打樁機(jī)激振器畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、目錄第一章 前言31.1 樁工機(jī)械的分類和發(fā)展歷程3 1.1.1 我國樁工機(jī)械的發(fā)展歷程3 1.1.2 國外樁工機(jī)械的發(fā)展歷程4 1.1.3 國內(nèi)外振動打樁機(jī)的發(fā)展歷程 41.2 振動打樁機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理61.3 振動沉拔樁錘調(diào)頻調(diào)矩技術(shù)研究現(xiàn)狀 7 1.3.1 單極或兩級調(diào)矩存在的問題 7 1.3.2 無極調(diào)頻調(diào)矩的意義 7 1.3.3 調(diào)頻調(diào)矩機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀71.4 本課題的提出與主要的研究內(nèi)容 10第二章 無極調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘結(jié)構(gòu)分析112.1 振動樁錘的原理分析 112.2 振動樁錘穩(wěn)態(tài)特性調(diào)節(jié)分析 112.3 振動錘的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 2.3.1 激振器振幅13 2.3.

2、2 激振頻率14 2.3.3 激振力15 2.3.4 偏心力矩的確定15 2.3.5 振動功率16第三章 振動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.1 偏心塊的設(shè)計(jì)19 3.1.1 偏心塊材料的選擇19 3.1.2 偏心塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.2 電動機(jī)選擇203.3 激振器齒輪設(shè)計(jì)20 3.3.1 齒輪的結(jié)構(gòu)形式21 3.3.2 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21 3.3.3 齒輪的受力分析21 3.3.4 齒輪強(qiáng)度校核22 3.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)233.4 主動軸的設(shè)計(jì)24 3.4.1 確定主動軸的最小軸徑24 3.4.2 主動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25 3.4.3 主動軸的強(qiáng)度校核263.5 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27 3.5.1 確定

3、從動軸的最小軸徑27 3.5.2 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).28 3.5.3 從動動軸的強(qiáng)度校核.283.6 軸承的選擇303.7 鍵連接的校核計(jì)算323.8 聯(lián)接螺栓的校核計(jì)算333.9 減振彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算33 3.9.1 減振彈簧的結(jié)構(gòu)選擇.34 3.9.2 選取螺旋彈簧的類型代號.34 3.9.3 選取彈簧的材料.34 3.9.4 圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算.343.10 箱體的設(shè)計(jì)36第四章 總結(jié)與展望394.1 論文總結(jié) 394.2 展望 39第五章 心得體會40參考文獻(xiàn)41致謝42第一章 前言1.1 樁工機(jī)械的分類和發(fā)展歷程樁工機(jī)械主要用于各種樁基礎(chǔ)、地基改良加固、地下連續(xù)墻及其它特殊地基基礎(chǔ)

4、等工程的施工。按施工設(shè)施的不同，樁工機(jī)械又可以分為夯錘打樁機(jī)、靜力沉樁機(jī)和振動樁錘。夯錘打樁有柴油打樁機(jī)和蒸汽打樁機(jī)。由于使用不便，蒸汽錘早己基本被淘汰。柴油錘利用柴油燃燒產(chǎn)生的爆破力及錘的自由落體沖擊力對樁進(jìn)行打擊，產(chǎn)生沖擊機(jī)械能，克服土體對樁的阻力，破壞靜力平衡狀態(tài)，從而達(dá)到沉樁的目的。但柴油錘在施工過程中存在噪聲大、振動大和油煙污染等缺陷，在城市建筑基礎(chǔ)施工中，柴油錘的使用受到越來越多的限制。靜力沉樁機(jī)適應(yīng)于軟土地區(qū)樁基礎(chǔ)施工。該方法以樁機(jī)自身的質(zhì)量作為反作用力，利用液壓油壓力將樁強(qiáng)制性壓入土中，工作過程無噪聲、無振動、無空氣污染，也可以實(shí)現(xiàn)拔樁，效率較高。振動樁錘是通過偏心回轉(zhuǎn)激振器產(chǎn)

5、生縱向振動，利用樁土振動降低樁土摩擦力和樁端阻力，從而輕松地使樁下沉，它的突出優(yōu)點(diǎn)是噪聲小，此外，效率高、機(jī)器重量輕、造價(jià)低。該方法主要應(yīng)用于各類鋼板樁和鋼管樁的沉拔作業(yè)，也可以用于混凝土樁施工。振動打樁機(jī)按動力可分為電動振動打樁機(jī)和液壓振動打樁機(jī)。1.1.1我國樁工機(jī)械發(fā)展歷程解放前，我國幾乎沒有樁工機(jī)械、打樁機(jī)制造業(yè)。20 世紀(jì)50 年代初期，我國基礎(chǔ)施工全部使用舊中國從國外進(jìn)口遺留下來的蒸氣式打樁機(jī)和笨重的落錘。一五期間，由于國家重點(diǎn)建設(shè)工程的需要，我國開始仿制國外31t單作用和雙作用蒸氣式打樁機(jī)以及原蘇聯(lián)的b系列振動樁錘，開始有了以仿制為主的樁工制造業(yè)。廠家都是施工部門的修配廠，當(dāng)時(shí)還

6、沒有專業(yè)的樁工機(jī)械、打樁機(jī)生產(chǎn)廠，所以50 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)的萌芽時(shí)期。60年代初，一機(jī)部成立第五局工程機(jī)械局，將上海電工機(jī)械廠改為上海工程機(jī)械廠，定點(diǎn)生產(chǎn)樁工機(jī)械、打樁機(jī)，成為我國最早生產(chǎn)樁工機(jī)械、打樁機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠。并將一機(jī)部建筑機(jī)械研究所第二研究室定為樁工機(jī)械、打樁機(jī)研究室，開始了我國自行研制樁工機(jī)械、打樁機(jī)的成長時(shí)期。70年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)發(fā)展時(shí)期，這個(gè)時(shí)期成立了樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)組，有樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)制造企業(yè)10余家，能生產(chǎn)4大類、30多個(gè)品種，年產(chǎn)量400余臺。80 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)壯大時(shí)期。1984 年成立了中國建筑機(jī)械化協(xié)會樁工機(jī)械

