570_履帶拖拉機(jī)變速器改進(jìn)設(shè)計(jì)

570_履帶拖拉機(jī)變速器改進(jìn)設(shè)計(jì),履帶,拖拉機(jī),變速器,改進(jìn),改良,設(shè)計(jì) 履帶拖拉機(jī)變速器改進(jìn)設(shè)計(jì) Ⅳ 摘 要 隨著農(nóng)業(yè)的不斷進(jìn)步發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、規(guī)?；吧a(chǎn)資料和農(nóng)田建設(shè)材料等各種物資運(yùn)輸量越來越大，農(nóng)民越來越需要拖拉機(jī)的幫助，因此，農(nóng)用拖拉機(jī)的發(fā)展前景很廣闊，會(huì)有較大的發(fā)展。 滿足拖拉機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的檔數(shù)、傳動(dòng)比的范圍和各檔傳動(dòng)有關(guān)。拖拉機(jī)工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。變速器與主減速器及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)作優(yōu)化配置，可得到良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 變速器的結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性，操縱的可靠性與輕便性，工作噪聲等都有直接影響。變速器主要用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，目的是在起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等各種行駛工況下，獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況下范圍工作，設(shè)有空檔和倒檔。 本次設(shè)計(jì)按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，本著半經(jīng)驗(yàn)半理論的設(shè)計(jì)原則通過類比法確定方案，參照已有車型變速器結(jié)構(gòu)，最后以機(jī)械零件的強(qiáng)度和剛度理論對(duì)確定的形狀和尺寸進(jìn)行必要的計(jì)算和校核，以滿足約束條件，進(jìn)而縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。 關(guān)鍵詞：變速器，傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)，計(jì)算，校核 TRACKED TRACTOR TRANSMISSION IMPROVED DESIGN Ⅳ ABSTRACT With the continuous progress of agricultural development, agricultural production mechanization, the scale of the means of production and agricultural land and building materials and other goods traffic increasing, more and more farmers need the help of tractors, therefore, farm tractors development prospects are broad, there will be greater development. Tractors to meet the power and economic indicators, and transmission of the file, the transmission ratio of the scope and the transmission of the file. Tractor work of the road conditions more complex than the smaller power, the transmission of the transmission ratio greater. Reducer and the main transmission and engine parameters to optimize the allocation and availability of power and good economy. In order to make it come true that the transmission is adapted to the engine and its structure is sound, I pay close attention to the development of the clutch transmission shaft and collectivity arranging designers in my design, and have a repeating discussion with them . For shifting gear steadily , fourth and third gear have synchrotron ,and in consideration of the simplicity and reliability .According to the traditional mean of design ,part experience and theory and analogism ,the blue print come into being .by virtue of tradition transmission I verify the size of element which have been chosen, according to mechanical theory, in consideration of the qualification bringing down the cost and cycle time. KEY WORD： Transmission, transmission ratio, design, calculations, checking 