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240 某履带式拖拉机后桥设计 履带式 拖拉机 后桥 设计

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毕业论文题目 学校代码：10410 序 号：20050390本 科 毕 业 设 计题目： 某履带式拖拉机后桥设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 刘 又 瑞 学 号： 20050390 专 业：机械设计制造及其自动化 年 级： 机 制 051 班 指导教师： 黎 静 二OO九 年 五 月 ii某履带式拖拉机后桥设计 江西农业大学毕业设计任务书设计课题名称某履带式拖拉机后桥设计申报教师姓名系职称专业学历联系手机/电话E-mail黎静农机讲师农机化工程硕士13517006742对选本课题学生的要求选报人数要求选报专业要求限报要求其它要求1机制、农机毕业论文（设计）要求：1要求在完成论文期间，态度端正，积极主动，大量查阅文献资料； 2按时完成毕业设计内容，技术路线准确可行； 3绘制零件图和装配图，图纸量不少于1.5张A0； 4完成毕业设计说明书，格式正确，要求字数不少于8000字； 5完成电子文档及答辩PPT文档，并打印装订成册。毕业论文（设计）内容：1技术参数：发动机功率75马力；中央传动为螺旋齿轮锥齿轮，转向机构采用常啮合干式多片摩擦离合器转向机构的操纵，转向离合器分离用手操纵、杠杆式，转向制动用脚踏板式。2调研，查阅资料，确定总体设计方案；3根据技术参数计算，确定结构尺寸；4校核关键零部件，选择标准部件；5绘出总装图与部分零件图，写出设计说明书。 毕业论文（设计）工作步骤：12008年11月2009年12月：接受毕业设计任务，查阅整理文献资料；22009年1月：确定总体设计方案；32009年2月4月：绘制设计图纸及编写设计说明书；42009年5月：定稿打印，完成毕业设计答辩。审核情况： 分管院长： 年 月 日摘要为了提高农业机械化队伍的水平，加快农业机械化的步伐，根据现有履带式拖拉机后桥的工作情况及使用性能，完成某履带式拖拉机后桥的设计。通过对后桥部分的设计，使整车的性能更加优越。设计包括对中央传动、转向离合器和制动器的设计，优化各部分的技术要求和尺寸参数，并完成了装配图和一些零件图的绘制。实现了后桥的良好使用性和结构工艺性。关键词：拖拉机；后桥；中央传动；转向离合器；制动器 One crawler tractor rear axle designAbstract: In order to increase the level of the team of agricultural mechanization, accelerate the paces of the mechanization of agriculture, according to the working condition and character of service now,finish the design of XXX track-type tractors rear axle. Due to the design of the rear axle part, make the performance of the whole tractor more superior. Design includes the Central Drive, Steering clutch and Brakes ,optimize every part of technical requirement and size parameters, then finished the assembly drawing and some parts drawing. Have realized the good use and structure of the rear axle。