本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題題 目：目： 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì)插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院：院： 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)械制造及其自動(dòng)化（機(jī)械制造及其自動(dòng)化（4）班）班 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2013 年 05 月 19 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 浙浙 江江 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 畢業(yè)論文誠(chéng)信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所寫(xiě)的畢業(yè)論文，凡引用他人的研究成果 均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。論文主體均由本人獨(dú)立完成，沒(méi)有 抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違 反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 2 摘摘 要要 隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械化生產(chǎn)顯得越來(lái)越重要。因?yàn)樵谶@個(gè)年代生產(chǎn) 效率對(duì)我們的日常生活尤為重要。每個(gè)人都需要食物。插秧機(jī)就在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 扮演重要角色。作為插秧機(jī)中的一部分，變速器起到控制其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的作用。 通過(guò)對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有插秧機(jī)變速箱的調(diào)查研究，我發(fā)現(xiàn)一些插秧機(jī)的變速箱在可靠 性方面欠佳，還有的在機(jī)器操縱方面顯得比較繁瑣。面對(duì)這種情況，我找到一 些可以解決這些問(wèn)題的措施。所以本篇論文主要針對(duì)插秧機(jī)的變速箱進(jìn)行設(shè)計(jì)。 論文包括插秧機(jī)變速箱的背景，變速箱的功能，以及變速箱的設(shè)計(jì)計(jì)算等方面。 設(shè)計(jì)方面主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及箱體的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中 主要應(yīng)用 PRO/E5.0 和 CAD2008 工程制圖軟件。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：插秧機(jī)；變速箱；傳動(dòng)系統(tǒng)；操縱系統(tǒng) 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 Abstract With the development of the argucultural technology, the mechanized production become more and more significant. Because the production efficiency is very vital for our daily life. Everybody needs food. And the rice transplanter play an important role in the argucultural production. As a part of rice transplanter, the gearbox control its form of exercise. According to the study of the market, I find some problem of prevelant gearbox of rice transplanter. Such as the control system is lack of reliability, the machine operation is not very convenient and so on. So face to the phynomenon, I take some measures to treat revelant problems. So this dissertation mainly introduct the design of gearbox. It include the background of gearbox of rice transplanter, the function of gearbox and the calculations about the design of gearbox of rice transplanter. And design of gearbox mainly include the design of transmission system, the design of control and the design of box. This design rely on PROEWildfire 5.0 and AutoCAD 2008. Key words: rice transplanter; gearbox; transmission system; control ststem 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 4 目 錄 摘摘 要要 ABSTRACTABSTRACT 第一章 緒 論 6 1.1 引言 6 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)6 1.2.1 國(guó)內(nèi)插秧機(jī)研究狀況6 1.2.2 日本插秧機(jī)研究狀況7 1.3 高速插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 7 1.4 高速插秧機(jī)中常用的幾種變速方式 9 1.5 課題研究目的及意義.10 1.6 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.10 第二章 傳動(dòng)方案的確定 .11 2.1 高速插秧機(jī)傳動(dòng)關(guān)系 .11 2.2 機(jī)械式變速器傳動(dòng)方案.11 第三章 基本參數(shù)的確定與計(jì)算 .13 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)額定參數(shù).13 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3.2 傳動(dòng)比的確定.13 3.3 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)運(yùn)算.13 3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速.13 3.3.2 各軸功率.13 3.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩.14 3.4 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算.14 3.4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算低速級(jí)齒輪參數(shù) .14 3.4.2 其他齒輪參數(shù).18 3.5 直齒圓柱齒輪的受力計(jì)算.19 第四章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .20 4.1 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.20 4.1.1 估算軸的直徑 .20 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .20 4.1.3 花鍵類(lèi)型的選取.21 4.1.4 軸承類(lèi)型的選取.21 4.1.5 具體長(zhǎng)度的選取.21 4.2 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.22 4.2.1 估算軸的直徑 .22 4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .22 