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畢業(yè)論文題目 學(xué)校代碼： 序 號(hào)： 本 科 畢 業(yè) 設(shè)計(jì) 題目： 某四輪拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 二OO九年 五 月 十 號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）課題名稱 某四輪拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì) 申報(bào)教師姓名 系 職稱 專(zhuān)業(yè) 學(xué)歷 聯(lián)系手機(jī)/電話 E-mail 農(nóng)機(jī) 講師 農(nóng)機(jī)化工程 碩士 對(duì)選本課題學(xué)生的要求 選報(bào)人數(shù)要求 選報(bào)專(zhuān)業(yè)要求 限報(bào)要求 其它要求 1 機(jī)制、農(nóng)機(jī) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）要求： 1．要求在完成論文期間，態(tài)度端正，積極主動(dòng)，大量查閱文獻(xiàn)資料； 2．按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，技術(shù)路線準(zhǔn)確可行； 3．繪制零件圖和裝配圖，圖紙量不少于1.5張A0； 4．完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，格式正確，要求字?jǐn)?shù)不少于8000字； 5．完成電子文檔及答辯PPT文檔，并打印裝訂成冊(cè)。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容： 1．技術(shù)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)功率55馬力；傳動(dòng)比是慢I檔14.16、慢II檔11.51、慢III檔9.06、慢IV檔5.51、慢V檔4.03；快I檔3.09、快II檔2.50、快III檔1.96、快IV檔1.20、快V檔0.87；倒I檔14.12，倒II檔4.09； 2．調(diào)研，查閱資料，確定總體設(shè)計(jì)方案； 3．根據(jù)技術(shù)參數(shù)計(jì)算，確定結(jié)構(gòu)尺寸； 4．校核關(guān)鍵零部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)部件； 5．繪出總裝圖與部分零件圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作步驟： 1．2008年11月～2009年12月：接受畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱整理文獻(xiàn)資料； 2．2009年1月：確定總體設(shè)計(jì)方案； 3．2009年2月～4月：繪制設(shè)計(jì)圖紙及編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 4．2009年5月：定稿打印，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 摘 要 變速箱是由裝在變速箱殼體內(nèi)各軸上不同齒數(shù)的齒輪和操縱機(jī)構(gòu)組成的。根據(jù)需要將不同軸上不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，進(jìn)行變速和改變從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，達(dá)到改變扭矩，轉(zhuǎn)速和行駛方向的目的。變速箱可改變傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)倒檔和實(shí)現(xiàn)空擋。在變速箱中，齒輪，軸和軸承起著重要的作用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要對(duì)齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核；對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核；對(duì)軸承進(jìn)行壽命和極限轉(zhuǎn)速校核。變速箱的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括換擋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分。鎖定機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，互鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字：齒輪 操縱機(jī)構(gòu) 軸 軸承 鎖定機(jī)構(gòu) DESING of a CERTAIN TYPE of TRACTOR GEARBOX Gearbox is mounted on the shaft inside the gearbox housing of the gear teeth of different institutions and manipulation. According to the different needs of different axis of the gear teeth mesh together, the driven gear change speed and direction of rotation to change the torque, speed and direction for the purpose of traveling. Gearbox Can change the transmission ratio to achieve the realization of reverse and neutral. In the gearbox, the gear, shaft and bearings play an important role. In the process of designing the gear to check for strength; on the shaft to check the strength and stiffness; on the life of the bearings and check the limits of speed. Transmission shift control mechanism design, including design and the design of locking mechanism in two parts. The design of locking mechanism, including self-locking design, interlocking design and the design of interlocking institutions Key words: Gear Manipulation of body Axis Bearing Locking mechanism 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................ ..1 1.1 變速箱概述..............................................................................................1 1.1.1 變速箱的功用.......................................................................................1 1.1.2 變速箱的類(lèi)型....................................................................................1 1.1.3 變速箱的工作原理............................................................................2 2 變速箱設(shè)計(jì)要求及初始數(shù)據(jù)........................................................................3 2.1 變速箱設(shè)計(jì)要求...................................................................................3 2.2 變速箱設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)...........................................................................3 3 變速箱設(shè)計(jì)過(guò)程........................................................................................... 4 3.1 變速箱的設(shè)計(jì)步驟...............................................................................4 3.2 變速箱結(jié)構(gòu)的選擇............................................................................... 4 3.3 根據(jù)總體計(jì)算確定擋位數(shù)與各檔傳動(dòng)比...........................................4 3.4 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍...........................5 3.5 草擬變速箱的傳動(dòng)方案.......................................................................5 3.6 變速箱主要參數(shù)的確定.......................................................................6 3.6.1 齒輪模數(shù)的確定......................................................................6 3.6.2 齒輪壓力角的確定..................................................................6 3.6.3 齒寬的確定..............................................................................6 3.6.4 相齒合齒輪的齒數(shù)和.........................................................8 3.7 選配齒輪.....................................................................................8 3.8 變速箱主要零件的計(jì)算.............................................................................9 3.7.1 齒輪的計(jì)算....................................................................................9 3.7.2 軸的計(jì)算......................................................................................12 3.7.3 軸承的計(jì)算...................................................................................16 4 主要零件的布置要點(diǎn)及倒檔和減速器的布置方案............................... .. 