7、、打樁機(jī)分會，有樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)制造企業(yè)20余家，上海同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)、南京建工學(xué)院、東北大學(xué)等高等院校也開始從事樁工機(jī)械、打樁機(jī)新產(chǎn)品、新技術(shù)、新原理的研究，能生產(chǎn)10 大類、50 多個(gè)品種、200 多種規(guī)格、型號的樁工機(jī)械、打樁機(jī)產(chǎn)品。90 年代是我國樁工機(jī)械、打樁機(jī)行業(yè)高速發(fā)展時(shí)期。行業(yè)制造廠家已發(fā)展到30 余家，并形成了部屬研究所、企業(yè)研究所、院校研究所(室)3個(gè)層次的科研設(shè)計(jì)力量，能生產(chǎn)400多種規(guī)格、型號的樁工機(jī)械、打樁機(jī)產(chǎn)品，銷售收入達(dá)6.5億元。進(jìn)入21 世紀(jì)后，隨著我國各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和住房建設(shè)的快速發(fā)展，樁工機(jī)械、打樁機(jī)制造業(yè)及其市場得到了前所未有的高速發(fā)展，形

8、成了幾十家專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)及上百個(gè)產(chǎn)品型號的規(guī)模。1.1.2國外樁工機(jī)械的發(fā)展歷程世界上樁工機(jī)械比較發(fā)達(dá)的國家主要是德國、意大利、和日本，最先進(jìn)的設(shè)備和工法一般也是這三個(gè)國家首先開發(fā)的。其次美國、英國、法國、荷蘭等國的樁工機(jī)械也比較發(fā)達(dá)。在整個(gè)樁工機(jī)械市場上，寶峨、土力、卡薩格蘭地的銷售也是居世界前三。1.1.3國內(nèi)外振動打樁機(jī)的發(fā)展歷程振動打樁機(jī)是隨著振動機(jī)械的發(fā)展而發(fā)展起來的，兩位日本科技工作者曾進(jìn)行了振動機(jī)械的模型試驗(yàn)，他們在一載荷板上安裝了激振器，載荷板在一定激振頻率激振力的作用下在土壤中下沉，發(fā)現(xiàn)了振動作用下土壤的“液化”現(xiàn)象，即通過振動可在相當(dāng)程度上減小土顆粒間的摩擦。1934 年俄國

9、的巴爾喀教授首先將這一原理應(yīng)用到建筑工程中，他將一個(gè)激振器安裝在管樁或板樁上使其振動，結(jié)果只用靜拔樁力的1/l01/5就能將樁拔出，依據(jù)這一原理研制出了振動沉拔樁機(jī)。但是在蘇聯(lián)的建設(shè)工程中普遍使用振動沉拔樁機(jī)還是在二次世界大戰(zhàn)以后川。如將蘇聯(lián)的振動沉拔樁機(jī)按照打入樁種類加以區(qū)分，其主要類型為，以沉入h 型鋼樁、板樁為主的bt 型、v 型、vp 型和vp 型。vp型振動沉拔樁機(jī)是1950年由列寧格勒鐵路技術(shù)研究所泰塔爾尼可夫博士發(fā)展改進(jìn)的機(jī)型，它分為1 型250 型數(shù)種，它對通常的土層，在深度20m 以內(nèi)，僅以振動即可沉入;對深度20m 以上至25m 以內(nèi)，需定時(shí)清除管內(nèi)積土才能沉入，對25m

10、以上則要并用送氣法或射水法進(jìn)行沉入。vp型振動沉樁機(jī)1957年曾用于我國武漢長江大橋的管樁沉入工程，由于在這一工程中僅以12個(gè)月的工期，就完成了深達(dá)30-76m的管樁沉入工作，因而受到了國際上的關(guān)注。同時(shí)在武漢長江大橋建設(shè)時(shí)期，我國試制了蘇制bii1 型振動樁錘，成為當(dāng)時(shí)激振力最大的振動樁錘。20 世紀(jì)60 年代，為南京長江大橋中3.6 預(yù)制力混凝土管樁下沉，又研制了大型振動樁錘中一250型。激振力可達(dá)250kn。此后多年，國內(nèi)振動樁錘的研制工作基本停步不前。近十多年來，由于石油工程及橋梁工程的需要，大型振動樁錘的研制有了新的進(jìn)展，最引人注目的是北京建筑機(jī)械綜合研究所與浙江振中機(jī)械廠聯(lián)合研制的

11、dzj 系列振動樁錘，這類振動樁錘的最大激振力已達(dá)1800kn，電機(jī)功率為240kw。他們由于采用了偏心力矩液壓調(diào)整裝置，使起動力矩為零，采用星一三角起動，對電網(wǎng)的沖擊很小，深受用戶的歡迎。由于振動沉樁機(jī)具有優(yōu)良的技術(shù)性能，尤其拔樁更顯其獨(dú)特的優(yōu)越性，戰(zhàn)后蘇聯(lián)發(fā)展起來的振動沉拔樁施工技術(shù)給世界各國產(chǎn)生了重要影響，推動了法國、德國、波蘭、美國以及日本等國開始生產(chǎn)各種類型的振動沉拔樁機(jī)，如西德的西恩克及明尤拉公司制造了以沉入和拔出鋼管樁為主要目的的振動沉拔樁機(jī);法國的曾爾.諾爾曼迪公司制造了可以使樁同時(shí)產(chǎn)生垂直振動和圓周運(yùn)動的振動沉拔樁機(jī)，并制造了沖擊式打樁機(jī)，可以沉入直徑500600m，長度20

12、m的鋼管樁。美國吉爾多困恩斯特拉克蕭恩公司制作的振動打樁機(jī)，系以發(fā)明者波大依那的名字命名的稱為“波大依那”打樁機(jī)，這種振動打樁機(jī)可0.783.26分鐘的時(shí)間內(nèi)，將前端封閉、直徑325mm、長21.6m的鋼管樁，或以2.7 分鐘的時(shí)間將前端封閉、直徑為914mm、長17.4m的鋼管樁沉入地下，因而引起世界各國的關(guān)注。這種振動打樁機(jī)采用了接近于鋼管固有頻率，以每分鐘6000 轉(zhuǎn)的高頻率振動而引發(fā)樁共振的原理，它以500hp 的汽油發(fā)動機(jī)作為動力，因此消耗功率相當(dāng)大。日本振動沉拔樁機(jī)的發(fā)展，是1906年以東洋棉花公司進(jìn)口的蘇聯(lián)vp-1型振動打樁機(jī)為起點(diǎn)，第一次進(jìn)口30 臺很快銷售一空.在這種效果的刺

