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本 科 畢 業(yè) 設計
題目：DF12型手扶拖拉機變速驅動系統(tǒng)設計
學 院：
姓 名：
學 號：
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
年 級：
指導教師：
摘 要
隨著變型運輸拖拉機和農(nóng)用運輸車的發(fā)展，原來依靠農(nóng)村運輸業(yè)發(fā)展起來的小四輪拖拉機逐步轉向田間地頭。然而，目前小四輪拖拉機田間作業(yè)能力差，又沒有很多配套的農(nóng)業(yè)機械，農(nóng)忙季節(jié)短，致使大量小四輪拖拉機一年中作業(yè)時間短，被迫長期閑置著。這影響了農(nóng)村專業(yè)戶的作業(yè)效益，也造成了不應該有的資源浪費。針對這些情況，我們在原有小四輪拖拉機的基礎上稍微作些改動，使它的功能延伸。譬如可在原來小四輪拖拉機的基礎上，改變座位、方向盤、離合、油門、剎車的方位，把拖拉機變成倒開式，在變速箱后安裝挖掘裝置、鏟運裝置或裝載裝置而成。
本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算。
關鍵字：齒輪 操縱機構 軸 軸承 鎖定機構
DESING of a CERTAIN TYPE of TRACTOR GEARBOX
With variant transport tractors and agricultural the development of carriage car, depends on rural transportation industry to develop the small four-wheel tractor to field edge of a field. However, at present, small four-wheel the tractor field work ability is poor, and not many ancillary agricultural machinery, busy season is short, resulting in a large number of small four-wheel tractor year short operation time, forced long-term idle. The influence of rural specialist work benefit, also cause should not be some waste of resources. In light of these circumstances, we in the original small four-wheel tractor based on slightly to make some changes, make it functional extension. For example, in the original small four-wheel tractor based on, change seats, steering wheel, clutch, throttle, brake position, the tractor into inverted open, in a gearbox installed after digging device, lifting device or a loading device.
The graduation design is about mechanical speciality students before graduation and a comprehensive training, purpose is to consolidate and expand the students learn the basic knowledge and professional knowledge, training students' comprehensive use of the knowledge the ability to analyze and solve problems. Is training, training students the ability to work independently and the spirit of innovation is the best means. Graduation design requirements of each student in the course of the work, we need to think independently, study assiduously, create somewhat analysis, solving technical problems. Through the graduation project, so that students master the transformation plan formulation, comparison, analysis and necessary calculation.
Key words: Gear Manipulation of body Axis Bearing Locking mechanism
目 錄
1 緒論 ............................................................................................................ ..1
1.1 變速箱概述..............................................................................................1
