200米鉆機(jī)設(shè)計(jì)-機(jī)械畢業(yè)論文【答辯優(yōu)秀】

黑龍江科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓名： 任務(wù)下達(dá)日期： 年 月 日 設(shè)計(jì)（論文）開始日期： 年 月 日 設(shè)計(jì)（論文）完成日期： 年 月 日 一、設(shè)計(jì)（論文）題目： 200 米鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器設(shè)計(jì) 二、專題題目： 齒輪的工藝規(guī)程 三、設(shè)計(jì)的目的和意義： 地質(zhì)勘探是利用鉆探設(shè)備來(lái)探明地下地質(zhì)構(gòu)造、尋找地下油氣礦藏的一種有效的地球物理勘探方法。 為有效進(jìn)行探采，改進(jìn)原有不足，對(duì)新型 200 米鉆機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的成功將有效改觀現(xiàn)有的鉆探設(shè)備，提高效率和改進(jìn)鉆探工藝。 四、設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容： （ 1） 200 米液壓鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)包括個(gè)技術(shù)指標(biāo)的確定； (2)回轉(zhuǎn)器的詳細(xì)設(shè)計(jì)包括個(gè)零件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度較核； (3)進(jìn)給油缸的設(shè)計(jì)計(jì)算；（ 4）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 五、設(shè)計(jì)目標(biāo)： 利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，熟悉掌握鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，創(chuàng)新 、 改進(jìn)傳統(tǒng)已有的鉆機(jī)，使其結(jié)構(gòu)組成達(dá)到最優(yōu)化 、 操作更加便捷 、 應(yīng)用更加廣泛 。 得到預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有強(qiáng)大的市場(chǎng)力。 六、進(jìn)度計(jì)劃： （ 1） 1-3 周 畢業(yè)實(shí)習(xí)初步了解設(shè)計(jì)題目，上網(wǎng)、看書查找資料，收索相關(guān)資料，記錄要注意的細(xì)節(jié)。 （ 2） 4-6 周 鉆機(jī)整體傳統(tǒng)系統(tǒng)的計(jì)算；各軸的輸出輸入的設(shè)計(jì)計(jì)算；回轉(zhuǎn)器傳動(dòng)計(jì)算；各齒輪立軸的設(shè)計(jì)較核計(jì)算。 （ 3） 7-12 周 圖的繪制包括液壓卡盤總裝配圖 ；回轉(zhuǎn)器總裝圖；本體零件圖；鉆機(jī)總裝圖等。 （ 4） 13-14 周 軸的工藝編制；外文資料的翻譯。 （ 5） 15 周 CAD 圖輸出、準(zhǔn)備答辯 七、參考文獻(xiàn)資料： 1甘永寧主編 幾何量公差與測(cè)量 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2001 2李喜橋主編 加工工藝學(xué) 北京：北京航空航天出版社 2003 3孫德音主編 機(jī)械加工工藝基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工藝出版社 2001 4孫明主編 機(jī)械工程基礎(chǔ)（上中下） 黑龍江：黑龍江人民出版社 2000 5濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 2001 6夏延棟主編 液壓傳動(dòng)的密封與密封裝置 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1982 7徐博滋 陳鐵鳴 韓永春編 帶傳動(dòng) 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 1980 8洛陽(yáng)軸承研究所編 滾動(dòng)軸承產(chǎn)品樣本 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000 9地質(zhì)局巖心鉆 探知識(shí)編寫組 巖心鉆探知識(shí) 北京：地質(zhì)出版社 1973 10齒輪國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1992 11仙波正莊著 齒輪強(qiáng)度計(jì)算 姜永等譯 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 1985 12吳宗澤主編 機(jī)械零件習(xí)題集 北京：高等教育出版社 1987 13陳隆德主編 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 大連理工大學(xué)出版社 1988 14龔桂義編 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（ 2 版）北京：高等教育出版社 1990 15李繼慶主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 1989 16邱宣懷主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出 版社 1988 指 導(dǎo) 教 師： 院（系）主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日 目錄 摘 要 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 Abstract 2 第 1 章 緒 論 3 1.1 選題的意義 3 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 1.3 設(shè)計(jì)方法 4 1.4 預(yù)期目標(biāo) 4 第 2 章 鉆機(jī)概述 5 2.1 鉆機(jī)的功用 5 2.2 對(duì)鉆機(jī)的要求 5 2.3 鉆機(jī)的組成 5 2.4 鉆機(jī)的分類和名稱 6 2.4.1 分類 6 2.4.2 名稱 7 第 3 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì) 8 3.1 本設(shè)計(jì)鉆機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合 8 3.2 設(shè)計(jì)方案的確定 8 3.2.1 本設(shè)計(jì)鉆機(jī)的特點(diǎn) 8 3.2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 8 3.3 鉆機(jī)的技術(shù)特性和要求 9 第 4 章 動(dòng)力機(jī)的確定 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4.1 輸出功率計(jì)算 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 4.2 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率 11 4.3 給進(jìn)油缸所需功率的計(jì)算 13 4.3.1 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 13 4.3.2 油缸工作壓力的計(jì)算 13 4.3.3 油泵最大工作流量計(jì)算 14 4.3.4 給進(jìn)油缸功率計(jì)算 14 4.4 動(dòng)力機(jī)功率的確定 14 第 5 章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 5.1 主要參數(shù)的選擇 17 5.1.1 變速箱 17 5.1.2 絞車 17 5.1.3 回 轉(zhuǎn)器 17 5.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)初步計(jì)算 17 5.2.1 變速箱各檔傳動(dòng) 18 5.2.2 絞車的纏繩速度 18 5.2.3 立軸的轉(zhuǎn)速 19 第 6 章 變速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21 6.1 變速箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求 21 6.