JZL90长螺旋钻机平台结构毕业设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计JZL90长螺旋钻机平台结构的设计DESIGN OF JZL90 LONG HELICAI DRILLING PLATFORM STRUCTURE学生姓名： 彭可嘉学 号： 200741914410年级专业及班级： 2007级机械设计制造及其自动化(4)班指导老师及职称： 吴彬 讲师湖南长沙提交日期：2011 年 5 月24湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日 目 录摘 要1关键词11 前言21.1 JZL90长螺旋钻孔机简介21.2 平台设计31.3 本课题研究的重点和意义42 平台设计过程52.1 总体方案的制定62.1.1 主梁材料的选择72.1.2 主梁构件设计72.1.3 主梁的强度设计92.1.4 主梁的刚度设计92.1.5 对主梁设计的结果进行校核并改进102.1.6主梁的焊接变形控制112.2 平台布置122.2.1 总体方案122.2.2 平台上各部分尺寸122.2.3 平台布置具体方案143 平台连接143.1 连接类型143.2 后横梁与后支腿螺栓组连接的设计153.3 立柱与主平台轴连接设计193.3.1 材料选择193.3.2 轴的结构设计204 总结21参考文献21致 谢23JZL90长螺旋钻机平台结构设计学 生：彭可嘉指导老师：吴彬（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：本文结合传统设计和计算机辅助工程设计，先参考了各种其它相关的机械设计，模仿了其它桩工机械的平台设计，合理选择了主梁的截面，确定平台上各部分尺寸，画出了平台布置图，根据受力情况完成了主梁的设计，然后根据金属结构等书选择了主梁使用的材料，对连接部分进行了设计，然后运用工程力学相关知识进行了校核。关键词：长螺旋钻孔机；平台设计；主梁；工程力学；校核 Design of JZL90 Long Hellcal Drilling Platform Structure Author:PENG KejiaTutor:WU Bin(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The writing combines traditional design with computer aided engineering design. It firstly referes to various other related mechanical design, imitates other pile of work machinery design and reasonable chose platform, determines the section girder dimensions on the platform, draws the platform arrangement according to the working situation finished the design of main girder. And then according to the metal structure and so other books likes that girders of the materials used, the connection parts design. At last applies engineering mechanics knowledge checks, according to the results of the platform to improve check its final conclusion. Keywords: long helical drilling machine; Platform design; Girders; Engineering mechanics; checking.1 前言1.1 JZL90长螺旋钻孔机简介图1 长螺旋外形图Fig.1 Long spiral shape figure长螺旋钻孔机属于桩工机械的一部分，是地基与基础处理设备，适用于CFG工法、灌注桩、软基加固等多种基础施工，是一种集机、电、液一体化的高新技术产品，其主要功能是采用钻杆螺旋转动成孔，再通过钻杆中心管将混凝土（或泥浆）注入孔底。