【正文】 料有毛氈、橡膠、皮革、軟木等，或者放置減摩性好的硬質(zhì)材料（如加強(qiáng)石墨、青銅、耐磨鑄鐵等）與 轉(zhuǎn)動(dòng)軸直接接觸以進(jìn)行密封。因?yàn)樗艹惺茌^大的載荷，不易流失，容易密封。為了讓輸出裝置受到的軸向力和徑向力能傳遞給箱體，所以在箱蓋的上表面做出相應(yīng)的凸臺(tái)，凸臺(tái)上加工的孔要與軸承外徑配合。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 26 圖 311 箱座 根據(jù)動(dòng)力箱的工作環(huán)境，選擇箱體材料為灰鑄鐵 HT200. 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。其花鍵尺寸是根據(jù)鉆桿的外花間來設(shè)計(jì)。 應(yīng)用廣泛。由于現(xiàn)在花鍵已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，在使用時(shí)只需根據(jù)合適的參數(shù)進(jìn)行選用。由于要與軸承配合，所以在配合的表面上要進(jìn)行打磨處理，旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 24 提高表面的質(zhì)量，從加工的工藝結(jié)構(gòu)上來說，為了節(jié)省時(shí)間，所以上下部分又分開成兩部分。對(duì)于磨淬硬鋼的齒輪，一般為了保持砂輪的鋒利，使磨鈍的沙粒易于脫落，砂輪的硬度不應(yīng)太大，為了方便排除切屑砂輪的組織不宜過于緊密。 關(guān)鍵工序 的 分析 ： （ 1）滾齒及磨齒余量 大齒 輪模數(shù)為 144mm，粗滾齒后留出較大的磨 余量，滲碳淬火后可以直接進(jìn)行磨齒。然后在設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其接觸強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核，強(qiáng)度校核將在下一章中展開。 其次是上端軸承的選用，因?yàn)橄露说幕剞D(zhuǎn)支承已經(jīng)承受了很大的軸向力，所以上端軸承主要考慮承受徑向力，通過先前的說明可以得知選用深溝球軸承軸承，用來承受徑向力，由于這個(gè)動(dòng)力輸出裝置的尺寸很大，所以該深溝球軸承需要定做。裝置受到的扭矩很大。 在動(dòng)力箱部件的設(shè)計(jì)中，采用軸肩以及軸承端蓋作軸向限位，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，如圖 32 所示。但是這種附加軸向力可用下面的方法限制于容許的范圍之內(nèi)：借可調(diào)節(jié)的軸承軸向間隙，來平衡軸和殼體的變形差額；用彈簧，從而能保證其處于近似的靜定狀態(tài)。固定支承中的軸承在軸線正反兩個(gè)方向都不能移動(dòng)。修打兩端中心孔，需要磨削外圓及端面要留出一定余量。（包括漸開線外花鍵） 8 鉗工 端面齒形及齒頂沿齒長(zhǎng)棱邊倒角，避免熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋。 5 正火 預(yù)備熱處理。 圖 34 齒輪軸 本次設(shè)計(jì)中的齒輪軸選用的材料為 45 號(hào)碳素鋼，因?yàn)樵擃惒牧蠈?duì)應(yīng)力集中的敏感性較小，價(jià)格較低，是軸類零件最常用的材料。 軸承內(nèi)圈通常與軸一起旋轉(zhuǎn)，為防止內(nèi)圈與軸頸的配合表面在圓周方向上相對(duì)滑動(dòng)，通常要求配合面間有不太大的過盈量。 調(diào)心滾子軸承的安裝 調(diào)心滾子軸承在有二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。、 60176。 常用的滾動(dòng)軸承包括深溝球軸承 、角接觸球軸承、圓錐孔雙列圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力軸承、調(diào)心滾子軸承等，其中： 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 16 深溝球軸承，也稱為向心球軸承。 按照設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)過傳動(dòng)方案的確定，以及經(jīng)過動(dòng)力箱零部件的設(shè)計(jì)后，得出動(dòng)力箱整體結(jié)構(gòu)剖視圖如圖 31 所示 . 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 齒輪軸及其組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸及其組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的常見問題。 （ 3）動(dòng)力箱是移動(dòng)部件，要求外型小，重量輕。動(dòng)力輸入為非對(duì)稱布置，（由于中心軸通孔限制 , 該軸上軸承尺寸較大）為了不影響軸承壽命 , 并能為泥漿管布置帶來空間。合理的傳動(dòng)方案還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊、工作可靠、制造方便、成本低廉、傳動(dòng)效率高，裝拆方便等。