游梁式抽油機53型減速器設(shè)計

本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目： 游梁式抽油機 53 型減速器設(shè)計 學(xué)生姓名： 劉 帥 系 別： 機電工程系 專業(yè)年級： 2007 級機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師： 王 國 棟 2011 年 6 月 2 日 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 摘要 本文闡述了我國齒輪減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，著重 對游梁式抽油機 53型雙圓弧齒輪減速器進行設(shè)計計算，其中包括驅(qū)動裝置的選擇、總傳動比的設(shè)定及各級傳動比的分配、齒輪傳動設(shè)計和各級傳動軸的設(shè)計計算，并結(jié)合設(shè)計對系統(tǒng)進行了動態(tài)校正和強度校核。用 CAXA 繪制二維裝配圖 ,Autodesk Inventor 繪制三維圖 ,最終設(shè)計出符合要 求的齒輪減速器 關(guān)鍵字 雙圓弧齒輪；齒輪減速器；分流式人字齒結(jié)構(gòu)；強度校核 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) ABSTRACT This paper expounds the present situation and development of gear reducer trend .Focusing on the beam pumping unit double-arced gear reducer 53 type design calculation, including drives choice, total ratio setting and the distribution of transmission ratio at all levels, gear transmission design and various design and calculation of the drive shaft ,and according to the design of the system dynamic correction and strength check. Using CAXA Autodesk Inventor, assembly drawing two-dimensional drawing three-dimensional graph, finally designed to meet the requirements of gear reducer Keywords: Double-arced gear ; Gear reducer ;Shunt person handwriting tooth structure ;Strength check 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 目錄 第 1 章 概論 . 1 1. 齒輪減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 . 1 2. 我國抽油機減速器現(xiàn)狀 . 2 第 2 章 傳動方案的擬定 . 4 1. 傳動方案 . 4 2. 電動機的選擇 . 4 3. 總傳動比確定及各級傳動比分配 . 6 4. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) . 7 第 3 章 齒輪傳動設(shè)計 . 9 1. 高速級齒輪傳動設(shè)計 . 9 2. 低速機齒輪傳動設(shè)計 . 16 第 4 章 軸的設(shè)計 . 24 1. 輸入軸的設(shè)計 . 24 2. 中速軸的設(shè)計 . 26 3.低速軸的設(shè)計 . 29 第 5 章 軸承的選擇和校核計算 . 34 1. 輸入軸承的選擇與計算 . 34 2. 中間軸上軸承的校核與計算 . 35 3. 輸出軸上的軸承選擇與計算 . 36 第 6 章 鍵連接的選擇與校核計算 . 37 1. 輸入軸與帶輪的鍵連接 . 37 2. 齒輪 2 與中間軸的鍵連接 . 37 3. 齒輪 3 與軸的鍵連接 . 38 第 7 章 減速器附件 設(shè)計及潤滑密封 . 39 1. 減速器附件設(shè)計 . 39 2. 潤滑與密封 . 40 第 8 章 減速器的二維裝配圖與三維設(shè)計圖 . 41 總結(jié) . 42 科瑞集團實習(xí)報告 . 42 致謝 . 44 參考文獻 . 