符 號(hào) 說 明 A 中心距 D 直徑 E 彈性模量 傳動(dòng)比 f 撓度 轉(zhuǎn)角 M 彎矩 汽車總質(zhì)量 kg 重力加速度 N/kg 道路最大阻力系數(shù) 驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)半徑 mm 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 N·m 主減速比 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率 一檔傳動(dòng)比 汽車滿載載荷 N 路面附著系數(shù) 中心距系數(shù) 直齒輪模數(shù) 齒輪壓力角 ° 斜齒輪螺旋角 ° 齒輪寬度 mm 齒輪齒數(shù) 齒輪彎曲應(yīng)力 MPa 齒輪接觸應(yīng)力 MPa 齒輪所受圓周力 N 軸向力 N 徑向力 N 計(jì)算載荷 N·m 應(yīng)力集中系數(shù) 摩擦力影響系數(shù) 齒輪材料的彈性模量 MPa 重合度影響系數(shù) 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm 主動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm 從動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 軸的抗扭截面系數(shù) 軸的材料的剪切彈性模量 MPa 軸截面的極慣性矩 垂直面內(nèi)的撓度 mm 水平面內(nèi)的撓度 mm 目 錄 第一章 緒論 1 第二章 變速器傳動(dòng)方案的研究與改進(jìn) 3 §2.1 變速器的功用與要求 3 §2.2 變速器的種類 4 §2.3 課題變速箱存在的問題與解決方案 5 §2.4 變速器改進(jìn)方案的確定 6 第三章 變速器傳動(dòng)方案與參數(shù)的確定 8 §3.1 變速器檔位與傳動(dòng)比的初定 8 §3.1.1 最高檔傳動(dòng)比的選擇 8 §3.1.2 最低檔傳動(dòng)比的選擇 8 §3.1.3 各檔位傳動(dòng)比的分配 9 §3.2 變速箱外形尺寸的初定 9 §3.2.1 變速箱齒輪中心距的確定 9 §3.2.2 變速箱的軸參數(shù)確定 10 §3.3 變速器各項(xiàng)參數(shù)的最終確定 10 §3.3.1 齒輪齒數(shù)及其參數(shù)的確定 10 §3.3.2 齒輪模數(shù)確定 11 §3.3.3 齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 12 §3.3.4 齒形、壓力角α、螺旋角β 15 §3.3.5 齒寬的確定 15 §3.3.6 中心距的最后確定 16 第四章 齒輪與軸的校核 17 §4.1 齒輪的校核 17 §4.1.1 齒輪的損壞形式 17 §4.1.2 齒輪的強(qiáng)度校核與計(jì)算 17 §4.2 軸的校核 19 §4.2.1 軸剛度的校核 19 §4.2.2 軸的強(qiáng)度校核 20 第五章 軸承的校核 22 第六章 嚙合套的設(shè)計(jì) 23 §6.1 換擋機(jī)構(gòu)形式 23 §6.2 防脫擋措施 23 第七章 變速器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 第八章 結(jié)論 27 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 30 第一章 緒論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)展和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高，拖拉機(jī)保有量迅猛增長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)拖拉機(jī)性能和質(zhì)量提出了更高的要求。拖拉機(jī)制造商不僅面臨著用戶對(duì)產(chǎn)品性能與質(zhì)量越來越高的要求，而且面臨著嚴(yán)格的技術(shù)法規(guī)約束以及降低產(chǎn)品成本等壓力。因此在拖拉機(jī)與拖拉機(jī)的開發(fā)過程中，廣泛采用各種先進(jìn)的技術(shù)和理論方法，使設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化，以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要已成為必然趨勢(shì)。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)采用先進(jìn)的技術(shù)和理論方法，使設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化、合理化，以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方法則提供了一條可能高效率的求得最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案的途徑。傳動(dòng)系是拖拉機(jī)的主要組成部分，變速器又是傳動(dòng)系的重要部件，因此拖拉機(jī)變速器的性能改良設(shè)計(jì)能夠大大提升傳動(dòng)系的性能。在拖拉機(jī)制造的多年發(fā)展歷史中，變速箱的技術(shù)進(jìn)步和水平一直處于舉足輕重的地位，但傳統(tǒng)的拖拉機(jī)變速器存在著諸多的陷，雖然隨著我國(guó)農(nóng)機(jī)水平的不斷提高，正在不斷的完善和成熟，但變速器方面的技術(shù)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在著不小的差距，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，拖拉機(jī)的制造和使用在數(shù)量上一直處于世界的前列，如果能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)的優(yōu)化，相信能夠節(jié)約成本，提高效率，使我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收的美好愿望，本人此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題以東方紅1302R履帶拖拉機(jī)為為原形，對(duì)其傳動(dòng)方案實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 履帶拖拉機(jī)車適用于在大型農(nóng)場(chǎng)和工作量較大的農(nóng)村作業(yè)，主要應(yīng)用在深耕，旋耕，收獲谷物，播種等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合。