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 21 6.1.2 設(shè)計(jì)要求 21 6.2 齒輪副的強(qiáng)度計(jì)算與校核 22 6.2.1 變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)確定 22 6.2.2 主要齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 22 6.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 28 6.3.1 軸的強(qiáng)度計(jì)算 29 6.3.2 軸的強(qiáng)度驗(yàn)算校核 32 第 7 章 絞車 34 7.1 絞車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 34 7.2 主要參數(shù)的選擇 34 7.2.1 絞車性能參數(shù) 34 7.2.2 絞車卷筒轉(zhuǎn)速和提升速度計(jì)算 36 7.3 絞車所需功率 37 7.4 絞車齒輪副強(qiáng)度簡(jiǎn)單校核 38 第 8 章 回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì) 39 8.1 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 41 8.2 回轉(zhuǎn)器的弧齒錐齒輪副設(shè)計(jì) 41 8.2.1 弧齒錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) 41 8.2.2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 41 8.3 軸徑的估算 42 8.3.1 齒輪受力分析 47 第 9 章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 39 9.1 液壓卡盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 41 9.1.1 卡瓦對(duì)鉆桿的夾緊力 41 9.1.2 蝶型彈簧的軸向推力 41 9.1.3 蝶型彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 41 9.1.4 蝶型彈簧的變形量計(jì)算 41 9.1.5 所需油壓的計(jì)算 41 9.1.6 卡瓦徑向伸縮量計(jì)算 41 9.1.7 缸體的強(qiáng)度計(jì)算 41 9.2 給進(jìn)油缸的設(shè)計(jì) 42 9.3 夾持器 42 第 10 章 可行性及經(jīng)濟(jì)成本分析 47 10.1 可行性分析 52 10.1.1 設(shè)計(jì)可行性 分析 53 10.1.2 市場(chǎng)可行性分析 53 10.2 經(jīng)濟(jì)性分析 53 第 11 章 使用說(shuō)明 47 11.1 概述 52 11.2 鉆機(jī)分組情況 52 11.3 工作原理 52 11.3.1 鉆機(jī)的工作原理 53 11.3.2 立軸的給進(jìn)運(yùn)動(dòng) 53 11.3.3 立軸的快速移動(dòng) 53 11.4 操作程序 52 11.5 機(jī)器的保養(yǎng)與維護(hù) 52 11.6 故障原因及排除方法 52 11.7 鉆機(jī)的安全注意事項(xiàng) 52 結(jié)論 55 致謝 56 參考文獻(xiàn) 57 專題 58 附錄 1 70 附錄 2 77 附錄 3 86 附錄 4 94 摘 要 200米液壓鉆機(jī)主要用于鉆探各種深度為 200米左右的各種角度的各類用途的孔，可在不同硬度的巖石中鉆孔，而在煤層、軟巖石中鉆孔以及在農(nóng)田打井時(shí)效率最高。鉆機(jī)組成主要分為回轉(zhuǎn)器、絞車、變速箱、機(jī)架、操作儀。在本次的設(shè)計(jì)中主要對(duì)回轉(zhuǎn)器部分進(jìn)行了分析創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過(guò)了結(jié)構(gòu)合理性分析及各強(qiáng)度的較核驗(yàn)算。對(duì)鉆機(jī)整體進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)最后設(shè)計(jì)結(jié)果，滿足了初定的設(shè)計(jì)要求。該項(xiàng)目的成功設(shè)計(jì)，有效滿足了由于 150 米鉆機(jī)不能完成的鉆探探測(cè)任務(wù)，為新型的探測(cè)作出了有力準(zhǔn)備， 填補(bǔ)了目前的空白。在設(shè)計(jì)中加入和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和綠色設(shè)計(jì)理論，使得操作者減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，考慮了油的各種泄露問(wèn)題，對(duì)環(huán)境減輕了甚至免去了污染，符合新型設(shè)計(jì)理論。 關(guān)鍵字 地質(zhì)勘探 鉆機(jī) 回轉(zhuǎn)器 Abstract 200 meters liquid presses drill machine is mainly used to drill to explore various depth as 200 meters any kind of angle of bore . It can drill a hole in the rock of different degrees of hardness. Drilling a hole in the coal seam, soft rock and in the farmland beat the well time and limited efficacy rate . the Drillling machine constitutes is divided in to turn round a machine, winch and become soon a box, machine and operates an instrument. Main carried on an analytical innovation design towards turning round the machine part in the design ,by the structure rationality an analytical and each strength to check to calculate more. Carried on a design towards drilling machine wholly, pass an end the design result, satisfy a beginning settle of design request. The successful design of that item, satisfied effectively to drill machine and cant complete because of 150 meters of drill and explore mission, in order to probe in to make emollient preparation newly, fill up current blank. Join in the design with excellent turn design the theories and green to design theories, make the operation ease labor strength, considering oil of various reveal a problem and ease to the environment to even avoid a pollution, match new design theories. Key words The geology probes into, drill machine, turn round a machine 第 1 章 緒 論 1.1 選題的意義 題目的選擇，是通過(guò)畢業(yè)實(shí)習(xí)上的調(diào)查了解，以及目前能源行業(yè)的火暴形式，大家都知道社會(huì)的發(fā)展離不了能源 的供應(yīng)，針對(duì)在課前的調(diào)查中了解到目前在能源開采的緊張，需要一些專門化的設(shè)備，來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。