13、激作用下，大發(fā)工業(yè)公司率先著手制作，接著日平產(chǎn)業(yè)、浦和重工、三菱重工、久保田鐵工、豐田機(jī)械等多達(dá)十多家制造公司也相繼投入生產(chǎn)，由此揭開了日本發(fā)展振動打樁機(jī)的序幕。其中日平產(chǎn)業(yè)是以制造功率在巧1530hp左右小型機(jī)械為主的制造廠，所生產(chǎn)的打樁機(jī)僅適用于沉入78mm左右較短的板樁，這種打樁機(jī)采用400一800rpm 的激振頻率.由于其振動耗能低，因而得到了較廣泛的應(yīng)用.然而，因這種機(jī)械的功率小，所以不僅不能打入h 型鋼和鋼管等支承樁，就連拔出大型建筑工程使用的長鋼樁也難以勝任。為了適應(yīng)這種需要，日平產(chǎn)業(yè)又設(shè)法由對樁施加強(qiáng)制振動到施加振動沖擊，終于使得原來只靠強(qiáng)制振動不能拔出的鋼樁得以成功拔出.豐田

14、機(jī)械也以日平產(chǎn)業(yè)相同的設(shè)計(jì)原理，制成了振動沖擊式打樁機(jī)。兩者不同之處只是日平產(chǎn)業(yè)是利用空氣墊蓄積向下運(yùn)動能而增大向上運(yùn)動能，以加大沖擊時(shí)的沖量，而豐田機(jī)械則是利用橡膠墊。對于振動沖擊打樁機(jī)的看法，日本建調(diào)神戶株式會社的研究人員認(rèn)為，如果能夠給樁體以與其固有頻率相等的沖擊頻率，就會引發(fā)樁體的共振而提高拔樁效果。然而，像這樣高的沖擊頻率，在實(shí)際上可不必一定要求它與固有頻率相等，也可以是它的倍數(shù)，有了這樣的倍振動頻率，就可以通過振動打樁機(jī)的振動控制裝置將其變換成沖擊。而振動打樁的效果問題，歸根結(jié)底是如何將樁體的強(qiáng)制振動傳給和樁接觸的土層，以引起土壤物理性能的改變，從而減小摩擦力。如果通過振動不足以使

15、土壤發(fā)生變化，而樁和土的接觸仍是固體摩擦，或者是固體粘接時(shí)，采用沖擊法是必要的。但這樣的土質(zhì)情況不會經(jīng)常遇到，通常僅以振動即可使土壤改變物理特性的情形占多數(shù)，問題的關(guān)鍵使如何選定足以使土壤產(chǎn)生變化的振動參數(shù)。他們認(rèn)為振動沖擊式打樁機(jī)在工作范圍上局限性很大，但具有較好的拔樁效果。日本振動打樁機(jī)的發(fā)展在19061946年主要以仿制為主，之后對提高振動打樁機(jī)的貫入能力作了一些嘗試，并取得了一定的成效。像三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)的v一5振動打樁機(jī)，曾在日本琵琶湖大橋工程中沉入了154 根直徑1.2m及1.5m，長33m的大口徑鋼管樁作橋墩基礎(chǔ)。利用這種振動打樁機(jī)將所用樁在松軟淤泥質(zhì)粘土層和淤泥質(zhì)砂土層內(nèi)，沉

16、入到23m的深度。而建調(diào)神戶株式會社生產(chǎn)的km2一12000型振動打樁機(jī)，曾以57分鐘的時(shí)間，將直徑480 啞，長29m 的前端封閉鋼管樁貫入至n 值(標(biāo)準(zhǔn)貫入值)50 以上的地層2m深。對振動沉拔樁機(jī)的研究，早期關(guān)注的重點(diǎn)是振動沉拔樁機(jī)自身的參數(shù)對沉拔樁效果的影響，建立了一系列樁一土振動系統(tǒng)模型，并根據(jù)振動系統(tǒng)模型來確定振動沉拔樁機(jī)振動參數(shù)。像日本建調(diào)神戶株式會社1966 年以后生產(chǎn)的振動沉拔樁機(jī)，是把樁體視為均質(zhì)彈性體的同時(shí)，把樁前端接觸的地基視為彈性系數(shù)較小的彈性體，然后選參數(shù);同時(shí)，在拔樁時(shí)，又把樁的周邊視為被彈性系數(shù)較小的土所包裹，并假設(shè)這樣的土和土之間有著彈性連接。因此，根據(jù)這種模

17、型可以設(shè)想，由樁和土組成的振動系統(tǒng)，有著某固有的振動頻率，如給它以適當(dāng)頻率的強(qiáng)制振動，即可引發(fā)樁的共振，這時(shí)就會因土的彈性系數(shù)較小，使它的彈性在極短的時(shí)間內(nèi)遭到破壞，從而帶來土的塑性變形。這一振動體系的缺陷是，按照這種模型制作的振動沉拔樁機(jī)，在遇含水量低的土層或粘性較大的土層時(shí)，所需的拔樁時(shí)間較長。而美國“波大依那”打樁機(jī)的原理依據(jù)是，把土視為純塑性變形，把樁視為均質(zhì)彈性體，通過給樁體施加以和樁固有頻率一致的強(qiáng)制振動，引發(fā)樁體產(chǎn)生共振，使樁產(chǎn)生最大限度的伸縮，然后對樁端施加以必要的壓力，使樁迅速沉入地基土中tls.由于樁的固有頻率很高，所以根據(jù)這種模型制作的振動沉拔樁機(jī)偏心軸轉(zhuǎn)速也很高，功率消

