514 动力输出总成的设计（720转-分）（全套CAD图+说明书+翻译）
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动力输出总成的设计（720转/分）
摘 要
动力输出轴是拖拉机的重要工作部件,动力输出主要用于拖拉机在行进中输出发动机动力以驱动农机具,如割草机、喷药机等。动力输出总成的设计是基于减速增扭的原理。动力从变速箱引出，再进过一对大小齿轮减速，转速减小的同时，扭矩成比例的增加。动力输出没有标准的设计过程，主要根据变速器和减速器的设计，确定齿轮的传动类型、传动关系、受力分析、建立数学模型。依据传统的设计方法，本着半经验半理论的设计原则通过类比的方法，参考已有车型的动力输出的设计过程，然后验算零件的强度和机械应力情况，最后确定了采用半独立式的动力输出机构方案，动力直接从发动机的曲轴引出，这种输出类型现在被广泛使用，特别受到欧美的青睐。本次设计采用的主动的直齿滑动齿轮啮合，主动齿轮可以在高速轴上滑动，以提供啮合和分离的选择。这种设计最大的优点是结构简单，便于安装和维修。
而且为了避免动力输出轴头在高速旋转下危及人身的事故发生，本次设计专门设计了动力输出轴保护罩，保证外露的高速旋转部件不会伤害人，提高了使用的安全性。
关键词：动力输出轴，半独立式，主动齿轮，从动齿轮
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1 动力输出总成的设计（ 720 转 /分） 摘 要 动力输出轴是拖拉机的重要工作部件 ,动力输出主要用于拖拉机在行进中输出发动机动力以驱动农机具 ,如割草机、喷药机等。动力输出总成的设计是基于减速增扭的原理。动力从变速箱引出，再进过一对大小齿轮减速，转速减小的同时，扭矩成比例的增加。动力输出没有标准的设计过程，主要根据变速器和减速器的设计，确定齿轮的传动类型、传动关系、受力分析、建立数学模型。依据传统的设计方法， 本着半经验半理论的设计原则通过类比的方法，参考已有车型的动力输出的设计过程，然后验算零件的强度和机械应 力情况，最后确定了采用半独立式的动力输出机构方案，动力直接从发动机的曲轴引出，这种输出类型现在被广泛使用，特别受到欧美的青睐。本次设计采用的主动的直齿滑动齿轮啮合，主动齿轮可以在高速轴上滑动，以提供啮合和分离的选择。这种设计最大的优点是结构简单，便于安装和维修。 而且为了避免动力输出轴头在高速旋转下危及人身的事故发生，本次设计专门设计了动力输出轴保护罩，保证外露的高速旋转部件不会伤害人，提高了使用的安全性。 关键词： 动力输出轴，半独立式，主动齿轮，从动齿轮 2 720r/ is an of a to by TO on of TO is At TO is is in to of in of to of We of of In we TO is in of is We to be on of of is To of of TO TO be by so it 3 目 录 第一章 绪论 . . . . . . . 拉机发展概述 . 力输出总成的概述 . 拉机工作速度匹配 . 力输出轴的转速配置 . 力输出轴性能 .二章 动力输出总成齿轮主要参数的确定 . . . . . . 轮的概述 . . . . . . 案一设计 . . . 案一齿轮计算 . . . 案一轴设计 . . 案二设计 . . . . 案二齿轮设计 . . 轮变位设计 . . 15 轮重合度的设计 . .三章 动力输出总成轴承的计算 . 承的概述 . . . . . 承的计算 .四章 轴的校核计算 . 速轴设计 . . . . . 速轴设计 . . .五章 花键的计算 . 速轴花键设计 . . . 速轴花键设计 . 轴器花键设计 . . 28 第六章 控制机构设计 . 锁弹簧的设计 . . . 纵机构位置的设计 .七章 动力输出轴的加工方法 .4 第八章 使用与保养 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 第九章 结论 .考文献 .谢 .5 第一章 绪 论 拉机发展概述 国外拖拉机的技术发展趋势，是广泛采用高新技术 ，提高拖拉机性能、可靠性、操作方便性、舒适性、安全性及外观质量等。 1、降低振动、噪声及发动机排放污染 拖拉机前驱动桥采用液压悬架，以大幅度降低拖拉机的振动；小型拖拉机采用小缸径柴油机代替单缸柴油机，使柴油机结构尺寸缩小、噪声降低。此外，发达国家还对拖拉机发动机的排放规定了严格的标准，并分期实施。 2、完善性能，满足农田与运输作业要求 如完善拖拉机的传动系统，采用先进的换挡装置，满足农机具不同作业速度需要；采用前后桥驱动与制动、前后动力输出轴以及可变速的后动力输出轴，以适应配置不同农具的动力 配套需要；另外，静液压驱动的拖拉机也日趋增多。 3、提高可靠性 如将拖拉机平均故障时间 (高到 300h 以上；广泛采用子午线轮胎，大中型拖拉机普遍应用宽断面子午线轮胎，较大地提高拖拉机的附着性能和耐磨性能；完善液压悬挂系统，提高农机具悬挂的方便性。在大中型拖拉机上广泛采用负荷传感的闭环液压控制系统、电子液压悬挂系统；将液压力输出增至 3，每组单独操作；拖拉机设置前、后三点悬挂，普遍采用快速挂接装置等。 4、提高驾驶室的舒适性、安全性和方便性 采用空调和隔音、密封良好、视野开阔的驾 驶室；转向盘的倾角与高度、驾驶座前后位置皆可按驾驶员要求调整；采用减振座椅；将所有传动、液压悬挂操纵装置等全部集中在操纵台右侧，以便于驾驶员操作，并改用按钮或旋钮操纵；在驾驶室中通过计算机屏幕可随时显示拖拉机工作状态和作业效率，有的还可通过驾驶室中的电子仪表显示农机具的工作参数与状态。 