為此在動(dòng)力性、通過性、工作穩(wěn)定速度，可靠性，耐用，等方面對(duì)設(shè)計(jì)者提出了更高的要求！改變落后的撥齒換擋式變速器，提高工作效率和使用性能，進(jìn)一步提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)我國(guó)這樣的農(nóng)業(yè)大國(guó)意義重大。此次設(shè)計(jì)在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)其加以改進(jìn)，以期能夠最大限度的在一定程度上達(dá)到優(yōu)化的目的。 這是本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題，我會(huì)力爭(zhēng)做到最好，在此次設(shè)計(jì)過程中，查閱了大量文獻(xiàn)資料，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算，并且與導(dǎo)師和同組的隊(duì)友經(jīng)過深刻的探討與交流，終于完成了這份設(shè)計(jì)，而這個(gè)過程中我也得到了巨大的成長(zhǎng)和提升。 變速器的主要概況：變速器是用來改變改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的，目的是在原地起步，爬坡，轉(zhuǎn)彎，加速等各種行駛工況下，使拖拉機(jī)獲得不同的牽引力和速度，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。變速器設(shè)有空擋，，可在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，拖拉機(jī)滑行或停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力停止向驅(qū)動(dòng)輪傳輸。變速器設(shè)有倒擋，使拖拉機(jī)獲得倒退行駛能力。需要時(shí)，變速器還有動(dòng)力輸出功能。 對(duì)變速器提出如下要求： 1）保證拖拉機(jī)有必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 2)設(shè)置空擋，用來切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力向驅(qū)動(dòng)輪的傳輸。 3)設(shè)置倒擋，使拖拉機(jī)能倒退行駛。 4)設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，需要是能進(jìn)行功率輸出。 5)換檔迅速、省力、方便。 6)工作可靠。拖拉機(jī)行使過程中，變速器不得跳擋、亂擋及換擋沖擊等現(xiàn)象發(fā)生。 7)變速器應(yīng)有高的工作效率。 8)變速器的工作燥聲低。 除此之外，變速器還應(yīng)當(dāng)輪廓尺寸和質(zhì)量小、制造成本低、拆裝容易、維修方便等要求。滿足拖拉機(jī)必要的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，這與變速器的擋數(shù)、傳動(dòng)比有關(guān)。拖拉機(jī)工作的道路條件越復(fù)雜、比功率越小，變速器的傳動(dòng)比范圍越大。 變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可按前進(jìn)擋數(shù)或軸的形式分類。 在原有變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，再附加一個(gè)副箱體，這就在結(jié)構(gòu)變化不大的基礎(chǔ)上，達(dá)到增加變速器擋數(shù)的目的。近年來，變速器操縱機(jī)構(gòu)有向自動(dòng)操作方向發(fā)展的趨勢(shì)。 第二章 變速器傳動(dòng)方案的研究與改進(jìn) §2．1 變速器的功用與要求 （1）改變傳動(dòng)比，在較大范圍內(nèi)改變拖拉機(jī)的行駛速度和拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪上轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行使條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作。 （2）在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，利用道擋實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)倒向行駛。 （3）在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火的情況下，利用空擋中斷動(dòng)力傳遞，可以使駕駛員松開離合器踏板離開駕駛位置，且便于拖拉機(jī)啟動(dòng)，怠速，換擋和動(dòng)力輸出。 相對(duì)于拖拉機(jī)，對(duì)于經(jīng)常需要應(yīng)對(duì)復(fù)雜地形合理安排檔位的拖拉機(jī)，變速器的功用尤為重要?，F(xiàn)代拖拉機(jī)的使用條件極為復(fù)雜，在不同場(chǎng)合下有不同的要求。往往要受到如載運(yùn)量、道路坡度、路面好壞及交通是否通暢等條件的影響。這就要求拖拉機(jī)的牽引力和車速能在較大范圍內(nèi)變化，以適應(yīng)使用的要求。在條件良好的平直路面上要能以高速行駛，而在路面不平和有較大坡度時(shí)能提供較大的扭矩。變速箱的多檔位選擇就能滿足這些需求。