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12型-船式拖拉机半轴组件及驱动轮设计【含11张CAD图优秀课程毕业设计】
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船式拖拉机
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12型-船式拖拉机半轴组件及驱动轮设计【含11张CAD图】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
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充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸112型船式拖拉机半轴组件及驱动轮设计摘要我国人民在长期实践中，发挥自己的聪明才智，发明创制了一种运用“浮式”工作原理的在深泥脚水田中能很好工作的新型水田动力机械船式拖拉机又称机耕船，加速了我国农业机械化事业的发展。它在中国南北方十多个省、市、区得到了推广应用。本文通过对船式拖拉机半轴主件及驱动轮的设计从而加强我们对机耕船的了解。随着我国机耕船生产、使用、和科学研究的的日益发展和深入，机耕船必将显示出更加强大的生命力。关键词机耕船；半轴组件；驱动轮；设计充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸2ABSTRACTOURPEOPLEINTHELONGTERMPRACTICE,PLAYTOTHEIRWISDOM,INVENTIONCREATEDAUSEOF“FLOATING“INTHEDEEPMUDFEETPADDYFIELDSOFTHEWORKINGPRINCIPLEOFTHEGOODWORKOFNEWPADDYFIELDS,POWERMACHINERYBOATDRAGMACHINEALSOKNOWNASBOATTRACTORTOACCELERATETHEDEVELOPMENTOFCHINASAGRICULTURALMECHANIZATIONINTHENORTHANDTHESOUTHOFCHINAMORETHANADOZENPROVINCIAL,CITY,DISTRICTAPPLICATIONTHISARTICLEBYTHEDESIGNOFTHEMAINPIECESOFTHESHIPTRACTORAXLEANDDRIVEWHEELSSOASTOENHANCEOURUNDERSTANDINGOFTHEBOATTRACTORWITHOURBOATTRACTORPRODUCTION,USE,ANDSCIENTIFICRESEARCHGROWINGANDINDEPTH,BOATTRACTORISBOUNDTOSHOWASTRONGERVITALITYKEYWORDSBOATTRACTORAXLEASSEMBLYWHEELDESIGN充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸3目录摘要2ABSTRACT3第一章绪论511船式拖拉机的应用概况512船式拖拉机的工作原理及其行走机构613影响船式拖拉机牵引力的主要因素614设计任务及要求6第二章驱动轮半轴组件设计821半轴组件的作用和要求822半轴组件结构设计823半轴组件的零件设计924半轴组件零件强度校核13第三章驱动轮结构设计2131船式拖拉机的总体动力学分析2132驱动轮运动分析2733驱动轮受力分析2834驱动轮结构设计3135驱动轮参数的选择32第四章设计总结3441结论综述3442存在不足3443机耕船发展趋势34参考文献36致谢37充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸4第一章绪论11船式拖拉机的应用概况中国是一个盛产水稻的国家，而适于水稻种植的田地中，有40007000亩深泥脚田（等包括湖田、冬水田、海涂田）无法进行机械化耕作。这些深泥脚水田的地下水位高、土质粘重、承压能力极差，其表层压强度一般均在510KPA以下。这样的深泥脚田，土壤肥沃，增产潜力很大。但长期以来，生产方式极其落后，产量极低，机械化问题得不到解决。以前，深泥脚水田靠牛或人力耕种。牛下深泥脚水田，不仅腿脚深陷、行走艰难，使生产率极低；而且由于冬春寒冷、夏季酷热，农时紧、农活重，致使不少耕牛死亡。有些地区，只能靠几个强劳力拉一张犁进行耕作，劳动极其繁重。一些极深的田，则用戳眼插秧，土囊中年不得翻耕。有的地区曾试图用拖拉机下深泥脚水田耕作，但是沉陷很大，以致后桥、半轴壳、发动机油底壳等均没入泥中而无法前进，更无法进行作业。机耕船正是深泥脚水田地区人民向大自然开战所取得的卓著成果。机耕船的诞生解决了深泥脚水田机械化这一难题，使耕种深泥脚水田的劳动生产率得到大幅度提高。随着洪湖12型机耕船研制工作的进展，机耕船受到国内有关方面的重视，湖北省各地和其他一些省市陆续获得了样机。自1971年开始，我国各地（特别是南方）相继开展了各种机耕船的研制工作。数年来各地的机耕船相继定型投产，从数量到品种均获得大幅度增长，迅速推进了这些省的水田机械化。各省在机耕船的研制中，根据各地自然条件、耕作方法、工业水平的不同，对机耕船使用性能进行改进，因地制宜的发展了一批各具特色的新机型。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸512船式拖拉机的工作原理及其行走机构船式拖拉机由于其工作的环境是在深泥脚水田而采用浮式工作原理,其要点如下将一般拖拉机的行走机构的支承和驱动功能分别用船体或滑撬和驱动行走机构来代替,以保证不会发生滑转下陷,使拖拉机始终“浮”在土壤表层。采用支承面积很大的、底面平滑的流线形船体或滑撬及拖板,使拖拉机的接地比压降低到0025006公斤/厘米2,从而保证即使是在最松软的土壤上工作,沉陷量也不超过5厘米。其重心和在工作状态下的浮心虚尽可能接近接地面积的几何中心,并能使前部稍为翘起,前部应有较大的圆弧过渡部分,以降低其滑行咀力。采用具有较大剪切面积的驱动行走机构,以保证产生足够的土壤推进力它最好是能垂直入出13影响船式拖拉机牵引力的主要因素机耕船的工作环境所致，船体工作时受土囊作用力比较复杂，因此土壤的机械组成及结构、土壤含水量、稠度、土壤容量和孔隙率、土壤的粘聚力、土壤粘着性、土壤摩擦力、承压能力和抗剪能力、船体线型、发动机功率以及驱动轮结构等都对机耕船的牵引力有着影响。14设计任务及要求12型船式拖拉机工作参数01、船式拖拉机动力参数发动机功率12马力发动机转速1200转/分02、船式拖拉机工作参数缓行工作速度0825KM/H基本工作速度5666KM/H运输工作速度120150KM/H倒档工作速度2530KM/H充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸603、变速箱最大输出扭矩3968NMM04、变速箱最大输出功率第一章绪论11船式拖拉机的应用概况12船式拖拉机工作原理及其行走机构13影响船式拖拉机牵引力的主要因素14设计任务和要求第二章驱动轮半轴组件设计31半轴组件的作用和要求32半轴组件结构设计33半轴组件的零件设计34半轴组件零件强度校核第三章驱动轮结构设计31船式拖拉机总体动力学分析（推断出影响牵引力的各因素及其影响程度）32驱动轮运动分析（简要说明基本形式及其对牵引力的影响程度）33驱动轮受力分析（具体分析、说明影响程度、土壤条件对入土深度要求等）34驱动轮结构设计第四章设计总结41结论综述42存在不足43驱动轮入土深度调节机构发展趋势充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸7第二章驱动轮半轴组件设计21半轴组件的作用和要求半轴组件主要包括半轴齿轮、连接半轴与半轴齿轮之间的花键，其中机耕船半轴位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭，降速以及改变转矩的传动方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的传递给机耕船车轮，其次还要承受作用于路面或机耕船船身之间的垂直力，纵向力和横向力以及制动力矩和反作用力矩等。