机械毕业设计（论文）-28马力轮式拖拉机最终传动及驱动轴设计【全套图纸】 .pdf

1 28 马力轮式拖拉机最终传动及驱动轴设计马力轮式拖拉机最终传动及驱动轴设计 摘摘 要要 拖拉机是与各种作业机械配套的自走式动力机械，是农业机械化的主要 机械。在农业中，他主要用以牵引和驱动多种类农机具完成各项田间作业和 农业运输。农村经济日新月异乡镇企业蓬勃发展，城乡交流不断扩大，道路 运输量急剧增加，所以运输车辆出现缺口。近年来，随着拖拉机走入田间的 不断深入，从作业种类上由耕，耙，播扩大到收获，中耕，栽植，喷雾，打 捆等多个方面，与农机具配套作业。农用拖拉机正适合了其农村的这种使用 条件：工作环境比较恶劣，农村道路相对复杂，速度不高。在中国现有的生 产模式下，广大农民需要的还是中小型拖拉机，国内市场对该档产品的需求 量在不断增长。 另外和国外拖拉机生产厂家相比我国生产的拖拉机经济实惠， 价格只有国外同类产品的一半甚至更少，因此，中小马力拖拉机社会销量和 保有量很大，传动系布置多种多样。 最终传动是传动系的重要组成部分之一，它的功用是进一步增加传动系 的传动比，从而使拖拉机获得所需的驱动力。 我这次设计的是轮式 28 马力拖拉机的最终传动， 我采用的是外置外啮合 直齿圆柱齿轮式最终传动，轴采用了矩形花键轴。采用这种最终传动设计方 案， 可以达到设计任务要求， 并可保证拖拉机在工作中具有足够的动力输出。 关键词：传动比，外啮合，圆柱齿轮，花键轴 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2 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 chinas 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. 3 key words: transmission ratio, external, cylindrical gears, spline shaft 4 目目 录录 前言前言1 第一章第一章 最终传动简介最终传动简介3 1.1拖拉机最终传动的功 用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2拖拉机最终传动的分类.3 1.3 拖拉机最终传动的设计要求3 第二章第二章 设计任务分析设计任务分析.4 2.1 设计内容4 2.2 主要技术指标4 2.3 设计要求4 第三章第三章 最终传动设计方案的确定最终传动设计方案的确定.5 3.1 设计方案的确定5 3.2 本次设计方案的说明5 第四章第四章 最终传动及驱动轴的设计计算最终传动及驱动轴的设计计算.6 4.1整车主要参 数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4.2 外啮合圆柱齿轮的主要参数确定6 4.3圆柱齿轮的结构强度计 算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 4.4 主动轴的确定与计算.15 4.5驱动轴确定与计 算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 4.6 键的校核22 4.7 输入轴轴承校核22 4.8 驱动轴轴承校核23 第五章第五章 结论结论.25 参考文献参考文献.26 致谢致谢.27 外文资料译文外文资料译文 5 前前 言言 本次设计是我们在校期间最后一次设计、学习机会，是对所学知识的一 次综合运用，也是我们在走向工作岗位之前的一次重要实战演练。通过这次 设计，我们进一步对所学知识加以巩固，进一步提高搜集资料及查阅资料的 能力，进一步提高我们的团队协作精神。总之，这次设计对我们走向工作岗 位有着重要的作用。 农业是国民经济的基础，是国家自立、社会安定的基础，发展农业须要 得到重视。那么发展农业就离不开农业现代化的发展，提高农业机械化水平 就成为必要，不断改进我国的农用拖拉机也就成为须要。 