華南農業大學畢業設計說明書題 目： 山地自走履帶式運輸車傳動系統和轉向系統的設計 專業名稱： 班 級： 姓 名： 指導老師： 日 期：2012. 前 言 農業機械是指在作物種植業和畜牧業生產過程中，以及農、畜產品初加工和處理過程中所使用的各種機械。農業機械包括農用運輸機械、農用動力機械、農田建設機械、土壤耕作機械、種植和施肥機械、植物保護機械、農田排灌機械、作物收獲機械、農產品加工機械、畜牧業機械和農業運輸機械等。廣義的農業機械還包括林業機械、漁業機械和蠶桑、養蜂、食用菌類培植等農村副業機械。 農業機械的發展，與國家和農村的經濟條件有直接的聯系。在經濟發達國家，特別是在農業勞動力很少的美國，農業機械繼續向大型、寬幅、高速和高生產率的方向發展，并在實現機械化的基礎上逐步向生產過程的自動化過渡。電子技術、微型電子計算機技術等各種先進科學技術，在農業機械產品及其設計制造中得到日益廣泛的應用。 促進農業機械化裝備及技術的推廣應用，加快農業機械化更快更好地發展，是全面實現農業可持續協調發展，深入貫徹落實科學發展觀的必要要求，是轉變農業發展方式，促進結構升級優化的重要任務，是增強可持續發展能力，加快生態環境建設的有力保證；是促進建設社會主義新農村的重要手段，科學，高效加強農業機械技術的推廣工作，對于推進現代農業建設，加快發展農機化，實現農業現代化、全面實現小康社會具有非常關鍵的戰略意義。 然而我國的農業機械化還相對落后，由于我國地域遼闊，各地域間氣候環境等相差極大，要建立適合我國的農業機械任重而道遠。農業機械化能夠降低農業成本，節約資源，保護環境，節約勞動力，提高農產品質量，有助于實現大規模生產，在我國農業現代化中占據核心地位，具有極其重要的作用，具有廣闊的發展前景和巨大的發展前途。但是由于農業機械工作于惡劣的環境中，因此在某種程度上其所需要的技術要求甚至高于工業機械，因此需要加大對農業機械方面的研究以及投入，需要更多的農業機械方面的人才。我國近期農業發展規劃仍以發展中小型農業機械為主。重點發展的項目是經濟效益高、能提高抗御自然災害能力、保證穩產高產和增產增收的農業機械品種，如運輸、排灌、植物保護和施肥等機械。用于農村多種經營的機械品種將得到較大的發展，例如各種農副產品加工機械和禽畜飼養機械，以及養蜂、養蠶、池塘養魚和食用菌類培植等機械設備。 然而，隨著我國的經濟不斷發展，人民生活水平不斷提高，人民追求的生活質量要求也越來越高，農林果園業的發展需求就越來越大。雖然我國現代農林果園業發展時間短，但速度卻非常瞬速，在需要進一步發展時就遇到了機械化嚴重滯后的問題。尤其微型農林果園山地自走履帶式運輸車的發展在我國目前基本是一片空白。因為我國農林果園主要分布在南方的坡陡道窄的復雜地形丘陵山地。受到地形的限制，農林果園的機械化發展受到了阻礙。因此，設計一款適應復雜地形要求，操縱方便，安全性高的微型山地自走履帶式運輸車成為發展農林果園業的迫切要求，以便使更多的農村剩余勞動力解放出來，促進農村、農民、農業的發展，實現我國農業的現代化。 在本次微型山地自走履帶式運輸車設計中，本人承擔了傳動系統和轉向系統的設計。 長期以來，人們一直都沒有停止對車輛和行走作業機械操作的舒適性、整體性能的完善以及可靠性等方面的研究和探索，使人們從繁雜的噪音和復雜而繁重的勞動中解放出來。