選擇200 米液壓鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，主要是考慮到目前的 75 米， 100 米， 150 米以及當(dāng)前的 200 米鉆機(jī)存在著各種問(wèn)題，他們不能滿足現(xiàn)在實(shí)際要求，對(duì)新型 200米鉆機(jī)的設(shè)計(jì)能解決目前存在的問(wèn)題，對(duì)他的成功設(shè)計(jì)，將有效改進(jìn)目前的鉆探工藝，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 200 米液壓鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì) 2主要技術(shù)參數(shù)： （ 1） .鉆進(jìn)深度 (使用 42 或 50鉆桿 ) 200m （ 2） .鉆孔直徑 開孔直徑 89m 終孔直徑 60mm （ 3） . 立軸行程 500mm （ 4）最大液壓給進(jìn)壓力 4 MPa （ 5）卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6 MPa （ 6）立軸內(nèi)孔直徑 52mm （ 7）油缸最大起拔力 32.5KN （ 8）油缸最大給進(jìn)力 20KN 1.3 設(shè)計(jì)方法 確定了設(shè)計(jì)題目，就得需要相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，有了明確的設(shè)計(jì)方法理念才能完成預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。有針對(duì)性的設(shè)計(jì)才能取得 良好的效果，根據(jù)自己的調(diào)研情況，我設(shè)計(jì)采用的方法是改進(jìn)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)，主要理論知識(shí)來(lái)源于鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝，及巖心巖石的理論研究知識(shí)。 1.4 預(yù)期目標(biāo) 每一項(xiàng)設(shè)計(jì)都有一個(gè)預(yù)期計(jì)劃目的，本次設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)為，設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的鉆機(jī)應(yīng)較前期鉆機(jī)有突出的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)最終應(yīng)滿足鉆進(jìn) 200 米的各項(xiàng)功能要求，對(duì)環(huán)境無(wú)污染或少污染，得到綠色設(shè)計(jì)要求，能有效減輕勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，及提高操作者的安全保證，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。并且能夠取得較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 第 2 章 鉆機(jī)概述 2.1 鉆機(jī)的功用 鉆探是地質(zhì)勘探工作的重要手段之一。鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)該手段的主要設(shè)備。其基本功用是以機(jī)械動(dòng)力帶動(dòng)鉆頭向地殼鉆孔并采取巖礦心。鉆機(jī)同時(shí)還是進(jìn)行石油、天然氣勘探及開采、水文水井鉆探、工程地質(zhì)鉆探等工程的重要設(shè)備。 2.2 對(duì)鉆機(jī)的要求 鉆機(jī)的技術(shù)性能要保證在施工中能滿足合理的工藝要求，以最優(yōu)規(guī)程，達(dá)到預(yù)計(jì)的質(zhì)量要求；維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單容易；安裝拆卸搬遷方便；利于快速鉆進(jìn)；鉆進(jìn)輔助時(shí)間短；鉆孔施工周期短；體力勞動(dòng)強(qiáng)度低等。概括起來(lái)說(shuō)，是鉆機(jī)要為多、快、好、省地完成鉆探生產(chǎn) 任務(wù)創(chuàng)造有利條件。 根據(jù)鉆機(jī)的基本功用，對(duì)鉆機(jī)具體要求如下： 1.通過(guò)回轉(zhuǎn)鉆具等鉆進(jìn)方式將動(dòng)力傳給鉆頭，使鉆頭具有適合鉆進(jìn)規(guī)程需要的轉(zhuǎn)速及調(diào)節(jié)范圍，以便有效地破碎巖石； 2.能通過(guò)鉆具向鉆頭傳遞足夠的軸心壓力，并有相當(dāng)?shù)恼{(diào)整范圍，使鉆頭有效地切入或壓碎巖石； 3.能調(diào)整和控制鉆頭給進(jìn)速度，保證連續(xù)鉆進(jìn)； 4.能完成升降鉆具的工作，并能隨著鉆具重量的變化而改變提升速度，以充分利用動(dòng)力機(jī)的功率和縮短輔助時(shí)間； 5.能變換鉆進(jìn)角度和按一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)舊響應(yīng)深度的直徑 的鉆孔，以滿足鉆孔設(shè)計(jì)的要求和提高鉆進(jìn)效率。 2.3 鉆機(jī)的組成 目前常用的鉆機(jī)由如下各部分組成： 1.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 將輸入的動(dòng)力變速并分配到回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)。對(duì)于液壓鉆機(jī)還要有驅(qū)動(dòng)油泵，使液壓系統(tǒng)工作的裝置。 2.液壓傳動(dòng)系統(tǒng) 利用油泵輸出的壓力油驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、油缸等液動(dòng)機(jī)，以使立軸回轉(zhuǎn)和控制給進(jìn)機(jī)構(gòu)、移動(dòng)鉆機(jī)、松緊卡盤、夾持器等； 3.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)鉆具，以帶動(dòng)鉆頭破碎孔底巖石。 4.給進(jìn)機(jī)構(gòu) 調(diào)整破碎巖石所需要的軸心壓力和控制給進(jìn) 速度。在出現(xiàn)孔內(nèi)事故時(shí)，可以進(jìn)行強(qiáng)力起撥。 5.升降機(jī)構(gòu) 用于升降鉆具（提取巖心和更換鉆頭）和進(jìn)行起下套管等作業(yè)。 6.機(jī)架 支承上述各機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)，使之組裝成一個(gè)整體，成為完整的機(jī)器。 2.4 鉆機(jī)的分類和名稱 隨著鉆探工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中的廣泛應(yīng)用，鉆機(jī)類別和型號(hào)也在增多。為此將鉆機(jī)實(shí)行科學(xué)分類和確定名稱，對(duì)識(shí)別、評(píng)價(jià)和選擇鉆機(jī)是很有意義的。 2.4.1 分類 按用途分類 按用途不同，可將現(xiàn)行廣泛使用的鉆機(jī)分為三大類，即地質(zhì)勘探用巖心鉆機(jī) ；石油鉆探用鉆機(jī)；專用鉆機(jī)（水文水井鉆機(jī)、物探鉆機(jī)、工程鉆機(jī)等）； 按鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)孔深分類 根據(jù)不同孔深范圍，將各種不同鉆進(jìn)孔深的鉆機(jī)分成三類或四類。 按三類分見表 2 1。 表 2 1 (m） 類別 淺孔鉆機(jī) 中深孔鉆機(jī) 深孔鉆機(jī) 10 300 10 300 300 800 300 800 800 1200 1000 2000 按四類分類見表 1 2。 表 1 2 （ m） 淺孔鉆機(jī) 次深孔鉆機(jī) 中深孔鉆機(jī) 深空鉆機(jī) 10 150 200 400 500 800 900 以上 按原來(lái)地質(zhì)總局設(shè)備管理分類 鉆機(jī)可分為六類，即淺孔鉆機(jī)、巖心鉆機(jī)、石油鉆機(jī)、水文水井鉆機(jī)、汽車鉆機(jī)和砂礦鉆機(jī)； 按裝載方式分類 可以分為滑橇式、卡車式、拖車式； 按破碎巖石方式分類 可分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式和沖擊回轉(zhuǎn)式； 按回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)型式分類 可分為立軸式、轉(zhuǎn)盤式、動(dòng)力頭式； 按進(jìn)給機(jī)構(gòu)分類 可以分為手輪（把）式、油壓式、螺旋差動(dòng)式、長(zhǎng)油缸式、油馬達(dá) 鏈輪式。 2.4.2 名稱 鉆機(jī)的名稱是按照鉆機(jī)綜合特征及主要性能，以漢字拼音字母及數(shù)字編排成的代號(hào)來(lái)表示的。