100米钻机变速箱设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀设计 摘要 针对传统钻探行业施工过程中设备搬迁困难、钻孔效率低以及无法倾斜钻探等问题，研制、改进新一代高效可倾式钻探设备则显得尤为必要。该矿用钻机改型过程中所面对的若干问题进行了较为详细研究，并对关键件加工过程出现的工艺文体进行分析和调整。 通过调研了解到，对钻孔深度 100 米左右的钻机需求量比较大，而目前的 100 米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。鉴于以上原因，我们决定开发 100 米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具有以下特点：经济耐用可靠、质优价廉；便于解体搬运；体积小，重量轻；操作简单，维修方便 ；适用于 42、 50种钻杆； 适用于合金钻头或金刚石钻头钻进；钻进速度快，效率高；动力为电机或柴油机。 关键词 :100 米 变速箱 钻机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in of as as is to so on to be to to In to on is to 00 00 in a In of we 00 at is is is is is is 42, 50mm of is in or in to be is is or 100 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘要 . . 绪论 . 1 第 1 章 总体设计 . 2 第 2 章 钻机的主要技术特性 . 3 第 3 章 动力确定 . 5 回转钻进及破碎岩层 ,土层所需功率 . 5 进给油缸所需功 率计算 . 6 进给油缸的基本参数 . 6 油缸工作压力计算 . 6 油泵最大工作流量计算 . 7 进给油缸功率 . 7 动力机功率的确定 . 7 第 4 章 机械传动系统设计 . 10 要参数的选择 . 10 回转器 . 10 升降机 . 10 变速箱 . 10 机械传动系统 . 10 第 5 章 回转器 . 12 结构特点 . 12 5. 2 零部件的强度与寿命计算 . 12 齿面按接触疲劳强度计算 . 13 弯曲疲劳强度极限应力 . 13 第 6 章 变速箱的设计与计算 . 15 变速箱的结构特点 . 15 零件的强度计算 . 15 齿轮的强度计 算 . 15 轴系零部件强度与寿命的校核计算 . 20 第 7 章 绞 车 . 24 结构特点 . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 主要参数的选择 . 24 绞车所需功率 . 25 零部件的强度及寿命计算 . 25 第 8 章 液压系统的设计与计算 . 31 液压卡盘的设计与计算 . 31 进给油缸的设计 . 33 第 9 章 钻机的使用说明书 . 35 总结 . 50 致谢 . 51 参考文献 . 52 专题 轴的机械加工工艺过程 . 53 附录 1 . 59 附录 2 . 68 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 绪 论 国内外的科技现状 国内： 六五 九五 期间，我国地质调查工作中探矿工艺与设备获得长足发展，在引进、消化、吸收的基础上，研究开发了一大批新技术、新装备，如：以绳索取心为主体的金刚石钻探技术；液动冲击回转钻探技术；受控定向钻探技术（含对接井施工技术）；多工艺空气钻探技术（中心反循环连续取样及空气潜孔锤钻探技术）；水力反循环连续取心钻探技术；人造金刚石超硬复合材料及其钻头；低固相泥浆等 钻井液应用及护壁堵漏技术； 列、 列、全液压等新型岩心钻机及配套装备；水文水井钻探设备；短浅坑道机械化作业线等等。在这一领域，我省煤田地质局在煤田地质钻探方面，成功地采用了受控定向钻探技术，并完善了取芯器，发展成 3取芯器；此外，还研制改进了煤层气储存监测罐。地矿、煤田系统多工艺空气钻探技术的采用更加完善和成熟。 国外： 传统的地质勘查工程技术与装备已十分成熟。立轴式液压钻机仍然是主要机型，全液压动力头钻机获得广泛应用，美国金刚石岩心钻机制造商协会制定的 准仍然占据钻探管材和钻具市场的主流，国际标准化组织（ 业技术委员会） /刚石钻探设备分技术委员会）也制定了一些标准，可能成为今后的发展方向。 通过调研了解到，对钻孔深度 100 米左右的钻机需求量比较大，而目前的 100 米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。鉴于以上原因，我们决定开发 100 米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具有以下特点： 1. 经济耐用可靠、质优价廉； 2. 便于解体搬运； 3. 体积小，重量轻； 4. 操作简单，维修方便； 5. 适用于 42、 50种钻杆； 6. 适用于合金钻头或金刚石钻头钻进； 7. 