5、提高整机造型的外观质量 各国对拖拉机的外观设计和油漆色彩及牢度都非常重视，拖拉机总体配 6 置紧凑、线形流畅、冲压件平整光滑，覆盖件造型美观；油漆的耐磨、耐热、耐光照和耐腐蚀性好，光泽牢固持久、色彩搭配协调，整机美感。 6、提高自动化强度 国外大型拖拉机普遍应用了先进的自动控制技术。 (1)性 能 监 测 、 显 示 及 数 据 处 理 系 统 。 如 纽 荷 兰 列的子系统、迪尔 子仪表系统、纽荷兰 8030 系列的 电 子 信 息 系 统 、 道 依 兹 子 驾 驶 操 纵 系 统 、 福 格 森统和 统等。这些装置主要控制拖拉机的常规参数，如发动机转速、机油压力和温度、燃油量、电压等的电子传感；液晶图形显示及超声光警示；也控制随机工作性能参数，如实际行驶速度、 发动机转速、滑转率、动力输出轴 (速、作业面积、作业效率及工作时间等。另外这种装置还有优化驾驶操纵方案，故障诊断和报警，前驱动、差速锁和动力输出轴 (动控制等功能。 (2)液压悬挂调节控制系统。如迪尔的 荷兰的电液提升器、道依兹的 子液压调节系统等，主要具有反应灵敏度，提升下降速率，实现力、位、混合或浮动等方式的自动精确控制的功能。 (3)变 速 箱 及 传 动 系 控 制 系 统 。 如 纽 荷 兰 8030 拖 拉 机 系 列 的变速箱等，可实现增扭器、正倒挡机构，前驱动、差速锁、的电 (4)机载计算机系统。如纽荷兰 “机载计算机系统，功能是采集和处理拖拉机作业过程中的各项性能参数，从而随时调整各项参数以使拖拉机和机具的综合效率最佳化。这些数据包括发动机转速、 速、作业行驶速度、打滑率、作业面积和油耗等。 7、功能增加 与拖拉机配套的作业机械从挂接方式上主要可分为前悬挂式、后悬挂式、侧面悬挂式和中悬挂式。 (1)前悬挂式的作业机械其动力多来自拖拉机的前动力输出 装置，利用拖拉机本身的液压输出进行工作；作业机械升降主要靠拖拉机的前悬挂装置的升降油缸来完成。前悬挂式的作业机械有折臂伸缩式或可回转式的割草机、平地机等，主要用于修整路边的草地及路面等项作业。直接的前悬挂式的作 7 业机械还有草坪机械及割草机械等。 (2)侧挂式与前悬挂式的结构有所不同，作业装置多通过一个刚性门架装置固定于拖拉机的机体上，在支架的侧面安装不同的作业装置，作业装置多依靠拖拉机本身的液压输出而工作。侧挂式作业装置对拖拉机的整体结构及液压输出要求较高，不便于快速挂接，产品的适应性较差。 （ 3） 中 部挂接前置式的作业机械，主要有装载机、叉车、推雪装置等。作业机械通过一个特殊的门架固定在拖拉机的机体中部。作业机械的工作装置多设计为可快速更换式结构，可以根据不同的用途快速更换不同的工作装置，如铲斗、平叉、推雪板等。工作装置多依靠拖拉机本身的液压输出及控制系统工作，简化了操纵与控制。中部挂接前置式的作业机械对拖拉机的整体结构及液压输出系统要求很高，不便于快速挂接，产品的适应性较差。 (4)后悬挂式作业装置品种较多，除了可以直接挂接的作业装置，如割草机、平地机等外，更多的是挂接复合式的作业装置，如小型挖掘 机、多功能作业装置等。后悬挂式作业装置的动力输入有 2 种形式。一种是利用拖拉机的后动力输出动力，同时利用拖拉机的多路液压输出连接与控制各工作装置，进行多种复合式作业。这种作业装置结构相对简单，质量较小，操纵方式较简单便利，缺点是对拖拉机的液压输出系统要求较高，系统的压力损失较大，工作效率不高，作业装置的安装与拆卸相对较繁琐。另一种作业装置是有自己的独立驱动装置及操纵系统，只是利用拖拉机的后动力输出带动其油泵工作即可，操纵与控制系统有的通过软轴及电缆连接于拖拉机的驾驶室内，有的则直接布置于作业装置上并配备有座椅 ，便于直接操纵与控制。这种独立式作业装置对拖拉机的输出要求不高，只要有一路动力输出即可，便于快速安装与拆卸，适用性较强 。 力输出总成的概述 动 力输出轴主要用于拖拉机在行进中输出发动机动力以驱动农机具如旋耕机，喷药机械、收割机，播种机及带动驱动桥的挂车。 也可以与带轮连接用来驱动固定的农业机械，如脱粒机，饲料粉碎机，排灌机械，发电设备等。根据动力输出轴的运转特性，分为常转式和同步式动力输出轴。对动力输出轴的要求 由于动力输出轴与多种多样的农机具配套使用，设计时必须符 8 合统一的标准。为此我国 制定了农业拖拉机动力输出轴国家标准。该标准适用于拖拉机后部纵向配置的动力输出轴，其要点是：（ 1）在发动机转速为 80%至 90%的标定转速时，动力输出轴达到标准转速 ； （ 2）朝拖拉机前进方向看 ;动力输出轴顺时针方向旋转 ； （ 3）动力输出轴的轴头及联结套型式、尺寸分为三种 。 a 类：标准转速 540 转 /许传递的最大功率为 48出端采用公称直径为 35 的 6 齿矩形花键。 b 类 :标准转速 1000 转 /允许传递的最大功率为 92出端采用公称直径为 35 21 齿渐开线花键。 C 类：标准转速 1000 转 /许传递的最大功率为 185出端采用的是 20 齿渐开线花键。 标准转速动力输出轴按其传动方式分为非独立式的，半独立式的和独立式的三种独立程度不同的动力输出轴对农以满足情况是不同的 ， 见表 1 表 1同型式标准转速动力输出轴对农艺的满足情况 农艺要求 非独立 半独立 独立式 拖拉机起步、停车、换档时农机具不停止运转 不能 能 能 农机具工作机构起动与拖拉机起步不同时进行 不能 能 能 农机具工作机构起动和停止，不必停止拖拉机 不能 不能 能 （ 1） 非独立式：动力输出轴和驱动 轮的运转和停止均由同一个主离合器控制。主离合结合时，由动力输出轴驱动的农机具工作机构和拖拉机同时工作启动 ,主离合器分离时，农机具和拖拉机同时停止工作。 （ 2） 半独立式：通常由联动操纵机构的双重用离合器控制的，离合器的踏板行程分为两部分，踏下踏板先分离主离合器，驱动轮停止转动，继续踏下踏板，副离合器才分开。因此，在副离合结合的情况下才能进行主离合的离、合操纵 。 （ 3） 独立式动力输出轴：采用独立式操纵机构的双作用离合器的动力输出轴的运转和停止可独立操纵，不受主离合器的影响。 同步式动力输出轴用来带动工作机构的转 速需与拖拉机行驶速度成正比 9 的农机具，如播种机，施肥机和挂车的驱动桥等。同步式动力输出轴应从变速箱输出轴或该轴以后的其他轴上引出动力，通过同步齿轮传动。同步式动力输出轴和标准转速动力输出轴可以共用一个输出轴头，也可以各用各自的轴头。轴头可以后置也可以侧置。侧置的同步动力输出轴可利用后桥中某横置轴伸出壳体外来实现。 拉机工作速度匹配 a、 爬行工作速度 2km/h，主要用于开沟、旋耕、收获等作业 。 b、 缓行工作速度 2 5km/h 主要用于收获、旋耕等作业 。 c、 牵引工作速度（ 轮式为 6 14km/h，履带式为 5 9km/h）主要用于犁、播种、中耕、施肥、等作业。在这个速度范围内应有一个相应发挥标定牵引力的工作档。还应有低于此工作速度的储备档，用于克服阻力短程增大和适应使用中发动机功率下降情况 。 d、 运输工作速度 （轮式为 16 30km/h，履带式为 9 12km/h） 主要用 于田间和道路运输和转移。根据各国法规的不同，轮式拖拉机最高运输速度一般限制在 25 km/h 或 30km/h。 e、 倒驶工作速度 2 4km/h 用于挂接机具 。 相邻两档速度之比一般为 间，在常用的牵引作业速度之间取较小值，其他工 作速度之间可取得较大值。间距范围小；有利于选择最佳的工作速度，使得拖拉机接近满负荷，以提高作业生产效率或处于燃油经济区工作。对于大功率拖拉机，功率利用率和燃油经济性有重要意义，通常档次安排较密，并相应的采用部分或全动力换档装置。 力输出轴的转速配置 按 业拖拉机动力输出轴的规定，动力输出轴标准转速和相应允许传递的功率。对于 48上的拖拉机，除装用 1000r/动力输出轴外，通常还可以换装 540r/动力输出轴。以与较小功率的机具配合。有些拖拉机同时装备上述 两种转速的标准的动力输出轴，以供配套选用。我国、日本 和德国 等某些中小 轮式拖 拉机上还可 以采用 540r/ 10 1000r/40r/720r/ 540r/720r/1000r/。 二档三档或四档变速动力输出轴可以装用一类轴头， 540r/标准的转速。这可在部分负载作业时，用较高转速档，关小油门达到 540r/改善燃油经济性；同时也将高转速档作为非标准转速与具有高转速工作部件的机具配套，或与适应行驶速度配合，用以旋耕等作业，以取得较高的生产效率与作业质 量。 力输出轴性能 动力输出轴的性能表示拖拉机通过动力输出轴驱动机具的能力，动力输出轴的特性曲线与发动机的调速特性曲线相似，差别在于动力输出轴的效率。 1 （ 1 式中：d动效率 。 （ 1）最大动力输出轴的功率与发动机标定转速下最大动力输出轴功率 最大动力输出轴的功率是动力输出轴特性曲线上的最大功率点，它通常与发动机标定转速下的最大动力输出轴的功率点相似。如果发动机外特性上，低于标定点时转矩上升较快，最大动力输出轴功率将低于标定转速时达到，一般。 （ 2） 标定转速下的动力输出轴的功率 与标准转速相对应的动力输出轴的功率表示动力输出轴驱动机具的能力。动力输出轴的标准转速一般在发动机标定转速的 80%到 100%时达到。相应于发动机转速较低 时，可使得动力输出轴作业处于较经济的燃油消耗区域。而接近发动机标定转速时，可以得到较高的动力输出功率。 （ 3） 动力输出轴转矩储备系数 动力输出轴转矩储备系数性质与发动机转矩储备系数相似，表示拖拉机适应短期超载作业能力。由于在最大转距点发动机的转速较低，因驱动液压泵等附件功率消耗和传动搅油损失减小，动力输出轴的效率提高，动力输出轴的转矩储备系数可高于发动机转矩 3%到 5%，一般在 间。最 11 大转矩点相对应的发动机标定转速的 60%工作速度的配置为了适应不同的作业需要，拖拉机设置了相应的各种工作速度，以 从事多种作业，保证作业质量和提高生产效率和经济性。 12 第二章 动力输出总成齿轮主要参数的确定 轮的概述 齿轮设计的要求 （ 1） 在齿轮运转性能方面：噪声低，振动小，传动效率高。 （ 2） 在承载能力方面：具有所要求的强度和工作寿命，或在规定的寿命下 得的 可靠度。 （ 3） 在工艺性能方面：能采用容易得到的刀具加工，齿轮参数和刀具加工， 齿轮参数和刀具参数相协调。 （ 4） 在经济性方面：在保证使用性能和耐久性的条件下，加工和使用成本 低 总的来说，齿轮设计是齿轮使用性，工艺性和 经济性能等方面的矛盾的协调统一。片面强调单一的方面，都不能设计出满意的齿轮。 齿轮传动可以做成开式的、半开式的以及闭式。如在农业机械，建筑机械以及简单的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩和机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种齿轮传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，固只用于低速齿轮的传动。当齿轮传动装置装由简单的防护罩时候，有时还把大齿轮部分的在油池里。则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽然有所好转，但还不能做到严防外界杂质侵入，润滑条件也不算好。拖拉机等所 用的齿轮传动，都是经过精确加工而封闭严密的箱体中，这称为闭式齿轮传动。它和开式或半开式相比，润滑条件及防护条件等最好。 案一设计 案一齿轮计算 由任务书的发动机标定转速为 2200 转 /分功率为 12 小时功率 45 可以得到在标定转速下发动机传递的扭矩 459 5 5 0 9 5 5 0 1 9 5 . 32200pT n N 13 其中扭转储备系数为 20% m a x 20%T T 因 为 334 m a x 1 4 2 3 4 . 