目前，動力傳動系統和轉向系統作為車輛兩大重要的部件，越來越引起人們對它的探索和研究。 變速箱作為動力傳動系統中最重要的部件，變速器用來改變發動機傳到驅動輪上的轉矩和轉速，目的是在原地起步、爬坡、轉彎、加速等各種行駛工況下，使車輛獲得不同的牽引力和速度，同時使發動機在最有利的工況范圍內工作。變速器設有空擋，可在起動發動機、車輛滑行或停車時使發動機的動力停止向驅動輪傳輸。變速器設有倒擋，使車輛獲得倒退行駛能力。 在工程機械傳動系統中，其變速箱分為機械式和自動換擋式兩大類。在科學技術日新月異的今天和對機械性能要求越來越高，越來越多機械動力傳動系統采用了自動換擋的變速箱。然而，對那些作業速度和強度都比較低，成本受到限制，結構要求簡單微型農業機械，采用人力操縱換擋的機械式變速箱是符合實用性和經濟性的選擇。 車輛在行駛過程中，需按駕駛員的意志經常改變其行駛方向，使車輛能圍繞中旋轉中心旋轉來改變車輛的行駛方向，即所謂車輛轉向。就輪式車輛而言，車輛的轉向是轉向系統使轉向橋（一般是前橋）上的車輪（即轉向輪）相對車輛縱軸線偏轉一定角度，來保證車輛能按駕駛員的意志而進行轉向行駛，同時，能路面對車輪的干擾力，自動恢復車輛的直線行駛。該轉向系統依靠駕駛員的手力轉動轉向盤，經轉向器和轉向傳動機構使轉向輪偏轉，有些汽車還安裝了動力助力轉向系統。而履帶式車輛的轉向系統與輪式車輛的轉向系統不同，由于履帶式車輛沒有轉向輪，轉向時必須使兩邊履帶產生差速來實現。其轉向時，需要切斷行走系一邊履帶的動力輸入，并對該邊履帶驅動軸進行制動，靠另一邊履帶的工作來實習車輛的轉向。隨著技術發展，目前的履帶式車輛開始采用了具有差速器的的新型轉向系統。然而新型的轉向系統結構復雜，質量大，成本高等缺點，在微型的農用履帶式行走機械中，還是采用離合式的轉向系統。目 錄1 設計任務書（1） 設計任務設計山地履帶式運輸車的傳動系統和轉向系統。（2） 設計要求（3） 設計工作量（1）工程圖紙；（2）設計說明書1份采用的發動機基本配置參數品牌本田型號HONDA-GX160燃料汽油旋向逆時針沖程數四沖程汽缸數單缸冷卻介質風冷標定轉速3600（rpm）應用范圍工程機械產品類型全新啟動方式手動產品編號:361160 品名: 本田HONDA-GX160水平軸通用汽油機 技術參數汽油機型號 GX160K1(S型)-5.5HP汽油機型式 單缸,四沖程,頂置氣門凈功率輸出 4.8馬力（3.6kw)3600rpm氣缸直徑（mm） 68活塞行程（mm） 45排量（mL） 163旋轉方向 逆時針(面向輸出端)化油器型式 橫置蝶閥式點火方式 晶體管磁體點火火花塞編號 BP6ES(NGK) BPR6ES(NGK)起動方式 反沖起動尺寸（長寬高）（mm） 305365335調速器型式 離心重錘式凈重（kg） 14.0 一.傳動系統分析與設計1 變速器的概述與方案的選取1.1 變速器的功用與要求概述變速器的功用是根據汽車在不同的行駛條件下提出的要求，改變發動機的扭矩和轉速，使汽車具有適合的牽引力和速度，并同時保持發動機在最有利的工況范圍內工作。為保證汽車倒車以及使發動機和傳動系能夠分離，變速器具有倒擋和空擋。在有動力輸出需要時，還應有功率輸出裝置。對變速器提出的基本要求如下：1.應保證汽車具有高的動力性和經濟性指標。在汽車整體設計時，根據汽車載重量、發動機參數及汽車使用要求，選擇合理的變速器擋數及傳動比，來滿足這一要求。