福田雷沃拖拉機(jī)變速箱的設(shè)計含4張CAD圖
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福田雷沃拖拉機(jī)變速箱的設(shè)計
摘 要
我國不僅是農(nóng)業(yè)大國，還是拖拉機(jī)的生產(chǎn)大國和使用大國，我國拖拉機(jī)保有量一直處于世界前列，作為牽引或是驅(qū)動的設(shè)備，拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面都發(fā)揮著重要的作用，隨著科技的發(fā)展，拖拉機(jī)的技術(shù)水平也在不斷提高，變速箱作為拖拉機(jī)中重要的傳動機(jī)構(gòu)，變速箱的技術(shù)始終都是研究的重中之重，可以說變速箱的性能決定了拖拉機(jī)的性能能達(dá)到的高度。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，拖拉機(jī)變速箱的設(shè)計制造也逐步改善，由依賴國外先進(jìn)技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，形成具有我國特色的拖拉機(jī)變速箱技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
因?yàn)樵谧兯傧渲兄饕鹱饔玫氖莻鲃虞S，齒輪以及滾動軸承，所以在設(shè)計時著重對傳動軸進(jìn)行強(qiáng)度與剛度的校核，對齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，對滾動軸承進(jìn)行使用壽命的計算。變速箱另一組成部分操縱機(jī)構(gòu)由換擋機(jī)構(gòu)和鎖定機(jī)構(gòu)組成，所以在設(shè)計時要進(jìn)行這兩個部分的設(shè)計。
本次設(shè)計對拖拉機(jī)進(jìn)行觀察分析，對各種可能遇到路況進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)一些既定參數(shù)，對變速箱的動力、傳動以及零部件都進(jìn)行了設(shè)計計算，并對設(shè)計方案進(jìn)行論證及零部件的強(qiáng)度校核，設(shè)計計算包括了對傳動比、齒輪的參數(shù)計算，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計計算軸類零件直徑長度等參數(shù)，并對箱體尺寸壁厚進(jìn)行少量計算。最后對齒輪、傳動軸、滾動軸承以及箱體進(jìn)行校核計算，還將在密封潤滑方面完善變速箱的使用性能。
關(guān)鍵字：變速箱；齒輪；軸；軸承；操縱機(jī)構(gòu)；鎖定機(jī)構(gòu)
Abstract
China is not only a big country in agriculture, but also a big country in tractor production and a big country in use. China’s tractor ownership has been at the forefront of the world. As tractors or driving equipment, tractors play an important role in agriculture, industry, etc. Development, the technical level of the tractor is also increasing, the gearbox as an important transmission mechanism in the tractor, transmission technology is always the most important research, it can be said that the performance of the transmission determines the height of the tractor performance can reach . With the development of economy and science and technology, the design and manufacture of tractor gearboxes have also gradually improved, relying on foreign advanced technology to gradually realize independent research and development, and to form a tractor gearbox technology industry with Chinese characteristics.
Because the transmission shaft, gears and rolling bearings are mainly used in the gearbox, the strength and stiffness of the drive shaft are checked during design, the strength of the gear is checked, and the service life of the rolling bearing is calculated. The other component of the gearbox is composed of a shifting mechanism and a locking mechanism. Therefore, the design of these two parts should be carried out during design.
In this design, the tractor is observed and analyzed, and various road conditions that may be encountered are analyzed and summarized. According to some predetermined parameters, the power transmission, transmission and components of the transmission are all calculated and designed, and the design proposal is demonstrated and the components and parts are analyzed. The strength of the check, design calculations include the gear ratio, gear parameter calculation, and based on this design and calculation of the diameter of shaft parts and other parameters, and a small amount of box size wall thickness calculation. Finally, the calculation of gears, transmission shafts, rolling bearings, and housings will be performed. The performance of transmissions will also be improved in terms of seal lubrication.
