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1、履带牵引车辆变速器改进设计摘 要本设计为履带牵引车辆变速器的改进设计。变速器的功用是：改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，同时使发动机在有利的工况下工作；在发动机旋转方向不变的前提下，使拖拉机能倒退行驶；利用空档，中断动力传递。变速器的设计满足必要的动力性和经济性指标。本改进型变速箱为了简化结构，减少齿轮数量采用空间多轴组成式结构，主变速在前、区段换档副变速在后来实现4（31）档；为了提高齿轮传动啮合质量采用啮合套换档，常啮合斜齿圆柱齿轮传动；主、副变速采用两根变速杆分别操纵，采用自锁及互锁装置、倒档安全装置，可使操纵可靠，不跳档、乱档、自动脱档和误挂倒档，为了保留一定的工艺继承性和能
2、投入的较少，保持原来变速箱孔中心距及相对位置不变。 为了必要的分析拖拉机的牵引性和燃料的经济性本设计还绘制了拖拉机的牵引特性曲线，在说明书的校核部分，主要对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，轴的刚度和强度以及轴承的寿命进行了计算，设计的零件均满足要求。关键词： 变速器，组成式结构，牵引特性，啮合套The improvement of the track draws the vehicle gear box AbstractOriginally designed the improvement that the track draws the vehicle gear box to design
3、. The function of the gear box is: It change by transmission than,expand by torque and the change ranges of rotational speed drive wheel, more make engine unable to work at favorable operating mode at the same time; Under the circumstances that the engine rotates the prerequisite that the direction
4、does not change , enable tractor to fall back and go ; Utilize the noload position, cut off motive force to transmit . Essential motive force and economic index that the design of the gear box is satisfied . Originally the improving type gearbox, in order to simplify the structure, it is last axle m
5、aking up type structures many not to reduce by gear wheel the quantities ,it change speed mainly in before, change sector it is vice that if changing speed , realize later to shelf 4 ( 3+ 1) Shelf; For improve gear wheel transmission meshing quality adopt , clench the teeth set change shelf , clench
6、 the teeth oblique tooth cylinder gear wheel transmission often; Main fact , pair change speed , adopt two gearshift levers handle separately , adopt from the lock and lock the device , pour the safety device of the shelf each other, can make , handle reliable , jump the shelf , haphazard shelf , au
