旋挖工程车钻杆动力箱部件设计毕业论文(编辑修改稿)

旋挖工程车钻杆动力箱部件设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

即可进行钻孔 ,又能安放套管 ,并且增加了套管钻进增扭装置。 国内旋挖工程车动力头在核心技术方面跟国外相比还有一定的差距 ,可靠性和功能扩展方面还需进一步发展。 本次毕业设计主要是让我们能够 熟悉整个设计流程，无论在结构方案设计上，画图上，还是在论文撰写写都对我们以后的学习和工作有很大的益处。 主要内容： （ 1）动力箱传动方案的确定。 （ 2）根据经验公式进行动力箱零部件设计。 （ 3）绘制动力箱二维和三维装配图和零件图。 （ 4）重要零件的强度刚度校核。 （ 5）毕业论文的撰写。 机械传动方式 本次设计主要为一级减速，故先从几种常见的传动方式中选取传动方案。 下面是几种典型常见的传动方式： （ 1）带传动 ：如图 21 所示，带传动是一种绕行传动。 带传动的基本组成零件为带轮（主动轮和从动轮）和传送带。 当主动轮 1 转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或者啮合作用，将运动和动力通过传动带 2 传递给从动带 、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点，在近代机械中应用广泛。 ① 优点：传动平稳、结构简单、成本低、使用维护方便、有良好的挠性和弹性、过载打滑。 ② 缺点：传动比不准确、带寿命低、轴上载荷较大、传动装置外部尺寸大、效率低。 旋挖工程车钻杆动力箱部件设计 10 图 21 带传动示意图 因 此，带传动常适用于大中心距、中小功率、带速 v =5～ 25m/s， i≤7的情况。 综合以上因素，带传动不适合传递很大的扭矩和功率，所以不能应用在动力箱中。 （ 2）链传动： 如图 22 所示，链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 ① 优点： 与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 ② 缺点： 仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。 链传动一般适合低速，且不能传递很大的扭矩，所以不符合本次设计的基本要求。 图 22 链传动示意图 （ 3）齿轮传动： 如图 23 所示， 齿 轮传动是利用两齿轮的轮齿相互 啮合 传递动力和运动的 机械传动。 按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴 螺旋齿轮传动。 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 11 图 23 齿轮传动示意图 ① 优点： 齿轮传动平稳， 传动比 精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。 具有结构紧凑、寿命长等。 ② 缺点： 制造齿轮需要有专门的设备，导致生产成本很高。 而且啮合传动会产生噪声。 根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型： a. 直齿圆柱齿轮传动； b. 斜齿圆柱齿轮传动 c. 人字齿轮传动； d. 锥齿轮传动； e. 交错轴 斜齿轮 传动 综合考虑，根据设计要求和齿轮传动的特点，动力箱的动力传递决定用齿轮传动。 分析和拟定传动方案 实现工作装置预定的运动是拟定传递方案最基本的要求。 但是满足这个要求可以有不同的传动方式、不同的机构类型、不同的顺序和布局。 这就需要将各种传动方案加以分析比较。 合理的传动方案还应该满足结构简单，尺寸紧凑、工作可靠、制造方便、成本低廉、传动效率高，装拆方便等。 动力箱 应满足几个要求： （ 1）实现大扭矩，大功率的输出。 （ 2）运动平稳，能实现正反转，并能承受较大的冲击。 （ 3）适应较恶劣的工况。 （ 4）动力箱是移动部件，要求外型小，重量轻。 旋挖工程车钻杆动力箱部件设计 12 （ 5）最终的动力输出给钻杆，且钻杆能上下移动。 为了满足上述条件，动力箱无法按传统减速器设计，本次采用双液压马达分别驱动两台两级行星减速器 , 经两小齿轮合并动力传至中部大齿轮，然后通过螺钉连接，把扭矩依次传递到套筒、花键套，因为钻杆既要转动又能上下移动，所以要使用花键，最后通过花键传递扭矩给钻杆，使钻杆旋转起来，达到工作的目的，如图 24 所示。 