气动锚杆钻机说明书

1、河北工程大学毕业设计摘要目前，国内生产的锚杆钻机无论从技术上还是质量上都落后丁某些发达国家，所以对锚杆 钻机的理论研究尚需进一步深化，钻机的质量需进一步提高。本文全面、系统、深入地分析了气动锚杆钻机的工作原理、齿轮马达运动的特性，对 气动锚杆钻机组成元件进行设计分析，提出气动锚杆钻机设计的基本思路和方法，并对气 动锚杆钻机的回转部分进行了详细的设计校核，利用 PROEt其进行建模和仿真。本文根据流体力学和气压传动原理，分析了齿轮式气动马达的结构和特点，本文还分 析了气动式锚杆钻机产生噪声、油雾的机理，探讨了消除噪声和油雾的途径和方法，研制 了具有消除排气油雾和减小噪声双重功能的多机理除油雾消音

2、器，消音器性能良好，能很 好地满足设计要求和使用要求。关键词:气动锚杆钻机、齿轮马达、回转部分、强度校核、消音器、支腿、操纵臂、建模、仿真2ABSTRACTAt present, the domestic production of the jumbolter no matter from technology and quality are behind some developed countries, so the jumbolter to the study of the theory of the pending further deepening, the quality of t

3、he drilling rig to further improveThis paper, system, a further study on the working principle of the jumbolter pneumatic, gear motor sports characteristics, the jumbolter to pneumatic components design analysis, it puts forward the jumbolter pneumatic design basic idea and method, and the jumbolter

4、 to pneumatic rotating parts of detailed design respectively,Using PROE the modeling and simulation.In this paper, according to the principle of fluid mechanics and pneumatic transmission, this paper analyzes the gear type structure and characteristics of the pneumatic motor, this paper also analyze

5、s the pneumatic type the jumbolter to produce noise, the mechanism of oil mist, and probes into the oil mist eliminate noise and the way and the method, developed with dispels exhaust oil mist and reduce the noise of the double function mechanism in addition to more oil mist muffler, muffler perform

6、ance is good, can well meet the design requirement and the use requirement.Key words: Pneumatic anchor rigGear motorRotary bodyStrength checkMuffleroutriggerManipulating armmodeling simulation河北工程大学毕业设计目录摘要IIIABSTRACT.第一章绪论11锚杆钻机简介 11.1锚杆支护的作用及意义 11.2锚杆钻机的发展与现状 11.3我国煤矿用锚杆钻孔设备存在的主要技术问题 21.4本课题研究的主要内

7、容 4第二章气动锚杆钻机总体方案的研究与设计 52.1设计方案的确定 52.1.1推进方案的确定 52.1.2动力机构方案的确定 62.1.3操纵机构方案的确定 82.2工作原理 92.3性能参数指标 10第三章气动锚杆钻机的结构设计103.1整体结构及参数的确定 103.2回转部分的设计及强度计算 113.2.1减速机构设计 113.2.2气动马达的参数确定 333.2.3消声器的设计 353.3支腿部件设计 353.3.1结构设计 353.3.2支腿材料的分析与选择 363.3.3支腿的结构设计 373.4操纵臂设计 373.5整机结构 37第四章PROEB模及仿真 384.1 PrOEn

8、ginee瞅件简介 384.2 PrOEnginee嗽件主要特性 384.3 PROE 建模 394.4 PROE 装配 514.4 PROE 仿真 55iii河北工程大学毕业设计第五章气动锚杆钻机使用维护说明595.1适用范围及型号定义 595.1.1 适用范围简介 595.1.2型号定义 595.2性能参数 605.3使用条件 605.3.1压缩空气 605.3.2冲洗水 615.3.3 润滑 615.4作业前检查 615.5钻锚杆孔作业 625.6搅拌和安装IS杆作业 625.7作业之后 625.8其他操作注意事项 62第六章结束语6365参考文献： 64致谢V河北工程大学毕业设计第一章

9、绪论1锚杆钻机简介1.1锚杆支护的作用及意义锚杆支护作为地下工程的一种新型的支护型式，目前已成为欧美和澳大利业等先进采 煤国家煤矿井下的主要支护方式。美国煤矿房柱式开采几乎全部采用锚杆支护，长壁开采 的巷道80嘛用锚杆支护，澳大利业90%勺煤矿巷道采用锚杆支护。50年代末，锚杆支护就在我国少数煤矿得到利用，但是由丁对其认识不足，特别是缺 乏对其支护机理的全面认识，在煤矿的应用始终得不到推广。七十年代以后，在引进国外 先进的采煤和掘进设备的同时，乂片面强调了欧洲、美国的采煤模式，把钢架支护作为煤 矿的主要方向加以推广。八十年代起，人们对锚杆支护有了重新认识，开始在煤层顶板比 较稳定的巷道中使用，

