拖拉机带动植树挖坑机之行走机构的设计【包含CAD图纸文件】

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In terms of overall design, try to simplify the structure of digging machines, reducing its number of parts to reduce costs. For the double helix blade design, its diameter decreases gradually upward from the lower its upward spiral angle also decreased from the next, in order to avoid the pond wall collision occurred when the drill work and friction, etc., to improve the working stability. Key words: Digging machine; Suspension; Double helix leaves 1 目 录 摘要 .I ABSTRACT .II 第一章 引言 .1 1.1 本课题的设计意义 .1 1.2 我国园林机械的介绍 .1 1.3 国内外发展概况及现状 .2 1.4 课题由来及设计条件 .4 1.5 课题设计思路 .4 第二章 总体方案设计 .6 2.1 对拖拉机设计的要求 .6 2.2 拖拉机形式的选择 .7 2.3 拖拉机整机参数的确定 .7 2.4 拖拉机总体布置 .13 第三章 传动部件设计 .15 3.1 变速箱部件设计.15 3.1.1 变速箱设计要求.15 3.1.2 变速箱设计初始数据.15 3.1.3 变速箱的设计步骤.15 3.1.4 根据总体计算确定挡位数与各档传动比.16 3.1.5 根据总体布置要求确定变速箱外形尺寸允许范围.17 3.1.6 草拟变速箱的传动方案.17 3.1.7 变速箱主要参数的确定.18 3.1.8 选配齿轮.19 3.1.9 变速箱主要零件的计算.20 3.2 主要零件布置方案 .28 3.2.1 变速箱主要零件的布置要点.28 3.2.2 倒档和减速器的布置方案.28 3.3 变速箱壳和操纵机构的设计 .29 3.3.1 变速箱壳的设计.29 3.3.2 变速箱操纵机构的设计.30 3.4 离合器设计 .31 3.4.1 离合器的功用、要求和类型.31 3.4.2 离合器主要参数校核.31 3.4.3 离合器操纵机构的行程及操纵力计算.32 3.5 主传动系部件校核 .34 3.6 终传动系各部件校核 .36 3.7 传动轴校核 .38 3.8 轮毂、轮胎 .38 第四章 转向系统设计 .41 4.1 转向系统的功用、类型和要求 .41 4.2 转向系统的计算载荷 .41 4.2.1 转向油缸参数计算.41 4.2.2 转向器参数计算.42 2 4.2.3 总功率计算及泵的确定.43 第五章 制动系统设计 .44 第六章 结论 .47 参考文献 .48 致 谢 .49 1 第一章 引言 1.1 本课题的设计意义 我设计的是一台植树挖穴机用于植树造林及其他的小型挖坑作业。现有的挖穴 机多为手提式挖穴机，起工作效率不高，使用条件不便，稳定性能不太理想，因此， 本课题设计的植树挖穴机要求工作稳定，工作效率高。随着地球环境的日益恶化， 需要大量植树造林，改善环境，因此，研制经济高效的植树挖穴机将深受广大人名 群众的欢迎。 1.2 我国园林机械的介绍 随着人们生活水平的不断提高，人们对于生活品质的要求越来越高，随之发展 的就是城市的草坪业和绿化建设。要想拥有好的绿化建设，园林机械是必不可少的。 像油锯、高枝锯、绿篱机、割草机、地钻、新型挖坑机械等等，都是不可或缺的。 但是，由于草坪业和城市绿化建设的迅猛发展，国内的园林机械根本就跟不上 这样的发展节奏。 我国目前园林机械主要存在着以下问题。 第一，园林机械的核心技术跟不上。园林机械技术的核心是发动机，国外进口 的园林机械一般噪音小，节能性好，经久耐用，而我国的产品由于技术不过关，往 往其发动机的噪声和耗油量都很大，还容易损坏，所以，相较之下，由于发动机档 次的差距，很多国内园林机械的生产商就选择了进口发动机，从而导致生产成本增 加，在市场竞争中处于不利位置。 