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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第83頁
1 緒論
1.1引言
煤炭是當(dāng)前我國能源的主要組成部分之一，是國民經(jīng)濟保持高速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠不能滿足整個國民經(jīng)濟的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機械化。
煤炭工業(yè)的機械化是指采掘、支護、運搬、提升的機械化。其中運搬包括運搬和輔助運搬。絞車就是輔助運搬的其中一種。我國絞車的發(fā)展大致分為三個階段。20世紀(jì)50年代主要是仿制設(shè)計階段;60年代，自行設(shè)計階段；70年代以后，我國進入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計階段。
科技與裝備是煤礦安全生產(chǎn)的有力保障。我們的總體目標(biāo)是，省屬煤礦瞄準(zhǔn)世界先進水平，加快礦井機械化、自動化和信息化建設(shè)，力爭到2008年，采掘機械化程度達到95%以上；市縣屬以下煤礦加快采掘機械化和支護鋼鐵化進程。
一是加快提升礦井裝備水平。制定了全省煤礦技術(shù)改造規(guī)劃，分類提出了技術(shù)改造的重點內(nèi)容和重點項目。大中型煤礦以發(fā)展綜合機械化為重點，加大采掘、機電、運輸?shù)戎饕O(shè)備的技術(shù)升級和更新改造，提高裝備現(xiàn)代化水平。目前，省屬煤炭企業(yè)綜采裝備達到133套，綜掘裝備208套，采掘機械化程度分別達到93.7%和94.8%。新礦集團三年來投入6億多元，上綜采設(shè)備28套，綜掘設(shè)備46套，綜采綜掘機械化程度由2002年的幾乎為零發(fā)展到2005年的80%和55.3%。
二是積極推進煤炭生產(chǎn)工藝改革。針對山東煤炭賦存條件差、薄煤層開采量大的實際，以提高安全保障水平和資源回收率為目標(biāo)，在總結(jié)先進適用技術(shù)的基礎(chǔ)上，突出抓了全省煤礦50項新技術(shù)推廣，加快淘汰落后生產(chǎn)方式，加大自主研發(fā)力度，在大傾角綜采、構(gòu)造復(fù)雜條件下綜采、薄煤層機采、極薄煤層螺旋鉆機采以及快速掘進等方面取得了重大突破，最大限度地減少了炮采、炮掘。對無法實行機械化作業(yè)且不能保障安全生產(chǎn)的煤層，一律禁止開采。
三是加快煤礦信息化步伐。以自動化技術(shù)改造礦井提升、供電、膠帶運輸、排水等主要生產(chǎn)系統(tǒng)，加速建立安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對礦井上下各環(huán)節(jié)主要設(shè)備運行狀態(tài)和瓦斯、煤塵、火、水、頂板壓力等實行全過程、全方位監(jiān)測監(jiān)控，部分重點崗位實現(xiàn)了無人值守。在全省煤礦全部推廣應(yīng)用數(shù)字化瓦斯遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，到去年底省屬煤炭企業(yè)實現(xiàn)了內(nèi)部聯(lián)網(wǎng)。龍礦集團投資1.5億元，建成了全數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)、礦井綜合自動化控制和安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控等數(shù)十個系統(tǒng)，實現(xiàn)了公司內(nèi)部信息網(wǎng)絡(luò)化、監(jiān)控數(shù)字化、操作自動化、管理信息化。