18、耗也很大。振動沉拔樁機(jī)由樁架和振動樁錘兩大部分組成，而振動樁錘對振動沉拔樁機(jī)的性能起著至關(guān)重要的作用。早期的振動樁錘為電機(jī)驅(qū)動，振動頻率及偏心塊偏心力矩不能調(diào)整。由于在不同的土層施工需要振動樁錘有不同的振動頻率和振幅，隨后又出現(xiàn)了偏心塊偏心力矩和偏心軸轉(zhuǎn)速可有級調(diào)整的振動樁錘，即通過手動改變固定偏心塊與活動偏心塊間的夾角來調(diào)節(jié)偏心力矩:通過更換皮帶輪或傳動齒輪來改變偏心軸轉(zhuǎn)速。電機(jī)驅(qū)動的振動樁錘存在著調(diào)速不便，體積大等缺點(diǎn).隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展和不斷完善，液壓馬達(dá)驅(qū)動的振動樁錘應(yīng)運(yùn)而生，因液壓馬達(dá)與電動機(jī)相比具有調(diào)速方便，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，使得液壓振動錘擁有強(qiáng)大的作業(yè)能力、優(yōu)越的控制性和

19、電動錘無法比擬的優(yōu)越性。在發(fā)達(dá)國家，電動錘大部分已被液壓振動錘所取代。但是在國內(nèi)，液壓振動錘才剛剛起步。1.2 振動打樁機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和工作原理振動打樁機(jī)的振動錘主要由原動機(jī)、 振動器和減振裝置組成。1.原動機(jī) 原動機(jī)是振動打樁機(jī)的動力元件，一般采用異步電機(jī)或液壓電機(jī)，要求在強(qiáng)烈的振動狀態(tài)下能可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且要有較高的啟動力矩和過載能力。此外，振動樁錘也有采用液壓馬達(dá)的，可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)頻。本文主要采用電動機(jī)，以便適用于廣范圍的樁基工程。2.振動器 振器包括軸、偏心塊、齒輪等，為了適應(yīng)不同類型的樁錘以及土壤環(huán)境，可以采用改變偏心塊中固定塊與活動塊之間的相位差來達(dá)到調(diào)矩的目的。（如圖2.1所示）3.

20、減振器 為了避免將振動樁錘產(chǎn)生的振動傳至樁架在吊鉤與減震器之間必須減振，減振器一般是由壓縮彈簧組成，由于彈簧的減振作用，使振動器所產(chǎn)生的較大振幅傳速到吸振器時(shí)將大為減弱。因此，在沉、拔樁時(shí)可獲得良好的減振效果。4. 夾樁器 振動樁錘工作時(shí)必須與樁剛性連接，這樣才能把振動樁錘所產(chǎn)生不斷變化大小和方向的激振力傳給樁體。因此，振動樁錘都有夾樁器，一般為于激振器的下面。夾樁器將樁夾緊，使樁與振動樁錘成為一體，一起振動。夾樁器有液壓式、氣動式和直接式。目前最常用的是液壓式。振動打樁機(jī)采用的是偏心塊式激振器，利用偏心塊回轉(zhuǎn)產(chǎn)生所需的激勵力，由震動樁錘利用夾頭將震動傳給樁體，用樁的振動使其周邊的土壤液化，減

21、小土壤與樁的摩擦阻力使樁沉入或拔出土壤，利用這一原理，打樁時(shí)由于樁的地盤反力急劇降低，靠震動樁錘與樁的重量使樁下沉，拔樁時(shí)靠起重機(jī)等的引拔力將樁拔起。其激振結(jié)構(gòu)是在軸上裝有幾組固定的或可調(diào)的具有相同質(zhì)量的偏心塊左右對稱分布，由于反向回轉(zhuǎn)時(shí)偏心塊水平分力互相抵消，垂直分力互相疊加，使得回轉(zhuǎn)軸的振動本體發(fā)生上下振動，當(dāng)振動樁錘和樁連接在一起進(jìn)行沉樁時(shí)，激振力使振動樁錘產(chǎn)生和激振頻率一致的振動，振動使樁周圍的土壤處于液化狀態(tài)，大大降低了樁側(cè)和樁端的阻力，樁便依靠重力下沉。如下圖1.1就是振動器工作原理示意圖圖 1.1 振動器工作原理示意圖1.3 振動沉拔樁錘調(diào)頻調(diào)矩技術(shù)研究現(xiàn)狀1.3.1 單極或兩級

22、調(diào)矩存在的問題由于振動樁錘具有貫入力強(qiáng)、使用方便、施工速度快、成本低等特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛，但是目前使用的電力驅(qū)動振動樁錘（單極調(diào)矩或兩級調(diào)矩）存在如下問題:（1）根據(jù)不同的土壤固有頻率和阻力大小，應(yīng)對振動樁錘作相應(yīng)的頻率和力矩調(diào)整，以接近土壤頻率，使沉樁阻力最小，功率利用系數(shù)最高。但普通型振動樁錘在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不能變頻變幅，給施工帶來許多不便;（2）起動和關(guān)閉振動樁錘的過渡過程，通過共振區(qū)出現(xiàn)啟動電流大、耗時(shí)長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差、噪聲高、容易燒壞電機(jī)和損壞軸承等;（3）過渡過程工作頻率較低，引起樁架共振，對設(shè)備和臨近施工現(xiàn)場的建筑物結(jié)構(gòu)有一定損害。尤其是施工噪聲較大，嚴(yán)重影響施工現(xiàn)場周圍居民的生活。

23、1.3.2 無極調(diào)頻調(diào)矩的意義無極調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1）根據(jù)不同的土壤固有平率和阻力大小，應(yīng)對振動樁錘作出相應(yīng)的頻率和力矩調(diào)整；在城市施工時(shí)，只要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整振動樁錘的偏心力矩，操作人員便可以將振幅降至沉樁所需的最低水平，以限制傳至周圍環(huán)境區(qū)域的最大土粒振動速度，消除對鄰近施工現(xiàn)場建筑物結(jié)構(gòu)的損害。（2）通過硬固地層時(shí)，沒有強(qiáng)烈振動。普通振動錘通過加壓方式進(jìn)行沉樁，遇到硬土地時(shí)，沉樁阻力突然增大，偏心塊的轉(zhuǎn)速和樁錘振動頻率降低，造成較強(qiáng)的振動。而可調(diào)頻頻率力矩樁錘在穿過硬土地時(shí)，可調(diào)整偏心力矩以保持頻率的穩(wěn)定。因此，無極調(diào)頻調(diào)矩打樁機(jī)的出現(xiàn)解決了打樁機(jī)不能廣泛的適應(yīng)土壤特性的難題

