(設(shè)計(jì))100米鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì)

(設(shè)計(jì))100米鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì),設(shè)計(jì),鉆機(jī),變速箱 黑龍江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書姓名： 閔艷芳 任務(wù)下達(dá)日期 設(shè)計(jì)（論文）開始日期：設(shè)計(jì)（論文）完成日期： 一、設(shè)計(jì)（論文）題目： 100米鉆機(jī)變速箱設(shè)計(jì) 二、專題題目： 軸的機(jī)械加工工藝過程 三、設(shè)計(jì)的目的和意義： 針對傳統(tǒng)鉆探行業(yè)施工過程中設(shè)備搬遷困難、鉆孔效率低以及無法傾斜鉆探等問題，研制、改進(jìn)新一代高效可傾式鉆探設(shè)備則尤為必要。該礦用鉆機(jī)改型過程中所面對的若干問題進(jìn)行了較為詳細(xì)研究，并對關(guān)鍵件加工過程出現(xiàn)的工藝文體進(jìn)行分析和調(diào)整。因此，該設(shè)計(jì)對改裝其他類型的鉆機(jī)具有一定的知道意義。四、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： 100米鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)、動力的確定、機(jī)械傳動系統(tǒng)、變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。五、設(shè)計(jì)目標(biāo)： 研制、改進(jìn)新一代實(shí)用的鉆探設(shè)備 六、進(jìn)度計(jì)劃：1.第13周 實(shí)習(xí)、查資料及進(jìn)行鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算 2.第46周 對鉆機(jī)的各個部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 3.第79周 繪制鉆機(jī)總裝圖、速箱組裝圖及零件圖 4.第1011周。完成專題部分 。5.第1213周 完成翻譯部分 第17周準(zhǔn)備答辯。七、參考文獻(xiàn)資料：1.良貴主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 第五版 北京：高等教育出版社 1996 2.俊等主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社，1986 3.章日晉等編 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 4.鄭文偉吳克堅(jiān)主編機(jī)械原理第7版北京：高等教育出版社，1997 指 導(dǎo) 教 師： 院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日I 摘要 針對傳統(tǒng)鉆探行業(yè)施工過程中設(shè)備搬遷困難、鉆孔效率低以及無法傾斜 鉆探等問題，研制、改進(jìn)新一代高效可傾式鉆探設(shè)備則顯得尤為必要。該礦用 鉆機(jī)改型過程中所面對的若干問題進(jìn)行了較為詳細(xì)研究，并對關(guān)鍵件加工過程 出現(xiàn)的工藝文體進(jìn)行分析和調(diào)整。 通過調(diào)研了解到，對鉆孔深度 100 米左右的鉆機(jī)需求量比較大，而目前 的 100 米鉆機(jī)，存在著勞動強(qiáng)度大、適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，我們決 定開發(fā) 100 米鉆機(jī)。經(jīng)幾次方案討論決定，鉆機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)耐用可 靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；便于解體搬運(yùn)；體積小，重量輕；操作簡單，維修方便；適用 于 42、50mm 兩種鉆桿； 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)；鉆進(jìn)速度快，效率高；動力為電機(jī)或柴油 機(jī)。 關(guān)鍵詞:100 米 變速箱 鉆機(jī) II Abstract the equipment moves the difficulty in view of the traditional drilling profession construction process in, the drill hole efficiency lowers as well as is unable to incline questions and so on drilling, the development, improves new one generation highly effective to be possible to lean the type drilling equipment to appear especially essential. In this mineral product drilling machine modification process faces certain questions have conducted the comparatively dissect, and the craft literary style which appears to the key processing process carries on the analysis and the adjustment. Understood through the investigation and study, quite is big to the drill hole depth 100 meter about