四是大力開展科技攻關(guān)。充分利用全省煤炭系統(tǒng)己建成的1個國家級、5個省級技術(shù)中心，引導(dǎo)企業(yè)走產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合之路，集中攻克影響安全生產(chǎn)的共性、關(guān)鍵性技術(shù)難題?！笆濉逼陂g，共完成科技成果787項，其中國家“863”科技攻關(guān)項目5項；有114項成果獲省部級以上獎勵，2項獲國家級獎勵。600米厚表土層井筒施工、600萬噸綜采工作面設(shè)備配套、海下采煤、大水礦區(qū)深部開采注漿帷幕截流、無人運輸監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)的實施，有些填補了國內(nèi)空白，部分成果達到國際先進水平。目前全省正在進行的高承壓巖溶水突水機理、高地壓軟巖巷道支護等11項重大課題的技術(shù)攻關(guān)也取得重大進展。
五是切實加大安全投入。抓住近年來煤炭市場好轉(zhuǎn)的有利時機，采取多種措施籌集資金，嚴(yán)格落實國家和省有關(guān)煤炭生產(chǎn)安全費用、維簡費用和科研費用的政策規(guī)定，加強費用提取使用監(jiān)管，督促企業(yè)加大投入，用足用好國家政策，確?？萍肌⒀b備和安全生產(chǎn)需要。對國家支持的安全技改項目，全部落實配套資金。凡因投入不足造成事故的，從嚴(yán)追究有關(guān)責(zé)任人的責(zé)任。“十五”期間，省屬煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)投入60多億元，其中2005年達到17.2億元。
六是強化安全技術(shù)管理。健全了以總工程師為核心的安全技術(shù)管理體系，配齊配強采掘、機電、通防、地測防治水等專業(yè)技術(shù)部門及分管副總工程師，明確要求大型煤礦工程技術(shù)人員占到企業(yè)生產(chǎn)定員的5%，中型煤礦占到4%。企業(yè)對技術(shù)部門負責(zé)人、礦井總工程師的任命，都要征得總工程師的同意；總工程師負責(zé)組織制定煤炭生產(chǎn)安全費用使用方案；對總工程師做出的安全技術(shù)決策，其他副職不得否定。
1.2 概述
鉆機主要用于露天礦山開采，建筑基礎(chǔ)開挖，水利、電站、建材、交通及國防建設(shè)等多種工程中的鑿巖鉆孔。與常見的鑿巖機相比，具有鉆孔深、鉆孔直徑大、鉆孔效率高、適應(yīng)范圍廣等特點，是當(dāng)前通用的大型鑿巖鉆孔設(shè)備。
在鑿巖設(shè)備的研究開發(fā)方面，瑞典的阿特拉斯·科普柯、芬蘭的湯姆洛克、美國的英格索蘭、日本的古河等企業(yè)已經(jīng)走在了行業(yè)的前列，它們均推出不同品牌和系列的一體化潛孔鉆機。這些公司的產(chǎn)品經(jīng)過幾十年甚至上百年的積累、改進與發(fā)展，無論是設(shè)計、選材還是制造水平都處于國際領(lǐng)先地位。其中瑞典的阿特拉斯·科普柯公司和芬蘭的湯姆洛克公司生產(chǎn)的液壓鑿巖設(shè)備占全球產(chǎn)t一半以上?，F(xiàn)在阿特拉斯·科普柯收購了英格索蘭鉆機部山特維克收購了湯姆洛克，特雷克斯也已收購了美國的Reedrillo
