518 28馬力輪式拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì)（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）
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28馬力輪式拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì)
摘 要
為了獲得適合各種農(nóng)業(yè)工作的不同速度和牽引力，我們就必須通過變速箱來降低從發(fā)動(dòng)機(jī)傳出的較快的轉(zhuǎn)速并將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)裝置來行走或作業(yè)。在田間或公路運(yùn)輸時(shí)要求有較快的行駛速度，但是在田間作業(yè)和工程施工時(shí)則需要較慢的速度和較大的牽引力。
為了實(shí)現(xiàn)這種目的，大部分必要的減速通常通過變速箱總成中的滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步的減速則是通過中央傳動(dòng)和最終傳動(dòng)的大、小齒輪的嚙合來實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)代的拖拉機(jī)中，拖拉機(jī)不僅被用來田間作業(yè)，還用來搞運(yùn)輸、粉碎飼料等。為了滿足不同工況的需要和提高經(jīng)濟(jì)性，一般都是多擋位的，本設(shè)計(jì)采用8個(gè)前進(jìn)擋的設(shè)計(jì)方案。
對(duì)于拖拉機(jī)來說，一般變速箱總成都采用直齒圓柱齒輪以降低成本，則用滑移齒輪前后移動(dòng)與中間軸上齒輪嚙合以獲得需要的速度。為了滿足拖拉機(jī)的中耕和其它作業(yè)需要，例如耕地、耙地、工程施工等。都需要在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出裝置，通過動(dòng)力輸出軸將從發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的扭矩傳到拖拉機(jī)后部，以帶動(dòng)各種機(jī)具工作。
關(guān)鍵詞： 拖拉機(jī)， 變速箱， 滑移齒輪， 動(dòng)力輸出軸
TRANSMISSION DESIGN OF 28 HP TRACTOR
ABSTRACT
We must reduce the relatively fast speed of the engine and transmit its power to the driving menbers to obtain suitable speeds and pulling power for the different farm jops. You may want a fst forward speed for hauling form the field or on the highway but a much slower fortions.Aslo,you msut have some means of reversing the direction of rotation of the driving members.
Much of the necessry speed reduction is accomplished by the sliding(speed-changing)gears of the assembly which is ususlly called the “transmission.”Further reduction is secured at the differential and by the final drive pinions and bull gears.In today’s tractors there are still more gear combingations giving more forward speeds; these are needed for the many operations now performed with farm tractors.
You select the speed you want by shifting one of the sliding gears,which are splined to be transmission shaft.With the gear shift lever,you can move then forward or backward;you can mesh any certain sliding gear with it’s mating gear on the counter-shaft.Live power take-off is an asset with many p.t.o.driven machine .
KEY WORDS： tractor, transmission，sliding gears，power take-off
目 錄
第一章 前 言 1
第二章 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 2
§2.1 概述 2
§2.1.1變速箱的功用、要求 2
§2.2 布置方案的分析與確定 2
§2.2.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案分析與確定 2
§2.2.2 變速箱零、部件結(jié)構(gòu)分析與確定 3
§2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎選擇 6
第三章 變速器主要參數(shù)的確定 7
§3.1 概述 7
§3.2 變速器主要參數(shù)的確定 7
§3.3 常嚙合齒輪參數(shù)的確定 10
第四章 變速器圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì) 12
§4.1 齒輪的變位 12
§4.2 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 13
