機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）履帶拖拉機(jī)變速器改進(jìn)設(shè)計(jì)Ⅱ（全套圖紙）

1、履帶拖拉機(jī)變速器改進(jìn)設(shè)計(jì)摘 要本次設(shè)計(jì)任務(wù)為：履帶拖拉機(jī)變速器的改進(jìn)設(shè)計(jì)。變速箱的結(jié)構(gòu)對(duì)拖拉機(jī)的動(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。變速箱主要用來改變發(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，使汽車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工作，設(shè)有空檔和倒檔，并設(shè)有動(dòng)力輸軸。 為適應(yīng)農(nóng)業(yè)耕作的復(fù)雜工況，要求變速箱采用多檔位,以使變速箱有較寬的速比范圍，以使拖拉機(jī)能高效率高質(zhì)量地完成各種作業(yè)。該變速器采用手動(dòng)嚙合套換檔機(jī)構(gòu)，空間三軸布置方式，結(jié)構(gòu)緊湊。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

2、案，參照已有變速箱結(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：拖拉機(jī)，變速箱，嚙合套，改進(jìn)設(shè)計(jì)improved design of tracked tractor transmissionabstractthis design is an improving design of the tractor transmission.the structure of the transmission has direct effect on the tractors traction performance a

3、nd economy performance as well as its reliability, working noise and so on. transmission is mainly used to change the engine torque and speed reached on the driving wheel, the aim is to acquire different traction and speed in various driving conditions like starting, climbing, turning and accelerati

4、ng. at the same time the engine can work in optimum condition. the transmission has reverse gear ，zero gear and power transmission shaft.to meet the complex farming conditions, the transmission should have a multi-gear so that the transmission speed ratio can be changed in a wide scope. then the tra

5、ctor can complete all kinds of operation efficiently and high-quality. the transmission adopts the manual shift meshing sets, triaxial space layout. and its structure is compact. the design of transmission uses the traditional design method. based the semi-empirical and semi-theoretical design princ

6、iples, the drive scheme is determined by analogy. in order to meet the conditions, shorten the design cycle and reduce design costs, the shape and size of transmission are calculated and checked by the mechanical parts strength and stiffness theory. key words: tractor, transmission, meshing sleeve,

7、improved design 符 號(hào) 說 明 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率， 發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速， 傳動(dòng)系總傳動(dòng)比 履帶驅(qū)動(dòng)輪半徑， 拖拉機(jī)理論工作速度， km/h 變速器的傳動(dòng)比 中央傳動(dòng)比 最終傳動(dòng)比 各檔之間的公比a 中心距， t 軸及軸所承受的轉(zhuǎn)矩， 最大地面驅(qū)動(dòng)力， 地面支反力， 附著系數(shù) 整車總質(zhì)量， g 重力加速度， 中心距系數(shù)m 模數(shù)， 彎曲應(yīng)力， 彎矩， 軸承基本額定壽命用小時(shí)來表示， 當(dāng)量動(dòng)載荷， 壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3目 錄第一章 前言.1第二章 變速箱的結(jié)構(gòu)分析.32.1概述.32.2 變速箱的總體結(jié)構(gòu)分析.32.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析 .42.2.2 零、部件

8、機(jī)構(gòu)方案分析.5 2.3 變速箱的總體結(jié)構(gòu)方案的確定.6第三章 變速箱主要參數(shù)的確定.73.1傳動(dòng)系傳動(dòng)比的計(jì)算.73.1.1 傳動(dòng)系總傳動(dòng)比的計(jì)算.73.1.2 總傳動(dòng)比與各部件間傳動(dòng)比的關(guān)系.73.2 變速箱各檔位傳動(dòng)比的初步確定.83.2.1 理論車速的分段及對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比.83.2.2 變速箱各區(qū)段傳動(dòng)比的確定.83.3 中心距和模數(shù)的確定.103.3.1 中心距a的確定.113.3.2 模數(shù)m的確定.113.4 變速箱各傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的確定.113.4.1 傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的初步確定.113.4.2 齒數(shù)及傳動(dòng)比的最終確定.133.4.3 8+4檔變速箱各檔的速比和速度.133.5 本章小結(jié)

9、.14第四章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.154.1概述.154.2齒輪主參數(shù)的選擇.154.2.1 齒輪副中心距.154.2.2 齒形角.154.2.3齒寬系數(shù).154.2.4 齒輪基本參數(shù).154.2.5 變位齒輪參數(shù)的確定.174.3 齒輪強(qiáng)度的校核.174.3.1 拖拉機(jī)齒輪常用的加工方法.184.3.2許用彎曲應(yīng)力的確定.184.3.3 輪齒彎曲應(yīng)力的求解.184.3.4 齒輪齒寬的確定.19第五章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.205.1軸結(jié)構(gòu)的初步選定.205.2 軸的強(qiáng)度校核.215.2.1軸t1的強(qiáng)度校核.215.2.2軸t2的強(qiáng)度校核.265.2.3軸t3的強(qiáng)度校核.305.3 本章小結(jié).34第六章

