50米钻机结构设计

-PAGE44-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；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 AbstractCurrent,producetodrillthemachineministrantlyforthecoalminedirectlyintheourcountry,80%underthewellisengagedinthehomeworkabove.theexistingdrillingmachinepresentsthepowerlow,themainaxlerotationalspeedslow,sneaksinthespeedslowly,thetransportationnotconvenient,thelaborintensitybigworkingefficiencylowandsoontheshortcomingismoreandmoreobvious.Thisdesignisaimsat50metersdrillingmachinessomeimprovements.Belowtheimprovementthisdrillingmachinehasthemerit.Theoutlooksizesmall.Theweightislight.Easytodisintegrate,adaptionworkingareareplacement.Thedrillingmachinerotationalspeedquicklysneakedinthespeedformerlyalltohavetobequickerthan;Withthehydraulicpressureqiapanfixeddrillrod,theasfaraspossiblerealizationautomation,enhancedtheefficiency,reducedthefatiguestrengthTheTXU-50drillingmachinemainlybythegyrator,givestheorganization,thegearbox,thedrillingmachinecontrolmechanismandsooniscomposedthehand,hasthemonitorandothersomeauxiliaryunit.Inthedesignconsiderstheelectricalmachineryemphaticallythechoice,thegearboxandthehydraulicsystemdesign.Enhancestheelectricalmachinerypowerthustoenhancethemainaxlerotationalspeed,improvesthegearboxstructurethustoreducethevolume,inordertotransports.Keyword:DrillingmachineMotorCircumgyratewareTransmissionsystemHydraulicsystem目录摘要 IAbstract II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.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：外型尺寸小、重量轻；易于解体、适应工作场地的更换；支护迅速可靠；尽可能实现自动化，减轻劳动强度；具有一定的起拔能力，而且效率高；坚固耐用，维修方便；机组集中，便于照顾；安全防爆。2.1.3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。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0º~360º钻机重量300kg外形尺寸8705501100（长宽高）扭矩200N.m95N.m3.2回转器主要参数主轴转速115r/min170r/min318r/min主轴行程40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800N/cm2最大工作压力1200N/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。＝1.2NjNj＝（Nh＋Ny）/η式中:Nh—回转钻进所需功率KWη—效率η=0.8Ny—油泵所需功率KWNh=N1+N2+N3式中:N1—井底破碎岩石、土层所需功率KWN2—钻头与孔底摩擦所需功率KWN3—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=6n—立轴转速r/minh—钻进速度h=1.5cm/min.δ—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:δ—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=0.5e—侧摩擦系数e=1.1n—立轴转速(r/min)R—钻头外圆半径R=3.85cmr—钻头内孔半径r=2.95cm4.N3=7.8×10－11×L×d2×n1。7(当n<200r/min时)N3=0.92×10－11×d2×r×L×n1。