防盜門生產(chǎn)的打孔機(jī)結(jié)構(gòu)計算設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4764防盜門生產(chǎn)的打孔機(jī)結(jié)構(gòu)計算設(shè)計案例 1251901.1打孔機(jī)的驅(qū)動和動力輸入方式 1236731.2打孔機(jī)整體參數(shù)確定 238001.2.1鉆具的回轉(zhuǎn)速度 2161631.2.2鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩 272961.3鉆孔機(jī)的功能單元及實現(xiàn)方法 3113621.3.1鉆具 3278381.3.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3255491.4減速裝置設(shè)計 4321671.4.1傳動比確定及各級傳動比分配 4319251.4.2運動參數(shù)及動力參數(shù)計算 5319121.5齒輪傳動的設(shè)計計 573381.5.1第一級齒輪傳動副的設(shè)計計算 5224001.5.2第二級齒輪傳動副的設(shè)計計算 8100101.5.3三級齒輪傳動副的設(shè)計計算 1115151.6傳動軸的設(shè)計 14222181.6.1第一傳動軸的設(shè)計及計算 14229551.6.2第二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 17307811.6.3三軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 21204371.7鏈傳動的設(shè)計 23打孔機(jī)的驅(qū)動和動力輸入方式打孔機(jī)的驅(qū)動方式：單獨驅(qū)動打孔機(jī)的輸入方式：直線輸入打孔機(jī)的輸入軸和動力機(jī)的輸出軸布置在一條直線上，二者之間常采用彈性或半彈性聯(lián)軸器、法蘭盤、液力變矩器的直接輸入方式，此種輸入方式傳動效率高、軸及軸承受力條件好、結(jié)構(gòu)緊湊。但過載保護(hù)和動力機(jī)的互換性較差，適用于單獨驅(qū)動方式。打孔機(jī)整體參數(shù)確定打孔鉆機(jī)工作參數(shù)主要指鉆具施予孔底得軸推(壓)力、鉆具得回轉(zhuǎn)速度、扭矩和排渣風(fēng)量等。合理的選擇這些參數(shù)，不僅能獲得最高的鉆孔效率，還能延長鉆具得使用壽命。根據(jù)生產(chǎn)或用經(jīng)驗公式來計算它得工作參數(shù)。鉆具的回轉(zhuǎn)速度鉆頭每沖擊一次，只能破碎一定范圍得巖石。當(dāng)鉆具轉(zhuǎn)速過高時，在兩次鑿痕之間，勢必留下一部分未被沖擊破碎的巖瘤，使回阻力增大，鉆具震動加劇，鉆頭磨損加快，因沒有充分利用鉆頭得沖擊能量，鉆速降低。這個合理得轉(zhuǎn)角與鉆頭直徑、巖石性質(zhì)、沖擊能量、沖擊頻率、軸推力、鉆頭結(jié)構(gòu)以及硬質(zhì)合金片得磨損程度等諸多因素有關(guān)，很難做出準(zhǔn)確得計算，通常只能根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和試驗方法確定。根據(jù)國內(nèi)潛孔鉆機(jī)得使用經(jīng)驗，鉆具得合理轉(zhuǎn)速可按表22選取，或用下列經(jīng)驗公式計算；（23）式中n1鉆具得合理轉(zhuǎn)數(shù)，r|min；D鉆孔直徑，mm。表22回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)與鉆頭直徑得關(guān)系鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩主要用來克服鉆頭與鋼板的摩擦阻力矩與剪切阻力矩、鉆具與孔壁得摩擦阻力矩，以及因裂隙等引起的夾鉆阻力矩等。因此，鉆具回轉(zhuǎn)力矩得大小與孔徑得大小、巖石性質(zhì)、鉆頭形狀、軸推力和回轉(zhuǎn)速度的大小等因素有關(guān)。根據(jù)國內(nèi)外生產(chǎn)實踐得總結(jié)，回轉(zhuǎn)扭矩與鉆孔直徑得關(guān)系可按表23確定，也可按下列公式計算。(24)式中M鉆具得回轉(zhuǎn)扭矩，N.m；D鉆孔直徑，mm；KM力矩系數(shù)，KM=0.8~1.2，一般取KM=1表23鉆頭直徑與回轉(zhuǎn)扭矩得關(guān)系鉆孔機(jī)的功能單元及實現(xiàn)方法一般由鉆具、回轉(zhuǎn)供奉系統(tǒng)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)等組成。為了控制和操作這幾個機(jī)構(gòu)，設(shè)置了液壓系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)。鉆具潛孔鉆具，主要由鉆頭、潛孔器和鉆桿組成。