XY4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要 當(dāng)前，巖心鉆機(jī)升降機(jī)主要使用定軸式行星輪系升降機(jī)，本文 就是在已有的定軸式行星輪系升降機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè) 計(jì)要求的四檔提升速度的升降機(jī)。在設(shè)計(jì)過(guò)程沒有改變?cè)械纳?機(jī)零部件的位置關(guān)系，但由于，傳動(dòng)比以及傳動(dòng)速度的不同，所以， 通過(guò)受力分析計(jì)算，加大了行星齒輪、中心齒輪、內(nèi)齒圈的厚度； 同時(shí)也加大了抱閘抱緊時(shí)的抱緊半徑。利用先進(jìn)的現(xiàn)代軟件分析， 就能發(fā)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算分析所獲得的結(jié)論是正確，也就是說(shuō)，本文所 設(shè)計(jì)的升降機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的提升速度。 abstractabstract at present, rock driller elevator mostly betakes f

2、ix-shaft planet-wheel system elevator. this article tends to design a new system with 4-level elevating speed which could realize the design demands on the basis of existing fix-shaft planet-wheel system elevator. in this article , instead of changing the ubiety among the parts of the original eleva

3、tor , the author keeps on using the original structure. however, because of the differences of the transmission ratio and speed, the author enlarges the planet gear, solar gear , thickness of the inner circle ring as well as the enclasping radius of the enclasping brake through the mechanical design

4、 and calculation .by the advanced modern soft-ware analyse ,we can see that the conclusions acquired by the analyse are correct , i.e. this article succeeds to satisfy the demanding elevating speeds. i 目 錄 引 言.1 第一章 概述.3 1.1 xy4 巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史 .3 1.2 xy4 巖芯鉆機(jī)的發(fā)展的主要決定因素 .4 1.3 鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì).4 1.4 鉆機(jī)分類.6 第 2 章

5、 設(shè)計(jì)總論.7 2.1 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件 .7 2.1.1 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用 .7 2.1.2 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求 .7 2.1.3 xy4 巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件 .7 2.2 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類型的確定 .8 2.3 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定 .9 2.4 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析 .9 2.5 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析 .13 2.5.1 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 .13 2.5.2 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的工作原理分析 .14 第 3 章 分析計(jì)算.16 3.1 xy4

6、 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算 .16 3.1.1 齒輪總傳動(dòng)比的確定.16 ii 3.1.2 選擇齒輪材料和熱處理，精度等級(jí)，齒輪齒數(shù).16 3.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì).16 3.2 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算 .21 3.2.1 升降機(jī)軸的設(shè)計(jì).21 3.2.2 行星輪軸的設(shè)計(jì).29 3.3 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算 .30 3.4 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)卷筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .33 第四章 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩特性分析.37 4.1 升降機(jī)的轉(zhuǎn)速特性分析.37 4.1.1 升降機(jī)提升速度的分析.37 4.1.2 升降機(jī)下降速度的分析.39 4.2 升降機(jī)的轉(zhuǎn)矩特

7、性分析.41 4.2.1 升降機(jī)提升轉(zhuǎn)矩特性的分析.41 4.2.2 升降機(jī)下降轉(zhuǎn)矩特性的分析.42 4.3 升降機(jī)的主要特性參數(shù)計(jì)算.42 4.3.1 升降機(jī)的最大提重量.42 4.3.2 升降機(jī)的提升速度.44 4.3.3 升降機(jī)的抱閘的受力計(jì)算.46 第 5 章 工程圖的繪制.49 5.1 總裝配圖的繪制.49 5.2 部件圖的繪制.49 iii 5.3 零件圖的繪制.49 第 6 章 升降機(jī)的使用與維護(hù).50 6.1 升降機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng).50 6.2 升降機(jī)的使用要求.52 第 7 章 對(duì)升降機(jī)進(jìn)行有限元分析.53 7.1 運(yùn)用 catia 進(jìn)行升降機(jī)的建模.53 7.2 運(yùn)用 ca

8、tia 中的 generative structural analysis分析.53 第 8 章 結(jié)論.63 致 謝.64 參考文獻(xiàn).65 1 引引 言言 升降機(jī)是鉆機(jī)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一。在鉆孔的全過(guò)程中，其主 要作用是升降鉆具，另外，還有升降套管，一定條件利用升降系統(tǒng) 懸掛鉆具、進(jìn)行快速掃孔、采用主動(dòng)鉆桿控制減壓鉆進(jìn)、利用升降 機(jī)強(qiáng)力起拔處理孔內(nèi)事故等作用。 升降機(jī)升降工序所占時(shí)間比例甚大，并且隨孔深而增加，一般 約占工作時(shí)間的 1/31/2。升降機(jī)的完善程度，必然明顯的影響鉆 探的效率、鉆探質(zhì)量、生產(chǎn)的安全。因此，對(duì)鉆機(jī)的升降機(jī)進(jìn)行設(shè) 計(jì)和性能分析是非常必要的。 直至目前，工程人員所設(shè)計(jì)的

9、升降機(jī) 按傳動(dòng)方式可分為：脹閘傳動(dòng)式、錐摩擦傳動(dòng)式、片式摩擦力合器 傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式、行星輪傳動(dòng)式 5 類。而這 5 類升降機(jī)各自有 各自的特點(diǎn)： 錐摩擦傳動(dòng)式升降機(jī)結(jié)鉤比較簡(jiǎn)單，易損件少、結(jié)實(shí)耐用、但 傳動(dòng)效率小，兩摩擦錐面易進(jìn)入泥漿、油污等，工作可靠性較差。 只有少數(shù)竊孔及次深孔鉆機(jī)使用。 片式摩擦力合器傳動(dòng)式升降機(jī)傳動(dòng)較錐摩擦式平穩(wěn)，傳動(dòng)同樣 功率時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸較錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)較錐摩擦式復(fù)雜，更換離 合器片不太方便。 液壓傳動(dòng)式升降機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)升降機(jī)的速度和遠(yuǎn)距離自 動(dòng)控制，而且升降機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。不足之處是液壓馬達(dá)要求加工、 裝配精度高、不便野外修配。行星輪傳動(dòng)式升降機(jī)與摩擦傳