45 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 第 1 章 概論 1. 齒輪減速器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 20世紀(jì) 70年代末以來，世界減速器技術(shù)有了和打發(fā)展。產(chǎn)品 發(fā)展的總趨勢是小型化、高速化、低噪聲和高可靠性；技術(shù)發(fā)展中最引人注目的是硬齒面技術(shù)、功率分支技術(shù)和模塊化設(shè)計技術(shù)。 到 80年代，國外硬齒面技術(shù)已日趨成熟。采用優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件、滲碳淬火磨齒的硬齒面齒輪，精度不低于 ISO1328-1975 的 6級，綜合承載能力為中硬齒面調(diào)質(zhì)齒輪的 3 4 倍，為軟齒面齒輪的 4 5 倍。一個中等規(guī)格的硬齒面減速器的重量僅為中硬齒面減速器的 1/3左右，且噪聲低、效率高、可靠性高。 功率分支技術(shù)主要用于行星及大功率雙分支以及多分支裝置，如中心傳動講的水泥磨主減速器。其核心技術(shù)是均載。 對通用 減速器而言，除普遍采用硬齒面技術(shù)外，模塊化設(shè)計技術(shù)已成為其發(fā)展的一個主要方向。它旨在追求高性能的同時，即可能減少零部件及毛坯的品種規(guī)格和數(shù)量，以便于組織生產(chǎn)，形成批量，降低成本，獲得規(guī)模效益。同時，利用基本零件，增加產(chǎn)品的型式和花樣，盡可能多地開發(fā)使用地變型設(shè)計或派生系列產(chǎn)品，如由一個通用系列派生出多個專用系列；擺脫了傳統(tǒng)地單一有底座實心軸輸出地安裝方式，增添了空心軸輸出的無底座懸掛式、多方位安裝面等不同型式，擴大了使用范圍。 改革開放以來，我國陸續(xù)引進先進加工裝備，通過引進、笑話、吸收國外先進技術(shù)和科研攻 關(guān)，開始掌握了各種高速和低速重載齒輪裝置的設(shè)計制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量級齒輪加工精度都有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可以從 JB179 60的 8 9級提高到 GB10095 88的 6級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在 4 5 級。目前我國已可設(shè)計制造 2800kW 的水泥磨減速器、 1700mm 軋鋼機各種齒輪減速器。各種棒、線材軋機用減速器已全部采用硬齒面。我國自行設(shè)計制造的高速齒輪裝置的功率已達 44000kW，齒輪圓周速度達 168m/s。 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 2 80年代末至 90 年代初，我國相繼制訂了近 100各齒輪和蝸桿減速器的標(biāo)準(zhǔn)，研制了 許多新型減速器，大體上實現(xiàn)了通用減速器的更新?lián)Q代。許多產(chǎn)品達到了80年代的國際水平。部分減速器采用硬齒面厚，體積和重量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率和可靠性有了大幅度提高，對節(jié)能和提高主機的總體水平起到明顯的作用，為發(fā)展我國的機械產(chǎn)品作出了貢獻。 進入 90年代中后期，國外又陸續(xù)推出了更新?lián)Q代的減速器，不但更突出了模塊化設(shè)計的杰特點，而且，在承載能力、總體水平，外觀質(zhì)量方面又有明顯提高。面對這方面差距，我們的對策應(yīng)該是： 有條件的企業(yè)應(yīng)該瞄準(zhǔn)國際最先進的水平，盡快研究開發(fā)面向 21世紀(jì)的新產(chǎn)品。要研究出 更好的模塊化設(shè)計方法，以期形成較大的批量，求得規(guī)模效益。現(xiàn)在國內(nèi)有的企業(yè)已經(jīng)先走了一步，開發(fā)出這類產(chǎn)品。 研究、開發(fā)、推廣成本較低而承載能力又能接近硬齒面的中硬齒面滾齒的新齒形和新結(jié)構(gòu)。國內(nèi)多年來使用行之有效的雙圓弧齒輪、三環(huán)減速器和已成功應(yīng)用的點線捏合齒輪等技術(shù)、應(yīng)不斷完善，大力推廣。 2. 我國抽油機減速器現(xiàn)狀 抽油機減速器是一種承受重復(fù)交變載荷、長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的減速裝置。對于我國的抽油機主要有以下幾種指標(biāo)： 第一種，目前最多應(yīng)用也是市面上出售最多的一種抽油機的型號是 JHL型油田抽油機專用減速 機。