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小馬力輪式拖拉機(jī)總體及前驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
摘 要：目前，我國(guó)拖拉機(jī)行業(yè)增長(zhǎng)迅速，其中由以小馬力拖拉機(jī)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的便利，因?yàn)槠潴w型相較于大型拖拉機(jī)更加適合中小型農(nóng)田的耕種。目前國(guó)內(nèi)的小馬力拖拉機(jī)依靠進(jìn)口為主，其中國(guó)內(nèi)能夠生產(chǎn)小馬力拖拉機(jī)的企業(yè)都是中外合資企業(yè)。因此，設(shè)計(jì)一款有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小馬力拖拉機(jī)是十分重要的。拖拉機(jī)的前驅(qū)動(dòng)橋是能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向與承重的重要部件，其能夠保證拖拉機(jī)的正常行駛與轉(zhuǎn)向功能，可以說(shuō)是拖拉機(jī)的雙腳。而前驅(qū)動(dòng)橋又因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)出來(lái)的前驅(qū)動(dòng)橋在重型任務(wù)下仍然可能出現(xiàn)前驅(qū)動(dòng)橋斷裂或者是脫落的情況。本設(shè)計(jì)所研發(fā)的小馬力拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋通過(guò)大量的計(jì)算與重復(fù)的校核保證前驅(qū)動(dòng)橋能夠完美實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)向角度40°，在拖拉機(jī)最大載荷情況下前驅(qū)動(dòng)橋不會(huì)出現(xiàn)斷裂或者脫落。通過(guò)NX軟件模塊的CAE功能對(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)件進(jìn)行有限元仿真分析，保證設(shè)計(jì)合理性。以NX軟件運(yùn)動(dòng)仿真功能保證拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，轉(zhuǎn)向角度滿(mǎn)足實(shí)際需求。使用NX軟件對(duì)前驅(qū)動(dòng)橋與拖拉機(jī)進(jìn)行整體模型的安裝仿真，保證無(wú)零件干涉，保證了設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。
關(guān)鍵詞：小馬力；輪式拖拉機(jī)；前驅(qū)動(dòng)橋；CAD；CAE
The Design of Small Horsepower’s Tractor
General and Front Axle
Abstract：China's tractor industry is growing rapidly at present, the small horsepower tractor bring great convenience to agricultural production, because its size compared to large tractors more suitable for small and medium-sized farmland farming. At present, the domestic small horsepower tractors rely on imports, which can produce small horsepower tractors enterprises are Sino-foreign joint ventures. Therefore, the design of a domestic independent intellectual property rights of small horsepower tractor is very important. The tractor's front axle is an important part of the steering and load-bearing, which ensures the normal travel and steering of the tractor, which can be said to be the feet of the tractor. The front axle because of the complex structure, the current design of the front axle in the heavy task may still appear before the bridge break or fall off the situation. The design of the small horsepower tractor front axle through a large number of calculations and repeated checks to ensure that the bridge can be the perfect to achieve the maximum steering angle of 40 °, in the case of the maximum load of the tractor before the bridge will not break or fall off. Through the CAE function of NX software module, the finite element simulation analysis of the design components is carried out to ensure the design rationality. The NX software motion simulation function ensures that the tractor front axle mechanism design is reasonable, steering angle to meet the actual needs. Using NX software on the front axle and tractor to the overall model of the installation simulation, to ensure that no part of the interference to ensure the design of the rationality and scientific.
Key words： Small horsepower; Wheeled tractor; Front axle; CAD;CAE
目錄
目錄 4
1 緒論 1
2 小馬力輪式拖拉機(jī)總體設(shè)計(jì) 2
2.1拖拉機(jī)總體構(gòu)成 2
2.2拖拉機(jī)基礎(chǔ)參數(shù) 2
2.3拖拉機(jī)設(shè)計(jì)性能 3
3 前驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì) 5
