氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)說(shuō)明書(shū)

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河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘要 目前 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的錨桿鉆機(jī)無(wú)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和使用要求 關(guān)鍵詞 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī) 齒輪馬達(dá) 回轉(zhuǎn)部分 強(qiáng)度校核 消音器 支腿 操縱臂 建 模 仿真 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT At present the domestic production of the jumbolter no matter from technology and quality are behind some developed countries so the jumbolter to the study of the theory of the pending further deepening the quality of the drilling rig to further improve This paper system a further study on the working principle of the jumbolter pneumatic gear motor sports characteristics the jumbolter to pneumatic components design analysis it puts forward the jumbolter pneumatic design basic idea and method and the jumbolter to pneumatic rotating parts of detailed design respectively Using PROE the modeling and simulation In this paper according to the principle of fluid mechanics and pneumatic transmission this paper analyzes the gear type structure and characteristics of the pneumatic motor this paper also analyzes the pneumatic type the jumbolter to produce noise the mechanism of oil mist and probes into the oil mist eliminate noise and the way and the method developed with dispels exhaust oil mist and reduce the noise of the double function mechanism in addition to more oil mist muffler muffler performance is good can well meet the design requirement and the use requirement Key words Pneumatic anchor rig Gear motor Rotary body Strength check Muffler outrigger Manipulating arm modeling simulation 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 錨桿鉆機(jī)簡(jiǎn)介 1 1 1 錨桿支護(hù)的作用及意義 1 1 2 錨桿鉆機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀 1 1 3 我國(guó)煤礦用錨桿鉆孔設(shè)備存在的主要技術(shù)問(wèn)題 2 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 4 第二章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì) 5 2 1 設(shè)計(jì)方案的確定 5 2 1 1 推進(jìn)方案的確定 5 2 1 2 動(dòng)力機(jī)構(gòu)方案的確定 6 2 1 3 操縱機(jī)構(gòu)方案的確定 8 2 2 工作原理 9 2 3 性能參數(shù)指標(biāo) 10 第三章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3 1 整體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定 10 3 2 回轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 11 3 2 1 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3 2 2 氣動(dòng)馬達(dá)的參數(shù)確定 33 3 2 3 消聲器的設(shè)計(jì) 35 3 3 支腿部件設(shè)計(jì) 35 3 3 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 3 3 2 支腿材料的分析與選擇 36 3 3 3 支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 3 4 操縱臂設(shè)計(jì) 37 3 5 整機(jī)結(jié)構(gòu) 37 第四章 PROE 建模及仿真 38 4 1 PRO ENGINEER軟件簡(jiǎn)介 38 4 2 PRO ENGINEER軟件主要特性 38 4 3 PRO E 建模 39 4 4 PRO E 裝配 51 4 4 PRO E 仿真 55 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 第五章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用維護(hù)說(shuō)明 59 5 1 適用范圍及型號(hào)定義 59 5 1 1 適用范圍簡(jiǎn)介 59 5 1 2 型號(hào)定義 59 5 2 性能參數(shù) 60 5 3 使用條件 60 5 3 1 壓縮空氣 60 5 3 2 沖洗水 61 5 3 3 潤(rùn)滑 61 5 4 作業(yè)前檢查 61 5 5 鉆錨桿孔作業(yè) 62 5 6 攪拌和安裝錨桿作業(yè) 62 5 7 作業(yè)之后 62 5 8 其他操作注意事項(xiàng) 62 第六章 結(jié)束語(yǔ) 63 參考文獻(xiàn) 64 致謝 65 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 1 錨桿鉆機(jī)簡(jiǎn)介 1 1 錨桿支護(hù)的作用及意義 錨桿支護(hù)作為地下工程的一種新型的支護(hù)型式 目前已成為歐美和澳大利亞等先進(jìn) 采煤國(guó)家煤礦井下的主要支護(hù)方式 美國(guó)煤礦房柱式開(kāi)采幾乎全部采用錨桿支護(hù) 長(zhǎng)壁 開(kāi)采的巷道 80 采用錨桿支護(hù) 澳大利亞 90 的煤礦巷道采用錨桿支護(hù) 50 年代末 錨桿支護(hù)就在我國(guó)少數(shù)煤礦得到利用 但是由于對(duì)其認(rèn)識(shí)不足 特別是 缺乏對(duì)其支護(hù)機(jī)理的全面認(rèn)識(shí) 在煤礦的應(yīng)用始終得不到推廣 七十年代以后 在引進(jìn) 國(guó)外先進(jìn)的采煤和掘進(jìn)設(shè)備的同時(shí) 又片面強(qiáng)調(diào)了歐洲 美國(guó)的采煤模式 把鋼架支護(hù) 作為煤礦的主要方向加以推廣 八十年代起 人們對(duì)錨桿支護(hù)有了重新認(rèn)識(shí) 開(kāi)始在煤 層頂板比較穩(wěn)定的巷道中使用 如七臺(tái)河 大同 雙鴨山等礦區(qū) 繼而逐步在地質(zhì)條件 比較復(fù)雜的煤礦也得到了應(yīng)用 如在新漢 徐州等礦區(qū)巷道圍巖穩(wěn)定性較差的地方 在龍 口 平莊等礦區(qū) 三軟 條件下順槽的錨桿支護(hù)和錨梁網(wǎng)支護(hù)等 至今 幾乎在全國(guó)各 大礦區(qū)都不同程度地應(yīng)用了錨桿支護(hù)技術(shù) 煤礦巷道錨桿支護(hù)技術(shù)在改善支護(hù)效果 降低支護(hù)成本 加快成巷的速度 減少輔 助運(yùn)輸量 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 提高巷道斷面利用率等方面有著十分突出的優(yōu)越性 對(duì)我國(guó) 煤礦的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)意義是十分巨大的 原煤炭工業(yè)部于 1996 年將煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)列為 