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1、28馬力輪式拖拉機最終傳動及驅(qū)動軸設計 摘 要 拖拉機是與各種作業(yè)機械配套的自走式動力機械，是農(nóng)業(yè)機械化的主要機械。在農(nóng)業(yè)中，他主要用以牽引和驅(qū)動多種類農(nóng)機具完成各項田間作業(yè)和農(nóng)業(yè)運輸。農(nóng)村經(jīng)濟日新月異鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)交流不斷擴大，道路運輸量急劇增加，所以運輸車輛出現(xiàn)缺口。近年來，隨著拖拉機走入田間的不斷深入，從作業(yè)種類上由耕，耙，播擴大到收獲，中耕，栽植，噴霧，打捆等多個方面，與農(nóng)機具配套作業(yè)。農(nóng)用拖拉機正適合了其農(nóng)村的這種使用條件：工作環(huán)境比較惡劣，農(nóng)村道路相對復雜，速度不高。在中國現(xiàn)有的生產(chǎn)模式下，廣大農(nóng)民需要的還是中小型拖拉機，國內(nèi)市場對該檔產(chǎn)品的需求量在不斷增長。另外和國外

2、拖拉機生產(chǎn)廠家相比我國生產(chǎn)的拖拉機經(jīng)濟實惠，價格只有國外同類產(chǎn)品的一半甚至更少，因此，中小馬力拖拉機社會銷量和保有量很大，傳動系布置多種多樣。 最終傳動是傳動系的重要組成部分之一，它的功用是進一步增加傳動系的傳動比，從而使拖拉機獲得所需的驅(qū)動力。 我這次設計的是輪式28馬力拖拉機的最終傳動，我采用的是外置外嚙合直齒圓柱齒輪式最終傳動，軸采用了矩形花鍵軸。采用這種最終傳動設計方案，可以達到設計任務要求，并可保證拖拉機在工作中具有足夠的動力輸出。 關鍵詞：傳動比，外嚙合，圓柱齒輪，花鍵軸 全套圖紙，加153893706 DESIGN OF FINAL DRIVE AND DRIVE

3、SHAFT OF 28 HP TRACTOR ABSTRACT Tractor with a variety of echanical operations supporting dynamic self-propelled machinery, agricultural mechanization is the main machinery. In agriculture, he mainly used for traction and driving range to complete the form of field operations and agricultural tran

4、sport. Changing rural economy booming township enterprises, expanding exchanges between urban and rural areas, road transport volume increased dramatically, So transport vehicles gap. In recent years, with the tractor into the field continues to deepen, from the types of operations by farming, harro

5、ws, sowing to harvesting expansion, plowing, planting, Spray, bundled in many aspects, such as, the form of matching operations. Farm tractor is suitable for its use of this rural conditions : work environment was quite poor, rural roads is relatively complex, speed is not high. In Chinas current pr

6、oduction model, the majority of the needs of peasants or small tractors, on the domestic market stalls in the demand for products continues to increase. Tractor and other foreign manufacturers in China compared to the agricultural economic benefits prices of similar foreign products only half or eve

7、n less, and therefore, the community of small and medium-horsepower tractor sales and retain enormous capacity. Transmission layout varied. Final drive transmission system is an important component of one of its functions is to further increase the drive transmission ratio, so that the tractor was

8、 driven. My current design are 28 horsepower wheeled tractors the final drive, I used the external Gear-final drive. Adopt this final drive design, the design can meet the requirements for this task. guarantee that the tractor will work with sufficient power output. Key words: Transmission ratio,

9、 External, cylindrical gears, spline shaft 目 錄 前言....................................................1 第一章 最終傳動簡介....................................3 1.1拖拉機最終傳動的功用...............................3 1.2拖拉機最終傳動的分類...........................3 1.3拖拉機最終傳動的設計要求.................

10、.........3 第二章 設計任務分析...................................4 2.1設計內(nèi)容..........................................4 2.2主要技術指標......................................4 2.3設計要求..........................................4 第三章 最終傳動設計方案的確定.........................5 3.1設計方案的確定...............................