10、如七台河、大同、双鸭山等矿区，继而逐步在地质条件比较复杂的 煤矿也得到了应用。如在新汉、徐州等矿区巷道围岩稳定性较差的地方；在龙口、平庄等矿区“三软”条件下顺槽的锚杆支护和锚梁网支护等。至今，几乎在全国各大矿区都不同 程度地应用了锚杆支护技术。煤矿巷道锚杆支护技术在改善支护效果，降低支护成本，加快成巷的速度，减少辅助 运输量，减轻劳动强度，提高巷道断面利用率等方面有着十分突出的优越性，对我国煤矿 的技术进步和经济意义是十分巨大的。原煤炭工业部丁 1996年将煤巷锚杆支护技术列为“九五”五大科技攻关项目之一， 攻关内容包括锚杆支护机理的研究、锚杆设计方法、锚杆材料、监测仪器、支护工艺、快 速掘进

11、和锚杆钻机等六个方面。我国锚杆钻机的发展较晚，虽然从六十年代就开始了研制，但一直处丁缓慢发展和低 水平重复的阶段。至今为止，尚无比较完善的锚杆钻机设计理论。因此，研究适应我国煤 矿的新型、高效、结实可靠、使用方便、维修简单的锚杆钻机，是我国锚杆支护技术中急 待解决的问题。1.2锚杆钻机的发展与现状从结构型式上，锚杆钻机可以分成台车型、机载型和单体型三大类。由丁台车型锚杆 钻机（亦称锚杆钻车）和机载锚杆钻机具有功率大、钻孔能力强、功能齐全、适应范围广、可自带动力、操作安全等优点，所以在国外应用较多，如瑞典Alas-Copco公司、芬兰Tamrock 公司以及法国SECOM余司生产的锚杆钻车。但这

12、两类锚杆钻机操作复杂，维护成本高， 一次投资成本也大，因而在国内使用较少。目前在巷道锚杆支护中，大量采用的是单体锚 杆钻机。它具有结构简单、使用方便、移动灵活、适合手工操作等优点。从机型结构上分， 单体锚杆钻机可分为架柱式、手持式和支腿式三种。架柱式锚杆钻机机身固定在巷道顶、 底板与侧帮之间，由推力装置将钻机沿导轨推进，实现钻孔。这种架柱式锚杆钻机整机重 量较手持式锚杆钻机和支腿式锚杆钻机大，操作不方便，如国内MZ系列液压锚杆钻机，国外美国VITOR公司生产的液压钻机等。手持式锚杆钻机与支腿式不同，它没有推进系统， 适丁煤巷侧壁的使用，如：澳大利业CRA/司、眼镜王蛇公司生产的帮锚杆钻机，国内

13、煤 科总院研制的ZQS-50帮锚杆钻机。支腿式（手扶）锚杆钻机是目前煤矿中锚杆钻机应用的主流，这种钻机使用的灵活性优 丁架柱式，按动力上进行分有电动、液压和气动三种型式。电动锚杆钻机的回转钻削直接由电动机驱动，不需要二次能量转换，设备效率高。但 受电机重量的限制，一般输出功率较小（2-3KW ）,支腿的推进需要采用另外动力源，且电 机容易受潮，故障率高，同时也不很安全，故目前实际应用较少。液压支腿式锚杆钻机带有分体的专用液压站，由它提供的动力液驱动回转切削用的液 压马达和推进用的液压油缸，操作系统通过液压阀组实现对转速、扭矩和推进力的控制， 这种钻机输出功率大，但主机重量较重，效率较低，维修相

14、对困难。气动锚杆钻机是目前国内外大力发展的一种机型，应用前景非常广泛。最初，井下曾 使用气动凿岩机来钻凿锚杆孔，但由丁打顶眼困难、钻孔质量差、钻进速度低、劳动强度 大，因而专用的气动锚杆钻机便受到人们的重视。国内在八十年代中期开始采用叶片式气马达，如 ZQ娘列，M10系列，目前这两种系 列都停止生产。九十年代后期生产的MFC300舌塞式气动锚杆钻机，由丁故障率高，维修困难，也慢慢退出市场，而齿轮式马达结构简单，制造成本较低，加之性能控制相对稳定， 故障率较低，操作、维护和维修也相对简单，因而在我国得到大力发展。1.3我国煤矿用锚杆钻孔设备存在的主要技术问题1. 开发的品种多，但性能适宜、可靠性

15、高的产品不多目前我国已开发了 40多种型号的锚杆钻机，但适丁井下使用且可靠性较好的只有 3-4 种产品，当前正式投入使用的仅占已开发产品总数的10%£右。目前锚杆钻机技术发展状况有以下基本特点：(1) 单体气动回转式锚杆钻机是锚杆钻机产品的主流，在齿轮式、柱塞式和叶片式三种 类型气马达中，叶片式马达已基本淘汰，齿轮式马达与柱塞式马达在扭矩转速特性、不同 气压下的性能、噪声特性、机重、对润滑的要求与抗污染等方面各有优缺点，在不同使用 条件下都有各自的市场，总的来说，国产气动锚杆钻机的水平在逐步提高，齿轮气马达式 锚杆钻机已基本能代替进口产品，但玻璃钢支腿等部分的可靠性应进一步提高，柱塞