33(当n>200r/min时)式中：L—孔深，硬质合金钻进时，取L＝150000mm金刚石钻进时，取L＝75000mmd—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/min115170318N120000.090.100.114000380000.350.390.45100000.440.480.56120000.520.580.68N220000.440.651.2240000.881.312.4580001.772.624.89100002.213.276.12120002.653.927.34N31.863.628.45N20002.394.379.7840002.915.1211.1380003.986.6312.79100004.517.3713.13120004.948.1214.474.2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n＝22）油缸直径D＝55mm3）活塞杆直径d＝30mm4）活塞杆有效行程L＝500mm5）油缸面积A1＝23.75cm26）活塞杆面积A2＝7cm27）有效面积A＝A1－A2＝16.76cm22．油缸工作压力的计算油缸的最大推力为：W＝C＋Fm式中：W—油缸最大推力C—孔底最大压力C＝13345NFm—钻杆与孔壁间的摩擦力Fm＝q+ L+f式中：q—钻杆定位长度重量q＝55.46N/mL—钻杆长度L＝150mf—摩擦系数f＝0.35Fm＝55.46×1500×0.35=2911.65NW=13345+2911.65=16256.65N油泵的工作压力PP=W/A=16256.65/16.76=970N/cm23.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YBC—12/80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/cm2Q—额定流量Q=12l/minη1—机械效率η1=0.9η2—容积效率η2=0.71Ny=800×8/60×102×0.9×0.71=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=90~400r/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：nⅠ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z3/Z4×Z7/Z8=1440×100/200×31/54×33/52×19/43=115.90≈115r/minnⅡ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z5/Z6×Z7/Z8=1440×100/200×31/54×41/44×19/43=170.18≈170r/minnⅢ=n×D1/D2×Z1/Z4内×Z7/Z8=1440×100/200×31/31×19/43=318.14≈318r/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Z131220020CrMnTiRc57~621200Z254220040CrRc45~501200Z333220040CrRc45~501200Z452220040CrRc45~501200Z541220040CrRc45~501200Z644220040CrRc45~501200Z7193.520020CrMnTiRc57~620.8200Z8433.520020CrMnTiRc55~600.82005.2变速箱的设计计算.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=9550×4.5/720=59.69（）T=9550×4.5/413=104.06（）Ft1=2T1/d1=2×59.69/62=1.93（KW）Ft4=2T4/d4=2×104.06/108=1.93（KW）V=π×0.062×720/60=2.34（m/s）V=π×0.108×413/60=2.34（m/s）查表得：KA—使用系数取KA=1KV—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＝1.067＝11001.021/1.25=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=9550×4.5/413=104.04T=9550×4.5/262=164.00Ft3=2T3/d3=2×104.04/66=3.15（KW）Ft4=2T4/d4=2×164.00/104=3.15（KW）V=π×0.066×413/60=1.43（m/s）V=π×0.104×260/60=1.42（m/s查表得：KA—使用系数取KA=1KV—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＝1.07＝11001.061/1.25=932.8(MPa)＝11001.071/1.25=941.6(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=2.34，6=2.28—重合系数=1代入得（2）确定许用弯曲应力—弯曲疲劳强度极限应力取=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5.2.4Z5、Z6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=Z6/Z5=44/41=1.07Ft—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T5=9549P/n=9550×4.5/413=104.06（）T6=9550×4.5/385=111.