50型拖拉機(jī)驅(qū)動橋

第1章引言1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)的拖拉機(jī)工業(yè)起步于新中國成立之后，從單一的模仿到現(xiàn)在的自主設(shè)計，我們經(jīng)歷了從無到有，從小到大，從單一品種到系列品種的一步一個腳印形式的發(fā)展，在拖拉機(jī)工業(yè)方面我國已取得了長足的進(jìn)步。隨著市場上拖拉機(jī)功率的增大，四輪驅(qū)動拖拉機(jī)有了很快的發(fā)展和提高。四輪驅(qū)動拖拉機(jī)的性能好處表現(xiàn)在：有較好的牽引附著性能，較好的操縱性和機(jī)動性，較好的坡地作業(yè)穩(wěn)定性和通過性，可減輕土壤的壓實，較高的經(jīng)濟(jì)性。這導(dǎo)致了果茶大功率前驅(qū)動橋的大量需求，為了提高在水田中的牽引附著性能和通過能力，中小功率輪式拖拉機(jī)的變型在日本得到了較好的發(fā)展。伴隨著我國在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的增強(qiáng)，四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在農(nóng)機(jī)市場上得到了迅速的發(fā)展，尤其是大功率四輪驅(qū)動拖拉機(jī)大有代替兩輪驅(qū)動拖拉機(jī)的趨勢。[1]拖拉機(jī)驅(qū)動橋作為拖拉機(jī)的重要的零部件，也同樣得到了較大較好的發(fā)展趨勢和發(fā)展前景，在近幾年作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要組成部分可以獲得長足的進(jìn)步。目前來看，國內(nèi)的主要驅(qū)動橋廠商有：上海匯金汽車拖拉機(jī)零部件有限公司（主要生產(chǎn)的是51.5KW的前驅(qū)動橋）以及洛陽開創(chuàng)裝備科技有限公司（主要生產(chǎn)大中功率技術(shù)的驅(qū)動橋）。國內(nèi)的小功率驅(qū)動橋廠商則比較多，因為這些驅(qū)動橋技術(shù)要求和技術(shù)含量不高，發(fā)展較為穩(wěn)定，更容易獲得市場，門檻也較低。主要有江蘇東風(fēng)，山東煙臺的捷林達(dá)橋廠，而在常發(fā)、寧波都有自己的驅(qū)動橋廠。在歐美地區(qū)，前輪小，后輪大的前輪轉(zhuǎn)向輪式拖拉機(jī)的應(yīng)用最廣泛。在美國，主要應(yīng)用的是后輪式驅(qū)動的拖拉機(jī)，大型拖拉機(jī)采用雙排驅(qū)動輪胎，但是四輪驅(qū)動也逐漸增多，便于在后懸掛機(jī)具作業(yè)。還有的四輪驅(qū)動拖拉機(jī)應(yīng)用駕駛室偏向前方布置的方式，這種方式通常會在后部安裝一個平臺，用以安裝其他機(jī)具；還有的四輪驅(qū)動應(yīng)用了自走底盤，發(fā)動機(jī)在駕駛室下方采用臥置，這樣的安裝方式可以在駕駛室的前部和后部同時安裝機(jī)具。在美國，前后輪相同的折腰轉(zhuǎn)向四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在特大型拖拉機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用和傳播。[2]日本生產(chǎn)的MK系列的橡膠履帶拖拉機(jī)采用的是靜液壓傳動，而西方的歐美國家主要使用的是橡膠履帶拖拉機(jī)和折腰轉(zhuǎn)向履帶拖拉機(jī)。國外拖拉機(jī)普遍應(yīng)用自動化的模式，比如(1)性能監(jiān)測、顯示及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。如紐荷蘭Winner系列的Check-Panel電子系統(tǒng)、迪爾Intellitrak電子儀表系統(tǒng)、紐荷蘭8030系列的電子信息系統(tǒng)、道依茲Agrotronic-I電子駕駛操縱系統(tǒng)、福格森Autotronic系統(tǒng)和Datatronic系統(tǒng)等。這些裝置主要控制拖拉機(jī)的常規(guī)參數(shù)，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力和溫度、燃油量、電壓等的電子傳感；液晶圖形顯示及超聲光警示；也控制隨機(jī)工作性能參數(shù)，如實際行駛速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、滑轉(zhuǎn)率、動力輸出軸(PTO)轉(zhuǎn)速、作業(yè)面積、作業(yè)效率及工作時間等。