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吉林大學珠海學院本科畢業(yè)論文 畢 業(yè) 論 文（設 計） 拖拉機變速箱的設計 The Design of tractor gearbox 系　　　　　　別： 機械與汽車工程系 專業(yè)名稱： 機械設計制造及自動化 學生姓名： 張三 學　　　　　　號： 06060001 指導教師姓名、職稱： 李四 教授 完成日期 2015 年 4 月 20 日 21 吉林大學珠海學院畢業(yè)設計任務書 姓名 學號 班級 系別 機械與汽車工程系 專業(yè) 機械設計制造及自動化 畢業(yè)論文（設計）題目 拖拉機變速箱的設計 指導教師 所在單位 畢業(yè)論文（設計）題目簡介（包括任務、時間安排、參考資料等） 任務： (1)查閱各種關于拖拉機變速箱的資料和各種參考文獻，確定拖拉機變速箱的結構原理，以及拖拉機變速箱的傳動系統(tǒng)方案與結構。(2)對確定好方案的拖拉機變速箱利用AUTOCAD制圖軟件進行設計和繪制，設計出拖拉機變速箱的裝配圖和零件圖。(3)變速箱內齒輪和軸類等等零件的設計和繪制，圖紙符合國家標準規(guī)范。(4)編寫設計說明書。 時間安排： 2015年3月9前(第二學期開學前) 查閱資料，完成畢業(yè)設計綜述，完成開題報告； 2015年3月9日—4月19日 (第一周至第六周) 確定總體設計方案； 1） 拖拉機變速箱總體方案設計，2）設計說明書的草稿編寫和相關的理論計算； 2015年4月20日—5月17日(第七周至第十周) 1）拖拉機變速箱提總成及其內部零件設計； 2）完成總裝配圖，繪制零件圖，要求有零件技術要求 2015年6月1日—6月14日(第十三周至第十四周) 修改設計計算說明書及圖紙； 修改、定稿、打印、準備答辯 參考資料： [1]徐灝等.機械設計手冊(第2、3冊)[M](第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2003 [2]程悅蓀.拖拉機變速箱的設計[M].北京：中國農業(yè)出版社，1981 [3]周紀良.拖拉機及類似車輛傳動系統(tǒng)的設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1991 [4]吉林工業(yè)大學拖拉機教研室編.拖拉機的構造[M].北京：中國農業(yè)出版社，1982 {5}成大先主編.機械設計手冊——減（變）速箱電機與電箱[M].北京：化學工業(yè)出版社，1999 系專家組審核意見： 吉林大學珠海學院機電工程系 年 月 日 摘要 隨著國民經濟的持續(xù)發(fā)展，機械工業(yè)也在不斷地發(fā)展著，各種設備都在不斷地發(fā)展，創(chuàng)新著。特別是在農業(yè)方面，拖拉機的應用非常廣泛，在一些特定的工作場合，拖拉機體積小，變速靈活，價格成本低廉很受歡迎，越來越多的農業(yè)工作者選擇拖拉機作為耕田施肥等等的輔助工具。根據市場調查發(fā)現，拖拉機變速箱必須滿足當今人們對拖拉機速度調節(jié)方面的靈活性操控等需求，能夠在不改變發(fā)動機的扭矩和轉速的情況下，改變拖拉機的驅動力和行駛速度；在發(fā)動機曲軸旋轉方向不變的情況下，使拖拉機前進或后退；在發(fā)動機不熄滅的情況下，可使拖拉機長時間停車或進行固定作業(yè)。變速箱有自鎖功能（只能掛一個擋）、互鎖裝置和倒擋鎖裝置。 目前市面上的拖拉機變速箱大多都是采用傳統(tǒng)的變速結構，在某些特定的區(qū)域，這種結構形式的拖拉機變速箱非常不受歡迎。由于以往的拖拉機變速箱采用傳統(tǒng)的結構形式，這樣就造成傳動精度不好控制，保養(yǎng)維護費用較高;同時存在一定的安全隱患。因此，對整機的安全性要求較高，操作時也會給工作人員帶來強烈的震動，使得操作很不舒服。雖然傳通的拖拉機變速箱傳動效率較高，變速效果較好，但是價格也較昂貴，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種新式的拖拉機變速箱勢在必行！ 本文介紹了拖拉機變速箱的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算和相關強度校驗，該拖拉機變速箱的優(yōu)點是傳動鏈短、效率高、易加工、使用和維護都很方便，較適合在惡劣的環(huán)境下工作，最主要的是其傳動效率很高。 拖拉機作為農業(yè)機械的一種，廣泛應用于農業(yè)耕作行業(yè)等，適用于耕田、播種、施肥，裝運等等各個農業(yè)領域。它工作時，發(fā)動機通過V帶傳動帶動拖拉機變速箱轉動，從而間接地帶動了拖拉機輪子的轉動，這樣拖拉機就可以行駛了，通過改變變速箱理論的檔位來實現拖拉機的前進、后退、加速、減速等等功能。 關鍵詞：機械工業(yè)；拖拉機變速箱；傳動機構；傳動效率  Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction procedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmulti-variable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Finally,thesimulationofthesystemismadeby.Afterseveraltestmatrixvaluetheresultsarenotsatisfactoryresponse,thenweoptimizematrixbyusingGeneticAlgorithm.Simulationresultsshow:ThesystemresponsecanmeetthedesignrequirementseffectivelyafterGeneticAlgorithmoptimization.