28马力轮式拖拉机变速箱设计.pdf

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1、 -1-28 马力轮式拖拉机变速箱设计 摘 要 为了获得适合各种农业工作的不同速度和牵引力，我们就必须通过变速箱来降低从发动机传出的较快的转速并将动力传递给驱动装置来行走或作业。在田间或公路运输时要求有较快的行驶速度，但是在田间作业和工程施工时则需要较慢的速度和较大的牵引力。为了实现这种目的，大部分必要的减速通常通过变速箱总成中的滑移齿轮来实现，进一步的减速则是通过中央传动和最终传动的大、小齿轮的啮合来实现的。在现代的拖拉机中，拖拉机不仅被用来田间作业，还用来搞运输、粉碎饲料等。为了满足不同工况的需要和提高经济性，一般都是多挡位的，本设计采用 8 个前进挡的设计方案。对于拖拉机来说，一般变速箱

2、总成都采用直齿圆柱齿轮以降低成本，则用滑移齿轮前后移动与中间轴上齿轮啮合以获得需要的速度。为了满足拖拉机的中耕和其它作业需要，例如耕地、耙地、工程施工等。都需要在设计中设计动力输出装置，通过动力输出轴将从发动机传来的扭矩传到拖拉机后部，以带动各种机具工作。关键词：拖拉机，变速箱，滑移齿轮，动力输出轴 -2-TRANSMISSION DESIGN OF 28 HP TRACTOR ABSTRACT We must reduce the relatively fast speed of the engine and transmit its power to the driving menbers

3、 to obtain suitable speeds and pulling power for the different farm jops.You may want a fst forward speed for hauling form the field or on the highway but a much slower fortions.Aslo,you msut have some means of reversing the direction of rotation of the driving members.Much of the necessry speed red

4、uction is accomplished by the sliding(speed-changing)gears of the assembly which is ususlly called the“transmission.”Further reduction is secured at the differential and by the final drive pinions and bull gears.In todays tractors there are still more gear combingations giving more forward speeds;th

5、ese are needed for the many operations now performed with farm tractors.You select the speed you want by shifting one of the sliding gears,which are splined to be transmission shaft.With the gear shift lever,you can move then forward or backward;you can mesh any certain sliding gear with its mating

6、gear on the counter-shaft.Live power take-off is an asset with many p.t.o.driven machine.KEY WORDS：tractor,transmission，sliding gears，power take-off -3-目 录 第一章 前 言 1 第二章 结构分析与设计 2 2.1 概述 2 2.1.1变速箱的功用、要求 2 2.2 布置方案的分析与确定 2 2.2.1传动机构的方案分析与确定 2 2.2.2 变速箱零、部件结构分析与确定 3 2.2.3 发动机和轮胎选择 6 第三章 变速器主要参数的确定 7

7、3.1 概述 7 3.2 变速器主要参数的确定 7 3.3 常啮合齿轮参数的确定 10 第四章 变速器圆柱齿轮的结构和设计 12 4.1 齿轮的变位 12 4.2 齿轮的强度计算 13 第五章 中央传动主要参数的确定 16 5.1 概述 16 5.2 中央传动主要参数的确定 16 5.3 圆柱齿轮的结构与计算 17 5.4 齿轮强度计算 18 -4-第六章 最终传动参数的确定 20 6.1 概述 20 6.2 最终传动主要参数的确定 20 6.3 圆柱齿轮的结构与计算 21 6.4 齿轮强度计算 22 第七章 轴的校核 24 7.1 概述 24 7.2 轴的强度计算 24 7.3 轴的刚度计算

8、 25 第八章 轴承的校核 28 8.1 概述 28 8.2 轴承的校核 28 结论 30 参考文献 31 致谢 32 -5-第一章 前 言 小四轮拖拉机自 80 年代初生产至今，全国有近百家生产企业，年生产能力达 100多万台，不论从产品设计到制造生产，都有比较成熟的经验。随着国民经济的发展，农业现代化步伐的加快，相关行业的发展以及农民生活水平的稳步提高，带动了农机市场销售。而农民购买拖拉机后，同样不单单是耕地、种田，还要搞副业、跑运输。随着国内加工工艺的进步，农机走出国门也是市场的需要。在田间作业中，随着拖拉机功率的提高，农机具工作幅宽的机组的田间作业速度都有大幅度的提高，加上联合作业农机

