508 28馬力輪式拖拉機(jī)最終傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)（有cad圖+文獻(xiàn)翻譯）
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28馬力輪式拖拉機(jī)最終傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)軸設(shè)計(jì)
摘 要
拖拉機(jī)是與各種作業(yè)機(jī)械配套的自走式動(dòng)力機(jī)械，是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的主要機(jī)械。在農(nóng)業(yè)中，他主要用以牽引和驅(qū)動(dòng)多種類(lèi)農(nóng)機(jī)具完成各項(xiàng)田間作業(yè)和農(nóng)業(yè)運(yùn)輸。農(nóng)村經(jīng)濟(jì)日新月異鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)蓬勃發(fā)展，城鄉(xiāng)交流不斷擴(kuò)大，道路運(yùn)輸量急劇增加，所以運(yùn)輸車(chē)輛出現(xiàn)缺口。近年來(lái)，隨著拖拉機(jī)走入田間的不斷深入，從作業(yè)種類(lèi)上由耕，耙，播擴(kuò)大到收獲，中耕，栽植，噴霧，打捆等多個(gè)方面，與農(nóng)機(jī)具配套作業(yè)。農(nóng)用拖拉機(jī)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(duì)復(fù)雜，速度不高。在中國(guó)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(jī)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)該檔產(chǎn)品的需求量在不斷增長(zhǎng)。另外和國(guó)外拖拉機(jī)生產(chǎn)廠家相比我國(guó)生產(chǎn)的拖拉機(jī)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，價(jià)格只有國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的一半甚至更少，因此，中小馬力拖拉機(jī)社會(huì)銷(xiāo)量和保有量很大，傳動(dòng)系布置多種多樣。
最終傳動(dòng)是傳動(dòng)系的重要組成部分之一，它的功用是進(jìn)一步增加傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，從而使拖拉機(jī)獲得所需的驅(qū)動(dòng)力。
我這次設(shè)計(jì)的是輪式28馬力拖拉機(jī)的最終傳動(dòng)，我采用的是外置外嚙合直齒圓柱齒輪式最終傳動(dòng)，軸采用了矩形花鍵軸。采用這種最終傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案，可以達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求，并可保證拖拉機(jī)在工作中具有足夠的動(dòng)力輸出。
關(guān)鍵詞：傳動(dòng)比，外嚙合，圓柱齒輪，花鍵軸
DESIGN OF FINAL DRIVE AND DRIVE 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 transport. 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, harrows, 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 China's current production 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 even 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 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, External, cylindrical gears, spline shaft
目 錄
前言....................................................1
第一章 最終傳動(dòng)簡(jiǎn)介....................................3
§1.1拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的功用...............................3
§1.2拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的分類(lèi)...........................3
§1.3拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求..........................3
第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)分析...................................4
§2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容..........................................4
§2.2主要技術(shù)指標(biāo)......................................4
§2.3設(shè)計(jì)要求..........................................4
第三章 最終傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案的確定.........................5
§3.1設(shè)計(jì)方案的確定....................................5
§3.2本次設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明................................5
第四章 最終傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.....................6
§4.1整車(chē)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(qiáng)度計(jì)算............................10
§4.4 主動(dòng)軸的確定與計(jì)算...............................15
§4.5驅(qū)動(dòng)軸確定與計(jì)算..................................19
§4.6鍵的校核..................................22