Keywords: gearbox; gear; shaft; bearing; operating mechanism; locking mechanism
目 錄
第一章 緒 論 1
1.1 變速箱的功用 1
1.2變速箱的類型 1
1.3 變速箱工作原理 2
1.4 拖拉機(jī)變速箱發(fā)展歷史 2
1.5 國內(nèi)拖拉機(jī)變速箱現(xiàn)狀 2
1.6 拖拉機(jī)變速箱的發(fā)展趨勢 2
1.7 課題主要研究內(nèi)容 3
第二章 變速箱的設(shè)計方案 4
2.1 變速箱設(shè)計初始數(shù)據(jù) 4
2.2 變速箱的設(shè)計要求 4
2.3 變速箱的設(shè)計步驟 4
2.4 變速箱的傳動方案 5
2.5 變速箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案 6
第三章 確定變速箱的參數(shù) 8
3.1 變速箱主要參數(shù)的確定 8
3.1.1 確定擋位數(shù)與各擋位傳動比 8
3.1.2 確定中心距 8
3.1.3 確定齒輪模數(shù) 9
3.1.4確定齒輪壓力角 9
3.1.5確定齒輪的寬度 9
3.1.6 確定齒數(shù) 10
3.1.7 齒輪的精度等級和材料 12
3.2 齒輪的校核 12
3.2.1 確定齒輪的徑向尺寸 12
3.2.2 齒輪的強(qiáng)度校核 13
3.3 軸的設(shè)計及校核 17
3.4 軸承的選用及校核 23
3.4.1 軸承的選用 23
3.4.2 軸承使用壽命的計算 23
3.4.3 校核極限轉(zhuǎn)速 24
3.5 花鍵連接強(qiáng)度校核 25
第四章 變速箱附件及箱體 27
4.1 減速組齒輪的布置方案 27
4.2 變速箱箱體 27
4.3 密封裝置選擇 27
4.4 潤滑劑選擇及防銹處理 28
4.5 操縱機(jī)構(gòu) 28
4.6 換擋機(jī)構(gòu) 29
4.7 鎖定機(jī)構(gòu) 29
第五章 結(jié) 論 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
附 錄 34
1 各擋的傳動方案 34
2 變速箱各擋位的傳動路線及傳動比 40
第一章 緒 論
1.1 變速箱的功用
1.實(shí)現(xiàn)汽車變速，改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪的轉(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，如起步、加速、上坡等，同時使發(fā)動機(jī)在有利轉(zhuǎn)速范圍下工作。
2.實(shí)現(xiàn)汽車倒車，由于內(nèi)燃機(jī)不能反轉(zhuǎn)，這樣在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，在變速箱中設(shè)置倒擋，使汽車能倒退行駛。
3.實(shí)現(xiàn)空擋，切斷動力傳遞，以使發(fā)動機(jī)能夠啟動，怠速，便于變速箱換擋和動力輸出。
1.2變速箱的類型
1.按傳動比變化方式可分為有級式變速器，無級式變速器和綜合式變速器三種。
有級式變速器：采用齒輪傳動，具有幾個可選擇的定值傳動比。有軸線固定的普通齒輪變速器和軸線旋轉(zhuǎn)的行星齒輪變速器兩種。
無級式變速器：傳動比可在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可連續(xù)多級變化，有液力式無級變速器（采用液力變矩器）、機(jī)械式無級變速器（金屬帶式）、電力式無級變速器（采用直流串激電動機(jī)）?！ ?
綜合式變速器。由有級式變速器和液力式無級變速器共同組成，其傳動比可以在最大值與最小值之間幾個不同分段的范圍內(nèi)作無級變化。
2.按操縱方式可分為手動操縱式變速器，自動操縱式變速器和半自動操縱式變速器三種。
手動操縱式變速器：是靠駕駛員直接操縱變速桿進(jìn)行換檔。
自動操縱式變速器。傳動比的選擇和換擋是自動進(jìn)行的駕駛員只需操縱加速踏板，變速器就可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷信號和汽車的車速等信號來控制執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)換擋。半自動操縱式變速器?？煞譃閮深悾活愂遣糠謸跷蛔詣訐Q擋，部分擋位手動強(qiáng)制換擋；另一類是預(yù)先用按鈕選定擋位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)自行換擋。
1.3 變速箱工作原理
變速箱又稱變速器，它主要由操縱機(jī)構(gòu)和變速箱箱體，以及安裝在箱體內(nèi)各傳動軸上不同齒數(shù)的齒輪組成。根據(jù)實(shí)際工作需要，將不同的傳動軸上的不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，通過改變傳動比進(jìn)而改變輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到改變車輛速度的目的。并利用兩嚙合齒輪旋轉(zhuǎn)方向相反的原理使從動軸旋轉(zhuǎn)方向相反，從而控制車輛行進(jìn)方向，即不僅能夠使車輛前進(jìn)行駛還能夠?qū)崿F(xiàn)倒擋行駛。變速箱還有一個作用就是保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，車輛能夠處于停止?fàn)顟B(tài)，即實(shí)現(xiàn)空擋。
1.4 拖拉機(jī)變速箱發(fā)展歷史
作為牽引，驅(qū)動的大型設(shè)備，拖拉機(jī)自問世后一直備受青睞，按其變速箱的研制和應(yīng)用順序，主要有3種類型，包括手動變速箱、負(fù)載換擋變速箱、自動變速箱。負(fù)載換擋變速箱在手動變速箱的基礎(chǔ)上解決了換擋時動力中斷的問題，無極變速箱使傳動選擇變得更多，但在舒適度上升的同時，它的傳動效率卻在下降。目前，由于噪音等問題，前兩種變速箱在歐美國家已經(jīng)變得越來越少，他們更青睞無極變速箱，在國際市場上，他們都占有一定份額。