10、軸承的選用和壽命計(jì)算.356.1軸承的選用.356.2滾動(dòng)軸承的壽命的計(jì)算.356.2.1 軸承的平均轉(zhuǎn)速.356.2.2軸承的基本額定壽命.366.3本章小結(jié).37第七章 結(jié) 論.38參考文獻(xiàn).39致謝.40第一章 前 言農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是國家自立、社會(huì)安定的基礎(chǔ)，發(fā)展農(nóng)業(yè)須要得到重視。那么發(fā)展農(nóng)業(yè)就離不開農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平就成為必要，不斷改進(jìn)我國的農(nóng)用拖拉機(jī)也就成為須要。而且我國是個(gè)農(nóng)業(yè)大國，為了提高農(nóng)民勞動(dòng)效率，拖拉機(jī)是必不可少的?；谖覈乩?xiàng)l件的復(fù)雜情況，既有平原、山地，又有水田、旱地，因此既要滿足平原山地拖拉機(jī)作業(yè)的要求又得適應(yīng)水田旱地拖拉機(jī)的作業(yè)內(nèi)容。這就

11、要求我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)要全面周到地考慮到農(nóng)業(yè)作業(yè)的復(fù)雜條件，而且要不斷更新技術(shù)，以適應(yīng)需要。在我國農(nóng)業(yè)作業(yè)的情況很復(fù)雜：旱地耕耙、水田耕耙、鑿式犁深松、旋耕、移栽、谷物收獲、肥料撒播、裝載、道路運(yùn)輸、推土、旋轉(zhuǎn)開溝等等。多種作業(yè)環(huán)境就要求拖拉機(jī)有較寬的速度范圍（例如：前進(jìn)檔2km/h15km/h,倒檔2.5km/h6km/h），因此對(duì)變速箱的要求隨之提高了：既要有較寬的速比范圍，又得滿足整車布置的要求。這就需要較多的檔位，以求拖拉機(jī)能高效率高質(zhì)量地完成各種作業(yè)。 履帶式拖拉機(jī)變速箱，檔位多，改進(jìn)難度不小，但基于方便于農(nóng)民的宗旨，應(yīng)該本著負(fù)責(zé)任的態(tài)度，認(rèn)真仔細(xì)克服改進(jìn)設(shè)計(jì)中的各種問題。國內(nèi)拖拉機(jī)變速器的

12、設(shè)計(jì)制造水平的代表為中國第一拖拉機(jī)制造廠。其中，以東方紅-1302r橡膠履帶拖拉機(jī)變速器為典型。該變速箱繼承了以往東方紅履帶拖拉機(jī)產(chǎn)品的諸多優(yōu)點(diǎn)，跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，采用了多項(xiàng)新穎結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了東方紅履拖產(chǎn)品的升級(jí)換代，特別適合于我國東北和西北地區(qū)大面積農(nóng)田作業(yè)。該變速器為(12+4)檔位嚙合套換檔機(jī)械傳動(dòng)變速箱，高、中、低、倒四個(gè)換檔區(qū)域，每個(gè)換檔區(qū)域有四種速度，整個(gè)變速箱變速范圍大，適應(yīng)多種農(nóng)機(jī)具耕作要求，工作效率高。國外同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平高、制造技術(shù)先進(jìn)，各種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于變速箱，電子、液壓技術(shù)的應(yīng)用使拖拉機(jī)能高效率高質(zhì)量地完成各種作業(yè)。其中以美國的凱斯的“美洲獅” pu

13、ma195拖拉機(jī)配用的變速器為典型。該變速箱堪稱最好的全動(dòng)力換檔變速箱之一。標(biāo)準(zhǔn)配置的18x6電子全動(dòng)力換檔變速器，在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上采用了專利技術(shù)的扭矩傳感系統(tǒng)，用來測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩。變速箱根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)載和行駛速度自動(dòng)變換檔位，確保了拖拉機(jī)工作效率的最大化，并減小了燃油消耗。 所以，我國的拖拉機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)改進(jìn)空間較大，對(duì)相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員來說，既是挑戰(zhàn)，又是機(jī)遇。第二章 變速箱的結(jié)構(gòu)分析2.1 概述變速箱的設(shè)計(jì)需要在整車設(shè)計(jì)的總體原則下結(jié)合變速箱要滿足的具體功能展開。因此本著好用、好造、好修的總原則，力求產(chǎn)品通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。變速箱用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使

