大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具I型鉆具總體設(shè)計(jì)

目錄第1章前言…………………1第2章概述…………………3第3章設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題和方案………4第4章行星齒輪設(shè)計(jì)………84.1行星齒輪的特點(diǎn)…………84.2行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………94.3行星齒輪均載裝置………18第5章鉆桿齒輪設(shè)計(jì)………20第6章鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)……………22第7章鉆具的設(shè)計(jì)………24第8章主鉆頭的設(shè)計(jì)……………………27第9章主軸的設(shè)計(jì)…………299.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………299.2主軸的校核…………30第10章泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………32設(shè)計(jì)總結(jié)…………………35參考文獻(xiàn)……………………36致謝…………37附錄1…………38附錄2…………45摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具I型鉆具總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括行星齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)、鉆具的設(shè)計(jì)、主軸的設(shè)計(jì)以及泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要部分。同時(shí)，本設(shè)計(jì)在A(yíng)utoCAD的基礎(chǔ)上，完成了該型鉆具的總裝圖和絕大部分零件圖的繪制。設(shè)計(jì)后的鉆具配套功率小，既能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又能產(chǎn)生沖擊運(yùn)動(dòng)，且利用氣舉反循環(huán)排渣快速成孔。關(guān)鍵詞：成孔鉆具；行星運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)沖擊；氣舉反循環(huán)排渣ABSTRACTThegraduatedesignpresentsthecollectivitydesignofItypedrillholemachine,whichcanmakeabigdiameterstakeofsubstructure.Thedesigncontentsincludethemainpartsofthefollowing,whicharethespreadoftheplanetwheelgear,drillfacility,theprincipalspindleandtheslurrycirclesystem.Besides,ithasfinishedtheassemblydrawingofthedrillmachineandalsomostofitspartdrawingsbasedontheAutoCAD.Asaresult,thedrillmachinewithasmallpowerwhichnotonlycouldcircumgratemovement,butalsocouldimpactmovement,andcouldaliminatethedregswithairanticirculate.Soitcanquickdrillthehole.Keywords:holedrillmachine；planetmovement；circumgyrateimpact；aliminatethedregswithairanticirculate第1章前言長(zhǎng)期以來(lái)，橋梁、港口、碼頭、水工和工民建筑物的基礎(chǔ)工程，在0.8米以上2.0米以下常規(guī)直徑樁基礎(chǔ)成孔施工中，廣泛運(yùn)用沖擊鉆和回旋鉆兩種基本鉆型，以及泥漿護(hù)壁正循環(huán)排渣方法施工。隨著國(guó)內(nèi)外樁基礎(chǔ)工程機(jī)械的探討開(kāi)發(fā)，為了適應(yīng)各種工程地質(zhì)條件施工，提高成孔施工效率，降低設(shè)備投入量和適應(yīng)大直徑樁基成孔須要，目前在傳統(tǒng)的沖擊鉆和回旋鉆的基礎(chǔ)上，已生產(chǎn)出了如：重型沖擊鉆、連桿沖擊反循環(huán)鉆、套管鉆機(jī)、潛孔沖擊錘、潛水回旋鉆、回轉(zhuǎn)斗鉆、短螺旋鉆和擴(kuò)底鉆頭等施工機(jī)械設(shè)備，大部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了反循環(huán)排渣，明顯地提高了成孔施工效率，一般巖層成孔直徑可達(dá)到2.5米左右，進(jìn)口設(shè)備成孔直徑已可達(dá)6米。其中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的國(guó)產(chǎn)重型沖擊鉆成孔直徑也可達(dá)3.0米。但是仍舊存在著種種不適應(yīng)施工須要的問(wèn)題，主要是：1、一般回旋成孔鉆，對(duì)工程地質(zhì)條件改變的適應(yīng)性差，特殊是不適應(yīng)大礫石地質(zhì)和無(wú)風(fēng)化硬巖層成孔，地質(zhì)適應(yīng)范圍受限。2、一般沖擊鉆雖然地質(zhì)適應(yīng)性好，但施工效率顯低，同時(shí)大直徑的重型沖擊錘自旋性差，成孔失圓度大。3、設(shè)備和鉆具通用和互換性差，即一種設(shè)備只能配套相應(yīng)鉆具。一種規(guī)格的鉆具，只能適用于相應(yīng)直徑的成孔。4、國(guó)內(nèi)大直徑的鉆具設(shè)備研發(fā)，少有探討采納新的運(yùn)動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)，一般只能實(shí)行加大直徑，增加配套功率和扭矩，以及選用高硬刃具材料等方法，因而有趨向高功率配置和笨重方向發(fā)展的趨勢(shì)，不僅固有的弱點(diǎn)問(wèn)題沒(méi)有解決，而且又更加大了施工設(shè)備投資，影響工程建設(shè)效益。如：湖南省道1804線(xiàn)周家店至常德馬路改建工程，在柳葉湖大橋四根3.0米直徑樁基礎(chǔ)施工中，由于施工成本的緣由，第一個(gè)枯水施工季節(jié)，沒(méi)有進(jìn)場(chǎng)大直徑成孔設(shè)備，施工單位實(shí)行沉井明挖法施工失敗。在其次個(gè)枯水施工季節(jié)，最終以60多萬(wàn)的價(jià)格，新購(gòu)置到重型沖擊鉆機(jī)設(shè)備，起先進(jìn)行返工施工。韶關(guān)產(chǎn)沖擊錘重達(dá)13噸，配套設(shè)備均是個(gè)別設(shè)計(jì)生產(chǎn)，運(yùn)用直徑4.5公分鋼絲繩。由于錘重繩粗，常規(guī)的設(shè)備匹配和連接方式，在這“重型”面前顯得特別脆弱，出現(xiàn)了每?jī)蓚€(gè)工作班必需更換連接，每次需三小時(shí)，每15個(gè)工作班，損壞一次導(dǎo)輪或軸，每次更換需時(shí)間1—2天的狀況，另外3—1#樁基出現(xiàn)了嚴(yán)峻的孔壁失圓現(xiàn)象，明顯地影響了工程質(zhì)量、進(jìn)度和效率。5、適應(yīng)樁基礎(chǔ)沉井護(hù)壁不排水施工的設(shè)備缺乏。而不排水施工可避開(kāi)發(fā)生沉井嚴(yán)峻偏位、沉井滯留和井口沉陷以及下沉緩慢等諸多問(wèn)題。各項(xiàng)工程基礎(chǔ)的施工進(jìn)度往往是影響整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)工期的關(guān)鍵，其造價(jià)也是影響項(xiàng)目投資的主要不定因素。鑒于以上狀況，為適應(yīng)各類(lèi)建筑工程材料、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的發(fā)展須要，如何從鉆孔樁基礎(chǔ)施工成孔設(shè)備著手，綜合沖擊鉆和回旋鉆兩種基本鉆型成孔原理的優(yōu)點(diǎn)，探討開(kāi)發(fā)出新型成孔鉆具，以解決樁基工程施工，要求快速高效、穩(wěn)定牢靠、廣泛適用和適應(yīng)超大直徑方向發(fā)展的問(wèn)題，是長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士不乏探究的命題。第2章概述在樁基工程施工中大量運(yùn)用的沖擊鉆和回旋鉆，它們工作狀態(tài)的一個(gè)共同特點(diǎn)，是切削刀刃及孔壁和孔底保持整體的或線(xiàn)或面的接觸，摩擦阻力大，切削相對(duì)速度低，能量分散，分布不合理，無(wú)效功耗大，效率低。假如單個(gè)刃具能實(shí)現(xiàn)如下圖所示的平面單跡線(xiàn)星形運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)具有徑向旋削軟散顆粒，軸向沖擊破裂整體巖石的功能。則數(shù)個(gè)小直徑的刃具也將會(huì)產(chǎn)生高效率的復(fù)合運(yùn)動(dòng)和作用，由若干連續(xù)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，形成連續(xù)的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，若干曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)，使施工面呈周邊包絡(luò)線(xiàn)為圓形的細(xì)密網(wǎng)狀曲面，實(shí)現(xiàn)鉆具逐層從上至下的整體成孔運(yùn)動(dòng)。本課題設(shè)計(jì)源于1984年以來(lái)一件孩童嬉戲工具，因其嬉戲時(shí)規(guī)則勻整的跡線(xiàn)運(yùn)動(dòng)（如右圖所示），令人眼花的組合改變，激起了我的思索和對(duì)生產(chǎn)及生活現(xiàn)象的視察。星形運(yùn)動(dòng)的鉆具主要由鉆架、動(dòng)力軸、齒輪組、鉆桿、鉆頭組成。其特征在于鉆架由外支架圈和斜支桿組成，動(dòng)力軸是中空的圓管，位于鉆架的中心軸線(xiàn)上，及支架用軸承連接，在外支架圈內(nèi)，有齒輪組，齒輪組由一個(gè)中心齒輪、三個(gè)行星齒輪、齒輪圈和托盤(pán)組成，中心齒輪用鍵固定在動(dòng)力軸上，大小相同的3個(gè)行星齒輪勻整分布在中心齒輪四周，行星齒輪及中心齒輪和齒輪圈上段的內(nèi)齒同時(shí)嚙合，齒輪圈及外支架圈固定在一起，齒輪圈內(nèi)圓周的下段為光滑的圓柱面，及托盤(pán)外圓周動(dòng)協(xié)作，托盤(pán)為一側(cè)面光滑的圓盤(pán)，其上有3個(gè)及行星齒輪相對(duì)應(yīng)的3個(gè)行星孔，行星孔內(nèi)為齒輪圈，每一個(gè)行星輪外側(cè)周邊的下部用軸承勻整固定著3個(gè)或若干個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，此轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪及托盤(pán)上的行星孔的內(nèi)齒相嚙合，齒輪圈上部和下部都有內(nèi)沿，上部?jī)?nèi)沿的表面和行星齒輪上沿的下表面接觸，下部?jī)?nèi)沿的表面和行星齒輪下沿的上表面接觸。第3章設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題和方案1、采納彈簧蓄能，增加間歇錘的沖擊破石能效。