10、動(dòng)式相 比，在尺寸相同時(shí)，能傳遞較大功率以及獲得較大的傳動(dòng)比；傳動(dòng) 2 效率大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作靈活。 從這 5 中升降機(jī)的使用和研究情況來(lái)看，前 3 中升降機(jī)已經(jīng)被 淘汰，最后一種為目前應(yīng)用最為廣泛的升降機(jī)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看， 能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和遠(yuǎn)程控制的液壓傳動(dòng)式升降機(jī)將是將來(lái)的主要發(fā) 展方向。本文將在已知參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)升降機(jī)轉(zhuǎn)距特性及轉(zhuǎn) 速特性和升降機(jī)特性參數(shù)的計(jì)算，從而設(shè)計(jì)升降機(jī)模型。并應(yīng)用分 析軟件對(duì)其進(jìn)行仿真、驗(yàn)證。 這樣，就可以清楚升降機(jī)的轉(zhuǎn)距特性及轉(zhuǎn)速特性，并且獲得升 降機(jī)的特性參數(shù)。則工作人員就不可能在已知升降機(jī)特性的前提下， 出現(xiàn)超載工作的現(xiàn)象，就可以減小事故的

11、發(fā)生，保障了人生安全和 財(cái)產(chǎn)安全。另外，利用這種設(shè)計(jì)方法，將升降機(jī)在各種工況下的特 性進(jìn)行綜合，改進(jìn)現(xiàn)有的升降機(jī)。 第 1 章 概述 3 第第 1 1 章章 概述概述 1.11.1 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史 鉆機(jī)是向地下鉆孔的機(jī)器，是完成鉆進(jìn)施工的主機(jī)，它帶動(dòng)鉆 具和鉆頭向地層深處鉆進(jìn)，并通過(guò)升降機(jī)完成起下鉆具和套管，提 取巖心，更換鉆頭等輔助工作。泵的作用是向孔內(nèi)輸送沖洗液以沖 洗孔底，冷卻鉆頭和潤(rùn)滑鉆具。它廣泛應(yīng)用于國(guó)明經(jīng)濟(jì)的許多部門， 它是從事各種鉆探施工必不可少的主體設(shè)備。 鉆機(jī)的發(fā)展有手把式鉆機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)和全液 壓鉆機(jī)之間的三個(gè)發(fā)展階段。

12、第一階段是以手把式鉆機(jī)為代表的，1862 年，瑞士設(shè)計(jì)制造 了世界上最早的手動(dòng)操作立軸鉆機(jī)，起鉆頭是金剛石鉆頭；1899 年 出現(xiàn)了鋼粒鉆進(jìn)，代替了金剛石鉆進(jìn)；1916 年硬質(zhì)合金也用于鉆探， 產(chǎn)生了合金鉆進(jìn)。隨著這兩種鉆進(jìn)方法的采用，相應(yīng)地出現(xiàn)了蔭芽 狀態(tài)的立軸式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)鉆機(jī)，這種鉆機(jī)后來(lái)發(fā)展成性能比較完善的 手把給進(jìn)式鉆機(jī)。剛開始的鉆機(jī)動(dòng)力由人力驅(qū)動(dòng)，只能為低速，升 降機(jī)為摩擦式的，這種鉆機(jī)在發(fā)展到四、五十年代，這種鉆機(jī)的結(jié) 構(gòu)與性能比較完善；我國(guó)解放初期，為解決地質(zhì)勘探工作急需引進(jìn) 部份這類鉆機(jī)，隨后又大量仿制，其代表型號(hào)為 xb300、xe 5dd 及 xbi 000a 型等。 第二階

13、段是以機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)為代表的，四十年 代中期，隨著科技的發(fā)展鉆機(jī)也高速發(fā)展，出現(xiàn)了新的金剛石鉆頭， 另外，液壓技術(shù)也廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在這種條 第 1 章 概述 4 件下，產(chǎn)生了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)，50 年代以后，適合于金 剛石鉆進(jìn)的機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)有了進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)解放 初期，進(jìn)口手把鉆機(jī)的同時(shí)，也進(jìn)口了機(jī)械傳動(dòng)、液壓給進(jìn)的鉆機(jī)， 1958 一 1962 年完成了從仿制到自制的過(guò)渡階段，從 1962 年以后， 就開始了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。 第二階段是全液壓鉆機(jī)為代表的，六十年代以后，金剛石鉆 進(jìn)工藝又有新的發(fā)展，同時(shí)液壓技術(shù)本身又有了發(fā)展，這些因素， 構(gòu)成了全液壓

14、鉆機(jī)產(chǎn)生的條件。因此，在大約在六十華代末至七十 年代初期，這種與傳統(tǒng)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)完全不同的鉆機(jī)產(chǎn)生。我國(guó)六十年 代初已開始研制全液壓傳動(dòng)式鉆機(jī)，七十年代，我國(guó)全面地開展了 研制工作。 1.21.2 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)的發(fā)展的主要決定因素巖芯鉆機(jī)的發(fā)展的主要決定因素 第一個(gè)因素是：它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而變化的。 和其他技術(shù)發(fā)展史一樣，鉆探技術(shù)最初的發(fā)展是人與自然斗爭(zhēng) 的結(jié)果。我國(guó)是世界上最早使用鉆探技術(shù)來(lái)開采地下巖鹽的，早在 秦代(公元前 221207 年間)就用鉆井方法開采井鹽。這一項(xiàng)技術(shù)發(fā) 明目前仍為世界上所公認(rèn)。但是最早采用的是繩索取心方法，其鉆 進(jìn)過(guò)程不是連續(xù)的，即不能采取連