9、具的大量采用都对拖拉机的操纵提出了更高的要求。为了获得拖拉机作业动力经济性的最佳匹配，要求拖拉机能够根据发动机工况和负载的变化自动选择挡位。因此目前在国外先进的大功率拖拉机上都普遍采用电子自动换挡技术，即采用电控机械式变速箱（AMT）。如卡特彼勒公司的 Challenger E 系列、迪尔公司的 8000系列、凯斯公司的 Quadtrac芬特公司的 900系列。国内的研究也主要集中在汽车上。吉林工业大学、北京理工大学、重庆医疗机械工业公司等多家单位均在此方面取得了积极成果。我的设计题目是 28 马力轮式拖拉机的变速箱设计，根据目前国内生产水平和市场需要，以及指导老师的建议，本次采用传统的机械式

10、换挡方式。参考泰山28 和东方红 28 的变速箱设计，经过分析、讨论，经过比较，最终确定采用 8 1挡横置方案。设计内容包括整体结构设计、传动比确定、各主要参数计算、齿轮选择及校核、轴的设计与校核、轴承的选择与计算、换挡及操纵机构。由于准备时间仓促，水平有限，经验尚浅，又是初次使用 CAD画图，设计中难免有些错漏之处，望各位老师多多指正。-6-第二章 结构分析与设计 2.1 概述 2.1.1 变速箱的功用、要求（1）、变速箱的功用是：a)变扭变速，以改变传动系的传动比，使拖拉机能够获得所需的各种行驶速度和牵引力；b)实现倒挡，使拖拉机能实现倒退行驶；c)实现空挡，使拖拉机能在发动机不熄火的情况

11、下长时间停车，同时也便于发动机的启动。此外，还往往通过变速箱引出动力输出轴，还可以带动某些农机具工作。(2)、对变速箱的要求是：a)有一定的排挡数，以尽量满足拖拉机的使用要求；b)各传动件应有足够的强度、刚度和耐磨性，个相对运动表面应保持良好的润滑，以保证工作可靠和一定的使用寿命；c)换挡方便；d）结构简单，维修方便；e)工作可靠，拖拉机在行驶过程中，变速器不得有跳挡、乱挡以及换挡冲击等现象发生；f)应设置动力输出轴，以便必要时进行功率输出。此外，变速箱还应该满足效率高、噪声低、体积小、质量轻。制造容易、成本低等特点。2.2 布置方案的分析与确定 2.2.1 传动机构的方案分析与确定 目前使用

12、的变速箱中按传动形式分为简单式变速箱和组成式变速箱。组成式 -7-变速箱通常有两个简单式的变速箱组合而成，其中挡数较多的简单式变速箱称为主变速箱，挡数较少的称为副变速箱，一般具有 6 个以上的挡位。采用组合式可使结构非常紧凑，目前我国大部分均采用组成式变速箱。按轴向车身的相对位置的布置方式不同分为横置式变速箱和纵置式变速箱。纵置式变速箱既是有两个简单式变速箱组成的组成式变速箱，所参照的东方红20 的变速箱布置方式就是这样布置的，如图 2 a 所示，这样的布置方式结构体积小、结构紧凑，但是工艺要求高，箱体加工复杂，且主、副变速箱结合部受力集中，使用寿命短。另一种方式是横置式布置方式，如图 2 b

13、、2 c 所示，这种布置方式使得变速箱体积较大，成本增加，但是集成程度高，加工工艺简单，箱体制造方便，拆卸维修方便，将中央传动和最终传动集成到变速箱体内，使拖拉机整体尺寸降低，整体成本下降，因此是目前大部分生产企业的所采用的方式。如东方红系列。图 b 与图 c 相比，因为是采用的 6+1式的，结构简单，但是挡位少，根据经验会产生插花换挡现象，用户操作起来非常麻烦，效率利用率低。对于图 3，由于采用 8 1 挡布置，在轴增加一固定齿轮，在轴上增加以滑移齿轮，导致轴受力增加，但是能够提高效率利用率，也更能满足实际需要。综上所述，采用横置式 8 1 挡方案较好，较方案 1 集成程度高，设计简单，加工