§4.7輸入軸軸承校核............................22
§4.8驅(qū)動(dòng)軸軸承校核..........................23
第五章 結(jié)論...........................................25參考文獻(xiàn)...............................................26致謝...................................................27外文資料譯文
前 言
本次設(shè)計(jì)是我們?cè)谛Ｆ陂g最后一次設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，也是我們?cè)谧呦蚬ぷ鲘徫恢暗囊淮沃匾獙?shí)戰(zhàn)演練。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步對(duì)所學(xué)知識(shí)加以鞏固，進(jìn)一步提高搜集資料及查閱資料的能力，進(jìn)一步提高我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神?？傊@次設(shè)計(jì)對(duì)我們走向工作崗位有著重要的作用。
農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是國(guó)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(kāi)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(guó)的農(nóng)用拖拉機(jī)也就成為須要。
而且我國(guó)是個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，為了提高農(nóng)民勞動(dòng)效率，拖拉機(jī)是必不可少的?；谖覈?guó)地理?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(mǎn)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(guó)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(kāi)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1.5km/h—25km/h,倒檔5km/h—11km/h），因此對(duì)變速器的要求隨之提高了：既要有較寬的速比范圍，又得滿(mǎn)足整車(chē)布置的要求。這就需要較多的檔次，以求拖拉機(jī)能高效率高質(zhì)量地完成各種作業(yè)。
由于關(guān)稅、價(jià)格、作業(yè)適應(yīng)性、用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)力等諸多因素的影響，目前國(guó)外的中等功率輪式拖拉機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚未構(gòu)成威脅。但與國(guó)際市場(chǎng)上的中等功率拖拉機(jī)相比，國(guó)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(hù)性等方面都有較大差距。
中等功率輪式拖拉機(jī)在穩(wěn)住國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)，應(yīng)積極開(kāi)拓中等發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的市場(chǎng)。同時(shí)應(yīng)通過(guò)引進(jìn)、合作、嫁接國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，提高產(chǎn)品的檔次，向滿(mǎn)足發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)需求過(guò)渡。
國(guó)內(nèi)小型拖拉機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，從已往單純的價(jià)格占趨向在管理、價(jià)格、質(zhì)量、售后服務(wù)、結(jié)構(gòu)性能等全方位的競(jìng)爭(zhēng)。在競(jìng)爭(zhēng)中，行業(yè)的集中度將進(jìn)一步提高。由于小型拖拉機(jī)的技術(shù)含量低，私營(yíng)企業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭很猛。
一拖公司正在積極研究調(diào)整策略，準(zhǔn)備在保證國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中的領(lǐng)先地位的同時(shí)，穩(wěn)住非洲、東歐、東南亞的國(guó)際市場(chǎng)，積極深入國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，選擇合適的地方建立組裝廠、裝配中心。
我設(shè)計(jì)的最終傳動(dòng)，就是適應(yīng)民族工業(yè)的發(fā)展和需要。由于我缺少工作經(jīng)驗(yàn)并且對(duì)拖拉機(jī)最終傳動(dòng)了解的不夠透徹，難免在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，希望各位老師多加指正。
第一章 最終傳動(dòng)簡(jiǎn)介
§1.1拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的功用
拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的功用是進(jìn)一步增加傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，從而使拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪獲得所需的驅(qū)動(dòng)力，履帶拖拉機(jī)和某些輪式拖拉機(jī)的最終傳動(dòng)還用來(lái)提高后橋的離地間隙。
§1.2拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的分類(lèi)
最終傳動(dòng)按其傳動(dòng)形式分為：
1．外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)。
2．內(nèi)嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)。
3．行星齒輪最終傳動(dòng)。
§1.3拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的設(shè)計(jì)要求
根據(jù)拖拉機(jī)最終傳動(dòng)必須具備的各項(xiàng)功能和使用的實(shí)際情況，對(duì)最終傳動(dòng)的設(shè)計(jì)應(yīng)有以下的要求：
