微型山地拖拉机变速箱的改进设计与优化

发布时间：2020-06-12 01:20

【摘要】：有关微型山地拖拉机的研究对实现我国农业现代化、促进山区农业和社会的发展具有重要的战略意义。变速箱作为微型山地拖拉机中传递动力、控制转向的重要部件,要求其结构紧凑、体积小,档位速度满足开沟、旋耕等田间作业。本文针对微型山地拖拉机变速箱存在的结构尺寸富余大、低速区档位不足的缺点,提出了变速箱改进方案,同时将虚拟样机技术、有限元分析法和机械优化设计相结合,对改进后的变速箱进行三维实体建模,并对其主要部件进行有限元分析及参数优化。运用这种现代设计方法对变速箱进行优化,不仅改善了变速箱的结构,增强了微型山地拖拉机的实用性,而且缩短了变速箱的研发周期,提高了其设计效率。具体研究内容和结论如下:(1)确定微型山地拖拉机变速箱改进后的传动方案及其结构组成,利用三维造型软件Pro/E对微型山地拖拉机变速箱的主要零部件进行参数化建模,并对其进行虚拟装配,完成变速箱传动机构的干涉分析及运动仿真。(2)以微型山地拖拉机处于一档(低)档位下的工况为例对变速箱中的齿轮和轴进行传统力学分析,校核轴的强度、齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度,从而验证齿轮和轴的强度满足工作要求。(3)将Pro/E创建的三维模型通过无缝接口导入到ANSYS Workbench中,通过定义材料属性、网格划分、施加载荷和约束等步骤对变速箱主要部件进行线性静力分析和接触分析,得到被分析结构上应力、应变云图,并将有限元分析的结果与传统方法计算得到的结果比较分析,进而验证有限元分析结果的可靠性。(4)对微型山地拖拉机变速箱的输出轴进行约束模态分析,为动力学分析提供了基础。通过分析求解得到输出轴的前十阶固有频率及其相对应的模态振型,将输出轴在工作中的最高振动频率与各阶固有频率相比较,验证输出轴在工作中不会发生共振。(5)以变速箱的重量最轻、体积最小为目标函数,以齿轮的设计参数和强度要求为约束条件,利用Matlab自带的优化工具箱对变速箱一档换挡齿轮副的参数进行优化,得到一档换挡齿轮副的最优参数,从而降低变速箱的重量和制造成本。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S219.03

【参考文献】