九五 五大科技攻關(guān)項(xiàng)目之一 攻關(guān)內(nèi)容包括錨桿支護(hù)機(jī)理的研究 錨桿設(shè)計(jì)方法 錨桿材料 監(jiān)測(cè)儀器 支護(hù)工藝 快速掘進(jìn)和錨桿鉆機(jī)等六個(gè)方面 我國(guó)錨桿鉆機(jī)的發(fā)展較晚 雖然從六十年代就開(kāi)始了研制 但一直處于緩慢發(fā)展和 低水平重復(fù)的階段 至今為止 尚無(wú)比較完善的錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)理論 因此 研究適應(yīng)我 國(guó)煤礦的新型 高效 結(jié)實(shí)可靠 使用方便 維修簡(jiǎn)單的錨桿鉆機(jī) 是我國(guó)錨桿支護(hù)技 術(shù)中急待解決的問(wèn)題 1 2 錨桿鉆機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)狀 從結(jié)構(gòu)型式上 錨桿鉆機(jī)可以分成臺(tái)車(chē)型 機(jī)載型和單體型三大類(lèi) 由于臺(tái)車(chē)型錨 桿鉆機(jī) 亦稱(chēng)錨桿鉆車(chē) 和機(jī)載錨桿鉆機(jī)具有功率大 鉆孔能力強(qiáng) 功能齊全 適應(yīng)范圍 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 廣 可自帶動(dòng)力 操作安全等優(yōu)點(diǎn) 所以在國(guó)外應(yīng)用較多 如瑞典 Alas Copco 公司 芬 蘭 Tamrock 公司以及法國(guó) SECOMA 公司生產(chǎn)的錨桿鉆車(chē) 但這兩類(lèi)錨桿鉆機(jī)操作復(fù)雜 維 護(hù)成本高 一次投資成本也大 因而在國(guó)內(nèi)使用較少 目前在巷道錨桿支護(hù)中 大量采 用的是單體錨桿鉆機(jī) 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 使用方便 移動(dòng)靈活 適合手工操作等優(yōu)點(diǎn) 從機(jī)型結(jié)構(gòu)上分 單體錨桿鉆機(jī)可分為架柱式 手持式和支腿式三種 架柱式錨桿鉆機(jī) 機(jī)身固定在巷道頂 底板與側(cè)幫之間 由推力裝置將鉆機(jī)沿導(dǎo)軌推進(jìn) 實(shí)現(xiàn)鉆孔 這種 架柱式錨桿鉆機(jī)整機(jī)重量較手持式錨桿鉆機(jī)和支腿式錨桿鉆機(jī)大 操作不方便 如國(guó)內(nèi) MZ 系列液壓錨桿鉆機(jī) 國(guó)外美國(guó) VITOR 公司生產(chǎn)的液壓鉆機(jī)等 手持式錨桿鉆機(jī)與支腿 式不同 它沒(méi)有推進(jìn)系統(tǒng) 適于煤巷側(cè)壁的使用 如 澳大利亞 CRAM 公司 眼鏡王蛇公 司生產(chǎn)的幫錨桿鉆機(jī) 國(guó)內(nèi)煤科總院研制的 ZQS 50 幫錨桿鉆機(jī) 支腿式 手扶 錨桿鉆機(jī)是目前煤礦中錨桿鉆機(jī)應(yīng)用的主流 這種鉆機(jī)使用的靈活性 優(yōu)于架柱式 按動(dòng)力上進(jìn)行分有電動(dòng) 液壓和氣動(dòng)三種型式 電動(dòng)錨桿鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)鉆削直接由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 不需要二次能量轉(zhuǎn)換 設(shè)備效率高 但受電機(jī)重量的限制 一般輸出功率較小 2 3KW 支腿的推進(jìn)需要采用另外動(dòng)力源 且電機(jī)容易受潮 故障率高 同時(shí)也不很安全 故目前實(shí)際應(yīng)用較少 液壓支腿式錨桿鉆機(jī)帶有分體的專(zhuān)用液壓站 由它提供的動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)切削用的 液壓馬達(dá)和推進(jìn)用的液壓油缸 操作系統(tǒng)通過(guò)液壓閥組實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速 扭矩和推進(jìn)力的控 制 這種鉆機(jī)輸出功率大 但主機(jī)重量較重 效率較低 維修相對(duì)困難 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外大力發(fā)展的一種機(jī)型 應(yīng)用前景非常廣泛 最初 井下 曾使用氣動(dòng)鑿巖機(jī)來(lái)鉆鑿錨桿孔 但由于打頂眼困難 鉆孔質(zhì)量差 鉆進(jìn)速度低 勞動(dòng) 強(qiáng)度大 因而專(zhuān)用的氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)便受到人們的重視 國(guó)內(nèi)在八十年代中期開(kāi)始采用葉片式氣馬達(dá) 如 ZQM 系列 M10 系列 目前這兩種系 列都停止生產(chǎn) 九十年代后期生產(chǎn)的 MFC300 活塞式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī) 由于故障率高 維修 困難 也慢慢退出市場(chǎng) 而齒輪式馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造成本較低 加之性能控制相對(duì)穩(wěn) 定 故障率較低 操作 維護(hù)和維修也相對(duì)簡(jiǎn)單 因而在我國(guó)得到大力發(fā)展 1 3 我國(guó)煤礦用錨桿鉆孔設(shè)備存在的主要技術(shù)問(wèn)題 1 開(kāi)發(fā)的品種多 但性能適宜 可靠性高的產(chǎn)品不多 目前我國(guó)已開(kāi)發(fā)了 40 多種型號(hào)的錨桿鉆機(jī) 但適于井下使用且可靠性較好的只有 3 4 種產(chǎn)品 當(dāng)前正式投入使用的僅占已開(kāi)發(fā)產(chǎn)品總數(shù)的 10 左右 目前錨桿鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展 狀況有以下基本特點(diǎn) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 1 單體氣動(dòng)回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品的主流 在齒輪式 柱塞式和葉片式三種 類(lèi)型氣馬達(dá)中 葉片式馬達(dá)已基本淘汰 齒輪式馬達(dá)與柱塞式馬達(dá)在扭矩轉(zhuǎn)速特性 不 同氣壓下的性能 噪聲特性 機(jī)重 對(duì)潤(rùn)滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點(diǎn) 在不同 使用條件下都有各自的市場(chǎng) 總的來(lái)說(shuō) 國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的水平在逐步提高 齒輪氣 馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)已基本能代替進(jìn)口產(chǎn)品 但玻璃鋼支腿等部分的可靠性應(yīng)進(jìn)一步提高 柱塞馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)尚處于小批量生產(chǎn)階段 尚需進(jìn)一步考核 2 液壓錨桿鉆機(jī)輸出的扭矩高于氣動(dòng)錨桿鉆機(jī) 在某些場(chǎng)合下應(yīng)用較好 與掘進(jìn)機(jī)配 套是較優(yōu)越的工作方式 從目前已正式投入使用的支腿式液壓錨桿鉆機(jī)來(lái)看 鉆機(jī)輸出 扭矩仍然偏低 液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱 由于以礦物油為工作介質(zhì) 在煤礦井下使用中存在 安全隱患 3 電動(dòng)錨桿鉆機(jī)的輸出特性較差 鉆孔速度較低 電機(jī)可靠性及防水性能存在嚴(yán)重問(wèn) 題 尚無(wú)良好的推進(jìn)方式 因此 盡管已鑒定了多種電動(dòng)錨桿鉆機(jī) 但近期尚難大量用 于井下錨桿支護(hù) 2 錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品制造 使用管理不規(guī)范 很多產(chǎn)品難以在井下連續(xù)使用 錨桿鉆機(jī)的可靠性與產(chǎn)品設(shè)計(jì) 制造 使用等因素有關(guān) 目前來(lái)說(shuō) 錨桿鉆機(jī)實(shí)際 利用率不高的主要原因是產(chǎn)品本身的可靠性問(wèn)題 但使用中存在的問(wèn)題也不容忽視 1 錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品可靠性不高主要來(lái)自產(chǎn)品設(shè)計(jì)不成熟與加工質(zhì)量不高 有的錨桿鉆機(jī) 因性能盲目改進(jìn) 參數(shù)確定不合理 從投產(chǎn)起在井下工作無(wú)力 產(chǎn)品性能提高緩慢 有 些產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程無(wú)可靠的質(zhì)量保證體系 