裝配圖XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)

裝配圖XY-4巖心鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì),裝配,xy,巖心,鉆機(jī),升降機(jī),設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書(shū) 學(xué)生姓名： 胡 軍 雄 學(xué) 號(hào)： 14030603 班 級(jí)： 140306 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 馬 文 星 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(méi)有改變?cè)械纳禉C(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。 Abstract At present, rock driller elevator mostly betakes fix-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 elevator , 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 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 XY—4 巖芯鉆機(jī)的發(fā)展歷史 ...........................................................................3 1.2 XY—4 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(lèi) ............................................................................................................6 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 ..................................................................................................7 2.1 XY—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 ...............................7 2.1.1 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的功用 ................................................................7 2.1.2 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)要求 ........................................................7 2.1.3 XY—4 巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件 ............................................................7 2.2 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類(lèi)型的確定 ...............................................................8 2.3 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的設(shè)計(jì)方案的確定 ...................................................9 2.4 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析 ...............................................................9 2.5 XY—4 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 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 ..................................................13 2.5.2 XY—4 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 XY—4 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 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 XY—4 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 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算 .....................................................30 II 3.4 XY—4 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 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 CATIA 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 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 1/3～1/2。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(lèi)。而這 5 類(lèi)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。 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 2 第 1 章 概述 1.1 XY—4 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(mén)，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。 ⑴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(kāi)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(lèi) 鉆機(jī)，隨后又大量仿制，其代表型號(hào)為 XB—300、 XE—5DD 及 XB—I 000A 型 等。 ⑵第二階段是以機(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 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(kāi)始了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造工作。 ⑶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 第 1 章 概述 3 全不同的鉆機(jī)產(chǎn)生。我國(guó)六十年代初已開(kāi)始研制全液壓傳動(dòng)式鉆機(jī)，七十年代， 我國(guó)全面地開(kāi)展了研制工作。 1.2 XY—4 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(kāi)采地下巖鹽的，早在秦代(公元前 221—207 年間)就用鉆井方法開(kāi)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，即不能采取連續(xù)的巖心， 只能打垂直的孔，因此不能滿(mǎn)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(zhuān)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。 1.3 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)力頭鉆機(jī)僅占 2％?？梢?jiàn)，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 第 1 章 概述 4 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(chē)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(chē)和拖拉機(jī)上的自行式鉆機(jī)目前使用的很廣泛。車(chē)裁式 的鉆機(jī)其類(lèi)型往往就是地表固定式標(biāo)準(zhǔn)鉆機(jī)，動(dòng)力采目汽車(chē)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(lèi)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)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(chē)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(chē)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、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。 1.4 鉆機(jī)分類(lèi) 按用途分類(lèi)：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、 第 1 章 概述 5 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 6 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 2.1 XY—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 2.1.1 XY—4 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。 