-PAGE44-摘要目前，在我國直接為煤礦生產服務的鉆機，百分之八十以上在井下從事作業?，F有的鉆機所呈現的功率低、主軸轉速慢、鉆進速度慢、運輸不方便、勞動強度大工作效率低等缺點越來越明顯。本次設計就是對50米鉆機進行改進。改進后該鉆機具有以下優點，外型尺寸小，重量輕；易于解體，適應工作場地的更換；鉆機轉速快鉆進速度比以往都要快；TXU-50型鉆機主要由回轉器、給進機構、變速箱、鉆機操縱機構把手組成，配有控制測量儀表和其他一些輔助裝置。設計中著重考慮電機的選擇、變速箱和液壓系統的設計。提高電機功率從而提高主軸轉速，改進變速箱結構從而減小體積，以便運輸。關鍵詞：鉆機電機回轉器機械傳動系統液壓系統 AbstractCurrent,producetodrillthemachineministrantlyforthecoalminedirectlyintheourcountry,80%underthewellisengagedinthehomeworkabove.theexistingdrillingmachinepresentsthepowerlow,themainaxlerotationalspeedslow,sneaksinthespeedslowly,thetransportationnotconvenient,thelaborintensitybigworkingefficiencylowandsoontheshortcomingismoreandmoreobvious.Thisdesignisaimsat50metersdrillingmachinessomeimprovements.Belowtheimprovementthisdrillingmachinehasthemerit.Theoutlooksizesmall.Theweightislight.Easytodisintegrate,adaptionworkingareareplacement.Thedrillingmachinerotationalspeedquicklysneakedinthespeedformerlyalltohavetobequickerthan;Withthehydraulicpressureqiapanfixeddrillrod,theasfaraspossiblerealizationautomation,enhancedtheefficiency,reducedthefatiguestrengthTheTXU-50drillingmachinemainlybythegyrator,givestheorganization,thegearbox,thedrillingmachinecontrolmechanismandsooniscomposedthehand,hasthemonitorandothersomeauxiliaryunit.Inthedesignconsiderstheelectricalmachineryemphaticallythechoice,thegearboxandthehydraulicsystemdesign.Enhancestheelectricalmachinerypowerthustoenhancethemainaxlerotationalspeed,improvesthegearboxstructurethustoreducethevolume,inordertotransports.Keyword:DrillingmachineMotorCircumgyratewareTransmissionsystemHydraulicsystem目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1鉆機的發展 11.2項目的研究意義 11.3國內外科技現狀 11.4項目創新之處 21.5鉆機的工作原理 2第2章鉆機的總體設計 42.1鉆機的特點 42.1.1各部分結構設計 42.1.2鉆機的外形特點 42.1.3鉆機的總體設計方案 5第3章鉆機的技術特點 63.1鉆機的主要參數 63.2回轉器的主要參數 63.3電動機參數 63.4油泵參數 63.5水泵參數 6第4章動力機的選擇 74.1回轉器轉桿及破碎巖石所需功率的計算 74.2給進油缸所需功率的計算 84.3動力機功率的確定 9第5章機械傳動系統的計算 105.1主要運動參數的選擇 105.2變速箱的設計計算 115.2.1變速箱內各齒輪的主要參數和材料 115.2.2、齒輪對的強度較核 115.2.3、齒輪對的強度較核 135.2.4、齒輪對的強度較核 155.3回轉器的設計 175.3.1回轉器的結構特點 175.3.2零部件的強度與壽命計算 175.4軸的計算 195.4.1軸II的計算 195.4.2軸I的計算 235.5軸承的計算 265.6軸承的潤滑 265.7軸承的密封裝置 275.8密封與潤滑 28第6章液壓系統的設計 306.1鉆機液壓系統的作用 306.1.1鉆機液壓系統的作用 306.1.2液壓卡盤的設計與計算 316.1.3給進油缸的設計 33第7章經濟分析 34結論 35參考文獻 36致謝 37附錄1專題部分：AutoCAD環境下減速器軸設計的算法及實現 38附錄2外文翻譯 48第一章緒論1.1鉆機的發展現在的鉆機主要都是大型的用于較深的地質鉆探，但很多地方很多條件下都要用到輕巧的便于運輸的小型鉆機，比如一種較淺孔的，而如今50米鉆機一般都是手動卡盤，效率不是很高，鉆速也不是很高，鉆進速度慢。因此，設計在鉆機上配備了液壓卡盤我國自行設計、制造的鉆機已開始取代進口設備，舊式手把鉆機逐步被淘汰。隨著鉆探方法和鉆進工藝的不斷發展，鉆探設備也在不斷的更新換代，先后研制出TXU-700型、THJ-1500型、TK系列等液壓立軸式巖心鉆機和JTS系列水文水井鉆機。TK系列巖心鉆機具有扭矩大、變速范圍廣、液壓給進、自動夾持等特點，深尺鉆機裝有水剎車，使升降鉆具作業可靠省力，基本滿足煤炭鉆探進行繩索取心、金剛石鉆進、沖擊回轉鉆進等工藝的需要。煤炭地質系統的巖心鉆機、水文水井鉆機、工程勘察鉆機、鉆塔等設備已形成系列，鉆探設備基本實現國產化，并開始有少量出口。鉆進效率從1985年打鋼粒時的182m提高到現在的861m，鉆孔深度可達1400m。1.2項目的研究意義鉆機在鉆探設備中處于中心地位，它是一門應用性的學科，和其他科學領域一樣，是根據社會生產發展需要建立的。鉆機的不斷現代化始終與科學技術.制造工藝和材質水平緊密相連。同時，鉆機的更新取決于地質勘探和鉆進工藝的發展。而鉆機的發展與完善，又促進了鉆進工藝水平的提高。1.3國內外的科技現狀國內現狀：目前國內制造的巖心鉆機多是1500m以內的，局限性比較大，對于邊遠山區，濱海，凍土層，極地等地區進行鉆探是非常困難的。全液壓頂驅式車裝鉆機在國內還是試生產階段。只有機械傳動油壓軸式鉆機，維修方便，造價低，仍然是國內的主力設備。國外現狀：國外機構傳動鉆機，在巖心鉆機方面，仍分為立軸式和轉盤式兩種類型，其中立軸式鉆機占絕大多數。據統計美國每年開動地面巖心鉆機1500-2000臺之間，機械傳動油壓給進立軸式鉆機約占98%，全液壓動力頭鉆機僅占2%；在日本，蘇聯和澳大利亞也有類似情況；而瑞典和法國則全液壓鉆機發展較多。