图 24 传动方案简图 此结构发挥了液压传动体积小、自平衡的优势 , 减小中心距 , 有效控制减速器重量。 动力输入为非对称布置，（由于中心轴通孔限制 , 该轴上轴承尺寸较大）为了不影响轴承寿命 , 并能为泥浆管布置带来空间。 所以动力输入布置在同一侧。 先通过参数计算，然后再进行具体的部件结构设计。 最后才对重要零件进行刚度强度校核。 （ 1）已知参数： 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 13 输入轴的输入转矩 T1= 输入轴的转速 1n =98 r/min 动力箱传动比 i= 钻杆直径 D=500mm （ 2）各轴转速 输入轴 1n =98 r/min 输出轴 2n = 19 r/min （ 3）各轴功率 输入轴 1 1 1/ 9550P T n =180 KW 输出轴 2212    =356 KW （ 4）各轴输出转矩 输入轴 1T =17500 输出轴 212T T i   178850 将以上算得的运动和动力参数列表如表 21。 表 21 运动参数 输入轴 输出轴 转速 n（ r/min） 98 19 功率 P(KW) 180 356 转矩 T（ ） 17500 178850 传动比 i 旋挖工程车钻杆动力箱部件设计 14 第 3 章 旋挖工程车动力箱零部件结构设计 当旋挖工程车工作时，两个液压马达工作，把旋转运动传递到行星减速器，三级行星减速器通过花键的作用传递到旋挖工程车动力箱的输入轴，输入轴是一根齿轮轴，齿轮轴把扭矩传递给大齿轮，并进行减速，大齿轮又通过螺钉联接，把扭矩传递给套筒，套筒再通过螺钉联接把扭矩传递给花键套，通过花键的作用，把扭矩传递给钻杆，最终使旋挖工程车能达到工作的目的。 综上所述，动力箱部件设计的基本要求为： （ 1）整体结构简单紧凑，运行过程平稳可靠，无异常。 （ 2）能够实现大扭矩、大功率的输出。 （ 3）动力箱是移动部件，要求外型小，重量轻。 （ 4）最终的动力输出给钻杆，且钻杆能上下移动。 图 31 动力箱整体结构剖视图 按照设计要求，所以动力箱部件的设计主要包括： （ 1）齿轮轴及其组件的结构设计，大齿轮的结构设计。 （ 2）驱动套筒的结构设计。 （ 3）花键套的结构设计。 （ 4）箱体和箱盖的结构设计。 （ 5）轴承盖的结构设计。 （ 6）回转支承的选用等。 按照设计的要求，经过传动方案的确定，以及经过动力箱零部件的设计后，得出动力箱整体结构剖视图如图 31 所示 . 上海理工大学本科生毕业设计（论文） 15 齿轮轴及其组件的结构设计 轴及其组件的结构设计是机械设计中的常见问题。 旋转运动的轴必须由至少两个相距一定距离的滚动（或滑动）轴承来支承。 滚动轴承是标准件，对它的设计主要是选型确定尺寸，不涉及结构设计问题。 而轴承周围的结构比如轴承座、轴颈、定位件等，则必须根据不同的轴承进行具体的结构设计。 动力箱部件的齿轮轴及其组件结构如图 32 所示。 图 32 动力箱输入轴结构示意图 滚动轴承的选型 滚动轴承与滑动轴承相比，其优点是： （ 1） 滚动轴承能在转速和载荷变动幅度很大的条件下稳定地工作，而动压滑动轴承在低速时难以形成足够压强的油楔； （ 2） 滚动轴承可以在无间隙，甚至在预加载荷条件下工作，有利于提高旋转精度和刚度；滑动轴承则必须有一定的间隙，才能正常地工作； （ 3） 滚动轴承摩擦系数小，有利于减少发热； （ 4） 滚动轴承的润滑比滑动轴承容易，可用润滑脂，如果用油，则所需的流量也远比滑动轴承小； （ 5） 滚动轴承由专门工厂生产，供应方便，可以外购。 因此使用滚动轴承。 滚动轴承的选择包括两个方面：类型和型号。 常用的滚动轴承包括深沟球轴承 、角接触球轴承、圆锥孔双列圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、推力轴承、调心滚子轴承等，其中： 旋挖工程车钻杆动力箱部件设计 16 深沟球轴承，也称为向心球轴承。 它的内外圈具有深沟滚道，主要承受径向载荷。 这种轴承不能调节间隙，常用于精度要求不太高，径向刚度要求也不太高，不需预紧的地方。 本次设计中，在套筒的定位和支承中选用此轴承。 角接触球轴承可以同时承受径向和一个方向的轴向载荷，极限转速较高。 这种轴承的接触角 有 15176。 、 25176。 、 40176。 、 60176。 等数种。 其中 60176。 接触角的角接触球轴承主要用来承受轴向载荷。 图 33 调心滚子轴承 调心滚子轴承如图 33 所示，具有两列滚子，主要承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷。 