【正文】 X Y 圓錐滾子軸承 ? 1 0 ? (2)軸承壽命計算 因 12PP? ,故應(yīng)以軸承 2 的徑向當(dāng)量動載荷 2P 為計算依據(jù)。 2( ) 3 5 9 9 .4 N .mCMT??? ? ?333 13 5 9 9 .4 1 0 5 6 .2 M Pa( 0 .1 ) 0 .1 8 0eCC MMW d ??? ? ? ? ?? 表 31 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 材料牌號 熱處理 毛坯直接 /mm 硬度 /HBS 彎曲疲勞極限/MPa 剪切疲勞極限/MPa 許用彎曲應(yīng)力/MPa 備注 Q235A 熱軋或鍛后空冷 100? 100 200?? 170 105 40 用于不重要或載荷不大的軸 45 正火 回火 調(diào)質(zhì) 100? 100 300?? 200? 170 217?? 162 217? 255 245 275 140 135 155 55 60 60 應(yīng)用最廣泛 40Cr 調(diào)質(zhì) 100? 100 300?? 241 255? 355 355 200 185 70 用于載荷較大而無很大沖擊的軸 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 軸的強(qiáng)度分析情況 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 1） 根據(jù)前面的計算可得， 12 1 6 6 5 2 .2 NrrFF?? ， aF =（如圖 所示，將最左側(cè)軸承定位軸承 1，最右側(cè)軸承定位軸承 2）且預(yù)選軸承的型號為： 30222A，查機(jī)械設(shè)計手冊可知： ? ? , 0 ? , r2550 minr ? 0 315000NC ? 。軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 31可以得到需用應(yīng)力為? ?1 60MPa?? ? 。現(xiàn)對 D 截面進(jìn)行校核，剖面 D 處的彎矩如下： 水平面的彎矩： 31 3 0 4 5 7 5 1 . 6 1 3 0 5 . 9 4 1 0 N . mH C H AMF ? ? ? ? ? ?； 垂直面的彎矩： 31 1 3 0 1 4 7 3 1 3 0 1 .9 1 1 0V C V AMF ? ? ? ? ? ? ? ?； 222 3061 3 0 1 4 7 3 1 3 0 1 6 6 5 2 .222V C V A a dM F F? ? ? ? ? ? ? ? ? 10 ?? 合成彎矩： 2 2 3 2 3 2 311 ( 1 . 9 2 1 0 ) ( 5 . 9 4 1 0 ) 5 . 9 4 1 0 N . mC H C V CM M M? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 2 3 2 3 2 322 ( 5 . 9 4 1 0 ) ( 2 . 3 5 1 0 ) 6 . 3 8 1 0 N . mC H C V CM M M? ? ? ? ? ? ? ? 6．畫轉(zhuǎn)矩圖，如圖 22 222 30645 75 1. 6 59 99 N .m22C H C V C t dM M M T F? ? ? ? ? ? ? ? 7. 畫當(dāng)量彎矩圖，如圖 因軸是單向回轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)， ?? 。 圖 矩形花鍵的截面形狀 圓周力： 222 N .mt TF d?? 徑向力： t a n 4 5 7 5 1 . 6 t a n 2 0 1 6 6 5 2 . 2 N . mc o s c o s 0tr FF ?????? ? ? 軸向力： 1 6 6 5 2 .2 N .marFF?? 4．軸承的徑向支反力 根據(jù)軸承支反力的作用點以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立如圖 所示的力學(xué)模型。根據(jù)齒輪寬度可以求得該段軸的長 度為 165mm； （ 6）右起第六段，考慮齒輪的軸向定位，需有定位軸肩，取軸肩直徑 180mm? ，長為 25mm； 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 （ 7）右起第七段，該段為圓錐滾子軸承安裝處，故直徑為 110mm? ，考慮到軸承的定位，該段長度取為 100mm。軸和齒輪之間采用矩形花鍵連接如圖 所示，采用花鍵連接的優(yōu)勢是：花鍵連接比平鍵連接承載能力高、對軸削弱程度小（齒淺、應(yīng)力集中?。⒍ㄐ暮煤蛯?dǎo)向性能好等。 則根據(jù)公式： m a x3 3m in 1 2 9 .3 6( 1 0 3 1 2 6 ) 7 2 .5 6 8 8 .7 6370pdC n? ? ? ? ?； （ 1）由于右起第一段連接鉆桿，且上面安裝有鍵槽，故軸徑應(yīng)在最小直接的基礎(chǔ)上加 5%，故取該段軸直徑為 80mm? ，長為 85mm； （ 2）右起第二段考慮到軸的定位和軸承的承載能力的問題，則取直徑為 92mm?