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钻机装配图A0.dwg

50米钻机结构设计【任务书+翻译】【6张图纸】【优秀】

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液压卡盘A1.dwg---(点击预览)

小圆弧锥齿轮A3.dwg---(点击预览)

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关键词：: 50米钻机钻机结构结构设计翻译图纸任务书

资源描述：

50米钻机结构设计

52页 16000字数+说明书+任务书+外文翻译+6张CAD图纸【详情如下】

50米钻机结构设计说明书.doc

二轴A3.dwg

任务书.doc

减速器A0.dwg

回转器A1.dwg

外文翻译--信息时代的机械工程学.doc

小圆弧锥齿轮A3.dwg

液压卡盘A1.dwg

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钻机装配图A0.dwg

50米钻机结构设计.gif

QQ截图20140109203324.gif

QQ截图20140109203357.gif

二轴A3.gif

回转器A1.gif

减速器A0.gif

全部文件.gif

小圆弧锥齿轮A3.gif

液压卡盘A1.gif

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 钻机的发展1

1.2 项目的研究意义1

1.3 国内外科技现状1

1.4 项目创新之处2

1.5 钻机的工作原理2

第2章钻机的总体设计4

2.1 钻机的特点4

2.1.1 各部分结构设计4

2.1.2 钻机的外形特点4

2.1.3 钻机的总体设计方案5

第3章钻机的技术特点6

3.1 钻机的主要参数6

3.2 回转器的主要参数6

3.3 电动机参数6

3.4 油泵参数6

3.5 水泵参数6

第4章动力机的选择7

4.1 回转器转杆及破碎岩石所需功率的计算7

4.2 给进油缸所需功率的计算8

4.3 动力机功率的确定9

第5章机械传动系统的计算10

5.1 主要运动参数的选择10

5.2 变速箱的设计计算11

5.2.1 变速箱内各齿轮的主要参数和材料11

5.2.2 、齿轮对的强度较核11

5.2.3 、齿轮对的强度较核13

5.2.4 、齿轮对的强度较核15

5.3 回转器的设计17

5.3.1 回转器的结构特点17

5.3.2 零部件的强度与寿命计算17

5.4 轴的计算19

5.4.1 轴II的计算19

5.4.2 轴I的计算23

5.5 轴承的计算26

5.6 轴承的润滑26

5.7 轴承的密封装置27

5.8 密封与润滑28

第6章液压系统的设计30

6.1 钻机液压系统的作用30

6.1.1 钻机液压系统的作用30

6.1.2 液压卡盘的设计与计算31

6.1.3 给进油缸的设计33

第7章经济分析34

结论35

参考文献36

致谢37

附录1 专题部分：AutoCAD环境下减速器轴设计的算法及实现38

附录2 外文翻译48

摘要

目前，在我国直接为煤矿生产服务的钻机，百分之八十以上在井下从事作业。现有的钻机所呈现的功率低、主轴转速慢、钻进速度慢、运输不方便、劳动强度大工作效率低等缺点越来越明显。本次设计就是对50米钻机进行改进。改进后该钻机具有以下优点，外型尺寸小，重量轻；易于解体，适应工作场地的更换；钻机转速快钻进速度比以往都要快；用液压卡盘固定钻杆，尽可能的实现自动化，提高了效率，减轻了疲劳强度。

TXU-50型钻机主要由回转器、给进机构、变速箱、钻机操纵机构把手组成，配有控制测量仪表和其他一些辅助装置。设计中着重考虑电机的选择、变速箱和液压系统的设计。提高电机功率从而提高主轴转速，改进变速箱结构从而减小体积，以便运输。

关键词：钻机电机回转器机械传动系统液压系统

Abstract

Current, produce to drill the machine ministrantly for the coal mine directly in the our country, 80% under the well is engaged in the homework above. the existing drilling machine presents the power low, the main axle rotational speed slow, sneaks in the speed slowly, the transportation not convenient, the labor intensity big working efficiency low and so on the shortcoming is more and more obvious. This design is aims at 50 meters drilling machines some improvements. Below the improvement this drilling machine has the merit. The outlook size small. The weight is light. Easy to disintegrate, adaption working area replacement. The drilling machine rotational speed quickly sneaked in the speed formerly all to have to be quicker than; With the hydraulic pressure qiapan fixed drill rod, the as far as possible realization automation, enhanced the efficiency, reduced the fatigue strength

The TXU-50 drilling machine mainly by the gyrator, gives the organization, the gear box, the drilling machine control mechanism and so on is composed the hand, has the monitor and other some auxiliary unit. In the design considers the electrical machinery emphatically the choice, the gear box and the hydraulic system design. Enhances the electrical machinery power thus to enhance the main axle rotational speed, improves the gear box structure thus to reduce the volume, in order to transports.Keyword: Drilling machine Motor Circumgyrate ware Transmission system Hydraulic system

第3章钻机的技术特点

3.1 钻机的主要参数

钻进深度 50mm

开孔直径 89mm

终孔直径 73mm

钻杆直径 42mm

钻孔角度 0o~360o

钻机重量 300kg

外形尺寸 8705501100（长宽高）

扭矩 200N.m 95N.m

3.2 回转器主要参数

主轴转速 115r/min 170r/min 318r/min

主轴行程 400mm

卡盘形式液压卡盘

主轴起重能力 23500N

3.3 电动机参数

电动机型号 112M-4

电动机功率 5KW

电动机转速 1420r/min

电压 380V(或660V)