JZL90系列履带式长螺旋钻孔机广泛用于城建，能源、交通等中高层及桥梁基础施工方面。本钻孔机是采用电动履带底盘、立柱三点支撑并配有回转机构，其行走灵活，对桩位迅速，施工效率高。控制系统采用按钮操作，操纵简单，维修方便。平台前后装有四个液压支腿，前支腿还可摆动，打桩时可借助支腿，桩架的工作稳定性好。可配多种工作装置。该机主要用于长螺旋钻机的施工。根据用户的需要还可以挂振动锤、筒式柴油锤。其动力头采用三环减速器，扭矩大，能钻达0.8米直径桩孔，性能优越。JZL90钻机的基本结构由桩架和动力头钻进系统组成。桩架底盘采用电动履带式，不仅性能先进，而且重心底，稳定性好，可以自行前进、后退和转弯，对桩位方便，转移工地，现场组装快捷。JZL90钻机采用前置式操纵室，视野开阔，便于操作控制。采用两个卷扬机，主卷扬进行钻孔作业，副卷扬还可以用于起吊钻杆、钢筋笼等。钻机动力头的输出轴与螺旋钻杆为中空式，除可进行一般的长螺旋施工外，安装回转接头，还可以进行注浆和超流态砼桩施工等多种钻进施工工艺。使用本钻机进行钻孔灌注桩作业成孔效率高，质量好、无震动、无噪音、无污染、低能耗、机械化程度高，对于穿透砂层比锤击法、振动沉桩法性能更好，同时还有效地避免了锤击震动沉桩对地基挤压而危及邻进建筑物等不良影响。因此，JZL90系列履带式长螺旋钻孔机是一种特别适用于城市建设，城市改造工程，中高层建筑及桥梁，铁路建设中安全文明施工的理想设备。1.2 平台设计主平台结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性，以保证其它各部件的正常工作，通常主平台所受的载荷主要有以下两种：（1）长螺旋钻孔机处于工作状态，钻杆提钻时对平台的压力；（2）为平衡主机，钻机另一端所挂配重的重力。主平台的设计和制造，首先要满足强度、刚度、稳定性的要求，而且也要考虑到自重和外形的因素，加工制造要简单，适合批量生产、运输、存放和使用维修方便、成本低等一系列因素。这些因素往往是相互矛盾的，实际运用中要结合具体使用及制造条件来考虑。目前国内长螺旋厂家的主平台以双主梁箱型梁为主，即主平台由两节主梁和四节横梁及一节长的后横梁构成。主梁主要起到支撑作用，短横梁用来连接两节主梁，后横梁用来连接后支腿。主平台的横截面大致结构如下图：图2 双主梁箱型结构Fig.2 Double-girder box structure 主梁是长螺旋钻机的重要组成部分，它和横梁一起构成了承载整个长螺旋自重和外载荷的主平台。主梁的结构形式、尺寸大小和材料等，也将直接影响长螺旋自身的重量和性能。1.3 本课题研究的重点和意义 本次研究重点在于了解熟悉工程机械的工作原理，平台的结构，平台的合理布局，主要是平台的设计及强度和稳定性的校核，综合运用所学的理论知识，基本的计算机操作和绘图能力，熟悉技术研究的步骤和规章，尽自己所学和所能，尽量多的投入时间和精力完成代表十六年学习成果的毕业设计。人工钻孔，劳动强度大，耗时长，效率低，而且所成孔直径、深度都有限制，于是需要长螺旋钻机。随着社会的进步，施工中对孔的要求越来越高，所以对长螺旋钻机的要求也越来越高，长螺旋钻机因此得到了肯定并且短时间飞速发展。通过本课题的研究培养我们获取信息，综合运用理论知识、基本技能，应对和处理问题的能力，是对我们四年所学知识和技能进行系统化，综合化运用、总结和深化的过程，通过考察、立题、收集素材和方案、工艺制作等过程，检查我们的思维能力、创造能力、实践能力和掌握技艺的深度，促进我们养成良好的工作习惯，提高办事效率，为将来走向工作岗位奠定良好的基础。2 平台设计过程设计参数：宽度不超过3000mm，最后确定为2800mm；长度参考其它型号长螺旋钻机最后确定为10750mm，高度和板厚无要求，但是必须满足强度要求且不宜过高。