摘 要
随着国民农业经济的不断发展，农业机械行业也跟上时代的脚步在不断发展，各种农业设备不断被开发和创新。特别是在农业耕种领域，拖拉机被广泛使用。在某些特定的农田工作场所，拖拉机具有体积合适，变速灵活，价格低廉的优势。越来越多的农民工选择拖拉机作为田间耕种的辅助工具。拖拉机的核心部件之一是变速箱。因此，拖拉机变速箱将是一个巨大的市场需求，并将成为农业机械化研究的重点。
拖拉机变速箱的研究和设计具有重要意义。首先，通过对拖拉机变速箱的分析研究，可以设计出更便宜、更方便的制造设备。一般来说，实际设备中变速箱的价格较高。因此，变速箱产品必须以合理的价格或更低的价格进行设计，以降低农业机械的价格，造福农民，方便制造。设计易于制造的产品也是为了降低制造成本。一方面是为了提高企业的竞争力，另一方面是为了确保企业的价格优势对公众有利。此外，拖拉机变速箱的研究可以大大提高其实用性，对提高产品质量和加工质量具有基础性意义。
本文设计了一种价格合理或便宜的拖拉机变速箱产品，以降低农业机械的价格，为农业耕种提供合理的利益，方便产品的设计也降低了制造成本。完成了变速箱的结构分析和选型，计算了拖拉机后轴和变速箱的轴距，根据相关标准缩短了拖拉机的尺寸，提高了拖拉机的灵活性，计算了变速箱的基本参数，完成了辅助变速箱的设计计算；完成副变速箱轴和轴承的结构选型和强度校核计算；通过对变速箱主要部件（轴承、齿轮、轴等）的计算分析，可根据相关评定标准提高齿轮强度；研究了现有变速箱的内部结构，绘制了总装图和零件图，并进行了有限元分析。拖拉机变速箱的研究对提高产品质量、促进农业改革具有重要意义。本研究为我国拖拉机变速箱的发展提供了可靠的研究方案，为我国农业机械行业做出了贡献。
关键词：拖拉机；变速箱；结构分析；校核计算
Abstract
With the continuous development of the national agricultural economy, the agricultural machinery industry is also keeping up with the pace of the times. All kinds of agricultural equipment are constantly developed and innovated. Especially in the field of agricultural cultivation, tractors are widely used. In some specific farmland workplaces, tractors have the advantages of appropriate volume, flexible speed change and low price. More and more migrant workers choose tractors as auxiliary tools for field farming. One of the core components of the tractor is the gearbox. Therefore, tractor gearbox will be a huge market demand, and will become the focus of Agricultural Mechanization Research.
The research and design of tractor gearbox is of great significance. Firstly, through the analysis and research of tractor gearbox, we can design cheaper and more convenient manufacturing equipment. Generally speaking, the price of gearbox in actual equipment is higher. Therefore, gearbox products must be designed at a reasonable price or lower price, so as to reduce the price of agricultural machinery, benefit farmers and facilitate manufacturing. Designing products that are easy to manufacture is also to reduce manufacturing costs. On the one hand, it is to improve the competitiveness of enterprises, on the other hand, it is to ensure that the price advantage of enterprises is beneficial to the public. In addition, the research of tractor gearbox can greatly improve its practicability, which is of fundamental significance to improve product quality and processing quality.
This paper designs a tractor gearbox with reasonable or cheap price to reduce the price of agricultural machinery, provide reasonable benefits for agricultural cultivation, facilitate the design of products and reduce the manufacturing cost. Completed the structural analysis and selection of the gearbox, calculated the wheelbase of the tractor rear axle and gearbox, shortened the size of the tractor according to relevant standards, improved the flexibility of the tractor, calculated the basic parameters of the gearbox, and completed the design and calculation of the auxiliary gearbox; Complete the structure selection and strength check calculation of auxiliary gearbox shaft and bearing; Through the calculation and analysis of the main components of the gearbox (bearing, gear, shaft, etc.), the gear strength can be improved according to the relevant evaluation standards; The internal structure of the existing gearbox is studied, the general assembly drawing and parts drawing are drawn, and the finite element analysis is carried out. The research of tractor gearbox is of great significance to improve product quality and promote agricultural reform. This study provides a reliable research scheme for the development of tractor gearbox in China and makes a contribution to China's agricultural machinery industry.