部件質(zhì)量無(wú)法保證 又缺乏必要的檢測(cè)手段 產(chǎn)品性能與質(zhì)量無(wú)法控制 自然影響井下長(zhǎng)期使用 近年來(lái) 煤炭系統(tǒng)正式鑒定的錨桿 鉆機(jī)有 23 種型號(hào) 但在煤礦井下正式使用的只有 2 3 種 其主要原因是成果質(zhì)量不高又 沒(méi)有做技術(shù)鑒定后的后續(xù)工作 2 錨桿鉆機(jī)與鉆具的產(chǎn)品管理問(wèn)題嚴(yán)重 偽劣產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)有可乘之機(jī) 錨桿鉆機(jī)與 鉆具有一定技術(shù)含量 但結(jié)構(gòu)并不十分復(fù)雜 很多人看好煤礦錨桿支護(hù)量大面廣的市場(chǎng) 有些人受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng) 不按國(guó)家與煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn) 產(chǎn)品性能與可靠性低劣 使煤 礦無(wú)法正常使用 有的廠家雖已批量生產(chǎn)錨桿鉆機(jī)與鉆具 但采取不正當(dāng)手段推銷(xiāo)產(chǎn)品 對(duì)銷(xiāo)售的產(chǎn)品不負(fù)質(zhì)量責(zé)任 煤礦用戶(hù)常常不知道有哪些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與錨桿鉆機(jī) 鉆具有 關(guān) 盲目相信廠家的 廣告 采用未經(jīng)技術(shù)鑒定與法定檢驗(yàn)的產(chǎn)品 或購(gòu)買(mǎi)不合格產(chǎn)品 致使企業(yè)遭受不必要的損失 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3 鉆頭是回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的重要鉆具 鉆頭型式 國(guó)產(chǎn)硬質(zhì)合金片的性能 影 響鉆頭的應(yīng)用范圍 目前 普通硬質(zhì)合金的巖石鉆頭主要適用于頁(yè)巖 砂頁(yè)巖及部分砂 巖磨蝕性不高的砂巖 壽命為 30m 左右 高于常規(guī)鉆頭價(jià)格 50 的國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鉆頭 可 以鉆進(jìn)抗壓強(qiáng)度 60 80MPa 的中等磨蝕性巖石 壽命可達(dá) 25 30m 然而 相當(dāng)多的生產(chǎn)廠 家因受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng) 不按標(biāo)準(zhǔn)要求組織生產(chǎn) 硬質(zhì)合金質(zhì)量低劣 工藝技術(shù)不高 產(chǎn) 品壽命只有 10 20m 甚至是 5 10m 1 4 本課題研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)力圖開(kāi)發(fā)一種適合煤礦掘進(jìn)用的新型錨桿鉆機(jī) 要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 操作簡(jiǎn)便 重量輕 移動(dòng)方便 適應(yīng)性強(qiáng) 便于運(yùn)輸和安裝 在設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家煤炭行業(yè)相 關(guān)規(guī)程 規(guī)定和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 確保設(shè)計(jì)符合質(zhì)量要求 本課題整個(gè)研究?jī)?nèi)容分以下幾個(gè)方面 1 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì) 2 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)使用維護(hù)說(shuō)明 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第二章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)總體方案的研究與設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)方案的確定 2 1 1 推進(jìn)方案的確定 一 氣缸的選擇 氣動(dòng)執(zhí)行元件與液壓執(zhí)行元件相比 具有如下的特點(diǎn) l 氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度快 工作壓力低 適用于低輸出力的場(chǎng)合 能正常工 作的環(huán)境溫度范圍寬 一般可在 35 一 80 有的甚至可達(dá) 200 的環(huán)境下正常工作 2 相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō) 氣動(dòng)執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造成本低 維修方便 便干調(diào) 節(jié)其輸出力和速度的快慢 另外 其安裝方式 運(yùn)動(dòng)方向和執(zhí)行元件的數(shù)目 又可根據(jù) 機(jī)械裝置的要求由設(shè)計(jì)者自由選擇 特別是制造技術(shù)的發(fā)展 氣動(dòng)執(zhí)行元件已向模塊化 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 借助于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展起來(lái)的氣動(dòng)閥 使氣動(dòng)系統(tǒng)的接線(xiàn)大大簡(jiǎn) 化 這就為簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制提供了有利條件 二 氣缸結(jié)構(gòu)和安裝方式的選擇 氣缸的種類(lèi)很多 一般按壓縮空氣作用在活塞面上的方向 結(jié)構(gòu)特征和安裝方式來(lái) 分類(lèi) 按壓縮空氣作用在活塞面上的方向可以分為單作用氣缸 雙作用氣缸和特殊氣缸 等 按結(jié)構(gòu)特征則可以分為柱塞式 活塞式 薄膜式 套筒式等 按安裝方式的不同則可 以分為固定式 軸銷(xiāo)式等 結(jié)合要設(shè)計(jì)的氣動(dòng)支腿式幫錨桿鉆機(jī)的推進(jìn)機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)和結(jié) 構(gòu)的要求 選擇單作用套筒式 即伸縮式 氣缸 工作時(shí)氣缸的一端固定 另一端自由 伸縮式氣缸與其他類(lèi)型的氣缸相比 具有如下的優(yōu)點(diǎn) l 伸縮氣缸工作時(shí)行程可以相當(dāng)長(zhǎng) 不工作時(shí)整個(gè)缸的長(zhǎng)度可以縮的較短 2 伸縮缸逐個(gè)伸出時(shí) 有效工作面積逐漸減少 因此 當(dāng)進(jìn)氣量相同時(shí) 外伸速度 逐次增大 當(dāng)負(fù)載恒定時(shí) 氣缸的工作壓力逐次提高 3 單作用伸縮缸的外伸依靠氣壓 內(nèi)縮依靠自重或負(fù)載的作用 因此 多用于垂直 放置的場(chǎng)合 缸筒的安裝由內(nèi)到外為三 二 一級(jí) 外缸筒二各缸筒的外導(dǎo)向部分裝有密封圈 防止氣體泄漏 內(nèi) 外導(dǎo)向套均與各級(jí)缸筒加工成一體 當(dāng)一級(jí)缸筒上升到全部伸出時(shí) 一級(jí)缸筒的外導(dǎo)向部分與外缸筒的內(nèi)導(dǎo)向部分相遇 帶動(dòng)二級(jí)缸筒上升 三級(jí)缸筒的上 升同理 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 1 2 動(dòng)力機(jī)構(gòu)方案的確定 一 馬達(dá)的選擇 氣馬達(dá)是把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的氣動(dòng)執(zhí)行元件 氣馬 達(dá)與油馬達(dá)相比 其具有油馬達(dá)所沒(méi)有的特點(diǎn) 即氣馬達(dá)在長(zhǎng)時(shí)間的滿(mǎn)載工作時(shí) 溫升較 低 一般使用的 4 8kg 每平方厘米的低壓輸氣管也比高壓油管便宜 經(jīng)濟(jì)性比油馬達(dá)有 優(yōu)勢(shì) 使用費(fèi)用較低 由于空氣的可壓縮性與氣馬達(dá)的工作轉(zhuǎn)速隨負(fù)載而降低 氣馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)相比 有 如下的特點(diǎn) 1 工作安全 適用于惡劣的工作環(huán)境 在易燃 高溫 振動(dòng) 潮濕及粉塵等不利 條件下都正常工作 在具有爆炸性瓦斯的工作場(chǎng)所 無(wú)引起爆炸的危險(xiǎn) 同時(shí)不受震動(dòng) 與高溫的影響 2 可以無(wú)級(jí)調(diào)速 只要控制進(jìn)氣閥的開(kāi)閉程度即控制氣體流量就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的功 