2.1平台的受力分析长螺旋钻孔机在实际工作中，因地质条件和路面情况等因素的不同，在短船悬空、长船着地支撑时，可能出现一对角线上的两个支腿油缸支撑，另一对角线上的两个支腿油缸悬空的情况。由材料力学中的相关知识可知，在这种工况下，悬空的悬臂可简化为一悬臂梁.其受力情况如下图所示。图3 悬臂受力示意图Fig.3 Cantilever stress schemes图中:A-悬臂的外端点;B-横梁与悬臂接触的几何中心;Fb横梁和配重在悬臂上的压力;C-支腿油缸的支撑点;Fc-支腿油缸的支撑反力;D-悬臂与机身的连接点，解除该点的约束，可用机身连接点对悬臂的约束反力Rd和Ma来代替;Mr-横梁及配重对该悬臂产生的扭矩。根据长螺旋钻孔机设计的资料及工作要求，我们利用材料力学知识对悬臂进行分析与计算，可得:Rd=Fb=6.4*105(N);MD 154*107(Nmm);MT207.4*107 (Nmm)。根据受力特点和力学原理分析，可知其危险截面可能在D处.而D截面的结构尺寸及形状如下图所示。图4 D截面示意图Fig.4 D cross-section diagram所以有： 根据第三强度理论（即最大剪应力理论），有： 所以：因此，在此工况下D截面处的正应力小于许用值，因此是安全的。2.1 总体方案的制定本次设计以主梁为主体，然后用适当的方式连接其它部分。主梁跨度10.75m ,是由上、下盖板和垂直的腹板组成封闭箱形截面实体板梁连接，主梁和端梁采用焊接接形式，腹板的稳定性由横向加筋板来维持，横向加筋板的焊接采用连续点焊，主梁翼缘板和腹板的焊接采用贴角焊缝。2.1.1 主梁材料的选择材料选择是生产制造中关键的一步，影响梁强度的材料性能是极限应力，而影响梁刚度的材料性能则是弹性模量。工程机械金属结构选材原则应是首先保证结构安全可靠，满足其使用要求；其次是尽可能满足用材的经济性；再次是符合有关设计规范选材规定，选材主要考虑下列因素。（1）金属结构的类型 板梁结构多选用碳素结构钢轧成的板材，板材厚度不宜小于6mm，如有特殊防腐层时，可不小于5mm。 工程机械金属结构常用钢材有：Q235、Q345、Q390、Q420.（2）金属结构的载荷性质 结构承受不同性质的载荷，应选用不同的钢材。长螺旋钻孔机主平台要承受一定的动力载荷或交变载荷。低合金钢静力强度很高，对低温敏感性低，耐腐蚀性强，可焊性好，在由强度来决定构件截面尺寸时，选用低合金钢才能充分发挥静强度高的优点，同时达到省材和降重的目的。（3）金属结构的工作温度对低温工作的工程机械金属结构，应选用低温敏感性低，冲击韧性较高的材料，如Q235、Q345，而不采用沸腾钢和半镇静钢。（4）金属结构的工作环境对于在露天工作且存在腐蚀性介质的工程机械金属结构，应选用具有腐蚀性能的材料，如质量等级为C的碳素结构钢。综合考虑到长螺旋钻孔机主梁的强度和刚度要求，以及生产制造成本等因素和我国现阶段长螺旋钻孔机的生产以及发展情况，根据经验在此长螺旋主梁制造中选用Q345钢。以下表格是Q345的一些基本属性：表1 Q345号钢的基本属性牌号抗拉强度（MPa）屈服强度（MPa）Q345470-63016时34516-35时32535-50时29550-100时275Table.1 The basic properties of steel Q345 number2.1.2 主梁构件设计 工程机械金属结构中，有大量主要承受横向载荷的受弯构件，它们或被单独使用，或按一定的规律组合起来形成整体结构，例如本次设计的主平台，就是由横梁和纵梁组合而成的整体结构，此类梁通常称作组合梁。组合梁有焊接和铆接两种，在工程机械金属结构中，主要使用焊接组合梁，其主要优点是能按使用要求合理分布材料，但制造成本高于型钢梁。最常用的焊接组合梁为工字梁和箱型截面梁。箱型截面梁抗弯刚度大，稳定性好，本次设计的主平台主梁抗扭刚度要求比较高，所以采用箱型截面梁,主梁截面如下图所示。图5 主梁截面图Fig.5 Girders section graph 由上所述，确定主梁的上下盖板厚18mm,宽为380mm，左右两侧板厚10mm，高为564mm，梁中间根据其它的需要加隔板。