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 23 齒輪傳動(dòng)示意圖 ① 優(yōu)點(diǎn)： 齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)， 傳動(dòng)比 精確，工作可靠、效率高、壽命長(zhǎng)，使用的功率、速度和尺寸范圍大。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 10 圖 21 帶傳動(dòng)示意圖 因 此，帶傳動(dòng)常適用于大中心距、中小功率、帶速 v =5～ 25m/s， i≤7的情況。 （ 4）重要零件的強(qiáng)度剛度校核 。動(dòng)力頭從最基本的功能為鉆具提供驅(qū)動(dòng)力和加壓力 ,到擴(kuò)展功能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。避免鉆桿帶桿、鉆頭脫落等事故的發(fā)生。 如圖 17 所示為德國 BAUER 旋挖工程車。這些企業(yè)的旋挖工程車的銷量已基本占領(lǐng)了整個(gè)旋挖工程車市場(chǎng)的份額。鉆頭進(jìn)尺到位后，提升鉆桿時(shí)，主卷揚(yáng)回轉(zhuǎn)，加壓油缸同時(shí)提升，當(dāng)鉆頭提升至地面后，上車回轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆頭至指定的卸土位置進(jìn)行卸土，卸土?xí)r提升鉆頭使回轉(zhuǎn)斗上端的立柱碰到動(dòng)力頭下端承撞體擋板，立柱受力打開回轉(zhuǎn)斗底板開啟機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卸土作業(yè)。液壓系統(tǒng)利用了卡特原有的液壓系統(tǒng)主控制回路、先導(dǎo)控制回路，使用先進(jìn)的負(fù)載反饋技術(shù)以及交叉控制、變流量控制技術(shù)，使流量按需分配到系統(tǒng)各工作裝置，實(shí)現(xiàn)不同工況下的最佳動(dòng)力匹配。桅桿左 右兩側(cè)焊有導(dǎo)軌，對(duì)鉆桿和動(dòng)力頭的工作進(jìn)尺起導(dǎo)向作用。主卷揚(yáng)的最大拉力由鉆桿、鉆斗、砂土的重量及起拔鉆斗時(shí)阻力決定。動(dòng)力頭變量馬達(dá)通過與卡特底盤配置的變量泵相匹配，使鉆桿轉(zhuǎn)速可在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)根據(jù)工作載荷情況自動(dòng)調(diào)整。上車體的中心裝有液壓系統(tǒng)的“中心回轉(zhuǎn)接頭”，將裝于上車的液壓系統(tǒng)工作油液傳遞到履帶行走機(jī)構(gòu)和履帶伸縮機(jī)構(gòu)。 ③ 大型機(jī) 扭矩 240kNm。該類鉆機(jī)配合不同鉆具，適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，還可配掛長(zhǎng)螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動(dòng)樁錘等，實(shí)現(xiàn)多種功能，主要用于市政建設(shè)、公路橋梁、工業(yè)和民用建筑、地下連續(xù)墻、水利、防滲護(hù)坡等基礎(chǔ)施工。 （ 3）根據(jù)相關(guān)參數(shù)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，完成動(dòng)力箱零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選用。文中所引用的觀點(diǎn)和參考資料均已標(biāo)注并加以注釋。雖然動(dòng)力箱的發(fā)展己具備較好的性能和獨(dú)特的技術(shù)，現(xiàn)在國內(nèi)動(dòng)力箱的開發(fā)能滿足工程車的施工作業(yè)，但其可靠性和功能方面還需進(jìn)一步的發(fā)展。m，最大成孔直徑可達(dá) ～ 4m，最大成孔深度為 60～ 90m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等地基基礎(chǔ)施工 工程，配合不同鉆具，適應(yīng)于干式（短螺旋），或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)，旋挖工程車具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活，施工效率高及多功能特點(diǎn)。m，發(fā)動(dòng)機(jī)功率 200kW，鉆孔直徑 ～ ，鉆孔深度 60m左右，鉆機(jī)整機(jī)質(zhì)量 65t 左右。 旋挖工程車的主要構(gòu)成及工作原理 旋挖工程車的主要構(gòu)成 旋挖工程車是集機(jī)電液一體化的高端工程機(jī)械，旋挖工程車的主要構(gòu)成：桅桿總成、動(dòng)力頭、副卷揚(yáng)、主卷揚(yáng)、變副機(jī)構(gòu)、上車體、底盤等組成，如圖 12 所示。它由兩組減速器及液壓馬達(dá)、主減速器組成。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 4 圖 13 動(dòng)力頭工作原理簡(jiǎn)化圖 (3)主副卷揚(yáng) 主卷揚(yáng)是在鉆進(jìn)過程當(dāng)中完成鉆桿和鉆頭下放和提升等功能的機(jī)構(gòu)，而副卷揚(yáng)的主要功能是完成工地上所需的焊機(jī)鉆頭等附屬物品的起吊。 