3.3 钻头中各轴及齿轮的计算
3.3.1 齿轮8、9、10、11的计算
1.选用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮8,齿轮11为配对齿轮副中的小齿轮。齿轮9,齿轮10为配对齿轮副中的大齿轮。且两对齿轮副完全相同,故计算时只计算一对齿轮副8、11即可。小齿轮8转速,设计工作寿命15年,每年工作300天,两班制,每班8小时。
初选:小齿轮材料(调制)硬度280(HBs);齿数
大齿轮材料45钢(调制)硬度240(HBs);齿数
2.按齿面接触强度计算
由设计计算公式进行计算,即
(3.3)
(1)确定公式内的各计算数值
1)试选载荷系数
2)小齿轮传递的转矩
由2.2.2计算所得的钻头扭矩即为小齿轮传递扭矩
3)由表10-7[2]选取齿宽系数。
4)由表10-6[2]查的材料的弹性影响系数
5)由图10-21d[2]按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限,大齿轮的接触疲劳强度极限
6)由式 (3.4)
计算应力循环次数
式中
n—齿轮转速
j—齿轮每转一圈,同一齿面啮合次数
Lh—齿轮工作寿命(h)
u—齿轮传动比
7)由图10-19[2]取接触疲劳寿命系数,;。
8) 计算接触疲劳许用应力,取失效概率为,安全系数S=1,由式
(3.5)得
(2)计算
1)计算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值。
故,取整
2)计算圆周速度v。
3)计算齿宽b
4)计算齿宽与齿高之比
5)计算载荷系数
根据,7级精度,由图10-8[2]查得动载系数
直齿轮,
由表10-2[2]查得使用系数;
由表10-4[2]用插值法查得7级精度、小齿轮相对支撑非对称布置时,
由,,查图10-13[2]得;故载荷系数
6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径
7)计算模数
3.按齿根弯曲强度设计
按齿根弯曲强度设计公式为
(3.6)
(1)确定公式内的各计算数值
1)由图10-20c[2]查得小齿轮8的弯曲疲劳强度极限;大齿轮9的弯曲疲劳强度极限;
2)由图10-18[2]取弯曲疲劳寿命系数,;
3)计算弯曲疲劳许用应力。
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由下式得
4)计算载荷系数
5)查取齿形系数。
由表10-5[2]查得 ,。
6)查取应力校正系数。
由表10-5[2]查得 ,
7)计算大、小齿轮并加以比较
大齿轮的数值大
(2)设计计算
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可以取由弯曲疲劳强度算得的模数1.131并就近圆整为标准值,按接触疲劳强度计算得的分度圆直径,算出小齿轮齿数
大齿轮齿数
这样计算出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根弯曲疲劳强,并做到了结构紧凑,避免浪费。
4.几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
(3)计算齿轮宽度
圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整,且常将小齿轮的齿宽在整值的基础上人为的加宽,以防大小齿轮因装配误差产生轴向错位,导致啮合齿宽减小而增大齿轮单位齿宽的工作载荷。
故取,
3.3.2 齿轮5、6、7的计算
<1>.选用直齿圆柱齿轮传动。选定齿轮5,齿轮6,齿轮7为相同的齿轮。并设计齿轮6与齿轮9合为双联齿轮,并设计齿轮7与齿轮10合为双联齿轮。又因为已算出齿轮9、10的模数为1.5,所以给定齿轮5、6、7模数为1.5。工作寿命15年,每年工作300天,两班制,每班工作8小时。
初选: 齿轮材料45钢(调制)硬度240(HBs);齿数
故得
<2>齿轮的校核
因为齿轮5,6,7为相同材料、相同模数、相同齿数的材料,且齿轮5受到的转矩为齿轮6、7的两倍。故,只需分析校核齿轮5即可
1.齿轮传递的转矩
计算齿轮6、7的扭矩
式中
—传动效率,
计算齿轮5的转矩
2.计算过程参照齿轮8、9、10、11的计算过程
计算后的
2.几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
(3)计算齿轮宽度
圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整,且常将齿轮6、7的齿宽在整值的基础上人为的加宽,以防齿轮因装配误差产生轴向错位,导致啮合齿宽减小而增6、7齿轮单位齿宽的工作载荷。
故取,
3.4 双头钻头内各轴的设计
设定轴的材料为45钢
3.4.1 计算轴I、VIII的最小直径
由3.2.2知单个钻头扭矩
(3.7)
式中
— 轴1最细处直径,。
— 轴1传递的扭矩,。
— 许用扭转切应力,。
由于
又查表15-3[2]的为25
当轴截面上开有键槽时,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整值
3.4.2 计算轴II、VII的最小直径
轴2、7不转动,故不受扭矩
故给定轴2、7直径为,
齿轮,的转矩为:
3.4.3 计算轴III的最小直径
查表15-3[2]的为25
轴截面上开有键槽,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整数值
设定齿轮箱中两对齿轮与;与有相同的齿数比 1.5
4.1.1传动系统减速箱齿轮、的设计
工作寿命15年,每年工作300天,两班制,每班工作8小时。
初选: 齿轮4材料45钢(调制)硬度240HBs;齿轮3材料(调制)硬度280HBs。齿数,。
1.计算齿轮3的扭矩
小齿轮传递扭矩
式中
—传动效率,
2.计算过程参照齿轮8、9、10、11的计算过程
计算的
(1)
大齿轮齿数
(2)几何尺寸计算
1)计算分度圆直径
2)计算中心距
3)计算齿轮宽度
圆柱齿轮的实用齿宽在按计算后适当圆整,且常将小齿轮的齿宽在整值的基础上人为的加宽,以防大小齿轮因装配误差产生轴向错位,导致啮合齿宽减小而增大齿轮单位齿宽的工作载荷。
故取,
4.1.2传动系统减速箱齿轮、的设计
由于齿轮副、与齿轮副、有相同的传动比,又因为齿轮副、比齿轮副、传递的转矩大,故齿轮副、可选用与齿轮副、完全相同的齿轮
,
4.2 双头钻头内各轴的设计
设定轴的材料为45钢
4.2.1 计算轴III的最小直径
查表15-3[2]的为25
轴截面上开有键槽,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整数值
4.2.2 计算轴IV的最小直径
查表15-3[2]的为25
轴截面上开有键槽,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整数值
4.2.3 计算轴V的最小直径
查表15-3[2]的为25
轴截面上开有键槽,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整数值
4.2.4 计算轴VI的最小直径
查表15-3[2]的为25
轴截面上开有键槽,应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱。对于直径的轴,有一个键槽时,轴径增大;有两个键槽时,应增大
故,;取整数值
5 传动系统电机的选用
5.1计算折算到电机主轴上的转矩
由3.2.2知单个钻头扭矩:
故,
所需电机功率
式中
—轴6的转速, 注:(为齿轮1的转速)
—轴6的转矩,
—所需电机功率,
综上,由表12-1[3]得,选用型电机,电机额定功率2.2kW,同步转速1500r/min,满载转速1430r/min,电机质量34kg。