大直径桩基础工程成孔钻具设计【全套11张CAD图纸+毕业论文】

大直径桩基础工程成孔钻具设计

40页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+11张CAD图纸【详情如下】

中心齿轮.dwg

主轴图.dwg

任务书.doc

内齿圈.dwg

双联齿轮.dwg

大直径桩基础工程成孔钻具设计开题报告.doc

大直径桩基础工程成孔钻具设计论文.doc

太阳轮.dwg

爆炸图.dwg

行星架.dwg

行星齿轮.dwg

调研报告.doc

进展情况记录.doc

钻具装配图.dwg

钻杆齿轮.dwg

钻筒.dwg

附录.doc

目录

第1章 前言 ………………………………………………………………… 1

第2章 概述 ………………………………………………………………… 3

第3章 设计中要考虑的问题和方案 ……………………………………… 4

第4章 行星齿轮设计 ……………………………………………………… 8

 4.1行星齿轮的特点 ………………………………………………………… 8

 4.2行星齿轮的设计计算 ……………………………………………………  9

 4.3行星齿轮均载装置 ……………………………………………………… 18

第5章 钻杆齿轮设计 ………………………………………………………20

第6章 钻杆回转驱动齿轮设计…………………………………………… 22

第7章 钻具的设计  ……………………………………………………… 24

第8章 主钻头的设计  …………………………………………………… 27

第9章 主轴的设计 …………………………………………………………29

9.1主轴的结构设计    …………………………………………………………  29

9.2主轴的校核 …………………………………………………………  30

第10章 泥浆循环系统的设计  ……………………………………………32

设计总结   ………………………………………………………………… 35

参考文献  ……………………………………………………………………36

致谢  …………………………………………………………………………37

摘要

本次毕业设计完成了大直径桩基础工程成孔钻具I型钻具总体设计。设计内容包括行星齿轮传动部分的设计、钻具的设计、主轴的设计以及泥浆循环系统的设计等几个主要部分。同时，本设计在AutoCAD的基础上，完成了该型钻具的总装图和绝大部分零件图的绘制。设计后的钻具配套功率小，既能够产生旋转运动又能产生冲击运动，且利用气举反循环排渣快速成孔。

关键词：成孔钻具；行星运动；旋转冲击；气举反循环排渣

ABSTRACT

The graduate design presents the collectivity design of I type drill hole machine,which can make a big diameter stake of substructure .The design contents include the main parts of the following,which are the spread of the planet wheel gear,drill facility,the principal spindle and the slurry circle system.Besides, it has finished the assembly drawing of the drill machine and also most of its part drawings based on the AutoCAD.As a result,the drill machine with a small power which not only could circumgrate movement, but also could impact movement,and could aliminate the dregs with air anti circulate. So it can quick drill the hole.

Keywords: hole drill machine；planet movement；circumgyrateimpact；aliminate the dregs with air anti circulate

1、采用弹簧蓄能，增强间歇锤的冲击破石能效。由于该机械间歇锤难能产生高频大幅的冲击运动，每次冲击破石也不在一固定点，而对于脆性的岩石面的破碎，也数首次的冲击破碎效果最佳，所以必须保证每次冲击的能量足够大。如采取加大锤重和行程的办法，则钻具空间有限，冲击频率会更降低，也与轻型化设计要求不相适应，仅自由落体能量是远远不够的。解决方案可采用加簧的蓄能锤，从而有效保证钻具的破石能力。

2、解决冲击碎石功能的第二种方法。冲击碎石能量的输入、传递和转换的问题，这是一个涉及本钻具是否有实用价值的关键问题。为了提高刃具在大粒径砾石层和岩石层等特殊地质条件的成渣能力，加强刃具冲击碎石能量的输入、传递和转换，是解决问题的关键。为此还可采取“气动力冲击盘锤”的概念解决。即利用星动齿轮组以上钻架圈以内的空间，在上钻架圈设置“气动力缸”，在三个星形轮钻杆群上，再设置联体的“冲击动盘”,汽缸与动盘体间弹性且滑动约束。压缩空气驱动“气动缸”使“冲击动盘”往复连动,其能量通过“冲击动盘”向其下面的钻杆群传递和作用，以提高和强化冲击碎石的频率和能量，从而充分发挥刃具复合运动（扭掰撬削等效应）的作用，确保“星动钻具”适应硬岩地质条件的成孔能力。气动冲击的排气可作为气举排渣动力的利用和补充。

3、为有利于成孔垂直度的控制，根据需要星形齿轮及托盘可采取适宜的圆锥形布置设计，但将会加大机械设计和加工的难度。另外，主轴（排渣管）的端头要求能安装绞削式刃具或小径牙轮中心钻头，以适应在不同地质条件下，有利于稳定成孔中心位置和控制钻进面均衡程度。