鉆機主要用于礦井內部，供鉆探深度為50米的各種角度的放水孔，地質構造孔，滅火孔，抽放瓦斯孔及其它用途的各種工程孔，也可以在地面鉆探深度為50米的地質勘探孔及其它用途的各種淺孔。該型鉆機可在各種不同硬度的巖層中鉆探任意角度的孔，尤其在煤層，軟巖石及中硬巖石中鉆孔效率為最高。研究內容主要為鉆進深度，鉆孔直徑，鉆孔傾斜角度，立軸轉速和行程，液壓給進壓力，卡盤工作壓力，轉速及提升負荷，配備動力。1.4項目創新之處1.外型尺寸小，重量輕；2.易于解體，適應工作場地的更換；3.支護迅速可靠；4.鉆機轉速快鉆進速度比以往都要快。5.用液壓卡盤固定鉆桿，盡可能的實現自動化，提高了效率，減輕了疲勞強度。1.5鉆機的工作原理鉆機主要由回轉器、給進機構、變速箱、鉆機操縱機構把手等組成，配有控制測量儀表和其他一些輔助裝置。鉆機由電機或柴油機帶動，經V帶傳給變速箱，通過變速箱完成對鉆具和升降機滾筒轉速的分級變速，再傳給回轉器，回轉器用來把扭矩傳給帶動帶有鉆頭的鉆具，同時鉆機還配有液壓系統，由液壓缸來完成鉆具的進給。有的鉆具用于手動卡盤固定，為了提高效率，一般采用液壓卡盤。鉆具的冷卻和巖屑的運出主要通過泥漿泵來完成。鉆機全貌圖如圖1-1圖1-1鉆機全貌圖第2章鉆機的總體設計2.1鉆機的特點2.1.1.各部分結構設計1.動力機是用來驅動鉆機的動力設備，常采用的動力機有電動機和柴油機兩種類型。由于本鉆機主要用于建筑工程場所，用電方便，故原則上選擇原動機為電動機。2.回轉器是阻擊立軸產生回轉及往復運動部分，主要有立軸式和轉盤式兩種類型。已選用立軸式。由于立軸式鉆機回轉器等進給裝置緊密結合成一個整體，回轉和進給傳動通過立軸與卡盤傳給鉆具，回轉器的彎角范圍大，導向性能好等特點，可以滿足鉆機的要求。3.變速箱是鉆機各部分中設計比較典型，復雜的。采用回歸式傳動形式。箱體內只有兩根軸即可實現變速與分動，移動齒輪可移動換檔，又可當結合子實現直傳。因此結構非常緊湊，體積小。變速，分動相結合，減少了了零件數目，有效利用變速箱內部空間。操縱機構采用了齒輪齒條撥叉機構。操縱靈活可靠。每個移動齒輪單獨控制，并有互鎖裝置，這種互鎖裝置安全可靠，結構簡單。增加卸荷裝置，改善了軸和齒輪的受力情況。4.進給機構，為了適應建筑場所地址條件復雜的特點，采用液壓油缸進給機構，可集中操作閥，方便工人掌握處理鉆進過程中產生的各種問題。5.卡盤是固定鉆桿的部件，用以實現不停車，鉆進，本設計采用液壓常閉式卡盤。2.1.2.目前，在我國直接為煤礦生產服務的鉆機,幾乎都是在井下從事作業。完成抽放瓦斯、防火滅火、探水、煤層注水、地質與工程等鉆孔任務。根據工作條件的特殊性，要求鉆機應具有以下特點：外型尺寸小、重量輕；易于解體、適應工作場地的更換；支護迅速可靠；盡可能實現自動化，減輕勞動強度；具有一定的起拔能力，而且效率高；堅固耐用，維修方便；機組集中，便于照顧；安全防爆。2.1.3確定TXU-50型鉆機的總體設計方案，對國內外鉆機的結構進行了分析。如今的50米鉆機一般都是手動卡盤，所呈現出來的問題是效率不是很高，鉆速也不是很高，鉆進速度慢。根據我國目前煤炭生產現狀，結合制造及使用的技術水平，確定本鉆機的設計為：1.考慮到井下、井上和野外作業，動力可選電機或柴油機；2.考慮到有軟巖石、硬巖石的鉆進，正常的鉆進速度鉆進；3.增加了液壓卡盤另配備手動卡盤，減輕勞動強度，配備快速增壓裝置；4.機器的動力傳遞采用機械和液壓相結合，即半液壓式鉆機；5.鉆機采用開箱式讓開孔口的方式；6.由于本機動力較大，動力由V型帶傳動到變速箱的傳動軸上易使傳動軸彎曲，所以增加了卸荷裝置；7.增加了液壓卡盤另配備手動卡盤，減輕勞動強度，配備快速增壓裝置；8.采用二級回歸式變速箱，減少變速箱體積，根據不同的地質條件，選用不同的鉆進速度。在滿足上述要求的同時，盡量結構簡單，操作方便，適于整體或解體搬運。盡量做到標準化,通用化，系列化。第3章鉆機的技術特點3.1鉆機的主要參數鉆進深度50mm開孔直徑89mm終孔直徑73mm鉆桿直徑42mm鉆孔角度0o~360o鉆機重量300kg外形尺寸8705501100（長寬高）扭矩200N.m95N.m3.2回轉器主要參數主軸轉速115r/min170r/min318r/min主軸行程40卡盤形式液壓卡盤主軸起重能力23500N3.3電動機參數電動機型號112M-4電動機功率5KW電動機轉速1420r/min電壓380V(或660V)3.4油泵參數油泵型號YBC-12/80額定轉速1500r/min額定工作壓力800N/cm2最大工作壓力1200N/cm23.5水泵參數型號TBW-50/1.5泥漿泵最大排水量50L/min最大壓力1.5MPa第四章動力機功率的確定4.1回轉器鉆桿及破碎巖石所需功率的計算1.設電機的輸出功率為N。那么N。＝1.2NjNj＝（Nh＋Ny）/η式中:Nh—回轉鉆進所需功率KWη—效率η=0.8Ny—油泵所需功率KWNh=N1+N2+N3式中:N1—井底破碎巖石、土層所需功率KWN2—鉆頭與孔底摩擦所需功率KWN3—回轉鉆桿所需功率KWNh回轉鉆進及破碎巖石、土層所需功率KW2.式中:m—鉆頭切削刃數取m=6n—立軸轉速r/minh—鉆進速度h=1.5cm/min.δ—巖石抗壓強度,其值見表3-1A—井底環狀面積，取鉆頭直徑D=7.7(mm)，內徑d=5.9(mm)，則A=3.N=式中:δ—孔底壓力或巖石抗壓強度.f—鉆具與巖石直接的摩擦系數f=0.5e—側摩擦系數e=1.1n—立軸轉速(r/min)R—鉆頭外圓半徑R=3.85cmr—鉆頭內孔半徑r=2.95cm4.N3=7.8×10－11×L×d2×n1。7(當n<200r/min時)N3=0.92×10－11×d2×r×L×n1。33(當n>200r/min時)式中：L—孔深，硬質合金鉆進時，取L＝150000mm金剛石鉆進時，取L＝75000mmd—鉆桿直徑，取d=50mm計算n—立軸轉速，(r/min)r—沖洗液比重。r=1.15將上述參數及立軸不同轉速代入上式，所得值列表4-1中。表4-1功率表c/r/min115170318N120000.090.100.114000380000.350.390.45100000.440.480.56120000.520.580.68N220000.440.651.2240000.881.312.4580001.772.624.89100002.213.276.12120002.653.927.34N31.863.628.45N20002.394.379.7840002.915.1211.1380003.986.6312.79100004.517.3713.13120004.948.1214.474.2給進油缸所需功率的計算1.給進油缸的基本參數1）給進油缸的數量n＝22）油缸直徑D＝55mm3）活塞桿直徑d＝30mm4）活塞桿有效行程L＝500mm5）油缸面積A1＝23.75cm26）活塞桿面積A2＝7cm27）有效面積A＝A1－A2＝16.76cm22．油缸工作壓力的計算油缸的最大推力為：W＝C＋Fm式中：W—油缸最大推力C—孔底最大壓力C＝13345NFm—鉆桿與孔壁間的摩擦力Fm＝q+ L+f式中：q—鉆桿定位長度重量q＝55.46N/mL—鉆桿長度L＝150mf—摩擦系數f＝0.35Fm＝55.46×1500×0.35=2911.65NW=13345+2911.65=16256.65N油泵的工作壓力PP=W/A=16256.65/16.76=970N/cm23.