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下，燃油的消耗量也是不一樣的。駕駛員可以根據(jù)具體情況，選擇變速箱的某一檔位，來減少燃油的消耗?，F(xiàn)代拖拉機(jī)的動(dòng)力裝置，幾乎都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。它具有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)，如體積小，質(zhì)量輕，工作可靠，使用方便等。但其性能與拖拉機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性之間存在著較大的矛盾。如在坡道上行駛時(shí)，所需的牽引力往往是發(fā)動(dòng)機(jī)所能提供的牽引力的數(shù)倍。而且一般發(fā)動(dòng)機(jī)如果直接與車輪相連，其輸出轉(zhuǎn)速換算到對(duì)應(yīng)的拖拉機(jī)車速上，將達(dá)到現(xiàn)代拖拉機(jī)極限速度的數(shù)倍。上述發(fā)動(dòng)機(jī)牽引力、轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)牽引力、車速要求之間的矛盾，單靠現(xiàn)代拖拉機(jī)內(nèi)燃機(jī)本身是無法解決的。因此就出現(xiàn)了車用變速箱和主減速器。它們的共同努力使驅(qū)動(dòng)輪的扭矩增大到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的若干倍，同時(shí)又可使其轉(zhuǎn)速減小到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的幾分之一，實(shí)現(xiàn)了不同作業(yè)環(huán)境下的合理檔位選擇。 變速器的功用是根據(jù)拖拉機(jī)在不同的行駛條件下提出的要求，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速，使拖拉機(jī)具有適合的牽引力和速度，并同時(shí)保持發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。為保證拖拉機(jī)倒車以及使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系能夠分離，變速器具有倒檔和空檔。在有動(dòng)力輸出需要時(shí)，還應(yīng)有功率輸出裝置。 對(duì)變速器的主要要求是： 1. 應(yīng)保證拖拉機(jī)具有高的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。根據(jù)拖拉機(jī)載重量、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)及拖拉機(jī)使用要求，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動(dòng)比，來滿足這一要求。 2. 工作可靠，操縱輕便。拖拉機(jī)在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動(dòng)跳檔、亂檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，提高行駛安全性，操縱輕便的要求日益顯得重要，這可通過采用同步器和預(yù)選氣動(dòng)換檔或自動(dòng)、半自動(dòng)換檔來實(shí)現(xiàn)。 3. 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距。選用優(yōu)質(zhì)鋼材，采用合理的熱處理，設(shè)計(jì)合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。 4. 傳動(dòng)效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油都可以提高傳動(dòng)效率。 5. 噪聲小。采用斜齒輪傳動(dòng)及選擇合理的變位系數(shù)，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。 §2．2 變速器的種類 從現(xiàn)在市場(chǎng)上不同車型所配置的變速器來看，主要分為：手動(dòng)變速器（MT）、自動(dòng)變速器（AT）、手動(dòng)/自動(dòng)變速器（AMT）、無級(jí)變速器（CVT）。 根據(jù)前進(jìn)檔數(shù)的不同，變速箱有三、四、五和多檔幾種。 根據(jù)軸的不同類型，分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩大類。而前者又分為兩軸式、中間軸式和多中間軸式變速箱。 按傳動(dòng)比變化 變速器可分為有級(jí)式，無級(jí)式和綜合式三種 按操縱方式可分為強(qiáng)制操縱式變速器，自動(dòng)操縱式變速器和半自動(dòng)式變速器三種。 兩軸式變速箱的低檔齒輪副，大小相差懸殊，小齒輪工作循環(huán)次數(shù)比大齒輪要高得多，因此小齒輪壽命比大齒輪短。三軸式變速箱的各前進(jìn)檔，均為常嚙合斜齒輪傳動(dòng)，大小齒輪徑向尺寸相差較小。 多中間軸結(jié)構(gòu)：在通常的三軸式變速箱中，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩由第一軸傳至第二軸，只經(jīng)過一根中間軸。這種變速箱在裝上轉(zhuǎn)矩高于1200-1300Nm的大功率的柴油機(jī)時(shí)，其齒輪、軸和軸承都要承受很大的載荷，這會(huì)導(dǎo)致過早被損壞。所以對(duì)于一些重型拖拉機(jī)，一般采用多中間軸的結(jié)構(gòu)。 倒檔型式：由于倒檔使用率不高，一般常采用直齒滑動(dòng)齒輪方案換入倒檔。為實(shí)現(xiàn)倒檔傳動(dòng)，有些利用在前進(jìn)檔的傳動(dòng)路線中，加入一個(gè)中間傳動(dòng)齒輪的方案，也有利用兩個(gè)聯(lián)體齒輪的方案。