1.5 國內(nèi)拖拉機(jī)變速箱現(xiàn)狀
變速箱始終在傳動系統(tǒng)中扮演者重要的角色，由于變速箱包含的零件眾多，它始終是設(shè)計計算最多的部分，我國是拖拉機(jī)的使用大國，多數(shù)使用在農(nóng)業(yè)方面，但是在變速箱方面，還是國外的品牌占據(jù)大部分的市場，在很多方面，例如運(yùn)輸速度、換擋方式、傳動效率等方面，我國還是與發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距。
1.6 拖拉機(jī)變速箱的發(fā)展趨勢
1.擋位數(shù)目多樣化，增加擋位數(shù)不僅可以降低拖拉機(jī)的油耗，還能提升拖拉機(jī)的動力，使拖拉機(jī)獲得更多的傳動比分配。
2.噪音最小化，在保證工作效率的同時減小噪聲。
3.采用電子控制，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制，提高變速箱的性能。
4.實(shí)現(xiàn)多級自動化，根據(jù)車速等信息以最合適傳動路線自動換到最佳擋位。
1.7 課題主要研究內(nèi)容
由于國內(nèi)拖拉機(jī)多用于農(nóng)業(yè)，為充分利用變速箱動力，將多設(shè)置擋位，本次設(shè)計將選取10+2的擋位選擇，換擋方式選擇國內(nèi)拖拉機(jī)常見的一桿操縱直接換擋的方式。通過中心距的計算確定變速器尺寸，后續(xù)確定傳動方案，操縱方案以及各零部件的尺寸，并從多個方面完善變速箱的整體性能，從設(shè)計的角度使它變得更有競爭力。
第2章 變速箱的設(shè)計方案
2.1 變速箱設(shè)計初始數(shù)據(jù)
1）拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)輸出扭矩為；
2）拖拉機(jī)各擋位行進(jìn)速度
表2-1 拖拉機(jī)各擋位行進(jìn)速度表
3）拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)額定功率：;
4）拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速：。
2.2 變速箱的設(shè)計要求
1.根據(jù)上述初始數(shù)據(jù)，該拖拉機(jī)有十個前進(jìn)擋，兩個倒退擋，拖拉機(jī)在作業(yè)時各擋位的傳動比必須滿足行進(jìn)速度和牽引力的要求。
2.變換擋位操作方便快捷，不允許出現(xiàn)掛不上擋或同時掛兩個擋，自動脫擋以及跳擋的現(xiàn)象。
2.3 變速箱的設(shè)計步驟
1.收集和研究相關(guān)資料；
2.根據(jù)工作環(huán)境以及特點(diǎn)選擇變速箱的結(jié)構(gòu)形式；
3.根據(jù)原始參數(shù)確定擋位數(shù)并計算各擋位傳動比；
4.根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍；
5.確定變速箱的總體傳動方案；
6.確定變速箱的主要參數(shù)；
7.根據(jù)變速箱的傳動比選配齒輪，確定各擋齒輪的齒數(shù)；
8.進(jìn)行齒輪，軸，軸承等零件的強(qiáng)度，剛度計算或壽命計算；
9.進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制草圖，裝配圖以及零件圖，編寫設(shè)計計算說明書；
10.設(shè)計總結(jié)和答辯。
2.4 變速箱的傳動方案
考慮到變速箱擋位數(shù)，速度變化范圍，各擋位傳動比以及變速箱總體布置的要求，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，繪制出傳動簡圖。如圖2-1所示
2.5 變速箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案
（1）為了縮小變速箱尺寸，將輸入軸，輸出軸布置在同一水平面內(nèi)；
（2）當(dāng)變速箱處于空擋狀態(tài)時，保證齒輪間的軸向間隙為以便于進(jìn)行換擋；
（3）齒輪端面距箱體內(nèi)壁不小于；
（4）為了減少傳動軸的形變，將受載荷較大的齒輪安排在靠近軸承處；
（5）合理利用齒數(shù)比安排齒輪位置，以減小傳動軸的軸向尺寸；
（6）為防止齒輪干涉現(xiàn)象的發(fā)生，齒輪的齒頂圓不可以相交或相切。
第三章 確定變速箱的參數(shù)
3.1 變速箱主要參數(shù)的確定
3.1.1 確定擋位數(shù)與各擋位傳動比
根據(jù)變速箱設(shè)計初始數(shù)據(jù)知擋位數(shù)為十個前進(jìn)擋和兩個倒退擋。
選取帶輪直徑，各擋位總傳動比的計算公式如下
（3-1）
式中
將上述拖拉機(jī)原始參數(shù)代入式（3-1）得到各擋位總傳動比見下表
表3-1 各擋位總傳動比
檔 位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
倒
慢 擋
快 擋
3.1.2 確定中心距
中心距是變速箱設(shè)計的一個重要的參數(shù)，它主要影響變速箱的尺寸和質(zhì)量，為減小變速箱尺寸，在能夠滿足使用條件下應(yīng)盡量取最小值，但為了要保證齒輪和軸的強(qiáng)度，中心距又不能太小，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式初選中心距：
（3-2）
式中
則
3.1.3 確定齒輪模數(shù)
