【文章內容簡介】 即可進行鉆孔 ,又能安放套管 ,并且增加了套管鉆進增扭裝置。國內旋挖工程車動力頭在核心技術方面跟國外相比還有一定的差距 ,可靠性和功能擴展方面還需進一步發(fā)展。 本次畢業(yè)設計主要是讓我們能夠 熟悉整個設計流程，無論在結構方案設計上，畫圖上，還是在論文撰寫寫都對我們以后的學習和工作有很大的益處。 主要內容： （ 1）動力箱傳動方案的確定 。 （ 2）根據(jù)經驗公式進行動力箱零部件設計 。 （ 3）繪制動力箱二維和三維裝配圖和零件圖 。 （ 4）重要零件的強度剛度校核 。 （ 5）畢業(yè)論文的撰寫 。 機械傳動方式 本次設計主要為一級減速，故先從幾種常見的傳動方式中選取傳動方案。下面是幾種典型常見的傳動方式： （ 1）帶傳動 ：如圖 21 所示，帶傳動是一種繞行傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪（主動輪和從動輪）和傳送帶。當主動輪 1 轉動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或者嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶 2 傳遞給從動帶 、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸震等特點，在近代機械中應用廣泛。 ① 優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、結構簡單、成本低、使用維護方便、有良好的撓性和彈性、過載打滑。 ② 缺點：傳動比不準確、帶壽命低、軸上載荷較大、傳動裝置外部尺寸大、效率低。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 10 圖 21 帶傳動示意圖 因 此，帶傳動常適用于大中心距、中小功率、帶速 v =5～ 25m/s， i≤7的情況。 綜合以上因素，帶傳動不適合傳遞很大的扭矩和功率，所以不能應用在動力箱中。 （ 2）鏈傳動： 如圖 22 所示，鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 ① 優(yōu)點： 與帶傳動相比，無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確，工作可靠，效率高；傳遞功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；所需張緊力小，作用于軸上的壓力小；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作 。 ② 缺點： 僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉時會產生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。 鏈傳動一般適合低速，且不能傳遞很大的扭矩，所以不符合本次設計的基本要求。 圖 22 鏈傳動示意圖 （ 3）齒輪傳動： 如圖 23 所示， 齒 輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互 嚙合 傳遞動力和運動的 機械傳動 。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸 螺旋齒輪傳動 。 上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 圖 23 齒輪傳動示意圖 ① 優(yōu)點： 齒輪傳動平穩(wěn)， 傳動比 精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。具有結構緊湊、壽命長等。 ② 缺點： 制造齒輪需要有專門的設備，導致生產成本很高。而且嚙合傳動會產生噪聲。 根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型： a. 直齒圓柱齒輪傳動； b. 斜齒圓柱齒輪傳動 c. 人字齒輪傳動； d. 錐齒輪傳動； e. 交錯軸 斜齒輪 傳動 綜合考慮，根據(jù)設計要求和齒輪傳動的特點，動力箱的動力傳遞決定用齒輪傳動。 分析和擬定傳動方案 實現(xiàn)工作裝置預定的運動是擬定傳遞方案最基本的要求。但是滿足這個要求可以有不同的傳動方式、不同的機構類型、不同的順序和布局。這就需要將各種傳動方案加以分析比較。合理的傳動方案還應該滿足結構簡單，尺寸緊湊、工作可靠、制造方便、成本低廉、傳動效率高，裝拆方便等。 動力箱 應滿足幾個要求： （ 1）實現(xiàn)大扭矩，大功率的輸出。 （ 2）運動平穩(wěn)，能實現(xiàn)正反轉，并能承受較大的沖擊。 （ 3）適應較惡劣的工況。 （ 4）動力箱是移動部件，要求外型小，重量輕。