drilling machine demands, but the present 100 meters drilling machines, have the labor intensity in a big way, the compatible inferior shortcoming. In view of the fact that above reason, we decided develops 100 meters drilling machines. Decided after several plan discussions that, the drilling machine should have following characteristic: economy durable reliable, high quality at low price; is advantageous for the disintegration transporting; the volume is small, the weight is light; the operation is simple, the service is convenient; is suitable for 42, 50mm two kind of drill rods; is suitable in the alloy drill bit or the carbon bit sneaks in; sneaks in the speed to be quick, the efficiency is high; the power is the electrical machinery or the diesel engine. Kewords: drilling machines 100 meters gearbox III 目 錄 摘要 . ABSTRACT. 緒論 .1 第 1 章 總體設(shè)計(jì) .2 第 2 章 鉆機(jī)的主要技術(shù)特性 .3 第 3 章 動力確定 .5 3.1 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖層,土層所需功率 .5 3.2 進(jìn)給油缸所需功率計(jì)算 .6 3.2.1 進(jìn)給油缸的基本參數(shù) .6 3.2.2 油缸工作壓力計(jì)算 .6 3.2.3 油泵最大工作流量計(jì)算 .7 3.2.4 進(jìn)給油缸功率 .7 3.3 動力機(jī)功率的確定 .7 第 4 章 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) .10 4.1 要參數(shù)的選擇 .10 4.1.1 回轉(zhuǎn)器 .10 4.1.2 升降機(jī) .10 4.1.3 變速箱 .10 4.2 機(jī)械傳動系統(tǒng) .10 第 5 章 回轉(zhuǎn)器 .12 5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .12 5. 2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 .12 5.2.1 齒面按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 .13 5.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力 .13 第 6 章 變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .15 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .15 6.2 零件的強(qiáng)度計(jì)算 .15 6.3 齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 .15 6.4 軸系零部件強(qiáng)度與壽命的校核計(jì)算 .20 第 7 章 絞 車 .24 7.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .24 IV 7.2 主要參數(shù)的選擇 .24 7.3 絞車所需功率 .25 7.4 零部件的強(qiáng)度及壽命計(jì)算 .25 第 8 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .31 8.1 液壓卡盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .31 8.2 進(jìn)給油缸的設(shè)計(jì) .33 第 9 章 鉆機(jī)的使用說明書 .35 總結(jié) .50 致謝 .51 參考文獻(xiàn) .52 專題 軸的機(jī)械加工工藝過程 .53 附錄 1 .59 附錄 2 .68 緒論國內(nèi)外的科技現(xiàn)狀國內(nèi)：“六五”“九五”期間，我國地質(zhì)調(diào)查工作中探礦工藝與設(shè)備獲得長足發(fā)展，在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)了一大批新技術(shù)、新裝備，如：以繩索取心為主體的金剛石鉆探技術(shù)；液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)；受控定向鉆探技術(shù)（含對接井施工技術(shù)）；多工藝空氣鉆探技術(shù)（中心反循環(huán)連續(xù)取樣及空氣潛孔錘鉆探技術(shù)）；水力反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)；人造金剛石超硬復(fù)合材料及其鉆頭；低固相泥漿等鉆井液應(yīng)用及護(hù)壁堵漏技術(shù)；XY系列、CD系列、全液壓等新型巖心鉆機(jī)及配套裝備；水文水井鉆探設(shè)備；短淺坑道機(jī)械化作業(yè)線等等。在這一領(lǐng)域，我省煤田地質(zhì)局在煤田地質(zhì)鉆探方面，成功地采用了受控定向鉆探技術(shù)，并完善了SMQ-1型取芯器，發(fā)展成3SMQ-2型取芯器；此外，還研制改進(jìn)了煤層氣儲存監(jiān)測罐。