18 4.1 變速箱主要零件的布置要點(diǎn).................................................................18 4.2 倒檔和減速器的布置方案.....................................................................18 4.2.1 倒檔布置方案.............................................................................18 4.2.2 減速器布置方案.........................................................................19 5 變速箱殼和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).......................................................................19 5.1 變速箱殼的設(shè)計(jì)....................................................................................19 5.2 變速箱操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)........................................................................19 5.2.1換擋機(jī)構(gòu)................................................................................. ..20 5.2.2鎖定機(jī)構(gòu)......................................................................................20 參考文獻(xiàn).............................................................................................................21 致 謝........................................................................................................... .. 22 附 錄 ................................................................................................... ........ 22 1 各檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖...........................................................................................23 1.1 慢Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖.............................................................................. .23 1.2 慢Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖............................................................................. ..23 1.3 慢Ⅲ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................ 23 1.4 慢Ⅳ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖.............................................................................. .24 1.5 慢Ⅴ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................24 1.6 快Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................25 1.7 快Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................25 1.8 快Ⅲ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................26 1.9 快Ⅳ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖................................................................................26 1.10 快Ⅴ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖..............................................................................26 1.11 倒Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖..............................................................................27 1.12 倒Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖..............................................................................27 2 變速箱各檔次的傳動(dòng)路線及傳動(dòng)比...........................................................27 3 變速箱內(nèi)各齒輪分布圖...............................................................................28 4 直齒圓柱齒輪參數(shù).......................................................................................29 5 變速箱中間軸上漸開(kāi)線花鍵參數(shù)...............................................................31 6 第二軸齒輪參數(shù)...........................................................................................32 7 三，四速滑動(dòng)齒輪的齒輪參數(shù)...................................................................33 8 三速主動(dòng)齒輪的齒輪參數(shù)...........................................................................34 9 三速主動(dòng)齒輪漸開(kāi)線花鍵參數(shù)...................................................................35 1 緒 論 1.1 變速箱概述 1.1.1 變速箱的功用 變速箱的功用是： （1) 改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下工作； （2) 實(shí)現(xiàn)倒檔，在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使車(chē)輛能前進(jìn)和倒退行駛； （3) 實(shí)現(xiàn)空擋，可切斷傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)，怠速，并可在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間的停車(chē)，便于變速箱換擋和動(dòng)力輸出。 