14、拖拉機(jī)獲得不同使用工況下合適的牽引力、方向和速度，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最有利的工況范圍下工作；并能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可較長時(shí)間的停車。本次設(shè)計(jì)是針對(duì)“東方紅履帶拖拉機(jī)變速箱”進(jìn)行改進(jìn)。該拖拉機(jī)使用工況復(fù)雜：旱地耕耙、水田耕耙、鑿式犁深松、旋耕、移栽、谷物收獲、肥料撒播、裝載、道路運(yùn)輸、推土、旋轉(zhuǎn)開溝等等。多種作業(yè)環(huán)境就要求拖拉機(jī)有較寬的速度范圍（前進(jìn)檔2km/h15km/h,倒檔2.5km/h6km/h）。所以設(shè)計(jì)中將圍繞以下基本要求：（1）正確選擇檔數(shù)和傳動(dòng)比，保證拖拉機(jī)有必要的動(dòng)力性和較寬的工作速度； （2）設(shè)置空檔，以使發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)、怠速、換檔時(shí)切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸；（3）設(shè)置倒檔，使拖拉機(jī)能倒退行駛，

15、實(shí)現(xiàn)需要的工作速度；（4）設(shè)置動(dòng)力輸出裝置，在停車時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系徹底分離，可以安全地進(jìn)行功率輸出；（5）傳動(dòng)路線短，即動(dòng)力流經(jīng)的齒輪副少，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡單；（6）工作可靠，換檔省力、方便，不得有跳檔、亂檔以及較高的換檔沖擊等現(xiàn)象發(fā)生；（7）噪聲低，溫升小，制造容易，成本低、維修方便等要求。2.2 變速箱的總體結(jié)構(gòu)分析機(jī)械式變速箱因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)效率高、制造成本低和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以在不同形式的汽車上得到廣泛應(yīng)用。2.2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案分析一、固定軸式變速箱 變速箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分為固定軸式和旋轉(zhuǎn)軸式兩類。固定軸式又分為兩軸式、中間軸式和多中間軸式變速箱。固定軸式應(yīng)用最廣泛。兩軸

16、式變速箱多用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。由于中間軸式變速箱直接檔工作時(shí)，其第一軸的常嚙合齒輪與第二軸的各檔齒輪分別與中間軸的相應(yīng)齒輪嚙合，且第一，二軸均不承受徑向載荷載荷，只起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。因此直接檔的傳遞效率高，磨損及噪聲也較小，另外中間軸式在齒輪中心距較小的情況下仍可獲得大的一檔傳動(dòng)比，這些是中間軸式變速箱的突出優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是除直接檔外其他各檔位的傳動(dòng)效率低。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1200-1300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)于一些重型汽車，一般采用多中間軸

17、的結(jié)構(gòu)。這種變速箱具有2-3根中間軸，在傳遞同樣轉(zhuǎn)矩的情況下，變速箱齒輪的寬度和質(zhì)量可分別減少40%和20%，變速箱的整體質(zhì)量和軸向尺寸也減少很多。二、倒檔布置方案倒檔一般布置在主變速箱內(nèi)，這便于在行駛中掛入倒檔。若要得到較多的倒檔，可將倒檔布置在副變速箱內(nèi)，這對(duì)于推土、裝載等梭行作業(yè)的拖拉機(jī)較為方便，每個(gè)前進(jìn)檔有相應(yīng)的倒檔。但在前進(jìn)運(yùn)輸工作中使用倒檔時(shí)，有的檔位需要操縱主副變速桿。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

18、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。變速箱的倒檔或一檔因傳動(dòng)比大，工作時(shí)在齒輪上作用的力也增大，并導(dǎo)致變速箱軸產(chǎn)生較大的撓度和轉(zhuǎn)角，使工作齒輪嚙合狀態(tài)變壞，磨損加快、噪聲增大。為此，變速箱的倒、低檔都應(yīng)布置在靠近軸的支承處，然后按照從低檔到高檔順序布置各檔位齒輪。這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證裝配容易。2.2.2 零、部件結(jié)構(gòu)方案分析一、齒輪形式 變速箱使用斜齒圓柱齒輪和直齒圓柱齒輪。斜齒圓柱齒輪雖然制造時(shí)稍為復(fù)雜，且工作時(shí)會(huì)有軸向力，但因其使用壽命長，傳動(dòng)平穩(wěn)和噪聲小而得到廣泛使用，直齒圓柱齒輪多用于低檔和倒檔。二、換檔結(jié)構(gòu)形式變速箱換檔機(jī)構(gòu)有直齒滑動(dòng)齒輪、嚙合套