我國是一個快速發(fā)展的多山國家，礦山、能源、水電及國防等基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域中各種鑿巖開采的工程十分浩大。目前絕大部分大型高性能鑿巖鉆孔設(shè)備均依賴進口。根據(jù)(工程機械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)預(yù)測，化工原料和建筑材料是“十一五”期間發(fā)展的重點。雖然礦山開發(fā)總量增加有限，但是隨著向規(guī)?；?、集約化發(fā)展，小水泥廠將被關(guān)閉，大型石材礦山行業(yè)將得到快速發(fā)展，這些勢必促進礦山企業(yè)更新開采設(shè)備，以提高自身的機械化水平。(工程機械“十一五”發(fā)展規(guī)劃)在重點發(fā)展領(lǐng)域和重點產(chǎn)品中指出，在潛孔鉆機領(lǐng)域要優(yōu)先發(fā)展高氣壓和半液壓產(chǎn)品，以滿足金屬、水泥礦山推廣大直徑深孔采礦法的需求。預(yù)計2006年鑿巖機械將達到100000臺的市場規(guī)模，其中大型鉆機及鉆車將達到1 000臺左右。長期以來，以中南大學(xué)和北京科技大學(xué)等為主的高校及相關(guān)科研院所一直致力于鑿巖機械研究，推動了國內(nèi)鑿巖機械的發(fā)展。
1972年冶金工業(yè)部組織原中南工業(yè)大學(xué)(后與其他高校合并為中南大學(xué))與長沙礦冶研究院研制液壓鑿巖鉆車和液壓鑿巖機。1980年我國第一臺CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車和YYG80型液壓鑿巖機通過了冶金部的鑒定。隨后北京科技大學(xué)和中國煤炭科學(xué)院等10個單位參與了鑿巖機械的研究工作，并開發(fā)出一系列產(chǎn)品。其中，中南大學(xué)在純國產(chǎn)化液壓鑿巖設(shè)備研制中成果比較突出，除CGJ2丫型液壓鑿巖鉆車外，國內(nèi)第一臺用于實際生產(chǎn)的KZL120型露天液壓鉆車、配套的YY6250重型液壓鑿巖機以及CGJS-2YB型鐵路隧道半斷面鉆車都由該校研制成功。值得一提的是，這些成果不是照搬國外技術(shù)，而是在機構(gòu)上有所創(chuàng)新，并且形成了一套獨具特色的理論研究和設(shè)計方法。不僅如此，國內(nèi)幾家鑿巖機械制造企業(yè)也為我國鉆鑿設(shè)備的發(fā)展做出了一定的努力。但隨著市場化逐步推進，有些企業(yè)因為體制上的束縛，技術(shù)創(chuàng)新嚴(yán)重滯后，產(chǎn)品性能難以得到提升，高檔次的國產(chǎn)液壓鑿巖設(shè)備始終沒能形成大氣候，這種影響一直延續(xù)至今。同時，我國鑿巖機械市場受到進口產(chǎn)品的嚴(yán)重沖擊，在眾多的重點工程中，國外設(shè)備幾乎一統(tǒng)天下。湖南山河智能機械股份有限公司與中南大學(xué)智能機械研究所有著長期的合作，其在礦山機械研究方面有著深厚的技術(shù)底蘊。
2003年，湖南山河智能機械股份有限公司在廣泛調(diào)研、對比分析國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，立項開發(fā)出SWDA165型高性能一體化液壓潛孔鉆機，填補了國內(nèi)空白，產(chǎn)品性能達到國際先進水平。2004年，根據(jù)市場需要，又相繼開發(fā)了以內(nèi)燃機為動力的SWDB165和SWDB120型液壓潛孔鉆機，得到用戶一致認可，其產(chǎn)品在湖北、重慶、安徽等地的工程中得到廣泛應(yīng)用。SWD系列的一體化液壓潛孔鉆機現(xiàn)已小批量生產(chǎn)，并在多次招投標(biāo)中，以優(yōu)異的性價比獲得用戶的首肯。國內(nèi)潛孔鉆機行業(yè)存在的問題，國外的潛孔鉆機在接卸桿處都裝有急停拉線與控制傳感器，能及時防止事故的發(fā)生及擴大，防止人員的傷害及機器的損壞，安全保護措施周到;在設(shè)計上堅持以人為本的思想，駕駛環(huán)境舒適、安全、操作方便、勞動強度低并配t多種輔助機構(gòu)。在動力頭與鉆架上還裝有指示箭頭，使接卸桿的到位情況一目了然，操作快捷方便，工作效率高。