由于半轴的功用关系到机耕船的动力性和经济性能，因此对半轴组件的设计有如下要求（1）选择适当的主减速比，以保证机耕船在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。（2）齿轮及其他传动件工作平稳。（3）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。（4）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和船体间的各种力和力矩，减少冲击载荷，提高船式拖拉机的平顺性。（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修调整方便。22半轴组件结构设计221半轴结构形式分析半轴根据其车轮端的支撑方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴有结构简单，质量小，尺寸紧凑，造价低廉的优点，但所承受载荷复杂且较大，因此多用于质量较小，使用条件较好，承载负荷不大的轿车和微型、轻型货车或客车上。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸83/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部直接支撑着车轮轮毂，而半轴则与其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般只用在轿车和轻型货车上。全浮式半轴理论上只承受传动系的转矩而不承受弯矩，但实际上由于加工零件的精度和装配精度影响以及桥壳、轴承支承刚度不足等原因，仍可能使全浮式半轴承受一定的弯矩。具有全浮式半轴的驱动桥外端结构复杂，需要采用形状复杂且质量和尺寸均较大的轮载，制造成本高，故小型车和轿车不必采用此结构，而广泛用于轻型以上各种载货汽车、越野汽车和客车。222半轴结构形式选择根据所设计机耕船的参数，分析所选半轴的结构形式，由于机耕船工作环境与越野汽车工作环境类似，再考虑到对半轴强度的要求，半轴结构的简单化以及制造经济成本等多方面的因数，因此应选用全浮式半轴，使得半轴受载单一，增加半轴使用寿命。23半轴组件的零件设计232全浮式半轴计算载荷的确定设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据其使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布置来看比较合适的半轴半径，然后对他进行强度校核。计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的工况（1）纵向力驱动力或制动力最大时，其最大值为，附着系数在计2X2G算时取08，没有侧向力作用。（2）侧向力最大时，其最大值为（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎2Y21G与地面的附着系数在计算时取10，没有纵向力作用。1充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸9（3）垂向力最大时（发生在机耕船高速通过不平路面时），其值为（），其中为车轮对地面的垂直载荷，为动载荷系数，这时不2WGGDKWGDK考虑纵向力和侧向力作用。由于车轮承受的纵向力，侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的2X2Y限制，即有22G故纵向力最大时不会有侧向力作用，侧向力最大时也不会有纵向力作用。全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有附着力矩22LRRRTX求得，其中，可根据以下公式求得，并取两者中的较小者。2LXR若按最大附着力计算，即222LRRRMGX式中轮胎与地面附着系数取08机耕船加速或减速时的质量系数，可取1214，此处取13。M驱动轮滚动半径R机耕船重量2G265KG代入数据算的400600MM）不宜锻造的场合。铸铁的抗弯及耐冲击性能较差，主要用于低速、工作平稳、传递功率不大的对尺寸和重量无严格要求的开式齿轮。常用的材料有灰铸铁HT300、HT350，球墨铸铁QT5007。非金属材料的弹性模量小，在承受同样载荷作用下，其接触应力小。但它的硬度、接触强度和抗弯曲强度低。因此它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中。1确定许用应力查机械设计图316得；查图317，得。查LIM150HMPALIM460FMPA表34，取。MININ1,HFS126/ZU查图318，得；查图319，得NZNY充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸14LIMN15036HNPZMPASLIMN4021635FSTPNYA（2）验算齿面接触疲劳强度工作转矩3968T确定载荷系数，取，K125A10VK1KD6查图311，。查表32，因齿数较多，取HZ89EZMPA086Z吃面接触应力231216401502HEHPKTUMABD故齿面接触强度满足要求。（3）验算轮齿弯曲强度查图314得，取20FAY148FA068Y263FSPKTMBDM因此轮齿弯曲强度满足要求。242全浮式半轴的强度校核首先是验算其扭转应力316TD此处3406TNMD33MM充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸15最终求得扭转应力482MPA407MPA所以满足半轴强度要求。半轴扭转角180PTLGI其中半轴长度为材料剪切模量，等于80GPA482LM，最终求得在615之间，所以半轴尺寸符合要求。432PDI101画受力简图（如图42）画轴空间受力简图（C），将轴上作用力分解为垂直受力图（D）和水平面受力图（E）。分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。2轴上受力分析充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸16轴传递的转矩MNNPT4391059262齿轮的圆周力DFT2082齿轮的径向力NTGR15374C计算作用在轴上的支反力水平面内的支反力RVBAFRVBAR5973得N681N3802垂直面内的支反力THBAHBA得R0R6充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸17D计算轴的弯矩，并画弯矩、转矩图分别作出垂直和水平面上的弯矩图（F）、（G），并按进行2VHM弯矩合成，画转矩图（H）。E计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，A06，则MNMNAT81302184601按计算，并画出当量弯矩图（I）。22MC一般而言，轴的强度是否满足只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，AA截面处弯矩最大，且截面尺寸也非常大，属于危险截面。其它截面强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。