24、，在建筑和樁基工程中得到了廣泛的運(yùn)用。1.3.3調(diào)頻調(diào)矩機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀國內(nèi)目前大部分都是電動錘，由于電工系統(tǒng)本身的局限性，難以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，隨著交流電機(jī)調(diào)頻技術(shù)的高速發(fā)展，有少數(shù)電動振動錘也采用了電機(jī)調(diào)頻的技術(shù)，在國外，樁工機(jī)械較發(fā)達(dá)的國家，目前大部分都采用液壓振動錘，液壓技術(shù)本身的優(yōu)勢就是便于控制，它們大部分都實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)頻。針對振動打樁機(jī)的工作特性，國內(nèi)外都在其無樁機(jī)共振施工的實(shí)現(xiàn)問題上進(jìn)行了不斷的研究。目前，所采取的普遍方法是調(diào)節(jié)激振器的偏心力矩，而激振器偏心力矩的調(diào)節(jié)是通過改變偏心塊的相互位置來實(shí)現(xiàn)的。圖1.2所示即為國內(nèi)一些產(chǎn)品所采用的變矩原理圖?；顒悠膲K3用銷軸2與固定偏心塊1相連，固

25、定偏心塊上有幾個(gè)不同位置上的銷孔，使兩個(gè)偏心塊產(chǎn)生不同的相對位置偏差，從而使振動樁錘的偏心力矩發(fā)生變化。圖 1.2 偏心塊力矩分析示意圖當(dāng)可調(diào)偏心塊和固定偏心塊的夾角為時(shí)，合成的偏心力矩可按以下公式計(jì)算：(1.1)因此偏心塊的結(jié)構(gòu)和相位差就決定了振動樁錘的工作頻率和工作力矩的范圍，按照振動打樁機(jī)工作頻率和工作力矩的范圍劃分，振動打樁機(jī)可以分為有極調(diào)頻調(diào)矩和無極調(diào)頻調(diào)矩。有級調(diào)矩:手動拆箱多級調(diào)矩式：此方案采用手動調(diào)節(jié)偏心塊結(jié)構(gòu)，以達(dá)到調(diào)節(jié)偏心塊偏心矩的目的。這種調(diào)矩方案由于需要停機(jī)拆箱手工調(diào)整，很不方便且拆箱調(diào)矩勞動強(qiáng)度極大。 無極調(diào)矩節(jié)機(jī)構(gòu)主要有以下幾種形式可供選擇： （1）碰塊兩級式 靠馬

26、達(dá)的正反轉(zhuǎn)，使活動偏心塊與固定偏心塊因接觸碰塊側(cè)面不同，從而改變它們的夾角，以達(dá)到改變偏心力矩的目的;該方法與國內(nèi)手動調(diào)整原理相似，結(jié)構(gòu)簡單，但變矩級別有限;(2) 滑移齒輪式 利用大螺旋角人字齒輪的軸向移動，使與其嚙合的兩組同步齒輪相對旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到無級調(diào)整偏心力矩的目的;該機(jī)構(gòu)雖然能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)頻，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對齒輪同步精度要求很高，可靠性較差;(3) 四軸調(diào)整軸式 調(diào)整軸上制造了兩段旋向相反的大導(dǎo)程螺旋花鍵，兩端鍵上各裝一齒輪，其中一個(gè)齒輪與下面的同步齒輪相嚙合，另一個(gè)齒輪則通過中間齒輪與上面的同步的齒輪相嚙合，軸向滑動調(diào)整軸，下組偏心塊相對上組偏心塊轉(zhuǎn)動，亦可以達(dá)到無級調(diào)頻的目的。但

27、是該級機(jī)構(gòu)龐大，對精度要求非常高，控制性差，成本很高。綜上所述，國內(nèi)外現(xiàn)存振動樁錘各種調(diào)矩的方案中，或者調(diào)節(jié)能力差，或者機(jī)構(gòu)復(fù)雜，個(gè)別盡管提出了調(diào)矩控制方案，但控制方案并不理想，實(shí)用價(jià)值并不高.這就需要我們提出一種新的調(diào)頻調(diào)矩方案。1.4 本課題的提出與主要的研究內(nèi)容由于在道路與橋梁的建筑中，一般采用激振力較小的振動打樁機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)較小，移動方便，適應(yīng)能力強(qiáng)。下面我就在給定的激振力為200kn的打樁機(jī)，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。綜合以上三種偏心距調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本文主要研究內(nèi)容如下：1.振動打樁機(jī)的發(fā)展歷史和原理分析；2.根據(jù)給出的工程參數(shù)（打樁形式為激振力打樁，激振力為200kn)，偏心塊、軸和齒輪等各部件

28、的設(shè)計(jì)；3.振動打樁機(jī)的零部件設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度較核。第二章 調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘結(jié)構(gòu)分析2.1 無極調(diào)頻調(diào)矩振動樁錘的原理分析獨(dú)立調(diào)頻調(diào)矩新方案如下圖2.1所示： 圖 2.1 振動打樁機(jī)振動器示意圖設(shè)計(jì)的振動樁錘激振器采用單層結(jié)構(gòu)，如圖2.1所示是激振器的示意圖。4個(gè)完全相同的偏心塊均勻布置。同層的兩根軸通過同步齒輪嚙合，保證上下各層內(nèi)成對的偏心塊能同步運(yùn)轉(zhuǎn)。對于頻率的調(diào)節(jié)，通過調(diào)速閥調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)的流量，來做到無級調(diào)節(jié)各液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)振動頻率的調(diào)節(jié)。通過改變上下兩層偏心塊的相位差，改變偏心力矩的大小，從而簡單巧妙的實(shí)現(xiàn)振幅獨(dú)立調(diào)節(jié)。2.2 振動樁錘穩(wěn)態(tài)特性調(diào)節(jié)分析上、下層偏心塊合成激振力見圖2.