通常把這種代號(hào)稱為型號(hào)，并以銘牌指示在鉆機(jī)上。 國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)名稱一般有三部分組成： 首部為用途類別和結(jié)構(gòu)特征代號(hào)，用漢語(yǔ)拼音中的一個(gè)字母表示。如“ X”是漢字“心”的拼音首字母，表示鉆機(jī)用于巖心鉆進(jìn)。“ U”是漢字“油”的首字母，表示給進(jìn)機(jī)構(gòu)類型屬于油壓式。 中部為主要性能參數(shù)代號(hào)，用鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)深度數(shù)字表示。如標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)深度為 200 米的鉆機(jī)，中部代號(hào)為 200。 尾部為變型代號(hào)，可用漢語(yǔ)拼音字母中的一個(gè)字母或數(shù)字為代號(hào)。 無(wú)尾部的是指首次產(chǎn)品。如是第二次修改后的產(chǎn)品，尾部代號(hào)為 2。 第 3 章 鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì) 3.1 本設(shè)計(jì)鉆機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合 200 米型液壓鉆機(jī)主要用于鉆探深度為 200 米的各種角度的放水孔、地質(zhì)構(gòu)造孔、滅火孔、抽放瓦斯孔及鐵路、公路、橋梁、隧道、國(guó)防建設(shè)、工業(yè)民用建設(shè)、農(nóng)田打井及地質(zhì)勘探、工程爆破以及其它用途的各種工程孔。 該機(jī)可用于不同硬度的巖石中鉆探任何角度的鉆孔，而在煤層、軟巖層、硬巖層中鉆孔和農(nóng)田打井時(shí)效率為最高。整個(gè)機(jī)組由兩部分組成，即 200 米型鉆機(jī)、 150/3.0 泥漿泵。鉆機(jī)沖洗 液為泥漿或清水。在地面鉆探不需要使用鉆塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。 200 米型液壓鉆機(jī)配備動(dòng)力為電動(dòng)或柴油機(jī)，適用于井上、井下或野外沒有電源的場(chǎng)地作業(yè)。 3.2 設(shè)計(jì)方案的確定 3.2.1 本設(shè)計(jì)鉆機(jī)的特點(diǎn) 通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研了解到，目前鉆探工程對(duì)鉆孔深度 200 米左右的鉆機(jī)需求量日趨增加，而當(dāng)前的 200 米鉆機(jī)，存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、適應(yīng)性差等缺點(diǎn)。鑒于以上原因，我們決定改進(jìn) 200 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(jiǎn)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(dòng)力為電機(jī)或柴油機(jī)。 3.2.2 總體設(shè)計(jì)方案的確定 經(jīng)過(guò)調(diào)研和幾次方案論證，考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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 600r/min； 3. 鉆機(jī)除配機(jī)動(dòng)絞車外，增加了液壓卡盤減輕勞動(dòng)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(dòng)力較大，動(dòng)力由 V 型帶傳動(dòng)到變速箱的傳動(dòng)軸上易使傳動(dòng)軸彎曲，所以增加了卸荷裝置； 6. 采用二級(jí)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. 在滿足上述要求的同時(shí)，盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。 3.3 鉆機(jī)的技術(shù)特性和要求 考慮到鉆機(jī)的實(shí)際工作情況，根據(jù)我國(guó)當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)和工藝水平，本200 型鉆機(jī)的技術(shù)特性為： 1.鉆進(jìn)深度 (使用 42 或 50鉆桿 ) 200m 2.鉆孔直徑 開孔直徑 89m 終孔直徑 60mm 3. 鉆孔傾斜角度 0 360 4. 立軸轉(zhuǎn)速 120、 240、 350、 600r/mm 5. 立軸行程 500mm 6最大液壓給進(jìn)壓力 4 MPa 7卡盤最大工作壓力（彈簧常閉式液壓卡盤） 6 MPa 8立軸內(nèi)孔直徑 52mm 9油缸最大起拔力 32.5KN 10油缸最大給進(jìn)力 20KN 11. 絞車提 升速度 0.26、 0.61、 0.70m/s 12. 絞車轉(zhuǎn)速 33、 79、 91r/min 13絞車提升負(fù)荷 0.70m/s 3.35KN . 0.61m/s 6.00KN . 0.26m/s 12KN 14. 卷筒 直徑 140mm 寬度 100m 鋼絲繩直徑 8.8mm 容繩長(zhǎng)度 32.8m 15配備動(dòng)力 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YB160L 4 電壓 380/660V 功率 15KW 轉(zhuǎn)速 1460r/min 柴油機(jī) 型號(hào) S1500 功率 15KW 轉(zhuǎn)速 2200r/min 16.外型尺寸（ L h b）m 17重量（不含柴油機(jī)） 750Kg 第 4 章 動(dòng)力機(jī)的確定 4.1 輸出功率計(jì)算 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，動(dòng)力機(jī)的選擇偏大些，加大儲(chǔ)備系數(shù)，這樣可以提高鉆進(jìn)效率。 輸出功率為0N 0 1.1 jNN （ 4 1） 式中： jN 鉆機(jī)所需功率 (KW) hyj NNN 式中： hN 回轉(zhuǎn)鉆及破壞巖石、土層所需功率 (KW) 效率 =0.9 yN 油泵所需功率 (KW) 4.2 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)及破碎巖石、土層所需功率計(jì)算公式如下： hN=1 2 3N N N （ 4 2） 式中： 1N 井底破碎巖石、土層所需功率 (KW) 1N = 343060000Am n h 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 當(dāng)轉(zhuǎn)速 130r/min、 250r/min 時(shí) ,h=5cm/min 當(dāng)轉(zhuǎn)速 350r/min、 600r/min 時(shí) ,h=1.5cm/min 巖石抗壓強(qiáng)度 ,其值見表 3-1 A 井底環(huán)狀面積，取鉆頭直徑 D=7.7cm,內(nèi)孔直徑 d=5.9cm 2 2 2 2( ) ( 7 . 7 5 . 9 ) 1 9 . 344DdA cm2 2N 鉆頭與孔底摩擦所需功率 (KW) 2 ()1944800f e nN R r （ 4 3） 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=0.5 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=3.85cm r 鉆頭內(nèi)孔半徑 r=2.95cm 將立軸不同轉(zhuǎn) 速和不同孔底壓力代入式（ 4 3）中 ,所得相應(yīng)數(shù)值見 表 3 1。 3N 回轉(zhuǎn)鉆桿所需功率 (KW) 當(dāng) n 200r/min 時(shí) 1 1 2 1 . 3 33 0 . 9 2 1 0N d r L n 式中： L 孔深 ， 硬質(zhì)合金鉆進(jìn)時(shí)，取 L 200000mm 金剛石鉆進(jìn)時(shí)，取 L 75000mm d 鉆桿直徑 取 d =50mm 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 4 2 中。 4.3 給進(jìn)油缸所需功率的計(jì)算 4.3.1 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 1. 