由于該機(jī)械間歇錘難能產(chǎn)生高頻大幅的沖擊運(yùn)動(dòng)，每次沖擊破石也不在一固定點(diǎn)，而對(duì)于脆性的巖石面的破裂，也數(shù)首次的沖擊破裂效果最佳，所以必需保證每次沖擊的能量足夠大。如實(shí)行加大錘重和行程的方法，則鉆具空間有限，沖擊頻率會(huì)更降低，也及輕型化設(shè)計(jì)要求不相適應(yīng)，僅自由落體能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。解決方案可采納加簧的蓄能錘，從而有效保證鉆具的破石實(shí)力。2、解決沖擊碎石功能的其次種方法。沖擊碎石能量的輸入、傳遞和轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，這是一個(gè)涉及本鉆具是否有好用價(jià)值的關(guān)鍵問(wèn)題。為了提高刃具在大粒徑礫石層和巖石層等特殊地質(zhì)條件的成渣實(shí)力，加強(qiáng)刃具沖擊碎石能量的輸入、傳遞和轉(zhuǎn)換，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。為此還可實(shí)行“氣動(dòng)力沖擊盤(pán)錘”的概念解決。即利用星動(dòng)齒輪組以上鉆架圈以?xún)?nèi)的空間，在上鉆架圈設(shè)置“氣動(dòng)力缸”，在三個(gè)星形輪鉆桿群上，再設(shè)置聯(lián)體的“沖擊動(dòng)盤(pán)”,汽缸及動(dòng)盤(pán)體間彈性且滑動(dòng)約束。壓縮空氣驅(qū)動(dòng)“氣動(dòng)缸”使“沖擊動(dòng)盤(pán)”往復(fù)連動(dòng),其能量通過(guò)“沖擊動(dòng)盤(pán)”向其下面的鉆桿群傳遞和作用，以提高和強(qiáng)化沖擊碎石的頻率和能量，從而充分發(fā)揮刃具復(fù)合運(yùn)動(dòng)（扭掰撬削等效應(yīng)）的作用，確保“星動(dòng)鉆具”適應(yīng)硬巖地質(zhì)條件的成孔實(shí)力。氣動(dòng)沖擊的排氣可作為氣舉排渣動(dòng)力的利用和補(bǔ)充。3、為有利于成孔垂直度的限制，依據(jù)須要星形齒輪及托盤(pán)可實(shí)行相宜的圓錐形布置設(shè)計(jì)，但將會(huì)加大機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的難度。另外，主軸（排渣管）的端頭要求能安裝絞削式刃具或小徑牙輪中心鉆頭，以適應(yīng)在不同地質(zhì)條件下，有利于穩(wěn)定成孔中心位置和限制鉆進(jìn)面均衡程度。4、配套選購(gòu) 標(biāo)準(zhǔn)部件，以削減設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的工作量以及投入。如：Ⅱ型結(jié)構(gòu)中的“萬(wàn)向傳動(dòng)結(jié)”，可選購(gòu) 汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)配件設(shè)計(jì)配套。5、增加泥渣攏耙功能和適配泥渣分別器以及排渣動(dòng)力。能否剛好的排空出渣，干脆影響著鉆具的平安穩(wěn)定運(yùn)行和成孔效率。所以須要在托板上以主動(dòng)軸為圓心，分別圍繞星形齒輪一側(cè)，安裝三條帶狀螺旋機(jī)構(gòu)，以將渣土實(shí)時(shí)攏耙集中在中空軸孔中排出。對(duì)于反循環(huán)排渣，要求壓縮機(jī)或泥漿泵功率相匹配，且剛好和充分的分別泥渣，返回泥漿確保施工泥漿面高度。另外氣升排渣除需解決氣體密封問(wèn)題外，還需在氣道安裝活門(mén)，解決意外停機(jī)時(shí)泥渣反流沉淀堵塞氣管的問(wèn)題。6、保證Ⅰ型結(jié)構(gòu)的鉆桿，具有肯定的軸向彈性自由度。為保證間歇錘對(duì)鉆桿的沖擊能完全傳遞到刃具尖部，從而充分作用于巖石面，另外在刃具未觸及到孔底面，而升舉鉆桿使螺旋間歇機(jī)構(gòu)足以生效時(shí)，不使鉆桿軸產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)的舉力，都必需使鉆桿在軸向向上方向，具有肯定的彈性約束的自由度。7、合理布置Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的數(shù)量和位置。理論上只需在星形輪周邊勻整布滿(mǎn)鉆桿軸和刃具，就可獲得最大、細(xì)密和勻整的網(wǎng)狀跡線(xiàn)運(yùn)動(dòng)面積。但事實(shí)上是只要鉆具固定圈及孔底摩擦產(chǎn)生的反向平衡扭矩能得到保證（后有祥述），則無(wú)論在星形輪面范圍內(nèi)，還是托板上空出的周邊，都可以分布安裝鉆桿軸和刃具，從而加大星形運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的網(wǎng)狀跡線(xiàn)密度。從模塊化的概念動(dòng)身，設(shè)計(jì)上可從密布置，在實(shí)際施工應(yīng)用時(shí)，可依據(jù)不同配套設(shè)備和功率以及地質(zhì)狀況，留待現(xiàn)場(chǎng)確定安裝的數(shù)量和位置。8、合理確定Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的工作層面高度。安裝在三個(gè)行星輪上的鉆桿及刃具，如在松軟地質(zhì)層施工，以均衡的分布在3個(gè)不同的工作層面高度為宜，這樣可以提高整體工作效率。但在大礫石和巖體層面破裂施工時(shí)，則宜使鉆桿及刃具工作在兩個(gè)層面高，以增加巖體破裂臨空面，提高沖擊破石效率。以上要求鉆桿及刃具能便利更換或調(diào)整其工作高。9、合理確定Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的形態(tài)和直徑。要求刃具既能絞削軟散顆粒，又能沖擊破裂和側(cè)擠破裂（對(duì)于孔壁邊緣）巖石，同時(shí)又便于刃具隨孔底地面高度改變而滑動(dòng)過(guò)度（此是沖擊破石功能的須要），宜使刃具呈圓錐狀造型，不過(guò)錐側(cè)面勻整布設(shè)三道刃口和數(shù)條齒槽，錐頂呈三菱錐形刃尖。另外必需保證每個(gè)星形輪，至少有一組刃具的最大絞削范圍超出鉆具固定圈5厘米左右，以使鉆具順當(dāng)?shù)恼w鉆進(jìn)進(jìn)尺。這須要在不及其它刃具和排渣管運(yùn)動(dòng)相擾的狀況下，綜合考慮確定其最大刃具直徑。10、要求鉆具適配性好。既能適配一般回旋鉆機(jī)，也可適配潛水鉆機(jī)。即既可設(shè)計(jì)為地面驅(qū)動(dòng)，也可采納潛水變速電機(jī)一體化設(shè)計(jì)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。11、有效保證鉆具運(yùn)行的反向平衡力矩。鉆具切削運(yùn)動(dòng)必需的反向平衡力矩，對(duì)于有沉井護(hù)壁施工，即由及井壁聯(lián)系的定位約束產(chǎn)生。對(duì)于無(wú)護(hù)壁施工，Ⅱ型鉆具宜采納潛水一體化變速電機(jī)配套型，同時(shí)配套3—4組同步鋼絲繩滑輪組限制升降并產(chǎn)生反向力偶。井口地面驅(qū)動(dòng)Ⅰ型鉆具則由固定圈底部，及孔底地面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力產(chǎn)生。潛水驅(qū)動(dòng)Ⅰ型鉆具則由地面約束力和孔底地面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力產(chǎn)生。當(dāng)然也可以另協(xié)助增設(shè)接觸孔壁的單向連動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)，以有效增加和確保鉆具運(yùn)行的超強(qiáng)反向平衡力矩。12、合理解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑的問(wèn)題。任何事物都具有兩面性，由于機(jī)構(gòu)特性確定和為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建立刃具星形運(yùn)動(dòng)的齒輪組等大部件，不行避開(kāi)的只能在泥漿中潤(rùn)滑，這就須要齒輪組采納高錳類(lèi)耐磨鋼特性材料（履帶、鍔板和道岔類(lèi)材料），有適應(yīng)在泥漿砂石中工作的材質(zhì)要求。以解決有關(guān)部件難以密封的滾動(dòng)、滑動(dòng)和齒輪摩擦的潤(rùn)滑以及銹蝕問(wèn)題。另外還需加設(shè)防護(hù)罩和隔離板，以防異物影響和損壞機(jī)件運(yùn)行。13、解決固定圈底承力土體限制切削的其次種方法。以上關(guān)于鉆具固定圈下的土體，是考慮由星形輪上一組專(zhuān)用刃具隨運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行切削，其隨星形運(yùn)動(dòng)周期切削的厚度、速度、超切尺度和間斷長(zhǎng)度，應(yīng)限制及星形輪上刃具的切削平均進(jìn)度及排渣效率相適應(yīng)，亦即應(yīng)及鉆具的整體進(jìn)尺速度限制相協(xié)調(diào)，而且還要保證有足夠大的切削扭矩力。為了使鉆具的刃具有進(jìn)一步的功能性分工，現(xiàn)提出在托盤(pán)上每?jī)尚切锡X輪間的三角區(qū)內(nèi)，安裝一從動(dòng)齒輪及外齒圈嚙合，帶動(dòng)其軸端有1—3個(gè)刀刃的刃具頭產(chǎn)生間歇切削運(yùn)動(dòng)，以適當(dāng)?shù)拈g歇周期限制切削固定圈下的土體，通過(guò)保證土體承受鉆具固定圈所需的壓力動(dòng)態(tài)平衡，從而保證鉆具整體進(jìn)尺的均衡性和穩(wěn)定性。這樣就可以充分發(fā)揮星形輪上刃具群在大面積切削中的功能性作用。有待進(jìn)一步考證其機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理的新奇性和適用范圍。據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士的感覺(jué)推斷，此機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)及原理具有獨(dú)立、獨(dú)創(chuàng)和好用性。目前的應(yīng)用除適用于開(kāi)發(fā)樁基鉆具外，還可應(yīng)用于開(kāi)發(fā)土工“灌砂法密實(shí)度檢測(cè)”取樣機(jī)。其Ⅰ型機(jī)構(gòu)原理還可應(yīng)用于引進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的異形大斷面“地鐵隧道盾構(gòu)機(jī)”和“頂管掘進(jìn)機(jī)”刀盤(pán)的新型化設(shè)計(jì)、改造和完善。由于其具有可臨空施工的條件，因而更有利于實(shí)行其他措施（如電動(dòng)），大大強(qiáng)化沖擊碎石功能。主要是由對(duì)巖土體的磨削或壓碎掘進(jìn)，改為絞削和沖擊破裂掘進(jìn)。有望開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出掘進(jìn)刀盤(pán)（限制系統(tǒng)除外）結(jié)構(gòu)原理全新、工況條件合理、效率更高、易維護(hù)和適用于各類(lèi)地質(zhì)狀況的新刀盤(pán)類(lèi)型的機(jī)械。（也須要在托板上以主動(dòng)軸為圓心，分別圍繞星形齒輪一側(cè)，安裝三條帶狀螺旋機(jī)構(gòu)，以將渣土攏耙集中在中空軸孔中排出，實(shí)現(xiàn)各單元獨(dú)立排渣）綜上所述，樁基礎(chǔ)工程施工的效率，首先確定于成孔設(shè)備的效率，成孔設(shè)備的效率又主要確定于鉆具的綜合性能，而鉆具的性能主要是體現(xiàn)對(duì)巖土的成渣和排渣實(shí)力兩方面。