另外這種裝置還有優(yōu)化駕駛操縱方案，故障診斷和報警，前驅(qū)動、差速鎖和動力輸出軸(PTO)自動控制等功能(2)液壓懸掛調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。如迪爾的Prohytronic電-液式懸掛控制系統(tǒng)、紐荷蘭的電液提升器、道依茲的Agrotronic-h電子液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，主要具有反應(yīng)靈敏度，提升下降速率，實現(xiàn)力、位、混合或浮動等方式的自動精確控制的功能。(3)變速箱及傳動系控制系統(tǒng)。如紐荷蘭8030拖拉機(jī)系列的Ultra-Command型變速箱等，可實現(xiàn)增扭器、正倒擋機(jī)構(gòu)，前驅(qū)動、差速鎖、PTO等的電-液操縱和自動控制。(4)機(jī)載計算機(jī)系統(tǒng)。如紐荷蘭“Agrtronic”機(jī)載計算機(jī)系統(tǒng)，功能是采集和處理拖拉機(jī)作業(yè)過程中的各項性能參數(shù)，從而隨時調(diào)整各項參數(shù)以使拖拉機(jī)和機(jī)具的綜合效率最佳化。這些數(shù)據(jù)包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、PTO轉(zhuǎn)速、作業(yè)行駛速度、打滑率、作業(yè)面積和油耗等。隨著國家“十二五”規(guī)劃以及節(jié)能減排的要求和規(guī)定，以后的拖拉機(jī)一定會向綠色環(huán)保以及簡化的形式發(fā)展。為了可以以少量的產(chǎn)品去滿足大部分拖拉機(jī)市場的需求，歐美各大拖拉機(jī)廠商都開始生產(chǎn)一個或者幾個系列的產(chǎn)品，根據(jù)功率等來分級，構(gòu)成系列產(chǎn)品，加大了拖拉機(jī)驅(qū)動橋的通用性。從未來發(fā)展趨勢上看，拖拉機(jī)驅(qū)動橋會向功率兩極化的方式拓展。從一方面看，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和個人承包責(zé)任制使得土地管理的模式偏向集中化，個體化。那么為了節(jié)約能耗和降低成本，大功率拖拉機(jī)是未來主要發(fā)展方向。大中型拖拉機(jī)機(jī)械效率高，可以加快農(nóng)業(yè)建設(shè)速度，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，完成機(jī)械代替人力畜力的偉大農(nóng)業(yè)機(jī)械化。從另一方面看，菜園，果園等小型精度高的農(nóng)田則需要以小功率四輪拖拉機(jī)為代表的小型拖拉機(jī)為主要農(nóng)用機(jī)。因為拖拉機(jī)的功率會向兩級化發(fā)展，作為拖拉機(jī)的驅(qū)動橋，也會向承載的功率不同的兩極化發(fā)展。目前我國的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)力求三化的發(fā)展模式，即零件標(biāo)準(zhǔn)化，部件通用化，產(chǎn)品系列化。[3]我們正在朝著三化方向和目標(biāo)去努力，力求做到某種基本的驅(qū)動橋用更換或者加減少量的零件就可以滿足不同的性能和功率要求。例如用主減速齒輪以幾種不同的主減速比形成系列就可以根據(jù)用戶的不同動力性要求為目的為拖拉機(jī)實現(xiàn)變型。同樣可以改變的還有類似制動器，多片式差速鎖等。1.2課題的目的及意義自古以來，有很多很多人試圖以機(jī)械來代替人力或者畜力進(jìn)行耕作以及從事農(nóng)業(yè)勞動。但是在19世紀(jì)歐洲進(jìn)入蒸汽時代之前，所有的努力都是半成品，無論是水力還是風(fēng)力都具有極大的局限性，因為各個地區(qū)的地貌氣候環(huán)境都不一樣，無法推廣，但是法國的阿拉巴爾特在1856年和美國的R.C.帕爾文在1873年發(fā)明了早期的蒸汽拖拉機(jī)將這一難題得到了初步的解決。作為農(nóng)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械，拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中有著不可代替的作用和意義。