AA截面处当量弯矩为MNATMAC5178232强度校核考虑键槽的影响，查附表68计算，3318420CDWA则MPAACC7显然，BAC1故安全。E按安全系数校核（1）判断危险截面充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸18截面AA进行安全系数校核。（2）疲劳强度校核AAA截面上的应力弯曲应力幅MPAWMA1618426302扭转应力幅PATA752弯曲平均应力0M扭转平均应力MAA6715B材料的疲劳极限根据，查表61得PBPS30，201CAA截面应力集中系数。查附表61得，8251AK651KD表面状态系数及尺寸系数，查附表65，附表64得，9408070RE分别考虑弯矩或扭转作用时的安全系数791MAKS281MARK4162SSSCA故安全充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸19243键的设计及其强度校核半轴与半轴齿轮通常采用键联接，根据轴的结构以及轴的直径，为了使结构简单化，此处选用A型普通平键联接。轴端直径为40MM，考虑到键在轴中部安装，故选取键16GB10962003，。7012BM70L8HM选择45号钢，其许用挤压应力键联接的主要失效形式是齿面压0PMPA溃（静联接）或磨损（动联接），通常只进行联接的挤压强度或耐磨性的条件计算由于此处是驱动半轴与半轴齿轮的联接，属于静联接所以只进行键联接表面压强的计算234067858PTMPADLK10P式中，T为轴所受转矩为平键的接触长度，LLLB为键与轮毂的接触高度，一般K05KH为平键联接工作表面所受挤压应力P为许用挤压应力综合上述，此平键的强度足够，设计符合要求半轴与驱动轮毂相连接时同与半轴齿轮相连接时同样采用平键联接，设计同半轴齿轮平键联接。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸20第三章驱动轮结构设计31船式拖拉机的总体动力学分析本节着重讨论机耕船水田作业状态的受力分析。机耕船水田作业状态即是拆去前桥，船底浮于水田土壤表层，驱动轮刺插入土壤，配带悬挂农具进行作业的工作状态。（一）机耕船船体的滑行阻力机耕船运动时，船体是在水田表层上滑行的，其滑行阻力PC是整机行驶阻力的一部分。船体滑行时，其阻力可能来自以下几个方面1船体前方向下压实土壤形成沟辙所需的力；2船体底面和侧面与土壤间的吸附摩擦力；3船体前方的推土阻力；4水田中表层水对船体的阻力。（二）纵向平面内的受力分析驱动轮后置的机耕船悬挂农具进行耕作，当机组做等速直线运动时，在其纵向平面内作用的外力如下图所示充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸21图31驱动轮后置时机耕船机组纵向平面内的总体受力分析1机耕船的使用重量GS，作用于机耕船重心处，与驱动轮轴线的水平距离为A。2农具重量，作用于农具重心处，与驱动轮轴线的水平距离为；NGN3土壤对船底的垂直反力的合力（与驱动轮轴线的水平距离为）,和滑行阻CYCL力的合力PC（与驱动轮轴线的垂直距离M）；4土壤对二个驱动轮的垂直反力（与驱动轮轴线的水平距离为）,和水平QYQA推进力，它与驱动轮轴线的垂直距离即是驱动轮的动力半径；由于稳定作QXDR业时，土壤对驱动轮非驱动面的水平阻力较小，一般可忽略不计。5土壤对犁铧总的工作阻力在纵向平面内的分力，它可分解为水平方向RXZR和垂直方向上的两个分力和。其中水平分力作用于（）的深度，XZ1230H充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸22其中为土壤耕深此处取；垂直分力可近似认为通过农具的重力线，它是0H012H土壤对犁曲面的垂直阻力和对犁底的向上反力的综合反映，当铧尖锋利、土壤稀软时，向下，反之可能向上。ZR6土壤对犁侧板的纵向水平阻力,其作用线可近似看作与一致。XFXR为机耕船的牵引阻力。通常认为土囊对犁侧板的垂直反力为零。XTFP在耕作过程中，悬挂农具与机耕船构成一个整体，只进行位调节。机耕船的下陷深度为，驱动轮轴与船尾的水平距离为。CHWL根据上述受力状况，可列出机耕船在水田中稳定耕作时所受各力在水平和垂直方向的平衡方程式水平方向31QXCTCXRFP垂直方向32SNZQGY式中方向向下时为正。ZR将机耕船在水田中稳定耕作时所受各力对驱动轮轴线O去矩，可写出下列力矩平衡方程式2OSXCCCQDNZNHGARFMPYLAXRGAR上式各参数中，鉴于水田犁耕耕深不大，可以近似的认为；2OCH将犁的工作阻力看作是水平作用的，即；同时代入,上0ZRQDQMRYA式即可简化为33SQCQNGAXMYLMGA综合分析式31、（32）、（33）可以得出以下结论（1）式31表明，驱动轮的推进力是用来克服机耕船牵引阻力和船体QXTP滑行阻力的。CP充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸23（2）机耕船使用重量形成使机组前栽的力矩，农具重量形成使机组后翻SGNG的力矩。3驱动力矩和牵引力对机组的纵向平横向平面的受力分析QMTP机耕船悬挂农具进行耕作时，一般右侧驱动轮走在犁沟中。但由于左右两驱动轮的入土深度本已大于耕深，且有船体支撑着机耕船的大部分重量，因此，一侧驱动轮走在犁沟，不会引起船体横向的明显歪斜。船体的横向水平位置绘制其受力分析图（图32）。当机组做等速直线运动时，在其横向垂直平面内作用的外力有1机耕船的使用重量GS2农具重量NG3土壤对船底的垂直反力的合力YC充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸244土壤对左右两驱动轮的垂直反力Q21Y,5土壤对犁铧总的阻力R在横向平面内的分力。XZR由上述受力状态，可以写出机耕船等速直线运动时，横向垂直平面的力和力矩平衡方程式水平方向（34）NY垂直方向（35）CQ21ZNSYRG对O点取矩（36）H/2NM05BEBYEGC0YQ12ZNCS在式（315）中，若设E0,EN0,RZ0,且RYN,可得（37）CYQ12CB我们可以就式（26）（27）进行如下讨论1与是有差别的，虽能由于机耕船的结构特点决定了左右轮入土深度大1QY2致相同，但左轮全部入土深度都与土壤接触，受到土壤的反作用；而右轮走在犁沟中，只有轮尖部分接触下层土壤，所受土壤反力要小些。当然，由于水田下层土壤机械强度较大，不会比小很多。1QY2Q2由式（26）可知，当其它条件不变时，E增大，可使减小，因此，有时机耕船有意将CB整机重心偏向未耕地一些。（4）水平平面的受力分析机耕船悬挂农具进行耕作，当机组等速直线运动时，在水平平面所外力如下图（23）所示充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸251左右驱动轮的驱动力。和土壤对左右驱动力的滚动阻力。Q12P,FQ12P,2土壤对船体的滑行阻力C3土壤对犁铧总的阻力R在水平平面内的分力。XZR由上述受力状态，水平平面的力和力矩平衡方程式纵向方向（28）TCFQFP12Q1P横向方向NRY对O点取矩NTCFQEPB05B052F1Q21由可将上式化简为PXFQ（29）NTCEPBB21充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸26在式（29）中，由于和偏离机耕船纵向对称平面，将造成整个机组向已耕地偏转的CPT力矩。由于机耕船在耕作时，一般右轮走在犁沟中，虽两轮入土深度一样，但因接触图层的高度不同，土壤对左右轮的水平推进力仍然是不同的，且，这样不仅不能依靠来平衡上述偏转力矩，而且又造12QX5021QXB成了机组向已耕地偏转力矩。综上所述，影响驱动轮牵引力的主要因素是驱动轮的驱动力矩、机耕船船体所受阻力、驱动轮所受阻力以及悬挂农具所受阻力等。32驱动轮运动分析机耕船水田作业的驱动轮目前大都具有刚性轮刺，当有轮缘时，其轮缘是不入土的。