Key words: Tractor; Rear axle; Central Drive；Steering clutch; Brakes目录绪论51设计参数及原始数据61.1初始数据62中央传动的设计计算72.1中央传动的齿轮型式72.1.1圆柱齿轮中央传动72.1.2 圆锥齿轮中央传动72.2主动锥齿轮装置型式72.3齿轮材料确定82.4螺旋锥齿轮几何参数的选择82.4.1 中央传动主从动齿轮上的计算扭矩M确定82.4.2螺旋锥齿轮基本参数的确定92.4.3.锥齿轮啮合间隙和啮合印痕的调整102.4.4. 从动锥齿轮的止推螺栓102.4.5 螺旋锥齿轮几何参数的确定112.5弧齿锥齿轮的强度计算132.5.1弧齿锥齿轮的弯曲强度计算132.5.2弧齿锥齿轮的表面接触强度计算143制动器的设计153.1制动器的功用163.2制动器的结构型式及选择163.3 制动力矩的确定163.4制动器基本参数的确定和计算174.1 计算力矩的确定194.2 储备系数的选择194.3转向离合器基本参数的确定204.3.1. 摩擦衬面的外径和内径204.3.2. 压紧力的确定204.3.3磨损应算214.3.4最大摩擦力矩确定214.4主要零件和材料214.4.1.主、从动鼓确定224.4.2.主、从动摩擦片确定224.4.3齿轮挤压应力验算224.5压紧弹簧234.5.1螺旋弹簧参数确定234.6从动盘确定254.7压盘确定25参考文献26致谢27绪论 履带拖拉机(traeklaying traetor)装有理带行走机构的拖拉机。1770年英格兰人埃奇沃思(Richard LOven Edgeworth)提出一种能自动连续徽设和捡拾履带的机器，并获得了发明权，被认为是履带行走机构的最早构思。1867年美国米尼斯(T.5.Minnis)研制 的世界上第一台农用履带拖拉机，它装有三套履带装置，后部两条履带通过齿轮由蒸气机驭动。履带拖拉机应用于农业是从20世纪初开始的。1904年美国制造了装有单缸蒸气机的农业履带拖拉机1931年首次将柴油机装在履带拖拉机上。此后各公司生产的履带拖拉机在总体布盆上基本与现代履带拖拉机相似。1959年中国开始批量生产农业履带拖拉机。60年代中期以来农业上使用履带拖拉机的国家已经很少，使用数量最多的国家是苏联其次是中国和意大利。而使用数量最多的是功率在80千瓦以下的农业履带拖拉机。功能和适用范围履带拖拉机与轮式拖拉机相比，附着力大，在早田茬地上的附着系数为0.7 0.85;滑转损失小，一般滑转率为3一7%，牵引效率可达70一80%;平均接地压力较低(为35一50千帕)，因而对土壤的压实作用小，通过性能好;重心低，稳定性好;转向半径小。因此，农业展带拖拉机适用于耕地、 开荒、农田建设、低湿地和沼泽地上重负荷作业及坡地作业。 履带驱动桥由中央传动件、转向机构、制动器和最终传动件四个部件组成。履带驱动桥的结构形式主要取决于转向机构的结构形式。履带式作业车辆的转向是靠改变传递给两侧驱动轮的扭矩实现，即切断或减小一边履带的扭矩，并以制动器断续制动这一侧的履带来获取所需的转向半径。 履带式拖拉机实物图 后桥的作用是将发动机经由变速箱传递的扭矩进一步增大，转速则相应降低；改变动力传动平面；实现拖拉机的转向和制动。