11、.....5 3.2本次設計方案的說明................................5 第四章 最終傳動及驅(qū)動軸的設計計算.....................6 4.1整車主要參數(shù).......................................6 4.2外嚙合圓柱齒輪的主要參數(shù)確定......................6 4.3圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)強度計算............................10 4.4 主動軸的確定與計算...............................15 4.5驅(qū)動軸確定與計算......

12、............................19 4.6鍵的校核..................................22 4.7輸入軸軸承校核............................22 4.8驅(qū)動軸軸承校核..........................23 第五章 結(jié)論...........................................25參考文獻...............................................26致謝..................................

13、.................27外文資料譯文 前 言 本次設計是我們在校期間最后一次設計、學習機會，是對所學知識的一次綜合運用，也是我們在走向工作崗位之前的一次重要實戰(zhàn)演練。通過這次設計，我們進一步對所學知識加以鞏固，進一步提高搜集資料及查閱資料的能力，進一步提高我們的團隊協(xié)作精神?？傊?，這次設計對我們走向工作崗位有著重要的作用。 農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，是國家自立、社會安定的基礎，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)機械化水平就成為必要，不斷改進我國的農(nóng)用拖拉機也就成為須要。 而且我國是個農(nóng)業(yè)大國，為了提高農(nóng)民勞動效率，拖拉機是必不可少

14、的。基于我國地理條件的復雜情況，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作業(yè)的要求又得適應水田旱地拖拉機的作業(yè)內(nèi)容。這就要求我們設計時要全面周到地考慮到農(nóng)業(yè)作業(yè)的復雜條件，而且要不斷更新技術，以適應需要。 在我國農(nóng)業(yè)作業(yè)的情況很復雜：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、道路運輸、推土、旋轉(zhuǎn)開溝等等。多種作業(yè)環(huán)境就要求拖拉機有較寬的速度范圍（前進檔1.5km/h—25km/h,倒檔5km/h—11km/h），因此對變速器的要求隨之提高了：既要有較寬的速比范圍，又得滿足整車布置的要求。這就需要較多的檔次，以求拖拉機能高效率高質(zhì)量地完成各種作業(yè)。

15、 由于關稅、價格、作業(yè)適應性、用戶購買力等諸多因素的影響，目前國外的中等功率輪式拖拉機產(chǎn)品和技術對國內(nèi)市場尚未構(gòu)成威脅。但與國際市場上的中等功率拖拉機相比，國內(nèi)產(chǎn)品尚有較大差距。如現(xiàn)代造型、可靠性、耐久性、可維護性等方面都有較大差距。 中等功率輪式拖拉機在穩(wěn)住國內(nèi)市場的同時，應積極開拓中等發(fā)達國家和發(fā)展中國家的市場。同時應通過引進、合作、嫁接國際先進技術，提高產(chǎn)品的檔次，向滿足發(fā)達國家市場需求過渡。 國內(nèi)小型拖拉機的市場競爭日趨激烈，從已往單純的價格占趨向在管理、價格、質(zhì)量、售后服務、結(jié)構(gòu)性能等全方位的競爭。在競爭中，行業(yè)的集中度將進一步提高。由于小型拖拉機的技術

16、含量低，私營企業(yè)的發(fā)展勢頭很猛。 一拖公司正在積極研究調(diào)整策略，準備在保證國內(nèi)市場中的領先地位的同時，穩(wěn)住非洲、東歐、東南亞的國際市場，積極深入國際市場進行調(diào)研，選擇合適的地方建立組裝廠、裝配中心。 我設計的最終傳動，就是適應民族工業(yè)的發(fā)展和需要。由于我缺少工作經(jīng)驗并且對拖拉機最終傳動了解的不夠透徹，難免在設計中出現(xiàn)一些錯誤，希望各位老師多加指正。 第一章 最終傳動簡介 1.1拖拉機最終傳動的功用 拖拉機最終傳動的功用是進一步增加傳動系的傳動比，從而使拖拉機驅(qū)動輪獲得所需的驅(qū)動力，履帶拖拉機和某些輪式拖拉機的最終傳動還用來提高后橋的離地間隙。 1.2拖拉機最終傳動