1.1.2 變速箱的類(lèi)型 (1)按傳動(dòng)比變化分 　　按傳動(dòng)比變化方式來(lái)分：可分為有級(jí)式變速器，無(wú)級(jí)式變速器和綜合式變速器。 　　有級(jí)式變速器　是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動(dòng)，具有若干個(gè)定值傳動(dòng)比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。 無(wú)級(jí)式變速器　其的傳動(dòng)比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無(wú)限多級(jí)變化，常見(jiàn)的有電力式和液力式(動(dòng)液式)兩種。電力式無(wú)級(jí)變速器的變速傳動(dòng)部件為直流串激電動(dòng)機(jī)。動(dòng)液式無(wú)級(jí)變速器的傳動(dòng)部件為液力變矩器。 　　綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級(jí)變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動(dòng)比可在最大值與最小值之間的幾個(gè)間斷的范圍內(nèi)作無(wú)級(jí)變化，目前應(yīng)用較多。 　　(2)按操縱方式分 　　按操縱方式來(lái)分：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)操縱式變速器。 　　強(qiáng)制操縱式變速器　是靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。 　　自動(dòng)操縱式變速器　其傳動(dòng)比選擇和換檔是自動(dòng)進(jìn)行的，所謂“自動(dòng)”，是指機(jī)械變速器每個(gè)檔位的變換是借助反映發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和車(chē)速的信號(hào)系統(tǒng)來(lái)控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實(shí)現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車(chē)速。 　　半自動(dòng)操縱式變速器　有兩種型式：一種是常用的幾個(gè)檔位自動(dòng)操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開(kāi)加速踏板時(shí)，接通一個(gè)電磁裝置或液壓裝置來(lái)進(jìn)行換檔。 　　(3)按使用方法分 　　按使用方法分類(lèi)：可分為手動(dòng)變速器，自動(dòng)變速器和無(wú)級(jí)變速器。 　　手動(dòng)變速器（MT） 　　手動(dòng)變速器，也稱手動(dòng)擋，即用手撥動(dòng)變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。踩下離合時(shí)，方可撥得動(dòng)變速桿　 自動(dòng)變速器（AT） 　　自動(dòng)變速器，利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門(mén)踏板程度和車(chē)速變化，自動(dòng)地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車(chē)速即可。 　　無(wú)級(jí)變速器（CVT） 　　無(wú)級(jí)變速器是由兩組變速輪盤(pán)和一條傳動(dòng)帶組成的. (4) 按輪系形式分 按輪系形式分：可分為定軸式變速箱和行星式變速箱。 定軸式變速箱：變速箱中所有齒輪都有固定的旋轉(zhuǎn)軸線。按其換擋式有機(jī)械式換擋和動(dòng)力式換擋。 行星式變速箱：變速箱中有些齒輪的軸線在旋轉(zhuǎn)，這種軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪有兩種，即自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。行星式變速箱只有動(dòng)力換擋一種方式。 1.1.3 變速箱的工作原理 變速箱是由裝在變速箱殼體內(nèi)各軸上不同齒數(shù)的齒輪和操縱機(jī)構(gòu)組成的。根據(jù)需要將不同軸上不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，進(jìn)行變速和改變從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，達(dá)到改變扭矩，轉(zhuǎn)速和行駛方向的目的。 2 變速箱設(shè)計(jì)要求及初始數(shù)據(jù) 2.1 變速箱設(shè)計(jì)要求 1. 十個(gè)前進(jìn)檔，兩個(gè)倒退檔，各檔的傳動(dòng)比須符合作業(yè)對(duì)速度和牽引力的要求。 2. 換擋方便，不允許出現(xiàn)同時(shí)掛兩個(gè)檔，自動(dòng)脫檔和跳擋的現(xiàn)象。 2.2 變速箱設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù) 1）變速箱輸出扭矩為75740Nmm； 2） 理論行駛速度 （公里/小時(shí)） 檔次 抵擋 高檔 Ⅰ 1.37 6.32 Ⅱ 1.69 7.76 Ⅲ 2.15 9.90 Ⅳ 3.52 16.20 Ⅴ 4.82 22.30 倒Ⅰ 1.03 4.74 3）發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率：4.103 kw; 4)發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速：1500 r/min。 