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 12 （ 5）最終的動力輸出給鉆桿，且鉆桿能上下移動。 為了滿足上述條件，動力箱無法按傳統(tǒng)減速器設計，本次采用雙液壓馬達分別驅動兩臺兩級行星減速器 , 經兩小齒輪合并動力傳至中部大齒輪，然后通過螺釘連接，把扭矩依次傳遞到套筒、花鍵套，因為鉆桿既要轉動又能上下移動，所以要使用花鍵，最后通過花鍵傳遞扭矩給鉆桿，使鉆桿旋轉起來，達到工作的目的，如圖 24 所示。 圖 24 傳動方案簡圖 此結構發(fā)揮了液壓傳動體積小、自平衡的優(yōu)勢 , 減小中心距 , 有效控制減速器重量。動力輸入為非對稱布置，（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。所以動力輸入布置在同一側。 先通過參數(shù)計算，然后再進行具體的部件結構設計。最后才對重要零件進行剛度強度校核。 （ 1）已知參數(shù)： 上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 13 輸入軸的輸入轉矩 T1= 輸入軸的轉速 1n =98 r/min 動力箱傳動比 i= 鉆桿直徑 D=500mm （ 2）各軸轉速 輸入軸 1n =98 r/min 輸出軸 2n = 19 r/min （ 3）各軸功率 輸入軸 1 1 1/ 9550P T n?? =180 KW 輸出軸 2212 ? ? ? =356 KW （ 4）各軸輸出轉矩 輸入軸 1T =17500 輸出軸 212T T i? ? ? ?178850 將以上算得的運動和動力參數(shù)列表如表 21。 表 21 運動參數(shù) 輸入軸 輸出軸 轉速 n（ r/min） 98 19 功率 P(KW) 180 356 轉矩 T（ ） 17500 178850 傳動比 i 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 14 第 3 章 旋挖工程車動力箱零部件結構設計 當旋挖工程車工作時，兩個液壓馬達工作，把旋轉運動傳遞到行星減速器，三級行星減速器通過花鍵的作用傳遞到旋挖工程車動力箱的輸入軸，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到工作的目的。 綜上所述，動力箱部件設計的基本要求為： （ 1）整體結構簡單緊湊，運行過程平穩(wěn)可靠，無異常。 （ 2）能夠實現(xiàn)大扭矩、大功率的輸出。 （ 3）動力箱是移動部件，要求外型小，重量輕。 （ 4）最終的動力輸出給鉆桿，且鉆桿能上下移動。 圖 31 動力箱整體結構剖視圖 按照設計要求，所以動力箱部件的設計主要包括： （ 1）齒輪軸及其組件的結構設計，大齒輪的結構設計。 （ 2）驅動套筒的結構設計。 （ 3）花鍵套的結構設計。 （ 4）箱體和箱蓋的結構設計。 （ 5）軸承蓋的結構設計。 （ 6）回轉支承的選用等。 按照設計的要求，經過傳動方案的確定，以及經過動力箱零部件的設計后，得出動力箱整體結構剖視圖如圖 31 所示 . 上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 齒輪軸及其組件的結構設計 軸及其組件的結構設計是機械設計中的常見問題。旋轉運動的軸必須由至少兩個相距一定距離的滾動（或滑動）軸承來支承。滾動軸承是標準件，對它的設計主要是選型確定尺寸，不涉及結構設計問題。而軸承周圍的結構比如軸承座、軸頸、定位件等，則必須根據(jù)不同的軸承進行具體的結構設計。動力箱部件的齒輪軸及其組件結構如圖 32 所示。 圖 32 動力箱輸入軸結構示意圖 滾動軸承的選型 滾動軸承與滑動軸承相比，其優(yōu)點是： （ 1） 滾動軸承能在轉速和載荷變動幅度很大的條件下穩(wěn)定地工作，而動壓滑動軸承在低速時難以形成足夠壓強的油楔； （ 2） 滾動軸承可以在無間隙，甚至在預加載荷條件下工作，有利于提高旋轉精度和剛度；滑動軸承則必須有一定的間隙，才能正常地工作； （ 3） 滾動軸承摩擦系數(shù)小，有利于減少發(fā)熱； （ 4） 滾動軸承的潤滑比滑動軸承容易，可用潤滑脂，如果用油，則所需的流量也遠比滑動軸承??； （ 5） 滾動軸承由專門工廠生產，供應方便，可以外購。 因此使用滾動軸承。 滾動軸承的選擇包括兩個方面：類型和型號。 常用的滾動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、調心滾子軸承等，其中： 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 16 深溝球軸承，也稱為向心球軸承。它的內外圈具有深溝滾道，主要承受徑向載荷。這種軸承不能調節(jié)間隙，常用于精度要求不太高，徑向剛度要求也不太高，不需預緊的地方。本次設計中，在套筒的定位和支承中選用此軸承。 