17、的分類 最終傳動按其傳動形式分為： 1．外嚙合圓柱齒輪最終傳動。 2．內(nèi)嚙合圓柱齒輪最終傳動。 3．行星齒輪最終傳動。 1.3拖拉機最終傳動的設計要求 根據(jù)拖拉機最終傳動必須具備的各項功能和使用的實際情況，對最終傳動的設計應有以下的要求： 1.要有適當?shù)膫鲃颖取? 2.保證后橋處有足夠的離地間隙。 3.齒輪要具有較高的支承剛度，以保證在全齒寬上較好的嚙合。 4.靠近驅(qū)動輪布置的最終傳動尤其要有可靠的密封。 第二章 設計任務分析 2.1設計內(nèi)容 近年來隨著拖拉機走入農(nóng)田的不斷深入，國內(nèi)市場對該檔產(chǎn)品的需求也在不斷增長，中小馬力拖拉機社會銷量和保有量很大，傳動系布置

18、多種多樣。本課題旨分吸收成熟產(chǎn)品的優(yōu)點基礎上優(yōu)化設計出拖拉機的最終傳動與驅(qū)動軸總成。 2.2主要技術指標 基本參數(shù)：發(fā)動機28馬力，行駛速度1.5~30km/h，6-8個前進檔位輪胎型號：9.5-24。 每位同學需完成總和不少于3張零號圖紙的結(jié)構(gòu)設計圖，裝配圖和零件圖，其中應包含用計算機繪制的有中等難度的1號圖紙一張以上。 按要求，格式獨立撰寫不少于12000字的設計說明書，全部用計算機打（編排要求到河南科技大學網(wǎng)站查：畢業(yè)設計說明書（論文）的格式及規(guī)定），查閱與課題相關的文獻資料15篇以上，應有中英文摘要，獨立完成10000字以上印刷符號的外文翻譯。 2.3設計要求 1． 要有適

19、當?shù)膫鲃颖取? 2． 保證后橋處有足夠的離地間隙。 3． 齒輪要具有較高的支承剛度，以保證在全齒寬上較好的嚙合。 4． 靠近驅(qū)動輪布置的最終傳動尤其要有可靠的密封。 5． 工作可靠性高。 第三章最終傳動設計方案的確定 3.1設計方案的確定 對最終傳動的基本要求是：1.要有適當?shù)膫鲃颖龋?.保證拖拉機后橋處有足夠的離地間隙；3.最終傳動直齒圓柱齒輪要有較高的支承剛度，以保證在全齒寬上較好的嚙合； 4.保證最終傳動有可靠的密封。最終傳動在拖拉機上的布置如下圖（a）示 本次畢業(yè)設計是針對輪式拖拉機的最終傳動，根據(jù)其傳動形式采用外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動。 3.2本次設計方案的說

20、明 最終傳動按其傳動形式分為： 外嚙合圓柱齒輪最終傳動；內(nèi)嚙合圓柱齒輪最終傳動；行星齒輪最終傳動三類。而外嚙合圓柱齒輪最終傳動按其結(jié)構(gòu)布置又可分為外置式和內(nèi)置式兩種。綜合這幾種最終傳動的優(yōu)缺點，我采用外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動的原因如下： 1.外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動與其他幾種最終傳動相比較，有以下優(yōu)點： （1）外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動的左，右最終傳動各自安裝在靠近驅(qū)動輪的單獨殼體內(nèi)，使最終傳動成為一個獨立部件，便于拆裝和維修。 （2）這種結(jié)構(gòu)的主，從動齒輪在殼體內(nèi)的支承簡支梁式，對提高支承剛度有利。 （3）易于得到較高的農(nóng)藝離地間隙。 （4）結(jié)構(gòu)簡單，傳動比較小，工作