14、方便，还可以降低整车尺寸和成本，生产后续性好，另外各中心距可以一样，通用性好，普遍采用深沟球轴承和直齿轮，成本较低；经校核轴虽然比 b 方案多了一个齿轮，即增加了、挡，但是通过增加轴径可以达到设计要求。同时也解决了插花换挡的问题。这样就可以耕作时采用低挡起步，运输时用高挡起步，提高了效率利用率。2.2.2 变速箱零、部件结构分析与确定（1）、齿轮型式 变速器常用斜齿和直齿圆柱齿轮。斜齿圆柱齿轮传动平稳，承载能力高于直齿，常用在转矩大或者线速度高的场合。它需要啮合套或同步器换挡，当轴向力大时常用圆锥滚子轴承支撑，轴承的调整也较麻烦。对于平稳性和舒适性要求不高拖拉机来说，变速箱多采用直齿圆柱齿轮，

15、这种齿轮没有轴向力，并可以采用滑动齿轮换挡，结构简单，成本低。-8-图 2 a 东方红 25 马力 8挡型传动方案 （2）、换挡机构型式 换挡机构的功用是波动滑动齿轮以进行换挡。国产变速箱的换挡机构大部分都采用球支座式。它由主、副变速杆、拨叉轴、拨叉等组成。用主副变速杆来分别操纵主副变速箱。它的优点是操纵方便。由于拖拉机对噪声和稳定性要求不高，采用滑动齿轮换挡。-9-（3）、锁定机构型式 锁定机构的功用是将拨叉轴定位，从而保证工作的齿轮副全齿宽啮合；不工作的齿宽处于完全脱离啮合位置；并使拖拉机在工作中不发生自动脱挡现象。拖拉机上一般采用锁球式或锁销式两种锁定机构，本设计采用锁球式。它在拨叉轴上

16、沿轴开有 3 个半球形槽，中间对应空挡，前后个对应以个挡位；如图 1d 所示，把拨叉轴的轴向位置锁定，从而起定位作用。换挡时，变速杆上必须施加一定的作用力，首先克服锁定弹簧的压力，将锁球顶起，然后才能使拨叉轴移动。这样既保证了工作齿轮副恰好完全啮合，又防止了拨叉轴因震动等原因移动而发生自动脱挡的现象。（4）、互锁机构型式 互锁机构的功用是防止变速箱同时挂上两个挡。目前常用的有框板式和互锁销式两种互锁机构。本次设计采用互锁销式互锁机构，它限制两根拨叉轴之间德安运动。互锁销 -10-装在凹槽的两根拨叉轴之间。（5）、其它注意问题 由于考虑到变速器在低挡工作时轴受作用力大，所以低挡齿轮布置在靠近轴的

17、支撑处，然后大致按从低到高的顺序布置各挡齿轮。这样，保证轴有足够的刚性，有方便安装。第一轴上的齿轮齿顶圆直径比壳体前壁轴承空的直径尺寸小，以便于经过该孔拆装。2.2.3 发动机和轮胎选择 根据设计任务书要求及变速箱布置方式，选择发动机型号为 2102，其主要参数入表 2 1 所示：由文献2 表 1333 拖拉机、联合收割机驱动轮轮胎数据表，取驱动轮胎型号为 11.224，轮胎外径 D=1220mm.表 2 1 发动机主要参数 型号 2102 额定功率/KW 20.28 额定转速/r/min 2200 最大扭矩/Nm/r/min 102.8/2000 -11-第三章 变速器主要参数的确定 3.1

18、 概述 由文献 1 知：对于拖拉机，根据国内外的经验，应将挡次密集在 5 11Km/h的速度区段内，并尽量避免在 6 9Km/h速度范围内换挡，避免主变速杆与副变速杆同时操作，即插花换挡。拖拉机在重载区（5 11Km/h），级比 q 可略大于发动机的转矩适应系数，一般发动机的适应系数为 1.15。定轴传动变速箱的主要参数包括中心距、齿数模数和齿数等。3.2 变速器主要参数的确定 减小中心距可减轻变速箱的重量并缩小尺寸，但是受到传动零件的强度和寿命的限制。由文献3 ，实际中心距a（单位为 mm）可按下式初选 3jaTKa （1 1）式中 Tj变速箱输出轴的计算转矩，单位为 Nm；Ka系数，一般