給進(jìn)油缸的基本參數(shù) 給進(jìn)油缸的數(shù)量 n 2 油缸直徑 D 60mm 活塞桿直徑 d 30mm 活塞桿有效行程 L 500mm 油缸面積 1A 2826mm2 活塞桿面積 2A 706.5mm2 有效面積 12A A A 2119.5mm2 4.3.2 油缸工作壓力的計(jì)算 鉆機(jī)鉆打水平孔時(shí)，油缸的最大推力為： mW C F 式中： W 油缸最大推力 C 孔底最大壓力 C 13345N mF 鉆桿與孔壁間的摩擦力 mF q L f 式中： q 鉆桿單位長(zhǎng)度重量 q 55.46N/m L 鉆桿長(zhǎng)度 L 200m f 摩擦系數(shù) f 0.35 5 5 . 4 6 2 0 0 0 . 3 5 3 8 8 2 . 2mF N 故 1 3 3 4 5 3 8 8 2 . 2 1 7 2 2 7 . 2W N 油泵的工作壓力 P 21 7 2 2 7 . 2 8 . 1 32 1 1 9 . 5 aWNP M PA m m 4.3.3 油泵最大工作流量計(jì)算 油缸回程時(shí)的最大容油量 : 11 2 8 2 6 5 0 1 . 4 1 3V A L L 油缸送進(jìn)時(shí)的最大容油量 : 2 2 1 1 9 . 5 5 0 1 . 0 6V A L L 當(dāng)選用立軸的鉆進(jìn)速度 v =0.05m/min=0.5dm/min 時(shí) ,立軸送進(jìn)時(shí)每分鐘所需的油量為 : 2 2 0 . 2 1 1 9 0 . 5 0 . 2 1 1 9Q A v L/min 令活塞回程時(shí)間為 0.3min,則回程所需油量為 : 1 1 . 4 1 3 2 9 . 4 20 . 3Q L/min 4.3.4 給進(jìn)油缸功率計(jì)算 根據(jù)以上的計(jì)算，可以得到給進(jìn)油缸的功率： 8 1 3 0 . 2 1 1 9 0 . 0 2 86 0 1 0 2 6 0 1 0 2gy PQN KW 4.3.5 油泵滿負(fù)荷工作時(shí)所需要的功率 根據(jù)上面的計(jì)算 ,選用 YBC 12/80 型齒輪油泵 (排油量 12L/min,額定壓力8MPa,最大壓力 12MPa)。油泵滿負(fù)荷時(shí)所需功率是： 126 0 1 0 2yPQN (4 4) 式中： P 額定壓力 P =800N/cm2 Q 額定流量 Q =12L/min 1 機(jī)械效率 1=0.9 2 容積效率 2=0.71 將上述參數(shù)代入式（ 4 4）中可以得到： 8 0 0 1 2 2 . 4 56 0 1 0 2 0 . 9 0 . 7 1yN K W 上式油泵排量在額定轉(zhuǎn)速 1460r/min 時(shí)是 12L,在 995r/min 時(shí)是 8L。 4.4 動(dòng)力機(jī)功率的確定 通過(guò)上述的計(jì)算說(shuō)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(dòng)狀態(tài)，液壓卡盤松開時(shí)，必須停止鉆進(jìn)。所以參考表 3 1，本機(jī)選用 15KW 電機(jī)或柴油機(jī)，基本能滿足表 3 1 中粗線以上各種工作狀態(tài)。 表 4 1 各種類型巖層的抗壓強(qiáng)度 （ N/cm2） 巖 石 名 稱 抗 壓 強(qiáng) 度 粘土、頁(yè)巖、片狀砂巖 4000 石灰?guī)r、砂巖 8000 大理石、石灰?guī)r 10000 堅(jiān)硬的石灰?guī)r、頁(yè)巖 12000 黃鐵況、磁鐵礦 14000 煤 2000 表 4 2 電機(jī)功率選擇計(jì)算 功率 N（ KW） 轉(zhuǎn)速r/min 抗壓強(qiáng)度 (N/cm2) 120 240 350 600 2000 0.21768 0.25887 0.11532 0.13195 4000 0.43537 0.51775 0.23064 0.26391 N1 8000 0.87075 1.03550 0.46128 0.52782 10000 1.08844 1.29438 0.57660 0.65978 12000 1.30613 1.55326 0.69192 0.79173 14000 1.52382 1.81214 0.80724 0.92369 N2 2000 0.46153 0.92307 1.34615 2.30769 4000 0.92307 1.84615 2.69230 4.61538 8000 1.84615 3.69230 5.38461 9.23076 10000 2.30769 4.61538 6.73076 11.5384 12000 2.76923 5.53846 8.07692 13.8461 14000 3.23076 6.46153 9.42307 16.1538 N3 2.67 7.75 4.8 9.83 N回轉(zhuǎn)器 (N1+N2+N3) 2000 3.34922 8.93195 6.26147 12.2696 4000 4.02845 10.1139 7.72295 14.7093 8000 5.38691 12.4778 10.6459 19.5885 10000 6.06613 13.6597 12.1073 22.0282 12000 6.745364 14.84172 13.56885 24.46789 14000 7.424592 16.02368 15.03033 26.90754 N 油泵 0.028 0.028 0.028 0.028 N (N 油 +N回） 2000 3.377227 8.959954 6.289475 12.29765 4000 4.056455 10.14191 7.75095 14.7373 8000 5.41491 12.50582 10.6739 19.61659 10000 6.094137 13.68777 12.13538 22.05624 12000 6.773364 14.86972 13.59685 24.49589 14000 7.452592 16.05168 15.05833 26.93554 jN=N/0.9 8.280658 11.26879 13.4838 13.6640 0N=1.1jN 9.108724 12.39567 14.8321 15.0304 第 5 章 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 主要參數(shù)的選擇 5.1.1 變速箱 參考國(guó)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。 立軸有四種轉(zhuǎn)速， 120、 240、 350r/min 轉(zhuǎn)速適合合金鉆頭鉆進(jìn)， 600r/min轉(zhuǎn)速適合金剛石鉆頭鉆進(jìn)。 5.1.2 絞車 為了減輕鉆機(jī)重量，不使動(dòng)力機(jī)過(guò)大，絞車的纏繩速度不宜過(guò)高，基本上采用低速，本機(jī)升降機(jī) 速度為 0.26 0.70m/s。 卷筒纏繩速度為三種，見表 5 1 表 4 1 絞車卷筒纏繩速度 5.1.3 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(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)，立軸轉(zhuǎn)速取 n 90 400r/min 比較適宜；采用金剛石鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，立軸轉(zhuǎn)速取 n 4001000r/min 比較適宜。本機(jī) 選用 120 600r/min，即適合合金鉆頭鉆進(jìn)，由適合金剛石鉆頭鉆進(jìn)。 檔 檔 檔 檔 立軸轉(zhuǎn)速 r/min 120 240 350 600 纏繩速度 m/s 0.26 0.61 0.70 5.2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)初步計(jì)算 5.2.1 變速箱各檔傳動(dòng) 根據(jù)設(shè)計(jì)方案可知變速箱的幾種傳動(dòng)如下所示： 1， 立軸的速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 125r/min D1 D2 Z1 Z2 Z3 Z4 Z10 Z11 2， 立軸的速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 210r/min D1 D2 Z1 Z2 Z5 Z6 Z10 Z11 3， 立軸的速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 340r/min D1 D2 Z1 Z4（內(nèi)齒） Z10 Z11 4， 立軸的速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 580r/min D1 D2 Z1 Z2 Z7 Z8 Z6（內(nèi)齒） Z10 Z11 5， 絞車的低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) D1 D2 Z1 Z2 Z3 Z4 Z9 Z12 Z13 Z14 Z15 6， 絞車的中速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) D1 D2 Z1 Z2 Z5 Z6 Z9 Z12 Z13 Z14 Z15 7， 絞車的高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) D1 D2 Z1 Z4（內(nèi)齒） Z9 Z12 Z13 Z141 Z15 5.2.2 絞車的纏繩速度 第一檔速度 : 3 9 1 31112 2 4 1 2 1 4()60000 Z Z ZDZD n D Z Z Z Z m/s 式中 :0 1 4 0 8 . 