15、續(xù)的巖心，只能打垂直的孔，因 此不能滿足地質(zhì)勘探的要求。在十九世紀(jì)中后期出現(xiàn)了能連續(xù)取心 的迥轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，這種鉆機(jī)鉆進(jìn)效率和地質(zhì)效果遠(yuǎn)比原始繩索取心鉆 進(jìn)優(yōu)越，因而，很快地在地質(zhì)巖心勘探工作中迥轉(zhuǎn)鉆進(jìn)占了主導(dǎo)地 位。隨著鉆進(jìn)工藝的發(fā)展，巖心鉆機(jī)便必須進(jìn)行一系列的演變。如 第 1 章 概述 5 果將目的較為新式的液壓動(dòng)力頭式鉆機(jī)和五十年代的手把式鉆機(jī)相 比較則無(wú)論在外觀上，結(jié)構(gòu)上、技術(shù)參數(shù)上迥然不同。 第二因素是隨著冶金工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、電子工業(yè)的發(fā)展，鉆探設(shè) 備也相應(yīng)地起著變化。 鉆探設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)要求，除了自身地質(zhì)工作要求的特 點(diǎn)外，還必然地要大量采用機(jī)械工業(yè)上通用的傳動(dòng)副、標(biāo)準(zhǔn)件，如

16、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、各種液壓元件等。冶金工業(yè)的發(fā)展提供了輕質(zhì)高強(qiáng) 度的原材料，使設(shè)備更趨于結(jié)構(gòu)緊奏體積縮少；電子工業(yè)的發(fā)展， 使鉆探設(shè)備的測(cè)試手段儀表化、自控化。 目前在國(guó)外鉆探設(shè)備產(chǎn)品的更新?lián)Q代十分迅速，其主要原因是 零部件絕大多數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)件一部新鉆機(jī)的設(shè)計(jì)，只要根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 提出方案完成技術(shù)設(shè)計(jì)階段后，工作草圖設(shè)計(jì)量并不大，可以大量 選用其它公司出品的性能完善的標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)行組裝，因此新機(jī)型的 試制周期很短。而由于大量采用專業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，組裝后的整 機(jī)質(zhì)量得以保證，互換性、通用性也良好。 1.31.3 鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)鉆探設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì) 美國(guó)機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)立抽式鉆機(jī)約占 98，全液壓動(dòng)力

17、頭鉆 機(jī)僅占 2?？梢?，現(xiàn)階段機(jī)械傳動(dòng)液壓給進(jìn)鉆機(jī)在大量的使用而 全液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)處于發(fā)展階段。國(guó)外立軌式鉆機(jī)，為了縮熾升降 和輔助正序，采用自動(dòng)倒桿，加長(zhǎng)立軸行程等措施。由于繩索取心 鉆進(jìn)廣泛地發(fā)展，在鉆機(jī)上增加了繩索絞傘裝置。升降機(jī)在結(jié)構(gòu)原 理方面變化較小，仍以圓柱齒輪式結(jié)構(gòu)(個(gè)別為圓錐齒輪)，個(gè)別鉆 第 1 章 概述 6 機(jī)的卷筒帶有摩擦離合器，比較現(xiàn)代化的鉆機(jī)升降手把采用液壓控 制，并以手動(dòng)把作為備用；在中深孔及深孔鉆機(jī)采用水剎車以及加 速提升和下降的提引裝置。在傳動(dòng)及變速系統(tǒng)方面，變速箱速度有 增加的趨勢(shì)，有的鉆機(jī)作了改進(jìn)，即在變速箱輸入端，增設(shè)傳動(dòng)減 速箱，引入兩個(gè)系列的速度，以便

18、更能適應(yīng)各種鉆進(jìn)方法；也有的 采用快速更換傳動(dòng)鏈輪副、更換傳動(dòng)齒輪或更換大批量齒輪以擴(kuò)大 變速箱的速度范圍。為了增加設(shè)備的機(jī)動(dòng)性，減少安裝遷移的時(shí)間， 裝設(shè)在輕、重汽車和拖拉機(jī)上的自行式鉆機(jī)目前使用的很廣泛。車 裁式的鉆機(jī)其類型往往就是地表固定式標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)，動(dòng)力采目汽車和 拖拉饑的發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以采用獨(dú)自的動(dòng)力機(jī)。桅桿可用液壓缸豎起， 采用一前二后的三個(gè)液壓千斤頂穩(wěn)定鉆機(jī)，這種鉆機(jī)有的深度達(dá) 1000 多米。值得注意的是，國(guó)外坑道內(nèi)巖心鉆機(jī)的種類較多。例如 壓氣傳動(dòng)式、螺旋給進(jìn)式和液壓動(dòng)力頭式的鉆機(jī)應(yīng)用于坑道內(nèi)鉆探。 坑道鉆的發(fā)展它可節(jié)省大量鉆探進(jìn)尺而取得預(yù)期的地質(zhì)上和經(jīng)濟(jì)上 的效果。目前，我國(guó)對(duì)

19、這方面的工作還重視不夠、急待發(fā)展。近年 來(lái)“一機(jī)多用也是發(fā)展趨勢(shì)之一。如英園設(shè)計(jì)的鉆機(jī)是液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng) 力頭式車裁自行式設(shè)備，可用于巖心鉆進(jìn)，能采用空氣、泥漿洗井； 亦可采用潛孔錘鉆進(jìn)。由于是車載式能局速行駛，也適合山區(qū)、丘 陵幣值路不平的地方行駛。鉆探設(shè)備發(fā)展另一趨勢(shì)是操作自動(dòng)化、 機(jī)械化程度提高。由于電子技術(shù)在鉆探工作中的日益廣泛應(yīng)用，可 以用各種電子儀表控制，以進(jìn)一步使鉆進(jìn)工作程序化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)與 控制最優(yōu)參數(shù)鉆進(jìn)。目前已達(dá)到將各種操作手把集中進(jìn)行液壓操作 第 1 章 概述 7 使之聯(lián)動(dòng)化、程序化。升降工序機(jī)械化已作為鉆機(jī)部件的一部分。 利用傳感裝置將并底壓力、泵量泵壓、轉(zhuǎn)數(shù)扭矩、瞬時(shí)進(jìn)尺速度