4.2.3 具體長(zhǎng)度的選取 .23 4.3 惰輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算.24 4.3.1 估算軸的直徑 .24 4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).24 4.3.3 具體長(zhǎng)度的選取.25 4.4 輸出軸的強(qiáng)度校核及軸承壽命校核.25 4.4.1 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核.25 4.4.2 對(duì)軸端軸承進(jìn)行壽命校核.26 4.5 惰輪軸的強(qiáng)度校核及軸承壽命校核.27 4.5.1 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核.27 4.5.2 對(duì)軸端軸承進(jìn)行壽命校核.28 第五章 離合器的選用和裝配 .30 5.1 離合器的選用.30 5.2 摩擦片式離合器簡(jiǎn)介.30 5.3 摩擦片式離合器原理.30 5.5 摩擦片式離合器裝配主要結(jié)構(gòu).32 第六章 操縱系統(tǒng)及箱體相關(guān)設(shè)計(jì) .33 6.1 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容.33 6.2 操縱系統(tǒng)相關(guān)裝配.33 6.3 箱體的加工及實(shí)物圖.33 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 6 第七章 總結(jié)與展望 .35 7.1 論文總結(jié) .35 7.2 進(jìn)一步工作展望 .35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 38 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第一章 緒 論 1.1 引言 我國(guó)是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)，水稻的產(chǎn)量在我國(guó)的糧食作物中最高，比世界稻 谷單產(chǎn)的平均值還要高出一倍多，是我國(guó)的主要的糧食作物。由此可見(jiàn)，水稻 在我國(guó)的糧食生產(chǎn)中占有十分重要的地位。水稻一般要在特定季節(jié)里生產(chǎn)，同 時(shí)育秧移栽、灌溉等生產(chǎn)技術(shù)較為復(fù)雜，采用傳統(tǒng)人工種植方式的勞動(dòng)強(qiáng)度很 大，由于水稻種植技術(shù)在水稻生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的作用舉足輕重，多年以來(lái)，我國(guó)大 部分從事水稻生產(chǎn)的農(nóng)村地區(qū)一直沿用人工插秧的勞作方式，由于技術(shù)落后、 效率低，廣大農(nóng)民朋友迫切需要早日擺脫這種繁重的體力勞動(dòng)1。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 國(guó)內(nèi)插秧機(jī)研究狀況 我國(guó)的插秧機(jī)行業(yè)是伴隨著國(guó)家農(nóng)機(jī)化的進(jìn)程而發(fā)展的，我國(guó)從 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始研究水稻插秧機(jī)，是最早從事水稻插秧機(jī)研究和生產(chǎn)的國(guó)家之一。 我國(guó)水稻插秧機(jī)的研究歷史大致可以劃分為四個(gè)階段2： 1）人力水稻插秧機(jī)：這是在 1956 年研制的一款基于梳齒縱拉分秧原理的 試驗(yàn)樣機(jī)，它在隨后的田間試驗(yàn)中驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)械化的可能性。 2）機(jī)動(dòng)水稻插秧機(jī)：這一類(lèi)插秧機(jī)上應(yīng)用了我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的轉(zhuǎn)臂滑道分插機(jī)構(gòu) 技術(shù)，它的成功研制使我國(guó)的插秧機(jī)進(jìn)入了專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)階段，但是這類(lèi)機(jī)型也 具有機(jī)構(gòu)復(fù)雜、取秧可靠性差、插秧質(zhì)量不高等缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步改進(jìn)。 3）2ZT 系列機(jī)動(dòng)插秧機(jī)：這是我國(guó)在 2Z 系列插秧機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)日本 曲柄搖桿式分插機(jī)構(gòu)，研制出的一款新機(jī)型，插秧頻率高達(dá) 263 次/分鐘，在 栽插帶土中、小苗方面的效果較為理想3。 4）高速水稻插秧機(jī)：20 世紀(jì) 90 年代，國(guó)內(nèi)一些知名高校、科研院所和農(nóng) 機(jī)企業(yè)開(kāi)始著手研發(fā)高速水稻插秧機(jī)上的一些關(guān)鍵部件，由于技術(shù)水平限制， 當(dāng)時(shí)還主要是對(duì)整機(jī)進(jìn)行仿制，目前我國(guó)部分企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出自主品牌的高速 水稻插秧機(jī)，但與日本、韓國(guó)相比，在關(guān)鍵技術(shù)方面還有很大差距，在今后一 段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)的科研人員在高速水稻插秧機(jī)的研發(fā)方面任重而道遠(yuǎn)。 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 8 1.2.2 日本插秧機(jī)研究狀況 日本水稻插秧機(jī)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先水平，早在 19 世紀(jì) 50 年代，日 本國(guó)內(nèi)就零零散散的對(duì)水稻插秧機(jī)進(jìn)行了研究，并在 19 世紀(jì)末頒布了插秧機(jī) 技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)利。在 20 世紀(jì) 50 年代日本國(guó)內(nèi)對(duì)水稻插秧機(jī)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行 了集中的整理和研究，到 1990 年時(shí)，日本的機(jī)械插秧面積在水稻種植面積中 所占比例就已經(jīng)高達(dá) 98.4%。韓國(guó)雖然起步較晚，但由于引進(jìn)了日本的先進(jìn) 技術(shù)，發(fā)展迅猛，水稻插秧機(jī)械化程度較高，到 1996 年時(shí)韓國(guó)的機(jī)插面積就 已經(jīng)占到整個(gè)水稻種植面積的 97%?，F(xiàn)在以日本為例，簡(jiǎn)單的介紹一下國(guó)外 水稻插秧機(jī)的發(fā)展歷程，日本在這方面的研究大致可以分為以下三個(gè)階段4： 1）步行式插秧機(jī)：20 世紀(jì) 50 年代，日本研制出了以久保田 SPS-28 型插 秧機(jī)為代表的步行式插秧機(jī)，該類(lèi)插秧機(jī)采用曲柄連桿式分插機(jī)構(gòu)，插秧頻 率可以達(dá)到 200 次/min,極大的提高了插秧效率，但由于沒(méi)有推秧裝置，插秧 質(zhì)量較低5。 2）機(jī)動(dòng)式插秧機(jī)：20 世紀(jì) 70 年代，日本研制出了曲柄搖桿式的分插機(jī)構(gòu)， 采用液壓仿形機(jī)構(gòu)的推秧裝置，并應(yīng)用了最新的材料和工藝，有效地減輕了 機(jī)器的振動(dòng)、增加了插秧的可靠性，使得插秧頻率達(dá)到 270 次/min，但是機(jī) 構(gòu)較為復(fù)雜，加工制造要求高，而且有時(shí)會(huì)出現(xiàn)分秧不均的缺陷。 3）高速插秧機(jī)：20 世紀(jì) 80 年代中期，日本成功研制出了對(duì)稱(chēng)布置的行星 齒輪式分插機(jī)構(gòu)，該類(lèi)分插機(jī)構(gòu)具有性能穩(wěn)定可靠、振動(dòng)小等特點(diǎn)，并且插 秧質(zhì)量較好，采用對(duì)稱(chēng)式結(jié)構(gòu)使得栽植臂的驅(qū)動(dòng)軸每旋轉(zhuǎn)一周可以插秧兩次， 極大地提高了插秧效率，據(jù)實(shí)驗(yàn)記載，該機(jī)構(gòu)的分插頻率能達(dá)到 350-440 次 /min，在當(dāng)時(shí)，這種成果在水稻插秧機(jī)高速化方面的研究取得了突破性的進(jìn) 步。 