3 變速箱設(shè)計(jì)過(guò)程 3.1 變速箱的設(shè)計(jì)步驟 （1） 根據(jù)工作特點(diǎn)選擇變速箱的結(jié)構(gòu)形式； （2） 根據(jù)總體計(jì)算確定擋位數(shù)與各檔傳動(dòng)比； （3） 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍； （4） 草擬變速箱的傳動(dòng)方案； （5） 確定變速箱的主要參數(shù)； （6） 根據(jù)變速箱的傳動(dòng)比選配齒輪，確定各檔齒輪的齒數(shù)； （7） 進(jìn)行齒輪，軸，軸承等零件的壽命計(jì)算或強(qiáng)度，剛度計(jì)算； （8） 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖和零件圖。 3.2 變速箱結(jié)構(gòu)的選擇 選擇輸入軸，輸出軸，中間軸都在同一平面內(nèi)的平面型組成式變速箱。 3.3 根據(jù)總體計(jì)算確定擋位數(shù)與各檔傳動(dòng)比 由變速箱設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)知擋位數(shù)為十個(gè)前進(jìn)檔和兩個(gè)倒退檔；各檔傳動(dòng)比為： 檔 次 計(jì) 算 式 傳 動(dòng) 比 慢Ⅰ 296.89÷（53÷13×72÷14） 14.16 慢Ⅱ 241.29÷（53÷13×72÷14） 11.51 慢Ⅲ 189.96÷（53÷13×72÷14） 9.06 慢Ⅳ 115.54÷（53÷13×72÷14） 5.51 慢Ⅴ 84.41÷（53÷13×72÷14） 4.03 快Ⅰ 64.73÷（53÷13×72÷14） 3.09 快Ⅱ 52.31÷（53÷13×72÷14） 2.50 快Ⅲ 41.18÷（53÷13×72÷14） 1.96 快Ⅳ 25.05÷（53÷13×72÷14） 1.20 快Ⅴ 18.30÷（53÷13×72÷14） 0.87 倒Ⅰ 295.88÷（53÷13×72÷14） 14.12 倒Ⅱ 85.83÷（53÷13×72÷14） 4.09 3.4 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍 中心距的確定 中心距是影響變速箱大小和重量的決定因素，應(yīng)盡量縮小，但受齒輪強(qiáng)度，軸承壽命以及由軸的尺寸所確定的齒輪最小直徑的限制。通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選中心距： Ａ＝ （mm) （3-1） 式中 ——變速箱輸出軸計(jì)算扭矩; ——中心系數(shù)。 則A==34.9×=147.5 mm 3.5 草擬變速箱的傳動(dòng)方案 根據(jù)檔數(shù)，速度變化范圍和各檔傳動(dòng)比及總體布置的要求，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，繪制出傳動(dòng)簡(jiǎn)圖。 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖（3-1）所示。 3.6 變速箱主要參數(shù)的確定 3.6.1 齒輪模數(shù)的確定 在直徑，寬度一定時(shí)，齒輪的彎曲強(qiáng)度隨模數(shù)減小而降低，而接觸強(qiáng)度并不降低，反而因齒數(shù)和重合度的增加而有所改善。所以在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下應(yīng)盡量采用較小模數(shù)。本設(shè)計(jì)為使制造方便，采用一種模數(shù),且m=5. 3.6.2 齒輪壓力角的確定 我國(guó)和許多國(guó)家都把齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角規(guī)定為，因此變速箱普遍采用壓力角。取=。 3.6.3 齒寬的確定 齒寬b=m.齒寬系數(shù)一般取4—6，平均可取5.主要工作檔取較大值。 變速箱內(nèi)各齒輪的齒寬為： 齒輪 計(jì)算式 齒寬（mm) 常吻主動(dòng)齒輪 b=m=8.6×5 43 常吻從動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 二速主動(dòng)齒輪 b=m=4.6×5 23 二速滑動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 四速滑動(dòng)齒輪 b=m=4.2×5 21 四速主動(dòng)齒輪 b=m=4.2×5 21 五速主動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 五速滑動(dòng)齒輪 b=m=4.2×5 21 三速滑動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 三速主動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 一速主動(dòng)齒輪 b=m=4.4×5 22 一速及倒速滑動(dòng)齒輪 b=m=4.6×5 23 倒速主動(dòng)齒輪 b=m=5.4×5 27 輸力傳動(dòng)中間齒輪 b=m=4.0×5 20 倒速中間齒輪 b=m=6.4×5 32 3.6.4 相齒合齒輪的齒數(shù)和 =2/m. (3-2) 當(dāng)算出的太小而不能滿足速度變化比值的要求時(shí)，可增大,相應(yīng)縮小模數(shù)或適當(dāng)增大中心距。 =2/m=2×147.5÷5=59 3.7 選配齒輪 選配齒輪就是確定各檔齒輪的齒數(shù)。 （1） 選定中心距。由之前的中心距計(jì)算知：Ａ=147.5mm. （2） 確定常嚙合齒輪副與快Ⅰ檔換擋齒輪的傳動(dòng)比，，取=2.11，則=3.09÷2.11=1.46。取常吻主動(dòng)齒輪的齒數(shù)為19，則常吻從動(dòng)齒輪的齒數(shù)為1.46×19=40.一速主動(dòng)齒輪的齒數(shù)為:59÷(1+1.46)=24,一速及倒速滑動(dòng)齒輪的齒數(shù)為：59-24=35.