它采用了雙圓弧齒形圓柱齒輪，其具有承載能力大，使用壽命長，工作平穩(wěn)，噪音小，密封性能好，安全可靠，安裝使用方便等特點，適用各種野外條件下的連續(xù)作業(yè)，也可適用于礦用絞車。 第二種，油田用 硬齒輪減速機是按照國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB19004-88)生產(chǎn)的，主要包括 ZDY（單級）、 ZLY（兩級）、 ZSY（三級）很 ZFY（四級）四大系列。 性能特點：1、中心距，傳動比等主要均優(yōu)化設(shè)計，主要零、部件性好。 2、齒輪均采用優(yōu)質(zhì)合金剛滲碳、淬火而成，齒輪硬度達 HRC58-62。 3、體積小、重量輕、精度高、承載能力大、壽命長、可靠 性高、傳動穩(wěn)、噪音低。 4、一般采用池潤滑，自然冷卻，當(dāng)熱力率不能滿足時，可采用循環(huán)油潤滑或風(fēng)扇，冷卻盤管冷卻。 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 第三種，抽油機專用擺線針輪減速機。采用 行星傳動原理，擺線針輪嚙合，設(shè)計先進、結(jié)構(gòu)新穎。 特點： 1、傳動比大。一級減速時傳動比為 1/6-1/87。兩級減速時傳動比為 1/99-1/7569；三級傳動時傳動比為 1/5841-1/658503。另外根據(jù)需要還可以采用多級組合，速比達到指定大。 2、傳動效率高。由于嚙合部位采用了滾動嚙合，一般一級傳動效率為 90%-95%。 3、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量 輕。體積和普 通圓柱齒輪減速機 相比可減小 2/1-2/3。 4、故障少，壽命長。主要傳動嚙合件使用軸承鋼磨削制造，因此機械性能與耐磨性能均佳，又因其為滾動摩擦，因而故障少，壽命長。 5、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠。因傳動過程中為多齒嚙合，所以使之運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，噪聲低。 6、拆裝方便，容易維修。 7、過載能力強，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動頻繁和正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的特點。 第四種， 三環(huán)減速機由三片相同的內(nèi)齒環(huán)板帶動一個外齒齒輪輸出，故稱為三環(huán)減速器，屬平行軸一動軸齒輪傳動減速器，齒輪嚙合運動屬于動軸輪系，具有少齒差行星傳動特征，輸 出與輸入軸間平行配置，又有平行軸圓柱齒輪減速器的特征。具有承載和超載能力強、傳動比大、分級密集、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、裝拆維修方便、適用性寬廣等優(yōu)點。 工作特點： 1、工作環(huán)境溫度為 -40 C+45 ，環(huán)境溫度低于 0 時，啟動前潤滑油應(yīng)預(yù)熱。 2、 高速軸轉(zhuǎn)速不得超過功率表中規(guī)定的最高值。 3、 瞬時允許尖鋒轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 2.7倍。4、 適用于連續(xù)，短時或斷續(xù)工作制，可正反轉(zhuǎn)。 5、減速器與原動機（常用電動機）和工作機之間應(yīng)用非剛性聯(lián)軸器且其軸心線應(yīng)嚴(yán)格對中。 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 4 第 2 章 傳動方案的擬定 1. 傳動方案 抽油機由電動機驅(qū)動，電動機 1皮帶 2將動力傳入減速器 3，在輸出端帶動曲柄工作。由于抽油機的載荷變化大，傳動系統(tǒng)中采用兩級對稱分流式雙圓弧圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，高速級齒輪相對于軸承位置對稱，沿齒寬載荷分布較均勻，高速級和低速級均為人字齒雙圓弧圓柱齒輪傳動。傳動方案如圖 2-1 圖 2-1傳動方案示意圖 2. 電動機的選擇 2.1 選擇電動機類型 按已知工作條件和要求，選用 Y 系列一般用途的三相異步電動機 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 2.2 選擇電動機的容量 2.2.1減速器輸出功率wPwP= w6Tn9.55 10出（ 2-1） 由公式（ 2-1）得 wP= 27.749kw 抽油機輸出轉(zhuǎn)速wn等于抽油機的沖次 wn=12r/min（ 6/9/12） 2.2.2 電動機至減速器之間傳動裝置的總效率為 321 2 3 （ 2-2） 1 ， 2 ， 3 分別為皮帶，軸承及齒輪傳動的效率， 1 =0.96， 2 =0.98， 3 =0.97 由公式（ 2-2）得 3 2 3 21 2 3 0 . 