動(dòng)臂 ——回轉(zhuǎn)臺(tái) ——支承桿一三角形聯(lián)接體通過銷軸鉸接，互相組成一個(gè)平行四邊形機(jī)構(gòu)。運(yùn)輸時(shí)，將上段、下段折疊安裝，減小其運(yùn)輸狀態(tài)整機(jī)長(zhǎng)度，并提高了鉆機(jī)裝車和卸車時(shí)行走穩(wěn)定性。上車回轉(zhuǎn)和下車行走通過換向閥互鎖。未來幾年，基礎(chǔ)設(shè)施和城市公共設(shè)施將進(jìn)一步完善，相關(guān)工程的陸續(xù)開工，需要配備大量的旋挖工程車。因此很多企業(yè)由于進(jìn)口件受限處于停產(chǎn)狀態(tài)，主機(jī)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。國外鉆機(jī)采用牙板自鎖伸縮式鉆桿，旋旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 8 挖工程車施工過程中，鉆桿牙嵌板在嚙合中 很容易受到磨損，當(dāng)牙嵌板相互嚙合不完全時(shí)，更易受到嚴(yán)重磨損。從而使旋挖工程車具備了一機(jī)多功能，方便快捷，節(jié)約成本。 主要內(nèi)容： （ 1）動(dòng)力箱傳動(dòng)方案的確定 。當(dāng)主動(dòng)輪 1 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦或者嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶 2 傳遞給從動(dòng)帶 、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸震等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。 鏈傳動(dòng)一般適合低速，且不能傳遞很大的扭矩，所以不符合本次設(shè)計(jì)的基本要求。 分析和擬定傳動(dòng)方案 實(shí)現(xiàn)工作裝置預(yù)定的運(yùn)動(dòng)是擬定傳遞方案最基本的要求。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 12 （ 5）最終的動(dòng)力輸出給鉆桿，且鉆桿能上下移動(dòng)。 表 21 運(yùn)動(dòng)參數(shù) 輸入軸 輸出軸 轉(zhuǎn)速 n（ r/min） 98 19 功率 P(KW) 180 356 轉(zhuǎn)矩 T（ ） 17500 178850 傳動(dòng)比 i 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 14 第 3 章 旋挖工程車動(dòng)力箱零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 當(dāng)旋挖工程車工作時(shí)，兩個(gè)液壓馬達(dá)工作，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到行星減速器，三級(jí)行星減速器通過花鍵的作用傳遞到旋挖工程車動(dòng)力箱的輸入軸，輸入軸是一根齒輪軸，齒輪軸把扭矩傳遞給大齒輪，并進(jìn)行減速，大齒輪又通過螺釘聯(lián)接，把扭矩傳遞給套筒，套筒再通過螺釘聯(lián)接把扭矩傳遞給花鍵套，通過花鍵的作用，把扭矩傳遞給鉆桿，最終使旋挖工程車能達(dá)到工作的目的。 （ 4）箱體和箱蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖 32 動(dòng)力箱輸入軸結(jié)構(gòu)示意圖 滾動(dòng)軸承的選型 滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，其優(yōu)點(diǎn)是： （ 1） 滾動(dòng)軸承能在轉(zhuǎn)速和載荷變動(dòng)幅度很大的條件下穩(wěn)定地工作，而動(dòng)壓滑動(dòng)軸承在低速時(shí)難以形成足夠壓強(qiáng)的油楔； （ 2） 滾動(dòng)軸承可以在無間隙，甚至在預(yù)加載荷條件下工作，有利于提高旋轉(zhuǎn)精度和剛度；滑動(dòng)軸承則必須有一定的間隙，才能正常地工作； （ 3） 滾動(dòng)軸承摩擦系數(shù)小，有利于減少發(fā)熱； （ 4） 滾動(dòng)軸承的潤滑比滑動(dòng)軸承容易，可用潤滑脂，如果用油，則所需的流量也遠(yuǎn)比滑動(dòng)軸承?。? （ 5） 滾動(dòng)軸承由專門工廠生產(chǎn)，供應(yīng)方便，可以外購。這種軸承的接觸角 有 15176。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動(dòng)載荷下工作，但不能承受純軸向載荷?；蚴褂镁o定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)還要注意軸應(yīng)該具有良好的工藝性。為了避免熱處理時(shí)由于應(yīng)力集中造成的裂紋，全部棱角按留量倒角。 7 粗滾齒 齒形預(yù)加工，要求精度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。 