某型号拖拉机后桥的设计文档格式.docx
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bevel
gear
which
is
used
to
transport
power
at
the
condition
of
a
firm
drive
ratio,and
differential
very
important
which
contains
planet
half
belongs
different.On
talking
tractor,it
can
raise
our
country′s
agricultural
productivity
sharply.So,the
rear
have
an
large
influnce
in
way.And
it
must
be
get
enough
attention
from
country′s
scientist.
starting
point
my
solve
problem
how
we
improve
efficiency
after
has
been
tranport
from
reducer
and
gearbox
drivingwheel.It
also
said
maximall.To
improving
efficiency
key
designing
whole
tracor
design.
Key
words:
Tractor
rear
axle,driving
axle
ii
1绪
目录
论...................................................-1-
1.1引言................................................-1-
2中央传动设计..............................................-1-
2.1中央传动弧齿锥齿轮几何参数的计算....................-1-
2.1.1弧齿锥齿轮基本参数的选择.......................-2-
2.2中央传动圆锥齿轮的强度计算..........................-3-
2.2.1中央传动圆锥齿轮的计算扭矩.....................-3-
2.2.2弧齿锥齿轮的强度计算...........................-4-
3差速器设计...............................................-5-
3.1差速器的功用及其对拖拉机性能的影响..................-5-
3.2差速器和差速锁的结构................................-7-
3.3差速器主要参数的确定................................-7-
3.4差速器主要零件计算..................................-7-
4驱动桥半轴设计...........................................-8-
4.1作用在半轴上的力及力矩..............................-8-
4.2半轴的计算.........................................-11-
5最终传动的设计...........................................-14-
6总结.....................................................-14-
参考文献...............................................-14-
致谢..................................................-15-
iii
拖拉机驱动桥设计
1.1
引言
论
拖拉机的后桥是指变速器与驱动轮之间除联轴器及传动轴以外的所有传动部件和
壳体的总称。
驱动桥的主要功用:
一是将万向传动装置传来的发动机转矩通过主减速
器、差速器、半轴等传到驱动轮,并实现减速增矩;
二是通过主减速器圆锥齿轮副改
变转矩传递方向,使其与车辆进行方向相符;
三是通过差速器保证内外车轮以不同转
速实现车辆的转向。
拖拉机后桥设计主要包括以下几方面。
1.中央传动设计
2.差速器设计
3.驱动桥半轴设计
4.最终传动
2中央传动设计
中央传动是用来增加传动系的传动比,已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半轴。
对中央传动的设计要求:
1.中央传动应选择合适的传动比以满足总传动比的要求,保证拖拉机具有良好的牵引
性和经济性。
2.中央传动的结构尺寸应尽量紧凑,使后桥尺寸与重量均可减小,并保证有必要的离
间隙。
3.中央传动齿轮受载较大,要求有较高的承载能力,在结构上应保证齿轮装置有较大
的支撑刚度,以保证齿轮的正确啮合,齿轮与锥轴承的调整应可靠与方便。
2.1
中央传动弧齿锥齿轮几何参数的计算
3
d=k=51.6
=344.66mm
L=k=26.6
298
=177.67mm
m=k=0.97
=6.48mm
d
344
Z=
=
=53
Z
2
=14
3.
1
由于齿宽b不应超过
L或10m二者之中的较小值,b<59.1,b=
0.25~0.30)
K
(
Ktg
-tg
β)
L
ε=
b
-0.
式中
K=
2.1.1
弧齿锥齿轮基本参数的选择
1.大齿轮分度圆直径d2、锥距
L与端面模数
ms
的初步选择
d2、L与
均可根据从动大锥齿轮上计算扭矩M2,参考现有机型的统计数据,按下列
经验公式选择:
d2、L、ms——分别为大齿轮分度圆直径(mm)、锥距(mm)、与端面模数(mm);
kd、kL、km——分别为直径系数、锥距系数与模具系数,可查表得到数值;
M2——从动大齿轮的计算扭矩(kgf·
m),其值即为中央传动圆锥齿轮的
扭矩;
中央传动主、从动锥齿轮上的计算扭矩M,应根据下列两个条件来确定,并取两者
中的较小值:
2.齿数
Z的选择
大小齿轮的齿数,根据中央传动比
iZ,由下面公式计算得出:
iZ=3.8
6.