3 6 8 6 . 3a M e m m 方案一 a 圆 整至 88经验公式 33121211 2 1 2m a x 2 3 4 . 3 61 2 . 8 61 0 1 02 8 859322003 . 0 57203 . 0 5 ; 5 95 9 1 6 ; 4 9MM n Z Z 入出2取 3借 用 汽 车 变 速 器 倒 挡 齿 轮 分 配 原 则2 齿 轮 的 齿 数 ； Z 为 大 齿 轮 的 齿 数 案一轴设计 轴的强度计算有三种方法 （ 1） 按转距估算轴径 （ 2） 按当量弯矩近似计算 （ 3） 安全系数的精确校核计算 对高速轴进行校 按许用弯曲应力进行轴的强度校核 14 图 2的受力简图 轴的受力分析 2 2 2 3 4 . 3 6 9 . 7 6 51 6 3TF t K 3; 2 02 0 9 . 7 6 5 1 0 3 . 5 5 4Ft c t r t g F t t g K N 齿 轮 的 压 力 角 度 轴的扭矩图 的扭矩图 受力分析图 因为 得 以可以做出剪力图如下 15 图 2的弯力图 继而可以得出弯矩图如下： 图 2的弯矩图 由机械零件设计手册表 20 实心轴的最小直径为 4 2 23 1 0 ( ) 1 其中 M 为合成弯矩；单位为 N.M。 为许用应力；单位为 为转距和弯矩作用性质差异的系数； 16 当扭剪按脉动循环变化时 , =据选用材料为 45 钢，查机械零件设计手册可知 45 钢的许用应力为 70 将数据带入公式（ 1 4 2 23 1 0 8 8 . 2 5 7 ( 0 . 6 2 3 4 . 3 6 ) 2 8 . 770d m m 故高速轴的最小直径取 30 案二设计 案二齿轮设计 故高速轴的最小直径取 30 选用滑动直齿解决齿轮啮合问题由上面计算得轴的最小直径为 30方案 1中直齿直径为 48采用花健连接，齿轮的强度无法保障，一般加工成齿轮轴的形式。这样就不能满足啮合的要求。重新调整模数和齿数，增加直径长度。 m 取 齿齿数取 19；大齿齿数取 58。 212200 3 . 0 5 ; 5 8 / 1 9 3 . 0 5 2720n 入理 实出3 . 0 5 2 3 . 0 5 0 . 0 6 %3 . 0 5 理实误 差 理 齿轮在啮合过程中，轮齿根部产生弯曲应力， 过度圆角处有应力集中，所以齿轮受到足够大的载荷作用时其根部弯曲应力超过材料的许用应力，轮齿就会断裂。在汽车变速器中这种破坏情况很少发生，而常见的断裂是由于在重复载荷作用下，使齿根受拉面的最大应力区出现疲劳裂缝，而逐渐扩展到一定深度而产生折断其破坏断面在疲劳裂缝部位呈光滑表面，而突然断裂部位呈粗粒状表面。变速器低档小齿轮由于载荷大而齿数少多发生弯曲疲劳断裂。 齿面点蚀是常见的高档齿轮齿面接触疲劳的破坏形式。齿面长期在脉动的接触应力作用下，会逐渐产生大量与齿面成尖角的小裂缝。啮合时由于齿 17 面的相互挤压使充满润滑油 的裂缝处有油压增高导致裂缝的扩展，最后产生剥落，使齿面产生大量的扇形小麻点，即所谓点蚀。点蚀使齿形误差加大而产生附加动载荷。通常是靠近节圆根部齿面处的点蚀较靠近节圆顶部齿面处的点蚀严重，主动小齿轮较被动大齿轮较严重。在局部高温，高压下齿面互相熔焊粘连，齿面沿滑动方向形成撕伤痕迹的损坏形式称为齿面胶合。在一般的汽车变速器中产生胶合损坏的情况较少。 综上所述，在汽车变速器中齿轮的破坏形式主要有弯曲疲劳断裂和点蚀两种。应对齿轮的弯曲强度和接触强度进行重点校核。 对齿轮进行齿根弯曲强度计算和齿面接触强度计算 （ 1） 拖拉机 的 动 力 输 出 轴 ， 速 度 不 高 ， 故 可 以 选 用 7 级 精 度（ （ 2） 由传动分析可得采用直齿传动； （ 3） 材料分析 选用 20齿轮采用渗碳淬火热处理，硬度可达到 60大齿轮采用渗碳淬火热处理，硬度可达到 60【 2】按齿面接触设计计算 由机械设计式 10 213 12 . 3 2 ( )t T u（ 1） 由机械设计表 10得材料弹性影响系数 1 8 9 P a（ 2） 由机械零件设计手册图 12齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳极 限li m 1500H m p a （ 3） 工作寿命 15 年。每年工作 300 天。 由机械设计式 10计算应力循环次数 91196 0 6 0 2 2 0 0 1 ( 1 8 3 0 0 1 5 ) 4 . 7 5 1 01 . 5 5 1 0hN n j L 2同 理 N（ 4） 计算载荷系数 a,计算齿轮的圆周速度 11 3 . 1 4 1 9 3 . 5 2 2 0 0 7 . 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 18 b，齿宽计算 10 . 4 8 ; 0 . 4 8 1 9 3 . 5 3 2 取c,计算齿宽于齿高之比 b/h 齿高 2 . 2 5 2 . 2 5 3 . 5 7 . 8 7 5/ 3 . 8h m m d,计算载荷系数 根据 v=s;齿轮加工符合 7 级精度 查机械设计图 10得 动载荷系数 由表 10得 1 . 11 0 3 1由 表 查 得 使 用 系 数由表 10得 7 级精度小齿轮相对非对称分布时 2 2 32 2 31 . 1 2 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 ) 0 . 2 3 1 01 . 1 2 0 . 1 8 ( 1 0 . 6 0 . 4 8 ) 0 . 4 8 0 . 2 3 1 0 将 数 据 带 入32= b/h= 查得机械设计图 10 故载荷系数 1 . 