齒輪模數(shù)是決定齒輪尺寸大小的重要基本參數(shù)，在齒輪齒數(shù)一定時，齒輪徑向尺寸隨齒輪模數(shù)的增大而增大。在齒輪分度圓直徑和寬度一定時，齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度隨模數(shù)增大而增強(qiáng)，但接觸疲勞強(qiáng)度無明顯變化，卻因齒輪齒數(shù)和重合度的增加而有所增強(qiáng)。所以在設(shè)計時，在能夠滿足齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度的前提條件下要盡量選用較小模數(shù)。本設(shè)計考慮到為使齒輪便于制造，所有齒輪均采用同一種模數(shù),取。
3.1.4確定齒輪壓力角
齒輪壓力角是齒輪漸開線上的點(diǎn)法向方向與該點(diǎn)速度方向所成夾角，壓力角較大時，可以提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度，壓力角較小時，可以降低齒輪傳動的噪聲，獲得更為平穩(wěn)的齒輪傳動，但會降低齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。在變速箱中多采用的壓力角為或，本次設(shè)計選取齒輪壓力角。
3.1.5確定齒輪的寬度
齒輪的齒寬系數(shù)取值較大的時候可使中心距及直徑減小，能夠有效的增加齒輪的承受載荷能力，但如果增加到一定程度后，會使載荷分布不均，降低承載能力。因此，在變速箱的設(shè)計中，一般都是確保齒輪在滿足要求的情況下取較小值。從而優(yōu)化變速箱的結(jié)構(gòu)。
齒寬。式中齒寬系數(shù)計算直齒齒輪時一般取4～8，為齒輪模數(shù)，因?yàn)樵谘b配時必然存在無法消除的裝配誤差，在節(jié)省材料的同時還要保證設(shè)計的齒輪寬度滿足使用要求，現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的方法是，在制造時將小齒輪較大齒輪略寬。
變速箱內(nèi)各齒輪的齒寬見下表。（計算結(jié)果取整數(shù)）
3.1.6 確定齒數(shù)
計算相互嚙合的齒輪副齒數(shù)和
(3-3)
如果計算出的設(shè)計值太小而不能滿足速度變化要求，則可以增加該值，相應(yīng)地減小模數(shù)，或者增加預(yù)選中心距。
根據(jù)各擋位總傳動比確定各個相互嚙合的齒輪副傳動比進(jìn)而確定各齒輪的齒數(shù)。
齒輪傳動各級傳動比分配原則：大體原則是使各級傳動比基本相等，齒面接觸疲勞強(qiáng)度相等，使變速箱尺寸和重量最小，大齒輪浸油深度基本相等。
對于二級齒輪傳動傳動比分配可由下圖查得
圖3-1 二級齒輪傳動傳動比分配
對于三級齒輪傳動傳動比分配可由下圖查得
圖3-2 三級齒輪傳動傳動比分配
當(dāng)拖拉機(jī)處于快Ⅰ擋位時，變速箱常吻齒輪副和一擋齒輪副參與傳動，取
選取常吻主動齒輪的齒數(shù)為19，則常吻從動齒輪的齒數(shù)為.所以可以確定一擋主動齒輪的齒數(shù)為:,則與之嚙合的一擋及倒擋滑動齒輪的齒數(shù)為：.按此方法計算，就可以確定余下所有齒輪的齒數(shù)，具體結(jié)果見下表：
3.1.7 齒輪的精度等級和材料
對于拖拉機(jī)，齒輪的精度等級范圍是6～8，選用7級精度。
對于汽車變速箱材料，通常選用，齒面硬度217HBS。經(jīng)滲碳淬火處理。
3.2 齒輪的校核
3.2.1 確定齒輪的徑向尺寸
由于前面已經(jīng)確定了齒輪的模數(shù)，齒數(shù)，齒輪寬度和壓力角等系列參數(shù)，由上述參數(shù)可以確定齒輪分度圓直徑，齒頂圓直徑，齒根圓直徑等參數(shù)。
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
95
105
82.5
160
170
147.5
155
165
142.5
85
95
72.5
195
205
182.5
175
185
162.5
155
165
142.5
90
100
77.5
120
130
107.5
100
110
87.5
205
215
192.5
185
195
172.5
125
135
112.5
135
145
122.5
200
210
187.5
3.2.2 齒輪的強(qiáng)度校核
1.常吻主動齒輪的設(shè)計及校核：
（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式：
(3-4)
式中 ；
；
；
；
；
；
；
(3-5)
；
。
計算變速箱的動力傳遞到常吻主動齒輪的效率
為離合器的效率，為滾動軸承的效率，為聯(lián)軸器的效率。
所以則有
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-2,圖10-8，表10-3，表10-4得則
根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-20，表10-5得，
根據(jù)文獻(xiàn)[1]計算重合度系數(shù)
重合度系數(shù)：
而。
則有
而許用接觸疲勞強(qiáng)度應(yīng)力為：
（3-6）
式中 ；
；
。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-25得
計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ：
（3-7）
根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-23得：，
取失效概率為1%，安全系數(shù)，則
取和中較小者作為該齒輪副的齒面接觸疲勞許用應(yīng)力，即
因?yàn)?，所以該齒輪副的齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足使用條件。
（2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核公式為：
（3-8）
式中 ；
；
；
；
；
，
。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表10-3圖10-13得到
所以根據(jù)前面齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算可知：
又因?yàn)?，而?