油泵最大工作流量計算油缸回程時的最大容油量:(L)油缸送進時的最大容油量:(L)當選用立軸的鉆進速度U=0.05m/min=0.5dm/min時,立軸送進時每分鐘油量為:(L/min)令活塞回程時間為0.3min，則回程所需油量為：(L/min)4.給進油缸功率NyNy=(KW)5.根據上面的計算,選用YBC—12/80型齒輪油泵(排油量12l/min,壓力800N/cm2)。油泵滿負荷時所需功率是:N=式中:P—額定壓力P=800N/cm2Q—額定流量Q=12l/minη1—機械效率η1=0.9η2—容積效率η2=0.71Ny=800×8/60×102×0.9×0.71=1.64KW4.3動力機功率的確定通過上面的計算表明，立軸鉆進時，進給所需之功率很小，而且油泵滿負荷工作時一般是立軸停止狀態。本鉆機選用4.5KW電動機能滿足鉆機的工作運轉。第5章機械傳動系統的計算5.1主要運動參數的選擇5.1.1回轉器的轉速范圍立軸的轉速變化范圍，取決于地質、鉆頭的直徑及鉆進方法。當用75mm鉆頭采用硬質合金和鉆粒鉆進時，根據國內的經驗，立軸轉速n=90~400r/min為適宜，本鉆機采用立軸轉速為115r/min、170r/min、318r/min。5.1.2電動機轉速電動機轉速為1440r/min5.1.3傳動系統的計算圖5-1機械傳動路線圖立軸轉速：nⅠ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z3/Z4×Z7/Z8=1440×100/200×31/54×33/52×19/43=115.90≈115r/minnⅡ=n×D1/D2×Z1/Z2×Z5/Z6×Z7/Z8=1440×100/200×31/54×41/44×19/43=170.18≈170r/minnⅢ=n×D1/D2×Z1/Z4內×Z7/Z8=1440×100/200×31/31×19/43=318.14≈318r/min表5-1齒輪參數及材料表項目代號齒輪模數齒寬變位系數材料硬度齒頂高系數壓力角Z131220020CrMnTiRc57~621200Z254220040CrRc45~501200Z333220040CrRc45~501200Z452220040CrRc45~501200Z541220040CrRc45~501200Z644220040CrRc45~501200Z7193.520020CrMnTiRc57~620.8200Z8433.520020CrMnTiRc55~600.82005.2變速箱的設計計算.2、齒輪對的強度校核1.齒面接觸強度的校核（1）計算齒輪的齒面接觸強度u—齒數比u=Z2/Z1=54/31=1.7Ft—分度圓上的圓周力Ft=2T/d按式：Ft=T=T—轉矩（KW）n—轉速（r/min）則T=9549P/n=9550×4.5/720=59.69（）T=9550×4.5/413=104.06（）Ft1=2T1/d1=2×59.69/62=1.93（KW）Ft4=2T4/d4=2×104.06/108=1.93（KW）V=π×0.062×720/60=2.34（m/s）V=π×0.108×413/60=2.34（m/s）查表得：KA—使用系數取KA=1KV—動載荷系數取KV=1.12—載荷分布系數取K=1.388—載荷分配系數取K=1.2—材料彈性系數取=189.8—節點區域系數取=2.5—接觸強度重合系數所以:=630（MPa）=397（MPa）（2）確定許用接觸應力－試驗齒輪的接觸疲勞極限應力=1100（MPa）、－接觸強度壽命系數?。?.02＝1.067＝11001.021/1.25=897(MPa)＝11001.0671/1.25=932(MPa)∴<,<2.校核齒根彎曲強度（1）計算齒輪的齒根彎曲強度查表得：—彎曲強度計算的齒向載荷分布系數=1.31—齒間雜和分配系數=1.2—符合齒形系數5=2.52，6=2.32—重合系數=1代入得（2）確定許用彎曲應力查表得：—彎曲疲勞強度極限應力=300MPa—彎曲疲勞強度系數取=2—彎曲強度尺寸系數取=1—相對齒根圓角敏感性系數取=1—相對表面狀況系數取=1—最小安全系數取=1代入得：∴∴安全5.2.3、齒輪對的強度校核1.齒面接觸強度的校核（1）計算齒輪的齒面接觸強度u—齒數比u=Z4/Z3=52/33=1.58Ft—分度圓上的圓周力Ft=2T/d按式：Ft=T=T—轉矩（KW）n—轉速（r/min）則T=9549P/n=9550×4.5/413=104.04T=9550×4.5/262=164.00Ft3=2T3/d3=2×104.04/66=3.15（KW）Ft4=2T4/d4=2×164.00/104=3.15（KW）V=π×0.066×413/60=1.43（m/s）V=π×0.104×260/60=1.42（m/s查表得：KA—使用系數取KA=1KV—動載荷系數取KV=1.12—載荷分布系數取K=1.388—載荷分配系數取K=1.2—材料彈性系數取=189.8—節點區域系數取=2.5—接觸強度重合系數取=0.87所以：=575.5（MPa）=548.6（MPa）（2）確定許用接觸應力－試驗齒輪的接觸疲勞極限應力=1100（MPa）、－接觸強度壽命系數?。?.06＝1.07＝11001.061/1.25=932.8(MPa)＝11001.071/1.25=941.6(MPa)∴<,<2.校核齒根彎曲強度（1）計算齒輪的齒根彎曲強度查表得：—彎曲強度計算的齒向載荷分布系數=1.31—齒間雜和分配系數=1.2—符合齒形系數5=2.34，6=2.28—重合系數=1代入得（2）確定許用彎曲應力—彎曲疲勞強度極限應力取=300MPa—彎曲疲勞強度系數取=2—彎曲強度尺寸系數取=1—相對齒根圓角敏感性系數取=1—相對表面狀況系數取=1—最小安全系數取=1代入得：∴∴安全5.2.4Z5、Z6齒輪對的強度校核1.齒面接觸強度的校核（1）計算齒輪的齒面接觸強度u—齒數比u=Z6/Z5=44/41=1.07Ft—分度圓上的圓周力Ft=2T/d按式：Ft=T=T—轉矩（KW）n—轉速（r/min）則T5=9549P/n=9550×4.5/413=104.06（）T6=9550×4.5/385=111.62（）Ft5=2T5/d5=2×104.06/82=2.54（KW）Ft6=2T6/d6=2×111.62/88=2.54（KW）V=π×0.082×413/60=1.77（m/s）查表得：KA—使用系數取KA=1KV—動載荷系數取KV=1.12—載荷分布系數取K=1.388—載荷分配系數取K=1.2—材料彈性系數取=189.8—節點區域系數取=2.5—接觸強度重合系數取=0.87所以：=1414.8MPa（2）確定許用接觸應力—齒輪的接觸疲勞極限應力=1200（MPa）ZNT—接觸強度壽命系數N=60×r×n×t=60×1×720/1×9600=4.5×108r—齒輪每轉內輪的同一側面的嚙合次數取r=1n—齒輪轉數取n=720（r/min）t—對應于齒輪的計算載荷的總工作小時數t=2×16×300=9600（h）∴ZNT=1.2ZLVR—潤滑油膜影響系數取ZLVR=1.06Zw—工作硬化系數取Zw=1SHLim—接觸強度的最小安全系數取SHLim=1∴∴∴安全2.