電動沖擊鉆設計說明書

1、第一章 前言第二章 沖擊鉆的基本方案1.產品功能要求2.傳動機構方案及比較3.電動沖擊鉆結構簡圖第三章 整體結構設計1.電機的選擇2、齒輪的計算。第四章 主要零部件參數及結構設計41 主傳動軸設計411 主軸的結構設計10412 主軸的校核42傳動齒輪設計421 針式齒輪設計說明422 按齒面接觸度強計算2423 按齒根彎曲強度設計2424 幾何尺寸計算425 驗算第五章 主要零部件的選材、熱處理及工藝分析第六章 設計總結致 謝參考文獻第一章 前言沖擊鉆作為電動工具的一種，我們有必要介紹電動工具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。電動工具是一種機械化工具，它結構輕巧、攜帶使用方便。無論在我們的日常生活中，還是在

2、生產中都是個不可或缺的重要角色。我國電動工具行業(yè)一向靠外貿出口作可靠支撐。近十年來，除 1996 年比 1995 年在外貿出口數量和金額略有下降外，其余年份均呈大幅度上升態(tài)勢。2000 年，全行業(yè)的外貿出口出現(xiàn)了歷史最高峰-無論增長幅度還是絕對值，均創(chuàng)歷史新高，外貿出口數量高達 8500 萬臺，外貿出口金額 12.25 億美元，二者均比 1999 年增長50%以上。雖然今年以來，我國電動工具行業(yè)的外貿出口卻遭遇較大挫折，與去年同期相比，外貿出口數量和金額僅呈微略增勢，“跑”出了近五年來最慢速度。今年我國電動工具外貿出口的這種大幅回落將較大地影響全年的行業(yè)生產經營效果，給完成全年生產經營目標帶來

3、了更加艱巨的任務。但是我國加入 W TO 后許多重大工程的新建和續(xù)建、房地產業(yè)的繼續(xù)發(fā)展以及基本建設等給電動工具行業(yè)的發(fā)展提供了有利條件,西部大開發(fā)也帶動了電動工具市場的進一步擴大。從電動工具市場反饋的信息可以看出，2002年國內電動工具產品銷售出現(xiàn)了以下一些新的特點。首先，許多電動工具生產企業(yè)的積極性比以往更加高漲，推動了電動工具產品質量水平不斷提高，無論外觀造型還是內在性能，都有明顯改善。另一方面，各生產廠家大力挖掘內部潛力，降低生產成本，來增強自身的競爭力。由于競爭的日趨激烈，我國許多以內銷為主的電動工具企業(yè)更加注意產品的更新和新產品的設計開發(fā)。如沖擊鉆，體積小、重量輕，外型更加美觀。認

4、知自己的不足，現(xiàn)在生產企業(yè)都走設計更新的路。沿著這個方向發(fā)展，我國的電動工具行業(yè)的前景將無限光明。第二章 沖擊鉆的基本方案1.產品功能要求 電動沖擊鉆是一種常用的電動五金工具，主要用于堅硬而脆性較大的材料如石材、水泥墻、瓷磚等的鉆孔工作中除鉆削外還應有定的沖擊力才能順利地鉆出孔來。實現(xiàn)電動沖擊鉆功能的傳動機構方案很多，帶動話頭旋轉的方式主要由電動機通過齒輪傳動系統(tǒng)完成，而實現(xiàn)鉆頭的沖擊運動有多和方式。下面僅對電沖擊機構的方案選擇作一簡要分析比較。2.傳動機構方案及比較方案一：曲柄滑塊沖擊機構1本方案為實現(xiàn)鉆孔及沖擊功能，采用了一個帶套筒的齒輪9,如圖- 1所示鉆頭13通過花鍵連接裝在套筒齒輪9

5、前端的花鍵槽12內 使鉆頭13與齒輪9連成一體。電動機1轉動，通過齒輪6、齒輪7、齒輸8，帶動齒輪9轉動，使鉆頭13旋轉進行鉆孔。同時由曲柄輪4、連桿5和撞頭滑塊10組成曲柄滑塊沖擊機構。曲柄輪4（帶蝸輪）通過蝸桿機構3經由齒輪6、齒輪2將電動機r輸出的動力傳遞給撞頭滑塊10。撞頭滑塊10撞擊撞桿11，撞桿11再撞擊鉆頭13實現(xiàn)沖擊運動。鉆頭13受沖擊時可在花鍵槽12內移動。 該方案結構較為復雜，對安裝精度要求較商，不然會發(fā)生撞頭滑塊在套筒內卡死的現(xiàn)象。同時連桿5的連接軸銷在沖擊力較大時易折斷勺 。 方案二：偏心凸輪沖擊機構該方案采用偏心凸輪5作為沖擊發(fā)生件，撞頭8作為凸輪機構從動桿；如圖-2