隨著我國的綜合國力的提升和國際地位的提高，如何將這種國家的強(qiáng)盛富強(qiáng)讓國民們切實的體會到就是一個很有目的性的課題。在國家農(nóng)業(yè)機(jī)購置補貼政策的推動下，拖拉機(jī)得到了巨大的發(fā)展空間和發(fā)展前景。而驅(qū)動橋作為拖拉機(jī)上重要的零部件之一同樣也有著重要的使用意義，作為不可或缺的一部分，拖拉機(jī)的發(fā)展就是驅(qū)動橋的發(fā)展，如何更加安全穩(wěn)定的工作，如何將來自發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩更加完美的傳遞到車輪上，盡管現(xiàn)有的技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)日常應(yīng)用，但是如何更進(jìn)一步則是每一位機(jī)械人，每一位工科人孜孜不倦的追求的目標(biāo)和努力的方向。1.3課題的研究內(nèi)容與方法伴隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的大浪潮，以及我國在“十二五”期間提出的各種總扶持農(nóng)業(yè)機(jī)械的政策，農(nóng)用拖拉機(jī)有了極為良好的發(fā)展前景。而作為經(jīng)典的50型拖拉機(jī)也有著很高的研究意義和研究價值，驅(qū)動橋是拖拉機(jī)極為重要的組成部分，同樣有著很高的研究價值。所以本次課題名為50型拖拉機(jī)驅(qū)動橋設(shè)計，其主要的研究內(nèi)容和預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是：（1）提出總體設(shè)計方案，傳動系統(tǒng)的布置，為整體的傳動機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)提出設(shè)計。（2）進(jìn)行參數(shù)分析，計算差速器，減速器的參數(shù)并確定相關(guān)設(shè)計方案，完成設(shè)計要求（3）繪制差速器與減速器的設(shè)計圖紙與驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙（4）進(jìn)行典型傳動件的強(qiáng)度校核以確保各個部件可以滿足運動要求。通過查找資料以及各種書籍，文獻(xiàn)論文等方式，查詢有關(guān)50型拖拉機(jī)的各種參數(shù)和設(shè)計方案，并參考這些方案進(jìn)行自己對于50型拖拉機(jī)的驅(qū)動橋設(shè)計，包括差速器，減速器以及傳動方案的設(shè)計形式，并利用參數(shù)計算作為輔助使其達(dá)到預(yù)期實現(xiàn)的性能和目標(biāo)。1.4課題研究計劃安排熟悉題目，收集相關(guān)資料，查閱中外文文獻(xiàn)，初步了解畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容。1-2周撰寫開題報告。3-4周提交開題報告和外文文獻(xiàn)翻譯。開始總體設(shè)計方案并論證。5-6周進(jìn)行差速器和減速器的參數(shù)計算。7-8周進(jìn)行驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計并繪制圖紙。9-10周進(jìn)行典型傳動件的強(qiáng)度校核。11-12周完成裝配圖并總結(jié)設(shè)計過程。13-15周總結(jié)并修改論文。15-17周答辯。18周1.550型拖拉機(jī)的基本參數(shù):發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速np=2000(r/min)發(fā)動機(jī)功率P=37KW拖拉機(jī)總質(zhì)量m=2100kg最大扭矩T=200N·m最大車速vmax=28.2km/h輪胎規(guī)格為11-32取扁平比為70%直徑D=11×2×25.4×70%+32×25.4=1204mm所以輪胎半徑rd=602mm最高檔傳動比igh=17.1最低檔傳動比igi=227.7