1.要有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比。
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(dòng)輪布置的最終傳動(dòng)尤其要有可靠的密封。
第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)分析
§2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容
近年來(lái)隨著拖拉機(jī)走入農(nóng)田的不斷深入，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)該檔產(chǎn)品的需求也在不斷增長(zhǎng)，中小馬力拖拉機(jī)社會(huì)銷(xiāo)量和保有量很大，傳動(dòng)系布置多種多樣。本課題旨分吸收成熟產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)出拖拉機(jī)的最終傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)軸總成。
§2.2主要技術(shù)指標(biāo)
基本參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)28馬力，行駛速度1.5~30km/h，6-8個(gè)前進(jìn)檔位輪胎型號(hào)：9.5-24。
每位同學(xué)需完成總和不少于3張零號(hào)圖紙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖，裝配圖和零件圖，其中應(yīng)包含用計(jì)算機(jī)繪制的有中等難度的1號(hào)圖紙一張以上。
按要求，格式獨(dú)立撰寫(xiě)不少于12000字的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，全部用計(jì)算機(jī)打（編排要求到河南科技大學(xué)網(wǎng)站查：畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）的格式及規(guī)定），查閱與課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料15篇以上，應(yīng)有中英文摘要，獨(dú)立完成10000字以上印刷符號(hào)的外文翻譯。
§2.3設(shè)計(jì)要求
1． 要有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比。
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(dòng)輪布置的最終傳動(dòng)尤其要有可靠的密封。
5． 工作可靠性高。
第三章最終傳動(dòng)設(shè)計(jì)方案的確定
§3.1設(shè)計(jì)方案的確定
對(duì)最終傳動(dòng)的基本要求是：1.要有適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比；2.保證拖拉機(jī)后橋處有足夠的離地間隙；3.最終傳動(dòng)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(dòng)有可靠的密封。最終傳動(dòng)在拖拉機(jī)上的布置如下圖（a）示
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì)輪式拖拉機(jī)的最終傳動(dòng)，根據(jù)其傳動(dòng)形式采用外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)。
§3.2本次設(shè)計(jì)方案的說(shuō)明
最終傳動(dòng)按其傳動(dòng)形式分為：
外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)；內(nèi)嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)；行星齒輪最終傳動(dòng)三類(lèi)。而外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)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(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，我采用外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)的原因如下：
1.外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)與其他幾種最終傳動(dòng)相比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）外置式外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)的左，右最終傳動(dòng)各自安裝在靠近驅(qū)動(dòng)輪的單獨(dú)殼體內(nèi)，使最終傳動(dòng)成為一個(gè)獨(dú)立部件，便于拆裝和維修。
（2）這種結(jié)構(gòu)的主，從動(dòng)齒輪在殼體內(nèi)的支承簡(jiǎn)支梁式，對(duì)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(jiǎn)單，傳動(dòng)比較小，工作穩(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(dòng)。
第四章最終傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
§4.1整車(chē)主要參數(shù)：
1． 整車(chē)裝備質(zhì)量： 2000Kg
2． 發(fā)動(dòng)機(jī)馬力： 28馬力
3． 行駛速度范圍： 1.5-30km/h
4． 輪胎型號(hào)： 9.5-24輪胎
§4.2外嚙合圓柱齒輪的主要參數(shù)確定：
外嚙合圓柱齒輪最終傳動(dòng)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(dòng)比im(取決于傳動(dòng)系總傳動(dòng)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(yàn)公式
——————《拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P1176式（6.7-1）
Tj —— 從動(dòng)齒輪的計(jì)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(dòng)比im小時(shí)，取較小值。對(duì)履帶拖拉機(jī)Ka取大值。
因?yàn)榻o定拖拉機(jī)為28馬力，所以拖拉機(jī)實(shí)際功率為
P=28馬力×0.735=20.58KW
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：N=2000r/min