29、2，、分別為上下兩層偏心塊回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，、分別為下層兩偏心塊產(chǎn)生的離心力，、分別為各偏心塊的瞬時(shí)轉(zhuǎn)角，、分別為上層和下層偏心塊的轉(zhuǎn)速。 圖 2.2 偏心塊合成激振力示意圖 經(jīng)過激振力合成，可得y方向上的激振力為：f( t ) = （2.1）式中：m -偏心塊質(zhì)量； r -偏心距。穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，上、下兩層偏心塊的轉(zhuǎn)速相等，即=，同時(shí)穩(wěn)態(tài)角相差 =，那么： （2.2）式中：同步轉(zhuǎn)速； f激振力在y方向分力f( t )的幅值，由式（2.2）可以看出：改變穩(wěn)態(tài)角和角速度就可以改變激振力振幅和頻率， 穩(wěn)態(tài)角和角速度均可由電動機(jī)控制。2.3振動錘主要參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算振動打樁機(jī)目前已經(jīng)成為建筑及基礎(chǔ)工程施

30、工的重要設(shè)備，其發(fā)展水平直接影響工程施工的質(zhì)量和效率，由此振源振動器主要參數(shù)的選擇至關(guān)重要。主要參數(shù)包括：振動器振幅、激振頻率、偏心力矩、激振力和振動功率等。具體參數(shù)選擇如下。2.3.1激振器振幅振動沉樁機(jī)沉樁，一定要有足夠的振幅，使振動力大于周圍土體的瞬間全部彈性壓力，并使樁端產(chǎn)生大于地基土的破壞力，方能使樁上下沖擊土壤使之下沉。最小振幅由振動錘的偏心力矩與振動體的質(zhì)量決定。（2.3）式（2.3）中，m:偏心力矩；qb為機(jī)重；qp為樁重。在公路與鐵路施工規(guī)范中規(guī)定：mm(對輕土地基),mm(對其它地基)日本規(guī)范中推薦(mm)采用土壤的貫入標(biāo)準(zhǔn)值n(見表2.1)來估算，我國也大多沿用這種方法。

31、即取下面兩式的平均值（2.4）式（2.4）中，n為土壤貫入錘擊數(shù)。實(shí)際振幅應(yīng)取,a=1.251.5。當(dāng)然，隨著振幅的增大，沉樁速度不斷加快(如圖2.3所示)，直至趨于某一極限值a。因此，振幅a的選擇范圍應(yīng)為：。表2.1 土壤的貫入標(biāo)準(zhǔn)值土壤類型n/mm比較疏松沙土04疏松沙土410密實(shí)沙土1030中等密實(shí)沙土3050比較密實(shí)沙土50軟粘土24中等硬度粘土48硬度粘土815較硬粘土1530非常硬粘土30圖2.3 沉樁速度與激振器振幅之間的關(guān)系2.3.2激振頻率振動沉樁機(jī)激振頻率等同于偏心塊的角頻率，當(dāng)振動沉樁機(jī)激振頻率接近于振動系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，沉樁過程功率消耗最低，作業(yè)效率達(dá)到最佳。而振動系統(tǒng)

32、拘固有頻率不僅與振動沉樁機(jī)本身結(jié)構(gòu)及其技術(shù)參數(shù)有關(guān)，而且與土壤的參數(shù)有關(guān)。當(dāng)樁在土壤中振動時(shí)，在一定的激振力作用下土壤與樁之間的側(cè)摩擦阻力遭到破壞，并且隨著頻率的增加，土壤對樁側(cè)面的摩擦阻力逐漸減小，樁易被振入。同激振器振幅一樣激振頻率也有一個(gè)臨界值，稱為起始頻率當(dāng)頻率逐漸增大超過時(shí)，樁在土中慢慢下沉。隨著激振頻率的增加，土壤對樁側(cè)摩擦阻力 進(jìn)一步減小，樁與土之間的滑移進(jìn)一步增大，沉入速度增加。當(dāng)頻率達(dá)到時(shí)， 樁與土壤之間的振幅差值達(dá)到最大值，稱為破壞頻率。此后，隨著頻率的進(jìn)一步提高，樁的振幅不再加大，而是趨于一個(gè)穩(wěn)定值，頻率過高會引起功率消耗過多。因此，沉樁過程中激振頻率應(yīng)選擇在破壞頻率左右

33、。為保證激振力，必要的激振速度可由下式確定振動樁錘的激振力與頻率有關(guān)，頻率越高，激振力越大。激振力與頻率的平方成正比。對于低頻錘(1520hz)，主要通過強(qiáng)迫振動與土體共振達(dá)到使樁下沉的目的。此種頻率下的振幅一般為720mm，主要用于鋼管樁與鋼筋混凝土管樁的下沉。中頻(2060hz)，振動時(shí)的激振加速度很大，但振幅較小，通常僅為38mm，對粘土層，樁下沉很困難，但適應(yīng)在松散的沖積層與松散砂土中沉樁。高頻(100150hz)，利用樁的彈性波對土壤進(jìn)行高能沖擊迫使樁下沉，主要用于硬土層。拔樁作業(yè)最理想的狀態(tài)是振錘與土壤共振。若能改變頻率，就可達(dá)到拔樁的最佳效果。近來國內(nèi)正在開發(fā)研究的液壓振錘就可做

34、到無級變頻的目的。表2.2 激振頻率參考表地層類型最佳激振頻率/含飽和水的砂石土含沙粘土堅(jiān)實(shí)粘土含礫石粘土含沙的礫石土100200901007075607050602.3.3激振力激振力f是反映振動沉樁機(jī)綜合能力的一個(gè)參數(shù)，樁沉入土中時(shí)，激振力f必須大于樁與土之間的摩擦阻力。靜止的樁與土之間的摩擦力為靜摩擦力，當(dāng)施加振動力以后，樁與土之間的摩擦力會急劇下降。最小激振力應(yīng)大于土壤在振動狀態(tài)下的動摩阻力，二者之間的關(guān)系為：（2.5）式（2.5）中，f1：土壤的動摩擦阻力。土壤的動摩擦阻力f1可用下式（2.6）進(jìn)行計(jì)算：（2.6）式（2.6）中， u0：樁的外周長； ：i 段土壤的動摩擦阻力； ：對

