【《某钻机变速箱的设计与计算过程案例》2600字】

某钻机变速箱的设计与计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u15994某钻机变速箱的设计与计算过程案例 １202221.1变速箱的结构特点及设计要求 １123261.1.1结构特点 １187501.1.2设计要求 １108081.2钻机的技术特性和要求 ２73521.3立轴的转速 ３303031.3.1传动路径 ３168041.3.2转速计算 ３215281.3.3绞车的缠绳速度 ４23451.4齿轮副的强度计算与校核 ５23291.4.1变速箱内各齿轮主要参数确定 ５160121.4.2主要齿轮副的强度设计计算与校核 ５16321.5轴的强度计算与校核 １０78221.5.1轴的强度计算 １０200831.5.2轴的强度验算校核 １４1.1变速箱的结构特点及设计要求1.1.1结构特点变速箱的结构由变速箱、变速、控制以及最重要的可变速度合成四个部分构成。在该设计中，可变速度部和分离可动部融为一体，使得箱子的结构尺寸变小。这个变更如下所示。1.有效减少钻头的高度,为了使结合齿轮、Z2及齿轮Z4的大胆的分组及移动作为拨叉的齿轮也再减少,内部的空间,为了优化机械结构的传输部分中,进一步缩减。2.使用拉叉机构作为操作机构，使操作方便，传动齿轮不受干扰。3.增加的装置的卸载，使齿轮的力有效地减弱。1.1.2设计要求1.首先，假设电机的功率输入到变速箱而不造成损失，然后输入到回转器和绞车。2.变速箱可工作20个月，每个变速箱的纯操纵时间为16小时。连续工作10000小时的情况下不能换零件。速度的工作时间分布见表1.1。表1.1齿轮箱的两速工作时间分布转速（r/min）占总工作时间百分率工作时间(h)6050%500020050%50003.本设计是按《机械设计手册》（化学工业出版社）中的零件的强度和寿命计算方法和数据计算的。1.2钻机的技术特性和要求钻机的技术特性和要求见表1.2表1.2参数表名称分类数据对照数据钻进深度(使用Φ50钻杆)——200m钻孔直径开孔直径—89m终孔直径—≥60mm钻孔倾斜角度——0～360°立轴转速——60、200r/min立轴行程——500mm最大液压给进压力——4MPa立轴内孔直径——52mm油缸最大给进力——45KN绞车提升速度——0.29、0.95、14.20m/min绞车转速——36.83、121.35、1823.77r/min绞车提升负荷—0.29m/min12KN—0.95m/min3KN—14.20m/min45KN卷筒直径—140mm宽度—100m钢丝绳直径—8.8mm容绳长度—31.8m电动机型号—YB160L－4电压—380/660V功率—15KW输入转速—260r/min1.3立轴的转速1.3.1传动路径根据方案设计出两种传动路线，如下所示：立轴的I速传动路线回转速度200r/min立轴的II速传动路线回转运动60r/min1.3.2转速计算立轴的旋转速度如下计算：I速传动速度：式中:—立轴的I速旋转传动速度(r/min)—输入速度(r/min)n=260r/minZ1—Z11传动链条各齿轮的齿数，Z1=36，Z2=23，Z10=20，Z11=39故II速传动速度：式中:—立轴的I速旋转传动速度(r/min)—输入转速(r/min)Z3—Z11传动链条各齿轮的齿数，Z3=19，Z4=40，Z10=20，Z11=39故1.3.3绞车的缠绳速度一级缠绳速度:式中:式中:卷筒直径为，钢丝绳直径为。故二级缠绳速度:故三级缠绳速度（快速退回速度）:故受齿轮、轴承、皮带等的效率影响，确定绞车速度分别为：＝0.90m/min=0.21m/min=14.00m/min。1.4齿轮副的强度计算与校核1.4.1变速箱内各齿轮主要参数确定根据立轴的速度和钻机的实际情况，合理选择各齿轮的齿数。变速箱箱内各齿轮的主要设计参数见表1.3。