轉(zhuǎn)矩：
輪胎型號(hào)參數(shù)：9.5-24英寸 （1英寸=25.4mm）
輪胎半徑（充氣半徑）為：
在設(shè)計(jì)新拖拉機(jī)傳動(dòng)系時(shí)，如果無(wú)可皆鑒的載荷譜，又無(wú)充分的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，我們估算出傳動(dòng)系的名義計(jì)算載荷Tj再乘以使用系數(shù)Ka，名義計(jì)算載荷可按下面兩種方法計(jì)算取其中的較小者。
1.按發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換到被計(jì)算零件(取轉(zhuǎn)矩的一半)。
拖拉機(jī)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)矩轉(zhuǎn)速來(lái)確定的。
————《拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P983（6.1-1）
取Ka=13
————《拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P988（6.1-10）
（按經(jīng)過(guò)四對(duì)齒輪和兩對(duì)軸承計(jì)算 ）
圓柱齒輪的傳動(dòng)效率為0.96—0.98
滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為0.95—0.98
Teb——發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩
2. 按驅(qū)動(dòng)輪附著轉(zhuǎn)矩計(jì)算輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。
————《拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P988（6.1-11）
n——驅(qū)動(dòng)輪胎數(shù)（對(duì)于最終傳動(dòng)且在中央傳動(dòng)之后n=1）
Q——驅(qū)動(dòng)輪在胎內(nèi)壓力為100KPa時(shí)的乘載能力(可按拖拉機(jī)重量來(lái)計(jì)算)
Rd——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
Rd=0.935R
拖拉機(jī)后輪的承載力為:
按整機(jī)重2t，后輪分配三分之二車(chē)重，計(jì)算輸出軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩代數(shù)得
求得中心距為:
由于最終傳動(dòng)的傳動(dòng)比較大，齒輪和軸受載嚴(yán)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，保證最終傳動(dòng)齒輪有足夠的強(qiáng)度，外嚙和圓柱齒輪的最終傳動(dòng)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(dòng)齒輪的齒數(shù)時(shí)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(jī)的模數(shù)的選取，并估算中心句距。
最終傳動(dòng)兩齒輪齒數(shù)和為69
Z1=13為主動(dòng)齒輪，Z2=56為從動(dòng)齒輪，實(shí)際傳動(dòng)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(yīng)大于大齒輪的齒寬，選擇齒寬不宜過(guò)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(guò)早損壞的現(xiàn)象，所以齒輪的支撐剛度對(duì)齒輪的壽命影響極大。
m=5,b=（8-10m 選取b1=45， b2=40
§4.3圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算：
1．圓柱齒輪各參數(shù)的計(jì)算:
因?yàn)橥侠瓩C(jī)最終傳動(dòng)工作載荷大固圓柱齒輪要進(jìn)行變位,這樣可以改善嚙合條件，提高齒輪強(qiáng)度，避免根切和干涉.
變位系數(shù)：
分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距：
中心距變動(dòng)系數(shù)：
齒頂高變動(dòng)系數(shù):
尺頂高，齒跟高:
主動(dòng)齒輪:
從動(dòng)齒輪:
尺頂圓直徑，尺根圓直徑:
主動(dòng)齒輪:
從動(dòng)齒輪:
2.齒輪傳動(dòng)系的計(jì)算載荷
在載荷的長(zhǎng)期，多次作用下傳動(dòng)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(dòng)零件的主要破壞形式，因此傳動(dòng)零件的強(qiáng)度計(jì)算是以考慮疲勞損壞的耐久性計(jì)算為主，另外在特殊情況下（如在拖拉機(jī)起步驅(qū)動(dòng)輪遭遇到突加阻力等），傳動(dòng)零件可能受到很大的尖峰載荷，使零件的應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限而損壞。但這種損壞并不常見(jiàn)。
在耐久性計(jì)算中根據(jù)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于滿(mǎn)載工況的特點(diǎn)，以發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩Men作為發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給傳動(dòng)系的扭矩。各軸上零件的計(jì)算轉(zhuǎn)矩Mj，等于Men乘以曲軸到該軸的傳動(dòng)比，以及期間的傳動(dòng)效率。在傳動(dòng)比較大的排擋時(shí)就應(yīng)該按地面的附著能力來(lái)確定計(jì)算扭矩。計(jì)算時(shí)將兩種計(jì)算扭矩同時(shí)算出，選取較小的數(shù)值作為計(jì)算扭矩。
查表2-1傳動(dòng)系各軸的計(jì)算扭矩Mj
轉(zhuǎn)向離合器軸（差速器半軸）
齒輪的強(qiáng)度應(yīng)計(jì)算齒輪表面接觸強(qiáng)度和齒輪的彎曲強(qiáng)度，
設(shè)計(jì)時(shí)為了初步估計(jì)齒輪強(qiáng)度以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，先作粗略計(jì)算
齒輪的計(jì)算載荷圓周力Pj用下式求得：
————主動(dòng)齒輪上的計(jì)算扭矩
————主動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑
1》計(jì)算接觸強(qiáng)度一般只計(jì)算節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力
=
E=206
b——齒寬.