3.4 油泵参数

油泵型号 YBC-12/80

额定转速 1500r/min

额定工作压力 800 N/cm2

最大工作压力 1200 N/cm2

3.5 水泵参数

型号 TBW-50/1.5泥浆泵

最大排水量 50L/min

最大压力 1.5MPa

内容简介：: 摘要目前，在我国直接为煤矿生产服务的钻机，百分之八十以上在井下从事作业。现有的钻机所呈现的功率低、主轴转速慢、钻进速度慢、运输不方便、劳动强度大工作效率低等缺点越来越明显。本次设计就是对50米钻机进行改进。改进后该钻机具有以下优点，外型尺寸小，重量轻；易于解体，适应工作场地的更换；钻机转速快钻进速度比以往都要快；用液压卡盘固定钻杆，尽可能的实现自动化，提高了效率，减轻了疲劳强度。TXU-50型钻机主要由回转器、给进机构、变速箱、钻机操纵机构把手组成，配有控制测量仪表和其他一些辅助装置。设计中着重考虑电机的选择、变速箱和液压系统的设计。提高电机功率从而提高主轴转速，改进变速箱结构从而减小体积，以便运输。关键词：钻机电机回转器机械传动系统液压系统Abstract Current, produce to drill the machine ministrantly for the coal mine directly in the our country, 80% under the well is engaged in the homework above. the existing drilling machine presents the power low, the main axle rotational speed slow, sneaks in the speed slowly, the transportation not convenient, the labor intensity big working efficiency low and so on the shortcoming is more and more obvious. This design is aims at 50 meters drilling machines some improvements. Below the improvement this drilling machine has the merit. The outlook size small. The weight is light. Easy to disintegrate, adaption working area replacement. The drilling machine rotational speed quickly sneaked in the speed formerly all to have to be quicker than; With the hydraulic pressure qiapan fixed drill rod, the as far as possible realization automation, enhanced the efficiency, reduced the fatigue strength The TXU-50 drilling machine mainly by the gyrator, gives the organization, the gear box, the drilling machine control mechanism and so on is composed the hand, has the monitor and other some auxiliary unit. In the design considers the electrical machinery emphatically the choice, the gear box and the hydraulic system design. Enhances the electrical machinery power thus to enhance the main axle rotational speed, improves the gear box structure thus to reduce the volume, in order to transports.Keyword: Drilling machine Motor Circumgyrate ware Transmission system Hydraulic system目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 钻机的发展11.2 项目的研究意义11.3 国内外科技现状11.4 项目创新之处21.5 钻机的工作原理2第2章钻机的总体设计42.1 钻机的特点42.1.1 各部分结构设计42.1.2 钻机的外形特点42.1.3 钻机的总体设计方案5第3章钻机的技术特点63.1 钻机的主要参数63.2 回转器的主要参数63.3 电动机参数63.4 油泵参数63.5 水泵参数6第4章动力机的选择74.1 回转器转杆及破碎岩石所需功率的计算74.2 给进油缸所需功率的计算84.3 动力机功率的确定9第5章机械传动系统的计算105.1 主要运动参数的选择105.2 变速箱的设计计算115.2.1 变速箱内各齿轮的主要参数和材料115.2.2 、齿轮对的强度较核115.2.3 、齿轮对的强度较核135.2.4 