省力。4.2 換擋機構(gòu)及構(gòu)件設計4.2.1 該機構(gòu)的功用是撥動滑移齒輪（或接合套） ，使其與相應的齒輪（或接合套）嚙合或分離，實現(xiàn)掛擋或者換擋。機耕船變速箱中廣泛采用球支座的變速桿。球鉸的直徑一般為 2545 毫米，用壓緊彈簧將球緊壓在支座上，以保證所需要的工作位置。彈簧壓緊力為桿重的 24 倍。變速桿上端總行程為 80120 毫米。簡單式變速箱都采用一根變速桿（操縱桿） 。組成式變速箱通常采用兩根變速桿，分別操縱主，副變速箱，但也可用一根變速桿操縱。當采用一根桿操縱時，要使副變速箱換擋，必須先把主變速箱齒輪撥到空檔位置，操縱較麻煩。圖 4.2.1 是換擋機構(gòu)的簡圖，它的工作原理是由變速桿 1 的杠桿作用，傳遞給撥叉軸推力，來推動撥叉軸的移動，從而帶動撥叉的移動。撥叉是跟滑動齒輪接合的，從而帶動滑移齒輪（同步器或者接合套）的移動，最后形成換擋。圖 4.2.1 換擋機構(gòu)1變速桿 2撥叉 3撥叉軸根據(jù)變速箱的常用尺寸，和結(jié)合現(xiàn)用的機耕船的現(xiàn)用數(shù)據(jù)以及相關的文獻資料，現(xiàn)確定撥叉軸的長度為 270 毫米，直徑為 16 毫米。4.2.2 變速器操縱機構(gòu)換擋位置的確定設計操縱機構(gòu)首先要確定換的那個位置圖，換擋位置圖的確定主要要從換擋方便考慮。29為此應注意三點：1、按換擋次序來安排；2、將常用擋放在中間位置，其它檔位在兩邊；3、為了避免掛上倒擋。往往將倒擋放在最靠邊的位置。綜上所述，加上現(xiàn)實常用的換擋方式與有關資料的參照，現(xiàn)在作出設計的換擋位置圖 4.2.2.14.2.2.1 換擋位置圖4.2.3 變速器換擋機構(gòu)設計的人機工程學意義操縱機構(gòu)應當設在人肢體活動的最有力的區(qū)域內(nèi)，其高度低要適應于人體相應部位，其位置要設在操作方便，反應靈活的空間范圍內(nèi)。操縱機構(gòu)的用力范圍不應超出人體的最大用力限度，其布置必須保證人在工作時的自然姿態(tài)，并能交替變換工作的姿勢，以防止姿勢不適導致操作者的過度疲勞。因此，為了減輕疲勞，在布置從這機構(gòu)時應考慮變換姿勢的可能性，合理地滿足操作者的使用要求，適應操作者的正常人體結(jié)構(gòu)尺寸和生理要求。如果忽略上述因素，就可能造成操作者使用不便，影響工作效率，甚至影響操作者的身心健康。4.2.3.1 人體尺寸在操縱機構(gòu)這幾中的應用GB1000088 是 1989 年開始實施的我國成人人體尺寸國家標準，該標準根據(jù)人機工程學要求提供了我過成人人體的基礎數(shù)據(jù)。其中，立姿人體尺寸數(shù)據(jù)包括立姿身高、立姿眼高、立姿肩高、肘高、撓骨點高、中指指尖高、手功能高、中指指尖舉高、雙臂功能上舉高、肩寬、最大肩寬、上肢長、全臂長、兩臂展開寬、兩臂功能展開款等等相關的尺寸數(shù)據(jù)。這些人體數(shù)據(jù)為操縱機構(gòu)的合理設計提供了有力支持，操縱機構(gòu)的高度設計，作業(yè)空間的最大范圍、正常范圍、最佳范圍的確定以及各種控制器、控制臺、操作平臺的設計都應以人體尺寸數(shù)據(jù)為依據(jù)，力求操作者操作方便、安全、舒適。4.2.3.2 人的視野范圍和視距范圍對操縱機構(gòu)設計的影響人的視野是指眼球不轉(zhuǎn)動的情況下能看見的空間范圍，單眼對于黑背影上的白色對象的平均視野范圍為：從眼球中心向外側(cè) 9090、向內(nèi)側(cè) 6062、向下 6578、向上 5560；雙眼在水平方向上大約增加到120。人的視野范圍對于顏色的視野比比黑影下對白色對象的視野小，尤其對30綠色感受的視野范圍最小。