m——模數(shù)最終傳動(dòng)輸入軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
——最終傳動(dòng)主動(dòng)齒輪上的計(jì)算轉(zhuǎn)矩
——驅(qū)動(dòng)輪輪胎動(dòng)力半徑
—— 附著系數(shù)通常取為0.65
——拖拉機(jī)的附著重量
——拖拉機(jī)最終傳動(dòng)的傳動(dòng)的傳動(dòng)效率
——最終傳動(dòng)的傳動(dòng)比
計(jì)算齒輪的圓周力：
計(jì)算齒輪的徑向力：
——圓周力
——輸入軸扭矩
———— 主動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑
————圓周力
————從動(dòng)齒輪節(jié)圓直徑
————輸出軸扭矩
a計(jì)算主動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力
代數(shù)得
b計(jì)算從動(dòng)齒輪節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力
查表機(jī)械設(shè)計(jì)P124表5-6得滲碳1900~2000Mpa 20CrMnTi
2》齒根彎曲強(qiáng)度校核（拖拉機(jī)設(shè)計(jì)P67公式2－35）
驗(yàn)算國(guó)產(chǎn)拖拉機(jī)普遍采用滲碳合金剛齒輪，其彎曲應(yīng)力一般不超過(guò)280~~300對(duì)于線速度高（動(dòng)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(gè)齒輪在一轉(zhuǎn)中多次參與捏合的齒輪，應(yīng)采用較小的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，
20CrMnTi 400~850MPa
——應(yīng)力較正系數(shù)（考慮了齒根圓腳所引起的應(yīng)力集中問(wèn)題）
——齒形系數(shù)
查表拖拉機(jī)設(shè)計(jì)P68 圖2--48
a齒輪1輸入軸主動(dòng)齒輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
b齒輪2輸出軸從動(dòng)齒輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
由于 20CrMnTi 400~850Mpa所以齒輪強(qiáng)度足夠
§4.4 主動(dòng)軸的確定與計(jì)算：
1.輸入軸校核：
軸的強(qiáng)度和剛度校核按彎矩，轉(zhuǎn)矩合成強(qiáng)度計(jì)算，針對(duì)軸的危險(xiǎn)截面（既計(jì)算彎矩大或有應(yīng)力集中或截面直徑相對(duì)較小的截面）按轉(zhuǎn)矩彎矩的合成強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，對(duì)于實(shí)心軸其強(qiáng)度條件為：
公式——
式中： W——軸的抗彎截面系數(shù)P292
其中
稱(chēng)為計(jì)算彎矩
軸的材料的選擇
最終轉(zhuǎn)動(dòng)的軸并無(wú)特殊要求，選用45#調(diào)質(zhì)剛
2．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，
軸必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，軸的剛度不足齒輪和軸承的壽命降低，最終傳動(dòng)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(duì)于軸的長(zhǎng)，取決于軸上零件的寬度以及他們的相對(duì)位置，考慮到鑄造誤差及裝配時(shí)留有必要的間隙，取齒輪端面至箱壁間的距離a=15滾動(dòng)軸承與箱壁s=5mm，軸承處箱體突緣寬度，應(yīng)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(duì)軸的強(qiáng)度有很大影響，所以應(yīng)進(jìn)行充分考慮，以提高軸承的承載能力，減小軸的尺寸和機(jī)器的重量，降低制造成本，
5．軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先做出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）如圖所示，取集中載荷作用于軸的中點(diǎn)，
齒輪上作用力的大小
最終傳動(dòng)輸入軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
計(jì)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(jì)算
畫(huà)出彎矩圖
因單向回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)，取則截面b處當(dāng)量彎矩為
截面b為危險(xiǎn)截面：查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》12---2齒輪的主要力學(xué)性能，許用應(yīng)力及用量，選擇45#調(diào)質(zhì)鋼
§4.5驅(qū)動(dòng)軸的確定與計(jì)算：
1.大齒輪上作用的力:
2.求軸承的支撐反力：
驅(qū)動(dòng)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(huà)出垂直彎矩圖：
105.6
286.4
d)合成彎矩圖：
畫(huà)合成彎矩圖：
因單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán):
計(jì)算彎矩圖：
截面b為危險(xiǎn)截面。
查表12-2軸的常用材料，主要力學(xué)性能，許用彎曲應(yīng)力及用途《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jì)算公式：
矩形花鍵查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P256（3.2.3）表3-3-16
選擇花鍵規(guī)則為8626812
計(jì)算花鍵軸抗彎抗扭截面系數(shù)
按彎扭合成應(yīng)力校合成應(yīng)力校核軸的的強(qiáng)度
1）截面b當(dāng)量彎矩最大，故截面c 可能為危險(xiǎn)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(jì)算兩軸承當(dāng)量動(dòng)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(yàn)是得知=12948N，=12496N
N
2）計(jì)算軸承壽命
（h）>8000（h）
（h）>8000（h）
壽命滿(mǎn)足要求。
§4.8 輸出軸圓錐滾子軸承的校核
根據(jù)已知直徑初選圓錐滾子軸承7214E型軸承和7211E型 查表：15-7 圓錐滾子軸承摘自（GB297-84）
=55mm =86.5xN
=70mm =125xN