時(shí)至今日，日本依然在高速水稻插秧機(jī)的研制技術(shù)方面領(lǐng)先于世界，日本國(guó)內(nèi)的久保田、 井關(guān)、洋馬等農(nóng)機(jī)企業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)龐大、經(jīng)驗(yàn)豐富，他們研制出的高速插秧機(jī)性能穩(wěn)定 可靠、行駛機(jī)動(dòng)靈活、插秧效果好，并且乘坐舒適、操縱方便，深受廣大農(nóng)戶(hù)的好評(píng)6。 1.3 高速插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 高速插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是集機(jī)、電、液一體的技術(shù)組合，一臺(tái)性能優(yōu)越 的高速插秧機(jī)不僅要在結(jié)構(gòu)、功能方面滿(mǎn)足要求，保證易操作且插秧性能穩(wěn)定 可靠，同樣在整機(jī)的外觀設(shè)計(jì)上也應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)代美學(xué)的要求，這樣才能在同類(lèi)品 牌中脫穎而出，占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)功能方面的高品質(zhì)始終是高 速插秧機(jī)在研發(fā)過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，要加以重視。高速插秧機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)布 局圖如圖 1-1 所示7： 1.1.預(yù)備載苗架預(yù)備載苗架 2.2.插秧機(jī)面罩插秧機(jī)面罩 3.3.方向盤(pán)方向盤(pán) 4.4.變速系統(tǒng)變速系統(tǒng) 5.5.駕駛座駕駛座 6.6.操縱機(jī)構(gòu)操縱機(jī)構(gòu) 7.7.機(jī)架部分機(jī)架部分 8.8.液壓升降裝置液壓升降裝置 9.9.苗架苗架 10.10.插值鏈輪箱插值鏈輪箱 11.11.浮板浮板 12.12.栽植臂栽植臂 13.13.前橋及前輪前橋及前輪 14.14.發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 15.15.后橋及后輪后橋及后輪 圖圖 1-11-1 高速插秧機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖高速插秧機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖 高速插秧機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、插值系統(tǒng)、行走 裝置、液壓轉(zhuǎn)向裝置、操縱機(jī)構(gòu)、拉鎖電裝、面罩、機(jī)架、浮板、苗架等部分 組成。其中最為核心的技術(shù)是插值系統(tǒng)部分，作為高速插秧機(jī)的關(guān)鍵部件，它 決定著插秧的效果和質(zhì)量，為此，國(guó)內(nèi)外但凡與高速插秧機(jī)研究相關(guān)的課題， 大多數(shù)與插值系統(tǒng)有關(guān)，而對(duì)高速插秧機(jī)中其它結(jié)構(gòu)部分的研究資料卻很少。 在高速插秧機(jī)的研發(fā)過(guò)程中，除了插值系統(tǒng)以外，其傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也頗 具難度，高速插秧機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由變速系統(tǒng)、插值變速器、前輪和后輪等 部分組成，通過(guò)變速系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力分配到高速插秧機(jī)的插值變速器、前 輪、后輪等部分，保證整臺(tái)機(jī)器在田能夠穩(wěn)定的工作8。 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 10 高速插秧機(jī)的液壓系統(tǒng)主要包括齒輪泵、液壓轉(zhuǎn)向裝置以及液壓升降裝置 等部分，在整臺(tái)插秧機(jī)實(shí)現(xiàn)功能性的過(guò)程中具有重要的作用。 高速插秧機(jī)的插值系統(tǒng)主要由插值鏈輪箱、栽植臂等部分組成，其中栽植 臂的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在實(shí)際插秧時(shí)，栽植臂按照既定的軌跡完成插秧動(dòng)作，將秧苗 插入田中，因此其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的軌跡曲線決定著插秧的實(shí)際效果。 拉鎖電裝、機(jī)架、浮板、苗架等裝置，對(duì)于高速插秧機(jī)實(shí)現(xiàn)某些特定的功能起著很重 要的輔助作用。 1.4 高速插秧機(jī)中常用的幾種變速方式 高速插秧機(jī)主要有三種變速方式，分別采用機(jī)械式組合變速器、HST 式組 合變速器和 HMT 式組合變速器，這三種變速器各自的功能特點(diǎn)如下： 1)機(jī)械式組合變速器 機(jī)械式變速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、傳動(dòng)效率高、制造成本低，比其他 類(lèi)型的變速器歷史悠久、技術(shù)更為成熟，主要由齒輪機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)軸和操縱機(jī)構(gòu) 等部分組成，有些機(jī)械式變速器中還有離合器，在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用比較廣泛。機(jī) 械式變速器在工作中對(duì)環(huán)境變化和污染程度的反應(yīng)比較遲鈍，不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的 過(guò)大變化而影響整機(jī)的功能特性。相對(duì)而言，機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和 裝配難度較大，通常比較巧妙。對(duì)于本文中高速插秧機(jī)所采用的三軸式機(jī)械式 變速器，檔位主要由 3 個(gè)前進(jìn)擋、1 個(gè)倒檔和 1 個(gè)空擋組成，操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié) 構(gòu)巧妙，機(jī)械傳遞效率高達(dá) 90%以上。 2)HST 式組合變速器 靜液壓無(wú)極變速器（Hydraulic Stepless Transmission,簡(jiǎn)稱(chēng) HST）也叫液壓 變速箱，主要是由柱塞馬達(dá)、柱塞泵、殼體以及操縱機(jī)構(gòu)等組合而成的一種液 壓裝置。它的作用主要是在整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中承擔(dān)變速器的全部或者部分調(diào)速 功能。由于 HST 系統(tǒng)具有很好的制動(dòng)性能，它的操縱機(jī)構(gòu)沒(méi)有機(jī)械式變速器那 么復(fù)雜，并且與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性較好，可以很容易的匹配不同規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)。 泵和馬達(dá)作為 HST 的關(guān)鍵部件，傳遞總效率卻只有 80%左右，遠(yuǎn)低于機(jī)械式變 速器，這限制了它的應(yīng)用范圍9。HST 在一些要求操縱簡(jiǎn)單、對(duì)油耗不敏感的 小型機(jī)械上使用的較多。目前，在日本的井關(guān)農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)的高速插秧機(jī)中通 常使用 HST 和主變速器組合而成的變速系統(tǒng)，這使高速機(jī)的操縱方便，作業(yè)效 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 率較高。 3)HMT 式組合變速器 液壓機(jī)械無(wú)極變速器（Hydraulic Mechanical Transmission，簡(jiǎn)稱(chēng) HMT） ，是 一種兼顧機(jī)械傳遞的高效性和液壓傳動(dòng)的操控性的一種變速器，它可以實(shí)現(xiàn)無(wú) 極變速，通常應(yīng)用于需要傳遞較大功率的場(chǎng)合，其中液壓傳遞部分大約占 30%，其余 70%的功率通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)10，在日本洋馬公司生產(chǎn)的高速插秧機(jī) 應(yīng)用較多。