19、Ka1417，国产发动机多为 1516。本次设计选 Ka16。中心距a选定后，齿轮的弯曲强度随模数的减小而降低，但是接触强度并不降低，反而会有所改善。因为 减小模数将增加齿数和，提高相啮合齿轮的重合度，所以在满足弯曲强度的前提下应选取较小的模数。直齿圆柱齿轮的模数 m(单位为 mm)可按下式选取 3jmTKm （1 2）式中 Km系数，Km0.40.6，国产拖拉机多为 0.450.55。选 Km0.45。-12-由文献3 式 2 46 求得相啮合齿轮的齿轮数 Z=ma2 （1 3）对于主副变速都是一对齿轮传动的结构，由文献3 式 2 48 有 fuizuibilbiiiCiCv)(fuifui

20、zuizuizzzzC （1 4）式中 lbiv第 i 挡时在发动机标定转速下拖拉机的理论速度，单位为km/h；C常数，mzdqebiirnC377.0 bii第 i 挡时变速箱的传动比；zi、mi中央传动和最终传动的传动比；zzui、zuiz第 i 挡时主变速主动齿轮和从动齿轮的齿数；zfui、fuiz第 i 挡时副变速主动齿轮和从动齿轮的齿数。由文献3 式 2 7 知：dqjriGT 496.0935.061.05.201000065.0 （1 5）212.76Nm 式中 i中央传动与最终传动传动比之积。所以 376.21216 a 95.52mm；取mma100 3jmTKm 0.453

21、76.212 2.68mm；圆整后取 m=3mm。-13-则齿数和 maZZfuzu23100266.7；所以取fuzuZZ67。设计拖拉机ebn2200r/min,dqr=0.610.935=0.57m,取37.4zi，65.4mi，根据文献 3 式 2 47 mzdqebiirnC377.0=0.37765.437.4935.061.02200 （1 6）=22.997 根据设计任务书，设计拖拉机的 8 个前进挡的速度范围如下，单位为 km/h:低挡：3 3.5；55.5；77.5；8.59；高挡：1010.5；15.516；2020.5；2929.5。根据条件，制表如下:表 3 1确定组

22、成式变速箱传动比和齿数的表格 lbiv zui fui 51/16 50/17 49/18 48/19 47/20 46/21 31/36 30/37 52/15 2.08 2.25 2.44 2.62 2.82 3.03 7.71 8.18 51/16 2.26 2.45 2.65 2.85 3.07 3.29 8.38 8.90 50/17 2.45 2.66 2.88 3.09 3.33 3.57 9.10 9.66 47/20 3.07 3.33 3.60 3.87 4.16 4.47 12.08 12.88 46/21 3.29 3.57 3.86 4.15 4.47 4.79 13

23、.04 13.85 45/22 3.52 3.82 4.12 4.43 4.77 5.12 14.00 14.86 44/23 3.77 4.10 4.43 4.76 5.12 5.50 14.94 15.86 41/26 4.56 4.95 5.35 5.75 6.19 6.65 16.92 17.97 40/27 4.87 5.29 5.71 6.14 6.61 7.10 18.07 19.18 39/28 5.19 5.62 6.08 6.54 7.04 19.24 20.43 -14-38/29 5.50 5.97 6.45 6.94 7.47 8.02 20.41 21.67 37/

24、30 5.86 6.36 6.87 7.39 7.96 8.54 21.74 23.08 36/31 6.21 6.74 7.29 7.84 7.44 9.05 23.05 24.47 35/32 6.61 7.18 7.76 8.34 8.98 9.63 24.53 26.05 34/33 7.00 7.59 8.21 8.82 9.50 10.20 25.96 27.56 33/34 7.43 8.06 8.72 9.37 10.09 10.83 27.56 29.27 根据任务书要求，再经过比较，从表中选出8 个速度，相应选出主变速和副变速各挡的传动比和齿数为 1zui1651；2245

25、2zui；27403zui；34334zui 21461fui；37302fui 3.3 常啮合齿轮参数确定 由文献3 ，实际中心距a（单位为 mm）可按下式初选 3jamTKa 式中 Tj变速箱输出轴的计算转矩，单位为 Nm；Ka系数，一般 Ka1417，国产发动机多为 1516。本次设计选 Ka15。中心距a选定后，齿轮的弯曲强度随模数的减小而降低，但是接触强度并不降低，反而会有所改善。因为 减小模数将增加齿数和，提高相啮合齿轮的重合度，所以在满足弯曲强度的前提下应选取较小的模数。直齿圆柱齿轮的模数 m(单位为 mm)可按下式选取 3jmTKm 式中 Km系数，Km0.40.6，国产拖拉机

