200米液压钻机变速箱的设计

摘要

随着我国地质勘探、工程建设和农田水利等事业的发展，对各种钻探设

备提出了更多的要求。钻机作为钻探设备的重要工具之一，在这些工程中起

了举足轻重的作用。为了适应当前各种勘探工作和工程建设项目对浅孔钻机

的要求，本设计任务在TXU-150型钻机的基础之上进行了一些改进，设计

出了钻探深度为200米的液压钻机。设计中根据钻机使用的环境和场合，运

用比较和参照的方法，借鉴同类型钻机的设计参数，通过比较分析，重点对

变速箱重新进行设计计算。在此基础之上运用绿色设计的理念，对不影响钻

机性能的环节进行了优化。最后，设计出的200米钻机理论上满足钻探深度

为200米的设计要求，同时尽量节省了制造成本和生产时间。

关键字地质勘探钻机变速箱

Abstract

Withthehighdevelopmentofgeologyexplore,engineeringconstructions,

andfarmlandirrigationinourcountry,variousdrillingequipmentsareput

forwardmorerequests.Asoneofthemostimportanttoolsinexplore

manchines,drillmachinehavingtheprominentfunctionintheseengineering

constructions.Foradaptingtovariouscurrentexploreworksandengineering

constructions,whichgivesdrillmanchinesmorenewrequests.Thisdesignmission

startedonthefoundationofTXU-150drillmachine,andthancarriedonsome

improvements.Asaresult,anewliquidpressuredrillmanchinewhichcandrill

holesasdeepas200metreswasdesigned.Accordingtothedrillenvironmentand

situationsofthemachineusage,thisdesignmissionusedofthecomparison

method,takeddesignparameterfromthesamekindtypedrillmachines.Passed

moreanalytical,!redesignedthegear-boxofthe200-metredrillmachineasmy

keywork.Atthisfoundationonmakeuseoftheprincipleofgreendesign,tonot

affectedthefunctionofthemachine,itcarryonoptimaldesign.Attheendofthe

work,thedesignedmachinesatisfytodrillholesofdepthas200metersin

theorety.Atthesametime,itsavethemanufacturingcostsandproducingtimeas

couldaspossible.

Keywordsgeologyexploredrillmachinegear-box

第1章绪论

1.1选题的意义

本设计选择了200米钻机的变速箱设计，主要原因是当前我国地质勘探、

工程建设和农田水利等事业正在逐渐完善，对各种钻探设备尤其是钻机提出

了更多的要求。现在市场上流行的钻机中以钻探深度为百米左右的液压钻机

为主，这些钻机在承担各种生产建设项目中起到了至关重要的作用。但是，

我们通过调查和了解发现，随着生产建设项目的扩大，市场对上钻探深度为

几百米的液压钻机的需求量正在逐步上涨，尤其是钻探深度为200左右的钻

机，市场前景更加乐观。变速箱是钻机中最重要的部分之一，通过对钻机变

速箱的设计改进，就解决了钻机设计制造中的关键环节。所以，选择200米

液压钻机变速箱的设计不仅对钻机这个生产行业有着重要的经济意义，同时

间接推动了我国国民经济的发展，意义十分重大。

1.2钻机概述

1.2.1钻机的功用

钻探是地质勘探工作的重要手段之一。钻机是实现该手段的主要设备。

其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。钻机同时还是

进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程的重要

设备。

1.2.2对钻机的要求

钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，

达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻

进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，

是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条件。

根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下：

1.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程

需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石；

2.能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻

头有效地切入或压碎岩石；

3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进；

4.能完成升降钻具的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，

以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间；

5.能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以

满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。

1.2.3钻机的组成

目前常用的钻机由如下各部分组成：

1.机械传动系统

将输入的动力变速并分配到回转、升降机构。对与液压钻机还要有驱动

油泵，以使液压系统工作的装置。

2.液压传动系统

利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制

给进机构、移动钻机、松紧卡盘等；

3.回转机构

回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。

4.给进机构

调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。在出现孔内事故时，

可以进行强力拔出。

5.升降机构

用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。

6.机架

支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。

1.2.4钻机的分类和名称

随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增

多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识别、评价和选择钻机是很有

意义的。

1.分类

⑴按用途分类

按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心

钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等）;