地礦、煤田系統(tǒng)多工藝空氣鉆探技術(shù)的采用更加完善和成熟。 國外：傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查工程技術(shù)與裝備已十分成熟。立軸式液壓鉆機(jī)仍然是主要機(jī)型，全液壓動力頭鉆機(jī)獲得廣泛應(yīng)用，美國金剛石巖心鉆機(jī)制造商協(xié)會制定的DCDMA標(biāo)準(zhǔn)仍然占據(jù)鉆探管材和鉆具市場的主流，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的TC82（礦業(yè)技術(shù)委員會）/SC6（金剛石鉆探設(shè)備分技術(shù)委員會）也制定了一些標(biāo)準(zhǔn)，可能成為今后的發(fā)展方向。 通過調(diào)研了解到，對鉆孔深度100米左右的鉆機(jī)需求量比較大，而目前的100米鉆機(jī)，存在著勞動強(qiáng)度大、適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，我們決定開發(fā)100米鉆機(jī)。經(jīng)幾次方案討論決定，鉆機(jī)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1. 經(jīng)濟(jì)耐用可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；2. 便于解體搬運(yùn)；3. 體積小，重量輕；4. 操作簡單，維修方便；5. 適用于42、50mm兩種鉆桿；6. 適用于合金鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)；7. 鉆進(jìn)速度快，效率高；8. 動力為電機(jī)或柴油機(jī)。第1章 總體設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場特點(diǎn)，從實(shí)用角度出發(fā)，確定方案如下：1. 考慮到井下、井上和野外作業(yè)，動力可選電機(jī)或柴油機(jī)。2. 考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進(jìn)，除了正常的鉆進(jìn)速度外，增加高速340r/min。3. 鉆機(jī)除配機(jī)動絞車外，增加了液壓卡盤減輕勞動強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高有效鉆進(jìn)速度。4. 考慮到高轉(zhuǎn)速時(shí)，絞車速度不能太快，所以增加了互鎖裝置，安全可靠。5. 由于本機(jī)動力較大，動力由V型帶傳動到變速箱的傳動軸上易使傳動軸彎曲，所以增加了卸荷裝置。6. 采用二級回歸式變速箱，減少變速箱體積，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，選用不同的鉆進(jìn)速度。7. 設(shè)置壓帶輪，皮帶調(diào)整安全可靠。8. 在滿足上述要求的同時(shí)，盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適于整體或解體搬運(yùn)。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化, 通用化，系列化。第2章 鉆機(jī)技術(shù)特性1. 鉆進(jìn)深度 100m 2. 鉆孔直徑 1開孔直徑 892終孔直徑 603. 鉆孔傾斜角度 03604. 立軸轉(zhuǎn)速 110、190、340/min5. 立軸行程 4006最大液壓給進(jìn)壓力 4MPa7卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6MPa8立軸內(nèi)孔直徑 529油缸最大起拔力 28.5KN 10油缸最大給進(jìn)力 20KN 11. 絞車提升速度 0.25、0.57、0.65m/s 12. 絞車轉(zhuǎn)速 28、50、78r/min 13絞車提升負(fù)荷 0.75m/s 3.35KN . 0.44m/s 6.00KN . 0.22m/s 12KN 14. 卷筒 直徑 140mm 寬度 100m 鋼絲繩直徑 8.8mm 容繩長度 32.8m 15配備動力 1 電動機(jī) 型號 YB160M4 電壓 380/660V 功率 5.5KW 轉(zhuǎn)速 1440r/min2 柴油機(jī) 型號 S1100 功率 5.5KW 轉(zhuǎn)速 1500r/min 16外型尺寸（Lhb） 13706851200mm 17重量（不含柴油機(jī)） 750Kg 第3章 動力機(jī)的確定本機(jī)組的驅(qū)動裝置采用交流感應(yīng)電動機(jī)，因?yàn)檫@種動力機(jī)重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用維護(hù)方便易實(shí)現(xiàn)防爆。為了便于搬運(yùn)和機(jī)場的布置，鉆機(jī)和水泵各用一臺電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，而回轉(zhuǎn)器與油泵共用一臺電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動。輸出功率為N。N。1.2Nj式中：Nj鉆機(jī)所需功率 KW Nj（NhNy）/式中: Nh回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)所需功率 KW 效率 =0.85 Ny油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎巖石、土層所需功率 KW N2鉆頭與孔底摩擦所需功率 KW N3回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率 KW3.1 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率 KWNh=N1+N2+N3 1. N1= 3-1式中: m鉆頭切削刃數(shù) 取m=6 n立軸轉(zhuǎn)速 r/min h鉆進(jìn)速度 h=1.5cm/min. 