6、所示。與方案一相同，也是通過蝸輪4：蝸桿3將電動機1的動力傳遞給予蝸輪4同軸的偏心，凸輪5 0電動機轉動，凸輪機構工作，撞買8來回移動，撞擊撞桿12 0撞頭8與偏心凸輪5接觸T的頂部做成半球狀，以減少工作時韻摩擦6彈簧9的作用是使撞頭8在工作中與偏心凸輪5保持可靠的接觸。該方案對安裝精度要求不高，工作氈比較安全可靠，但存在凸輪遑扔沖擊，哏口非有效沖擊較大。偏心凸輪軸銷易摜等缺點。 方案三：圓盤凸輪沖擊機構 由圓盤凸輪16、從動桿8（撞頭）組成圓盤凸輪沖擊機構，這是一種變形的圓盤凸輪機構,如圖-3所示。將圓盤凸輪6做成斜面圓柱狀，從動桿8不直接與圓盤凸輪6接觸.而是通。過撥盤5撥動從動桿8（撞頭

7、）作往復直線運動。電動機1通過一對嚙合的齒輪。 2、3直接將動力傳遞給予從動齒輪3同軸的圓盤凸輪6和套筒齒輪9的驅動齒，齒輪7，完成整個運劫及動力傳遞。彈簧4的作用是工作中使撥盤5緊貼圓盤輪6表面。該方案結構簡單，減弱凸輪機構易產生的硬性沖擊，工作安全可靠。方案三與前兩個方案相比，省去了用于改變運動方向f螺桿機構，簡化了傳動路線，結構緊湊且工作硬性沖擊小，工作可靠。通過以上分析，選用方案三進行電動沖擊鉆結構設計。 3.電動沖擊鉆結構簡圖 根據所選方案畫出沖擊鉆結構簡圖，如圖皿-4所示：結構簡圖清楚地反映了電動沖擊鉆工作原理、各零件結構關系和裝配關系及電鉆造型韻基本輪廓，依此可進行零部件結構設計

8、和霹觀遣型設計。第3章 整體結構設計第四章 主要零部件參數及結構設計41 主傳動軸設計軸的設計也和其它零件的設計相似，包括結構設計和工作能力計算兩方面。軸的結構設計是根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。由于主軸在滿足強度、剛度的情況下，要有一定的防腐蝕能力，這就要求合理的選擇材料。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數是用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條

9、件下工作的軸，常采用合金鋼。初步選擇主軸的材料為40Cr。411 主軸的結構設計10軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。其主要考慮的問題如下：1）、定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。由于鉆具的外形特點為圓筒形，這樣就存在三種裝配方案：一種是零件在主軸從上到下進行裝配；一種是零件在主軸上從下到上進行裝配；還有一種是零件從主軸兩端進行裝配。分析可知，前兩種裝配方案對加工精度和

10、裝配工藝要求很高，且存在主軸在一個方向上存在過多階梯的情況，影響軸的強度。最后一種裝配方案能從主軸的兩端分別進行裝配，軸的徑向尺寸變化不大，這對軸的結構將大大簡化，提高了軸的強度。根據以上分析，選擇零件從主軸上兩端進行裝配的方案。同時綜合考慮現(xiàn)行的加工水平，為了減少加工的成本，主軸采用分段加工制造。初步擬訂整個鉆具的主軸分三段，各段裝配完后用法蘭盤連接。2)、軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。0.1)0.1)15mm,取12mm。周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉動。齒輪