19、和同步器換檔三種形式。汽車行駛時(shí)，因各齒輪有不同的角速度，所以用軸向滑動(dòng)直齒換檔會(huì)在齒輪端面產(chǎn)生沖擊并伴有噪聲，而且換檔行程較長。但直齒滑動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)簡單，制造、拆裝與維修容易，并能減少旋轉(zhuǎn)慣量。現(xiàn)在一般用于一、倒當(dāng)。當(dāng)變速箱第二軸上的齒輪與中間軸齒輪處于常嚙合狀態(tài)時(shí)，可以用移動(dòng)嚙合套換檔。這時(shí)，不僅換檔行程短，且承受換檔沖擊載荷的接合齒齒數(shù)多。目前，該換檔方式只在某些要求不高的檔位及重型車變速箱上應(yīng)用。使用同步器能保證迅速、無沖擊、無噪聲換檔，從而提高了汽車的加速性、燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛安全性。但它有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高、軸向尺寸大等缺點(diǎn)，不過仍然得到廣泛應(yīng)用。三、軸承以前變速箱的支承廣泛采用

20、滾珠軸承、滾柱軸承和滾針軸承?，F(xiàn)在變速箱的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是增大其傳遞功率與質(zhì)量之比，并要求它有更大的容量和更好的性能，而上述軸承型式已不能滿足對(duì)變速箱可靠性和壽命所提出的要求，故使用圓錐滾柱軸承的在逐漸增多。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：圓錐滾柱軸承的直徑較小，寬度較大，因而容量大，可承受高負(fù)荷；其錐體、外圈和滾子間基本的幾何關(guān)系使?jié)L子能正確對(duì)中，確保軸承的可靠性，使用壽命長；圓錐滾柱軸承的接觸線長，如果錐角和配合選擇合適，可提高軸和齒輪的剛度，降低齒輪噪聲，減少自動(dòng)脫檔的可能，并大幅度提高其壽命；采用圓錐滾柱軸承的變速箱，一般將變速箱殼體設(shè)計(jì)成沿縱向平面分開或沿中心線所在平面分開，這樣可使裝拆和調(diào)整軸承方便。2

21、.3 變速箱的總體結(jié)構(gòu)方案的確定綜合上述分析及改進(jìn)履帶式拖拉機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)任務(wù)要求：已知的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為拖拉機(jī)的整備質(zhì)量為7500、發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率=106、標(biāo)定轉(zhuǎn)速=2300、單作用離合器、履帶的滾動(dòng)半徑為=0.346、車速范圍為（前進(jìn)檔215 km/h，倒檔2.56km/h）、檔位數(shù)為8+4檔，確定方案如下:空間三軸（花鍵軸傳動(dòng)）、主副變速箱（區(qū)）一體式、雙變速桿（一個(gè)操縱副變速區(qū)的高、低和倒擋，另一操縱主變速區(qū)的-檔）、手動(dòng)嚙合套換檔。圖2-1 變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案簡圖對(duì)變速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析：z1和z2為常嚙合齒輪，z1通過花鍵與軸t0聯(lián)接；副變速區(qū)的前進(jìn)高、低檔及倒檔分別空套在t1軸，通

22、過嚙合套傳遞動(dòng)力；主變速區(qū)的-檔的主動(dòng)齒輪均通過花鍵與空心軸t2聯(lián)接；主變速區(qū)的-檔的從動(dòng)齒輪均空套在t3軸，通過嚙合套傳遞動(dòng)力。主變速區(qū)的-檔主從齒輪為副變速區(qū)的前進(jìn)高、低、倒檔公用，所以在進(jìn)行傳動(dòng)比分配時(shí)一定要考慮到主變速區(qū)的-檔主從齒輪所確定的傳動(dòng)比應(yīng)作為公比計(jì)算。倒檔的傳動(dòng)布置較為巧妙，通過z15、z16和z16、z17兩對(duì)齒輪將動(dòng)力傳遞到t2軸，其中z16通過內(nèi)花鍵與z16的加長齒圈聯(lián)接。 第三章 變速箱主要參數(shù)的確定3.1 傳動(dòng)系傳動(dòng)比的計(jì)算3.1.1 傳動(dòng)系總傳動(dòng)比的計(jì)算傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是根據(jù)拖拉機(jī)的工作速度和發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速來確定的?？倐鲃?dòng)比按下式計(jì)算： （3-1）已知參數(shù)如下

23、示：發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速ne=2300r/min，履帶的滾動(dòng)半徑為rd=0.346m，理論車速v為：前進(jìn)檔=215 km/h，倒檔=2.56km/h，則代入上式有：表3-1 理論速度對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比范圍前進(jìn)檔f倒檔 r理論車速v（km/h）2132.56前進(jìn)檔150.023.1倒檔 120.050.03.1.2 總傳動(dòng)比與各部件傳動(dòng)比間的關(guān)系總傳動(dòng)比與各部件傳動(dòng)比間的關(guān)系一般表達(dá)為： （3-2）且已知參數(shù)有：傳動(dòng)系變速箱輸出端到最終端間的傳動(dòng)比=21.315，則變速箱傳動(dòng)比如下表： 表3-2 變速器傳動(dòng)比范圍前進(jìn)檔f倒檔r7.045.631.082.353.2 變速箱各檔位傳動(dòng)比的初步確定由于發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)

