【導(dǎo)讀】河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的錨桿鉆機(jī)無論從技術(shù)上還是質(zhì)量上都落后于某些發(fā)達(dá)國(guó)家，所以對(duì)錨桿。鉆機(jī)的理論研究尚需進(jìn)一步深化，鉆機(jī)的質(zhì)量需進(jìn)一步提高。本文全面、系統(tǒng)、深入地分析了氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的工作原理、齒輪馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的特性，對(duì)。氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)組成元件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，提出氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)的基本思路和方法，并對(duì)氣。動(dòng)錨桿鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)部分進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)校核，利用PROE對(duì)其進(jìn)行建模和仿真。本文根據(jù)流體力學(xué)和氣壓傳動(dòng)原理，分析了齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，本文還分。析了氣動(dòng)式錨桿鉆機(jī)產(chǎn)生噪聲、油霧的機(jī)理，探討了消除噪聲和油霧的途徑和方法，研制。了具有消除排氣油霧和減小噪聲雙重功能的多機(jī)理除油霧消音器，消音器性能良好，能很。好地滿足設(shè)計(jì)要求和使用要求。

　　

【正文】 4288 112 ????? 截面 4上的扭矩為 MNT .3170? 截面上的彎曲應(yīng)力 MPaWMb ???? 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaWTTT ???? 軸的材料為 40Cr，由書 1中表 151查得 MPaB 735?? ， MPaMPa 200，355 11 ?? ?? ?? 。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集 中系數(shù) ?? ??及 按書 [1]附表 32 查取。因， 1 ???? dDdr ，經(jīng)插值后可查得 ， ?? ?? ?? 又由附圖 31可得軸的材料的敏性系數(shù)為 ， ?? ?? qq 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 )()1(1 ???????? ??? ?qk )()1(1 ???????? ??? ?qk 由附圖 32的尺寸系數(shù) 1??? ，由附圖 33的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 1??? 。 軸按磨削加工，由附圖 34 得表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ?? ?? 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 1?q? ，則綜合系數(shù)為： ??????? ???? ??kK ??????? ???? ??kK 合金鋼的特性系數(shù) ，~ ?? ?? ?? ??? 所以軸在截面 4右側(cè)的安全系數(shù)為： 3551 ??????? ? maKS ??? ? ??? ??????? ? maKS ??? ? ??? 2222 ????????? SSS SSS ca???? 故可知其安全。因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 因?yàn)檩斎胼S和軸 7結(jié)構(gòu)相似，故不必再校核。 （三） 輸出軸 6的設(shè)計(jì) MNT ?? 506 min/2406 rn ? KWP ? 選取軸的材料為 40Cr。根據(jù)書 1表 153 選取 115?A? 于是得 mmmmnpAd 3366min ???? ? （ 1）擬定軸上零件的裝配方案如圖 35 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 35 （ 2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 1 ） 由于 mmd 20min ?， 最 小 軸 頸 為 裝 軸 承 處 ， 初 選 6205 深 溝 球 軸 承 ，mmmmmmBDd 155225 ????? ， 取 mmlmmd 15,25 6565 ?? ?? 。 2） 67 為裝 齒輪處 ， mmlmmd 24,24 7676 ?? ??，齒輪右端用 彈性擋圈 定位，,2387 mmd ?? mml 187 ?? ，取 mmlmmd 3,24 9898 ?? ?? 。 3） 45 裝超越軸承，防止鉆桿反轉(zhuǎn)， mmlmmd 35, 5454 ?? ?。 4 ） 34 裝 軸 承 ， 初 選 6206 型 深 溝 球 軸 承 ， mmlmmd 38,30 4343 ?? ?。mmmmmmBDd 166230 ????? 。 5）在距左軸端 31mm 處鉆一 的孔，通水 氣，左端螺紋 21mm， M30?。因鉆頭底部需需插入左軸端，故左軸端應(yīng)鉆出相應(yīng)的孔，使鉆頭可正常安裝?？讖綖?19mm。 （ 3）軸上零件的周向定位 1）齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接，按由書 1 表 61 查得平鍵截面mmmmmmlhb 2278 ????? ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 25mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為78jsH； 2）鍵的強(qiáng)度校核 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由書 1 中表 62 查得，取 ? ? MPap 90?? ，鍵的工作長(zhǎng)度mmbLl 14822 ????? ，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 mmhk ???? 。