Key words：Tractor; transmission case; Structural analysis; Check calculation
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 研究背景
随着农业工业化发展不断推进，机械农业化在我国也已经广泛展开，其中拖拉机是农业耕种中最具代表性的基础设备，代表着农业发展生产力水平。在农业生产工具中，以农业耕种机以及拖拉机组成的农业设施是最为广泛普遍见到的，以农业拖拉机作为动力源的设备越来越多，农业拖拉机的研究因此变得越来越重要，拖拉机的核心部件之一就是变速箱，因此拖拉机的变速箱将会是市场需求巨大，也将成为研究的重点[1]。我国广大用户还是比较喜欢可靠性高的变速箱。因此机械式手动变速器则是最佳选择，对比自动变速箱来说手动变速箱更加容易维护，设计简单，耐用。图1-1就是凯特迪尔轮式拖拉机内部的变速箱。它是由陕西汽车齿轮总厂整体改制而成是纯国产的变速箱它的输入功率为220KW，输出扭矩为1190Nm，最高输入转矩为2600rmp。
1.1.2 选题意义
目前在拖拉机上使用的变速箱大致可以分为两类：手动变速箱和自动变速箱。其中，自动变速箱由于驾驶员操作简便，从而装备这种变速箱的拖拉机能够大大提高驾乘舒适性，但是由于自动变速箱的结构复杂，对技术要求和制造工艺都有较高的要求，最主要是自动变速箱容易出现诸多问题，不符合我国基本国情，我国广大用户还是比较喜欢耐造的变速箱[2]。因此机械式手动变速器则是最佳选择，对比自动变速箱来说手动变速箱更加容易维护，设计简单，耐用。所以我选择最基础的变速器—手动变速器作为我的毕业设计。在目前我国的变速器的发展与世界发达国家还是有一定差距的。在这方面要达到国际先进水平还有一段较长的路要走，这需要在众多优秀老师和从事机械研究的人员带领下共同努力找出一条适合国情并与国际先进接轨的售后服务及变速器发展之路,才能迅速提高整个行业的水平和地位[3]。9月12日有幸由教授带领去往大洋农机公司调研，主要是了解阿克苏地区拖拉机的使用状况，农户对拖拉机的需求。然后根据农户需求对拖拉机进行优化设计。
优点：
（1）主副箱组合设计，速比范围宽，头档速比大，爬坡能力强；
（2）价格适中，大部分用户和整车厂可以接受；
（3）变速器耐用，相比国内中重卡上用的变速器结实；
（4）容易拆解维修，维修成本低。
缺点：
（1）换挡舒适型不佳，容易产生较为明显的“顿挫感”；
（2）掉头转弯半径不灵活。
1.2 国内外变速箱的研究动态
1.2.1 国外研究现状
国外在变速箱设计与制造领域一直处于领先地位，具有很早的研究经历和技术沉淀与积累，因此在全球的市场占比很大。具有实力的国家比如美国、法国、英国、德国、日本都是最具代表性的。自动变速箱在日本和北美等地区的普及率很高；在北美，AT自动变速器拥有雄厚的技术力量和较大的生产能力[3]。随着多速AT自动变速器的发展，它的性能可与CVT变速器媲美。因此，北美汽车制造商继续大力开发AT变速器，以利用AT自动变速器现有的生产资源。
日本的自动变速器市场仍以传统自动变速器为主。然而，由于燃油供应的限制，他加大了CVT自动变速器的开发力度，该变速器已发展为350n变速器。变速箱无级变速器（单位：m）；同时，日产还开发了辊道式无级变速器。由于其自身的结构缺陷，限制了其扭转扩口能力和CVT的应用。然而，随着技术的不断进步，其发展前景非常乐观。随着CVT的发展，日本公司也在研究多速传输（如7AT），以延长现有AT传输线的使用寿命[4]。
1.2.2 国内研究现状
我国对于发动的机的研究起步晚，技术较为薄弱，我国从第一个五年计划开始才进行工业化发展与研究，那时候的解放牌汽车最具有代表性，经过近几十年的发展，也已经取得了一些进步和成果[5.6]。目前，国内所有企业都在自主研发变速器，国内部分技术已经产业化了，并且供给国内低端市场使用，当然，舒适性，可靠性、故障诊断等是这类变速器的不足之处。国内在这方面做的相对较好的要数法士特，但是距离国际先进水平还有很大的差距[7.8]。其主要体现在三个方面：一是双锥同步器，国内虽然已经研制出来，但是质量不稳定。二是制作材料问题。三是轻量化问题，国内产品重量大，即浪费材料又耗油。下表是几款国内现在比较好的手动变速箱及其主要参数。
具体见表1-1：
综上所述，加强拖拉机变速箱研究具有战略性意义，对于推动农业积聚的发展很有必要，也是服务农业问题，推进三农问题的切实可行的一项具体措施和任务。国外的拖拉机昂贵致使国内很多用户都用不起，特设计和优化现有的拖拉机变速箱，使其性能更优，结构更合理，价格更便宜，能够更好的服务于广发的农民用户，为我国拖拉机变速箱的发展，提供一个可靠的研究方案，为我国农机事业做出自己应有的贡献。