長為 80mm； （ 3）右起第三段，考慮到軸的軸向承載能力和軸承端蓋的連接，取該段直徑為100mm? ，長為 70mm； （ 4）右起第四段。 圖 大齒輪結(jié)構(gòu)圖 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 動力頭主軸的尺寸確定及校核 1 擬定軸上零件的裝配方案，如圖 所式。安全系數(shù) 1HS ? 則 ? ? 1 l im 11 0. 9 77 0 69 3 MPa1H N HH K S?? ?? ? ? ? ? 2 l im 22 0 .9 5 6 1 0 5 8 0 M Pa1H N HH K S?? ?? ? ? 兩式計算中的值比較取較小值，則 ? ? 580MPaH? ? ； 故 ? ? 21312 1 EHdHZ Z ZKT udu ??????? ? ? ???? 263 2 1. 3 1. 33 6 10 2. 43 1 18 9. 8 2. 5 0. 88 12 6. 4 m m1. 27 2. 43 58 0? ? ? ? ? ???? ? ? ????? 計算模數(shù) 11 Z? ? ? 取標(biāo)準(zhǔn)值 6mmm? 由公式 ? ?112F FS FKT YYbd m ????? 式中：（ 1）小齒輪分度圓直徑 1d = 1mZ? =6 21=126? ； （ 2） 齒輪嚙合寬度 1 160dbd??? （ 3） 復(fù)合齒形系列，查圖可知： 1 ? ， 2 ? （ 4） 重合度系數(shù) . 25 0. 69 91tY ? ?? ? ? （ 5） 許用應(yīng)力，查圖可得 lim1 310M PaF? ? ， lim 2 240M PaF? ? 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= （ 6）彎曲疲勞壽命系數(shù)： 1 ? ， 2 ? 則 ? ? 1 l im 11 188. 22 MP aFN FF K S ?? ??? ? ? 2 l im 22 16 2. 86 MPaF N FF K S ?? ??? （ 7） 計算大小齒輪的 ? ?FSFY? ，并進(jìn)行比較 ? ?114 .3 7 0 .0 2 3 21 8 8 .2 2FSFY? ??， ? ?223 .9 3 0 .0 2 4 11 6 2 .8 6FSFY? ?? 由于 ? ? ? ?12FS FSFFYY??? ，故 612 12 2 1 . 3 1 . 3 3 6 1 0 3 . 9 3 0 . 6 9 9 11 6 0 1 2 6 6F F SKT YYb d m ?? ? ? ?? ? ? ???? ? FM P a ??? 因此滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求。 根據(jù)運動學(xué)上功率的定義，可以計算出動力頭推拉系統(tǒng)所需要的輸入功率，P=FV，此時動力頭最大推拉力 max 200kNF ? ， 推進(jìn)速度 V=， 該系統(tǒng)總效率 ? =，則 2P? maxFV?= 綜上所述，動力頭液壓馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)所需要的輸入功率： 12P P P??=198KW。通過對比可知，擺 線馬達(dá)為中小功率低速大扭矩馬達(dá)且其 可靠性好、效率高、壽命長、噪音低、用途廣等特點 。 由上述計算可知，所選的液壓馬達(dá)排量不得小于 ，最大輸出扭矩不得小于 ，最高轉(zhuǎn)速不得小于 370r/min。 表 32 動力頭主要技術(shù)參數(shù) 最大回拖力 （ kN ） 最大回轉(zhuǎn)扭矩 （ ） 最大推拉力時進(jìn)給速度 （ m/min ） 最大回轉(zhuǎn)速度 （ r/min ） 200 150 動力頭零部件選型與設(shè)計 液壓馬達(dá)的選型 根據(jù)前面章節(jié)對動力頭結(jié)構(gòu)的研究，本文采用動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由 4 個相同的液 壓馬達(dá)驅(qū)動。 根據(jù)算得的最大推進(jìn)力 200kNF? 和最大回轉(zhuǎn)扭矩 1 ? ，對比國內(nèi)外各種不同型號的水平定向鉆機(jī)的參數(shù)，可以類比得到本水平定向鉆機(jī)的最大推拉力時進(jìn)給速度 ? ，動力頭最高回轉(zhuǎn)速度 150r/minn? 。 （ 2）刀盤阻力矩計算 刀盤阻力矩與刀盤半徑及土壤抗剪強(qiáng)度有關(guān)，根據(jù)文獻(xiàn)【 45t】得到其計算公式如下： 32 23 fTr??? 式中： 2T — 所受到土壤對其的阻力矩 r — 半徑，為所鋪設(shè)管線半徑的 倍，管線半徑為 300mm f? — 的抗剪強(qiáng)度，不同地質(zhì)土 壤的抗剪強(qiáng)度見表 21 所示。鉆桿摩擦阻力矩出現(xiàn)在機(jī)器回拖作業(yè)中回擴(kuò)鉆頭剛進(jìn)入土壤的時候。 