則： ][8524143 10502102 336 pp MPakldT ?? ???? ????? （合適） 鍵的標(biāo)記為：鍵 8 7 22 GB/T 10962021 （ 4）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考書 1表 152，選軸端倒角為 ? ? ，各處圓角半徑為 。 四 .軸承的校核 預(yù)期壽命 hL h 14400330082 ?????? （一） 6204 型深溝球軸承的校核 查手冊(cè)得 6204 型深溝球軸承 NCr 12800? NFFF NHNVr )( 222121 ?????? 因只受徑向力，取 ?pf NFfP rp ???? 驗(yàn)算 6204 軸承的壽命 ????????? hth LhP CfnL 63636 )256 (418760 10)(6010 故所選軸承可滿足壽命要求。 （二） 6203 型深溝球軸承的校核 查手冊(cè)得 6203 型深溝球軸承 NCr 9580? 1． 下端 6203 型 NFFF NHNVr )()( 222222 ?????? 因只受徑向力，取 ?pf NFfP rp ???? 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 驗(yàn)算 6203 軸承的壽命 ???????? hth LhP CfnL ) 95801( 10)(6010 3636 故所選軸承可滿足壽命要求。 6203 型 NFFF NHNVr 222121 ????? 因只受徑向力，取 ?pf NFfP rp 1 2 4 81 0 4 ???? 驗(yàn)算 6203 軸承的壽命 ???????? hth LhP CfnL 19 722)12 4895 801( 10)(6010 3636 故所選軸承可滿足壽命要求。 氣動(dòng)馬達(dá) 的參數(shù)確定 一、氣動(dòng)馬達(dá)的輸出主參數(shù) 小功率氣動(dòng)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速比較高，一般在最大功率下的轉(zhuǎn)速要達(dá)到 4000—— 6000 r/min，由前面確定的該氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)最大功率時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速為 240 r/min，最大功率時(shí)轉(zhuǎn)矩為 50N. M，由減速機(jī)構(gòu)中確定的減速比為 l: ，并考慮到減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率為。則氣動(dòng)馬達(dá)的輸出參數(shù)為 : 最大輸出轉(zhuǎn)矩： MNiTT m . 50 ???? ? 最大功率下轉(zhuǎn)速： min/ rinn m ????? 最大功率： KWnTP mmm ???? 理論轉(zhuǎn)矩： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 MNTT m . * ???? ? 理論功率： KWPP m * ???? ? 取氣馬達(dá)的總效率 ??? 。不同類型氣馬達(dá)效率的取值見下表： 表 36 二、氣動(dòng)馬達(dá)的輸入?yún)?shù) 由于在煤礦井下氣路鋪設(shè)較長(zhǎng)，經(jīng)過管道壓力損耗后，一般氣動(dòng)設(shè)備壓力 為不超過，根據(jù)《煤礦用錨桿鉆機(jī)通用技術(shù)條件》有關(guān)規(guī)定，氣動(dòng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收氣壓 P1 為，在 MPa 壓力下，氣動(dòng)設(shè)備的耗氣量計(jì)算為折算到常溫 20 0C，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體流量。 耗氣量 Q為 : 2931211 ?? TP zPnVQ m 式中 V1一一馬達(dá)齒輪嚙合之間密封容積 。 Z一一馬達(dá)齒輪齒數(shù) 。 P2一一絕對(duì)壓力， MPa。 T1一一絕對(duì)溫度。 根據(jù)馬達(dá)齒輪直徑、齒頂高、齒根圓 近似計(jì)算，馬達(dá)齒輪嚙合之間密 封容積以及馬達(dá)齒輪模數(shù) m=，齒數(shù) Z=9，壓力角 a =20，齒頂高 h=l 可以近似計(jì)算 351 mV ??? 。 把壓縮空氣折算到常溫 293K，絕對(duì)壓力 P2為 .1MPa 時(shí)理論耗氣量 Q 為 : min/ 35 mQ ??? ????? 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 考慮漏損，余隙容積和進(jìn)氣節(jié)流壓降的影響，實(shí)際耗氣量為 : min/)( 3m e ?????? 為確?；剞D(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)尺寸不致過大，傳遞平穩(wěn)，經(jīng)過多次設(shè)計(jì)驗(yàn)證，選擇馬達(dá)齒輪模數(shù) m=，齒數(shù) Z=9，壓力角 a=20。 消 聲器的設(shè)計(jì) 為了降低錨桿鉆機(jī)氣動(dòng)馬達(dá)的噪聲，一般都在馬達(dá)排氣口安裝消聲器，一般來說，對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)消聲器有三個(gè)基本要求 : (1)具有較高的消聲值和較寬的消聲頻率范圍 ； (2)消聲對(duì)氣流的阻力要盡可能的小，安裝消聲器后所增加的阻力損失要適合馬達(dá)的背壓要求 ； (3)結(jié)構(gòu)上要求消聲器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工并且要堅(jiān)固耐用，使用壽命長(zhǎng)。 根據(jù)上述理論分析，以及錨桿鉆機(jī)消聲器的尺寸和體積的限制，選擇相同孔隙率的發(fā)泡聚脂材料，消音效果比較好，設(shè)置檔流反射板，使介質(zhì)中氣體流動(dòng)均勻化，并阻止高壓氣體直接排出，能提高消 音量 3dB 以上，擴(kuò)大消音器的二次排氣空間，也有增大消音量的作用。 目前多數(shù)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)多采用金屬外殼中填充多孔介質(zhì)的簡(jiǎn)易消聲器，裝備這種消聲器的錨桿鉆機(jī)的噪聲為 110120dB，且排氣中的含油量為 :而通過裝備除油霧消聲器，使其工作時(shí)噪聲從 110120dB 降低到 8590dB，且排氣中的含油量降到 。 