26、多为 0.450.55。选 Km0.45。-15-由文献3 式 2 46 求得相啮合齿轮的齿轮数 Z=ma2。根据文献3 式 2 6 知 iTTelj 102.896.06.1 157.9Nm 所以 39.15715ma 82.2mm；所以取 mmam85 3jmTKm 0.4539.157 2.46mm；圆整后取 m=2.5mm。则齿数和 maZzu25.285268；所以取3434从主zz。-16-第四章 变速器圆柱齿轮的结构与设计 4.1 齿轮的变位 拖拉机变速箱多采用直齿圆柱齿轮，这种齿轮没有轴向力，并可用滑动齿轮换挡，结构简单。为了避免根切和干涉；配凑传动比和中心距；改善啮合条件，提

27、高齿的强度，一般要对齿轮进行变位。本设计中采用总变位系数0 x的角度变位。由文献3 式 2 49 知总变位系数 )(2invinvtgazxz （4 1）取变速箱齿轮的啮合角)2520(22,齿轮齿形角 20，所以 )2022(20267invinvtgx )014904.0020054.0(36397.0267 0.47 由文献3 知小齿轮的变位系数为 maaxhaztgztgzx*112211271.877.2)1(221.0 （4 2）由文献2 图 9 44(b)查得 10006732.00.02144 （4 3）所以 实际中心距 )2(zxzma （4 4）)02144.047.026

28、7(3 101.9mm -17-mm102 标准中心距 2mza mm5.100 所以 各挡齿轮的变位系数入表 4 1 所示 表 4 1 各挡齿轮的变位系数 高挡 低挡 倒挡 小齿轮 0.57 0.51 1.49 0.48 0.51 0.48 0.51 大齿轮 0.1 0.04 0.02 0.01 0.04 0.01 0.04 4.2 齿轮强度计算 齿轮应计算齿面的接触强度和齿根抗弯强度。根据文献3 式 2 50 知齿轮的计算载荷jF（单位 N）111000rTFjj （4 5）式中 1 jT主动齿轮的计算转矩，单位为 Nm;1r主动齿轮的节圆半径，单位为mm。根据文献3 式 2 6 知 iT

29、Tej （4 6）cos21mzr （4 7）根据文献3 式 2 51 知接触强度可按计算节点处的接触应力j（单位为 MPa）挡 位 Xi 齿 轮 -18-jjjKzzzzbmEF2121sincos)(2418.0 （4 8）式中 b工作齿宽，单位为mm；E弹性模量，E=2.06MPa510；z1、z2主动齿轮和从动齿轮齿数；齿形角，取 20；啮合角，22；jK工作条件系数，取jK1.2（1.01.2）。根据文献3 式 2 52 知齿根弯曲应力（单位为 MPa）KYbmFFj （4 9）式中 YF齿形系数，从文献3 图 2 75 查取；K工作条件系数，取K1.6（1.51.7）。所以各挡齿轮

30、的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力入表4 2 所示：表 4 2 各挡齿轮的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力 jF/N j/MPa/MPa b/mm YF 1r/mm、7171.9 493.7 381 24 2.25 23、5321 563.9 370.2 24 2.21 31、4340.8 385.5 297.9 18 2.18 38、3547.3 341.9 239 18 2.14 46.5 高挡齿轮 3303.8 331.8 218.4 18 2.10 52 低挡齿轮 5726.7 468.2 402 18 2.23 30 常啮合齿轮 4262 376.8 283.1 18 2.11 34

31、 项 目 齿 轮 -19-倒挡齿轮 5542 455 385.6 18 2.21 31 根据文献5 齿轮材料选用 20CrMnTi，其 minj1100Mpa;min=850MPa.所以以上齿轮均满足要求。-20-第五章 中央传动参数确定 5.1 概述 中央传动之指变速器之后，转向机构之前的传动机构。在发动机横置的拖拉机上，中央传动由一对直齿圆柱齿轮组成。它的功用是增扭减速。5.2 中央传动主要参数的确定 由文献3 ，实际中心距a（单位为 mm）可按下式初选 3jamTKa 式中 Tj变速箱输出轴的计算转矩，单位为 Nm；Ka系数，一般 Ka1417，国产发动机多为 1516。本次设计选 Ka