在鉆孔作業(yè)中，沖擊器得活塞不斷將其沖擊能量通過鉆頭施予鋼板，而整個鉆具又隨同鉆機(jī)得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)一起轉(zhuǎn)動，使直接破碎鋼板的工具鉆頭連續(xù)旋轉(zhuǎn)、間歇沖擊鋼板?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是安裝和支撐主支臂、使主支臂沿水平軸或者垂直軸旋轉(zhuǎn)、使推進(jìn)器翻轉(zhuǎn)得機(jī)構(gòu)，通過回轉(zhuǎn)運動，使鉆壁和推進(jìn)器的動作范圍達(dá)到巷道達(dá)到巷道掘進(jìn)所需得鉆孔工作區(qū)得要求。常見得回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有以下幾種結(jié)構(gòu)形式。轉(zhuǎn)柱；螺旋幅式翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（3）齒輪齒條式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為了滿足打孔工藝要求，提高鉆孔精度，幾乎所有現(xiàn)代鉆車得鉆壁都裝設(shè)了自動平移機(jī)構(gòu)，打孔機(jī)的平移機(jī)構(gòu)是指當(dāng)鉆壁移動時，托架和推進(jìn)器隨機(jī)保持平行移位得一種機(jī)構(gòu)，簡稱平移機(jī)構(gòu)。該鉆孔裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，主要應(yīng)用于土質(zhì)成分的地下短距離鉆孔施工。整個鉆孔機(jī)設(shè)備主要由動力元件、減速裝置、鏈傳動裝置、鉆管推進(jìn)裝置、鉆管及鉆頭等部件組成。其工作裝置結(jié)構(gòu)如圖1-1，其中鉆孔推進(jìn)裝置主要由支架和3根主動及從動軸軸組成。電動機(jī)提供動力經(jīng)減速器減速之后通過傳動鏈帶動鉆孔推進(jìn)裝置的主動軸旋轉(zhuǎn)，主動軸上布置了4個螺紋面輪轂，主動軸與2根從動軸共同夾緊鉆管，主動軸回轉(zhuǎn)帶動鉆管回轉(zhuǎn)，通過螺旋面的作用推進(jìn)鉆管頂進(jìn)，從而實現(xiàn)鉆管鉆進(jìn)的目的。3根主動及從動軸由相應(yīng)的支架支持，其中下面的兩個支架可水平左右移動定位，上支架可垂直移動定位，通過支架的移動可控制夾緊頂進(jìn)鉆管的直徑大小。該鉆孔機(jī)設(shè)計的推進(jìn)鉆孔直徑范圍在100-300mm之間。減速裝置設(shè)計傳動比確定及各級傳動比分配首先設(shè)定鉆管推進(jìn)裝置主動軸高轉(zhuǎn)速為100r/min，取鉆管推進(jìn)裝置主動軸鏈輪齒數(shù)=21，取減速器輸出端鏈輪齒數(shù)=25。則可確定減速器總傳動比為16.34分配傳動比所要考慮的原則:對錐-圓柱齒輪減速器，為使大齒輪尺寸不致過大，高速級按下式計算：對二級齒輪減速器：i1、i2高低速傳動比=16.34經(jīng)計算得運動參數(shù)及動力參數(shù)計算計算各軸轉(zhuǎn)速：第1軸轉(zhuǎn)速n1第2軸轉(zhuǎn)速n2第3軸轉(zhuǎn)速n3n——電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；i——從電動機(jī)到減速器輸出軸的各級傳動比。3計算各軸的功率：第1軸功率P1=P×η1×η2=11×0.99×0.99=10.78KW第2軸功率P2=P1×=10.78×0.99×0.95=9.72KW第3軸功率P3=P2×=9.72×0.99×0.95=9.14KW式中η1=0.99，聯(lián)軸器效率η2=0.99，軸承效率；η3=0.95，齒輪效率。計算各軸的扭矩：第1軸扭矩T1=9550×P1/n1=9550×10.78/1420=69.47N·m第2軸扭矩T2=9550×P2/n2=9550×9.72/308.0=301.30N·m第3軸扭矩T3=9550×P3/n3=9550×9.14/86.91=1004.34N·m齒輪傳動的設(shè)計計第一級齒輪傳動副的設(shè)計計算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力考慮減速器傳遞功率不在，所以齒輪采用軟齒面。小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240～286HBS，取=260HBS。大齒輪選用45鋼，正火，齒面硬度2169～217HBS，取=210HBS。確定接觸應(yīng)力：=查圖表得小齒輪接觸疲勞極限=700Mpa大齒輪接觸疲勞極限=550Mpa接觸疲勞極限，接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Zn應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，N=60n×j×Ln得ZN1=ZN2=1取接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)=1.2，則=7001/1.2=584pa，=5501/1.2=458Mpa。