第二，国产园林机械工作质量欠佳。国产园林机械在质量上与进口机械的差距 主要表现在：割草机在修剪之后，草皮高低不平；移植机切边不整齐，起草速度慢， 连续工作能力差等。因此，虽然进口机价格高，但许多人愿意买。 第三，人们的消费观念还未改变。 然国产的园林机械在不断完善，相较之前 的已经越来越好。但是，人们的观念还未转变，总认为进口的总比国产的好，即使 价格要昂贵一点，仍旧愿意选择进口的。 针对这三种制约我国园林机械发展的因素，面对进口园林机械强大的市场冲击， 2 国内生产企业没有坐以待毙，而是在努力抢占市场，树立自己的品牌。只不过由于 受诸多因素的影响，园林机械国产化不可能一蹴而就。目前，一些国内生产企业通 过改进技术手段、树立企业形象等方式，提升自身水平，并正逐步被消费者所接受。 我国园林机械产品正在向多样化、规模化、系列化方向发展。最初国内生产企业生 产的园林机械品种只限于移植机、割草机等少数高利润产品，而现在市场上各种用 途的园林机械已是琳琅满目。专家预测，未来几年，国产园林机械将在国内市场占 据主动，并逐步打入国际市场。 按照使用场合分类，园林工具包括园艺工具和园林工具；按照使用对象分类， 还能够分成家用工具和专业工具；按照动力不同，又分为引擎类和电动类，引擎类 使用 2 冲程或 4 冲程发动机，本田或 BS 的是高端产品的首选；电动类又细分为交 流类和直流类。 园艺工具主要有：园林剪刀、花卉工具（园林花具，小套花具） 。园林剪刀主 要产品有高枝剪、整篱剪（篱笆剪） 、剪枝剪（整枝剪、修枝剪） 、多用剪、摘果剪、 剪花剪、剪草剪等；田园组套花卉工具（园林花具，小套花具）包括花锹、花铲、 花耙、花锄、花叉等等，具体有两头锄（两头花锄） 、平锄、平耙、三齿花锄、三 齿花耙、锄耙、锄镐、大花铲、小花铲、三字花铲、一字花叉、六齿花耙等。 园林机具主要有：植树挖坑机、草坪修剪机、割灌割草机、绿篱修剪机、油锯、 水泵、打孔机、起草皮机、打药机及各款园林工具。 随着国内这几年城市建设的发展，城市绿化已经形成很大一个产业，日常的养 护便依赖这些工具来完成。我们日常看见的大多是汽油机动力的园林工具，如植树 挖坑机、割草机、修枝剪、打草机、修边机、割灌机等。 1.3 国内外发展概况及现状 中国挖坑机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、 产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要 素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源 破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 我国植树造林机具现状我国植树造林机械赴较晚，主要在南方为种植橡胶实现 产业化，有为东方红-75、热特-25 型拖拉机配套的挖穴机，而北方地区为栽植果树 3 和防护林，也研制了为中型轮式拖拉机如上海-50、神牛-25 型拖拉机配套的开沟机、 挖穴机，这种机具既可以挖植树穴坑，也可以挖梯形沟槽用于果树施沟肥。对大面 积的机械植树造林，多采用铧式系歹开沟机，如 1K-40、1K-50 和 1K-60 型开沟机。 我国植树造林机械虽有多个品种，但由于栽种树苗多在山地、坡地，土质条件复杂， 影响了机械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，生产的挖穴机批量较小。近几年 来，由于经济林的兴起以及国家为防治水土流失，退耕还林、种草种树已引起各有 关部门的普遍重视，并加大了植树造林机械的投入，取得了良好的效果。 挖穴机为了适应不同土壤、不同作业条件的要求，国外生产的不同动力配套的 造林用挖穴机，有手提式、背负式、手扶拖拉机式和拖拉机式 4 种。 A.手提式挖穴机，分为单人式与双人式。日本多用单人手提式，欧洲各国则多 采用双人手提式。手提式挖穴机发动机的功率一般为 1.3-3.7kw，多采用油锯和割 灌机的单缸风冷汽油发动机为动力。单人和双人手提式挖穴机发动机的转数经离心 式离合器和减速箱，将转数降低到 100-200r/min，再传到挖穴钻头。