第2章減速器2.1主減速比的確定首先確定最終傳動比，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速np=2000(r/min)而車輪的轉(zhuǎn)速，最高車速為28.2KM/h車輪轉(zhuǎn)速為[3]nx=28.2×603.6×2π×0.602=124(r/min)(2主減速比可以根據(jù)傳動原理圖得出，主減速器的傳動比為nx=398=4.875(22.2主減速器齒輪計算載荷的確定按照發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和最低檔傳動比確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩TceTmax=9550Pn(2-3Tce=kdTmaxki式中，Tce為計算轉(zhuǎn)矩N·m；i0為主減速器傳動比：16.13；i1為變速器一檔傳動比：227.7；if為分動器的傳動比：1；η為發(fā)動機(jī)到萬向軸之間的傳動效率取0.92；k是變矩系數(shù)：k=1；Tmax是發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩N·m；Kd是猛接離合器所產(chǎn)生的動載系數(shù)，取Kd=1.1Tmax=176.675N·mTce=40711.64N·m按驅(qū)動輪打滑轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩Tcs=G2m式中，Tcs為計算轉(zhuǎn)矩；G2是滿載狀態(tài)下一個驅(qū)動橋上的靜載荷，查拖拉機(jī)設(shè)計手冊表得后輪載荷約為67700N；m2是汽車最大加速度時后軸的負(fù)荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，在這里取1.2；φ是輪胎與路面間的附著系數(shù)，因為是拖拉機(jī)所以取1；im是主減速器從動錐齒輪到車輪間的傳動比。這里取4.5；ηm是主減速器主動齒輪到車輪間的傳動效率，這里取0.95綜上可以得出有關(guān)Tcs=11440N·m(3)按汽車日常行駛平均轉(zhuǎn)矩確定從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩TcfTcf=Gardim式中，Tcf是計算轉(zhuǎn)矩；Ga是汽車滿載重質(zhì)量，得20580N；fR是道路滾動阻力系數(shù)，取0.02；fH是平均爬坡能力系數(shù)，取0.1；fr是拖拉機(jī)性能系數(shù)，取0Tcf=347.766N·m(4)主動錐齒輪計算轉(zhuǎn)矩為：Tz=Tci0ηG式中，在計算錐齒輪最大應(yīng)力是Tc取Tce和Tcs之間的小者，在計算錐齒疲勞壽命時Tc取Tcf；Tz是主動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩；i0是主傳動比16.13；ηG是主、從動錐齒輪的傳動效率這里取85%計算最大應(yīng)力時，計算轉(zhuǎn)矩為Tz=1050.29N·m計算錐齒輪疲勞壽命時，計算轉(zhuǎn)矩為Tz=25.36N·m2.3主減速器齒輪基本參數(shù)主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動輪的齒數(shù)z1和z2,從動錐齒輪大端分度圓直徑D2、端面模數(shù)mt、主從動錐齒輪齒面寬b1和b2、中點螺旋角β、法向壓力角α等。2.3.1主、從動錐齒輪的齒數(shù)z1和z2在選擇主、從動錐齒輪齒數(shù)時主要需要考慮一下的方面：①為了得到理想的齒面重合度和高的輪齒彎曲強(qiáng)度，主、從動齒輪數(shù)和應(yīng)該不小于40②為了磨合更加均勻，主、從動齒數(shù)之間應(yīng)該避免具有公約數(shù)。③主傳動比i0較大時，z1應(yīng)該盡量取得小一些，以便得到足夠的離地間隙。對于不同的主傳動比，z1和z2應(yīng)該有合適的搭配。綜上所述，z1=8和z2=392.3.2齒輪大端分度圓直徑D2和端面模數(shù)ms對于單級主減速器，在增大尺寸D2會影響驅(qū)動橋殼的離地間隙，減小D2又會影響跨置式主動齒輪的前支撐座的安裝空間和差速器的安裝。D2可以根據(jù)經(jīng)驗公式得出D2=KD23Te式中，KD2是直徑系數(shù)，一般取13.0~15.3，Tc是從動錐齒輪的計算轉(zhuǎn)矩，為Tce和Tcs中的較小的。結(jié)合上文Tc=14400N·m，所以D2=(13.0~15.0)314400=(316.27~372.23試選擇D2=296.4mm，所以得出ms=D2Z2=7.6mm，根據(jù)ms=用來校核ms=7.6是否合適[5]上式中Km=(0.3~0.4)得出ms=(0.3~0.4)314400=(7.29~9.73所以滿足校核2.3.3主，從動錐齒輪齒面寬b1和b2錐齒輪面太寬并不能增大齒輪的強(qiáng)度和壽命，反而會導(dǎo)致因為錐齒輪輪齒小端齒溝變窄引起的切削刀頭頂面過窄以及刀尖圓角過小，會產(chǎn)生減小齒根圓角半徑，加大了集中應(yīng)力，會降低刀具的使用壽命。