7、tomatic and out of supply and hanging and pouring the shelf by mistake , it is less in order to keep certain craft succession and can be put into, the hole centre-to-centre spacing of gearbox and relative position did not change that kept originally. And economy of fuel originally design and also dr
8、aw drawing the curve of characteristic of the tractor for essential analysis person who draw of tractor, in the check part of the manual , the crooked fatigue strength and contacting fatigue strength mainly to the gear wheel, having calculated in rigidity of the axle and life-span of intensity and b
9、earing, the part designed meets the demands . Keyword: gear box,making up type structure, the characteristic of traction, meshing set目 录前言6第一章 概述7第二章 传动方案的确定 8 2.1传动机构布置方案分析8 2.2部件结构方案分析9第三章 变速器主要参数选择9 3.1 档数 9 3.2 传动比 9 3.3 中心距13 3.4 齿轮参数13 3.5 轴承参数 15第四章 拖拉机的牵引特性曲线15第五章 校核 17 5.1 齿轮强度计算 17 5.2 轴的校
10、核 21 5.3 轴承的寿命计算 29设计总结 33参考文献34致谢 35附录 36英文原文37中文翻译45 前 言虽然自动变速器在近年来有很大发展，但手动机械变速器在拖拉机传动中仍占有很大比例。在我国相当长的时间里，手动变速器会占有很高的比例。现有履带式拖拉机的变速箱结构大同小异，有42、62档变速型式，功率流传动路径相同。该传动方案结构简单可靠，传动效率高但仍有不足之处：1、受结构限制，该变速箱难以实现较大的速比范围，使拖拉机的工作速度区段较窄。东方红13202R履带拖拉机6个前进挡的速度范围为4.0216.07 Km/h，显然，缺少4 km/h以下的低速作业档及缺少20km/h以上的高速
11、作业档。2、 由于现有履带式拖拉机采用滑动齿轮换挡，变速箱只能采用直齿圆柱齿轮传动,致使齿轮传动啮合质量不是很高。3、 由于发动机转速由1500r/min提高倒2300r/min，使齿轮工作时的啮合线速度及固定在轴上的各档被动齿轮的齿顶圆线速度均大幅度提高，致使变速箱噪声大，油温高。基于上述原因就现有东方红履带拖拉机变速箱有改进的必要。进些年来，为了适应拖拉机对传动系统的多档位、大扭矩和宽速比范围等日益增多的需求，变速器在在结构和技术方面都有很大的发展。传统的的三轴式变速器由于自身容量限制，已远不足以满足上述要求。传统结构变速器的最大容量，档位数一般最多只能布置到6个前进挡和2个倒档。现在拖拉
12、机需要816个前进挡。由此，倍档、半档、双中间轴和组成式变速器被研制出来，满足了上述要求。 改进型变速箱主要改变功率流程、采用组成式结构实现多档化；采用常啮合斜齿圆柱齿轮传动，啮合套换挡，主、副变速箱采用两根变速杆操作。参考相关设计内容，采用统计和类比的方法初步确定变速箱的主要参数。 第一章 概述机械式变速箱主要应用了齿轮传动的降速原理。简单的说，变速箱内有多组传动比不同的齿轮副，而汽车行驶时的换档行为，就是通过操纵机构使变速箱内不同的齿轮副工作。在低速时，让传动比大的齿轮副工作，而在高速时，让传动比小的齿轮副工作。变速器用于转变发动机曲轴的转距和转速，以适应汽车在起步、加速、行驶以及克服各种