2.1.3 主梁的强度设计在一般情况下，梁内同时存在弯曲正应力与弯曲切应力，并沿着截面的高度呈非均匀分布状态。设计主梁的主要依据是弯曲正应力强度条件，从强度条件可以看出，梁的弯曲强度与其所用材料、横截面形状与尺寸、以及由外力引起的弯矩有关。最大弯曲正应力发生在横截面上离中性轴最远的个点处，而该处的切应力一般很小或趋于零，因而最大弯曲正应力作用点可以看作是处于单向受力状态，所以弯曲正应力强度条件为= （1）即要求梁内的最大弯曲正应力不超过材料在单向受力时的许用应力。由设计要求和前面的选择可以得出梁的许用应力， （2）式中-材料的屈服强度，这里是指Q345的屈服强度，由上表可知，板厚小于或等于16的Q345的钢板屈服强度取345MPa。n材料的安全系数，n=1.22.2；材料的冲击系数，=1.11.5。由上可以得出梁的许用应力=300.65MPa2.1.4 主梁的刚度设计 设以表示许用挠度，表示许用转角，则梁的刚度为即要求梁的最大挠度与最大转角分别不超过各自的许用值。在有些情况下则限制梁上某些截面的挠度或转角不超过各自的许用值。许用挠度与许用转角之值随梁的工作要求而异。例如，跨度为10.75m的主梁，其许用挠度为= 对于一般用途的轴，其许用挠度为=至于其它梁或轴的许用位移值，可以从有关设计规范或手册中查得。 梁的弯曲变形与梁的受力，支持条件及截面弯曲刚度EI有关。所以，上述的提高梁弯曲强度的某些措施，例如合理安排梁的约束、改善梁的受力情况等，对于提高梁的刚度仍然是非常有效的。 影响梁的强度的接口几何性质是抗弯截面系数W，而影响梁刚度的截面几何性质则是惯性矩I，所以，从梁的刚度方面考虑，比较合理的截面形状是使用较小的截面面积A，却获得较大的惯性矩I 的界面 梁的最大弯曲正应力取决于危险截面的弯矩和抗弯截面系数；而梁的位移则与梁内所有微段的弯曲变形均有关。因此，对于梁的危险区采用局部加强的措施，即可以提高梁的强度，但是为了提高梁的刚度，则必须在更大范围内增加梁的弯曲刚度。 按正应力强度条件选择截面 由式=和可以得出 （3）根据长螺旋的基本参数，当长螺旋处于工作状态，主卷扬通过动、定滑轮组向上提钻时，这时对平台的压力是最大值，此力作用于距回转中心3.6m处，梁的许用应力上面已经求出为300.65MPa，由此可知=0.0158 所以得出，所选箱型梁的抗弯截面系数0.01582.1.5 对主梁设计的结果进行校核并改进由主梁的构件设计，对主梁各板的厚度及梁的高度、宽度进行了确定，可以计算出主梁截面的抗弯截面系数 （4） B上、下盖板的宽度；H上、下盖板厚度及侧板高度之和；b两侧板的距离（包括板厚）；h侧板的高度。由上式和已知条件可以得出。而根据主梁设计刚度条件，所选箱型梁的抗弯截面系数0.0158，设计满足刚度条件。 根据主梁的截面形状及其受力特点，可以算得梁的切应力，= （5）上式中的即上面提到的当长螺旋处于工作状态，主卷扬通过动、定滑轮组向上提钻时，这时对平台的最大压力1326KN，指压力作用的位置距回转中心3.6m处。经计算可得=35.15MPa根据主梁设计的强度计算，得出梁的许用应力=300.65MPa，所以主梁的强度也满足设计要求。 在校核过程中发现中间一节横梁基本无作用，所以去掉，在距离主平台前端3000mm的位置，再布置两节短梁，两短梁相距1600mm，短梁的尺寸与之前的短梁尺寸相同，用以加强主平台在回转过程中的受压局部变形，两主梁内侧分别开7个工艺孔，主要方便对箱型结构的内侧施焊。2.1.6 主梁的焊接变形控制在焊接过程中由于急剧的非平衡加热及冷却，结构将不可避免的产生焊接残余变形，焊接变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。因此在生产过程中我们要尽量避免焊接变形的产生，并且在焊接之前会采取相应措施来保证产品的质量。以下的一些方法和步骤对焊接变形有一定的效果。（1）放样及下料放样前首先熟悉、核对图纸尺寸，计算无误后，由富有经验的工人承担划线工作。切割前应将钢材表面的油污、铁锈等清除干净。切割断面不得有撕裂、分层及大于1mm的铁棱，并应清除干净熔渣，毛刺等。气割产生的钢渣、氧化铁、熔瘤等用打磨机磨平。