率 3 有過(guò)載保護(hù)作用 不會(huì)因過(guò)載而發(fā)生燒毀二過(guò)載時(shí)氣馬達(dá)會(huì)降低速度或停車(chē) 當(dāng)過(guò)載減少時(shí)即能重新正常運(yùn)轉(zhuǎn) 4 能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn) 氣馬達(dá)回轉(zhuǎn)部分慣性矩小 所以能快速啟動(dòng)和停止 只要改 變進(jìn)排氣的方向 就能實(shí)現(xiàn)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換 5 具有高的起動(dòng)力矩 可以直接負(fù)載起動(dòng) 起動(dòng) 停止迅速 6 滿(mǎn)載連續(xù)運(yùn)行 由于壓縮空氣的絕熱膨脹的冷卻作用 能降低滑動(dòng)摩擦部分的 發(fā)熱 因此氣馬達(dá)可在高溫環(huán)境中使用 在長(zhǎng)時(shí)間滿(mǎn)載連續(xù)運(yùn)行時(shí) 其溫升較小 7 功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬 氣馬達(dá)功率小到幾百瓦 大到幾萬(wàn)瓦 轉(zhuǎn)速可以從 0 25000r min 或更高 8 操縱方便 維修簡(jiǎn)單 9 功率較低 除此之外汽馬達(dá)得到正確良好潤(rùn)滑后 它可在 2 次檢修期間實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn) 2500 3000h 根據(jù)其性能來(lái)看氣馬達(dá)應(yīng)用于以下場(chǎng)合 需要安全 無(wú)級(jí)調(diào)速 經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)方向 起動(dòng)頻繁以及防爆 負(fù)載起動(dòng) 有過(guò)載可能的場(chǎng)合 當(dāng)要求多種速度運(yùn)轉(zhuǎn) 瞬時(shí)起動(dòng)和 制動(dòng)或可能經(jīng)常發(fā)生失速和過(guò)負(fù)載的情況時(shí)采用氣馬達(dá)要比別的類(lèi)似設(shè)備價(jià)格便宜 維 護(hù)簡(jiǎn)單 因此氣馬達(dá)廣泛應(yīng)用于礦山機(jī)械中 基于以上氣馬達(dá)與油馬達(dá)及電動(dòng)機(jī)相比所具有的各種優(yōu)點(diǎn) 在本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中選用 了氣馬達(dá) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 馬達(dá)按結(jié)構(gòu)形式可分為葉片式 活塞式和齒輪式 3 類(lèi) 其性能 特點(diǎn)比較如表 2 1 根據(jù)表 2 1 中性能比較 本產(chǎn)品采用了齒輪式氣馬達(dá) 這是由于齒輪式氣馬達(dá)與其 他類(lèi)型的氣馬達(dá)相比 具有體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 對(duì)氣源質(zhì)量要求低 耐沖擊及 慣性小等優(yōu)點(diǎn) 非常適合應(yīng)用于礦山機(jī)械 表 2 1 齒輪式 柱塞式 葉片式 3 種氣馬達(dá)性能特點(diǎn)比較 二 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的確定 傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖 2 1 所示 動(dòng)力由馬達(dá)齒輪 3 輸入 經(jīng)過(guò)減速箱后 由主軸 6 將 動(dòng)力傳遞給鉆桿 傳動(dòng)路線(xiàn)為 馬達(dá)齒輪 3 馬達(dá)輸出齒輪 4 初級(jí)被動(dòng)齒輪 2 齒輪軸 l 次級(jí)被動(dòng)齒輪 5 主軸 6 減速箱采用同軸線(xiàn)式 即輸入軸與輸出軸的軸線(xiàn)在同一直 線(xiàn)上 這種型式減速箱箱體長(zhǎng)度小 結(jié)構(gòu)緊湊 圖 2 1 減速器傳動(dòng)系統(tǒng)圖 三 消聲器的選擇 噪聲是眾所周知的公害之一 它損害人的聽(tīng)覺(jué) 影響人的健康和工作 嚴(yán)重時(shí)還會(huì) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 造成各種意外事故 所以噪聲問(wèn)題已日益引起重視并把它作為改善勞動(dòng)條件和保護(hù)環(huán)境 的重要內(nèi)容之一 使用消聲器消除噪聲的主要措施是吸聲 吸聲使用吸聲材料 如玻璃棉 礦渣棉等 裝飾在容器的內(nèi)壁 或敷設(shè)在管道的內(nèi)壁上 將噪聲吸收一部分 從而達(dá)到降低噪聲的 目的 本產(chǎn)品使用的阻性消聲器是利用在氣流通道內(nèi)表面的多孔吸聲材料來(lái)吸收聲能 其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 能在較寬的高頻范圍內(nèi)消聲 特別是對(duì)刺耳的高頻聲波有突出的消聲作用 但對(duì)低頻的消聲效果較差 2 1 3 操縱機(jī)構(gòu)方案的確定 一 氣閥和水閥的選擇 1 開(kāi)關(guān)方式的選擇 該氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)有 l 個(gè)主氣閥 l 個(gè)氣腿閥和 l 個(gè)水閥 都采用了人力控制閥 在單體式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)中一般用人力控制閥直接操縱氣動(dòng)執(zhí)行元件 水閥和氣腿閥都采用了撥動(dòng)式開(kāi)關(guān) 這是因?yàn)閾軇?dòng)式開(kāi)關(guān)的操縱方式具有定位性能 即操作力除去后仍能保持閥的工作狀態(tài)不變 而這 2 個(gè)閥在工作開(kāi)始之前需要打開(kāi) 以 進(jìn)氣和進(jìn)水 但是在工作過(guò)程中需要穩(wěn)壓 撥動(dòng)式手動(dòng)閥能很好的解決這個(gè)問(wèn)題 其閥 芯結(jié)構(gòu)基本上和機(jī)控閥相同 馬達(dá)進(jìn)氣閥開(kāi)關(guān)采用了壓柄式 可以根據(jù)工作需要 控制進(jìn)氣量的大小 2 控制閥原理的選擇 氣腿閥原理圖如圖 2 2 采用二位三通閥 手動(dòng)換位 彈簧復(fù)位的形式 P 口接高壓氣 T 口接大氣 A 口接氣腿氣路 左位機(jī)能接通 P T 口 高壓氣排入大氣 右位機(jī)能接通 P A 口 高壓氣進(jìn)入氣腿氣路 主氣閥原理圖如圖 2 2 采用二位二通閥 手動(dòng)換位 彈簧復(fù)位的形式 P 口接高壓氣 A 口接馬達(dá)氣路 左位機(jī)能將兩口斷開(kāi) 高壓氣無(wú)法進(jìn)入馬達(dá)氣路 右位機(jī)能接通兩口 高壓氣進(jìn)入馬達(dá)氣路 水閥原理同主氣閥 P 口接水接頭 A 口接冷卻水水路 氣腿的排氣閥采用快速排氣閥二快速排氣閥安裝在靠近氣腿氣缸排氣口 使氣缸快 速排氣 達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的 二 油霧器的選擇 氣動(dòng)系統(tǒng)中所用的許多元件和裝置都有運(yùn)動(dòng)部分 為使其能正常的工作 需要進(jìn)行 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 潤(rùn)滑 然而 以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)元件運(yùn)動(dòng)部分都構(gòu)成密封的氣室 不能用普通 的方法注油 只能用某種特殊的方法將油注入氣流帶到需要潤(rùn)滑的部位 因此 必須在 空氣管路中設(shè)置特殊功能的元件 使普通的液態(tài)油滴霧化成細(xì)微的油霧進(jìn)入高壓氣 隨 氣流輸入到運(yùn)動(dòng)部位 油霧器就是這樣一種特殊的給油裝置 當(dāng)壓縮空氣流過(guò)時(shí) 它將 潤(rùn)滑油噴射成霧狀 隨壓縮空氣一起流進(jìn)需要潤(rùn)滑的部件 達(dá)到潤(rùn)滑的目的 使用油霧器有以下優(yōu)點(diǎn) 油霧可輸送到任何有氣流的地方 且潤(rùn)滑均勻穩(wěn)定 氣 路一接通就開(kāi)始潤(rùn)滑 氣路斷開(kāi)就停止供油 可以同時(shí)對(duì)多個(gè)元件進(jìn)行潤(rùn)滑 油霧器的主要特性參數(shù)有流量特性和起霧流量 2 個(gè)參數(shù) 他們是選用油霧器的主要 依據(jù) 流量特性是指壓力降流量特性 即油霧器的進(jìn)口壓力在規(guī)定值時(shí) 其輸出空氣的 流量與出口側(cè)的壓力降之間的關(guān)系 起霧流量是指進(jìn)口壓力在規(guī)定值 潤(rùn)滑油在正常工作 油位 滴油量每分鐘 5 滴時(shí)流過(guò)的空氣流量 對(duì)于一定的進(jìn)口壓力而言 起霧流量越低 說(shuō)明油霧器在小流量工作時(shí)潤(rùn)滑油的霧化性能越好 2 2 工作原理 如圖 2 2 所示 壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器 注油器 濾網(wǎng) J 