16、马达 式锚杆钻机尚处丁小批量生产阶段，尚需进一步考核。(2) 液压锚杆钻机输出的扭矩高丁气动锚杆钻机，在某些场合下应用较好，与掘进机配 套是较优越的工作方式，从目前已正式投入使用的支腿式液压锚杆钻机来看，钻机输出扭 矩仍然偏低，液压系统容易发热。由丁以矿物油为工作介质，在煤矿井下使用中存在安全 隐患。(3) 电动锚杆钻机的输出特性较差，钻孔速度较低，电机可靠性及防水性能存在严重问 题，尚无良好的推进方式。因此，尽管已鉴定了多种电动锚杆钻机，但近期尚难大量用丁 井下锚杆支护。2. 锚杆钻机产品制造、使用管理不规范，很多产品难以在井下连续使用锚杆钻机的可靠性与产品设计、制造、使用等因素有关，目前来

17、说，锚杆钻机实际利 用率不高的主要原因是产品本身的可靠性问题，但使用中存在的问题也不容忽视。(1) 锚杆钻机产品可靠性不高主要来自产品设计不成熟与加工质量不高，有的锚杆钻机 因性能盲目改进，参数确定不合理，从投产起在井下工作无力，产品性能提高缓慢，有些 产品的生产过程无可靠的质量保证体系，部件质量无法保证，乂缺乏必要的检测手段，产 品性能与质量无法控制，自然影响井下长期使用，近年来，煤炭系统正式鉴定的锚杆钻机有23种型号，但在煤矿井下正式使用的只有 2-3种，其主要原因是成果质量不高乂没有 做技术鉴定后的后续工作。(2) 锚杆钻机与钻具的产品管理问题严重，伪劣产品进入市场有可乘之机，锚杆钻机与

18、 钻具有一定技术含量，但结构并不十分复杂，很多人看好煤矿锚杆支护量大面广的市场， 有些人受经济利益驱动，不按国家与煤炭行业标准生产，产品性能与可靠性低劣，使煤矿 无法正常使用，有的厂家虽已批量生产锚杆钻机与钻具，但采取不正当手段推销产品，对 销售的产品不负质量责任，煤矿用户常常不知道有哪些技术标准与锚杆钻机、钻具有关， 盲目相信厂家的“广告”，采用未经技术鉴定与法定检验的产品，或购买不合格产品，致 使企业遭受不必要的损失。(3) 钻头是回转式锚杆孔钻进设备的重要钻具，钻头型式、国产硬质合金片的性能，影 响钻头的应用范围，目前，普通硬质合金的岩石钻头主要适用丁贞岩、砂贞岩及部分砂岩 磨蚀性不高的

19、砂岩，寿命为30m左右-高丁常规钻头价格50%勺国产优质合金钻头，可以钻 进抗压强度60-80MPa的中等磨蚀性岩石，寿命可达 25-30m,然而，相当多的生产厂家因 受经济利益驱动，不按标准要求组织生产，硬质合金质量低劣，工艺技术不高，产品寿命 只有10-20m,甚至是5-10m。1.4本课题研究的主要内容本设计力图开发一种适合煤矿掘进用的新型锚杆钻机，要求结构简单，操作简便，重 量轻，移动方便，适应性强，便丁运输和安装。在设计中要严格执行国家煤炭行业相关规 程、规定和技术标准，确保设计符合质量要求。本课题整个研究内容分以下几个方面：(1) 气动锚杆钻机总体方案的研究与设计;(2) 气动锚杆

20、钻机的结构设计；(3) 气动锚杆钻机使用维护说明；58第二章气动锚杆钻机总体方案的研究与设计2.1设计方案的确定2.1.1推进方案的确定一、气缸的选择气动执行元件与液压执行元件相比，具有如下的特点 ：(1 )气动执行元件的运动速度快，工作压力低，适用丁低输出力的场合。能正常工作 的环境温度范围宽，一般可在 35C +80C(有的甚至可达+200C的环境下正常工作)(2)相对机械运动来说，气动执行元件的结构简单，制造成本低，维修方便，便干调 节其输出力和速度的快慢。另外，其安装方式、运动方向和执行元件的数目，乂可根据机 械装置的要求由设计者自由选择。特别是制造技术的发展，气动执行元件已向模块化、