前者雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是中間傳動(dòng)齒輪的輪齒，是在最不利的正、負(fù)交替對(duì)稱變化的彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，而后者是在較為有利的單向循環(huán)彎曲應(yīng)力狀態(tài)下工作，并且使倒檔傳動(dòng)比略有增加。 同步器換檔型式：目前大多數(shù)的變速箱都采用同步器換檔。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，而與操作技術(shù)的熟練程度無關(guān)，從而提高了拖拉機(jī)的加速性、經(jīng)濟(jì)性和行車安全性。但是它也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大、同步環(huán)使用壽命短等缺點(diǎn)。 §2．3 課題變速箱存在的問題與解決方案 傳動(dòng)系是拖拉機(jī)的主要組成部分，變速器又是傳動(dòng)系的重要部件，它們的任務(wù)就是充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力有效而經(jīng)濟(jì)地傳到驅(qū)輪，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)時(shí)的各項(xiàng)要求。變速器的優(yōu)劣是決定拖拉機(jī)整車性能的重要因素。因而，變速器的設(shè)計(jì)與制造歷來受到拖拉機(jī)界的極大重視?，F(xiàn)代拖拉機(jī)與拖拉機(jī)廣泛采用活塞式內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速變化范圍較小，而復(fù)雜的路面環(huán)境與使用條件要求拖拉機(jī)與拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)力與速度能在大范圍內(nèi)變化，以達(dá)到節(jié)約燃油與提高效率的目的，為解決這一問題，傳動(dòng)系中的核心部件——變速器就產(chǎn)生了，一輛優(yōu)秀的拖拉機(jī)或拖拉機(jī)必須擁有具有符合作業(yè)范圍的變速器才能最大效能的發(fā)揮它的功用，這次我畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題東方紅1302R型拖拉機(jī)(如圖2-1所示）6+2擋變速器的傳動(dòng)方案的改進(jìn)，該傳送方案簡(jiǎn)單可靠，采用滑動(dòng)齒輪換檔，兩個(gè)前進(jìn)檔經(jīng)一軸到二軸傳遞，其他兩個(gè)前進(jìn)檔從一軸經(jīng)過三，四軸傳遞到二軸實(shí)現(xiàn)的。該方案簡(jiǎn)單方便，傳動(dòng)路線明確，傳動(dòng)效率高，但也有不足之處，有較大的改進(jìn)空間： （1）受結(jié)構(gòu)限制，該變速器難已實(shí)現(xiàn)較大的速比范圍，致使拖拉機(jī)的工作區(qū)段較窄。東方紅拖拉機(jī)的六個(gè)前進(jìn)擋的速度范圍為4.59~10.58，兩個(gè)倒擋的速度范圍為3.71~5.35Km/h,顯然缺少4Km/h以下的低速作業(yè)范圍，而拖拉機(jī)工作的路面條件特別需要低速作業(yè)。 （2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高到2300r/m ，所以齒輪的嚙合線速度及固定在第二軸上的各擋齒輪的線速度均大幅提高，這導(dǎo)致變速箱的噪音大，油溫高的根本原因，可能通過改變各檔的結(jié)構(gòu)，減少軸的數(shù)量達(dá)到優(yōu)化的目的。 圖2-1 東方紅1302橡膠履帶拖拉機(jī) （3）采用滑動(dòng)齒輪換擋，變速器只能采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)這就限制了嚙合質(zhì)量，可以采用嚙合套換檔的方改善嚙合質(zhì)量。 （4）變速箱內(nèi)軸數(shù)過多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，優(yōu)化后換檔方式有所改變，可減少軸數(shù)，采用第一，二軸加中間軸的換檔結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率。 §2．4 變速器改進(jìn)方案的確定 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求： 改進(jìn)設(shè)計(jì)拖拉機(jī)變速器，作業(yè)速度范圍為：前進(jìn)檔2-13km/h，倒車檔2。5-6km/h。 換檔方式：手動(dòng)換檔操縱嚙合套換檔； 檔位數(shù)：（8+4）檔； 主離合器形式：雙作用式離合器； 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：N=106kW，發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速：n=2300r/min。 由以上參數(shù)，我們可以得到有用的數(shù)據(jù)，為最終方案的確定找到依據(jù)。 變速器傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。 圖2-2 8+4檔變速傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 第三章 變速器傳動(dòng)方案與參數(shù)的確定 §3.1 變速器檔位與傳動(dòng)比的初定 §3.1.1 最高檔傳動(dòng)比的選擇 拖拉機(jī)的行駛速度由最高檔決定的，即用最小傳動(dòng)比的檔位行駛的。因此最小傳動(dòng)比的選定要和拖拉機(jī)的最高車速密切相關(guān)。傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中各部件傳動(dòng)比的乘積 it=ig·io·ic （3-1） 式中，ig—變速箱的傳動(dòng)比；i0—主減速器的傳動(dòng)比；ic—分動(dòng)器或副變速箱的傳動(dòng)比；普通的拖拉機(jī)由于沒有分動(dòng)器或副變速箱，而變速箱的最小傳動(dòng)比通常為1，所以傳動(dòng)系的最小傳動(dòng)比就是i0。