校核齒根彎曲強度（1）計算齒輪的齒根彎曲強度查表得：—彎曲強度計算的齒向載荷分布系數取=1.3—齒間雜和分配系數取=1.03—符合齒形系數取5=2.32，6=2.31—重合系數取=1代入得（2）確定許用彎曲應力查表得：—彎曲疲勞強度極限應力取=300MPa—彎曲疲勞強度系數取=2—彎曲強度尺寸系數取=1—相對齒根圓角敏感性系數取=1—相對表面狀況系數取=1—最小安全系數取=1代入得：∴∴安全5.3回轉器的設計5.3.1回轉器的結構特點結構特點：回轉器是由本體、立軸、立軸導管、弧齒錐齒輪等組成。立軸上端裝有常閉式液壓卡盤。其特點是：（1）尺寸小、緊湊；（2）回轉器適用于各種角度孔的鉆進；（3）離開孔口采用開箱式，簡單可靠，減輕鉆機重量；（4）采用液壓卡盤，提高效率，減輕勞動強度。5.3.2零部件的強度與壽命計算1.弧度錐齒輪副的強度校核Z7、Z8的主要參數見表5-1。則可得以下數據：小圓錐大端直徑大圓錐大端直徑錐距R=其中：δ7=arctg(z7/z8)=23.8°取b=20mm圓整為6mm齒面硬度Z7為HRC52、Z8為HRC572.齒面接觸強度的校核（1）計算齒輪的齒面接觸強度其中：Fmt—名義圓周力Fmt=3677（N）beH—有效齒寬beH=20（mm）KA—使用系數KA=1.25KV—動載系數KV7=KV8=1KHβ—齒向載荷分布系數KHβ=1.2KHα—齒向載荷分配系數KHα=1ZH—接點區域系數ZH=1ZE—彈性系數ZE=189.8Zβ—接觸強度Zβ==0.9ZK—接觸強度計算的錐齒輪系數ZK=0.85（2）許用應力其中：—接觸疲勞極限應力=458（MPa）—接觸強度計算尺寸系數=0.9—潤滑劑系數=1.0—速度系數=1.1=453.42（MPa）∴安全2.彎曲疲勞極限應力（1）計算齒根彎曲應力其中：Ft—作用于大端分度圓上的切向力Ft==3677（N）Yx—尺寸系數Yx=1beF—有效寬度beF=0.85b=17（mm）=96.56（MPa）（2）齒根彎曲疲勞極限應力—彎曲疲勞極限應力=180（MPa）YST—應力修正系數YST=2.0=360（MPa）∴安全5.4軸的計算5.4.1軸Ⅱ的計算n=413r/min材料:40Cr機械性能：1.軸的力計算（1）載荷圖及支點反力如圖5-2外加載荷：軸上作用齒輪—、—圖5-2載荷圖其中：其中：N=0.96×0.96×3.52=3.244（KW）（N）其中：錐齒輪取支點反力（2）彎矩的計算（Ⅰ-Ⅰ與Ⅱ–Ⅱ截面）Ⅰ-Ⅰ截面的計算Ⅱ–Ⅱ截面的計算合成彎矩（3）扭矩的計算（4）扭矩圖如圖5-3圖5-3扭矩圖（5）Ⅱ–Ⅱ剖面處的抗彎模量W=0.1d3=3.277σ=MⅡ/W=68.2（MPa）σ≤[σ-1]=69（MPa）強度滿足（6）安全系數校核抗彎剖面模量Wr=0.2d3=6.554cm3彎曲應力幅=MwWA/2W=22347.7/3.277=68.2（MPa）扭剪應力幅彎曲平均壓力扭矩應力幅τm=T/(WV)=593.7/(3.277×0.9)=108.4（MPa）彎曲有效應力集中系數Kσ=1.89扭矩有效應力集中系數Kτ=2.48表面狀況系數β=1絕對尺寸系數εσ=0.77，στ=0.81疲勞極限σ-1=350（MPa），τ-1=191（MPa）扭剪極限強度τβ=0.6σb壽命系數KV=1等效系數Ψσ=0.25Ψτ=0.15Sσ=σ-1/(Kσ/βεσ×σσ+Ψσσm)=2.06Sτ=τ-1/(Kτ/βετ×τσ+Ψττm)=10.03S>[S]=1.5∴安全5.4.2軸Ⅰ的計算n=720r/min材料:40Cr機械性能：調質HB220-2501.軸的力計算（1）載荷圖及支點反力外加載荷：如圖5-4圖5-4載荷圖其中）支點反力（2）彎矩的計算合成彎矩（3）扭矩的計算（4）扭矩圖如圖5-5圖5-5扭矩圖（5）求當量彎矩Md，并驗算軸的強度Md=Ⅰ–Ⅰ剖面處的抗彎模量為：W=0.1d3=2.924σ=Md/W=19.31MPaσ≤[σ-1]=69MPa強度滿足（6）安全系數校核抗彎剖面模量Wτ=0.2d3=5.849（cm3）彎曲應力幅=MwWA/2W=16.12(MPa)扭剪應力幅彎曲平均壓力(MPa)扭矩應力幅τm=T/(WV)=5310.5(MPa)彎曲有效應力集中系數Kσ=1.89扭矩有效應力集中系數Kτ=2.48表面狀況系數β=1絕對尺寸系數εσ=0.77，στ=0.81疲勞極限σ-1=350MPa，τ-1=191MPa扭剪極限強度τβ=0.6σb壽命系數KV=1等效系數Ψσ=0.25Ψτ=0.15Sσ=σ-1/(Kσ/βεσ×σσ+Ψσσm)=8.73Sτ=τ-1/(Kτ/βετ×τσ+Ψττm)=12.43S>[S]=1.5∴安全5.5軸承的計算回轉器本題上下端采用1615軸承兩套，Ⅰ軸兩端采用306和207軸承各一套，Ⅱ軸兩端采用36208軸承兩套，因安裝形式與結構尺寸均與TXU—75米鉆機類同，而本鉆機的工作載荷較75米鉆機小的多，所以，各軸承的壽命計算略。5.6軸承的潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減低接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。此外，也有使用固體潤滑劑潤滑的。選用哪一類潤滑方式，這與軸承的速度又管，一般用滾動軸承的dn值（d為滾動軸承內徑，mm;n為軸承轉速，rpm）表示軸承的速度大小。脂潤滑由于潤滑脂是一種粘稠的凝膠狀材料，故油膜強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加油可以維持相當長的一段時間。對于那些不便經常添加潤滑劑的地方，或那些不允許潤滑油流失而致污染產品的工業機械來說，這種潤滑方式十分詩意。他的缺點是只適用于較低的dn值。潤滑脂的主要性能指標為針入度和滴點。軸承的dn值大、載荷小時，應選針入度較大的潤滑脂；反之，應選用針入度較小的潤滑脂。此外，軸承的工作溫度應比潤滑脂的滴點低，對于礦物潤滑脂，應低10～20℃，對于合成潤滑脂，應低20～30℃。油潤滑在高速高溫的條件下，只潤滑不能滿足要求時可采用油潤滑，潤滑油的主要特性使粘度，轉速愈高，應選用黏度愈低的潤滑油；載荷愈大，應選用黏度愈高的潤滑油。根據工作溫度及dn值，可選出潤滑油應具有的黏度值，然后根據粘度從潤滑油產品中選出相應的潤滑油的牌號。油潤滑時，常用的潤滑方式有下列幾種：（1）油浴潤滑把軸承局部侵入潤滑油中，油面應不高于最低滾動體的中心。這個方法不適于高速，因為攪動油液劇烈時要造成很大的能量損失，以致引起油液和軸承的嚴重過熱。（2）滴油潤滑適用于需要定量供應潤滑油的軸承部件，滴油量應適當控制，過多的油量將引起軸承溫度的增高，為實地有通暢，嘗試用黏度較小的10號機械油。（3）飛濺潤滑這是一般閉式齒輪傳動裝置中的軸承常用的潤滑方法，即利用齒輪的轉動把潤滑齒輪的油甩到四周壁面上，然后通過適當的溝槽把又引入軸承中去。這類潤滑方法所用裝置的結構形式較多，可參考現有機器的使用經驗來進行設計。（4）噴油潤滑適用于轉速高，載荷大，要求潤滑可靠的軸承。用油泵將潤滑油增壓，通過油管或機殼內特制的油孔，井噴咀將有噴射到軸承中去；流過軸承后的潤滑油，經過過濾冷卻后再循環使用。為了保證又能進入高速轉動的軸承，噴嘴應對準內圈和保持架之間的間隙。油泵壓力一般約為0.3～0.5MPa。