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and otherfood, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structuredesign. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Fout degrees of freedom. 目錄 1 緒論 6 1.1 拖拉機發(fā)展現狀 7 1.1.1 拖拉機結構形式的發(fā)展 8 1.1.2 拖拉機變速箱的發(fā)展狀況 8 2 拖拉機變速箱的總體方案設計 10 2.1 變速箱的結構形式 12 2.2.1 變速箱內部傳動系統(tǒng)的布局 12 3 拖拉機變速箱體傳動系統(tǒng)的設計 14 3.1 變速箱內部傳動系統(tǒng)的具體結構 16 3.2 各檔位的傳動路線的確定 18 3.3 各檔位的傳動比及其速度的計算 20 3.3.1 各檔位的傳動比的確定 23 3.3.3 各檔位速度確定 23 4 變速箱內部傳動零件的設計 24 4.1 傳動軸的設計計算 24 4.2 傳動齒輪的設計計算 24 5 變速箱內部主要傳動零件的強度校核 25 5.1 傳動軸的強度校核 25 5.2 傳動齒輪的強度校核 26 5.3 軸承強度的校核 27 參考文獻...................... 28 致謝...................... 29 1 緒論 1.1 拖拉機發(fā)展現狀 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產業(yè)。不論是傳統(tǒng)產業(yè)，還是新興產業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質量和成本，對國民經濟各部門技術進步和經濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術水平是衡量國家經濟實力和科學技術水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經濟的戰(zhàn)略重點之一。 機械工程的服務領域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產的部門，都需要機械工程的服務。概括說來，現代機械工程有五大服務領域：研制和提供能量轉換機械、研制和提供用以生產各種產品的機械、研制和提供從事各種服務的機械、研制和提供家庭和個人生活中應用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務于哪一領域，機械工程的工作內容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎。例如，研究力和運動的工程力學和流體力學；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應用的工程材料學；研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。研究、設計和發(fā)展新的機械產品，不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品，以適應當前和將來的需要。機械產品的生產，包括：生產設施的規(guī)劃和實現；生產計劃的制訂和生產調度；編制和貫徹制造工藝；設計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產品質量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復雜的制品。生產批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產。銷售對象遍及全部產業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經濟狀況的影響下，可能出現很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經營特別復雜，企業(yè)的生產管理、規(guī)劃和經營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。 機械產品的應用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。研究機械產品在制造過程中，尤其是在使用中所產生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務的產業(yè)可分為農業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設計、制造、運用等過程中都要經過幾個工作性質不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復雜的交叉和重疊關系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經濟的目標任務。