如圖 1.5 所示為 HMT 的工作原理簡(jiǎn)圖，HMT 一般與發(fā)動(dòng)機(jī)之間通 過(guò)帶傳動(dòng)的方式得到大力，主要由由變量馬達(dá)、變量泵以及行星差速器等部分 組合而成，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)和液壓回路的分流方式將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力匯集在行星差 速器中，通過(guò)行星差速器將所得動(dòng)力匯合輸出。在工作時(shí)，HMT 通過(guò)操縱裝置 來(lái)控制變量泵的排量，進(jìn)而改變行星差速器中行星架的速度大小和旋轉(zhuǎn)方向， 實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)前進(jìn)、停車(chē)的功能。一般通過(guò)這種傳動(dòng)方式可以得到機(jī)械-液壓并聯(lián) 傳動(dòng)、機(jī)械擋、直接擋、純液壓傳動(dòng)等幾種不同的工作模式，其傳遞效率比液 壓傳動(dòng)的高，但低于機(jī)械傳動(dòng)效率，可以達(dá)到 85%以上。由于 HMT 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 生產(chǎn)成本高，需要設(shè)置倒檔，因此操作相對(duì)復(fù)雜。 1.5 課題研究目的及意義 高速水稻插秧的變速器是其底盤(pán)的一個(gè)重要裝置，目前日本進(jìn)入我國(guó)的高 速插秧機(jī)均為靜液壓無(wú)級(jí)變速裝置，價(jià)格高、其機(jī)械效率也比較低。為了提高 插秧機(jī)的傳動(dòng)效率、降低高速插秧的價(jià)格，市場(chǎng)上急需一種有級(jí)變速裝置。 1.6 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 1）水稻機(jī)械化插秧的意義及發(fā)展 2）插秧機(jī)機(jī)械有級(jí)變速器方案設(shè)計(jì)； 2）插秧機(jī)機(jī)械有級(jí)變速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3）完成二維、三維圖紙； 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 12 第二章 傳動(dòng)方案的確定 2.1 高速插秧機(jī)傳動(dòng)關(guān)系 圖 2-1 傳動(dòng)關(guān)系簡(jiǎn)圖 此設(shè)計(jì)主要針對(duì)中間機(jī)械式變速器進(jìn)行。由圖 2-1 不難看出，此變速器 含一個(gè)動(dòng)力輸入，倆個(gè)動(dòng)力輸出，動(dòng)力輸入由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶輪來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中 一個(gè)輸出給主變速器動(dòng)力，另一個(gè)給液壓齒輪泵提供動(dòng)力。 2.2 機(jī)械式變速器傳動(dòng)方案 按照實(shí)際工作的需求，要求此變速箱提供三個(gè)前進(jìn)檔，一個(gè)倒退檔，一 個(gè)空擋，并且需要一個(gè)直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的輸出軸為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。為 了保證動(dòng)力傳遞的可變性，需要有離合器參與，來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力隨時(shí)的中斷與持 續(xù)。為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，變速箱體積較小，操作簡(jiǎn)單方便以及可靠性和經(jīng)濟(jì) 性要求，決定采用滑移齒輪的方式實(shí)現(xiàn)定值傳動(dòng)比變速11。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 2-2 整體傳動(dòng)方案 圖 2-3 惰輪軸傳動(dòng)方案 如圖 2-2、2-3 所示： 三個(gè)前進(jìn)檔：1、當(dāng)齒輪 1 和齒輪 6 嚙合實(shí)現(xiàn)一檔變速。 2、當(dāng)齒輪 2 和齒輪 7 嚙合實(shí)現(xiàn)二檔變速。 3、當(dāng)齒輪 3 和齒輪 8 嚙合實(shí)現(xiàn)三檔變速。 一個(gè)倒退檔：當(dāng)齒輪 4、惰輪 5 和齒輪 9 嚙合實(shí)現(xiàn)倒檔。 一個(gè)空擋：當(dāng)撥叉移動(dòng)滑移齒輪不與輸入軸齒輪嚙合則為空檔狀態(tài)。 注：輸入軸的齒輪均是空套在軸上，當(dāng)離合器工作時(shí)，輸入軸轉(zhuǎn)速傳遞給離 合器，由離合器內(nèi)花鍵將動(dòng)力傳遞給輸入軸上的齒輪，輸入軸成為常轉(zhuǎn)軸 （輸入軸上有花鍵與離合器相連，輸出軸為花鍵軸） 。根據(jù)受力分析和經(jīng)驗(yàn)， 采取上圖惰輪布置方式。 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 14 第三章 基本參數(shù)的確定與計(jì)算 3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)額定參數(shù) 3.2 傳動(dòng)比的確定 該變速箱根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要高速，中速，低速三個(gè)前進(jìn)檔變速。由經(jīng) 驗(yàn)和工況需要確定傳動(dòng)比，高速級(jí)傳動(dòng)比為 1.2，中速級(jí)傳動(dòng)比為 1.5，低 速級(jí)傳動(dòng)比為 3。倒退檔總傳動(dòng)比為 2.7，惰輪軸分配傳動(dòng)比為 1，輸出軸 分配傳動(dòng)比為 2.7。 3.3 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)運(yùn)算 3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 輸入軸： min/3000 1 rnn m 輸出軸（高速級(jí)）： r/min2500 2 . 1 3000 1 1 2 i n n 輸出軸（中速級(jí)）： r/min2000 5 . 1 3000 2 1 3 i n n 輸出軸（低速級(jí)）: min/1000 3 3000 3 1 4 r i n n 惰輪軸: min/3000 1 3000 4 1 5 r i n n 輸出軸（倒檔）： min/11.1111 7 . 2 3000 5 5 6 r i n n 3.3.2 各軸功率 輸入軸： kW246.1599 . 0 4 . 15 d1 聯(lián) PP 輸出軸（前進(jìn)）：kW641.147.909.90246.15 12 齒軸承 PP 惰輪軸： kW641.147.909.90246.15 13 齒軸承 PP 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 輸出軸（倒退）：kW059.147.909.90641.14 34 齒軸承 PP 3.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩 電機(jī)軸： mN023.49 3000 4 . 15 95509550 0 0 d n P T 輸入軸： mN533.48 3000 246.15 95509550 1 1 1 n P T 輸出軸（高速級(jí)）： mN93.55 2500 641.14 95509550 2 2 2 n P T 輸出軸（中速級(jí)）： mN91.69 2000 641.14 95509550 3 2 3 n P T 輸出軸（低速級(jí)）: mN82.139 1000 641.14 95509550 4 2 4 n P T 惰輪軸: mN61.46 3000 641.14 95509550 5 3 5 n P T 輸出軸（倒檔）： mN15.121 11.1111 059.14 95509550 6 4 6 n P T 3.4 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 設(shè)計(jì)計(jì)算低速級(jí)齒輪參數(shù) 1、選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）如圖所示的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2）變速箱一般選用 7 級(jí)精度 3）材料選擇。