而且我国是个农业大国，为了提高农民劳动效率，拖拉机是必不可少的。 基于我国地理条件的复杂情况，既有平原、山地，又有水田、旱地，因此既 要满足平原山地拖拉机作业的要求又得适应水田旱地拖拉机的作业内容。这 就要求我们设计时要全面周到地考虑到农业作业的复杂条件，而且要不断更 新技术，以适应需要。 在我国农业作业的情况很复杂：旱地耕耙、水田耕耙、凿式犁深松、旋 耕、移栽、谷物收获、肥料撒播、装载、道路运输、推土、旋转开沟等等。 多种作业环境就要求拖拉机有较宽的速度范围（前进档 1.5km/h25km/h,倒 档 5km/h11km/h） ，因此对变速器的要求随之提高了：既要有较宽的速比范 围，又得满足整车布置的要求。这就需要较多的档次，以求拖拉机能高效率 高质量地完成各种作业。 由于关税、价格、作业适应性、用户购买力等诸多因素的影响，目前国 外的中等功率轮式拖拉机产品和技术对国内市场尚未构成威胁。但与国际市 场上的中等功率拖拉机相比，国内产品尚有较大差距。如现代造型、可靠性、 耐久性、可维护性等方面都有较大差距。 中等功率轮式拖拉机在稳住国内市场的同时，应积极开拓中等发达国家 和发展中国家的市场。同时应通过引进、合作、嫁接国际先进技术，提高产 6 品的档次，向满足发达国家市场需求过渡。 国内小型拖拉机的市场竞争日趋激烈， 从已往单纯的价格占趋向在管理、 价格、质量、售后服务、结构性能等全方位的竞争。在竞争中，行业的集中 度将进一步提高。由于小型拖拉机的技术含量低，私营企业的发展势头很猛。 一拖公司正在积极研究调整策略，准备在保证国内市场中的领先地位的 同时，稳住非洲、东欧、东南亚的国际市场，积极深入国际市场进行调研， 选择合适的地方建立组装厂、装配中心。 我设计的最终传动，就是适应民族工业的发展和需要。由于我缺少工作 经验并且对拖拉机最终传动了解的不够透彻，难免在设计中出现一些错误， 希望各位老师多加指正。 7 第一章第一章 最终传动简介最终传动简介 1.1 拖拉机最终传动的功用拖拉机最终传动的功用 拖拉机最终传动的功用是进一步增加传动系的传动比，从而使拖拉机驱 动轮获得所需的驱动力，履带拖拉机和某些轮式拖拉机的最终传动还用来提 高后桥的离地间隙。 1.2 拖拉机最终传动的分类拖拉机最终传动的分类 最终传动按其传动形式分为： 1外啮合圆柱齿轮最终传动。 2内啮合圆柱齿轮最终传动。 3行星齿轮最终传动。 1.3 拖拉机最终传动的设计要求拖拉机最终传动的设计要求 根据拖拉机最终传动必须具备的各项功能和使用的实际情况，对最终传 动的设计应有以下的要求： 1.要有适当的传动比。 2.保证后桥处有足够的离地间隙。 3.齿轮要具有较高的支承刚度，以保证在全齿宽上较好的啮合。 4.靠近驱动轮布置的最终传动尤其要有可靠的密封。 8 第二章第二章 设计任务分析设计任务分析 2.1 设计内容设计内容 近年来随着拖拉机走入农田的不断深入，国内市场对该档产品的需求也 在不断增长，中小马力拖拉机社会销量和保有量很大，传动系布置多种多样。 本课题旨分吸收成熟产品的优点基础上优化设计出拖拉机的最终传动与驱动 轴总成。 2.2 主要技术指标主要技术指标 基本参数：发动机 28 马力，行驶速度 1.530km/h，6- 8 个前进档位轮胎 型号：9.5- 24。 每位同学需完成总和不少于 3 张零号图纸的结构设计图，装配图和零件 图，其中应包含用计算机绘制的有中等难度的 1 号图纸一张以上。 按要求，格式独立撰写不少于 12000 字的设计说明书，全部用计算机打 （编排要求到河南科技大学网站查： 毕业设计说明书 （论文） 的格式及规定） ， 查阅与课题相关的文献资料 15 篇以上，应有中英文摘要，独立完成 10000 字以上印刷符号的外文翻译。 2.3 设计要求设计要求 1 要有适当的传动比。 2 保证后桥处有足够的离地间隙。 3 齿轮要具有较高的支承刚度，以保证在全齿宽上较好的啮合。 4 靠近驱动轮布置的最终传动尤其要有可靠的密封。 5 工作可靠性高。 