1.1.1 變速箱的功用.......................................................................................1
1.1.2 變速箱的類型....................................................................................1
1.1.3 變速箱的工作原理............................................................................2
2 變速箱設計要求及初始數(shù)據(jù)........................................................................3
2.1 變速箱設計要求...................................................................................3
2.2 變速箱設計初始數(shù)據(jù)...........................................................................3
3 變速箱設計過程........................................................................................... 4
3.1 變速箱的設計步驟...............................................................................4
3.2 變速箱結構的選擇............................................................................... 4
3.3 根據(jù)總體計算確定擋位數(shù)與各檔傳動比...........................................4
3.4 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍...........................5
3.5 草擬變速箱的傳動方案.......................................................................5
3.6 變速箱主要參數(shù)的確定.......................................................................6
3.6.1 齒輪模數(shù)的確定......................................................................6
3.6.2 齒輪壓力角的確定..................................................................6
3.6.3 齒寬的確定..............................................................................6
3.6.4 相齒合齒輪的齒數(shù)和.........................................................8
3.7 選配齒輪.....................................................................................8
3.8 變速箱主要零件的計算.............................................................................9
3.7.1 齒輪的計算....................................................................................9
3.7.2 軸的計算......................................................................................12
3.7.3 軸承的計算...................................................................................16
4 主要零件的布置要點及倒檔和減速器的布置方案............................... .. 18
4.1 變速箱主要零件的布置要點.................................................................18
4.2 倒檔和減速器的布置方案.....................................................................18
4.2.1 倒檔布置方案.............................................................................18
4.2.2 減速器布置方案.........................................................................19
5 變速箱殼和操縱機構的設計.......................................................................19
5.1 變速箱殼的設計....................................................................................19
