某鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15994某鉆機(jī)變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程案例 １202221.1變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求 １123261.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) １187501.1.2設(shè)計(jì)要求 １108081.2鉆機(jī)的技術(shù)特性和要求 ２73521.3立軸的轉(zhuǎn)速 ３303031.3.1傳動(dòng)路徑 ３168041.3.2轉(zhuǎn)速計(jì)算 ３215281.3.3絞車的纏繩速度 ４23451.4齒輪副的強(qiáng)度計(jì)算與校核 ５23291.4.1變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)確定 ５160121.4.2主要齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 ５16321.5軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 １０78221.5.1軸的強(qiáng)度計(jì)算 １０200831.5.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算校核 １４1.1變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求1.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變速箱的結(jié)構(gòu)由變速箱、變速、控制以及最重要的可變速度合成四個(gè)部分構(gòu)成。在該設(shè)計(jì)中，可變速度部和分離可動(dòng)部融為一體，使得箱子的結(jié)構(gòu)尺寸變小。這個(gè)變更如下所示。1.有效減少鉆頭的高度,為了使結(jié)合齒輪、Z2及齒輪Z4的大膽的分組及移動(dòng)作為撥叉的齒輪也再減少,內(nèi)部的空間,為了優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳輸部分中,進(jìn)一步縮減。2.使用拉叉機(jī)構(gòu)作為操作機(jī)構(gòu)，使操作方便，傳動(dòng)齒輪不受干擾。3.增加的裝置的卸載，使齒輪的力有效地減弱。1.1.2設(shè)計(jì)要求1.首先，假設(shè)電機(jī)的功率輸入到變速箱而不造成損失，然后輸入到回轉(zhuǎn)器和絞車。2.變速箱可工作20個(gè)月，每個(gè)變速箱的純操縱時(shí)間為16小時(shí)。連續(xù)工作10000小時(shí)的情況下不能換零件。速度的工作時(shí)間分布見表1.1。表1.1齒輪箱的兩速工作時(shí)間分布轉(zhuǎn)速（r/min）占總工作時(shí)間百分率工作時(shí)間(h)6050%500020050%50003.本設(shè)計(jì)是按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（化學(xué)工業(yè)出版社）中的零件的強(qiáng)度和壽命計(jì)算方法和數(shù)據(jù)計(jì)算的。1.2鉆機(jī)的技術(shù)特性和要求鉆機(jī)的技術(shù)特性和要求見表1.2表1.2參數(shù)表名稱分類數(shù)據(jù)對(duì)照數(shù)據(jù)鉆進(jìn)深度(使用Φ50鉆桿)——200m鉆孔直徑開孔直徑—89m終孔直徑—≥60mm鉆孔傾斜角度——0～360°立軸轉(zhuǎn)速——60、200r/min立軸行程——500mm最大液壓給進(jìn)壓力——4MPa立軸內(nèi)孔直徑——52mm油缸最大給進(jìn)力——45KN絞車提升速度——0.29、0.95、14.20m/min絞車轉(zhuǎn)速——36.83、121.35、1823.77r/min絞車提升負(fù)荷—0.29m/min12KN—0.95m/min3KN—14.20m/min45KN卷筒直徑—140mm寬度—100m鋼絲繩直徑—8.8mm容繩長(zhǎng)度—31.8m電動(dòng)機(jī)型號(hào)—YB160L－4電壓—380/660V功率—15KW輸入轉(zhuǎn)速—260r/min1.3立軸的轉(zhuǎn)速1.3.1傳動(dòng)路徑根據(jù)方案設(shè)計(jì)出兩種傳動(dòng)路線，如下所示：立軸的I速傳動(dòng)路線回轉(zhuǎn)速度200r/min立軸的II速傳動(dòng)路線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)60r/min1.3.2轉(zhuǎn)速計(jì)算立軸的旋轉(zhuǎn)速度如下計(jì)算：I速傳動(dòng)速度：式中:—立軸的I速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)速度(r/min)—輸入速度(r/min)n=260r/minZ1—Z11傳動(dòng)鏈條各齒輪的齒數(shù)，Z1=36，Z2=23，Z10=20，Z11=39故II速傳動(dòng)速度：式中:—立軸的I速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)速度(r/min)—輸入轉(zhuǎn)速(r/min)Z3—Z11傳動(dòng)鏈條各齒輪的齒數(shù)，Z3=19，Z4=40，Z10=20，Z11=39故1.3.3絞車的纏繩速度一級(jí)纏繩速度:式中:式中:卷筒直徑為，鋼絲繩直徑為。故二級(jí)纏繩速度:故三級(jí)纏繩速度（快速退回速度）:故受齒輪、軸承、皮帶等的效率影響，確定絞車速度分別為：＝0.90m/min=0.21m/min=14.00m/min。1.4齒輪副的強(qiáng)度計(jì)算與校核1.4.1變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)確定根據(jù)立軸的速度和鉆機(jī)的實(shí)際情況，合理選擇各齒輪的齒數(shù)。變速箱箱內(nèi)各齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1.3。表1.3各齒輪的主要設(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Z1364401.040Cr40—5020o—Z2234300.7640Cr40—5020o—Z319440020CrMnTi57—6220o—Z44043004540—5020o—1.4.2主要齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核選擇在所有傳動(dòng)軸的III軸上具有最高壓縮力的Z3和Z4齒輪對(duì)以進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算和檢查。1.4.1.1按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算⑴初步計(jì)算①計(jì)算轉(zhuǎn)矩②齒寬系數(shù)根據(jù)手冊(cè)，?、劢佑|疲勞極限根據(jù)手冊(cè)，Z3和Z4齒輪的接觸疲勞限度分別為：④許用接觸應(yīng)力的初步計(jì)算⑤值根據(jù)手冊(cè)，?、蕹醪接?jì)算小齒輪直徑?、叱醪烬X寬?、茀?shù)選取計(jì)算①圓周速度②使用系數(shù)根據(jù)手冊(cè)，取③動(dòng)載系數(shù)根據(jù)手冊(cè)，?、荦X間載荷分配系數(shù)由資料，先求小齒輪切向力之后同樣根據(jù)資料有，故=19×0.038+40×0.017=1.40因此，可以得到重合度系數(shù)得⑤齒向載荷分布系數(shù)根據(jù)料得到：⑥載荷系數(shù)⑦接觸最小安全系數(shù)根據(jù)資料，?、噍d荷系數(shù)根據(jù)相資料，?、峥偣ぷ鲿r(shí)間要求⑩節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)根據(jù)料，取eq\o\ac(○,11)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)根據(jù)資料，估計(jì)eq\o\ac(○,12)接觸壽命系數(shù)根據(jù)資料，取，eq\o\ac(○,13)許用接觸應(yīng)力⑶校核驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果表明，，，接觸疲勞強(qiáng)度是適當(dāng)?shù)摹?.4.1.2按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算⑴參數(shù)選擇計(jì)算①重合度系數(shù)②齒間載荷分配系數(shù)根據(jù)資料，③齒向載荷分布系數(shù)根據(jù)資料，要先求才能得到的值。