本文提出的方案，就是綜合解決鉆具既具有沖擊破裂和旋削巖土的成渣實(shí)力，也建立了鉆具高效排渣的結(jié)構(gòu)和性能條件，同時(shí)由于采納了星形運(yùn)動(dòng)以及模塊化結(jié)構(gòu)的方案，也使解決大（中）直徑成孔鉆具地質(zhì)通用性、施工適用性、高效率、輕性化和小扭矩的設(shè)計(jì)問(wèn)題成為了可能。其主要是采納了“星形運(yùn)動(dòng)”的機(jī)械原理，構(gòu)思了全新的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使鉆具具有了當(dāng)前多種常規(guī)鉆頭的優(yōu)勢(shì)功能。即：一是鉆具的刃具群既可單獨(dú)徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，以旋削軟散小顆粒巖土，又可軸向沖擊運(yùn)動(dòng)，以破裂整體和孤立巖石，所以適應(yīng)各種地質(zhì)條件施工。二是特殊適合氣舉反循環(huán)排渣施工，由于鉆具對(duì)成渣具有實(shí)時(shí)攏耙功能，所以對(duì)于小于排渣管直徑的成渣顆粒，可干脆剛好快凈地氣舉排渣。三是鉆具部件大部分實(shí)行開(kāi)放式泥漿潤(rùn)滑，局部實(shí)行封閉油潤(rùn)滑，相對(duì)于美日德進(jìn)口設(shè)備的鉆具結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。四是鉆具設(shè)計(jì)既可適用于3米以上至6米直徑，甚至更大的直徑，當(dāng)然更可應(yīng)用于中小直徑鉆具。五是鉆具相對(duì)質(zhì)量輕，對(duì)鉆壓無(wú)要求。刃具工作面小，因而摩阻力小，無(wú)效功耗小，功率因數(shù)高。及同直徑常規(guī)鉆具相比，需匹配的驅(qū)動(dòng)扭矩小。六是可模塊化設(shè)計(jì)和裝配運(yùn)用，在鉆具直徑不變時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整刃具裝配數(shù)量，可及不同設(shè)計(jì)扭矩的鉆機(jī)匹配。七是可開(kāi)發(fā)出兩種鉆具形式產(chǎn)品，分別適用于樁基泥漿護(hù)壁成孔和各種材質(zhì)的套管護(hù)壁成孔或沉井密集開(kāi)挖不排水施工。八是施工振動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)牢靠，穩(wěn)定高效?？傊苓m合及回旋系列鉆機(jī)配套運(yùn)用，特殊是可進(jìn)一步發(fā)掘回旋系列鉆機(jī)的潛能和提升其綜合性能。第4章行星齒輪設(shè)計(jì)4.1行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)：行星齒輪傳動(dòng)及一般齒輪傳動(dòng)相比較，它具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸及輸出軸具有同軸性，即輸出軸及輸入軸均設(shè)置在同一主軸線(xiàn)上。所以，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來(lái)代替一般齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器，增速器和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及須要差速器的汽車(chē)和坦克等車(chē)輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下:（1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載實(shí)力大由于行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線(xiàn)式的傳動(dòng)以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)緊湊。再由于在中心輪的四周勻整地分布著數(shù)個(gè)行星輪來(lái)共同分擔(dān)載荷，從而使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采納較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載實(shí)力大和內(nèi)齒圈本身的可容積體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)特別緊湊，且承載實(shí)力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量約為一般齒輪的1/2～1/5（即在承受相同的載荷條件下）。（2）傳動(dòng)效率高由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，即它具有數(shù)個(gè)勻整分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能相互平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用。在傳動(dòng)類(lèi)型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的狀況下，其效率值可達(dá)0.97～0.99。（3）傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成及分解只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可到幾千。應(yīng)當(dāng)指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)，仍舊可保持結(jié)構(gòu)緊湊﹑質(zhì)量小、體積小等很多優(yōu)點(diǎn)。而且，它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成及分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的困難的運(yùn)動(dòng)。（4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的實(shí)力較強(qiáng)由于采納了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪，勻整的分布于中心輪的四周，從而可使行星輪及轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使參及嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，反抗沖擊和振動(dòng)的實(shí)力較強(qiáng)，工作較牢靠。總之，行星齒輪傳動(dòng)具有質(zhì)量小、體積小、傳動(dòng)比大及效率高（類(lèi)型選用得當(dāng)）等優(yōu)點(diǎn)。因此，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、輕工機(jī)械、石油化工機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、汽車(chē)、坦克、火炮、飛機(jī)、輪船、儀器和儀表等各方面。行星傳動(dòng)不僅適用于高轉(zhuǎn)速、大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置上也已獲得了應(yīng)用。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。行星齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)困難、制造和安裝較困難。但隨著人們對(duì)行星傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)一步深化地了解和駕馭以及對(duì)國(guó)外行星技術(shù)的引進(jìn)和消化汲取，從而使其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和均載方式都不斷完善，同時(shí)生產(chǎn)工藝水平也不斷提高。因此，對(duì)于行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)者，不僅應(yīng)當(dāng)了解其優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)當(dāng)在自己的設(shè)計(jì)工作中，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，且把其缺點(diǎn)降低到最低限度，從而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動(dòng)裝置。4.2行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算：1.選取行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類(lèi)型和傳動(dòng)間圖依據(jù)本設(shè)計(jì)方案選用的傳動(dòng)類(lèi)型為2Z-X(A)型嚙合。其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖為：2.進(jìn)行行星齒輪傳動(dòng)的配齒計(jì)算配齒計(jì)算就是依據(jù)給定的傳動(dòng)比ip來(lái)確定行星齒輪傳動(dòng)中各輪的齒數(shù)。據(jù)2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式：式中p—行星齒輪傳動(dòng)的特性參數(shù)特性參數(shù)p及給定的傳動(dòng)比有關(guān)，p值必需合理地選取。一般應(yīng)選取p=3～8。由=1\*GB3①式可得：由上式可知，當(dāng)選定最小齒數(shù)時(shí)，便簡(jiǎn)潔求得內(nèi)齒輪b的齒數(shù)值。一般狀況下，齒輪a的最少齒數(shù)的范圍為14～18。據(jù)同心條件可求得行星輪c的齒數(shù)為：再考慮到其安裝條件為：（整數(shù)）即（整數(shù)）綜合上述公式，則可知2Z-X(A)型傳動(dòng)的配齒比例關(guān)系式為：:::=:::最終，再按以下公式校核其鄰接條件：和式中：、＿分別為行星輪c的齒頂圓半徑和直徑；＿行星輪個(gè)數(shù)；＿a、c齒輪副的中心距；＿相鄰兩個(gè)行星輪中心之間的距離。依據(jù)給定的行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比的大小和中心輪a的齒數(shù)及行星輪個(gè)數(shù)，由表（3-2）（2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的配齒）可查的2Z-X(A)型行星齒輪的傳動(dòng)比及其各輪齒齒數(shù)。據(jù)表查得：=23,=34,=91,=5,=4.95653.初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)齒輪材料和熱處理選擇：中心輪a、內(nèi)齒圈b和行星輪c均采納20CrMnTi滲碳淬火，回火，齒面硬度56～62HRC,據(jù)圖6-12和圖6-27（均為《行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)》，后同），取=1400和=340，則加工精度為6級(jí)。按彎曲強(qiáng)度的初步計(jì)算公式計(jì)算齒輪的模數(shù)m為現(xiàn)已知=23，=340。