支腿部件設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于鉆機(jī)實(shí)際鉆孔深度在 之間，因此其推進(jìn) 機(jī)構(gòu)大多數(shù)采用多級(jí)可伸縮式結(jié)構(gòu)，如圖 36 所示。一般采用三級(jí)支腿 (每級(jí)伸出長(zhǎng)度為 左右 )，以適應(yīng)巷道的不同高度。 由于聯(lián)接頭與鉆機(jī)主體相連接，壓縮空氣通過控制機(jī)構(gòu)進(jìn)入支腿，推動(dòng)中缸和內(nèi)缸伸出，使鉆機(jī)主體上升，進(jìn)行鉆頂板錨桿孔。鉆孔完畢后，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，放氣閥自動(dòng)打開，各級(jí)缸筒在鉆機(jī)主體自重的作用下，逐級(jí)收縮。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 在設(shè)計(jì)推進(jìn)機(jī)構(gòu)時(shí)還應(yīng)考慮的問題是推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用正裝和倒裝哪種形式。正裝由于鉆機(jī)鉆孔作業(yè)支腿受力時(shí)，彎、扭變形以頂板孔為支點(diǎn)，危險(xiǎn)截面發(fā)生在底版，而此時(shí)抗彎、抗扭強(qiáng)度高的外筒在下，穩(wěn)定性較好，但密封 面在上，鉆孔作業(yè)頂板巖塊易掉入，故抗污性能較差，故障率高。而倒裝的特點(diǎn)與之正好相反，在保證內(nèi)筒具有較高的抗彎、抗扭強(qiáng)度的同時(shí)，也提高了推進(jìn)機(jī)構(gòu)可靠性。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中建議采用如圖 36所示的倒裝形式。 圖 36氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)推進(jìn)機(jī)構(gòu) 支腿材料的分析與選擇 推進(jìn)機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)中最能體現(xiàn)重量、強(qiáng)度比的關(guān)鍵部件。通常液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中由于油壓高，可采用小直徑鋼制油缸，重量可得到一定的控制。氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)由于風(fēng)壓低，不適合采用鋼制的推進(jìn)機(jī)構(gòu)。目前大多數(shù)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)采用了材料密度小、強(qiáng)度高的玻 璃鋼制品作為支腿材料，而這種玻璃鋼支腿也不是一般的玻璃鋼制品，其尺寸精度要求高。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 支腿的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)包括缸筒的壁厚和直徑的計(jì)算，可根據(jù)鉆機(jī)實(shí)際所需的最大推進(jìn)力 F確定支腿的各設(shè)計(jì)參數(shù)。而推進(jìn)力 F 取決于氣壓大小和缸筒的作用面積，煤礦井下壓縮空氣壓力一般在 左右。當(dāng)支腿的各級(jí)缸筒長(zhǎng)度確定后，各級(jí)缸筒的截面模量是決定 F的關(guān)鍵因素，由此可以確定各級(jí)缸筒的內(nèi)徑和壁厚。 推進(jìn)機(jī)構(gòu)由聯(lián)接套與支腿兩部分構(gòu)成，支腿通過聯(lián)接套與回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)相連。國(guó)外錨桿鉆機(jī)聯(lián)接套采用工程塑料，這樣可以降低重 量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，早期氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)聯(lián)接套采用聚胺脂材料，比較軟，易變形，后采用尼龍澆注而成。 操縱臂設(shè)計(jì) 操縱臂設(shè)計(jì)如右圖所示： 整機(jī)結(jié)構(gòu) 在完成了回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)、消音器系統(tǒng)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)各大部件設(shè)計(jì)后，進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終形成完整的 MQT 型氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)， 下圖 就是整機(jī)裝配示意圖。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 第四章 PROE 建模及仿真 Pro/Engineer 軟件簡(jiǎn)介 Pro/Engineer 操作 軟件 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件。 Pro/Engineer 軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位， Pro/Engineer 作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/Engineer 軟件主要特性 Pro/E 第一個(gè)提出了 參數(shù)化設(shè)計(jì) 的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外，它采用 模塊化 方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。 Pro/E 的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng) 用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。 Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 1． 參數(shù)化設(shè)計(jì)，相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成