8 1 4 8 . 8D D d mm 式中 :0D=140mm 為卷筒直徑 ,d =8.8mm 為鋼絲繩直徑。 故 1 1 4 8 . 8 1 6 0 2 5 1 8 3 3 1 8 1 8(1 4 6 0 )6 0 0 0 0 3 5 5 3 1 3 8 8 3 1 8 5 4 =0.28 /ms 同樣方法可以得到 : 2 0.68 m/s 3 0.75 m/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： 1U 0.26ms 2U=0.61m/s 3U=0.70m/s。 5.2.3 立軸的轉(zhuǎn)速 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)路線，立軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算如下： 3 1 0112 2 4 1 1ZZDZnn D Z Z Z 式中： n 立軸的第一檔轉(zhuǎn)速 r/min n 電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1460r/min 1D 主動(dòng)皮帶輪直徑 D1=160mm 2D 大皮帶輪直徑 D2=355mm Z1 Z11 傳動(dòng)鏈中各齒輪的齒數(shù) ,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40 Z10=20,Z11=39 故 1 6 0 2 5 1 9 2 01 4 6 0 1 2 5 . 2 6 1 2 03 5 5 3 1 4 0 3 9n r/min 同理可求出第二檔、第三檔和第四檔轉(zhuǎn)速分別表示如下： 第二檔： n =5 1 0112 2 6 1 1ZZDZn D Z Z Z 式中： Z5=28,Z6=31 故 n = 1 6 0 2 5 2 8 2 01 4 6 0 2 4 5 . 8 6 2 4 03 5 5 3 1 3 1 3 9 r/min 第三檔： n =10112 1 14ZDZnD Z Z 內(nèi) 式中 : Z4 內(nèi) =24 故 n = 1 6 0 2 5 2 014603 5 5 2 4 3 9 =351.5 350r/min 第四檔： n =7 8 1 0112 2 8 1 16Z Z ZDZnD Z Z Z Z 內(nèi) 式中： Z7=46,Z8=21,Z6 內(nèi) =21 故 n = 1 6 0 2 5 4 7 2 1 2 01 4 6 0 6 0 9 . 1 6 0 0 / m i n3 5 5 3 1 2 1 2 1 3 1 r 考慮到皮帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸承等的效率，所以各檔轉(zhuǎn)速確定為 120、240、 350、 600r/min。 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)及設(shè)計(jì)要求 6.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 變速箱的 結(jié)構(gòu)有變速部分、分動(dòng)部分、操縱部分和箱體組成。本設(shè)計(jì)中變速部分和分動(dòng)部分合為一整體，縮小了箱體的結(jié)構(gòu)尺寸。其具體特點(diǎn)是： 1.采用了回歸式的傳動(dòng)形式，箱體呈扁平狀，有利于降低鉆機(jī)的高度，齒輪 Z4即使移動(dòng)齒輪又是結(jié)合子，因此結(jié)構(gòu)緊湊； 2.變速、分動(dòng)相結(jié)合，減少了零件的數(shù)目，有效利用變速箱內(nèi)的空間； 3.操縱機(jī)構(gòu)采用了齒輪齒條撥叉機(jī)構(gòu)，操縱靈活可靠，每個(gè)移動(dòng)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(jiǎn)單； 4.增加了卸荷裝置，減少了齒輪的受力。 6.1.2 設(shè)計(jì)要 求 1.在校核零件強(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(dòng)時(shí)間每班 16 小時(shí)，可連續(xù)工作 20個(gè)月。 3.本設(shè)計(jì)零件的強(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(cè)（化學(xué)工業(yè)出版社）計(jì)算的。 6.2 齒輪副的強(qiáng)度計(jì)算與校核 6.2.1 變速箱內(nèi)各齒輪主要參數(shù)確定 根據(jù)立軸轉(zhuǎn)速的要求，前面已經(jīng)初步選擇各齒輪的齒數(shù)，由鉆機(jī)的實(shí)際情況，變速箱內(nèi)各齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表 6 2。 表 6 2 變 速箱內(nèi)齒輪的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 齒輪編號(hào) 齒數(shù) Z 模數(shù) m 齒寬 b 變 位系數(shù)Xn 材料 硬度 RC 應(yīng)力角 備注 Z1 25 4 40 1.0 40Cr 40 50 20 Z2 31 4 30 0.76 40Cr 40 50 20 Z3 19 4 30 0 20CrMnTi 57 62 20 Z4 40 4 30 0 40Cr 40 50 20 Z5 28 4 25 0 40Cr 40 50 20 Z6 31 4 25 0 40Cr 40 50 20 Z7 47 3.5 25 -1.03 40Cr 40 50 20 Z8 21 3.5 35 0.04 40Cr 40 50 20 6.2.2 主要齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 現(xiàn)選擇變速箱中重要傳動(dòng)軸 軸上的 Z3、 Z4齒輪副為例進(jìn)行齒輪副的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。 1.按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 參數(shù)名稱 符號(hào) 值 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T 251370 N 齒寬系數(shù) m m 0.4 接觸疲勞極限 lim3H lim4H 1080 MPa 970MPa 設(shè)計(jì)許用應(yīng)力 3H4H 972MPa 873MPa dA 88 初定小齒輪直徑 3d 73mm 初定齒寬 b 30 圓周速度 v 2.03m/s 使用系數(shù) AK 1.25 動(dòng)載系數(shù) vK 1.15 齒間載荷分配系數(shù) HK 1.16 齒向載荷分布系數(shù) HK 1.81 載荷系數(shù) K 3.02 彈性模量 EZ 189.8EZ MPa1/2 節(jié)點(diǎn)區(qū)域 系數(shù) HZ 2 5 接觸最小安全系數(shù) limHS 1 05 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN 3.18 108 接觸壽命系數(shù) NZ 1 12 許用接觸應(yīng)力 H 1152MPa 1053MPa 校核驗(yàn)算 33 232 ( 1 )H E HK T uZ Z Zb d u =22 2 . 1 3 2 5 1 3 9 6 . 8 ( 2 . 1 1 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 43 0 7 6 2 . 1 1 =1054.16aMP 44 242 ( 1 )H H HK T uZZZb d u =22 2 . 1 3 5 1 3 3 2 1 . 5 ( 2 . 1 1 1 )1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 9 43 0 1 6 0 2 . 1 1 =715.5aMP 計(jì)算結(jié)果表明，33HH，44HH，接觸疲勞強(qiáng)度合適。 6.3 軸的強(qiáng)度計(jì)算與校核 在變速箱中共有三根軸，其中 軸相對(duì)尺寸直徑小，長(zhǎng)度大，所受到的力多。下面僅以該軸的強(qiáng)度壽命進(jìn)行驗(yàn)算。 