32、14。中心距a选定后，齿轮的弯曲强度随模数的减小而降低，但是接触强度并不降低，反而会有所改善。因为 减小模数将增加齿数和，提高相啮合齿轮的重合度，所以在满足弯曲强度的前提下应选取较小的模数。直齿圆柱齿轮的模数 m(单位为 mm)可按下式选取 3jmTKm 式中 Km系数，Km0.40.6，国产拖拉机多为 0.450.55。选 Km0.45。由文献3 式 2 46 求得相啮合齿轮的齿轮数 Z=ma2。根据文献3 式 2 6 知 -21-iTTelj 102.8496.01651214633376.1 1155.7Nm 所以 37.115514ma 147mm；3jmTKm 0.4537.1155

33、 4.72mm；圆整后取 m=5mm。则齿数和 maZzu25147258.8；所以取zuZ59。设计拖拉机ebn2200r/min,dqr=0.610.935=0.57m,取37.4zi，65.4mi，所以取mi10494.9。5.3 圆柱齿轮的结构与计算 由文献3 式 2 49 知总变位系数 )(2invinvtgazxz 取变速箱齿轮的啮合角)2520(22,齿轮齿形角 20，所以 )2022(20259invinvtgx )014904.0020054.0(36397.0259 -22-0.42 由文献3 知小齿轮的变位系数为 maaxhaztgztgzx*112211271.877.

34、2)1(221.0 由文献2 图 9 44(b)查得 10005932.00.02124 所以 实际中心距 )2(zxzma )02124.042.0259(5 149.5mm mm150 标准中心距 2mza mm5.147 所以 44.01x；02.02x。5.4 齿轮强度计算 齿轮应计算齿面的接触强度和齿根抗弯强度。根据文献3 式 2 50 知齿轮的计算载荷jF（单位 N）111000rTFjj 式中 1 jT主动齿轮的计算转矩，单位为 Nm;1r主动齿轮的节圆半径，单位为mm。根据文献3 式 2 6 知 iTTej -23-cos21mzr 根据文献3 式 2 51 知接触强度可按计算

35、节点处的接触应力j（单位为 MPa）jjjKzzzzbmEF2121sincos)(2418.0 式中 b工作齿宽，单位为mm；E弹性模量，E=2.06MPa510；z1、z2主动齿轮和从动齿轮齿数；齿形角，取 20；啮合角，22；jK工作条件系数，取jK1.2（1.01.2）。根据文献3 式 2 52 知齿根弯曲应力（单位为 MPa）KYbmFFj 式中 YF齿形系数，从文献3 图 2 75 查取；K工作条件系数，取K1.6（1.51.7）。所以中央传动齿轮的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力入表 4 1 所示 表 5 1 中央传动齿轮的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力 jF/N j/MPa/

36、MPa b/mm YF 1r/mm 中央传动齿轮 39851.7 613.36 519 65 2.49 29 根据文献5 齿轮材料选用 20CrMnTi，其 minj1100Mpa；项 目 齿 轮 -24-min=850Mpa。所以以上齿轮均满足要求。第六章 最终传动参数确定 6.1 概述 最终传动的功用是进一步增扭减速，以满足拖拉机的使用要求。最终传动大多采用直齿圆柱齿轮，对于横置式集成式变速箱来说，常用差速器大齿轮与一个小齿轮啮合，实现最终传动的功用。6.2 最终传动主要参数的确定 由文献3 ，实际中心距a（单位为 mm）可按下式初选 3jamTKa 式中 Tj变速箱输出轴的计算转矩，单位

37、为 Nm；Ka系数，一般 Ka1417，国产发动机多为 1516。本次设计选 Ka14。中心距a选定后，齿轮的弯曲强度随模数的减小而降低，但是接触强度并不降低，反而会有所改善。因为 减小模数将增加齿数和，提高相啮合齿轮的重合度，所以在满足弯曲强度的前提下应选取较小的模数。直齿圆柱齿轮的模数 m(单位为 mm)可按下式选取 3jmTKm 式中 Km系数，Km0.40.6，国产拖拉机多为 0.450.55。选 Km0.45。-25-由文献3 式 2 46 求得相啮合齿轮的齿轮数 Z=ma2。根据文献3 式 2 6 知 iTTelj 102.8596.09.41651214633376.1 5458

38、.6Nm 所以 36.545814ma 246mm；3jmTKm 0.4536.5458 7.92mm；圆整后取 m=8mm。则齿数和 maZzu28246261.5；所以取zuZ62。设计拖拉机ebn2200r/min,dqr=0.610.935=0.57m,取37.4zi，65.4mi，所以取mi12504.17。6.3 圆柱齿轮的结构与计算 由文献3 式 2 49 知总变位系数 )(2invinvtgazxz 取变速箱齿轮的啮合角)2520(22,齿轮齿形角 20，-26-所以 )2022(20262invinvtgx )014904.0020054.0(36397.0262 0.438