62（）Ft5=2T5/d5=2×104.06/82=2.54（KW）Ft6=2T6/d6=2×111.62/88=2.54（KW）V=π×0.082×413/60=1.77（m/s）查表得：KA—使用系数取KA=1KV—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：=1414.8MPa（2）确定许用接触应力—齿轮的接触疲劳极限应力=1200（MPa）ZNT—接触强度寿命系数N=60×r×n×t=60×1×720/1×9600=4.5×108r—齿轮每转内轮的同一侧面的啮合次数取r=1n—齿轮转数取n=720（r/min）t—对应于齿轮的计算载荷的总工作小时数t=2×16×300=9600（h）∴ZNT=1.2ZLVR—润滑油膜影响系数取ZLVR=1.06Zw—工作硬化系数取Zw=1SHLim—接触强度的最小安全系数取SHLim=1∴∴∴安全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取=1.3—齿间杂和分配系数取=1.03—符合齿形系数取5=2.32，6=2.31—重合系数取=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取=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5.3回转器的设计5.3.1回转器的结构特点结构特点：回转器是由本体、立轴、立轴导管、弧齿锥齿轮等组成。立轴上端装有常闭式液压卡盘。其特点是：（1）尺寸小、紧凑；（2）回转器适用于各种角度孔的钻进；（3）离开孔口采用开箱式，简单可靠，减轻钻机重量；（4）采用液压卡盘，提高效率，减轻劳动强度。5.3.2零部件的强度与寿命计算1.弧度锥齿轮副的强度校核Z7、Z8的主要参数见表5-1。则可得以下数据：小圆锥大端直径大圆锥大端直径锥距R=其中：δ7=arctg(z7/z8)=23.8°取b=20mm圆整为6mm齿面硬度Z7为HRC52、Z8为HRC572.齿面接触强度的校核（1）计算齿轮的齿面接触强度其中：Fmt—名义圆周力Fmt=3677（N）beH—有效齿宽beH=20（mm）KA—使用系数KA=1.25KV—动载系数KV7=KV8=1KHβ—齿向载荷分布系数KHβ=1.2KHα—齿向载荷分配系数KHα=1ZH—接点区域系数ZH=1ZE—弹性系数ZE=189.8Zβ—接触强度Zβ==0.9ZK—接触强度计算的锥齿轮系数ZK=0.85（2）许用应力其中：—接触疲劳极限应力=458（MPa）—接触强度计算尺寸系数=0.9—润滑剂系数=1.0—速度系数=1.1=453.42（MPa）∴安全2.弯曲疲劳极限应力（1）计算齿根弯曲应力其中：Ft—作用于大端分度圆上的切向力Ft==3677（N）Yx—尺寸系数Yx=1beF—有效宽度beF=0.85b=17（mm）=96.56（MPa）（2）齿根弯曲疲劳极限应力—弯曲疲劳极限应力=180（MPa）YST—应力修正系数YST=2.0=360（MPa）∴安全5.4轴的计算5.4.1轴Ⅱ的计算n=413r/min材料:40Cr机械性能：1.轴的力计算（1）载荷图及支点反力如图5-2外加载荷：轴上作用齿轮—、—图5-2载荷图其中：其中：N=0.96×0.96×3.52=3.244（KW）（N）其中：锥齿轮取支点反力（2）弯矩的计算（Ⅰ-Ⅰ与Ⅱ–Ⅱ截面）Ⅰ-Ⅰ截面的计算Ⅱ–Ⅱ截面的计算合成弯矩（3）扭矩的计算（4）扭矩图如图5-3图5-3扭矩图（5）Ⅱ–Ⅱ剖面处的抗弯模量W=0.1d3=3.277σ=MⅡ/W=68.2（MPa）σ≤[σ-1]=69（MPa）强度满足（6）安全系数校核抗弯剖面模量Wr=0.2d3=6.554cm3弯曲应力幅=MwWA/2W=22347.7/3.277=68.2（MPa）扭剪应力幅弯曲平均压力扭矩应力幅τm=T/(WV)=593.7/(3.277×0.9)=108.4（MPa）弯曲有效应力集中系数Kσ=1.89扭矩有效应力集中系数Kτ=2.48表面状况系数β=1绝对尺寸系数εσ=0.77，στ=0.81疲劳极限σ-1=350（MPa），τ-1=191（MPa）扭剪极限强度τβ=0.6σb寿命系数KV=1等效系数Ψσ=0.25Ψτ=0.15Sσ=σ-1/(Kσ/βεσ×σσ+Ψσσm)=2.06Sτ=τ-1/(Kτ/βετ×τσ+Ψττm)=10.03S>[S]=1.5∴安全5.4.2轴Ⅰ的计算n=720r/min材料:40Cr机械性能：调质HB220-2501.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=Ⅰ–Ⅰ剖面处的抗弯模量为：W=0.1d3=2.924σ=Md/W=19.31MPaσ≤[σ-1]=69MPa强度满足（6）安全系数校核抗弯剖面模量Wτ=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τm=T/(WV)=5310.5(MPa)弯曲有效应力集中系数Kσ=1.89扭矩有效应力集中系数Kτ=2.48表面状况系数β=1绝对尺寸系数εσ=0.77，στ=0.81疲劳极限σ-1=350MPa，τ-1=191MPa扭剪极限强度τβ=0.6σb寿命系数KV=1等效系数Ψσ=0.25Ψτ=0.15Sσ=σ-1/(Kσ/βεσ×σσ+Ψσσm)=8.73Sτ=τ-1/(Kτ/βετ×τσ+Ψττm)=12.43S>[S]=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，Ⅰ轴两端采用306和207轴承各一套，Ⅱ轴两端采用36208轴承两套，因安装形式与结构尺寸均与TXU—75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。