7A V H K K K （ 5） 按接触疲劳许用应力计算齿轮的最小分度圆直径 取失效的概率为 1%，安全系数 S=1 11220 . 9 1 5 5 0 135010 . 9 5 1 5 5 0 14251H N H L I H L I P P 带入公式 23 1 . 7 2 3 4 . 3 6 3 . 0 5 1 1 8 9 . 82 . 3 2 ( ) 6 2 . 30 . 4 8 3 . 0 5 1 4 2 5d m m选用的齿轮分度圆必须大于 案二中分度圆满足要求。 所选用齿轮的接触疲劳强度满足要求。 【 3】按齿根弯曲强度验算所选齿轮 由机械设计式 10弯曲强度设计公式 19 13 12 ()F S 确定公式内各计算数值 （ 1）由机械零件设计手册图 12e 查得小齿轮的弯曲疲劳极限 1 850 P a （ 2）由机械设计图 10得弯曲疲劳寿命系数120 . 8 5 ; 0 . 8 8F N F （ 4） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S= 128 5 0 0 . 8 5 6021 . 28 5 0 0 . 8 8 6 2 3 . 31 . 2 a（ 5） 计算载荷系数 1 ; 1 . 1 2 ; 1 . 1 ; 1 . 4A V F F K K K K 查 表 得 带入数据的 K= （ 6） 计算齿形系数 由机械设计表 10 11222 . 8 0 ; 1 . 5 5 ;2 . 8 0 ; 1 . 5 5F a S aF a S （ 7）计算大小齿轮的 1 1 2 2120 . 0 0 7 2 ; 0 . 0 0 6 3 2F a S a F a S Y Y将数值较大的小齿轮 入公式得 33 22 1 . 7 2 2 3 4 . 3 6 1 0 0 . 0 0 7 2 3 . 3 60 . 4 8 1 9m 方案二中的模数为 足齿根弯曲强度的要求。 综合可得方案二中的齿轮综合力学性能满足要求 轮变位设计 20 齿轮变位系数的选择 1， 齿轮变位的作用 （ 1）根据既定的齿轮，模数，来使得齿轮副符合于既定的中心距 （ 2）使得主 ,从动齿轮有较佳的强度平衡，即使的主，从动齿轮有基本相同的寿命和可靠度。 （ 3）通过齿轮副 的变位获得所需的啮合角，以提高承载能力。 避免齿根啮合干涉或加工时根切一般动力输出的那一对齿轮从提高齿轮的接触疲劳强度来选取变位系数 齿轮主要的失效形式是齿面的接触疲劳，而使得主动小齿轮更易出现疲劳点蚀或剥落。齿轮接触疲劳的薄弱点是节点，因而主要考虑如何降低节点的接触应力。一般采用以下途径 （ 1） 使节点处于两队齿啮合区齿面的载荷比单队啮合区小，从而降低节点应力。 （ 2） 使节点不处于啮合区，即所谓的节点外啮合，使得薄弱点不参加工作。 齿轮接触疲劳的研究表明，齿轮接触疲劳起源于单队齿啮合区的内界点，而不是节点。这是因为：单 队啮合区内界点的齿面接触应力比节点大；润滑条件比节点处差。因此，设计齿轮副主要应考虑如何降低内界点的接触应力的，降低主动小齿轮的方法有是大啮合角 为了增强小齿轮的强度和寿命对齿轮进行变位在确定齿轮参数时，需要首先选择齿轮的变位原则。齿轮变位是为了避免齿轮根切配凑中心距，但变位后还会影响齿轮强度，工作时的稳定性，耐磨性以及抗胶合的能力，甚至使在工作中产生噪声。齿轮变位主要是高度变位和角度变位。对直齿采用高度变位选择合适变位系数。 由机械原理 10 1 3 4 . 7 52的 中 心 距m ( z + )a=2圆整至 138变位齿轮计算公式 1 3 4 . 7 5c o s c o s c o s 2 0 2 3 . 4 2138 。 21 由变位齿轮的公式 12 ()2in v in 带入数据的 1 9 5 8 ( 2 3 . 4 2 2 0 )2 2 0x i n v i n 查机械设计手册图 12配齿轮的变位系数 1 0 2x 大齿轮的变位系数为2 0 8x m m； 由变位系数公式 1 3 8 1 3 4 . 7 5 0 . 9 23 . 5m ； 变位后的大齿轮参数 齿根圆 *2( ) ( 1 0 . 2 5 0 . 5 1 8 ) 3 . 5 2 . 5 6 22 1 9 7 . 7 5f i af i f ih h c x m m md d i h m m 齿顶圆 * 2( ) (1 0 . 5 1 8 0 . 0 8 ) 5 . 0 3 3a i ah h x y m m 2 2 1 3 . 0 6 6a i i a id d h m m 变位后的小齿轮参数 齿根圆 *1( ) ( 1 0 . 2 5 0 . 4 8 2 ) 3 . 5 2 . 6 8 82 6 1 . 2 4f i af i f ih h c x m m md d i h m m 齿顶圆 * 2( ) (1 0 . 4 8 2 0 . 0 8 ) 4 . 9 0 7a i ah h x y m m 2 7 6 . 3 1 4a i i a id d h m m 轮重合度的设计 由公式得 *1 ( ) (1 . 4 8 2 0 . 0 8 ) 3 . 5 1 . 4 0 2a a ih h x y m m 1 9 1 . 4 0 2 2 2 1 . 8 0 4m m m 12 1 . 8 0 4 1 . 1 4 6 719 22 查机械零件设计手册图 12 *22( ) (1 0 . 5 1 8 0 . 0 8 ) 3 . 5 1 . 4 3 8h x y m m 2 5 8 1 . 4 3 8 2 6 0 . 8 7 6ad m m m 226 0 . 8 7 6 1 . 0 458查得 变位齿轮重合度计算公式：1212( ) ( ) 1 9 0 . 0 5 3 5 8 0 . 0 1 1 . 