、齿轮对的强度较核155.3 回转器的设计175.3.1 回转器的结构特点175.3.2 零部件的强度与寿命计算175.4 轴的计算195.4.1 轴II的计算195.4.2 轴I的计算235.5 轴承的计算265.6 轴承的润滑265.7 轴承的密封装置275.8 密封与润滑28第6章液压系统的设计306.1 钻机液压系统的作用306.1.1 钻机液压系统的作用306.1.2 液压卡盘的设计与计算316.1.3 给进油缸的设计33第7章经济分析34结论35参考文献36致谢37附录1 专题部分：AutoCAD环境下减速器轴设计的算法及实现38附录2 外文翻译48 - 48 -第一章绪论1.1 钻机的发展现在的钻机主要都是大型的用于较深的地质钻探，但很多地方很多条件下都要用到轻巧的便于运输的小型钻机，比如一种较浅孔的，而如今50米钻机一般都是手动卡盘，效率不是很高，钻速也不是很高，钻进速度慢。因此，设计在钻机上配备了液压卡盘，提高了效率，减轻了疲劳强度。设计这样的钻机既轻巧又耐用，提高了实际价值。我国自行设计、制造的钻机已开始取代进口设备，旧式手把钻机逐步被淘汰。随着钻探方法和钻进工艺的不断发展，钻探设备也在不断的更新换代，先后研制出TXU-700型、THJ-1500型、TK系列等液压立轴式岩心钻机和JTS系列水文水井钻机。TK系列岩心钻机具有扭矩大、变速范围广、液压给进、自动夹持等特点，深尺钻机装有水刹车，使升降钻具作业可靠省力，基本满足煤炭钻探进行绳索取心、金刚石钻进、冲击回转钻进等工艺的需要。煤炭地质系统的岩心钻机、水文水井钻机、工程勘察钻机、钻塔等设备已形成系列，钻探设备基本实现国产化，并开始有少量出口。钻进效率从1985年打钢粒时的182m提高到现在的861m，钻孔深度可达1400m。1.2 项目的研究意义钻机在钻探设备中处于中心地位，它是一门应用性的学科，和其他科学领域一样，是根据社会生产发展需要建立的。钻机的不断现代化始终与科学技术.制造工艺和材质水平紧密相连。同时，钻机的更新取决于地质勘探和钻进工艺的发展。而钻机的发展与完善，又促进了钻进工艺水平的提高。1.3 国内外的科技现状国内现状：目前国内制造的岩心钻机多是1500m以内的，局限性比较大，对于边远山区，滨海，冻土层，极地等地区进行钻探是非常困难的。全液压顶驱式车装钻机在国内还是试生产阶段。只有机械传动油压轴式钻机，维修方便，造价低，仍然是国内的主力设备。国外现状：国外机构传动钻机，在岩心钻机方面，仍分为立轴式和转盘式两种类型，其中立轴式钻机占绝大多数。据统计美国每年开动地面岩心钻机1500-2000台之间，机械传动油压给进立轴式钻机约占98%，全液压动力头钻机仅占2%；在日本，苏联和澳大利亚也有类似情况；而瑞典和法国则全液压钻机发展较多。钻机主要用于矿井内部，供钻探深度为50米的各种角度的放水孔，地质构造孔，灭火孔，抽放瓦斯孔及其它用途的各种工程孔，也可以在地面钻探深度为50米的地质勘探孔及其它用途的各种浅孔。该型钻机可在各种不同硬度的岩层中钻探任意角度的孔，尤其在煤层，软岩石及中硬岩石中钻孔效率为最高。研究内容主要为钻进深度，钻孔直径，钻孔倾斜角度，立轴转速和行程，液压给进压力，卡盘工作压力，转速及提升负荷，配备动力。1.4 项目创新之处1.外型尺寸小，重量轻；2.易于解体，适应工作场地的更换；3.支护迅速可靠；4.钻机转速快钻进速度比以往都要快。5.用液压卡盘固定钻杆，尽可能的实现自动化，提高了效率，减轻了疲劳强度。1.5 钻机的工作原理钻机主要由回转器、给进机构、变速箱、钻机操纵机构把手等组成，配有控制测量仪表和其他一些辅助装置。钻机由电机或柴油机带动，经V带传给变速箱，通过变速箱完成对钻具和升降机滚筒转速的分级变速，再传给回转器，回转器用来把扭矩传给带动带有钻头的钻具，同时钻机还配有液压系统，由液压缸来完成钻具的进给。有的钻具用于手动卡盘固定，为了提高效率，一般采用液压卡盘。钻具的冷却和岩屑的运出主要通过泥浆泵来完成。钻机全貌图如图1-1图1-1 钻机全貌图第2章钻机的总体设计2.1 钻机的特点2.1.1. 各部分结构设计 1. 动力机是用来驱动钻机的动力设备，常采用的动力机有电动机和柴油机两种类型。由于本钻机主要用于建筑工程场所，用电方便，故原则上选择原动机为电动机。2. 回转器是阻击立轴产生回转及往复运动部分，主要有立轴式和转盘式两种类型。已选用立轴式。由于立轴式钻机回转器等进给装置紧密结合成一个整体，回转和进给传动通过立轴与卡盘传给钻具，回转器的弯角范围大，导向性能好等特点，可以满足钻机的要求。3.变速箱是钻机各部分中设计比较典型，复杂的。采用回归式传动形式。箱体内只有两根轴即可实现变速与分动，移动齿轮可移动换档，又可当结合子实现直传。因此结构非常紧凑，体积小。变速，分动相结合，减少了了零件数目，有效利用变速箱内部空间。操纵机构采用了齿轮齿条拨叉机构。操纵灵活可靠。每个移动齿轮单独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构简单。增加卸荷装置，改善了轴和齿轮的受力情况。4.进给机构，为了适应建筑场所地址条件复杂的特点，采用液压油缸进给机构，可集中操作阀，方便工人掌握处理钻进过程中产生的各种问题。5.卡盘是固定钻杆的部件，用以实现不停车，钻进，本设计采用液压常闭式卡盘。 2.1.2. 钻机的外形特点目前，在我国直接为煤矿生产服务的钻机,几乎都是在井下从事作业。完成抽放瓦斯、防火灭火、探水、煤层注水、地质与工程等钻孔任务。