9 6 0 . 9 8 0 . 9 6 = 0 . 8 3 2 7 2.2.3 確定電動機的額定功率 edP dP = wP / （ 2-3） 電動機的輸出功率為 dP 由公式 （ 2-3） 得 dP =33.3kw 選定電動機的額定 功率 edP =37kw 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 2.3 選擇電動機的轉(zhuǎn)速 抽油機的沖程 wn =5 r/min 該傳動系統(tǒng)為分流式圓柱齒輪傳動，查閱教材表18-1推薦傳動比為 12i i i =8 60，則總傳動比可取 8至 60之間 則電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為 1dn =8wn =8 57.32=458.56r/mi 2dn =60wn =60 57.32=3439.2r/min 可見同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min ， 1500r/min ， 3000r/min的電動機都符合，這里初選同步轉(zhuǎn)速為 1000r/min ， 1500r/min ， 3000r/min的三種電動機進行比較，由參考文獻 1中表 16-1查得： 表 2-1 方案 電動機型號 額定功率 （ KW） 電動機轉(zhuǎn)速n/(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量/kg 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 1 Y160M1-2 37 3000 2930 2.0 2.2 200 2 Y160M-4 37 1500 1460 2.2 2.2 230 3 Y160L-6 37 1000 970 2.0 2.0 200 4 Y180L-8 37 750 740 1.7 2.0 220 由表中數(shù)據(jù)，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量，價格以及總傳動比，即選定方案 4 3. 總傳動比確定及各級傳動比分配 3.1 計算總傳動比 由參考文獻 1中表 16-1查得： 滿載轉(zhuǎn)速 nm=740 r / min； 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 總傳動比 i=nm /wn =740/5=148 r / min 3.2 分配各級傳動比 查閱參考文獻 1機械設(shè)計課程設(shè)計中表 2 3各級傳動中 分配各級傳動比； 取高速級的圓柱齒輪傳動比 2i = 3(1 .3 1 .4 )i =6.10，則低速級的 圓柱齒輪的傳動比為 3i =4.78 4. 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 4.1 各軸轉(zhuǎn)速 電動機軸為電機軸 0，減速器高速級軸為軸 1，中速軸為軸 2低速級軸為軸 3，則 0n = 740 r/min 01 1740 r / m i n = 1 4 5 . 7 8 r / m i n5 . 0 7 6nn i12 2 2 3 . 8 9 r / m i nnn i23 3 5 r / m i nnn i4.2 按電動機額定功率 edP 計算各軸輸入功率 23 3 1 . 9 7 0 . 9 8 0 . 9 7 k w 3 0 . 6 8 k wI I IPP 1 3 3 . 3 0 . 9 6 3 1 . 9 7IdP P K W 23III IIPP =10.89 0.96 0.97 kw =28.30kw 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 9550 PT n （ 2-4） 由公式（ 2-4）得 31113 1 . 9 79 5 5 0 9 5 5 0 2 . 0 9 4 1 01 4 5 . 7 8PT N m N mn gg 22 9550 2PT n 30.68/23.89 =12.26 310Nm 33339 5 5 0 9 5 5 0 ( 2 8 . 3 0 / 5 ) 5 3 . 