中心齒輪名義轉(zhuǎn)矩；取算式系數(shù)=12.1；按表（6-7）取運(yùn)用系數(shù)=2；按表（6-4）取綜合系數(shù)=1.8；取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不勻整系數(shù)=1.1，由公式（7-12）可得=1+1.5（-1）=1+1.5（1.1-1）=1.15；由圖（6-22）查得齒形系數(shù)=2.67；由表（6-6）查得齒寬系數(shù)=0.6，則齒輪模數(shù)m為：取齒輪模數(shù)為12mm。4.嚙合參數(shù)計(jì)算在兩個(gè)嚙合副a-c，b-c中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為：==12(23+34)/2=342mm==12(91-34)/2=342mm由此可知，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距相等，因此，該行星齒輪傳動(dòng)滿(mǎn)意非變位的同心條件。5.幾何尺寸計(jì)算模數(shù)m=12。壓力角=20°。分度圓直徑：==12x23=276==12x91=1092==12x34=408(4)齒頂高外嚙合副a-c：===12內(nèi)嚙合副b-c：==12(5)齒根高=(6)全齒高(7)齒頂圓直徑(8)齒根圓直徑=+2=1092+215=1122(9)基圓直徑(10)中心距a6.裝配條件的驗(yàn)算鄰接條件:432<2342=592.36即滿(mǎn)意鄰接條件。同心條件:滿(mǎn)意同心條件。安裝條件：所以，滿(mǎn)意安裝條件。7.傳動(dòng)效率的計(jì)算由表(5-1)查得效率計(jì)算公式：可見(jiàn)，該行星齒輪傳動(dòng)的效率很高，可滿(mǎn)意要求。8.選取和計(jì)算載荷分布不勻整系數(shù)為了使行星輪間載荷分布勻整，以提高行星齒輪傳動(dòng)的承載實(shí)力。在本設(shè)計(jì)中，采納齒輪聯(lián)軸器作為其均載機(jī)構(gòu)。查表（7-1）得齒面接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不勻整系數(shù)，則齒根彎曲強(qiáng)度的載荷分布不勻整系數(shù)=1+1.59.行星齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)2Z-X(A)型行星傳動(dòng)的工作特點(diǎn)、傳遞功率的大小和轉(zhuǎn)速的凹凸等狀況，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)確定中心輪a的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗闹睆絛較大，所以中心輪a應(yīng)當(dāng)采納中心輪及輸入軸分開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)齒輪b采納小件分段裝配式結(jié)構(gòu)形式，已減小耐磨鋼精密鑄造件及模具尺寸，也有利于削減運(yùn)用過(guò)程中的維護(hù)工作量和費(fèi)用成本。行星輪c采納整體結(jié)構(gòu)式的結(jié)構(gòu)，它的齒寬應(yīng)當(dāng)加大，以便保證該行星輪c及中心輪a的嚙合良好，同時(shí)還保證其及內(nèi)齒輪b相嚙合。在每個(gè)行星輪的內(nèi)孔中，安裝兩個(gè)滾動(dòng)軸承來(lái)支撐。轉(zhuǎn)臂上各行星輪軸孔及轉(zhuǎn)臂軸線(xiàn)的中心距極限公差由公式（9-1）計(jì)算?，F(xiàn)已知嚙合中心距(mm),則得：(mm)取。各行星輪軸孔的孔距相對(duì)偏差可按公式（9-2）計(jì)算，即：(3～5)=(3～4.5)=0.055～0.083(mm)取=0.070。轉(zhuǎn)臂的偏心誤差約孔距相對(duì)誤差的1/2，即：10.行星齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算針對(duì)2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的工作特點(diǎn)，只需按其齒根彎曲應(yīng)力的強(qiáng)度條件公式（6-72）進(jìn)行校核計(jì)算，即.首先，按公式（6-69）計(jì)算齒輪的齒根應(yīng)力，即：其中，齒根應(yīng)力的基本值可按公式（6-70）計(jì)算，即：許用齒根應(yīng)力可按公式（6-71）計(jì)算，即：現(xiàn)將該傳動(dòng)依據(jù)兩個(gè)齒輪副a-c、b-c分別驗(yàn)算如下：(1)a-c齒輪副=1\*GB3①名義切向力中心輪a的切向力可按公式（6-3）計(jì)算；已知，，和。則得：=2\*GB3②有關(guān)參數(shù)運(yùn)用系數(shù)運(yùn)用系數(shù)按中等沖擊查表（6-7）得=1.5。動(dòng)載荷系數(shù)先按公式（6-57）計(jì)算輪a相對(duì)于轉(zhuǎn)臂的速度，即：其中，所以，已知中心輪a和行星輪c的精度為6級(jí)，即精度系數(shù)C=6；再按公式（6-58）計(jì)算動(dòng)載荷系數(shù)，即：式中：B=0.25(C-5)=0.25(6-5)=0.25A=50+56(1-B)=50+56(1-0.25)=92則得：中心輪a及行星輪c的動(dòng)載荷系數(shù)。齒向載荷分布系數(shù)齒向載荷分布系數(shù)可按公式（6-60）計(jì)算，即：由圖（6-7）（b）得：由圖（6-8）得，代入上式，則得：齒間載荷安排系數(shù)齒間載荷安排系數(shù)由表（6-9）可查得：行星齒間載荷安排系數(shù)行星齒間載荷安排系數(shù)按公式（7-12）計(jì)算，即：已取，則得：齒形系數(shù)齒形系數(shù)由圖（6-22）查得：，。應(yīng)力修正系數(shù)應(yīng)力修正系數(shù)，由圖（6-24）查得：，。重合度系數(shù)重合度系數(shù)可按公式（6-75）計(jì)算，即：螺旋角系數(shù)螺旋角系數(shù)由圖（6-25）得：因行星輪c不僅及中心輪a嚙合，且同時(shí)及內(nèi)齒輪b相嚙合，故取齒寬b=100。=3\*GB3③計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力按公式（6-69）計(jì)算齒根應(yīng)力，即：=取彎曲應(yīng)力=4\*GB3④計(jì)算許用齒根應(yīng)力按公式（6-71）計(jì)算許用齒根應(yīng)力，即：已知齒根彎曲疲憊極限=340。由表（6-11）查得最小平安系數(shù)。式中各系數(shù)、、、和取值如下：應(yīng)力系數(shù)，按所給定的區(qū)域圖取時(shí)，取。壽命系數(shù)按表（6-16）中的（4）式計(jì)算，即：式中應(yīng)力循環(huán)次數(shù)按表（6-13）中的相應(yīng)公式計(jì)算，且可按每年工作300天，每天工作16h，即：則得齒根圓角敏感系數(shù)按圖（6-33）查得。相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)按表（6-18）中對(duì)應(yīng)公式計(jì)算，即：取表面微觀(guān)不平度，代入上式得：尺寸系數(shù)按表（6-17）中對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算，即：代入公式（6-71）可得許用齒根應(yīng)力為：因齒根應(yīng)力小于許用齒根應(yīng)力，即。所以，a-c齒輪副滿(mǎn)意齒根彎曲強(qiáng)度條件。(2)b-c齒輪副在內(nèi)嚙合齒輪副b-c中只需校核內(nèi)齒輪b的齒根彎曲強(qiáng)度，即仍按公式（6-69）計(jì)算其齒根彎曲應(yīng)力及按公式（6-71）計(jì)算許用齒根應(yīng)力。已知，。仿上，通過(guò)查表或采納相應(yīng)的公式計(jì)算，可得到取值及外嚙合不同的系數(shù)為，，，，，，，，和。代入上式則得：=取。==399可見(jiàn)，，故b-c齒輪副滿(mǎn)意齒根彎曲強(qiáng)度條件。4.3行星齒輪系的均載裝置行星輪系的特點(diǎn)之一是可采納多個(gè)行星輪來(lái)分擔(dān)載荷。但事實(shí)上，由于制造和裝配誤差，以及工作時(shí)的變形等，往往會(huì)出現(xiàn)各行星輪受力極不勻整的現(xiàn)象，為了盡可能降低載荷安排不均現(xiàn)象，必需采納結(jié)構(gòu)上的措施來(lái)保證載荷得到接近勻整的安排。為此，常把行星輪系中的某些構(gòu)件作成可以浮動(dòng)的。在輪系運(yùn)轉(zhuǎn)中，如各行星輪受力不勻整，這些構(gòu)件能在肯定的范圍內(nèi)自由浮動(dòng)，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)整各行星輪載荷的目的，此即所謂“均載裝置”。均載裝置的類(lèi)型很多，有使太陽(yáng)輪浮動(dòng)的，有使行星輪浮動(dòng)的，有使行星架浮動(dòng)的，也有使幾個(gè)構(gòu)件同時(shí)浮動(dòng)的。對(duì)本鉆具來(lái)說(shuō)，三個(gè)行星輪各軸心在圓周上是勻整布置的，采納中心輪浮動(dòng)，這樣該均載機(jī)構(gòu)就相當(dāng)于一個(gè)萬(wàn)向聯(lián)軸器，而事實(shí)上多用齒輪聯(lián)軸器(雙齒或單齒，見(jiàn)下圖)。由于齒輪聯(lián)軸器對(duì)中心輪在徑向上的自動(dòng)補(bǔ)償作用，最終可使各嚙合作用力相等，且組成等邊三角形。這樣就可使中心輪的體積小、質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，浮動(dòng)敏捷，及其連接的均載機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)潔制造，且便于安裝。依據(jù)以上所述，采納中心輪浮動(dòng)均載裝置。第5章鉆桿齒輪設(shè)計(jì)依據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，每個(gè)行星輪上的鉆桿配置為3根，且要求鉆桿有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)以上行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)為：在每個(gè)行星輪上肯定半徑的圓上勻整布置鉆桿，3根鉆桿通過(guò)自身安裝的齒輪，由中心輪來(lái)驅(qū)動(dòng)鉆桿產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這就要用到行星齒輪的配齒。由表（3-2）可查得齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比即其各齒輪齒數(shù)。查得：，，。由設(shè)計(jì)要求尺寸取模數(shù)m=5。壓力角。分度圓直徑；齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑；齒根圓直徑基圓直徑中心距齒輪材料和熱處理選擇：均采納20CrMnTi,滲碳淬火，齒面硬度58～62HRC,據(jù)圖（6-12）和（6-27），取和，加工精度為6級(jí)。依據(jù)該齒輪組的工作特點(diǎn)，只需滿(mǎn)意其齒根彎曲應(yīng)力的強(qiáng)度條件公式：首先，按公式（6-69）計(jì)算齒輪的齒根應(yīng)力，即：其中，齒根應(yīng)力的基本值可按公式（6-70）計(jì)算，即：許用齒根應(yīng)力可按公式（6-71）計(jì)算，即：仿上，通過(guò)查表或采納相應(yīng)的公式計(jì)算，可得出各系數(shù)。齒根彎曲應(yīng)力，即：取彎曲應(yīng)力。因齒根應(yīng)力小于許用齒根應(yīng)力，即。所以，齒輪副滿(mǎn)意彎曲強(qiáng)度條件。