2.工作可靠，操縱輕便。汽車在行駛過程中，變速器內不應有自動跳擋、亂擋、換擋沖擊等現象的發生。設置有空擋用來切斷發動機動力向驅動輪的傳輸，設置倒擋使汽車能倒退行駛。3.重量輕、體積小。影響這一指標的主要參數是變速器的中心距。選用優質鋼材，采用合理的熱處理，設計合適的齒形，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承可以減小中心距。4.傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失，應有直接擋。提高零件的制造精度和安裝質量，采用適當的潤滑油都可以提高傳動效率。5.工作噪聲小。采用斜齒輪傳動及選擇合理的變位系數，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲。1.2 變速器的結構方案選取變速器由變速傳動機構和操縱機構組成。變速傳動機構可按前進擋數或軸的形式不同分類。對于一般車輛的手動變速器，有四擋、五擋和六擋變速器之分，而在軸的形式上主要有中間軸式和兩軸式兩種。中間軸式變速器保持輸入與輸出軸軸線在同一直線上，經嚙合套將它們連接后可得直接擋，使用直接擋，此時變速器的傳動效率更高，噪聲小，齒輪與軸承的磨損減少；由于直接擋的利用率要高于其他擋位，從而提高了變速器的使用壽命；在其他前進擋位工作時，變速器傳遞的動力需經兩隊齒輪傳遞，在中間軸與第二軸間的距離不大條件下，一擋仍然有較大傳動比。與中間軸式變速器比較，兩軸式變速器因軸和軸承數少，所以有結構更加簡單，輪廓尺寸小，容易布置等優點。1.2.1 傳動機構布置方案分析 考慮到本設計車輛的低速、小負荷等工作特點以及結構要求，采用四擋或五擋顯然不符合實際，因此根據設計要求：山地自走式履帶運輸車具有速度變化范圍小，前置前驅等特點，而且需要結構簡單，易于布置等要求，此設計采取了兩軸式變速器。本設計采用圖2-b的類似方案，其傳動機構布置圖（圖3）如下： 變速器整體結構圖 1.2.2 倒擋布置方案圖4為常見的倒擋布置方案。圖4-b所示方案的優點是換倒擋時利用了中間軸上的一擋齒輪，因而縮短了中間軸的長度。但換擋時有兩對齒輪同時進入嚙合，使換擋困難。圖4-c所示方案能獲得較大的倒擋傳動比，缺點是換擋程序不合理。圖4-d所示方案針對前者的缺點做了修改，因而取代了圖4-c所示方案。圖4-e所示方案是將中間軸上的一、倒擋齒輪做成一體，將其齒寬加長。圖4-f所示方案適用于全部齒輪副均為常嚙合齒輪，換擋更為輕便。為了充分利用空間，縮短變速器軸向長度，有的貨車倒擋傳動采用圖4-g所示方案。其缺點是一，倒擋須各用一根變速器撥叉軸，致使變速器上蓋中的操縱機構復雜一些。本設計采用圖4-f所示的傳動方案。圖4 變速器倒擋傳動方案 因為變速器在一擋和倒擋工作時有較大的力，所以無論是兩軸式變速器還是中間軸式變速器的低擋與倒擋，都應當布置在在靠近軸的支承處，以減少軸的變形，保證齒輪重合度下降不多，然后按照從低擋到高擋順序布置各擋齒輪，這樣做既能使軸有足夠大的剛性，又能保證容易裝配。倒擋的傳動比雖然與一擋的傳動比接近，但因為使用倒擋的時間非常短，從這點出發有些方案將一擋布置在靠近軸的支承處。1.2.3 零部件結構方案分析變速器的設計方案必需滿足使用性能、制造條件、維護方便及三化等要求。