9 1 0PT N mN 將軸的運動參數(shù)匯總于下表以備查用： 表 1-3 軸名 功率 P（ kw） 轉(zhuǎn)矩 T（ N.mm） 轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 傳動比 i 效率 電機軸 33.30 740 5.076 0.96 1 軸 31.97 2.10 610 145.78 6.10 0.94 2 軸 30.68 12.26 610 23.89 4.78 0.94 3 軸 28.30 53.9 610 5.00 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 第 3 章 齒輪傳動設(shè)計 1. 高速級齒輪傳動設(shè)計 1.1 選擇材料、精度及參數(shù) 1.1.1 按圖 1 所示傳動方案，選用圓弧圓柱齒輪 傳動 1.1.2抽油機為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度（ GB10095-88） 1.1.3 材料選擇。選擇小齒輪材料為 45號鋼質(zhì)），硬度為 280 HBS，大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240 HBS，二者的硬度差為 40 HBS。 1.1.4 初選小齒輪齒數(shù) 2 18Z ，則大齒輪齒數(shù) 2Z =6.10 18=109.8 取 2 110Z ； 采用人字齒； 暫定 25 o ； 選取齒寬系數(shù) 0.5d ； 1.2 按抗彎曲疲勞強度初步確定齒輪模數(shù) 1.2.1抽油機減速器屬于中等振動 暫取 K=1.7 1.2.2根據(jù)材料種類及硬度確定齒輪的疲勞極限 由圖 3-39b查得 小齒輪 lim 1 525F M P a 由圖 3-39h查得 大齒輪 lim 2 410F M P a 由圖 3-40b查得 lim 1 860H M P a 由圖 3-40h查得 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 lim 2 700H M P a v 3ZZ=cos （ 3-1） -螺旋角 Z-齒數(shù) 由公式（ 3-1）得 1v1 31ZZ = = 1 8 / 0 . 7 4 4 2 4 . 1 8c o s 查圖 3-35b F1Y =2.11由公式（ 3-1）得 2v2 3ZZ = = 1 1 0 / 0 . 7 4 4 1 4 7 . 7 7c o s3 3 5 b 時查 圖F2Y =1.82查圖 3-36b = 1 4 5 . 7 8 / 2 3 . 8 9 6 . 1 01 . 0 2 3Y 查表 3-14 2.053EY 查表 3-37b 25Y =0.775 o F lim N XFPF m inYY= n （ 3-2） 由公式（ 3-2）得 F l i m 1 N 1 X 1F P 1F m i nF l i m 2 N 2 X 2F P 2F m i nYY= = 5 2 5 1 1 / 1 . 6 3 2 8nYY= = 4 1 0 1 1 / 1 . 6 2 5 6nM P aM P a 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 11 計算式應(yīng)取（ 11/F FPY ）（ 22/F FPY ）中之大值代入計算 12 t a n()22a ZZ （ 3-3） -單側(cè)齒寬的縱向重合度 a-齒寬系數(shù) 由公式（ 3-3）得 12t a n t a n( ) ( 0 . 5 / 2 ) (1 8 1 1 0 ) 2 . 3 7 52 2 6 . 2 820 . 3 7 5K = 0a ZZ 因 齒 端 修 薄 總的縱向重合度 2 = 2 . 3 7 5 2 = 4 . 7 5 人字齒單側(cè)齒寬承擔(dān)二分之一的載荷 3 31T 2 . 1 0 1 0T = = N . m = 1 . 0 5 1 0 N . m22 113 2 . 5 8n1m ( ) ( )2 E u F E n dFPY Y Y Y YTkkZ （ 3-4） 由公式（ 3-4）得 113 2 . 5 8n11132 . 5 83nm ( ) ( )21 0 5 0 1 0 1 . 7 2 . 0 5 3 1 . 0 2 3 0 . 7 7 5 1 . 8 3 1()2 2 0 1 8 2 5 64 . 4m = 5E u F E n dFPY Y Y Y YTkkZ 取 1.3 確定齒輪傳動參數(shù) 122 c o snm z za （ 3-5） 由公式（ 3-5）得 12 4 1 8 1 1 0 3 5 3 . 0 8 42 c o s 2 c o s 2 5nm z za o 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 取 a=350 12a r c c o s 2nm z za （ 3-6） 由公式（ 3-6）得 12 5 1 2 8a r c c o s a r c c o s 2 3 . 