第五章 中央傳動(dòng)主要參數(shù)的確定 16
§5.1 概述 16
§5.2 中央傳動(dòng)主要參數(shù)的確定 16
§5.3 圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與計(jì)算 17
§5.4 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 18
第六章 最終傳動(dòng)參數(shù)的確定 20
§6.1 概述 20
§6.2 最終傳動(dòng)主要參數(shù)的確定 20
§6.3 圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與計(jì)算 21
§6.4 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 22
第七章 軸的校核 24
§7.1 概述 24
§7.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算 24
§7.3 軸的剛度計(jì)算 25
第八章 軸承的校核 28
§8.1 概述 28
§8.2 軸承的校核 28
結(jié)論 30
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
第一章 前 言
小四輪拖拉機(jī)自80年代初生產(chǎn)至今，全國有近百家生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力達(dá)100多萬臺(tái)，不論從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造生產(chǎn)，都有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化步伐的加快，相關(guān)行業(yè)的發(fā)展以及農(nóng)民生活水平的穩(wěn)步提高，帶動(dòng)了農(nóng)機(jī)市場(chǎng)銷售。而農(nóng)民購買拖拉機(jī)后，同樣不單單是耕地、種田，還要搞副業(yè)、跑運(yùn)輸。隨著國內(nèi)加工工藝的進(jìn)步，農(nóng)機(jī)走出國門也是市場(chǎng)的需要。
在田間作業(yè)中，隨著拖拉機(jī)功率的提高，農(nóng)機(jī)具工作幅寬的機(jī)組的田間作業(yè)速度都有大幅度的提高，加上聯(lián)合作業(yè)農(nóng)機(jī)具的大量采用都對(duì)拖拉機(jī)的操縱提出了更高的要求。為了獲得拖拉機(jī)作業(yè)動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性的最佳匹配，要求拖拉機(jī)能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和負(fù)載的變化自動(dòng)選擇擋位。因此目前在國外先進(jìn)的大功率拖拉機(jī)上都普遍采用電子自動(dòng)換擋技術(shù)，即采用電控機(jī)械式變速箱（AMT）。如卡特彼勒公司的Challenger E系列、迪爾公司的8000系列、凱斯公司的Quadtrac\芬特公司的900系列。國內(nèi)的研究也主要集中在汽車上。吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、重慶醫(yī)療機(jī)械工業(yè)公司等多家單位均在此方面取得了積極成果。
我的設(shè)計(jì)題目是28馬力輪式拖拉機(jī)的變速箱設(shè)計(jì)，根據(jù)目前國內(nèi)生產(chǎn)水平和市場(chǎng)需要，以及指導(dǎo)老師的建議，本次采用傳統(tǒng)的機(jī)械式換擋方式。參考泰山28和東方紅28的變速箱設(shè)計(jì)，經(jīng)過分析、討論，經(jīng)過比較，最終確定采用8＋1擋橫置方案。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)比確定、各主要參數(shù)計(jì)算、齒輪選擇及校核、軸的設(shè)計(jì)與校核、軸承的選擇與計(jì)算、換擋及操縱機(jī)構(gòu)。
由于準(zhǔn)備時(shí)間倉促，水平有限，經(jīng)驗(yàn)尚淺，又是初次使用CAD畫圖，設(shè)計(jì)中難免有些錯(cuò)漏之處，望各位老師多多指正。
第二章 結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
§2.1 概述
§2.1.1 變速箱的功用、要求
（1）、變速箱的功用是：
a)變扭變速，以改變傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，使拖拉機(jī)能夠獲得所需的各種行駛速度和牽引力；
b)實(shí)現(xiàn)倒擋，使拖拉機(jī)能實(shí)現(xiàn)倒退行駛；
c)實(shí)現(xiàn)空擋，使拖拉機(jī)能在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火的情況下長時(shí)間停車，同時(shí)也便于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。
此外，還往往通過變速箱引出動(dòng)力輸出軸，還可以帶動(dòng)某些農(nóng)機(jī)具工作。
(2)、對(duì)變速箱的要求是：
a)有一定的排擋數(shù)，以盡量滿足拖拉機(jī)的使用要求；
b)各傳動(dòng)件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面應(yīng)保持良好的潤滑，以保證工作可靠和一定的使用壽命；
c)換擋方便；
d）結(jié)構(gòu)簡單，維修方便；
e)工作可靠，拖拉機(jī)在行駛過程中，變速器不得有跳擋、亂擋以及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；
f)應(yīng)設(shè)置動(dòng)力輸出軸，以便必要時(shí)進(jìn)行功率輸出。