5.2 變速箱操縱機構的設計........................................................................19
5.2.1換擋機構................................................................................. ..20
5.2.2鎖定機構......................................................................................20
參考文獻.............................................................................................................21
致 謝........................................................................................................... .. 22
1 緒 論
選題的目的及意義
（1) 農(nóng)業(yè)的大發(fā)展，農(nóng)業(yè)基礎設施的改善與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件，農(nóng)業(yè)機械在這個發(fā)展過程中將具有決定性的作用。自20 世紀90 年代以來，國外農(nóng)業(yè)機械進入了一個新的發(fā)展時期，在廣泛應用新技術的同時，不斷涌現(xiàn)出新結構和新產(chǎn)品。同時，繼完成提高整機可靠性任務后，技術發(fā)展的重點在于增加產(chǎn)品的電子信息技術含量和智能化程度，努力完善產(chǎn)品的標準化、系列化和通用化，改善駕駛人員的工作條件，向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展。隨著微電子技術向農(nóng)業(yè)機械的滲透，現(xiàn)代大功率農(nóng)用拖拉機日益向智能化和機電一體化方向發(fā)展。目前，我國農(nóng)業(yè)機械化在調整和反哺中快速、健康地發(fā)展進入了快速發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期。國內(nèi)一些大型企業(yè)，不斷學習國外的先進經(jīng)驗和技術，加大技術改造和升級換代力度，推進了國產(chǎn)農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質量的提高，但我國的制造水平與上述發(fā)達國家存在著較大的差距。因此，了解發(fā)達國家動力機械的特點與優(yōu)勢，尋找差距，發(fā)揮自己的長處是我國拖拉機制造業(yè)的當務之急。
（2) 隨著變型運輸拖拉機和農(nóng)用運輸車的發(fā)展，原來依靠農(nóng)村運輸業(yè)發(fā)展起來的小四輪拖拉機逐步轉向田間地頭。然而，目前小四輪拖拉機田間作業(yè)能力差，又沒有很多配套的農(nóng)業(yè)機械，農(nóng)忙季節(jié)短，致使大量小四輪拖拉機一年中作業(yè)時間短，被迫長期閑置著。這影響了農(nóng)村專業(yè)戶的作業(yè)效益，也造成了不應該有的資源浪費。針對這些情況，我們在原有小四輪拖拉機的基礎上稍微作些改動，使它的功能延伸。譬如可在原來小四輪拖拉機的基礎上，改變座位、方向盤、離合、油門、剎車的方位，把拖拉機變成倒開式，在變速箱后安裝挖掘裝置、鏟運裝置或裝載裝置而成。
（3) 本次畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握改造方案的擬定、比較、分析及進行必要的計算。
本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢
（4) (一)拖拉機發(fā)展狀況
（5) 1 結構型式的發(fā)展
（6) 1）前輪小、后輪大、前輪轉向輪式拖拉機這種標準型輪式拖拉機在歐美獲得最廣泛使用。在美國主要采用后輪驅動，大型拖拉機采用雙排驅動輪胎，但四輪驅動也逐漸增多， 主要帶后懸掛具作業(yè)。多數(shù)四輪驅動機型上可選裝前懸掛裝置和前動力輸出軸， 可以前后都懸掛機具進行復式作業(yè)。
（7) 2）平臺式四輪驅動拖拉機和自走底盤為了在拖拉機上能安裝播種、施肥、施藥的機具，有的四輪驅動拖拉機的駕駛室偏前布置，后部有一平臺可以安裝機具； 有的為四輪驅動自走底盤， 發(fā)動機臥置在駕駛室下面，可以在駕駛室前部和后部的梁架上安裝機具。
（8) 3）前后輪相同，折腰轉向四輪驅動拖拉機在美國這種結構型式用于特大型一般用途拖拉機上，采用前后雙排輪胎。在西歐，這種結構型式適用于中小型果園拖拉機。
（9) 4）橡膠履帶拖拉機歐美金屬履帶拖拉機農(nóng)業(yè)用量很少，1987年后相繼出現(xiàn)了橡膠履帶拖拉機和折腰轉向履帶拖拉機采用4 個三角形橡膠履帶裝置代替驅動輪胎，這種機型的最高運輸速度為30千米每小時。俄羅斯也在研究采用三角形橡膠履帶驅動型式的大功率拖拉機。
（10) 2 各系統(tǒng)的技術發(fā)展
（11) 1）發(fā)動機 大中功率拖拉機發(fā)動機普遍采用直噴燃燒室，標定轉速一般為2200~2500轉每分鐘哪個采用不同缸徑、缸數(shù)和自然吸氣、增壓或增壓中冷達到的標定功率范圍。
（12) 2）傳動系 （1）變速箱。在大中型拖拉機變速箱中，比較經(jīng)濟的結構方案是采用主變速（3 擋~4 擋） 加倒擋器，嚙合套換擋，可選裝兩擋動力換擋和爬行擋。較完善的方案采用主變速4 擋動力換擋和副變速4擋~8擋同步器換擋，具有嚙合套或液壓離合器換擋的倒擋器和可選裝爬行擋。更完善的采用全動力換擋16+4擋或18+8擋。動力換擋裝置有行星式和定軸齒輪式，可利用液壓離合器換接。（2）驅動橋。大中型拖拉機前后驅動橋普遍采用濕式盤式制動器和行星最終傳動。前驅動橋采用摩擦式自鎖差速器或液壓差速鎖，后驅動橋大多采用液壓差速鎖，以提高牽引附著性能，前輪驅動離合也采用液壓操縱。（3）動力輸出軸。美國生產(chǎn)的拖拉機，其后動力輸出軸是按不同功率采用540，540/1000轉每分鐘或單獨1000轉每分鐘標準轉速和相應型軸頭。西歐生產(chǎn)的拖拉機廣泛采用變速后動力輸出軸，前動力輸出軸為1.2.3型軸頭。大中型拖拉機動力輸出普遍為全獨立式，與變速箱動力換擋裝置相對應，也采用液壓離合器換擋。