钻进速 度快，效率高； 8. 动力为电机或柴油机。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 总体设计 经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从实用角度出发，确定方案如下： 1. 考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机。 2. 考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，除了正常的钻进速度外，增加高速 340r/ 3. 钻机除配机动绞车外，增加了液压卡盘减轻劳动强度，节约时间，提高有效钻进速度。 4. 考虑到高转速时，绞车速度不能太快，所以增加了互锁装置，安全可靠。 5. 由于本机动力较大，动力由 V 型带传动到变速箱的传动轴上易使传动轴弯曲，所以增加了卸荷装置。 6. 采用二级回归式变速箱，减少变速箱体积，根据不同的地质条件，选用不同的钻进速度。 7. 设置压带轮，皮带调整安全可靠。 8. 在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适于整体或解体搬运。尽量做到标准化 , 通用化，系列化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 章 钻机技术特性 1. 钻进深度 100m 2. 钻孔直径 1开孔直径 89 2终孔直径 60 3. 钻孔倾斜角度 0 360 4. 立轴转速 110、 190、 340 /. 立轴行程 400 6最大液压给进压力 4卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6立轴内孔直径 52 9油缸最大起拔力 0油缸最大给进力 201. 绞车提升速度 s 12. 绞车转速 28、 50、 78r/3绞车提升负荷 s . s . s 124. 卷筒 直径 140 宽度 100m 钢丝绳直径 容绳长度 5配备动力 电动机 型号 4 电压 380/660V 功率 转速 1440r/ 柴油机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 型号 功率 转速 1500r/6外型尺寸（ Lhb） 137068512007重量（不含柴油机） 750文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 章 动力机的确定 本机组的驱动装置采用交流感应电动机，因为这种动力机重量轻、结构简单、使用维护方便易实现防爆。 为了便于搬运和机场的布置，钻机和水泵各用一台电机单独驱动，而回转器与油泵共用一台电机联合驱动。 输出功率为 N。 N。 中： 机所需功率 j（ 回转钻进所需功率 效率 =y油泵所需功率 h=2+中 : 底破碎岩石、土层所需功率 2钻头与孔底摩擦所需功率 3回转钻杆所需功率 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率 h=2+. 060000 m 中 : m钻头切削刃数 取 m=6 n立轴转速 r/h钻进速度 h= 岩石抗压强度 ,其值见表 3 井底环状面积，取钻头直径 D=孔直径 d=A= (D24= (4=. fen(R+r)/1944800 3中 : 孔底压力或岩石抗压强度 . f钻具与岩石直接的摩擦系数 f=0.3 e侧摩擦系数 e=1.1 n立轴转速 R钻头外圆半径 R= 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 r钻头内孔半径 r=立轴不同转速和不同空底压力代入式 3 ,所得相应数值见表 3 3. 0 11Ld7 (当 3中： L孔深 ， 硬质合金钻进时，取 L 150000刚石钻进时，取 L 75000mm d钻杆直径 ，取 d=42算 n立轴转速， r冲洗液比重。 r=上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表 3 2 中。 进油缸所需功率的计算 给进油缸的基本参数 1）给进油缸的数量 n 2 2）油缸直径 D 55）活塞杆直径 d 30）活塞杆有效行程 L 400）油缸面积 ）活塞杆面积 7）有效面积 A 油缸工作压力的计算 钻机大水平孔时，油缸的最大推力为： W C 中： W油缸最大推力 C孔底最大压力 C 10000N 杆与孔壁间的摩擦力 q L f 式中： q钻杆单位长度重量 q m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 L钻杆长度 L 1050m f摩擦系数 f m 050=10000+泵的工作压力 P P=W/A= 油缸回程时的最大容油量 : 1L=0=缸送进时的最大容油量 : L=0=选用立轴的钻进速度 V=立轴送进时每分钟所需的油量为 : Q=2活塞回程时间为 回程所需油量为 : ,95042/y Q/60102=0102= 选用 0/80 型齿轮油泵 ( 排油量 10L/压力800N/。