现采用的轮刺形状有楔形、单叶片形和曲面型几种，无论哪种的轮刺，其运动规律都是相同的。机耕船在水田运动时，可以认为它的船体总是保持在某一水平面上运动，其垂直位置不受驱动轮滚动的影响，因而驱动轮轴也总是保持在某一水平面上运动。这样可以把驱动轮看作是一个具有一定半径的刚性轮，沿一假想平面作纯滚动。当驱动轮在驱动力矩作用下在土囊中滚动时，其轮刺与土囊相互作用而产生对驱动轮的推进力，与此同时驱动轮将出现一定程度的滑转；而当驱动轮作为被动轮时，则需由一定的外力推动才能滚动，这时驱动轮将产生一定程度的滑移。驱动轮无滑转无滑移的滚动状态，则是一种理想的滚动状态（自由滚动状态），这时土囊作用在驱动轮上的水平合力为零。在理想滚动状态下，驱动轮轴的运动速度即机耕船的理论速度，用表LV示，由于驱动轮作纯滚动，其理论滚动半径小于驱动轮的顶圆半径。当驱LR0R动轮角速度为时，机耕船理论速度为QLQVR在机耕船实际工作中，驱动轮总有一定程度的滑转，即使在空负荷牵引力充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸27为零行驶时也是如此，因此驱动轮的实际速度V总小于其理论速度。因此机耕船实际运动情况受驱动轮滑转作用影响，从而影响到机耕船牵引力的作用。由于驱动轮的滑转，引起机耕船速度的遗失，因此驱动轮运动时，滑转越严重，机耕船速度损失越严重，机耕船的牵引性能也就越差。另外牵引性能也受土囊性质、驱动轮结构参数以及发动机功率的影响。33驱动轮受力分析机耕船的驱动轮在水田作业时的主要作用，是产生船体运动的推进力。驱动轮在土囊中滚动时，还会受到一些其他力的作用，因此，应对驱动轮受力状态作一分析，并以此来衡量驱动轮性能的好坏和某些因素对它的影响。驱动轮在驱动力矩作用下，在土壤中滚动时，作用在它上面的外力如下图所示充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸28（1）驱动力矩，它随驱动轮上所受其他外力的大小而变化；它与发动机有QM效力矩的关系为EQCIEM为传动系统效率；为总传动比CI（2）机耕船重量（包括驱动轮重量）分配到驱动轮上的垂直载荷。它是随QQ机耕船工作状况而变化的；3船体对驱动轮的水平阻力，即驱动轮推动船体运动时所受到的船体水平QF作用反力；（4）土壤对轮刺的作用力。土壤对轮刺的作用力是轮刺在运动时挤压土壤所产生的反作用力。反作用力的来源，主要是轮刺顶端和两侧面对土囊的剪切作用所产生的土壤抗剪力，和形成刺孔时对土壤的压实或挤开作用的抗力，此外还有土壤对轮刺的吸附摩擦作用力。作用驱动平面上的水平力方向是与机耕船运动方向一致的，垂直力方向在入土时向上、出土时向下，其合力仍应向上并作用在驱动轮轴的前方。作用在轮刺非驱动面上的力与轮刺非驱动面倾角和滑转率有关。在图31中，、为土囊作用在驱动面上的水平力和垂直力的平均合QXY力，作用点距离驱动轮轴O点的垂直和水平距离分别为、。、为作DRQAMXY用在轮刺非驱动面上的水平力和垂直力的平均合力，作用点距离轮轴O点的垂直和水平距离为和。MRA驱动轮的力和力矩平衡方程式为（34）QMQY（35）FX（36）QDQMMRAR式（34）说明机耕船分配在驱动轮上的重量是随土囊对轮刺的垂直反力充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸29变化的，而垂直反力、与驱动轮结构参数、土壤性质、驱动轮陷深、机耕QYM船的工作负荷和滑转率等因素有关。从已有的一些试验知道，当驱动轮结构参数一定时，在土壤机械强度较大、驱动轮入土较深的水田中，机耕船工作负荷和滑转率较小时，驱动轮的承重是比较大的。一些试验指出在正常工作状态时，驱动轮的承重约为整机重量的3555；在空载起步时瞬时最大承载可达整机重量的70左右；而当驱动轮完全滑转时驱动轮几乎不承重。式（35）说明，土囊作用在驱动轮上水平作用力之差（），是用QMX来平衡船体和农具的阻力的。称为机耕船推进力；为土壤对驱动轮的前QXM进阻力。推动船体的水平力用来克服船体滑行阻力和产生牵引力（用来克服农具阻力）。式（35）可写成下列形式37QMQCTXFP式中为船体滑行阻力CP为机耕船牵引力T可见，为了充分利用机耕船的推进力来牵引农具，应尽量避免或减少驱动轮前进阻力，特别是当机耕船在表层土壤机械强度较大的水田中工作时，MX可能很大，此时应注意减少这种会降低土壤推进力的阻力。M式36反映了驱动力矩的的分配情况。可以看出，由垂直力、形成QYM的对驱动轮轴O点的力矩（）是阻碍驱动轮滚动的，称为驱动轮滚QMYA动阻力矩，它们将消耗一部分驱动力矩并造成功率损失。由于阻力矩受土壤条件影响，故驱动轮入土深度在设计时应有一定要求，要求如下充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸30（1）保证船底与土壤尽量水平接触，而不致由于轮刺扎不进应有的深度而将机耕船拱起，使机耕船行驶阻力增加。（2）在能获得所需水平推进力的前提下，应尽量减少轮刺入土深度，以使滚动阻力最小。由于减少了入土深度，从而减少了轮刺与土壤的接触高度和面积，使其挤压、剪切土壤所产生的应力减小，而且随着入土深度的减小，土囊的机械强度一般逐渐减弱，也能使滚动阻力减小。但随着入土深度的减小，水平推进力也逐渐减小，可见为了使在获得所需一定牵引力的同时，使滚动阻力最小的有效措施是采取入土深度可调。入土可调有如下优点在保证获得所需水平推进力的前提下，能使行驶阻力最小；若采用单边可调，可有助于克服偏牵引，使机耕船直线行驶性有所改善；减少入土深度，既减小了滚动阻力，又有助于克服整机翘头。故，若采取驱动轮入土深度可调，对机耕船的纵向、横向平衡，对牵引效率的提高等均有好处。34驱动轮结构设计机耕船一般都配备两种驱动轮，一是作为道路转移、运输作业和旱地作业用的橡胶轮；另一种是适应水田用的水田铁轮。橡胶轮是采用一般国产拖拉机用的轮胎或力车车胎，这里不再赘述。以下仅仅就水田铁轮的结构设计问题进行介绍。水田土壤系多层结构，上层系稻根、杂草和稀泥；中层为流质层，机械强度低，承压能力差；下层为硬底层，有较高的机械强度和承压能力。装有水田轮的拖拉机在水田中作业，其轮齿或轮胎花纹抓着硬底层，才能发挥一定的驱动力。一般旱地用的轮式拖拉机下水田时，下陷深度较大，滚动阻力大，附着力不足，轮胎压沟严重，影响作业质量。采用水田轮在一定程度上克服了上述缺充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸31点，改善了牵引性能。目前我国使用的水田轮主要有高花纹轮胎和塑料镶齿轮胎。高花纹轮胎与普通轮胎相比，胎纹的高度和间距都较大，其布置角较小。这种轮胎在泥脚较浅地区能抓着硬底层，可获得较大的驱动力；平顺性较好，冲击负荷较小，拖拉机可作远距离转移，但轮胎压沟较严重，影响田面平整。塑料镶齿铁轮的特点是轮缘较窄，抓土能力强，压沟不显著，附着性能较好，但道路行驶平顺性差，镶齿的寿命短。以上两种水田轮在泥脚较浅的水田中适应性能较好，但不适宜深泥脚田的使用，深泥脚田应采用楔形水田轮。35驱动轮参数的选择351驱动轮顶圆直径现有机耕船驱动轮顶圆直径大都在750900毫米范围内。直径增大后，对于减小滚动阻力和增大推进力都是有利的。但由于驱动轮轴与船体的相对位置受到驱动轮入土深度的限制，因而从结构布置上不允许驱动轮直径太大。此外当直径增大后，将使传动系统载荷增加，整机的结构重量也增加。一般来说，在深泥脚、土壤稀软的使用条件下，要求驱动轮的入土深度大些，驱动轮直径应取较大值。352轮刺表面倾角轮刺驱动面倾角对滚动阻力和土壤推进力都有影响，角应选择的大些，参考现有一些驱动轮角范围一般在6到25范围内，考虑到这一问题的解决，可选择变角方式进行选择，因此可采用双叶片轮的方式。353轮刺的宽度、高度以及数目现有驱动轮轮刺宽度在180340毫米范围内，宽度增大后可以提高土壤推进力，但同时也增加了滚动阻力，还会增加机耕船的轮廓尺寸。宽度应根据上述几个方面考虑。