（13) 3）行走轉向系 在大中型拖拉機上采用寬斷面的子午線輪胎約占2/3。四輪驅動拖拉機一般前輪最大轉角達50度。前驅動液壓轉向普遍采用穿心油缸， 即轉向油缸和橫拉桿合成一體。
（14) 4）液壓懸掛系統(tǒng) （1）在大中型拖拉機上，載荷傳感的閉心液壓系統(tǒng)已被普遍應用，變量泵供油壓力和流量可按工況需要自動適應。"許多新研制生產(chǎn)的系列拖拉機已廣泛采用電子液壓懸掛系統(tǒng)。（2）前后三點懸掛，普遍采用快速掛接裝置。
（15) 5）駕駛室 密封、隔聲駕駛室裝有空調設備。轉向盤的傾角和高低以及減振座椅的位置可按駕駛員身材調整，所有傳動、液壓懸掛的操縱全部集中在右側操縱臺上（有的可隨座椅一起轉動），均用按鈕或旋鈕操縱。在儀表板上除了有多種常規(guī)的溫度、壓力、電流、燃油量等和各種操縱狀態(tài)（前輪驅動、制動、動力輸出軸、燈光等）的顯示或警示信號外，還可通過機載計算機數(shù)顯重要性能參數(shù)。
（16) 四、本課題主要研究內(nèi)容
（17) 本課題主要研究內(nèi)容是：
（18) 1.擬定DF12型手扶拖拉機傳動箱的傳動方案，要求所選的方案要能夠實現(xiàn)拖拉機各種理論檔位所要求的速度，傳動方案設計合理、而且應該易于實現(xiàn)、操縱方便成本低廉；
2.在擬定的方案中合理選取滿足設計要求的傳動系統(tǒng)總成方案，合理地分配各傳動比。
（19) 3.確定DF12型手扶拖拉機變速箱和驅動轉向機構的相關結構參數(shù)和幾何參數(shù)，對各主要零件進行運動和動力相關設計，對所選的傳動方案主要零部件進行強度和剛度、壽命、潤滑等必要的計算、校核；
（20) 4.完成DF12型手扶拖拉機傳動箱裝配圖一份，完成DF12型手扶拖拉機主要零件的設計、計算、校核以及零件工作圖的繪制，要求總圖量0#2.5張以上）；
（21) 5.完成設計計算說明書一份，其內(nèi)容應包括總體傳動方案的擬定，方案的可行性以及所選方案優(yōu)缺點分析，相關計算以及說明應全面、詳細、公式出處等應該詳細標明，注明各個參數(shù)含義，論文書寫認真、規(guī)范；
（22) 6.完成文獻綜述一份，文獻綜述應該細致全面描述拖拉機行業(yè)的發(fā)展概況、發(fā)展趨勢、發(fā)展中存在問題、可能存在的解決方案等；
（23) 7.完成翻譯相關資料一份（大于2000單詞量），題材必須和機械結構相關；
（24) 8.參考文獻15篇以上，其中外文參考文獻不少于3篇。
1.1.1 變速箱的功用
變速箱的功用是：
（25) 改變傳動比，擴大驅動輪的轉矩和轉速的變化范圍，以適應經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機在有利的工況下工作；
（26) 實現(xiàn)倒檔，在發(fā)動機旋轉方向不變的前提下，使車輛能前進和倒退行駛；
（27) 實現(xiàn)空擋，可切斷傳動系統(tǒng)的動力傳遞，以使發(fā)動機能夠啟動，怠速，并可在發(fā)動機運轉的情況下，車輛長時間的停車，便于變速箱換擋和動力輸出。
1.1.2 變速箱的類型
(1)按傳動比變化分
按傳動比變化方式來分：可分為有級式變速器，無級式變速器和綜合式變速器。
有級式變速器 是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系型式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉式變速器(行星齒輪變速器)兩種。
無級式變速器 其的傳動比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式(動液式)兩種。電力式無級變速器的變速傳動部件為直流串激電動機。動液式無級變速器的傳動部件為液力變矩器。
綜合式變速器 是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機械式變速器，其傳動比可在最大值與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)作無級變化，目前應用較多。
(2)按操縱方式分
按操縱方式來分：可分為強制操縱式變速器，自動操縱式變速器和半自動操縱式變速器。
強制操縱式變速器 是靠駕駛員直接操縱變速桿換檔。
自動操縱式變速器 其傳動比選擇和換檔是自動進行的，所謂“自動”，是指機械變速器每個檔位的變換是借助反映發(fā)動機負荷和車速的信號系統(tǒng)來控制換檔系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。
半自動操縱式變速器 有兩種型式：一種是常用的幾個檔位自動操縱，其余檔位則由駕駛員操縱；另一種是預選式，即駕駛員預先用按鈕選定檔位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進行換檔。
(3)按使用方法分
按使用方法分類：可分為手動變速器，自動變速器和無級變速器。
手動變速器（MT）
手動變速器，也稱手動擋，即用手撥動變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。踩下離合時，方可撥得動變速桿
自動變速器（AT）
自動變速器，利用行星齒輪機構進行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。
無級變速器（CVT）
無級變速器是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的.