為此，在操縱機構(gòu)的布置和色彩的設計方面，應按人的視野范圍合理安排，以求達到好的視覺效果。視距范圍是指人的眼睛視察操縱器的正常范圍，一般選取 560mm 左右為最佳視距，最大視距為 760mm，最小視距為 380mm 左右。另外，眼睛在水平方向上的運動速度比垂直方向上快、且不易疲勞。根據(jù)上述視野特性，在設計操縱機構(gòu)與控制面板時，應充分考慮操作者的視野范圍和視距范圍，將常用的指示器置于眼高偏下 30左右，并以此為中心左右分別偏離 30的范圍最佳。4.2.3.3 人體操縱力的選擇在操縱機構(gòu)設計中，必須考慮人體用力的限制，而操縱力的大小取決于人體的姿勢，著力部位以及力的作用方向。（1）手的操縱力。 坐姿時，手操縱的一般規(guī)律為右手力量大于左手，手臂處于側(cè)面下方時，推、拉力都較弱，但其向上、向下的力較大。拉力略大于推力，向下的力略大于向上的力。向內(nèi)的力大于向外的力。（2）腳的操縱力。 在作業(yè)中，操作者用腳操縱的場合也很多的，腳產(chǎn)生的操縱力大小與下肢的位置。姿勢和方向有關，下肢伸直時腳產(chǎn)生的力大于下肢彎曲時腳產(chǎn)生的力；坐背有靠背支持時腳可產(chǎn)生最大的力。立姿時腳的用力比坐姿大，一般坐姿時右腳最大蹬力平均可達 2568N，左腳可達 2362N。據(jù)測定，膝部伸展角度在 130150或者 160180之間時腳的蹬力最大，一般情況下右腳的操縱力大于左腳的操縱力，男同志的腳力大于女同志的腳力。根據(jù)上述人體肢力的特點，在設計操縱機構(gòu)時應充分考慮操作者工作時的體位，采用適當?shù)脑隽C構(gòu)，將操縱機構(gòu)的原始力調(diào)整到人體最適宜的用力范圍之內(nèi)，避免因操作困難使操作者過度疲勞，影響工作情緒?？偠灾瑧萌藱C工程學原理進行操作機構(gòu)的設計有利于最大限度地改善人機關系，使人與機器達到最佳匹配，對于提高勞動生產(chǎn)效率，改善勞動者的勞動條件，減輕操作者的勞動強度，為操作者提供方便。安全。舒適的工作環(huán)境是非常有益的，而且也能取得良好的效果。由此可見，也只有根據(jù)人機工程學原理設計的產(chǎn)品，才能給人們帶來舒適的感覺，最總才能被消費者接受。4.2.4 設計的計算及校核4.2.4.1 操縱桿長度因為設計的是船式拖拉機換擋操縱機構(gòu)，通過對市場產(chǎn)品的調(diào)查，接合本次設計的需要，選取操縱桿長度為 350mm。4.2.4.2 操縱桿運動范圍據(jù)有關實驗研究資料所確定的各種手控操縱器與人體尺度有關的尺寸參數(shù)，操縱桿的前后最大運動范圍為： ，左右最大運動范圍為： 。參照市場現(xiàn)有4590產(chǎn)品，接合本次設計的需要，選取：操縱桿前后運動范圍為： ；左右運動范圍為： 。20154.2.5 具體參數(shù)的計算校核及相關機構(gòu)的確定4.2.5.1 換擋所需要力矩和操縱力通過參考湘江-5 型、湖北-6 型等機耕船的參數(shù)，以及現(xiàn)有資料和文獻，本次設計選?。簱Q擋力矩：15N m;人的操縱力一般不會超過 150N，根據(jù)國家標準的要求，此設計我們?nèi)ゲ倏v力為：66N314.2.5.2 操縱桿支點的確定在完成換擋任務時，操縱桿與撥叉之間的運動關系，且易于計算，所以選擇通過換擋計算手柄支點，而不是通過選檔來計算。圖 4.3.5.2.1已知：操縱力為：66N；所需力矩為 66N*M，如圖 4.3.5.2.1 所示，則有：150y3563）（y 122.727mm為了設計方便和制造，這里取 y=123mm。