24、定轉(zhuǎn)速多在1500r/min以上，且以20002500r/min較多，并有提高的趨勢(shì)。所以變速箱的多數(shù)檔為減速檔，傳動(dòng)比大于1，個(gè)別升速檔的傳動(dòng)比不宜小于0.8，單對(duì)齒輪的傳動(dòng)比不宜小于0.6，以避免齒輪轉(zhuǎn)速過高而兩增大齒輪上的動(dòng)載荷和增加攪油損失。要保證拖拉機(jī)工作速度的范圍，使變速箱各檔傳動(dòng)比能“拉的開”距離。為了減少零部件的尺寸和質(zhì)量，應(yīng)降低零部件的載荷。為此，應(yīng)盡量使前級(jí)部件的傳動(dòng)比減小，而使最終傳動(dòng)的傳動(dòng)比增大。所以，變速箱的傳動(dòng)比以較小為宜。綜合上述內(nèi)容，變速箱的傳動(dòng)比可以按下式初算： （3-3）3.2.1 理論車速的分段及對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比理論車速如下表：表3-3 理論車速的分段速度區(qū)段

25、前進(jìn)低檔 fl前進(jìn)高檔 fh倒檔 r理論車速(km/h)24.85122.56依據(jù)下式可以求得相應(yīng)傳動(dòng)比： （3-4）表3-4 各速度區(qū)段對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比范圍速度區(qū)段前進(jìn)低檔 fl前進(jìn)高檔 fh倒檔 r總傳動(dòng)比7.042.932.821.175.632.353.2.2 變速箱各區(qū)段傳動(dòng)比的確定參照原變速箱方案，變速箱傳動(dòng)比不宜過大，個(gè)別升速檔的傳動(dòng)比不宜小于0.8且單對(duì)小于0.6，單對(duì)減速檔傳動(dòng)比不大于2，且要保證較小的傳動(dòng)公比，進(jìn)行各檔傳動(dòng)比分配。由于主變速區(qū)的-檔傳動(dòng)比為副變速區(qū)的前進(jìn)高、低檔和倒檔的公比，所以變速箱各區(qū)段傳動(dòng)比的分配思路為：先初步確定常嚙合齒輪的傳動(dòng)比；之后確定前進(jìn)低檔的傳動(dòng)

26、比范圍，初選該檔副變速區(qū)的傳動(dòng)比，然后確定主變速區(qū)-檔的傳動(dòng)比范圍，且要保證有較小的傳動(dòng)公比（約為1.3）；最后以主變速區(qū)-檔的最大和最小傳動(dòng)比為公比，結(jié)合前進(jìn)高檔和倒檔總傳動(dòng)比范圍來確定副變速區(qū)前進(jìn)高檔和倒檔的傳動(dòng)比。整個(gè)傳動(dòng)比分配過程中，前后相關(guān)，需要反復(fù)細(xì)致地調(diào)整，以確定合理的傳動(dòng)比。以上思路可簡化為下式： (3-5) i代表變速箱各級(jí)傳動(dòng)，i=1，2 一、 前級(jí)減速常嚙合齒輪z2/z1的確定由于變速箱整體結(jié)構(gòu)的限制，及對(duì)后級(jí)傳動(dòng)比不宜過大的要求，該級(jí)傳動(dòng)比不宜太小，初步定位：傳動(dòng)比z2/z1=1.84。各速度區(qū)段對(duì)應(yīng)的中后級(jí)傳動(dòng)比范圍為：表3-5 變速器中后級(jí)總傳動(dòng)比范圍速度區(qū)段前進(jìn)低

27、檔 fl前進(jìn)高檔 fh倒檔 r中后級(jí)總傳動(dòng)比3.821.601.530.643.061.27二、 前進(jìn)低檔齒輪z4/z3的確定初步將z4/z3定為2.05，那么對(duì)應(yīng)的-檔傳動(dòng)比范圍為：表3-6 主變速區(qū)傳動(dòng)比范圍1.870.79根據(jù)下式求得-檔傳動(dòng)公比： （n代表檔位總數(shù)） （3-6）將表3-6數(shù)據(jù)代入上式有：那么根據(jù)下式可求得對(duì)應(yīng)各檔傳動(dòng)比： （代表檔位=，；=0，1，2，3）（3-7）對(duì)應(yīng)各檔傳動(dòng)比如下表：表3-7 主變速區(qū)各檔傳動(dòng)比（4）=z6/z5=z8/z7=z10/z9（1）=z12/z110.791.041.401.87三、 前進(jìn)高檔齒輪z14(9)/z13的確定將表3-5的數(shù)據(jù)