（5）油霧潤滑當軸承滾動踢得線速度很高，例如dn值大于時，常采用油霧潤滑，以避免其他潤滑方式有愚公有過多，油的內摩擦增大而增高軸承的工作溫度。潤滑油在油霧發生器中變成油霧，其溫度比液體潤滑油的溫度低，這對冷卻軸承來說也是有利的。但潤滑了軸承后的油霧，可能部分地隨空氣散佚，要污染環境。故在必要時，宜用油氣分離器來收集油霧，或者采用通風裝置來排除廢氣。相比較之下，采用脂潤滑比較符合本設計。5.7軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止潤滑劑流失而設置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。接觸式密封在軸承蓋內放置軟材料與轉動直接接觸而起密封作用。常用的軟材料有細毛氈、橡膠、皮革、軟木等；或者放置耐磨硬質材料（如加強石墨、青銅、耐磨鑄鐵等）與轉動軸直接接觸以進行密封。下面是幾種常用的結構形式：（1）氈圈密封在軸承蓋上開出梯形槽，將細毛氈按標準制成環形（尺寸不大時）或帶形（尺寸較大），放置在梯形槽中以與軸密和接觸；或者在軸承蓋上開缺口放置毛氈，然后用另外一個零件壓在毛氈上，以調整毛氈與軸的密和程度，從而提高密封效果。這種密封結構簡單，但摩擦較嚴重，只用于滑動速度小于4～5m/s的地方。與毛氈相接觸的軸表面如經過拋光且毛氈質量高時，可用到滑動速度達7～8m/s之處。（2）唇形密封圈密封在軸承蓋中，放置一個用耐油橡膠或皮革制的、并組裝在一個鋼外殼之中的整體部件——密封皮碗，皮碗直接壓在軸上。為了增強密封效果，用一環形螺旋彈簧壓在皮碗的唇部。皮碗可以有一個或兩個密封唇，蜜蜂出的方向要朝向密封的部位。即如果主要是為了封油，密封唇應對著軸承（朝內）；如果主要是為了防止外物浸入，則密封唇應背著軸承（朝外）；如果兩個作用都有，最好是用具有兩個方向相反的密封唇的皮碗。這種結構安裝很方便，也易于更換。它可用到接觸面滑動速度小于10m/s（當軸徑是精車的）或小于15m/s（當軸徑是磨光的）處。軸徑與皮碗接觸出最好經過表面硬化處理，以增強耐磨性。（3）密封環密封環是一種帶有缺口的環狀密封件，把它放置在套筒的環槽內套筒與洲一起轉動，密封環靠缺口貝壓攏后所具有的彈性而抵緊在靜止外患德內孔壁上，即可起到密封的作用。各個接觸表面均需經硬化處理并磨光。密封環用含鉻的耐磨鑄鐵制造，可用于滑動速度小于100m/s之處。在滑動速度為60～80m/s范圍內，也可以用錫青銅制造密封環。（4）斷面密封斷面密封的結構形式很多，密封元件可用塑料、碳化鎢、強化石墨等材料制造。這些材料都具有自潤滑性能，摩擦系數低，可以在較高的滑動速度下工作。在這個結構中，密封環被波形彈簧通過石墨坐壓貼在旋轉盤的端面上。旋轉盤端面經過鍍鉻拋光，一邊是密封環與旋轉盤端面沿整個圓周密切貼合。非接觸式密封使用接觸式密封，總要在接觸處產生滑動摩擦。使用非接觸式密封，就能避免此缺點。常用的非接觸式密封有以下幾種：隙縫密封在軸和軸承蓋的通孔壁之間留有一個極窄的隙縫，半徑間隙通常為0.10～80mm。這對使用脂潤滑的軸承來說，已具有一定的密封效果。設計中采用氈圈密封采用型號為HG4-692-67油封。5.8密封與潤滑整個減速器的齒輪和軸承的潤滑和是非常重要的問題。減速器中的齒輪傳動，大都用油潤滑。選擇潤滑油的黏度、牌號和潤滑方法時，主要根據齒輪傳動的工作條件，但也必須對軸承的潤滑作相應的考慮。對于兩級、三級傳動的鉆機，其潤滑油的黏度可按高速級及低速級所需黏度的平均值來選取。對于圓周速度v<12m/s的齒輪傳動，可采用浸油潤滑，對于速度雖較高，但工作時間持續不長的齒輪傳動，也可采用浸油潤滑。用僅有潤滑時，以圓柱齒輪的整齒高浸入油中為適度，但不應少于10mm;圓錐齒輪則應將整個齒寬（至少是辦個齒寬）浸入油中。對于多級傳動，若低速級大齒輪的圓周速度V<0.5~0.8m/s,浸油深度可適當大一些。僅有深度可達1/6~1/3的分度圓半徑。若低速級大齒輪的圓周速度較高，為避免高速級大齒輪的浸油深度為一齒高時，高速級齒輪可采用帶油輪、濺油輪的辦法來潤滑；也可把油池按高、低速級傳動隔開，并按各級傳動尺寸大小分別決定相應的油面高度。當傳動零件的圓周速度超過上述限制值時，齒輪傳動可采用噴油潤滑。噴油潤滑也常用于速度不高、但工作繁重的中型減速器，或需要借潤華進行冷卻的重要減速器。減速器的軸承常用減速器內用來潤滑齒輪的由來潤滑。為此，必須保證油池中的又能飛濺到箱蓋內壁上，并沿壁面流入箱體分箱面凸緣上的油溝內，然后沿油溝流入軸承。對于不同箱內的油來潤滑的軸承，用潤滑油脂或其他潤滑油來潤滑的軸承，除了要加裝有關的潤滑裝置外，還必須保證良好的密封。為保證減速器各接縫面不滲漏潤滑油，必須保證各接縫面的密封性。應在裝配減速器時，再分箱面上涂以密封膠，或沿箱體的分箱面凸緣制出回油溝；在軸承端蓋、檢查孔蓋板以及油標、油塞等與箱體、箱蓋的接縫面間均需加裝紙封油墊（或皮封油圈）；主、從動外伸軸段與軸承端蓋間的動連接處，必須有可靠的密封。第6章液壓系統的設計6.1鉆機液壓系統的作用6.1.1鉆機液壓系統的作用1.實現液壓卡盤的松卡鉆桿動作；2.實現鉆機鉆進時給進動作；3.實現強力的起拔作用。根據這些要求設計如圖6-1。圖6-1液壓系統圖液壓卡盤的設計與計算卡盤的工作原理是夾緊鉆桿依靠碟形彈簧安裝時的預緊力，使卡圈上移，卡圈內斜面的作用，位于T形槽內帶動卡瓦徑向移動，即夾緊六方形主動鉆桿的三個平面，帶動鉆具可做上、下活動及鉆進。當松開卡盤時，是靠加入卡盤油缸中的壓力油克服碟形彈簧的彈力，并壓縮形彈簧，迫使活塞及卡圈下移，由于卡圈離開了卡瓦，主軸的兩個漲環將卡瓦彈回到圓錐面外徑的位置，完成松開鉆桿的動作。卡盤夾緊力的大小，取決于碟形彈簧的軸向推力，軸向推力越大，夾緊力就越大?？ㄍ邔︺@桿的夾緊力N卡瓦對鉆桿的夾緊力N必須滿足下式：式中：Q—最大起拔力Q=9500（N）f—卡瓦與鉆桿的摩擦系數f=0.5所以N≥Q/f=9500/0.5=19000(N)2.碟型彈簧的軸向推力如圖6-2示圖6-2彈簧軸向推力圖由圖6-2可知，彈簧對卡瓦的軸向推力F0為式中：N—卡瓦與鉆桿間的法向推力α—卡瓦的斜角α=8°γ—當量摩擦角γ=8.5°K—儲備系數K=1.6所以=9000（N）3.卡盤松開時所需油壓的計算碟型彈簧松開卡盤時所需油壓力為：P=P/S其中：P—碟型彈簧的最大理論彈力P=10630（N）S—環狀油缸面積D—油缸直徑D=17cmd—活塞桿直徑d=14cm所以=73cm2P=10630/73=18.6（MPa）4.碟型彈簧總變形量的計算碟型彈簧示意圖如圖6-3圖6-3彈簧示意圖式中：ΔL—碟型彈簧總變形量σ—片彈簧的變形量n—彈簧片數n=9九片彈簧預壓變形最低為30.375mm，最大為40.5mm,卡圈軸向移動范圍只能在ΔL=40.5-30.375mm=10.12mm?？ㄍ邚较蛏炜s量的計算Δd=2ΔLtgα=2×10.12×tg8°=2.84式中：Δd—卡瓦徑向伸縮量α—卡瓦的斜角α=8°6.剛體強度的計算油缸壁厚為：t=Pp×D/2×σP式中：Pp—試驗壓力Pp=Pn×150%當Pn>16MPaPp=Pn×125%Pn—工作壓力（Pa）D—油缸內徑D=170(mm)σP—缸體材料許用拉壓力σP=σb/Sσb—材料抗拉強度S—安全系數S=3.5~5取S=3.5Pn=600×104(Pa)Pp=600×104×150%=900×104(Pa)σP=σb/S=60×106/3.5=17×106(Pa)t=900×104×0.17/2×17×106=4.5(mm)取t=8mm所以滿足要求給進油缸設計給進油缸的結構為雙作用單活塞桿往復運動油缸，所起的作用是：1.