第6章鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)鉆頭在沖擊破石的同時(shí)，假如還進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就能更好的破石，提高鉆具的成孔效率。在行星齒輪上，在肯定半徑的圓周上，勻整布置三根鉆桿，每根鉆桿在行星齒輪上表面有一個(gè)齒輪及其連接，這樣三個(gè)齒輪及勻整布置在圓周上，在行星齒輪中心有一齒輪分別及三個(gè)齒輪嚙合，通過(guò)該齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鉆桿作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。而該齒輪的動(dòng)力通過(guò)及其軸的上端大齒及中心齒輪嚙合而得來(lái)。這樣兩個(gè)齒輪應(yīng)作成雙聯(lián)齒輪。前面已算出下端小齒輪的各項(xiàng)參數(shù)，下面進(jìn)行上端大齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。已知中心距為342mm。太陽(yáng)輪a的分度圓線(xiàn)速度。則及其嚙合的行星輪c的角速度。設(shè)大齒輪半徑，中心輪半徑為，則+=342(mm)。大齒輪分度圓的線(xiàn)速度，則及其嚙合的中心輪角速度。要使鉆桿相對(duì)行星輪c產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)則應(yīng)當(dāng)：即，得(mm)。通過(guò)該參數(shù)取大齒輪齒數(shù)，中心輪齒數(shù)，傳動(dòng)比，計(jì)算得中心距，可知應(yīng)進(jìn)行漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的變位修正。由以上可知為已知中心距的設(shè)計(jì)，已知參數(shù)如下：，，，，(mm)。則各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算如下：(1)確定嚙合角：(2)確定變位系數(shù)和：==-0.2873(3)確定中心距變動(dòng)系數(shù)：確定齒頂高降低系數(shù)：(3)安排變位系數(shù)、，并計(jì)算齒輪的幾何尺寸：=1\*GB3①節(jié)圓直徑：=440=2\*GB3②嚙合角=3\*GB3③齒頂高=4\*GB3④齒根高=5\*GB3⑤齒頂圓直徑=6\*GB3⑥齒根圓直徑=7\*GB3⑦中心距=8\*GB3⑧中心距變動(dòng)系數(shù)=9\*GB3⑨齒頂高變動(dòng)系數(shù)第7章鉆具的設(shè)計(jì)本鉆具適應(yīng)于軟散顆粒和巖石（中軟巖）地質(zhì)層成孔施工。潛孔鉆進(jìn)采納沖擊旋轉(zhuǎn)方式破裂巖石。沖擊回旋鉆孔時(shí)，作用在鉆頭上的沖擊力（每個(gè)鉆刃軸向沖擊力）時(shí)才能實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。式中：為巖石的極限抗壓強(qiáng)度，為鉆刃接觸巖石的面積。扇形面積S內(nèi)的巖石破裂條件是減切力：。式中：為巖石的極限抗剪強(qiáng)度，為巖石受剪切的面積。，式中：為鉆刃上軸向沖擊力，為鉆刃的刃角，。查得中軟巖的抗壓強(qiáng)度為450～850，這里取，。。則比較沖擊破裂的沖擊力及剪切破裂的剪切力，得到>，取=900作為潛孔鉆機(jī)沖擊器設(shè)計(jì)的依據(jù)。鉆桿的施力裝置由以上計(jì)算可知，巖石的破裂主要是鉆桿軸向沖擊力的大小確定。而對(duì)于脆性的巖石面的破裂，也數(shù)首次的沖擊破裂效果最佳，所以必需保證每次沖擊的能量足夠大。依據(jù)以上要求，我查了很多相關(guān)資料，最終確定采納氣動(dòng)力沖擊或液壓力沖擊。但依據(jù)本鉆具采納氣舉升排渣，確定采納氣動(dòng)力沖擊，這樣就可以就地利用氣源，削減了其配套設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本。查得氣動(dòng)沖擊有關(guān)的書(shū)籍，確定采納沖擊汽缸來(lái)產(chǎn)生巖石破裂的沖擊力。沖擊汽缸是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、體積小、耗氣功率小，但能產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊力，能完成多種沖壓的氣動(dòng)執(zhí)行元件。在沖擊汽缸中，采納快排型沖擊汽缸。下頁(yè)圖為快排型沖擊汽缸的結(jié)構(gòu)圖和工作原理圖：它是在非快排型沖擊汽缸下部增加了快排機(jī)構(gòu)而成的?？炫艡C(jī)構(gòu)的作用是當(dāng)活塞須要下沖時(shí)，能使活塞下腔以通流面積足夠大的通道快速及大氣連通，相當(dāng)于一快速排氣閥，使活塞下腔背壓快速降至很低?？炫判蜎_擊汽缸工作過(guò)程見(jiàn)圖b,接通氣源，壓縮空氣經(jīng)由輸入快排活塞下腔，快排活塞上腔經(jīng)排氣，快排活塞上移，封住沖擊缸下腔排氣孔；同時(shí)壓縮空氣經(jīng)節(jié)流后經(jīng)輸入沖擊缸下腔，排氣，活塞和活塞桿上升，封住中蓋5的噴氣口；同時(shí)活塞桿上的擋塊觸動(dòng)閥的推桿6，發(fā)出信號(hào)使動(dòng)作，壓縮空氣經(jīng)由輸入蓄氣腔，并使之充溢，此時(shí)若給一個(gè)氣信號(hào)使之動(dòng)作，則進(jìn)氣，排氣，快排活塞3下移，快速打開(kāi)沖擊缸下腔排氣孔，沖擊缸下腔背壓快速降至很低，活塞桿便可在最大壓差下快速向下沖擊。這種汽缸活塞下腔氣體已經(jīng)不像非快排型沖擊汽缸那樣被急劇壓縮，使有效工作行程可以加長(zhǎng)十幾倍甚至幾十倍，加速行程很大，故沖擊能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非快排型沖擊汽缸，沖擊頻率比非快排型提高約一倍。由于本設(shè)計(jì)主要為鉆具設(shè)計(jì)，選擇采納標(biāo)準(zhǔn)汽缸來(lái)進(jìn)行組合，削減另外設(shè)計(jì)的生產(chǎn)的成本。破裂巖石的沖擊力要求大于900才能破裂巖石。由空氣壓縮機(jī)處供應(yīng)的氣壓一般大于10Mpa，選用的標(biāo)準(zhǔn)汽缸的缸內(nèi)徑為80mm，汽缸的活塞桿外徑為40mm，活塞的行程為500mm，現(xiàn)采納氣壓為10Mpa來(lái)進(jìn)行計(jì)算：進(jìn)行力的換算，相當(dāng)于37680，大于巖石的抗壓強(qiáng)度所要求的沖擊力?？芍?，可以減小空氣壓力的大小來(lái)調(diào)整沖擊力的大小，以適應(yīng)不同的地質(zhì)要求。汽缸往復(fù)沖擊次數(shù)：。耗氣量：總共裝有9個(gè)汽缸，則：第8章主鉆頭的設(shè)計(jì)按本鉆具的特點(diǎn)來(lái)分析，由于運(yùn)動(dòng)不能使徑向力完全達(dá)到平衡，就可能使鉆具工作時(shí)不穩(wěn)定，影響工作效率，且中心處是刀具路徑不能到達(dá)的地方。因此，應(yīng)在中心處裝一鉆頭來(lái)保持中心的穩(wěn)定。依據(jù)這一要求，在主動(dòng)軸端安裝一個(gè)定型產(chǎn)品的小直徑牙輪式中心鉆，其及主軸采納裝配式的連接方法，便于鉆頭的拆卸和修理便利。牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)和工作原理為下圖：牙輪鉆頭由三個(gè)牙爪及三個(gè)安裝在牙輪軸頸上的牙輪組成。牙輪分兩種型式。見(jiàn)下氣，對(duì)軸承進(jìn)行吹洗和冷卻。從鉆機(jī)送入的排渣壓氣通過(guò)噴嘴，形成了高速氣流，噴入孔底表，三個(gè)牙爪焊成一體，在端部加工成錐螺紋，及鉆桿聯(lián)結(jié)。吹洗風(fēng)道用于通入壓縮空排渣。牙輪主要型式為：鑲齒鉆頭楔齒鉆頭適應(yīng)中硬巖，硬巖；牙輪體表面鑲硬質(zhì)合金柱；三牙輪中心交于一點(diǎn)；無(wú)滑動(dòng)破巖。適應(yīng)于表土，軟巖；牙輪體表面齒為楔形；三牙輪中心不交于一點(diǎn)；有滑動(dòng)破巖。牙輪鉆頭靠鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)，加壓機(jī)構(gòu)施加在鉆頭上的回轉(zhuǎn)力矩及軸壓力破裂巖石。鉆頭的回轉(zhuǎn)帶動(dòng)牙輪滾動(dòng)，在軸壓力靜載荷及牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷作用下，牙輪上的齒以壓碎、沖擊、減切等形式破裂巖石，巖渣由壓風(fēng)吹出孔口。對(duì)不同性質(zhì)的巖石運(yùn)用不同類(lèi)型的鉆頭，是提高破巖效率的重要條件。大部分堅(jiān)硬的巖石均具有脆性，應(yīng)采納鑲硬質(zhì)合金柱的鉆頭，用純滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)的牙輪鉆頭鉆進(jìn)，牙輪借助于軸壓力和沖擊力的作用切入巖石，使之破裂。對(duì)于中硬具有塑性的巖石，為了提高破裂效果，牙輪除滾動(dòng)外，同時(shí)應(yīng)具有肯定的滑動(dòng)剪切巖石。在軟巖中運(yùn)用的銑齒牙輪鉆頭，應(yīng)具有較大的滑動(dòng)力切削巖石。鉆頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，牙輪還繞本身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，則牙輪以一個(gè)齒著地或兩個(gè)齒著地，牙輪中心隨之上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊作用。在鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆頭不斷被磨損，受到鉆鑿的巖石表面的幾何形態(tài)也隨之改變，因而影響到巖石破裂前的應(yīng)力狀態(tài)。本設(shè)計(jì)采納已定型的小徑牙輪中心鉆頭。依據(jù)巖石的特性不同，選用不同的牙輪型式，以便于提高成孔效率。其主要參數(shù)的確定必需考慮到，巖石的堅(jiān)硬性，孔的直徑，深度及方向是設(shè)計(jì)鉆機(jī)的主要依據(jù)，它們確定鉆機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和機(jī)重，同時(shí)又影響其它參數(shù)的選擇。在穿孔中，鉆機(jī)、鉆桿和鉆頭三者的相互影響，必需選擇恰當(dāng)，否則就不能順當(dāng)?shù)膶?shí)現(xiàn)鉆進(jìn)。軸壓計(jì)算：當(dāng)鉆頭對(duì)巖石的作用力大于巖石的臨界抗壓應(yīng)力時(shí)，巖石才會(huì)快速破裂。軸壓越大，越簡(jiǎn)潔達(dá)到體積破裂，鉆進(jìn)速度就越快。但軸壓太高，會(huì)導(dǎo)致牙輪鉆頭簡(jiǎn)潔損壞和快速磨損，降級(jí)鉆頭的運(yùn)用壽命，奢侈能量，增加鉆孔成本。軸壓值依據(jù)下式：（130～150）,式中：D—鉆頭直徑cm。則軸壓為（130～150）（1950～2250）回轉(zhuǎn)功率計(jì)算：牙輪鉆頭的回轉(zhuǎn)扭矩采納下列閱歷公式計(jì)算：26.3回轉(zhuǎn)速度：依據(jù)巖石性質(zhì)的不同及操作須要，鉆具鉆速應(yīng)能調(diào)整。穿硬巖、開(kāi)孔及接、卸鉆桿時(shí)宜用低速；鉆軟巖時(shí)，轉(zhuǎn)速可以適當(dāng)提高。這樣可以提高鉆進(jìn)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到肯定值時(shí)，特殊是在硬巖上鉆孔時(shí)，會(huì)使鉆機(jī)劇烈振動(dòng)，降低鉆頭壽命，致使鉆進(jìn)速度降低。