1）確定計(jì)算軸上的外載荷：由驅(qū)動(dòng)軸校核得
2）確定軸承的支承反力：
得查表
N
N
3）計(jì)算 對(duì)軸承2壓緊
X=1 Y=0
X=0.4 Y=1.4
所以驅(qū)動(dòng)軸圓錐滾子軸承壽命足夠。
第五章 結(jié)論
我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，這不僅僅是對(duì)我們所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次綜合檢驗(yàn)，也是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)全部知識(shí)的一次全面檢驗(yàn)。
我所設(shè)計(jì)的中小型拖拉機(jī)是對(duì)目前市場(chǎng)上流行的中小型拖拉機(jī)的改進(jìn)與提高。在設(shè)計(jì)中我們參照了拖廠的一些拖拉機(jī)，在他們的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。在設(shè)計(jì)中我感到對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)了解的并不深入，再加上缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以在設(shè)計(jì)中我遇到了不少困難。雖然在郝紅周老師的耐心指導(dǎo)和幫助下，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)要求的任務(wù)，但我的設(shè)計(jì)當(dāng)中難免存在這樣或那樣的不足之處。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，給了我們一次全面的實(shí)踐機(jī)會(huì)。通過(guò)設(shè)計(jì)中對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，加深了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，也鍛煉了我們獨(dú)立分析，解決問(wèn)題的能力。這對(duì)于我們今后的學(xué)習(xí)，工作都有很大的幫助。
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致謝
首先感謝學(xué)校為我們提供了畢業(yè)設(shè)計(jì)這次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，使我們能夠在走出校門(mén)參加工作之前對(duì)自己大學(xué)期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合的訓(xùn)練，為將來(lái)走上工作崗位打好了基礎(chǔ)。同時(shí)，感謝我們的各位專(zhuān)業(yè)課老師為我們提供了良好的設(shè)計(jì)環(huán)境。學(xué)校圖書(shū)館和我的指導(dǎo)老師郝紅周老師也為我們提供了許多參考資料。我的指導(dǎo)老師郝紅周老師還帶領(lǐng)我們到拖廠觀看了實(shí)物。
在這次為期兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，郝紅周老師在繁忙的工作之余，對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的各個(gè)階段，各個(gè)方面提出了許多有用的意見(jiàn)和建議，我們表示萬(wàn)分的感謝，可以說(shuō)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成與郝紅周老師的辛勤指導(dǎo)是分不開(kāi)的。本次設(shè)計(jì)還得到了同組同學(xué)的大力支持和幫助，在此也向他們表示衷心的感謝。
Powering profits
How PSA is extracting more performance and profit from a new 2.2-litre engine
The ongoing success of the co-operation between PSA Peugeot Citroen and Ford (See Feature, page 38) is further illustrated by the introduction of an all-new 2.2-litre diesel engine for passenger cars. The inline four-cylinder engine was not included in the original framework agreement, signed in 1998. Its development suggests that the two groups are doing well out of the partnership.
The new 2.2-litre diesel engine resulting from the technical alliance between PSA and Ford was designed to meet an ambitious target. It had to offer the driveability of the best 2.5-litre engines on the market as well as better fuel efficiency and emissions levels.
The engine will be used on a number of platforms for upper mid-rang and executive cars produced by both manufacturers. The engineers also faced the challenge of improving pedestrian protection to meet incoming European legislation and to improve the engine’s noise characteristics.
Because downsizing had proved effective in earlier phases of their co-operation, PSA and Ford opted to keep the new engine small. They set the displacement at 2.2-litres to reduce fuel consumption and carbon dioxide emissions, without sacrificing any of its performance features.
The engine takes some interesting approaches in its design . Its “extreme conventional combustion system” (ECCS) features a combustion chamber design that reduces emissions by 30 percent while improving performance and noise.