此外，變速箱還應(yīng)該滿足效率高、噪聲低、體積小、質(zhì)量輕。制造容易、成本低等特點(diǎn)。
§2.2 布置方案的分析與確定
§2.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案分析與確定
目前使用的變速箱中按傳動(dòng)形式分為簡單式變速箱和組成式變速箱。組成式變速箱通常有兩個(gè)簡單式的變速箱組合而成，其中擋數(shù)較多的簡單式變速箱稱為主變速箱，擋數(shù)較少的稱為副變速箱，一般具有6個(gè)以上的擋位。采用組合式可使結(jié)構(gòu)非常緊湊，目前我國大部分均采用組成式變速箱。
按軸向車身的相對(duì)位置的布置方式不同分為橫置式變速箱和縱置式變速箱?？v置式變速箱既是有兩個(gè)簡單式變速箱組成的組成式變速箱，所參照的東方紅20的變速箱布置方式就是這樣布置的，如圖2－a所示，這樣的布置方式結(jié)構(gòu)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，但是工藝要求高，箱體加工復(fù)雜，且主、副變速箱結(jié)合部受力集中，使用壽命短。另一種方式是橫置式布置方式，如圖2－b、2－c所示，這種布置方式使得變速箱體積較大，成本增加，但是集成程度高，加工工藝簡單，箱體制造方便，拆卸維修方便，將中央傳動(dòng)和最終傳動(dòng)集成到變速箱體內(nèi)，使拖拉機(jī)整體尺寸降低，整體成本下降，因此是目前大部分生產(chǎn)企業(yè)的所采用的方式。如東方紅系列。
圖b與圖c相比，因?yàn)槭遣捎玫?+1式的，結(jié)構(gòu)簡單，但是擋位少，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生插花換擋現(xiàn)象，用戶操作起來非常麻煩，效率利用率低。對(duì)于圖3，由于采用8＋1擋布置，在Ⅲ軸增加一固定齒輪，在Ⅳ軸上增加以滑移齒輪，導(dǎo)致Ⅲ軸受力增加，但是能夠提高效率利用率，也更能滿足實(shí)際需要。
綜上所述，采用橫置式8＋1擋方案較好，較方案1集成程度高，設(shè)計(jì)簡單，加工方便，還可以降低整車尺寸和成本，生產(chǎn)后續(xù)性好，另外各中心距可以一樣，通用性好，普遍采用深溝球軸承和直齒輪，成本較低；經(jīng)校核Ⅲ軸雖然比b方案多了一個(gè)齒輪，即增加了Ⅴ、Ⅷ擋，但是通過增加軸徑可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)也解決了插花換擋的問題。這樣就可以耕作時(shí)采用低Ⅰ擋起步，運(yùn)輸時(shí)用高Ⅰ擋起步，提高了效率利用率。
§2.2.2 變速箱零、部件結(jié)構(gòu)分析與確定
（1）、齒輪型式
變速器常用斜齒和直齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高于直齒，常用在轉(zhuǎn)矩大或者線速度高的場(chǎng)合。它需要嚙合套或同步器換擋，當(dāng)軸向力大時(shí)常用圓錐滾子軸承支撐，軸承的調(diào)整也較麻煩。對(duì)于平穩(wěn)性和舒適性要求不高拖拉機(jī)來說，變速箱多采用直齒圓柱齒輪，這種齒輪沒有軸向力，并可以采用滑動(dòng)齒輪換擋，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
圖2－a 東方紅25馬力8擋型傳動(dòng)方案
（2）、換擋機(jī)構(gòu)型式
換擋機(jī)構(gòu)的功用是波動(dòng)滑動(dòng)齒輪以進(jìn)行換擋。國產(chǎn)變速箱的換擋機(jī)構(gòu)大部分都采用球支座式。它由主、副變速桿、撥叉軸、撥叉等組成。
用主副變速桿來分別操縱主副變速箱。它的優(yōu)點(diǎn)是操縱方便。由于拖拉機(jī)對(duì)噪聲和穩(wěn)定性要求不高，采用滑動(dòng)齒輪換擋。
（3）、鎖定機(jī)構(gòu)型式
鎖定機(jī)構(gòu)的功用是將撥叉軸定位，從而保證工作的齒輪副全齒寬嚙合；不工作的齒寬處于完全脫離嚙合位置；并使拖拉機(jī)在工作中不發(fā)生自動(dòng)脫擋現(xiàn)象。
拖拉機(jī)上一般采用鎖球式或鎖銷式兩種鎖定機(jī)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用鎖球式。它在撥叉軸上沿軸開有3個(gè)半球形槽，中間對(duì)應(yīng)空擋，前后個(gè)對(duì)應(yīng)以個(gè)擋位；如圖1－d所示，把撥叉軸的軸向位置鎖定，從而起定位作用。換擋時(shí)，變速桿上必須施加一定的作用力，首先克服鎖定彈簧的壓力，將鎖球頂起，然后才能使撥叉軸移動(dòng)。這樣既保證了工作齒輪副恰好完全嚙合，又防止了撥叉軸因震動(dòng)等原因移動(dòng)而發(fā)生自動(dòng)脫擋的現(xiàn)象。
（4）、互鎖機(jī)構(gòu)型式
互鎖機(jī)構(gòu)的功用是防止變速箱同時(shí)掛上兩個(gè)擋。目前常用的有框板式和互鎖銷式兩種互鎖機(jī)構(gòu)。
本次設(shè)計(jì)采用互鎖銷式互鎖機(jī)構(gòu)，它限制兩根撥叉軸之間德安運(yùn)動(dòng)?；ユi銷裝在凹槽的兩根撥叉軸之間。
（5）、其它注意問題
由于考慮到變速器在低擋工作時(shí)Ⅲ軸受作用力大，所以低擋齒輪布置在靠近軸的支撐處，然后大致按從低到高的順序布置各擋齒輪。這樣，保證軸有足夠的剛性，有方便安裝。第一軸上的齒輪齒頂圓直徑比殼體前壁軸承空的直徑尺寸小，以便于經(jīng)過該孔拆裝。
§2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)和輪胎選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求及變速箱布置方式，選擇發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為2102，其主要參數(shù)入表2－1所示：
由文獻(xiàn)〔2〕表13－33拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)驅(qū)動(dòng)輪輪胎數(shù)據(jù)表，取驅(qū)動(dòng)輪胎型號(hào)為11.2－24，輪胎外徑D=1220mm.