鉆具的回轉(zhuǎn)速度應(yīng)能在0～120間無(wú)級(jí)變速。本鉆具通過(guò)調(diào)整水下電機(jī)的變速器達(dá)到這一要求。第9章主軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相像，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作實(shí)力計(jì)算兩方面。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是依據(jù)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(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的工作實(shí)力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。由于主軸要完全處于水下的泥漿之中，在滿(mǎn)意強(qiáng)度、剛度的狀況下，要有肯定的防腐蝕實(shí)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(shù)是用軋制圓鋼和鍛件，有的則干脆用圓鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸及質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采納合金鋼。選擇的材料為40Cr調(diào)質(zhì)鋼。9.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類(lèi)型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布狀況；軸的加工工藝等。其主要考慮的問(wèn)題如下：(一)定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它確定著軸的基本形式。由于鉆具的外形特點(diǎn)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(jìn)行裝配；一種是零件在主軸上從下到上進(jìn)行裝配；還有一種是零件從主軸兩端進(jìn)行裝配。分析可知，前兩種裝配方案對(duì)加工精度和裝配工藝要求很高，且存在主軸在一個(gè)方向上存在過(guò)多階梯的狀況，影響軸的強(qiáng)度。最終一種裝配方案能從主軸的兩端分別進(jìn)行裝配，軸的徑向尺寸改變不大，這對(duì)軸的結(jié)構(gòu)將大大簡(jiǎn)化，提高了軸的強(qiáng)度。依據(jù)以上分析，選擇零件從主軸上兩端進(jìn)行裝配的方案。(二)軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必需進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其精確的工作位置。1.零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈和軸承端蓋來(lái)保證的。對(duì)鉆具來(lái)說(shuō)，其工作時(shí)受到的軸向力很大，且改變較大。這樣安裝其上的齒輪將用軸肩來(lái)進(jìn)行定位。由資料得，定位軸肩的高度h=(0.07～0.1)d，其中d為及零件相配處軸徑尺寸。對(duì)下端太陽(yáng)輪的軸肩高度h=(0.07～0.1)150=10.5～15mm，取12mm。上端中心傳動(dòng)齒輪處h=(0.07～0.1)150=10.5～15mm,取12mm。其上裝有三個(gè)滾動(dòng)軸承，對(duì)于滾動(dòng)軸承的定位，其定位軸肩高度必需低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸便利。但考慮到對(duì)行星架中的滾動(dòng)軸承，可以將其裝配精度定位過(guò)渡協(xié)作，且離上軸端很近，不設(shè)立軸肩，用套筒來(lái)定位。套筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，定位牢靠，最重要的是軸上不需開(kāi)鍵槽、鉆孔和切制螺紋，不影響軸的疲憊強(qiáng)度。雖然套筒及軸的協(xié)作較松，但軸的轉(zhuǎn)速較低，只有60r/min，能滿(mǎn)意設(shè)計(jì)要求。下端的最終固定部位采納焊接方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于軸上軸向力改變較大，鉆筒上蓋出口用兩個(gè)角接觸球軸承來(lái)滿(mǎn)意其要求，用軸端蓋來(lái)定其軸向間隙和受力。其最上端用一個(gè)一般聯(lián)軸器來(lái)實(shí)現(xiàn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.零件的周向定位周向定位的目的是限制軸上零件及軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪、聯(lián)軸器及軸的周向定位均采納平鍵連接。由手冊(cè)查得平鍵截面bh=28，為了保證齒輪及軸協(xié)作有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂及軸的協(xié)作為H7/n6；聯(lián)軸器及軸的聯(lián)結(jié)，選用的平鍵為2816200。滾動(dòng)軸承及軸的定位是借過(guò)渡協(xié)作來(lái)保證的，其值徑尺寸公差為m6。9.2主軸的校核進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，應(yīng)依據(jù)軸的詳細(xì)受載及應(yīng)力狀況，采納相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x其許用應(yīng)力。分析主軸的載荷分布狀況可知，下端太陽(yáng)輪的中間剖面的計(jì)算彎矩最大，是軸的危急截面。軸在工作是既承受彎矩又承受扭矩，則應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面的強(qiáng)度。計(jì)算的數(shù)值如下：載荷水平面H垂直面V支反力R彎矩Mmmmm,mm總彎矩扭矩T=96000計(jì)算彎矩可得：前已選定軸的材料為40Cr調(diào)質(zhì)鋼，查得［］=70Mpa，因此［］，故平安。第10章泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)的出渣形式有反循環(huán)出渣方法及正循環(huán)出渣方法。對(duì)于直徑較大的樁以及支承樁，絕大多數(shù)采納反循環(huán)出渣方法。對(duì)于正循環(huán)的施工原理。在鉆孔的同時(shí)，泥漿泵將泥漿打入空心鉆桿內(nèi)，從鉆頭出漿口沖出的泥漿，由于密度及粘性較大，帶動(dòng)鉆頭切削下的泥屑、碎石，順著孔向上浮起。溢出孔口后流入渣池。泥漿沉淀后，清泥漿重新被打入孔中。這樣一邊鉆進(jìn)一邊出渣。正循環(huán)由于泥漿密度大、出渣時(shí)間長(zhǎng)以及清基底較困難，除去小摩擦樁目前仍舊采納此種型式，大樁及支承樁不再采納這種方式。泵吸反循環(huán)施工原理。先在樁位上插入比樁徑大10%～15%的鋼護(hù)筒，護(hù)筒的頂面標(biāo)高至少應(yīng)比最高地下水位高出2m。鉆機(jī)水龍頭出口及砂石泵由橡膠軟管聯(lián)在一起，同時(shí)及砂石泵組裝在一起的還有真空泵。鉆孔時(shí)，真空泵先啟動(dòng)，通過(guò)軟管將孔內(nèi)的泥漿吸出水龍頭，順著吸渣軟管到達(dá)砂石泵內(nèi)，砂石泵啟動(dòng)后，孔內(nèi)的泥漿及鉆渣從空心鉆桿內(nèi)被吸出，送入沉渣池，稀漿流入孔內(nèi)，這樣的循環(huán)方式稱(chēng)為泵吸反循環(huán)。泵吸反循環(huán)由于受到真空度的制約，一般的鉆孔深度約為50m，深度大于50m的鉆孔樁，則應(yīng)采納氣舉反循環(huán)的方式排渣。氣舉反循環(huán)排渣的工作原理。在鉆進(jìn)過(guò)程中，空壓機(jī)將高壓空氣通過(guò)鉆桿中的空氣通道送到鉆頭上部的風(fēng)包并向鉆桿內(nèi)噴出。當(dāng)氣體及泥漿混合后，混合體的密度大大降低，從而快速?gòu)你@桿中心孔中上升，使風(fēng)包下部形成真空，于是便將鉆渣吸上來(lái)，并隨著氣漿混合體從水龍頭處排出。當(dāng)鉆孔深度超過(guò)50m，一般0.7MP風(fēng)壓的空壓機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓無(wú)法有效沖入鉆桿，排渣實(shí)力下降，此時(shí)可改為運(yùn)用中間風(fēng)包出氣。中間風(fēng)包一般放在孔深40m處左右，比較幾種排渣方法的排渣效率可知，采納氣舉反循環(huán)，孔深在80m處排渣的效率仍舊良好，而泵吸反循環(huán)排渣，在孔深50m處就特別困難了。因此，施工中對(duì)淺孔往往采納泵吸反循環(huán)，而對(duì)深孔則采納氣舉反循環(huán)。泥漿循環(huán)系統(tǒng)的主要作用是利用泥漿作為載體進(jìn)行排渣；另一個(gè)重要的作用是具有較好的護(hù)壁作用，可以削減甚至完全阻擋孔內(nèi)外的滲漏，因此又具有穩(wěn)定水頭的作用。施工中對(duì)泥漿的要求較高，泥漿的好壞對(duì)成孔的質(zhì)量以及樁的質(zhì)量都有重要的影響。泥漿一般有純硼潤(rùn)土泥漿及硼潤(rùn)土黃泥混合泥漿。在泥漿中加入肯定比例的純堿（或碳酸氫納）和纖維素（如CMC），可以大大地提升孔壁的穩(wěn)定性。高質(zhì)量的泥漿主要用于支承樁，對(duì)一般摩擦樁，則多采納混合泥漿或黃土泥漿。本鉆具采納氣舉反循環(huán)排渣。選用空氣壓縮機(jī)要考慮兩個(gè)指標(biāo)：風(fēng)量及風(fēng)壓。風(fēng)量的大小確定排渣管內(nèi)泥漿的上返速度，施工中舉薦的上返速度為3～4m/s，按此速度計(jì)算的風(fēng)量為Q=(2～2.4),式中，Q為風(fēng)量；d為鉆桿內(nèi)徑（m）；v為上升速度（m/min）。按鉆進(jìn)深度選用空壓機(jī)的風(fēng)壓可按下式計(jì)算：，式中，為空壓機(jī)風(fēng)壓（MP）；為風(fēng)包噴嘴到泥漿面的高度（m）；為泥漿及鉆屑的混合程度(N/m)；為空壓機(jī)壓力余量，取～1.4。算得：Q=(2～2.4)0.15(0.9～1.08)(m/min);。鉆進(jìn)參數(shù)及鉆進(jìn)留意事項(xiàng)1．減壓鉆進(jìn)大型鉆機(jī)在鉆巖時(shí)必需實(shí)行減壓鉆進(jìn)。所謂減壓鉆進(jìn)，就是滾齒刀及巖石的接觸壓力保持在肯定的范圍。一般狀況下，一個(gè)12in滾齒刀的壓力應(yīng)不超過(guò)35KN，鉆進(jìn)時(shí)可依據(jù)地質(zhì)狀況取每個(gè)刀頭承受20～30KN力為宜。只有對(duì)特殊硬的巖石，才采納較高的鉆壓。在實(shí)際工作中，卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行減壓鉆進(jìn)，刀盤(pán)壓在巖石上的總壓力約為300～400KN。若加大鉆壓，刀盤(pán)受到的切削阻力加大，鉆進(jìn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩及功率均相應(yīng)增加，處理不當(dāng)，鉆機(jī)會(huì)被迫停止轉(zhuǎn)動(dòng)，這在工作中要引起重視。2．鉆機(jī)轉(zhuǎn)速在鉆進(jìn)過(guò)程中，不同地層應(yīng)采納不同的轉(zhuǎn)速。粘土層中，為了克服泥包鉆頭，應(yīng)采納高轉(zhuǎn)速，鉆頭外緣的線(xiàn)速度可大于3～4m/s；在砂層和巖石層中鉆進(jìn)，則應(yīng)采納低轉(zhuǎn)速。