完成鉆孔過程中的給進運動；2.當卡鉆及處理事故時，配合油壓卡盤起拔。油缸直徑計算根據所需油缸最大作用力以及液壓系統的最大工作壓力可求得油缸直徑。式中：D—油缸計算直徑P—油壓系統的調整壓力，P=600（N/cm2）P2—油缸最大起拔力，P2=9500（N）第7章經濟分析本次設計的TXU-50型鉆機是在原有的TXU-50米鉆機基礎上進行改良改裝從而實現其結構簡化，降低成本。產品的價值工程的目的在于以最低的成本可靠的實現產品的必要的功能，從而達到擁護滿意，增加制造企業的經濟效益，將價值工程運用本鉆機設計，從分析產品的功能出發，然后分析產品的成本，進行功能與成本比較，從而判斷產品的價值，使TXU-50型鉆機更為經濟實用。對現有的鉆機進行分析，生產一臺50型鉆機的花費，和賣出一臺鉆機的價格基本上差不了多少，所以利潤很小，主要原因是主軸轉速低，鉆進速度慢，如果提高鉆速、增加液壓卡盤對提高利潤和消費者提高效率都有幫助。本次設計是對現有的50米鉆機進行改造，把雙手動卡盤換為一手動卡盤和一液壓卡盤，主要以液壓為主，手動卡盤作臨時的準備，這樣在一定程度上降低了成本；根據本鉆機設計功能要求出發，鉆機在工作過程中要求有三種轉速：318r/min.170r/min.115r/min。這樣既提高了轉速，增快了鉆進速度節省了時間，又能適應各種環境條件，這樣成本提升不是很高。.原動機根據施工地點的不同選用電動機，也可用柴油機，保證其互換性，擴大原動機的使用范圍，使鉆機使用地點擴大。綜合來看改進后，TXU-50型鉆機提高了轉速，擴大了油壓操作范圍，提高了操作機械化程度，因而減輕了操作者的勞動強度，更提高了勞動效率，可以說是給社會帶來了更大的效益，所以在市場前景廣闊和成本降低的措施下，本設計方案可以達到預期的目的，具有開發的價值。結論TXU-50型鉆機設計是對現有的鉆機進行了改進，用于地質勘探巖心深度達到50米的一中鉆機。在設計上，照顧到大小口徑兼用，既能用硬質合金鉆進，鉆粒鉆進，對回轉器稍加改進又適用于小口徑金剛石快速鉆進。在整體說，鉆機可分四大部分：基礎部分、機械傳動系統、液壓傳動系統及輔助裝置。正常情況下，只需要一個人操作，即可控制鉆機的回轉、鉆進、加壓、減壓、提升、下降、倒桿等工序。操作輕便、靈活，減輕體力勞動。鉆機重量輕，適合山區搬運。鉆機與水泵分別采用兩臺柴油機單獨驅動，不但縮小了柴油機的單機重量，而且使機場布置合理靈活，便于山區減少平地基的工作量。油壓鉆機由于采用液壓系統進行操縱、控制，其優點如下：（1）在減壓鉆進過程中，因給進油缸活塞上、下腔，經常充滿液壓油，當遇到溶洞、采空區地層，鉆桿會突然下降，或鉆桿折斷下降時，能保護鉆具安全懸空。（2）采用液壓給進，使孔底給進壓力平穩、均勻。并且配有孔底壓力指示表，可根據巖石可鉆性及鉆進方法，確定孔底軸心壓力，進行加壓、減壓鉆進。（3）利用給進油缸上升作用，可代替千斤頂，處理卡、埋鉆具事故及起拔套管，用調壓手輪，將壓力調至額定壓力。壓力油進入油缸下腔就能產生較大的起拔力，利用給進油缸下行的壓力，可做簡易壓力機，校直鉆具，向下壓力大。（4）液壓卡盤松卡鉆具，配合六方主動鉆桿，實現不停鉆倒桿，節省輔助時間，同時減輕體力勞動強度。（5）鉆機整體可在底座上前后移動，在升降鉆具時，讓開孔口，使擰卸鉆具工作方便。由于機體可移動，只要調節底座上斜塊即可，便于在安裝時，反復校對立軸和孔口中心線而節省時間。（6）鉆機配有附件液壓擰管機，操作簡便，加快鉆具擰卸速度，降低輔助時間，減輕勞動強度。提高了主軸轉速，擴大了油壓操作范圍，提高了操作機械化程度，因而減輕了操作者的勞動強度，更提高了勞動效率，可以說是給社會帶來了很大的經濟效益。參考文獻1王秉晉油壓鉆機知識。地質出版社，19782成大先機械設計手冊（第一卷）。第四版?；瘜W工業出版社，20023江耕華陳啟松等。機械傳動設計手冊。煤炭工業出版社，19924錢苗根材料表面技術及其應用手冊。機械工業出版社，19985張強巖心鉆探設備及設計原理。地質出版社，19836徐灝機械設計手冊（第3卷）。機械工業出版社，20017趙家齊機械制造工藝學。哈爾濱工業大學出版社，20008何元庚機械原理與機械零件。高等教育出版社，19829李洪人液壓控制系統。國防工業出版社，198110周士昌液壓系統設計圖集。機械工業出版社，200411周士昌液壓氣動系統設計運行禁忌470例。機械工業出版社，200212官忠范液壓傳動系統。北京機械工業出版社，198113張立平液壓氣動系統設計手冊。北京機械工業出版社，199714蔡文彥液壓傳動系統。上海交通大學出版社，199015章躍機械制造專業英語。機械工業出版社，200316關石明現代鉆機手冊。北京航空航天大學出版社，200017馮德強鉆機設計。中國地質大學出版社，199818王憲軍，趙存友液壓傳動。哈爾濱工程大學出版社，200219濮良貴，紀名剛機械設計。高等教育出版社，200420馬永輝，徐寶富，劉紹華工程機械液壓系統設計計算。機械工業出版社，198521吳宗澤機械結構設計。機械工業出版社，198822李華機械制造技術。機械工業出版社，199723王連明機械設計課程設計。哈爾濱工業大學出版社，199624殷琨發展中的沖擊回轉鉆進技術。探礦工程（第5期），199725張直名滑動軸承的流體動力潤滑理論。高等教育出版社，1988致謝首先感謝我的指導教師王憲軍老師在我畢業設計過程中給予了我很大的幫助，同時也感謝每位在我畢業設計中指導和幫助過我的老師。因為在你們的幫助下，我才能順利的完成畢業設計。為此我會努力做好本次畢業設計的每個步驟，每個細節。以回報學校和老師對我的栽培。通過本次設計，使我對這四年的知識學習有了一個總體的檢驗，達到了畢業設計的目的。由于對這方面經驗的不足，設計中會出現不妥當的地方，希望經過老師的點評和指導進行改正以便能做的更好。在這里我對每位在我們畢業設計中辛苦工作的老師們深表感謝！附錄1專題部分AutoCAD環境下減速器軸設計的算法及實現摘要：基于AutoCAD2000平臺，探討了減速器齒輪軸CAD中的關健問題，提出了減速器軸的力學模型和結構特征，利用開發的軸設計程序，使軸設計中的強度計算、結構設計及繪圖連成一體，從而使減速器的自動化設計成為可能。關健詞：減速器；軸；CAD1概述減速器設計中，難度最大的部件當數減速器的齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關鍵部件，其設計包含兩個主要內容：強度計算和結構設計。實際設計中，這二者互相關聯、互相影響，此外，軸在減速箱體中的裝配位置、軸上零件的結構及裝配都會直接影響軸的結構及強度，因而齒輪軸的設計十分復雜，一直是減速器設計中的“瓶頸”。本文的研究在于探討開發實用程序，實現減速器齒輪軸設計的自動化，使軸的強度計算、結構設計、工作圖繪制一體化，真正體現計算機輔助設計系統的特點，從而提高產品設計效率和設計質量。我們在AutoCAD2000的平臺上，以ObjectARX作為開發工具，充分利用VisualC++可視化編程、便于交互等特點，以及AutoCAD2000強大的二維、三維繪圖功能，將傳統設計與計算機技術有機結合，使減速器設計的“瓶頸”問題得以較好解決。2齒輪軸的力學模型