表2－1 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)
型號(hào)
2102
額定功率/KW
20.28
額定轉(zhuǎn)速/r/min
2200
最大扭矩/Nm/r/min
102.8/2000
第三章 變速器主要參數(shù)的確定
§3.1 概述
由文獻(xiàn)〔1〕知：對(duì)于拖拉機(jī)，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)將擋次密集在5～11Km/h的速度區(qū)段內(nèi)，并盡量避免在6～9Km/h速度范圍內(nèi)換擋，避免主變速桿與副變速桿同時(shí)操作，即插花換擋。
拖拉機(jī)在重載區(qū)（5～11Km/h），級(jí)比q可略大于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩適應(yīng)系數(shù)，一般發(fā)動(dòng)機(jī)的適應(yīng)系數(shù)為1.15。
定軸傳動(dòng)變速箱的主要參數(shù)包括中心距、齒數(shù)模數(shù)和齒數(shù)等。
§3.2 變速器主要參數(shù)的確定
減小中心距可減輕變速箱的重量并縮小尺寸，但是受到傳動(dòng)零件的強(qiáng)度和壽命的限制。由文獻(xiàn)〔3〕，實(shí)際中心距（單位為mm）可按下式初選
（1－1）
式中 T——變速箱輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；
K——系數(shù)，一般 K＝14～17，國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)多為15～16。
本次設(shè)計(jì)選K＝16。
中心距選定后，齒輪的彎曲強(qiáng)度隨模數(shù)的減小而降低，但是接觸強(qiáng)度并不降低，反而會(huì)有所改善。因?yàn)?減小模數(shù)將增加齒數(shù)和，提高相嚙合齒輪的重合度，所以在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下應(yīng)選取較小的模數(shù)。直齒圓柱齒輪的模數(shù)m(單位為mm)可按下式選取
（1－2）
式中 K——系數(shù)，K＝0.4～0.6，國產(chǎn)拖拉機(jī)多為0.45～0.55。選K＝0.45。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－46求得相嚙合齒輪的齒輪數(shù)
Z= （1－3）
對(duì)于主副變速都是一對(duì)齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，由文獻(xiàn)〔3〕式2－48有
＝ （1－4）
式中 ——第i擋時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速下拖拉機(jī)的理論速度，單位為km/h；
C——常數(shù)，
——第i擋時(shí)變速箱的傳動(dòng)比；
、——中央傳動(dòng)和最終傳動(dòng)的傳動(dòng)比；
z、——第i擋時(shí)主變速主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的齒數(shù)；
z、——第i擋時(shí)副變速主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪的齒數(shù)。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－7知：
＝ （1－5）
＝212.76Nm
式中 ——中央傳動(dòng)與最終傳動(dòng)傳動(dòng)比之積。
所以
＝95.52mm；
取
＝0.45
＝2.68mm；
圓整后取m=3mm。
則齒數(shù)和 ＝＝66.7；
所以?。?7。
設(shè)計(jì)拖拉機(jī)＝2200r/min,=0.610.935=0.57m,取，，根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－47
=0.377 （1－6）
=22.997
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，設(shè)計(jì)拖拉機(jī)的8個(gè)前進(jìn)擋的速度范圍如下，單位為km/h:
低擋：3～3.5； 5～5.5； 7～7.5； 8.5～9；
高擋：10～10.5； 15.5～16； 20～20.5； 29～29.5。
根據(jù)條件，制表如下:
表3－1確定組成式變速箱傳動(dòng)比和齒數(shù)的表格
51/16
50/17
49/18
48/19
47/20
46/21
…
31/36
30/37
52/15
2.08
2.25
2.44
2.62
2.82
3.03
…
7.71
8.18
51/16
2.26
2.45
2.65
2.85
3.07
3.29
…
8.38
8.90
50/17
2.45
2.66
2.88
3.09
3.33
3.57
…
9.10
9.66
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
47/20
3.07
3.33
3.60
3.87
4.16
4.47
…
12.08
12.88
46/21
3.29
3.57
3.86
4.15
4.47
4.79
…
13.04
13.85
45/22
3.52
3.82
4.12
4.43
4.77
5.12
…
14.00
14.86
44/23
3.77
4.10
4.43
4.76
5.12
5.50
…
14.94
15.86
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
41/26
4.56
4.95
5.35
5.75
6.19
6.65
…
16.92
17.97
40/27
4.87
5.29
5.71
6.14
6.61
7.10
…
18.07
19.18
39/28
5.19
5.62
6.08
6.54
7.04
…
19.24
20.43
38/29
5.50
5.97
6.45
6.94
7.47
8.02
…
20.41
21.67
37/30
5.86
6.36
6.87
7.39
7.96
8.54
…
21.74
23.08