轮刺的数目增多后会增大驱动轮滚动阻力，而对土壤推进力影响不大，轮刺数目过少会影响行驶的平顺性，现有机耕船轮刺一般都在69个（对）之间。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸32设计驱动轮时，除了应满足结构简单、重量轻、制造容易、寿命长等一般求外，还应具有滚动阻力小、土壤推进力大的特点，这就要求合理的选择驱动轮结构参数。在如下表中列出了一些机耕船驱动轮的结构参数轮刺倾角机耕船型号驱动轮类型顶圆直径（MM）轮刺宽度（MM）轮刺高度（MM）轮刺个数（个）湖北12楔形轮7608207726022027中山10单叶片轮76075751902409川丰52单叶片轮87020203002208川丰53楔形轮85010103201908万县12楔形轮800251534020025ST53楔形轮90011112702008湘江5楔形或单叶片轮7201252001807湖北简易机耕船楔形轮850663302502东方红12楔形轮80035352402007因此可根据上述对机耕船参数进行确定顶圆直径为622毫米，轮刺倾角分别为为7，为7，轮刺高度为180毫米，轮刺宽度为200毫米，轮圈宽度为220毫米，轮圈厚度为10毫米，考虑到轮圈强度需加强，还需对衬套以及衬圈进行一定设计，设计参数见图纸。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸33第四章设计总结41结论综述此次毕业设计设计了机耕船半轴组件以及驱动轮结构的选择，在设计中遇到了不少困难，通过设计小组之间的讨论，最终克服了所遇到的困难，通过毕业设计，巩固了我们四年来所学到的技能，了解到工作的严谨性以及团体工作的重要性，在以后的工作或者学习中，都要保持治学严谨的态度，这点是我们终生难忘的，并将永远激励我们奋发向上。42存在不足此次设计由于关于机耕船方面文献及其学校图书馆与机耕船有关书籍缺乏，有些数据以及参数选择及其设计都按照汽车设计进行设计，设计小组间的沟通也相对缺乏，体现团体工作的重要性。43机耕船发展趋势农村实行生产责任制以后,显然生产规模缩小了,但农忙时劳力仍显得十分紧张。农民要求做到既精耕细作,又不误农时,光靠牛耕牛耙就不行了。农民算了一笔帐,牛耕牛耙不但成本高、质量差,还耽误农时,而且饲料成本高,加上耕牛的病残死亡威胁,因此农民普遍认为买牛不如买机。从近两三年的趋势来看,更多的农民从收入中拿出部分资金来购买农业机械是可能的。目前,水田耕作机械化还是整个农业机械化中的薄弱环节。目前销售量较大的手扶拖拉机主要是从事早地作业和运输,随着水田地区，农业生产的发展,机耕船还是很有发展前途的。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸34根据农村目前的生产形势,看来需要发展58马力的小型机耕船。前段时期,主要抓了12马力机耕船的研究和生产,该产品得到农民的欢迎。但由于58马力机耕船体积小,重量轻,价格便宜,更适合当前农村的购买力和生产条件。机耕船的性能应向综合利用方面发展。我国农村的机械化水平较低,人均收入也不高,在今后一段较长的时期内,大多数农村可能是以个体户或联户经营为主。由于经营规模小,不可能买多种型式的农业机械。另外,我国南方及长江中下游水稻产区,单一种植水稻的地区已不多,多属水、早兼作,这就希望机耕船既能耕整水田又能耕整旱地,还能搞运输,只有这样,才能提高机耕船的利用率,捉高经济效益。产品质显是产品生存的根本,机耕船发展过程中,同样必须狠抓质量。现有的定点生产厂必须针对当前产品质量上存在的问题提出措施,逐条落实加以解决。同时,必须加强生产技术管理。切实从根本上解决产品质量问题。要进一步加强机耕船的理论研工作，应加强试验设备的建设,使用先进的测试技木和试验方法。各有关科研单位、大专院校和生产部门要组织得力的技术力量从事机耕船的研究。对于一些攻关项目,主管部门应下达课题、组织力量、安排经费。研免还要与生产相结合,应着重解决目前生产中急需解决的问题。充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸35参考文献1同济大学、上海交通大学等院校机械制图编写组编何铭新，钱可强主编机械制图第五版北京高等教育出版社，2009年5月2钟毅芳，吴昌林，唐增宝主编机械设计第二版武汉华中科技大学出版社，2008年7月3武汉工学院拖拉机教研室、机耕船研究室编机耕船原理与设计北京机械工业出版社，1978年8月4东南大学机械学学科组郑文伟，吴克坚主编机械原理第七版北京高等教育出版社，1996年11月5刘鸿文，林建业，曹曼玲编著刘鸿文主编材料力学第五版北京高等教育出版社，2010年6月6李文哲，许绮川主编汽车拖拉机学第二册底盘构造与车辆理论北京中国农业出版社，2005年12月7张福润，吴博达，贾云福，王宛山，张世昌参编王先奎主编机械制造工艺学第二版北京机械工业出版社，2011年9月8李志红副主编孙岩，陈晓罗，熊涌主编机械设计课程设计北京北京理工大学，2007年3月9南京工程学院、沈阳大学组编陈于萍，周兆元主编互换性与测量技术基础第二版北京机械工业出版社，2010年7月10于永泗，齐民主编机械工程材料第八版大连大力理工大学出版社，2010年1月11刘涛主编汽车设计北京大学出版社，2008年1月12邓文英、郭晓鹏主编金属工艺学上册第五版高等教育出版社，2008年4月充值购买下载设计文档后，加Q1459919609免费领取图纸36致谢首先向指导老师表示衷心的感谢，在这次毕业设计中老师给予了指导和帮助，作为我们的指导老师，尽职尽责，一丝不苟。至此，这次毕业设计也将告一段落，但老师的教诲却让人终生难忘，通过这次毕业设计，不但使我学到了许多知识，也使我学到了许多道理，总之是受益非浅。尽管在毕业设计中做出了很多努力，但由于水平有限，设计中的错误和不当之处在所难免，忘老师批评指出。其次，向团体人员表示感谢，跟你们的团队合作以及相互一些错误的指出还有指导，让我学会了团队工作的重要性，在今后工作中本人也将秉承这一点。最后，向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈们致谢。012型船式拖拉机半轴组件及驱动轮设计摘要我国人民在长期实践中，发挥自己的聪明才智，发明创制了一种运用“浮式”工作原理的在深泥脚水田中能很好工作的新型水田动力机械船式拖拉机又称机耕船，加速了我国农业机械化事业的发展。它在中国南北方十多个省、市、区得到了推广应用。本文通过对船式拖拉机半轴主件及驱动轮的设计从而加强我们对机耕船的了解。随着我国机耕船生产、使用、和科学研究的的日益发展和深入，机耕船必将显示出更加强大的生命力。关键词机耕船；半轴组件；驱动轮；设计1ABSTRACTOURPEOPLEINTHELONGTERMPRACTICE,PLAYTOTHEIRWISDOM,INVENTIONCREATEDAUSEOF“FLOATING“INTHEDEEPMUDFEETPADDYFIELDSOFTHEWORKINGPRINCIPLEOFTHEGOODWORKOFNEWPADDYFIELDS,POWERMACHINERYBOATDRAGMACHINEALSOKNOWNASBOATTRACTORTOACCELERATETHEDEVELOPMENTOFCHINASAGRICULTURALMECHANIZATIONINTHENORTHANDTHESOUTHOFCHINAMORETHANADOZENPROVINCIAL,CITY,DISTRICTAPPLICATIONTHISARTICLEBYTHEDESIGNOFTHEMAINPIECESOFTHESHIPTRACTORAXLEANDDRIVEWHEELSSOASTOENHANCEOURUNDERSTANDINGOFTHEBOATTRACTORWITHOURBOATTRACTORPRODUCTION,USE,ANDSCIENTIFICRESEARCHGROWINGANDINDEPTH,BOATTRACTORISBOUNDTOSHOWASTRONGERVITALITYKEYWORDSBOATTRACTORAXLEASSEMBLYWHEELDESIGN2目录摘要2ABSTRACT3第一章绪论511船式拖拉机的应用概况512船式拖拉机的工作原理及其行走机构613影响船式拖拉机牵引力的主要因素614设计任务及要求6第二章驱动轮半轴组件设计821半轴组件的作用和要求822半轴组件结构设计823半轴组件的零件设计924半轴组件零件强度校核13第三章驱动轮结构设计2131船式拖拉机的总体动力学分析2132驱动轮运动分析2733驱动轮受力分析2834驱动轮结构设计3135驱动轮参数的选择32第四章设计总结3441结论综述3442存在不足3443机耕船发展趋势34参考文献36致谢373第一章绪论11船式拖拉机的应用概况中国是一个盛产水稻的国家，而适于水稻种植的田地中，有40007000亩深泥脚田（等包括湖田、冬水田、海涂田）无法进行机械化耕作。