進(jìn)入操縱臂部件的閥塊 手壓 扳機(jī) 開(kāi)啟馬達(dá)控制閥 壓縮空氣驅(qū)動(dòng)齒輪式氣馬達(dá) 輸出齒輪經(jīng)兩級(jí)減速 帶動(dòng)主軸 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕開(kāi)啟氣腿控制閥 壓縮空氣經(jīng)快速排氣閥進(jìn)入氣腿上腔 氣 腿伸長(zhǎng) 當(dāng)關(guān)閉氣腿控制閥 氣腿上腔余氣即從快速排氣閥放空 氣腿靠鉆機(jī)重力回落 轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕開(kāi)啟水控制閥 沖洗水即經(jīng)濾網(wǎng) 水閥 水套 主軸內(nèi)孔進(jìn)入鉆桿 沖洗鉆孔 手動(dòng)調(diào)節(jié)各閥的開(kāi)啟量 即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 推力或水量 圖 2 2 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)工作原理圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 2 3 性能參數(shù)指標(biāo) 根據(jù)我國(guó)煤礦井下巷道和地下工程實(shí)際情況 要求氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)既可鉆頂板錨桿孔 也可鉆頂板錨索孔 還可以作為樹(shù)脂藥卷類(lèi)的錨桿 錨索攪拌和安裝設(shè)備 不再需要其 它輔助設(shè)備 實(shí)行螺母一次性旋緊 達(dá)到一次性初錨預(yù)緊力的要求 確定氣動(dòng)錨桿鉆機(jī) 的輸出參數(shù)為 最大功率 1 0 3 OKW 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)矩 50N M 最大功率時(shí)轉(zhuǎn)速 230 250r min 推進(jìn)力 6 8KN 上述氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)性能參數(shù) 既能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求 又能最大限度地利用鉆機(jī) 的功率 并盡可能地降低鉆機(jī)的重量 改善煤巷支護(hù)的勞動(dòng)條件 第三章 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 整體結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定 氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)由回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu) 推進(jìn)機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)三大部分組成 回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)器總成 消聲器總成 護(hù)圈總成三部分組成 包括馬達(dá) 齒輪 箱 超越軸承 主軸 水套 消聲器等零部件 推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括支腿 固定套兩大部件 支腿部分由三級(jí)氣缸組成 通過(guò)固定套與回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接 氣缸下部裝有頂錐 作業(yè)時(shí)頂錐頂住地面 支腿氣缸及固定套均由非金屬 材料制成 強(qiáng)度高 重量輕 耐腐蝕 阻然 抗靜電 操縱部分由閥體 操縱桿兩大總成組成 包括注油器 三通閥 操縱桿 手把架等 零部件 三通與固定套連接 通過(guò)操縱開(kāi)關(guān) 水 氣旋扭控制馬達(dá)閥 水閥 支腿氣閥 根據(jù)我國(guó)煤礦煤巷錨桿支護(hù)的大部分巷道頂板巖石硬度為 f 5 錨桿鉆孔直徑為 28 30mm 確定該氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的輸出參數(shù)為 額定壓力 0 5MPa 額定轉(zhuǎn)速 240r min 額定轉(zhuǎn)矩 50N m 最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 120N m 推進(jìn)力 6 2kN 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 該氣動(dòng)煤幫錨桿鉆機(jī)適用于礦山企業(yè) 特別是巷道巖石硬度 f4 的 巷道高度 1 6 米 3 6 米的錨桿支護(hù)的巖巷 半煤巷 煤巷的臨時(shí)支護(hù)和永久支護(hù) 它主要完成鉆孔 安裝錨桿 攪拌藥卷 緊固螺母等項(xiàng)工作 3 2 回轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 回轉(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的核心 它由氣動(dòng)馬達(dá) 減速機(jī)構(gòu) 消音器三部分組 成 它的輸出是轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速 是由氣動(dòng)馬達(dá)的輸出特性決定的 3 2 1 減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng) 傳動(dòng)效率 941 079 081 減速比為9603 709 2 6342 1 17 45 451072zi23 51 一 各軸運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 一 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速 min 2406r min 385 72131 r 09485 714 2 計(jì)算各軸功率 KWnTp25 140591950166 P37 821 KW91093267 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩 mNT 506 mNi 4 1623941 501 T 7627 將以上計(jì)算參數(shù)整理成表 軸名 P KW T N m n r min 傳動(dòng)比 效率 軸 6 1 25 50 240 軸 1 1 33 16 444 773 385 3 231 0 941 軸 7 1 39 3 171 4187 079 5 4 0 9603 表 3 1 4 齒輪強(qiáng)度校核 1 次級(jí)被動(dòng)齒輪 5 與齒輪軸 1 輪齒的校核 1 齒輪的類(lèi)型 材料 精度等級(jí)及主要尺寸 該減速機(jī)構(gòu)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 精度等級(jí)都為 8 級(jí) 齒輪 5 材料為 40Cr 調(diào)質(zhì) 硬度為 250HBS 齒輪軸 1 輪齒材料為 40Cr 齒面淬火 硬度為 47HRC 主要尺寸如表 3 2 齒輪 5 齒輪軸 1 齒數(shù) 42 z31 z 模數(shù) 75 1 m 齒寬 182b 21b 變位系數(shù) 0 x 403 x 齒數(shù)比 231 412 zu 分度圓直徑 5735 12 mzd 75 213751 mzd 節(jié)圓直徑 2 40683u12 0683314 8 ua 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 齒寬系數(shù) 245 073182 db 92 075211 db 嚙合角 07 2cos8 41arc a 表 3 2 2 齒面接觸強(qiáng)度的校核 因?yàn)閮蓢Ш淆X輪的齒面接觸強(qiáng)度相等所以只校核一個(gè)齒輪即可 1 計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度 1 計(jì)算圓周速度 smvnd 936 01602453 710652 2 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級(jí)精度 由書(shū) 1 圖 10 8 查得動(dòng)載荷系數(shù) 05 1 KV 直齒sm 93 0 輪 1KFH 由表 10 2 得使用系數(shù) KA 由書(shū) 1 表 10 4 用插值法查得 8 級(jí)精度 小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱(chēng)布置時(shí) 04H 由 57 4938 hb 04 1 H 查書(shū) 1 圖 10 13 得 06 1 F 故載荷系數(shù)為2 KHVAK 3 由書(shū) 1 表 10 6 查得材料的彈性影響系數(shù) MPaZE819 查書(shū) 2 圖 32 1 13 得 35 2 HZ MPaudKTEHH 8 5691835 2724050 13 2 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 1 由書(shū) 