由于减速比很 大，多采用蜗轮蜗杆或摆线针轮行星传动机构，以便减少机器的质量。由于双人手 提式挖穴机质量可以大一些，有的采用多段直齿轮减速机构。有的挖穴机为了使挖 穴机钻头能自动地由地中拔出，在传动机构中装有逆转机构。国外所用的挖穴钻头 多为螺旋片型，挖穴时自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有单螺旋和双螺旋两种。 山地造林时，挖穴的直径和深度为 25-30 厘米，因此多采用 1.5-2 个节距的螺旋片。 为了提高螺旋片型挖穴机的切根性能，有的将螺旋边缘做成缺口状。国外所用挖穴 机钻头的转数都不太高，以免将穴中的土壤甩得过远，一般周边速度为 3 米/秒左右， 钻头转数为 200-300r/min。装有逆转机构的挖穴机在拔出钻头时，土壤会向相反方 向旋转，不会从穴中抛出。手扶拖拉机式挖穴机的功率为 3.7-7.3kw，轮式拖拉机 挖穴机的功率为 36.8-73.6kw。 B.悬挂式挖穴机主要用于栽植大树苗时的挖穴作业，挖穴直径为 50-80 厘米， 挖穴深度为 60 厘米，挖穴机悬挂在 25.7-58.8kw 拖拉机上。挖穴机由纵吊杆、带 安全装置的万向传动轴、减速器和不同直径的挖穴钻头组成。减速器由一对直齿锥 齿轮组成，更换不同直径的挖穴钻头时，要更换不同的锥齿轮，可换挖穴钻头有 3 种，直径分别为 80、60、30 厘米。钻头由空心钻杆、叶片和切土刀片组成，钻杆 下端有定心尖。工作时，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成 挖穴作业，利用液压装置控制钻头升降。 4 C.液压式挖穴机在发达国家已普遍推广。由于液压技术的普及推广，发达国家 在挖穴机上已采用液压传动装置，主要用在液压输出能力较强的拖拉机或挖掘机的 机型上，用液压泵驱动齿轮机构传动系统。DANUSER 液压挖穴机装有高效、转向 密封性能好的液压马达，可调节机械链条与齿轮，使扭距增大 4 倍。采用液压驱动 比用万向节套管传动更灵活方便，当遇到障碍物时能起到安全缓冲作用。 1.4 课题由来及设计条件 A.设计内容 设计一台植树挖坑机用于植树造林。主要的设计内容有： 1)总体设计 :设计总体方案。绘制挖坑总图； 2)零部件设计:根据挖坑机总图，设计齿轮箱等传动机构； 绘制传动轴、齿轮、 齿轮箱体、钻头等零件图；有关计算、校核等。 B.设计依据 1）柴油机：额定功率 ，额定转速 ，扭矩最大值105ePKw210/minenr =565N.m，燃油消耗率 ；maxT23/gh 2）变速箱：（7+1）2 ，即 14F+2R，同时无超速档； 3）分动箱：有 2 个速比，低速比为 1.88，高速比为 1.0571； 4）中间减速箱：速比 1.6842； 5）终传动箱：有 2 个速比，低速比为 1.8636，高速比为 1.2069； 6）前桥：速比 16.122； 7）后桥：速比 20.52； 1.5 课题设计思路 在开始该机设计前，参考对比了一系列已有的植树挖坑机，例如悬挂式挖坑机， 手提式挖坑机，液压式挖坑机等，总结发现他们都要用到由一对齿轮传动组成的减 速箱，而本课题采用的是悬挂式挖坑机的方式，一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式 挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋叶片型钻头等构成； 悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴 5 上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进行升降，由拖拉机动力输出轴经万向传 动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结构简单、作业质量好、效率高、移动 及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 6 第二章 总体方案设计 2.1 对拖拉机设计的要求 农业是国民经济的基础，农业现代化离不开农业机械化，拖拉机是农业机械化 的主要机械。最早的拖拉机只是代替畜力拉曳农机具，还要能带悬挂农机具，而且 能输出旋转动力。