XY-6钻机回转器设计
Z4 35 27 47 51 38 46 26 23 30 4 4 4 4 4 4 4 4 4 85 65 70 60 85 90 75 50 60 0 0.4 0 0 0 0.6 0 0 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 18CrMnTi HRC50-65 20° 20° 20° 20° 20° 20° 20° 20° 20° 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 -1.03 18CrMnTi HRC50-65 Z10 Z11 Z12 5.2.2 齿轮副Z1和Z7的强度校核 1. 齿轮副Z1和Z7各参数的确定
由表5-1可知，齿轮Z1和Z7材料选用18CrMnTi钢，渗碳淬火，齿面硬度范围为HRC50-65，制造精度8-7-7-Dc。齿数分别为Z1?22、Z7?51，模数m=4。 2. 几何尺寸计算 （1） 计算分度圆直径
d1?Z1m?22?4mm?88mm d7?Z7m?51?4mm?204mm （2） 计算中心距
/2?(88?204)/2mm?146mm a?(d1?d7）（3） 计算齿轮宽度
b??dd1?0.7?88mm?61.6mm 取b1=65mm，b7?60mm。 3. 按齿面接触疲劳强度校核
由下式计算齿面接触疲劳强度，即
2KHT1u?1???ZHZEZ?H3 u?dd1
1）确定公式中的各参数值 ① 计算齿轮Z1传递的转矩。
P/n1 T1?9550000 其中P为传到变速箱的功率，n1?n?1500r/minP=60KW; 所
② 计算实际载荷系数KH
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以
T1=9550000?60/1500N?mm=3.82?105N?mm
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由表10-2【2】查得使用系数KA?1；由于圆周速度
πd1n1π?88?1500v??m/s?6.91m/s 60?100060000
结合7级精度、由图10-8【2】查得动载系数Kv?1.13；齿轮的圆周力
Ft1?2T1/d1?2?3.82?105/88N?8681.82NKAFt1/b?1?8681.82/65N/mm?133.57N/mm?100N/mm 查表10-3【2】得齿间载荷分配系数KH??1.1；由表10-4【2】用插值法查得 7级精度、齿轮相对支撑非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH??1.28 。 所以可以算的实际载荷系数
KH?KAKVKH?KH??1?1.13?1.28?1.1?1.59 ③ 由表10-7【2】选取齿宽系数?d=0.7。 ④ 由图10-20【2】查得区域系数ZH=2.5。
⑤ 由表10-5【2】查得材料的弹性影响系数ZE=196.8MPa1/2。 ⑥ 由下式计算接触疲劳强度用重合度系数Z?： 由于
Z??4???3? ?a1?arccos[Z1cos?/(Z1?2ha)]?arccos[22?cos20?/(22?2?1)]?30.53?? ??arccos[Zcos?/(Z?2h)]?arccos[51?cos20?/(51?2?1)]?25.28?a277a 所以
???[Z1(tan?a1?tan?)?Z7(tan?a2?tan?)]/2π? ?[22?(tan30.53?tan20?)?51?(tan25.28??tan20?)]/2π ?1.67 4?1.67Z??0.88? 3
2)由此可算得齿轮的齿面接触疲劳强度
?H?2KHT1u?1?ZHZEZ?3u?dd12?1.59?3.82?105（51/22)?1???2.5?196.8?0.8830.7?88（51/22）?826.6MPa18
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3)计算接触疲劳许用应力??H?