20、、 過(guò)載警報(bào)等信息集中在操作臺(tái)上自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄，由電子計(jì)算 機(jī)處理數(shù)據(jù)，變成指令自動(dòng)控制與調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，這在石油鉆探設(shè) 備上巳投入正式使用，在巖心鉆探上也有某些儀表與程序初步可以 來(lái)用。 1.41.4 鉆機(jī)分類鉆機(jī)分類 按用途分類：巖心鉆機(jī)機(jī)組、水文水經(jīng)鉆探機(jī)機(jī)組、工程地質(zhì) 鉆機(jī)機(jī)組、工程鉆探機(jī)組、取樣鉆機(jī)機(jī)組、地?zé)徙@探機(jī)機(jī)組、探鉆 機(jī)機(jī)組、坑道鉆機(jī)機(jī)組、石油鉆機(jī)機(jī)組、砂礦鉆機(jī)機(jī)組，等等。 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 8 第第 2 2 章章 設(shè)計(jì)總論設(shè)計(jì)總論 2.12.1 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)條件 2.1.12.1.1 xy

21、xy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用 鉆機(jī)的升降機(jī)有主升降機(jī)和副升降機(jī)之分：主升降機(jī)用于升降 鉆具和套管；副升降機(jī)可用于起吊其它管材或重物，打撈繩索取心 鉆具內(nèi)管，升降撈砂簡(jiǎn)、取土器等。 2.1.22.1.2 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求 由于鉆機(jī)的升降機(jī)在在鉆探的過(guò)程中，工作時(shí)間長(zhǎng)，其性能的 好壞，直接關(guān)系到鉆進(jìn)的效率鉆孔的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，因此升降 機(jī)要滿足以下要求： 在滿足升降機(jī)工藝要求的前提下，應(yīng)能最大限度地降低升降 工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和充分提高功率利用系數(shù)。 要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。 操作方便、動(dòng)作靈敏、平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度

22、小、工作安全可靠， 現(xiàn)代鉆機(jī)應(yīng)考慮操作遠(yuǎn)離鉆機(jī)本體，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離手柄或按扭操作。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2.1.32.1.3 xyxy4 4 巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件 輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約 450、約 310、約 217、約 117； 卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約 160、約 110、約 78、約 42； 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 9 最大提升能力：29.4kn； 卷筒直徑：285mm； 鋼繩直徑：16mm； 卷筒容繩量：52mm； 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。 2.22.2 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類型的確定巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類型的確定 目前存在的升降機(jī)有

23、5 種，分別是脹閘傳動(dòng)式、錐摩擦傳動(dòng)式、 片式摩擦力合器傳動(dòng)式、液壓傳動(dòng)式、行星輪傳動(dòng)式；而它們的特 點(diǎn)是： 表表 2-12-1 不同升降機(jī)的特點(diǎn)比較不同升降機(jī)的特點(diǎn)比較 類型特點(diǎn)采用鉆機(jī) 型號(hào) 脹閘傳 動(dòng) 式 次種升降機(jī)簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用液壓 控制，易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作以及自動(dòng)化；而且 工作平穩(wěn)；卷筒制圈散熱條件好。但只適用 于有液壓系統(tǒng)的鉆機(jī)。 spc-300 型 錐摩擦 傳 動(dòng)式 此類升降機(jī)結(jié)鉤比較簡(jiǎn)單，易損件少、結(jié)實(shí) 耐用、但傳動(dòng)效率小，兩摩擦錐面易進(jìn)入泥 漿、油污等，工作可靠性較差。只有少數(shù)竊 孔及次深孔鉆機(jī)使用 xb-500 型 片式摩 擦力合 傳動(dòng)較錐摩擦式平穩(wěn)，傳動(dòng)同樣功率時(shí)

24、結(jié) 構(gòu)尺寸較錐摩擦式小，但結(jié)構(gòu)較錐摩擦式復(fù) 用于 鉆機(jī) 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 10 器傳 動(dòng)式 雜，更換離合器片不太方便。輔助 升降 機(jī) 液壓傳 動(dòng)式 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)升降機(jī)的速度和遠(yuǎn)距離自 動(dòng)控制，而且升降機(jī)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。不足之 處是液壓馬達(dá)要求加工、裝配精度高、不便 野外修配。 行星輪 傳動(dòng) 式 與摩擦傳動(dòng)式相比，在尺寸相同時(shí)，能傳遞 較大功率以及獲得較大的傳動(dòng)比；傳動(dòng)效率 大；結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，操作靈活。 用于機(jī)械 傳動(dòng)式鉆 機(jī) 因此，通過(guò)上述分析，我們選擇行星輪式升降機(jī)作為 xy-4 巖心 鉆機(jī)的升降機(jī)。但是，行星輪式升降機(jī)又分為兩種：一種是行星輪 軸支撐在提升在制圈上，內(nèi)齒圈與卷筒

25、裝在一起；另外一種是行星 輪軸裝在卷筒上，而內(nèi)齒圈和提升制圈連在一起。我們暫時(shí)選擇第 一種。 2.32.3 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定 本次設(shè)計(jì)是在原有的 xy-4 巖心鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，利用所給的設(shè)計(jì) 參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分別進(jìn)行： 工作參數(shù)的選擇： 升降機(jī)的最大起重量 pq； 提升速度分為：最高纏繩速度 vmax、最低纏繩速度 vmin； 調(diào)速范圍 r； 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 11 速度檔數(shù)及中間速度。 抱閘的受力分析： 下降制動(dòng)力矩； 提升制動(dòng)力矩； 手柄上的作用力； 抱閘的發(fā)熱驗(yàn)算： 抱閘在制動(dòng)過(guò)程中，將鉆具和提升系統(tǒng)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能， 這些

26、熱能會(huì)使抱閘和制圈的溫度升高。這樣會(huì)使摩擦系數(shù)降低，制 動(dòng)力矩減小，而且會(huì)使熱應(yīng)力增加，加劇摩擦材料的磨損，因此要 對(duì)其進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算，看是否能夠男組要求。通過(guò)上述計(jì)算就可以知 道升降機(jī)的最大起重量、提升速度、制動(dòng)力矩等等，我們就利用這 些參數(shù)來(lái)選擇升降機(jī)的主軸、行星輪系齒輪、支架、中心齒輪、行 星輪軸等所有的零件型號(hào)和尺寸，進(jìn)而繪制出總裝配圖。在經(jīng)過(guò)一 些軟件來(lái)分析升降機(jī)的性能。 2.42.4 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)主要由卷筒、行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水冷裝置 及抱閘等組成。這些部件有著不同的外形特征和不同的作用，下面 就其分別進(jìn)行分析：