由于齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)與齒輪齒數(shù)有關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-17，齒輪齒數(shù)為的，有
齒輪齒數(shù)為的，有
代入上述所查得的各項(xiàng)參數(shù)
則彎曲疲勞強(qiáng)度為：
彎曲疲勞強(qiáng)度為：
許用彎曲疲勞強(qiáng)度應(yīng)力為：
（3-9）
式中 ；
；
。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-24得
根據(jù)文獻(xiàn)[1]圖10-22得
選取彎曲疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)
則有
因?yàn)?，所以該齒輪副的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足使用條件。
2.其它各對齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度按上述方法計算。為節(jié)省篇幅，在此省略計算過程，計算結(jié)果均滿足使用條件。
3.3 軸的設(shè)計及校核
1.輸出軸的設(shè)計及校核
（1）計算軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
計算動力從發(fā)動機(jī)傳遞到一擋主動齒輪上的效率
為離合器的效率，為滾動軸承的效率，為聯(lián)軸器的效率, 為齒輪嚙合的傳動效率，則有
（2）計算作用在齒輪上的力
①求作用在一擋及倒擋滑動齒輪上的力
首先要求出與一擋及倒擋滑動齒輪相嚙合的一擋主動齒輪上的圓周力和徑向力。
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
（3-10）
式中 ；
。
（3-11）
（3-12）
則主動錐齒輪徑向力為：
（3-13）
軸向力為：
（3-14）
式中 ；
；
；
。
則有
將
。
代入上述式（3-11），（3-12），（3-13），（3-14）計算得到：
，，，
（3）初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)文獻(xiàn)[1]表15-3，取，于是得
（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
為保證軸的承載能力以及滑移齒輪的軸向移動，將輸入軸制成齒輪軸，中間軸和輸出軸均采用花鍵連接，設(shè)計時保證最小軸徑。
輸入軸直徑，中間軸直徑，輸出軸直徑。
（5）計算軸上載荷
當(dāng)變速箱的擋位時，輸出軸上的齒輪只有參與傳動。計算此時輸出軸的強(qiáng)度。
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)做出軸的載荷分析圖（圖3-3）
①：
解得：
②：
解得:
（6）計算彎矩
:
:
總彎矩:
（3-15）
代入上述計算結(jié)果得：
（7）計算轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)矩
（3-16）
式中 ；
。
取。則
（8）對彎矩，扭矩進(jìn)行合成
（3-17）
（9）校核軸的強(qiáng)度
（3-18）
式中 。
（3-19）
最危險截面的校核：
根據(jù)文獻(xiàn)[1]表15-1得：。為軸的許用彎曲應(yīng)力。所以。故安全
圖3-3 軸的載荷分析圖
2.其余各軸的校核均按上述過程計算，為節(jié)省篇幅，在此省略計算過程，計算結(jié)果均滿足使用條件。
3.4 軸承的選用及校核
3.4.1 軸承的選用
由于齒輪為直齒圓柱齒輪，軸上載荷主要徑向載荷，深溝球軸承主要承受徑向載荷，同時也能承受較小的軸向載荷，可大批量生產(chǎn)，價格便宜。
根據(jù)軸徑，選用型號為6207,6209,6211等深溝球軸承。
3.4.2 軸承使用壽命的計算
1.滾動軸承的疲勞壽命計算
計算軸承的預(yù)計使用壽命
對輸出軸上的深溝球軸承進(jìn)行壽命校核。軸承的壽命()公式為：
(3-18)
式中 ；
；
；
；
。
：。
式中 ；
。
則
對于深溝球軸承，因?yàn)檫@類軸承主要承受徑向載荷，則有
式中 ；
。
根據(jù)文獻(xiàn)[1]得：。則
則
根據(jù)文獻(xiàn)[1]得：。
而。為預(yù)期計算壽命。所以，故輸出軸上的滾動軸承滿足使用要求。