建立齒輪軸的力學模型，是實現減速器齒輪軸的設計自動化關鍵之一。首先我們對實際減速器的受力情況進行分析。圖1減速器簡圖圖1是一個比較典型的圓錐一圓柱齒輪減速器，其上有三個齒輪軸，每個軸均由兩個軸承支撐在箱體上，軸的結構及受力各有特點：I軸兩端外伸，軸兩端分別安裝有錐齒輪、聯軸器(或帶輪)，錐齒輪端受到II軸傳來的軸向力及切向力，聯軸器端與原動機相連，接受原動機輸人的扭矩；II軸兩端簡支無外伸部分，兩支撐之間安裝有兩齒輪，齒輪分別受到I軸、III軸傳來的軸向力及切向力；III軸一端外伸，外伸端通過聯軸器(或鏈輪)與工作機相連，將動力輸出。考察各種不同的減速器，其軸的受力情況主要有這樣三種形式。三種形式的受力簡圖如圖2所示。圈2軸的三種受力簡圖分析這三種軸的受力情況，根據力學原理，進行歸納整理，表達在空間直角坐標系XYZ中，如圖3所示。圖3軸的力學模型其中，軸的B支座處設為坐標系原點，沿軸線方向設為X軸，垂直于軸線的方向設為Y軸和Z軸，從而構成減速器齒輪軸受力模型。在受力模型上，分布有以下幾種載荷：垂直方向集中力(Fy1,Fy2)及力矩(My1,My2)、水平方向集中力(Fz1,Fz2)及力矩(Mz1,Mz2)。垂直支反力(Rva,Rvb)、水平支反力(Rza,Rzb)、軸上扭矩T1、T2等。