27、 卷筒 卷筒是升降機(jī)的主要組成部分，它是提供提升動(dòng)力與控制提升、 下降速度的裝置。它的形狀如圖 4-1 所示： 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 12 圖 2-1 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)卷筒 卷筒用兩盤球軸承支承在升降機(jī)的中部。左邊有水套循環(huán)，它 與水套軸構(gòu)成水循環(huán)系統(tǒng)；右邊部分與內(nèi)齒圈采用熱壓法裝在一起， 卷筒纏繞鋼絲繩所需要的動(dòng)力就從這里輸入。 行星輪系 升降機(jī)設(shè)置行星輪系的目的在于解決上升與下降時(shí)升降機(jī)軸要 向不同的方向旋轉(zhuǎn)的問題。采用此裝置的另一個(gè)原因是由于它可以 有精確的傳動(dòng)比、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)平穩(wěn)、可以傳動(dòng)較大的力矩。 在選擇行星輪系的個(gè)數(shù)時(shí)，為了使系統(tǒng)不產(chǎn)生偏心現(xiàn)象，故行星輪 系的個(gè)數(shù)為 3

28、 個(gè)。它們分別用兩盤球軸承活動(dòng)裝在三根行星輪軸上。 三根行星輪軸互為 120 度夾角，均勻裝在兩行星輪支架之間。兩個(gè) 支架分別用球軸承裝在中心齒輪兩邊的軸承徑上。行星輪系的外行 如圖 1-2 所示： 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 13 圖 2-2 xy4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)行星輪系 1.內(nèi)齒圈 2.單列向心球軸承 3.行星輪軸 4. 支架左部分 5.螺栓 6.彈性墊片 7.支架右部分 水冷裝置 由于升降機(jī)在下降過(guò)程中是以自身的重量為動(dòng)力的，因此在下 降一段時(shí)間后就會(huì)有較大的速度，為了減速，抱閘與制圈由于摩擦 就會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量如果不及時(shí)排除就會(huì)對(duì)升降機(jī)造成影 響。所以，在卷筒和水套軸之間裝水循環(huán)系

29、統(tǒng)。另外，水冷裝置還 有一個(gè)作為水剎車的用途。 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 14 升降機(jī)軸 升降機(jī)軸是整個(gè)升降機(jī)運(yùn)行主要?jiǎng)恿鬟f的元件。它上面裝有 卷筒、水套軸等零件，另外，還有中心齒輪。中心齒輪與升降機(jī)軸 用花鍵聯(lián)接。選用花鍵聯(lián)接是由于中心齒輪要傳遞較大的轉(zhuǎn)矩。升 降機(jī)軸的左部分空套裝于水套軸的中心孔內(nèi)，右部分用花鍵插入分 動(dòng)箱軸齒輪的花鍵孔內(nèi)，動(dòng)力由齒輪從分動(dòng)箱傳到升降機(jī)軸。升降 機(jī)軸的形狀如圖 1-3 所示： 圖 2-3 升降機(jī)軸 抱閘 升降機(jī)有兩個(gè)抱閘，一付是制動(dòng)抱閘，另一付是提升抱閘。其 作用是通過(guò)抱緊制圈產(chǎn)生摩擦力矩，從而制動(dòng)或控制卷筒與提升制 圈，并靠自身結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的彈力松開抱閘，使抱

30、閘與制圈間出現(xiàn)間 隙。 a：抱閘的原理圖如圖 1-4 所示： 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 15 圖 2-4 抱閘結(jié)構(gòu)圖 1.手把 2.棘輪 3.銅套 4.銅墊 5.墊 6.閘塊 7.彈簧 8.螺 母 9.鎖母 10.連桿 11.頂桿螺栓 12.閘帶 13.支架 14.沉頭鉚釘 15.銷 軸 16.止動(dòng)銷 17.銷軸 18.手把托墊 19.棘爪 20.銷軸 b：抱閘的工作原理： 制動(dòng)時(shí)，將手把下壓，凸輪偏心厚面壓向銅墊 5，迫使兩制塊 靠近，抱緊制閘。 松開時(shí)，將手把上抬，凸輪偏心薄面壓向銅墊 5，凸輪壓力消 除，在彈簧張力的作用下，使兩制塊放松制圈，并保持間隙。 在下降制動(dòng)抱閘凸輪上有棘齒，棘輪上裝

31、有棘爪 19。利用棘齒 和棘爪可以使抱閘長(zhǎng)時(shí)間處于制動(dòng)狀態(tài)，能使孔內(nèi)鉆具長(zhǎng)時(shí)間處于 孔內(nèi)某一位置上。 為保證抱閘工作可靠，抱閘處于放松狀態(tài)時(shí)，應(yīng)和制圈保持適當(dāng)而 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 16 均勻的間隙，如果間隙過(guò)大，制動(dòng)時(shí)動(dòng)作遲緩，而且產(chǎn)生的制動(dòng)力 矩小，甚至使抱閘失靈；間隙過(guò)小，可能會(huì)造成分離不徹底。 2.52.5 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析 2.5.12.5.1 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 通過(guò)對(duì)升降機(jī)的組成的分析以及對(duì)原有升降機(jī)的參考，我們就 能確定升降機(jī)的零部件的裝配情況和大致的

32、結(jié)構(gòu)示意圖，其機(jī)構(gòu)示 意圖如圖 1-5 所示。 圖 2-5 升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1.升降機(jī)軸 2.中心齒輪 3.行星輪軸 4.行星齒輪 5. 內(nèi)齒圈 6.提升抱閘 7.卷筒 8.制動(dòng)抱閘 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 17 2.5.22.5.2 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的工作原理分析巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的工作原理分析 升降機(jī)在工作時(shí)有四種工作情況，分別是：提升鉆具、制動(dòng)鉆具、 下降鉆具、微控制。 提升鉆具 升降機(jī)在提升鉆具時(shí)，提升抱閘 6 抱緊，同時(shí)將下降抱閘 8 松 開，則由于提升抱閘的抱緊作用，使得提升制圈和行星輪系支架的 右部分通過(guò)鍵聯(lián)接成的整體靜止，這樣行星輪系此時(shí)為定軸輪系。 動(dòng)力從分動(dòng)箱傳入