下料用自动火焰切割机，速度快且受热平均板条不容易变形，不需要进行矫正（2）主梁组装在上翼板上弹出腹板与其接合线的腊线。并弹出隔板与翼板的接合线。将隔板与翼板装组装好。再将腹板与翼板组装好。检查隔板的装配质量。焊接隔板与腹板及翼板的连接焊缝。覆盖下翼板，组装成形。（3）梁组装连接板装配前首先检查各部件的记号，尺寸，材质得以确认后，再检查部件的切断面和加工面是否有不良的地方，检查完毕后，按照装配顺序，整理好部件。装配前应认真熟悉图纸，了解各零部件间的位置关系、连接型式、用途及定位基准等相关资料，并应校核装配尺寸是否有误。装配工作一律在经检查合格的拼装平台上进行，并必须准备好必要的工装夹具，以确保装配质量。使用工装夹具以防止焊接时的变形，注意留出焊接所产生的收缩量，使得拼装焊接后的产品形状和尺寸达到制作图的要求。（3）主梁焊接 施焊前首先清除干净焊缝区两侧各50mm范围内的油污、铁锈等，直至露出金属光泽。拼装焊缝及主贴角焊缝须设置与母材同材质、同厚度、同坡口形式的引、熄弧板。不得在非焊缝区的母材上引弧起焊，由引弧产生的裂纹或表面缺陷要修磨清除缺陷，焊接完毕，焊工应除去引弧板，并及时清除焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅。选择合适的焊接顺序使得构件的变形和残留应力等被控制在最小的状态。焊接时，尽量采用水平姿势焊，以避免仰焊。埋弧自动焊时采用平位置或船形位置。焊接H型钢，主焊缝采用埋弧自动焊。节点板角焊缝采用CO2气体保护焊或手工电弧焊。2.2 平台布置2.2.1 总体方案参照其它厂家的长螺旋设计，将主要工作机构（钻杆、起升机构立柱等）和驾驶室布置在平台前半部分，因为这样方便操作者驾驶长螺旋机器进行工作。底盘的回转支承从主平台下面支撑整个平台。为了平衡整机、使整机重心落在底盘的回转中心，同时利用好平台的空间，将主卷扬、副卷扬、油箱布置在平台的后半部分，用于平衡和保护的配重布置在主平台的尾端。2.2.2 平台上各部分尺寸1、驾驶室根据同型号的产品，驾驶室尺寸：长 1913mm宽 1610mm高 850mm驾驶室布置在距前端1850mm的位置，驾驶室右边与左梁有250mm重合的尺寸，另外1360mm露在平台之外，从平台向外焊上支架，用以支撑驾驶室。这样做的目的是为了方便操作人员上下驾驶室，也方便维修人员能在平台上自由行走。2、油箱本型号长螺旋钻机需要储存400L的油量，加上油箱上的零部件需要432L的空间。为了方便布置，油箱的宽度不宜超过悬臂梁的宽度，取600mm，长度取800mm，高度即为432长 800mm宽 600mm高 900mm油箱布置在距前端5300mm的位置，整个油箱位于平台以外，下面有支架支撑油箱。这样做的目的是方便进出油管的布置。3、主卷扬根据长螺旋的钻孔深度，确定最大提钻力。选择的主卷扬型号是JK-8，下面是JK-8的尺寸：长 2137mm宽 2017mm高 720mm主卷扬布置在距后端1470mm的位置，处于平台后端有利于减小主卷扬启动时对其本身的冲击。4、副卷扬选择的副卷扬型号是JK-3，下面是JK-3的尺寸：长 1091mm宽 1035mm高 610mm副卷扬布置在主卷扬的后面，同样是为了减小冲击。5、配重为了平衡整机，所需配重的质量为7.5T，配重由两部分的质量相加所得，配重箱的板材质量1330KG和箱内所灌混凝土的品质6170KG。宽度不能超过后横梁的长度，取2300mm，长度不宜过长，取1020mm，高度可以算出得1220mm。长 1020mm宽 2300mm高 1220mm配重的作用是为了平衡钻机工作时向前倾的力，故配重布置在平台的尾端。2.2.3 平台布置具体方案图6 平台布置方案图Fig.6 Platform layout diagram3 平台连接3.1 连接类型 工程机械金属结构的事故很多是发生在连接处。由于连接处的加固比构件的加固更困难，连接又是工程机械金属结构的重要环节，因此必须保证连接可靠，提高工程机械的寿命。工程机械金属结构的连接方法有焊接连接、螺栓连接、铆钉连接和销轴连接等。不同的连接方式效果也不尽相同。 螺栓连接时工程机械常采用的一种连接方法。