8 9 52 7 0 0nm z za o cos nzmd （ 3-7） 由公式（ 3-7）得 11 1 8 5 9 0 / 0 . 9 1 4 3 9 8 . 4 3 6c o s c o s 2 3 . 8 9 5nzmd o mm 22 1 1 0 5 5 5 0 / 0 . 9 1 4 3 6 0 1 . 5 5 3 ( )c o s c o s 2 3 . 8 9 5nzmd m m osin nmb （ 3-8） 由公式（ 3-8）得 2 . 3 7 5 3 . 1 4 1 5 2 9 . 8 4 4 9 2 . 1 1s i n s i n 2 3 . 8 9 5 0 . 4 0 5 0nmb m m o 取 b=100（ mm） 1.4 驗算齒根彎曲疲勞強度 查表 3-12，抽油機工作中等振動， 1.5AK ； 6 0 1 0 0 0dnv （ 3-9） 由公式（ 3-9）得 11 3 . 1 4 1 9 8 . 4 3 6 1 4 5 . 7 8 0 . 7 5 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s 查圖 3-31 vK = 1 . 0 27 級 精 度 時 ， ；西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 查圖 3-32， d11b 1 0 0= = = 1 . 0 2 m / s K = 1 . 1 0d 9 8 . 4 3 6 時 ， 查表 3-13，按七級精度，F(xiàn)2K =1.10； 查圖 3-36b，u1 4 5 . 7 8u = = 6 . 1 0 Y = 1 . 0 2 32 3 . 8 9 時 ， ；查圖 3-37b， = 2 3 . 8 9 5 Y = 0 . 7 6 5 ， ；查圖 3-35b，1V1 331 8 1 8Z = 2 3 . 5 6c o s ( 0 . 9 1 4 3 ) 0 . 7 6 4z ；F1Y =2.13 2V2 331 1 0 1 1 0Z = 1 4 3 . 9 8c o s ( 0 . 9 1 4 3 ) 0 . 7 6 4z ；F2Y =1.825 查表 3-14，鍛鋼 -球墨鑄鐵 0 . 1 4EE n dY = 2 . 5 0 3 M P aY = 1 K = 0齒 端 修 薄 ， ， ； 小齒輪的齒根應(yīng)力 10 . 8 6A V 1 2F2 . 8 51T K K K K= ( )2 E u F E n dF nY Y Y Y YK z m （ 3-10） AK 使 用 系 數(shù)VK 動 載 系 數(shù) 1 EK 載 荷 分 配 系 數(shù) Y 彎 曲 彈 性 系 數(shù) u FY 彎 曲 齒 數(shù) 比 系 數(shù) Y 齒 形 系 數(shù)由公式（ 3-10）得 10 . 8 6A V 1 2F12 . 8 51T K K K K= ( )2 E u F E n dF nY Y Y Y YK z m 0 . 8 632 . 5 81 0 5 0 1 0 1 . 5 1 . 0 2 1 . 1 0 1 . 1 0 2 . 0 5 3 1 . 0 2 3 0 . 7 6 5 2 . 1 3 12 3 0 1 8 5 164MPa 大齒輪的齒根應(yīng)力 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 22111 . 8 2 51 6 4 1 4 0 . 52 . 1 3FFF FY M P aY 小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7116 0 6 0 1 4 5 . 7 8 3 6 5 2 4 2 0 1 5 3 1 0N n t 大齒輪的應(yīng) 力循環(huán)次數(shù) 7 7121 5 3 1 0 2 5 . 1 1 06 . 1 0NN u 查圖 3-41a， 6N 1 N 13 1 0 Y = Y =N ， 1 ；nX3 - 4 2 b m 5 Y = 1查 圖 ， ， ；安全系數(shù) F limFS= NXFYY （ 3-11） 由公式（ 3-11）得 F l i m 1 1 1F11525S = 3 . 2164NXFYY F l i m 1 2 2F22410S = 2 . 9 21 4 0 . 5NXFYY 齒根彎曲疲勞強度安全。 1.5 驗算齒面接觸疲勞強度 查表 3-13，2 1 . 3 9 ( )HK 按 七 級 精 度 ；查表 3-14，鍛鋼 -球墨鑄鐵， 0 . 2 7EZ = 3 1 . 3 4 6 M P a ；查圖 3-36b，uu = 6 .1 0 Z = 1 .0 4 5， ；查圖 3-37b，當(dāng) = 2 3 . 