这些深泥脚水田的地下水位高、土质粘重、承压能力极差，其表层压强度一般均在510KPA以下。这样的深泥脚田，土壤肥沃，增产潜力很大。但长期以来，生产方式极其落后，产量极低，机械化问题得不到解决。以前，深泥脚水田靠牛或人力耕种。牛下深泥脚水田，不仅腿脚深陷、行走艰难，使生产率极低；而且由于冬春寒冷、夏季酷热，农时紧、农活重，致使不少耕牛死亡。有些地区，只能靠几个强劳力拉一张犁进行耕作，劳动极其繁重。一些极深的田，则用戳眼插秧，土囊中年不得翻耕。有的地区曾试图用拖拉机下深泥脚水田耕作，但是沉陷很大，以致后桥、半轴壳、发动机油底壳等均没入泥中而无法前进，更无法进行作业。机耕船正是深泥脚水田地区人民向大自然开战所取得的卓著成果。机耕船的诞生解决了深泥脚水田机械化这一难题，使耕种深泥脚水田的劳动生产率得到大幅度提高。随着洪湖12型机耕船研制工作的进展，机耕船受到国内有关方面的重视，湖北省各地和其他一些省市陆续获得了样机。自1971年开始，我国各地（特别是南方）相继开展了各种机耕船的研制工作。数年来各地的机耕船相继定型投产，从数量到品种均获得大幅度增长，迅速推进了这些省的水田机械化。各省在机耕船的研制中，根据各地自然条件、耕作方法、工业水平的不同，对机耕船使用性能进行改进，因地制宜的发展了一批各具特色的新机型。412船式拖拉机的工作原理及其行走机构船式拖拉机由于其工作的环境是在深泥脚水田而采用浮式工作原理,其要点如下将一般拖拉机的行走机构的支承和驱动功能分别用船体或滑撬和驱动行走机构来代替,以保证不会发生滑转下陷,使拖拉机始终“浮”在土壤表层。采用支承面积很大的、底面平滑的流线形船体或滑撬及拖板,使拖拉机的接地比压降低到0025006公斤/厘米2,从而保证即使是在最松软的土壤上工作,沉陷量也不超过5厘米。其重心和在工作状态下的浮心虚尽可能接近接地面积的几何中心,并能使前部稍为翘起,前部应有较大的圆弧过渡部分,以降低其滑行咀力。采用具有较大剪切面积的驱动行走机构,以保证产生足够的土壤推进力它最好是能垂直入出13影响船式拖拉机牵引力的主要因素机耕船的工作环境所致，船体工作时受土囊作用力比较复杂，因此土壤的机械组成及结构、土壤含水量、稠度、土壤容量和孔隙率、土壤的粘聚力、土壤粘着性、土壤摩擦力、承压能力和抗剪能力、船体线型、发动机功率以及驱动轮结构等都对机耕船的牵引力有着影响。14设计任务及要求12型船式拖拉机工作参数01、船式拖拉机动力参数发动机功率12马力发动机转速1200转/分02、船式拖拉机工作参数缓行工作速度0825KM/H基本工作速度5666KM/H运输工作速度120150KM/H倒档工作速度2530KM/H503、变速箱最大输出扭矩3968NMM04、变速箱最大输出功率第一章绪论11船式拖拉机的应用概况12船式拖拉机工作原理及其行走机构13影响船式拖拉机牵引力的主要因素14设计任务和要求第二章驱动轮半轴组件设计31半轴组件的作用和要求32半轴组件结构设计33半轴组件的零件设计34半轴组件零件强度校核第三章驱动轮结构设计31船式拖拉机总体动力学分析（推断出影响牵引力的各因素及其影响程度）32驱动轮运动分析（简要说明基本形式及其对牵引力的影响程度）33驱动轮受力分析（具体分析、说明影响程度、土壤条件对入土深度要求等）34驱动轮结构设计第四章设计总结41结论综述42存在不足43驱动轮入土深度调节机构发展趋势6第二章驱动轮半轴组件设计21半轴组件的作用和要求半轴组件主要包括半轴齿轮、连接半轴与半轴齿轮之间的花键，其中机耕船半轴位于传动系的末端，其基本功用首先是增扭，降速以及改变转矩的传动方向，即增大由传动轴或直接从变速器传来的转矩，并将转矩合理的传递给机耕船车轮，其次还要承受作用于路面或机耕船船身之间的垂直力，纵向力和横向力以及制动力矩和反作用力矩等。由于半轴的功用关系到机耕船的动力性和经济性能，因此对半轴组件的设计有如下要求（1）选择适当的主减速比，以保证机耕船在给定条件下具有最佳的动力性和燃油经济性。（2）齿轮及其他传动件工作平稳。（3）在各种载荷和转速工况下有较高的传动效率。（4）具有足够的强度和刚度，以承受和传递作用于路面和船体间的各种力和力矩，减少冲击载荷，提高船式拖拉机的平顺性。（5）结构简单，加工工艺性好，制造容易，维修调整方便。22半轴组件结构设计221半轴结构形式分析半轴根据其车轮端的支撑方式不同，可分为半浮式、3/4浮式和全浮式三种形式。半浮式半轴的结构特点是半轴外端支承轴承位于半轴套管外端的内孔，车轮装在半轴上。半浮式半轴除传递转矩外，其外端还承受由路面对车轮的反力所引起的全部力和力矩。半浮式半轴有结构简单，质量小，尺寸紧凑，造价低廉的优点，但所承受载荷复杂且较大，因此多用于质量较小，使用条件较好，承载负荷不大的轿车和微型、轻型货车或客车上。73/4浮式半轴的结构特点是半轴外端仅有一个轴承并装在驱动桥壳半轴套管的端部直接支撑着车轮轮毂，而半轴则与其端部凸缘与轮毂用螺钉联接。该形式半轴受载情况与半浮式相似，只是载荷有所减轻，一般只用在轿车和轻型货车上。全浮式半轴理论上只承受传动系的转矩而不承受弯矩，但实际上由于加工零件的精度和装配精度影响以及桥壳、轴承支承刚度不足等原因，仍可能使全浮式半轴承受一定的弯矩。具有全浮式半轴的驱动桥外端结构复杂，需要采用形状复杂且质量和尺寸均较大的轮载，制造成本高，故小型车和轿车不必采用此结构，而广泛用于轻型以上各种载货汽车、越野汽车和客车。222半轴结构形式选择根据所设计机耕船的参数，分析所选半轴的结构形式，由于机耕船工作环境与越野汽车工作环境类似，再考虑到对半轴强度的要求，半轴结构的简单化以及制造经济成本等多方面的因数，因此应选用全浮式半轴，使得半轴受载单一，增加半轴使用寿命。23半轴组件的零件设计232全浮式半轴计算载荷的确定设计半轴的主要尺寸是其直径，在设计时首先可根据其使用条件和载荷工况相同或相近的同类汽车同形式半轴的分析比较，大致选定从整个驱动桥的布置来看比较合适的半轴半径，然后对他进行强度校核。计算时首先应合理地确定作用在半轴上的载荷，应考虑到以下三种可能的工况（1）纵向力驱动力或制动力最大时，其最大值为，附着系数在计2X2G算时取08，没有侧向力作用。（2）侧向力最大时，其最大值为（发生于汽车侧滑时），侧滑时轮胎2Y21G与地面的附着系数在计算时取10，没有纵向力作用。18（3）垂向力最大时（发生在机耕船高速通过不平路面时），其值为（），其中为车轮对地面的垂直载荷，为动载荷系数，这时不2WGGDKWGDK考虑纵向力和侧向力作用。由于车轮承受的纵向力，侧向力值的大小受车轮与地面最大附着力的2X2Y限制，即有22G故纵向力最大时不会有侧向力作用，侧向力最大时也不会有纵向力作用。全浮式半轴只承受转矩，其计算转矩可有附着力矩22LRRRTX求得，其中，可根据以下公式求得，并取两者中的较小者。2LXR若按最大附着力计算，即222LRRRMGX式中轮胎与地面附着系数取08机耕船加速或减速时的质量系数，可取1214，此处取13。M驱动轮滚动半径R机耕船重量2G265KG代入数据算的400600MM）不宜锻造的场合。