28、代入下式求得傳動(dòng)比為： （3-8） （3-9） 取其平均值如下： 四、 倒檔齒輪z16/z15的確定計(jì)算方法同前進(jìn)高檔，求得傳動(dòng)比為：由于倒檔是通過z15、z16和z16、z17將動(dòng)力傳遞到空心軸t2，而它們的傳動(dòng)比受中心距的約束，在這先不作確定。3.3 中心距和模數(shù)的確定由于中心距和模數(shù)的初步確定都與變速箱輸出的計(jì)算轉(zhuǎn)矩有關(guān)，所以補(bǔ)充有關(guān)變速箱輸出計(jì)算轉(zhuǎn)矩t3的求解。根據(jù)文獻(xiàn)6中有關(guān)汽車驅(qū)動(dòng)的地面附著條件并結(jié)合驅(qū)動(dòng)力與轉(zhuǎn)矩的換算關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。 地面附著條件為： (3-10)將=7500kg，g=9.8n/kg，取=0.85代入上式有：=62475n地面驅(qū)動(dòng)力與轉(zhuǎn)矩的換算關(guān)系： (3-11)查

29、取參考文獻(xiàn)8表1-1：=90%92%=82.8%且結(jié)合前面相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：1224.8 n 3.3.1 中心距a的確定變速箱中心距即齒輪箱殼體孔中心距，是齒輪傳動(dòng)裝置的一個(gè)重要尺寸參數(shù)，由齒輪強(qiáng)度、軸承尺寸和壽命等條件所決定。在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減少中心距，以縮小變速箱體積和減輕質(zhì)量。變速箱輸出齒輪副的中心距可按下式估算： （一般取1416） （3-12）如第一級(jí)中心距與第二級(jí)中心距不相等，一般有： ,相應(yīng)第的一級(jí)齒輪副的輸出轉(zhuǎn)矩為： 。由于是改進(jìn)設(shè)計(jì)，中心距a已由原變速箱尺寸決定，即輸出軸t3到二級(jí)中間軸t2間的中心距a3=157.5mm，軸t2到一級(jí)中間軸t1間的中心距a2=135

30、mm，軸t1到軸t3間的中心距a2=152.5mm。3.3.2 模數(shù)m的確定在滿足齒輪彎曲強(qiáng)度的條件下，應(yīng)盡量減少齒輪模數(shù)，以提高齒輪的重合度，從而提高齒輪的接觸強(qiáng)度，減小振動(dòng)和噪聲，并減少齒輪的重量和金屬消耗。一般以經(jīng)驗(yàn)公式估算： (3-13)將t3=1224.8代入上式有： ，在gb1357漸開線圓柱齒輪模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中查取m=5。3.4 變速箱各傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的確定3.4.1 傳動(dòng)齒輪齒數(shù)的初步確定一、齒數(shù)與傳動(dòng)比間的關(guān)系中心距a和齒數(shù)和間有以下關(guān)系: (3-14)主、從齒輪的齒數(shù)與對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比有以下關(guān)系: (3-15)綜合以上兩個(gè)公式有齒數(shù)和傳動(dòng)比的關(guān)系如下： （3-16）二、中心距a與齒數(shù)z

31、模數(shù)m間的關(guān)系1.不同的a和m對(duì)應(yīng)的齒數(shù)和為：表3-8 由中心距和模數(shù)確定的齒數(shù)和m=4,a=157.5m=5,a=157.5m=4,a=135m=5,a=135m=5,a=152.5m=4,a=152.578.756367.5546176.252. 不同的a和m對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比為：表3-9 不同齒數(shù)組合對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比m=5,a=135主動(dòng)z1齒數(shù)19202225293135=54從動(dòng)z235343229252319傳動(dòng)比i1.841.71.451.160.860.750.54m=4,a=135z2齒數(shù)48.547.545.542.5=67.5i2.552.3752.071.7m=5,a=157.5

32、z2齒數(shù)44434138343228=63i2.322.151.861.521.171.030.8m=5,a=152.5z2424139363230=61i2.212.051.771.441.100.973.4.2 齒數(shù)及傳動(dòng)比的最終確定將初步確定下來的傳動(dòng)比和由中心距、模數(shù)確定下來的傳動(dòng)比進(jìn)行比較，且盡量避免成對(duì)齒輪齒數(shù)有公約數(shù)、齒輪變位，最終確定的傳動(dòng)比及相應(yīng)齒數(shù)如下表：表3-10 各齒輪副對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比齒輪z1z2z3z4z5z6z7z8z9z10齒數(shù) z19352245352831322537傳動(dòng)比 i=z2/z11.842.050.81.031.48齒輪z11z12z13z14z15z

33、16z16z17齒數(shù) z2241292529322538傳動(dòng)比 i=z2/z11.860.861.101.523.4.3 8+4檔變速箱各檔的速比和速度綜合上述內(nèi)容，8+4檔變速箱各檔速比如下表：表3-11 8+4檔變速器各個(gè)檔位的傳動(dòng)比主檔速比主檔速比主檔速比主檔速比副高檔2.962.351.641.27副低檔7.035.58 3.89 3.02副倒檔5.75 4.573.192.47根據(jù)公式3-4，帶入上表數(shù)據(jù)可求得相應(yīng)車速： 表3-12 8+4檔變速器各個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的車速 （km/h)主檔速度主檔速度主檔速度主檔速度副高檔4.765.9968.59611.09副低檔2.002.523.62