3.1前驅(qū)動(dòng)橋方案對(duì)比與選擇 5
3.2前驅(qū)動(dòng)橋組成與作用 5
3.3橋殼設(shè)計(jì) 6
3.3.1橋殼結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì) 6
3.3.2橋殼受力分析 7
3.3.3前驅(qū)動(dòng)橋輪距調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.4.1轉(zhuǎn)向方式選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.4.2轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.4.3轉(zhuǎn)向節(jié)受力計(jì)算 10
3.5行走系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.5.1車(chē)輪主要參數(shù)選擇 12
3.5.2制動(dòng)設(shè)計(jì) 12
3.5.3前輪軸設(shè)計(jì) 14
3.6前驅(qū)動(dòng)橋總體裝配 14
4 主要零件應(yīng)力校核 16
5 總結(jié) 19
參考文獻(xiàn) 20
致 謝 21
聲 明 22
附錄 23
1 緒論
拖拉機(jī)的分類(lèi)是根據(jù)其馬力進(jìn)行定義的，其中小型輪式拖拉機(jī)的馬力都小于25馬力；中型拖拉機(jī)的馬力處于25 ～10馬力之間；大型拖拉機(jī)的馬力都大于25馬力。中拖市場(chǎng)一度處于冷淡水平，相較而言的小型拖拉機(jī)則異?；鸨?。可以看出小馬力的拖拉機(jī)處于市場(chǎng)主流地位。90馬力的拖拉機(jī)為中型拖拉機(jī)的主流。
目前國(guó)內(nèi)外的拖拉機(jī)大多采用的是彈性減振式前驅(qū)動(dòng)橋，這種方式的前驅(qū)動(dòng)橋可以將拖拉機(jī)的牽引能力發(fā)揮到最大，也可以減小拖拉機(jī)的振動(dòng)幅度。
彈性前驅(qū)動(dòng)橋主要型式有以下四種：
（1）獨(dú)立輪式減振軸。在拖拉機(jī)的車(chē)輪上裝上一個(gè)彈性懸架系統(tǒng)，使用減振液壓油缸以及平行四邊形機(jī)構(gòu)，按照平行四邊形機(jī)構(gòu)夾角為45°進(jìn)行鉸接式安裝，這就是所謂的獨(dú)立輪式減振軸。這樣的安裝方式可以將拖拉機(jī)的前軸所頂在距離地面的最小的高度范圍之內(nèi)或者拖拉機(jī)的前軸處于彈性懸架最大振幅的中間位置。
（2）單缸式減振軸。我們可以通過(guò)一個(gè)電磁閥進(jìn)行電子管理控制該種彈性懸架系統(tǒng)。
（3）側(cè)置千斤頂式彈性懸架前驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)電子中心控制側(cè)置千斤頂來(lái)進(jìn)行自動(dòng)操控。在這個(gè)系統(tǒng)采用比例控制閥來(lái)控制拖拉機(jī)前軸與各種作業(yè)地面的接觸一直處在相適應(yīng)的位置。
（4）氣動(dòng)式彈性懸架前驅(qū)動(dòng)橋。 從載重汽車(chē)中借用過(guò)來(lái)的氣動(dòng)式彈性懸架減振前驅(qū)動(dòng)橋?qū)⑼侠瓩C(jī)的前軸掛在一個(gè)擺動(dòng)框架上，通過(guò)一個(gè)堅(jiān)固的銷(xiāo)軸將前軸固定在一個(gè)U形翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。 在前驅(qū)動(dòng)橋后部的兩個(gè)連接點(diǎn)隨底盤(pán)架擺動(dòng)的同時(shí)，使用兩個(gè)空氣彈簧保證其在凸凹不平地面的應(yīng)力吸收，達(dá)到減振的功能。
因此我國(guó)目前小馬力拖拉機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈，本來(lái)國(guó)內(nèi)小馬力拖拉機(jī)就處于弱勢(shì)地位，現(xiàn)如今有了國(guó)外產(chǎn)品的加入使得市場(chǎng)變得更加激烈。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委給出的補(bǔ)貼數(shù)據(jù)可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)自主生產(chǎn)的拖拉機(jī)給予一定的政策補(bǔ)貼，對(duì)國(guó)外進(jìn)入國(guó)內(nèi)的拖拉機(jī)有一定的沖擊作用，但是民眾對(duì)拖拉機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的重視仍然難以改變。因此越來(lái)越多的農(nóng)民在選擇小型拖拉機(jī)時(shí)不再僅僅只以?xún)r(jià)格作為參考。因此，我們必須抓住這個(gè)市場(chǎng)機(jī)遇，努力研發(fā)屬于自己的小型拖拉機(jī)產(chǎn)品，結(jié)合現(xiàn)有政策優(yōu)勢(shì)，再加上本土企業(yè)與國(guó)內(nèi)農(nóng)民朋友的良好關(guān)系，打贏這場(chǎng)戰(zhàn)役。
本設(shè)計(jì)主要研發(fā)一款能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)向和支撐功能的拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋，目前前驅(qū)動(dòng)橋要解決的問(wèn)題是前驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)設(shè)計(jì)和計(jì)算、前驅(qū)動(dòng)橋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、前驅(qū)動(dòng)橋軸的設(shè)計(jì)和校核等問(wèn)題。
為了解決以上存在的問(wèn)題，必須在前期設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行參考論證，通過(guò)選取合適的設(shè)計(jì)方案來(lái)保證原始方案的正確性。通過(guò)合理的計(jì)算對(duì)已選擇方案的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行校核，以嚴(yán)格的計(jì)算保證所選取參數(shù)的合理性。通過(guò)CAE軟件對(duì)部分零件進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，彌補(bǔ)通過(guò)公式計(jì)算的不足。
2 小馬力輪式拖拉機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1拖拉機(jī)總體構(gòu)成