21、标 准化发展。借助丁计算机数据传输技术发展起来的气动阀，使气动系统的接线大大简化。 这就为简化整机结构设计和控制提供了有利条件。二、气缸结构和安装方式的选择气缶工的种类很多，一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分 类。按压缩空气作用在活塞面上的方向可以分为单作用气缸、双作用气缸和特殊气缸等 按结构特征则可以分为柱塞式、活塞式、薄膜式、套筒式等；按安装方式的不同则可以分为固定式、轴销式等。结合要设计的气动支腿式帮锚杆钻机的推进机构对运动和结构的要 求，选择单作用套筒式(即伸缩式)气缸，工作时气缸的一端固定，另一端自由。伸缩式气缸与其他类型的气缸相比，具有如下的优点 ：(1)

22、伸缩气缸工作时行程可以相当长，不工作时整个缸的长度可以缩的较短；(2) 伸缩缸逐个伸出时，有效工作面积逐渐减少。因此，当进气量相同时，外伸速度 逐次增大，当负载包定时，气缸的工作压力逐次提高 ；(3) 单作用伸缩缸的外伸依靠气压，内缩依靠自重或负载的作用。因此，多用丁垂直 放置的场合。缸筒的安装由内到外为三、二、一级，外缸筒二各缸筒的外导向部分装有密封圈，防 止气体泄漏。内、外导向套均与各级缸筒加工成一体。当一级缸筒上升到全部伸出时，一 级缸筒的外导向部分与外缸筒的内导向部分相遇，带动二级缸筒上升，三级缸筒的上升同 理。2.1.2动力机构方案的确定一、马达的选择气马达是把压缩空气的压力能转换成

23、连续回转运动的机械能的气动执行元件。气马达 与油马达相比，其具有油马达所没有的特点：即气马达在长时间的满载工作时，温升较低。 一般使用的4-8kg每平方厘米的低压输气管也比高压油管便宜，经济性比油马达有优势， 使用费用较低。由丁空气的可压缩性与气马达的工作转速随负载而降低。气马达和电动机相比，有如 下的特点：(1) 工作安全，适用丁恶劣的工作环境。在易燃、高温、振动、潮湿及粉尘等不利 条件下都正常工作。在具有爆炸性瓦斯的工作场所，无引起爆炸的危险，同时不受震动与 高温的影响；(2) 可以无级调速。只要控制进气阀的开闭程度即控制气体流量就能调节马达的功 率；(3) 有过载保护作用，不会因过载而发

24、生烧毁二过载时气马达会降低速度或停车， 当过载减少时即能重新正常运转；(4) 能够实现正反转，气马达回转部分惯性矩小，所以能快速启动和停止。只要改 变进排气的方向，就能实现输出轴的正转和反转的转换；(5) 具有高的起动力矩，可以直接负载起动，起动、停止迅速；(6) 满载连续运行，由丁压缩空气的绝热膨胀的冷却作用，能降低滑动摩擦部分的 发热，因此气马达可在高温环境中使用。在长时间满载连续运行时，其温升较小；(7) 功率范围及转速范围较宽，气马达功率小到几白瓦：大到几万瓦，转速可以从 0-25000r/min 或更高；(8) 操纵方便，维修简单；(9) 功率较低。除此之外汽马达得到正确良好润滑后，

25、它可在 2次检修期间实际运转2500-3000h。根据其性能来看气马达应用丁以下场合：需要安全、无级调速、经常改变旋转方向、 起动频繁以及防爆、负载起动、有过载可能的场合。当要求多种速度运转、瞬时起动和制 动或可能经常发生失速和过负载的情况时采用气马达要比别的类似设备价格便宜，维护简 单。因此气马达广泛应用丁矿山机械中。基丁以上气马达与油马达及电动机相比所具有的各种优点，在本产品的设计中选用了 气马达马达按结构形式可分为叶片式、活塞式和齿轮式 3类。其性能、特点比较如表 2-1根据表2-1中性能比较，本产品采用了齿轮式气马达。这是由丁齿轮式气马达与其他 类型的气马达相比，具有体积小、重量轻、结

26、构简单、对气源质量要求低、耐冲击及惯性 小等优点，非常适合应用丁矿山机械。性能类别齿轮式叶片克转矩较小天小效率低高较低全吉松1简单、易加工复杂、 难力n工较简单、较易加工单位功率 机重轻重较轻抗污染 能力强差较差寿命长较短蝮嗓声高1氐表2-1齿轮式、柱塞式、叶片式3种气马达性能特点比较、传动系统方案的确定传动系统方案如图2-1所示，动力由马达齿轮3输入，经过减速箱后，由主轴 6将动 力传递给钻杆。传动路线为:马达齿轮3-马达输出齿轮4-初级被动齿轮2-齿轮轴1- 次级被动齿轮5-主轴6。减速箱采用同轴线式，即输入轴与输出轴的轴线在同一直线上。 这种型式减速箱箱体长度小，结构紧凑。I .齿轮轴2