有高的径向载荷能力，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。 该类轴承外圈滚道是球面形，故其调心性能良好，能补偿同轴度误差，装配起来比较方便。 综合调心滚子轴承和动力箱输入轴的特点，齿轮轴轴是大型零件，它的转速不高，而且是重载荷，需要调心作用，为了安装的方便，所以选用调心滚子轴承。 调心滚子轴承的安装 调心滚子轴承在有二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，装配有鼓形滚子的轴承。 外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。 在轴、外壳出现挠曲时，可以自动调荷及二个方向的轴向负荷。 径向负荷能力大，适用于有重负荷、冲击负荷的情况。 内圈内径是锥孔的轴承，可直接安装。 或使用紧定套、拆卸筒安装在圆柱轴上。 保持架使用钢板冲压 保持架 、聚酰胺成形保持架及铜合金 车制保持架。 调心滚子轴承的配合 滚动轴承内圈与轴颈的配合应采用基孔制，外圈与外壳孔的配合应采用基轴制。 轴承内圈通常与轴一起旋转，为防止内圈与轴颈的配合表面在圆周方向上相对滑动，通常要求配合面间有不太大的过盈量。 而轴承外圈安装在外壳孔中通常是不旋转的，所以上海理工大学本科生毕业设计（论文） 17 外圈与外壳孔的配合可以稍松一些，选择间隙配合。 在本次的设计中，通过查机械设计手册得出，调心滚子轴承配合、轴公差为 p6，孔公差为 K7. 齿轮轴的结构设计 齿轮轴结构见图 34。 齿轮轴顾名思义就是把齿轮和轴作为一个整体，根据轴的功能 ，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支承要求，同时应具有良好的工艺性。 根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等初步确定轴的径向（直径）尺寸，根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式初步确定轴的轴向尺寸。 在结构设计的同时还要注意轴应该具有良好的工艺性。 轴结构设计好后，最后再进行轴的刚度校核。 完成整个设计内容。 图 34 齿轮轴 本次设计中的齿轮轴选用的材料为 45 号碳素钢，因为该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。 采用的热处理工艺为：在粗加工之 前，进行正火处理，使轴具有一定的韧性且提高切削性能。 在半精加工完成后进行表面淬火，使表面硬度达到硬度 40~45HRC。 齿轮轴的加工工艺过程如表 31 所示。 旋挖工程车钻杆动力箱部件设计 18 表 31 齿轮 轴的工艺设计表 工序号 工序名称 工序内容及说明 0 锻造 1 划线 检查毛胚余量，划一端中兴孔加工线 2 打中心孔 车平一段面，并且打中心孔 3 粗车 各外圆及端面留有余量，总余量 =正火后车削余量 +渗碳淬火后车去渗碳层余量 +淬火后的车削余量 +外圆及端面的磨削余量。 为了避免热处理时由于应力集中造成的裂纹，全部棱角按留量倒角。 根据工艺车出热处理吊台。 4 探伤 超声波探伤检查齿坯是否有缺陷，及时报废不合格品。 5 正火 预备热处理。 目的是使齿坯组织细化均匀化，减少渗碳淬火时工件变形。 6 车 车端面，修打中心孔。 齿顶圆、齿宽按设计图车成。 其余外圆留有余量。 7 粗滚齿 齿形预加工，要求精度达到国家标准。 采用带触角的磨前滚刀，在齿形根部切出深割。 测量公法线长度并且留出半精滚齿和磨齿余量。 （包括渐开线外花键） 8 钳工 端面齿形及齿顶沿齿长棱边倒角，避免热处理时产生裂纹。 9 车 按齿顶圆两端找正。 车成轴端面，修打中心孔。 车去各部分渗碳层，外圆及端面留下一定余量。 10 表面 淬火 11 喷丸 目的是：清除热处理氧化皮；使根部产生残余压应力，以提高齿根抗弯疲劳强度。 12 半精车 直齿轮在卡盘卡爪位置的四个齿槽两端均布 8 个磁性找正棒。 在距离 齿宽的两个截面上，找正齿圈径向跳动。 允差均为公法线长度留余量的 1/5. 调节卡盘的卡爪和置于中心架上的固定于另一轴段的定位套，进行找正。 修打两端中心孔，需要磨削外圆及端面要留出一定余量。 13 探伤 超声波探伤，确定齿坯内部质量是否合格 14 磨削 磨外圆级端面（安装轴承的外圆） 15 半精滚齿 按两端轴径找正，采用硬质合金滚刀半精滚齿，留磨削余量为粗滚齿的 1/4。 16 磨齿 按两端基准找正，径向跳动允差 齿廓根部切出深割，意图是避。