The combustion chamber has a large diameter and low compression ratio, which produces a more uniform air/fuel mix. The size of the combustion chamber limits the amount of fuel in contact with the walls. This makes combustion more efficient.
The pistons’ geometry had to be altered to create a 25 percent larger diameter combustion chamber compared with the previous engine generation. To withstand the extra stress and heat, the pistons had to be aluminium. The metal has very high mechanical and thermal properties.
The special geometry also significantly reduced swirl in the combustion chamber, thereby reducing heat loss to the walls and improving the engine’s efficiency. As a result, fuel efficiency under all driving conditions improved by 2 percent compared to the previous generation.
Remarkably, the new ECCS system did not require any changes in the production tooling for PSA’s DW family of engines. Parts are common to the other engines produced in this plant.
The engine’s common rail is a third-generation Bosch system that operates at a pressure of 1800 bar. The system uses piezoelectric injectors with seven 135 nozzles. These can make up to six injections per cycle, make fuel dosing more precise. This in turn enhances management of the introduction rate, the ratio of the amount of diesel injected to the injection spray is finer, which reduces emissions, since the air/diesel mix is more uniform.
All the cars powered by the new engine will be equipped with maintenances-based filter technology, while Ford will use a catalyst-based filter.
To enhance drive ability, particularly the torque delivered at low revs, turbos were essential. PSA engineers developed two turbo charging systems for different versions of the engine in partnership with turbo firm Honeywell.
The more powerful 125KW version uses a parallel sequential dual turbo. This reaches a peak torque of 400Nm at just 1750rpm. Using a small, low-inertia turbo makes the same size kicks in at 2700rpm. Both turbos are controlled by the engine management system.
A second version, which can produce between 115 and 125 KW, uses a single variable geometry turbo. This reaches 400Nm at 2000rpm and will be used for applications that do not require the bi-turbo boost at low engine speed. Electrical control enables precise, fast management of the turbo’s variable geometry to optimize boost pressure across the entire operating range.
Despite the extra kit on the engine, the overall engine height is 40mm less than its predecessor. Its compact size will allow it to be used in a greater number of vehicles by the manufacturers. It also makes the engine less likely to injure a pedestrian in the event of an accident. Performance, rather than pedestrian safety was the main priority, however. The reduction an size is the result of extensive re-engineering work on the engine’s top end.
The cylinder head has a single cooling flow, which also reduces heat loss, and is made from an aluminum-copper alloy. The properties of the material give better thermo-mechanical performance. The uniform water system cools the cylinder head precisely, reducing the amount of water used and simplifying the process.
A double-wall crankcase was developed for the project to reduce the noise radiated from the engine by three decibels; significant in terms of customer perception, says PSA. A fast response throttle intake system is actuated when engine is shut-off to avoid any vibration when the driver stops the car. And two counter-rotating balance shafts keep vibration on the inline unit to a minimum.
The engine will be manufactured at PSA’s tremery plant in France, the world’s largest diesel factory. In 2005, its 4637 engineers and production workers produced 1.2 million units.
The facility uses batch production to avoid assembly errors caused by changing from one model to another. The batches are very large with several hundred identical engines following each other on the line.
The 2.2-litre unit will be subject to the same “red card” sysem as others at the plant. Engines are checked after each assembly station. If a defect is spotted, the complete engine is scrapped. No reworking can be performed on the line, so that high quality is built into every engine from the outset. It sounds costly, but PSA’s research has shown that the reduction in warranty costs greatly outweighs any additional production costs.
The overall investment for designing and producing the new engine is EUR 212m (RMB 2.1bn). research and development costs came to EUR 127m (RMB 1.3bn). By using existing tooling with only specific technical improvements, production investment was limited to just EUR 85m (RMB 850m).
More than 300 people will be assigned to production of the engine. Built on the same line as PSA’s 2.0-litre engine, the use of existing tooling and processes meant that it took just 3300 hours of training for the operators to adapt their skills to the changes in their workstations.
PSA has reserved a capacity of 200000 2.2-litre units a year on the line. Considering that the current 2.2-litre engine is only produced at levels of 70000 a year, the French carmaker’s confidence in its latest creation must be high.