3.齿宽
b的选择
L,可取b=50mm。
4.法向压力角an的选择
根据经验取an=20°
。
5.螺旋角βm的选择
齿轮齿线上某点的切线与该切点节锥母线之间的夹角,称为螺旋角。
螺旋角越大,
则轮齿的纵向重合系数εb
也越大,因此可以提高运转平稳性与强度,但齿轮传动中的
轴向推力也越大,需要加强支撑。
由埃尼姆斯制弧齿锥齿轮的特性可知,当Z1≥8时,采用βm=35°
纵向重合系数εb
的验算
π
-b
2
联合以上两式,代入数值得
εb=2
大端螺旋角βe
的计算
L
m
β=sin
[L+
(DsinβL)]
π
n
1s1
s2
2
2s2
在计算弧齿锥齿轮大端齿厚参数时,需先求出大端螺旋角βe,由公式可得
D
Lm——中点锥距,Lm=L0.5b;
Dd——铣刀盘名义直径,可根据被切齿轮的锥距L与螺旋角βm
查表得出,
Dd=457.2mm
所以由以上数据得出βe=36°
螺旋锥齿轮中小齿轮为左旋,大齿轮为右旋。
6.齿高参数
弧齿锥齿轮均采用高度变位制,小齿轮用正变位,大齿轮用负变位。
应用埃尼姆斯
制弧齿锥齿轮的几何参数查表可得:
基本齿顶高系数
f0=0.82;
齿顶隙系数
C0=0.20;
工作齿高hg=1.64ms=10.62;
全
齿高h=1.84ms=11.92;
高度变位系数ξ=0.30。
7.齿厚参数
弧齿锥齿轮除高度变位外,还采用切向变位,一般小齿轮用正变位,大齿轮用负变
位。
小齿轮与大齿轮的理论分度圆断面齿厚S1
与S2,可由以下式子计算:
e
式中τ——切向变位系数。
应用埃尼姆斯制弧齿锥齿轮的几何参数查表可得:
切向变为系数τ=0.17,齿侧隙
Cn查表得Cn=0.24。
由以上两式代入数据的S1=13mm
S2=7mm
2.2
中央传动圆锥齿轮的强度计算
中央传动主、从动锥齿轮上的计算扭矩M,应根据下面两个条件来确定,并取两
者中的较小值:
2.2.1
中央传动圆锥齿轮的计算扭矩
1.根据发动机标定扭矩MeN
的条件
M1=MeN·
ibL·
ηbL
M2=
MeN·
iZ·
ηbL·
ηz
M1——主动小锥齿轮上的计算扭矩(kgf·
cm);
M2——主动大锥齿轮上的计算扭矩(kgf·
cm)
MeN——拖拉机发动机的标定扭矩(kgf·
cm)
3
i
——变速箱最低犁耕工作档时的传动比;
bL
iZ——中央传动传动比;
ηbL——变速箱最低犁耕工作档时的传动效率,可取η
工作档时,变速箱中外啮合圆柱齿轮啮合对数)。
=0.98
(n为最低犁耕
M
M=
P
1K
K
σ=
·
≤[σ]
2
P——齿轮大端圆周力,P=
;
ηz——中央传动的传动效率对于弧齿锥齿轮可取ηz=0.96。
2.根据土壤附着力矩Mφ
mη
zη
mη
q
ηmη
而
Mφ=φGrdq
Mφ——行走部分与土壤的附着力矩(kgf·
Gφ——附着重量(kg);
轮式拖拉机:
取Gφ=mQ[m为驱动轮数目;
Q为每个驱动轮轮胎的最
大载荷(kg)]。
φ——行走部分与土壤的附着系数,轮式拖拉机取φ=0.65
rdq——驱动轮的动力半径(cm);
im——最终传动的传动比;
ηm——最终传动的传动效率,取ηm=0.97
(n为最终传动中外啮合圆柱齿轮
啮合对数);
2.2.2
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。
1.弧齿锥齿轮的弯曲强度计算
bm
J
w
σw——吃根部的弯曲应力(kgf/cm
);
ms
M1——主动小锥齿轮上的计算扭矩(kgf·
d1——小锥齿轮上的分度圆直径(cm);
b——齿宽(cm);
ms——断面模数(cm);
K1——过载系数,与主从动部分的运转平稳性有关,拖拉机齿轮可取
K1=1.20~1.35,故取
K1=1.30;
K2——动载系数,与齿轮精度和节圆线速度有关,可取
K2=1.0;
4
K3
4
3
——尺寸系数,反映材料性质的不均匀性,与轮齿尺寸有关,
25
'
r
m
sm
J=·
p
C
1
C
C
σ=C≤[σ]
0.