9 第三章最终传动设计方案的确定第三章最终传动设计方案的确定 3.1 设计方案的确定设计方案的确定 对最终传动的基本要求是：1.要有适当的传动比；2.保证拖拉机后桥处 有足够的离地间隙；3.最终传动直齿圆柱齿轮要有较高的支承刚度，以保证 在全齿宽上较好的啮合； 4.保证最终传动有可靠的密封。最终传动在拖拉机 上的布置如下图（a）示 本次毕业设计是针对轮式拖拉机的最终传动，根据其传动形式采用外置 式外啮合圆柱齿轮最终传动。 3.2 本次设计方案的说明本次设计方案的说明 最终传动按其传动形式分为： 外啮合圆柱齿轮最终传动；内啮合圆柱齿轮最终传动；行星齿轮最终传 动三类。而外啮合圆柱齿轮最终传动按其结构布置又可分为外置式和内置式 两种。综合这几种最终传动的优缺点，我采用外置式外啮合圆柱齿轮最终传 动的原因如下： 1.外置式外啮合圆柱齿轮最终传动与其他几种最终传动相比较，有以下 优点： （1）外置式外啮合圆柱齿轮最终传动的左，右最终传动各自安装在靠近 驱动轮的单独壳体内，使最终传动成为一个独立部件，便于拆装和维修。 10 （2）这种结构的主，从动齿轮在壳体内的支承简支梁式，对提高支承刚 度有利。 （3）易于得到较高的农艺离地间隙。 （4）结构简单，传动比较小，工作稳定可靠。 综上所述所以我采用外置式外啮合圆柱齿轮最终传动。 11 第四章最终传动及驱动轴的设计计算第四章最终传动及驱动轴的设计计算 4.1 整车主要参数整车主要参数： 1 整车装备质量： 2000kg 2 发动机马力： 28 马力 3 行驶速度范围： 1.5-30km/h 4 轮胎型号： 9.5-24 轮胎 4.2 外啮合圆柱齿轮的主要参数确定外啮合圆柱齿轮的主要参数确定： 外啮合圆柱齿轮最终传动由于啮合线速度不高可采用圆柱齿轮，主要参 数包括总传动比 im(取决于传动系总传动比的分配)，中心距 a 和齿轮模数 m 等。 中心距 a可根据经验公式 3 () aj aktm m= 拖拉机设计手册p1176 式（6.7-1） tj 从动齿轮的计算转矩(n.m) ka 中心距系数， 中心距系数 ka 一般选择 ka= 1215,在传动比 im 小时，取较小值。对 履带拖拉机 ka 取大值。 因为给定拖拉机为 28 马力，所以拖拉机实际功率为 p=28 马力0.735=20.58kw 发动机转速：n=2000r/min 转矩： 9550 20.58/200098.27teb = 12 轮胎型号参数：9.5-24 英寸 （1 英寸=25.4mm） 轮胎半径（充气半径）为： (9 .522 4 ) 2 5 .45 4 6 2 rm m + = 在设计新拖拉机传动系时，如果无可皆鉴的载荷谱，又无充分的设计经 验时，我们估算出传动系的名义计算载荷 tj再乘以使用系数 ka，名义计算载 荷可按下面两种方法计算取其中的较小者。 1.按发动机的标定转矩转换到被计算零件(取转矩的一半)。 拖拉机的总传动比是根据拖拉机的工作速度和发动机的标定转矩转速来 确定的。 0.37720000.5460.935 0.377256.6 1.5 ebd m lj nr i v = 拖拉机设计手册p983（6.1-1） 取 ka=13 1 98.27256.60.8510716.8 22 ebm j ti t = 3 3 1310716.8286 aj akt= 拖拉机设计手册p988（6.1-10） m i总传动比 总传动效率（按经过四对齿轮和两对轴承计算 ） 圆柱齿轮的传动效率为 0.960.98 滚动轴承的传动效率为 0.950.98 0.97 0.98 0.96 0.98 0.97 0.980.85 = teb发动机标定转矩 2. 按驱动轮附着转矩计算输出轴的计算转矩。 