一般選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 4）選小齒輪齒數(shù)為 17，大齒輪齒數(shù)為 62。 2、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 3 2 H HE d 1 1 12 ZZZZ u uKT d （1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 16 1）試選載荷系數(shù) K=1.3. 2）小齒輪轉(zhuǎn)矩MNT53.48 1 3）選取齒寬系數(shù)為 0.2。 4）查得材料的彈性影響系數(shù)MPaZe8 .189 5）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒MPa H 600 1lim 輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。MPa H 550 2lim 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 10 11 10296 . 1 153008230006060 h jLnN 10 10 2 10356 . 0 64 . 3 10296 . 1 N 7）取接觸疲勞壽命系數(shù)，9 . 0 1 HN K95 . 0 2 HN K 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 MPa S KHN H 540 1lim1 1 MPa S KHN H 5 . 522 2lim2 2 （2） 計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑 t d1 = 3 2 H HE d 1 1 12 ZZZZ u uKT d mm 5 . 43 5 . 522 8 . 189 2 13 2 . 0 108 . 43 . 1 3 2 4 2）計(jì)算圓周速度 v sm nd v t /83 . 6 60000 3000 5 . 43 100060 11 3）計(jì)算齒寬 b 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 mmdb td 7 . 8 5 . 432 . 0 1 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù)mm z d m t 55217/ 5 . 43 1 1 1 齒高mmmh74 . 5 25 . 2 58 . 7 74 . 5 5 . 43 h b 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)，7 級(jí)精度。查得動(dòng)載系數(shù)，直齒輪，smv/83 . 6 2 . 1 v K ,使用系數(shù)，用插值法查得 7 級(jí)精度、小齒輪非1 FH KK1 A K 對(duì)稱(chēng)布置時(shí)。由，得423 . 1 H K55 . 7 34.11 596.85 h b 423 . 1 H K ；故載荷系數(shù)35 . 1 F K 7076 . 1 423 . 1 12 . 11 HHvA KKKKK 6)按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得 mm K K dd t tt 85.471 . 1 5 . 433 1 7)計(jì)算模數(shù) m mm z d m t 81 . 2 17 85.47 1 (3) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為 3 2 1 1 )( 2 F SF d YY z KT m (1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1）查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲MPa FE 500 1 強(qiáng)度極限；MPa FE 380 2 2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù),;85. 0 1 FN K88 . 0 2 FN K 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 18 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，得 MPa S K FEFN F 57.303 11 1 MPa S K FEFN F 86.238 22 1 4)計(jì)算載荷系數(shù) K。 62. 135. 112 . 11 FFvA KKKKK 5）查取齒形系數(shù)。 查得，。65 . 2 1 Fa Y226 . 2 2 Fa Y 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 查得,。58 . 1 1 Sa Y764 . 1 2 Sa Y 7）計(jì)算大、小齒輪的加以比較 F SaFaY Y 01379 . 0 1 11 F SaFaY Y 01644 . 0 2 22 F SaFa YY 大齒輪的數(shù)值大。 (2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 54 . 2 01644 . 0 172 . 0 108 . 462 . 1 2 3 2 4 m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于 彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載 能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲 強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.54 并就近應(yīng)圓整，按接觸強(qiáng)度算得mmm6 . 2 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)，大齒輪mmd 5 . 43 1 17 1 1 m d z 齒數(shù)。51317 2 z 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求， 又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 4、幾何尺寸計(jì)算 (1) 計(jì)算分度圓直徑 mmmzd 2 . 446 . 217 11 mmmzd 6 . 1326 . 251 22 (2) 計(jì)算中心距 mm dd a 4 . 88 2 21 (3) 計(jì)算齒輪寬度 mmdb d 9 2 . 442 . 0 1 （4）計(jì)算齒頂圓直徑 mmmhdda a 2 . 5242 2 . 442 11 mmmhdda a 6 . 14042 6 . 1322 22 （5）計(jì)算齒根圓直徑 mmmchdda f 2 . 34425 . 1 2 2 . 44)(2 11 mmmchdda f 6 . 122425 . 1 2 6 . 132)(2 22 3.4.2 其他齒輪參數(shù) 根據(jù)此計(jì)算方法，可以算出其他齒輪(均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪)的參數(shù)如下： 模數(shù)齒數(shù)分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑 齒輪 1 2.61744.252.234.2 齒輪 2 2.62770.278.260.2 齒輪 3 2.63180.688.670.6 齒輪 4 2.61744.252.234.2 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 20 齒輪 5 2.61744.252.234.2 齒輪 6 2.651132.6140.6122.6 齒輪 7 2.641106.6114.696.6 齒輪 8 2.63796.2104.286.2 齒輪 9 2.646119.6127.6109.6 3.5 直齒圓柱齒輪的受力計(jì)算 齒輪 1（齒輪 6）所受的切向力：N 1 . 2196 2 . 44 4853322 1 1 t1 d T F 齒輪 1（齒輪 6）所受的徑向力：NFF tr 37.799364 . 0 1 . 219620tan 11 齒輪 2（齒輪 7）所受的切向力：N71.1382 70.2 4853322 2 1 t2 d T F 齒輪 2（齒輪 7）所受的徑向力：NFF tr 31.503364 . 0 71.138220tan 22 齒輪 3（齒輪 8）所受的切向力： N29.1204 6 . 80 4853322 3 1 t3 d T F 齒輪 3（齒輪 8）所受的徑向力： NFF tr 36.438364 . 0 29.120420tan 33 齒輪 4（9） （惰輪 5）所受的切向力： N 1 . 