(4) 按輪系形式分
按輪系形式分：可分為定軸式變速箱和行星式變速箱。
定軸式變速箱：變速箱中所有齒輪都有固定的旋轉軸線。按其換擋式有機械式換擋和動力式換擋。
行星式變速箱：變速箱中有些齒輪的軸線在旋轉，這種軸線旋轉的齒輪有兩種，即自轉和公轉。行星式變速箱只有動力換擋一種方式。
1.1.3 變速箱的工作原理
變速箱是由裝在變速箱殼體內(nèi)各軸上不同齒數(shù)的齒輪和操縱機構組成的。根據(jù)需要將不同軸上不同齒數(shù)的齒輪嚙合在一起，進行變速和改變從動齒輪的轉動方向，達到改變扭矩，轉速和行駛方向的目的。
2 變速箱設計要求及初始數(shù)據(jù)
2.1 變速箱設計要求
1. 六個前進檔，兩個倒退檔，各檔的傳動比須符合作業(yè)對速度和牽引力的要求。
2. 換擋方便，不允許出現(xiàn)同時掛兩個檔，自動脫檔和跳擋的現(xiàn)象。
2.2 變速箱設計初始數(shù)據(jù)
發(fā)動機額定功率（馬力）：12馬力= 8.82KW（1馬力=0.735千瓦）
最大扭矩：（公斤·米）5換算為50Nm；
空轉轉速（最大/最?。?300/600 （r/min）
驅動輪輪胎規(guī)格6.00—12/2
理論行駛速度（公里/小時）：Ι、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、倒Ⅰ、倒Ⅱ檔：1.40、2.50、4.10、5.30、9.40、15.30、1.00、3.80
傳動箱：前進檔6個，倒檔2個。 驅動橋中央傳動型式：直齒圓柱齒輪
理論行駛速度
（公里/小時）
檔次
數(shù)據(jù)
Ⅰ
1.40
Ⅱ
2.50
Ⅲ
4.10
Ⅳ
5.30
Ⅴ
9.40
Ⅵ
15.30
倒Ⅰ
1.00
倒Ⅰ
3.80
根據(jù)公式TI=9550×PI/nI
求得發(fā)動機工作轉速nI=9550×PI/TI
=1684.62 r/min
3 變速箱設計過程
3.1 變速箱的設計步驟
（1） 根據(jù)工作特點選擇變速箱的結構形式；
（2） 根據(jù)總體計算確定擋位數(shù)與各檔傳動比；
（3） 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍；
（4） 草擬變速箱的傳動方案；
（5） 確定變速箱的主要參數(shù)；
（6） 根據(jù)變速箱的傳動比選配齒輪，確定各檔齒輪的齒數(shù)；
（7） 進行齒輪，軸，軸承等零件的壽命計算或強度，剛度計算；
（8） 進行結構設計，繪制裝配圖和零件圖。
3.2 變速箱結構的選擇
選擇輸入軸，輸出軸，中間軸都在同一平面內(nèi)的平面型組成式變速箱。
3.3 根據(jù)總體計算確定擋位數(shù)與各檔傳動比
拖拉機的車輪標準為6.00—12/2，則其直徑為600mm，則各檔位的速度為：
發(fā)動機轉速n=1684.62r/min
由于變速箱和發(fā)動機之間還需要V帶鏈接（或鏈傳動）進行減速，
取V帶（或鏈傳動）的傳動比為i=1.735537
n帶=481 r/min
nw=60×1000V/πD
根據(jù)設計速度=1.40Km/h =2.50Km/h =4.10Km/h =5.30Km/h =9.40 Km/h =15.0Km/h 1=1.00 Km/h 2=3.80 Km/h
可以得出：
n1=12.385 r/min
n2=25.3559 r/min
n3=36.27 r/min
n4=46.886r/min
n5=83.156 r/min
n6=132.696 r/min
n倒1=8.846 r/min
n倒2=33.6164r/min
各檔位的傳動比
3.4 根據(jù)總體布置要求確定變速箱外形尺寸允許范圍
中心距的確定
中心距是影響變速箱大小和重量的決定因素，應盡量縮小，但受齒輪強度，軸承壽命以及由軸的尺寸所確定的齒輪最小直徑的限制。通常根據(jù)經(jīng)驗公式初選中心距：
Ａ＝ （mm) （3-1）
式中 ——變速箱輸出軸計算扭矩;
——中心系數(shù)。
則A==34.9×=147.5 mm
3.5 草擬變速箱的傳動方案
根據(jù)檔數(shù)，速度變化范圍和各檔傳動比及總體布置的要求，選擇合理的結構方案，繪制出傳動簡圖。
傳動簡圖如圖（3-1）所示。
3.6 變速箱主要參數(shù)的確定
3.6.1 齒輪模數(shù)的確定
在直徑，寬度一定時，齒輪的彎曲強度隨模數(shù)減小而降低，而接觸強度并不降低，反而因齒數(shù)和重合度的增加而有所改善。所以在滿足彎曲強度的前提下應盡量采用較小模數(shù)。本設計為使制造方便，采用一種模數(shù),且m=5.
3.6.2 齒輪壓力角的確定
我國和許多國家都把齒輪的標準壓力角規(guī)定為，因此變速箱普遍采用壓力角。取=。
3.6.3 齒寬的確定
齒寬b=m.齒寬系數(shù)一般取4—6，平均可取5.主要工作檔取較大值。
變速箱內(nèi)各齒輪的齒寬為：
齒輪
計算式
齒寬（mm)
常吻主動齒輪
b=m=8.6×5
43
常吻從動齒輪
b=m=4.4×5
22
二速主動齒輪
b=m=4.6×5
23
二速滑動齒輪
b=m=4.4×5
22
四速滑動齒輪
b=m=4.2×5
21
四速主動齒輪
b=m=4.2×5
21
五速主動齒輪
b=m=4.4×5
22
五速滑動齒輪
b=m=4.2×5
21
三速滑動齒輪
b=m=4.4×5
22
三速主動齒輪
b=m=4.4×5
22
一速主動齒輪
b=m=4.4×5
22
一速及倒速滑動齒輪
b=m=4.6×5
23
倒速主動齒輪
b=m=5.4×5
27
輸力傳動中間齒輪
b=m=4.0×5
20
倒速中間齒輪
b=m=6.4×5
32
3.6.4 相齒合齒輪的齒數(shù)和
=2/m. (3-2)
當算出的太小而不能滿足速度變化比值的要求時，可增大,相應縮小模數(shù)或適當增大中心距。
=2/m=2×147.5÷5=59
3.7 選配齒輪
選配齒輪就是確定各檔齒輪的齒數(shù)。
（1） 選定中心距。由之前的中心距計算知：Ａ=147.5mm.