根据工作条件的特殊性，要求钻机应具有以下特点：（1）外型尺寸小、重量轻；（2）易于解体、适应工作场地的更换；（3）支护迅速可靠；（4）尽可能实现自动化，减轻劳动强度；（5）具有一定的起拔能力，而且效率高；（6）坚固耐用，维修方便；（7）机组集中，便于照顾；（8）安全防爆。 2.1.3 钻机的总体设计方案确定TXU-50型钻机的总体设计方案，对国内外钻机的结构进行了分析。如今的50米钻机一般都是手动卡盘，所呈现出来的问题是效率不是很高，钻速也不是很高，钻进速度慢。转速偏低，调速范围小，其为适应小口径高转速钻进的需要，采用变换回转器大小锥齿轮位置的方案。根据我国目前煤炭生产现状，结合制造及使用的技术水平，确定本钻机的设计为：1. 考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机；2. 考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，正常的钻进速度钻进；3. 增加了液压卡盘另配备手动卡盘，减轻劳动强度，配备快速增压装置；4. 机器的动力传递采用机械和液压相结合，即半液压式钻机；5.钻机采用开箱式让开孔口的方式；6.由于本机动力较大，动力由V型带传动到变速箱的传动轴上易使传动轴弯曲，所以增加了卸荷装置；7.增加了液压卡盘另配备手动卡盘，减轻劳动强度，配备快速增压装置；8.采用二级回归式变速箱，减少变速箱体积，根据不同的地质条件，选用不同的钻进速度。在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适于整体或解体搬运。尽量做到标准化, 通用化，系列化。第3章钻机的技术特点3.1 钻机的主要参数钻进深度 50mm开孔直径 89mm终孔直径 73mm 钻杆直径 42mm 钻孔角度 0360 钻机重量 300kg外形尺寸 8705501100（长宽高）扭矩 200N.m 95N.m3.2 回转器主要参数主轴转速 115r/min 170r/min 318r/min主轴行程 400mm卡盘形式液压卡盘主轴起重能力 23500N3.3 电动机参数电动机型号 112M-4 电动机功率 5KW电动机转速 1420r/min电压 380V(或660V) 3.4 油泵参数油泵型号 YBC-12/80额定转速 1500r/min 额定工作压力 800 N/cm2最大工作压力 1200 N/cm23.5 水泵参数型号 TBW-50/1.5泥浆泵最大排水量 50L/min最大压力 1.5MPa 第四章动力机功率的确定4.1回转器钻杆及破碎岩石所需功率的计算1. 设电机的输出功率为N。那么 N。1.2Nj Nj（NhNy）/式中: Nh回转钻进所需功率 KW 效率 =0.8 Ny油泵所需功率 KW Nh=N1+N2+N3式中: N1井底破碎岩石、土层所需功率 KW N2钻头与孔底摩擦所需功率 KW N3回转钻杆所需功率 KWNh 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 KW2. 式中: m钻头切削刃数取m=6 n立轴转速 r/min h钻进速度 h=1.5cm/min. 岩石抗压强度,其值见表3-1A井底环状面积，取钻头直径D=7.7(mm)，内径d=5.9(mm)，则 A=3. N= 式中: 孔底压力或岩石抗压强度. f钻具与岩石直接的摩擦系数 f=0.5 e侧摩擦系数 e=1.1 n立轴转速 (r/min) R钻头外圆半径 R=3.85cm r钻头内孔半径 r=2.95cm4. N3=7.81011Ld2n1。7 (当n200r/min时) 式中：L孔深，硬质合金钻进时，取L150000mm 金刚石钻进时，取L75000mm d钻杆直径，取d=50mm计算 n立轴转速， (r/min)r冲洗液比重。 r=1.15将上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表4-1中。表4-1 功率表c/ r/min115170318N120000.090.100.1140000.170.190.2380000.350.390.45100000.440.480.56120000.520.580.68N220000.440.651.2240000.881.312.4580001.772.624.89100002.213.276.12120002.653.927.34N31.863.628.45N20002.394.379.7840002.915.1211.1380003.986.6312.79100004.517.3713.13120004.948.1214.474.2 给进油缸所需功率的计算1. 给进油缸的基本参数 1）给进油缸的数量 n2 2）油缸直径 D55mm 3）活塞杆直径 d30mm 4）活塞杆有效行程 L500mm 5）油缸面积 A123.75cm2 6）活塞杆面积 A27cm2 7）有效面积 AA1A216.76cm22油缸工作压力的计算油缸的最大推力为： WCFm式中：W油缸最大推力 C孔底最大压力 C13345N Fm钻杆与孔壁间的摩擦力 Fmq+L+f式中：q钻杆定位长度重量 q55.46N/m L钻杆长度 L150m f摩擦系数 f0.35 Fm55.4615000.35=2911.65N W=13345+2911.65=16256.65N油泵的工作压力PP=W/A=16256.65/16.76=970N/cm2 3.