4.2.5.3 操縱桿直徑的確定：（1） 考慮到制造成本，參考現(xiàn)有相關零件的材料，我們這里選 A 級 Q235 鋼作為其制造材料。Q235 鋼是應用最廣泛的一種碳素結(jié)構(gòu)鋼。（2） 經(jīng)比較，機耕船換擋桿一般在 16mm 以下，所以 Q235 鋼的屈服極限選為=235Mpa， =140Mpa。為了確保其使用時的可靠性，需選擇安全系數(shù) n,考sb慮到操縱桿的實際工作情況，這里選 n=3。bn32=46.67Mpa3140bn所以材料需滿足剪切強度條件，即 ，AQ0所以 ， ，A0 4d20所以 0.009m=9mm。Q4d即操縱桿的直徑只要： 9mm 即可參考同類產(chǎn)品的尺寸，同時為了制造方便，此設計 d=13mm。（3）操縱桿剛度校核在實際工程中，某些構(gòu)件在工作中不僅需要滿足剛度條件，以防止構(gòu)件破壞，還要求其有足夠的剛度，以限制構(gòu)件的變形。由于設計去的最大操縱力為：66N，又根據(jù)圖 4.3.5.2.1 所示，危險界面在節(jié)點處。所以 l=227mm，F(xiàn)=66N。操縱桿的慣性矩： 49434z 107.)10(6dmI操縱桿的最大撓度在節(jié)點處，其值為： 3.3.239f 49）（EIql（鋼的彈性模量 ）PaE102一般軸的許用撓度 =（ ）f9021lmlf405.f操縱桿滿足剛度要求。334.2.5.4 撥叉軸的設計及計算根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)實數(shù)據(jù)以及相關資料的查詢，本次設計撥叉軸的長度取為270mm,直徑取 16mm。由于本次設計只有 3 個前進檔，1 個倒退檔。為了防止自動脫擋和同時掛上 2 個以及 2 個一上的檔位，還必須設計互鎖機構(gòu)。同時為了防止齒輪間的干涉現(xiàn)象，還因設計聯(lián)鎖機構(gòu)，綜合這幾種考慮，撥叉軸的基本機構(gòu)應為圖4.2.5.4.1圖 4.2.5.4.1鎖槽間的間距的應根據(jù)傳動齒輪間的間距來綜合設計，由于本次設計的變速箱中的傳動齒輪與滑移齒輪間的間距為 54mm,再根據(jù)檔位的設計，確定了滑移齒輪的滑移距離為 27mm，所以撥叉軸的基本尺寸設計就為該圖。4.3 鎖定機構(gòu)及構(gòu)件設計該機構(gòu)的功用是保證滑移齒輪或接合套齒圈工作時處于全齒嚙合，不工作時徹底脫開，并在工作中不產(chǎn)生自動掛擋或者脫擋現(xiàn)象。鎖定機構(gòu)通常用彈簧壓緊的鋼球或者錐銷作為鎖定機構(gòu)，以保證全齒嚙合，并防止自行掛擋或者脫擋。鋼球的鎖定作用大，磨損比錐銷小。鎖定彈簧壓緊力的越大，越能防止自行脫擋，但操縱則越費力。鎖定彈簧的參數(shù)為：壓緊力 716 公斤；剛度 M=1114 公斤/毫米；鋼球直徑 d=2.210 毫米；工作圈數(shù) n=1113。本次設計鋼球直徑取 9mm。（1）結(jié)構(gòu)：多數(shù)變速器的自鎖裝置由鋼球與彈簧組成（圖 4.4.1）和由錐銷與彈簧組成（圖 4.4.2） 。（2）工作：自鎖鋼球被自鎖彈簧壓入撥叉軸的相應凹槽內(nèi)，起到鎖止檔位的作用，防止自動換擋和自動脫擋。換擋時，駕駛員施加于撥叉軸上的軸向力克服彈簧與鋼球的自鎖力時，鋼球便克服彈簧的預壓力而升起，撥叉軸移動，當鋼球與另一個凹槽處正對時，鋼球又被壓力凹槽內(nèi)，此動作傳到操縱桿上，使駕駛員具有“手感” 。34圖 4.4.1 鎖定機構(gòu)圖 4.42 鎖定機構(gòu)綜上所訴，此設計我們選用彈簧壓緊的鋼球作為自鎖機構(gòu)。