因此確定最高檔傳動(dòng)比其實(shí)就是選擇主減速器的傳動(dòng)比i0。 主減速器傳動(dòng)比: 主減速器的傳動(dòng)比根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，查閱東方紅1302R的技術(shù)參數(shù)，履帶的動(dòng)力半徑為0.346m,主傳動(dòng)比為21.315，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為，最高行駛車速為13km/h，根據(jù)拖拉機(jī)理論公式： （3-2） （3-3） 同理: §3.1.2 最低檔傳動(dòng)比的選擇 確定最低檔傳動(dòng)比時(shí)，要考慮下列因素：拖拉機(jī)最大爬坡度，驅(qū)動(dòng)輪與路面附著力，拖拉機(jī)最低穩(wěn)定車速及主傳動(dòng)比等。本次設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)比為23.15，最低穩(wěn)定車速要求為2.0km/h。根據(jù)最低穩(wěn)定車速確定一擋理論的傳動(dòng)比: 同理有: 由于發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速多在1500r/min以上，且以2000～2500r/min居多，所以變速器的多數(shù)擋位為減速擋，傳動(dòng)比大于1，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求個(gè)別升速擋的傳動(dòng)比不宜小于0.8，對(duì)于單對(duì)齒輪的傳動(dòng)比不宜小于0.6，以避免齒輪的轉(zhuǎn)速過高而增大齒輪上的動(dòng)載荷和增加攪油損失。 §3.1.3 各檔位傳動(dòng)比的分配 前進(jìn)檔: （3-4） 所以有: 倒車檔: 有: §3.2 變速箱外形尺寸的初定 §3.2.1 變速箱齒輪中心距的確定 根據(jù)地面附著條件系數(shù)求變速箱的最大輸出扭矩,查表取最大附著系數(shù)為φ=0.95 Ft=Fz×φ=7500×0.95×9.8＝66150N （3-5） 則驅(qū)動(dòng)力矩：Mf=66150×0.346=23814N.m （3-6） Mt=Mf/i總×η總=23814/21.35×0.85=1200(Nm) （3-7） Mt=Tmax=1200(Nm)=Mmax 中心距對(duì)變速器的尺寸及質(zhì)量有直接影響，所選的中心距、應(yīng)能保證齒輪的強(qiáng)度。三軸式變速器的中心局A（mm）可根據(jù)對(duì)已有變速器的統(tǒng)計(jì)而得出的經(jīng)驗(yàn)公式初定： D=k （3-8） 式中：k — 中心距系數(shù)，對(duì)與拖拉機(jī)，k=8.6—~9.6；Miemax — 變速箱在一檔時(shí)，第二軸輸出的轉(zhuǎn)矩； Miemax = Memax·hg （3-9） Memax — 發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩，單位Nm；hg — 變速箱傳動(dòng)效率，取0.96。取k=9，M=1200Nm,把數(shù)據(jù)代入得出初始中心距A≈120。 §3.2.2變速箱的軸參數(shù)確定 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)選擇軸的尺寸： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 D=k （3-10） 輸入軸花鍵部分的直徑D為: D=k=4.5,取動(dòng)力輸入軸的直徑為40。 其中為變速器處于一檔時(shí)的輸出扭矩 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式: D=0.45A （3-11） 得出中間軸和輸出軸的直徑均取D=60 變速箱檔數(shù)的確定： 不同類型的拖拉機(jī)，具有不同的傳動(dòng)系檔位數(shù)，其原因在于它們的使用條件不同；對(duì)整車性能要求的不同；拖拉機(jī)本身的比功率不同。而傳動(dòng)系的檔位數(shù)與拖拉機(jī)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性又有著密切的關(guān)系。 就動(dòng)力性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)揮最大功率附近高功率的機(jī)會(huì)，提高了拖拉機(jī)的加速與爬坡能力。就燃油經(jīng)濟(jì)性而言，檔位數(shù)多，增加了發(fā)動(dòng)機(jī) §3.3變速器各項(xiàng)參數(shù)的最終確定 §3.3.1齒輪齒數(shù)及其參數(shù)的確定 中心距A和齒數(shù)和Zh間有以下關(guān)系: （3-11） 主、從齒輪的齒數(shù)與對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比有以下關(guān)系: （3-12） 綜合以上兩個(gè)公式可以有： 齒數(shù)和傳動(dòng)比 齒輪 z1 z2 z3 z4 z5 z6 z7 z8 z9 z10 齒數(shù) z 19 35 22 45 35 28 30 33 25 38 傳動(dòng)比 i=z2/z1 1.84 2.06 0.8 1.03 1.48 齒輪 z11 z12 z13 z14 z15 z16 z16' z17 齒數(shù) z 21 41 29 25 27 34 28 35 傳動(dòng)比 i=z2/z1 1.86 0.86 1.10 1.52 最后確定的傳動(dòng)比為前進(jìn)檔:=7.04,=1.083,倒擋=5.63,=2.346。 §3.3.2 齒輪模數(shù)確定 建議用下列各式選取齒輪模數(shù)，所選取的模數(shù)大小應(yīng)符合JB111-60規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。 第一軸常嚙合斜齒輪的法向模數(shù)mn （3-13） 其中= 440Nm,可得出mn=5. 