油泵最大工作流量计算油缸回程时的最大容油量:(L)油缸送进时的最大容油量: (L)当选用立轴的钻进速度U=0.05m/min=0.5dm/min时,立轴送进时每分钟油量为: ( L/min)令活塞回程时间为0.3min，则回程所需油量为：(L/min)4.给进油缸功率NyNy= (KW)5.根据上面的计算,选用YBC12/80型齿轮油泵(排油量12l/min,压力800N/cm2 )。油泵满负荷时所需功率是:N=式中: P额定压力 P=800N/cm2 Q额定流量 Q=12l/min 1机械效率 1=0.9 2容积效率 2=0.71 Ny=8008/601020.90.71=1.64KW4.3 动力机功率的确定通过上面的计算表明，立轴钻进时，进给所需之功率很小，而且油泵满负荷工作时一般是立轴停止状态。本钻机选用4.5KW电动机能满足钻机的工作运转。第5章机械传动系统的计算5.1 主要运动参数的选择5.1.1 回转器的转速范围立轴的转速变化范围，取决于地质、钻头的直径及钻进方法。当用75mm钻头采用硬质合金和钻粒钻进时，根据国内的经验，立轴转速n=90400r/min为适宜，本钻机采用立轴转速为115r/min、170r/min、318r/min。5.1.2 电动机转速电动机转速为1440r/min5.1.3 传动系统的计算图5-1 机械传动路线图立轴转速：n=nD1/D2Z1/Z2Z3/Z4Z7/Z8=1440100/20031/5433/5219/43=115.90115r/minn=nD1/D2Z1/Z2Z5/Z6 Z7/Z8=1440100/20031/5441/4419/43=170.18170r/minn=nD1/D2Z1/Z4内Z7/Z8=1440100/20031/3119/43=318.14318r/min 表5-1 齿轮参数及材料表项目代号齿轮模数齿宽变位系数材料硬度齿顶高系数压力角Z131220020CrMnTiRc57621200Z254220040CrRc45501200Z333220040CrRc45501200Z452220040CrRc45501200Z541220040CrRc45501200Z644220040CrRc45501200Z7193.520020CrMnTiRc57620.8200Z8433.520020CrMnTiRc55600.82005.2 变速箱的设计计算5.2.1 变速箱内各齿轮的主要参数及材料5.2.2 、齿轮对的强度校核1. 齿面接触强度的校核（1）计算齿轮的齿面接触强度u齿数比 u=Z2/Z1=54/31=1.7Ft分度圆上的圆周力 Ft=2T/d按式： Ft= T=T转矩（KW） n转速（r/min）则 T=9549P/n=95504.5/720=59.69（） T=95504.5/413=104.06（） Ft1=2T1/d1=259.69/62=1.93（KW） Ft4=2T4/d4=2104.06/108=1.93（KW） V=0.062720/60=2.34（m/s） V=0.108413/60=2.34（m/s）查表得：KA使用系数取KA=1 KV动载荷系数取KV=1.12 载荷分布系数取 K=1.388载荷分配系数取K=1.2材料弹性系数取=189.8节点区域系数取=2.5接触强度重合系数所以:=630（MPa）=397（MPa）（2）确定许用接触应力试验齿轮的接触疲劳极限应力= 1100（MPa）、接触强度寿命系数取1.02 1.06711001.021/1.25=897(MPa)11001.0671/1.25=932(MPa) , 2. 校核齿根弯曲强度（1）计算齿轮的齿根弯曲强度查表得：弯曲强度计算的齿向载荷分布系数 =1.31 齿间杂和分配系数 =1.2符合齿形系数 5=2.52，6=2.32重合系数 =1代入得（2）确定许用弯曲应力查表得：弯曲疲劳强度极限应力 =300MPa 弯曲疲劳强度系数取=2 弯曲强度尺寸系数取=1 相对齿根圆角敏感性系数取=1 相对表面状况系数取=1 最小安全系数取=1代入得：安全5.2.3 、齿轮对的强度校核1. 齿面接触强度的校核（1）计算齿轮的齿面接触强度u齿数比 u=Z4/Z3=52/33=1.58Ft分度圆上的圆周力 Ft=2T/d按式： Ft= T=T转矩（KW） n转速（r/min）则 T=9549P/n=95504.5/413=104.04 T=95504.5/262=164.00Ft3=2T3/d3=2104.04/66=3.15（KW） Ft4=2T4/d4=2164.00/104=3.15（KW） V=0.066413/60=1.43（m/s） V=0.104260/60=1.42（m/s查表得：KA使用系数取KA=1 KV动载荷系数取KV=1.12 载荷分布系数取 K=1.388载荷分配系数取K=1.2材料弹性系数取=189.8节点区域系数取=2.5接触强度重合系数取=0.87所以：=575.5（MPa） =548.6（MPa）（2）确定许用接触应力试验齿轮的接触疲劳极限应力= 1100（MPa）、接触强度寿命系数取1.06 1.0711001.061/1.25=932.8(MPa)11001.071/1.25=941.6(MPa) , S=1.5安全5.4.2 轴的计算n=720r/min 材料: 40Cr机械性能：调质HB 220-2501. 