以此類(lèi)推，可得各齒輪的齒數(shù)見(jiàn)下表： 齒輪 常吻主動(dòng)齒輪 常吻從動(dòng)齒輪 二速主動(dòng)齒輪 二速滑動(dòng)齒輪 四速滑動(dòng)齒輪 齒數(shù) 20 39 27 32 31 齒輪 四速主動(dòng)齒輪 五速主動(dòng)齒輪 五速滑動(dòng)齒輪 三速滑動(dòng)齒輪 三速主動(dòng)齒輪 齒數(shù) 37 41 17 39 20 齒輪 一速主動(dòng)齒輪 一速及倒速滑動(dòng)齒輪 倒速主動(dòng)齒輪 輸力傳動(dòng)中間齒輪 倒速中間齒輪 齒數(shù) 24 35 18 25 31 3.8 變速箱主要零件的計(jì)算 3.8.1 齒輪的計(jì)算 常吻主動(dòng)齒輪的計(jì)算如下： (1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： (3-3) 式中 ——接觸應(yīng)力； ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)； ——材料系數(shù)； ——重合度系數(shù)； ——齒數(shù)比； ——主動(dòng)齒輪的分度圓直徑； ——齒寬； ——載荷系數(shù)，且 = ——主動(dòng)齒輪傳遞的名義轉(zhuǎn)矩，且 =9.55×× (3-4) ——主動(dòng)齒輪傳遞的功率； ——主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速。 假定離合器的效率為=0.98，滾動(dòng)軸承效率為=0.99，聯(lián)軸節(jié)的效率為=0.99.則傳遞到常吻主動(dòng)齒輪的效率為： ==0.94 =4.103×0.94=3.86kw =1500r/min 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得則 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得而則有 而許用接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)力為： （3-5） 式中 ——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限比； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)； ——接觸強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)。 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：則 故兩齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足條件。其它各對(duì)齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度類(lèi)似計(jì)算。 (2) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為： （3-6） 式中 ——彎曲應(yīng)力； ——齒根危險(xiǎn)截面的彎曲應(yīng)力； ——應(yīng)力校正系數(shù)； ——齒形系數(shù)； ——重合度系數(shù)； ——模數(shù)。 由上面的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算可知：又而又查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：對(duì)于常吻主動(dòng)齒輪，由于齒數(shù)為19，查表得對(duì)于常吻從動(dòng)齒輪，由于齒數(shù)為40，查表得 則常吻主動(dòng)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度為： 常吻從動(dòng)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度為： 許用彎曲疲勞強(qiáng)度應(yīng)力為： （3-7） 式中 ——試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； ——彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)； ——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)取 ——彎曲強(qiáng)度計(jì)算的最小安全系數(shù)。 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 則 由于所以兩齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足條件。其它各對(duì)齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度類(lèi)似計(jì)算。 3.8.2 軸的計(jì)算 當(dāng)變速箱的檔位為快Ⅰ檔時(shí)，第二軸上的齒輪只有一，倒速滑動(dòng)齒輪參與傳動(dòng)。計(jì)算此時(shí)第二軸的強(qiáng)度。 按彎扭合成應(yīng)力校核該軸的強(qiáng)度。 ①求作用在齒輪上的力 <1>求作用在一，倒速滑動(dòng)齒輪上的力 先求出與一，倒速滑動(dòng)齒輪相嚙合的一速主動(dòng)齒輪上的力和。 假定齒輪嚙合效率為0.97，則從發(fā)動(dòng)機(jī)傳到一速主動(dòng)齒輪上的效率為： <2>求作用在圓弧錐齒輪上的力 圓弧錐齒輪齒面上的法向力可分為圓周力，垂直節(jié)錐母線的力 和沿節(jié)錐母線的力，且 （3-8） 式中 ——主動(dòng)齒輪的計(jì)算扭矩； ——主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑。 （3-9） （3-10） 主動(dòng)錐齒輪徑向力為： （3-11） 主動(dòng)錐齒輪軸向力為： （3-12） 式中 ——中點(diǎn)螺旋角； ——法向壓力角； ——節(jié)錐角； 。則 而。代入（3-9），（3-10），（3-11），（3-12）得： ②求作用在軸上的力 水平面內(nèi)支反力： 解得： 垂直面內(nèi)支反力： 解得: ③求出總彎矩 水平面的彎矩: 垂直面的彎矩: 總彎矩: （3-13） 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： ④求出扭矩 扭矩 （3-14） 式中 ——第二軸的輸出扭矩； ——考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特性差異系數(shù)。 查手冊(cè)得。則 ⑤對(duì)彎矩，扭矩進(jìn)行合成 （3-15） ⑥校核軸的強(qiáng)度 （3-16） 式中 ——軸的抗彎截面模量。且 （3-17） 最危險(xiǎn)截面的校核： 而查表得：。為軸的許用彎曲應(yīng)力。所以。故安全。 3.8.3 軸承的計(jì)算 變速箱中采用滾動(dòng)軸承。徑向球軸承由于價(jià)格便宜，能承受一定的軸向力，對(duì)軸的變形不敏感，應(yīng)用最廣，但其額定負(fù)荷較小。因而在載荷大，尺寸受限時(shí)往往采用圓柱滾子軸承，其支承剛度較大，但對(duì)軸的變形較敏感，且不能承受軸向力。當(dāng)要求承載能力大且須承受小量軸向力時(shí)，采用雙列向心球面滾子軸承。