螺栓具有装配方便、迅速、质量可靠的优点，常用于结构安装连接或需要拆卸的结构中。缺点是构件截面被削弱，连接易松动。本次设计主平台的后横梁与支腿之间的连接即采用螺栓连接。 铆钉连接是很早就采用的一种连接方法。其优点是，铆钉连接的韧性和塑性较好，传力均匀，连接可靠，并且质量易于检查。特适合由可焊性较差的钢材制造的结构中。但铆钉连接制造费工、费时、用料多，钉孔削弱了构件截面，降低了构件受拉时的承载能力。因此本次设计不宜采用。 胶合连接对构件的截面无削弱，也无残余应力和变形问题，但胶合连接强度低，无法满足本次设计的要求，不宜采用。 焊接连接进过近十年的工程实践和研究，已日趋完善。焊接与其它连接方式相比，其优点是不削弱构件截面，能简化结构的构造，减轻结构质量，省料、省工，易于机械化和自动化施工，焊接已成为工程机械金属结构中最主要、应用最普遍的连接方法。其缺点是，由于焊接是局部加热，因此会带来一些问题，如焊接接头在热影响区出现脆性和软化组织，必然影响材料的性能，使材料性能下降，同时不可避免的在焊缝中产生残余应力和残余变形以及由焊接构造和焊接工艺缺陷所造成的应力集中，而且焊接质量检验困难。但本次设计中横梁与主梁最适宜的连接方法莫过于焊接连接，因此选用焊接连接。3.2 后横梁与后支腿螺栓组连接的设计 在机械设计过程中我们通常将螺栓布置成轴对称的简单几何形状，以便于加工制造，使螺栓组的对称中心和联接结合面的形心重合，保证联接结合面受力较均匀。 螺栓的布局应使各螺栓受力合理。对于承受弯矩的螺栓组联接，根据力学原理，应使螺栓的位置适当靠近联接结合面的边缘，以减小螺栓的受力。对于承受横向载荷的铰制孔用螺栓连接，在平行于工作载荷的方向上要避免成排布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均；在垂直于工作载荷的方向上，也要尽量避免成排布置过密的螺栓，以免被连接件在这些部位强度被削弱过大而断裂。 螺栓组连接设计中，还应考虑有关的工艺、装配等因素。如为了便于在圆周上钻孔时分度和划线，分布在同一圆周上的螺栓数目应取成4、6、8、12等偶数；为了便于设计、装配方便，同一螺栓组中螺栓的材料、长度、直径应尽量相同等等。（1）布局 根据支腿的截面形状，我们确定后支腿与平台之间通过方法兰联接，所以可以知道螺栓组呈矩形分布。（2）数目根据后支腿与平台之间的剪切力，我们初步确定螺栓数目为16个。至此我们可以初步确定螺栓组的分布图。图7 螺栓组分布图Fig.7 Bolt groups distribution（3）螺栓组受力分析长螺旋钻孔机停机于地面不平整状态，而螺栓组所在的支腿正好充当支点作用的时候，螺栓组的受力为最大。即后支腿与其余任意两支点所组成的支撑平面承受整个机身的重量。图8 螺栓组所在支腿受力图Fig.8 Bolt groups by a leg to where此时螺栓组的受力为与之和， 在平台布置部分已经得出为7.5T，这里的并非指整台长螺旋的品质，而指除配重的全部品质,长螺旋整机品质为66.7T。 =(+)g =(*7.5T+*59.2T)*10 =234.5KN平台与支腿间是采用铰制孔用螺栓联接，所以是靠螺栓杆受的剪切和挤压来抵抗横向载荷。计算时可近似认为，在横向总载荷的作用下，各螺栓所承担的工作载荷是均等的。因此，对于铰制孔用螺栓连接，每个螺栓所受的横向工作剪力为 （6） 式中，z为螺栓数目。由此可以算出每个螺栓所受的横向工作剪力F=14.65KN。查机械设计手册粗牙螺纹产品的保证载荷，5.6级强度M24的螺栓的保证载荷为98.8KN，可以满足设计要求。所以，方法兰上的孔直径取26。方法兰的具体尺寸见图纸。对于普通螺栓连接，应保证连接预紧后，结合面间所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷。假设各螺栓所需要的预紧力均为，螺栓数目为z，则其平衡条件为 由此得预紧力为 (7) 式中：f结合面的摩擦系数，查机械设计76页表5-5，取f=0.13； i结合面数，这里i=1； -防滑系数，=1.1-1.3，取=1.2.