4、配套采购标准部件，以减少设计和生产的工作量以及投入。如：Ⅱ型结构中的“万向传动结”，可采购汽车标准配件设计配套。

5、增加泥渣拢耙功能和适配泥渣分离器以及排渣动力。能否及时的排空出渣，直接影响着钻具的安全稳定运行和成孔效率。所以需要在托板上以主动轴为圆心，分别围绕星形齿轮一侧，安装三条带状螺旋机构，以将渣土实时拢耙集中在中空轴孔中排出。对于反循环排渣，要求压缩机或泥浆泵功率相匹配，且及时和充分的分离泥渣，返回泥浆确保施工泥浆面高度。另外气升排渣除需解决气体密封问题外，还需在气道安装活门，解决意外停机时泥渣反流沉淀堵塞气管的问题。

6、保证Ⅰ型结构的钻杆，具有一定的轴向弹性自由度。为保证间歇锤对钻杆的冲击能完全传递到刃具尖部，从而充分作用于岩石面，另外在刃具未触及到孔底面，而升举钻杆使螺旋间歇机构足以生效时，不使钻杆轴产生间歇运动的举力，都必须使钻杆在第4章 行星齿轮设计

4.1行星齿轮传动的特点：

行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。它的最显著的特点是：在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器，增速器和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。

行星齿轮传动的主要特点如下:

（1）体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大    由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构紧凑。再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容积体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮的1/2～1/5（即在承受相同的载荷条件下）。

（2）传动效率高    由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.97～0.99。

（3）传动比较大，可以实现运动的合成与分解    只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑﹑质量小、体积小等许多优点。而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。

（4）运动平稳、抗冲击和振动的能力较强    由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀的分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。

总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高（类型选用得当）等优点。因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械、轻工机械、石油化工机械、机床、机器人、汽车、坦克、火炮、飞机、轮船、仪器和仪表等各方面。行星传动不仅适用于高转速、大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已获得了应用。它几乎可适用于一切功率和转速范围，故目前行星传动技术已成为世界各国机械传动发展的重点之一。

行星齿轮传动的缺点是：材料优质、结构复杂、制造和安装较困难。但随着人们对行星传动技术进一步深入地了解和掌握以及对国外行星技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。

因此，对于行星齿轮传动的设计者，不仅应该了解其优点，而且应该在自己的设计工作中，充分发挥其优点，且把其缺点降低到最低限度，从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置。

4.2行星齿轮传动的设计计算：

1.选取行星齿轮传动的传动类型和传动间图

根据本设计方案选用的传动类型为2Z-X(A)型啮合。其传动简图为：设计总结

本次设计的目的是为了系统地把大学中所学的专业知识连贯起来应用于实际当中，来解决生产实际问题，从而锻炼我们的分析问题和解决问题的能力，从而设计出满足要求的机械产品。

本次设计圆满完成了大直径桩基础工程成孔钻具I型钻具总体设计。其主要内容包括齿轮传动部分设计、钻具的设计、主轴的设计以及泥浆循环系统的设计四个部分。

第一部分齿轮传动部分设计特别是行星齿轮传动的设计是本次设计的关键。此部分是在机械传动学的基础上来进行设计的，确定了行星齿轮传动的传动类型，进行了齿轮的配齿计算，计算出了齿轮的主要参数和几何尺寸，进行了装配条件的验算，计算出传动的效率，并对其进行了结构设计和传动的强度验算。由于其均载装置太复杂，我只选定了其采用中心轮浮动的均载方案。

第二部分钻具的设计也是本设计的关键部分，课题要求钻具既产生回转运动又产生轴向冲击运动。其回转运动由传动齿轮来提供，而轴向冲击运动，我参考流体推杆高能冲击锤的工作原理后，采用了冲击汽缸来进行轴向冲击运动。其冲击缓冲后的高压气体通过钻杆上的中心孔由小钻头排出，这就为排渣准备了气体来源。

第三部分主轴的设计，该部分先拟订轴上零件的装配方案和零件的定位，既轴的结构设计，后对轴进行了强度校何。由于安装其上的齿轮尺寸较大，轴与齿轮都采用键联结。轴的下端与中心牙轮钻头的联结，采用将牙轮钻头的基座焊接在轴上，再将牙轮钻头用螺钉联结起来，这样便于牙轮钻头的拆卸和维修。

第四部分泥浆循环系统的设计，该部分的设计是在已有泥浆循环系统的基础上进行选用和改进。由于本钻具要求的钻进深度超过50m，排渣方案选定为气举反循环排渣，这样钻具可以一边钻进一边排渣，提高了工作效率，降低了钻孔成本。

本人在这次设计中最大的感受是：理论与实践必须相结合，只有将正确的理论应用于实践中，才能真正发挥理论的价值，才能更深刻地了解和掌握理论的真正内涵；要作到理论与实践相结合必须有一定的理认基础和丰富的实践经验，在这方面，我很欠缺，还在待于在日后的进一步学习和工作中来弥补和提高，此外，设计工作是一项繁重的工作，必须具有严谨细致的工作作风和顽强的决心和毅力

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