11、與軸的周向定位均采用矩形花鍵連接。為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為H7/n6；推力軸承與軸的定位是借過渡配合來保證的，其值徑尺寸公差為m6。412 主軸的校核進行軸的強度校核計算時，應根據軸的具體受載及應力情況，采用相應的計算方法，并恰當的選其許用應力。分析主軸的載荷分布情況可知，主傳動軸主要是受鉆具電機的旋轉扭矩，故采用扭矩強度校核表2 主軸的校核10計 算 數 據計 算 結 果主軸承受的最大扭矩主軸結構參數根據結構初定外徑為240mm，內徑為180mm；抗扭截面系數=1598400軸的扭剪應力=前已選定軸的材料為40Cr調質鋼，查得=70Mpa，因此，故初定的

12、結構參數在安全范圍內。42傳動齒輪設計421 針式齒輪設計說明1）齒輪機構的類型很多，但直齒圓柱齒輪傳動乃是最簡單、最基本，但是對于本設計而言，其維修不方便，故在本設計中采用針式齒輪傳動。但為了計算方便，其計算設計過程采用等效方法，用圓柱齒輪的設計計算方法計算、校核針式齒輪的強度。2）該機構為一般工作機器，速度不高，但其工作環(huán)境惡劣，參考相關資料選用9級精度。3）與常規(guī)齒輪一樣，針式齒輪的工作部分的齒輪材料采用20CrMnTi，為了減少制造成本，其他的固定部分采用鑄鋼。4）初選中心太陽輪齒數Z=ixZ=30X1.56=47.兩嚙合齒輪齒數互質。422 按齒面接觸度強計算2由設計計算公式進行試算

13、,即: d(1) 確定公式內的各計算數值表3 傳動齒輪計算1設計計算項目設計依據設計結果載荷系數K查設計資料K=（1.21.4）取K扭矩T根據實際工況要求齒寬系數=0.5(1+u)取材料影響系數Z查機械設計手冊接觸疲勞強度查機械設計手冊=1300MPa=560 Mpa計算應力循環(huán)次數N=60nJLN×10N×10接觸疲勞壽命系數查機械設計手冊K=0.96,K接觸疲勞許用應力=，取失效概率為1%,安全系數S=1=1248MPa（2）計算表4 傳動齒輪計算2設計計算項目設 計 依 據計算結果小齒輪分度圓直徑dd取最小值d=265mm計算圓周速度計算齒寬bb=db=106mm計算

14、齒寬與齒高比b/hm= d/ Z計算載荷系數K= k k K使用系數k k動載系數k k載荷分布系數K, K= 修正后分度圓直徑=337mm模數m423 按齒根彎曲強度設計2由式(10-5)得彎曲強度的設計公式為：（1）確定公式內的各計算數值表5 傳動齒輪計算3設計計算項目設計計算依據設計計算結果齒輪的彎曲疲勞極限查機械設計手冊疲勞強度系數查機械設計手冊疲勞許用應力載荷計算K齒形系數查機械設計手冊應力校正系數 查機械設計手冊，計算齒輪的行星輪的數值大（2）設計計算對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力

15、，僅與齒輪直徑（即模數與齒輪的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數6.17. 并就近圓整為標準值m=8mm,按接觸強度算得分度圓直徑mm,算出中心太陽輪的齒數 : 。取，則行星輪齒數 ：。這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊。424 幾何尺寸計算根據保證滿足同心條件，可以計算內齒圈的齒數：根據設計計算可得中心太陽輪、行星輪、內齒圈的幾何尺寸，如下表：表 6 傳動齒輪幾何尺寸(單位:mm)名稱符號計算公式結果太陽輪行星輪內齒圈模數m根據齒輪強度定出的標準值8壓力角a分度圓直徑d3345201374齒頂高888齒根高101010齒高h181818

16、頂隙c222齒頂圓直徑3505361358齒根圓直徑3145001394基圓直徑3184951307齒距252525齒厚齒槽寬齒寬b而一般小齒輪144134128425 驗算，合適。其他齒輪幾何參數設計在這個傳動系統(tǒng)中，齒輪圈內圓周的下段為光滑的圓柱面，與托盤外圓周動配合，托盤為一側面光滑的圓盤，其上有3個與行星齒輪相對應的3個行星孔，行星孔內為齒輪圈，每一個行星輪外側周邊的下部用軸承均勻固定著3個或若干個鉆桿，鉆桿的下端安裝有鉆頭刃具，鉆桿的中部用鍵固定有被動轉動齒輪，此轉動齒輪與托盤上的行星孔的內齒相嚙合，齒輪圈上部和下部都有內沿，上部內沿的表面和行星齒輪上沿的下表面接觸，下部內沿的表面和