巖石抗壓強(qiáng)度,其值見表3-1A 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑D=7.3cm,內(nèi)孔直徑 d=5.8cm,A=(D2d2)/4=(7.325.82)/4=15.43cm2 2. N2=fen(R+r)/1944800 3-2式中: 孔底壓力或巖石抗壓強(qiáng)度. f鉆具與巖石直接的摩擦系數(shù) f=0.3 e側(cè)摩擦系數(shù) e=1.1 n立軸轉(zhuǎn)速 R鉆頭外圓半徑 R=3.65cm r鉆頭內(nèi)孔半徑 r=2.91cm 將立軸不同轉(zhuǎn)速和不同空底壓力代入式3-2中,所得相應(yīng)數(shù)值見表3-2。 3. N3=7.81011Ldn1。7 (當(dāng)n200r/min時(shí)) 3-3-2式中：L孔深 ， 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，取L150000mm 金剛石鉆進(jìn)時(shí)，取L75000mm d鉆桿直徑 ，取d=42mm計(jì)算 n立軸轉(zhuǎn)速， r沖洗液比重。 r=1.15 將上述參數(shù)及立軸不同轉(zhuǎn)速代入上式，所得值列表32中。 3.2 給進(jìn)油缸所需功率的計(jì)算 3.2.1. 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 1）給進(jìn)油缸的數(shù)量 n2 2）油缸直徑 D55mm 3）活塞桿直徑 d30mm 4）活塞桿有效行程 L400mm 5）油缸面積 A123.76cm2 6）活塞桿面積 A27cm2 7）有效面積 AA1A216.76cm2 3.2.2油缸工作壓力的計(jì)算 鉆機(jī)大水平孔時(shí)，油缸的最大推力為： WCFm式中：W油缸最大推力 C孔底最大壓力 C10000N Fm鉆桿與孔壁間的摩擦力 FmqLf式中：q鉆桿單位長度重量 q45.6N/m L鉆桿長度 L1050m f摩擦系數(shù) f0.35 Fm45.610500.35=1675.8N W=10000+1675.8=11675.8N 油泵的工作壓力PP=W/A=11675.8/16.76=696.6N/cm2 3.2.3.油泵最大工作流量計(jì)算 油缸回程時(shí)的最大容油量: V1=A1L=23.7640=950.4mL=0.9504L 油缸送進(jìn)時(shí)的最大容油量: V2=AL=16.7640=0.6704L當(dāng)選用立軸的鉆進(jìn)速度V=0.06m/min=0.6dm/min時(shí),立軸送進(jìn)時(shí)每分鐘所需的油量為: Q=2AV=20.16760.6=0.2 令活塞回程時(shí)間為0.3min,則回程所需油量為: Q1=0,95042/0.3=6.336 3.2.4.給進(jìn)油缸功率Ny Ny=PQ/60102=696.60.2/60102=0.0233.2.5.根據(jù)上面的計(jì)算,選用YBC10/80型齒輪油泵(排油量10L/min,壓力800N/cm2 )。油泵滿負(fù)荷時(shí)所需功率是:Ny=PQ/6010212式中:P額定壓力 P=800N/cm2 Q額定流量 Q=10L/min 1機(jī)械效率 1=0.9 2容積效率 2=0.71 Ny=80010/601020.90.71=2.04KW3.3動力機(jī)功率的確定 通過上述的計(jì)算說明，立軸鉆進(jìn)時(shí)給進(jìn)所需功率很小，而且油泵滿負(fù)荷工作時(shí)一般是立軸停止轉(zhuǎn)動狀態(tài)，液壓卡盤松開時(shí)，必須停止鉆進(jìn)。所以參考表32本機(jī)選用5.5KW電機(jī)或柴油機(jī)，基本能滿足表32中粗線以上各種工作狀態(tài)。表31巖 石 名 稱 抗 壓 強(qiáng) 度 （N/cm2 ）粘土、頁巖、片狀砂巖4000石灰?guī)r、砂巖8000大理石、石灰?guī)r10000堅(jiān)硬的石灰?guī)r、頁巖12000黃鐵況、磁鐵礦14000煤2000N (kw) r/minN/cm2110190340N120000.06930.07940.091840000.13860.15890.183780000.27710.31770.3675100000.34640.39710.4593120000.4157 0.4765 0.5512N220000.24430.42300.756940000.48980.84601.513880000.97951.69193.0277100001.22442.114937846 12000 1.4693 2.5379 4.5346N3 r/minN/cm21.01602.57282.2804Nh20001.32963.07523.129240001.64443.57693.977980002.27264.58245.6756100002.58685.08486.5243120002.90105.58797.3662Ny r/minN/cm20.0230.0230.023Nj=Nh/3.41293.61793.6814N0=1.2Nj4.09204.34154.4177第4章 機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 主要參數(shù)的選擇 4.1.1 回轉(zhuǎn)器立軸的轉(zhuǎn)速，主要取決于地質(zhì)條件、鉆頭直徑及鉆進(jìn)方式，當(dāng)使用直徑為75mm鉆頭時(shí)，采用硬質(zhì)合金和鉆粒，根據(jù)國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，立軸轉(zhuǎn)速取n90400r/min比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，立軸轉(zhuǎn)速取n4001000r/min比較適宜。