d j nqr t i = 拖拉机设计手册p988（6.1-11） n驱动轮胎数（对于最终传动且在中央传动之后 n=1） q驱动轮在胎内压力为 100kpa 时的乘载能力(可按拖拉机重量来计 13 算) rd驱动轮动力半径 rd=0.935r ,i 从计算零件到驱动轴之间的传动比 附着系数轮式拖拉机取0.65 拖拉机后轮的承载力为: 3 21 1.8100.986533 32 q = 按整机重 2t，后轮分配三分之二车重，计算输出轴的计算转矩代数得 6 5 5 30 .650 .5 460.9 3 5 23 0 6 .2 10 .94 d j qnr t i = 求得中心距为: 3 3 132306.2172 aj akt= 由于最终传动的传动比较大，齿轮和轴受载严重，但径向尺寸受到轮惘 尺寸和离地间隙的限制而不能太大，为了在结构紧凑的情况下，保证最终传 动齿轮有足够的强度，外啮和圆柱齿轮的最终传动常采用较大的齿宽 b 和较 少的齿数 z1。通常情况下在选择主动齿轮的齿数时一般选取 12-15，齿宽 b 和模数 m 之比一般为 8-10， 参照各款拖拉机的模数的选取， 并估算中心句距。 () 3 3 2 0.40.60.42306.25.3 t mt= 5 22 172 68.869 5 m m a z m = = 取 最终传动两齿轮齿数和为 69 z1=13 为主动齿轮，z2=56 为从动齿轮，实际传动比:i=56/13=4.308 齿宽的选取是为了保证大齿轮的齿宽能全部参加啮合以及提高小齿轮的 弯曲承载能力小齿轮的齿宽一般应大于大齿轮的齿宽，选择齿宽不宜过大， 否则在支撑刚度不足的情况下往往造成齿轮因局部偏载而出现过早损坏的现 14 象，所以齿轮的支撑刚度对齿轮的寿命影响极大。 m=5,b=（8-10m 选取 b1=45， b2=40 4.3 圆柱齿轮的结构强度计算：圆柱齿轮的结构强度计算： 1圆柱齿轮各参数的计算: 因为拖拉机最终传动工作载荷大固圆柱齿轮要进行变位,这样可以改善 啮合条件，提高齿轮强度，避免根切和干涉. 变位系数： 12 12 () () 2 zzm axx m + =+ 12 0.1xx+= 1 17 13 0.235 17 x = 2 0.335x = 分度圆直径： 11 22 13 565 565280 dm z dm z = = 标准中心距： 569 172.5 22 mz a = 中心距变动系数： 172172.5 0.1 2 y = 齿顶高变动系数: 12 0.2350.3350.10kxxy=+=+= 尺顶高，齿跟高: 15 * * * * () 1 () 0.25 aa a fa hhxk m h hhcx m c =+ = =+ = 主动齿轮: 1 1 (1 0.235) 56.175 (1 0.250.3) 55.075 a f h h =+ = =+= 从动齿轮: 2 2 (1 0.535) 53.325 (10.250.535) 57.925 a f h h = =+= 尺顶圆直径，尺根圆直径: 主动齿轮: 111 111 2652 6.17577.35 2652 5.07554.85 aa ff ddh ddh =+=+ = =+= = 从动齿轮: 222 222 22802 3.325286.65 22802 7.925264.15 aa ff ddh ddh =+=+ = =+= = 2.齿轮传动系的计算载荷 在载荷的长期，多次作用下传动系的齿轮，轴，轴承等零件出现疲劳损 坏，疲劳损坏是是传动零件的主要破坏形式，因此传动零件的强度计算是以 考虑疲劳损坏的耐久性计算为主，另外在特殊情况下（如在拖拉机起步驱动 轮遭遇到突加阻力等） ，传动零件可能受到很大的尖峰载荷，使零件的应力超 过材料的强度极限而损坏。但这种损坏并不常见。 在耐久性计算中根据拖拉机发动机经常处于满载工况的特点，以发动机 标定转矩 men 作为发动机传递给传动系的扭矩。各轴上零件的计算转矩 mj， 等于 men 乘以曲轴到该轴的传动比，以及期间的传动效率。在传动比较大的 排挡时就应该按地面的附着能力来确定计算扭矩。计算时将两种计算扭矩同 时算出，选取较小的数值作为计算扭矩。 