21、穩(wěn)定可靠。 綜上所述所以我采用外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動。 第四章最終傳動及驅(qū)動軸的設計計算 4.1整車主要參數(shù)： 1． 整車裝備質(zhì)量： 2000Kg 2． 發(fā)動機馬力： 28馬力 3． 行駛速度范圍： 1.5-30km/h 4． 輪胎型號： 9.5-24輪胎 4.2外嚙合圓柱齒輪的主要參數(shù)確

22、定： 外嚙合圓柱齒輪最終傳動由于嚙合線速度不高可采用圓柱齒輪，主要參數(shù)包括總傳動比im(取決于傳動系總傳動比的分配)，中心距a和齒輪模數(shù)m等。 中心距a可根據(jù)經(jīng)驗公式 ——————《拖拉機設計手冊》P1176式（6.7-1） Tj —— 從動齒輪的計算轉(zhuǎn)矩(N.m) Ka —— 中心距系數(shù)， 中心距系數(shù)Ka一般選擇Ka= 12—15,在傳動比im小時，取較小值。對履帶拖拉機Ka取大值。 因為給定拖拉機為28馬力，所以拖拉機實際功率為 P=28馬力0.735=20.58KW 發(fā)動機轉(zhuǎn)速：N=2000r/min 轉(zhuǎn)矩： 輪胎型號參數(shù)：9.5-24英寸 （1

23、英寸=25.4mm） 輪胎半徑（充氣半徑）為： 在設計新拖拉機傳動系時，如果無可皆鑒的載荷譜，又無充分的設計經(jīng)驗時，我們估算出傳動系的名義計算載荷Tj再乘以使用系數(shù)Ka，名義計算載荷可按下面兩種方法計算取其中的較小者。 1.按發(fā)動機的標定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換到被計算零件(取轉(zhuǎn)矩的一半)。 拖拉機的總傳動比是根據(jù)拖拉機的工作速度和發(fā)動機的標定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速來確定的。 ————《拖拉機設計手冊》P983（6.1-1） 取Ka=13 ————《拖拉機設計手冊》P988（6.1-10） （按經(jīng)過四對齒輪和兩對軸承計算 ） 圓柱齒輪的傳動效率為0.96—0.98 滾動軸承

24、的傳動效率為0.95—0.98 Teb——發(fā)動機標定轉(zhuǎn)矩 2. 按驅(qū)動輪附著轉(zhuǎn)矩計算輸出軸的計算轉(zhuǎn)矩。 ————《拖拉機設計手冊》P988（6.1-11） n——驅(qū)動輪胎數(shù)（對于最終傳動且在中央傳動之后n=1） Q——驅(qū)動輪在胎內(nèi)壓力為100KPa時的乘載能力(可按拖拉機重量來計算) Rd——驅(qū)動輪動力半徑 Rd=0.935R 拖拉機后輪的承載力為: 按整機重2t，后輪分配三分之二車重，計算輸出軸的計算轉(zhuǎn)矩代數(shù)得 求得中心距為: 由于最終傳動的傳動比較大，齒輪和軸受載嚴重，但徑向尺寸受到輪惘尺寸和離地間隙的限制而不能太大，為了在結(jié)構(gòu)緊湊的情況下

25、，保證最終傳動齒輪有足夠的強度，外嚙和圓柱齒輪的最終傳動常采用較大的齒寬b和較少的齒數(shù)Z1。通常情況下在選擇主動齒輪的齒數(shù)時一般選取12-15，齒寬b和模數(shù)m之比一般為8-10，參照各款拖拉機的模數(shù)的選取，并估算中心句距。 最終傳動兩齒輪齒數(shù)和為69 Z1=13為主動齒輪，Z2=56為從動齒輪，實際傳動比:i=56/13=4.308 齒寬的選取是為了保證大齒輪的齒寬能全部參加嚙合以及提高小齒輪的彎曲承載能力小齒輪的齒寬一般應大于大齒輪的齒寬，選擇齒寬不宜過大，否則在支撐剛度不足的情況下往往造成齒輪因局部偏載而出現(xiàn)過早損壞的現(xiàn)象，所以齒輪的支撐剛度對齒輪的壽命影響極大。 m=5