確定許用彎曲應(yīng)力：=彎曲疲勞極限，查資料取=540Mpa，=420Mpa彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)，查資料取==1彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)，查資料（模數(shù)m=5mm）取=1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取=1.4則=54011/1.4=386Mpa=4201/1.4=300Mpa(二)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計、計算確定齒輪傳動精度等級，77，由資料參數(shù)表選取小輪大端公差組等級為7級。分度圓直徑為：齒寬系數(shù)查資料，取=0.5小齒輪齒數(shù)取=18大齒輪齒數(shù)取傳動比誤差可用載荷系數(shù)——使用系數(shù)。查資料取=1——動載系數(shù)。由推薦值1.05～1.4，取=1.2——齒向載荷分布系數(shù)。由推薦值1.0～1.2，取=1.1載荷系數(shù)=材料彈性系數(shù)，查資料，取節(jié)點區(qū)域系數(shù)，查資料，取故計算得齒輪模數(shù)，，按標(biāo)準(zhǔn)圓整得m=5mm小輪大端分度圓直徑小輪平均分度圓直徑圓周速度齒寬?。ㄈX根彎曲強(qiáng)度校核計算當(dāng)量齒數(shù)，齒形系數(shù)，小輪=2.58大輪=2.10應(yīng)力修正系數(shù)，小輪=1.6大輪=1.9故齒根強(qiáng)度滿足要求。（四）齒輪的主要尺寸參數(shù)第二級齒輪傳動副的設(shè)計計算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力查資料選擇，小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)大齒輪45正火許用接觸應(yīng)力,=接觸疲勞極限，接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Zn應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，查資料知Zn1＝1，Zn2＝1.05接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1則＝700×1/1＝700＝550×1.05/1＝577許用彎曲應(yīng)力，=其中=378=294彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)Yx=1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1.4則＝378×1×1/1.4＝270＝294×1×1/1.4＝210（二）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算確定齒輪傳動精度等級按V1＝（0.013－0.022）×n1×估取圓周速度Vt＝4m/s，參考相關(guān)資料，得d1齒寬系數(shù)，取=0.8小輪齒數(shù)Z1，在推薦值20~40中選。Z1=25大輪齒數(shù)Z2=i×Z1=3.545×25=88.625，圓整為Z2=89齒數(shù)比u=Z2/Z1=89/25=3.56傳動比誤差/u=（3.56-3.545）/3.545=0.0042<0.05，合適-使用系數(shù)，查資料取=1-動載系數(shù)，由推薦值知=1.2-齒間載荷分配系數(shù)=1.1-齒間載荷分布系數(shù)=1.1載荷系數(shù)K==1.45材料彈性系數(shù),取=189.8重合度系數(shù)由推薦值知=0.78螺旋角系數(shù)==0.99故d1=81.52mm法面模數(shù)=d1z1=81.52*cos1225=3.19取標(biāo)準(zhǔn)=3.5中心距aa=（z1+z2）（2）=3.5（25+89）（2cos12）=203.95mm圓整取a=204mm分度圓螺旋角=arccos=分度圓直徑d1=mzcos12.51=89.628mm圓周速度v=3.14*d1*n160000=1.445ms齒寬bb=0.8*81.52=65.216圓整為65mm。大輪齒寬b2=b=65mm小輪齒寬b1=b2+（5~10）=70mm（三）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計算當(dāng)量齒數(shù)zv2===26.73===95.16齒形系數(shù).小輪=2.58大輪=2.17應(yīng)力修正系數(shù).