8 9 5 Z = 0 . 5 8 ， ；查圖 3-38b， 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 V 1 n a 1V 2 n a 2a 1 a 2aZ = 2 3 . 5 6 m = 5 m m Z = 0 . 9 9 2Z = 1 4 3 . 9 8 m = 5 m m Z = 0 . 9 6 3Z + ZZ = = 0 . 9 7 8 .2， 時 ， ；， 時 ， ； 齒面接觸應(yīng)力 a0 . 7 3A V 1 H 2H2 . 1 91Z Z Z ZT K K K K= ( )2 Eu nK z m （ 3-12） ZE -接觸彈性系數(shù) Zu -接觸齒數(shù)比系數(shù) Z -接觸螺旋角系數(shù) ZA -接觸弧長系數(shù) 由公式（ 3-12）得 a0 . 7 3A V 1 H 2H2 . 1 91Z Z Z ZT K K K K= ( )2 Eu nK z m 0 . 7 332 . 1 91 0 5 0 1 0 1 . 5 1 . 0 2 1 . 1 0 1 . 3 9 3 1 . 3 4 6 1 . 0 4 5 0 . 5 8 0 . 9 7 82 3 0 1 8 5 4= 1 . 2 5 1 0 0 . 0 3 = 3 7 5 M P a 查圖 3-41b， 7N 5 1 0 1;N， Z查圖 3-43，采用 320號極壓工業(yè)齒輪油 240 3 2 0 / , 1 . 0 8 5 ;Lv m m s Z查圖 3-44， 0 . 7 5 0 . 7 5 1 . 6 9 / 0 . 7 62 3 . 8 9 5 0 . 4 4 3 0gVvv m st g t g o ， Z安全系數(shù) H li m L VHHZ Z ZS= N （ 3-13） ZN -接觸壽命系數(shù) Zl -潤滑劑系數(shù) ZV -速度系數(shù) 由公式（ 3-13）得 H l i m 1 1 L VH1HZ Z Z 8 6 0 1 1 . 0 8 5 0 . 7 6S = = 1 . 8 9375N H l i m 2 2 L VH2HZ Z Z 7 0 0 1 1 . 0 8 5 0 . 7 6S = = 1 . 5 4375N 齒面接觸疲勞強度安全。 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 1.6 齒輪的幾何尺寸計算 法向模數(shù) n 1 2m = 5 m m Z = 1 8 Z = 1 1 0 = . 8 o， 齒 數(shù) ， ， 螺 旋 角 2 3 9 5由公式得 小齒輪分度圓直徑 1n1 Zm 1 8 5 9 0d = = = = 9 8 . 4 3 6 m mc o s c o s 2 3 . 8 9 5 0 . 9 1 4 3 o 小齒輪齒頂圓直徑 a 1 1 ad = d + 2 h = 9 8 . 4 3 6 + 2 0 . 9 5 = 1 0 5 . 6 4 6 m m 小齒輪齒根圓直徑 f 1 1d = d 2 h = 9 8 . 4 3 6 2 1 . 1 5 = 8 7 . 4 4 6 m mf 大齒輪的分度圓直徑 2n2 Zm 1 1 0 5 5 5 0d = = = = 6 0 1 . 6 1 9 m mc o s c o s 2 3 . 8 9 5 0 . 9 1 4 3 o 大齒輪齒頂圓直徑 a 2 2 2d = d + 2 h = 6 0 1 . 6 1 9 + 2 0 . 9 5 = 6 0 8 . 8 1 9 m m 大齒輪齒根圓直徑 f 2 2d = d 2 h = 6 0 1 . 6 1 9 2 1 . 1 5 = 5 9 2 . 8 1 9 m mf 中心矩 12 5 1 8 1 1 0 3502 c o s 2 c o s 2 3 . 8 9 5nm z za m m o齒寬 100b mm 2. 低速機齒輪傳動設(shè)計 2.1 選擇材料、精度及參數(shù) 2.1.1 按圖 1 所示傳動方案，選用人字齒圓柱齒輪傳動 2.1.2 抽油機為一般工作機器，速度不高，故選用 7級精度（ GB10095-88） 2.1.3 材料選擇。查圖表（ P191 表 10-1），選擇小齒輪材料為 45 號鋼（調(diào)質(zhì)西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 處理），硬度為 280 HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240 HBS，二者的硬度差為 40 HBS。 2.1.4 初選小齒輪齒數(shù) 3Z =18，則大齒輪齒數(shù) 4Z =4.78 18=86.04 取4 86Z ； 采用人字齒； 暫定 30 o ； 選取齒寬系數(shù) 0.5d； 單側(cè)重合度 由公式（ 3-3）得 12 0 . 