2196 2 . 44 4853322 4 1 t4 d T F 齒輪 4（9） （惰輪 5）所受的徑向力： NFF tr 37.799364 . 0 06.219620tan 11 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 第四章 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 估算軸的直徑 （1） 已知條件 輸入軸的傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，傳遞kw246.15 1 P3000 1 nr/min 轉(zhuǎn)矩。mN533.48 1 T （2） 選擇軸的材料 因傳遞功率不大，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)特殊要求，故選常用的 材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 （3）初算直徑 查表取 C=120 mm63.20 3000 246.15 120 3 3 1 1 n P Cd 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4-1 輸入軸結(jié)構(gòu) 如圖 4-1 所示，由于該軸前端與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，后端為液壓系統(tǒng)提供 動(dòng)力，所以該軸應(yīng)為常轉(zhuǎn)軸，但又要滿(mǎn)足在發(fā)動(dòng)機(jī)不停止工作的條件下， 實(shí)現(xiàn)主變速箱的工作起停，所以將倆對(duì)雙聯(lián)齒輪結(jié)合并空套于軸上，將 滾針軸承內(nèi)圈固定于軸上，再將齒輪與軸承外圈固定。主離合器的主動(dòng) 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 22 摩擦片與軸前端的花鍵相嚙合，主動(dòng)摩擦片帶動(dòng)從動(dòng)摩擦片與左端雙聯(lián) 齒輪的花鍵相嚙合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。 4.1.3 花鍵類(lèi)型的選取 在此設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性要求選取壓力角為 45 度 漸開(kāi)線花鍵， 由于齒形鈍而短，與壓力角為 30 度的漸開(kāi)線花鍵相比，對(duì)連接件的削弱 較小，但工作面高度較小，故承載能力較低，多用于載荷較輕，直徑較 小的靜聯(lián)接特別適用于薄壁零件的軸轂連接。 漸開(kāi)線花鍵的定心方式為齒形定心。當(dāng)齒受載時(shí)，齒上的徑向力能 起到自動(dòng)定心的作用利于各齒的均勻受載，其主要失效形式為工作面的 壓潰，需要校核其擠壓應(yīng)力。 4.1.4 軸承類(lèi)型的選取 由于該軸上的齒輪均為直齒圓柱齒輪，幾乎沒(méi)有軸向力的作用，故 在軸段使用倆個(gè)深溝球軸承，其特點(diǎn)是主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承 受較小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可承受純軸向載 荷，并且大量生產(chǎn)，價(jià)格最低。滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性要求。 空套在軸上的齒輪，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)用性要求，采用滾針軸承來(lái)達(dá)到 預(yù)期效果，因?yàn)樵谕瑯拥膬?nèi)徑條件下，與其他類(lèi)型的軸承相比，其外徑 最小，內(nèi)圈和外圈可以分離，工作時(shí)允許內(nèi)、外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)。 有較大的徑向承載能力。一般不帶保持架且摩擦系數(shù)較大。 4.1.5 具體長(zhǎng)度的選取 軸段 1 上安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)相連的聯(lián)軸器，根據(jù)給定的聯(lián)軸器型號(hào)，選 取軸段長(zhǎng)度比聯(lián)軸器輪轂寬度略小，于是選定軸段 1 直徑，mmd20 1 長(zhǎng)度。mmL 5 . 62 1 軸段 2 上要安裝與主離合器相連的漸開(kāi)線花鍵，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定花鍵 型號(hào)為 GB 3478.1-1995。則軸段 2 直徑，長(zhǎng)度。mmd25 2 mmL 5 . 23 2 軸段 3 為過(guò)渡軸段，為使軸受力均勻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取軸段 3 直徑 ，長(zhǎng)度。mmd22 3 mmL5 . 5 3 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 軸段 4 起到為齒輪軸向定位的作用，應(yīng)比軸的直徑略大，選取軸段 4 直徑，長(zhǎng)度。mmd25 4 mmL15 4 軸段 5 起到主要承載載荷的作用，由剛才試算的結(jié)果，選取軸段 5 直徑，長(zhǎng)度。mmd65.20 5 mmL106 5 軸段 6 為了與深溝球軸承配合，直徑需小于軸段 5 滿(mǎn)足軸承內(nèi)徑的 標(biāo)準(zhǔn)值，這里取軸段 6 直徑，長(zhǎng)度。mmd17 6 mmL17 6 軸段 7 為了與液壓系統(tǒng)中的齒輪泵相配合，根據(jù)齒輪泵型號(hào)選取軸 段 7 直徑，長(zhǎng)度。mmd 5 . 16 7 mmL 5 . 20 5 4.2 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 估算軸的直徑 （1） 已知條件 為了滿(mǎn)足可靠性要求，應(yīng)按低速級(jí)輸出軸功率和轉(zhuǎn)速試算該軸的 直徑，給出傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，傳遞的轉(zhuǎn)kw641.14 2 P1000r/min 2 n 矩。M139.82N 2 T （2） 選擇軸的材料 因傳遞功率不大，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)特殊要求，故選常用的材 料 40Cr。 （3） 初算直徑 查表取 C=97 mm73.23 1000 64.14 97 3 3 1 1 n P Cd 4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 24 圖 4-2 輸出軸結(jié)構(gòu) 如圖 4-2 所示，由于該軸上的齒輪均為滑移齒輪，為了保證運(yùn)動(dòng)的精 確，由可靠性要求選取花鍵軸，且鍵的類(lèi)型均為漸開(kāi)線花鍵，漸開(kāi)線花鍵 可以用制造齒輪的方法來(lái)加工，工藝性較好，制造精度也高，花鍵齒的根 部強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小，易于定心，在要求經(jīng)?；频倪B接中可以采用漸 開(kāi)線花鍵，其定心方式為齒形定心。當(dāng)齒受載時(shí)，齒上的徑向力能起到自 動(dòng)定心作用，利于各齒受力均勻，因?yàn)榻?jīng)?；?，對(duì)花鍵表面磨損較為劇 烈，應(yīng)進(jìn)行耐磨性校核，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算給出該花鍵軸的花鍵型號(hào)為 GB 3478.1-1995。 4.2.3 具體長(zhǎng)度的選取 軸段 1 為了與深溝球軸承配合，直徑需小于軸段 2 滿(mǎn)足軸承內(nèi)徑的標(biāo) 準(zhǔn)值，這里取軸段 1 直徑，長(zhǎng)度。mmd17 1 mmL14 1 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 軸段 2 起到主要承載載荷的作用，由剛才試算的結(jié)果，選取軸段 2 直 徑，長(zhǎng)度。mmd73.23 2 mmL95 2 軸段 3 為了與深溝球軸承和主變速箱配合，直徑需小于軸段 2 滿(mǎn)足軸 承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)值，這里取軸段 3 直徑，長(zhǎng)度。mmd17 3 mmL 5 . 29 3 4.3 惰輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.3.1 估算軸的直徑 （1）已知條件 惰輪軸的傳遞的功率，轉(zhuǎn)速，傳遞轉(zhuǎn)kw64.14 3 P3000 3 nr/min 矩。