摘 要

农用植保机械高地隙桥是为了提高农用植保机械通过性以及避免伤苗而设计的具有较高最小离地间隙的车桥。正因为其不可替代的作用，高地隙桥越来越成为农用植保机械必需的一部分。

本文首先介绍了何为农用植保机械高地隙桥，然后高地隙前后桥的功能、形式和结构进行了选型。根据车桥设计手册，依次合理地选择了高地隙桥中主减速器、差速器、半轴、支腿轴和两级减速齿轮的参数，并完成校核。

选定参数之后，利用计算机辅助设计软件CATIA完成了高地隙桥传动部件和外部壳体的三维建模。因为高地隙桥“门”字结构，所以它的壳体设计成多壳体组合的形式，包括横向桥壳、肩部壳体、支腿外壳、轮边壳体和轮边齿轮盖等，用螺栓连接成整体。

将已建好的横向桥壳CATIA模型导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中，对四种典型行驶工况下做静力分析，完成横向桥壳的模态分析，取前六阶固有频率作分析，发现固有频率都高于路面激励频率范围0~50Hz，不会因为路面激励发生共振，设计合理。最后选用正弦载荷加载，对横向桥壳做疲劳寿命分析，最低疲劳寿命为1000万次，高于设计标准要求的50万次，设计合理。

关键词：高地隙桥；农用植保机械；有限元分析；设计

Abstract

Agricultural Plant Protection Machinery High Ground Gap Axles ,which with high minimum ground clearance ,are designed to improve the passing ability of agricultural plant protection machinery and to avoid injury plants. Because of its irreplaceable role, high ground gap axles are increasingly becoming an integral part of agricultural plant protection machinery.

What is the agricultural plant protection machinery high ground gap axle is firstly introduced.Then the function, form and structure of the front and rear high ground gap axle were selected. According to the axle design manual, the parameters of the main reducer, differential, half shaft, leg shaft, and two-stage reducing gears in the high ground gap axle are selected in turn and the check is completed.

After selecting the parameters, the Computer Aided Design software CATIA is used to complete the three-dimensional modeling of the transmission components and the outer shell of the high ground gap axle. Because of structure, its housing is designed in the form of a multi-hub combination, including a wheel housing, a lateral axle housing,a shoulder housing , a leg housing and a wheel gear cover. Finally,they are conneted by bolts.

The CATIA model of the transversal axle housing has been imported into the finite element analysis software ANSYS Workbench . The static analysis is performed under four typical driving conditions. And the modal analysis of the transversal axle housing is completed in next time. The first six natural frequencies are taken for analysis and found to be higher than the road excitation frequency of 0-50 Hz. Therefore, no resonance would occur and the design is reasonable. Finally, the sinusoidal loading is used to analyze the fatigue life of the transverse axle housing. The minimum fatigue life is 10 million times, which is higher than the 500,000 times required by the design standards. The design is right.

Key Words: high ground gap axle; agricultural plant protection machinery; finite element analysis; design.

目录

第1章绪论 1

1.1研究目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3本文主要内容 3

第2章农用植保机械高地隙桥设计与校核 4

2.1概述 4

2.2高地隙桥结构选型 7

2.2.1高地隙桥功能 7

2.2.2前后高地隙桥形式 7

2.2.3高地隙桥传动部分组成及分析 8

2.3高地隙桥传动部件参数计算与校核 10

2.3.1主减速器参数选择与校核 10

2.3.2差速器参数选择与校核 13

2.3.3半轴参数选择与校核 15

2.3.4支腿轴参数选择与校核 16

2.3.5半轴外端齿轮副参数选择与校核 16

2.3.6轮边齿轮副参数选择与校核 17

2.4农用植保机械高地隙桥模型构建 18

2.4.1高地隙桥传动部件CATIA模型 18

2.4.2高地隙桥桥壳CATIA模型 19

第3章高地隙桥有限元分析 21

3.1高地隙桥壳台架试验 21

3.1.1横向桥壳测试点 21

3.2建立横向桥壳有限元模型 21

3.2.1材料参数 22

3.2.2横向桥壳有限元网格模型 22

3.3横向桥壳有限元分析 23

3.3.1横向桥壳受力分析 23

3.3.2横向桥壳分析结果 27

第4章高地隙桥疲劳寿命分析 35

4.1横向桥壳疲劳寿命分析 35

4.1.1材料的S-N曲线 35

4.1.2疲劳寿命分析结果 36

第5章横向桥壳模态分析 39

第6章结论 41

参考文献 42

附录 44

附录A 高地隙桥CATIA建模截图 44

附录B CAD图纸截图 45

附录C计算程序 50

致 谢 52

第1章绪论

1.1研究目的和意义

我国城镇化进程在国家政策的鼓励下不断发展，城市里不断吸收着大量农村劳动力，急需生产工具升级来填补农业人口的减少所引起的农业生产缺口。《中华人民共和国农业机械化促进法》在2004年正式推行，十几年来，我国由传统的人力、畜力逐步转化为利用机械来进行农业生产活动，农业机械化在广度和深度上都取得了显著的进步，但因为农机自身质量、农机价格、农民接受程度和地区地形地貌等因素，我国农业机械化存在发展不平衡和整体水平不高的情况，比起发达国家，仍然有很大的提升空间。我国自主生产的农业机械存在设计不合理、产品可靠性低和维修困难、加工精度低、成本高、设备质量不稳定、生产与制造工艺相对落后等诸多问题，直接制约了我国农业可持续发展。

中华人民共和国农业部在2008年7月14日提出的标准《中华人民共和国农业行业标准——农业机械分类》将农用机械分成大类、小类和品目三个层次。所谓的农用植保机械就是大类——田间管理机械中的一个小类。农用植保机械是进行植物保护作业的机械设备，采用多重措施保护植物受害虫灾害。植保机械中工作效率最高、发展前景最好的是自走式植保机械，它自身带有动力，能行驶、转向和制动，并装配有很高离地间隙的车桥，称为高地隙桥。高地隙桥是系统中的重要一环，承载着农用植保机械的满载荷重，还有经车架悬架传递的各方向的力和它的力矩。除此以外，传动系统最大传动转矩还经过高地隙驱动桥的主减速器、差速器、半轴等零部件到驱动车轮，高地隙桥壳同时承受相应反作用力矩。由于不够合理的设计和相对落后的生产制造工艺，我国自主生产的农用植保机械高地隙车桥在复杂的受力环境下很容易出现疲劳断裂。