后桥布置有两种基本型式，即整体式和组成式。独立型履带拖拉机常用整体后桥壳，中央传动和转向离合器在一壳内，最终传动单独布置。 1设计参数及原始数据 图1-1 后桥布置简图1.1初始数据拖拉机型式 农业通用履带式额定功率 （kw) 55 标定转速（r/min） 1500 最小使用重量（KN） 57.3 轨距 （mm） 1435 最小离地间隙（mm） 260 主传动比 3.143外形尺寸（长宽高）（mm） 4190187022502中央传动的设计计算中央传动是用来增加传动系统的传动比以达到减速增扭的目的，通常还用来改变扭矩的传递方向，使扭矩从纵向布置的变速箱传向横向布置的后轴。主传动器位于驱动桥之后，一般为一对锥齿传动，在保证驱动桥有足够的传动比条件下，其径向尺寸应尽可能小，以增大车辆的离地间隙（即驱动桥壳最低点离地面的距离），使其有较好的通过性能。2.1中央传动的齿轮型式中央传动采用的齿轮型式有圆柱齿轮、圆锥齿轮与双曲线齿轮。2.1.1圆柱齿轮中央传动 常用一对直齿圆柱齿轮，它的结构较简单，加工容易，传动中没有轴向力作用。但仅适用于采用横置式变速箱的拖拉机。2.1.2 圆锥齿轮中央传动 根据圆锥齿轮齿面的曲线型式不同，可分为直齿圆锥齿轮、弧齿锥齿轮。除直齿锥齿轮外，均可称为螺旋锥齿轮。 各齿轮图如下，设计时主传动齿轮选用螺旋圆锥齿轮。（图（c）（a） 直齿锥齿轮（b）零度圆弧锥齿轮（c）螺旋锥齿轮 图21 主传动器的齿轮类型螺旋圆锥齿轮传动特点是：其主、从动齿轴线相交于一点。交角可以是任意的，但在绝大多数工程机械驱动桥上，主减速齿轮副采用90交角的布置方案。由于轮齿端面重叠的影响，至少有两对以上的轮齿同时啮合。因此螺旋锥齿轮能承受较大的负荷加之其轮齿不是在齿的全长上同时啮合，而是逐渐地由齿的一端连续而平稳地转向另一端。因此其工作平稳，即使在高速运转时，噪声和振动也很小。2.2主动锥齿轮装置型式在壳体结构及轴承形式已定的情况下，主减速器主动齿轮的支承型式及安置方法对支承刚度影响很大，这是齿轮能否正确啮合并具有较高使用寿命的重要因素之一。 主动锥齿轮装置型式有两种：悬臂式、骑马式。设计时，选用悬臂式。小齿轮位于两个支承之外的悬臂断，为了提高支承刚度，后支承应布置得尽可能接近小齿轮的轮齿，两个支承中心之间的距离至少应等于悬臂长度的2.5倍，而且小齿轮轴轴颈直径应不小于这个悬臂长度。两个圆锥磙子轴承应面对面布置，以增加两个支承反力作用点之间的距离。悬臂式装置结构较简单，因此在大部分拖拉机上采用。 主减速器主动锥齿轮由两个锥形轴承固定在桥壳内，并用垫片调整主动锥齿轮与从动锥齿轮的啮合间隙和位置。从动锥齿轮通过轴承装在后桥壳内，也装有调整垫片。主动锥齿轮轴承装配松紧程度由后桥凸缘的紧固螺母来调整。2.3齿轮材料确定 主传动齿轮18CrMnTi,从动齿轮20MnVB，均采用渗碳淬火处理，齿轮工作寿命8年，每天工作10小时，主动锥齿轮载荷系数大于，轻度冲击。2.4螺旋锥齿轮几何参数的选择2.4.1 中央传动主从动齿轮上的计算扭矩M确定根据土壤附着力矩的条件计算并取两者中的较小值。 （ 2-1） （ 2-2）而式中 与土壤的附着力矩（Nm)； 附着重量(kg)； 履带式拖拉机:取拖拉机使用重量（N)；行走部分与土壤的附着系数； 履带式拖拉机：取=1.0;驱动轮的动力半径（cm）;最终传动的传动比;最终传动的传动效率，可取（n-最终传动中外啮合圆柱齿轮啮合对数）;履带驱动效率，可取=0.96;代入数据： =297.0 =272.0 取的值2.4.2螺旋锥齿轮基本参数的确定(1)大齿轮分度圆直径、锥据与端面模数的初步选择可以根据从动大齿轮上计算的扭矩，按经验公式选择 = 式中 、 分别为大齿轮分度圆直径、锥矩与端面模数； 、分别为直径系数、锥矩系数、模数系数，由文献2查表4-3可得： =47.5 =25.8 =1.08代入数据可得： =308 =161.6 (2) 齿数的选择大小齿轮的齿数，可根据设计要求的中央传动传动比，由下列两组公式进行计算： 代入数据得 ： (3) 齿宽的选择齿宽不应超过或二者中的较小值，一般取=（0.25-0.30）一般习惯是螺旋齿轮的小齿轮齿面宽比大齿轮的齿面宽稍大，使其在大齿轮轮齿两端都超出些。通常小齿轮的齿面宽加大5%-10%较为合适。(4) 法向压力角的选择工程机械以及载货汽车一般选用的压力角=20（参考文献1）所以取压力角=20。(5) 螺旋角的选择齿轮线上某点的切线与该点节锥母线之间的夹角，称为螺旋角。本拖拉机的螺旋角为(6) 螺旋方向的选择：主动小齿轮为右旋，大齿轮为左旋。2.4.3.锥齿轮啮合间隙和啮合印痕的调整 在调整轴承预紧度之后，还应进行主减速器齿轮的啮合调整。因齿面接触区和齿侧间隙的正确调整是保证正确啮合、运转平稳和延长齿轮寿命的重要条件，为此，在锥 齿轮支承的结构上应保证主、从动锥齿轮能进行轴向调整。可采用改变主减速器壳与轴承座之间的调整垫片的厚度或增减主动锥齿轮与其后轴承间的调整垫片等 方法对主动 锥齿轮做轴向调整。采用将从动锥齿轮轴承外作用两调整螺母分别旋进和旋出相同角度、主减速器壳一侧的部分调整垫片移至另一侧等方法对从动锥齿轮做轴向调整。在无负荷时，主减速器锥齿轮的齿面接触区应位于齿高的中部略偏小端。齿轮副大端处的齿侧间隙应按齿轮设计要求进行调整。2.4.4. 从动锥齿轮的止推螺栓 当从动锥齿轮的尺寸较大时，在大符合下会产生较大的变形，时齿轮的啮合状况变差。常在齿轮背面设计止推装置。止推装置由止推螺栓、锁紧螺母和装在螺栓头部的止推组成。止推快通常为青铜制造，装配时它到从动锥齿轮的间隙为0.3mm左右。2.4.5 螺旋锥齿轮几何参数的确定 图2-2 主传动齿轮的配合型式 (1) 齿高参数确定基本齿顶高系数齿顶隙系数 高度变位系数 切向变位系数 (2) 齿轮几何参数的计算计算过程和结果如下表齿数 端面模数 法向压力角中点螺旋角（名义） 传动比 分度圆直径 锥距 齿宽 工作齿高 全齿高 齿顶高 齿根高 分度锥角 齿根角 根锥角 顶锥角 顶圆直径 外锥高 2.5弧齿锥齿轮的强度计算弧齿锥齿轮的强度计算,包括弯曲强度计算与表面接触强度计算两方面。2.5.1弧齿锥齿轮的弯曲强度计算 （ 2-3 ）式中 轮齿根部分的弯曲应力（）； 轮齿大端圆周力； ; 主动小锥齿轮上的计算扭矩 ； 小锥齿轮的分度圆直径； 齿宽； 端面模数； 过载系数，与主从动部分的运转平稳性有关，对于拖拉机的齿轮可取。 取； 动载系数，与齿轮精度和节圆线速度有关，精度高时取； 尺寸系数，反映了材料性质的不均匀性，与齿轮尺寸有关，当时，可取=; 载荷分布系数，反应在齿宽上的载荷分布不均与性，它与齿轮轴上支承德刚度有关，查文献取； 许用弯曲应力，它与材料、热处理与表面处理、齿轮所需寿命、工作温度和可靠性要求等因素有关。对于拖拉机中央传动齿轮用渗谈合金钢，可取 ； 弯曲强度几何系数，综合考虑了下列因数：齿形系数、载荷作用点位置、齿轮间的载荷分配、有效齿宽、应力集中系数及惯性系数等。几种常见用格利森制弧齿锥齿轮的弯曲强度几何系数曲线图，查文献取；代入数据： 符合强度要求。