1 圖 10 21d e 按齒面硬度查得齒輪軸 1 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H10lim 齒輪 5 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH605lim 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 2 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 911 10678 30821485 736060 LnNhj 9 915 1 uN 3 由書(shū) 1 圖 10 19 選取接觸疲勞壽命系數(shù) 01KHN 705HN 4 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) 得1 S MPaSHHN 909 01lim11 HNK582675lim55 因 故符合接觸強(qiáng)度要求 15HH 3 齒根彎曲強(qiáng)度校核 1 計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度 23ZmYKTdSaFF 1 計(jì)算載荷系數(shù) 2 1065 1 KFVA 2 齒輪軸 1 由書(shū) 2 圖 32 1 16 查得 則FSaFY 4 FSYMPaZmKTdSaFF 42 197375 192062231 3 齒輪 5 由書(shū) 1 表 10 5 查得 674 SaY FaY MPaZmKTdFF 97 208475 120632 2235 2 計(jì)算齒根彎曲許用應(yīng)力 取 S 1 4 SFENF 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 1 齒輪軸 1 由書(shū) 1 表 10 18 查得 由書(shū) 1 圖 10 20d 得9110678 N9 01 KFN 則MPaFE650 MPaSFENF 86 417 650911 滿(mǎn)足要求 11FF 2 齒輪 5 由書(shū) 1 表 10 18 查得 由書(shū) 1 圖 10 20 得95102 92 05 KFN 則MPaFE405 MPaSFENF 741 2954 10955 滿(mǎn)足要求 55FF 二 齒輪 2 和齒輪軸 7 輪齒的校核 1 齒輪的類(lèi)型 材料 精度等級(jí)及主要尺寸 該減速機(jī)構(gòu)選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 精度等級(jí)都為 8 級(jí) 齒輪 2 材料為 40Cr 調(diào)質(zhì) 硬度為 250HBS 齒輪軸 7 輪齒材料為 40Cr 齒面淬火 硬度為 47HRC 主要尺寸如表 3 3 齒輪 2 齒輪軸 7 齒數(shù) 54 z10 z 模數(shù) 5 1 m 齒寬 182b 291b 變位系數(shù) 0 x 564 0 x 齒數(shù)比 4 5102 zu 分度圓直徑 854 12 mzd 150 1 mzd 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 節(jié)圓直徑 35 82154 u12 d 25 14 6 82 1 uad 齒寬系數(shù) 02 bd 9351 db 嚙合角 439 20cos8 4ar a 表 3 3 2 齒面接觸強(qiáng)度的校核 因?yàn)閮蓢Ш淆X輪的齒面接觸強(qiáng)度相等所以只校核一個(gè)齒輪即可 1 計(jì)算齒面接觸強(qiáng)度 1 計(jì)算圓周速度 smvnd 34 1068573 821062 2 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 8 級(jí)精度 由書(shū) 1 圖 10 8 查得動(dòng)載荷系數(shù) 直齒sm 34 16 VK 輪 1KFH 由表 10 2 得使用系數(shù) KA 由書(shū) 1 表 10 4 用插值法查得 8 級(jí)精度 小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱(chēng)布置時(shí) 02 H 由 查圖 10 13 得 故載荷系數(shù)為7 5029 hb02 1 H 02 1 F 36 KFVAK 3 由書(shū) 1 表 10 6 查得材料的彈性影響系數(shù) MPaZE8 19 查書(shū) 2 圖 32 1 13 得 3 2 HZ MPaudKTEHH 9 2813 2812 0643133 2 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 1 由書(shū) 1 圖 10 21d e 按齒面硬度查得齒輪軸 1 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H107lim 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 齒輪 5 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH602lim 2 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 977 1062 3082179 4860 LnNhj 972 167 5063 uN 3 由書(shū) 1 圖 10 19 選取接觸疲勞壽命系數(shù) 87KHN02HN 4 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) 得 1 S MPaSHHN 752 107lim77 HNK4692lim22 因 故符合接觸強(qiáng)度要求 72HH 3 齒根彎曲強(qiáng)度校核 1 計(jì)算齒根彎曲強(qiáng)度 23ZmYKTdSaFF 1 計(jì)算載荷系數(shù) 301 16 1 KFVA 2 齒輪軸 7 由書(shū) 2 圖 32 1 16 查得 則FSaFY 953 FSYMPaZmKTdSaFF 95 410 1372237 3 齒輪 2 由書(shū) 1 表 10 5 查得 2 1SaY34 FaY MPaZmKTdFF 23 75 12010623232 2 計(jì)算齒根彎曲許用應(yīng)力 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 取 S 2 SFENFK 1 齒輪軸 7 由書(shū) 1 表 10 18 查得 由書(shū) 1 圖 10 20d 得 971062 3 N83 07FN 則MPaFE6507 MPaSFENFK75 269083 77 滿(mǎn)足要求 77FF 2 齒輪 2 由書(shū) 1 表 10 18 查得 由書(shū) 1 圖 10 20 得 則 921067 N9 02 KFN MPaFE4502 MPaSFENFK542 滿(mǎn)足要求 三 軸的設(shè)計(jì) 一 齒輪軸 1 的設(shè)計(jì) 1 軸上的參數(shù) MNT 4 61 MNT 17 32 min 385 71rn KWP3 1 2 求作用在齒輪軸上的力 1 求齒輪軸輪齒上的力 因已知齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑 則md068 231 07 2 NTFt 1451 tr 07 872tan7 45an1 2 求齒輪 4 上的力 因已知齒輪 4 的節(jié)圓直徑 則md27 439 2 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 NNFdTt 738 4152 15370274 tr 69tan84an74 3 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 根據(jù)書(shū) 1 表 15 3 選取 于是得104 A mmnpAd65 2385 70431min 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案如圖 3 1 圖 3 1 2 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處 軸承只受徑向力 故初選深溝球軸承 為保證安全 使所選軸承內(nèi)徑比最小軸頸大 則選用 6203 深溝球軸承 其尺寸為 故取 左mmBDd124017 md175421 ml125421 端軸承外圈用減速殼體定位 取殼體直徑為 36mm 內(nèi)圈為輪齒定位 右端軸承外圈用軸 承座定位 取軸承座相應(yīng)直徑為 36mm 內(nèi)圈用齒輪定位 2 2 3 處為輪齒 md283 ml213 3 取安裝齒輪處軸段的直徑 齒輪的右端與軸承內(nèi)圈相互定位 故軸端等043 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 于輪轂寬度 取 ml2343 至此已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 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(shū) 1 表 6 1 查得平鍵截面 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長(zhǎng)為 18mm 同時(shí)為了保證齒輪與mmlhb146 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 