操作者依據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)狀況選擇合適的轉(zhuǎn)速。3．泥漿循環(huán)量采納氣舉反循環(huán)排渣，泥漿循環(huán)量按下式計(jì)算：Q=3600VS(m/h)V=1.76k式中，k為考慮返流中泥漿的上升速度應(yīng)大于巖屑自重下沉速度而定的系數(shù)，k>1.2；g為重力加速度（m/s）；D為擬定鉆屑的直徑（m）；是巖屑相對(duì)密度，計(jì)算中可取=2.6；為泥漿相對(duì)密度，計(jì)算時(shí)可取=1.1；S為回流腔的截面積（m）。對(duì)本鉆具，D=0.05m，k=1.3，則V=1.87m/s，S=0.0177m的鉆桿，排漿量為Q=120m/h。運(yùn)用中泥漿的循環(huán)量宜定為600～1000m/h。泥漿儲(chǔ)備量可按孔深所需泥漿的1.5～2倍考慮。4．鉆進(jìn)留意事項(xiàng)(1)鉆孔起先時(shí)，孔內(nèi)泥漿面的高度應(yīng)至少比護(hù)筒外的水位高出2m。建議水位為2.5～3m左右。水位差也不宜過(guò)大，以防反滲流。鉆孔時(shí)向孔內(nèi)的供漿量必需大于從孔內(nèi)排出的泥漿量。在鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，保證孔內(nèi)外水頭差的高度，盡量減小水頭過(guò)快的改變。(2)在正常鉆進(jìn)時(shí)，垂直的鉆進(jìn)速度可取每轉(zhuǎn)鉆進(jìn)10～30mm。不要急于求成。鉆進(jìn)中卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩應(yīng)略微帶著些勁，不要完全放松讓鉆頭完全自由下鉆。隨時(shí)留意出土狀況，并以此確定下鉆的快慢。在排土不太通暢時(shí)，可略提起鉆桿，使被擠土漸漸松動(dòng)而排出。(3)起先鉆進(jìn)，或通過(guò)軟硬層交界處，為保持鉆桿垂直，應(yīng)采納慢進(jìn)。在含磚瓦的填土層或含水量較大的軟塑土層中鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量削減鉆桿晃動(dòng)，以免擴(kuò)大孔徑。(4)當(dāng)發(fā)覺(jué)阻力過(guò)大、鉆進(jìn)困難時(shí)，應(yīng)剛好提鉆檢查，查明緣由并作處理后再接著鉆進(jìn)。否則可能產(chǎn)生樁孔嚴(yán)峻傾斜、偏移或者損壞鉆具。(5)在砂層中鉆孔，孔底標(biāo)高應(yīng)高于地下水的標(biāo)高。(6)鉆進(jìn)時(shí)，為了保證不堵吸渣口，應(yīng)先開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)吸泥，讓泥漿先循環(huán)流淌。然后開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，漫漫進(jìn)給。停鉆時(shí)，應(yīng)先停鉆，提升，然后停風(fēng)。(7)鉆進(jìn)過(guò)程中，每班工作人員應(yīng)堅(jiān)守崗位，司機(jī)、記錄員、技術(shù)人員要隨時(shí)視察各種狀況，如鉆機(jī)工作是否正常，空壓機(jī)、供漿量及排漿量是否正常等等，發(fā)覺(jué)異樣應(yīng)剛好處理。設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)的目的是為了系統(tǒng)地把高校中所學(xué)的專(zhuān)業(yè)學(xué)問(wèn)連貫起來(lái)應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，來(lái)解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，從而熬煉我們的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)力，從而設(shè)計(jì)出滿(mǎn)意要求的機(jī)械產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)完成了大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具I型鉆具總體設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容包括齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)、鉆具的設(shè)計(jì)、主軸的設(shè)計(jì)以及泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)四個(gè)部分。第一部分齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)特殊是行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。此部分是在機(jī)械傳動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，確定了行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類(lèi)型，進(jìn)行了齒輪的配齒計(jì)算，計(jì)算出了齒輪的主要參數(shù)和幾何尺寸，進(jìn)行了裝配條件的驗(yàn)算，計(jì)算出傳動(dòng)的效率，并對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)的強(qiáng)度驗(yàn)算。由于其均載裝置太困難，我只選定了其采納中心輪浮動(dòng)的均載方案。其次部分鉆具的設(shè)計(jì)也是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，課題要求鉆具既產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又產(chǎn)生軸向沖擊運(yùn)動(dòng)。其回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由傳動(dòng)齒輪來(lái)供應(yīng)，而軸向沖擊運(yùn)動(dòng)，我參考流體推桿高能沖擊錘的工作原理后，采納了沖擊汽缸來(lái)進(jìn)行軸向沖擊運(yùn)動(dòng)。其沖擊緩沖后的高壓氣體通過(guò)鉆桿上的中心孔由小鉆頭排出，這就為排渣打算了氣體來(lái)源。第三部分主軸的設(shè)計(jì)，該部分先擬訂軸上零件的裝配方案和零件的定位，既軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，后對(duì)軸進(jìn)行了強(qiáng)度校何。由于安裝其上的齒輪尺寸較大，軸及齒輪都采納鍵聯(lián)結(jié)。軸的下端及中心牙輪鉆頭的聯(lián)結(jié)，采納將牙輪鉆頭的基座焊接在軸上，再將牙輪鉆頭用螺釘聯(lián)結(jié)起來(lái)，這樣便于牙輪鉆頭的拆卸和修理。第四部分泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該部分的設(shè)計(jì)是在已有泥漿循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行選用和改進(jìn)。由于本鉆具要求的鉆進(jìn)深度超過(guò)50m，排渣方案選定為氣舉反循環(huán)排渣，這樣鉆具可以一邊鉆進(jìn)一邊排渣，提高了工作效率，降低了鉆孔成本。本人在這次設(shè)計(jì)中最大的感受是：理論及實(shí)踐必需相結(jié)合，只有將正確的理論應(yīng)用于實(shí)踐中，才能真正發(fā)揮理論的價(jià)值，才能更深刻地了解和駕馭理論的真正內(nèi)涵；要作到理論及實(shí)踐相結(jié)合必需有肯定的理認(rèn)基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐閱歷，在這方面，我很欠缺，還在待于在日后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作中來(lái)彌補(bǔ)和提高，此外，設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)繁重的工作，必需具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和堅(jiān)韌的決心和毅力。參考文獻(xiàn)[1]孫恒，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教化出版社，2001[2]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教化出版社，2001[3]王伯惠，上官興著.中國(guó)鉆孔灌注樁新發(fā)展[M].北京：人民交通出版社，1999[4]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教化出版社，1999[5]鄒慧君.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教化出版社，1998[6]范欽珊.材料力學(xué)[M].北京：高等教化出版社，1992.9[7]《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》編輯委員會(huì).現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[8]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2、3、5卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[9]劉古岷，王渝，胡國(guó)慶.樁工機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001[10]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)(第5卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000[11]《機(jī)械工程手冊(cè)》編委會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)(第11卷機(jī)械產(chǎn)品(一))[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982[12]郭愛(ài)蓮.新編機(jī)械工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社，1991[13]日本機(jī)械學(xué)會(huì).機(jī)械技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975[14]《機(jī)械工程手冊(cè)》編委會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)(專(zhuān)用機(jī)械卷(二))[M]：北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[15]汪應(yīng)洛.英漢機(jī)電工程技術(shù)詞匯[M].北京：科學(xué)出版社，1991[16]吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌500例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996[17]卜炎.機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[18]吳宗澤、雷天覺(jué).