小輪=1.598大輪=1.80不變位時，端面嚙合角=arctan（）=端面模數(shù)==3.535mm。重合度==2.13重合度系數(shù)=0.25+0.75=0.602螺旋角系數(shù)由推薦值為=0.89故==84.10==86.71齒根彎曲強(qiáng)度滿足（四）齒根其他主要尺寸計算大輪分度圓直徑===318.53mm根圓直徑==89.628-2*1.25*3.5=80.878mm==318.53-2*1.25*3.5=309.78mm頂圓直徑==89.628+2*3.5=96.628mm==318.53+2*3.5=325.53mm三級齒輪傳動副的設(shè)計計算（一）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)大齒輪45正火許用接觸應(yīng)力,=接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Zn應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，N1=60n1×j×Ln＝60×86.91×1×（15×12×365）＝3.43×N2=N1/i＝3.43×/2.73＝1.26×查資料知Zn1＝1，Zn2＝1.05接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1則＝700×1/1＝700＝550×1.05/1＝577許用彎曲應(yīng)力，=其中=378=294彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)Yx（設(shè)模數(shù)m小于5mm），Yx＝1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)＝1.4則＝378×1×1/1.4＝270＝294×1×1/1.4＝210（二）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算確定齒輪傳動精度等級按V1＝（0.013~0.022）×n1×估取圓周速度Vt＝4m/s，d1齒寬系數(shù)，查資料得=0.8小輪齒數(shù)Z1，在推薦值20~40中選。Z1=25大輪齒數(shù)Z2=i×Z1=2.73×25=68.25，圓整為Z2=68齒數(shù)比u=Z2/Z1=68/25=2.72傳動比誤差/u=（2.73-2.72）/2.73=0.00366<0.05，合適-使用系數(shù)，取=1-動載系數(shù)，由推薦值知=1.2-齒間載荷分配系數(shù)=1.1-齒間載荷分布系數(shù)=1.1載荷系數(shù)K==1.45材料彈性系數(shù),取=189.8節(jié)點區(qū)域系數(shù)（）=2.5重合度系數(shù)由推薦值知=0.87故d1=136.60mm齒輪模數(shù)mm=d1z1=136.6025=5.464取標(biāo)準(zhǔn)m=6小輪分度圓直徑=mz1=6*25=150mm圓周速度v=3.14×d1×n160000=0.68ms標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=m（z1+z2）2=6（25+68）2=279mm齒寬bb==0.8×150=120mm大輪齒寬b2=b=120mm小輪齒寬b1=b2+（5～10）=125mm（三）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計算由式6-16齒形系數(shù)，小輪=2.62大輪=2.21應(yīng)力修正系數(shù)，小輪=1.59大輪=1.776重合度==1.56重合度系數(shù)=0.25+0.75=0.731故==423.31==440.99齒根彎曲強(qiáng)度滿足。（四）齒根其他主要尺寸計算大輪分度圓直徑===408mm根圓直徑==150-2*1.25*6=135mm==408-2*1.25*6=393mm頂圓直徑==150+2*6=162mm==408+2*6=520mm傳動軸的設(shè)計第一傳動軸的設(shè)計及計算（一）計算作用在齒輪上的作用力轉(zhuǎn)矩T=9550P/N=955010.54/1420=70.89Nm圓周力=徑向力軸向力（二）初步估算軸的直徑選取作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理由式計算軸的最小直徑并加大5%考慮鍵槽的影響。查資料知取A=102=21.8mm（三）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定軸的結(jié)構(gòu)方式：考慮到錐齒輪的制造裝配等方面的因素，采用齒輪軸并采用懸臂式結(jié)構(gòu)。確定各軸段直徑長度：聯(lián)軸器為基本尺寸d=40mmD=130mml=105mmL=84mm第一段長度2段二段主要是鎖緊螺母和軸承，選取且符合軸承內(nèi)徑查GB/T297-1994暫選滾動軸承32909基本尺寸是d=45D=68，暫取=60mm3段為便于裝拆軸承內(nèi)圈定位，且，四段的尺寸必須滿足下4段第列關(guān)系其中L為兩軸承距離有軸承與錐齒輪的距離暫選L=95mm，，。