2.1.2 XY—4 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(mǎn)足以下要求： ① 在滿(mǎn)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)。 ② 要求升降機(jī)的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度具有一定的超載能力。 ③ 操作方便、動(dòng)作靈敏、平穩(wěn)、勞動(dòng)強(qiáng)度小、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。 ④ 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 2.1.3 XY—4 巖芯鉆升降機(jī)的設(shè)計(jì)條件 ① 輸入軸轉(zhuǎn)速（r/min）：約 450、約 310、約 217、約 117； ② 卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：約 160、約 110、約 78、約 42； ③ 最大提升能力：29.4KN； ④ 卷筒直徑：285mm； ⑤ 鋼繩直徑：16mm； ⑥ 卷筒容繩量：52mm； ⑦ 提升速度：0.82、1.51、2.16、3.13。 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 7 2.2 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)類(lèi)型的確定 目前存在的升降機(jī)有 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 2-1 不同升降機(jī)的特點(diǎn)比較 類(lèi)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(lèi)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 力合器傳 動(dòng)式 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。 用于鉆 機(jī)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。 2.3 XY—4 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： 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 8 工作參數(shù)的選擇： ① 升降機(jī)的最大起重量 Pq； ② 提升速度分為：最高纏繩速度 Vmax、最低纏繩速度 Vmin； ③ 調(diào)速范圍 R； ④ 速度檔數(shù)及中間速度。 抱閘的受力分析： ① 下降制動(dòng)力矩； ② 提升制動(dòng)力矩； ③ 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。 2.4 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)的組成分析 XY—4 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： ① 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 9 圖 2-1 XY—4 巖芯鉆機(jī) 升降機(jī)卷筒 卷筒用兩盤(pán)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。 ② 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(wèn)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 個(gè)。它們分別用兩盤(pán)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 10 圖 2-2 XY—4 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 ③ 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)系統(tǒng)。另外，水冷裝置還有一個(gè)作為水剎車(chē)的用途。 ④ 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 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 11 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 ⑤ 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(kāi)抱閘，使抱閘與制圈間出現(xiàn)間隙。 a：抱閘的原理圖如圖 1-4 所示： 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(xiāo)軸 16.止動(dòng)銷(xiāo) 17.銷(xiāo) 軸 18.手把托墊 19.棘爪 20.銷(xiāo)軸 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 12 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(kāi)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。 2.5 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作原理分析 2.5.1 XY—4 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結(jié)構(gòu)示意圖，其機(jī)構(gòu)示意圖如圖 1-5 所示。 第 2 章 設(shè)計(jì)總論 13 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 2.5.2 XY—4 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。 ① 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(kāi)，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。 ② 制動(dòng)鉆具 將提升抱閘 6 松開(kāi)，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)。 ③ 下降鉆具 同時(shí)將提升抱閘 6 和下降抱閘 8 松開(kāi)，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(kāi)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。 第 3 章 分析計(jì)算 14 第 3 章 分析計(jì)算 3.1 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)齒輪的分析計(jì)算 3.1.1 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： （3- 123,iz??????????總 31122456zin???總 1） 式中： ——升降機(jī)總傳動(dòng)比；i總 ——第一級(jí)傳動(dòng)比；1 ——第二級(jí)傳動(dòng)比；2i ——中心齒輪齒數(shù)；1z ——行星齒輪齒數(shù)；2 ——內(nèi)齒圈齒數(shù)。3z 3.1.2 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48～55HRC，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 ，1=30z1.2i? ，則 ， 。2.34i?2136zi??84z? 3.1.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ① 先設(shè)計(jì)中心齒輪和行星齒輪 第 3 章 分析計(jì)算 15 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 （3-??132FsSadkTYmz??????????? 2） 因載荷有較重沖擊，由表查得 ，故初選載荷系數(shù) ，5.1??K2?tK66 5119.029.50.41043PT Nmn????? 由式 （3-12[.8()]cosz????? 3）計(jì)算端面重合度 ；.31.690?? 由式 ， （3-0.75.2.Y??? 4） 查表得： .d?? 1263FaY1.59saY? . 26 由式 （3-??910450830.10hNnjL???? 5） 8126.i ??8300183024.610hNnjL????? 查表得： 1.89Y2.9NY? 由表選 ，min25FS 由圖按齒面硬度均值51HRC，在ML線上查得： 第 3 章 分析計(jì)算 16 ，min1li2450FMPa?? 則 li1n.89[] 320.4NFYPaS??? lim22n45.17.6??1.6310.3[]FaSY???2.9.27aSF? 取 設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：10.31[]aSY?? 將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得： 511332 22.410.713() .5[]tFaStdKTmz????? ? 修正 ：t （3-1.4504.1/6061tnv ms??????? 6） 查表得： 1.5,.0,.2,vKK???? （3-15.0612.9Av???? 7） （3-332.9..4tkm?? 8） 查表，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 。.5m 所以齒輪的主要幾何尺寸為： 105,dz?216dzm? 第 3 章 分析計(jì)算 17 12()maz??10.753.dbm????? 取 275B15Bm? 較核齒面接觸疲勞強(qiáng)度： （3-12[]HEHkTuZbZ????????? 9） 查得， 189.,.5,0.8EHMPa?? 按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得： 12961NNZ 按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查出 ，取 PaH02lim1li??1lim?HS （3-li1n[]7.6NZS 10） lim22n[]13.HNMPa?? 