當(dāng)一個(gè)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)確定了，齒輪的分度圓直徑也就確定了，而齒輪的漸開線齒形取決于基圓的大小，基圓大小又受到壓力角的影響。對(duì)于同一分度圓的齒輪而言，若其分度圓壓力角不同，基圓也就不同。當(dāng)壓力角越大時(shí)，基圓直徑就越小，漸開線就越彎曲，輪齒的齒根就會(huì)變厚，齒面曲率半徑增大，從而可以提高輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。當(dāng)減小壓力角時(shí)，基圓直徑就會(huì)變大，齒形漸開線就會(huì)變的平直一些，齒根變薄，齒面的曲率半徑變小，從而使得輪齒的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度均會(huì)下降，但是隨著壓力角的減小，可增加齒輪的重合度，減小輪齒的剛度，并且可以減小進(jìn)入和退出嚙合時(shí)的動(dòng)載荷，所有這些都有利于降低噪聲。因此，對(duì)于低速檔齒輪，常采用較大的壓力角，以滿足其強(qiáng)度要求；而高速檔齒輪常采用較小的壓力角，以滿足其降低噪聲的要求。 §3.3.3 齒輪其他參數(shù)的計(jì)算 本變速箱的齒輪大部分采用零變位就能滿足題目要求，只有兩對(duì)齒輪采用變位Z3和Z4，Z11 和Z12 Z3和Z4齒輪的變位計(jì)算 已知 ：a｀= 135 a = 136 r =20` a｀×cosr｀=a×cosr 即：135×cosr`=136×cos20` r`=19.49 1` Inv r`=tan r`- r`=tan19.491-19.491×3.14/180=0.01394 Inv r=tanr-r=tan20-20×3.14/180=0.0150 Inv r`=2（X+X）×tanr/（Z+Z）+invr ∴ X+X=（inv r`-invr）×（Z+Z）/2tanr=-0.115 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第994頁： 選X=0.105 X=-0.22 ∴y= （a｀-a）/m=（157.5-158）/4=-0125 k=X+X-y=-0.115+0.125=0.01 分度圓 ：d3=mZ=4×22=88 D4=mZ=4×45=180 齒頂圓 ：da3=d3+2ha=m（Z3+2ha*+2X-2k）=4×（22+2×1+2×0.105-2×0.01）=95.76 Da4=d4+2ha= m（Z+2ha*+2X-2k）=4×（45+2×1-2×0.22-2×0.01）=187.16 齒根圓 ：df3=d3-2hf=m（Z3-2ha*-2C*+2X）=4×（23-2×1-2×0.25-2×0.105）=78.84 df4= d4-2hf= m（Z4-2ha*-2C*+2X2）=4×（45-2×1-2×0.25-2×0.22）=169.24 Z11，Z12兩對(duì)齒輪的變位計(jì)算 已知 ：a｀= 157.5 a = 155 r =20` a｀×cosr｀=a×cosr 即：157.5×cosr`=155×cos20` r｀=23.5138 Inv r`=tan r`- r`=tan23.5138-23.5138×3.14/180=0.029 Inv r=tanr-r=tan20-20×3.14/180=0.0150 Inv r`=2（X1+X2）×tanr/（Z1+Z2）+invr ∴ X+X=（inv r`-invr）×（Z+Z）/2tanr=0.8647 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第994頁： 選X=0.3547 X=0.51 ∴y= （a｀-a）/m=（157.5-155）/5=0.5 k=X+X-y=0.8647-0.5=0.3647 分度圓 ：d11=mZ=5×21=105 d12=mZ=5×41=205 齒頂圓 ：=d11+2ha=m（Z11+2ha*+2X-2k）=5×（21+2×1+2×0.3547-2×0.3647）=116.9 da=d+2ha= m（Z12+2ha*+2X-2k）=5×（41+2×1-2×0.51-2×0.3647）=216.453 齒根圓 ：df11=d-2hf=m（Z11-2ha*-2C*+2X）=5×（21-2×1-2×0.25-2×0.3547）=93.5235 df12= d12-2hf= m（Z12-2ha*-2C*+2X）=5×（41-2×1-2×0.25-2×0.61）=193.25 下面是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理的有關(guān)齒輪設(shè)計(jì)的公式計(jì)算出的各個(gè)齒輪的技術(shù)參數(shù) 表3-3齒輪的參數(shù)表 齒輪 齒數(shù)模數(shù) 分度圓直徑 (mm) 齒頂高 (mm) 齒根高 (mm) 齒頂圓直徑(mm) 壓力角 （度） 頂隙 (mm) Z1 5 95 5 6.25 105 20 1.25 Z2 5 175 5 6.25 185 20 1.25 Z3 4 88 4 5 95.76 20 1 Z4 4 180 4 5 187.16 20 1 Z5 5 175 5 6.25 185 20 1.25 Z6 5 140 5 6.25 150 20 1.25 Z7 5 150 5 6.25 160 20 1.25 Z8 5 165 5 6.25 175 20 1.25 Z9 5 125 5 6.25 135 20 1.25 Z10 5 190 5 6.25 200 20 1.25 Z11 5 105 5 6.25 116.9 20 1.25 Z12 5 205 5 6.25 216.45 20 1.25 Z13 5 145 5 6.25 155 20 1.25 Z14 5 125 5 6.25 135 20 1.25 Z15 5 150 5 6.25 160 20 1.25 Z16 5 155 5 6.25 165 20 1.25 Z16 5 125 5 6.25 135 20 1.25 Z17 5 190 5 6.25 200 20 1.25 §3.3.4 齒形、壓力角α、螺旋角β 拖拉機(jī)變速器齒輪的齒形、壓力角、及螺旋角按表2-1選取。 