【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 情況，變速箱內(nèi)各齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表6—2。表6—2 變速箱內(nèi)齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)齒輪編號(hào)齒數(shù)Z模數(shù)m齒寬b變 位系數(shù)Xn材料硬度RC應(yīng)力角備注Z12544040Cr40—5020186。Z23143040Cr40—5020186。Z319430020CrMnTi57—6220186。Z440430040Cr40—5020186。Z528425040Cr40—5020186。Z631425040Cr40—5020186。Z7472540Cr40—5020186。Z8213540Cr40—5020186。 主要齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 現(xiàn)選擇變速箱中重要傳動(dòng)軸Ⅲ軸上的ZZ4齒輪副為例進(jìn)行齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。 參數(shù)名稱符號(hào)值計(jì)算轉(zhuǎn)矩T251370 N齒寬系數(shù)接觸疲勞極限 1080 MPa970MPa設(shè)計(jì)許用應(yīng)力[][]972MPa873MPa88初定小齒輪直徑73mm初定齒寬b30圓周速度v使用系數(shù)動(dòng)載系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)K彈性模量 MPa1/2節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)2．5接觸最小安全系數(shù)1．05應(yīng)力循環(huán)次數(shù)108接觸壽命系數(shù)1．12許用接觸應(yīng)力1152MPa1053MPa 校核驗(yàn)算 == = =計(jì)算結(jié)果表明，，接觸疲勞強(qiáng)度合適。 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 在變速箱中共有三根軸，其中Ⅲ軸相對(duì)尺寸直徑小，長(zhǎng)度大，所受到的力多。下面僅以該軸的強(qiáng)度壽命進(jìn)行驗(yàn)算。 Ⅲ軸共有7種工作狀態(tài)，向回轉(zhuǎn)器傳遞4種狀態(tài)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)絞車的3種轉(zhuǎn)速。相比而言回轉(zhuǎn)器120r/min的轉(zhuǎn)速時(shí)該軸受扭矩最大，受力最大。 已知條件：材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理。該軸的各檔轉(zhuǎn)速及其傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩見(jiàn)表6—3。表6—3 Ⅲ軸的各檔轉(zhuǎn)速及其傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩速度序號(hào)轉(zhuǎn)速（r/min）傳遞功率(KW)傳遞轉(zhuǎn)矩(Nm)ⅠⅡⅢⅣ軸上各齒輪的分度圓直徑為：mm,mm,mm,mm,mm 軸的強(qiáng)度計(jì)算1. 在各種轉(zhuǎn)速下齒輪所受力計(jì)算 齒輪圓周力，齒輪徑向力 由分析可知在Ⅰ檔轉(zhuǎn)速下所受力為最大：N =20186。= 2. 計(jì)算軸受到的支承反力由于軸的轉(zhuǎn)速處于最低時(shí)所受到的力和轉(zhuǎn)矩最大，所以以第一檔轉(zhuǎn)速時(shí)的受力情況為條件進(jìn)行計(jì)算。Ⅲ軸的長(zhǎng)度較大，相對(duì)直徑較小，尤其是Z4與Z3嚙合處的花鍵軸，支承跨度大，容易產(chǎn)生彎曲變形，因此本次校核只在該花鍵軸上取截面，從而軸的受力可以簡(jiǎn)化。軸的受力簡(jiǎn)圖如圖6—1。圖6—1 傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖如圖6—1，將軸受到的力簡(jiǎn)化為水平方向和垂直方向受力，下面分別從這兩個(gè)方向分別列出方程計(jì)算支承反力。⑴水平方向受力N N⑵垂直方向受力N N（3）當(dāng)量轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下 軸徑的校核Z4齒根圓直徑計(jì)算：mmⅢ軸最小軸徑計(jì)算：Ⅲ=mm故 Ⅲ,滿足要求。第7章 絞車 絞車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本鉆機(jī)考慮到井上、井下鉆探作業(yè)，故設(shè)置了絞車，絞車結(jié)構(gòu)如附錄圖3所示。在結(jié)構(gòu)上選擇常用的固定輪系的行星式傳動(dòng)絞車，其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，傳動(dòng)裝置兼起離合作用，并有過(guò)載保護(hù)作用；傳動(dòng)功率大，效率高。傳動(dòng)平穩(wěn)，操縱靈活。 主要參數(shù)的選擇 絞車性能參數(shù)根據(jù)GB1102－74標(biāo)準(zhǔn)，選定鋼絲繩直徑如下：外徑：=總斷面積：=總破斷力：=47300N抗拉強(qiáng)度：=1700Mpa繩型：繩637（纖維芯）卷筒內(nèi)徑：＝140mm卷筒外徑：＝243mm卷筒有效長(zhǎng)度：L0＝100mm容繩長(zhǎng)度：式中：——每層鋼絲繩圈數(shù) ＝11 ——每層纏繩長(zhǎng)度之和，共6層，m 在絞車中，行星齒輪的外嚙合為重要齒輪副，只計(jì)算齒輪Z1Z15的幾何參數(shù)。