35、應(yīng)i段土壤的樁長； ：土體的振動影響系數(shù)，對低頻振動的鋼筋樁及管柱，取=0.60.8，其余取=1。2.3.4偏心力矩的確定偏心力矩愈大，克服硬質(zhì)土層的能力愈強(qiáng)。若已知振幅和參振質(zhì)量，根據(jù)振幅計(jì)算公式(2.7)可以求出偏心力矩me。偏心力矩的選擇也必須大于某一數(shù)值，即：（2.7）2.3.5振動功率振動樁錘理論功率的確定。振動沉樁是利用樁的振動使其周邊土壤液化，減小樁與土壤的摩擦阻力，達(dá)到沉樁的目的。在沉樁過程中，有部分土壤附著在樁周邊同時(shí)振動，也吸收了一部分能量。土壤的彈性系數(shù)也隨樁入土深度而變化，所以很難找到一個(gè)計(jì)算模型完整地描述振動沉樁的運(yùn)動過程。為簡化起見，通常采用圖2.4的計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)

36、算。 圖2.4 振動樁錘計(jì)算模型圖2.5中為振動機(jī)產(chǎn)生的激振力，為偏心塊的轉(zhuǎn)速，q為樁與錘的重量，c為土壤的彈性常數(shù)，f為阻尼系數(shù)。如圖2.5所示，設(shè)x為運(yùn)動體系的坐標(biāo)，系統(tǒng)的運(yùn)動方程為（2.8） 令為系統(tǒng)的激振頻率，所以式(2.8)可寫成:（2.9）上述式（2.9）方程為一個(gè)穩(wěn)定解和一個(gè)齊次方程解之和。由于齊次方程解是一個(gè)衰減過程，實(shí)際上只有穩(wěn)定解起作用，穩(wěn)定解可寫成：（2.10）式（2.10）中，（2.11）（2.12）式（2.112.12）中，0為動態(tài)放大系數(shù)；a0為靜態(tài)振幅；為位移與振動力的相角。（2.13）激振力在振動中的每一循環(huán)中做的功可用式（2.14）表示：（2.14）每一工作循

37、環(huán)的周期因而功率為:（2.15）在打樁過程中，振動樁錘的偏心距要求出達(dá)到起振力的最小起振頻率為于是式（2.15）可寫成（2.16）該式就是振動錘功率的一般表達(dá)式。共振時(shí)（2.17）（2.18）共振時(shí)的功率為（2.19）（2.20）當(dāng)=0.5時(shí)，最小共振功率為：（2.21）顯然，非共振時(shí)的功率式(2.14)要小于式(2.17)與式(2.19)。由于土壤彈性常數(shù)與阻尼系數(shù)很難測定，所以采用式(2.17)與式(2.18)來計(jì)算功率較困難。有的采用下式來計(jì)算功率n(kw)（2.22）式中，m的單位為nm，q的單位為n，g=980。為考慮土壤振動質(zhì)量影響所增加的系數(shù)，對砂土=1.1，對粘土=1.11.2

38、。若考慮軸承發(fā)熱消耗的功率，上式還需乘以系數(shù)，若再考慮機(jī)械效率，則可再乘以系數(shù)，=1.11.15，=1.1，式(2.22)最終可寫成:（2.23）第三章振動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 偏心塊的設(shè)計(jì)3.1.1 偏心塊材料的選擇偏心塊材料采用q235，其密度 = 7.8 10 kg/m 。整個(gè)激振器由4個(gè)偏心塊組成，2根軸上各分布2個(gè)?？紤]到安裝及維修方便，其結(jié)構(gòu)采用并排式。3.1.2 偏心塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)半圓偏心塊面積和偏心距的設(shè)計(jì)計(jì)算。由一般半圓偏心塊的外形如圖3.1所示，其面積和偏心距的計(jì)算公式如下： 圖 3.1 偏心塊的結(jié)構(gòu)示意圖面積： （3.1）偏心距：（3.2）（3.3）（3.4）（3.5）（3.

39、6）式（3.1）中：偏心塊大圓弧弦長；偏心塊小圓弧弦長；大圓弧半中心角；小圓弧半中心角；其中：偏心塊產(chǎn)生的激振力（3.7）（3.8）3.2 電動機(jī)的選擇由于本設(shè)計(jì)的是激振力較小的振動打樁機(jī)，f=200kn。最大轉(zhuǎn)矩tmax=25nm，最大轉(zhuǎn)速為1800r/min。由公式p=，得，p=47.1kw。由常用機(jī)械傳動和軸承效率的概略值可知，圓柱齒輪傳動效率1=0.98，v帶傳動效率2=0.95，滾動軸承3=0.98，可得電動機(jī)的功率p0由公式得，p0=52.7kw。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可得，電動機(jī)型號為y160m2-8，同步轉(zhuǎn)速750r/min。查表得電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速750r/min查表知電動機(jī)的機(jī)座中

40、心高為160mm，外伸軸徑為42mm，外伸軸長度為110mm。電動機(jī)的主軸和工作軸的傳動比： 3.3 激振器齒輪設(shè)計(jì)3.3.1 齒輪的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)總體布置設(shè)計(jì)，激振器上、下兩層均采用對稱布置，有偏心塊的主、從動軸由一對齒輪嚙合傳動，由于只起到傳遞扭矩的作用，其傳動比i=1,以使主、從動軸等速反向旋轉(zhuǎn)。通過激振器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩軸中心距取為130mm。3.3.2 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)齒輪采用材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs ，7級精度。結(jié)構(gòu)型式采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，兩齒的幾何參數(shù)完全相同選取模數(shù)m=2.5 ，壓力角為 = 20。齒輪參數(shù)如下：分度圓直徑：=130 mm；齒數(shù)：z=52；齒頂高： =2

41、.5 mm；齒根高：= 1.25=3.125mm；齒全高：= 5.625mm；齒頂圓直徑：=135mm；齒根圓直徑：=123.75mm；齒厚：s= 3.927mm；齒寬：b= = 1300.38 = 50mm。3.3.3 齒輪的受力分析齒輪的受力分析中，為作用于齒面的正壓力，垂直于齒面，為作用于齒面的圓周力，為作用于齒輪的徑向力。其中： 主動軸的轉(zhuǎn)矩：t = 15.3nm0.95 = 14.5 nm齒面的圓周力： =n =223.1n；齒輪的徑向力： =81.2n；齒面的正壓力： =237.1n。3.3.4 齒輪強(qiáng)度校核（1）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算公式：（3.9）式(3.9)中：為齒形系數(shù)；

42、為載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力校正系數(shù)；為齒寬系數(shù)；k為載荷系數(shù)。其中，（3.10）（3.11）上式（3.10）中，為使用系數(shù)；為動載系數(shù)；齒間載荷分配系數(shù)；齒向載荷分布系數(shù)。根據(jù)上訴數(shù)據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，得：=1.25，=1.15，=1，=1.189。所以， =1.71 =mpa =52.80mpa由于， = 52.80mpa = 350mpa故齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。（2） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算公式：（3.12）式（3.12）中：為區(qū)域系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)直齒輪時(shí)，=，=2.5）；為彈性影響系數(shù)，；u為齒數(shù)比。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，可得：。又由，上述中可知，=2.5，k=1.71，ft=223.