4.4 互鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計35該機構(gòu)的功用是防止變速桿同時撥動兩根撥叉軸及撥叉，即防止同時掛上兩個檔位，造成齒輪傳動間的干涉，導致變速器無法工作甚至嚴重損壞。目前，在有的拖拉機上采用單一的鎖銷式互鎖機構(gòu)，其工作原理與鋼球互鎖式一樣。還有采用了框板式互鎖裝置，根據(jù)變速器檔位的多少及合理地換擋操縱規(guī)律，導向框板是一塊具有特定形狀的導向槽限位板，每條導向槽對準一根撥叉軸。由于變速桿下部只能在導向槽中移動，從而保證了不會同時撥動兩根撥叉軸，也就不會同時掛上兩個檔位。如圖 4.5.1 所示，互鎖裝置由互鎖球 4 和互鎖球 5 組成。每根撥叉軸相對于自鎖凹槽的側(cè)表面均有一個深度相等的凹槽，當任何一個撥叉軸處于空檔位置時，該凹槽正好對準互鎖鋼球。兩個鋼球直徑之和正好等于相鄰兩撥叉軸間距加上一個凹槽的深度。中間的撥叉軸上兩側(cè)凹槽以空貫通，該孔內(nèi)放置一根可左右移動的互動銷，其長度為撥叉軸直徑減去一個凹槽的深度。如圖 4.5.1 所示，當變速器處于在空檔位置時，所有撥叉軸的側(cè)向凹槽與互鎖鋼球、互鎖銷位于同一直線上。（a ）36( b )( c )圖 4.4.1 互鎖裝置工作示意圖當移動中間撥叉軸時【圖 4.4.1（a） 】,軸 3 兩側(cè)的內(nèi)鋼球從其側(cè)面凹槽中被擠出，從而外鋼球 2 和 4 分別嵌入撥叉軸 1 和 5 的側(cè)面凹槽中，因而將軸 1和 5 鎖定在空檔位置。若要移動撥叉軸 5，應先將撥叉軸 3 退回到空檔位置【圖 4.4.1（b） 】 ，于是在移動撥叉軸 5 時，鋼球 4 便從軸 5 的凹槽中擠出，同時通過互鎖銷 6 和其他鋼球?qū)懿孑S 3 和 1 鎖定在各自的空檔位置。同理。當37移動撥叉軸 1 時，撥叉軸 3 和 5 被鎖定在空檔位置【圖 4.4.1（c） 】 。由此可見，駕駛員用變速桿移動某一撥叉軸掛擋時，互鎖裝置便自動將其他所有的撥叉軸鎖定在空檔位置，從而保證只能掛上一個檔位。目前，在有的拖拉機上采用了單一的互銷式互鎖裝置，其工作原理與上述鋼球互鎖式一樣。4.5 聯(lián)鎖機構(gòu)及構(gòu)件設計為了避免在分離主離合器的情況下強行換擋造成齒輪沖擊損壞，在有的機耕船上采用了聯(lián)鎖機構(gòu)。它使撥叉軸與離合器操作機構(gòu)聯(lián)鎖，只有在離合器徹底分離時撥叉軸才能移動；同時還能防止自行脫擋。 圖 4.5.1 聯(lián)鎖機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖的工作原理：當離合器踏板踩到徹底分離位置時，由拉桿拉動鎖片，使之轉(zhuǎn)動一個角度，將鎖片的兩個缺口對著撥叉軸1、2，該軸即可通過缺口作軸向移動，實現(xiàn)換擋【圖 4.5.1 ( a )】 ；當離合器踏板回位時，鎖片相應地回位，撥叉軸即不能再移動【圖 4.5.1（b） 】 。1、2撥叉軸 3鎖片（a）1、2撥叉軸 3鎖片( b )圖 4.5.1 聯(lián)鎖機構(gòu)38第 5 章 設計總結(jié) 5.1 結(jié)論綜述操縱機構(gòu)作為機耕船的控制機構(gòu)，和機耕船能否正常運行關系十分密切。一套設計合理、工作可靠的操縱機構(gòu)盡管不占機耕船中的的重要地位，但卻是每輛機耕船不可缺少的。在設計的過程中必須考慮到人體工程學的因素，不能脫離人而盲目設計。通過這次對機耕船操縱機構(gòu)的設計，使我明白機耕船上的變速箱的中的一些部件，不管其是關鍵的，還是次要的；不管其是大的還是小的，它的設計都是一個復雜的過程，必須采取合理的方法設計、計算，并進行必要的校核甚至實驗，因為設計中一個極小的紕漏和錯誤都可能造成不可估計的損失。