本機(jī)選用110340r/min，即適合合金鉆頭鉆進(jìn)，由適合金剛石鉆頭鉆進(jìn)。4.1.2 升降機(jī)為了減輕鉆機(jī)重量，不使動力機(jī)過大，絞車的纏繩速度不宜過高，基本上采用低速，本機(jī)升降機(jī)速度為0.220.66m/s。4.1.3 變速箱參考國內(nèi)外現(xiàn)有小型鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速系列，本機(jī)采用了不規(guī)則排列的中間轉(zhuǎn)速系列。（1） 立軸有三種轉(zhuǎn)速，110、190、340r/min轉(zhuǎn)速適合合金鉆頭鉆進(jìn)。（2） 卷筒纏繩速度為三種，見表41 表41檔檔檔立軸轉(zhuǎn)速 r/min110190340 纏繩速度 m/s0.220.370.664.2 機(jī)械傳動系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)傳動路線見圖41傳動計(jì)算如下：1.立軸的轉(zhuǎn)速:n=nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z10/Z11式中: n立軸的第一檔轉(zhuǎn)速 r/min n電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1440r/min D1主動皮帶輪直徑 D1=125mm D2大皮帶輪直徑 D2=285mm Z1Z11傳動鏈中各齒輪的齒數(shù),Z1=31,Z2=54,Z3=31,Z4=54Z10=21,Z11=39 n=1440125/28531/5431/5421/39=112.1110r/min n=nD1/D2Z1/Z2Z5/Z6Z10/Z11式中:Z5=42,Z6=43 n=1440125/28531/5442/4321/39=190.69190r/min n=nD1/D2Z1/Z4內(nèi)Z10/Z11式中: Z4內(nèi)=31 n=1460160/36531/3121/39=340.08340r/min考慮到皮帶傳動、齒輪傳動、軸承等的效率，所以各檔轉(zhuǎn)速確定為110、190、340r/min。2. 絞車的纏繩速度V1=D(nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z9/Z12/Z13/Z14)/60000 m/s式中:D=D0+d=140+8.8=148.8mm式中:D0=140mm為卷筒直徑,d=8.8mm為鋼絲繩直徑。V1=148.8(1460160/36525/3118/3833/8318/1818/54)/60000 =0.22m/s V2=0.44m/s V3=0.75m/s (計(jì)算從略)考慮到皮帶、軸承、齒輪等的效率，確定絞車提升速度分別為：U10.22m/s U2=0.44m/s U3=0.75m/s。第5章 回轉(zhuǎn)器5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)如圖51所示，是由本體、立軸、立軸導(dǎo)管、弧齒錐齒輪等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤。其特點(diǎn)是：1、回轉(zhuǎn)器尺寸小、緊湊。2、回轉(zhuǎn)器適用于各種角度的孔的鉆進(jìn)。3、離開孔口采用開箱式，簡單可靠，減輕鉆機(jī)重量。4、立軸行程比過去小型鉆機(jī)大，為500mm，縮短鉆進(jìn)輔助時(shí)間。5.2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算弧齒錐齒輪副的強(qiáng)度校核:Z10與Z11的主要參數(shù)見表51。齒面硬度Z10為HRC52、Z11為HRC57，錐距R77.515m,節(jié)錐角10=28018 22”,11=6104128”表5-1齒 號齒 數(shù)模數(shù)變位系數(shù)齒寬材料齒頂系數(shù)壓力角螺旋角旋向精度Z10213.502220CrMnTi0.85200350右8DCZ11393.502220CrMnTi0.85200350左8DC齒輪在各種轉(zhuǎn)速下傳遞的功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩見表52 表52功率 KW轉(zhuǎn)速 r/min轉(zhuǎn)矩 nm 5.1763280 5.07208233 5.07354137 5.2.1 齒面按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算（1）接觸應(yīng)力HZE 1.5ftmaxKAKVKHZR 3 Ft1 N/mm2 bd1I Ftmax ZE彈性系數(shù) ZE189.8 N/mm2 Ft1=Ftmax小輪運(yùn)轉(zhuǎn)中最小切向力 Ftmax=2758N KA使用系數(shù) KA=1.25 Kv動載系數(shù) KV1=KV2=1 KH齒間載荷分布系數(shù) KH=1.2 Zx尺寸系數(shù) Zx=1.0 ZR表面狀況系數(shù) ZR=1 b有效齒寬 b=22mm d1小輪大端分圓直徑 d1=94.5mm I幾何系數(shù) I=0.1 將以上各值代入上式,得H=1197N/mm2 (2)接觸疲勞極限應(yīng)力 HIin=HIinZNZW/ZQ N/mm2 HIin接觸疲勞極限應(yīng)力 HIin1352 Zwgz工作硬化系數(shù) Zw1 ZN壽命系數(shù) ZN1 ZQ溫度系數(shù) ZQ=1 HIin=135211=1352 (3)安全系數(shù):SH=HIin/H=1352/1197=1.12SHIin=1 所以安全。 