36/31
6.21
6.74
7.29
7.84
7.44
9.05
…
23.05
24.47
35/32
6.61
7.18
7.76
8.34
8.98
9.63
…
24.53
26.05
34/33
7.00
7.59
8.21
8.82
9.50
10.20
…
25.96
27.56
33/34
7.43
8.06
8.72
9.37
10.09
10.83
…
27.56
29.27
根據(jù)任務(wù)書要求，再經(jīng)過比較，從表中選出8個(gè)速度，相應(yīng)選出主變速和副變速各擋的傳動(dòng)比和齒數(shù)為
； ； ；
；
§3.3 常嚙合齒輪參數(shù)確定
由文獻(xiàn)〔3〕，實(shí)際中心距（單位為mm）可按下式初選
式中 T——變速箱輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；
K——系數(shù)，一般 K＝14～17，國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)多為15～16。
本次設(shè)計(jì)選K＝15。
中心距選定后，齒輪的彎曲強(qiáng)度隨模數(shù)的減小而降低，但是接觸強(qiáng)度并不降低，反而會(huì)有所改善。因?yàn)?減小模數(shù)將增加齒數(shù)和，提高相嚙合齒輪的重合度，所以在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下應(yīng)選取較小的模數(shù)。直齒圓柱齒輪的模數(shù)m(單位為mm)可按下式選取
式中 K——系數(shù)，K＝0.4～0.6，國產(chǎn)拖拉機(jī)多為0.45～0.55。選K＝0.45。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－46求得相嚙合齒輪的齒輪數(shù)Z=。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
＝102.8
＝157.9Nm
所以
＝82.2mm；
所以取
＝0.45
＝2.46mm；
圓整后取m=2.5mm。
則齒數(shù)和 ＝＝68；
所以取。
第四章 變速器圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
§4.1 齒輪的變位
拖拉機(jī)變速箱多采用直齒圓柱齒輪，這種齒輪沒有軸向力，并可用滑動(dòng)齒輪換擋，結(jié)構(gòu)簡單。
為了避免根切和干涉；配湊傳動(dòng)比和中心距；改善嚙合條件，提高齒的強(qiáng)度，一般要對(duì)齒輪進(jìn)行變位。本設(shè)計(jì)中采用總變位系數(shù)的角度變位。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－49知總變位系數(shù)
（4－1）
取變速箱齒輪的嚙合角,齒輪齒形角，
所以
＝
＝0.47
由文獻(xiàn)〔3〕知小齒輪的變位系數(shù)為
（4－2）
由文獻(xiàn)〔2〕圖9－44(b)查得
＝0.02144 （4－3）
所以 實(shí)際中心距 （4－4）
＝
＝101.9
標(biāo)準(zhǔn)中心距
所以 各擋齒輪的變位系數(shù)入表4－1所示
表4－1 各擋齒輪的變位系數(shù)
擋
位
Xi
齒
輪
Ⅰ
Ⅴ
Ⅱ
Ⅵ
Ⅲ
Ⅶ
Ⅳ
Ⅷ
高擋
低擋
倒擋
小齒輪
0.57
0.51
1.49
0.48
0.51
0.48
0.51
大齒輪
－0.1
－0.04
－0.02
－0.01
－0.04
－0.01
－0.04
§4.2 齒輪強(qiáng)度計(jì)算
齒輪應(yīng)計(jì)算齒面的接觸強(qiáng)度和齒根抗彎強(qiáng)度。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－50知齒輪的計(jì)算載荷（單位N）
（4－5）
式中 ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;
——主動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，單位為。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
（4－6）
（4－7）
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－51知接觸強(qiáng)度可按計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力（單位為MPa）
（4－8）
式中 b——工作齒寬，單位為mm；
E——彈性模量，E=2.06；
z、z——主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——齒形角，取20；
——嚙合角，＝22；
——工作條件系數(shù)，取＝1.2（1.0～1.2）。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－52知齒根彎曲應(yīng)力（單位為MPa）
（4－9）
式中 Y——齒形系數(shù)，從文獻(xiàn)〔3〕圖2－75查?。?
——工作條件系數(shù)，取＝1.6（1.5～1.7）。
所以各擋齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力入表4－2所示：
表4－2 各擋齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力
項(xiàng)
目
齒
輪
/N
/MPa
/MPa
b/mm
Y
/mm
Ⅰ、Ⅴ
7171.9
493.7
381
24
2.25
23
Ⅱ、Ⅵ
5321
563.9
370.2
24
2.21
31
Ⅲ、Ⅶ
4340.8
385.5
297.9
18
2.18
38
Ⅳ、Ⅷ
3547.3
341.9
239
18
2.14
46.5
高擋齒輪
3303.8
331.8
218.4
18
2.10
52
低擋齒輪
5726.7
468.2
402
18
2.23
30
常嚙合齒輪
4262
376.8
283.1
18
2.11
34
倒擋齒輪
5542
455
385.6
18
2.21
31
根據(jù)文獻(xiàn)〔5〕齒輪材料選用20CrMnTi，其＝1100Mpa;
[]=850MPa.