2.5.2弧齿锥齿轮的表面接触强度计算 （2-4）式中 齿轮表面的接触应力（）； 有关材料弹性性质的系数，对于钢制齿轮副，取=1.0； 过载系数，可取=1.20； 动载系数，可取=1.0; 尺寸系数，当材料选择适宜、渗碳层深度与硬度符合要求时，可取=1.0； 载荷分布系数，取=； 表面质量系数，与表面光洁度、表面处理等有关，对于制造精度高的齿轮，可取=1.0； 许用表面接触应力（），它与材料、热处理和表面处理、齿轮所需寿命、工作温度和可靠性要求等因素有关。于拖拉机中央传动齿轮用渗谈合金钢，可取 =23000； 表面接触强度几何系数，综合考虑了下列因数：轮齿啮合齿面的相对曲率半径、载荷作用点的位置、齿轮间的载荷分配、有效齿轮宽及惯性系数等。几种常见用格利森制弧齿锥齿轮的弯曲强度几何系数曲线图，查文献二，取 ；代入数据：= 由此可知锥齿轮的表面接触强度符合要求。3制动器的设计3.1制动器的功用制动器的作用是使拖拉机在高速行驶中减速并迅速停车；能保证拖拉机在一定坡度的斜坡上停车而不使轮子沿坡道向下滚动；在田间作业时，操纵的一侧制动器进行单边制动以帮助拖拉机转向。3.2制动器的结构型式及选择制动器有带式、蹄式、盘式。带式有单端拉紧式、双端拉紧式和浮式三种，它的结构简单，零件少，但制动力矩小，在履带式拖拉机后桥中布置带式制动器比较方便，由于采用的是转向离合器，结构本身为带式制动器提供了现成的制动鼓。带式制动器的制动元件时制动带和制动鼓。制动带由钢带和摩擦衬面铆接而成。设计时采用单端式带式制动器。结构如下图所示： 图 3-1 单端带式制动器简图3.3 制动力矩的确定 （3-1）式中 转向阻力系数，急转弯时一般取; 驱动轮动力半径（m），= Z为驱动轮转一周所卷绕的履带板块数，t为履带板节距(m)； 履带接地长度（m）； 拖拉机轨距 （m）；代入数据由公式可得： = 3.4制动器基本参数的确定和计算带式制动器的受力情况示于下图 图3-2 带式制动器受力图制动力矩和两端的拉力关系是： （3-2）式中 制动带紧边拉力（N）; 制动带松边拉力（N）; R 制动鼓半径（m）;根据欧拉公式（式中e是自然对数的底，e=2.718,u是带、鼓间的摩擦系数，对于石棉累制动带，一般取u=0.3,是带、鼓间的包角，以弧度计算）。将其代入上式整理得： （N） （N）代入数据： =带式制动器的基本参数除了摩擦系数u外，还有制动鼓半径R、包角和制动带衬面宽b 。这些参数的选择主要取决于制动器的磨损，可用带、鼓间单位面积上的径向压力q来评价。最大的单位压力出现在带的紧边，即： （） （3-3）最大单位滑磨功率也出现在带的紧边 (3-4)式中 单位面积上的摩擦力 制动鼓的圆周速度(m/s)，履带式拖拉机按农用最高工作档时计算。 b=9 cm U=0.3 R=15.75 cm V=2.9 m/s代入数据: = （） 4 转向离合器的确定履带拖拉机靠改变两侧驱动轮的驱动力而造成转向力矩，实现拖拉机转向。在现有履带式拖拉机上，大多采用单线功率流转向机构。单线功率流转向机构根据其特点可分为转向离合器、单级行星机构、双差速器等，本拖拉机采用转向离合器来实现转向。转向离合器按摩擦片的工作条件分为干式和湿式，大多转向离合器采用多片常接合式摩擦离合器，本拖拉机选择干式、多片常接合式摩擦离合器。4.1 计算力矩的确定转向离合器计算力矩不仅取决于发动机传来的扭矩，而且还受履带与土壤附着条件的限制。 （4-1）式中 根据附着条件，一侧转向离合器所传动扭矩; 拖拉机的使用重量（N); 拖拉机的附着系数，取; 驱动轮动力半径（m）; 最终传动比; 最终传动效率; 履带驱动效率，这里取；代入数据得： 4.2 储备系数的选择系数根据经验和统计分析来选择。应考虑到拖拉机的使用工况以及作一些国内外同类型同牵引力等级拖拉机的统计计算；应考虑所采用的机构是干式还是湿式，干式的比湿式的值大。数值结构型式 干式 湿式 用途农业用工业用这里根据需要，设计时取。