在設計時，還應注意產(chǎn)品的系列化、零部件通用化及零件設計的標準化，即“三化”問題。另外，選用零件的時候，也應注意盡量選擇標準件。除此之外，通過這次設計，了解了目前國內(nèi)外變速器及操縱機構(gòu)的先進技術和發(fā)展趨勢，同時也了解了我國機耕船的發(fā)展現(xiàn)狀。綜上所述，在換擋操縱機構(gòu)的設計計算中，對操縱桿和軸的計算、校核顯得尤為重要，如果在強度、剛度上達不到設計使用的要求，必然會使其在工作中出現(xiàn)操作失效的結(jié)果，輕則造成機耕船不能正常工作、重則會影響人們的作業(yè)要求。因此，盡管換擋操縱機構(gòu)在機耕船的設計、制造過程中，不屬于關鍵部件，但倘若它不能有效地工作，同樣會給機耕船的正常工作中帶來巨大影響。通過對設計的計算校核，讓我對以前所學的理論知識進行一次梳理，發(fā)現(xiàn)了自己知識結(jié)構(gòu)上的漏洞，并通過這次設計的機會，在即將走出校園之前，進行了及時地查漏補缺，為以后走上工作崗位起到了一定的積極作用。當然，在本次設計任務中也還存在不少問題。由于不少零件還沒有國家標準，所以很多時候參考的數(shù)據(jù)為制造企業(yè)的企業(yè)變準，有的數(shù)據(jù)甚至是在實驗通過對實物的測量比較得出的，因而對最終的計算結(jié)果是否滿足使用要求，還有待于通過實驗驗證。同時，在一些計算環(huán)節(jié)忽略了對個別細小計算校核，這些零件在具體的制造時可通過經(jīng)驗選取。5.2 存在不足在設計的過程中，由于設計的時間比較短暫，對機耕船各部件了解不是很到位，只對自己設計的部分作出了詳細的了解。在設計是時候沒有真實的參照實體給予直觀的感受，使設計過程比較坎坷，并且現(xiàn)有的機耕船的資料有限，一些參數(shù)的確定存在小問題?？商峁┑臄?shù)據(jù)也十分少，一切都得從汽車方面獲取一些的數(shù)據(jù)作為參考，經(jīng)過不斷的計算來確39定自己所需要的數(shù)據(jù)。還有就是自己之前對變速箱不是十分的了解，導致剛接觸時有點棘手，無從下手，但通過摸索還是找到了一些感覺，和思路。40參考文獻1.武漢工學院編著，機耕船原理與設計，機械工業(yè)出版社，1978 。 2.劉鴻文、林建興、陳乃立編著，材料力學，第 5 版，高等教育出版 2010 。 3.鐘毅芳、吳昌林、唐增寶編著，機械設計，第二版，華中科技大學出版社， 2000 。 4.許綺川、樊啟洲編著，汽車拖拉機學，第一冊，中國農(nóng)業(yè)出版社，2010。 5.李文哲、許綺川編著，汽車拖拉機學，第二冊，中國農(nóng)業(yè)大學，2005。6.丁玉蘭編著，人體工程學，上海交通大學出版社，2007 7.何銘新、錢可強編著，機械制圖，第五版，高等教育出版社，2003。8.陳于萍、周兆元編著，互換性與測量技術基礎，第二版，機械工業(yè)出版社， 1997。 9.孫巖、陳曉羅、熊涌編著，機械設計課程設計，北京理工大學出版社。10.于永泗、齊民編著，機械工程材料，第八版，大連理工大學出版社2010。 11.成大先主編，機械設計手冊，第二卷，化學工業(yè)出版社，1992。 （專著）謝辭41感謝我的老師曾一凡教授在我做畢業(yè)設計期間給與的精心指導和關懷。這篇畢業(yè)論文很大程度上折射出著曾老師對我知識的擴展與對科學認真負責的態(tài)度，此期間老師對我的敦敦教導和一些做人做事的態(tài)度，以及以后對待事物與挫折的態(tài)度，都會使我終生受益。經(jīng)過這段時間的鍛煉，使我更加成熟穩(wěn)重，同時給老師增添了一些麻煩，在此我真心的向曾老師說一聲：老師，你辛苦了!