所以以上齒輪均滿足要求。
第五章 中央傳動(dòng)參數(shù)確定
§5.1 概述
中央傳動(dòng)之指變速器之后，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之前的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在發(fā)動(dòng)機(jī)橫置的拖拉機(jī)上，中央傳動(dòng)由一對(duì)直齒圓柱齒輪組成。它的功用是增扭減速。
§5.2 中央傳動(dòng)主要參數(shù)的確定
由文獻(xiàn)〔3〕，實(shí)際中心距（單位為mm）可按下式初選
式中 T——變速箱輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；
K——系數(shù)，一般 K＝14～17，國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)多為15～16。
本次設(shè)計(jì)選K＝14。
中心距選定后，齒輪的彎曲強(qiáng)度隨模數(shù)的減小而降低，但是接觸強(qiáng)度并不降低，反而會(huì)有所改善。因?yàn)?減小模數(shù)將增加齒數(shù)和，提高相嚙合齒輪的重合度，所以在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下應(yīng)選取較小的模數(shù)。直齒圓柱齒輪的模數(shù)m(單位為mm)可按下式選取
式中 K——系數(shù)，K＝0.4～0.6，國產(chǎn)拖拉機(jī)多為0.45～0.55。選K＝0.45。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－46求得相嚙合齒輪的齒輪數(shù)Z=。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
＝102.8
＝1155.7Nm
所以
＝147mm；
＝0.45
＝4.72mm；
圓整后取m=5mm。
則齒數(shù)和 ＝＝58.8；
所以取＝59。
設(shè)計(jì)拖拉機(jī)＝2200r/min,=0.610.935=0.57m,取，，
所以?。?.9。
§5.3 圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與計(jì)算
由文獻(xiàn)〔3〕式2－49知總變位系數(shù)
取變速箱齒輪的嚙合角,齒輪齒形角，
所以
＝
＝0.42
由文獻(xiàn)〔3〕知小齒輪的變位系數(shù)為
由文獻(xiàn)〔2〕圖9－44(b)查得
＝0.02124
所以 實(shí)際中心距
＝
＝149.5
標(biāo)準(zhǔn)中心距
所以 ；
。
§5.4 齒輪強(qiáng)度計(jì)算
齒輪應(yīng)計(jì)算齒面的接觸強(qiáng)度和齒根抗彎強(qiáng)度。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－50知齒輪的計(jì)算載荷（單位N）
式中 ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;
——主動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，單位為。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－51知接觸強(qiáng)度可按計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力（單位為MPa）
式中 b——工作齒寬，單位為mm；
E——彈性模量，E=2.06；
z、z——主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——齒形角，取20；
——嚙合角，＝22；
——工作條件系數(shù)，取＝1.2（1.0～1.2）。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－52知齒根彎曲應(yīng)力（單位為MPa）
式中 Y——齒形系數(shù)，從文獻(xiàn)〔3〕圖2－75查?。?
——工作條件系數(shù)，取＝1.6（1.5～1.7）。
所以中央傳動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力入表4－1所示
表5－1 中央傳動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力
項(xiàng)
目
齒
輪
/N
/MPa
/MPa
b/mm
Y
/mm
中央傳動(dòng)齒輪
39851.7
613.36
519
65
2.49
29
根據(jù)文獻(xiàn)〔5〕齒輪材料選用20CrMnTi，其＝1100Mpa；
[]=850Mpa。
所以以上齒輪均滿足要求。
第六章 最終傳動(dòng)參數(shù)確定
§6.1 概述
最終傳動(dòng)的功用是進(jìn)一步增扭減速，以滿足拖拉機(jī)的使用要求。最終傳動(dòng)大多采用直齒圓柱齒輪，對(duì)于橫置式集成式變速箱來說，常用差速器大齒輪與一個(gè)小齒輪嚙合，實(shí)現(xiàn)最終傳動(dòng)的功用。
§6.2 最終傳動(dòng)主要參數(shù)的確定
由文獻(xiàn)〔3〕，實(shí)際中心距（單位為mm）可按下式初選
式中 T——變速箱輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；
K——系數(shù)，一般 K＝14～17，國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)多為15～16。
本次設(shè)計(jì)選K＝14。
中心距選定后，齒輪的彎曲強(qiáng)度隨模數(shù)的減小而降低，但是接觸強(qiáng)度并不降低，反而會(huì)有所改善。因?yàn)?減小模數(shù)將增加齒數(shù)和，提高相嚙合齒輪的重合度，所以在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下應(yīng)選取較小的模數(shù)。直齒圓柱齒輪的模數(shù)m(單位為mm)可按下式選取
式中 K——系數(shù)，K＝0.4～0.6，國產(chǎn)拖拉機(jī)多為0.45～0.55。選K＝0.45。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－46求得相嚙合齒輪的齒輪數(shù)Z=。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
＝102.8
＝5458.6Nm
所以
＝246mm；
＝0.45
＝7.92mm；
圓整后取m=8mm。
則齒數(shù)和 ＝＝61.5；
所以?。?2。
設(shè)計(jì)拖拉機(jī)＝2200r/min,=0.610.935=0.57m,取，，
所以?。?.17。
§6.3 圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)與計(jì)算
由文獻(xiàn)〔3〕式2－49知總變位系數(shù)
取變速箱齒輪的嚙合角,齒輪齒形角，
所以
＝
＝0.438
由文獻(xiàn)〔3〕知小齒輪的變位系數(shù)為
由文獻(xiàn)〔2〕圖9－44(b)查得
＝0.02418
所以 實(shí)際中心距
＝
＝251.3
標(biāo)準(zhǔn)中心距
所以 ；
。
§6.4 齒輪強(qiáng)度計(jì)算
齒輪應(yīng)計(jì)算齒面的接觸強(qiáng)度和齒根抗彎強(qiáng)度。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－50知齒輪的計(jì)算載荷（單位N）
式中 ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，單位為Nm;
——主動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑，單位為。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－6知
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－51知接觸強(qiáng)度可按計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力（單位為MPa）
式中 b——工作齒寬，單位為mm；