26、,b=（8-10m 選取b1=45， b2=40 4.3圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)強度計算： 1．圓柱齒輪各參數(shù)的計算: 因為拖拉機最終傳動工作載荷大固圓柱齒輪要進行變位,這樣可以改善嚙合條件，提高齒輪強度，避免根切和干涉. 變位系數(shù)： 分度圓直徑： 標準中心距： 中心距變動系數(shù)： 齒頂高變動系數(shù): 尺頂高，齒跟高: 主動齒輪: 從動齒輪: 尺頂圓直徑，尺根圓直徑: 主動齒輪: 從動齒輪: 2.齒輪傳動系的計算載荷 在載荷的長期，多次作用下傳動系的齒輪，軸，軸承等零件出現(xiàn)疲勞損壞，疲勞損壞是是傳動零件的主要破壞形式，因此傳

27、動零件的強度計算是以考慮疲勞損壞的耐久性計算為主，另外在特殊情況下（如在拖拉機起步驅(qū)動輪遭遇到突加阻力等），傳動零件可能受到很大的尖峰載荷，使零件的應力超過材料的強度極限而損壞。但這種損壞并不常見。 在耐久性計算中根據(jù)拖拉機發(fā)動機經(jīng)常處于滿載工況的特點，以發(fā)動機標定轉(zhuǎn)矩Men作為發(fā)動機傳遞給傳動系的扭矩。各軸上零件的計算轉(zhuǎn)矩Mj，等于Men乘以曲軸到該軸的傳動比，以及期間的傳動效率。在傳動比較大的排擋時就應該按地面的附著能力來確定計算扭矩。計算時將兩種計算扭矩同時算出，選取較小的數(shù)值作為計算扭矩。 查表2-1傳動系各軸的計算扭矩Mj 轉(zhuǎn)向離合器軸（差速器半軸） 齒輪的強度應計算齒輪表面

28、接觸強度和齒輪的彎曲強度， 設計時為了初步估計齒輪強度以便進行結(jié)構(gòu)設計，先作粗略計算 齒輪的計算載荷圓周力Pj用下式求得： ————主動齒輪上的計算扭矩 ————主動齒輪的節(jié)圓半徑 1》計算接觸強度一般只計算節(jié)點處的接觸應力 = E=206 b——齒寬. m——模數(shù)最終傳動輸入軸的計算轉(zhuǎn)矩： ——最終傳動主動齒輪上的計算轉(zhuǎn)矩 ——驅(qū)動輪輪胎動力半徑 —— 附著系數(shù)通常取為0.65 ——拖拉機的附著重量 ——拖拉機最終傳動的傳動的傳動效率 ——最終傳動的傳動比 計算齒輪的圓周力： 計算齒輪

29、的徑向力： ——圓周力 ——輸入軸扭矩 ———— 主動齒輪節(jié)圓直徑 ————圓周力 ————從動齒輪節(jié)圓直徑 ————輸出軸扭矩 a計算主動齒輪節(jié)點處的接觸應力 代數(shù)得 b計算從動齒輪節(jié)點處的接觸應力 查表機械設計P124表5-6得滲碳1900~2000Mpa 20CrMnTi 2》齒根彎曲強度校核（拖拉機設計P67公式2－35） 驗算國產(chǎn)拖拉機普遍采用滲碳合金剛齒輪，其彎曲應力一般不超過280~~300對于線速度高（動載荷較大）位于軸的懸臂端容易偏載的齒輪，以及轉(zhuǎn)速高和每一個齒輪在一轉(zhuǎn)中多次參與捏合的齒輪，應采用較小的接觸應力和彎曲應力，

30、 20CrMnTi 400~850MPa ——應力較正系數(shù)（考慮了齒根圓腳所引起的應力集中問題） ——齒形系數(shù) 查表拖拉機設計P68 圖2--48 a齒輪1輸入軸主動齒輪齒根彎曲強度校核 b齒輪2輸出軸從動齒輪齒根彎曲強度校核 由于 20CrMnTi 400~850Mpa所以齒輪強度足夠 4.4 主動軸的確定與計算： 1.輸入軸校核： 軸的強度和剛度校核按彎矩，轉(zhuǎn)矩合成強度計算，針對軸的危險截面（既計算彎矩大或有應力集中或截面直徑相對較小的截面）按轉(zhuǎn)矩彎矩的合成強度進行校核計算，對于實心軸其強