它們的主要參數(shù)見(jiàn)表7—1。表7—1 齒輪Z1Z15的主要幾何參數(shù)齒輪齒數(shù)Z模數(shù)m變位系數(shù)Xn材料硬度HRCZ1418320CrMnTi5762Z1518320CrMnTi5762 絞車卷筒轉(zhuǎn)速和提升速度計(jì)算,各種轉(zhuǎn)速計(jì)算如下第Ⅰ檔: = =第Ⅱ檔: Ⅱ =第Ⅲ檔:Ⅲ =，即提升速度進(jìn)行了計(jì)算，現(xiàn)加上提升力總結(jié)于表7—1中。表7—1提升速度卷筒轉(zhuǎn)速提升力Ⅰ=Ⅰ=28r/min12000NⅡ=Ⅱ=50r/min6000NⅢ=Ⅲ=78r/min3350N 絞車所需功率：:: 絞車齒輪副強(qiáng)度簡(jiǎn)單校核 按接觸疲勞強(qiáng)度校核查閱相關(guān)資料,將校核所涉及的其它參數(shù)列于表7—2中。表7—2序號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)符號(hào)參數(shù)值1工況系數(shù)KA2動(dòng)載系數(shù)KV13齒間載荷分配系數(shù)KHα4齒向載荷分配系數(shù)KHβ15節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH6彈系數(shù)ZE7重合度系數(shù)Zε8螺旋角系數(shù)Zβ19壽命系數(shù)ZN1，ZN2，10最小安全系數(shù)SHmin，SFmin1，11潤(rùn)滑劑系數(shù)ZL112速度系數(shù)ZV13粗糙度系數(shù)ZR14齒面工作硬化系數(shù)ZW115尺寸系數(shù)ZX116傳動(dòng)比U17齒寬B22mm根據(jù)軸的材料，查閱相關(guān)資料可得 載荷系數(shù)K= KAKVKHαKHβ=11=⑴計(jì)算接觸應(yīng)力： ⑵許用接觸應(yīng)力：同樣可以得到 顯然，通過(guò)接觸強(qiáng)度校核。第8章 回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)附錄圖5所示，是由本體、立軸、立軸導(dǎo)管、弧齒錐齒輪等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤。其特點(diǎn)是：回轉(zhuǎn)器尺寸小、緊湊?；剞D(zhuǎn)器適用于各種角度的孔的鉆進(jìn)。離開(kāi)孔口采用開(kāi)箱式，簡(jiǎn)單可靠，減輕鉆機(jī)重量。立軸行程比過(guò)去小型鉆機(jī)大，為500mm，縮短鉆進(jìn)輔助時(shí)間。 回轉(zhuǎn)器的弧齒錐齒輪副設(shè)計(jì) 弧齒錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)的主要尺寸可用類比法或按傳動(dòng)方式來(lái)確定。對(duì)閉式傳動(dòng)可按齒面接觸強(qiáng)度估算，對(duì)開(kāi)式傳動(dòng)可按結(jié)構(gòu)初步確定，或按彎曲強(qiáng)度估算，并用計(jì)算載荷驗(yàn)算.設(shè)計(jì)中該傳動(dòng)采用垂直正交傳動(dòng)方式小弧錐齒大端直徑的估算：齒輪齒數(shù)設(shè)計(jì)為Z10=20 Z11=39 齒面硬度Z10為HRC5Z11為HRC52, （8—1）式中： —設(shè)計(jì)齒輪的許用接觸應(yīng)力 ＝＝1200N/mm2 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》－18查得。—安全系數(shù) 1～ 取＝；u—傳動(dòng)比也為齒數(shù)比 u=20/39；T1—所受轉(zhuǎn)距；K —使用系數(shù) 取K＝?？芍? 取 ＝120 mm；則有齒輪大端模數(shù) ＝/z=120/20=6 mm。其他相關(guān)參數(shù)如表8－1，8－2所示：表8－1名稱小弧錐齒Z10大弧錐齒Z11分錐角176。176。齒寬系數(shù)終點(diǎn)模數(shù)中點(diǎn)法向模數(shù)齒寬中點(diǎn)螺旋角35176。35176。 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算Z10與Z11的主要參數(shù)見(jiàn)表8－2。齒面硬度Z10為HRC5Z11為HRC57，錐距R＝,節(jié)錐角δ10=2709’,δ11=62051’表82齒 號(hào)齒 數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒寬材料齒頂系數(shù)壓力角螺旋角旋向精度Z102064020CrMnTi200350右8DCZ113964020CrMnTi200350左8DC齒輪在各種轉(zhuǎn)速下傳遞的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩見(jiàn)表8－3 表5－3功率 KW轉(zhuǎn)速 r/min轉(zhuǎn)矩 nm2344681170 1. 