39、 由文献3 知小齿轮的变位系数为 maaxhaztgztgzx*112211271.877.2)1(221.0 由文献2 图 9 44(b)查得 10006232.00.02418 所以 实际中心距 )2(zxzma )02418.0438.0262(8 251.3mm mm250 标准中心距 2mza mm248 所以 62.01x；18.02x。6.4 齿轮强度计算 齿轮应计算齿面的接触强度和齿根抗弯强度。根据文献3 式 2 50 知齿轮的计算载荷jF（单位 N）111000rTFjj 式中 1 jT主动齿轮的计算转矩，单位为 Nm;-27-1r主动齿轮的节圆半径，单位为mm。根据文献3

40、式 2 6 知 iTTej cos21mzr 根据文献3 式 2 51 知接触强度可按计算节点处的接触应力j（单位为 MPa）jjjKzzzzbmEF2121sincos)(2418.0 式中 b工作齿宽，单位为mm；E弹性模量，E=2.06MPa510；z1、z2主动齿轮和从动齿轮齿数；齿形角，取 20；啮合角，22；jK工作条件系数，取jK1.2（1.01.2）。根据文献3 式 2 52 知齿根弯曲应力（单位为 MPa）KYbmFFj 式中 YF齿形系数，从文献3 图 2 75 查取；K工作条件系数，取K1.6（1.51.7）。所以中央传动齿轮的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力入表 5 1

41、 所示 表 6 1 中央传动齿轮的计算载荷、接触应力、齿根弯曲应力 jF/N j/MPa/MPa b/mm YF 1r/mm 项 目 齿 轮 -28-最终传动齿轮 121302 758.52 808.74 80 2.51 45 根据文献5 齿轮材料选用 20CrMnTi，其 minj1100Mpa；min=850Mpa。所以以上齿轮均满足要求。第七章 轴的校核 7.1 概述 轴必须有足够的强度和刚度。轴的刚度不足会导致齿轮啮合质量变差和轴承寿命降低，变速箱轴的尺寸往往受限于轴的刚度。7.2 轴的强度计算 由于各轴单纯受扭，只需校核危险断面的扭转应力。对于整个变速箱来说，轴是危险轴。由于轴上支承

42、着齿轮，轴同时受有转矩和弯矩。画轴的转矩图和两个平面的弯矩图如图 7 a 所示，求出当量合成弯矩M(单位为 Nm)由文献3 式 2 54 知 22)(jTMM 式中 M轴所受弯矩，22ZXMMM,其中XM和ZM分别为水平面和垂直面的弯矩，单位为 Nm；根据转矩变化性质而定的校正系数，取0.5。根据图 6 a，2121FFFFNN lFMMNZZ221 -29-2NF5838.8N 1NF7059.8N 22)95.1645.0(88.1623M =1625.97Nm 根据弯矩图知挡齿轮右端面为危险断面，其合成弯曲应力（单位为 MPa）WMK1000 式中 W抗弯断面系数，WDdD/1.044）

43、（,单位为3mm；K应力集中系数，参见文献3 表 2 6，选K1.6。34/32341.097.16256.1100044）（307.37MPa 由文献5 表 12.6知 40Cr的 750 Mpa，所以强度足够。图 7 a 轴的受力、弯矩、转矩、挠度、偏转角 7.3 轴的刚度计算 为了保证齿轮的正确啮合，要求工作时齿面不能偏斜过大，这通常用齿面中 -30-点处轴的挠度 y 和偏转角来衡量，y 和的计算参见文献3 表 2 7。轴受力如图 7 a 所示，则:EJlaalFyA3)(2211 ；（7 1）EJllaalaFA3)2)(11；（7 2）EJlabbalFyA3)(22222；（7 1

44、）EJllbabFA6)3(22222；（7 4）且合成挠度 21AAyyy；（7 5）合成偏转角 21AA；（7 6）EJlaalFyA3)(2211 289323405.0101006.23787828910007.5726444522）（）（0.06036mm；EJllaalaFA3)2)(11 289)3234(05.0101006.23)289782()78289(78107.572644453 0.000929rad（与标示方向相反）；EJlabbalFyA3)(22222 289323405.0101006.2338783878289109.717144452223）（）（0.0