E——彈性模量，E=2.06；
z、z——主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪齒數(shù)；
——齒形角，取20；
——嚙合角，＝22；
——工作條件系數(shù)，?。?.2（1.0～1.2）。
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕式2－52知齒根彎曲應(yīng)力（單位為MPa）
式中 Y——齒形系數(shù)，從文獻(xiàn)〔3〕圖2－75查取；
——工作條件系數(shù)，取＝1.6（1.5～1.7）。
所以中央傳動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力入表5－1所示
表6－1 中央傳動(dòng)齒輪的計(jì)算載荷、接觸應(yīng)力、齒根彎曲應(yīng)力
項(xiàng)
目
齒
輪
/N
/MPa
/MPa
b/mm
Y
/mm
最終傳動(dòng)齒輪
121302
758.52
808.74
80
2.51
45
根據(jù)文獻(xiàn)〔5〕齒輪材料選用20CrMnTi，其＝1100Mpa；
[]=850Mpa。所以以上齒輪均滿足要求。
第七章 軸的校核
§7.1 概述
軸必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。軸的剛度不足會(huì)導(dǎo)致齒輪嚙合質(zhì)量變差和軸承壽命降低，變速箱軸的尺寸往往受限于軸的剛度。
§7.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算
由于各軸單純受扭，只需校核危險(xiǎn)斷面的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。對(duì)于整個(gè)變速箱來說，Ⅲ軸是危險(xiǎn)軸。由于軸上支承著齒輪，軸同時(shí)受有轉(zhuǎn)矩和彎矩。畫軸的轉(zhuǎn)矩圖和兩個(gè)平面的彎矩圖如圖7－a所示，求出當(dāng)量合成彎矩(單位為Nm)
由文獻(xiàn)〔3〕式2－54知
式中 ——軸所受彎矩，,其中和分別為水平面和垂直面的彎矩，單位為Nm；
——根據(jù)轉(zhuǎn)矩變化性質(zhì)而定的校正系數(shù)，?。?.5。
根據(jù)圖6－a，
5838.8N
7059.8N
=1625.97Nm
根據(jù)彎矩圖知Ⅰ擋齒輪右端面為危險(xiǎn)斷面，其合成彎曲應(yīng)力（單位為MPa）
式中 ——抗彎斷面系數(shù)，,單位為；
——應(yīng)力集中系數(shù)，參見文獻(xiàn)〔3〕表2－6，選＝1.6。
＝307.37MPa
由文獻(xiàn)〔5〕表12.6知40Cr的 Mpa，所以強(qiáng)度足夠。
圖7－a 軸的受力、彎矩、轉(zhuǎn)矩、撓度、偏轉(zhuǎn)角
§7.3 軸的剛度計(jì)算
為了保證齒輪的正確嚙合，要求工作時(shí)齒面不能偏斜過大，這通常用齒面中點(diǎn)處軸的撓度y和偏轉(zhuǎn)角來衡量，y和的計(jì)算參見文獻(xiàn)〔3〕表2－7。
軸受力如圖7－a所示，則:
； （7－1）
； （7－2）
； （7－1）
； （7－4）
且合成撓度 ； （7－5）
合成偏轉(zhuǎn)角 ； （7－6）
＝
＝0.06036；
＝
＝ －0.000929（與標(biāo)示方向相反） ；
＝
＝0.03143；
＝
＝－0.000338（與標(biāo)示方向相反）；
＝0.09179；
＝－0.001367。
根據(jù)文獻(xiàn)〔6〕表15－5查得
；
。
所以軸的剛度足夠。
第八章 軸承的校核
§8.1 概述
傳動(dòng)系廣泛采用滾動(dòng)軸承。其中，向心軸承既能承受徑向力，又能承受一定的軸向力，成本較低，軸向定位方便，故用得最廣。本設(shè)計(jì)廣泛采用了深溝球軸承。但其額定載荷較小，所以在外載荷大、尺寸受限制的地方，采用了圓柱滾子軸承。
§8.2 軸承的校核
根據(jù)設(shè)計(jì)知Ⅲ軸軸承載荷較大，由于采用了深溝球軸承，且齒輪為直齒圓柱齒輪，其軸向載荷可以忽略不計(jì)。即，則X=1,Y=0,在第i擋時(shí)，軸承所受的當(dāng)量載荷F。
F== （8－1）
式中 X、Y——系數(shù)，參見軸承手冊(cè)。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－58平均當(dāng)量動(dòng)載荷F（單位為N）
（8－2）
式中 ——平均轉(zhuǎn)速，單位為r/min，＝；
——該軸承在第i擋時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
F——該軸承在第i擋時(shí)的當(dāng)量動(dòng)載荷，單位為N；
——壽命指數(shù)，球軸承＝3；
——第i擋工作時(shí)間占總工作時(shí)間的比例，參見文獻(xiàn)〔3〕表2－8。
=2985.8N；
=1018.5r/min。
由文獻(xiàn)〔3〕式2－59知軸承壽命（單位h）
＝ （8－3）
查文獻(xiàn)〔5〕表15－3 知6306軸承的額定動(dòng)載荷C=20.8KN
=
=5531.9h
5532 h
根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕P85有關(guān)敘述知，傳動(dòng)系軸承的壽命一般不低于5000h，且
C 。所以軸承合適。
結(jié) 論
在這兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，從開始拿到題目到最后的完工，覺的每時(shí)每刻都在學(xué)習(xí)中，在這期間，使我更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到獨(dú)立思考與團(tuán)結(jié)合作的重要性，獨(dú)立思考是創(chuàng)新；團(tuán)結(jié)合作是為了整體設(shè)計(jì)進(jìn)程的順利開展。通過本次設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步加深了對(duì)課本理論知識(shí)的理解。
本次設(shè)計(jì)基本上能按時(shí)完成任務(wù)，但是由于經(jīng)驗(yàn)不足，參考資料有限，本次設(shè)計(jì)所參照的方案雖然目前仍有生產(chǎn)，但仍屬傳統(tǒng)的范疇。缺少創(chuàng)新。開始拿到題目時(shí)，查找資料顯示，機(jī)械式自動(dòng)變速箱（AMT）是目前研究的方向，而且一些國家已經(jīng)將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到拖拉機(jī)上。但是進(jìn)一步查看資料發(fā)現(xiàn)以目前的資料和能力是不可能完成的，所以最后就選擇了傳統(tǒng)的變速箱設(shè)計(jì)方案。
對(duì)此，我覺得平時(shí)認(rèn)真學(xué)好理論知識(shí)是非常必要的，在學(xué)習(xí)過程中，多多關(guān)注最新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)請(qǐng)教，解決問題。另外將所學(xué)功課靈活運(yùn)用，達(dá)到融會(huì)貫通，這樣才能有所創(chuàng)新。
參 考 文 獻(xiàn)
1 周紀(jì)良編著.拖拉機(jī)及類似車輛傳動(dòng)系.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991
2 第一機(jī)械工業(yè)部，機(jī)械研究院，農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：下冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1973
3 程悅蓀.拖拉機(jī)設(shè)計(jì)（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990
4 張文春主編.汽車?yán)碚?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
5 王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，1995
6 濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）.北京：高等教育出版社 2001