⑵按钻机标准钻进孔深分类

根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类或四类。

按三类分见表1—lo

表1—1(m)

类别浅孔钻机中深孔钻机深孔钻机

[10—300300—800800—1200

1110—300300—8001000—2000

按四类分类见表1-2o

表1—2(D1)

浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机

10—150200—400500—800900以上

⑶按原来地质总局设备管理分类

钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻机、水文水井钻机、

汽车钻机和砂矿钻机；

⑷按装载方式分类

可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；

⑸按破碎岩石方式分类

可分为回转式、冲击式和冲击回转式；

⑹按回转机构型式分类

可分为立轴式、转盘式、动力头式；

⑺按进给机构分类

可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达一链

轮式。

2.名称

钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音字母及数字编

排成的代号来表示的。通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。

国产钻机名称一般有三部分组成：

首部为用途类别和结构特征代号，用汉语拼音中的一个字母表示。如“X”

是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。“U”是汉字“油”的

首字母，表示给进机构类型属于油压式。

中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。如标准钻进

深度为200米的钻机，中部代号为200。

尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。无尾

部的是指首次产品。如是第二次修改后的产品，尾部代号为2。

1.3本设计主要内容

1.设计题目：200米液压钻机变速箱的设计

主要技术参数：见表1—1

表1—1

钻探深度200m

立轴转速120、240、350、600r/min

开孔直径89mm

终孔直径60mm

钻机角度0—360"

第2章钻机的总体设计

2.1本设计钻机的应用场合

200米型钻机主要用于钻探深度为200米的各种角度的放水孔、地质构

造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及铁路、公路、桥梁、隧道、国防建设、工业民

用建设、农田打井及地质勘探、工程爆破以及其它用途的各种工程孔。

该机可用于不同硬度的岩石中钻探任何角度的钻孔，而在煤层、软岩层、

硬岩层中钻孔和农田打井时效率为最高。整个机组由两部分组成，即200米

钻机、TBW—150/3.0泥浆泵。钻机冲洗液为泥浆或清水。在地面钻探不需要

使用钻塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。

本200米钻机配备动力为电动或柴油机，适用于井上、井下或野外没有电

源的场地作业。

2.2设计方案的确定

2.2.1本设计钻机的特点

通过市场调研了解到，目前钻探工程对钻孔深度200米左右的钻机需求

量日趋增加，而当前的200米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。

鉴于以上原因，我们决定改进200米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具

有以下特点：

1.经济耐用可靠、质优价廉；

2.便于解体搬运；

3.体积小，重量轻；

4.操作简单，维修方便；

5,适用于①42、中50mm两种钻杆；

6.适用于合金钻头或金刚石钻头钻进；

7.钻进速度快，效率高；

8.动力为电机或柴油机。

2.2.2总体设计方案的确定

经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从实用角度出发，确定方

案如下：

1.考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机；

2.考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，除了正常的钻进速度外，增加高速

600r/min；

3.钻机除配机动绞车外，增加了液压卡盘减轻劳动强度，节约时间，提

高有效钻进速度；

4.考虑到高转速时，绞车速度不能太快，所以增加了互锁装置，安全可

-fcfcs*

罪；

5.由于本机动力较大，动力由V型带传动到变速箱的传动轴上易使传动

轴弯曲，所以增加了卸荷装置；

6.采用二级回归式变速箱，减少变速箱体积，根据不同的地质条件，选

用不同的钻进速度；

7.在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适于整体或解体搬运。

尽量做到标准化，通用化，系列化。

2.3钻机的技术特性和要求

考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本

TXU—200型钻机的技术特性为：

1.钻进深度（使用①42或中50钻杆）200m

2.钻孔直径

⑴开孔直径89m

⑵终孔直径260mm

3.钻孔倾斜角度0~360°

4.立轴转速120、240、350、600r/mm

5.立轴行程500mm

6.最大液压给进压力4MPa

7.卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘）6MPa

8.立轴内孔直径52mm

9.油缸最大起拔力28.5KN

10.油缸最大给进力20KN

11.绞车提升速度0.26、0.61、0.70m/s

12.绞车转速33、79、91r/min

13.绞车提升负荷

(DO.70m/s3.35KN

⑵0.61m/s6.00KN

⑶0.26m/s12KN

14.卷筒

⑴直径140mm

⑵宽度100m

⑶钢丝绳直径8.8mm

⑷容绳长度32.8m

15.配备动力

⑴电动机

①型号YB160L-4

②电压380/660V

③功率15KW

④转速1460r/min

第3章动力机的确定

3.1输出功率计算

根据现场需要，动力机的选择偏大些，加大储备系数，这样可以提高钻

进效率。

输出功率为M

N()=l.lNj(3—1)