鍵 軸和輪轂的材料都是鋼 由書(shū) 1 中表 6 2 查得 許用擠壓應(yīng)力為 取 鍵的工作長(zhǎng)度 MPap90 6 MPap70 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度mbLl2 6142 則 hk35 合適 83 192014 6031 pp MPakldT 鍵的標(biāo)記為 鍵 C 6 6 14 GB T 1096 2003 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考書(shū) 1 表 15 2 選軸端倒角為 各處圓角半 45 1 徑為 1mm 5 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 軸承的支撐點(diǎn)位置由手冊(cè)中查出 a 值 對(duì)于 6203 型軸承 由手冊(cè)查得 因此 作為簡(jiǎn)支梁的支撐跨距mBa621 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖 3 aL5628 總 2 從圖中可以看出 C D 面是軸的危險(xiǎn)截面 將計(jì)算結(jié)果列于 3 4 表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NNH237 946 1 52 NFNV256 431 72 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 彎矩 M mNH 915621 802 mNMV 24713 1 80592 總彎矩 M35741 扭矩 T mNT 164 表 3 4 6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 C 面 通常只校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 據(jù)上表數(shù)據(jù) 軸單向旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng) 力 取 軸的計(jì)算應(yīng)力6 0 MPaWTMca 815 675 210 1640 8476 32122 前已選定軸的材料為 40Cr 由書(shū) 1 表 15 1 查得 MPa1 因此 安全 1 ca D 面 軸的計(jì)算應(yīng)力 3232 467 mdtbW MPaWTMca 87 15467 2 10590 22 前已選定軸的材料為 40Cr 由書(shū) 1 表 15 1 查得 MPa01 因此 安全 1 ca 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 3 2 軸的彎矩扭矩圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 7 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面 4 面的右側(cè) 2 截面 4 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 333 49171 0mdW 抗扭截面系數(shù) 6822T 截面 4 左側(cè)的彎矩為 MNM 5419862 截面 4 上的扭矩為 T4 截面上的彎曲應(yīng)力 MPaWMb 95 31892 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaWT735 69824 軸的材料為 40Cr 由書(shū) 1 中表 15 1 查得 B MPaMPa20 3511 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 按書(shū) 1 附表 3 2 查取 因 及 經(jīng)插值后可查得 18 7 059 17 dDdr 25 1 9 又由附圖 3 1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為 80 7 0 qq 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 203 1 25 1 1 1 k 78970 q 由附圖 3 2 的尺寸系數(shù) 由附圖 3 3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 軸按磨削加工 由附圖 3 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 94 0 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理 即 則綜合系數(shù)為 1 q 72 1940178 kK 623 合金鋼的特性系數(shù) 25 0 取3 0 2 15取 所以軸在截面 4 右側(cè)的安全系數(shù)為 2 41086 4721351 maKS 17 7356 1 ma 18 172 4122 SSSca 故可知其安全 因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性 故可略去靜強(qiáng)度校 核 二 齒輪軸 7 的設(shè)計(jì) 1 軸上的參數(shù) MNT 1 37 min 4187rn KWP39 17 2 求作用在齒輪軸上的力 1 求齒輪 2 上的力 因已知齒輪軸輪齒的節(jié)圓直徑 則md8 42 604 17 NNTFt 98231 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 NFtr 2 416017tan98 12an1 2 求齒輪軸 7 的輪齒上的力 因已知輪齒 7 的節(jié)圓直徑 則md57 43 NNFTt 78 12 130274 tr 61439tan845an4 3 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 根據(jù)書(shū) 1 表 15 3 選取 于是得0 A mnpAd8439 037min 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案如圖 3 3 圖 3 3 2 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 1 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處 軸承只受徑向力 故初選深溝球軸承 為保證安全 使所選軸承內(nèi)徑比最小軸頸大 則選用 6204 深溝球軸承 其尺寸為 故取 取 為了mmBDd14720 md201943 m14l 8 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 便于軸承安裝取 左端軸承外圈用軸承座定位 內(nèi)圈用軸用彈mlmd3 5 19988 性擋圈定位 右端軸承內(nèi)圈用軸用彈性擋圈定位 故 md7 18 1032 外圈用軸肩定位 取 l1 032 2 1 l4 87 2 4 7 處安裝齒輪 取 取 為使齒輪定位可靠 取m565 mBl齒74 7654 4 dmd 3 64 3 齒輪左端用套筒定位 套筒寬 4mm 故取 1843 4 軸的右端為輪齒 留有退刀槽 取 mm29201 至此已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 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(shū) 1 表 6 1 查得平鍵截面 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長(zhǎng)為 56mm 同時(shí)為了保證齒輪與mmlhb5678 軸配合有良好的對(duì)中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 67jsH 2 鍵的強(qiáng)度校核 鍵 軸和輪轂的材料都是鋼 由書(shū) 1 中表 6 2 查得 許用擠壓應(yīng)力為 MPap90 6 取 鍵的工作長(zhǎng)度 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 MPap70 mbLl4856 則 mhk5 35 合適 1 25483017 1023pp MPakldT 鍵的標(biāo)記為 鍵 8 7 56 GB T 1096 2003 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考書(shū) 1 表 15 2 選軸端倒角為 各處圓角半 45 徑為 1mm 5 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 軸承的支撐點(diǎn)位置由手冊(cè)中查出 a 值 對(duì)于 6203 型軸承 由手冊(cè)查得 因此 作為簡(jiǎn)支梁的支撐跨距mBa7214 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩和扭矩圖如圖 3 4 從圖中可以看出 CmL8 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 面是軸的危險(xiǎn)截面 將計(jì)算結(jié)果列于 3 5 表 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NNH48 169 