油泵满负荷时所需功率是 : Q/60102 1 2 式中 :P额定压力 P=800N/额定流量 Q=10L/ 1机械效率 1= 2容积效率 2=y=80010/60102力机功率的确定 通过上述的计算说明，立轴钻进时给进所需功率很小，而且油买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 泵满负荷工作时一般是立轴停止转动状态，液压卡盘松开时，必须停止钻进。所以参考表 32 本 机选用 机或柴油机，基本能满足表 32 中粗线以上各种工作状态。 表 31 岩 石 名 称 抗 压 强 度 （ N/ 粘土、页岩、片状砂岩 4000 石灰岩、砂岩 8000 大理石、石灰岩 10000 坚硬的石灰岩、页岩 12000 黄铁况、磁铁矿 14000 煤 2000 N (r/， Q 号交流 401339828 或 11970985 Ny r/， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 章 机械传动系统设计 要参数的选择 转器 立轴的转速，主要取决于地质条件、钻头直径及钻进方式，当使用直径为 75头时，采用硬质合金和钻粒，根据国内外的经验，立轴转速取 n 90 400r/较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取 n 400 1000r/较适宜。本机选用 110 340r/适合合金钻头 钻进，由适合金刚石钻头钻进。 升降机 为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本上采用低速，本机升降机速度为 s。 变速箱 参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转速系列。 （ 1） 立轴有三种转速， 110、 190、 340r/速适合合金钻 头钻进。 （ 2） 卷筒缠绳速度为三种，见表 41 表 4 1 档 档 档 立轴转速 r/10 190 340 缠绳速度 m/s 机械传动系统 机械系统传动路线见图 4 1 传动计算如下： n =n2Z 1/ 3/ 10/中 : n 立轴的第一档转速 r/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 n电机转速 n=1440r/1主动皮带轮直径 252大皮带轮直径 851动链中各齿轮的齿数 ,1,4,1,4 1,9 n =1440125/28531/5431/5421/39=110r/n =n2Z 1/ 5/ 10/中 :2,3 n =1440125/28531/5442/4321/39=190r/n =n2Z 1/ Z 10/ 中 : =31 n =1460160/36531/3121/39=340r/虑到皮带传动、齿轮传动、轴承等的效率，所以各档转速确定为 110、 190、 340r/ 2. 绞车的缠绳速度 D(n2Z 1/ 3/ 9/13/60000 m/s 式中 :D=D0+d=140+中 :40卷筒直径 ,d=钢丝 绳直径。 460160/36525/3118/3833/8318/1818/54)/60000 =s s s (计算从略 ) 考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为： s s s。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 章 回转器 构特点 回转器的结构如图 5 1 所示，是由本体、立轴、立轴导管、弧齿锥齿轮等组成。立轴上端装有常闭式液压卡盘。其 特点是： 1、回转器尺寸小、紧凑。 2、回转器适用于各种角度的孔的钻进。 3、离开孔口采用开箱式，简单可靠，减轻钻机重量。 4、立轴行程比过去小型钻机大，为 500短钻进辅助时间。 零部件的强度与寿命计算 弧齿锥齿轮副的强度校核 : 主要参数见表 5 1。齿面硬度 距 R 锥角 10=28018 22, 11=6104128 表 5 号 齿 数 模数 变位 系数 齿宽 材料 齿顶系数 压力角 螺旋角 旋向 精度 1 22 2000 350 右 811 39 22 2000 350 左 8轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表 5 2 表 5 2 功率 速 r/矩 n m 32 80 08 233 54 137 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 面按接触疲劳强度计算 （ 1）接触应力 H Z E 3 N/b I E弹性系数 N/轮运转中最小切向力 758N 用系数 v动载系数 齿间载荷分布系数 x尺寸系数 R表面状况系数 b有效齿宽 b=22mm 轮大端分圆直径 几何系数 I=以上各值代入上式 ,得 H=1197N/2)接触疲劳极限应力 Q N/ 触疲劳极限应力 1352 Zw作硬化系数 1 命系数 1 度系数 35211=1352 (3)安全系数 : H=1352/1197= 所以安全。 