17、行星齒輪下沿的上表面接觸。托盤內行星孔為齒輪圈,它的分度圓直徑應小于520.設計時,我們取d=340mm,孔底鉆齒輪與托盤上的行星孔的內齒相嚙合,假設它兩者的傳動比是3.7, 故托盤齒輪的幾何尺寸和孔底鉆齒輪的幾何尺寸為:表6 其他傳動齒輪幾何尺寸 (單位:mm)名 稱符 號計算公式結 果托 盤孔壁鉆齒輪孔底鉆齒輪分度圓直徑d34092104齒頂高8齒根高10齒 高h18齒頂圓直徑324108120齒根圓直徑3607284第五章 主要零部件的選材、熱處理及工藝分析為了實現(xiàn)鉆具預定的性能，確保鉆具的實用性，很好地解決傳動齒輪的潤滑與摩擦問題，對整個鉆具實用性具有舉足輕重的作用。齒輪傳動常見的失效

18、形式主要有輪齒折斷和齒面損傷。為了防止齒輪折斷，常采用以下方法：選用合適的材料和熱處理方法，使齒根芯部有足夠的韌性；采用正變位齒輪，增大齒根園角半徑，對齒根進行噴丸、輥壓等強化處理。為了防止齒面損傷，常提高齒面硬度，增大齒輪模數，改善潤滑條件。回旋沖擊鉆采用針式齒輪傳動解決了一些齒輪潤滑、摩擦和制造成本等問題。由于鉆具的工作環(huán)境惡劣，其主要失效形式是齒面磨損。為此，齒輪傳動的工作部分零件（如齒銷）采用中淬透性滲碳鋼（如20GrMnTi），熱處理要求為：滲碳深度為1.21.6mm，表面碳濃度=1.0%，表面硬度為5860HRC。第六章 設計總結本次設計的目的是為了系統(tǒng)地把大學中所學的專業(yè)知識連貫

19、起來應用于實際當中，來解決生產實際問題，從而鍛煉我們的分析問題和解決問題的能力，從而設計出滿足要求的機械產品。本次設計完成了大直徑樁基礎工程成孔鉆具回旋沖擊鉆的總體設計。在設計過程中為了使整個鉆具實現(xiàn)預定的功能，其主要內容包括鉆具整體結構設計、齒輪傳動部分設計、主軸的設計以及泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設計四個部分。在這次設計中最大的感受是：理論與實踐必須相結合，只有將正確的理論應用于實踐中，才能真正發(fā)揮理論的價值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內涵；要作到理論與實踐相結合必須有一定的理論基礎和豐富的實踐經驗，但在這實踐經驗方面，我很欠缺，導致在設計內容中出現(xiàn)了一些錯誤。這些缺點還在待于在日后的進一步學習

20、和工作中來彌補和提高，此外，設計工作是一項繁重的工作，必須具有嚴謹細致的工作作風和頑強的決心和毅力。致 謝在本次設計中，首先衷心感謝我的指導老師的悉心指導和耐心幫助，他嚴謹的工作作風和淵博知識給了對我這個課題給了我很大的幫助。接下來我要感謝我這個課題小組的成員對我的工作的幫助和支持，同時也感謝為我的課題提出寶貴意見的同學及朋友，他們幫我解決了許多的難題，并為我的設計提出了許多的寶貴意見。最后，在此想所有的論文評審老師和答辯委員會的全體老師表示由衷地感謝。參考文獻1孫恒，陳作模. 機械原理 M.北京：高等教育出版社，20012濮良貴，紀名剛.機械設計M.北京：高等教育出版社，20013王伯惠，上官興著.中國鉆孔灌注樁新發(fā)展M.北京：人民交通出版社，19994吳宗澤，羅圣國. 機械設計課程設計M.北京：高等教育出版社，19995鄒慧君. 機械原理課程設計手冊M.北京：高等教育出版社， 19986劉鴻文. 材料力學M.7現(xiàn)代機械傳動手冊編輯委員會.現(xiàn)代機械傳動手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，20028 成大仙. 機械設計手冊（第1、2、3卷）M.北京：化學工業(yè)出版社,20029劉古岷，王渝，胡國慶.樁工機械M.北京：機械工業(yè)出版社，200110 成大