12 半精車 直齒輪在卡盤卡爪位置的四個(gè)齒槽兩端均布 8 個(gè)磁性找正棒。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 18 鉗工 端面齒形及齒頂沿長(zhǎng)棱邊倒角 軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 首先要確定如何對(duì)所選用的軸承根據(jù)其工況在圓周方向和軸向進(jìn)行可靠的固定，其次支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要便于安裝、拆卸、密封、潤滑。裝配時(shí)用螺母或其他方法調(diào)節(jié)軸承圈，保證所需的軸向間隙或徑向預(yù)緊。 在齒輪軸設(shè)計(jì)中，兩個(gè)調(diào)心軸承的定位方式為兩端定位 —調(diào)隙方式，他們都靠調(diào)整墊片來調(diào)整間隙。以及所有零件的定位問題。 從二者之間的關(guān)系不難看出，在本次的設(shè)計(jì)中選用回轉(zhuǎn)支承是最合適的，其中回轉(zhuǎn)支承安裝在齒輪的下方，他們之間用螺釘連接。在本次設(shè)計(jì)中，大齒輪的設(shè)計(jì)旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 22 尤其重要，因?yàn)樗莿?dòng)力傳遞的核心。 由于大齒輪在動(dòng)力傳動(dòng)過程中承受扭矩很大，所以大齒輪的工藝過程關(guān)系到大齒輪的壽命問題。對(duì)于表面淬火后的齒輪齒根角處磨齒前滾齒所留下的 刀痕效果尤為顯著。 圖 39 驅(qū)動(dòng)套筒 首先從驅(qū)動(dòng)套筒得傳遞很大的扭矩，所以凸臺(tái)的設(shè)計(jì)要滿足強(qiáng)度要求。 花鍵套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 花鍵聯(lián)接由內(nèi)花鍵和外花鍵組成。 a 矩形花鍵 矩形花鍵的定心方式為小徑定心，即外花鍵和內(nèi)花鍵的小徑為配合面。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 310 花鍵套 綜上所述，根據(jù)花鍵連接的特點(diǎn)和類型，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)的要求，可以得出矩形花鍵是最佳選擇。在動(dòng)力箱工作時(shí)，為了查看里面的工作情況，得在側(cè)面開設(shè)檢查孔，用于檢查傳動(dòng)件的嚙合情況和潤滑情況，還可以由該孔向箱體內(nèi)注入潤滑油。 箱蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 動(dòng)力箱中，箱座和箱蓋相互配合，組成動(dòng)力箱的外殼，箱蓋的主要作用是保證對(duì)箱體起密封作用，使箱體在工作時(shí)候不至于讓油液滲漏。 軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩類。本次設(shè)計(jì)中，主要是軸承的密封。 唇形密封圈 ： 在軸承端蓋中，放置一個(gè)用耐油橡膠制的唇形密封圈，靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)形螺旋彈簧的扣緊作用而緊套在軸上，以起到密封作用。隙縫中添入潤滑脂，可增加密封效果。其組件裝配圖如圖 314 所示。 齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度理論，可以得出，一對(duì)嚙合的齒輪的接觸應(yīng)力相等，所以只需對(duì)一個(gè)齒輪進(jìn)行校核計(jì)算即可，其接觸疲勞強(qiáng)度校核公式如下： ? ?1221H E H HKTZZ bd ??????? (45) 式中， 彈性系數(shù)，查表得 ， ； 區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪， ； 試驗(yàn)齒輪失效概率為 時(shí)的接觸疲勞強(qiáng)度極限值，它與齒面硬度有關(guān)，查表得 ； 安全系數(shù)，查表得 ； 代入計(jì)算得 H? = MPa，符合條件。 （ 4）對(duì)零件進(jìn)行功能模擬，如注塑、壓鑄、鍛壓或者機(jī)械加工等過程進(jìn)行模擬，從模擬過程發(fā)現(xiàn)制造中的問題，從而提出對(duì)零件設(shè)計(jì)的修改方案。 （ 4）修改設(shè)計(jì)方便。 ②易于修改：在一個(gè)視窗中對(duì)設(shè)備位置的調(diào)整或者對(duì)設(shè)備三維模型的修改都會(huì)在相關(guān)的視圖中得到及時(shí)反映。 （ 5）設(shè)計(jì)與分析統(tǒng)一。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有如下主要優(yōu)點(diǎn)： （ 1）提高設(shè)計(jì)效率。 旋挖工程車鉆桿動(dòng)力箱部件設(shè)計(jì) 34 第 5 章 三維建模輔助設(shè)計(jì) 概述 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的一門新興的綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。