【文章內容簡介】 ? ? ?內 式中 : Z7=46,Z8=21,Z6 內 =21 故 nⅣ = 1 6 0 2 5 4 7 2 1 2 01 4 6 0 6 0 9 . 1 6 0 0 / m in3 5 5 3 1 2 1 2 1 3 1 r? ? ? ? ? ? ? 考慮到皮帶傳動、齒輪傳動、軸承等的效率，所以各檔轉速確定為 1 2 350、600r/min。 絞車的纏繩速度 第一檔速度 : 17 3 9 1 31112 2 4 1 2 1 4()60000Z Z ZDZD n D Z Z Z Z?? ? ? ? ? ? ? ? m/s 式中 : 0 1 4 0 8 .8 1 4 8 .8D D d? ? ? ? ?mm 式中 : 0D =140mm 為卷筒直徑 ,d = 為鋼絲繩直徑。 故 1 1 4 8 . 8 1 6 0 2 5 1 8 3 3 1 8 1 8( 1 4 6 0 )6 0 0 0 0 3 5 5 3 1 3 8 8 3 1 8 5 4?? ?? ? ? ? ? ? ? ?= /ms 同樣方法可以得到 : 2 ? ? m/s 3 ? ? m/s (計算從略 ) 考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車提升速度分別為： 1U ＝ 2U =。 18 第 5 章 變速箱的設計與計算 變速箱的結構特點及設計要求 結構特點 變速箱的結構有變速部分、分動部分、操縱部分和箱體組成。本設計中變速部分和分動部分合為一整體，縮小了箱體的結構尺寸。其具體特點是： ，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機的高度，齒輪 Z4即使移動齒輪又是結合子，因此結構緊湊； 、分動相結合，減少了零件的數目，有效利用變速箱內的空間； ，操縱靈活可靠，每個移動齒輪單獨控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結構簡單； ，減少了齒輪的受力。 設計要求 ，假設電機的功率全部輸入變速箱，然后再輸入絞車和回轉器； ，可連續(xù)工作 10000 小時，純機動時間每班 16小時，可連續(xù)工作 20 個月。 每種速度的工作時間分配情況見表 6— 1。 表 5— 1 變速箱四種速度工作時間分配情況 轉速（ r/min） 占總工作時間百分率 工作時間 (h) 120 30% 3000 240 30% 3000 350 20% 2021 600 20% 2021 計算方法和數據是按《機械設計手冊》（化學工業(yè)出版社）計算的。 19 齒輪副的強度計算 與校核 變速箱內各齒輪主要參數確定 根據立軸轉速的要求，前面已經初步選擇各齒輪的齒數，由鉆機的實際情況，變速箱內各齒輪的主要設計參數見表 6— 2。 表 5— 2 變速箱內齒輪的主要設計參數 齒輪編號 齒數 Z 模數 m 齒寬 b 變 位系數 Xn 材料 硬度 RC 應力角 備注 Z1 25 4 40 40Cr 40— 50 20186。 Z2 31 4 30 40Cr 40— 50 20186。 Z3 19 4 30 0 20CrMnTi 57— 62 20186。 Z4 40 4 30 0 40Cr 40— 50 20186。 Z5 28 4 25 0 40Cr 40— 50 20186。 Z6 31 4 25 0 40Cr 40— 50 20186。 Z7 47 25 40Cr 40— 50 20186。 Z8 21 35 40Cr 40— 50 20186。 ..主要齒輪副的強度設計計算與校核 現選擇變速箱中重要傳動軸 Ⅲ 軸上的 Z Z4齒輪副為例進行齒輪副的 強度設計計算和校核。 ? 初步計算 ① 計算轉矩 3T 66331 3 . 9 6 89 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 5 1 3 6 9 . 85 3 0 . 6 7PT n? ? ? ? ? ? ?N?mm ② 齒寬系數 查閱相關手冊，取 d? = 20 ③ 接觸疲勞極限 查閱相關手冊， Z Z4 兩齒輪的接觸疲勞極限分別為：lim3H? =1080MPa lim4H? =970MPa ④ 初步計算的許用接觸應力 [ 3H? ]≈ lim 30 .9 0 .9 1 0 8 0 9 7 2H?? ? ? ?MPa [4H?]≈ lim 970H?? ? ?=873MPa ⑤ dA 值 查閱相關資料，取 dA =88 ⑥ 初步計算小齒輪直徑 3d 3 333 22( 1 ) 2 7 8 7 3 5 . 4 ( 2 . 1 1 )8 8 7 2 . 5 6[ ] 0 . 7 9 7 2 2 . 1ddHTudA u?? ? ??? ? ? ? ???mm 取 3d =73mm ⑦ 初步齒寬 b 3 76 ?? ? ? ? ?mm 取 b =30mm ? 參數選取計算 ① 圓周速度 v 3 3 . 1 4 7 3 5 3 0 . 6 7 2 . 0 36 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0dnv ? ??? ? ?? m/s ② 使用系數 AK 查閱相關資料，取 AK = ③ 動載系數 vK 查閱相關資料，取 vK = ④ 齒間載荷分配系數 HK? 由相關 資料，先求小齒輪切向力 tF 332 2 2 5 1 3 6 9 . 8 6 6 1 4 . 9 973t TF d? ?? ? ?N 21 然后有 1 . 2 5 6 6 1 4 . 9 9 1 6 8 . 7 530AtKFb ???N/mm 100N/mm 同時 3434( ) ( )ZZzz??? ??? ?? 