5.2.2 彎曲疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力（1） 計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 FFtKAKUKFYX/bmsJ N/mm2 Ft作用于大端分度圓上的切向力 Ft=2758N KA使用系數(shù) KA =1.25 Kv動載系數(shù) Kv=1 KF載荷分布系數(shù) KF1.15 Yx尺寸系數(shù) Yx1 ms大端端面模數(shù) ms=4.5 J幾何系數(shù) J0.18 F141N/mm2（2） 齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力 FIimFIimYN/YQ N/mm2 YQ溫度系數(shù) YQ1 YN壽命系數(shù) YN1 FIim齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力 FIim206.82N/mm2（3） 安全系數(shù) SFFIim/F206.82/141=1.46SFmin=1所以安全。第6章 變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)變速箱的結(jié)構(gòu)如圖61所示，它是由變速部分、分動部分及操縱部分和殼體等組成。也是變速部分和分動部分合為一體的傳動箱。其特點(diǎn)是：1、采用了回歸式的傳動形式，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機(jī)的高度，齒輪Z4即是移動齒輪由是結(jié)合子，因此結(jié)構(gòu)緊湊。2、變速、分動相結(jié)合，減少了零件數(shù)目，有效利用變速箱內(nèi)的空間。3、操縱結(jié)構(gòu)采用了齒輪齒條撥叉機(jī)構(gòu)，操縱靈活可靠，每個移動齒輪單獨(dú)控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單。4、增加了卸荷裝置，減少了軸齒輪的受力狀況。6.2 零件的強(qiáng)度計(jì)算 1、在校核零件的強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)電機(jī)的功率全部輸入變速箱，然后再輸入絞車和回轉(zhuǎn)器。2、變速箱在不更換齒輪的情況下，可連續(xù)工作10000小時(shí)，純機(jī)動時(shí)間每班16小時(shí)，可連續(xù)工作20個月。每個速度的工作時(shí)間分配情況如下：第一速（110r/min） 為40即4000小時(shí)；第二速（190r/min） 為40即4000小時(shí)；第三速（340r/min） 為20即2000小時(shí)； 3、本機(jī)零部件的強(qiáng)度和壽命計(jì)算方法和數(shù)據(jù)是按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（冶金工業(yè)出版社）計(jì)算的。6.3齒輪強(qiáng)度計(jì)算 1、變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)及材料見表61表61齒數(shù)模數(shù)齒寬變位系數(shù)Xn材料硬度RC應(yīng)力角備注Z1312351.040Cr40-45200Z2542220.140Cr40-45200Z3312261.0 40Cr 40-45200Z4542 260.140Cr40-50200Z5422240.140Cr40-45200Z6432241.040Cr40-45200Z735325040Cr40-45200Z826326 040Cr45-50200Z933422040Cr45-50200Z121732604540-45200Z13183350.1520CrMnTi57-62200 Z14183200.120CrMnTi57-62200 Z15543280.3540Cr2002、Z3、Z4齒輪副的強(qiáng)度校核1) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（A） 計(jì)算齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力式中被校核齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限應(yīng)力，由圖F813查得：（Mpa） 彎曲壽命系數(shù)，因兩齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：=*0.4*60*365=0.87*次=*0.4*60*210=0.5*次由圖F814知=1尺寸系數(shù)=1（圖F815）有效應(yīng)力集中系數(shù)，有圖F816查知=1.03，=0.97所以 =*/=400*1*1/1.03=370（Mpa） =*/=400*1*1/0.97=412（Mpa）（B） 比較彎曲強(qiáng)度圖F86查得齒形系數(shù)=1.94，=2.26 則有/=370/1.94=191/=412/2.26=182因此齒輪彎曲強(qiáng)度弱。（C） 計(jì)算彎曲工作應(yīng)力=/bm() （Mpa）式中 計(jì)算圓周力，而=其中 工作圓周力=2000/=2000*132.5/62=4273（N）工作狀況系數(shù)，由表F87查知=1.25 動載系數(shù)，因?yàn)閂/100=1.18*31/100=0.37，由F84知=1載荷分配系數(shù)，=1/，當(dāng)=1.6時(shí)，=0.7，所以=1/0.7=1.43載荷分布系數(shù)，因=b/=26/62=0.45,故由表F85查知=1.05則 =4273*1*1*1.43*1.05=6417.5（N） 載荷作用位置數(shù) =0.7 螺旋角系數(shù) =1 b 齒寬 b=26 (毫米) m模數(shù) m=2 (毫米) =/bm()=6417.5/26*2(2.26*0.7*1=195（Mpa） (d)計(jì)算齒輪的彎曲疲勞安全系數(shù) =/=412/195=2.11可靠2）齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算（A）計(jì)算齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力=*式中 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限應(yīng)力，由F817查知 =1100（Mpa）壽命系數(shù)，由圖F818查知=1.19， =1.22硬化系數(shù)， 取=1所以 =1100*1.19*1.03=1348（Mpa）=1100*1.22*1.03=1424 （Mpa） （B）計(jì)算接觸工作應(yīng)力=（Mpa）式中 材料系數(shù)，由F89查知=189.8節(jié)點(diǎn)系數(shù)，=2.27 由圖F810重合度系數(shù) =0.9由圖F89U齒數(shù)比 U=54/31=1.74則 =189.8*2.27*0.9=889（Mpa）（C） 算安全系數(shù)=/=1384/889=1.516 安全可靠3）短期過載強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算取最大短期尖峰載荷是額定工作載荷的1.5倍短期過載彎曲極限應(yīng)力，根據(jù)表F812知 =18*=18*45=810（Mpa）最大的彎曲工作應(yīng)力為 =*1.5/=195*1.5/1.25=234（Mpa）短期過載彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) =/=810/234=3.5（安全）短期過載接觸極限應(yīng)力，根據(jù)表F812知 =41，3*45=1859 （Mpa）而最大接觸應(yīng)力為=889*=974（Mpa）短期過載接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)為=1.9（安全）3、其他齒輪對的強(qiáng)度校核 按上面的方法和步驟，對變速箱中的其他齒輪對可進(jìn)行類似的計(jì)算，略。6.4 軸系零件與部件的強(qiáng)度與壽命的校核計(jì)算在變速箱中共有三根軸，其中軸負(fù)荷最大，而且相對尺寸直徑小、長度長。下面僅以該軸的強(qiáng)度壽命進(jìn)行驗(yàn)算。軸共有七種工作狀態(tài)，向回轉(zhuǎn)器傳遞四種狀態(tài)的動力，驅(qū)動絞車三種狀態(tài)。相比而言回轉(zhuǎn)器的130r/min的轉(zhuǎn)速時(shí)該軸扭矩最大，受力最大。1、軸的驅(qū)動校核已知下列條件：材料40Cr，調(diào)質(zhì)T220-250，各齒輪分度圓直徑為：d4108、d684、d8105.該軸的四個轉(zhuǎn)速及傳遞的扭矩見表6-2表6-2轉(zhuǎn)速（r/min）扭矩（Nm）備 注檔2102217檔3561184 III檔 636 7928（A） 在各種轉(zhuǎn)速下齒輪受力支反力計(jì)算結(jié)果列表63中（B） 軸的疲勞強(qiáng)度校核：從表62中得知，校核軸的強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)取低轉(zhuǎn)速的受力狀態(tài)。表63 RCY RBY Ft6 Ft4 RAY C B Ft6 FR4 A RCX RBX RAX 125 94.5 115 60.5 270 395 續(xù)表63檔檔檔檔Ft45362Fr41952Ft642594Fr6944Ft131132450Fr11133892Ft82450Fr8292RAX194174RBX8831092RCX60375RAY3680724RBY7201502RCY4921027RR3684745RB11391506RC7781030軸的扭矩圖如圖63所示，現(xiàn)計(jì)算，截面的安全系數(shù)。截面-的彎矩：水平彎矩：Mxz=Fr410010-3+RBX17010-3199Nm垂直彎矩-：MYZ=Ft410010-3+RBY910-3542Nm合成彎矩：M Mxz2 + MYZ2 575Nm截面-的彎矩： 水平彎矩：MxzRAX60510-3+19460.510-3=11Nm 垂直彎矩：MYZRAY60.510-3=223.6Nm合成彎矩：M Mxz +MYZ =223Nm 12量截面扭矩T356.6Nm下面是按當(dāng)量彎矩計(jì)算-、-兩截面的安全系數(shù)。 水平受力圖： C B Frx A 180 47 水平彎矩圖： 11 199 Fty 垂直受力圖： C B 垂直彎矩圖： 80 145 223 542合成彎矩圖： 60 231 223 575扭矩圖： 356 圖63 表64名 稱-截面-截面 說 明扭 矩T（Nm）356356彎 矩M（Nm）575223當(dāng)量力矩Ml652380軸 經(jīng)d（mm）36、4236、42工作應(yīng)力m(Mpa)13176.92w=4.9410-6疲勞極限-1(Mpa)350350尺寸系數(shù)0.770.77表面質(zhì)量0.850.85有效應(yīng)力集中系數(shù)K1.571.57安全系數(shù)S2.293.91許用安全系數(shù) 2.292.29 安 全 通過上述驗(yàn)算軸通過,其它軸系從略。第7章 絞車7.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本鉆機(jī)考慮到井上、井下鉆探作業(yè)，故設(shè)置了絞車，如圖71。在井下矮巷道內(nèi)鉆孔時(shí)，絞車難以發(fā)揮作用，這時(shí)可將絞車拆除。設(shè)置絞車也給機(jī)器在井下短距離搬運(yùn)提供自牽的方便。在結(jié)構(gòu)上選擇常用的固定輪系的NGW型行星式傳動絞車，其特點(diǎn)是：1、結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，傳動裝置兼起離合作用，并有過載保護(hù)作用。2、在一定范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和微動升降。3、傳動功率大，效率高。4、傳動平穩(wěn)，操縱靈活。