小馬力輪式拖拉機(jī)由多種構(gòu)件組成，其中主要的包括發(fā)動(dòng)機(jī)總成、離合器總成、排氣系統(tǒng)、前驅(qū)動(dòng)橋總成、傳動(dòng)箱、分動(dòng)箱、制動(dòng)器、控制機(jī)構(gòu)、懸掛系統(tǒng)總成、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等。其中，本拖拉機(jī)采用的為13.24KW的柴油機(jī)，約為18馬力。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)由傳動(dòng)箱進(jìn)行變速，本設(shè)計(jì)的拖拉機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)（3+1）×2檔位輸出，經(jīng)由傳動(dòng)箱變速后的動(dòng)力通過(guò)分動(dòng)箱分別穿向前驅(qū)動(dòng)橋和后驅(qū)動(dòng)橋，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸。除此之外，傳動(dòng)箱過(guò)來(lái)的動(dòng)力還必須有動(dòng)力輸出裝置，通過(guò)連接相關(guān)農(nóng)具能夠?qū)崿F(xiàn)不同功能。除了機(jī)械系統(tǒng)外，拖拉機(jī)還有電氣系統(tǒng)，主要能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電、儲(chǔ)存、電啟動(dòng)、照明等功能。
圖2-1小馬力輪式拖拉機(jī)組成
1-保護(hù)罩總成；2-發(fā)動(dòng)機(jī)；3-變速箱；4-轉(zhuǎn)向助力裝置；
5-冷卻裝置；6-后懸掛；7-后驅(qū)動(dòng)橋；8-分動(dòng)箱；9-前驅(qū)動(dòng)橋。
2.2拖拉機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)
如表2-1為本設(shè)計(jì)拖拉機(jī)的具體參數(shù)，只有確定了相關(guān)參數(shù)，才能保證拖拉機(jī)設(shè)計(jì)的合理性與可靠性。其中驅(qū)動(dòng)方式確定了拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋的基本結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)，此外前輪輪距與離地間隙也能夠影響到前驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)。
表2-1小馬力輪式拖拉機(jī)參數(shù)
驅(qū)動(dòng)方式
兩輪驅(qū)動(dòng)
外形尺寸(mm)
2670×（1250-1710）×1930
軸距(mm)
1465
前輪輪距(mm)
1050-1250
后輪(mm)
1040-1500
結(jié)構(gòu)重量（kg）
980
前進(jìn)擋(m/min)
1.93/2.94/4.61
6.36/8.92/13.59
21.33/29.41
后退檔(m/min)
2.54/12.27
發(fā)動(dòng)機(jī)功率（KW）
13.24
2.3拖拉機(jī)設(shè)計(jì)性能
通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)參數(shù)的選定，必須保證拖拉機(jī)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)保證其性能參數(shù)，拖拉機(jī)的性能參數(shù)包括自身?xiàng)l件和植保要求，并且保證生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性和人機(jī)交互關(guān)系。
A. 通過(guò)性
在農(nóng)田里進(jìn)行工作時(shí)，拖拉機(jī)必須不能對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生傷害，這對(duì)拖拉機(jī)的行間通過(guò)性便有著較高的要求。根據(jù)對(duì)我國(guó)農(nóng)作物的調(diào)查，目前我國(guó)農(nóng)作物的行距通常為500、600、700等等。通過(guò)對(duì)行距的調(diào)查與區(qū)分，因此在設(shè)計(jì)相應(yīng)的前驅(qū)動(dòng)橋時(shí)，必須要求前驅(qū)動(dòng)橋具備行距調(diào)整功能。
前驅(qū)動(dòng)橋在設(shè)計(jì)自身結(jié)構(gòu)時(shí)，除了能夠滿(mǎn)足自身的支撐力，合理的間距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)便確定了適應(yīng)在不同行距下的耕種要求。
B. 轉(zhuǎn)向操作性
優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)向操縱性能夠保證有垃圾在行駛過(guò)程中能夠按照駕駛員的駕駛要求準(zhǔn)確的行駛。轉(zhuǎn)向操作性主要通過(guò)轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性、行駛直線性、來(lái)保證。后輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)由于其本身設(shè)計(jì)的因素，其轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力來(lái)自前驅(qū)動(dòng)橋的導(dǎo)向輪。因此在設(shè)計(jì)前驅(qū)動(dòng)橋?qū)蜉喌臅r(shí)候必須確保前驅(qū)動(dòng)橋的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力能夠滿(mǎn)足拖拉機(jī)在各種情況下的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性則很大程度上決定了在極端情況下拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能。
C. 制動(dòng)性
制動(dòng)性保證的是拖拉機(jī)在各種條件下的制動(dòng)效果，制動(dòng)效果體現(xiàn)在行車(chē)時(shí)制動(dòng)、坡度停車(chē)制動(dòng)兩種情況。行車(chē)制動(dòng)性的決定因素通過(guò)很多方面決定，其中輪胎外形與寬度、輪胎材質(zhì)、制動(dòng)盤(pán)的大小等都會(huì)對(duì)行車(chē)制動(dòng)性產(chǎn)生較大影響。停車(chē)制動(dòng)性則大多數(shù)表現(xiàn)在拖拉機(jī)停車(chē)于一定角度的斜坡時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)我國(guó)對(duì)拖拉機(jī)的要求，當(dāng)拖拉機(jī)停止在20°的斜坡時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移，當(dāng)車(chē)輛鎖住時(shí)，駕駛員便可以安全離開(kāi)。
D. 負(fù)載性
拖拉機(jī)的負(fù)載性表示當(dāng)拖拉機(jī)在帶載與其動(dòng)力相匹配的農(nóng)機(jī)時(shí)，拖拉機(jī)不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力不足或者不能夠驅(qū)動(dòng)相應(yīng)農(nóng)具的情況。較大的負(fù)載性能夠提高拖拉機(jī)的作業(yè)性能，提高生產(chǎn)率。負(fù)載性通過(guò)拖拉機(jī)的牽引性和動(dòng)力軸輸出性體現(xiàn)。牽引性指的是拖拉機(jī)在牽引大耙、101雙向犁、秸稈收割機(jī)等機(jī)具時(shí)能夠進(jìn)行工作，并且滿(mǎn)足例如山地或者水田、旱田等不同土地條件。