角接觸球軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，極限轉速較高。這種軸承的接觸角 有 15176。、 25176。、 40176。、 60176。等數(shù)種。其中 60176。接觸角的角接觸球軸承主要用來承受軸向載荷。 圖 33 調心滾子軸承 調心滾子軸承如圖 33 所示，具有兩列滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調心性能良好，能補償同軸度誤差，裝配起來比較方便。 綜合調心滾子軸承和動力箱輸入軸的特點，齒輪軸軸是大型零件，它的轉速不高，而且是重載荷，需要調心作用，為了安裝的方便，所以選用調心滾子軸承。 調心滾子軸承的安裝 調心滾子軸承在有二條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動調心球軸承同樣的調心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調荷及二個方向的軸向負荷。徑向負荷能力大，適用于有重負荷、沖擊負荷的情況。內圈內徑是錐孔的軸承，可直接安裝?；蚴褂镁o定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。保持架使用鋼板沖壓 保持架 、聚酰胺成形保持架及銅合金 車制保持架。 調心滾子軸承的配合 滾動軸承內圈與軸頸的配合應采用基孔制，外圈與外殼孔的配合應采用基軸制。 軸承內圈通常與軸一起旋轉，為防止內圈與軸頸的配合表面在圓周方向上相對滑動，通常要求配合面間有不太大的過盈量。而軸承外圈安裝在外殼孔中通常是不旋轉的，所以上海理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 外圈與外殼孔的配合可以稍松一些，選擇間隙配合。 在本次的設計中，通過查機械設計手冊得出，調心滾子軸承配合、軸公差為 p6，孔公差為 K7. 齒輪軸的結構設計 齒輪軸結構見圖 34。齒輪軸顧名思義就是把齒輪和軸作為一個整體，根據(jù)軸的功能 ，軸必須保證軸上零件的安裝固定和保證軸系在機器中的支承要求，同時應具有良好的工藝性。根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等初步確定軸的徑向（直徑）尺寸，根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結構和形式初步確定軸的軸向尺寸。在結構設計的同時還要注意軸應該具有良好的工藝性。軸結構設計好后，最后再進行軸的剛度校核。完成整個設計內容。 圖 34 齒輪軸 本次設計中的齒輪軸選用的材料為 45 號碳素鋼，因為該類材料對應力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料。采用的熱處理工藝為：在粗加工之 前，進行正火處理，使軸具有一定的韌性且提高切削性能。在半精加工完成后進行表面淬火，使表面硬度達到硬度 40~45HRC。 齒輪軸的加工工藝過程如表 31 所示。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設計 18 表 31 齒輪 軸的工藝設計表 工序號 工序名稱 工序內容及說明 0 鍛造 1 劃線 檢查毛胚余量，劃一端中興孔加工線 2 打中心孔 車平一段面，并且打中心孔 3 粗車 各外圓及端面留有余量，總余量 =正火后車削余量 +滲碳淬火后車去滲碳層余量 +淬火后的車削余量 +外圓及端面的磨削余量。為了避免熱處理時由于應力集中造成的裂紋，全部棱角按留量倒角。根據(jù)工藝車出熱處理吊臺。 4 探傷 超聲波探傷檢查齒坯是否有缺陷，及時報廢不合格品。 5 正火 預備熱處理。目的是使齒坯組織細化均勻化，減少滲碳淬火時工件變形。 6 車 車端面，修打中心孔。齒頂圓、齒寬按設計圖車成。其余外圓留有余量。 7 粗滾齒 齒形預加工，要求精度達到國家標準。采用帶觸角的磨前滾刀，在齒形根部切出深割。測量公法線長度并且留出半精滾齒和磨齒余量。（包括漸開線外花鍵） 8 鉗工 端面齒形及齒頂沿齒長棱邊倒角，避免熱處理時產生裂紋。 9 車 按齒頂圓兩端找正。車成軸端面，修打中心孔。車去各部分滲碳層，外圓及端面留下一定余量。 10 表面 淬火 11 噴丸 目的是：清除熱處理氧化皮；使根部產生殘余壓應力，以提高齒根抗彎疲勞強度。 12 半精車 直齒輪在卡盤卡爪位置的四個齒槽兩端均布 8 個磁性找正棒。在距離 齒寬的兩個截面上，找正齒圈徑向跳動。允差均為公法線長度留余量的 1/5. 調節(jié)卡盤的卡爪和置于中心架上的固定于另一軸段的定位套，進行找正。修打兩端中心孔，需要磨削外圓及端面要留出一定余量。 13 探傷 超聲波探傷，確定齒坯內部質量是否合格 14 磨削 磨外圓級端面（安裝軸承的外圓） 15 半精滾齒 按兩端軸徑找正，采用硬質合金滾刀半精滾齒，留磨削余量為粗滾齒的 1/4。 16 磨齒 按兩端基準找正，徑向跳動允差 齒廓根部切出深割，意圖是避