从作业种类上，由耕、耙、播扩大到收获、中耕、栽植、喷雾、 打捆、运输等多个方面，并且对作业的质量（如耕深均匀性） 、和驾驶轻便性、安 全性等提出了新的要求，这样对拖拉机设计也必然提出更高的要求；从拖拉机的使 用来看，已超出了农业拖拉机的范畴。 在对拖拉机设计提出的众多要求中，可概括为使用和制造方面的要求，制造是 为了使用，因此，从根本上说，首先应该是满足使用需要，即具有良好的使用性能。 一、使用方面对拖拉机设计的要求 （一）农业技术性能 它反映拖拉机对农业要求的适应性，包括： 1）牵引附着能力。 2）通过性，包括潮湿松软土壤通过性，行间通过性和障碍通过性。 3）操纵性，它是按驾驶员意愿，沿任意路线行使的能力，包括最小转向半径。 4）对土壤结构的破坏性。 （二）技术经济性 它反映拖拉机使用的经济效果，包括： 1）生产率，其影响因素有挂钩功率、牵引力、速度、档位配置、耕深控制方 式、动力输出轴的型式以及农机具挂接方便性等。 2）经济性，包括燃油消耗率、机油消耗率、维护修理费用和综合利用情况等。 （三）一般技术性能 1）可靠性和耐久性 耐久性是指主要零部件的寿命；可靠性是指在规定的寿命期间内，正常工作不 7 发生故障的概率，具体用一定期间中的故障出现次数、种类及其严重程度来衡量。 2）工作安全性 它包括稳定性、翻车后的防护措施以及制动性能（制动距离和制动不跑偏） 。 3）劳动保护性 它包括乘座平顺性和舒适性，低耳旁噪声，操作轻便性（操纵力的大小和操纵 行程、操作频繁程度、视野、驾驶室的防风雨、防日晒、防灰尘、防废气、防寒、 防高温性能以及清除泥污、挂接农机具、维修保养的方便程度） 。 二、制造方面对拖拉机设计的要求 设计时不能只考虑使用要求，还必须考虑制造方面的要求，拖拉机是结构相当 复杂的机械，生产规模如果不大，成本势必很高。在设计工作中贯彻“三化” ，即“产 品系列化、零部件通用化、零件设计标准化”。 2.2 拖拉机形式的选择 选择拖拉机结构类型时应考虑的因素是：使用地区的自然条件、作业项目和作 业要求、用户对现有拖拉机的反映，制造的技术难度、制造能力、制造成本、用户 的购买力、市场的需要量、同类产品的竞争能力、使用人员的技术水平等。 综合考虑选用 130 马力四轮驱动农用拖拉机，根据拖拉机型号定义规则，定义 型号为 1304 型。四轮驱动提高了牵引性和通过性，一般情况下能承担各种沉重的 作业 2.3 拖拉机整机参数的确定 在设计过程中选定拖拉机机型以后，要确定主要的整机参数，包括牵引力、速 度、功率、质量、质心坐标、轴距、轮距、离地间隙等。 一、拖拉机的额定牵引力 1304 型拖拉机的主要目的是为了获得较高的额定牵引力和提升能力，满足用户 在配套大型农机具时对功率的要求，1304 拖拉机配套的农具为铧式犁 1L-530 型和 1L-535 型，旋耕机为 1GQN-360S 等。以适应不同工况的需要，提高拖拉机的使用 范围和生产效率。 对于农业拖拉机来说，犁耕是经常而又沉重的作业，拖拉机的额定牵引力 FTN 8 首先应满足犁耕的需要，考虑到地面不平、土壤比阻不均等因素会引起牵引阻力短 期增大，计算时须加 10%的储备，即： 1.TNtFZbhK -犁铧个数 -单体犁铧宽度 (m) 11 - 耕深 (m) -土壤比阻 (kPa)t t 1304 拖拉机应能在多数地区获得较高的生产率，耕得深，因此，选定其配带的 旱地犁有铧式犁 1L-535，工作幅宽为 175cm，以适应不同情况的需要。根据调查资 料，我国多数地区的土壤比阻在 40-70KPa，在此比阻范围内，要获得农艺上一般必 须的 18-30cm 的耕深，则要求拖拉机能发挥 的牵1.750.2863.4TNPKN 引力( 土壤比阻取 60KPa，耕深取 28cm)即可满足配套的要求。 类似计算表明：有这样大牵引力的拖拉机,配带水田犁耕水田时，或配带各种耙 耙地时，都能满足使用要求。 故确定 1304 拖拉机的额定牵引力： 32.4TNFK 二、拖拉机的工作速度 机械传动系一般以齿轮传动为主体，结构成熟、工作可靠、传递转矩的能力大、 传动效率高以及成本较低，因而在拖拉机上占主导地位。传动系中将发动机动力传 给驱动轮的部分，称为主传动系，此外还有动力输出轴传动系。由于作业项目增多， 要求增加拖拉机档位数和扩大速度范围。目前，中大功率拖拉机往往有 1216 个 前进档。