國內(nèi)工程機械有很多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能與國際著名品牌的產(chǎn)品形似而神非，有些只是依葫蘆畫瓢，照搬照抄，或只做些表面文章。簡單的仿制導(dǎo)致設(shè)計結(jié)構(gòu)及參數(shù)不能合理匹配，該注意的方面沒有注意到，使用時間一長，一些隱含的深層次問題就逐漸攀露出來，如系統(tǒng)匹配、熱平衡、油溫及可靠性等方面問題。存在漏油、滲油等現(xiàn)象，外購、外協(xié)件的質(zhì)量難以保證，許多細節(jié)沒有得到很好處理。
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，對產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能的要求也相應(yīng)提高。國家重點工程因工期短，因此施工單位要求設(shè)備要具有高質(zhì)f,高效率的特點，能夠降低人力資源成本。國內(nèi)企業(yè)需開發(fā)出高檔產(chǎn)品，提高產(chǎn)品可操作性以滿足國內(nèi)市場的需要，并力爭出口。國內(nèi)制造企業(yè)下一步應(yīng)開發(fā)機動靈活、適應(yīng)性強的臂架式一體化液壓潛孔鉆機。為了提高工作效率，降低能耗，還要進一步開發(fā)液壓露天鉆車，以及礦井下使用的潛孔鉆機與液壓鉆車。在使用過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，并在設(shè)計與生產(chǎn)中改進，不斷完善各種性能。另外，應(yīng)特別注意保養(yǎng)與維護。國外的潛孔鉆機都編制了詳細的使用維修說明書，規(guī)定了嚴(yán)格的操作規(guī)程，要求操作者嚴(yán)格執(zhí)行。進口潛孔鉆機價格昂貴，備品、備件供貨周期長，價格不菲，因而使用單位一般也會嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，并注意維修和保養(yǎng)，所以其使用起來故障少，使用壽命長，生產(chǎn)效率高。而國產(chǎn)潛孔鉆機價格相對來說就便宜得多，備品、配件供貨也容易得到保證，相比之下使用單位對國產(chǎn)潛孔鉆機的使用要求就有所松懈，操作者常不能嚴(yán)格按操作規(guī)程操作，不注意維修與保養(yǎng)。因此，設(shè)備制造商應(yīng)要求用戶建立設(shè)備的詳細檔案，包括設(shè)備日常工作情況記錄表、維修保養(yǎng)記錄表，并要求用戶對工作場地進行平整與整理，提高設(shè)備生產(chǎn)效率，重視管理所產(chǎn)生的巨大效益。國產(chǎn)潛孔鉆機如果能在設(shè)計上再完善一點，選材上再可靠一點，制造上再精細一點，并注意維護和保養(yǎng)，在工程施工中同樣也會發(fā)揮很好的作用，以高性價比的優(yōu)勢與進口設(shè)備抗衡，并完全有可能取代進口設(shè)備。一個高科技企業(yè)發(fā)展壯大的墓礎(chǔ)是科技創(chuàng)新，其產(chǎn)品只有在實際應(yīng)用中不斷完善、更新才能獲得用戶的青睞。
目前，我國井下采用的一般坑道鉆機不能高效、經(jīng)濟地鉆進瓦斯抽放孔，這是因為它們重量大，搬運困難，或者重量雖輕，但扭矩和給進力等技術(shù)參數(shù)又不能滿足需要，加之煤礦井下環(huán)境的制約，大鉆機更無法施展其能力，直接影響采煤安全和生產(chǎn)進度。因而，在煤層開采過程中，迫切需要一種能滿足煤層瓦斯短鉆孔預(yù)抽放要求的輕便、強力、高效的鉆機。
1.2.1 短鉆孔瓦斯抽放鉆機總體設(shè)計方案