（2） 確定常嚙合齒輪副與快Ⅰ檔換擋齒輪的傳動比，，取=2.11，則=3.09÷2.11=1.46。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1.46×19=40.一速主動齒輪的齒數(shù)為:59÷(1+1.46)=24,一速及倒速滑動齒輪的齒數(shù)為：59-24=35.以此類推，可得各齒輪的齒數(shù)見下表：
齒輪
常吻主動齒輪
常吻從動齒輪
二速主動齒輪
二速滑動齒輪
四速滑動齒輪
齒數(shù)
20
39
27
32
31
齒輪
四速主動齒輪
五速主動齒輪
五速滑動齒輪
三速滑動齒輪
三速主動齒輪
齒數(shù)
37
41
17
39
20
齒輪
一速主動齒輪
一速及倒速滑動齒輪
倒速主動齒輪
輸力傳動中間齒輪
倒速中間齒輪
齒數(shù)
24
35
18
25
31
第4章 主運動部件結構設計
4.1 帶傳動設計
電動機轉速n=1440r/min,傳遞功率P=4KW,電動機軸與Ⅰ軸之間的降速比為1440/800=1.8，即帶傳動的傳動比為。兩班制工作，一天運轉16小時，工作年數(shù)10年。
4.1.1 確定計算功率
由參考文獻[3]表8-7查得工作情況系數(shù)取1.3，故
（4-1）
4.1.2 選取V帶型
根據(jù)小帶輪的轉速和計算功率，由參考文獻[3]圖8-10選A型帶。
4.1.3 驗算帶速和確定帶輪直徑
4.1.3.1 初選小帶輪的基準直徑
由參考文獻[3]表8-6和表8-8，取小帶輪基準直徑。
4.1.3.2 驗算帶速
按參考文獻[3]式（8-13） 驗算帶速
（4-2）
其中 -小帶輪轉速，r/min；
-小帶輪直徑，mm；
因為，故帶速合適。
4.1.3.3 計算大帶輪的直徑
根據(jù)參考文獻[3]式（8-15a），計算大帶輪直徑
根據(jù)參考文獻[3]表8-8，圓整為224。
4.1.4 確定帶傳動的中心距和帶的基準長度
設中心距為,則
（4-3）
于是244.3a698,初取中心距為。
帶長
（4-4）
查參考文獻[3]表8-2取相近的基準長度，。
帶傳動實際中心距
（4-5）
4.1.5 驗算小帶輪的包角
一般小帶輪的包角不應小于。
（4-6）
合適。
4.1.6 確定帶的根數(shù)
4.1.6.1 計算單根V帶的額定功率
由=125mm和n=1440r/min,查參考文獻[3]表8-4a得。
根據(jù)n=1440r/min，和A型帶，查參考文獻[3]表8-4b得。
查參考文獻[3]表8-5得，表8-2得，于是
其中： ——時傳遞功率的增量；
——按小輪包角，查得的包角系數(shù)；
——長度系數(shù)；
4.1.6.2 計算V帶的根數(shù)z
（4-7）
為避免V型帶工作時各根帶受力嚴重不均勻，限制根數(shù)不大于10，取
4.1.7 計算單根V帶初拉力的最小值
由參考文獻[3]表8-3得A型帶的單位長度質量,所以
（4-8）
其中： -帶的傳動功率,KW；
v-帶速,m/s；
q-每米帶的質量，kg/m；
v = 1440r/min = 9.42m/s。
4.1.8 計算壓軸力
（4-9）
4.1.9 帶輪的結構
小帶輪采用腹板式結構，結構見附圖。大帶輪采用孔板式結構，具體結構略。
4.2 確定計算轉速
4.2.1 主軸
主軸的計算轉速為主軸從最低轉速算起，第一個1/3轉速范圍內(nèi)的最高一級轉速，即：
（4-10）
4.2.2 各傳動軸
軸Ⅲ可從主軸按的傳動副找上去，似應為。但由于軸Ⅲ上的最低轉速經(jīng)傳動組c可使主軸得到37和兩種轉速。要傳遞全部功率，所以軸Ⅲ的計算轉速應為；軸Ⅱ的計算轉速可按傳動副b推上去，得；軸Ⅰ的計算轉速為。
4.2.3 各齒輪
傳動組c中，只需計算的齒輪，計算轉速為； 只需計算的齒輪，計算轉速為；傳動組b計算的齒輪，計算轉速為；傳動組a應計算的齒輪，計算轉速為。
4.2.4 核算主軸轉速誤差
（4-11）
所以合適。
4.3 各傳動組齒輪模數(shù)的確定
4.3.1 傳動組a
4.3.1.1 計算a傳動組各齒輪模數(shù)
先計算24齒齒輪的模數(shù)：
（4-12）
其中: ； ；
-電動機功率；；
-齒寬系數(shù)；
-齒輪傳動許允應力;
-計算齒輪計算轉速；取