不同作业要求不同的速度，轮式拖拉机一些作业的理论速度分为五种： 1）基本工作速度：在 611km/h 范围内，此范围内一般不少于 34 档，用于 主要田间作业及推土、铲运等土方工程作业。 2）运输速度：通常在田间道路上为 1520km/h，在公路上为 2030km/h。 3）慢性速度：一般为 25km/h，用于旋耕、收获等作业。 4）爬行速度：此速度用于特殊需要，如挖沟、栽植、铺设电缆等，约为 0.12.0km/h。由于此时所要求的传动比很大，实现较困难，而非每台拖拉机都需 要此速度。 5）倒使速度：一般两速，低速（24km/h） ，用于挂接农机具，高速 （412km/h）用于空挡倒使以节省倒车时间。 9 6）动力输出轴速度：一般两速,540r/min 和 1000r/min，主要用于旋耕。 。 根据拖拉机的速度要求和市场上现有成熟的汽车变速箱、减速箱，首先选用七 档变速箱，实现 14 个前进档和 2 个倒档，按作业要求分为 2 个低速档、7 个耕作档、 5 个运输档、2 个倒档；其次为了布置的需要，选用 2 个减速箱，实现 2 个动力输 出轴转速。1304 拖拉机选用的柴油机额定转速为 2100 转/分，其各档的工作速度见 下表： 表 2-1 各档工作速度 前进档 倒退档 动力输出 轴 （r/min）档次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 2 1 2 1. 7 8 2. 7 5 3. 1 6 5 4. 2 6 4. 8 9 3 6. 0 7 2 7. 5 7 5 8. 9 6 1 1 0. 7 9 8 1 2. 9 9 1 1 5. 9 3 7 1 6. 9 2 7 2 3. 1 0 4 3 0. 1 0 5 1. 8 6 3. 3 0 6 54 0 100 0 V e (k m /h ) 低1 低2 高1 低3 高2 低4 高3 低5 高4 低6 高5 低7 高6 高7 倒1 倒2 移栽 开沟 旋耕 收获 犁耕、中耕、 田间转移 推土铲运、耙 地、灭茬 道路运输 倒车 旋耕、抽 水脱粒发 电等 三、发动机标定功率的确定 发动机标定功率应能保证在基本耕作速度 时发挥出额定牵引力 。设此时eVTbF 所需的发动机功率为所需功率为 ，则eP/3.6eTbjTPFV 式中： 发动机功率储备系数 1.5 额定牵引力 Tb 324TbFKN 基本耕作档发挥额定牵引力时的实际速度jV 1je 基本耕作档速度 7.5/eVkmh 10 滑转率 0.1217.5.67/jeVkmh 牵引效率，旱地TT 经计算得： 马力9213eNKw 在此基础上， 还应加上气泵、液压提升油泵等消耗的功率。同时由经验可知e 130 马力足够满足 1GQN-360S 旋耕机所需的功率，故选用 105kW 的发动机作为本 拖拉机的动力是适宜的。同时要求发动机有较大的转矩储备系数 、较低的燃油消 耗率 ，并且要求燃油消耗率曲线在 的 60%以上的部分负荷工况增长不大，还EngeNP 希望发出最大转矩时的转速不高于标定转速的 75%。根据以上要求，确定发动机为： 额定功率 105kW，额定转速 2100r/min， ， ，最大扭矩点18%20/EngKwh 转速为 1500r/min。 四、拖拉机质量参数的初步确定 拖拉机质量有结构质量与使用重量之分。 1）结构质量 结构质量是无驾驶员、未加油和水、无随车工具、无配重时的质量。只要具有 所必需的强度和寿命，结构质量就应力求减轻。 经布置 1304 拖拉机结构质量确定为：5570kg 2）最小使用质量 minsG 拖拉机的最小使用质量，由结构质量、燃油、润滑油、冷却水、电瓶液，随 车工具及驾驶员重量组成，1304 拖拉机的实际数据为燃油 150kg，发动机润滑油 20kg，底盘润滑油 20kg，冷却水 20kg，电瓶液 10kg，液压油 80kg，随车工具 25kg，驾驶员质量 64kg（ 460kg） 。 =5570+(150+20+20+20+10+80+25+64)=5959kg 取 5960kg minsG 3）最大使用质量 最大使用质量是保证拖拉机发挥标定牵引力所需的使用质量，是最小使用质量 与配重之和。 