軸共有 7 種工作狀態(tài)，向回轉(zhuǎn)器傳遞 4 種狀態(tài)的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)絞車的 3種轉(zhuǎn)速。相比而言回轉(zhuǎn)器 120r/min 的轉(zhuǎn)速時(shí)該軸受扭矩最大，受力最大。 已知條件：材料 40Cr，調(diào)質(zhì)處理。該軸的各檔轉(zhuǎn)速及其傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩見表 6 3。 表 6 3 軸的各檔轉(zhuǎn)速及其傳遞的功率、轉(zhuǎn)矩 速度序號(hào) 轉(zhuǎn)速（ r/min） 傳遞功率 (KW) 傳遞轉(zhuǎn)矩 (N m) 252.07 14.55 513.4 479.3 14.55 270.0 685.4 14.55 188.80 1187.7 14.14 105.7 軸上各齒輪的分度圓直徑為： 8 73.5d mm,1 100d mm,4 160d mm,6 124d mm,8 73.5d mm 6.3.1 軸的強(qiáng)度計(jì)算 1. 在各種轉(zhuǎn)速下齒輪所受力計(jì)算 齒輪圓周力 2000t TF d，齒輪徑向力 tanrtFF 由分析可知在 檔轉(zhuǎn)速下所受力為最大： 3442000 2 0 0 0 5 1 3 . 4 6 4 1 7 . 5160tTF d N 44tanrtFF =6417.5 tan 20=2335.78N 2. 計(jì)算軸受到的支承反力 由于軸的轉(zhuǎn)速處于最低時(shí)所受到的力和轉(zhuǎn)矩最大，所以以第一檔轉(zhuǎn)速時(shí)的受力情況為條件進(jìn)行計(jì)算。 軸的長(zhǎng)度較大，相對(duì)直徑較小，尤其是 Z4與Z3 嚙合處的花鍵軸，支承跨度大，容易產(chǎn)生彎曲變形，因此本次校核只在該花鍵軸上取截面，從而軸的受力可以簡(jiǎn)化。軸的受力簡(jiǎn)圖如圖 6 1。 圖 6 1 傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖 如圖 6 1，將軸受到的力簡(jiǎn)化為水平方向和垂直方向受力，下面分別從這兩個(gè)方向分別列出方程計(jì)算支承反力。 水平方向受力 1 6 2 6 4 1 7 . 5 1 4 6 2 . 8272RF N 2 4 1 6 4 1 7 . 5 1 4 6 2 . 8 4 9 5 4 . 7R t RF F F N 垂直方向受力 1 6 2 2 3 3 5 . 7 8 5 3 2 . 4 2272RF N 2 4 1 2 3 3 5 . 7 8 5 3 2 . 4 2 1 8 0 3 . 3 6R r RF F F N 10 65 0 . 5 9 1 1 0bb （ 3）當(dāng)量轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下 TT 44 6 4 1 7 . 5 1 6 0 51340022tFdT .Nmm 0 . 5 9 0 . 5 9 5 1 3 4 0 0 3 0 2 9 0 6TT .Nmm 6.3.2 軸徑的校核 1.校核軸徑 Z4齒根圓直徑計(jì)算： 44 2 ( ) 1 6 0 2 ( 1 0 . 2 5 ) 4 1 5 0fad d h c m mm 軸最小軸徑計(jì)算： d = 331 4 4 5 6 6 5 . 3 3 9 0 . 5 60 . 1 0 . 1 6bM mm 故 d fd,滿足要求。 第 7 章 絞車 7.1 絞車的結(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，絞車結(jié)構(gòu)如附錄圖3 所示。在結(jié)構(gòu)上選擇常用的固定輪系的行星式傳動(dòng)絞車，其特點(diǎn)是： 1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而緊湊，傳動(dòng)裝置兼起離合作用，并有過(guò)載保護(hù)作用； 2、傳動(dòng)功率大，效率高。 3、傳動(dòng)平穩(wěn)，操縱靈活。 7.2 主要參數(shù)的選擇 7.2.1 絞車性能參數(shù) 1.確定鋼絲繩直徑 d 根據(jù) GB1102 74 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 6 37（纖維芯） 2.卷筒參數(shù)確 定如下 卷筒內(nèi)徑： D 140mm 卷筒外徑： D 243mm 卷筒有效長(zhǎng)度： L0 100mm 容繩長(zhǎng)度： L n D 式中： n 每層鋼絲繩圈數(shù) n 11 D 每層纏繩長(zhǎng)度之和，共 6 層， 3 . 1 4 0 . 1 4 1 1 4 . 8D D n m 3.絞車主要齒輪副的幾何參數(shù)計(jì)算 在絞車中，行星齒輪的外嚙合為重要齒輪副，只計(jì)算齒輪 Z14、 Z15的幾何參數(shù)。它們的主要參數(shù)見表 7 1。 表 7 1 齒輪 Z14、 Z15的主要幾何參數(shù) 齒輪 齒數(shù) Z 模數(shù) m 變位系數(shù) Xn 材料 硬度 HRC Z14 18 3 0.15 20CrMnTi 57 62 Z15 18 3 0.15 20CrMnTi 57 62 7.2.2 絞車卷筒轉(zhuǎn)速和提升速度計(jì)算 1.絞車共有 3 種轉(zhuǎn)速 ,各種轉(zhuǎn)速計(jì)算如下 第 檔 : 3 9 1 31 1 1 402 2 4 1 2 1 4 1 5Z Z ZD Z Znn D Z Z Z Z Z = 1 6 0 2 5 1 9 3 3 1 8 1 814603 5 5 3 1 4 0 8 3 1 8 5 4 =33.4r/min 第 檔 : n 5 9 1 31 1 1 402 2 6 1 2 1 4 1 5Z Z ZD Z Zn D Z Z Z Z Z 1 6 0 2 5 2 8 3 3 1 8 1 814603 5 5 3 1 3 1 8 3 1 8 5 4 =78.77/r/min 第 檔 : n 9 1 31 1 1 40 2 1 2 1 4 1 54ZZD Z ZnD Z Z Z Z 內(nèi) 1 6 0 2 5 3 3 1 8 1 814603 5 5 2 4 8 3 1 8 5 4 =90.84r/min 2.三種轉(zhuǎn)速下的繞繩速度 在 4.4.2 中已經(jīng)對(duì)絞車的繞繩速度，即提升速度進(jìn)行了計(jì)算，現(xiàn)加上提升力總結(jié)于表 7 1中。 表 7 1 提升速度 卷筒轉(zhuǎn)速 提升力 v =0.26m/s n =28r/min 12000N v =0.61m/s n =50r/min 6000N v =0.70m/s n =78r/min 3350N 7.3 絞車所需功率 1.卷筒所受扭矩： 0 . 5 ( )0 . 5 ( 0 . 1 4 0 . 0 0 8 8 ) 1 2 0 0 08 9 3 N mTM D d Q 2.絞車軸所受扭矩 : 2 9 8 N m2Z MTM 3.絞車軸所需功率 : 2 . 6 K W9550ZM n IP 7.4 絞車齒輪副強(qiáng)度簡(jiǎn)單校核 7.4.1 按接觸疲勞強(qiáng)度校核 1.圓周力計(jì)算 2000 2 0 0 0 2 9 8 5 5 1 8 . 5 N2 2 5 4Zt MF d 2.其他參數(shù)計(jì)算 查閱相關(guān)資料 ,將校核所涉及的其它參數(shù)列于表 7 2中。 表 7 2 序號(hào) 參數(shù)名稱 參數(shù)符號(hào) 參數(shù)值 1 工況系數(shù) KA 1.25 2 動(dòng)載系數(shù) KV 1 3 齒間載荷分配系數(shù) KH 1.05 4 齒向載荷分 配系數(shù) KH 1 5 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH 2.35 6 彈系數(shù) ZE 189.8 7 重合度系數(shù) Z 0.97 8 螺旋角系數(shù) Z 1 9 壽命系數(shù) ZN1， ZN2 1.02， 1.11 10 最小安全系數(shù) SHmin， SFmin 1， 1.4 11 潤(rùn)滑劑系數(shù) ZL 1 12 速度系數(shù) ZV 0.9 13 粗糙度系數(shù) ZR 0.9 14 齒面工作硬化系數(shù) ZW 1 15 尺寸系數(shù) ZX 1 16 傳動(dòng)比 U 0.3 17 齒寬 B 22mm 3.接觸應(yīng)力計(jì)算 根據(jù)軸的材料， 查閱相關(guān)資料可得 2l i m 1 5 0 0 N / m mH 2li m 4 5 0 N / m mF 載荷系數(shù) K= KA KV KH KH =1.25 1 1.05 1=1.31 計(jì)算接觸應(yīng)力： 214222 ( 1 )2 1 . 3 1 2 9 8 ( 0 . 3 3 1 )1 8 9 . 8 2 . 3 5 0 . 9 72 2 5 4 0 . 3 39 5 8 . 