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現實。 人類現在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。 綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 在全球經濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。拖拉機行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。 在新的市場需求的驅動下，拖拉機設備的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內拖拉機設備生產企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展大型環(huán)保節(jié)能的拖拉機械設備，在我國飛速發(fā)展的農業(yè)從人工作業(yè)到機械化的轉變中發(fā)揮著積極的作用。一般生產大型拖拉機設備的企業(yè)對設備傳動效率指數上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產設備時，都充分考慮到設備在運行中可能會出現的種種問題，從而減少設備因為振動或者操作不當而引起的噪音大、污染重等現象。 國內拖拉機設備的研發(fā)及制造要與全球號召的低碳經濟、經久耐用主題保持一致。加大拖拉機設備新型多樣化的研發(fā)及生產是行業(yè)發(fā)展的大趨勢，同時也迎合了國內基礎建設發(fā)展的需求。 拖拉機的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。隨著科學技術的發(fā)展，各學科間相互滲透，各行業(yè)間相互交流，廣泛使用新結構、新材料、新工藝，目前拖拉機正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。 1.1.1 拖拉機結構形式的發(fā)展 拖拉機的結構形式主要有一下幾個方面：首先是發(fā)動機，發(fā)動機主要是動力來源，工作方式簡單的說是，把氧氣和柴油混合噴進燃燒室，然后壓燃，產生動力通過飛輪傳單變速箱。發(fā)動機后面是變速箱，變速箱主要是把發(fā)動機輸出的單一速度轉變成很多個速度級，然后根據不同的作業(yè)條件調整速度。原理就是改變傳動比來改變行走速度還有需要的扭矩。變速箱后面是液壓提升體統(tǒng)，液壓提升系統(tǒng)主要是用于掛接所需農具使用，有的農具在使用過程中需要拖拉機把農具背起來作業(yè)，液壓提升系統(tǒng)就可以。液壓系統(tǒng)的工作原理就是利用液體不能壓縮的原理工作的，液體動力來源于液壓油泵，然后驅動液壓油，因為液壓油不能壓縮，所以必須做功，然后通過改變油路，然后進到不同的油路，推動液壓油缸做伸展運動。最后面還有動力輸出，也就是拖拉機的二級動力，它是給拖拉機后面掛接的農具輸出動力的，因為有的農具雖然背起來了，但是自己不會工作或者說沒有動力源，然后拖拉機在后面給一個輸出軸，作為后面農具的動力源，只要掛接傳動軸就可以輸出動力。 當今社會，拖拉機的發(fā)展不斷地向著操作靈活，多樣型，復合型發(fā)展，其具體結構形式的變更最主要的是體現在以下幾個方面： 1）前輪小，后輪大。 傳統(tǒng)的拖拉機的輪子基本上是一樣大，但通過技術創(chuàng)新，改變了傳動的結構形式，采用前輪小，后輪大的結構，這樣更省力，操作起來也更方便。 2） 拖拉機底盤上面安裝有輸出軸，可以直接給后面的需要工作的農業(yè)掛具提供動力。 3） 橡膠履帶式拖拉機 通常這樣類型的拖拉機采用三角帶傳動，適合大功率，重負載的場合，目前西方資本主義國家正在著手研制。 1.1.2 拖拉機變速箱的發(fā)展狀況 從廣義上面來說，現在市場上不同拖拉機所配置的變速箱來看，主要分為：手動變速箱、負載換擋變速箱、自動變速箱。 一、手動變速箱(MT) ①手動變速箱：手動變速箱可以采用滑動齒輪、嚙合套和同步器換擋等方式?；瑒育X輪換擋變速箱的基本結構是主動齒輪在驅動軸上 滑動，使其與從動齒輪相嚙合。嚙合套換擋是從動軸上的齒輪和主動軸上的空套齒輪經常處于嚙合狀態(tài)，移動主動軸花鍵上的嚙合套，使空套齒輪與主動軸連接。與滑動齒輪相比，其滑動距離小，在圓周速 度低的部位嚙合，故換擋較前者容易。以上兩類換擋變速箱由于結構簡單、加工制造成本低，在拖拉機發(fā)展早期，應用較為廣泛。但由于這兩類變速箱換擋時，兩個齒輪的圓周速度不一致，掛擋時噪聲大，若操作不當甚至會導致齒輪損壞，因此，自上世紀30年代同步器問世以來，這兩類換擋變速箱在歐美拖拉機上逐步被淘汰。同步器換擋變速箱采用摩擦原理，使相嚙合的齒輪的圓周速度迅速地相等后再掛擋，因此，其換擋平順，減少了齒輪嚙合時的互相撞擊，延長了齒輪的使用壽命，在拖拉機變速箱發(fā)展史上占有重要的地位。 ②負載換擋變速箱：負載換擋變速箱由于換擋過程簡單且動力不中斷，改善了拖拉機的操縱性能，提高了工作效率。自1959年Caterpillar公司在D9D拖拉機上首次成功地應用負載換擋以來，由于這種機構在換擋時所表現出的明顯優(yōu)點，吸引了許多廠家紛紛效仿。 ?