7 王望予.汽車設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
8 劉星榮.拖拉機(jī)構(gòu)造 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1986
9 臧杰，閻巖.汽車構(gòu)造：下冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005
10 （日）細(xì)川武志。汽車構(gòu)造圖冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004
11 劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，1991
12 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).北京：高等教育出版社，1998
13 杜梅先，朱冬梅，蔣繼賢.畫法幾何及機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社，1997
14 曹泗秋，楊巍.機(jī)械原理.武昌：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1984：128～157
15 張宇紅.小四拖拉機(jī)8擋變速箱淺析.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2001，01，P83-85
致 謝
在設(shè)計(jì)過程中，遇到了許多疑難問題，但是在老師和同學(xué)們的熱心幫助下得到了解決，現(xiàn)對(duì)他們表示衷心的感謝。
他們是給我精心指導(dǎo)并提供幫助的指導(dǎo)老師郝紅周、張飛茹老師、在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常幫我指出錯(cuò)誤并指正的馮電坡同學(xué)、經(jīng)常與我討論問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的王宇同學(xué)以及所有幫助、關(guān)心我的人。
外 文 翻 譯
FARM TRACTOR
The history of tractor development is to lang to relate here .Landmarks along the road include the fires use of an internall combustion engine in a tractor in the United States in 1890;the ‘Ivel’tractor of 1901; the American Ford of 1917 , and the International ‘Farmall’ of 1923 . During the 1930s , the use of low-pressure pneumatic tyres soon became popular , and the first Ferguson system tracrors incorporating three-point linkage with hydraulic draught control were introduced .
Classification of tractor types.Tractors as now manufactured can be classified as follows:
A. According to method of securing traction and self-propulsion:
1. Wheel tractors
a. Three tractors
b. Four wheels
2. Track-type tractors
B. According to utility :
1. General-purpose or utility
2. All-purpose or row-crop type
Wheel tractors. The wheel-type tractor is the predomingating type,particularly for agricultural purposes.Wheel tractors are made either with three wheels or with four wheels .The usual arrangement consists of two rear-drive wheels and one or two front steering members.
Track-type tractors. The traction mechanism in the track-type tractor consists essentially of two heavy,endless,metal-linked devices known as tracks themselves by reducing the movement of one track below the speed of the other.
General-purpose or utility tractor.A general-purpose tractor is one ofmore or less conventinal design such as an ordinary four-wheel machine or a track-type machine.This type is also referred to as autility troctor. It is made to perform only the usual tractor jops,including both field and belt work such as plowing ,harrowing,road grading ,combining,feed grinding,and the like.
All-purpose tractors.An all-purpose or row-crop type is a tractor designed to handle practically all the field and belt jops on the average farm,including the planting and intertillage of row crops.
The conventional tractor consists basically of two engine-driwen wheels,usually at the rear, and two support wheels st the front . The type of the engine used to power the heart of the tractor; it is here that the fuel,the chemical potential energy , is converted into the mechanical emergy which causes the wheels to turn.
The difference between n internal and external combustion engine is simply that in an internal combustion engine ,the conversion of potential energy into mechanical energy takes place wholly in the cylinder,whereas with external combustion the fuel is burnt outside the cylinder .A steam engine or a gas turbine is a good example of the latter.
How can liquid fuel be changed into rotational mechaanical energy? This is achieved by accurately mixing the fuel with air and then burning it in controlled condition.When this mixture burns ,it expands and pressure builds up ,forcing the piston to move down the
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