齒輪校核公式按接觸強(qiáng)度校核計(jì)算，計(jì)算接觸應(yīng)力： （8—2）許用應(yīng)力： （8—3） 式中 —節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖14327 ＝（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 四版三卷）；—彈性系數(shù) 由表141105 知＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù) 由表14330 ＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù) ＝＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù) ＝；—使用系數(shù) ＝；—?jiǎng)虞d系數(shù) ＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) ＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分配系數(shù) ＝；—傳動(dòng)比 ＝；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬 ＝＝34mm；—小齒輪分度圓直徑 ＝120mm；—作用在錐齒輪中點(diǎn)端面分度圓上的名義切向力＝2000T1/＝2000ⅹ576/120＝9610 N；—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 ＝1200；—接觸疲勞的最小安全系數(shù) ＝；—潤(rùn)滑劑系數(shù) 查圖14127 ＝；—速度系數(shù) ＝ 查圖14128 ＝；—粗糙度系數(shù) ＝；—溫度系數(shù) ＝。2. 齒輪校驗(yàn)計(jì)算： ＝ ＝ 因?yàn)橛?jì)算接觸應(yīng)力＝＝所以滿足要求，并且安全系數(shù)所以滿足安全要求。即齒輪按接觸疲勞強(qiáng)度校核滿足要求。 3. 彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算： 計(jì)算齒根應(yīng)力： 許用齒根應(yīng)力：強(qiáng)度條件：式中 —使用系數(shù) ＝；—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向分布系數(shù) ；—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分配系數(shù)；—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬 mm ＝＝=34mm； —錐齒輪系數(shù) ＝1；—中點(diǎn)法向模數(shù) ＝；—齒形螺旋角系數(shù) 由圖14328 有＝；—應(yīng)力修正數(shù) 由圖14329有 ＝；—最小安全系數(shù) ＝；—圓角敏感系數(shù) 有14157有＝；——表面狀態(tài)系數(shù) 由141858有＝；應(yīng)力修正系數(shù) ＝2；尺寸系數(shù) ＝1——彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)由式1437 ——螺旋角系數(shù) ＝；4. 校驗(yàn)計(jì)算：由上可知 所以滿足要求，在上面的校核中，接觸疲勞是校核的小弧錐齒輪，彎曲強(qiáng)度校核的是大弧錐齒輪，即分別是最危險(xiǎn)的齒輪，可知通過(guò)校核他們均滿足各項(xiàng)強(qiáng)度要求，所以齒輪的強(qiáng)度滿足要求。 軸徑的估算齒輪中點(diǎn)出分度圓上的切向力 齒寬中點(diǎn)處的徑向力主動(dòng)論 從動(dòng)輪 齒寬中點(diǎn)處的軸向力主動(dòng)論 從動(dòng)輪 注：當(dāng) 表示的徑向力指向目標(biāo)軸線方向，當(dāng)時(shí)相反。 當(dāng)時(shí)，表示軸向力指向錐齒輪大端，當(dāng)時(shí)相反。當(dāng)軸交角＝90176。時(shí)，（大小相等，方向相反）由上可知： 由上可知： 受力圖分析，實(shí)際受力為軸線在豎直方向，為分析的方便將其旋轉(zhuǎn)九十度分析，受力分析：彎矩分析可知在C點(diǎn)處所受彎矩最大，在C點(diǎn)處所受的力也是最大，故C點(diǎn)為危險(xiǎn)截面。計(jì)算C點(diǎn)所需的最小軸徑：該軸主要受扭矩，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算：軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：式中 —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 單位為 T—軸所受的扭矩，單位為 —軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)，單位為mm3 n—軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min —軸傳遞的功率，單位為kW ——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 由上可得軸的直徑對(duì)于空心軸則即空心軸的內(nèi)徑與外徑之比。由表153（機(jī)械設(shè)計(jì)，第七版）查得： ＝115 帶入數(shù)據(jù)有：考慮實(shí)際設(shè)計(jì)情況取d＝76， 需要裝42mm和50mm的鉆桿，故選取內(nèi)徑為56mm。對(duì)軸進(jìn)行校驗(yàn)，扭轉(zhuǎn)校核：求出軸的抗扭截面系數(shù)由表154的計(jì)算公式有：扭矩則有 ＝305931/61915＝ 遠(yuǎn)小于＝30所以滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。彎矩校核：軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為：（8—1）式中：——軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為——軸所受的彎矩，——軸所受的扭矩， ——許用彎曲應(yīng)力 a ——折合系數(shù)取值為1