從數(shù)據(jù)中找到，=1.43④載荷系數(shù)⑤齒形系數(shù)根據(jù)資料，取，⑥應(yīng)力修正系數(shù)根據(jù)資料，取，⑦最小彎曲疲勞極限根據(jù)資料，取，⑧彎曲最小安全系數(shù)根據(jù)資料，取⑨應(yīng)力循環(huán)次數(shù)根據(jù)資料，取，⑩彎曲壽命系數(shù)根據(jù)資料，取，eq\o\ac(○,11)尺寸系數(shù)根據(jù)資料，取eq\o\ac(○,12)許用彎曲應(yīng)力⑵校核驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果表明，，，彎曲疲勞強(qiáng)度符合。為傳輸沒有重大的過(guò)載，所以靜強(qiáng)度沒有校核。1.5軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核齒輪箱的所有三個(gè)軸的設(shè)計(jì),所有的軸材料相同,Ⅲ軸的力量是最大的,然后,直徑尺寸是最小,檢查軸壽命合格,一切都不會(huì)有問(wèn)題了。為了驅(qū)動(dòng)絞車的三種速度，共有五種工作狀態(tài)中的兩種狀態(tài)的功率被傳送到回轉(zhuǎn)器。另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí)，該軸承受最大扭矩和最大力。已知條件:45號(hào)碳鋼，回火和調(diào)質(zhì)。軸的每一個(gè)齒輪的速度以及所傳輸?shù)膭?dòng)力和轉(zhuǎn)矩如表1.4所示。表1.4每一個(gè)齒輪的速度以及所傳輸?shù)膭?dòng)力和轉(zhuǎn)矩速度轉(zhuǎn)速（r/min）傳遞功率(KW)傳遞轉(zhuǎn)矩(N·m)Ⅰ406.9714.55341.4Ⅱ123.4914.551125.2各齒輪的分度圓直徑為：，1.5.1軸的強(qiáng)度計(jì)算1.5.1.1在各種轉(zhuǎn)速下齒輪所受力計(jì)算齒輪徑向力，齒輪圓周力I速傳動(dòng)轉(zhuǎn)速下：II速傳動(dòng)轉(zhuǎn)速下：1.5.1.2計(jì)算軸受到的支承反力由于轉(zhuǎn)數(shù)與力和轉(zhuǎn)矩成反比，當(dāng)轉(zhuǎn)速越低時(shí)力和轉(zhuǎn)矩越大，所以應(yīng)該當(dāng)選擇速度最小的轉(zhuǎn)速的受力情況來(lái)分析并計(jì)算。該檢查僅針對(duì)該花鍵軸上取的截面，可以簡(jiǎn)化軸的作用力。軸的受力簡(jiǎn)圖如圖1.1。圖1.1軸的簡(jiǎn)圖受力情況如圖1.1，水平力和垂直方向的力合為軸向力，為了計(jì)算支承力的兩個(gè)方向，如下式所示：⑴水平力代入數(shù)據(jù)：⑵垂直力代入數(shù)據(jù)：1.5.1.3畫軸的彎矩圖軸的水平和垂直彎曲力與矩分別如圖1.2和圖1.3。圖1.2軸水平受力、彎矩圖圖1.3軸垂直受力、彎矩圖通過(guò)以上計(jì)算，軸的合成彎矩為：合成彎矩圖見圖1.4。圖1.4軸受到的合成彎矩圖1.5.1.4軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩和當(dāng)量彎矩鉆頭在使用的時(shí)候，力不可能完全均勻，并且會(huì)有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)?？紤]到安全性，根據(jù)脈沖計(jì)算動(dòng)扭矩。①許用應(yīng)力值選擇45號(hào)碳鋼作為軸的材料，查詢資料得許用應(yīng)力值，同時(shí)取。②應(yīng)力校正系數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩：當(dāng)量彎矩計(jì)算：選擇在齒輪Z4中間截面處當(dāng)量彎矩圖如圖1.5所示。

圖1.5當(dāng)量彎矩圖1.5.2軸的強(qiáng)度驗(yàn)算校核1.5.1.1校核軸徑Z4齒根圓直徑：Ⅲ軸最小軸徑：故,滿足要求。1.5.1.2應(yīng)力校核軸所受應(yīng)力計(jì)算如下：式中：W——軸的抗彎截面系數(shù)花鍵軸的抗彎截面系數(shù)計(jì)算如下：式中：d——內(nèi)徑取d=42mmB——鍵