33、到升降機(jī)軸 1，升降機(jī)軸帶動(dòng)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) 2，同 時(shí)中心齒輪與行星齒輪 4 嚙合；行星齒輪又與內(nèi)齒圈 5 嚙合，從而 帶動(dòng)卷筒 7 繞升降機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)繞繩，達(dá)到提升鉆具的目的。 制動(dòng)鉆具 將提升抱閘 6 松開，下降抱閘 8 抱緊，則此時(shí)卷筒 7 靜止不動(dòng)，行 星齒輪 4 自轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)行星輪軸 3 與提升制圈公轉(zhuǎn)，升降機(jī)軸空 轉(zhuǎn)。 下降鉆具 同時(shí)將提升抱閘 6 和下降抱閘 8 松開，鉆具在自重的作用下， 卷筒反轉(zhuǎn)松繩鉆具下降?？刂葡陆当чl的松開程度就可以控制鉆具 的下降速度，另外，還有微動(dòng)操作，就是利用下降和提升抱閘聯(lián)合 動(dòng)作，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)提升、制動(dòng)、下降的連續(xù)動(dòng)作。 參考文獻(xiàn) 18 第第 3

34、3 章章 分析計(jì)算分析計(jì)算 3.13.1 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算 3.1.13.1.1 齒輪總傳動(dòng)比的確定齒輪總傳動(dòng)比的確定 因?yàn)檩斎胼S的最高轉(zhuǎn)速 n1=450 r/min 和卷筒的最高轉(zhuǎn)速 n2=160 r/min；又因?yàn)樵谏禉C(jī)提升鉆具時(shí)，行星輪系為定軸輪系， 則可以根據(jù)公式： ，知： 12 23 12 12 , ii i zz ii zz 總 31 12 12 45 16 zn ii i zn 總 （3-1） 式中： 升降機(jī)總傳動(dòng)比；i總 第一級(jí)傳動(dòng)比； 1 i 第二級(jí)傳動(dòng)比； 2 i 中心齒輪齒數(shù)； 1 z 行星齒輪齒數(shù)； 2 z 內(nèi)齒

35、圈齒數(shù)。 3 z 3.1.23.1.2 選擇齒輪材料和熱處理，精度等級(jí)，齒輪齒數(shù)選擇齒輪材料和熱處理，精度等級(jí)，齒輪齒數(shù) 考慮到傳動(dòng)功率大，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由譚慶昌編 著機(jī)械設(shè)計(jì)表6-2選得：三個(gè)齒輪材料用40mnb，表面淬火，齒 面硬度4855hrc，齒輪精度為8級(jí)，閉式軟齒面齒輪；選中心齒輪 的齒數(shù)，選，則，。 1=30 z 1 1.2i 2 2.344i 211 36ziz 3 84z 參考文獻(xiàn) 19 3.1.33.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 先設(shè)計(jì)中心齒輪和行星齒輪 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。

36、 由式 1 3 2 1 2 fssa d f ktyyy m z （3-2） 因載荷有較重沖擊，由表查得，故初選載荷系數(shù)，5 . 1 k2 t k 6 65 1 1 9.55 1025.62 9.55 105.44 10 493 p tn mm n 由式 12 11 1.883.2()cos zz （3-3）計(jì)算端面重合度 ； 11 1.883.2()cos1.69 3036 由式 ， 0.75 0.250.7y （3-4） 查表得： 0.7 d 1 2.63 fa y 1 1.59 sa y 2 2.33 fa y 2 1.69 sa y 由式 9 11 6060450 11 8 30020

37、1.30 10 h nn jl （3-5） 參考文獻(xiàn) 20 8 1 2 6.8 10 n n i 8 33 6060 160 11 8 300204.6 10 h nn jl 查表得： 1 0.89 n y 2 0.91 n y 由表選 ， min 1.25 f s 由圖按齒面硬度均值51hrc，在ml線上查得： ， min1lim2 450 ff mpa 則 lim11 1 min 4500.89 320.4 1.25 fn f f y mpa s lim22 2 min 4500.91 327.6 1.25 fn f f y mpa s 11 1 2.63 1.56 0.0131 320.

38、4 fasa f yy a 22 2 2.33 1.69 0.0120 327.6 fasa f yy a 取 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)： 11 1 0.0131 fasa f yy a 將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得： 5 111 3 3 22 11 222 5.44 100.70.0131 ()3.35 0.730 tfasa t dfa k tyyy m za 修正： t m 11 3.14 3.35 30450 2.1 / 60 100060 1000 t mzn vm s （3-6） 查表得： 1.15,1.06,1.2, v kkk 參考文獻(xiàn) 21 1.5 1.15 1.06 1.22.

39、19 av kkkkk （3-7） 3 3 2.19 3.353.40 2 t t k mm k （3-8） 查表，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 。3.5mmm 所以齒輪的主要幾何尺寸為： 11 105,dmzmm 22 126dmzmm 12 ()132 2 m azzmm 1 0.7 10573.5 d bdmm 取 2 75bmm 1 75bmm 較核齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 1 2 1 21 hheh ktu zzz bzu （3-9） 查得，189.8,2.5,0.88 eh zmpa zz 按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得： 12 0.96,1.06 nn zz 按齒面硬度均值51hrc在mq和ml線中間

40、查出 ，取 mpa hh 1060 2lim1lim 1 1lim h s lim11 1 min 1017.6 hn h h z mpa s （3-10） lim22 2 min 1123.6 hn h h z mpa s 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得： 參考文獻(xiàn) 22 （3- 5 1 2 22.19 5.44 104.19 189.82.5 0.88 75 303.19 hh 11） 接觸強(qiáng)度滿足。 設(shè)計(jì)內(nèi)齒圈 內(nèi)齒圈的輸出功率24.11kw，轉(zhuǎn)速160r/min。 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。 由式 1 3 2 3 2