7.2 主要參數(shù)的選擇 1、確定鋼絲繩直徑d根據(jù)GB110274標(biāo)準(zhǔn)，選定鋼絲繩直徑如下：外 徑：d=8.8mm總斷面積：A=27.88mm2總破斷力：S=47300N抗拉強(qiáng)度：=1700Mpa繩 型：繩637（纖維芯）2、鋼絲繩的強(qiáng)度校核絞車最大提升負(fù)荷：Q=12000N最小安全系數(shù)：S=45在正常情況下，最大起重時(shí)的安全系數(shù)為：S=S/Q=47300/12000=3.49S在急剎車時(shí)，取Q2.5Q，則安全系數(shù)SS/Q1.63、卷筒參數(shù)確定如下：卷筒內(nèi)徑：D140mm卷筒外徑：D230mm卷筒有效長度：L0100mm容繩長度：LnD式中：n鋼絲繩圈數(shù) n11 D每層纏繩長度之和，共五層， D5（D+d）+20d32m。 4、絞車參數(shù)提升速度 卷筒轉(zhuǎn)速 提升力V1=0.22m/s n1=28r/min 12000NV2=0.44m/s n2=50r/min 6000NV3=0.75m/s n3=78r/min 3350N7.3 絞車所需功率1. 卷筒所受扭矩：MT0.5(D+d)Q=0.5(0.14+0.0088)12000 =893Nm 2.絞車軸所受扭矩: MZ=MT/2=298Nm 3.絞車軸所需功率: P=MZn1I/9550=2.6KW7.4 零部件的強(qiáng)度及壽命計(jì)算（一）齒輪強(qiáng)度校核對NGW型行星齒輪傳動，只校核外嚙合。即Z13與Z14。Z1318、 m3、 X13=0.15、 材料為20CrMnTi、 HRC=5762Z1418、 m3、 X14=0.15、 材料為20CrMnTi、 HRC=5762HIim=1500N/mm2 FIim=450 N/mm2傳遞扭矩：Mz298Nm轉(zhuǎn) 速：nz=n1i84r/min按接觸強(qiáng)度校核：1. 分度圓圓周力 Ft=1000MZ/CSR1=5518.5N2. 工況系數(shù) KA=1.253. 動載系數(shù) KV=14. 齒間載荷分配系數(shù) KH=1.055. 齒向載荷分配系數(shù) KH=16. 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH=2.357. 彈性系數(shù) ZE=189.8 N/mm28. 重合度系數(shù) Z=0.979. 螺旋角系數(shù) Z=110. 計(jì)算接觸應(yīng)力 H Fti+1KAKVKHKH ZHZEZZ db i 11.壽命系數(shù) ZN1=1.02 ZN2=1.1112.最小安全系數(shù) SHmin=1 SFmin1.413.潤滑劑系數(shù) ZL=114.速度系數(shù) ZV=0.915.粗糙度系數(shù) ZR=0.916.齒面工作硬化系數(shù) ZW=117.尺寸系數(shù) ZX=118.許用接觸應(yīng)力HP1ZL1ZV1ZR1ZW1ZX1 1239N/mm2 HP2=1308.7N/mm219.接觸強(qiáng)度判斷因?yàn)?H978N/mm2HP11239N/mm2,所以接觸強(qiáng)度校核通過。按彎曲疲勞強(qiáng)度校核1. 齒向載荷分布系數(shù) KF=12. 應(yīng)力修正系數(shù) YS1=1.62 YS2=1.583. 重合度系數(shù) Y=0.94. 螺旋角系數(shù) Y=15. 計(jì)算齒根應(yīng)力FF1 KAKVKFKFYF1YS1YY263.5N/mm2F2=423 N/mm26. 壽命系數(shù) YNT=17. 相對齒根圓角敏感系數(shù) YreIT=18. 相對齒根表面狀況系數(shù) YRreIT=1.049. 尺寸系數(shù) YX=110. 許用齒根應(yīng)力FP1=FP2 YreIT1YRreIT1YX1 668.6N/mm2因?yàn)?F1 =263.5N/mm2FP1668.6N/mm2;F2=423 N/mm2FP2668.6N/mm2。所以彎曲強(qiáng)度校核通過。 （二）絞車軸強(qiáng)度校核絞車軸材料為20CrMnTi，b1080N/mm2,S835N/mm2,-1480N/mm2,HRC=5762，輸入功率P2.6KW,小傳動齒輪扭矩 T1=9550P/n1=95502.6/211=118Nm,傳動齒輪分度圓圓周力 Ft=2000T1/d1=2000118/433=1788N,徑向力 Fr=tgFt=651N。 1. 支反力 單位 N作用點(diǎn) 水 平 面垂 直 面合 成A RAX=322Ft/350 =1645 RAY=(125Q332Fr)/350 =3668RA= =4020BRBX28Ft/350 143RBY=(225Q28Fr)/350 =7662RB= =76642. 彎矩 單位 Nm作用點(diǎn)水平面垂直面合成CMcx28RAX/1000 46MCY=28RAY/1000103Mc= 113DMDX125RBX/1000 =18MDY125RBY/1000 958MD 9583. 危險(xiǎn)截面的確定 選取、截面來考慮，因?yàn)樵搩山孛嫠茌d荷較大，且一個有鍵槽，一個有應(yīng)力較集中的地方。4. 校核危險(xiǎn)截面安全系數(shù)計(jì)算內(nèi)容及公式計(jì)算值或數(shù)據(jù)截面截面扭矩T， Nm298298彎矩M， NmM=11MD/176=60M=81MD/176=441截面模數(shù)Z， cm25.368.95截面模數(shù)Zp, cm211.617.9-1 N/mm2480480,0. 150.15圓角處應(yīng)力集中系數(shù) K,K, 圓角K=3.1,槽處K=2.26 圓角K=1.81,槽處K=2.22圓角K=1.8圓角K=3.1表面粗糙度系數(shù)KR11.2絕對尺寸影響系數(shù) ，=0.81,=0.77=0.78=0.73=(KKR-1)/圓角=4, 槽處=3配合處=3.45圓角=4.52配合=2.5=(K+KR-1)/圓角=2.23, 槽處=2.74配合處=2.48圓角=2.3配合處=2 安全系數(shù) -1 S= （M/Z）2+0.75(+)T/ZP2 S=6S=2.1 取許用安全系數(shù)S=1.8,表中計(jì)算S均大于S,故軸的疲勞強(qiáng)度足夠。 軸結(jié)構(gòu)草圖 RAY RAY受力簡圖 Fr D B A C RAX Ft Q RBX 28 60 125 130 350 Ft水平力 RAX RBX水平彎矩圖 18N m 46N m 17 RAY Fr RBY垂直力 Q 958N m垂直彎矩圖