3.4.3 校核極限轉(zhuǎn)速
對輸出軸上的進(jìn)行極限轉(zhuǎn)速校核，校核的條件為：
（3-19）
式中 ；
；
；
。
根據(jù)文獻(xiàn)[2]得：。
當(dāng)拖拉機(jī)處于快Ⅴ擋擋位時，變速箱的總傳動比最小，輸出軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值，則此時滾動軸承轉(zhuǎn)速也最大。校核此時的極限轉(zhuǎn)速。
則有
根據(jù)文獻(xiàn)[2]得：。所以。故輸出軸上的滾動軸承滿足使用要求。
綜上，通過對滾動軸承使用壽命的計算以及極限轉(zhuǎn)速的校核，可以確定采用深溝球軸承能夠滿足使用要求。
其它軸上的滾動軸承使用壽命計算方法與上述方法相同，當(dāng)拖拉機(jī)處于快Ⅴ擋位時，此時輸出軸轉(zhuǎn)速是變速箱所有狀態(tài)中轉(zhuǎn)速最高的時候，所以在進(jìn)行極限轉(zhuǎn)速的校核是只校核這一種情況即可。
3.5 花鍵連接強(qiáng)度校核
傳動軸與齒輪連接方式采用矩形花鍵連接，根據(jù)連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作要求選擇花鍵尺寸，矩形花鍵的受力情況如圖3-4所示，
圖3-4 矩形花鍵的受力情況
對輸出軸花鍵進(jìn)行校核，校核公式
（3-20）
式中： ——載荷分布不均系數(shù)，一般取
——花鍵齒數(shù)，
——齒的工作長度，
——花鍵齒側(cè)面的工作高度，
——花鍵平均直徑，
——傳遞的轉(zhuǎn)矩
——作用在工作面的合力，
——花鍵連接許用壓力，
則
由于，所以花鍵連接滿足使用條件。
第四章 變速箱附件及箱體
4.1 減速組齒輪的布置方案
如果輸入軸的動力經(jīng)過變速箱兩級變速仍無法使速度達(dá)到理想值，這時通常安裝減速齒輪即減速器。減速器的安裝位置沒有硬性要求，取決于變速箱前后的空間大小，若變速箱前后有空間且此空間足矣，可以將減速器安裝在此空間內(nèi)。若此空間不足以安裝減速器，則可以將減速器安裝在變速箱的側(cè)面。本變速箱設(shè)計將減速器安裝在側(cè)面。
4.2 變速箱箱體
箱體是一個架構(gòu)和受力復(fù)雜的零件，是用來支持和固定軸系零件以保證傳動件的嚙合精度，為減少加工難度和經(jīng)濟(jì)性考慮，本次設(shè)計在保證箱體具有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)緊湊的同時，將進(jìn)行簡化設(shè)計，縱向和橫向尺寸根據(jù)減速器縱、橫齒輪進(jìn)行計算，材料選取，最低抗拉強(qiáng)度，灰鑄鐵抗拉強(qiáng)度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好，適用于鑄造箱體。取壁厚。整體結(jié)構(gòu)接近于長方體，節(jié)省加工成本，并針對于倒檔軸處加成橫向尺寸，結(jié)構(gòu)形式上選擇為剖分式，分為箱體，箱蓋以及固定操縱機(jī)構(gòu)的端蓋。
在輸入軸和輸出軸外伸處，為了防止灰塵、水汽等雜質(zhì)進(jìn)入箱體，引起零件的磨損和腐蝕，應(yīng)在軸承蓋孔處設(shè)置密封裝置。
為了提高軸承座端蓋剛度還應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)肋，兩側(cè)連接螺栓應(yīng)盡量靠近。
設(shè)計鑄造箱體時，箱體上的加工面和非加工面需要嚴(yán)格區(qū)分開，其中加工面需要高出非加工面，并且同一面的加工面位于同一平面，利于一次調(diào)整加工。
4.3 密封裝置選擇
為防止變速箱內(nèi)工作環(huán)境影響軸系零件工作，在軸承端蓋處進(jìn)行密封處理，本次設(shè)計選擇旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈中的B型內(nèi)包骨架型，操縱機(jī)構(gòu)處軸端處采用防塵罩防止煙塵進(jìn)入箱體。
因?yàn)楸敬巫兯倨飨潴w采用剖分式，因此需要考慮箱體剖分面的密封問題，需要將各剖分面進(jìn)行密封處理，剖分面需要涂以密封膠或者水玻璃，不得隨意使用其他填充材料，會造成箱體內(nèi)零件磨損腐蝕。
4.4 潤滑劑選擇及防銹處理
本次設(shè)計為變速箱箱體設(shè)計，需要考慮潤滑及防銹問題，需要考慮以下幾點(diǎn)
1.箱體中需要裝工業(yè)齒輪油，油量需達(dá)到規(guī)定深度。