1.3 研究内容及方法
1.3.1 研究内容
设计一款拖拉机变速箱，其主要参数要求如下，针对实现此参数的变速箱，特进行了如下内容的工作：
（1）设计变速箱传动系统方案
通过研究拖拉机变速箱机构组成，组成特点，目前存在的问题，以及变速箱需要优化项目等，指定变速箱传动系统，该传动系统在设计上更加优化，在在保证同等传动强度和能力的情况下，质量更轻[8]。
（2）进行传动系统基本参数计算
确定好方案后，还要计算负载参数，比如负载功率、转矩、转速需求等；此外根据拟定的方案，还要进行，传动系统齿轮参数、轴结构尺寸参数、轴承、键连接选型与校核等工作。
（3）绘制变速箱图纸
在设计与计算的基础上，要先绘制草图，同时在进行绘制草图过程还要进行计算设计和校核，最终设计出合格的高质量变速箱图纸。
1.3.2 研究方法
本次设计中主要进行了如下的研究方法，第一就是查阅资料法，根据任务要求详细阅读大量有关拖拉机变速箱研究的国内外文献，在网络后桥，图书馆，各种期刊的等地方寻找资料，了解拖拉机变速箱结构和特点，以及目前存在的普遍问题。
第二，设计依据法，也就是每一步设计与计算，都不是凭空想象，都是建立在一定的事实依据和推理下进行，来保证设计质量。
第三，校核法，在进行设计后，通常要对选择设计的内容除了正常的设计计算外，还要进行校核计算，在齿轮、轴、轴承、键等设计中，充分利用了校核法，对他们进行校核，充分保证设计的内容能够满足实际设计需求，保证质量。
1.3.3 技术路线
（1）查阅资料：通过网络、图书馆、保质期期刊杂志等方式获取大量知识和文献。
（2）利用三维绘图软件进行三维图纸绘制，三维模型使设计变得更直观形象，利于结构分析。
（3）有限元分析：建立好三维模型，再通过有限元软件对结构件进行有限元分析，从而为优化设计提供数据支撑。
第2章 设计要求与设计方案
2.1 设计要求
首先，设计该变速箱要符合实际参数要求，其设计参数要求如下表3-1。该变速器存在9个档位，其中一个是倒挡。此外，在设计过程中要尽可能减小零部件尺寸结构，一方面使结构变得优化和简单，机构紧凑，另一方面可以减轻质量并且降低制造成本[9]。
2.2 变速箱的总体结构和工作原理
2.2.1 工作原理
工作原理：该变速箱是由两个单独的变速器组成的一个整体装置，主箱是由换档杆操纵的六对齿轮副组成，副箱是由气压操纵的两对齿轮副实现范围档换档。主副箱都是双中间轴传动，主轴和主轴齿轮浮动。中间轴制动器也称为安装在主变速器壳体右侧的中间轴制动器或离合器制动器。中间轴制动器是驱动制动器。控制空气阀安装在离合器踏板下方。操作时，将踏板踩到底，即连接中间轴制动气路，压缩空气将制动活塞推到中间轴和取力器的顶部，使中间轴、主轴齿轮和离合器从动件在车辆起动前处于空档位置，发动机运行离合器。输入轴与主齿轮箱中的齿轮相连，但主轴不旋转。当车辆在行驶中起动时，首先脱开离合器，踩下离合器踏板，打开中间轴制动气路，使离合器从动部分和与其相连的变速器输入轴、中间轴和主轴的速度迅速降低[10]。然后，在操作过程中，车辆可以平稳启动。中间轴制动器仅在起动时使用。迅速降低中间轴速度，使车辆平稳启动；主机架上没有同步器。主轴滑套通过渐开线花键套在主轴上。移动滑套，使滑套的啮合齿与主轴的内啮合齿啮合，传递动力。锁销惯性同步器安装在辅助箱中。其动作由横向换档杆和双气动阀之间的连杆控制，并由辅助油箱的换档空气驱动。它只有在高速档和低速档之间切换时才起作[11]。
2.2.2 总体结构
第5章 总结
变速箱作为拖拉机变速器的主要部件，显得尤为重要。在本次设计中，我将主要根据相关评估标准对齿轮箱的主要内部零件（轴承、齿轮、轴等）进行计算和分析，以提高齿轮的强度。变速箱是根据我国的基本国情设计的，具有很强的针对性。此外，先进的变速箱可以减少功率损失和燃油消耗。这就是为什么许多拖拉机用户现在选择变速箱作为一个重要指标。
本文对拖拉机变速传动装置进行了大量的研究和计算，提高了整机的传动精度，并进行了新的优化设计。通过设计思路和设计计算，对传动装置的部分结构进行了设计，并用AutoCAD设计和绘制了基于拖拉机的传动装置。通过建模和仿真，得到了输入轴和输出轴在不同档位和不同传动比下的转速变化、传动装置位置的变化，以及输入轴、输出轴和关键位置在不同档位下的扭矩变化。获得新变速箱的好处。分析了拖拉机传动系统的稳定性，选择了合适的仿真参数，通过有限元分析得到最优解。
参考文献 略