11 四轮驱动拖拉机计算公式为： max/9.8sTbGFf 式中： 最大使用质量axs 额定牵引力TbF3240TbFN 附着系数，取.6 f滚动阻力系数 ，取 f=0.08 计算得： max3240/9.860.346sGkg 取 67skg 4）配重质量 pmaxin305967pssGkg 前配重为：770kg ；后配重为： 0kg。 五、轮胎选择 1）后轮胎：根据国内外用户的要求，并考虑到轮胎的承载能力，选用 18.4- 38R1 12PR 轮胎。 2）前轮胎：前轮采用 12.4-28R1 10PR 轮胎。 六、轮距的选定 考虑整机横向稳定性和最小转向圆半径，同时为了适应耕作时的各种行距 要求，轮距应能调节，确定前后轮轮距如下： 1）后轮其轮距分布为： 1730、1838、1946、2042、2150（5 级可调）mm 2）前轮其轮距分布为： 1823、1913、1953、2043、2153（5 级可调）mm 七、轴距： 考虑整机的纵向稳定性和最小转向圆半径，经布置确定： 轴距为 L=2680mm。 12 八、道路地隙 最小离地间隙为： 435mm 九、质心坐标 对两轮驱动拖拉机来说，水田时前轮静态载荷应占总重的 40%50% ，方能 获得良好的稳定性，而旱地作业要求在拖拉机发挥额定牵引力时，前轮仍有不低于 总重 20%的负载，才能不失去操纵性,确定旱地前轮静载荷 50%,水田前轮静载荷 48%。 运输和耕作作业都要求重心低，稳定性好。经实测, 质心高度坐标为 h=1300mm， 质心纵向坐标为 a=1128mm。 十、操纵性校核 整机作业提升 31000N 时要求必须带着至少 770kg 的前配重，对作业时不失去 操纵性条件进行核算受力如下： 计算公式： 1min1csnrFxLGlL 式中： 前轮上的附着重量 cr 拖拉机的最小使用重量mins min5960skg 最小使用重量下后轮承载比例 =3450/5960=57.9% l悬挂提升轴水平后 610mm 处至后驱动轮中心的水平距离 l=1810mm 悬挂提升轴上的额定载荷nG31nGKN L轴距 L=2680 作业时前配重质量 距前轴1F170Fkg0 xm 各数据代入后得： 40.87crN min1/4./67309.821.5%0sGF 当后置农具时，1304 拖拉机不会失去操纵性。 牵引功率： （94.575%70.88）70.8qPKw 满足标准。313216.5n N 13 当 悬挂提升轴上的额定载荷 时nG18.62nGKN 设 作业时前配重质量1F10F 则 （59609.8(1-57.9%)2680- 186201810)/268012014Ncrmin/204/596.82.6%sG 即：当拖拉机机组后部悬挂重量小于 18620N 时机组不要挂前配重。 2.4 拖拉机总体布置 总布置是把各个部件协调地组装在一起，其中最主要的是发动机和传动系的布 置，但也决不可轻视任何一个次要部件的安排，蓄电池、燃油箱、液压油泵、气泵、 贮气筒等。 发动机和传动系的各部件布置关系为：发动机与变速箱输出、输入轴同轴，为 行走提供动力，同时发动机提供终传动输出的动力源和一个液压输出口，发动机、 传动系和其他部件均安装在机架上。 方案确定后，各部件布置具体如下： 1）前桥：前桥的高度取决于离低间隙的要求，根据轴距布置，前桥在发动机 的下方。 2）发动机：发动机的位置前后、高低对离地间隙和垂直载荷在前后轮上分配 影响很大。为了尽量降低整机质心高度，发动机选用宽且扁平的油底壳。 3）传动系：传统的拖拉机是从发动机往后布置离合器、变速箱；由驱动轮往 前布置最终传动、中央传动，但本次设计的拖拉机布置为：一是发动机为行走提供 动力，即从发动机后布置离合器、传动轴、变速箱、分动箱和后桥，分动箱往前布 置传动轴、前桥；二是发动机为终传动提供动力，即从发动机往后布置传动轴、中 间箱、传动轴和终传动箱。 4）机架：传统的拖拉机采用无架式或小半架式。该拖拉机采用有架式，传动 系及其它部件都布置在机架上。 5）转向系：转向盘轴线与水平面的夹角一般为 5060 ，转向垂臂在直线行 使状态时的位置不应是垂直的，其下端应往后偏 1025 。该拖拉机的转向盘轴线 与水平面的夹角为 50，转向垂臂下端后偏 18。 14 6）工作装置：悬挂杆件、牵引挂钩、动力输出轴按国家标准布置。悬挂杆件 中下拉杆的悬挂点最低点距地面 200mm，提升范围为 703mm，铰点距后桥中心 450mm；牵引挂钩距地面 522.5mm，距后桥中心 975mm；动力输出轴距地面 732mm，距后桥中心 575mm。 