2.零件在裝配之前使用沒有清洗，軸承用汽油清洗，晾干后表面涂油。
3.箱體內(nèi)表面涂耐油漆，外表面涂以銀白色漆。
4.殼體與上蓋之間、后軸承蓋與殼體之間涂硅橡膠密封。
4.5 操縱機(jī)構(gòu)
變速箱操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)保證駕駛員能準(zhǔn)確可靠地使變速箱掛入所需要的任意一個擋位工作，并且可以隨時退回到空擋。大多數(shù)汽車變速箱布置在駕駛員座位附近，變速桿由駕駛室底板伸出，駕駛員可直接操縱，這種操縱機(jī)構(gòu)稱為直接操縱式變速箱操縱機(jī)構(gòu)。它一般由變速桿、撥塊、拔叉、拔叉軸以及安全裝置等組成，多集裝于上蓋或側(cè)蓋內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便。
不同變速箱的擋數(shù)和操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與布置都有所不同，因而相應(yīng)于各擋位的變速桿上端手柄位置排列，即擋位排列也不相同。因此，汽車駕駛室儀表板上或操縱手柄上標(biāo)有該車變速箱擋位排列圖。
在有些汽車上，由于變速器離駕駛員座位較遠(yuǎn)，因此需要在變速桿與撥叉之間加裝 一些輔助杠桿機(jī)構(gòu)或一套傳動機(jī)構(gòu)，構(gòu)成遠(yuǎn)距離操縱機(jī)構(gòu)，這種操縱機(jī)構(gòu)稱為間接操縱式變速箱操縱機(jī)構(gòu)。該操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)有足夠的剛性，且各連接件間隙不能過大，否則換擋 時手感不明顯。由于布置上的原因，它多用在轎車和輕型汽車上。
為了保證變速箱的可靠工作，變速箱操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足如下要求：
1. 掛擋后應(yīng)保證接合套位于與接合齒圈的全部套合位置，或滑動齒輪換擋時，全齒長都進(jìn)人嚙合。在振動等條件影響下，操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)保證變速箱不自行掛擋或自行脫擋。為此，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有自鎖裝置。
2. 為了防止同時掛兩個擋位而使變速箱卡死或損壞，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有互鎖裝置。
3. 為了防止在汽車前進(jìn)時誤掛倒擋，導(dǎo)致零件損壞，在操縱機(jī)構(gòu)中設(shè)有倒擋鎖裝置。
4.6 換擋機(jī)構(gòu)
車輛換擋方式有多種：
1. 直齒滑移齒輪換擋，即直接操縱齒輪使其結(jié)合進(jìn)行換擋。
2. 同步器換擋，即利用摩擦原理使接合套與接合齒圈圓周速度達(dá)到相等時，使其嚙合，從而進(jìn)行換擋。
3. 動力換擋，即帶有濕式摩擦片的離合器通過液壓控制進(jìn)行換擋。
4. CVT換擋技術(shù)，即金屬帶式無極變速技術(shù)，通過金屬帶、工作輪、液壓泵、起步離合器以及控制系統(tǒng)的工作下，實(shí)現(xiàn)車輛速度的變化。
目前拖拉機(jī)普遍使用兩根變速桿分別操縱主，副變速箱，但也可用一桿操縱。當(dāng)用一桿操縱時，為了拔動副變速齒輪，必須先把主變速齒輪拔到空擋。
本設(shè)計采用彎桿變速桿一桿操縱，直齒滑移齒輪換擋。
4.7 鎖定機(jī)構(gòu)
鎖定機(jī)構(gòu)在換擋時要保證齒輪選擇正確，并將撥叉進(jìn)行固定鎖緊，以防止自動掛擋和自動脫擋現(xiàn)象的發(fā)生。通常用一個彈簧壓緊的鋼球或銷來鎖緊。
由于花鍵和齒輪存在加工時會出現(xiàn)不可避免的誤差以及軸在旋轉(zhuǎn)時會發(fā)生形變，齒輪在載荷作用下產(chǎn)生微小位移，這就會使花鍵各齒傳力不均，并且隨軸轉(zhuǎn)動過程中會有局部的相對滑移，因摩擦而引起軸向力。另外由于齒面磨損不均出現(xiàn)斜度也會引起軸向力。當(dāng)軸向力達(dá)到一定值時，就會自動脫擋。常用的防止脫擋辦法有：
1. 加大鎖定彈簧的彈力，但換擋時需要更大的力。
2. 在雙離合變速器換擋系統(tǒng)中，通常設(shè)置齒套和結(jié)合齒倒錐鎖止結(jié)構(gòu)或撥叉軸定位槽防脫結(jié)構(gòu)。
3. 增強(qiáng)齒輪的軸向定位，盡可能減少齒輪與軸的相對滑動。