27、,初级搬劫齿轮3.马达齿轮 土马达输出齿轮5；次级被动齿轮 h主轴图2-1减速器传动系统图三、消声器的选择噪声是众所周知的公害之一。它损害人的听觉，影响人的健康和工作，严重时还会造 成各种意外事故。所以噪声问题已日益引起重视并把它作为改善劳动条件和保护环境的重 要内容之一。使用消声器消除噪声的主要措施是吸声。吸声使用吸声材料，如玻璃棉、矿渣棉等装 饰在容器的内壁，或敷设在管道的内壁上，将噪声吸收一部分，从而达到降低噪声的目的。本产品使用的阻性消声器是利用在气流通道内表面的多孔吸声材料来吸收声能。其结 构简单，能在较宽的高频范围内消声，特别是对刺耳的高频声波有突出的消声作用，但对 低频的消声效果

28、较差。2.1.3操纵机构方案的确定一、气阀和水阀的选择(1) 开关方式的选择该气动支腿式锚杆钻机有l个主气阀、l个气腿阀和l个水阀，都采用了人力控制阀。 在单体式气动锚杆钻机中一般用人力控制阀直接操纵气动执行元件。水阀和气腿阀都采用了拨动式开关。这是因为拨动式开关的操纵方式具有定位性能即操作力除去后仍能保持阀的工作状态不变。而这 2个阀在工作开始之前需要打开，以进气 和进水，但是在工作过程中需要稳压，拨动式手动阀能很好的解决这个问题。其阀芯结构 基本上和机控阀相同。马达进气阀开关采用了压柄式。可以根据工作需要，控制进气量的大小。(2) 控制阀原理的选择气腿阀原理图如图2-2采用二位三通阀，手动

29、换位，弹簧复位的形式，P 口接高压气， T 口接大气，A 口接气腿气路。左位机能接通 P、T 口，高压气排入大气。右位机能接通 P、 A 口 ,高压气进入气腿气路。主气阀原理图如图2-2采用二位二通阀，手动换位，弹簧复位的形式。P 口接高压气， A 口接马达气路。左位机能将两口断开，高压气无法进入马达气路。右位机能接通两口， 高压气进入马达气路。水阀原理同主气阀。P 口接水接头，A 口接冷却水水路。气腿的排气阀采用快速排气阀二快速排气阀安装在靠近气腿气缸排气口，使气缸快速 排气，达到提高生产效率的目的。二、油雾器的选择气动系统中所用的许多元件和装置都有运动部分。为使其能正常的工作，需要进行润

30、滑。然而，以压缩空气为动力源的气动元件运动部分都构成密封的气室，不能用普通的方 法注油，只能用某种特殊的方法将油注入气流带到需要润滑的部位。因此，必须在空气管 路中设置特殊功能的元件，使普通的液态油滴雾化成细微的油雾进入高压气，随气流输入 到运动部位。油雾器就是这样一种特殊的给油装置。当压缩空气流过时，它将润滑油喷射 成雾状，随压缩空气一起流进需要润滑的部件，达到润滑的目的。使用油雾器有以下优点：油雾可输送到任何有气流的地方，且润滑均匀稳定。气 路一接通就开始润滑，气路断开就停止供油。可以同时对多个元件进行润滑。油雾器的主要特性参数有流量特性和起雾流量 2个参数，他们是选用油雾器的主要依 据。

31、流量特性是指压力降流量特性，即油雾器的进口压力在规定值时，其输出空气的流量 与出口侧的压力降之间的关系；起雾流量是指进口压力在规定值、润滑油在正常工作油位， 滴油量每分钟5滴时流过的空气流量。对丁一定的进口压力而言，起雾流量越低说明油雾 器在小流量工作时润滑油的雾化性能越好。2.2工作原理如图2-2所示，压缩空气经过滤器、注油器、滤网 J进入操纵臂部件的阀块。手压 扳机，开启马达控制阀，压缩空气驱动齿轮式气马达，输出齿轮经两级减速，带动主轴顺 时针方向旋转。转动旋钮开启气腿控制阀，压缩空气经快速排气阀进入气腿上腔，气腿伸 长。当关闭气腿控制阀，气腿上腔余气即从快速排气阀放空，气腿靠钻机重力回落

32、。转动 旋钮开启水控制阀，冲洗水即经滤网、水阀、水套、主轴内孔进入钻杆，冲洗钻孔。手动 调节各阀的开启量，即可调节转速，推力或水量。图2-2气动锚杆钻机工作原理图2.3性能参数指标根据我国煤矿井下巷道和地下工程实际情况，要求气动锚杆钻机既可钻顶板锚杆孔， 也可钻顶板锚索孔，还可以作为树脂药卷类的锚杆，锚索搅拌和安装设备，不再需要其它 辅助设备，实行螺母一次性旋紧，达到一次性初锚预紧力的要求。确定气动锚杆钻机的输 出参数为：最大功率1.0-3.OKW最大功率时转矩50N.M最大功率时转速230-250r/min推进力6-8KN上述气动锚杆钻机性能参数，既能满足现场的使用要求，乂能最大限度地利用钻