K4——载荷分布系数,反映在齿宽上载荷分布的不均匀性,它与齿轮轴上支
承的刚度有关,查表得
K4=1.2。
[σw]——许用弯曲应力(kgf/cm2),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
轮用渗碳合金钢,取[σw]=3000(kgf/cm2)。
Jw——弯曲强度几何系数,综合考虑下列因素的影响:
齿形系数、载荷作用
点位置、轮齿间的载荷分配、有效齿宽应力集中系数及惯性系数等。
对于埃尼姆斯制弧齿锥齿轮,弯曲强度几何系数Jw有以下计算公式:
i
σ
s
2.弧齿锥齿轮的表面接触强度计算
bd
J
j
σj——齿轮表面的接触应力(kgf/cm
);
C0——有关材料弹性性质的系数,对于钢制齿轮副取C0=743kgf
/cm;
C1——过载系数,可取C1=
K1=1.20~1.35=1.3;
C2——动载系数,可取C2=
C3——尺寸系数,材料选择适宜且渗碳层深度与硬度符合要求时可取
C3=1.0;
C4——载荷分布系数,可取C4=
K4=1.2
C5——表面质量系数,与表面光洁度和表面处理有关,对于制造精度高的齿
轮可取C5=1.0;
[σj]——许用接触应力(kgf/cm
),它与材料、热处理与表面处理、齿轮所
轮用渗碳合金钢,可取[σj]=23000
kgf/cm
Jj——表面接触强度几何系数
3差速器设计
3.1
差速器的功用及其对拖拉机性能的影响
差速器的功用是根据拖拉机的行驶需要,在传递力的同时,使内、外侧驱动轮
能以不同的转速旋转,以便车辆转弯或适应由于轮胎及路面差异而造成的内外侧驱
动轮转速差。
两侧轮之间的差速器称为轮间差速器,在前后驱动桥之间或各驱动桥之间叫轴
5
Z
ω=ωωx
ω=ω+ωx
间差速器用以消除功率循环现象。
现在广泛采用对称式圆锥齿轮差速器,如图所示,其左右半轴的齿数和模数都
相等。
这种差速器的运动学特性是:
ω1+ω2=2ω0
1、2
半轴齿轮
3.行星齿轮
4.行星齿轮轴
5.差速器壳体
6.主减速器从动齿轮
ω
、ω1、ω2——差速器壳慢速半轴和快速半轴的角速度
ωx——行星自转角速度
Zx、Zb—
—行星轮和半轴齿轮齿数。
这种差速器的运动特性是:
不差速时
M1=M2=0.5M
0
差速时
M1=0.5(M0+M
M=0.5(MM
m)
)
2
m
M
M
M0、M1、M2——差速器壳、慢速半轴和快速半轴上的扭矩;
Mm——差速器内摩擦力矩。
的大小直接影响差速时扭矩在两个半轴上的分配,通常用扭矩分配系数(ε
=
)锁紧系数K=
)示两侧扭矩相差的程度。
普通差速器中ε约为0.55,
在强度计算中则可近似认为扭矩等分给左、右两轴。
普通差速器平分扭矩这个特点对拖拉机的牵引附着性能是不利的。
当左右驱动轮
的附着条件不同时,即使一侧车轮的附着条件很好,其所传扭矩的最大值也只能等于
附着条件不好的那一侧的扭矩而不能更大,因此在拖拉机上普遍装有差速锁,当一侧
车轮打滑时,是差速锁接合就能两轮各按本身的附着条件发挥驱动力,这样就能充分
利用附着好的一侧的附着力。
6
3.2
差速器和差速锁的结构
简单差速器可以分为开式和闭式两种。
本设计中采用开式差速器。
开式差速器没有壳体,结构比较简
单,半轴齿轮和最终传动小齿轮制成一体,但需用较多合金钢,而当最终传动小齿轮