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)。
1. 互鎖機(jī)構(gòu)，用于防止同時掛兩個擋。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離開中立位置的互鎖銷。本設(shè)計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)是一種防止自動脫擋和離合器未徹底分離就進(jìn)行掛擋的機(jī)構(gòu)。
第五章 結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計是拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)中的變速箱部分。變速箱作為汽車中必不可少的部分，其相關(guān)的技術(shù)現(xiàn)如今已經(jīng)很是先進(jìn)，變速箱中的設(shè)計理念，設(shè)計思路都值得我們進(jìn)行深入研究、學(xué)習(xí)。
針對本次設(shè)計的變速箱來說，結(jié)構(gòu)追求簡單易于生產(chǎn)使用，計算出較大范圍的扭矩，可以使拖拉機(jī)能夠在多種復(fù)雜的路況下行駛，換擋方式采用了最簡單的直接操縱變速桿使直齒齒輪軸向滑移進(jìn)行換擋，使用該方式可以使換擋方便快捷，減少了很多不必要的噪音產(chǎn)生，使駕駛更加舒適，減少風(fēng)險。本次設(shè)計中變速箱采用了10+2擋位傳動，使傳動比范圍變大，并且可以在傳動比小于1的情況下運(yùn)行，并且本次設(shè)計增加了兩個倒擋位，使拖拉機(jī)作業(yè)更全面。但本次設(shè)計本著實(shí)用的目的出發(fā)，對于一些零部件的設(shè)計以實(shí)用為第一目的，對于安全性能方面研究較少，是本次設(shè)計的不足之處。
通過本次設(shè)計，回顧了大學(xué)四年里所學(xué)的所有課程，將課本帶出課堂，將理論充分聯(lián)系實(shí)踐，不僅加深了對專業(yè)知識的認(rèn)知，也找到了自身的不足之處，在今后的日子里，機(jī)械行業(yè)還有許多未知的挑戰(zhàn)，這需要即將走向工作崗位的我們年輕人在一次次的探索中彌補(bǔ)自身的不足，用專業(yè)技能武裝自己。
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致 謝
經(jīng)過一個學(xué)期的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計終于完成了。，通過本次設(shè)計讓我能夠從課堂上的理論知識聯(lián)系到實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)然知識的片面性與經(jīng)驗(yàn)的匱乏增添了許多困難，如果沒有郭越老師的督促和指導(dǎo)，以及身邊同學(xué)們的幫助，想要憑一己之力完成本次設(shè)計還是挺難的。
首先，感謝我的指導(dǎo)老師——郭越老師，感謝郭老師的辛勤付出，郭老師是出了名的工作狂人，平時的工作就已經(jīng)比較多了，但還要在繁忙的工作之余抽出時間為我指導(dǎo)，從設(shè)計初期的選題、查閱資料和初步方案的確定到設(shè)計中期的不定期檢查，再到設(shè)計后期的圖紙檢查等等，每一項(xiàng)工作的背后都少不了郭老師的辛勤付出。除了感謝也十分敬佩郭老師的專業(yè)水平以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度還有無私奉獻(xiàn)的精神。
其次，感謝大學(xué)生涯里所有的任課老師，正是由于您們敬業(yè)的態(tài)度與專研的精神培養(yǎng)了一代代優(yōu)秀的各行各業(yè)精英人士。
然后，感謝大學(xué)四年來所有的同學(xué)們，無論是幫助還是指責(zé)，我都要謝謝你們，我們共同成長。
最后，感謝這所地處“教育之鄉(xiāng)”的延邊大學(xué)，感謝學(xué)校提供的優(yōu)越的教學(xué)環(huán)境和龐大的師資力量。
總之，感謝在我大學(xué)四年里出現(xiàn)的每一個人，相逢即是有緣，愿母校延大越辦越好；愿每一位延大教師工作順利，身體健康；愿每一位延大學(xué)子前程似錦。
附 錄
1 各擋的傳動方案
2 變速箱各擋位的傳動路線及傳動比
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