查閱相關資料得 33 ?? ? ， 44 ?? ? 故 ?? =19 +40 = 從而可以得到重合度系數 z? 4 4 1 . 4 0 0 . 9 333Z ?? ?? ?? ? ? 由此可得 2211 1 .1 60 .9 3HK Z? ?? ? ? ⑤ 齒向載荷分布系數 HK? 查閱相關資料 得到： 2 2 333[ 1 0 .6 ( ) ] ( ) 1 0HbbK A B C bdd? ?? ? ? ? 2 2 33 0 3 01 . 1 7 0 . 1 6 [ 1 0 . 6 ( ) ] ( ) 0 . 6 1 1 0 3 07 6 7 6 ?? ? ? ? ? ? = ⑥ 載荷系數 K A v H HK K K K K??? = 22 = ⑦ 載荷系數 EZ 查閱相關資料，取 ? MPa1/2 ⑧ 節(jié)點區(qū)域系數 HZ 查閱相關資料，取 HZ = ⑨ 接觸最小安全系數 limHS 查閱相關資料，取 limHS = ⑩ 總工作時間 ht 按照要求 ht =10000h ○ 11 應力循環(huán)次數 LN 查閱相關資料，估計 107 LN ≤ 109 3360 60 1 530 .67 100 00LhN n t?? ? ? ? ? = 108 4460 60 1 252 .07 100 00LhN n t?? ? ? ? ? = 108 ○ 12 接觸壽命系數 NZ 查閱相關資料，取 3 ? ， 4 ? ○ 13 許用接觸應力 []H? l i m 3 33l i m1 0 8 0 1 . 1 2[ ] 1 1 5 21 . 0 5HNHHZS?? ?? ? ?MPa l i m 4 44l i m9 7 0 1 . 1 4[ ] 1 0 5 31 . 0 5HNHHZS?? ?? ? ?MPa ? 校核驗算 33 232 ( 1 )H E H K T uZ Z Z b d u?? ?? 23 =22 2 .1 3 2 5 1 3 9 6 .8 ( 2 .1 1 1 )1 8 9 .8 2 .5 0 .9 4 3 0 7 6 2 .1 1? ? ? ??? ?? = 44 242 ( 1 )H H H K T uZZZ b d u?? ?? =22 2 . 1 3 5 1 3 3 2 1 . 5 ( 2 . 1 1 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 4 3 0 1 6 0 2 . 1 1? ? ? ?? ? ? ?? = 計算結果表明， 33[]HH??? ， 44[]HH??? ，接觸疲勞強度合適。 ? 參數選取計算 ① 重合度系數 Y? 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 8 61 . 4 0Y ???? ? ? ? ? ② 齒間載荷分配系數 FK? 查閱相關資料， 11 1 .2 30 .8 1FK Y? ?? ? ? ③ 齒向載荷分布系數 FK? 查閱相關資料，要得到 FK? 的值先要求 bh 。 30( ) ( 4 .7 6 4 .2 6 )afbbh h h????= 24 從資料中可以查出，FK?= ④ 載荷系數 K A V F FK K K K K??? = = ⑤ 齒形系數 FY? 查閱相關資料，取 3 ? ? ， 4 ? ? ⑥ 應力修正系數 SY? 查閱相關資料，取 3 ? ? ， 4 ? ? ⑦ 最小彎曲疲勞極限 limF? 查閱相關資料，取 lim3 550F? ? MPa， lim4 470F? ? MPa ⑧ 彎曲最小安全系數 limFS 查閱相關資料，取 lim ? ⑨ 應力循環(huán)次數 LN 查閱相關資料，取 83 10LN ??， 84 10LN ?? ⑩ 彎曲壽命系數 NY 查閱相關資料，取 3 ? ， 4 ? ○11 尺寸系數 XY 查閱相關資料，取 ? ○12 許用彎曲應力 []F? l i m 3 33l i m5 5 0 0 . 9 1 1 . 0[] 1 . 2 5F N XFFYYS?? ????= l i m 4 44l i m4 7 0 0 . 9 5 1 . 0[] 1 . 2 5F N XFFYYS?? ????= 25 ? 校核驗算 33 3 332F F SKT Y Y Yb d m ? ? ?? ? 2 2 . 5 3 2 5 1 3 6 9 . 8 2 . 5 8 1 . 6 4 0 . 8 13 0 7 6 4??? ? ? ??? = 4443332 .3 5 1 .7 12 9 8 .7 4 2 .5 8 1 .6 4FSFFFSYYYY???????? ? ? ? = 計算結果表明， 33[]FF??? ， 44[]FF??? ，彎曲疲勞強度合適。 由于傳動中無嚴重過載，故不作靜強度校核。 軸的強度計算與校核 在變速箱中共有三根軸，其中 Ⅲ 軸相對尺寸直徑小，長度大，所受到的力多。下面僅以該軸的強度壽命進行驗算。 Ⅲ 軸共有 7 種工作狀態(tài)，向回轉器傳遞 4 種狀態(tài)的動力 ，驅動絞車的 3 種轉速。相比而言回轉器 120r/min 的轉速時該軸受扭矩最大，受力最大。 已知條件：材料 40Cr，調質處理。該軸的各檔轉速及其傳遞的功率、轉矩見表 5— 3。 表 5— 3 Ⅲ 軸的各檔轉速及其傳遞的功率、轉矩 速度序號 轉速（ r/min） 傳遞功率 (KW) 傳遞轉矩 (N m) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 軸上各齒輪的分度圓直徑為： 26 8 ? mm, 1 100d ? mm, 4 160d ? mm, 6 124d ? mm, 8 ? mm 軸的強度計算 齒輪圓周力 2021