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10～20℃，对于合成润滑脂，应低20～30℃。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0.3～0.5MPa。（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。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4～5m/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7～8m/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100m/s之处。在滑动速度为60～80m/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。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0.10～80mm。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v<12m/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V<0.5~0.8m/s,浸油深度可适当大一些。仅有深度可达1/6~1/3的分度圆半径。若低速级大齿轮的圆周速度较高，为避免高速级大齿轮的浸油深度为一齿高时，高速级齿轮可采用带油轮、溅油轮的办法来润滑；也可把油池按高、低速级传动隔开，并按各级传动尺寸大小分别决定相应的油面高度。当传动零件的圆周速度超过上述限制值时，齿轮传动可采用喷油润滑。喷油润滑也常用于速度不高、但工作繁重的中型减速器，或需要借润华进行冷却的重要减速器。减速器的轴承常用减速器内用来润滑齿轮的由来润滑。为此，必须保证油池中的又能飞溅到箱盖内壁上，并沿壁面流入箱体分箱面凸缘上的油沟内，然后沿油沟流入轴承。对于不同箱内的油来润滑的轴承，用润滑油脂或其他润滑油来润滑的轴承，除了要加装有关的润滑装置外，还必须保证良好的密封。为保证减速器各接缝面不渗漏润滑油，必须保证各接缝面的密封性。应在装配减速器时，再分箱面上涂以密封胶，或沿箱体的分箱面凸缘制出回油沟；在轴承端盖、检查孔盖板以及油标、油塞等与箱体、箱盖的接缝面间均需加装纸封油垫（或皮封油圈）；主、从动外伸轴段与轴承端盖间的动连接处，必须有可靠的密封。第6章液压系统的设计6.1钻机液压系统的作用6.1.1钻机液压系统的作用1.实现液压卡盘的松卡钻杆动作；2.实现钻机钻进时给进动作；3.实现强力的起拔作用。根据这些要求设计如图6-1。图6-1液压系统图液压卡盘的设计与计算卡盘的工作原理是夹紧钻杆依靠碟形弹簧安装时的预紧力，使卡圈上移，卡圈内斜面的作用，位于T形槽内带动卡瓦径向移动，即夹紧六方形主动钻杆的三个平面，带动钻具可做上、下活动及钻进。当松开卡盘时，是靠加入卡盘油缸中的压力油克服碟形弹簧的弹力，并压缩形弹簧，迫使活塞及卡圈下移，由于卡圈离开了卡瓦，主轴的两个涨环将卡瓦弹回到圆锥面外径的位置，完成松开钻杆的动作。卡盘夹紧力的大小，取决于碟形弹簧的轴向推力，轴向推力越大，夹紧力就越大。卡瓦对钻杆的夹紧力N卡瓦对钻杆的夹紧力N必须满足下式：式中：Q—最大起拔力Q=9500（N）f—卡瓦与钻杆的摩擦系数f=0.5所以N≥Q/f=9500/0.5=19000(N)2.碟型弹簧的轴向推力如图6-2示图6-2弹簧轴向推力图由图6-2可知，弹簧对卡瓦的轴向推力F0为式中：N—卡瓦与钻杆间的法向推力α—卡瓦的斜角α=8°γ—当量摩擦角γ=8.5°K—储备系数K=1.6所以=9000（N）3.卡盘松开时所需油压的计算碟型弹簧松开卡盘时所需油压力为：P=P/S其中：P—碟型弹簧的最大理论弹力P=10630（N）S—环状油缸面积D—油缸直径D=17cmd—活塞杆直径d=14cm所以=73cm2P=10630/73=18.6（MPa）4.碟型弹簧总变形量的计算碟型弹簧示意图如图6-3图6-3弹簧示意图式中：ΔL—碟型弹簧总变形量σ—片弹簧的变形量n—弹簧片数n=9九片弹簧预压变形最低为30.375mm，最大为40.5mm,卡圈轴向移动范围只能在ΔL=40.5-30.375mm=10.12mm。卡瓦径向伸缩量的计算Δd=2ΔLtgα=2×10.12×tg8°=2.84式中：Δd—卡瓦径向伸缩量α—卡瓦的斜角α=8°6.刚体强度的计算油缸壁厚为：t=Pp×D/2×σP式中：Pp—试验压力Pp=Pn×150%当Pn>16MPaPp=Pn×125%Pn—工作压力（Pa）D—油缸内径D=170(mm)σP—缸体材料许用拉压力σP=σb/Sσb—材料抗拉强度S—安全系数S=3.5~5取S=3.5Pn=600×104(Pa)Pp=600×104×150%=900×104(Pa)σP=σb/S=60×106/3.5=17×106(Pa)t=900×104×0.17/2×17×106=4.5(mm)取t=8mm所以满足要求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，20008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；CAD1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VisualC++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，则形成III类型的受力轴。