， 取,安全系數(shù)。
由應力循環(huán)次數(shù)選取，取，
。
取。
按齒數(shù)30的計算，，可取m =3；
按齒數(shù)36的計算，, 可取m =3。
于是傳動組a的齒輪模數(shù)取，。
4.3.1.2 計算a傳動組各齒輪直徑
軸Ⅰ上齒輪的直徑：
。
軸Ⅱ上三聯(lián)齒輪的直徑分別為：
4.3.2 傳動組b
4.3.2.1 計算b傳動組各齒輪模數(shù)
確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)。
按22齒數(shù)的齒輪計算：
可得
取。
按42齒數(shù)的齒輪計算：
可得 ；
于是軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的模數(shù)統(tǒng)一取為。
4.3.2.2 計算b傳動組各齒輪直徑
軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪的直徑分別為：
軸Ⅲ上與軸Ⅱ兩聯(lián)齒輪嚙合的兩齒輪直徑分別為：
4.3.3 傳動組c
4.3.3.1 計算c傳動組各齒輪模數(shù)
取m =4。
4.3.3.2 計算c傳動組各齒輪直徑
軸Ⅲ上兩聯(lián)動齒輪的直徑分別為：
軸Ⅳ上兩齒輪的直徑分別為：
4.3.4 換向齒輪
4.3.4.1 換向齒輪各齒輪模數(shù)
取。
4.3.4.2 換向齒輪各齒輪直徑
4.4 確定各軸最小直徑
4.4.1 Ⅰ軸的直徑
4.4.2 Ⅱ軸的直徑
4.4.3 Ⅲ軸的直徑
4.4.4 主軸的直徑
4.5 主軸組件設計
4.5.1 主軸直徑的初選
根據(jù)機床主電動機功率查參考文獻[2]表5-12，可以確定主軸前軸頸應為,初選,后軸頸取。故選前軸承為NN3020K,后軸承為NN3016K。
據(jù)統(tǒng)計，對于臥式車床內(nèi)孔直徑與外徑之比約為，選內(nèi)孔直徑。
4.5.2 主軸組件的前懸伸和跨距
根據(jù)結構,參照參考文獻[2]表5-14定懸伸長度。
4.5.3 主軸組件最佳跨距選擇
考慮機械效率
主軸最大輸出轉距
（4-13）
床身上最大加工直徑約為最大回轉直徑的,取即,故半徑為。
切削力
（4-14）
背向力
（4-15）
故總的作用力
（4-16）
總作用力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半,
故主軸軸端受力為
先假設
前后支撐分別為
根據(jù)
（4-17）
由參考文獻[1]圖10-24主軸最佳跨距圖查。
4.5.4 主軸組件的選擇
4.5.4.1 軸承的選用
選用軸承時，首先要選擇軸承類型，合理選用軸承類型所應考慮的因素主要有一下幾點：
軸承的載荷
軸承承受載荷的大小、方向和性質，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。
軸承的轉速
在一般轉速下，轉速的高低對類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉速較高時，才會有比較顯著的影響。
軸承的調心性能
當軸的中心線和軸承座中心線不重合而有角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。
軸承的安裝和拆卸
便于安裝，便于拆卸也是在選擇軸承類型時應該考慮的一個因素。
4.5.4.2 軸承尺寸的選擇，選擇軸承尺寸時主要注意以下幾點
動軸承的額定動載荷
動軸承的壽命
動軸承的當量動載荷
接觸球軸承和圓錐滾子軸承的徑向載荷與軸向載荷
綜合以上因素，經(jīng)過分析和計算得出以下結果：
主軸采用三支承
前支承：NN3020K;
中支承：N219E;
后支承：NN3016K
3.8 變速箱主要零件的計算
3.8.1 齒輪的計算
常吻主動齒輪的計算如下：
(1)齒面接觸疲勞強度計算
齒面接觸疲勞強度計算公式：
(3-3)
式中 ——接觸應力；
——節(jié)點區(qū)域系數(shù)；
——材料系數(shù)；
——重合度系數(shù)；
——齒數(shù)比；
——主動齒輪的分度圓直徑；
——齒寬；
——載荷系數(shù)，且
=