因此： 2m a x 4 ( 0 .6 0 .0 3 ) 0 .0 3 7 8 .5 0 .6 1 2 0 .5 4 0 0 2 0 5 .9 2 0 04T KN KN?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 最大回轉(zhuǎn)扭矩 動力頭的回轉(zhuǎn)扭矩主要有兩方面的作用：一方面是孔穴內(nèi)整個鉆桿系統(tǒng)回轉(zhuǎn)時所受到的摩擦阻力距；另一方面是為刀盤（回擴(kuò)鉆頭等）提供動力，即克服刀盤阻力矩。泥漿對管段的凈浮力構(gòu)成對孔道的正壓力。此方法在軌跡曲線和擴(kuò)孔質(zhì)量良好的情況下運用。結(jié)合有關(guān)研究的結(jié)果和力學(xué)理論，以工程實際的統(tǒng)計資料為依據(jù)，目前國內(nèi)外對穿越管道最大回拖力的計算常用卸荷拱土壓力計算法，凈浮力計算法和絞盤計算法等三種計算方法。 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第 3 章 非開挖水平定向鉆機(jī)動力頭裝置參數(shù)的確定 最大回拖力 研究結(jié)果表明：在水平定向鉆機(jī)穿越施工中，最大回拖力受各種因素的影響，如：地質(zhì)條件、穿越曲線、泥漿性能、擴(kuò)孔工藝、管道規(guī)格等。 圖 液壓馬達(dá)直接驅(qū)動 圖 液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速箱減速驅(qū)動 圖 液壓馬達(dá)經(jīng)減速機(jī) 圖 單馬達(dá) +減速箱驅(qū)動 和減速箱減速驅(qū)動 （ 1液壓馬達(dá) 2傳動箱 3主軸 4接頭） 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 異側(cè)雙馬達(dá) +減速箱驅(qū)動 圖 同側(cè)雙馬達(dá) +減速箱驅(qū)動 （ 1液壓馬達(dá) 2傳動箱 3主軸 4接頭 ） （ 1液壓馬達(dá) 2減速箱 3主軸 5接頭） 圖 四液壓馬達(dá) +減速箱驅(qū)動 （ 1液壓馬達(dá) 2傳動箱 3主軸 4接頭） 動力頭推進(jìn)回拖系統(tǒng) 動力頭推進(jìn)回拖系統(tǒng)決定了動力頭裝置的最大回拖力，同時也就決定了水平定向鉆機(jī)鋪設(shè)地下管線的長度、鉆孔質(zhì)量和鉆機(jī)各項技術(shù)性能的發(fā)揮，推拉系統(tǒng)配合鉆架帶動動力頭一起做直線往復(fù)運動。 然而不同的液壓馬達(dá)在減速箱上的布置將會產(chǎn)生不同的效果。 HT— 58L 就是采用了這種驅(qū)動方式的，驅(qū)湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 動連接方式如圖 所示。 （ 3）液壓馬達(dá)經(jīng)減速機(jī)和齒輪箱減速驅(qū)動 這種方式采用一個或多個高速液壓馬達(dá)與減速機(jī)相連接后經(jīng)減速箱將動力傳遞到主軸，減速機(jī)選用行星齒輪減速機(jī)，一般 為一級減速箱?；剞D(zhuǎn)器設(shè)置一級齒輪減速箱以改善液壓馬達(dá)的輸出特性，增加了輸出扭矩。根據(jù)回轉(zhuǎn)扭矩的需要可以由一個、兩個、三個、甚至四個液壓馬達(dá)驅(qū)動。如 GBS— 10 型鉆機(jī)，驅(qū)動方式如圖 所示。 目前，國內(nèi)外的動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用齒輪傳動的驅(qū)動方式主要有以下三種：（ 1）液壓馬達(dá)直接驅(qū)動 這種方式通常采用的是通孔式低速大扭矩液壓馬達(dá)直接與主軸相連接，泥漿直接經(jīng)由馬達(dá)的通孔輸入。鏈傳動結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但是鏈條磨損快、輸出扭矩小、平衡性差。 湘潭大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 動 力 頭 系 統(tǒng)回 轉(zhuǎn) 系 統(tǒng) 推 進(jìn) 回 拖 系 統(tǒng)回轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)液壓驅(qū)動系統(tǒng)推進(jìn)回拖傳動系統(tǒng)推進(jìn)回拖液壓驅(qū)動系統(tǒng) 圖 水平定向鉆機(jī)動力頭結(jié)構(gòu) 動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)決定了動力頭的最大回轉(zhuǎn)扭矩，同時也決定了水平定向鉆機(jī)的擴(kuò)孔能力大小 [16]。具體的分類情況及各中型號的增加比例如表 2— 1 和圖 所 示 [15]。 動力頭是實現(xiàn)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)