式中：/一钻机所需功率(KW)

7

式中：M一回转钻及破坏岩石、土层所需功率(KW)

7一效率〃=0.9

Ny—油泵所需功率(KW)

3.2回转钻进及破碎岩石、土层所需功率

回转钻进及破碎岩石、土层所需功率计算公式如下:

N广N+M+M（3—2）

式中：乂一井底破碎岩石、土层所需功率(KW)

5A

3060000

式中：m一钻头切削刃数取m=6

n—立轴转速(r/min)r/min

h一钻进速度(cm/min)

当转速130r/min、250r/min时，h=5cm/min

当转速350r/min^600r/min时,h=l.5cm/min

8—岩石抗压强度,其值见表3-1

A一井底环状面积，取钻头直径D=7.7cm,内孔直径d=5.9cm

A/Q"）」（万-5.92）;以3面

44

M一钻头与孔底摩擦所需功率(KW)

N二bxfxexn

2~1944800

式中：3一孔底压力或岩石抗压强度；

/一钻具与岩石直接的摩擦系数f=0.5

e一侧摩擦系数e=l.1

n一立轴转速(r/min)

R一钻头外圆半径(cm)R=3.85cm

r一钻头内孔半径(cm)r=2.95cm

将立轴不同转速和不同孔底压力代入式(3-3)中，所得相应数值见

表3-1o

以一回转钻杆所需功率(KW)

当n<200r/min时

=7.8x10-"xLxJx/i17

当n>200r/min时

2L33

Af3=O.92xlO-"xJxrxLx/2

式中：L一孔深(mm),硬质合金钻进时，取L=200000mm

金刚石钻进时，取L=75000mm

d一钻杆直径(mm)取d=50mm

n一立轴转速(r/min)

r一冲洗液比重，r=l.15

将上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表3—2中。

3.3给进油缸所需功率的计算

3.3.1给进油缸的基本参数

1.给进油缸的基本参数

⑴给进油缸的数量n=2

⑵油缸直径。=55mm

⑶活塞杆直径d=30mm

⑷活塞杆有效行程500mm

⑸油缸面积A=23.75cm2

⑹活塞杆面积A=7cm2

⑺有效面积A=A1-A=16.76cm2

3.3.2油缸工作压力的计算

⑴钻机大水平孔时，油缸的最大推力为:

W=C+Fin

式中：W一油缸最大推力(N)

。一孔底最大压力(N)C=13345N

匕一钻杆与孔壁间的摩擦力(N)

Fm=qxLxf

式中：q—钻杆单位长度重量(N/m)q=55.46N/m

L一钻杆长度(m)£=200m

/一摩擦系数f=0.35

Fm=55.46x200x0.35=3882.2N

故W=13345+3882.2=17227.2N

⑵油泵的工作压力P

17227.2

=10.28MPa

16.76

3.3.3油泵最大工作流量计算

⑴油缸回程时的最大容油量：

匕=AxL=23.75x50=1.187L

⑵油缸送进时的最大容油量：

%=AXL=16.76X50=0.838L

⑶当选用立轴的钻进速度v=0.05m/min=0.5dm/min时，立轴送进时每分钟

所需的油量为：

C=2Av=2x0.1676x0.5=0.166L/min

⑷令活塞回程时间为0.3min,则回程所需油量为：

1.187x2

2,=7.913L/min

0.3

3.3.4给进油缸功率计算

根据以上的计算，可以得到给进油缸的功率:

PQ1027.88x0.166

=0.028KW

60x10260x102

3.3.5油泵满负荷工作时所需要的功率

根据上面的计算，选用YBC—12/80型齿轮油泵(排油量12L/min,额定压力

8MPa,最大压力12MPa)o油泵满负荷时所需功率是：

(3-4)