改進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)帶來(lái)利潤(rùn)
標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)如何從一種新型2.2升發(fā)動(dòng)機(jī)獲取更多性能及利潤(rùn)
轎車(chē)全新式2.2升柴油機(jī)的問(wèn)世進(jìn)一步闡明了標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)與福特公司之間合作的成功（參閱特別報(bào)道，第38頁(yè)）。直列四缸動(dòng)機(jī)不包括在1998年簽署的原始框架協(xié)議之內(nèi)，它的開(kāi)發(fā)表明雙方合作關(guān)系良好。
源于標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)與福特公司技術(shù)合作的新型2.2升柴油機(jī)為實(shí)現(xiàn)宏偉目標(biāo)而設(shè)計(jì)。它必須具有市面上2.5升最佳發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能，同時(shí)還具有較好的燃料效率及排放標(biāo)準(zhǔn)。
該發(fā)動(dòng)機(jī)將用于雙方制造商的中高級(jí)汽車(chē)等多種平臺(tái)。工程師也面臨著提高行人保護(hù)措施，從而符合即將來(lái)臨的歐洲立法及改善發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲性能的難題。
由于其早期合作證明規(guī)模縮小十分有效，標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)與公司決定仍將新型發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為小型發(fā)動(dòng)機(jī)。他們?cè)诓粨p失其任何性能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將2.2升排量的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)為可減少燃料消耗及二氧化碳排放物的形式。
該發(fā)動(dòng)機(jī)在其設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了一些有趣的方案。它的“極其傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)（ECCS）”具有一個(gè)燃燒室結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠在改善其性能及噪聲的基礎(chǔ)上減少30%的排放物。
該燃燒室較大的直徑及較低壓縮比，這能夠生成更加均勻的空氣與燃料混合物。燃燒室的尺寸能夠限制與內(nèi)壁接觸的燃料數(shù)量。這能夠使燃料更加有效。
與先前發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)別相比，活塞的幾何結(jié)構(gòu)不得不改動(dòng)以形成一個(gè)直徑比原來(lái)大25%的燃燒室。為承受額外應(yīng)力及熱量，活塞必須采用鋁制結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗哂蟹浅８叩臋C(jī)械及熱性能。
這一特殊的幾何結(jié)構(gòu)也大大降低燃燒室中的渦流，從而減少了內(nèi)壁熱損失并改善了發(fā)動(dòng)機(jī)效率。因此，與上一代發(fā)動(dòng)機(jī)相比，所有驅(qū)動(dòng)下的燃料效率提高了2%。
最顯著的特點(diǎn)是新型ECCS系統(tǒng)無(wú)須改變標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)DW系列發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)工裝。其零件與在該工廠生產(chǎn)的其他發(fā)動(dòng)機(jī)相同。
該發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌采用了第三代博世系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可在1800巴壓力下運(yùn)行。該系統(tǒng)采用了壓電噴油嘴及七個(gè)135微米的噴嘴。這些裝置每個(gè)循環(huán)可形成六次噴射，能夠保證燃料噴射量更加精確。這也同時(shí)提高了對(duì)引入率的控制或柴油噴射量與噴射時(shí)間的比率。噴射射流較細(xì)有利于減少排放物，因?yàn)榭諝馀c柴油混合物更均勻。
所有由這種新型發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)都將配備無(wú)須維護(hù)的柴油顆粒過(guò)濾器。標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)將采用一種基于添加劑的過(guò)濾器技術(shù)，而福特公司將采用一種基于催化劑的過(guò)濾器。
為了提高驅(qū)動(dòng)性能，特別是提高低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩，渦輪是必須的裝置。標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)的工程師與霍尼韋爾渦輪公司合作，針對(duì)不同版本的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)了兩種渦輪增壓系統(tǒng)。
功率較強(qiáng)的125KW版本的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了一個(gè)平行連續(xù)復(fù)式渦輪。這使發(fā)動(dòng)機(jī)僅在1750轉(zhuǎn)時(shí)就可達(dá)到400Nm的峰值扭距。采用一種小型，低慣性的渦輪使發(fā)動(dòng)機(jī)即使在較低轉(zhuǎn)速時(shí)也可響應(yīng)。因?yàn)樗∫灾劣跓o(wú)法覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工
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