除此之外，在安裝時如果有位置偏差后者制造工藝的偏差使輪齒小端在工作時產(chǎn)生集中載荷，則會引起輪齒小端過早的損壞。齒面太寬也會導(dǎo)致裝配空間減少。但是也不能過窄，齒面過窄會使輪齒表面的耐磨性和強(qiáng)度降低。[6]對于從動錐齒輪齒面寬b2，應(yīng)該不大于節(jié)錐A2的0.3倍，所以b2≤0.3A2而且b2應(yīng)該滿足b2≤10ms，那么對于拖拉機(jī)主減速器的圓弧齒輪推薦采用：b2=0.155D2=0.155一般習(xí)慣小齒輪齒面寬要略大于大齒輪，一般大10%。所以取b1=110×b2=50.6mm在這里取51mm2.3.4中點螺旋角β螺旋角沿著齒寬是變化的，輪齒大端的螺旋角最大，輪齒小端的螺旋角最小，弧齒錐齒輪副的中點螺旋角是相等的，選β的時候也要考慮它對齒面重合度ε，輪齒強(qiáng)度和軸向力大小的影響，β越大則ε越大，同時嚙合的齒越多，傳動越平穩(wěn)，噪聲越低，而且齒輪的強(qiáng)度越高，所以綜上，ε應(yīng)該不小于1.25，在1.5~2.0時的效果最好，但是β過大會導(dǎo)致軸向力增大。汽車主減速器弧齒錐齒輪的平均螺旋角為35°~40°，而商用車選用較小的β值以防止軸向力過大，通常選擇35°。在這里我們?nèi)ˇ?37°2.3.5螺旋方向主、從動錐齒輪的螺旋方向是相反的。螺旋方向與錐齒輪的旋轉(zhuǎn)方向影響其所受的軸向力的方向。當(dāng)變速器掛前進(jìn)擋時，應(yīng)該使主動錐齒輪的軸向力離開錐頂方向，這樣可使主、從動齒輪油分離的趨勢，防止輪齒因為卡死而損壞。所以主動錐齒輪旋轉(zhuǎn)左旋，從錐頂看為逆時針運動，這樣從動錐齒輪為右旋，從錐頂方向看為順時針，驅(qū)動汽車前進(jìn)。2.3.6法向壓力角α法向壓力角大一些可以增加輪齒強(qiáng)度，減少齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)。但是對于小尺寸的齒輪，壓力角大易使齒頂變尖及刀尖寬度過小，并使齒輪端面重合度下降。因此，對于小負(fù)荷工作的齒輪，一般采用小壓力角，可以使得齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。對于弧齒錐齒輪，乘用車的α一般選用14°30'或者16°，商用車的α為20°或者22°30'。對于雙曲面齒輪，乘用車為19°或者20°，商用車為20°或者22°30'。在這里我們選擇與重型貨車同樣大小的α=22.5°表2-1齒輪參數(shù)序號類型小齒輪大齒輪1齒數(shù)8392模數(shù)7.67.63齒形角20°20°4分度圓直徑60.8296.45齒高系數(shù)0.820.826徑向移距系數(shù)0.43-0.437切向移距系數(shù)0.22-0.228齒頂高9.52.9649齒全高13.89413.89410螺旋角37°37°11螺旋方向左旋右旋12分度圓弧齒厚16.5757.30113齒側(cè)間隙0.15~0.300.15~0.3014齒寬5146第3章差速器的選擇及其參數(shù)設(shè)計3.1差速器的選擇目前拖拉機(jī)上廣泛應(yīng)用的差速器為對稱錐齒輪差速器，這種差速器的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕便。因為普通的錐齒輪差速器具有結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定性好，所以在大多數(shù)普通的拖拉機(jī)上得到了極為廣泛的應(yīng)用。圖3-1對稱式差速器圖中n0是差速器殼的角速讀；n1和n2則代表了左右兩個半軸的角速度；T0是差速器殼受到的轉(zhuǎn)矩；Tr是差速器的內(nèi)部摩擦力矩；T1和T2是左右兩個半軸對差速器的反轉(zhuǎn)矩。根據(jù)運動原理可以分析出n1+n2=2n0那么根據(jù)上面的公式不慢得出，當(dāng)存在一側(cè)的半軸不轉(zhuǎn)時，另一側(cè)的半軸會用兩倍于轉(zhuǎn)速器殼體的角速度旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)差速器的殼體不轉(zhuǎn)時，左右的兩個半軸會實現(xiàn)以大小相等，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)。