由图10-25d【2】查得两齿轮的接触疲劳极限分别为?Hlim1=1200MPa和
?Hlim2=1200MPa。由下式计算应力循环次数:
N1?60n1jLh?=60?1500?1?（2?8?300?10)=4.32?109 N2?N1/u?4.32?109（/51/22）?1.86?109
由图10-23【2】查取接触疲劳寿命系数KHN1= 0.90, KHN2=0.91。 取失效概率为1％、安全系数S=1、由下式得
[?H]1?[?H]2?KHN1?Hlim1SKHN2?Hlim2S?0.90?1200MPa?1080MPa10.91?1200?MPa?1092MPa1 取[?H]1和[?H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 [?H]?[?H]1?108M 。 0Pa5.2.3 齿轮副Z6和Z10的强度校核 1.几何尺寸
（1）计算分度圆直径
由于?H≤??H?，所以该齿轮副的接触疲劳强度满足要求。
d6?Z6m?47?4mm?188mm
d10?Z10m?26?4mm?104mm （2）计算中心距
/2?(188?104)/2mm?146mm a?(d6?d10）（3）计算齿轮宽度
b??dd10?0.7?104mm?72.8mm 取b10=75mm，b6?70mm。 2. 按齿面接触疲劳强度校核
由下式计算齿面接触疲劳强度，即
2KHT2u?1???ZHZEZ?H3 u?dd10
（1）确定公式中的各参数值 ①计算齿轮Z10传递的转矩。
P/n2 T2?9550000 其中P仍为传到变速箱的功率，P=60KW;
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n2?nZ122?1500?r/min?647.06r/minZ751 所以 T2=9550000?60/647.06N?mm=88090.75N?mm ②计算实际载荷系数KH
由表10-2【2】查得使用系数KA?1；由于圆周速度
πd10n2π?104?647.06v??m/s?3.52m/s 60?100060000
结合7级精度、由图10-8【2】查得动载系数Kv?1.09；齿轮的圆周力
Ft1?2T2/d10?2?88090.75/104N?1694.05NKAFt1/b?1?1694.05/75N/mm?22.58N/mm?100N/mm 查表10-3【2】得齿间载荷分配系数KH??1.3；由表10-4【2】用插值法查得7级精度、齿轮相对支撑非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH??1.32 。 所以可以算的实际载荷系数
KH?KAKVKH?KH??1?1.09?1.32?1.3?1.87 ③由表10-7【2】选取齿宽系数?d=0.7。
④由图10-20【2】查得区域系数ZH=2.5。
⑤由表10-5【2】查得材料的弹性影响系数ZE=196.8MPa1/2。 ⑥由下式计算接触疲劳强度用重合度系数Z?： 由于
? ?a1?arccos[Z10cos?/(Z10?2ha)]?arccos[26?cos20?/(26?2?1)]?29.24?? ??arccos[Zcos?/(Z?2h)]?arccos[47?cos20?/(47?2?1)]?25.67?a266aZ??4???3
???[Z10(tan?a1?tan?)?Z6(tan?a2?tan?)]/2π ? ?[26?(tan29.24?tan20?)?47?(tan25.67??tan20?)]/2π
?1.68 所以
4?1.68Z??0.88? 3
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XY-6钻机回转器设计
（2)由此可算得齿轮的齿面接触疲劳强度
（3)计算接触疲劳许用应力??H?
由图10-25d【2】查得两齿轮的接触疲劳极限分别为?Hlim1=1200MPa和
?H?2KHT2u?1?ZHZEZ??dd103u2?1.87?88090.75（47/26)?1??2.5?196.8?0.8830.7?104（47/26）?349.03MPa??Hlim2=1200MPa。
由下式计算应力循环次数:
N1?60n2jLh?=60?647.06?1?（2?8?300?10)=1.86?109 N2?N1/u?1.86?109（/47/26）?1.03?109
由图10-23【2】查取接触疲劳寿命系数KHN1= 0.93,KHN2=0.97。 取失效概率为1％、安全系数S=1、由下式得
KHN1?Hlim10.93?1200
[?H]1??MPa?1116MPaS1
KHN2?Hlim20.97?1200 [?H]2??MPa?1164MPaS1
取[?H]1和[?H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即
6Pa [?H]?[?H]1?111M 。
由于?H≤??H?，所以该齿轮副的接触疲劳强度满足要求。
5.3 轴的设计计算与强度校核
变速箱中共有四根轴，轴1为输入轴，轴4为输出轴，轴2、轴3为中间轴。变速箱总共要实现五种转速的输出（四个正转转速和一个反转转速），根据经验并经过对变速箱各工作状态的分析得知轴2在正转低速输出的工作状态时受力最大，故应对其进行强度校核。 1.求2轴上的功率P、转速n和转矩T 若认为电动机功率全部传递到二轴，则
P?60kW
又 22n?1500?r/min?647.06r/min 51故
P60 T?9550000?9550000?N?mm?8.86?105N?mmn647.06
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