轴的力计算（1）载荷图及支点反力外加载荷：如图5-4 图5-4 载荷图其中）支点反力（2）弯矩的计算合成弯矩（3）扭矩的计算（4）扭矩图如图5-5图5-5 扭矩图（5）求当量弯矩Md，并验算轴的强度 Md=剖面处的抗弯模量为：W=0.1d3=2.924 =Md/W=19.31MPa -1=69MPa强度满足（6）安全系数校核抗弯剖面模量 W=0.2d3=5.849（cm3）弯曲应力幅 =MwWA/2W=16.12(MPa)扭剪应力幅弯曲平均压力(MPa)扭矩应力幅 m=T/(WV)=5310.5(MPa)弯曲有效应力集中系数 K=1.89扭矩有效应力集中系数 K=2.48表面状况系数 =1绝对尺寸系数 =0.77，=0.81疲劳极限 -1=350MPa，-1=191MPa扭剪极限强度 =0.6b寿命系数 KV=1等效系数 =0.25=0.15S=-1/(K/+m)=8.73 S=-1/(K/+m)=12.43SS=1.5安全5.5 轴承的计算回转器本题上下端采用1615轴承两套，轴两端采用306和207轴承各一套，轴两端采用36208轴承两套，因安装形式与结构尺寸均与TXU75米钻机类同，而本钻机的工作载荷较75米钻机小的多，所以，各轴承的寿命计算略。5.6 轴承的润滑润滑对于滚动轴承具有重要意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力，还可以起着散热、减低接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。此外，也有使用固体润滑剂润滑的。选用哪一类润滑方式，这与轴承的速度又管，一般用滚动轴承的dn值（d为滚动轴承内径，mm; n为轴承转速，rpm）表示轴承的速度大小。1. 脂润滑由于润滑脂是一种粘稠的凝胶状材料，故油膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加油可以维持相当长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方，或那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说，这种润滑方式十分诗意。他的缺点是只适用于较低的dn值。润滑脂的主要性能指标为针入度和滴点。轴承的dn值大、载荷小时，应选针入度较大的润滑脂；反之，应选用针入度较小的润滑脂。此外，轴承的工作温度应比润滑脂的滴点低，对于矿物润滑脂，应低1020，对于合成润滑脂，应低2030。2. 油润滑在高速高温的条件下，只润滑不能满足要求时可采用油润滑，润滑油的主要特性使粘度，转速愈高，应选用黏度愈低的润滑油；载荷愈大，应选用黏度愈高的润滑油。根据工作温度及dn值，可选出润滑油应具有的黏度值，然后根据粘度从润滑油产品中选出相应的润滑油的牌号。油润滑时，常用的润滑方式有下列几种：（1）油浴润滑把轴承局部侵入润滑油中，油面应不高于最低滚动体的中心。这个方法不适于高速，因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失，以致引起油液和轴承的严重过热。（2）滴油润滑适用于需要定量供应润滑油的轴承部件，滴油量应适当控制，过多的油量将引起轴承温度的增高，为实地有通畅，尝试用黏度较小的10号机械油。（3）飞溅润滑这是一般闭式齿轮传动装置中的轴承常用的润滑方法，即利用齿轮的转动把润滑齿轮的油甩到四周壁面上，然后通过适当的沟槽把又引入轴承中去。这类润滑方法所用装置的结构形式较多，可参考现有机器的使用经验来进行设计。（4）喷油润滑适用于转速高，载荷大，要求润滑可靠的轴承。用油泵将润滑油增压，通过油管或机壳内特制的油孔，井喷咀将有喷射到轴承中去；流过轴承后的润滑油，经过过滤冷却后再循环使用。为了保证又能进入高速转动的轴承，喷嘴应对准内圈和保持架之间的间隙。油泵压力一般约为0.30.5MPa。（5）油雾润滑当轴承滚动踢得线速度很高，例如dn值大于时，常采用油雾润滑，以避免其他润滑方式有愚公有过多，油的内摩擦增大而增高轴承的工作温度。润滑油在油雾发生器中变成油雾，其温度比液体润滑油的温度低，这对冷却轴承来说也是有利的。但润滑了轴承后的油雾，可能部分地随空气散佚，要污染环境。故在必要时，宜用油气分离器来收集油雾，或者采用通风装置来排除废气。相比较之下，采用脂润滑比较符合本设计。5.7 轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。1. 接触式密封在轴承盖内放置软材料与转动直接接触而起密封作用。常用的软材料有细毛毡、橡胶、皮革、软木等；或者放置耐磨硬质材料（如加强石墨、青铜、耐磨铸铁等）与转动轴直接接触以进行密封。下面是几种常用的结构形式：（1）毡圈密封在轴承盖上开出梯形槽，将细毛毡按标准制成环形（尺寸不大时）或带形（尺寸较大），放置在梯形槽中以与轴密和接触；或者在轴承盖上开缺口放置毛毡，然后用另外一个零件压在毛毡上，以调整毛毡与轴的密和程度，从而提高密封效果。这种密封结构简单，但摩擦较严重，只用于滑动速度小于45m/s的地方。与毛毡相接触的轴表面如经过抛光且毛毡质量高时，可用到滑动速度达78m/s之处。（2）唇形密封圈密封在轴承盖中，放置一个用耐油橡胶或皮革制的、并组装在一个钢外壳之中的整体部件密封皮碗，皮碗直接压在轴上。为了增强密封效果，用一环形螺旋弹簧压在皮碗的唇部。皮碗可以有一个或两个密封唇，蜜蜂出的方向要朝向密封的部位。即如果主要是为了封油，密封唇应对着轴承（朝内）；如果主要是为了防止外物浸入，则密封唇应背着轴承（朝外）；如果两个作用都有，最好是用具有两个方向相反的密封唇的皮碗。这种结构安装很方便，也易于更换。它可用到接触面滑动速度小于10m/s（当轴径是精车的）或小于15m/s（当轴径是磨光的）处。