由上可以算出135.3KN（4）螺栓的强度计算 仅受预紧力的紧螺栓连接，螺栓的危险截面的拉伸应力为 （8）螺栓危险截面的扭转切应力为 （9）对于M10M64普通螺纹的钢制螺栓，取，由此可得 （10）由于螺栓材料是塑性的，故可根据第四强度理论，求出螺栓预紧状态下的计算应力为 （11）由此可见，对于M10-M64普通螺纹的钢制紧螺栓连接，在拧紧时虽是同事承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时可以只按拉伸强度计算，并将所受拉力增大30%来考虑。 螺栓危险截面的拉伸强度条件根据式（8）及式（11）可写为 （12）式中为螺栓所受的预紧力，螺栓危险截面的直径。算得21.2mm，上面所选的M24螺栓满足要求。3.3 立柱与主平台轴连接设计3.3.1 材料选择 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其它机械性能等的要求，处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料。轴的常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常用，优质碳素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴。其次还有合金钢，如20Cr、40Cr、35SiMn等，合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。球墨铸铁也是加工轴的材料之一，适用于制造成形轴，它价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中敏感性较低。3.3.2 轴的结构设计轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，是轴设计的重要步骤。以下是一般轴结构设计的原则：（1）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；（2）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；（3）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；（4）便于加工制造和保证精度。 长螺旋主平台轴在受力最大的情况下，只受弯矩不受扭矩，属于心轴，且轴上不用固定其他零件，只要支撑轴套在其上转动，所以可以确定主平台轴为一光轴。 对于直径为d的圆轴，弯曲应力为 (13)轴的弯曲强度条件为 (14)式中：-轴的计算应力；M轴所受的弯矩；轴受力最大的时候及长螺旋提钻时，此时的力为立柱、动力装置及顶部滑轮组的重力与提钻力的和，为1422KN；力臂即轴套长度的一半，为365mm。W轴的抗弯截面系数，计算公式可查机械设计373页表15-4，即W=-对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值可查机械设计表15-1，取=60MPa。 由上述可以算得68.5mm，最终选择主平台轴径=100mm.主平台轴在水平方向上的弯矩M图如下所示图9 主平台轴的弯矩图Fig.9 Main platform for the moment diagram of shaft主平台轴的尺寸见图纸。4 总结本课题所设计的长螺旋钻孔机的主平台虽然结构比较简单，设计的过程也不太复杂，但是就长螺旋这个机器来讲，主平台算是一个非常重要的部件。主平台的作用是支撑整机，平台上可以安放一些部件，通过对主平台的结构设计计算，连接部分的强度校核，使主平台的安全性、稳定性得到进一步的提高。本次设计是基于我在工厂实习的经历，很大一部分的数据是依赖工程师的协助，但是在计算过程中难免会疏忽大意，在设计上也可能会造成或多或少的材料浪费，导致涉及的结果不是特别合理。在此次设计过程中，我了解了一些设计的基本技能，掌握了查阅和使用标准、规范、图册、手册及相关技术数据的基本技能以及计算、绘图、数据处理等方面的能力。参考文献1