[8]根據(jù)力矩平衡的角度可以得出T1+T2=T0差速器的內(nèi)摩擦力矩與能接受的力矩之比稱為鎖緊系數(shù)k，通常用鎖緊系數(shù)k來表示差速器的差速性能用公式來表述則得出k=TrT0聯(lián)立式3-2和3-3可以得出T1=0.5T0設(shè)左右半軸的比值為kx=T2T1kx=1+k1?kk=查詢資料可以得出普通的錐齒輪差速器的鎖緊系數(shù)k一般在0.05至0.15之間，兩個半軸的轉(zhuǎn)矩之比kx在1.11至1.35之間，這說明左右兩個半軸之間的轉(zhuǎn)矩差距并不是很大，所以在今后的計算中默認(rèn)分配給左右兩個半軸之間的轉(zhuǎn)矩大致相等。這樣的軸荷分布對于在良好路面的行駛的拖拉機(jī)來說是十分合理的。因為對于良好的路面上來說左右車輪所受到的力基本是相同的。但是在拖拉機(jī)越野行駛時，或者是在泥濘，冰雪路面上行駛時，當(dāng)一側(cè)的驅(qū)動車輪與地面的附著系數(shù)很小時，盡管另一側(cè)車輪與地面之間有著良好的接觸和附著，但是他的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩也會因為另一側(cè)減小的附著系數(shù)同樣的減小，無法完全發(fā)揮出發(fā)動機(jī)的牽引力，導(dǎo)致越野能力變差，嚴(yán)重時還會致使拖拉機(jī)停止行駛。這次差速器的設(shè)計我選擇采用簡單錐齒輪差速器，這種差速器的鎖緊系數(shù)較小，在1.1至1.35之間。選用圓錐齒輪差速器的原因是其結(jié)構(gòu)簡單，使用安全可靠，穩(wěn)定性強(qiáng)。由于以上的優(yōu)點，圓錐齒輪差速器在拖拉機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。而為了加強(qiáng)拖拉機(jī)的行駛通過性，通常會在差速器中額外裝差速鎖。[9]圖3-2圓錐齒輪差速器3.2差速鎖的選擇差速器作為2K-H行星機(jī)構(gòu)的一種，如果要使其差速性能消失，可以將差速器的三個機(jī)構(gòu)中的任意兩個件連接，可以減少一個自由度，即可達(dá)到差速器閉鎖的作用。而這種用來閉鎖差速器的機(jī)構(gòu)稱為差速鎖。在50型拖拉機(jī)中，根據(jù)拖拉機(jī)設(shè)計手冊可知，采用手操縱齒套式差速鎖。[10]3.3直尺圓錐齒輪差速器零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)星齒輪數(shù)np參考拖拉機(jī)參數(shù)，根據(jù)估算，30KW以下的拖拉機(jī)選擇np=2，30KW以上的選擇np=4而本次課題任務(wù)要求為30KW以上所以選擇np=4(2)差速器行星齒輪背面的形狀選用大多數(shù)行星齒輪背面采用的球面形式，理由是平面不能保證行星齒輪的動調(diào)心定位，所以采用球面。(3)差速器殼結(jié)構(gòu)因為本次設(shè)計與大多數(shù)的輪式拖拉機(jī)一樣采用了圓錐齒輪差速器，它會和中央傳動的錐齒輪組成一個裝配總成，所以在確定中央傳動的大錐齒輪時也要去考慮有關(guān)差速器能否安裝的可行性。而作為差速器的外殼，也要考慮有關(guān)大錐齒輪的需要。所以大錐齒輪、行星輪架、差速器殼體之間應(yīng)該具有良好的對中。并用鉚釘或者螺栓連接起來，并且連接孔的孔位誤差不能大于0.5mm。[11]圓錐齒輪差速器又可以分成有殼式和無殼式。無殼式因為結(jié)構(gòu)簡單，但是剛度較差，他的中場傳動齒輪固定在長軸的行星架上，半軸和傳動的主動齒輪做成一體，一旦損壞，半軸齒輪與傳動齒輪一起損毀，所以目前大多數(shù)都采用有殼式錐齒輪差速器。并且上文提到過，行星齒輪數(shù)為4。所以采用4個行星輪的差速器。圖3-34個行星齒輪的圓錐差速器行星齒輪與差速殼體的接觸斷面通常做成球面，可以使端面有良好的貼合性。在行星齒輪、差速器殼、半軸齒輪之間都有防磨墊片。行星齒輪齒間會開鉆油孔，行星齒輪軸銑出儲油槽，是為了保證行星齒輪內(nèi)孔與行星齒輪軸間的潤滑。行星齒輪與行星齒輪軸的間隙約為0.1mm，一旦間隙過小，二者會膠合。所以在某些行星齒輪與行星齒輪軸間裝有襯套，或者在表面涂一些防膠合的涂料。[12]3.3.2齒形設(shè)計 因為半軸和行星齒輪之間的相對轉(zhuǎn)速很低，行星齒輪會與半軸平分作用力。所以對于傳動的平穩(wěn)性來說并不會有什么大問題，所以二者間嚙合精度和重合度可以適當(dāng)?shù)慕档?，因此，差速器齒輪可以采用短齒，大齒形角或者大嚙合角錐齒輪用來提高強(qiáng)度。