E. 行進(jìn)速度
我國(guó)各地突然環(huán)境相差較大，并且隨著土壤環(huán)境不同所種植的農(nóng)作物也有較大區(qū)別，因此在設(shè)計(jì)拖拉機(jī)時(shí)必須確保拖拉機(jī)的行進(jìn)速度能夠滿(mǎn)足絕大部分土地工作時(shí)的行走速度。根據(jù)目前國(guó)家現(xiàn)有規(guī)定，拖拉機(jī)在爬行時(shí)的工作速度為0.5～2km/h，可以對(duì)農(nóng)田進(jìn)行旋耕與開(kāi)溝。在緩慢行駛時(shí)的拖拉機(jī)工作速度為2～5km/h，用作收貨作物。牽引時(shí)的速度為5～15km/h，在這個(gè)工作速度下能夠完成犁地、播種、噴灑農(nóng)藥等多種田間作業(yè)。行進(jìn)速度的合理性不但要設(shè)計(jì)合理的檔位，而且輪胎外徑的選擇也是重要的參數(shù)。
3 前驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)
3.1前驅(qū)動(dòng)橋方案對(duì)比與選擇
前驅(qū)動(dòng)橋的種類(lèi)多種多樣，但是前驅(qū)動(dòng)橋按照制動(dòng)方式可以分為鼓式與盤(pán)式制動(dòng)兩種，按照載重大小可以分為微拖、小拖、中拖、重拖四種，其中我們?cè)O(shè)計(jì)的為小型鼓式前驅(qū)動(dòng)橋。本前驅(qū)動(dòng)橋由轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)器總成、輪轂組合、節(jié)臂、橫拉桿總成、主銷(xiāo)、前軸等零件組成。本前驅(qū)動(dòng)橋可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、行走、支撐等多種功能。
本前驅(qū)動(dòng)橋采用彈性前驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)，彈性前驅(qū)動(dòng)橋能夠有效的減少機(jī)體的震動(dòng)，在地面高低不平時(shí)能夠緩和來(lái)自地面引起的沖擊。因?yàn)楸拘●R力拖拉機(jī)在前進(jìn)速度時(shí)有較高速度，所以必須采用螺旋彈簧機(jī)構(gòu)。
當(dāng)拖拉機(jī)在田間進(jìn)行作業(yè)時(shí)，彈性前驅(qū)動(dòng)橋由于其自身特點(diǎn)，能夠緩和地面不平所導(dǎo)致的對(duì)機(jī)體的沖擊作用，但卻也會(huì)產(chǎn)生機(jī)體的俯仰振動(dòng)從而使得作業(yè)質(zhì)量降低，因此必須配備鎖定機(jī)構(gòu)，使得彈性保護(hù)單元在田間耕作時(shí)不起作用。
3.2前驅(qū)動(dòng)橋組成與作用
在拖拉機(jī)工作過(guò)程中，前驅(qū)動(dòng)橋除了受到拖拉機(jī)自身前部重力之外還有承受因?yàn)榈孛娓叩退a(chǎn)生的變化載荷，如果前驅(qū)動(dòng)橋損壞則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的事故，因此前驅(qū)動(dòng)橋在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證其足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且前輪定位參數(shù)必須精準(zhǔn)。
拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋通常采用空心薄壁的結(jié)構(gòu)方式，其材料為鑄鋼或者型鋼。前驅(qū)動(dòng)橋截面形狀多種多樣，其中以圓形、鐘形、梯形為主。在早期的設(shè)計(jì)中，最主要的截面形狀為圓形，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，但是在實(shí)際工作時(shí)難以在前軸臂位置實(shí)現(xiàn)安裝，當(dāng)拖拉機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)會(huì)導(dǎo)致后傾角發(fā)生變化。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累，目前拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋多為梯形。此外，目前拖拉機(jī)的搖擺軸與前軸的連接方式多為焊接，但是焊接會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致焊接處斷裂。因此，為了保證前驅(qū)動(dòng)橋正常工作，在設(shè)計(jì)時(shí)前軸應(yīng)該比搖擺軸厚，便可以避免上述問(wèn)題。如圖3-1為前驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)組成，其能夠保證前驅(qū)動(dòng)橋有足夠的支撐強(qiáng)度與設(shè)計(jì)強(qiáng)度，能夠?qū)崿F(xiàn)在田間進(jìn)行工作時(shí)進(jìn)行前輪間距調(diào)整，保證前車(chē)輪轉(zhuǎn)向角度為10°～15°。
圖3-1 前驅(qū)動(dòng)橋組成
1-前輪轂；2-轉(zhuǎn)向支撐軸；3-前軸臂4-橋殼；
5-減速箱支座；6-轉(zhuǎn)向拉桿7-轉(zhuǎn)向節(jié)；8-車(chē)輪軸
3.3橋殼設(shè)計(jì)
3.3.1橋殼結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì)
目前前驅(qū)動(dòng)橋橋殼的主要作用為承受拖拉機(jī)前部的重力，在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證其結(jié)構(gòu)合理，安全可靠。前驅(qū)動(dòng)橋采用空心薄壁結(jié)構(gòu)，主要材料為鑄鐵鋼。前驅(qū)動(dòng)橋殼的主要外形有圓形、矩形、鐘形等等。本設(shè)計(jì)的前驅(qū)動(dòng)橋橋殼采用U形梁作為支撐，通過(guò)一定的焊接工藝，保證焊縫處不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。
因此，橋殼的設(shè)計(jì)以U形空心薄壁鋼管作為支撐件，如圖3-2為前驅(qū)動(dòng)橋橋殼的建模，前驅(qū)動(dòng)橋支撐梁是保證強(qiáng)橋能夠安全工作的基本零件之一。橋殼的建模過(guò)程主要是建立草圖、進(jìn)行拉伸、打孔、打孔、倒角等過(guò)程。前梁的建模必須保證內(nèi)壁厚度均勻，以及安裝時(shí)的垂直度。
圖3-2橋殼三維模型
3.3.2橋殼受力分析