軸上各點力的大小不同，可演化成不同類型的受力軸：若C處各力為0，則形成I類型的受力軸；若A、E處各力為0，且C處力分解為兩個力，則形成II類型的受力軸；若E處各力為0，則形成III類型的受力軸。

按照力學原理，將各力分別向坐標面投影，得軸上任一點處的彎矩如下：將兩平面彎矩合成為一空間彎矩，得總彎矩再將彎矩M與扭矩T合成當量彎矩：根據上述計算結果，繪制出當量彎矩圖，最后依照檢驗軸的危險截面，保證在軸的任何處截面上，都有否則需要進行重新設計。

3減速器齒輪軸的結構特征

減速器齒輪軸的強度設計不是孤立進行的，是在結構設計的基礎上展開的。減速器齒輪軸的結構設計主要是用來確定軸的合理外形(軸各段直徑及長度)和軸的全部結構尺寸。軸的結構設計應滿足：軸及軸上零件能固定牢靠，定位準確；軸上零件應裝拆和調整方便；軸應具有良好的制造工藝性；盡量減小應力集中；軸受力合理，節省材料和減輕重量等。

抽象出減速器軸的結構特征，是實現減速器齒輪軸的設計自動化又一關鍵所在。減速器齒輪軸一般多為階梯型的直軸。從形體上看，是多段不同直徑的圓柱體的組合。假定用一過軸線的剖面對軸進行剖切，剖切輪廓為一規則的封閉的折線，軸可以看成是折線繞軸線旋轉一周形成的旋轉體。這個封閉的折線也稱作軸的特征輪廓。

決定軸的輪廓特征主要有三大要素：1)類型特征，表征軸的階梯形狀，主要由軸上零件的配合性質、裝配順序、裝配方向所決定，如圖4所示；2)尺度特征，即軸段的直徑和各軸段的長度。軸段的直徑以最小軸徑公式：圖4齒輪軸裝配草圖上述特征要素根據其與軸結構的影響程度，可劃分優先等級：類型特征為一級，尺度特征為二級，工藝特征則為三級。

在實際的程序設計中，軸的輪廓特征最終由軸輪廓折線的頂點來保證，這些頂點即軸輪廓的特征點。特征點的坐標是由設計參數來確定，有時往往不能一次直接輸入所有參數，需要在設計過程中，根據計算結果交互給出，優先級別決定了特征參數輸入的順序。

4軸設計流程框圖

基于以上分析，我們編制了軸設計程序，圖5為減速器齒輪軸設計的流程框圖。流程中的每一項均采用了對話框形式，程序在VisualC++環境下，經調試編譯通過后由AutoCAD命令行交互輸人有關設計參數，自動繪制出軸的零件圖(平面圖)或者三維圖。圖5程序框圖5設計實例本文根據程序框圖，編制出ObjectARX應用程序，對一單級齒輪減速器高速軸進行了設計，具體操作如下。5.1設計參數輸人功率P1=5kW，轉速n1=540r/min，小齒輪齒數z1=22，法面模數mn=4，螺旋角(右旋)β=8°06'，節圓直徑d1=88.89mm，齒寬B4=70mm，軸上帶輪寬B1=70mm,帶作用于軸上的力B1=1200N。

5.2運行準備

(1)首先在VisualC++中進行編程、編譯和鏈接；

(2)在AutoCAD中加載ARX應用程序；

(3)在Command命令行上直接輸人應用程序中所定義的AutoCAD外部命令。

5.3運行結果(1)程序運行，彈出基本設計參數對話框，在此對話框中，選定軸類型、要輸人的功率和轉速等；

(2)在隨后的軸結構設計對話框(如圖6所示)中，參考其上軸結構草圖，輸人各支點載荷大小、許用彎曲應力；依據最小估算直徑輸人所選軸承的各項參數。

(3)程序運行，在計算結果對話框中，顯示此軸所受的垂直彎矩、水平彎矩、合成彎矩圖和扭矩圖以及最終合成的當量彎矩圖。

(4)對危險點截面進行強度校核，當有的危險截面強度校核結果不符合強度要求時，點單選鈕“重新校核”，當危險截面強度校核結果全都符合強度要求時，點單選鈕“結構設計”。

(5)本程序最后可生成“平面圖”和“三維圖”，也可將這兩種圖放于同一張圖上，便于設計對照。

5結束語

采用本程序成功地解決了減速器設計中的“瓶頸”問題，提出的減速器軸的力學模型和結構特征，使軸設計中的計算、結構設計及微機繪圖有機地連成一體，實現了減速器的自動化設計。實踐證明，以上算法在軸設計及減速器設計程序的開發中具有十分重要的作用和意義。參考文獻1吳宗澤機械設計教程，北京機械工業出版社，20032邱宣懷機械設計（第三版），北京高等教育出版社，19893許鎮宇機械零件，人民教育出版社，19814甘特AutoCAD

12.0

AME基礎與編程技巧.，北京學苑出版社，19945劉瑞新AutoCAD2004中文版應用教程，電子工業出版社，20046譚浩強C程序設計（第二版），清華大學出版社，1995附錄2外文翻譯信息時代的機械工程學早在20世紀80年代，工程師認為需要進行大量實驗因為縮短的產品開發循環促使工程師使用有效的技術。開發一種用于新產品中的革命性技術是冒險且易于失敗的，采取短的進程對產品開發來講是安全且更易成功的途徑。短的產品開發循環在工程領域也是有利的，這個領域里，資本和勞動力都是整體的?？梢栽O計并制造不同產品的人在