16 查表 2-1 传动系各轴的计算扭矩 mj 转向离合器轴（差速器半轴） 齿轮的强度应计算齿轮表面接触强度和齿轮的弯曲强度， 设计时为了初步估计齿轮强度以便进行结构设计，先作粗略计算 齿轮的计算载荷圆周力 pj 用下式求得： 1 1 j j m p r 1j m 主动齿轮上的计算扭矩 1 r 主动齿轮的节圆半径 1计算接触强度一般只计算节点处的接触应力 j 12 12 2() 0.4 1 8 .co s.sin j j pezz b m zz + = =20。 e=206 a gp b齿宽. m模数最终传动输入轴的计算转矩： 0 .5 d g j mq gr t i j t 最终传动主动齿轮上的计算转矩 dg r 驱动轮轮胎动力半径 附着系数通常取为 0.65 g拖拉机的附着重量 17 q 拖拉机最终传动的传动的传动效率 m i 最终传动的传动比 3 1 0.50.652109.80.9350.546 786.32 4.3080.96 tnm 计算齿轮的圆周力： 1 1 1 22786.32 24.2 65 t t fk n d = 计算齿轮的径向力： 2 2 2 222306.23 16.47 280 t t fkn d = 1t f 圆周力 1 t 输入轴扭矩 1 d 主动齿轮节圆直径 2t f 圆周力 2 d 从动齿轮节圆直径 2 t 输出轴扭矩 a 计算主动齿轮节点处的接触应力 j 12 12 2() 0 .4 1 8 .co s.sin j j pezz b m zz + = 代数得 310 24.2 1020.6 102 (13 56) 0.4181.63 0.045 0.005 13 56 cos20sin20 jw oo + =1.4h 非定位轴肩高度一般取 12.5mm，对于轴的长，取决于轴上零件的宽度 以及他们的相对位置，考虑到铸造误差及装配时留有必要的间隙，取齿轮端 面至箱壁间的距离 a=15 滚动轴承与箱壁 s=5mm，轴承处箱体突缘宽度，应按 箱盖与箱体连接螺栓，尺寸结构要求确定 4轴和轴上零件的结构，工艺及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很 大影响，所以应进行充分考虑，以提高轴承的承载能力，减小轴的尺寸和机 器的重量，降低制造成本， 5轴的强度验算 先做出轴的受力计算简图（即力学模型）如图所示，取集中载荷作用于 轴的中点， 齿轮上作用力的大小 最终传动输入轴的计算转矩： 0 .5 d g j mq gr t i 3 0.50.652109.80.5460.935 786.32 4.3080.96 j tn m 计算齿轮的圆周力： 1 1 1 22786.32 24.2 65 t t fk n d = 1）垂直平面 v 内受力： 3 121 tan24.2 10tan207863 vvt fffkn+= o 12 12 41.543 4001 ,3862 vv vv ff fn fn = =综合两式可得： 3 11 4001 41.5 10166.04. bv mfln m = = 2）水平面 h 内受力： 21 12 3 12 12 41.543 24.2 10 12314.8,11885.2 hh hh hh ff ff fn fn = += =综合两式得： 3 21 12314.8 41.5 10511.06. bh mfln m = = 合成弯矩的计算 ()()()() 2222 12 166.04511.06537.36 bbb mmm=+=+= 画出弯矩图 因单向回转转矩为脉动循环，取6 =则截面 b 处当量弯矩为 ()()()() 2222 537.360.6 786.32715.08 bb mmtn m=+=+=g 截面 b 为危险截面：查表机械设计12-2 齿轮的主要力学性能，许 用应力及用量，选择 45#调质钢 1 70 b mpa= 22 23 4.5 驱动轴的确定与计算：驱动轴的确定与计算： 1.大齿轮上作用的力: 16470() t fn= tan205994.59() rt ffn= o 2306.32.tn m= 2.求轴承的