损坏时,半轴齿轮也要更换。
开式差速器只能用在内置式最终传动中。
由于半轴齿轮
的内孔中装有粗大的中央传动从动轴,因此差速器齿轮尺寸一般比闭式的大。
本设计中的拖拉机差速锁的布置方式是通过附加轴将两驱动轴相连。
如图所示
fbD
(
3.3
差速器主要参数的确定
差速器的承载能力主要取决于齿轮强度和行星齿轮与轴之间的挤压应力。
(1)行星齿轮个数n
由于所设计拖拉机为开式差速器且为小马力,故n取2。
(2)半轴齿轮大端分度圆直径Dfb
Mj——差速器壳上的计算扭矩(kgf·
m),铁牛—55上Mj=298;
KD——直径系数,查表可得
KD=29.5
由以上数据可计算得
Dfb=156(mm)
(3)齿数选择行星齿轮齿数Zx
一般为
10~12,取Zx=13;
半轴齿轮齿数Zb
一
般为16~22但在开式差速器中
Zb
取24。
(4)大端模数
m=
Dfb/Zb=156/24=6.5。
(5)齿宽b=(0.25~0.30)L,L=0.5m
Z
χ+Z
。
因而半轴齿轮齿宽b=0.3L=27;
行星齿轮齿宽
30.2。
(6)齿形由于国产拖拉机差速器齿轮的刀具角为
20°
和22.5°
两种,因而齿
形角a0=20°
,啮合角a=20°
(8)差速器齿轮的材料是20GrMnTi
3.4
差速器主要零件计算
(1)齿轮强度
由于差速器齿轮极少出现点蚀破坏,此一般只计算齿的弯曲强度而不计算接触强
7
轮重合度系数小,且制造精度较低,因此按齿顶啮合时承受全部力计算,σ=
,
290000
故σ=
=3657kgf/cm
(
)
度。
可把行星齿轮作为一个直径等于其平均直径的当量圆柱齿轮计算,由于差速器齿
bmY
齿形系数Y=0.4,
30
´
6.
0.
64
因为弯曲应力一般在2500~4000
间,
所以所选数据满足要求。
(2)行星轮和轴之间的挤压应力σc
nD
b
bd
Dmb——半轴齿轮平均直径;
d、b——行星轮内孔的直径和宽度。
由以上各式计算得σc=227
<
350
所以满足实际要求的需要,合乎要求。
行星轮轴的材料是40Gr,差速器壳的材料是ZG40。
4驱动桥半轴设计
Mdi
η
P=
4.1
作用在半轴上的力及力矩
轮式拖拉机行驶时,在车轮上作用着各种不同的力。
这些力的大小随着拖拉机的工
作条件的不同而不同。
根据分析可得行驶时作用在车轮及后桥上的力,如上图即为车
轮上的受力分布图。
1.产生于拖拉机前进和后退是的切线牵引力
Pk,Pk
的最大值可按下面这个式子进行计
算:
8
η
i0——主传动器传动比(包括中央传动和最终传动);
m——传动系机械效率;
r
k
——车轮滚动半径;
ik——变速箱传动比;
ik1——变速箱一档传动比,ik1
=3.92;
max
——发动机额定扭矩,其值查资料得75.74kgf·
m。
计算时传动效率η
可取1。
此时作用在每一个车轮上的力为:
i
P=
max
k
0
=181N
0.7
=126N
=90N
由于差速器中有摩擦存在,作用于半轴的扭矩可能大于传给差速器外壳扭矩的一
半,因此计算半轴的力取为:
由于在差速器上有锁紧装置差速锁,所以半轴应按总扭矩Mk
计
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- 型号 拖拉机 后桥 设计