13、路障等不同条件下对驱动车轮牵引力及车速的不同要求的需要，用变速器转变发动机转距、转速的必要性在于内燃机转距转速变化特性的特点是具有相对小的对外部载荷改变的适应性。变速器有变速传动机构和操纵机构组成。变速箱的分类：变速器按其传动比的改变方式分为有极式和无极式。无极式又可分为机械式、液力式和电力式几种，它的特点是：在一定的范围内可获得任何传动比，从发动机的功率的利用和提高生产率方面都有一定的优越性；但由于传动效率、制造成本和结构方面问题处于研究试制阶段。有极式可分为双轴式、三轴式和组成式，它的特点就是结构简单被广泛应用。为保证变速器具有良好的工作性能，对变速器提出以下设计要求：1、保证拖拉机必要的
14、动力性和经济性。2、设置空档，用来切断发动机动力向驱动轮的传输。3、设置倒档，使汽车能倒退行驶。4、设置动力输出装置，需要时能进行功率输出。5、换挡迅速，省力方便。6、工作可靠，行驶过程中不得有跳档、乱档及换档冲击等现象发生。7、有高的工作效率和工作噪声低。除此之外，还应满足轮廓尺寸和质量小，制造成本低，维修方便等要求。第二章 传动方案的确定机械式变速器因结构简单、体积较小、制造成本低、传动效率高和工作可靠等优点，所以至今仍不失为主要的拖拉机变速系统，并得到广泛应用。2.1传动机构布置方案分析 改进型变速箱传动简图有级变速器的传动效率与所选用的传动方案有关，包括传递力的齿轮副数目、转速、传递的
15、功率、润滑系统的有效性、齿轮及轴及壳体等零件的制造精度、刚度等。三轴式与两轴式变速器的比较：三轴式的优点直接档的传动效率高，磨损及噪声也最小，在齿轮中心距较小的情况下可获得大的一档传动比，缺点是：除直接档外其他各档的传动效率有所降低；两轴式的优点：结构简单紧凑，除最高档外其他各档的传动效率高、噪声低，它方便于前置发动机的布置且使传动系结构简单，缺点是：它没有直接档，因此在高档工作时，齿轮和轴承均承载，故噪声教大，也增加了磨损。但因为本变速器变速范围比较大，采用两轴式、三轴式，结构比较复杂齿轮较多，为了简化结构和齿轮数量，本设计采用组成式结构4(3+1)档，A,B为主变速器的啮合套，主变速器的啮
16、合套；C,D为副变速器的啮合套。2.2 部件结构方案分析一、齿轮形式斜齿轮有使用寿命长，工作时噪声低，传动效率高等优点；但制造时比较复杂、工作时有轴向力。本变速器齿轮117均采用斜齿轮；齿轮18，19采用直齿轮。二、换挡机构形式变速器换挡机构有直齿滑动齿轮、啮合套和同步器换挡三种形式。本设计因滑动齿轮换挡只能采用直齿圆柱齿轮传动，限制了齿轮传动啮合质量进一步提高，还有本设计档位之间公比小，换挡机构连接件之间的角速度差小，所以采用啮合套换挡。它能降低制造成本，减少变速器的长度。三、轴承的选择变速器轴承常采用圆柱滚子轴承、球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等。因本设计采用斜齿轮传动，齿轮工作时会产生轴
17、向力，轴前端和后端均采用角接触轴承；齿轮绕轴转时采用滚针轴承。第三章 变速器主要参数选择3.1 档数变速器档位数的增多可提高发动机的功率利用率、汽车的燃料经济性及平均车速，从而可提高运输效率，降低运输成本。本设计为了实现较大的速比范围使用124档。3.2 传动比一、 各档传动比的确定前进： 倒退： 其中：传动器传动比2.733；轮边传动比5.5；变速箱传动比变速箱前进挡传动比成等比数列，等比基数；倒档 各前进档传动比： 各后退档传动比： 二、分配传动比并确定各对齿轮的传动比主变速器： 副变速器： 初选 经计算得 三、定总齿数及各齿轮齿数由中心距、模数和螺旋角可以确定总齿数 由各对啮合齿轮传动比
18、确定各齿轮齿数 34 15 25.8 23.8 27 22 25 25 取 则 取23 则25 25 28 四、各档最终传动比、速度及误差 =4.9% =4.81km/h =6% =4.8% =6.8% =1.1% =0.3% =2.2% =0.01% =2% =0.5% =0.2% =2.4% =2.5% =3.6% 3.3 中心距A本改进型变速箱保持原变速箱孔中心距及相对位置不变，具有良好的工艺继承性。13轴中心距135mm 32轴中心距152.5mm 34轴中心距144mm 24轴中心距142.5mm 25轴中心距133mm3.4 齿轮参数 一、齿轮模数齿轮模数m直接决定齿轮弯曲强度，从