表3-4 拖拉機(jī)變速器齒輪的齒形、壓力角與螺旋角 項(xiàng)目 車型 齒形 壓力角α 螺旋角β 轎車 高齒并修形的齒形 14.5°，15°，16°16.5° 25°~45° 一般貨車 GB1356-78規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒形 20° 20°~30° 重型車 同上 低檔、倒檔齒輪22.5°，25° 小螺旋角 壓力角較小時(shí)，重合度大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低；較大時(shí)可提高輪齒的抗彎強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。對(duì)轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對(duì)貨車，為提高齒輪承載力，取大些。在本設(shè)計(jì)中變速器齒輪壓力角α取15°,試驗(yàn)資料表明an=15°的噪聲要比20°的小一些，以減少噪聲，而低速檔齒輪取較大的壓力角，以增加強(qiáng)度,嚙合套取30°。 §3.3.5 齒寬的確定 齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗(yàn)表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 通常根據(jù)齒輪模數(shù)的大小來選定齒寬： 直齒 b=(4.5~8.0)m，mm 斜齒 b=(6.0~8.5)m，mm 第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數(shù)值可取大一些，使接觸線長(zhǎng)度增加，接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪壽命。 本次設(shè)計(jì)中取齒寬b=30mm. §3.3.6 中心距的最后確定 當(dāng)齒輪模數(shù)確定后,中心距會(huì)有所變化,需要我們重驗(yàn)算中心距離,跟據(jù)公式 （3-14） 代入數(shù)據(jù)得根據(jù)拖拉機(jī)變速器中心距設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式，取中心距A=157.5mm，取=135mm,=152.5mm 根據(jù)原有的變速器的設(shè)計(jì)要求，表示多擋自動(dòng)變速部分的輸入軸與輸出軸的中心距；表示多擋自動(dòng)變速部分的輸入軸與中間軸的中心距；多擋自動(dòng)變速部分的中間軸與輸出軸的中心距。 第四章 齒輪與軸的校核 §4.1 齒輪的校核 §4.1.1齒輪的損壞形式 齒輪的損壞形式分三種：輪齒折斷、齒面疲勞剝落和移動(dòng)換檔齒輪端部破壞。 輪齒折斷分兩種：輪齒受足夠大的沖擊載荷作用，造成輪齒彎曲折斷；輪齒再重復(fù)載荷作用下齒根產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴(kuò)展深度逐漸加大，然后出現(xiàn)彎曲折斷。前者在變速器中出現(xiàn)的很少，后者出現(xiàn)的多。 齒輪工作時(shí)，一對(duì)相互嚙合，齒面相互擠壓，這是存在齒面細(xì)小裂縫中的潤(rùn)滑油油壓升高，并導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展，然后齒面表層出現(xiàn)塊狀脫落形成齒面點(diǎn)蝕。他使齒形誤差加大，產(chǎn)生動(dòng)載荷，導(dǎo)致輪齒折斷。 用移動(dòng)齒輪的方法完成換檔的抵擋和倒擋齒輪，由于換檔時(shí)兩個(gè)進(jìn)入嚙合的齒輪存在角速度茶，換檔瞬間在齒輪端部產(chǎn)生沖擊載荷，并造成損壞。 §4.1.2 齒輪的強(qiáng)度校核與計(jì)算 與其他機(jī)械設(shè)備使用的變速器比較，不同用途拖拉機(jī)的變速器齒輪使用條件仍是相似的。此外，變速器齒輪所用的材料、熱處理方法、加工方法、精度等級(jí)、支撐方式也基本一致。如拖拉機(jī)變速器齒輪用低碳合金鋼制造，采用剃齒或齒輪精加工，齒輪表面采用滲碳淬火熱處理工藝，齒輪精度不低于7級(jí)。因此，比用于計(jì)算通用齒輪強(qiáng)度公式更為簡(jiǎn)化一些的計(jì)算公式來計(jì)算拖拉機(jī)齒輪，同樣、可以獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。在這里所選擇的齒輪材料為40Cr。 齒輪的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式: （4-1） 式中， 為彎曲應(yīng)力（MPa）；為圓周力；； 為計(jì)算載荷（N.mm）；d為直徑(mm)；為應(yīng)力集中系數(shù)，可以近似??；為摩擦力影響系數(shù)，主、從動(dòng)齒輪在嚙合點(diǎn)上的摩擦力方向不同，主動(dòng)齒輪；從動(dòng)齒輪；b為齒寬（mm）；t為端面齒距（mm），；m為模數(shù)；y為齒形系數(shù)。 因?yàn)辇X輪節(jié)圓直徑，式中z為齒數(shù)，所以將上述參數(shù)代入上式后得： 倒檔直齒輪許用彎曲應(yīng)力在400~850MPa, 齒輪Z1： = 所以 其中 合乎要求。 齒輪Z2： = 所以 其中 合乎要求。 齒輪Z3： = 所以 其中 合乎要求。 齒輪Z4： 所以 其中 合乎要求。 §4.2 軸的校核 §4.2.1軸剛度的校核 對(duì)齒輪工作影響最大的是軸在垂直面內(nèi)產(chǎn)生的撓度和軸在水平面的轉(zhuǎn)角。前者使齒輪的中心距產(chǎn)生變化，破壞了齒輪的正確嚙合，后者室齒輪相互歪斜，致使沿齒長(zhǎng)方向的壓力分布不均勻。 一檔時(shí)： 齒輪2 圓周力Ft====3588.5N 徑向力Fr=Ft=3588.5=1306.1N 齒輪12 圓周力Ft====11707.3N 徑向力Fr=Ft=11703 綜上比較可知齒輪12的徑向力較大且其離支承點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，故按此計(jì)算撓度和轉(zhuǎn)角如下： 圖4-1 應(yīng)力示意圖 其中：a=361mm b=81.5mm E=2.1MPa 慣性矩I= （4-2） 垂直面: （4-3） ｆc＜ 合乎要求！ 其中： =0.05～0.1mm 平面： ＜ 合乎要求！ 其中： =0.10～0.15mm 軸的全撓度: 合乎要求。 轉(zhuǎn)角： 故＜0.002rad 合乎要求。 §4.2.2 軸的強(qiáng)度校核 作用在齒輪上的徑向力和軸向力,使軸