2 N / m mZH E HK M uZ Z Zb d u 許用接觸應(yīng)力： l i m 11l i m21 5 0 0 1 . 0 21 0 . 9 1 0 . 9 111 2 3 9 . 3 N / m mHNH L V W R XHZZ Z Z Z ZS 同樣可以得到 22 1 3 0 8 . 7 N / m mH 顯然，1HH，通過(guò)接觸強(qiáng)度校核。 第 8 章 回轉(zhuǎn)器的設(shè)計(jì) 8.1 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)附錄圖 5 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(jiǎn)單可靠，減輕鉆機(jī)重量。 4、立軸行程比過(guò)去小型鉆機(jī)大，為 500mm，縮短鉆進(jìn)輔助時(shí)間。 8.2 回轉(zhuǎn)器 的弧齒錐齒輪副設(shè)計(jì) 8.2.1 弧齒錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) 錐齒輪傳動(dòng)的主要尺寸可用類比法或按傳動(dòng)方式來(lái)確定。對(duì)閉式傳動(dòng)可按齒面接觸強(qiáng)度估算，對(duì)開式傳動(dòng)可按結(jié)構(gòu)初步確定，也可用表 23.4-22 所示來(lái)確定，或按彎曲強(qiáng)度估算，并用計(jì)算載荷驗(yàn)算 . 設(shè)計(jì)中該傳動(dòng)采用垂直正交傳動(dòng)方式小弧錐齒大端直徑的估算：齒輪齒數(shù)設(shè)計(jì)為 Z10=20 Z11=39 齒面硬度 Z10 為 HRC57、 Z11 為 HRC52, 231 H p2 23R R H pe 1 1K T / u 9 8 3 K T / ( 1 - 0 . 5 ) u 1636d （ 8 1） 式中 ： Hp 設(shè)計(jì)齒輪的許用接觸應(yīng)力 HpHLimHS HLim 1200N/mm2 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 23.2 18 查得。 HS 安全系數(shù) 1 1.2 取 HS 1.1； u 傳動(dòng)比也為齒數(shù)比 u=20/39； T1 所受轉(zhuǎn)距； K 使用系數(shù) 取 K 1.5。 可知 21 31 1 7 . 51 6 3 6 1 . 5 5 7 6 . 2 6 / ( 3 9 / 2 0 ) / ( 1 2 0 0 / 1 . 1 )emmd 取 e1d 120 mm； 則有齒輪大端模數(shù) em e1d /z=120/20=6 mm。 其他相關(guān)參數(shù)如表 8 1， 8 2 所示： 表 8 1 名稱 小弧錐齒 Z10 大弧錐齒 Z11 分錐角 27.15 62.85 齒寬系數(shù) 0.3 0.3 終點(diǎn)模數(shù) 5.1 5.1 中點(diǎn)法向模 數(shù) 4.178 4.178 齒寬中點(diǎn)螺旋角 35 35 8.2.2 零部件的強(qiáng)度與壽命計(jì)算 Z10 與 Z11 的主要參數(shù)見表 8 2。齒面硬度 Z10 為 HRC52、 Z11 為 HRC57，錐距 R 131.49mm,節(jié)錐角 10=2709, 11=62051 表 8-2 齒 號(hào) 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 Z10 20 6 0.29 40 20CrMnTi 0.85 200 350 右 8DC Z11 39 6 0.29 40 20CrMnTi 0.85 200 350 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 8 3 表 5 3 功率 KW 轉(zhuǎn)速 r/min 轉(zhuǎn)矩 n m 14.12 234 576.3 14.12 468 288.1 14.19 682.5 198.5 14.02 1170 114.6 1. 齒輪校核公式 按接觸強(qiáng)度校核計(jì)算，計(jì)算接觸應(yīng)力： 21/ 1 /H H E K A V H H m t m e HZ Z Z Z K K K K F d b u u （ 8 2） 許用應(yīng)力： m i nH L i mH P L V R XHZ Z Z ZS （ 8 3） 式中 H 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖 14-3-27 H 2.22（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 四版三卷）； EZ 彈性系數(shù) 由表 14-1-105 知EZ 189.8 2/N mm ； Z 接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù) 由表 14-3-30 Z 0.88； Z 接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù) Z cos m 0.91； KZ 接觸強(qiáng)度計(jì)算的錐齒輪系數(shù) KZ 0.85； AK 使用系數(shù) AK 1.5； VK 動(dòng)載系數(shù) VK 1.03； HK 接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù) HK 1.50； HK 接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分配系數(shù) HK 1.4； u 傳動(dòng)比 u 1.95； eHb 接觸強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬 eHb 0.85b 34mm； 1md 小齒輪分度圓直徑 1md 120mm； mtF 作用在錐齒輪中點(diǎn)端面分度圓上的名義切向力 mtF 2000T1/1md 2000 576/120 9610 N； HLim 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 HLim 1200 2/N mm ； minHS 接觸疲勞的最小安全系數(shù) minHS 1.1； LZ 潤(rùn)滑劑系數(shù) 查圖 14-1-27 LZ 1.0； VZ 速度系數(shù) VZ 1.0 查圖 14-1-28 VZ 1.0； RZ 粗糙度系數(shù) RZ 0.95； XZ 溫度系數(shù) XZ 1.0。 2. 齒輪校驗(yàn)計(jì)算： 21/ 1 /H H E K A V H H m t m e HZ Z Z Z K K K K F d b u u 22 . 2 2 1 8 9 . 8 0 . 8 8 0 . 81 . 5 1 . 0 3 1 . 5 1 . 4 9 6 1 0 / 1 2 0 / 3 4 1 . 9 5 1 / 1 . 9 5 869.3 m i nH L i mH P L V R XHZ Z Z ZS 1200 1 1 0 . 9 5 11 . 1 1036.36 因?yàn)橛?jì)算接觸應(yīng)力H H 869.3 小于許用接觸應(yīng)力HP 1036.36 所以滿足要求，并且安全系數(shù) m i n1 0 3 6 . 3 6 1 . 28 6 9 . 3HPHHSS 所以滿足安全要求。即齒輪按接觸疲勞強(qiáng)度校核滿足要求。 3. 彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算： 計(jì)算齒根應(yīng)力： A V F F m tF F a S a ke F m nK K K K F Y Y Y Y Ybm 許用齒根應(yīng)力： l i mm i nF S TF P s r e l T R r e l T xFY Y Y YS 強(qiáng)度條件： F FP 式中 AK 使用系數(shù) AK 1.5； FK 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向分布系數(shù) 1 .5 0FHKK； FK 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒 向載荷分配系數(shù) 1 .4F a H aKK； eFb 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的有效齒寬 mm eFbeHb 0.85b=34mm； kY 錐齒輪系數(shù) kY 1； mnm 中點(diǎn)法向模數(shù) mnm 4.178； FaY 齒形螺旋角系數(shù) 由圖 14-3-28 有FaY 2.0； SaY 應(yīng)力修正數(shù) 由圖 14-3-29 有 SaY 2.03； minFS 最小安全系數(shù) minFS 1.5； srelTY 圓角敏感系數(shù) 有 14-1-57 有srelTY 1.02； RrelTY 表面狀態(tài)系數(shù) 由 14-1-8-