按照力学原理，将各力分别向坐标面投影，得轴上任一点处的弯矩如下：将两平面弯矩合成为一空间弯矩，得总弯矩再将弯矩M与扭矩T合成当量弯矩：根据上述计算结果，绘制出当量弯矩图，最后依照检验轴的危险截面，保证在轴的任何处截面上，都有否则需要进行重新设计。

3减速器齿轮轴的结构特征

减速器齿轮轴的强度设计不是孤立进行的，是在结构设计的基础上展开的。减速器齿轮轴的结构设计主要是用来确定轴的合理外形(轴各段直径及长度)和轴的全部结构尺寸。轴的结构设计应满足：轴及轴上零件能固定牢靠，定位准确；轴上零件应装拆和调整方便；轴应具有良好的制造工艺性；尽量减小应力集中；轴受力合理，节省材料和减轻重量等。

抽象出减速器轴的结构特征，是实现减速器齿轮轴的设计自动化又一关键所在。减速器齿轮轴一般多为阶梯型的直轴。从形体上看，是多段不同直径的圆柱体的组合。假定用一过轴线的剖面对轴进行剖切，剖切轮廓为一规则的封闭的折线，轴可以看成是折线绕轴线旋转一周形成的旋转体。这个封闭的折线也称作轴的特征轮廓。

决定轴的轮廓特征主要有三大要素：1)类型特征，表征轴的阶梯形状，主要由轴上零件的配合性质、装配顺序、装配方向所决定，如图4所示；2)尺度特征，即轴段的直径和各轴段的长度。轴段的直径以最小轴径公式：图4齿轮轴装配草图上述特征要素根据其与轴结构的影响程度，可划分优先等级：类型特征为一级，尺度特征为二级，工艺特征则为三级。

在实际的程序设计中，轴的轮廓特征最终由轴轮廓折线的顶点来保证，这些顶点即轴轮廓的特征点。特征点的坐标是由设计参数来确定，有时往往不能一次直接输入所有参数，需要在设计过程中，根据计算结果交互给出，优先级别决定了特征参数输入的顺序。

4轴设计流程框图

基于以上分析，我们编制了轴设计程序，图5为减速器齿轮轴设计的流程框图。流程中的每一项均采用了对话框形式，程序在VisualC++环境下，经调试编译通过后由AutoCAD命令行交互输人有关设计参数，自动绘制出轴的零件图(平面图)或者三维图。图5程序框图5设计实例本文根据程序框图，编制出ObjectARX应用程序，对一单级齿轮减速器高速轴进行了设计，具体操作如下。5.1设计参数输人功率P1=5kW，转速n1=540r/min，小齿轮齿数z1=22，法面模数mn=4，螺旋角(右旋)β=8°06'，节圆直径d1=88.89mm，齿宽B4=70mm，轴上带轮宽B1=70mm,带作用于轴上的力B1=1200N。

5.2运行准备

(1)首先在VisualC++中进行编程、编译和链接；

(2)在AutoCAD中加载ARX应用程序；

(3)在Command命令行上直接输人应用程序中所定义的AutoCAD外部命令。

5.3运行结果(1)程序运行，弹出基本设计参数对话框，在此对话框中，选定轴类型、要输人的功率和转速等；

(2)在随后的轴结构设计对话框(如图6所示)中，参考其上轴结构草图，输人各支点载荷大小、许用弯曲应力；依据最小估算直径输人所选轴承的各项参数。

(3)程序运行，在计算结果对话框中，显示此轴所受的垂直弯矩、水平弯矩、合成弯矩图和扭矩图以及最终合成的当量弯矩图。

(4)对危险点截面进行强度校核，当有的危险截面强度校核结果不符合强度要求时，点单选钮“重新校核”，当危险截面强度校核结果全都符合强度要求时，点单选钮“结构设计”。

(5)本程序最后可生成“平面图”和“三维图”，也可将这两种图放于同一张图上，便于设计对照。

5结束语

采用本程序成功地解决了减速器设计中的“瓶颈”问题，提出的减速器轴的力学模型和结构特征，使轴设计中的计算、结构设计及微机绘图有机地连成一体，实现了减速器的自动化设计。实践证明，以上算法在轴设计及减速器设计程序的开发中具有十分重要的作用和意义。参考文献1吴宗泽机械设计教程，北京机械工业出版社，20032邱宣怀机械设计（第三版），北京高等教育出版社，19893许镇宇机械零件，人民教育出版社，19814甘特AutoCAD

12.0

AME基础与编程技巧.，北京学苑出版社，19945刘瑞新AutoCAD2004中文版应用教程，电子工业出版社，20046谭浩强C程序设计（第二版），清华大学出版社，1995附录2外文翻译信息时代的机械工程学早在20世纪80年代，工程师认为需要进行大量实验因为缩短的产品开发循环促使工程师使用有效的技术。开发一种用于新产品中的革命性技术是冒险且易于失败的，采取短的进程对产品开发来讲是安全且更易成功的途径。短的产品开发循环在工程领域也是有利的，这个领域里，资本和劳动力都是整体的。可以设计并制造不同产品的人在