借鑒國外在施工瓦斯抽放孔鉆機方面的先進技術(shù)與經(jīng)驗，針對我國礦井巷道環(huán)境條件和采抽工作特點，利用優(yōu)化設(shè)計原理，結(jié)合眾多參考資料，我們設(shè)計出一種適應(yīng)性高的強力短鉆孔瓦斯抽放施工用鉆機。鉆機設(shè)計是以能高效、優(yōu)質(zhì)、安全、低耗鉆進短鉆孔為前提，使設(shè)計的鉆機技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，具有良好的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。在滿足主要技術(shù)性能參數(shù)的條件下，盡可能地做到重量輕、解體性強、易搬遷和工效高。這種短鉆孔瓦斯抽放鉆機的設(shè)計思路如下：
（1）鉆機采用分組式布局，整機由主機、泵站、
操縱臺3大部分組成。各部分之間用高壓膠管連接，以便在不同場地擺布靈活， 操作安全方便。
（2）不用液壓卡盤和液壓夾持器，以便大大降低重量和成本。
（3）鉆桿采用螺紋扣式或插銷式的螺旋鉆桿，加接鉆桿在孔口和回轉(zhuǎn)器之間進行。
（4）液壓系統(tǒng)采用雙泵開式循環(huán)系統(tǒng)，主泵管回轉(zhuǎn)，副泵管給進。
（5）若采用其他常規(guī)鉆探工藝方法，可在主軸過渡接頭和鉆桿之間，加接一個送循環(huán)液的水便裝置。
1.2.2 鉆機整體設(shè)計分析
短鉆孔瓦斯抽放鉆機總體可分為機械部分和液壓系統(tǒng)兩部分。機械部分主要是回轉(zhuǎn)器、給進裝置和機架的主機；液壓部分包括泵站和操縱臺
1.3 鉆機主要用途
鉆機是一種主要用于煤礦井下鉆進瓦斯抽放孔、超前排放孔、煤層注水孔、通風(fēng)孔、地質(zhì)勘探孔、錨桿孔及其其它工程孔等的設(shè)備。
一般，煤礦用鉆機采用液壓傳動，主要由泵站、動力頭、油缸推進機架、立柱和操縱臺等組成。這種鉆機具有體積小，重量輕，操作簡便，解體性能好，數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成分解或組合，便于搬遷，該機不僅占地面積小而且能適應(yīng)各種不同工作環(huán)境的需要。
1.4 鉆機組成部分
（1）泵站
泵站主要由電動機、泵、油箱、溢流閥、冷卻器、過濾器、空氣濾清器以及底架組成。泵站是鉆機的動力源，電動機通過聯(lián)軸器驅(qū)動泵旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)油路和推進油路兩路不同流量、壓力的壓力油，其壓力分別由各油路上的溢流閥來調(diào)整，經(jīng)高壓油管輸送到操縱臺，回油經(jīng)冷卻器、精濾油器后流回油箱。
油箱是用鋼板焊接而成的密封箱體。結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，采用整體密封，可使油液保持清潔。
為了保持液壓油的清潔，延長液壓元件的使用壽命，系統(tǒng)上設(shè)置有粗、精過濾器，在精過濾器的入口裝有一只壓力表，用來反映過濾器是否堵塞。此外，泵站上還設(shè)有一個溢流閥，可以保護系統(tǒng)不會超壓。
（2）動力頭
動力頭主要由液壓馬達、主軸、殼體及水辮軸等組成。在壓力油的作用下液壓馬達驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，再通過水辮軸給鉆具傳遞旋轉(zhuǎn)運動和扭矩。
（3）油缸推進機架
油缸推進機架主要由油缸、導(dǎo)軌架、機架、拖板架、夾持器等部件組成。油缸前端通過拖板與動力頭相連。動力頭的進退是通過油缸伸縮來實現(xiàn)的。泵站提供的小量油供給油缸，使油缸的推進速度為1.4m/min,為了減少輔助時間，也可將泵站的大流量油供給油缸，從而實現(xiàn)油缸帶動動力頭快速進退。