305 2 NFNV398 201 62 彎矩 M mH7mMV 2 總彎矩 NM 169 N 59670 扭矩 T mT3 表 3 5 6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 通常只校核危險(xiǎn)截面強(qiáng)度 據(jù)上表數(shù)據(jù) 軸單向旋轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng) 力 取 軸的計(jì)算應(yīng)力6 0 MPaWTMca 32 1201 376 59670 2122 前已選定軸的材料為 40Cr 由書(shū) 1 表 15 1 查得 71 因此 安全 1 ca 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 3 4 彎矩扭矩圖 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 7 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1 判斷危險(xiǎn)截面 8 面的右側(cè) 2 截面 8 右側(cè) 抗彎截面系數(shù) 333 49 71591 0mdW 抗扭截面系數(shù) 822T 截面 4 左側(cè)的彎矩為 MNMM 974 481 2 1 截面 4 上的扭矩為 NT 370 截面上的彎曲應(yīng)力 MPaWMb 529 14928 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPaWT138 29148370 軸的材料為 40Cr 由書(shū) 1 中表 15 1 查得 B5 MPaMPa20 3511 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 按書(shū) 1 附表 3 2 查取 因 及 經(jīng)插值后可查得 487 159 0 519 dDdr 75 1 96 又由附圖 3 1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為 80 7 0 qq 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 608 1 75 1 1 1 k 3990 q 由附圖 3 2 的尺寸系數(shù) 由附圖 3 3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 軸按磨削加工 由附圖 3 4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 94 0 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理 即 則綜合系數(shù)為 1 q 803 194073 kK 672168 合金鋼的特性系數(shù) 25 0 取3 0 2 15取 所以軸在截面 4 右側(cè)的安全系數(shù)為 72 150529 18031 maKS 12 04 38 671 ma 5 154 121047 522 SSSca 故可知其安全 因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)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) 1 軸上的參數(shù) MNT 506 min 2406rn KWP25 16 2 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 根據(jù)書(shū) 1 表 15 3 選取 于是得15A mnpd204 336min 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 擬定軸上零件的裝配方案如圖 3 5 圖 3 5 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 最小軸頸為裝軸承處 初選 6205 深溝球軸承 md20min 取 mBD155 mlmd15 2566 2 6 7 為裝齒輪處 齒輪右端用彈性擋圈定位 l4 24776 取 387m l87 39898 3 4 5 裝超越軸承 防止鉆桿反轉(zhuǎn) mlm5 245 4 4 3 4 裝軸承 初選 6206 型深溝球軸承 d38043 mmBDd16230 5 在距左軸端 31mm 處鉆一 7 5 的孔 通水氣 左端螺紋 21mm M30 1 5 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 孔徑為 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(shū) 1 表 6 1 查得平鍵截面 鍵槽用鍵槽銑刀加工 長(zhǎng)為 25mm 同時(shí)為了保證齒輪與mmlhb278 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 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 鍵 軸和輪轂的材料都是鋼 由書(shū) 1 中表 6 2 查得 取 鍵的工作長(zhǎng)度 MPap90 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 mbLl482 mhk5 375 則 合適 8241305036 pp MPakldT 鍵的標(biāo)記為 鍵 8 7 22 GB T 1096 2003 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考書(shū) 1 表 15 2 選軸端倒角為 各處圓角半 45 1 徑為 0 5mm 四 軸承的校核 預(yù)期壽命 hLh 1403082 一 6204 型深溝球軸承的校核 查手冊(cè)得 6204 型深溝球軸承 NCr1280NFFNHNVr 70 148 169 3 2221 因只受徑向力 取 5 pf NfPrp 257051 驗(yàn)算 6204 軸承的壽命 hth LPCnL 63636 10 25689 41870 01 故所選軸承可滿(mǎn)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 NCr9580 1 下端 6203 型 NFFNHNVr 8 32 75 6 47 31 222 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 因只受徑向力 取 8 1 pf NFfPrp 84 5238 1 驗(yàn)算 6203 軸承的壽命 hth LPCnL 731 84 5290 3 760 6013 故所選軸承可滿(mǎn)足壽命要求 2 上端 6203 型 NFFNHNVr 104237 94654322121 因只受徑向力 取 pffPrp 810 驗(yàn)算 6203 軸承的壽命 hth LPCnL 1972 2485 3 7560 601 33 故所選軸承可滿(mǎn)足壽命要求 3 2 2 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 17 45 并考慮到減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率 為 0 904 則氣動(dòng)馬達(dá)的輸出參數(shù)為 最大輸出轉(zhuǎn)矩 MNiTm 173904 517 最大功率下轉(zhuǎn)速 min 82rnm 最大功率 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 KWnTPmm 39 19504817 3 理論轉(zhuǎn)矩 MNTm 68125 073 理論功率 KWPm625 039 取氣馬達(dá)的總效率 不同類(lèi)型氣馬達(dá)效率的取值見(jiàn)下表 表 3 6 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(guò)管道壓力損耗后 一般氣動(dòng)設(shè)備壓力為不超過(guò) 0 6MPa 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 0 5MPa 在 0 5 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 29312 TPznVQm 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 5 5 齒數(shù) Z 9 壓力角 a 20 齒頂高 h l 可以近似計(jì)算 35107 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 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 為 min 8 3292931 05 057Q 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 746 84 3Qe 為確?；剞D(zhuǎn)切削機(jī)構(gòu)尺寸不致過(guò)大 傳遞平穩(wěn) 經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)驗(yàn)證 選擇馬達(dá)齒輪 模數(shù) m 5 5 齒數(shù) Z 9 壓力角 a 20 3 2 3 消聲器的設(shè)計(jì) 為了降低錨桿鉆機(jī)氣