mN61.46 3 T （2） 選擇軸的材料 因傳遞功率不大，并對(duì)重量及結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)特殊要求，故選常用的材 料 40Cr。 （3） 初算直徑 查表取 C=110 mm65.18 3000 64.14 110 3 3 1 1 n P Cd 4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4-3 惰輪軸結(jié)構(gòu) 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 26 如圖 4-3 所示，該軸結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單只有一個(gè)齒輪作為軸上主要部 件。倆端均為深溝球軸承，該軸具有較好的工藝性，采取調(diào)質(zhì)方法進(jìn) 行熱處理。 4.3.3 具體長(zhǎng)度的選取 軸段 1 為了與深溝球軸承配合，直徑需小于軸段 2 滿(mǎn)足軸承內(nèi) 徑的標(biāo)準(zhǔn)值，這里取軸段 1 直徑，長(zhǎng)度。mmd10 1 mmL8 . 7 1 軸段 2 起到主要承載載荷的作用，由剛才試算的結(jié)果，選取軸段 2 直徑，長(zhǎng)度。mmd65.18 2 mmL12 2 軸段 3 為了與深溝球軸承配合，直徑需小于軸段 2 滿(mǎn)足軸承內(nèi) 徑的標(biāo)準(zhǔn)值，這里取軸段 3 直徑，長(zhǎng)度。mmd15 3 mmL11 3 4.4 輸出軸的強(qiáng)度校核及軸承壽命校核 4.4.1 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核 當(dāng)輸出軸為低速時(shí)受到彎扭合成強(qiáng)度影響最強(qiáng)烈，所以用低速級(jí)進(jìn) 行強(qiáng)度校核，校核過(guò)程如下： 1 . 2196 21 FFF lFFl 21 9544 1 . 2196 2 F 解得NF14.1017 2 則NF96.1178 1 承受最大彎矩mmNM24.518744496.1178 前面已經(jīng)算出承受的扭矩mmNT139820 根據(jù)軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為： 圖 4-4 彎扭矩圖 1 22 )( W TM ca 其中：軸的計(jì)算應(yīng)力，; ca MPa 軸所受的彎矩，； MmmN 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 軸所受的扭矩，；TmmN 軸的抗彎截面系數(shù)，；對(duì)于該設(shè)計(jì)中的實(shí)心軸計(jì)算公式為W 3 mm 。 3 1 . 0 dW 對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，經(jīng)查表得 40Cr 材料的 1 彎曲許用應(yīng)力為 75MPa。 通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮倆者 循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，在這里軸受到的扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，去。6 . 0 則 MPa W TM ca 81.73 73.231 . 0 )1398206 . 0(24.51874)( 3 2222 1 該軸直徑符合彎扭合成強(qiáng)度條件，故取輸出軸直徑mmd73.23 4.4.2 對(duì)軸端軸承進(jìn)行壽命校核 由于齒輪均選用直齒圓柱齒輪，所以幾乎不受軸向力的影響，由經(jīng) 驗(yàn)和可靠性原則選定軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為 6303，額定靜載 荷計(jì)算過(guò)程如下：NC60200 兩個(gè)軸承的徑向力前面已經(jīng)算出分別為： ，。NFr96.1178 1 NFr14.1017 2 兩個(gè)軸承均為深溝球軸承，均無(wú)派生軸向力產(chǎn)生，故 NFFFF aadd 0 2121 經(jīng)查表得該型號(hào)軸承判斷系數(shù) e=0.24,且當(dāng)?shù)臅r(shí)候，取eFF ra / 。當(dāng)?shù)臅r(shí)候，取。0, 1YXeFF ra /8 . 1,56. 0YX 該軸承，取。eFF ra 0/0, 1YX 所以NFYXFP ar 96.1178 111 。NFYXFP ar 14.1017 222 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 28 則根據(jù)公式，公式中 n 應(yīng)取軸的最大轉(zhuǎn)速，即高速 P C n Lh 60 106 級(jí)轉(zhuǎn)速， 因?yàn)槭巧顪锨蜉S承，應(yīng)取值為 3。按受力最min/2500rn 大的軸承校核。 h P C n Lh 5 3 366 109 . 8 96.1178250060 6020010 60 10 滿(mǎn)足該種型號(hào)軸承的額定壽命。故可以選用深溝球軸承 6303。 4.5 惰輪軸的強(qiáng)度校核及軸承壽命校核 4.5.1 按彎扭合成強(qiáng)度條件校核 由前面算出的惰輪軸齒輪受力進(jìn)行校核，校核過(guò)程如下： 1 . 2196 21 FFF lFFl 21 126 1 . 2196 2 F 解得NF 1 . 1098 2 則NF 1 . 1098 1 承受最大彎矩mmNM 6 . 65886 1 . 1098 前面已經(jīng)算出承受的扭矩 mmNT 46610 根據(jù)軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為: 1 22 )( W TM ca 其中：軸的計(jì)算應(yīng)力，; ca MPa 軸所受的彎矩，； 圖 4-5 彎扭矩圖MmmN 軸所受的扭矩，；TmmN 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 軸的抗彎截面系數(shù)，；對(duì)于該設(shè)計(jì)中的實(shí)心軸計(jì)算公式W 3 mm 為。 3 1 . 0 dW 對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，經(jīng)查表得 45 號(hào)鋼材 1 料的彎曲許用應(yīng)力為 45MPa。 通常由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮倆者 循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，在這里軸受到的扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力，去。6 . 0 則 Pa W TM ca 29.44 65.181 . 0 )466106 . 0( 6 . 6588)( 3 2222 1 該軸直徑符合彎扭合成強(qiáng)度條件，故取惰輪軸直徑mmd65.18 4.5.2 對(duì)軸端軸承進(jìn)行壽命校核 由于齒輪均選用直齒圓柱齒輪，所以幾乎不受軸向力的影響，由經(jīng) 驗(yàn)和可靠性原則選定軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為 6202，額定靜載 荷計(jì)算過(guò)程如下：NC56080 兩個(gè)軸承的徑向力前面已經(jīng)算出分別為： ，。NFr 1 . 1098 1 NFr 1 . 1098 2 兩個(gè)軸承均為深溝球軸承，均無(wú)派生軸向力產(chǎn)生，故 NFFFF aadd 0 2121 經(jīng)查表得該型號(hào)軸承判斷系數(shù) e=0.22,且當(dāng)?shù)臅r(shí)候，取eFF ra / 。當(dāng)?shù)臅r(shí)候，取。0, 1YXeFF ra /0 . 2,56 . 0 YX 該軸承，取。eFF ra 0/0, 1YX 所以NFYXFP ar 1 .1098 111 。NFYXFP ar 1 . 1098 222 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 30 則根據(jù)公式，公式中 n 應(yīng)取惰輪軸的轉(zhuǎn)速， P C n Lh 60 106 ， 因?yàn)槭巧顪锨蜉S承，應(yīng)取值為 3。按受力最大的軸min/3000rn 承校核。 h P C n Lh 5 3 366 104 . 7 1 . 1098300060 5608010 60 10 滿(mǎn)足該種型號(hào)軸承的額定壽命。故可以選用深溝球軸承 6202。