機(jī)械設(shè)計(jì)好用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999[19]《齒輪手冊(cè)》編委會(huì).齒輪手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001[20]李維榮.標(biāo)準(zhǔn)緊固件好用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001[21]機(jī)械工業(yè)部.氣動(dòng)元件產(chǎn)品樣本[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在匡建新老師的細(xì)心指導(dǎo)和幫助下以及同學(xué)們的幫助下共同完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我曾得到他們的大力支持和幫助，在此，我特向他們表示由衷的感謝和真誠(chéng)的敬意。特殊是匡老師，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，賜予我很大的幫助，幫我解決了不少難題，提出了不少的建議和看法，并且也介紹了很多珍貴的閱歷，我再次向他表示感謝。同時(shí)也特別感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的深切關(guān)懷。感謝學(xué)院圖書(shū)館工作人員對(duì)我此次設(shè)計(jì)供應(yīng)文獻(xiàn)資料。感謝系里各位賜予我支持和幫助的老師和同學(xué)，在此一并致謝。附錄1GEARSpurandhelicalgears.Agearhavingtoothelementsthatarestraightandparalleltoitsaxisisknownasaspurgear.Aspurpaircanbeusedtoconnectparallelshaftsonly.Parallelshafts,however,canalsobeconnectedbygearsofanothertype,andaspurgearcanbematedwithagearofadifferenttype.(Fig.1.1).Topreventjammingasaresultofthermalexpansion,toaidlubrication,andtocompensateforavoidableinaccuraciesinmanufacture,allpower-transmitting,gearsmusthavebacklash.Thismeansthatonthegear,andviceversa.Oninstrumentgears,backlashcaneliminatedbyusingagearsplitdownitsmiddle,onehalfbeingrotatablerelativetotheother.Aspringforcesthesplitgearteethtooccupythefullwidthofthepinionspace.Helicalgearshavecertainadvantages;forexample,whenconnectingparallelshaftstheyhaveahigherloadcarryingthanspurgearswiththesametoothnumbersandcutwiththesamecutter.Becauseoftheoverlappingactionoftheteeth,theyaresmootherinactionandcanoperateathigherpitch-linetotheaxisofrotation,helicalgearscreateanaxialthrust.Ifusedsingly,thisthrustmustbeabsorbedinthesameblank.Dependingonthemethodofmanufacture,thegearmaybeofthecontinuous-toothherringbonevarietyoradouble-helicalgearwithaspacebetweenthetwohalvestopermitthecuttingtooltorunout.Double-helicalgearsarewellsuitedfortheefficienttransmissionofpowerathighspeeds.Helicalgearscanalsobeusedtoconnectnonparallel,non-intersectingshaftsatanyangletooneanother.Ninetydegreesisthecommonestangleatwhichsuchgearsareused.Wormandbevelgears.Inordertoachievelinecontactandimprovetheloadcarryingcapacityofthecrossed-axishelicalgears,thegearcanbemadetocurvepartiallyaroundthepinion,insomewhatthesamewaythatanutenvelopsascrew.Theresultwouldbeacylindricalwormandgear.Wormgearsprovidethesimplestmeansofobtaininglargerationsinasinglepair.Theyareusuallylessefficientthanparallel-shaftgears,however,becauseofanadditionalslidingmovementalongtheteeth.Becauseoftheirsimilarity,theefficiencyofawormandgeardependsonthesamefactorsastheefficiencyofascrew.Single-threadwormsoflargediameterhavesmallleadanglesandlowefficiencies.Multiple-threadwormshavelargerleadanglesandhigherefficiencies(Fig.1.2)Fortransmittingrotarymotionandtorquearoundcorners,bevelgearsarecommonlyused.Theconnectedshafts,whoseaxeswouldintersectifextended,areusuallybutnotnecessarilyatrightanglestooneanother.Whenadaptedforshaftsthatdonotintersect,spiralbevelgearsarecalledhypoidgears.Thepitchsurfacesofthesegearsarenotrollingcones,andtheratiooftheirmeandiametersisnotequaltothespeedConsequently,thepinionmayhavefewteethandbemadeaslargeasnecessarytocarrytheload.Theprofilesoftheteethonbevelgearsarenotinvolutes;theyareofsuchashapethatthetoolsfortheteethareeasiertomakeandmaintainthaninvolutecuttingtools.Sincebevelgearscomein,aslongastheyareconjugatetooneanothertheyneednotbeconjugatetoothergearswithdifferentbothnumbers.1EarlyHistoryofGearingTheearliestwrittendescriptionsofgearsaresaidtohavebeenmadebyAristotleinthefourthcenturyB.C.IthasbeenpointedoutthatthepassageattributedtoAristotlebysomewasactuallyfromthewritingsofhisschool,in“MechanicalProblemsofAristotle”(Ca.280B.C).Inthepassageinquestion,therewasnomentionofgearteethontheparallelwheels,andtheymayjustaswellhavebeensmoothwheelsinfrictionalcontact.Therefore,theattributionofgearingtoAristotleis,mostlikely,incorrect.TherealbeginningofgearingwasprobablywithArchimedeswhoabout250B.C.inventedtheendlessscrewturningatoothedwheel,whichwasusedinenginesofwar.Archimedesalsousedgearstosimu-earlyformsofwagonmileageindicators(odometer)andsurveyinginstruments.Thesedeviceswereprobably“thought”experimentsofHeronofAlexandria(ca.A.D.60),whowroteonthesubjectsoftheoreticalmechanicsandthebasicelementsofmechanism.TheoldestsurvivingreliccontaininggearsistheAntikytheramechanism,sonamedbecauseoftheGreekislandofthatnamenearwhichthemechanismwasdiscoveredinasunkenshipin1900.ProfessorPriceofYaleUniversityhaswrittenanauthoritativeaccountofthismechanism.Themechanismisnotonlytheearliestrelicofgearing,butitalsoisanextremelycomplexarrangementofepicyclicdifferentialgearing.Themechanismisidentifiedasacalendricalcomputingmechanismforthesunandmoon,andhasbeendatedtoabout87B.C.TheartofgearingwascarriedthroughtheEuropeandarkagesafterthefallofRome,appearinginIslamicinstrumentssuchasthegearedastrolabeswhichwereusedtocalculatethepositionsofthecelestialbodies.Perhapstheartwasrelearnedbytheclock-andinstrument-makingartisansoffourteenth-centuryEurope,orperhapssomecrystallizingideasandmechanismswereimportedfromtheEastafterthecrusadesoftheelevenththroughthethirteenthcenturies.ItappearsthattheEnglishabbotofSt.Alban’smonastery,bornRichardofWallingford,inA.D.1330,reinventedtheepicyclicgearingconcept.Heappliedittoanastronomicalclock,whichhebegantobuildatthattimeandwhichwascompletedafterhisdeath.Amechanical