在確定變速器結構方案時，也要考慮齒輪型式、換擋結構型式、軸承型式、潤滑和密封等因素。1.齒輪型式 斜齒圓柱齒輪雖然有使用壽命長，工作時噪聲低等優點；但是制造時工藝復雜，成本高，工作時有軸向力，這對軸承不利。 但考慮到選擇的發動機功率很小，載荷低，擋位少以及成本要求，本設計采用直齒圓柱齒輪更符合，但變速器中的常嚙合齒輪依然均采用斜齒圓柱齒輪，盡管這樣會使常嚙合齒輪數增加，并導致變速器的轉動慣量增大。2.換擋結構型式換擋結構分為直齒滑動齒輪、嚙合套和同步器三種。直齒滑動齒輪換擋的特點是結構簡單、緊湊，但由于換擋不輕便、換擋時齒端面受到很大沖擊、導致齒輪早期損壞、滑動花鍵磨損后易造成脫擋、噪聲大等原因，初一擋、倒擋外很少采用。嚙合套換擋型式一般是配合斜齒輪傳動使用的。由于齒輪常嚙合，因而減少了噪聲和動載荷，提高了齒輪的強度和壽命。嚙合套有分為內齒嚙合套和外齒嚙合套，視結構布置而選定，若齒輪副內空間允許，采用內齒結合式，以減小軸向尺寸。結合套換擋結構簡單，但還不能完全消除換擋沖擊，目前在要求不高的擋位上常被使用。采用同步器換擋可保證齒輪在換擋時不受沖擊，使齒輪強度得以充分發揮，同時操縱輕便，縮短了換擋時間，從而提高了汽車的加速性、經濟性和行駛安全性，此外，該種型式還有利于實現操縱自動化。其缺點是結構復雜，制造精度要求高，軸向尺寸有所增加，銅質同步環的使用壽命較短。目前，同步器廣泛應用于各式變速器中。 雖然直齒滑動齒輪換擋結構換擋不輕便，噪音大，沖擊大等缺點，但由于采用的發動機功率小，車輛載荷低，這些缺點影響不大，且能滿足設計的工作各項要求，反而結構簡單，緊湊，成本低的特點更加能滿足設計的要求。因此，本設計一擋和倒擋采用直齒滑動齒輪換擋機構，而二擋采用斜齒滑動齒輪換擋機構。2 變速器主要參數的選取與主要零件的設計2.1 變速器主要參數的選取2.1.1 擋位與傳動比考慮到發動機轉速和工作速度要求，本變速器采用了兩個前進擋一個倒擋。 一檔傳動路線圖 二擋傳動路線圖 倒擋傳動路線圖選擇最低擋傳動比時，應根據汽車最大爬坡度、驅動輪與路面的附著力、汽車的最低穩定車速以及主減速比和驅動輪的滾動半徑等來綜合考慮、確定。汽車爬陡坡時車速不高，空氣阻力可忽略，則最大驅動力用于克服輪胎與路面間的滾動阻力及爬坡阻力。故有：（1） 則由最大爬坡度要求的變速器1擋傳動比為：（2） 式中：汽車總質量；：重力加速度；：道路最大阻力系數；：驅動輪的滾動半徑；：發動機最大轉矩；：主減速比；：汽車傳動系的傳動效率，這里取0.96。根據驅動車輪與路面的附著條件：（3） 求得的變速器1擋傳動比為：（4） 式中：汽車滿載靜止于水平路面時驅動橋給路面的載荷；：路面的附著系數。 典型地面條件下履帶行走器的附著系數地面條件 附著系數地面條件 附著系數 瀝青路面0.91.0休閑的耕地0.91.1干土路0.91.1已耕地0.60.8濕土路1.01.1砂壤土地0.70.9荒地1.01.2沼泥地0.30.5草地0.91.1砂土地0.40.6由已知條件：滿載質量=；=；=；=；=0.96。根據公式（4）可得：ig1 =由于該山地自走式履帶運輸車的擋位只要求2個，前進速度為1.4-3.5km/h，屬于緩行和爬行要求的履帶運輸車，根據實踐經驗，合理分配其擋位的傳動比主要根據作業要求、道路條件來確定，再由速度確定傳動比。 