5 8 7a 重合度满足齿轮的传动要求 23 第三章动力输出总成轴承的计算 承的概述 滚动轴是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触拉支承转动零件的。与滑动轴承相比，偶动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等优点。 常用的滚动轴承绝答多数已经标准化，并有专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承的基本结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可用于 外圈回转但内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、圈相对转动时，滚动体即在内、圈的滚道间滚动。常用的滚动体，有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等几种。轴承内、外圈上的滚道，有限制滚动体侧向位移的作用。 保持架的主要作用是均匀的隔开滚动体。如果没有保持架，则相邻滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起的磨损。保持架有冲压的和实体的两种。冲压保持架一般用低碳钢板冲压制成，它与滚动体间有较大的间隙。实体保持架常用铜合金、铝合金或塑料经切削加工制成，有较好的定心作用。 轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承铬钢制造的，热处理后硬度一般的不低于 60于 一般轴承的这些元件都经过了 150摄氏度的回火处理，所以轴承的工作温度一般不高于 120 摄氏度。所以通常当轴承的工作温度不高于 120 摄氏度时，元件的硬度不会下降。 当滚动体是圆柱体或滚针时，在某些情况下，也可以没有内圈，外圈或保持架，这时的轴径或轴承座就要起到内圈或外圈的作用，因而工作表面具有相应的硬度和粗糙度。 承的计算 根据设计结构采用直齿传动没有轴向力所以采用深沟球轴承这种传动效率较高的滚动轴承 根据轴径选用轴承 低速轴选用 6307 和 6308；高速轴都选用 6407。 24 （ 1） 高速轴的校核 由以前的受力分析的11 2 . 8 4 7 k N2 0 6rF 轴承寿命计算公式得 610 ()60h 3 查机械零件设计手册表 22 6407 的额定负荷 C=表可得球轴承 3 带入公式公式 3 31 0 4 3 . 8( ) 2 7 5 8 56 0 2 2 0 0 2 . 8 4 7符合使用要求 右边轴承的径向力比左边小所以肯定满足使用条件 （ 2） 低速轴的时间校核 对左边的轴承校核低速轴的校核 图 3速轴受力 因为 得 以前的受力分析的11 2 . 0 5 5 k N2 轴承寿命计算公式得 610 ()60h 查机械零 件设计手册表 22 6407 的额定负荷C=表可得球轴承 3 带入公式 6 31 0 2 5 . 8( ) 4 5 8 0 76 0 2 2 0 0 2 . 0 5 5符合使用要求 因为左边的径向力比右边的大，左边符合要求，右边一定符合条件。 25 第四章 轴的校核计算 速轴设计 对高速轴进行校 按许用弯曲应力进行轴的强度校核 图 4速轴受力图 轴的受力分析 2 2 2 3 4 . 3 6 7 . 4 0 81 9 3 . 5TF t K 3; 2 02 0 7 . 0 4 8 1 0 3 . 5 5 4Ft c t r t g F t t g K N 齿 轮 的 压 力 角 度 轴的扭矩为 m 受力图 图 4直面受力图 因为 得 以可以做出剪力图如下 26 图 4速轴弯力图 继而可以得出弯矩图如下： 图 4速轴弯矩图 由机械零件设计手册表 20 实心轴的最小直径为 4 2 23 1 0 ( ) 1 其中 M 为合成弯矩；单位为 N.M。 为许用应力；单位为 为转距和弯矩作用性质差异的系数； 当扭剪按脉动循环变化时 , =27 根据选用材料为 45 钢，查机械零件设计手册可知 45 钢的许用应力为 70 将数据带入公式（ 1 4 2 23 1 0 6 3 . 7 0 5 ( 0 . 6 2 3 4 . 3 6 ) 2870d m m 高速轴的最小直径必须大于 28小段直径取 30合强度要求。 速轴设计 按许用弯曲应力进行轴的强度校核 图 4速轴受力简图 轴的受力分析 2 2 2 3 4 . 3 6 3 . 0 5 7 . 4 0 85 8 3 . 5TF t K 3; 2 02 0 7 . 0 4 8 1 0 3 . 5 5 4Ft c t r t g F t t g K N 齿 轮 的 压 力 角 度 轴的扭矩为 714。 7力图 图 4直面低速轴受力简图 因为 得 28 所以可以做出剪力图如下 图 4速轴弯立图 继而可以得出弯矩图如下： 图 4速轴弯矩图 由机械零件设计手册表 20 实心轴的最小直径为 4 2 23 1 0 ( ) 1 其中 M 为合成弯矩；单位为 N.M。 为许用应力；单位为 为转距和弯矩作用性质差异的系数； 29 当扭剪按脉动循环变化时 , =据选用材料为 40，查机械零件设计手册可知 40的许用应力为 261 将数据带入公式（ 1 4 2 23 1 0 7 1 4 . 7 ( 0 . 6 2 3 4 . 3 6 ) 3 0 . 2261d m m 高速轴的最小直径必 须大于 小段直径取 35合强度要求 30 第五章 花键的计算 速轴花键设计 动力输出轴转速转动较快普通的矩形花键不能满足要求，没有对心功能，所以必须采用渐开线花健。按 G 定直齿渐开线花键的压力角有 30 度和 45 度两种。本次设计选用 30 度压力角，为了加工刀具方便采用平齿根渐开线花键。 （ 1） 低速轴花键计算 查机械零件设计手册表 7选用 m=Z=15,D=40 根据表 7算渐开线的基本尺寸 ( 1 . 5 ) 2 . 5 ( 1 5 1 . 5 ) 4 1 . 2 5m z 用齿槽最小值 m i n 0 . 5 3 . 1 4 0 . 5 2 . 5 3 . 9 2 5 际齿槽宽最大值 ( ) 3 . 9 2 0 . 0 7 3 . 9 9 0M A X V M I T 际齿槽宽最小值 3 . 9 2 5 0 . 0 2 6 3 . 9 5 1M I N V M I m m 作用齿槽宽最大值 3 . 9 9 8 0 . 0 2 6 3 . 9 6 9V M A X M A 花键大径 ( 1 ) 3 . 5 (1 4 1 ) 3 7 . 5m z 花键渐开线起始圆直径最大值 220 . 52 ( 0 . 5 ) ( 0 . 5 s i n ) M A X b s N 其中 =用 5H 精度， 表 7 ; 带入公式得 3 4 M A XD m m 内花键渐开线终止圆直径最小值 31 m i n ( 1 ) 2 3 4 . 9 2 0 . 2 5 3 5 . 4F i FD m z C m m 外花键小径基本尺寸 ( 1 . 5 ) 2 . 5 ( 1 5 1 . 5 ) 3 3 . 7 5m z m m 基本齿厚 作用齿厚最大值 3 . 9 2 5 0 . 0 5 3 . 8 7 5V M A E S V m m 实际齿厚最小值 ( ) 3 . 8 7 5 0 . 0 7 3 . 8 0 5M I N V M A T m m 实际齿厚最大值 3 . 8 7 5 0 . 0 2 6 3 . 8 4 9M A X V M A m m 作用齿厚最小值 3 . 8 0 5 0 . 0 2 6 3 . 8 3 1V M I N M I m m 基圆直径 c o s 2车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 1 he a to by of is to or to of ,TO a of be to an to of of to be be be by to of of of a of a a a AS to of as S so it is TO is of of to is is of or is TO to of to as be in of 车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 2 40 000AT of of at to is is by a be by or TO be or on by or TO is is is In is to TO is is is to as TO is TO is TO is In TO it to or is by a be is to as (of TO is to to If is to as of TO be to so be in no is to TO 车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 3 To it TO”be a a is in a is to of of TO on 0 TO . by in in TO is so to is in a is by on TO TO is by 0 to a of in a is to TO of on to of is 2 of a 1. is in of by a on a on is by a of 4. To TO is in to of TO to of To 辆与动力工程学院毕业设计说明 书 4 in is to a to . 4 to in a of at of of to of 3 TO is in of in of TO , , a 5 TO (in a to of TO a 1 of of TO is a by by a an to TO TO is as a TO in on of In of TO to of TO is of it to in TO to of . TO is As is it in 辆与动力工程学院毕业设计说明 书 5 to is no to in is of to TO at to To TO be in (As , 1991 to a m 203 a n 2, 1991 at :00 a 30 a a at of (A is an of to is a of by to . to to . he to up on of 辆与动力工程学院毕业设计说明 书 6 or . At on of . as it of . He on a 2 on of a at it at by of He an of he he by at in to s At by to of He by to a 00 to of of to is in is to to at . of . be by . at of is a in to of s 车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 7 At of on . of If . at of s he * 8 3440 (c) . be 2. be to to is is A of to of . to 3. of to in to . he to he to he to . he If he in 4. to If to he to He . if he * (8 3441 a (c) be 5. at 辆与动力工程学院毕业设计说明 书 8 he at 0 he at he no to or or If he on to he * 8 3383 (b) to at of 6. by in . If of a at of he as a is an of * 8 3383 (b) be in be 车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 9 动力输出轴 动力输出通常被简称为 。