33、机的 功率，并尽可能地降低钻机的重量，改善煤巷支护的劳动条件。第三章气动锚杆钻机的结构设计3.1整体结构及参数的确定气动锚杆钻机由回转切削机构、推进机构和操作机构三大部分组成。回转切削机构由回转器总成、消声器总成、护圈总成三部分组成，包括马达、齿轮箱、 超越轴承、主轴、水套、消声器等零部件。推进机构包括支腿、固定套两大部件。支腿部分由三级气缸组成，通过固定套与回转 机构连接，气缸下部装有顶锥，作业时顶锥顶住地面。支腿气缸及固定套均由非金届材料 制成，强度高，重量轻，耐腐蚀，阻然、抗静电。操纵部分由阀体、操纵杆两大总成组成，包括注油器、三通阀、操纵杆、手把架等零 部件，三通与固定套连接，通过操纵

34、开关、水、气旋扭控制马达阀、水阀、支腿气阀。根据我国煤矿煤巷锚杆支护的大部分巷道顶板岩石硬度为f < 5,锚杆钻孔直径为28-30mm确定该气动锚杆钻机的输出参数为：额定压力：0.5MPa；额定转速：240r/min ;额定转矩：50N.g 最大负载转矩：120N.m； 推进力：6.2kN该气动煤帮锚杆钻机适用丁矿山企业，特别是巷道岩石硬度v f4的、巷道高度1.6米一3.6米的锚杆支护的岩巷、半煤巷、煤巷的临时支护和永久支护。它主要完成钻孔、安 装锚杆、搅拌药卷、紧固螺母等项工作。3.2回转部分的设计及强度计算回转切削机构是气动锚杆钻机的核心， 它由气动马达、减速机构、消音器三部分组成

35、 它的输出是转矩与转速，是由气动马达的输出特性决定的。3.2.1减速机构设计减速机构采用齿轮传动，传动效率七0. 98 0. 99 0. 97 = 0. 9412 = 0. 99 0. 97 = 0. 9603% x 七=0. 941 x 0. 9603 = 0. 904。减 速比为1:17.45。Z754=5. 410Z1Z5/a231、各轴运动和动力参数计算（一）计算各轴转速n6 = 240r / minq = n6 i 2 = 240 3. 231775. 385r / minn = n1 i 1 = 775. 385 5. 4=4187. 079r / min（二）计算各轴功率P6T6

36、n69550150240 = 1.25KW9550P61. 25P1=1.33KW 0. 98 0. 97 0. 991. 33P71. 39KW0. 970. 99（三）计算各轴转矩T6 = 50N , mT6500. 941 3. 231=16. 444N mT716. 4440. 9603 5. 4=3.171N m轴名P(KW)T(N.m)n(r/min)传动比效率轴61.25502403.2310.941轴11.3316.444773.385轴71.393.1714187.0795.40.9603将以上计算参数整理成表表3-12i2（四）齿轮强度校核（一）次级被动齿轮5与齿轮轴1轮齿

37、的校核1. 齿轮的类型、材料、精度等级及主要尺寸该减速机构选用直齿圆柱齿轮传动，精度等级都为 8级，齿轮5材料为40Cr （调质），硬度为250HBS齿轮轴1轮齿材料为40Cr （齿面淬火），硬度为47HRC齿轮5齿轮轴1齿数Z2 =42Z1 = 13模数m = 1.75齿宽b2 = 18b = 21变位系数x2 = 0xi = +0.403齿数比U =芸弋=3.231分度圆直径d2 = mz = 1. 75 x 42 = 73.5d1 = mz = 1.75乂 13 = 22.75节圆直径Fd2 = ud1 = 3. 231 x 23. 068 = 74. 532Fd = 2a'/(

38、 u + 1) = 2 x 48. 8 /，=23.068.231主要尺寸如表3-2。凶竟系数b218八 s/K= = = 0. 245中 d2 d2 73. 5b121八 m/is= = = 0. 92 d1 d122.75啮合角a = 20，, a、a ' = arccos()cos a = a，48.125arccos cos 20 = 22. 0748. 8表3-22. 齿面接触强度的校核因为两啮合齿轮的齿面接触强度相等所以只校核一个齿轮即可。(1)计算齿面接触强度F1) 计算圆周速度：v = Um =八 74.532 *4°= 0.936m/ s6010006010

39、002) 计算载荷系数：根据v = 0. 936m/ s , 8级精度。由书1图10-8查得动载荷系数 Kv =°5，直齿 轮：Ks = Kf =1由表10-2得使用系数Ka = 1. 1 ；由书1表10-4用插值法查得8 级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时， KhE = 1. 04。.b 18由-=预 =4.57 , K 1.04查书1图10-13得Kf0 = 1.06。故载荷系数为K KKKK 1 1.05 10423) 由书1表10-6查得材料的弹性影响系数Ze = 189. 8MPa,查书 2 图 32.1-13 得Zh = 2. 352KT u12 1.2 50000；hZ