式中：尸一额定压力(N/ciM)P=800N/cm2

。一额定流量(L/min)Q=12L/min

7i—机械效率7=0.9

%—容积效率%=0.71

将上述参数代入式(3—4)中可以得到:

800x12

N、,=2.45KW

60x102x0.9x0.71

上式油泵排量在额定转速1460r/min时是12L,在995r/min时是8L。

3.4动力机功率的确定

通过上述的计算说明，立轴钻进时给进所需功率很小，而且油泵满负荷

工作时一般是立轴停止转动状态，液压卡盘松开时，必须停止钻进。所以参

考表3—1,本机选用15KW电机或柴油机，基本能满足表3—1中粗线以上

各种工作状态。

表3—1各种类型岩层的抗压强度(N/cn?)

岩石名称抗压强度b

粘土、页岩、片状砂岩4000

石灰岩、砂岩8000

大理石、石灰岩10000

坚硬的石灰岩、页岩12000

黄铁况、磁铁矿14000

煤2000

表3-2电机功率选择计算

^速r/min

功率N(KW)抗压赢7^120240350600

(N/cm2)

20000.217680.258870.115320.13195

40000.435370.517750.230640.26391

N180000.870751.035500.461280.52782

100001.088441.294380.576600.65978

120001.306131.553260.691920.79173

140001.523821.812140.807240.92369

20000.461530.923071.346152.30769

40000.923071.846152.692304.61538

N280001.846153.692305.384619.23076

100002.307694.615386.7307611.5384

120002.769235.538468.0769213.8461

140003.230766.461539.4230716.1538

N32.677.754.89.83

20003.349228.931956.2614712.2696

40004.0284510.11397.7229514.7093

80005.3869112.477810.645919.5885

N回转器

100006.0661313.659712.107322.0282

(N1+N2+N3)

120006.74536414.8417213.5688524.46789

140007.42459216.0236815.0303326.90754

N油泵0.0280.0280.0280.028

20003.3772278.9599546.28947512.29765

40004.05645510.141917.7509514.7373

N80005.4149112.5058210.673919.61659

（N油+N回）100006.09413713.6877712.1353822.05624

120006.77336414.8697213.5968524.49589

140007.45259216.0516815.0583326.93554

%=N/0.98.28065811.2687913.483813.6640

N„=l.IN.9.10872412.3956714.832115.0304

第4章机械传动系统设计

4.1主要参数的选择

4.1.1回转器

立轴的转速，主要取决于地质条件、钻头直径及钻进方式，当使用直径

为75mm钻头时，采用硬质合金和钻粒，根据国内外的经验，立轴转速取

n=90~400r/min比较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取n=400〜

1000r/min比较适宜。本机选用120〜600r/min,即适合合金钻头钻进，由适

合金刚石钻头钻进。

4.1.2绞车

为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本

上采用低速，本机升降机速度为0.26〜0.70m/s。

卷筒缠绳速度为三种，见表4一1

表4—1绞车卷筒缠绳速度

I档II档III档IV档

立轴转速r/min120240350600

缠绳速度m/s0.260.610.70—

4.1.3变速箱

参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转

速系列。

立轴有四种转速，120、240、350r/min转速适合合金钻头钻进，600r/min

转速适合金刚石钻头钻进。

4.2机械传动系统初步计算

4.2.1立轴的转速

根据机械传动路线，立轴的转速计算如下:

n,="x-^1-x—x—x

。2Z[Z4Z]]

式中:4—立轴的第一档转速(r/min)

n—电机转速(r/min)n=1460r/min

。一主动皮带轮直径(mm)Di=160mm

D-,一大皮带轮直径(mm)D2=355mm

Zi—Zn传动链中各齿轮的齿数,Zi=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40

Zio=2O,Zn=39

i“八160251920•

故rt=l460x-----x—x——x—=125.26«120r/zmin

1355314039

第二档、第三档和第四档转速分别计算如下：

第二档:〃产〃x3x4x马x冬

4Z[Z6Z]]

式中:Z5=28,Z6=31

故nii1460X—X—X—X—=245.86«240r/min

355313139

第三档:nm=nx—xZ-x4^

D?Z4内Zu

式中：Z4内=24

故n=1460x—x—x—=351.5^350r/min

m3552439

〃产〃马马玩

第四档:x2x&xxx

2z?Z&Zg内Z][

式中：Z7=46,Z8=21,Z6内=21

16025472120…….