——主動齒輪傳遞的名義轉矩，且
=9.55×× (3-4)
——主動齒輪傳遞的功率；
——主動齒輪的轉速。
假定離合器的效率為=0.98，滾動軸承效率為=0.99，聯(lián)軸節(jié)的效率為=0.99.則傳遞到常吻主動齒輪的效率為：
==0.94
=4.103×0.94=3.86kw
=1500r/min
查設計手冊得則
查設計手冊得而則有
而許用接觸疲勞強度應力為：
（3-5）
式中 ——試驗齒輪的接觸疲勞強度極限比；
——接觸強度計算的壽命系數(shù)；
——接觸強度計算的最小安全系數(shù)。
查設計手冊得：則
故兩齒輪的齒面接觸疲勞強度滿足條件。其它各對齒輪的齒面接觸疲勞強度類似計算。
(2) 齒根彎曲疲勞強度計算
齒根彎曲疲勞強度計算公式為：
（3-6）
式中 ——彎曲應力；
——齒根危險截面的彎曲應力；
——應力校正系數(shù)；
——齒形系數(shù)；
——重合度系數(shù)；
——模數(shù)。
由上面的齒面接觸疲勞強度計算可知：又而又查設計手冊得：對于常吻主動齒輪，由于齒數(shù)為19，查表得對于常吻從動齒輪，由于齒數(shù)為40，查表得
則常吻主動齒輪的彎曲疲勞強度為：
常吻從動齒輪的彎曲疲勞強度為：
許用彎曲疲勞強度應力為：
（3-7）
式中 ——試驗齒輪的彎曲疲勞強度極限；
——彎曲強度計算的壽命系數(shù)；
——試驗齒輪的應力修正系數(shù)，按國家標準取
——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)。
查設計手冊得： 則
由于所以兩齒輪的齒根彎曲疲勞強度滿足條件。其它各對齒輪的齒根彎曲疲勞強度類似計算。
3.8.2 軸的計算
當變速箱的檔位為快Ⅰ檔時，第二軸上的齒輪只有一，倒速滑動齒輪參與傳動。計算此時第二軸的強度。
按彎扭合成應力校核該軸的強度。
①求作用在齒輪上的力
<1>求作用在一，倒速滑動齒輪上的力
先求出與一，倒速滑動齒輪相嚙合的一速主動齒輪上的力和。
假定齒輪嚙合效率為0.97，則從發(fā)動機傳到一速主動齒輪上的效率為：
<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
（3-8）
式中 ——主動齒輪的計算扭矩；
——主動齒輪節(jié)圓半徑。
（3-9）
（3-10）
主動錐齒輪徑向力為：
（3-11）
主動錐齒輪軸向力為：
（3-12）
式中 ——中點螺旋角；
——法向壓力角；
——節(jié)錐角；
。則
而。代入（3-9），（3-10），（3-11），（3-12）得：
②求作用在軸上的力
水平面內(nèi)支反力：
解得：
垂直面內(nèi)支反力：
解得:
③求出總彎矩
水平面的彎矩:
垂直面的彎矩:
總彎矩:
（3-13）
代入相關數(shù)據(jù)得：
④求出扭矩
扭矩 （3-14）
式中 ——第二軸的輸出扭矩；
——考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應力的循環(huán)特性差異系數(shù)。
查手冊得。則
⑤對彎矩，扭矩進行合成
（3-15）
⑥校核軸的強度
（3-16）
式中 ——軸的抗彎截面模量。且
（3-17）
最危險截面的校核：
而查表得：。為軸的許用彎曲應力。所以。故安全。
3.8.3 軸承的計算
變速箱中采用滾動軸承。徑向球軸承由于價格便宜，能承受一定的軸向力，對軸的變形不敏感，應用最廣，但其額定負荷較小。因而在載荷大，尺寸受限時往往采用圓柱滾子軸承，其支承剛度較大，但對軸的變形較敏感，且不能承受軸向力。當要求承載能力大且須承受小量軸向力時，采用雙列向心球面滾子軸承。圓錐滾子支承由于價格較貴且需調整，一般只用在輸出軸以承受中央傳動的軸向力。
（1）滾動軸承的疲勞壽命計算
對第二軸上的圓柱滾子軸承進行壽命校核。軸承的壽命()公式為：
(3-18)
式中 ——溫度系數(shù)；
——軸承的轉速；
——滾動軸承的基本額定負荷；
——壽命指數(shù)；
——當量動負荷。
查表得：。
式中 ——發(fā)動機的額定轉速；
——傳動比。
則
對于只能承受純徑向負荷的向心圓柱滾子軸承：
式中 ——負荷系數(shù)；
——軸承所承受的徑向負荷。
查表得：。
則
查設計手冊得：。而。為預期計算壽命