铸铁的抗弯及耐冲击性能较差，主要用于低速、工作平稳、传递功率不大的对尺寸和重量无严格要求的开式齿轮。常用的材料有灰铸铁HT300、HT350，球墨铸铁QT5007。非金属材料的弹性模量小，在承受同样载荷作用下，其接触应力小。但它的硬度、接触强度和抗弯曲强度低。因此它常用于高速、小功率、精度不高或要求噪声低的齿轮传动中。1确定许用应力查机械设计图316得；查图317，得。查LIM150HMPALIM460FMPA表34，取。MININ1,HFS126/ZU查图318，得；查图319，得NZNY13LIMN15036HNPZMPASLIMN4021635FSTPNYA（2）验算齿面接触疲劳强度工作转矩3968T确定载荷系数，取，K125A10VK1KD6查图311，。查表32，因齿数较多，取HZ89EZMPA086Z吃面接触应力231216401502HEHPKTUMABD故齿面接触强度满足要求。（3）验算轮齿弯曲强度查图314得，取20FAY148FA068Y263FSPKTMBDM因此轮齿弯曲强度满足要求。242全浮式半轴的强度校核首先是验算其扭转应力316TD此处3406TNMD33MM14最终求得扭转应力482MPA407MPA所以满足半轴强度要求。半轴扭转角180PTLGI其中半轴长度为材料剪切模量，等于80GPA482LM，最终求得在615之间，所以半轴尺寸符合要求。432PDI101画受力简图（如图42）画轴空间受力简图（C），将轴上作用力分解为垂直受力图（D）和水平面受力图（E）。分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。2轴上受力分析15轴传递的转矩MNNPT4391059262齿轮的圆周力DFT2082齿轮的径向力NTGR15374C计算作用在轴上的支反力水平面内的支反力RVBAFRVBAR5973得N681N3802垂直面内的支反力THBAHBA得R0R616D计算轴的弯矩，并画弯矩、转矩图分别作出垂直和水平面上的弯矩图（F）、（G），并按进行2VHM弯矩合成，画转矩图（H）。E计算并画当量弯矩图转矩按脉动循环变化计算，A06，则MNMNAT81302184601按计算，并画出当量弯矩图（I）。22MC一般而言，轴的强度是否满足只需对危险截面进行校核即可，而轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大且轴的直径较小处。根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知，AA截面处弯矩最大，且截面尺寸也非常大，属于危险截面。其它截面强度肯定满足，无需校核弯扭合成强度。AA截面处当量弯矩为MNATMAC5178232强度校核考虑键槽的影响，查附表68计算，3318420CDWA则MPAACC7显然，BAC1故安全。E按安全系数校核（1）判断危险截面17截面AA进行安全系数校核。（2）疲劳强度校核AAA截面上的应力弯曲应力幅MPAWMA1618426302扭转应力幅PATA752弯曲平均应力0M扭转平均应力MAA6715B材料的疲劳极限根据，查表61得PBPS30，201CAA截面应力集中系数。查附表61得，8251AK651KD表面状态系数及尺寸系数，查附表65，附表64得，9408070RE分别考虑弯矩或扭转作用时的安全系数791MAKS281MARK4162SSSCA故安全18243键的设计及其强度校核半轴与半轴齿轮通常采用键联接，根据轴的结构以及轴的直径，为了使结构简单化，此处选用A型普通平键联接。轴端直径为40MM，考虑到键在轴中部安装，故选取键16GB10962003，。7012BM70L8HM选择45号钢，其许用挤压应力键联接的主要失效形式是齿面压0PMPA溃（静联接）或磨损（动联接），通常只进行联接的挤压强度或耐磨性的条件计算由于此处是驱动半轴与半轴齿轮的联接，属于静联接所以只进行键联接表面压强的计算234067858PTMPADLK10P式中，T为轴所受转矩为平键的接触长度，LLLB为键与轮毂的接触高度，一般K05KH为平键联接工作表面所受挤压应力P为许用挤压应力综合上述，此平键的强度足够，设计符合要求半轴与驱动轮毂相连接时同与半轴齿轮相连接时同样采用平键联接，设计同半轴齿轮平键联接。19第三章驱动轮结构设计31船式拖拉机的总体动力学分析本节着重讨论机耕船水田作业状态的受力分析。机耕船水田作业状态即是拆去前桥，船底浮于水田土壤表层，驱动轮刺插入土壤，配带悬挂农具进行作业的工作状态。（一）机耕船船体的滑行阻力机耕船运动时，船体是在水田表层上滑行的，其滑行阻力PC是整机行驶阻力的一部分。船体滑行时，其阻力可能来自以下几个方面1船体前方向下压实土壤形成沟辙所需的力；2船体底面和侧面与土壤间的吸附摩擦力；3船体前方的推土阻力；4水田中表层水对船体的阻力。（二）纵向平面内的受力分析驱动轮后置的机耕船悬挂农具进行耕作，当机组做等速直线运动时，在其纵向平面内作用的外力如下图所示20图31驱动轮后置时机耕船机组纵向平面内的总体受力分析1机耕船的使用重量GS，作用于机耕船重心处，与驱动轮轴线的水平距离为A。2农具重量，作用于农具重心处，与驱动轮轴线的水平距离为；NGN3土壤对船底的垂直反力的合力（与驱动轮轴线的水平距离为）,和滑行阻CYCL力的合力PC（与驱动轮轴线的垂直距离M）；4土壤对二个驱动轮的垂直反力（与驱动轮轴线的水平距离为）,和水平QYQA推进力，它与驱动轮轴线的垂直距离即是驱动轮的动力半径；由于稳定作QXDR业时，土壤对驱动轮非驱动面的水平阻力较小，一般可忽略不计。5土壤对犁铧总的工作阻力在纵向平面内的分力，它可分解为水平方向RXZR和垂直方向上的两个分力和。其中水平分力作用于（）的深度，XZ1230H21其中为土壤耕深此处取；垂直分力可近似认为通过农具的重力线，它是0H012H土壤对犁曲面的垂直阻力和对犁底的向上反力的综合反映，当铧尖锋利、土壤稀软时，向下，反之可能向上。ZR6土壤对犁侧板的纵向水平阻力,其作用线可近似看作与一致。XFXR为机耕船的牵引阻力。通常认为土囊对犁侧板的垂直反力为零。XTFP在耕作过程中，悬挂农具与机耕船构成一个整体，只进行位调节。机耕船的下陷深度为，驱动轮轴与船尾的水平距离为。CHWL根据上述受力状况，可列出机耕船在水田中稳定耕作时所受各力在水平和垂直方向的平衡方程式水平方向31QXCTCXRFP垂直方向32SNZQGY式中方向向下时为正。ZR将机耕船在水田中稳定耕作时所受各力对驱动轮轴线O去矩，可写出下列力矩平衡方程式2OSXCCCQDNZNHGARFMPYLAXRGAR上式各参数中，鉴于水田犁耕耕深不大，可以近似的认为；2OCH将犁的工作阻力看作是水平作用的，即；同时代入,上0ZRQDQMRYA式即可简化为33SQCQNGAXMYLMGA综合分析式31、（32）、（33）可以得出以下结论（1）式31表明，驱动轮的推进力是用来克服机耕船牵引阻力和船体QXTP滑行阻力的。CP22（2）机耕船使用重量形成使机组前栽的力矩，农具重量形成使机组后翻SGNG的力矩。3驱动力矩和牵引力对机组的纵向平横向平面的受力分析QMTP机耕船悬挂农具进行耕作时，一般右侧驱动轮走在犁沟中。但由于左右两驱动轮的入土深度本已大于耕深，且有船体支撑着机耕船的大部分重量，因此，一侧驱动轮走在犁沟，不会引起船体横向的明显歪斜。船体的横向水平位置绘制其受力分析图（图32）。当机组做等速直线运动时，在其横向垂直平面内作用的外力有1机耕船的使用重量GS2农具重量NG3土壤对船底的垂直反力的合力YC234土壤对左右两驱动轮的垂直反力Q21Y,5土壤对犁铧总的阻力R在横向平面内的分力。XZR由上述受力状态，可以写出机耕船等速直线运动时，横向垂直平面的力和力矩平衡方程式水平方向（34）NY垂直方向（35）CQ21ZNSYRG对O点取矩（36）H/2NM05BEBYEGC0YQ12ZNCS在式（315）中，若设E0,EN0,RZ0,且RYN,可得（37）CYQ12CB我们可以就式（26）（27）进行如下讨论1与是有差别的，虽能由于机耕船的结构特点决定了左右轮入土深度大1QY2致相同，但左轮全部入土深度都与土壤接触，受到土壤的反作用；而右轮走在犁沟中，只有轮尖部分接触下层土壤，所受土壤反力要小些。