41、 fssa d f ktyyy m z 因載荷有較重沖擊，由表查得，故初選載荷系數(shù)，5 . 1 k2 t k 6 65 3 1 9.55 1024.11 9.55 101.44 10 160 p tn mm n 由前面的設(shè)計(jì)可知，齒輪的模數(shù)m=3.5，因此內(nèi)齒圈的模數(shù)也是 3.5。 所以齒輪的主要幾何尺寸為： ； 33 294dmzmm ； 1 0.7 10573.5 d bdmm 取。 3 75bmm 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 1 2 3 21 hheh ktu zzz bzu 查得，189.8,2.5,0.88 eh zmpa zz 按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得： 3 1.06 n z 參考文獻(xiàn)

42、23 按齒面硬度均值51hrc在mq和ml線中間查出 ，取 lim3 1060 h mpa lim3 1 h s lim33 3 min 1123.6 hn h h z mpa s 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得： 5 3 2 22.19 1.44 104.19 189.82.5 0.88 75 843.19 hh 接觸強(qiáng)度滿足。 表表 2 2 齒輪的主要參數(shù)齒輪的主要參數(shù) 齒輪 zmd(mm) (mm) dadf 中心齒 輪 303.51057511296.25 行星齒 輪 363.512675133117.2 5 內(nèi)齒圈 843.529475301285.2 5 3.23.2

43、xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算 3.2.13.2.1 升降機(jī)軸的設(shè)計(jì)升降機(jī)軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，擬訂軸上零件的裝配方案。 選擇圖 3-1 所示的方案。 參考文獻(xiàn) 24 圖 3-1 升降機(jī)軸零件的分布 選擇軸的材料 軸的材料選擇 40cr，調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得， 。根據(jù)表查得， 11 735,540,355,200 bs mpampampampa 。 0 107c 求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩p 1 n 1 t 通過(guò)查表可知齒輪的傳動(dòng)效率為 0.97，則輸入功率是： ； 22 24.11 25.62 0.97 g f v pkw （3

44、-12） ； 1 450 /minnr 。 54 1 1 1 9.55 105.44 10 p tn mm n 初步估算軸的最小軸徑 由公式可以得到升降機(jī)軸的最小軸徑 1 3 min0 1 p dc n 1 3 3 min0 1 25.62 10740.66 450 p dcmm n （3-13） 又因?yàn)榇溯S與齒輪是用鍵聯(lián)接的，所以升降機(jī)軸的最小軸徑應(yīng)為： minmin 3%41.88dddmm 參考文獻(xiàn) 25 （3-14） 升降機(jī)軸的最小部分是在與分動(dòng)箱齒輪聯(lián)接的地方，它的選擇 應(yīng)該根據(jù)分動(dòng)箱齒輪的孔徑確定，而軸最大的部分在支撐卷筒處兩 單列向心軸承的中間位置。其余的軸徑則要根據(jù)與之相聯(lián)的軸

45、承、 密封圈選擇。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為使 b 點(diǎn)的密封圈的定位，因而加一個(gè)軸肩，并考慮到密封圈 的內(nèi)徑，故選軸肩的直徑是 55mm。在 bc 段是放置單列向心軸承的， 根據(jù)軸承的內(nèi)徑軸的直徑為 60mm，長(zhǎng)度是軸承的寬度 22mm。cd 段 是升降機(jī)軸最大的部分，由于此段軸的左右兩邊要使軸承定位，因 此選軸的直徑是 66mm，長(zhǎng)度要于卷筒的寬度匹配 194mm。de 段的的 直徑與 bc 段相等，長(zhǎng)度是兩個(gè)軸承的寬度加中心齒輪的寬度，另外， 考慮到要將齒輪固定，兩軸承之間要有墊片，因此它的長(zhǎng)度是 120mm。ef 段的直徑與軸承的內(nèi)徑相同，為 50mm，長(zhǎng)度是兩軸承的 寬度與行星輪系支架的寬度和

46、為 120mm。fg 段由與之相聯(lián)的分動(dòng)箱 的齒輪的寬度決定，在這里選擇 80mm。 確定軸上圓角和倒角尺寸 圓角是 r1.5，倒角是 245。 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 由所確定的結(jié)構(gòu)圖（圖 3-1）可確定出升降機(jī)軸的支承距離為 80mm，據(jù)此求出齒輪寬度中點(diǎn)所在的截面的、和的 h m v mm ca m 值。 參考文獻(xiàn) 26 a：畫出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖 3-2） 為計(jì)算方便，將軸上的作用力分解到水平面和垂直面內(nèi)進(jìn)行計(jì) 算。取集中力作用與軸上零件的中點(diǎn)。對(duì)于支反力的位置隨軸承類 型和分布方式的不同而異。 b：計(jì)算軸上外力 齒輪的圓周力 4 1 22 5.44 10 1088 100 t t fn d

47、 （3-15） 齒輪的徑向力 1088020395.78 rtn ff tgtgn （3-16） 徑向力與原周力的合力 10880 1157.69 coscos20 t n n f fn （3-17） c: 計(jì)算軸的彎矩并畫彎矩圖 參考文獻(xiàn) 27 圖 3-2 升降機(jī)軸的受力計(jì)算 水平面彎矩 1 11 217.6 22 hh mfln m （3-18） 垂直面彎矩 參考文獻(xiàn) 28 （3-19） 11 79.16 22 vr mfln m 水平面和垂直面的彎矩圖如圖 2-2c 和 2-2e 所示。 合成彎矩（如圖 2-2f） 22 231.55 hv mmmn m （3-20） d: 畫轉(zhuǎn)矩圖（圖

48、 2-2g） e：計(jì)算當(dāng)量彎矩圖 轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化計(jì)算，取 =0.6 得： 55 1 0.6 5.44 103.26 10tn mm （3-21） 1 231.55 e mmm m 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面的強(qiáng)度。由 公式 （3-22） 1 1 3 231.55 10.760 0.1 60 ca m mpampa w 所以軸的強(qiáng)度足夠。 按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算 a：危險(xiǎn)截面的判斷 危險(xiǎn)截面的位置應(yīng)是彎矩和轉(zhuǎn)矩以及截面面積較小且應(yīng)力集中 較嚴(yán)重處。當(dāng)在同一截面處有幾個(gè)應(yīng)力集中源時(shí)，取各源所引起的 最大值。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，截面齒輪中點(diǎn)處的 參考文獻(xiàn)