3.3.3差速器錐齒輪的材料差速器錐齒輪目前常用的材料是滲碳合金，主要的類型有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo、16SiMn2WMoV。選擇滲碳合金鋼的理由是在滲碳鋼的表面可以得到含碳量較高的硬化層，可以具有相當(dāng)高的耐磨性和抗壓性。而且在內(nèi)部較軟又具有良好的韌性。所以這類材料的承受沖擊能力，表面接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都很好。所以為了改善新齒輪在早起容易出現(xiàn)的膠合、擦傷、磨損、后者咬死。錐齒輪在經(jīng)過熱處理和精加工后，在齒面進(jìn)行應(yīng)力噴丸處理，可以提高使用壽命。因為差速器的齒輪對于輪齒的精度要求比較低，所以采用精鍛差速器齒輪工藝。3.3.4差速器齒輪主要參數(shù)選擇(1)行星齒輪數(shù)上文以提到選擇np=4(2)行星齒輪球面半徑RbRb反映了差速器錐齒輪節(jié)錐距的大小和承載能力，可以根據(jù)經(jīng)驗公式來確定Rb=Kb3式中，Kb為行星齒輪球面半徑系數(shù)，Kb=2.5~3.0對于四個行星齒輪的乘用車和商務(wù)車取最小值，對于兩個行星齒輪的乘用車和商務(wù)車以及四個行星齒輪的越野車和礦用車去最大值。這里取Kb=3.0；Td為差速器計算轉(zhuǎn)矩(N·m)，Td=min[Tce，Tcs]；Rb為球面半徑(mm)行星齒輪節(jié)錐距A0A0=(0.98~0.99)Rb(3-7)(3)行星齒輪和半軸齒輪齒數(shù)z1、z2為了使齒輪有著較高的強(qiáng)度，希望選擇較大的模數(shù)，但尺寸會增大，于是又要求行星齒輪的齒數(shù)z1應(yīng)該取少些，但z1一般不少于10。半軸齒輪數(shù)z2在14~25之間選用。大多數(shù)汽車的半軸齒輪與行星齒輪的齒數(shù)之比z2/z1的比值在1.5~2.0的范圍內(nèi)。[13]為了保證四個行星齒輪能同時與兩個半軸齒輪嚙合，兩個半軸齒輪的齒數(shù)和必須能被行星齒輪數(shù)整除，否則差速齒輪不能裝配。所以這里選擇z1=10z2=16(4)行星齒輪和半軸齒輪節(jié)錐角γ1、γ行星齒輪和半軸節(jié)錐角γ1γ1=tan?1z1得出γ1=32°錐齒輪大端的端面模數(shù)m為m=2A0Z1得出m=6.4(5)分度圓直徑DD=mz(3-10)D1=64D2=102.4(6)壓力角α拖拉機(jī)差速器的處理大多數(shù)都采用壓力角為22°30′、吃高系數(shù)為0.8的齒形。最小齒數(shù)可以減少到10.并且在行星齒輪齒頂不變尖的條件下，還可以由切向休整加大半軸齒輪的齒厚，可以達(dá)到行星齒輪與半軸齒輪趨近于同等的強(qiáng)度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角為20°的少，所以可以用較大的模數(shù)來提高輪齒的強(qiáng)度，而這里選擇大多數(shù)拖拉機(jī)選擇的22.5°角。[14](7)法向側(cè)系jn查拖拉機(jī)設(shè)計手冊可得，法向側(cè)系在0.1~0.13，本次選擇jn=0.13。[15]表3-1直尺圓錐齒輪參數(shù)行星齒輪半軸齒輪齒數(shù)1016模數(shù)6.46.4齒高系數(shù)11壓力角22.5°22.5°節(jié)圓直徑64102.4節(jié)錐角32°58°齒側(cè)間隙0.130.13齒寬25.3223.4差速器齒輪強(qiáng)度計算因為差速器的結(jié)構(gòu)精密，所以有限于自身的構(gòu)造，差速器的尺寸不可能做的太大，然而差速器承受的載荷又很大，所以應(yīng)該對差速器的齒輪進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的校核計算。輪齒的彎曲應(yīng)力σω為σω=2T式中，n為行星齒輪數(shù)，n=4；J為綜合系數(shù)，經(jīng)過查表得J=0.226；b2軸齒輪齒寬，b2=22mm；T為半軸齒輪計算轉(zhuǎn)矩，N·m，T=0.6T0；Kvkskm按照主減速器齒輪強(qiáng)度計算的有關(guān)數(shù)值選取kv當(dāng)T0=minσ當(dāng)T0=σ所以齒輪強(qiáng)度的校核合格。

第4章半軸的相關(guān)參數(shù)與計算半軸的設(shè)計驅(qū)動車輪的傳動裝置位于傳動系的末端，其基本功用是接受從差速器傳來的轉(zhuǎn)矩并將其傳給車輪。對于整體式驅(qū)動橋而言，驅(qū)動車輪傳動裝置的主要零件為半軸。