綜合考慮減速箱的布置，確定：，，，（四）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖齒輪軸受力如圖（a）所示，H水平面內(nèi)受力如圖(b)所示H豎直面內(nèi)受力如圖（d）水平面內(nèi)彎矩圖如（d）垂直面內(nèi)彎矩圖如（e）彎矩圖，扭矩圖見下圖：T=115.54Nm合成彎矩見圖（f）（五）判定危險截面，求危險截面的當(dāng)量彎矩根據(jù)圖，圖及T圖參照齒輪軸受力圖，設(shè)B截面為危險截面，因該軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按脈動循環(huán)考慮。軸為，調(diào)質(zhì)處理查資料，由得，，。折算系數(shù)取當(dāng)量彎矩B處當(dāng)量彎矩C處當(dāng)量彎矩（六）驗算危險截面強(qiáng)度危險截面直徑為因1段有一鍵槽，最小直徑應(yīng)為比較計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)設(shè)計B截面直徑，滿足強(qiáng)度要求。第二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算（一）計算作用在錐齒輪上的作用力對于錐齒輪：轉(zhuǎn)矩圓周力徑向力軸向力對于斜齒輪：輸出軸大齒輪分度圓直徑轉(zhuǎn)矩T=圓周力徑向力軸向力（二）初步計算軸的直徑及各段長度選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由式計算軸的最小直徑，并加大3%以考慮鍵槽的影響查資料取A=115=36.24mm確定軸的結(jié)構(gòu)方案：右軸承從軸的右端裝入，靠軸肩定位。齒輪和左軸承從軸的左端裝入，齒輪右端靠軸肩定位。錐齒輪和左軸承之間用定位套筒定位，齒輪右端靠軸肩定位。確定各軸段直徑和長度1段根據(jù)GB/T297-1994，暫選滾動軸承32009X2?；境叽缡堑玠=45，T=20，D=75，B=19，C=16，。軸承潤滑的選擇：選擇脂潤滑。綜合考慮箱體的布置及對稱要求，1段長度1段軸徑=45mm2段與3段的選擇錐齒輪寬度錐齒輪寬度為40mm，取=40-2=38mm。為使套筒可靠的壓緊錐齒輪，并考慮對稱，取=35mm綜上4段取齒輪左端定位高度h=5mm，軸肩直徑，=20mm。5段考慮對稱布置及齒輪與箱體內(nèi)壁距離要求，取，6段7段(三)軸的力學(xué)分析左右軸承支反力若按精確計算，應(yīng)距外端蓋截面16mm，這樣選得支撐跨距l(xiāng)=276.5mm支反力作用點與齒輪作用力點及兩齒輪作用力點之間的距離分別為。水平面內(nèi)支撐點A的支反力：水平面內(nèi)支撐點B的支反力水平面內(nèi)剖面C-C處的彎矩：水平面內(nèi)剖面D-D處的彎矩：水平面內(nèi)剖面E-E處的彎矩垂直面內(nèi)支撐點A的支反力：垂直面內(nèi)支撐點B的支反力：垂直平面內(nèi)剖面C-C處的彎矩：垂直平面內(nèi)剖面D-D處的彎矩：垂直平面內(nèi)剖面E-E處的彎矩：剖面C－C處的合成彎矩：剖面D－D處的合成彎矩：剖面E－E處的合成彎矩：判定危險截面，求取各截面的當(dāng)量彎矩：根據(jù)圖圖及T圖并參照軸的受力圖，斷定CDE斷面為危險截面。因該軸單向旋轉(zhuǎn)，軸為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查資料得按值查相關(guān)資料得則折舊系數(shù)當(dāng)量彎矩C處當(dāng)量彎矩：D處當(dāng)量彎矩：E處當(dāng)量彎矩：按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度（中等精度）：對于C—C截面對于D—D截面對于E—E截面對于C—C截面考慮到鍵槽的影響，最小直徑mm，其余截面類似。比較計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)設(shè)計，其它截面均滿足強(qiáng)度要求。三軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算（一）計算作用在齒輪上的作用力對于斜齒輪：圓周力徑向力軸向力對于直齒輪：轉(zhuǎn)矩T=圓周力徑向力（二）初步計算軸的直徑選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由式計算軸的最小直徑，并加大3%以考慮鍵槽的影響。查資料取A=115，=51.46mm（三）軸的結(jié)構(gòu)方案確定右軸承從軸的右端裝入，靠軸套定位。齒輪從軸的右端裝入，軸肩定位，左軸承從軸的左端裝入，齒輪右端靠軸肩定位。根據(jù)圓整取55mm，根