前驅(qū)動(dòng)橋在實(shí)際工作過(guò)程中的受力載荷十分復(fù)雜，主要有機(jī)體自重、縱向力、側(cè)向力、地面高低引起的沖擊載荷等等，通過(guò)模型簡(jiǎn)化，可以得出拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶋H承受著大小和方向不斷變化的變載荷。因此，能夠合理的計(jì)算拖拉機(jī)的變載荷成了設(shè)計(jì)前驅(qū)動(dòng)橋的重中之重，可是實(shí)際情況下不可能及時(shí)的將所有變載荷進(jìn)行計(jì)算，所以在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)只能以靜態(tài)計(jì)算的方法進(jìn)行，雖然靜態(tài)計(jì)算方法簡(jiǎn)單，但是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，其計(jì)算結(jié)果已經(jīng)接近準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。如圖3-2為前驅(qū)動(dòng)橋的受力簡(jiǎn)圖，計(jì)算載荷因?yàn)榫唧w工況不同而不同。主要分為以下三種：
（1）拖拉機(jī)高速行駛在高低不平的路面上，此時(shí)，前驅(qū)動(dòng)橋的垂直動(dòng)載荷達(dá)到極值，因?yàn)樗俣容^快，側(cè)向力與縱向力微小到忽略不計(jì)，因此實(shí)際上作用在兩側(cè)輪子上的
圖3-3前驅(qū)動(dòng)橋受力簡(jiǎn)圖
垂直反作用力為和，通過(guò)公式（3-1）進(jìn)行計(jì)算
(3-1)
式中 靜止時(shí)前驅(qū)動(dòng)橋的垂直載荷（N）;
—?jiǎng)虞d荷系數(shù)，一般取2～2.5;
(2)拖拉機(jī)在路上行走時(shí)突然發(fā)生側(cè)滑，此時(shí)設(shè)側(cè)向力達(dá)到最大值，因?yàn)榘l(fā)生側(cè)滑，可以設(shè)縱向力為0，因?yàn)樵诎l(fā)生側(cè)滑時(shí)與隨著側(cè)滑方向不同而不同，假設(shè)發(fā)生左側(cè)側(cè)滑，計(jì)算公式為公式（3-2）
(3-2)
式中 -前輪側(cè)向附著系數(shù)，通常為1.0;
-搖擺軸中心線高度（mm）;
-前輪輪距（mm）。
將上述數(shù)值帶入公式：
（3）在工作中，最容易受到撞擊的為前輪，在前輪撞擊阻礙物時(shí)，前輪上的縱向力達(dá)到極值，假設(shè)縱向力作用于輪軸中心，此時(shí)側(cè)向力為0，兩個(gè)前輪共同分擔(dān)縱向力，計(jì)算公式為（3-3）
(3-3)
式中 —驅(qū)動(dòng)輪附著系數(shù)，通常為0.65；
—驅(qū)動(dòng)輪附著重量（N）。
將數(shù)值帶入公式：
通過(guò)上述公式計(jì)算可以得出，在各種情況下小馬力輪式拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)所承受的最大載荷力為4573（N）。不過(guò)這種計(jì)算方式主要用來(lái)計(jì)算主要零件的強(qiáng)度，部分零件必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。
前驅(qū)動(dòng)橋采用鐘形界面，該斷面的彎曲截面系數(shù)為：
(3-4)
式中: —工字形斷面中部尺寸，；
—垂直彎曲截面系數(shù)，；
—水平彎曲截面系數(shù)，；
設(shè)計(jì)中取a=20mm,代入式子3.4中得：
在設(shè)計(jì)中為了預(yù)選在板簧座處的彎曲截面系數(shù)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
(3-5)
式中：—作用在前梁上的質(zhì)量，;
—車(chē)輪中線至板簧座中心線的距離，；
將數(shù)代入式子（3-5）中得：
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的特性前梁的高度與工字梁端面的高度是相等的，約為72mm。主銷(xiāo)的長(zhǎng)度為前梁的0.3-0.4倍，即D主銷(xiāo)=720.45=32mm，工字梁上的主銷(xiāo)釘?shù)拈L(zhǎng)度與直徑的關(guān)系為6倍關(guān)系，所以主銷(xiāo)釘?shù)拈L(zhǎng)度為192mm。 主銷(xiāo)釘?shù)幕瑒?dòng)軸套與轉(zhuǎn)向節(jié)的孔成比例關(guān)系，主銷(xiāo)釘直徑的1.25-1.5倍便是襯套的長(zhǎng)度，所以襯套長(zhǎng)為48mm。他的材料為Cr。
3.3.3前驅(qū)動(dòng)橋輪距調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于所種植農(nóng)作物的株距差異，前驅(qū)動(dòng)橋輪距調(diào)整機(jī)構(gòu)的作用是為了保證在不同環(huán)境下進(jìn)行前輪的輪距調(diào)整。前軸臂能夠在橋殼內(nèi)部進(jìn)行橫向伸縮，并且通過(guò)螺栓等方式進(jìn)行鎖死。如圖3-4為前驅(qū)動(dòng)橋的輪距調(diào)整裝置的二維圖，通過(guò)螺栓固定對(duì)應(yīng)的調(diào)整孔進(jìn)行間距調(diào)整。
圖3-4輪距調(diào)整裝置
3.4轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1轉(zhuǎn)向方式選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)添加相應(yīng)的力矩來(lái)抵消驅(qū)動(dòng)方向轉(zhuǎn)向的摩擦阻力，只要添加轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力這樣子才能抵消拖拉機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的阻力。使得拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向的方式主要有以下幾種：（1）使車(chē)輪轉(zhuǎn)向；（2）使機(jī)架轉(zhuǎn)向；（3）改變兩個(gè)前輪
圖3-5 偏轉(zhuǎn)前輪轉(zhuǎn)向原理圖
驅(qū)動(dòng)力。因?yàn)楸就侠瓩C(jī)采用牽引式機(jī)具，通過(guò)后輪驅(qū)動(dòng)，所以轉(zhuǎn)向力矩的來(lái)源為地面對(duì)導(dǎo)向輪的側(cè)向力。通過(guò)圖3-4可以看出若拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑為R，則計(jì)算公式為
(3-6)
式中 L—拖拉機(jī)軸距；
M—轉(zhuǎn)向節(jié)立軸中心線與地面交點(diǎn)距離；
—內(nèi)測(cè)前輪轉(zhuǎn)角。
根據(jù)實(shí)際工況與表2-1數(shù)值，拖拉機(jī)最小轉(zhuǎn)彎半徑為2550mm，軸距為1465mm，內(nèi)測(cè)前輪最大偏轉(zhuǎn)角度為45°，將數(shù)值帶入公式（3-6）得：
3.4.2轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向節(jié)的作用是保證前驅(qū)動(dòng)橋在行駛時(shí)承受沖擊載荷，為了避免轉(zhuǎn)向節(jié)在工作時(shí)斷裂，必須保證產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)的角度較大，材料選用45鋼。其部分表面需采用淬火，來(lái)與軸承獲得較好的裝配。