43、1n,u=1.1。將數(shù)據(jù)代入式（3.12）中，得：故齒輪的齒面接觸勞強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。綜上所述，齒輪強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。由于兩個(gè)齒輪的傳動比為1，性質(zhì)相同。故，在此不再檢驗(yàn)另一齒輪。3.3.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于齒輪直徑d = 120mm 200mm 故采用整體式齒輪設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)如下圖3.2所示：圖3.2 齒輪結(jié)構(gòu)圖3.4 主動軸的設(shè)計(jì)3.4.1 確定軸的最小軸徑先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。據(jù)計(jì)算公式：（3.13）式（3.13）中：p為軸傳遞的功率，kw；n為軸的轉(zhuǎn)速,r/min；（3.14）式（3.14）中：為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，mpa。由于改軸只做單向旋轉(zhuǎn)，無軸向載荷，

44、所以取較大值，a0取較大值。根據(jù)表3.1，查得：=35mpa，a0=110。式（3.13）中，n=1500r/min。將數(shù)據(jù)代入式（3.13），得：mm所以，軸的最小直徑d = 11.7mm表3.1 軸常見幾種材料的及值軸的材料/mpaq235-a、201525149126q275、(1cr18ni9ti)20351351124525451260340cr、35simn、3cr33555112973.4.2 主動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的各段軸頸尺寸如下表3.2所示：表3.2 主動軸的各段尺寸位置直徑/mm長度/mm說明i-ii3528軸承配合處，軸承長18套筒長10mmii-iii4011軸頸過渡段軸

45、肩高2.5mm，長11mmiii-iv455偏心塊左端定位軸段，軸肩高2.5mm長5mmiv-v4045偏心塊安裝處，偏心塊尺寸40x45(mm)v-vi45105此處為避讓從動軸偏心塊，l=45+45+15(mm)vi-vii4045偏心塊安裝處，偏心塊尺寸40x45（mm）vii-viii455偏心塊左端定位軸段，軸肩高2.5mm長5mmviii-ix4011軸頸過渡段軸肩高2.5mm，長11mmix-x3518軸承配合處x-xi3474齒輪安裝處，尺寸34x50（mm），套筒長24mm主動軸的尺寸簡圖如下圖3.3所示：圖3.3 主動軸的結(jié)構(gòu)簡圖3.4.3 主動軸的強(qiáng)度校核（1）主動軸受力

46、分析根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時(shí)，從手冊中查得值，作出軸的彎矩圖和扭矩圖，圖如下3.4所示：圖 3.4彎矩和扭矩圖（2）主動軸上載荷分布根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)簡圖及彎矩和扭矩圖可以看出左端偏心塊中心截面出處為危險(xiǎn)截面，計(jì)算出軸的彎矩。反作用力在水平面內(nèi)，=52n，=275n。在豎直面內(nèi)，=4484n，=4792n。彎矩在水平面內(nèi)，=13052nmm在豎直面內(nèi)，=237652nmm，=220552nmm，=13052nmm。軸的扭矩及總彎矩為：nmm，=237666nmm。（3）主動軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即右邊偏心

47、塊中心線截面的強(qiáng)度。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取軸的計(jì)算應(yīng)力：（3.15）式（3.15）中，為軸所受的彎矩，nmm；t為軸所受的扭矩，nmm；w為軸的抗彎截面系數(shù)，nmm。將上述的數(shù)據(jù)代入式（3.15）中，得：=37.16mpa。由已選軸的材料為40cr，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得，= 70mpa因此 ，故滿足強(qiáng)度要求，因此軸的設(shè)計(jì)合理。3.5 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5.1 確定從動軸的最小軸徑先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為40 cr，調(diào)質(zhì)處理。據(jù)式（3.13），式中:= 100p = = 2.35kwn = 1500r/min所以，從動軸的最小直徑=

48、 11.7mm3.5.2 從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從動軸的各段軸頸如下表3.2所示：表3.2 從動軸的各段尺寸位置直徑/mm長度/mm說明i-ii3521軸承配合處，留3mm與端蓋配合位置ii-iii4064軸頸過渡段軸肩高2.5mm，長64mmiii-iv455偏心塊左端定位軸段，軸肩高2.5mm長5mmiv-v4090兩塊偏心塊安裝處，偏心塊尺寸40x45(mm)v-vi455偏心塊右端定位軸段，軸肩高2.5mm長5mmvi-vii4064軸頸過渡段軸肩高2.5mm，長64mmvii-viii3518軸承配合處viii-ix4074此處為齒輪安裝處從動軸的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.5所示，圖3.5 從動軸

49、的結(jié)構(gòu)簡圖3.5.3 從動軸的強(qiáng)度校核（1）從動軸受力分析根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖，畫出軸的載荷分析。在確定軸的支撐點(diǎn)時(shí)，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得值，作出從動軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖3.6所示：圖3.6 從動軸軸的彎矩圖和扭矩圖（2）從動軸上載荷分布根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭矩圖可以看出左端偏心塊中心截面出處為危險(xiǎn)截面，現(xiàn)計(jì)算出軸的彎矩。反作用力在水平面內(nèi)，fh1=52.4n，fh2=170.7n；在豎直面內(nèi)，fv1=4562n，fv2=4718.9n。彎矩在水平面內(nèi)，mh1=12939.8nmm；在豎直面內(nèi)，mv1=465769nmm，mv2=383174nmm。所以，從動軸的扭矩及總彎矩為：t=15000nmm，m1=465769nmm。（3）從動軸的強(qiáng)度校核按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即右邊偏心塊中心線截面的強(qiáng)度。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈沖循環(huán)變應(yīng)力，取軸的計(jì)算應(yīng)力據(jù)公式（3.15），將上述的