7）覆盖件：覆盖件包括挡泥板、机罩、驾驶室。挡泥板与车轮之间的间隙为 120mm 的间隙，挡泥板固定在驾驶室上，机罩一端固定在机架上，另一端固定在驾 驶室上，驾驶室又安装在操纵台架的上平面上。 8）操纵台架：是操纵系统和覆盖件的安装平台。 9）辅助装置：从整机后面看，柴油箱安装在机架右侧、操纵台架下方；液压 油箱安装在机架左侧、操纵台架下方；电瓶装在机架最前端；储气筒装在机架的下 方、水箱后下方；加力泵安装在机架上、提升器的左侧；为了发挥前轮的驱动作用， 在机架的前端加配重 480kg（每块 48kg，共十块） ，配重最大重量为 770kg；为了发 动机和液压系统散热，在发动机前方放置水箱（散热面积为 35mm）和油散（散热 面积 7mm） ，水箱安装在机架上，油散安装在水箱上；转向油箱安装在水箱上；其 它操纵、液压等部件也都安装在机架或操纵台架上。 15 第三章 传动部件设计 3.1 变速箱部件设计 3.1.1 变速箱设计要求 1. 十个前进档，两个倒退档，各档的传动比须符合作业对速度和牵引力的要求。 2. 换挡方便，不允许出现同时挂两个档，自动脱档和跳挡的现象。 3.1.2 变速箱设计初始数据 1）变速箱输出扭矩为 75740N mm； 2） 档次 抵挡 高档 1.37 6.32 1.69 7.76 2.15 9.90 3.52 16.20 4.82 22.30 理论行驶速度 （公里/小时） 倒 1.03 4.74 3）发动机额定功率：4.103 kw; 4)发动机额定转速：1500 r/min。 3.1.3 变速箱的设计步骤 （1）根据工作特点选择变速箱的结构形式； （2）根据总体计算确定挡位数与各档传动比； （3）根据总体布置要求确定变速箱外形尺寸允许范围； 16 （4）草拟变速箱的传动方案； （5）确定变速箱的主要参数； （6）根据变速箱的传动比选配齿轮，确定各档齿轮的齿数； （7）进行齿轮，轴，轴承等零件的寿命计算或强度，刚度计算； （8）进行结构设计，绘制装配图和零件图。 变速箱结构的选择 选择输入轴，输出轴，中间轴都在同一平面内的平面型组成式变速箱。 3.1.4 根据总体计算确定挡位数与各档传动比 由变速箱设计初始数据知挡位数为十个前进档和两个倒退档；各档传动比为： 档 次 计 算 式 传 动 比 慢 296.89（53137214） 14.16 慢 241.29（53137214） 11.51 慢 189.96（53137214） 9.06 慢 115.54（53137214） 5.51 慢 84.41（53137214） 4.03 快 64.73（53137214） 3.09 快 52.31（53137214） 2.50 快 41.18（53137214） 1.96 快 25.05（53137214） 1.20 快 18.30（53137214） 0.87 倒 295.88（53137214） 14.12 倒 85.83（53137214） 4.09 17 3.1.5 根据总体布置要求确定变速箱外形尺寸允许范围 中心距的确定 中心距是影响变速箱大小和重量的决定因素，应尽量缩小，但受齿轮强度，轴 承寿命以及由轴的尺寸所确定的齿轮最小直径的限制。通常根据经验公式初选中心 距： （mm) （3-1）AK3jM 式中 变速箱输出轴计算扭矩 ;j 中心系数。A 则 A= =34.9 =147.5 mm K3j374.5 3.1.6 草拟变速箱的传动方案 根据档数，速度变化范围和各档传动比及总体布置的要求，选择合理的结构方 案，绘制出传动简图。 传动简图如图（3-1）所示。 （ 3-1） 18 3.1.7 变速箱主要参数的确定 1 齿轮模数的确定 在直径，宽度一定时，齿轮的弯曲强度随模数减小而降低，而接触强度并不降 低，反而因齿数和重合度的增加而有所改善。所以在满足弯曲强度的前提下应尽量 采用较小模数。本设计为使制造方便，采用一种模数，且 m=5。 2 齿轮压力角的确定 我国和许多国家都把齿轮的标准压力角规定为 ，因此变速箱普遍采用 压2020 力角。取 = 。0 3 齿宽的确定 齿宽 b= m。齿宽系数 一般取 46，平均可取 5。主要工作档 取较大值。 