3.4.3轉(zhuǎn)向節(jié)受力計(jì)算
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是保證一下幾個(gè)方面：（1）保證拖拉機(jī)在行駛時(shí)的直線度，在方向盤(pán)歸中時(shí)不會(huì)產(chǎn)生拖拉機(jī)跑偏或者是向側(cè)向滑動(dòng)。（2）安全可靠，零件使用壽命長(zhǎng)。（3）操縱輕巧，主要體現(xiàn)為方向盤(pán)的操作輕巧省力。根據(jù)《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)操縱裝置最大操縱力》的內(nèi)容規(guī)定，在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員能夠操縱方向盤(pán)的最大操縱力約為60N，液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在液壓轉(zhuǎn)向失效時(shí)最大允許操縱力為600N。因此，機(jī)械操縱系統(tǒng)中必須加入液壓操縱裝置。加入液壓轉(zhuǎn)向裝置后，液壓系統(tǒng)的最大工作壓力可達(dá)10Mpa，能夠保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的靈活操作和結(jié)構(gòu)緊湊。根據(jù)公式（3-7）可以算出拖拉機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)所受的總的轉(zhuǎn)向阻力矩：
(3-7)
式中 —前、后輪的轉(zhuǎn)向阻力矩；
—作用點(diǎn)到點(diǎn)的間距。
將數(shù)值帶入式3.7進(jìn)行計(jì)算，可得：
根據(jù)上式可得出在拖拉機(jī)負(fù)載最大并且進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，總的轉(zhuǎn)向阻力約為1506N，因此設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向節(jié)時(shí)，必須保證能夠達(dá)到最大轉(zhuǎn)向力，并且油缸液壓系統(tǒng)能夠達(dá)到所需力。
轉(zhuǎn)向套筒的作用是給前梁起到最基礎(chǔ)的支撐作用，保證前梁底部與地面的離地間隙，此外，轉(zhuǎn)向套筒也是保證車(chē)輪能夠平穩(wěn)轉(zhuǎn)向的重要部件。轉(zhuǎn)向套筒的建模主要包括建立草圖、進(jìn)行拉伸、建立凸臺(tái)、打孔、倒角等一系列過(guò)程。轉(zhuǎn)向套筒必須保證內(nèi)壁的圓柱度和潤(rùn)滑，在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)也必須保證內(nèi)部的封閉性，不能因?yàn)檫M(jìn)水后導(dǎo)致內(nèi)部零件被雜質(zhì)填滿(mǎn)，在長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件磨損加速。轉(zhuǎn)向套筒與前梁在裝配時(shí)要保證一定的角度，這樣才能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖3-6為轉(zhuǎn)向套筒的三維模型。
圖3-6 轉(zhuǎn)向套筒三維模型
3.5行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.5.1車(chē)輪主要參數(shù)選擇
通過(guò)選擇合理的主銷(xiāo)后傾角能夠保證拖拉機(jī)在高速行駛時(shí)的直線方向的穩(wěn)定性。后傾角的選值一般為3°以?xún)?nèi)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的輪胎為子午線輪胎，所以其拖距很大，在選擇后傾角時(shí)需要根據(jù)情況進(jìn)行加大，所以選擇角度為2.5°。
通過(guò)改變主銷(xiāo)的內(nèi)傾角可以減少拖拉機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)方向盤(pán)提供的轉(zhuǎn)向力，從而使得轉(zhuǎn)向器所受到的壓力降低,并且轉(zhuǎn)向輪到轉(zhuǎn)向盤(pán)的沖擊也會(huì)隨之減少。主銷(xiāo)內(nèi)傾角的選擇通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值便可以確定，通常=5°-8°，因?yàn)橥侠瓩C(jī)為小型拖拉機(jī)，所以其主銷(xiāo)偏移距為30-40mm。因?yàn)橥侠瓩C(jī)并不需要很強(qiáng)的轉(zhuǎn)向回正的回正作用，所以選取角度時(shí)便可以采用較小角度，因此后傾角選擇為5°。
外傾角的選擇范圍也有固定值用作參考，平常=0.5°-1.5°。外傾角的主要作用是改變輪胎與接地點(diǎn)的內(nèi)縮值，通過(guò)采取合適的值便能夠改善在制動(dòng)時(shí)候的穩(wěn)定性，通過(guò)參考文獻(xiàn)[3]，可以確定外傾角的大小為1°。
3.5.2制動(dòng)設(shè)計(jì)
制動(dòng)系統(tǒng)是前驅(qū)動(dòng)橋的重要組成部分，其主要功能為使拖拉機(jī)在行駛中減慢速度或者停止，保證拖拉機(jī)在一定情況下維持靜止?fàn)顟B(tài)。制動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分為制動(dòng)器和制動(dòng)操縱系統(tǒng)，目前制動(dòng)系統(tǒng)多采用蹄式或者盤(pán)式制動(dòng)器兩種方式。在設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)時(shí)主要要滿(mǎn)足以下要求：（1）制動(dòng)效果明顯，根據(jù)《拖拉機(jī)基本技術(shù)條件》，
表3-1 拖拉機(jī)不同條件下制動(dòng)距離
空載
滿(mǎn)載
行駛速度≤20km/h
≤5.4m
≤6.4m
行駛速度≥20km/h
≤8.4m
≤9.8m
手冊(cè)中有規(guī)定如表3.1所示。本設(shè)計(jì)采用的為鼓式制動(dòng)系統(tǒng)，假設(shè)剎車(chē)鼓上的制動(dòng)力矩為,則根據(jù)推算可得在制動(dòng)鼓上的摩擦力為。摩擦片的材料：摩擦片（酚醛石棉）與制動(dòng)盤(pán)（HT250）μ=0.4制動(dòng)盤(pán)的摩擦平均作用半徑：r2=200mm。制動(dòng)器的設(shè)計(jì)必須對(duì)拖拉機(jī)在工作時(shí)候的兩種情況進(jìn)行充分的考慮，首先必須確保拖拉機(jī)在一定的坡度停止時(shí)所需的制動(dòng)力；另外一種情況是在不同條件下的土壤附著力所保證的制動(dòng)力矩，對(duì)這兩種力矩進(jìn)行計(jì)算并且選擇較大的力矩作為計(jì)算扭矩。
（1）保證拖拉機(jī)在一定角度坡道上停止時(shí)所需的力矩，計(jì)算公式為（3-8）
(3-8)
式中: —拖拉機(jī)旱地使用重量 =5960 Kg
—拖拉機(jī)上坡極限角 =20°