34、4.66副倒檔2.453.084.425.70分析上表，前進(jìn)檔高、低檔速度區(qū)段沒有交叉，最低車速接近設(shè)計(jì)要求，但最大車速比設(shè)計(jì)要求的15km/h稍低些?？傮w來說，各個(gè)齒輪副的傳動(dòng)比分配較為合理，滿足設(shè)計(jì)要求。3.5 本章小結(jié)變速箱傳動(dòng)比分配的思路如下：(1)根據(jù)理論車速求解前進(jìn)檔和倒檔對(duì)應(yīng)的總傳動(dòng)比范圍。(2)根據(jù)傳動(dòng)系總傳動(dòng)比與變速箱傳動(dòng)比的關(guān)系，求出變速箱的傳動(dòng)比范圍。(3)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)及傳動(dòng)方案，確定變速箱各傳動(dòng)齒輪副的傳動(dòng)比：先將理論車速分段并求解相應(yīng)傳動(dòng)比范圍；再確定常嚙合齒輪的傳動(dòng)比；之后確定前進(jìn)低檔的傳動(dòng)比范圍，初選該檔副變速區(qū)的傳動(dòng)比，然后確定主變速區(qū)-檔的傳動(dòng)比范圍，且要保證有較

35、小的傳動(dòng)公比（約為1.3）；最后以主變速區(qū)-檔的最大和最小傳動(dòng)比為公比，結(jié)合前進(jìn)高檔和倒檔總傳動(dòng)比范圍來確定副變速區(qū)前進(jìn)高檔和倒檔的傳動(dòng)比。第四章 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 概述齒輪設(shè)計(jì)要考慮：在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)性能方面：噪聲低、振動(dòng)小、傳動(dòng)效率高；承載能力方面：具有所要求的強(qiáng)度和工作壽命；在工藝性方面：能采取容易得到的刀具加工，齒輪參數(shù)與刀具的相協(xié)調(diào)；在經(jīng)濟(jì)性方面：保證使用性能和耐久性的條件下，加工和使用的成本要低?？傊X輪設(shè)計(jì)是齒輪使用性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性等方面矛盾的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，片面強(qiáng)調(diào)單一方面都不能設(shè)計(jì)出滿意的齒輪。4.2 齒輪主參數(shù)的選擇4.2.1 齒輪副中心距齒輪副中心距（嚙合中心距）的大小直接關(guān)

36、系到齒輪箱結(jié)構(gòu)的尺寸、質(zhì)量、受力元件的強(qiáng)度和壽命。在確定了齒輪副的模數(shù)、齒數(shù)等基本參數(shù)后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)條件和強(qiáng)度、性能條件進(jìn)行精確計(jì)算。在計(jì)算出各組齒輪副的中心距后，取工作時(shí)間利用率最高、受載最大的齒輪副中心距為變速箱中心距。4.2.2 齒形角齒形角大，齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都可以提高，但重合度會(huì)降低，噪聲和徑向力會(huì)增加，因此應(yīng)根據(jù)不同的工作條件不同的齒形角。一般齒輪常采用20齒形角。4.2.3 齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)為齒寬與模數(shù)之比。齒寬系數(shù)的選擇與齒面硬度、齒向精度、和支承剛度有關(guān)，它直接影響到輪齒的承載能力。對(duì)于變速箱齒寬系數(shù)為4.57，支承剛度差者取下限值。4.2.4 齒輪基本參數(shù)結(jié)合第三章

37、內(nèi)容，并依據(jù)參考文獻(xiàn)4中相關(guān)齒輪基本參數(shù)的計(jì)算公式，求得變速箱各齒輪的基本參數(shù)如下：表4-1 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸齒輪z1z2z3z4z5z6z7z8齒數(shù) 1935224535283132傳動(dòng)比1.842.0450.811111111.03模數(shù) m55445555壓力角v 200.94分度圓直徑d=mz9517588180175140155160齒頂高=m55445555齒根高=1.25m6.256.25556.256.256.256.25全齒高= 2.25m11.2511.259911.2511.2511.2511.25頂隙 c=0.25m1.251.25111.251.251.