4.3转向离合器基本参数的确定4.3.1. 摩擦衬面的外径和内径 外径可参照现有的离合器的统计资料，按选取，查文献2表2-1，一般在之间。 摩擦面内径，和数值的最后的确定应考虑系列化 、通用化。查表取 代入数据：4.3.2. 压紧力的确定 （N） (4-2)式中 : 摩擦面对数 摩擦系数，通常干式石棉离合器按计算。代入数据有： 4.3.3磨损应算单位压力 (4-2)代入数据得： 4.3.4最大摩擦力矩确定 （4-3）式中 转向离合器最大摩擦力矩; 摩擦系数； 弹簧压紧力（N) 合力的作用半径（cm） 摩擦面对数； 摩擦面得单位压力 ； 摩擦面得内外半径（cm）。 代入数据得： 从式（4-3）可以看到，当摩擦衬面材料和摩擦衬面与钢板链接的方式确定以后，其最大摩擦力矩只与摩擦面对数及摩擦面内、外径有关。4.4主要零件和材料干式转向离合器的主要零件有主、从动鼓，主、从从动摩擦片，压紧弹簧等。4.4.1.主、从动鼓确定主、从动鼓及压盘的材料采用HT-33。 主、从动鼓大多采用渐开线齿与主、从动片链接，使其有良好的同心度。齿面粗糙度不低于3.2。如果主、从动鼓和柱、从动片的不同心度，会使机件产生附加力和摩擦片之间的相对滑移，这会引起机件轴承及摩擦片加速磨损和损坏，而且还增加功率损失。4.4.2.主、从动摩擦片确定主、从动摩擦片的钢片材料45薄钢板。硬度要求在HRC28-33。转向离合器在分离时，主、从动片摩擦面间的间隙为。从分离的彻底性来讲，增大是有利得，但增加会使后桥轴向尺寸增大引起操纵功的增加。主动片与从动片采用内啮合圆柱直齿轮，主、从动片齿轮参数分别如下： 齿轮厚度 齿形角齿高系数 顶隙系数 主、从动摩擦片齿的挤压应力计算与一般渐开线花键的挤压计算方法相同。由于从动摩擦片齿数和直径比主动摩擦片的多和大，故一般只需验算主动摩擦片的挤压应力。其许用应力为。4.4.3齿轮挤压应力验算对主动片有：分度圆直径齿顶高齿根高齿全高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚根据附着条件一侧转向离合器所传力矩计算主动片的挤压力 （4-5） 式中 代入上述数据得： 所以符合要求。 4.5压紧弹簧大多数拖拉机上均采用螺旋弹簧，螺旋弹簧大多数均布在一定得圆周上，为减小所站空间，常将大、小弹簧套在一起组成一组；为了避免小弹簧卡进打弹簧，大、小弹簧旋向应相反。为减小摩擦片损失后对弹簧力的影响，应当使弹簧尽可能软些，这由选择适当的比值来保证，履带拖拉机一般可取。4.5.1螺旋弹簧参数确定布置在圆周上的螺旋弹簧个数Z一般为6、9、12、15个。这里取Z=6。每个弹簧受力 ，分离时弹簧受力为，。此处，为分离时各片间间隙，对于多片式；弹簧刚度一般在2500-4000 N/m范围内。弹簧材料选弹簧钢丝-。大弹簧： 中经 钢丝直径 总圈数小弹簧： 中经 钢丝直径 总圈数 按验算弹簧的剪切应力： （4-6） 式中 D 弹簧中经； d_ 弹簧钢丝直径； K 弹簧的曲度系数； 对于常用的碳素弹簧钢，许用剪切应力。弹簧刚度M的计算: (4-7)式中 G 钢的剪切弹性模数； N 弹簧有效工作圈数； 增加n可以使弹簧刚度下降，操纵省力，但受结构布置和弹簧稳定性的限制。N不宜太多，一般把作为一个指标来初步确定刚度，然后求出n,弹簧总圈数N=n+(1.5-2)。代入数据对大弹簧有: 符合要求。有效工作圈数 对小弹簧代入数据： 所以符合要求。 有效工作圈数 为了防止压盘温升过高而使弹簧和压盘受热退火，常在弹簧盒压盘间装绝热垫片，或在压盘上做出十字形筋，使弹簧只和筋接触，减少受热。4.6从动盘确定从动片翘曲会