40、hZe2. 35 189. 9 = 566. 88MPaH 、d3 u H E 0.245 73. 53(2)计算接触疲劳许用应力1) 由书1图10-21d、e按齿面硬度查得齿轮轴1的接触疲劳强度极限a Nl. | = 1000MPaH nm 1'齿轮5的接触疲劳强度极限Q = 600MPa H nm 52)计算应力循环次数。Ni =60 n1j Lh=60 773.48512 8 3003 = 0. 678109N5Ni0.678 1099=0.2110 o3. 2313)由书1图10-19选取接触疲劳寿命系数 KhN1 = 0. 91; KHN5 = 0.97。4)计算接触疲劳许用

41、应力。取失效概率为 1%安全系数S = 1 ,得K HN1 ；了 H lim 1= 0.91 1000 = 910MPaKhN5 二 H lim 5=0. 97 600 = 582MP&因hH 5H 1 ,故符合接触强度要求。3.齿根弯曲强度校核(1)计算齿根弯曲强度2KTYYSa1)计算载荷系数K =KaKv Kf Kf:1.11.0511.06 = 1. 222)齿轮轴1YFaYSaYfs由书2图32.1-16查得Yfs=411则-F12KT¥Ma:MmZ22 1.22 16444 4. 1_=197. 42MPa0.92 1.7531323)齿轮5由书1表10-5查得Y

42、sa = 1.674YFa = 2. 37CF52KTYFaYSa1.22 50000 2. 37 1.674nd m3Z2320.245 1. 753422=208. 97MPa(2)计算齿根弯曲许用应力-f 1KfNFE取 S=1.41）齿轮轴1由书 1 表 10-18 N1 = 0.678 乂109 查得 Kfn = 0.9 ；由书 1 图 10-20d 得 uFE1 = 650MPa则% 1 =FE1 = 0.9 4650 = 417. 86MPa"壬trF ,满足要求。2）齿轮5由书 1 表 10-18 N5 = 0.21 x 109 查得 KFN5 = 0. 92 ；由书

43、 1 图 10-20 得。fe5 = 450MPa 则!5=Kfn5"=°.92 450 f5.741MPaF 5 S1.4°F5" 5,满足要求。（二） 齿轮2和齿轮轴7轮齿的校核1. 齿轮的类型、材料、精度等级及主要尺寸该减速机构选用直齿圆柱齿轮传动，精度等级都为8级，齿轮2材料为40Cr （调质），硬度为250HBS齿轮轴7轮齿材料为40Cr （齿面淬火），硬度为47HRC 主要尺寸如表3-3。齿轮2齿轮轴7齿数Z2 =54Zi = 10模数m =1. 5齿宽b2 = 18b = 29变位系数X2 = 0X1 = +0.564齿数比u =全=%=5

44、.4zi10分度圆直径d2 = mz = 1.5 x 54 = 81d = mz = 1. 5 x 10 = 15节圆直径d2 = ud1 = 5.4 x 15. 25 = 82. 35rd1 = 2a'/（ u 十 1） = 2 x 48. 8/ 6. 4=15. 25凶竟系数b218 八4= = = 0. 222° d2 d281b129. m=1.933° d1 d115啮合角a = 20, a、a ' = arccos( ) cos a = a，48arccos cos 20 = 22. 43948. 8表3-32. 齿面接触强度的校核因为两啮合齿轮

45、的齿面接触强度相等所以只校核一个齿轮即可。(1) 计算齿面接触强度1)计算圆周速度：v-d 2 n2 二 82. 35 775. 385 ,L-Ul = = 3. 343m/ s6010006010002) 计算载荷系数:根据v = 3. 343m/ s , 8级精度。由书1图10-8查得动载荷系数 匕=1. 16 ,直齿轮:Kh = K« = 1由表10-2得使用系数Ka = 1. 1 ；由书1表10-4用插值法查得8级精度，小齿轮相对支撑非对称布置时，KhE = 1.02。.b 29由R=5"07=5. 7 ' Kh日=1.02查图10-13得KfF=L02。故

46、载荷系数为K =KaKvKf：Kf: =1.1 1.161 L021.3013) 由书1表10-6查得材料的弹性影响系数Ze = 189.8MPa查书 2 图 32.1-13 得Zh = 2. 332KT u 1 7 z hZe21.301164442. 33189. 90.222813289. 9MPa(2) 计算接触疲劳许用应力1)由书1图10-21d、e按齿面硬度查得齿轮轴1的接触疲劳强度极限白H lim 7=1000MPa,齿轮5的接触疲劳强度极限汀H|.广600MPa-H lim 22)计算应力循环次数。M =60fj L» =6。N7N2 U3. 62 1099=0. 6