故niv=1460x-----x—x—x—x—=609.1«600r/min

35531212131

考虑到皮带传动、齿轮传动、轴承等的效率，所以各档转速确定为120、

240、350、600r/mino

4.2.2绞车的缠绳速度

第一档速度：

_£2_x（nx^LxAZlAx^ll）

匕xxm/s

60000D2Z,Z4Z12Z14

式中：0=2+1=140+8.8=148.8mm

式中：£>o=14Omm为卷筒直径,d=8.8mm为钢丝绳直径0

7rxi48.8

故v.二-x-（-1-4-6--0xWx竺lx当%竺）=0.28M

1600003553138831854

同样方法可以得到：

v2=0.68m/sv3=0.75m/s（计算从略）

考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为:

4=0.26msC/2=0.61m/st/3=0.70m/So

第5章变速箱的设计与计算

5.1变速箱的结构特点及设计要求

5.1.1结构特点

变速箱的结构有变速部分、分动部分、操纵部分和箱体组成。本设计中

变速部分和分动部分合为一整体，缩小了箱体的结构尺寸。其具体特点是：

1.采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，

齿轮方即使移动齿轮又是结合子，因此结构紧凑；

2.变速、分动相结合，减少了零件的数目，有效利用变速箱内的空间；

3.操纵机构采用了齿轮齿条拨叉机构，操纵灵活可靠，每个移动齿轮单

独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构简单；

4.增加了卸荷装置，减少了齿轮的受力。

5.1.2设计要求

1.在校核零件强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞

车和回转器；

2.变速箱在不更换齿轮的情况下，可连续工作10000小时，纯机动时间

每班16小时，可连续工作20个月。

每种速度的工作时间分配情况见表6-1o

表5-1变速箱四种速度工作时间分配情况

转速(r/min)占总工作时间百分率工作时间(h)

12030%3000

24030%3000

35020%2000

60020%2000

3.本设计零件的强度和寿命计算方法和数据是按《机械设计手册》(化学

工业出版社)计算的。

5.2齿轮副的强度计算与校核

5.2.1变速箱内各齿轮主要参数确定

根据立轴转速的要求，前面已经初步选择各齿轮的齿数，由钻机的实际

情况，变速箱内各齿轮的主要设计参数见表6—2。

表5-2变速箱内齿轮的主要设计参数

变位

齿轮备

齿数z模数m齿宽b系数材料硬度RC应力角

编号注

X.,

z,254401.040Cr40--5020°

z2314300.7640Cr-10--5020°

z319430020CrMnTi57-6220°

z440430040Cr40--5020°

z528425040Cr40--5020°

z631425040Cr40--5020°

z7473.525-1.0340Cr40--5020°

z8213.5350.0440Cr40--5020°

5.2.2..主要齿轮副的强度设计计算与校核

现选择变速箱中重要传动轴III轴上的Z3、Z.,齿轮副为例进行齿轮副的强

度设计计算和校核。

1.按照齿面接触疲劳强度计算

⑴初步计算

①计算转矩T,

p14q6g

7；=9.55X106X—=9.55X106X—251369.8N・mm

%530.67

②齿宽系数查阅相关手册，取为=04

③接触疲劳极限查阅相关手册，Z：,、Z”两齿轮的接触疲劳极限分别

为：%m3=l080MPao-wlim4=970MPa

④初步计算的许用接触应力［。小］七0.9X/.3=09x1080=972MPa

[]仁0.9X(T=0.9x970=873MPa

-7711014

⑤4值查阅相关资料，取A”=88

⑥初步计算小齿轮直径4

=72.56mm

取4=73mm

⑦初步齿宽bh=(pdxd3=0.4x76=30.4mm取b=30mm

⑵参数选取计算

①圆周速度V

7cd,n3.14x73x530.67

v=-----:---=2.03m/s

60x100060000

②使用系数K,查阅相关资料，取七=1.25

③动载系数《查阅相关资料，取K、=1.15

④齿间载荷分配系数K.

由相关资料，先求小齿轮切向力耳

„2x7；2x251369.8.