ig2 =2.1.2 中心距中心距對變速器的尺寸及質量有直接影響，所選的中心距、應能保證齒輪的強度。三軸式變速器的中心局A（mm）可根據對已有變速器的統計而得出的經驗公式初定。式中：中心距系數，對轎車一般取8.9-9.3：變速器處于一擋時的輸出扭矩，即為 Nm故得出初始中心距A= 。2.1.3 軸向尺寸變速器的橫向外形尺寸，可根據齒輪直徑以及倒擋中間齒輪和換擋機構的布置初步確定。影響變速器殼體軸向尺寸的因素有擋數、換擋機構形式以及齒輪形式。2擋履帶式手動變速器殼體的軸向尺寸（1.0-1.3）A。故本次設計采用2+1手動擋變速器，其殼體的軸向尺寸是1.2 = mm。變速器殼體的最終軸向尺寸應由變速器總圖的結構尺寸鏈確定。2.1.4 齒輪參數對于第一軸常嚙合齒輪的法向模數可用公式，即得；一擋直齒輪的模數可用公式，即得。同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形。由于制造工藝上的原因，同一變速器中的結合套模數都去相同。本設計取1。對于變速器常嚙合齒輪的壓力角、螺旋角和齒形等要進行合適的選取。壓力角較小時，重合度大，傳動平穩，噪聲低；較大時可提高輪齒的抗彎強度和表面接觸強度。對轎車，為加大重合度已降低噪聲，取小些；對貨車，為提高齒輪承載力，取大些。本設計取國家規定的標準壓力角，變速器齒輪壓力角取20，嚙合套或同步器取30；斜齒輪螺旋角取30。應該注意的是選擇斜齒輪的螺旋角時應力求使中間軸上是軸向力相互抵消。為此，中間軸上的全部齒輪一律去右旋，而第一軸和第二軸上的的斜齒輪去左旋，其軸向力經軸承蓋由殼體承受。齒輪寬度b的大小直接影響著齒輪的承載能力，b加大，齒的承載能力增高。但試驗表明，在齒寬增大到一定數值后，由于載荷分配不均勻，反而使齒輪的承載能力降低。所以，在保證齒輪的強度條件下，盡量選取較小的齒寬，以有利于減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。通常根據齒輪模數的大小來選定齒寬：直齒：b=(4.5-8.0)m，mm斜齒：b=(6.0-8.5)m，mm第一軸常嚙合齒輪副齒寬的系數值可取大一些，使接觸線長度增加，接觸應力降低，以提高傳動的平穩性和齒輪壽命。2.2 變速器齒輪的設計2.2.1 各擋傳動比及其齒輪齒數的確定在初選了中心距、齒輪的模數和螺旋角后，可根據預先確定的變速器擋數、傳動比和結構方案來分配各擋齒輪的齒數。下面結合本設計（圖3）來說明分配各擋齒數的方法。齒數確定原則：各擋齒輪齒數比應盡可能不是整數，且各擋齒數無公約數。1.確定一擋齒輪的齒數（1）直齒=2，選取20，=281cos20/3=50.74，取=51由進行大小齒輪齒數分配，為使的傳動比更大些，取=35，=16；（2）=(+)/(2cos)=3(3516)/(2 cos20)=81.40mm，取81mm；（3）/=4.09816/35=1.873；（4）由=(+)/(2cos)+281cos20/3=53，取=19，=34（圓整）；（5）修正=/()=3435/（1916）=3.914%=|3.914-4.098|/4.098=4.5%0.5。 圖718 0.5時作用在具有轉向離合器的履帶式車輛后橋上的力矩在第二種轉向情況下(0.5)，慢速側離合器輸出