变速箱内各齿轮的齿宽为： 齿轮 计算式 齿宽（mm) 常吻主动齿轮 b= m=8.6543 常吻从动齿轮 b=m=4.45 22 二速主动齿轮 b= m=4.6523 二速滑动齿轮 b= m=4.45 22 四速滑动齿轮 b= m=4.2521 四速主动齿轮 b=m=4.25 21 五速主动齿轮 b= m=4.4522 五速滑动齿轮 b= m=4.25 21 19 三速滑动齿轮 b= m=4.4522 三速主动齿轮 b= m=4.45 22 一速主动齿轮 b= m=4.4522 一速及倒速滑动齿轮 b= m=4.65 23 倒速主动齿轮 b= m=5.4527 输力传动中间齿轮 b= m=4.05 20 倒速中间齿轮 b= m=6.4532 4 相齿合齿轮的齿数和 Z =2 /m. (3-2)ZoA 当算出的 太小而不能满足速度变化比值的要求时，可增大 ,相应缩小模数Z 或适当增大中心距。 =2 /m=2147.55=59ZoA 3.1.8 选配齿轮 选配齿轮就是确定各档齿轮的齿数。 （1）选定中心距。由之前的中心距计算知：=147.5mm. （2）确定常啮合齿轮副与快档换挡齿轮的传动比 ， ，取 =2.11，则0i10i =3.092.11=1.46。取常吻主动齿轮的齿数为 19，则常吻从动齿轮的齿数为1i 1.4619=40.一速主动齿轮的齿数为:59(1+1.46)=24,一速及倒速滑动齿轮的齿数为： 59-24=35.以此类推，可得各齿轮的齿数见下表： 20 齿轮 常吻主动齿 轮 常吻从动齿 轮 二速主动齿 轮 二速滑动齿 轮 四速滑动齿 轮 齿数 20 39 27 32 31 齿轮 四速主动齿 轮 五速主动齿 轮 五速滑动齿 轮 三速滑动齿 轮 三速主动齿 轮 齿数 37 41 17 39 20 齿轮 一速主动齿 轮 一速及倒速 滑动齿轮 倒速主动齿 轮 输力传动中 间齿轮 倒速中间齿 轮 齿数 24 35 18 25 31 3.1.9 变速箱主要零件的计算 1 齿轮的计算 常吻主动齿轮的计算如下： (1)齿面接触疲劳强度计算 齿面接触疲劳强度计算公式： (3-3)ubdKTZEH21)( 式中 接触应力；H 节点区域系数；Z 材料系数；E 重合度系数； 齿数比；u 主动齿轮的分度圆直径；1d 齿宽；b 载荷系数，且 =KKVA 21 主动齿轮传递的名义转矩，且1T =9.55 (3-4)1601np 主动齿轮传递的功率；1p 主动齿轮的转速。n 假定离合器的效率为 =0.98，滚动轴承效率为 =0.99，联轴节的效率为12 =0.99.则传递到常吻主动齿轮的效率为： = =0.943 319.0.9803 =4.1030.94=3.86kwp1 =1500r/minn1TmN24571086.35.9 查设计手册得 则,2.1,.,.1,. KKVA 376KV 查设计手册得 而.90,8.,5.2ZZEH 则有1243,10umbddKTEH21)( MPa2691.04332576.9.085. 而许用接触疲劳强度应力为： （3-5）NHPZSminl 式中 试验齿轮的接触疲劳强度极限比；limH 接触强度计算的寿命系数；NZ 接触强度计算的最小安全系数。minHS 查设计手册得： 则li,150MPaNZ,1minHS,2. MPaP150. 22 HP 故两齿轮的齿面接触疲劳强度满足条件。其它各对齿轮的齿面接触疲劳强度类 似计算。 (2)齿根弯曲疲劳强度计算 齿根弯曲疲劳强度计算公式为： （3-6）YmbdKTYsaFsaF102 式中 弯曲应力；F 齿根危险截面的弯曲应力；0 应力校正系数；saY 齿形系数；F 重合度系数； 模数。m 由上面的齿面接触疲劳强度计算可知： 又.2457,36.1mNTK 而 又查设计手册得： 对于常吻主动齿轮，由,43,10bd.580Y 于齿数为 19，查表得 对于常吻从动齿轮，由于齿数为 40，查表;4.1,8.2SaFaY 得 .671,.2SaFaY 则常吻主动齿轮的弯曲疲劳强度为： MPaF 21.68.0548.25043. 常吻从动齿轮的弯曲疲劳强度为： F .4.7.176.2 许用弯曲疲劳强度应力为： （3-7）NFSTPYminl 式中 试验齿轮的弯曲疲劳强度极限；limF 23 弯曲强度计算的寿命系数；NY 试验齿轮的应力修正系数，按国家标准取 ST .02STY 弯曲强度计算的最小安全系数。minF 查设计手册得： 则,8.1,0.,460minlimFNFSYMPaFP510