31、度條件為： 公式—— 式中： W——軸的抗彎截面系數(shù)P292 其中 稱為計算彎矩 軸的材料的選擇 最終轉(zhuǎn)動的軸并無特殊要求，選用45#調(diào)質(zhì)剛 2．軸的結(jié)構(gòu)設計， 軸必須有足夠的強度和剛度，軸的剛度不足齒輪和軸承的壽命降低，最終傳動軸的尺寸往往受限于軸的剛度. 3．軸上零件的定位，齒輪的一端靠軸肩定位，另一端靠套筒定位拆裝傳力均較方便；兩端軸承常用同一尺寸，以便于加工，安裝維修；為便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜太高，定位軸肩高度一般取軸肩高度h=（0.07~0.1）d,軸環(huán)寬度b>=1.4h 非定位軸肩高度一般取1~2.5mm，對于軸的長，取決于軸上零件的寬度以及他們的相

32、對位置，考慮到鑄造誤差及裝配時留有必要的間隙，取齒輪端面至箱壁間的距離a=15滾動軸承與箱壁s=5mm，軸承處箱體突緣寬度，應按箱蓋與箱體連接螺栓，尺寸結(jié)構(gòu)要求確定 4．軸和軸上零件的結(jié)構(gòu)，工藝及軸上零件的安裝布置等對軸的強度有很大影響，所以應進行充分考慮，以提高軸承的承載能力，減小軸的尺寸和機器的重量，降低制造成本， 5．軸的強度驗算 先做出軸的受力計算簡圖（即力學模型）如圖所示，取集中載荷作用于軸的中點， 齒輪上作用力的大小 最終傳動輸入軸的計算轉(zhuǎn)矩： 計算齒輪的圓周力： 1）垂直平面V內(nèi)受力： 2）水平面H內(nèi)受力： 合成彎矩的計算

33、畫出彎矩圖 因單向回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，取則截面b處當量彎矩為 截面b為危險截面：查表《機械設計》12---2齒輪的主要力學性能，許用應力及用量，選擇45#調(diào)質(zhì)鋼 4.5驅(qū)動軸的確定與計算： 1.大齒輪上作用的力: 2.求軸承的支撐反力： 驅(qū)動軸受力分析如圖: 水平面上的支反力和彎矩圖： 水平面上彎矩: F F 468.9 c)垂直面上支反力和彎矩圖： 連立各式得 畫出垂直彎矩圖： 105.6 286.4 d)合成彎矩圖： 畫合成彎矩圖：

34、 因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán): 計算彎矩圖： 截面b為危險截面。 查表12-2軸的常用材料，主要力學性能，許用彎曲應力及用途《機械設計》P258 選材料 40Cr調(diào)質(zhì)鋼。 4.6鍵的校核： 花鍵軸抗彎抗扭截面系數(shù)計算公式： 矩形花鍵查《機械設計手冊》P256（3.2.3）表3-3-16 選擇花鍵規(guī)則為8626812 計算花鍵軸抗彎抗扭截面系數(shù) 按彎扭合成應力校合成應力校核軸的的強度 1）截面b當量彎矩最大，故截面c 可能為危險截面已知=1497.8Nm，查表得12-2得 所以此鍵合格。 4.7 輸入軸角接觸球軸承 根據(jù)已知直徑初選角接觸球軸承7208C型軸承和角接觸球軸承7307C（查表5-1-51得）1=28.6 KN 2=34.2 KN 1）計算兩軸承當量動載荷、 軸承、均不承受軸向載荷只承受徑向載荷，工作中有中等沖擊： 由表5-1-19取=1.3代人得： 和由軸的校驗是得知=12948N，=12496N N 2）計算軸承壽命 （h）>8000（h） （h）>8000（h） 壽命滿足要求。