表1.3各齿轮的主要设计参数齿轮编号齿数Z模数m齿宽b变位系数Xn材料硬度RC应力角备注Z1364401.040Cr40—5020º—Z2234300.7640Cr40—5020º—Z319440020CrMnTi57—6220º—Z44043004540—5020º—1.4.2主要齿轮副的强度设计计算与校核选择在所有传动轴的III轴上具有最高压缩力的Z3和Z4齿轮对以进行强度设计计算和检查。1.4.1.1按照齿面接触疲劳强度计算⑴初步计算①计算转矩②齿宽系数根据手册，取③接触疲劳极限根据手册，Z3和Z4齿轮的接触疲劳限度分别为：④许用接触应力的初步计算⑤值根据手册，取⑥初步计算小齿轮直径取⑦初步齿宽取⑵参数选取计算①圆周速度②使用系数根据手册，取③动载系数根据手册，取④齿间载荷分配系数由资料，先求小齿轮切向力之后同样根据资料有，故=19×0.038+40×0.017=1.40因此，可以得到重合度系数得⑤齿向载荷分布系数根据料得到：⑥载荷系数⑦接触最小安全系数根据资料，取⑧载荷系数根据相资料，取⑨总工作时间要求⑩节点区域系数根据料，取eq\o\ac(○,11)应力循环次数根据资料，估计eq\o\ac(○,12)接触寿命系数根据资料，取，eq\o\ac(○,13)许用接触应力⑶校核验算计算结果表明，，，接触疲劳强度是适当的。1.4.1.2按照齿根弯曲疲劳强度验算⑴参数选择计算①重合度系数②齿间载荷分配系数根据资料，③齿向载荷分布系数根据资料，要先求才能得到的值。从数据中找到，=1.43④载荷系数⑤齿形系数根据资料，取，⑥应力修正系数根据资料，取，⑦最小弯曲疲劳极限根据资料，取，⑧弯曲最小安全系数根据资料，取⑨应力循环次数根据资料，取，⑩弯曲寿命系数根据资料，取，eq\o\ac(○,11)尺寸系数根据资料，取eq\o\ac(○,12)许用弯曲应力⑵校核验算计算结果表明，，，弯曲疲劳强度符合。为传输没有重大的过载，所以静强度没有校核。1.5轴的强度计算与校核齿轮箱的所有三个轴的设计,所有的轴材料相同,Ⅲ轴的力量是最大的,然后,直径尺寸是最小,检查轴寿命合格,一切都不会有问题了。为了驱动绞车的三种速度，共有五种工作状态中的两种状态的功率被传送到回转器。另一方面，当转速为60r/min时，该轴承受最大扭矩和最大力。已知条件:45号碳钢，回火和调质。轴的每一个齿轮的速度以及所传输的动力和转矩如表1.4所示。表1.4每一个齿轮的速度以及所传输的动力和转矩速度转速（r/min）传递功率(KW)传递转矩(N·m)Ⅰ406.9714.55341.4Ⅱ123.4914.551125.2各齿轮的分度圆直径为：，1.5.1轴的强度计算1.5.1.1在各种转速下齿轮所受力计算齿轮径向力，齿轮圆周力I速传动转速下：II速传动转速下：1.5.1.2计算轴受到的支承反力由于转数与力和转矩成反比，当转速越低时力和转矩越大，所以应该当选择速度最小的转速的受力情况来分析并计算。该检查仅针对该花键轴上取的截面，可以简化轴的作用力。轴的受力简图如图1.1。图1.1轴的简图受力情况如图1.1，水平力和垂直方向的力合为轴向力，为了计算支承力的两个方向，如下式所示：⑴水平力代入数据：⑵垂直力代入数据：1.5.1.3画轴的弯矩图轴的水平和垂直弯曲力与矩分别如图1.2和图1.3。图1.2轴水平受力、弯矩图图1.3轴垂直受力、弯矩图通过以上计算，轴的合成弯矩为：合成弯矩图见图1.4。图1.4轴受到的合成弯矩图1.5.1.4轴的当量转矩和当量弯矩钻头在使用的时候，力不可能完全均匀，并且会有扭转振动。考虑到安全性，根据脉冲计算动扭矩。①许用应力值选择45号碳钢作为轴的材料，查询资料得许用应力值，同时取。②应力校正系数当量转矩：当量弯矩计算：选择在齿轮Z4中间截面处当量弯矩图如图1.5所示。

图1.5当量弯矩图1.5.2轴的强度验算校核1.5.1.1校核轴径Z4齿根圆直径：Ⅲ轴最小轴径：故,满足要求。1.5.1.2应力校核轴所受应力计算如下：式中：W——轴的抗弯截面系数花键轴的抗弯截面系数计算如下：式中：d——内径取d=42mmB——键