圓錐滾子支承由于價(jià)格較貴且需調(diào)整，一般只用在輸出軸以承受中央傳動(dòng)的軸向力。 （1）滾動(dòng)軸承的疲勞壽命計(jì)算 對(duì)第二軸上的圓柱滾子軸承進(jìn)行壽命校核。軸承的壽命()公式為： (3-18) 式中 ——溫度系數(shù)； ——軸承的轉(zhuǎn)速； ——滾動(dòng)軸承的基本額定負(fù)荷； ——壽命指數(shù)； ——當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷。 查表得：。 式中 ——發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速； ——傳動(dòng)比。 則 對(duì)于只能承受純徑向負(fù)荷的向心圓柱滾子軸承： 式中 ——負(fù)荷系數(shù)； ——軸承所承受的徑向負(fù)荷。 查表得：。 則 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：。而。為預(yù)期計(jì)算壽命。所以，故滿足條件。 （2） 極限轉(zhuǎn)速校核 對(duì)第二軸上的圓柱滾子軸承進(jìn)行極限轉(zhuǎn)速校核，校核的條件為： （3-19） 式中 ——滾動(dòng)軸承的最大工作轉(zhuǎn)速； ——滾動(dòng)軸承的極限轉(zhuǎn)速； ——負(fù)荷系數(shù)； ——負(fù)荷分布系數(shù)。 查表得：。 當(dāng)檔位為快Ⅴ檔時(shí)，傳動(dòng)比最小，則此時(shí)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)速最大。則 查設(shè)計(jì)手冊(cè)得：。所以。故滿足條件。 4 主要零件的布置要點(diǎn)及倒檔和減速器的布置方案 4.1 變速箱主要零件的布置要點(diǎn) （1）將輸入軸，輸出軸布置在同一平面內(nèi)以縮小橫向尺寸。 (2)在空擋時(shí)換擋齒輪間的軸向間隙2~3mm. （3）齒輪斷面距不加工的殼體內(nèi)壁不小于5mm. （4）為減少軸的變形，將受力大的齒輪布置在靠近軸承處。 （5）為防止倒檔時(shí)齒輪干涉齒輪的頂圓不應(yīng)相交及相切。 （6）合理安排齒輪，縮小軸向長(zhǎng)度。 4.2 倒檔和減速器的布置方案 4.2.1 倒檔布置方案 倒檔一般布置在主變速部分。為了得到倒檔，一般須增加兩個(gè)專(zhuān)用齒輪。本設(shè)計(jì)拖拉機(jī)變速箱倒檔布置方案如圖（4-1）所示，圖中O1，O2，O3分別表示主變速部分的主動(dòng)軸，從動(dòng)軸和倒檔軸，A,B為兩個(gè)專(zhuān)用齒輪。將A,B分別設(shè)置在主動(dòng)軸和倒檔軸上。 4.2.2 減速器布置方案 當(dāng)兩級(jí)變速組成的組成式變速箱難以滿足大的速度變化比值要求時(shí)，往往需另加一個(gè)減速器以降低速度。當(dāng)變速箱變速箱之前后有足夠空間時(shí)，可以在該處裝減速器。如該處沒(méi)有足夠空間，則安裝在變速箱的側(cè)面。鐵牛--55的減速器由于在變速箱變速箱之前后沒(méi)有足夠空間，將減速器安裝在變速箱的側(cè)面。 5 變速箱殼和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1 變速箱殼的設(shè)計(jì) 輪式拖拉機(jī)變速箱一般都與傳動(dòng)殼體做成一體，但也可以是分開(kāi)的。當(dāng)變速箱殼和中央傳動(dòng)殼是兩體時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須有可靠的定位裝置和足夠的連接螺釘以保證中央傳動(dòng)錐齒輪的正確齒合。定位裝置可以用（a）軸承外圈：定位精度高而剛度較差。（b)軸承座：定位精度較差。（c)車(chē)出大止口，后橋殼加工較困難，剛度也受影響。（d)定位銷(xiāo)：定位精度差。 變速箱材料是HT20-40.壁厚8mm。箱殼外壁應(yīng)平整，加強(qiáng)筋鑄在內(nèi)壁，筋的布置應(yīng)考慮箱體上的載荷方向，并應(yīng)注意不妨礙油液流動(dòng)。箱殼上部開(kāi)口處做成收口，以提高箱體的剛度。為制造方便，應(yīng)盡量減少箱體內(nèi)部的隔墻和臺(tái)座。箱體的尺寸應(yīng)盡量縮小。箱體清砂后涂以防止殘砂在使用中掉出。 本設(shè)計(jì)將變速箱殼與傳動(dòng)殼體做成一體。 殼體的主要位置精度要求如下表所示： 精 度 名 稱 精度范圍 中間軸對(duì)輸入軸（或輸出軸）軸線不平行度 0.035~0.07 倒檔軸對(duì)輸入軸（或輸出軸）軸線不平行度 0.02~0.05 同一軸線上各孔的不同軸度 0.02~0.05 端面對(duì)相關(guān)中心線不垂直度 0.03/100~0.05/100 平面不平度 0.1~0.15 變速滑桿孔對(duì)滑動(dòng)齒輪軸孔軸線不平行度 0.05/100~0.07/100 5.2 變速箱操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.2.1換擋機(jī)構(gòu) 換擋機(jī)構(gòu)包括變速桿，變速滑桿和拔叉。變速桿采用直徑為30~50mm的球支座，用彈簧將變速桿上的球緊壓在球座上。當(dāng)變速桿是彎桿時(shí)，須在支座上裝銷(xiāo)子以防止變速桿繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。 普遍采用兩根變速桿以分別操縱主，副變速箱，但也可用一桿操縱。當(dāng)用一桿操縱時(shí)，為了拔動(dòng)副變速齒輪，必須先把主變速齒輪拔到空擋;如果擋位的排列是插花換擋而不是順序換擋，操縱較麻煩；如果是順序換擋，則只有個(gè)別檔換擋麻煩。 此設(shè)計(jì)采用彎桿變速桿一桿操縱。 5.2.2鎖定機(jī)構(gòu) 鎖定機(jī)構(gòu)用以將滑桿和拔叉鎖定在一定的位置，以防止自動(dòng)掛檔和自動(dòng)脫檔。一般用一個(gè)受有9~16kgf彈簧力壓緊的鋼球或銷(xiāo)來(lái)夾緊。換擋時(shí)須施加一定的軸向力才能移動(dòng)齒輪。 由于花鍵和齒輪加工不準(zhǔn)確以及軸的變形，齒輪受力后在花鍵上處于輕微歪斜狀態(tài)，造成花鍵各個(gè)齒上傳力不均;又由于轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有局部的相對(duì)移動(dòng)，因摩擦而引起軸向力。另外由于齒面磨損不均出現(xiàn)斜度也會(huì)引起軸向力。當(dāng)軸向力達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)自動(dòng)脫檔。常用的防止脫檔辦法有： 1）加大鎖定彈簧的力，但這會(huì)使操縱力增加。 2）采用和離合器踏板聯(lián)動(dòng)的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。 