19、增强弯曲强度出发，应选用大模数。但是在中心距和速比一定的情况下，若选用小模数，则可以增加齿数，使重叠系数增大，传动平稳性和齿轮接触强度都有所改善。因此，在满足弯曲强度的前提下应用较小的模数。根据经验公式5mm 其中 ：模数系数0.35 ； ：最低档转矩2926.9n.m二、 齿宽在一定范围内b大强度就高，但变速箱的轴向尺寸和重量亦增大。实践证明，齿宽过分增大，由于沿齿宽方向负荷分布不均匀性增大，反而使齿轮承载能力随之下降。对于直齿b（4.47）m6530mm斜齿b（69.5）m7.2536mm三、 螺旋角当斜齿轮轴向重叠系数为1时，则斜齿轮廓表面的接触线长度不变，使传动平稳，由此观点确定螺旋角
20、。 取四、 压力角 一般采用标准齿形进行变位，压力角取。 五、斜齿圆柱与直齿齿轮参数表 斜齿圆柱齿轮参数 齿轮代号齿数法面模数（mm）螺旋角（）法面压力角（）法面齿顶高系数分度圆直径（mm）齿顶高（mm）齿顶圆直径（mm）齿根圆直径（mm）134525.82011885193181.75215523.82018258775.75337525.52012065211199.754275252011495154142.75522524.62011225127115.75633526.32011835188176.75720524.62011105115103.7582952520116051651
21、53.75913523.72017157669.751036525.22011995204177.751119526.3201106511199.751219526.3201106511199.751336525.22011995204192.7514145232017658169.751538524.62012095214202.7516235262011285133126.7517255252011385143136.75 直齿圆柱齿轮参数参数齿轮18齿轮19齿数2528模数（mm）55压力角（）2020齿顶高系数11分度圆直径（mm）126140齿顶高（mm）55齿顶圆直径（mm）131
22、145齿根高（mm）66齿根圆直径（mm）1201343.5 轴承选择1（输入）轴选用角接触球轴承7311C；3轴选用角接触球轴承7312C；2（输出）轴选用角接触球轴承7314C。第四章 拖拉机的牵引特性曲线一、牵引特性曲线的意义把拖拉机的各项牵引性和燃料经济性指标综合在一起，比较全面而具体地反映出拖拉机的各种性能指标之间的联系，可用以分析、比较和评价拖拉机的牵引性和燃料经济性。二、理论牵引特性曲线的绘制绘制之前须知：发动机的调速特性曲线；拖拉机传动系各档总传动比i、驱动轮动力半径、拖拉机使用重量；拖拉机的滚动阻力系数f和滑转曲线。具体步骤：1、按所取比例尺绘制曲线的坐标以O为原点的横坐标代
23、表挂钩牵引力，从O点往左加一段代表滚动阻力f，其中7000kg，代表驱动力。由该档的曲线和曲线画出V曲线。1、 发动机调速特性曲线和滑转率曲线为已知（东方红1302R）3、实际速度V曲线 4、画拖拉机功率曲线 可由V曲线画出曲线。5、画拖拉机的比油耗曲线 可由曲线画出曲线。第五章 校核5.1 齿轮强度计算 变速箱齿轮主要破坏形式是疲劳接触和疲痨弯曲破坏。一、弯曲疲劳强度计算齿轮材料为 对于斜齿轮 直齿轮校核公式：其中：应力集中系数1.5； 重合度系数1.4； 齿宽系数7.2对齿轮1： y0.194MPa 对齿轮2： y0.212MPa对齿轮3： y0.192MPa对齿轮4： y0.199MPa
24、对齿轮5： y0.204MPa 对齿轮6： y0.195MPa对齿轮7： y0.207MPa对齿轮8： y0.198MPa对齿轮9： y0.212MPa 对齿轮10： y0.193MPa对齿轮11： y0.206MPa对齿轮12： y0.206MPa对齿轮13： y0.193MPa对齿轮14： y0.212MPa对齿轮15： y0.192MPa对齿轮16：2372.3Nm y0.2MPa对齿轮17：2372.32562.1Nm y0.198MPa对齿轮18：2372.32562.1Nm y0.206MPa对齿轮19：2926.9Nm y0.204MPa由上述计算结果可得所有齿轮均满足弯曲疲劳强