半軸是在差速器與驅(qū)動輪之間傳遞動力的實心軸。其內(nèi)端與差速器的半軸齒輪（bevel

side

gear）連接，外端則與驅(qū)動輪的輪轂相連。半軸與驅(qū)動輪的輪轂在驅(qū)動橋殼上的支稱形式，決定了半軸的受力情況。4.1半軸的型式半軸的型式主要取決于半軸的支承型式。普通非斷開式驅(qū)動橋的半軸，根據(jù)其外端的支承型式或受力狀況的不同而分為半浮式、3/4浮式和全浮式三種形式。由于全浮式半軸的結(jié)構(gòu)特點和可靠性，廣泛應(yīng)用于重型載貨汽車，客車和拖拉機(jī)上，所以此設(shè)計選用全浮式。全浮式半軸簡圖如下，半軸外端和輪轂互相連接，其中輪轂被兩個圓錐滾子軸承支撐在半軸套管上。由于車路所承受的力和彎矩都會經(jīng)過輪轂和輪轂軸承，然后在傳遞給驅(qū)動橋殼。所以全浮式半軸不承受傳動系統(tǒng)的彎矩而只承受轉(zhuǎn)矩。但是在實際加工中，由于零件的加工精度或者是零件裝配精度的影響，仍然可能產(chǎn)生全浮式半軸承受一定的彎矩的可能性，但是在實際的設(shè)計計算當(dāng)中，因為彎矩太小，這里就忽略不計了。圖4-1全浮式半軸簡圖4.2半軸的設(shè)計與計算半軸的主要尺寸是它的直徑，在設(shè)計時可根據(jù)對使用條件和載荷工況相同或相近的同類汽車同型式的半軸的分析比較，大致選定從整個驅(qū)動橋的布局來看比較合適的半軸半徑，然后對它進(jìn)行強(qiáng)度計算。首先先計算半軸的載荷T=X2Lr式中，X2L、X2R為左右車輪鎖承受的縱向力；X2L=X2R為半軸所承受的縱向力；而半軸所承受的縱向力可以按照汽車的兩種工作狀態(tài)計算得到，即為下述的首先是汽車受到最大附著力時，有下述的公式X2L=X2R=m式中，G2為汽車滿載靜止在水平地面上時，驅(qū)動橋給地面的載荷，同公式2-5中的數(shù)值一樣，這里取G2=67700N；m'為汽車加速和減速時的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，因為本次設(shè)計是后驅(qū)動橋，所以取值范圍是m'=X2L=XT=21192N其次是當(dāng)按照最大附著力所計算出的縱向力的結(jié)果大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及傳動系最低檔傳動比所計算出的縱向力時，應(yīng)按照下式進(jìn)行計算，即為X2L=X2R=ε式中，ε為差速器的轉(zhuǎn)矩分配系數(shù)，對于一般的行星齒輪差速器取εTemax為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；ηΓ為傳動系統(tǒng)的效率；計算時可取ηΓ=0.9或1.0X2L=XT=24134N4.3全浮式半軸直徑的初選及強(qiáng)度校核在設(shè)計的過程中，全浮式半軸的直徑可按下列式子進(jìn)行初步的選?。篸=3T×1030.196式中，d為半軸的桿部直徑,初選為40mm；T半軸的計算載荷，N·m；τ——全浮式半軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa當(dāng)初選半軸的桿部直徑后，應(yīng)該按照結(jié)構(gòu)設(shè)計對直徑進(jìn)行調(diào)整，然后按下式計算其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ：τ=Tτ式中，τ為全浮式半軸的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，可取(490-588)MPa；τ為半軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，MPa所以校驗合格。在強(qiáng)度計算中，應(yīng)該讓所計算的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力小于許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，通常驅(qū)動橋傳動系統(tǒng)中的其他零部件的強(qiáng)度會大于半軸的強(qiáng)度，使得半軸之與驅(qū)動橋可以起到類似于“保險絲”的作用一般。

結(jié)論本次設(shè)計名為50型拖拉機(jī)的驅(qū)動橋設(shè)計，通過查閱資料，與老師探討之后，確定了本次設(shè)計需要明確的幾個目標(biāo)，