49、 29 彎矩最大且齒輪配合和花鍵軸引起的應(yīng)力集中。以下以齒輪中點(diǎn)的 截面進(jìn)行分析 。 b: 齒輪中心截面處進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核 抗彎截面系數(shù) 333 0.10.1 6021600wdmm （3-23） 抗扭截面系數(shù) 333 0.20.1 6043200 t wdmm （3-24） 合成彎矩 1 231.55mmm m （3-25） 轉(zhuǎn)矩 52 1 1 1 9.55 105.44 10 p tn mm n 彎矩應(yīng)力幅（按對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） 1 3 231.55 10.7 0.1 60 a m mpa w （3-26） 彎曲平均應(yīng)力 0 m mpa 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力幅 544000 12.6

50、 243200 a t t mpa w （3-27） 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力 12.6 am mpa 參考文獻(xiàn) 30 由設(shè)計(jì)圖可知 1,1kk 由 640,60 b mpa dmm 按（譚慶昌編著機(jī)械設(shè)計(jì) ）的附圖 5 查得尺寸系數(shù) 0.75,0.74 由精車加工得： 640 b mpa 按（譚慶昌編著機(jī)械設(shè)計(jì) ）的附圖 8 查得表面質(zhì)量系數(shù) 0.93 按公式 kk kk 和 （3-28） 可計(jì)算得： 1.431.42kk ， 由于花鍵引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是 1.551.46kk 和 參考文獻(xiàn) 31 故得綜合影響系數(shù)是 1.55 2.22 0.75 0.93 1.46 2.09 0.75 0.93

51、k k k k （3-29） 由于齒輪輪轂與軸的過(guò)盈配合 h7/r6 產(chǎn)生的有效應(yīng)力集中系數(shù) 和尺寸系數(shù)之比由（譚慶昌編著機(jī)械設(shè)計(jì) ）的附圖 6b、7b 查得 3.552.55 kk ， （3-33） 因此可得綜合影響系數(shù)是 3.55 3.82 0.93 2.55 2.74 0.93 k k k k 取上面的綜合影響系數(shù)較大的數(shù)值，故 3.822.74kk ， 軸的材料是 40cr，查（譚慶昌編著機(jī)械設(shè)計(jì) ）的表 8-1 取 彎曲影響系數(shù)和扭轉(zhuǎn)影響系數(shù)是 0.20.1 ， 只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，由公式 參考文獻(xiàn) 32 1 am s k （3-34） 得： 1 275 3.82 32.08

52、am s k =3. 06 只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)，由公式 1 am s k （3-35） 得： 1 155 35.784 am s k =4. 4 由公式 22 ca s s s ss （3-36） 得安全系數(shù)是 2222 3.064.4 2.5 3.064.4 ca s s s ss = 取標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)是 1.5，則 參考文獻(xiàn) 33 2222 3.064.4 2.51.5 3.064.4 ca s s s ss = 所以截面安全。 3.2.23.2.2 行星輪軸的設(shè)計(jì)行星輪軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)方案的整體布局，擬訂軸上零件的裝配方案。 選擇圖 3-1 所示的方案。 1.行星齒輪 2.單

53、列向心軸承 3.行星軸支架 圖 3-3 行星軸零件的分布 選擇軸的材料 軸的材料選擇 40cr，調(diào)質(zhì)處理。其力學(xué)性能由表查得， 。根據(jù)表查得， 11 735,540,355,200 bs mpampampampa 。 0 107c 求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 2 p 2 n 2 t 通過(guò)查表可知齒輪的傳動(dòng)效率為 0.97，則輸入功率是： 參考文獻(xiàn) 34 ； 2 24.11 24.86 0.97 g f v pkw ； 2 375 /minnr 。 54 2 2 2 9.55 106.33 10 p tn mm n 初步估算軸的最小軸徑 由公式可以得到行星輪軸的最小軸徑 2 3 min0 2

54、p dc n 。 2 3 3 min0 2 24.86 10720.66 375 p dcmm n 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為使單列向心軸承的定位，因而加一個(gè)軸肩，并考慮到單列向 心軸承的內(nèi)徑，故選軸肩的直徑是 48mm。在直徑時(shí) 40mm 段是放置 單列向心軸承的，根據(jù)軸承的內(nèi)徑軸的直徑為 40mm，長(zhǎng)度是軸承的 寬度 16mm。直徑時(shí) 36 mm 段是行星輪系支架支撐行星輪系的連接處， 長(zhǎng)度要于行星輪系支架的寬度匹配 32mm。對(duì)整個(gè)行星輪軸來(lái)說(shuō)其實(shí) 關(guān)于軸肩對(duì)稱的。因此，確定一邊的尺寸就可以了。 確定軸上圓角和倒角尺寸 圓角是 r1.5，倒角是 245。 3.33.3 xyxy4 4 巖芯鉆機(jī)升降

55、機(jī)軸承的分析計(jì)算巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算 軸承型號(hào)的選擇 根據(jù)鉆探工程手冊(cè)，選擇軸承型號(hào)是 100360；軸承型號(hào)是 100355。 計(jì)算軸承承受的徑向載荷和 1r f 2r f 參考文獻(xiàn) 35 將軸系部件受到的空間力分解為水平面（圖 3-4b）和垂直面 （圖 3-4c）兩個(gè)平面力系，由力分析可知： 水平支反力 1 1088 544 22 t h f fn 2 1088 544 22 t h f fn （3-37） 垂直支反力 1 395.78 197.89 22 r v f fn 2 395.78 197.89 22 r v f fn （3-38） 合成支反力（圖 3-4d） 2222 111 544197.89578.88 rhv fffn 2222 222 544197.89578.88 rhv fffn （3-39） 參考文獻(xiàn) 36 圖 3-4 軸承受力示意圖 計(jì)算軸承的軸向載荷和 1a f 2a f 由圖 4-3d 可知，等于。查設(shè)計(jì)手冊(cè)（gb/t 292-94） ， 1r f 2r f 100000 型軸承的 cr=35.2kn，cor=24.5kn，對(duì)于 10000 型軸承，按 （譚慶昌編著機(jī)械設(shè)計(jì) ）的表 9-9，軸承的內(nèi)