轴径与皮碗接触出最好经过表面硬化处理，以增强耐磨性。（3）密封环密封环是一种带有缺口的环状密封件，把它放置在套筒的环槽内套筒与洲一起转动，密封环靠缺口贝压拢后所具有的弹性而抵紧在静止外患德内孔壁上，即可起到密封的作用。各个接触表面均需经硬化处理并磨光。密封环用含铬的耐磨铸铁制造，可用于滑动速度小于100 m/s之处。在滑动速度为6080m/s范围内，也可以用锡青铜制造密封环。（4）断面密封断面密封的结构形式很多，密封元件可用塑料、碳化钨、强化石墨等材料制造。这些材料都具有自润滑性能，摩擦系数低，可以在较高的滑动速度下工作。在这个结构中，密封环被波形弹簧通过石墨坐压贴在旋转盘的端面上。旋转盘端面经过镀铬抛光，一边是密封环与旋转盘端面沿整个圆周密切贴合。 2. 非接触式密封使用接触式密封，总要在接触处产生滑动摩擦。使用非接触式密封，就能避免此缺点。常用的非接触式密封有以下几种：隙缝密封在轴和轴承盖的通孔壁之间留有一个极窄的隙缝，半径间隙通常为0.1080mm。这对使用脂润滑的轴承来说，已具有一定的密封效果。设计中采用毡圈密封采用型号为HG4-692-67油封。5.8 密封与润滑整个减速器的齿轮和轴承的润滑和是非常重要的问题。减速器中的齿轮传动，大都用油润滑。选择润滑油的黏度、牌号和润滑方法时，主要根据齿轮传动的工作条件，但也必须对轴承的润滑作相应的考虑。对于两级、三级传动的钻机，其润滑油的黏度可按高速级及低速级所需黏度的平均值来选取。对于圆周速度v12m/s的齿轮传动，可采用浸油润滑，对于速度虽较高，但工作时间持续不长的齿轮传动，也可采用浸油润滑。用仅有润滑时，以圆柱齿轮的整齿高浸入油中为适度，但不应少于10mm;圆锥齿轮则应将整个齿宽（至少是办个齿宽）浸入油中。对于多级传动，若低速级大齿轮的圆周速度V16MPa Pp=Pn125% Pn工作压力（Pa） D油缸内径 D=170(mm) P缸体材料许用拉压力 P=b/Sb材料抗拉强度 S安全系数 S=3.55 取S=3.5 Pn=600104(Pa) Pp=600104150%=900104(Pa)P=b/S=60106/3.5=17106(Pa)t=9001040.17/217106=4.5(mm) 取t=8mm所以满足要求6.1.3 给进油缸设计给进油缸的结构为双作用单活塞杆往复运动油缸，所起的作用是：1. 完成钻孔过程中的给进运动；2. 当卡钻及处理事故时，配合油压卡盘起拔。油缸直径计算根据所需油缸最大作用力以及液压系统的最大工作压力可求得油缸直径。式中： D油缸计算直径 P油压系统的调整压力，P=600（N/cm2） P2油缸最大起拔力， P2=9500（N）第7章经济分析本次设计的TXU-50型钻机是在原有的TXU-50米钻机基础上进行改良改装从而实现其结构简化，降低成本。产品的价值工程的目的在于以最低的成本可靠的实现产品的必要的功能，从而达到拥护满意，增加制造企业的经济效益，将价值工程运用本钻机设计，从分析产品的功能出发，然后分析产品的成本，进行功能与成本比较，从而判断产品的价值，使TXU-50型钻机更为经济实用。对现有的钻机进行分析，生产一台50型钻机的花费，和卖出一台钻机的价格基本上差不了多少，所以利润很小，主要原因是主轴转速低，钻进速度慢，如果提高钻速、增加液压卡盘对提高利润和消费者提高效率都有帮助。本次设计是对现有的50米钻机进行改造，把双手动卡盘换为一手动卡盘和一液压卡盘，主要以液压为主，手动卡盘作临时的准备，这样在一定程度上降低了成本；根据本钻机设计功能要求出发，钻机在工作过程中要求有三种转速：318r/min .170r/min .115r/min。这样既提高了转速，增快了钻进速度节省了时间，又能适应各种环境条件，这样成本提升不是很高。.原动机根据施工地点的不同选用电动机，也可用柴油机，保证其互换性，扩大原动机的使用范围，使钻机使用地点扩大。综合来看改进后，TXU-50型钻机提高了转速，扩大了油压操作范围，提高了操作机械化程度，因而减轻了操作者的劳动强度，更提高了劳动效率，可以说是给社会带来了更大的效益，所以在市场前景广阔和成本降低的措施下，本设计方案可以达到预期的目的，具有开发的价值。结论TXU-50型钻机设计是对现有的钻机进行了改进，用于地质勘探岩心深度达到50米的一中钻机。在设计上，照顾到大小口径兼用，既能用硬质合金钻进，钻粒钻进，对回转器稍加改进又适用于小口径金刚石快速钻进。在整体说，钻机可分四大部分：基础部分、机械传动系统、液压传动系统及辅助装置。正常情况下，只需要一个人操作，即可控制钻机的回转、钻进、加压、减压、提升、下降、倒杆等工序。操作轻便、灵活，减轻体力劳动。钻机重量轻，适合山区搬运。钻机与水泵分别采用两台柴油机单独驱动，不但缩小了柴油机的单机重量，而且使机场布置合理灵活，便于山区减少平地基的工作量。油压钻机由于采用液压系统进行操纵、控制，其优点如下：（1）在减压钻进过程中，因给进油缸活塞上、下腔，经常充满液压油，当遇到溶洞、采空区地层，钻杆会突然下降，或钻杆折断下降时，能保护钻具安全悬空。（2）采用液压给进，使孔底给进压力平稳、均匀。并且配有孔底压力指示表，可根据岩石可钻性及钻进方法，确定孔底轴心压力，进行加压、减压钻进。（3）利用给进油缸上升作用，可代替千斤顶，处理卡、埋钻具事故及起拔套管，用调压手轮，将压力调至额定压力。压力油进入油缸下腔就能产生较大的起拔力，利用给进油缸下行的压力，可做简易压力机，校直钻具，向下压力大。（4）液压卡盘松卡钻具，配合六方主动钻杆，实现不停钻倒杆，节省辅助时间，同时减轻体力劳动强度。