Z—制動(dòng)器個(gè)數(shù) Z=2
i—驅(qū)動(dòng)輪到制動(dòng)器的傳動(dòng)比 i=1
—驅(qū)動(dòng)輪到制動(dòng)器的傳動(dòng)效率 =0.98
—?jiǎng)恿Π霃? 1755/2×0.94＝0.82485
將數(shù)據(jù)帶入可得：
≈858 Kg.m
（2）土壤附著條件確定的每個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩，如公式（3-9）
(3-9)
式中: —單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的載荷
式中：L—軸距(mm)；a、h—拖拉機(jī)質(zhì)心的縱向坐標(biāo)和高度坐標(biāo)(mm)
φ—附著系數(shù)φ=0.7
因 ＞，故取MTK=858 Kg.m為制動(dòng)器的計(jì)算扭矩。
拖拉機(jī)的制動(dòng)方式有很多，但是目前應(yīng)用比較多的摩擦片干式制動(dòng)合氣頂油式兩種。制動(dòng)鉗選用ZL30裝載機(jī)鉗盤(pán)式制動(dòng)器。壓縮的空氣必須經(jīng)過(guò)油水分離裝置進(jìn)行油水分離，并且保證壓強(qiáng)處于空0.72Mpa，加力泵的增壓比為1：18，則：制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)油液的壓強(qiáng)為：
0.72×18=13MPa
剎車(chē)鉗的油缸活塞直徑為75mm，每個(gè)剎車(chē)鉗有4個(gè)油缸活塞，則每個(gè)剎車(chē)鉗的制動(dòng)油液作用在摩擦片上的總壓力為：
整車(chē)具有2個(gè)剎車(chē)鉗，每個(gè)剎車(chē)鉗作用在后橋上的制動(dòng)力矩為：
因此，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由于1918kgm>858kg.m，所以能滿(mǎn)足坡道停車(chē)要求。輪胎靜力半徑為：0.82485m，則整車(chē)制動(dòng)阻力為：
輪胎（丁苯橡膠）與地面（水泥）的摩擦系數(shù)為：0.7，則整機(jī)在制動(dòng)時(shí)地面提供給整機(jī)的最大摩擦阻力為：
整車(chē)在制動(dòng)時(shí)，輪胎不會(huì)打滑。制動(dòng)距離應(yīng)以地面提供的阻力為準(zhǔn)：最高車(chē)速為30Km/h=8.33m/s制動(dòng)距離：
制動(dòng)時(shí)間：
制動(dòng)減速度：
考慮到氣頂油的響應(yīng)時(shí)間，制動(dòng)距離應(yīng)在8m以?xún)?nèi)，所以制動(dòng)距離及減速度滿(mǎn)足安全要求，可以保證制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足實(shí)際工作需求。
3.5.3前輪軸設(shè)計(jì)
前輪軸在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮在不同情況下的受力狀態(tài)，前輪軸最?lèi)毫忧闆r便是在高速行駛時(shí)前輪觸碰障礙物導(dǎo)致前輪彈起時(shí)所收到的力。軸的設(shè)計(jì)公式為（3-10）。
(3-10)
式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa；
T—軸所受的扭矩，N.mm；
—軸的抗扭截面系數(shù)，；
n—軸的轉(zhuǎn)速,r/min；
d-軸的直徑，mm。
根據(jù)查找文獻(xiàn)[5]可以知道軸的扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力為30，軸上傳遞功率為3kw。將上述值帶入計(jì)算可得：
將所得數(shù)值取整，車(chē)輪軸設(shè)計(jì)直徑為60mm。
3.6前驅(qū)動(dòng)橋總體裝配
前驅(qū)動(dòng)橋的總體裝配有著較高的裝配要求，前梁必須保證相互之間的垂直度與平行度，并且前梁內(nèi)壁與轉(zhuǎn)向套筒直線安裝時(shí)必須采取密封處理。密封的前梁能夠保證在拖拉機(jī)進(jìn)水時(shí)不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)部零件產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，也能夠防止雜質(zhì)進(jìn)入加速整個(gè)部件的磨損。通過(guò)采用軸承與相應(yīng)的密封墊片能夠保證上述密封要求。制動(dòng)系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必須能夠安裝良好，在拖拉機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的液壓油管道不能對(duì)轉(zhuǎn)向輪產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，保證轉(zhuǎn)向不受干擾。如圖3-7為前驅(qū)動(dòng)橋安裝的二維
圖。
圖3-7 前驅(qū)動(dòng)橋總裝二維圖
4 主要零件應(yīng)力校核
隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)已經(jīng)得到質(zhì)的了飛躍，從原始的曲面造型到如今的參數(shù)化技術(shù),CAD技術(shù)的成熟運(yùn)用大幅度的改變了汽車(chē)、船舶、飛機(jī)等高進(jìn)度制造業(yè)的發(fā)展。
隨著技術(shù)發(fā)展的成熟，CAD/CAM軟件也日新月異，例如Pro/ENGINEER、NX、SD等等，他們功能上各有不同，但是操作起來(lái)實(shí)則大同小異。而NX因?yàn)樵谥袊?guó)應(yīng)用早，用戶(hù)多、功能強(qiáng)大、易學(xué)等特點(diǎn)，在我國(guó)用戶(hù)市場(chǎng)中占有廣泛的地位。
前驅(qū)動(dòng)橋因?yàn)槭芰顩r較為復(fù)雜，普通的簡(jiǎn)化計(jì)算雖說(shuō)可以一定程度上確定相關(guān)數(shù)據(jù)，但是難以十分準(zhǔn)確的進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)槠洳荒軐?duì)十分準(zhǔn)備的對(duì)部分應(yīng)力集中點(diǎn)進(jìn)行精確計(jì)算。使用有限元分析軟件便能夠進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，而且能夠準(zhǔn)確給出受力變形后的具體形態(tài)，這是一般的計(jì)算方法難以企及的。
本設(shè)計(jì)采用NX軟件中的有限元分析模塊對(duì)拖拉機(jī)前車(chē)輪軸進(jìn)行分析，首先建立前車(chē)輪軸的三維數(shù)字化模型如圖4-1所示。該拖拉機(jī)的具體參數(shù)如下：當(dāng)拖拉機(jī)滿(mǎn)載時(shí)前驅(qū)動(dòng)橋
圖4-1 NX軟件中的前車(chē)輪軸模型
