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4.2.1 齿面按接触疲劳强度计算
?H?Z?E?(1.5ftmaxKAKVKH?ZR3?Ft1)/b?d1?I?FtmaxN/mm2 （1）接触应力· ZE—弹性系数 ZE＝189.8 N/mm2
Ft1=Ftmax—小轮运转中最小切向力 Ftmax=2758N KA—使用系数 KA=1.25 Kv—动载系数 KV1=KV2=1 KHβ—齿间载荷分布系数 KHβ=1.2 Zx—尺寸系数
Zx=1.0
ZR—表面状况系数 ZR=1 b—有效齿宽 b=22mm d1—小轮大端分圆直径 d1=94.5mm I—几何系数 I=0.1 将以上各值代入上式,得бH=1197N/mm2 (2)接触疲劳极限应力
б’HIin=бHIin·ZN·ZW/ZQ N/mm2
бHIin—接触疲劳极限应力 бHIin＝1352 Zw—gz工作硬化系数 Zw＝1 ZN—寿命系数 ZN＝1 ZQ—温度系数 ZQ=1 б’HIin=1352×1×1=1352 (3)安全系数:
SH=б’HIin/бH=1352/1197=1.12>SHIin=1 所以安全。
4.2.2 弯曲疲劳强度极限应力
（1） 计算齿根弯曲应力
бF＝Ft·KA·KU·KFβ·YX/b·ms·J N/mm2
Ft—作用于大端分度圆上的切向力 Ft=2758N KA—使用系数 KA =1.25 Kv—动载系数 Kv=1
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KFβ—载荷分布系数 KFβ＝1.15 Yx—尺寸系数 Yx＝1 ms—大端端面模数 ms=4.5 J—几何系数 J＝0.18 бF＝141N/mm2
（2） 齿根弯曲疲劳极限应力
б’FIim＝бFIim· YN/YQ N/mm2
YQ—温度系数 YQ＝1 YN—寿命系数 YN＝1 бFIim—齿根弯曲疲劳极限应力 б’FIim＝206.82N/mm2 （3） 安全系数
SF＝б’FIim/бF＝206.82/141=1.46>SFmin=1 所以安全。
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第5章 变速箱的设计与计算
5.1 变速箱的结构特点
变速箱的结构如图6－1所示，它是由变速部分、分动部分及操纵部分和壳体等组成。也是变速部分和分动部分合为一体的传动箱。其特点是：
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Z4即是移动齿轮由是结合子，因此结构紧凑。
2、变速、分动相结合，减少了零件数目，有效利用变速箱内的空间。 3、操纵结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，减少了轴齿轮的受力状况。
5.2 零件的强度计算
1、在校核零件的强度时，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。
每个速度的工作时间分配情况如下：
第一速（110r/min） 为40％即4000小时； 第二速（190r/min） 为40％即4000小时； 第三速（340r/min） 为20％即2000小时；
3、本机零部件的强度和寿命计算方法和数据是按《机械设计手册》（冶金工业出版社）计算的。
5.3 齿轮强度计算
表5－1变速箱内各齿轮主要参数及材料
齿数 模数 齿宽 变位系数Xn Z1 31 2 35 1.0 40Cr 14
材料 硬度RC 应力角 备注 40-45 200 洛阳理工学院毕业设计（论文）
Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z12 Z13 Z14 Z15 54 31 54 42 43 35 26 33 17 18 18 54 2 2 2 2 2 3 3 4 3 3 3 3 22 26 26 24 24 25 26 22 26 35 20 28 0.1 1.0 0.1 0.1 1.0 0 0 0 0 0.15 0.1 0.35 40Cr 40Cr 40Cr 40Cr 40Cr 40Cr 40Cr 40Cr 45 20CrMnTi 20CrMnTi 40Cr 40-45 40-45 40-50 40-45 40-45 40-45 45-50 45-50 40-45 57-62 57-62 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
5.3.1 Z3、Z4齿轮副的强度校核
?Flim??Flimb*YN*YX*Ysr
式中?Flim——被校核齿轮的弯曲疲劳极限应力
?Flimb——实验齿轮的弯曲疲劳极限应力，由图F8——13查得： ?Flimb3??Flimb4?400（Mpa）
YN——弯曲寿命系数，因两齿轮的应力循环次数为：
N3=104*0.4*60*365=0.87*108次 N4=104*0.4*60*210=0.5*108次 由图F8——14知YN3=YN4=1
YX——尺寸系数YX3=YX4=1（图F8——15）
YSr——有效应力集中系数，有图F8——16查知YSr3=1.03，YSr4=0.97 所以 ?Flim3=?Flimb3*YN3*YX3/YSr3=400*1*1/1.03=370（Mpa） ?Flim4=?Flimb4*YN4*YX4/YSr4=400*1*1/0.97=412（Mpa）
图F8——6查得齿形系数YF3=1.94，YF4=2.26 则有
?Flim3/YF3=370/1.94=191>?Flim4/YF4=412/2.26=182
因此齿轮Z4弯曲强度弱。
（A） 计算弯曲工作应力?F4
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?F4=Ftc/bm(YFY?Y?) （Mpa）
式中 Ftc——计算圆周力，而Ftc=FtKAKUK?K?
其中 Ft——工作圆周力Ft=2000T3/d3=2000*132.5/62=4273（N）
KA——工作状况系数，由表F8——7查知KA=1.25
KU——动载系数，因为VZ3/100=1.18*31/100=0.37，由F8——4知KU=1
K?——载荷分配系数，K?=1/Y?，当??=1.6时，Y?=0.7，所以K?=1/0.7=1.43
K?——载荷分布系数，因?d=b/d3=26/62=0.45,故由表F8——5查知K?=1.05
则 Ftc=4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N） Y?——载荷作用位置数 Y?=0.7 Y?——螺旋角系数 Y?=1
b ——齿宽 b=26 (毫米) m——模数 m=2 (毫米)
?Fc=Ftc/bm(YF4Y?Y?)=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（Mpa）
(d)计算齿轮的弯曲疲劳安全系数SF SF=?Flim4/?F4=412/195=2.11可靠
?Hlim=?Hlimb*ZN*Z?
式中 ?Hlibm——实验齿轮的接触疲劳极限应力，由F8——17查知 ?Hlimb3=?Hlimb4=1100（Mpa）
ZN——寿命系数，由图F8——18查知ZN3=1.19， ZN4=1.22 Z?——硬化系数， 取Z?=1 所以 ?Hlim=1100*1.19*1.03=1348（Mpa） 3?Hlim4=1100*1.22*1.03=1424 （Mpa）
?H=ZEZHZ?Ftcu?1*（Mpa） bd3u式中 ZE——材料系数，由F8——9查知ZE=189.8MPa ZH——节点系数，ZH=2.27 由图F8——10
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