（5）钻机整体可在底座上前后移动，在升降钻具时，让开孔口，使拧卸钻具工作方便。由于机体可移动，只要调节底座上斜块即可，便于在安装时，反复校对立轴和孔口中心线而节省时间。（6）钻机配有附件液压拧管机，操作简便，加快钻具拧卸速度，降低辅助时间，减轻劳动强度。提高了主轴转速，扩大了油压操作范围，提高了操作机械化程度，因而减轻了操作者的劳动强度，更提高了劳动效率，可以说是给社会带来了很大的经济效益。参考文献1 王秉晋油压钻机知识。地质出版社，19782 成大先机械设计手册（第一卷）。第四版。化学工业出版社，20023 江耕华陈启松等。机械传动设计手册。煤炭工业出版社，19924 钱苗根材料表面技术及其应用手册。机械工业出版社，19985 张强岩心钻探设备及设计原理。地质出版社，19836 徐灏机械设计手册（第3卷）。机械工业出版社，20017 赵家齐机械制造工艺学。哈尔滨工业大学出版社，2000 8 何元庚机械原理与机械零件。高等教育出版社，19829 李洪人液压控制系统。国防工业出版社，198110周士昌液压系统设计图集。机械工业出版社，200411周士昌液压气动系统设计运行禁忌470例。机械工业出版社，200212官忠范液压传动系统。北京机械工业出版社，198113张立平液压气动系统设计手册。北京机械工业出版社，199714蔡文彦液压传动系统。上海交通大学出版社，199015章跃机械制造专业英语。机械工业出版社，200316关石明现代钻机手册。北京航空航天大学出版社，200017冯德强钻机设计。中国地质大学出版社，199818王宪军，赵存友液压传动。哈尔滨工程大学出版社，200219濮良贵，纪名刚机械设计。高等教育出版社，200420马永辉，徐宝富，刘绍华工程机械液压系统设计计算。机械工业出版社，198521吴宗泽机械结构设计。机械工业出版社，198822李华机械制造技术。机械工业出版社，199723王连明机械设计课程设计。哈尔滨工业大学出版社，199624殷琨发展中的冲击回转钻进技术。探矿工程（第5期），199725张直名滑动轴承的流体动力润滑理论。高等教育出版社，1988致谢首先感谢我的指导教师王宪军老师在我毕业设计过程中给予了我很大的帮助，同时也感谢每位在我毕业设计中指导和帮助过我的老师。因为在你们的帮助下，我才能顺利的完成毕业设计。为此我会努力做好本次毕业设计的每个步骤，每个细节。以回报学校和老师对我的栽培。通过本次设计，使我对这四年的知识学习有了一个总体的检验，达到了毕业设计的目的。由于对这方面经验的不足，设计中会出现不妥当的地方，希望经过老师的点评和指导进行改正以便能做的更好。在这里我对每位在我们毕业设计中辛苦工作的老师们深表感谢！附录1 专题部分AutoCAD环境下减速器轴设计的算法及实现摘要：基于AutoCAD2000平台，探讨了减速器齿轮轴CAD中的关健问题，提出了减速器轴的力学模型和结构特征，利用开发的轴设计程序，使轴设计中的强度计算、结构设计及绘图连成一体，从而使减速器的自动化设计成为可能。关健词：减速器；轴；CAD 1 概述减速器设计中，难度最大的部件当数减速器的齿轮轴。齿轮轴是支撑轴上零件、传递运动和动力的关键部件，其设计包含两个主要内容：强度计算和结构设计。实际设计中，这二者互相关联、互相影响，此外，轴在减速箱体中的装配位置、轴上零件的结构及装配都会直接影响轴的结构及强度，因而齿轮轴的设计十分复杂，一直是减速器设计中的“瓶颈”。本文的研究在于探讨开发实用程序，实现减速器齿轮轴设计的自动化，使轴的强度计算、结构设计、工作图绘制一体化，真正体现计算机辅助设计系统的特点，从而提高产品设计效率和设计质量。我们在AutoCAD2000的平台上，以ObjectARX作为开发工具，充分利用Visual C+可视化编程、便于交互等特点，以及AutoCAD2000强大的二维、三维绘图功能，将传统设计与计算机技术有机结合，使减速器设计的“瓶颈”问题得以较好解决。 2 齿轮轴的力学模型建立齿轮轴的力学模型，是实现减速器齿轮轴的设计自动化关键之一。首先我们对实际减速器的受力情况进行分析。图1 减速器简图图1是一个比较典型的圆锥一圆柱齿轮减速器，其上有三个齿轮轴，每个轴均由两个轴承支撑在箱体上，轴的结构及受力各有特点：I轴两端外伸，轴两端分别安装有锥齿轮、联轴器(或带轮)，锥齿轮端受到II轴传来的轴向力及切向力，联轴器端与原动机相连，接受原动机输人的扭矩；II轴两端简支无外伸部分，两支撑之间安装有两齿轮，齿轮分别受到I轴、III轴传来的轴向力及切向力；III轴一端外伸，外伸端通过联轴器(或链轮)与工作机相连，将动力输出。考察各种不同的减速器，其轴的受力情况主要有这样三种形式。三种形式的受力简图如图2所示。圈2 轴的三种受力简图分析这三种轴的受力情况，根据力学原理，进行归纳整理，表达在空间直角坐标系XYZ中，如图3所示。图3轴的力学模型其中，轴的B支座处设为坐标系原点，沿轴线方向设为X轴，垂直于轴线的方向设为Y轴和Z轴，从而构成减速器齿轮轴受力模型。在受力模型上，分布有以下几种载荷：垂直方向集中力(Fy1,Fy2)及力矩(My1,My2)、水平方向集中力(Fz1,Fz2)及力矩(Mz1,Mz2)。垂直支反力(Rva,Rvb)、水平支反力(Rza,Rzb)、轴上扭矩T1、T2等。轴上各点力的大小不同，可演化成不同类型的受力轴：若C处各力为0，则形成I类型的受力轴；若A、E处各力为0，且C处力分解为两个力，则形成II类型的受力轴；若E处各力为0，则

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