45、3143mm；EJllbabFA6)3(22222 -31-289)3234(05.0101006.26)28938783(38109.717144452223 0.000338rad（与标示方向相反）；21AAyyy0.09179mm；21AA0.001367rad。根据文献6 表 155 查得 1445.00867.0)0005.00003.0(lymm；0025.0rad。所以轴的刚度足够。-32-第八章 轴承的校核 8.1 概述 传动系广泛采用滚动轴承。其中，向心轴承既能承受径向力，又能承受一定的轴向力，成本较低，轴向定位方便，故用得最广。本设计广泛采用了深沟球轴承。但其额定载荷较小，

46、所以在外载荷大、尺寸受限制的地方，采用了圆柱滚子轴承。8.2 轴承的校核 根据设计知轴轴承载荷较大，由于采用了深沟球轴承，且齿轮为直齿圆柱齿轮，其轴向载荷可以忽略不计。即0raFF，则 X=1,Y=0,在第 i 挡时，轴承所受的当量载荷 Fi。Fi=YFXFr=rF （8 1）式中 X、Y 系数，参见轴承手册。由文献3 式 2 58 平均当量动载荷 Fm（单位为 N）miiimnnFF)(（8 2）式中 mn平均转速，单位为 r/min，mniin；-33-in该轴承在第 i 挡时的转速，单位为 r/min；Fi该轴承在第 i 挡时的当量动载荷，单位为 N；寿命指数，球轴承3；i第 i 挡工作

47、时间占总工作时间的比例，参见文献3 表 2 8。mF=2985.8N；mn=1018.5r/min。由文献3 式 2 59 知轴承寿命hL（单位 h）hL)(60106mmFCn （8 3）查文献5 表 153 知 6306轴承的额定动载荷 C=20.8KN hL=36)9858.28.20(5.10186010 =5531.9h 5532 h 根据文献 3 P85有关叙述知，传动系轴承的寿命一般不低于5000h，且 mF C 。所以轴承合适。-34-结 论 在 这 两 个 多 月 的 毕 业 设 计 过 程 中，从 开 始 拿 到 题 目 到 最 后 的完 工，觉 的 每 时 每 刻 都 在

48、 学 习 中，在 这 期 间，使 我 更 进 一 步 认 识到 独 立 思 考 与 团 结 合 作 的 重 要 性，独 立 思 考 是 创 新；团 结 合 作 是为 了 整 体 设 计 进 程 的 顺 利 开 展。通 过 本 次 设 计，使 我 进 一 步 加 深了 对 课 本 理 论 知 识 的 理 解。本 次 设 计 基 本 上 能 按 时 完 成 任 务，但 是 由 于 经 验 不 足，参 考资 料 有 限，本 次 设 计 所 参 照 的 方 案 虽 然 目 前 仍 有 生 产，但 仍 属 传统 的 范 畴。缺 少 创 新。开 始 拿 到 题 目 时，查 找 资 料 显 示，机 械 式自

49、 动 变 速 箱（AMT）是 目 前 研 究 的 方 向，而 且 一 些 国 家 已 经 将 此项 技 术 应 用 到 拖 拉 机 上。但 是 进 一 步 查 看 资 料 发 现 以 目 前 的 资 料和 能 力 是 不 可 能 完 成 的，所 以 最 后 就 选 择 了 传 统 的 变 速 箱 设 计 方案。对 此，我 觉 得 平 时 认 真 学 好 理 论 知 识 是 非 常 必 要 的，在 学 习过 程 中，多 多 关 注 最 新 技 术 发 展 现 状，发 现 问 题 时 及 时 请 教，解决 问 题。另 外 将 所 学 功 课 灵 活 运 用，达 到 融 会 贯 通，这 样 才 能

50、有所 创 新。-35-参 考 文 献 1 周纪良编著.拖拉机及类似车辆传动系.北京：机械工业出版社，1991 2 第一机械工业部，机械研究院，农业机械研究院编.农业机械设计手册：下册.北京：机械工业出版社，1973 3 程悦荪.拖拉机设计（第二版）.北京：机械工业出版社，1990 4 张文春主编.汽车理论.北京：机械工业出版社，2005 5 王昆，何小柏，汪信远.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社，1995 6 濮良贵，纪明刚.机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社 2001 7 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2004 8 刘星荣.拖拉机构造.北京：机械工业出版社,1986 9