25、度要求。二、接触疲劳强度计算其中：k系数（对直齿轮338.3，对斜齿轮292.5）；A中心距i传动比； b有效齿宽； M小齿轮扭矩； 工作状况系数1.65角变位修正对接触强度的影响系数许用接触应力10001400MPa对齿轮1，2对齿轮2，3对齿轮4，5对齿轮5，6对齿轮7，8对齿轮9，10对齿轮10，11对齿轮12，13对齿轮14，15对齿轮16，17对齿轮18，195.2 轴的校核一、轴的刚度验算轴在水平面内的挠度，垂直面内的挠度，转角，圆周力，径向力，轴向力 弹性模量：E 惯性力矩： d：轴的直径对于1（输入）轴：齿轮幅1和9离支撑点近，挠度较小不必计算，只考虑齿轮幅4即可。T440.1
26、3Nm d64mm 对于3轴：齿轮幅2和10离支撑点近，挠度小不必计算，只考虑齿轮幅12即可。T1232.36Nm d60mm 对于2（输出）轴：齿轮幅16载荷大离支撑点远，只考虑它即可。T2372.3N d75mm65897.2N 26685.3N 23984.6N对于5轴：只考虑齿轮幅18即可。T2562.1 d55mm 93167.3N 37415.7N 33910.1N对于4（倒档）轴：T1326.8N d64mm60309.1N 24319.8N 根据上述计算结果可得轴符合刚度要求。二、轴的强度计算 其中 许用对于1（输入）轴：主变速器1，4档时，齿轮幅离支撑点近，于是只校核主变速器
27、3档时的强度即可。H: 水平面 V：垂直面对于3轴：对于2（输出）轴：对于4（倒档）轴：对于5轴：经计算，变速器的所有轴的强度在各档位时都满足强度要求，设计是合理的。5.3 轴承的寿命计算一、1轴（输入轴）上的轴承7312C1、轴承的径向载荷， 2、 轴承的轴向力，轴承的派生轴向力 先取e0.4 经查表计算得0.52 0.41 3、轴承的当量载荷 查表得：0.44 1.09 1 0轴承运转中有中等冲击载荷 1.5 4、验算轴承寿命故该轴承满足要求。二、3轴上的轴承7312C1、轴承的径向载荷， 2、 轴承的轴向力，轴承的派生轴向力 先取e0.4 25054.5N 经查表计算得0.55 0.68
28、 3、轴承的当量载荷 查表得0.44 1.02 1 0轴承运转中有中等冲击载荷 1.5 4、验算轴承寿命故该轴承满足要求。三、2（输出）轴上得轴承7314C1、径向载荷 2、 轴承的轴向力，轴承的派生轴向力 先取e0.4 经查表计算得0.55 0.68 3、轴承的当量载荷 查表得 轴承运转中有中等冲击载荷 1.5 4、验算轴承寿命故该轴承满足寿命要求。 设计总结本次设计在吸取前人经验的前提下，通过自己的努力完成。在满足设计要求的前提下，尽可能使方案最优化。三个月的毕业设计，是对大学四年来所学知识的系统总结和就业前的一次练兵，对我们显得尤为有意义。这次设计，使我得到了许多：首先，这次设计使我对大
29、学四年所学的基础知识和专业知识有了一个系统的总结，同时也让我学到了新知识。本次计内容以前没有怎么接触过，得查阅大量得资料，这就锻炼了自己要发现问题并解决问题的能力，还掌握了许多获得知道的途径。这些宝贵的经验将对我在将来的学习和工作中起到了很大的帮助。因本次设计大部分用CAD绘的，大大提高了自己的机绘能力。其次，这次设计也锻炼了自己的意志，为步入社会做好了准备。再次就是加强了团队合作意识。也正是通过这次设计，才让我认识到了自己知识的局限性。由于实际经验不多，能力有限，设计难免有些不足之处，望给予指正。总之，这次设计使我受益非浅。参考文献1、 拖拉机地盘结构设计图册 机械工业出版社2、吴宗泽 机械
30、设计实用手册 化学工业出版社3、 机械设计手册 机械工业出版社4、 拖拉机设计和计算 上海科学技术文献出版社5、 拖拉机理论 中国农业出版社6、洛阳拖拉机研究所主编 拖拉机设计手册 机械工业出版社7、郁录平. 工程机械地盘设计 人民交通出版社8、陈家瑞. 汽车构造（下册） 机械工业出版社9、 机械设计基础 高等教育出版社10、朱冬梅，胥北澜. 画法几何及机械制图 高等教育出版社11、濮良贵，纪名刚. 机械设计 高等教育出版社12、王望予. 汽车设计（第4版） 机械工业出版社13、张兴裕. 工程机械地盘构造与设计 同济大学14、战慧敏. 变速箱改进方案探讨 拖拉机与农用运输车2001.No.5615、郝京顺. 汽车变速器的发展 北京汽车 2000.No.616、吴修义. 手动机械变速器的发展 运输车辆 1998.No.517、浅析拖拉机工作速档的选择及传动比的确定 农机化研究 1997.No.3