它提供一种途径去驱动农机具工作。牵引力不仅仅用来牵引农机具，而且用来操纵控制它。典型的机械例子就是割草机，打包机，联合收割机和施肥散布机。动力输出轴提供了一个非常有用的能量源，根据农机具的不同选用不同的轴头。动力输出所提供的动力可能 比直接从拖拉机引出的动力要强劲。动力输出总成的分类，根据 在拖拉机上位置的不同，驱动方式和控制方式的不同进行分类的。根据驱动方式的不同拖拉机动力输出分成非独立式的，独立式的，半独立式的和同步式的。非独立式的它的动力直接从变速箱传递 过来的，在离合器分离的时候， 就会停止工作。独立式 就是它的动力直接来源于发动机曲轴，它的工作情况和离合器的工作没有联系。半独立式 ，在齿轮换档时候，仍然能工作，但是在拖拉机运动时，它是没有办法进行啮合和分离的。同步式 的速度和轮子的转速成比例。最好的例子就是播种机，它的工作速度必须和拖拉机的移动成比例 的轴头按标准分为 1000r/ 540r/种类型。所有的拖拉机尽量做成这两种标准，这样有利于维修和替换。当动力输出轴不工作时候，它通常用铁制的轴头保护罩， 保护轴头免受伤害。 分离和啮合可以通过机械力或者液压的方式控制。 体一般被安装在 成箱体里。一般是由主动齿轮，从动齿轮组成的，从动齿轮可以在低速轴的中间滑动，和主动齿轮啮合。这种啮合必须在拖拉机停车的情况下进行。 独立式的 以通过液压和复杂的机械控制其工作， 成包括中心轮，太阳轮和行星轮，行星轮被放置在行星架上。还有两种鼓式刹车片，一种是作用在行星齿轮上的，另一种是作用在太阳轮上的，太阳齿轮的轮毂被牢牢的固定在刹车片上，刹车片通过球轴承被安装在 上，刹车片被固定 在轴上。钢制的刹车片上装有摩擦衬套，刹车片一端用销钉固定，另一端和曲轴，调整螺栓连接。通过其对动力输出进行控制。 在 没有啮合的情况下，中心轮的刹车片被释放，行星轮的刹车片工作。这样的话 不旋转，中心轮和太阳轮之间的旋转通过行星轮的旋转而进行的。当 啮合时，控制太阳轮的刹车片工作，而行星轮的刹车片被释放，行星齿轮现在不得不绕着太阳轮旋转，当行星齿轮绕着太阳轮旋转的同车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 10 时 ，行星齿轮架也跟着旋转，因为行星齿轮架和 是固结的，所以行星架带动 一起旋转。当 不工作的时候， 不使用的时候。制杆必须放在中间位置，太阳齿轮和行星齿轮的刹车片被同时释放。 牙式离合器被装入 传动链中，这样使得它有可能成为独立式和同步式的兼容体。离合器通过控制杠杆工作，杠杆有三个位置，离合器换档向前，被连接到变速器的输出轴，这样就获得了与轮速成比例的转速。如果离合器的控制杆件向后运动， 就和发动机曲轴直接相连，因此发动机就获得了独立输出。如果在中间位置，没有动力传输到 成上。当离合器放置在同步档位上时，我们应该先断开离合器，若要进入“独立式”的工作模式，也要求发动机 停机。 液压控制的 成的齿轮机构包括在轴上的主动齿轮和被动齿轮，液压离合器。液压离合器被安装在 上， 通过球轴承安装在箱体上，一轴的动力是直接由发动机曲轴传递过来的，因此这种 总成提供了一种独立的动力输出。主动齿轮和从动齿轮属于常啮合类型，从动齿轮固定在轮毂上，轮毂通过球轴承安装在 上。从动齿轮和 的连接是通过液力离合器连接的，液力离合器有一系列主动盘和从动盘构成，从动盘被铆接到到齿轮轮毂上，离合器的主动盘是由钢铁制成的，内部安装有耐磨衬套，这些主动盘被安装在主动齿轮 轮毂上，离合器的从动盘也是有钢铁压铸而成的。 为了使离合器工作 工作，液压油在压力的作用下，被压入离合器空腔，这就使得活塞移动，顶开预紧弹簧，继而压紧离合器盘片，连接 和从动盘总成。 在 不工作的时候，环状空腔和回油管相连，回油管道把油流到到外部油箱 ,这种情况下，回位弹簧把环状空腔里的油排出来。释放盘片，在活塞回程的最后一段，活塞带走了一系列用于产生盘片压力的销子，最终 停止转动，油通过轴上的油道流出离合器。 液力 成包括液压泵，进油滤清器，多种阀门和油路。其中 阀门包括调压阀和 制阀门。 制阀被放置在一个箱体上。这个箱体被螺栓固定在 体的前部。无论油泵输出的油压大小，调压阀使得输出的液压油保持一个恒定的油压。 制阀本质上受弹簧力作用的球阀控制，通过制杆件上的偏心机构调节。当 车辆与动力工程学院毕业设计说明 书 11 工作时，控制阀还可以当作减压阀来使用。 当 制杆件在“ 置上时，控制机构上的偏心器释放控制阀的活塞，这个活塞本用来减小球阀的弹簧力的。在这种情况下，油泵把油从油箱中抽取出来，油通过滤清器、油管到多路阀中，因为控制阀较小了弹簧力，所以液压油 流过控制阀经过轴上的油道又流回到油箱里。而一些液压油经过轴上的油道润滑部件。 当 制杆件在“ 位置时，偏心器压下控制柱塞，当柱塞被压下，他们共同压缩弹簧，同时使阀体顶压阀座，这样就切断了回油的线路，此时，管路中的压力升高，液压油进入离合器，压紧盘片，使从动盘和 油压上升到 1，油压保持不变，使得液力离合器顺利工作。 一名农场工人在奶牛场饲养奶牛， 他驾驶一辆拖拉机 ,拉着一车饲料 . 在拖拉机后部旋转的轴头用来 混合饲料 , 轴头连接了拖拉机和牵引件 ，并且在高速旋转，没有保护罩加以保护 . 工人下了拖拉机，检查动力输出轴 ,此时，拖拉机空转及轴仍然转动 . 当他拉过了轴拉杠杆时候，拖拉机轴头卷住了他的衬衫
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