38、251.25齒頂圓直徑=(z+2)m10518596188185150165170齒根圓直徑=(z-2.5)m82.5162.578170162.5127.5142.5147.5基圓直徑 =dcos(v)89.28164.582.7169.2164.5131.6145.7150.4齒距 p=3.14m15.715.712.612.615.715.715.715.7齒厚 s=3.14m/27.857.856.286.287.857.857.857.85齒槽寬e=3.14m/27.857.856.286.287.857.857.857.85標(biāo)準(zhǔn)中心距a=(d1+d2)/2135134157.515

39、7.5基圓齒距 pb=pcos(v)14.7514.7511.811.814.7514.7514.7514.75z10z11z12z13z14z15z16z16z17z9372241292529322538251.8640.8621.1031.521.48555555555518511020514512514516012519012555555555556.256.256.256.256.256.256.256.256.256.2511.2511.2511.2511.2511.2511.2511.2511.2511.2511.251.251.251.251.251.251.251.251.25

40、1.251.25195120215155135155170135200135172.597.5192.5132.5112.5132.5147.5112.5177.5112.5173.9103.4192.6136.3117.5136.3150.4117.5178.6117.515.715.715.715.715.715.715.715.715.715.77.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.857.85157.5135152.5157.515514.7514.7514.7514.7514

41、.7514.7514.7514.7514.75414.75注：z3、z4和z9、z10需要變位，在后續(xù)內(nèi)容中反映。 4.2.5 變位齒輪參數(shù)的確定一、 齒輪變位的作用變位可以使齒輪副適合既定的中心距；使主、從動(dòng)齒輪有較佳的強(qiáng)度平衡；可以獲得所需的嚙合角，提高承載能力；避免齒根嚙合干涉或加工時(shí)根切。二、 變位齒輪z3、z4和z9、z10的基本尺寸依據(jù)參考文獻(xiàn)4中相關(guān)公式求得變位齒輪的基本參數(shù)如下：表4-2 變位齒輪的主要幾何參數(shù)齒輪齒數(shù) z變位系數(shù) x1,x2模數(shù) m節(jié)圓直徑d=dcosv/cosvz3170.26468.5z45004200z92505125z10370.535187.984.

42、3 齒輪強(qiáng)度的校核由于齒輪材料初選為45鋼，表面淬火，硬齒面，主要失效形式是：疲勞斷裂，所以主要校核齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，應(yīng)使齒根彎曲應(yīng)力小于或等于許用彎曲應(yīng)力，即。4.3.1 拖拉機(jī)齒輪常用的加工方法齒輪毛坯經(jīng)鍛制并正火后，按以下工序進(jìn)行加工：精車端面和外圓加工安裝定位孔（包括花鍵孔）制齒（滾齒或插齒）精加工齒部（剃齒或冷擠）滲碳或碳氮共滲淬火珩齒。4.3.2 許用彎曲應(yīng)力的確定查取參考文獻(xiàn)12許用極限彎曲應(yīng)力=230。依據(jù)參考文獻(xiàn)4中公式求得齒根彎曲應(yīng)力： （4-1）結(jié)合參考文獻(xiàn)1中的推薦值，取試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)=2；彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)=1；彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)=1代入上式： 4

43、.3.3 輪齒彎曲應(yīng)力的求解依據(jù)參考文獻(xiàn)6中輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式求得齒根彎曲應(yīng)力： （4-2）取應(yīng)力集中系數(shù)=1.65；摩擦力影響系數(shù)，主動(dòng)齒輪=1.1，從動(dòng)齒輪=0.9，齒寬系數(shù)=4.58。一、 各個(gè)檔位齒輪對(duì)應(yīng)的軸轉(zhuǎn)矩t：依據(jù)以下公式求解： （4-3） （4-4）注：代表輸入，代表輸出。將前進(jìn)低檔傳動(dòng)比=7.03（來自表3-11）代入公式（4-3）求得輸入軸的轉(zhuǎn)矩： 將表3-10傳動(dòng)比代入公式4-4可以求得相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩如下表：表4-3 各檔位對(duì)應(yīng)的軸轉(zhuǎn)矩軸前進(jìn)低檔fl前高檔fh倒檔rz2(3,13,15)t1321.0z4(5,7,9,11)z9z17(11)t2656.5276.7538.

44、32z6z8z10z12t3525.2677.7971.61223.5觀察上表計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)字體加黑的數(shù)據(jù)為各個(gè)檔位相應(yīng)軸承載的最大轉(zhuǎn)矩。二、 各齒輪的齒形系數(shù)：各個(gè)齒輪的齒形系數(shù)由參考文獻(xiàn)6圖3-19查得：表4-4 各傳動(dòng)齒輪的齒形系數(shù)z6(t3)z8z10z12z16z16z4(t2)z5z70.1340.140.150.150.140.1350.1530.150.14z9z11z17z18z3(t1)z13z15z2z1(t0)0.140.130.150.140.13 0.140.140.150.13三、 各個(gè)齒輪的彎曲應(yīng)力：將表4-4的數(shù)據(jù)、表4-3的最大值及表4-1相關(guān)m、z值代入公式4-2求出各個(gè)齒輪的彎曲應(yīng)力（）： 表4-5 齒輪的彎曲應(yīng)力 （=4.4）z6z8z10z12z16z16z4z5