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得： （3- 512.9410.9189.50.8[]73H H???? ?? 11） 接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足。 ② 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 ??132FsSadkTYmz??????????? 第 3 章 分析計(jì)算 18 因載荷有較重沖擊，由表查得 ，故初選載荷系數(shù) ，5.1??K2?tK66 5319024.9.5010PT Nmn????? 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： ； 3294dmz? ；10.753.bm???? 取 。 375B 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 123[]HEHkTuZbZ????????? 查得， 189.,.5,0.8EHMPa?? 按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得： 316N 按齒面硬度均值51HRC在MQ和ML線中間查出 ，取 lim3106HPa??lim3HS?li3n[]12.6NZa 將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度較核公式，得： 532.9410.9189.50.8[]78H H? ????? ?? 接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足。 表 2 齒輪的主要參數(shù) 齒輪 z m d(mm) β(mm) da df 中心齒輪 30 3.5 105 75 112 96.25 行星齒輪 36 3.5 126 75 133 117.25 內(nèi)齒圈 84 3.5 294 75 301 285.25 第 3 章 分析計(jì)算 19 3.2 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸的分析計(jì)算 3.2.1 升降機(jī)軸的設(shè)計(jì) ① 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。 圖 3-1 升降機(jī)軸零件的分布 ② 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，11735,40,35,20bsMPaaMPaa???????? 。01C ③ 求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩Ⅰ 1n1T 通過(guò)查表可知齒輪的傳動(dòng)效率為 0.97，則輸入功率是： ； （3-224.5.6097gFVPKW????Ⅰ 12） ；15/minr 。419.05.0PTNm????? ④ 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13min0dC （3-133in025.6740.Pm?? 第 3 章 分析計(jì)算 20 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： （3-minin3%41.8ddm??? 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)的軸承、密封圈選擇。 ⑤ 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。 ⑥ 確定軸上圓角和倒角尺寸 圓角是 R1.5，倒角是 2×45°。 ⑦ 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 的值。HMvca a：畫(huà)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(lèi)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 第 3 章 分析計(jì)算 21 （3- 4125.018tTFNd??? 15） 齒輪的徑向力 （3-1082395.78rtngtg????? 16） 徑向力與原周力的合力 （3-10857.69cos2tnnFN??? 17） c: 計(jì)算軸的彎矩并畫(huà)彎矩圖 第 3 章 分析計(jì)算 22 圖 3-2 升降機(jī)軸的受力計(jì)算 水平面彎矩 （3-127.6HMFLNm??? 18） 垂直面彎矩 （3-9.2vr? 第 3 章 分析計(jì)算 23 19） 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） （3-231.5HvMNm???? 20） d: 畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖（圖 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 α=0.6 得： （3-5510.6413.260TNm??????? 21） 1.eM? 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-??1 132.50.7606ca MPaPaW???????? 22） 所以軸的強(qiáng)度足夠。 ⑧ 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) （3-3330.1.6021Wdm??? 23） 抗扭截面系數(shù) （3-333.2.4T 24） 合成彎矩 （3-1.5M?? 第 3 章 分析計(jì)算 24 25） 轉(zhuǎn)矩 52119.0.40PTNmn????? 彎矩應(yīng)力幅（按對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力計(jì)算） （3-132.1.706aMaW?? 26） 彎曲平均應(yīng)力 mPa? 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力幅 （3- 54012.623aTMPaW?? 27） 扭轉(zhuǎn)平均切應(yīng)力 12.6amPa?? 由設(shè)計(jì)圖可知 ,K?? 由 640,6bMPad? 按（譚慶昌編著《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ）的附圖 5 查得尺寸系數(shù) .75,.??? 由精車(chē)加工得： 640bMPa? 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) 第 3 章 分析計(jì)算 25 0.9?? 按公式 （3- kkK????????和 28） 可計(jì)算得： 1.43.2K???， 由于花鍵引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是 .5.6??和 故得綜合影響系數(shù)是 （3- 1.52.0793.46.0kK????????? 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 （3-3.52. k????， 33） 因此可得綜合影響系數(shù)是 第 3 章 分析計(jì)算 26 .5.8209..743kK???????? 取上面的綜合影響系數(shù)較大的數(shù)值，故 .82.74K???， 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 0.2.1????， 只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，由公式 （3- 1amSK???? 34） 得： 12753.8.0amSK???????=6 只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)，由公式 （3- 1amS????? 35） 得： 153.784amSK??????= 由公式 第 3 章 分析計(jì)算 27 （3-2ca S???? 36） 得安全系數(shù)是 22 3.064.5.caS???????= 取標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)是 1.5，則 22 3.064.51.caS???????? 所以截面安全。 3.2.2 行星輪軸的設(shè)計(jì) ① 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.單列向心軸承 3.行星軸支架 圖 3-3 行星軸零件的分布 ② 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， 第 3 章 分析計(jì)算 28 。根據(jù)表查得，11735,40,5,20bsMPaaMPaa???????? 。01C ③ 求輸入軸的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩22n2T 通過(guò)查表可知齒輪的傳動(dòng)效率為 0.97，則輸入功率是： ；24.1.86097gFVPKW???? ；35/minnr 。422.16.310PTNm??? ④ 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23min0dC? 。233in04.861720.5Pm? ⑤ 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(chēng)的。因此，確定一邊的尺寸就可 以了。 ⑥ 確定軸上圓角和倒角尺寸 圓角是 R1.5，倒角是 2×45°。 3.3 XY—4 巖芯鉆機(jī)升降機(jī)軸承的分析計(jì)算 ① 軸承型號(hào)的選擇 根據(jù)鉆探工程手冊(cè)，選擇軸承Ⅰ型號(hào)是 100360；軸承Ⅱ型號(hào)是 100355。 ② 計(jì)算軸承承受的徑向載荷 和1rF2 第 3 章 分析計(jì)算 29 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 108542tHFN? （3-t 37） 垂直支反力 1395.781.92rvFN?? （3-..rv 38） 合成支反力（圖 3-4d） 222115497.85.rHvFN????? （3-2 1 39） 第 3 章 分析計(jì)算 30 圖 3-4 軸承受力示意圖 ③ 計(jì)算軸承的軸向載荷 和1aF2 由圖 4-3d 可知， 等于 。查設(shè)計(jì)手冊(cè)（GB/T 292-94） ，100000 型軸rr 承的 Cr=35.2KN，Cor=24.5KN，對(duì)于 10000 型軸承，按（