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第五章 離合器的選用和裝配 5.1 離合器的選用 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、可靠性原則以及箱體盡量小的要求，決定采用摩擦片式離 合器，方便操縱，符合要求。 5.2 摩擦片式離合器簡(jiǎn)介 摩擦離合器是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類(lèi)離合器，它基本上是由 主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。主、從動(dòng)部分和 壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動(dòng)動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器 的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置12。 在分離過(guò)程中，踩下離合器 踏板，在自由行程內(nèi)首先消除離合器的自由間隙，然后在工作行程內(nèi)產(chǎn)生 分離間隙，離合器分離。在接合過(guò)程中，逐漸松開(kāi)離合器踏板，壓盤(pán)在壓 緊彈簧的作用下向前移動(dòng)，首先消除分離間隙，并在壓盤(pán)、從動(dòng)盤(pán)和飛輪 工作表面上作用足夠的壓緊力；之后分離軸承在復(fù)位彈簧的作用下向后移 動(dòng)，產(chǎn)生自由間隙，離合器接合13。 5.3 摩擦片式離合器原理 所謂離合器，顧名思義就是說(shuō)利用“離”與“合”來(lái)傳遞適量的動(dòng)力。 離合器由摩擦片、彈簧片、壓盤(pán)以及動(dòng)力輸出軸組成、它位于發(fā)動(dòng)機(jī)與變 速箱之間，用來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上儲(chǔ)存的力矩傳遞給變速箱，以保證車(chē)輛在 不同的行駛狀況下傳遞給驅(qū)動(dòng)輪適量的驅(qū)動(dòng)力和扭矩，屬于動(dòng)力總成的范 疇，在半聯(lián)動(dòng)的時(shí)候，離合器的動(dòng)力輸入端與動(dòng)力輸出端允許有轉(zhuǎn)速差， 也就是通過(guò)其轉(zhuǎn)速差來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞適量的動(dòng)力14。 離合器分為三個(gè)工作狀態(tài)，即踩下離合器的不聯(lián)動(dòng)，不踩下離合器的 全聯(lián)動(dòng)，以及踩下離合器的半聯(lián)動(dòng)。當(dāng)車(chē)輛起步時(shí)，司機(jī)踩下離合器，離 合器踏板的運(yùn)動(dòng)拉動(dòng)壓盤(pán)向后靠，也就是壓盤(pán)與摩擦片分離，此時(shí)壓盤(pán)與 飛輪完全不接觸，也就不存在相對(duì)摩擦。當(dāng)車(chē)輛在正常行駛時(shí)，壓盤(pán)是緊 緊擠靠在飛輪的摩擦片上的，此時(shí)壓盤(pán)與摩擦片之間的摩擦力最大，輸入 軸和輸出軸之間保持相對(duì)靜摩擦，二者轉(zhuǎn)速相同。最后一種是離合器的半 聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，壓盤(pán)與摩擦片的摩擦力小于全聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，離合器壓盤(pán)與 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 32 飛輪上的摩擦片之間是滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，飛輪的轉(zhuǎn)速大于輸出軸的轉(zhuǎn)速，從 飛輪傳輸出來(lái)的動(dòng)力部分傳遞給變速箱15。這種狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪 之間相當(dāng)于一種軟連接的狀態(tài)。 一般來(lái)說(shuō)，離合器是在車(chē)輛起步和換擋時(shí)發(fā)揮作用，此時(shí)變速箱的一 軸與二軸之間存在轉(zhuǎn)速差，檔位掛進(jìn)以后，再通過(guò)離合器將一軸與發(fā)動(dòng)機(jī) 的動(dòng)力結(jié)合，使動(dòng)力繼續(xù)得以傳輸。在離合器中，還有一個(gè)不可或缺的緩 沖裝置。它由兩個(gè)類(lèi)似于飛輪的圓盤(pán)對(duì)在一起，在圓盤(pán)上有矩形凹槽，在 凹槽內(nèi)部布置彈簧，在遇到?jīng)_擊時(shí)，兩個(gè)圓盤(pán)之間的彈簧相互發(fā)生彈性作 用，緩沖外界刺激，有效的保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器16。 在離合器的各個(gè)配件中，壓緊彈簧的強(qiáng)度，摩擦片的摩擦系數(shù)、離合 器的直徑、摩擦片的位置以及離合器的數(shù)目是決定離合器性能的關(guān)鍵因素。 彈簧的剛度越大，摩擦片的摩擦系數(shù)越高，離合器的直徑越大，離合器性 能越好17。 5.4 摩擦片式離合器主從動(dòng)件設(shè)計(jì) 如圖 5-1 所示，主離合器外殼（c）上的內(nèi)花鍵與輸入軸上的外花鍵相配 合，當(dāng)欲使離合器工作時(shí)，駕駛員給離合器外殼以力的作用，使得與離合 器外殼相連的主動(dòng)摩擦片（a）轉(zhuǎn)動(dòng)并向后靠與從動(dòng)摩擦片（b）相接觸， 內(nèi)摩擦片為了有效散熱，上面設(shè)計(jì)有油槽結(jié)構(gòu)，借助摩擦力的作用外摩擦 片將動(dòng)力傳遞給內(nèi)摩擦片，由于內(nèi)摩擦片上的內(nèi)花鍵與（d）離合器內(nèi)套嚙 合，故可將動(dòng)力傳遞給離合器內(nèi)套，離合器內(nèi)套的的漸開(kāi)線內(nèi)花鍵又與雙 聯(lián)齒輪上的外花鍵相嚙合，將動(dòng)力傳遞給齒輪18。 （a） (b) (c) (d) 圖 5-1 離合器零部件圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 5.5 摩擦片式離合器裝配主要結(jié)構(gòu) 圖 5-2 離合器裝配圖 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 34 第六章 操縱系統(tǒng)及箱體相關(guān)設(shè)計(jì) 6.1 操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 機(jī)械式變速器的操縱機(jī)構(gòu)主要包括兩部分：一部分是主離合器的操縱 機(jī)構(gòu)，另一部分是換擋操縱裝置。主離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要功能是實(shí)現(xiàn)主、 從摩擦片的分離。換擋裝置在設(shè)計(jì)中要防止自動(dòng)脫檔和自動(dòng)換擋等意外情 況的發(fā)生，主要由軸撥叉 1、軸撥叉 2 和鎖止機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)組成，其中 鎖止機(jī)構(gòu)主要由鎖止彈簧和定位球組成，裝在變速器的上、下箱體上，起 限制定位 2 個(gè)撥叉位置的作用，可以防止高速插秧機(jī)在田間工作時(shí)，由于 振動(dòng)或者較小的軸向力的作用而脫檔19，如圖所示： （a） (b) (c) (d) 圖 6-1 撥叉及鎖止機(jī)構(gòu)圖 6.2 操縱系統(tǒng)相關(guān)裝配 上圖 5-3 所示（a）撥叉軸與輸出軸低速雙聯(lián)齒輪相配合，達(dá)到操 縱滑移的目的，上圖所示（b）撥叉軸與輸出軸高速雙聯(lián)齒輪相配合， 達(dá)到操縱滑移的目的，上圖所示（c）與主離合器相配合，達(dá)到操縱離 合器啟停的目的，上圖所示（d）圖鋼珠頂在撥叉軸的圓弧凹槽內(nèi)，達(dá) 到限位的目的，另一端依靠螺栓與機(jī)箱相固定，達(dá)到鎖緊的目的20。 6.3 箱體的加工及實(shí)物圖 機(jī)械式變速器的箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樣件的加工需要在數(shù)控加工中心 中才能完成，并且為了防止箱體外部表面銹蝕，加工完成以后要做噴漆 處理，下圖為在數(shù)控加工中心中加工出來(lái)的機(jī)械式變速器上、下箱體樣 件。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 圖 6-2 箱體樣件圖 插秧機(jī)機(jī)械變速箱設(shè)計(jì) 36 第七章 總結(jié)與展望 7.1 論文總結(jié) 我國(guó)高速插秧機(jī)的技術(shù)水平與日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距，高速 插秧機(jī)