F,=-----1=---------------=6614.9Q9QNT

473

K.-F,1.25x6614.99,

然后有41=-----------------=168.75N/mm

b30

>100N/mm

同时£“=4(空)+2式也)

'Z3Z4

查阅相关资料得^攵生=0.017

A

故4=19*0.038+40X0.017=1.40

从而可以得到重合度系数与

14—1.40

=0.93

由此可得=1.16

KH=—2=—2

HaZ£0.93

⑤齿向载荷分布系数K”

查阅相关资料得到：

bb

=A+即+0.6-](丁)2+C・10-3。

痣4

3()30

=1.17+0.16[1+0.6(—)2](—)2+0.61x10-330

7676x

=1.81

⑥载荷系数K

KMK/KJKH/KH。

=1.25X1.15X1.16X1.81

=3.02

⑦载荷系数ZE查阅相关资料，取ZE=189.8MPa"?

⑧节点区域系数Z”查阅相关资料,取Z，=2.5

⑨接触最小安全系数品所查阅相关资料，取S“.=L05

⑩总工作时间4按照要求乙=10000h

(Q)应力循环次数时查阅相关资料，估计

NL3-60・7%人=60x1x530.67x10000

=3.18X108

TV、=60・7〃/=60x1x252.07x10000

=1.51X10'

⑫接触寿命系数Z,、,

查阅相关资料，取ZN3=112,ZN4=1.14

⑬许用接触应力

[crW3l=b"Hm3Zv3=1080XL12=h52MPa

S.1-05

04]=b""m4'Z,v4=970XL14=]053MPa

lim1.05

⑶校核验算

2K7；("+1)

0rH3=ZEZ.Z,

bd；u

2x2.13x251396.8x(2.11+1)

=189.8x2.5x0.94.

30X762X2.11

=1054.16MPa

77l2KT4(u+l)

=189.8x2.5x0.94x、国」3x513321.5x(2.11+1)

V30X1602X2.U

=715.5MPa

计算结果表明，<TW3<[crw3]»crH4<[cH4],接触疲劳强度合适。

2.按照齿根弯曲疲劳强度验算

⑴参数选取计算

①重合度系数工

=0.25+—075=0.25+X075=0.786

1.40

②齿间载荷分配系数

查阅相关资料，KFA=』=总=1.23

匕Q81

③齿向载荷分布系数K

查阅相关资料，要得到K./的值先要求2。

h

-=---=--------=3.32

h(ha+hf)(4.76+4.26)

从资料中可以查出,右,=1.43

④载荷系数K

K=KA・KV・KHK..0

=1.25X1.15X1.23X1.43

=2.53

⑤齿形系数4查阅相关资料，取匕*=2.58,%4=2.35

⑥应力修正系数h查阅相关资料，取%3=L64,%4=171

⑦最小弯曲疲劳极限O.

查阅相关资料，取b~m3=55OMPa,o“m4=470MPa

⑧弯曲最小安全系数Sf.查阅相关资料，取S—=1.25

⑨应力循环次数根

查阅相关资料，取“3=2.87x108,%4=136x108

⑩弯曲寿命系数%查阅相关资料，取乙3=691,匕4=0.95

0尺寸系数匕查阅相关资料，取％=L。

。许用弯曲应力

550x0.91x1.0

夕I—川1-_。1加-3.%3.匕=400.4MPa

»Flim1.25

，1im4470x0.95x1.0

[bg]==357.2MPa

Sflimk25

⑵校核验算

也.

。3h3s

bd3m

2x2.53x251369.8

=-------------------------x2.5c8ox1.64x0A.8O11

30x76x4

=298.74MPa

2.35x1.71

。＞4298.74x

2.58x1.64

=283.72MPa

计算结果表明，*<[*],弯曲疲劳强度合适。

由于传动中无严重过载，故不作静强度校核。

5.3轴的强度计算与校核

在变速箱中共有三根轴，其中III轴相对尺寸直径小，长度大，所受到的

力多。下面仅以该轴的强度寿命进行验算。

III轴共有7种工作状态，向回转器传递4种状态的动力，驱动绞车的3

种转速。相比而言回转器120r/min的转速时该轴受扭矩最大，受力最大。

已知条件：材料40Cr,调质处理。该轴的各档转速及其传递的功率、转

矩见表5—3o

表5—3III轴的各档转速及其传递的功率、转矩

速度序号