曲疲劳强度极限应力 （ 1） 计算齿根弯曲应力 F YX/b J N/t 作用于大端分度圆上的切向力 758N 使用系数 v 动载系数 载荷分布系数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 寸系数 1 端端面模数 几何系数 J F 141N/ 2） 齿根弯曲疲劳极限应力 Q N/Q温度系数 1 命系数 1 根弯曲疲劳极限应力 3） 安全系数 F 41= 所以安全。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 章 变速箱的设计与计算 速箱的结构特点 变 速箱的结构如图 6 1 所示，它是由变速部分、分动部分及操纵部分和壳体等组成。也是变速部分和分动部分合为一体的传动箱。其特点是： 1、采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，齿轮 是移动齿轮由是结合子，因此结构紧凑。 2、变速、分动相结合，减少了零件数目，有效利用变速箱内的空间。 3、操纵结构采用了齿轮齿条拨叉机构，操纵灵活可靠，每个移动齿轮单独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构简单。 4、增加了卸荷装置，减少了轴齿轮的受力状况。 件的强度计算 1、在校核零 件的强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞车和回转器。 2、变速箱在不更换齿轮的情况下，可连续工作 10000 小时，纯机动时间每班 16 小时，可连续工作 20 个月。 每个速度的工作时间分配情况如下： 第一速（ 110r/ 为 40即 4000 小时； 第二速（ 190r/ 为 40即 4000 小时； 第三速（ 340r/ 为 20即 2000 小时； 3、本机零部件的强度和寿命计算方法和数据是按 机械设计手册 （冶金工业出版社）计算的。 轮强度计算 1、变速箱内 各齿轮主要参数及材料见表 6 1 表 6 1 齿数 模数 齿宽 变位系数材料 硬度 力角 备注 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 31 2 35 0000 54 2 22 0000 31 2 26 40 4000 4 2 26 0000 42 2 24 0000 43 2 24 0000 35 3 25 0 40000 26 3 26 0 40500 33 4 22 0 40500 7 3 26 0 45 4000 8 3 35 0700 8 3 20 0700 4 3 28 0200 2、 轮副的强度校核 1) 齿根弯曲疲劳强度验算 （ A） 计算齿轮的 弯曲疲劳极限应力 l i m l i m * * *F F b N X s Y式中 被校核齿轮的弯曲疲劳极限应力 实验齿轮的弯曲疲劳极限应力，由图 13 查得： l i m 3 l i m 4 400F b F b（ 弯曲寿命系数，因两齿轮的应力循环次数为： 3N= 410 *0*365=810 次 4N= 410 *0*210=810 次 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由图 14 知3 尺寸系数3（图 15） 有效应力集中系数，有图 16 查知3以 300*1*1/70（ 400*1*1/12（ （ B） 比较弯曲强度 图 6 查得齿形系数3则有 370/91412/82 因此齿轮4 （ C） 计算弯曲工作应力4F4F=Y Y Y) （ 式中 计算圆周力，而K K其中 工作圆周力0003T/3d=2000*2=4273（ N） 工作状况系数，由表 7 查知 动载系数，因 为 00=1/100= 4 知 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 K 载荷分配系数， K =1/ Y ，当 =， Y =以K =1/ 载荷分布系数，因 d =b/ 3d =26/62=由表 5 查知 K= 273*1*1*N） Y 载荷作用位置数 Y= 螺旋角系数 Y=1 b 齿宽 b=26 (毫米 ) m 模数 m=2 (毫米 ) Y)=6*2(=195（ (d)计算齿轮的弯曲疲劳安全系数4F=412/195=靠 2）齿面接触疲劳强度验算 （ A）计算齿轮的接触疲劳极限应力Z式中 实验齿轮的接触疲劳极限应力，由 17 查知1100（ 寿 命 系 数 ， 由 图 18 查知3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 硬化系数， 取 Z =1 所以 1100*348（ 1100*424 （ （ B）计算接触工作应力 H=Z Z31*u （ 式中 材料系数，由 9 查知 节点系数，由图 10 Z 重合度系数 Z =图 9 U 齿数比 U=43/4/31= H= 4 1 7 . 5 1 . 7 4 1*2 6