47、7 1095. 43）由书1图10-19选取接触疲劳寿命系数 KwHN70. 87; Khn20. 91。4）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%安全系数S = 1. 2，得KhN7H lim 70.87 1000725MPa1.2KhN2 二 Hlim 20. 91 600 =455MPa1.2因Bh壬&H 壬0h7,故符合接触强度要求。3. 齿根弯曲强度校核（1）计算齿根弯曲强度2KTYMa1）计算载荷系数K = KaKvKfK： =1.1 1.16 1 1.02 = 1.3012）齿轮轴7YFaYSa张由书2图32.1-16查得Yfs = 3. 95 0则-F72KTYaYSa

48、R mZ22 1 301 3171 3 952= 49.95MPa1.933 1.531023）齿轮2由书1表10-5查得YSa=1.712YFa = 2. 304-F22KTYFaYSa气 m3Z22 1.301 16444 2. 304 1. 712=77. 23MPa0. 222 1.53542（2）计算齿根弯曲许用应力L|KfN。FEF 厂取S=24187. 07912 8 3003 j： = 3. 621091) 齿轮轴7由书1表10-18 N7 = 3.62 x伸查得Kfn7 = 0- 83；由书1图10-20d得心FE7=650MPa!7 = Kfn7 ；FE7 = 0.83 6

49、50 = 269. 75MPaF 7 S2"7 < &F 7,满足要求。2）齿轮29由书 1 表 10-18 N2 = 0. 67 X 10 查得 KfN2 = 0. 9 ;由书 1 图 10-20 得。FE2!2 =KFN2；FE2 = 0.945°= 202.5MPaF 2 S2f2壬队2,满足要求。三.轴的设计（一）齿轮轴1的设计1.轴上的参数T1 = 16.444N，MT2 =3. 17N，Mn1 = 775. 385r / min P450MPau=1. 33KW2.求作用在齿轮轴上的力(1)求齿轮轴轮齿上的力因已知齿轮轴轮齿的节圆直径 d= 23.

50、 068mm, a' = 22.07',则Ft12Tid12 1644423. 068N = 1425. 7NFr1 = F/an ：= I425.7 tan 22.07 = 578. 047N（2）求齿轮4上的力F因已知齿轮4的节圆直径d7 = 15.25mm W = 22. 439则2T72 3170 _Ft 7 = = N = 415. 738NFt4,15. 25F4 = Ft，tan ：= 415.738 tan 22.439 =171.686N3. 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为40Cr。根据书1表15-3选取A。= 104 丁是得J minP1 = 1043n

51、i1.335 mm= 12.465mm,775. 3854. 轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案如图3-1图3-1(2)根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度。1)轴的最小直径显然是安装轴承处，轴承只受径向力，故初选深沟球轴承，为保证安全，使所选轴承内径比最小轴颈大，则选用6203深沟球轴承，其尺寸为d D B = 17mm 40mm 12mmt 故取 d = d4_s = 17mm, | 1= 14= 12mm 左 端轴承外圈用减速壳体定位，取壳体直径为 36mm内圈为轮齿定位。右端轴承外圈用轴承 座定位，取轴承座相应直径为 36mm内圈用齿轮定位。2) 2-3 处为轮齿，d = 28

52、mm, | 2写=21mm3) 取安装齿轮处轴段的直径d3=20mm齿轮的右端与轴承内圈相互定位， 故轴端等丁 轮毂宽度，取| 3莒=23mm至此已初步确定了轴的各段直径和长度(3) 轴上零件的周向定位1) 齿轮与轴的周向定位采用平键连接，按由书1表6-1查得平键截面b h l = 6mm 6mm 14mm键槽用键槽铢刀加工，长为 18mm同时为了保证齿轮与 轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为伊；js 72) 键的强度校核键、轴和轮毂的材料都是钢，由书1中表6-2查得，许用挤压应力为 虹=60 90MPa 取虹】=70M ,键的工作长度 l = Lb/2=146/2 = 11mm

53、, p p键与轮毂键槽的接触高度k = 0. 5h = 0. 5 6 = 3mm则:2T1103kld216.4441033_11 _20=19. 83MPa< sp（合适）键的标记为：键C 6 X 6X 14 GB/T 1096-2003(4) 确定轴上圆角和倒角尺寸，参考书 1表15-2，选轴端倒角为1.5乂 45=,各处圆角半径为1mm5. 求轴上的载荷首先根据轴结构图做出轴的计算简图。轴承的支撑点位置由手册中查出a值，对丁 6203B 12型轴承，由手册查得a =方=万=6mm,因此，作为简支梁的支撑跨距L = L总-2a = 68 - 2 x 6 = 56mm根据轴的计算简图做出轴的弯矩和扭矩图如图3-2。从图中可以看出G D面是轴的危险截面，将计算结果列丁 3-4表载荷水平向H垂直面V支反力FFnh = - 946. 237NFnh = -63. 725NFnv = 432. 256NFnv = 317. 477N弯矩MMH1 =15612. 91N.mMh2 = 509. 826N.mMV =-7132. 224N.m吼=-2539. 808N .m总弯矩M = 17164. 835