所受載荷為1120kg，車(chē)輪距前驅(qū)動(dòng)橋中心線距離為380mm，前驅(qū)動(dòng)橋外殼自重為38.2KG，兩處連接界面面積為1800,因此可得橫截面載荷為3.89Mpa。根據(jù)文獻(xiàn)[9]中的相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)拖拉機(jī)滿(mǎn)載荷時(shí)前驅(qū)動(dòng)橋外殼的最大形變量不超過(guò)1.5mm/m，承受1.5倍滿(mǎn)載荷時(shí)，前驅(qū)動(dòng)橋外殼不能出現(xiàn)斷裂和塑性變形。根據(jù)計(jì)算可得垂直方向最大載荷為。
進(jìn)入NX軟件的高級(jí)仿真功能后，首先對(duì)前驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行指派材料，該前驅(qū)動(dòng)橋?qū)嶋H生產(chǎn)時(shí)采用QT400-15，泊松比，其彈性模量E=0.15Mpa，材料密度為7109.接著進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在劃分網(wǎng)格時(shí)我們需要運(yùn)用到的命令是：拆分面（將一個(gè)面分為兩個(gè)或者多個(gè)面這是在由于面太大影響到我們劃分的網(wǎng)格質(zhì)量時(shí)用到的），合并邊（在指定的端點(diǎn)將兩條多邊形變合并為一條多邊形邊，一遍情況下我們直接用這個(gè)命令消除零件中所有能夠消除的點(diǎn)），合并面（沿著共有多邊形邊，將兩個(gè)多邊形面合并為一個(gè)多邊形面），塌陷邊（通過(guò)將模型上非常小的邊折疊到一點(diǎn)，移除這些邊），刪除面（刪除多邊形面，一邊情況下導(dǎo)入的模型發(fā)生面變形等情況我們需要?jiǎng)h除這些面），邊界形成的面（通過(guò)多邊形邊界創(chuàng)建新的多邊形面，用刪除面刪除的面運(yùn)用這個(gè)命令來(lái)創(chuàng)建新的多邊形面來(lái)重新形成一個(gè)體）。
我們先劃分3D四面體網(wǎng)格（在實(shí)體上創(chuàng)建一個(gè)包含4節(jié)點(diǎn)或者10節(jié)點(diǎn)的四面體單元的網(wǎng)格），在本文的分析過(guò)程中我們選擇創(chuàng)建的是4節(jié)點(diǎn)的3D四面體網(wǎng)格。然后根據(jù)零件的大小來(lái)自己判斷網(wǎng)格的大小。必須選擇嘗試自由網(wǎng)格劃分（自由網(wǎng)格劃分的存在是為了解決一下小得斜角或者圓角的網(wǎng)格劃分，如果不嘗試自由網(wǎng)格劃分很大程度上零件的網(wǎng)格劃分不出）將基于表面曲率的大小變化以及單元體積增長(zhǎng)速率設(shè)置為0（這些網(wǎng)格的設(shè)置對(duì)于網(wǎng)格的質(zhì)量有著非常大的影響，一般來(lái)說(shuō)設(shè)置為0的目的就是為了我們能夠看出哪些網(wǎng)格有問(wèn)題，然后在有問(wèn)題的網(wǎng)格上進(jìn)行修改，重新劃分）。如圖4-2所示，再劃分網(wǎng)格的時(shí)候零件上面的圓柱可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)格的大小等等原因發(fā)生變形，單元大小為10mm，單元數(shù)為7762，節(jié)點(diǎn)數(shù)為14109，節(jié)點(diǎn)數(shù)在發(fā)生變形的時(shí)候我們只需要在圓柱上面用拆分面這個(gè)命令來(lái)將圓柱免分為多個(gè)小面使得圓柱不會(huì)變形。
圖4-2 前車(chē)輪軸模型網(wǎng)格劃分
網(wǎng)格劃分完畢之后進(jìn)行約束。車(chē)輪軸因兩側(cè)受相應(yīng)載荷，為此通過(guò)制定一端面為受力點(diǎn)，另外一端面進(jìn)行固定，通過(guò)此方法來(lái)計(jì)算和分析實(shí)際工作過(guò)程中的應(yīng)力變形。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行添加約束，所選約束類(lèi)型為固定約束，約束添加于前驅(qū)動(dòng)橋端面與連
圖4-3添加約束
接器相連接的端面上。通過(guò)添加約束我們可以確保模擬實(shí)際工作中的準(zhǔn)確狀態(tài)。最后在前車(chē)輪軸的徑向端面添加載荷，因?yàn)樗茌d荷由兩側(cè)的前車(chē)輪軸分別承受，因此添加載荷為超越最大載荷1.5倍的1588N。將以上數(shù)據(jù)定義完成之后通過(guò)NX軟件進(jìn)行
圖4-3 添加載荷
求解，求解結(jié)果如圖4-4所示，當(dāng)添加載荷為滿(mǎn)載載荷1.5倍時(shí)，前車(chē)輪軸的最大變形為2.3mm，滿(mǎn)足文獻(xiàn)[9]上所需要求。
圖4-4 計(jì)算結(jié)果
表3.2為NX軟件中導(dǎo)出的具體計(jì)算結(jié)果，由于NX軟件特殊算法與顯示模塊，會(huì)在受力云圖形變部分以較大形變量顯示，不過(guò)數(shù)據(jù)顯示在受力時(shí)最大位移為0.23mm。
表3.2 計(jì)算結(jié)果
位移（mm）
應(yīng)力(mN/mm^2(kPa))
X
Y
Z
幅值
Von Mises
最小
主應(yīng)力
最大
主應(yīng)力
最大
剪切
最大
2.382
1.253
3.112
0.23
1.692
3.723
1.630
8.588
最小
0.005
0.003
0.006
0
3.455
1.762
0.002
1.973
5 總結(jié)
本設(shè)計(jì)從拖拉機(jī)的總體進(jìn)行著手，分析了拖拉機(jī)總體的各個(gè)特征與結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)介紹了拖拉機(jī)前驅(qū)動(dòng)橋的各項(xiàng)參數(shù)選擇與具體設(shè)計(jì)過(guò)程，保證前驅(qū)動(dòng)橋各個(gè)零件的設(shè)計(jì)合理性與可靠性。通過(guò)大量計(jì)算與CAE技術(shù)驗(yàn)算了設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。目前農(nóng)機(jī)的發(fā)展方向主要分為小型化和大型化兩個(gè)方向，大型化的農(nóng)機(jī)在我國(guó)已經(jīng)逐漸趨于成熟，技術(shù)日趨完善，市場(chǎng)也較為飽和。小型化農(nóng)機(jī)的發(fā)展仍然處于初步階段，其發(fā)展前景廣闊，技術(shù)研究也還在起步階段，很適合進(jìn)行研究和發(fā)展。相比于那些大型機(jī)械設(shè)備而言，小馬力輪式拖拉機(jī)不但體積較小、質(zhì)量較輕，并且價(jià)格便宜，更加適合現(xiàn)代農(nóng)村，尤其是大棚耕作的普及，使得這款小馬力輪式拖拉機(jī)更加貼合了現(xiàn)代新型農(nóng)業(yè)的需求。同時(shí)，在小馬力輪式拖拉機(jī)這一大類(lèi)的同種產(chǎn)品中，它的發(fā)展也逐步趨向于多功能化，但是不論它的附加功能有多么的豐富，其根本的耕作功能仍然做為其最主要的功能。本款小馬力輪式拖拉機(jī)的前驅(qū)動(dòng)橋能夠勝任拖拉機(jī)在所有情況下的工作，不但結(jié)構(gòu)合理可靠，而且功能全面，在實(shí)際生產(chǎn)加工時(shí)還能減少生產(chǎn)成本與加工難度。
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