3）采用所謂不等厚花鍵，使花鍵側(cè)面形成0.1~0.3mm高的臺(tái)階以阻止齒輪移動(dòng)。 4）從根本上減少軸向力的措施是提高軸和花鍵孔的制造精度，減少定位表面的徑向間隙，減少齒輪和花鍵的齒向誤差，減少輪轂在熱處理時(shí)的收縮不均。 鎖定機(jī)構(gòu)包括自鎖機(jī)構(gòu)，互鎖機(jī)構(gòu)和聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。本拖拉機(jī)變速箱設(shè)計(jì)了互鎖機(jī)構(gòu)和聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)。 （1）互鎖機(jī)構(gòu) 用于防止同時(shí)掛兩個(gè)檔。有的在變速桿球頭下裝置帶缺槽的導(dǎo)向框板，有的采用使兩變速滑桿不能同時(shí)離開(kāi)中立位置的互鎖銷(xiāo)。本設(shè)計(jì)采用在變速桿球頭下裝置帶缺槽的導(dǎo)向框板。 （2）聯(lián)鎖機(jī)構(gòu) 聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)是一種防止自動(dòng)脫檔和離合器未徹底分離就進(jìn)行掛檔的機(jī)構(gòu)。 參考文獻(xiàn) [1] 林幕義，張福生主編. 車(chē)輛底盤(pán)構(gòu)造與設(shè)計(jì). 冶金工業(yè)出版社，2007 [2] 拖拉機(jī)編輯部主編.拖拉機(jī)設(shè)計(jì)和計(jì)算.上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版，1979 [3] 朱龍根主編.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社 ，1997.11 [4] 吉林工業(yè)大學(xué)，北京農(nóng)機(jī)學(xué)院，洛陽(yáng)農(nóng)機(jī)學(xué)院等合編.拖拉機(jī)地盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1974 [5] 化學(xué)工業(yè)部人事教育司，化學(xué)工業(yè)部教育培訓(xùn)中心組織編寫(xiě).公差與配合.化學(xué)工業(yè)出版社，1996 [6] 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在這里首先要感謝我的導(dǎo)師黎靜老師。黎老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是俞老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩俞老師的專(zhuān)業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝我的一些同學(xué)，他們?cè)谖易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，給予了很多幫助。 然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我打下了做此畢業(yè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 最后感謝工學(xué)院和我的母?！鬓r(nóng)業(yè)大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的大力栽培。 附 錄 1. 各檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.1 慢Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.2 慢Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.3 慢Ⅲ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.4 慢Ⅳ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.5 慢Ⅴ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.6 快Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.7 快Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.8 快Ⅲ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.9 快Ⅳ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.10 快Ⅴ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.11 倒Ⅰ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 1.12 倒Ⅱ檔的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 2 變速箱各檔次的傳動(dòng)路線及傳動(dòng)比 檔次 傳 動(dòng) 路 線 傳動(dòng)比 慢Ⅰ 40/19×36/20×41/16×35/24 14.16 慢Ⅱ 40/19×36/20×41/16×32/27 11.51 慢Ⅲ 40/19×36/20×41/16×28/30 9.06 慢Ⅳ 40/19×36/20×41/16×21/37 5.51 慢Ⅴ 40/19×36/20×41/16×17/41 4.03 快Ⅰ 40/19×35/24 3.09 快Ⅱ 40/19×32/27 2.50 快Ⅲ 40/19×28/30 1.96 快Ⅳ 40/19×21/37 1.20 快Ⅴ 40/19×17/41 0.87 倒Ⅰ 40/19×36/20×41/16×25/18×35/25 14.12 倒Ⅱ 40/19×25/18×35/25 4.09 3 變速箱內(nèi)各齒輪分布圖 4 直齒圓柱齒輪參數(shù) 參數(shù) 名稱 常吻主動(dòng)齒輪 變速箱常吻從動(dòng)齒輪 二速主動(dòng)齒輪 二速滑動(dòng)齒輪 四速滑動(dòng)齒輪 齒數(shù) 20 39 27 32 21 模數(shù) 5 5 5 5 5 齒形角 分度圓直徑 100 195 135 160 105 齒高系數(shù) 1 1 1 1 1 徑向移距系數(shù) — — — — 0.5467 齒頂高 3.75 3.75 3.75 3.75 5.65 齒全高 8.5 8.5 8.5 8.5 8.5 分度圓弧齒厚 7.85 7.85 7.85 7.85