当然，由于水田下层土壤机械强度较大，不会比小很多。1QY2Q2由式（26）可知，当其它条件不变时，E增大，可使减小，因此，有时机耕船有意将CB整机重心偏向未耕地一些。（4）水平平面的受力分析机耕船悬挂农具进行耕作，当机组等速直线运动时，在水平平面所外力如下图（23）所示241左右驱动轮的驱动力。和土壤对左右驱动力的滚动阻力。Q12P,FQ12P,2土壤对船体的滑行阻力C3土壤对犁铧总的阻力R在水平平面内的分力。XZR由上述受力状态，水平平面的力和力矩平衡方程式纵向方向（28）TCFQFP12Q1P横向方向NRY对O点取矩NTCFQEPB05B052F1Q21由可将上式化简为PXFQ（29）NTCEPBB2125在式（29）中，由于和偏离机耕船纵向对称平面，将造成整个机组向已耕地偏转的CPT力矩。由于机耕船在耕作时，一般右轮走在犁沟中，虽两轮入土深度一样，但因接触图层的高度不同，土壤对左右轮的水平推进力仍然是不同的，且，这样不仅不能依靠来平衡上述偏转力矩，而且又造12QX5021QXB成了机组向已耕地偏转力矩。综上所述，影响驱动轮牵引力的主要因素是驱动轮的驱动力矩、机耕船船体所受阻力、驱动轮所受阻力以及悬挂农具所受阻力等。32驱动轮运动分析机耕船水田作业的驱动轮目前大都具有刚性轮刺，当有轮缘时，其轮缘是不入土的。现采用的轮刺形状有楔形、单叶片形和曲面型几种，无论哪种的轮刺，其运动规律都是相同的。机耕船在水田运动时，可以认为它的船体总是保持在某一水平面上运动，其垂直位置不受驱动轮滚动的影响，因而驱动轮轴也总是保持在某一水平面上运动。这样可以把驱动轮看作是一个具有一定半径的刚性轮，沿一假想平面作纯滚动。当驱动轮在驱动力矩作用下在土囊中滚动时，其轮刺与土囊相互作用而产生对驱动轮的推进力，与此同时驱动轮将出现一定程度的滑转；而当驱动轮作为被动轮时，则需由一定的外力推动才能滚动，这时驱动轮将产生一定程度的滑移。驱动轮无滑转无滑移的滚动状态，则是一种理想的滚动状态（自由滚动状态），这时土囊作用在驱动轮上的水平合力为零。在理想滚动状态下，驱动轮轴的运动速度即机耕船的理论速度，用表LV示，由于驱动轮作纯滚动，其理论滚动半径小于驱动轮的顶圆半径。当驱LR0R动轮角速度为时，机耕船理论速度为QLQVR在机耕船实际工作中，驱动轮总有一定程度的滑转，即使在空负荷牵引力26为零行驶时也是如此，因此驱动轮的实际速度V总小于其理论速度。因此机耕船实际运动情况受驱动轮滑转作用影响，从而影响到机耕船牵引力的作用。由于驱动轮的滑转，引起机耕船速度的遗失，因此驱动轮运动时，滑转越严重，机耕船速度损失越严重，机耕船的牵引性能也就越差。另外牵引性能也受土囊性质、驱动轮结构参数以及发动机功率的影响。33驱动轮受力分析机耕船的驱动轮在水田作业时的主要作用，是产生船体运动的推进力。驱动轮在土囊中滚动时，还会受到一些其他力的作用，因此，应对驱动轮受力状态作一分析，并以此来衡量驱动轮性能的好坏和某些因素对它的影响。驱动轮在驱动力矩作用下，在土壤中滚动时，作用在它上面的外力如下图所示27（1）驱动力矩，它随驱动轮上所受其他外力的大小而变化；它与发动机有QM效力矩的关系为EQCIEM为传动系统效率；为总传动比CI（2）机耕船重量（包括驱动轮重量）分配到驱动轮上的垂直载荷。它是随QQ机耕船工作状况而变化的；3船体对驱动轮的水平阻力，即驱动轮推动船体运动时所受到的船体水平QF作用反力；（4）土壤对轮刺的作用力。土壤对轮刺的作用力是轮刺在运动时挤压土壤所产生的反作用力。反作用力的来源，主要是轮刺顶端和两侧面对土囊的剪切作用所产生的土壤抗剪力，和形成刺孔时对土壤的压实或挤开作用的抗力，此外还有土壤对轮刺的吸附摩擦作用力。作用驱动平面上的水平力方向是与机耕船运动方向一致的，垂直力方向在入土时向上、出土时向下，其合力仍应向上并作用在驱动轮轴的前方。作用在轮刺非驱动面上的力与轮刺非驱动面倾角和滑转率有关。在图31中，、为土囊作用在驱动面上的水平力和垂直力的平均合QXY力，作用点距离驱动轮轴O点的垂直和水平距离分别为、。、为作DRQAMXY用在轮刺非驱动面上的水平力和垂直力的平均合力，作用点距离轮轴O点的垂直和水平距离为和。MRA驱动轮的力和力矩平衡方程式为（34）QMQY（35）FX（36）QDQMMRAR式（34）说明机耕船分配在驱动轮上的重量是随土囊对轮刺的垂直反力28变化的，而垂直反力、与驱动轮结构参数、土壤性质、驱动轮陷深、机耕QYM船的工作负荷和滑转率等因素有关。从已有的一些试验知道，当驱动轮结构参数一定时，在土壤机械强度较大、驱动轮入土较深的水田中，机耕船工作负荷和滑转率较小时，驱动轮的承重是比较大的。一些试验指出在正常工作状态时，驱动轮的承重约为整机重量的3555；在空载起步时瞬时最大承载可达整机重量的70左右；而当驱动轮完全滑转时驱动轮几乎不承重。式（35）说明，土囊作用在驱动轮上水平作用力之差（），是用QMX来平衡船体和农具的阻力的。称为机耕船推进力；为土壤对驱动轮的前QXM进阻力。推动船体的水平力用来克服船体滑行阻力和产生牵引力（用来克服农具阻力）。式（35）可写成下列形式37QMQCTXFP式中为船体滑行阻力CP为机耕船牵引力T可见，为了充分利用机耕船的推进力来牵引农具，应尽量避免或减少驱动轮前进阻力，特别是当机耕船在表层土壤机械强度较大的水田中工作时，MX可能很大，此时应注意减少这种会降低土壤推进力的阻力。M式36反映了驱动力矩的的分配情况。可以看出，由垂直力、形成QYM的对驱动轮轴O点的力矩（）是阻碍驱动轮滚动的，称为驱动轮滚QMYA动阻力矩，它们将消耗一部分驱动力矩并造成功率损失。由于阻力矩受土壤条件影响，故驱动轮入土深度在设计时应有一定要求，要求如下29（1）保证船底与土壤尽量水平接触，而不致由于轮刺扎不进应有的深度而将机耕船拱起，使机耕船行驶阻力增加。（2）在能获得所需水平推进力的前提下，应尽量减少轮刺入土深度，以使滚动阻力最小。由于减少了入土深度，从而减少了轮刺与土壤的接触高度和面积，使其挤压、剪切土壤所产生的应力减小，而且随着入土深度的减小，土囊的机械强度一般逐渐减弱，也能使滚动阻力减小。但随着入土深度的减小，水平推进力也逐渐减小，可见为了使在获得所需一定牵引力的同时，使滚动阻力最小的有效措施是采取入土深度可调。入土可调有如下优点在保证获得所需水平推进力的前提下，能使行驶阻力最小；若采用单边可调，可有助于克服偏牵引，使机耕船直线行驶性有所改善；减少入土深度，既减小了滚动阻力，又有助于克服整机翘头。故，若采取驱动轮入土深度可调，对机耕船的纵向、横向平衡，对牵引效率的提高等均有好处。34驱动轮结构设计机耕船一般都配备两种驱动轮，一是作为道路转移、运输作业和旱地作业用的橡胶轮；另一种是适应水田用的水田铁轮。橡胶轮是采用一般国产拖拉机用的轮胎或力车车胎，这里不再赘述。以下仅仅就水田铁轮的结构设计问题进行介绍。水田土壤系多层结构，上层系稻根、杂草和稀泥；中层为流质层，机械强度低，承压能力差；下层为硬底层，有较高的机械强度和承压能力。装有水田轮的拖拉机在水田中作业，其轮齿或轮胎花纹抓着硬底层，才能发挥一定的驱动力。一般旱地用的轮式拖拉机下水田时，下陷深度较大，滚动阻力大，附着力不足，轮胎压沟严重，影响作业质量。采用水田轮在一定程度上克服了上述缺30点，改善了牵引性能。目前我国使用的水田轮主要有高花纹轮胎和塑料镶齿轮胎。高花纹轮胎与普通轮胎相比，胎纹的高度和间距都较大，其布置角较小。这种轮胎在泥脚较浅地区能抓着硬底层，可获得较大的驱动力；平顺性较好，冲击负荷较小，拖拉机可作远距离转移，但轮胎压沟较严重，影响田面平整。塑料镶齿铁轮的特点是轮缘较窄，抓土能力强，
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