5 3 01 8 8 62 2 2 2 3 . 1 4 12 . 3 9 2= 2 . 4 0a t g t gZZ o取 2.2 按抗彎曲疲勞強度初步確定齒輪模數(shù) 2.1.1抽油機減速器屬于中等振動 暫取 K=1.7 2.1.2根據(jù)材料種類及硬度確定齒輪的疲勞極限 由圖 3-39b查得 小齒輪 lim 1 525F M P a 由圖 3-39h查得 大齒輪 lim 2 410F M P a 由圖 3-40b查得 lim 1 860H M P a 由圖 3-40h查得 lim 2 700H M P a 查圖 3-35 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 由公式（ 3-1）得 當(dāng)3v1 3ZZ = = 1 8 / 0 . 6 4 9 2 7 . 7 3c o s 、 F1Y =2.06 4v2 3ZZ = = 8 6 / 0 . 6 4 9 1 3 2 . 4c o s 時 F2Y =1.83 查圖 3-36b 當(dāng) = 2 3 . 8 9 / 4 . 7 8 5 1.025Y 查表 3-14 2.053EY 查表 3-37b 當(dāng) 30 o Y =0.805 由公式（ 3-2）得 F l i m 3 N 3 X 3F P 3F m i nF l i m 4 N 4 X 4F P 4F m i nYY= = 5 2 5 1 1 / 1 . 6 3 2 8nYY= = 4 1 0 1 1 / 1 . 6 2 5 6nM P aM P a 計算式應(yīng)?。?11/F FPY ）（ 22/F FPY ）中之大值代入計算 單側(cè)齒寬的縱向重合度 由公式（ 3-3）得 34t a n t a n( ) ( 0 . 5 / 2 ) (1 8 8 6 ) 3 . 3 7 52 2 6 . 2 830 . 3 7 5K = 0a ZZ 因 齒 端 修 薄 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 總的縱向重合度 2 = 2 . 3 7 5 2 = 4 . 7 5 ； 人字齒單側(cè)齒寬承擔(dān)二分之一的載荷 故 3 32T 1 2 . 2 6 1 0T = = N . m = 6 . 1 3 1 0 N . m22 由公式（ 3-4）得 113 2 . 5 8n11132 . 5 83nm ( ) ( )26 1 3 0 1 0 1 . 7 2 . 0 5 3 1 . 0 2 5 0 . 8 0 5 1 . 8 3 1()2 3 0 1 8 2 5 68 . 3m = 8E u F E n dFPY Y Y Y YTkkZ 取 2.3 確定齒輪傳動參數(shù) 中心距 由公式（ 3-5）得 34 5 1 8 8 6 4 8 0 . 3 7 02 c o s 2 c o s 3 0nm z za o取 a=480 由公式（ 3-6）得 34 5 1 0 4a r c c o s a r c c o s 2 9 . 9 2 62 9 6 0nm z za o 由公式（ 3-7）得 33 1 8 8 1 4 4 / 0 . 8 6 6 7 1 6 6 . 1 4 7 ( )c o s c o s 2 9 . 9 2 6 4nzmd m m o44 8 6 8 6 8 8 / 0 . 8 6 6 7 7 9 3 . 8 1 6 ( )c o s c o s 2 3 . 8 9 5nzmd m m o由公式（ 3-8）得 2 . 3 9 3 . 1 4 1 8 6 0 . 0 6 1 2 0 . 3 3 8s i n s i n 2 9 . 9 2 6 0 . 4 9 8 9nmb m m o 西南石油大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 取 b=100 mm 2.4 驗算齒根彎曲疲勞強度 查表 3-12，抽油機工作中等振動， 1.5AK ； 由公式（ 3-9）得 查圖 3-31， 31 3 . 1 4 1 1 6 6 . 1 4 7 0 . 2 0 8 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s 查圖 3-32，當(dāng)d13b 1 2 0= = = 0 . 7 2 2 K = 1 . 0 6d 1 6 6 . 1 4 7 時 ， vK = 1 . 0 07 級 精 度 時 ， ；查表 3-13，按七級精度，F(xiàn)2K =1.10； 查圖 3-36b，當(dāng)u1 4 5 . 7 8u = = 6 . 1 0 Y = 1 . 0 2 32 3 . 8 9 時 ， ；查圖 3-37b，當(dāng) = 2 9 . 9 2 6 Y = 0 . 8 0 時 ， ；由公式