機架主要起支撐和推進動力頭、拆裝鉆桿的作用。機架下面有三個卡塊，是用于與立柱相連的。
夾持器有兩種形式分別適用于直徑φ42mm的光鉆桿和直徑φ70mm的螺旋鉆桿，以適應(yīng)在不同的巖層中鉆進。
（4）安裝架
安裝架主要由底架、立柱、整體抱箍、橫梁、上、下、支承座等組成。是支承、安裝機架（包括動力頭）的裝置。其錨固在頂?shù)装逯g，上、下、支承座可調(diào)整機架的安裝角，即可滿足鉆孔的傾角的要求。
立柱由內(nèi)立柱、外立柱、絲桿、千斤頂?shù)冉M成。該鉆機采用兩個立柱前后布置的型式。它可以起到支撐機架中心高在0.9~1.5m間調(diào)節(jié)?，F(xiàn)場鉆孔中心高度需要調(diào)節(jié)時，可通過調(diào)節(jié)管卡的位置來實現(xiàn)。
（5）操縱臺
操縱臺主要由臺架、多路換向閥組、節(jié)流閥（微調(diào)）、壓力表、膠管等組成。操縱臺的作用是通過各操縱手把實現(xiàn)鉆機的各種動作，對鉆機實行集中控制。多路換向閥組由三片閥組成，分別控制馬達的正反旋轉(zhuǎn)、推進油缸的快速進退和正常進退。多路換向閥的下端有一個溢流閥是控制動力頭的正轉(zhuǎn)壓力，上端有一個溢流閥是控制動力頭反轉(zhuǎn)壓力。節(jié)流閥可調(diào)節(jié)推進速度。快速進退閥片可將旋轉(zhuǎn)油路的大流量壓力油合并至推進油缸，實現(xiàn)快速進退。
在儀表板上有兩只壓力表，右邊的指示主油路壓力值，左邊的是指示推進系統(tǒng)壓力值。
（6）鉆具
鉆具包括鉆頭、鉆桿。
此鉆機采用巖石和煤層兩種鉆頭。巖石鉆頭為三翼硬質(zhì)合金三級組合鉆頭，煤層鉆頭為二翼硬質(zhì)合金鉆頭。
鉆桿分為光鉆桿和螺旋鉆桿兩種，一般采用圓形錐螺紋連接，具有強度高、拆裝方便和對中性好等優(yōu)點。根據(jù)需要，螺旋鉆桿可選用牙嵌卡子聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，使鉆具在卡鉆時可以反轉(zhuǎn)，提高抗卡鉆能力。
1.5 鉆機工作原理
鉆機采用全液壓傳動,大泵供油實現(xiàn)馬達及動力頭輸出軸旋轉(zhuǎn),輸出轉(zhuǎn)速和扭矩。小泵供油實現(xiàn)動力頭推進、夾持器夾緊、卡盤松緊以及主機調(diào)整傾角。鉆機的各種動作由多路換向閥進行集中控制。根據(jù)鉆進阻力的大小,通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速閥手輪調(diào)節(jié)鉆機推進速度。通過控制快速進退閥,可將旋轉(zhuǎn)閥片的大流量油合并至進給油路,實現(xiàn)進給油缸的快速進退。傾角調(diào)整機構(gòu)中設(shè)有調(diào)斜油缸和平衡閥,防止傾角調(diào)整過程中因多路閥或油缸等內(nèi)泄造成機架下滑或顫動
2 總 體 設(shè) 計
2.1設(shè) 計 總 則
1、煤礦生產(chǎn)，安全第一。
2、面向生產(chǎn)，力求實效，以滿足用戶最大實際需求。
3、貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。
4、技術(shù)比較先進，并要求多用途。、
2.2 已 知 條 件
已知設(shè)計數(shù)據(jù)如下：
動力頭輸出扭矩：T=500 Nm
輸出轉(zhuǎn)速：n1=200 r/min
n2=60 r/min
進給油缸推力：F=43750N
推進速度：v1=0～0.9171.4 m/min
正常退回速度：v2=0～10.11m/min
快速退回速度：v3=0～14.085 m/min
鉆進深度：h=150m (使用螺旋鉆桿)
錨固力：160KN
鉆桿直徑： φ=50mm
鉆孔傾角：
2.3 馬達的選擇與計算
液壓馬達習(xí)慣上是指輸出旋轉(zhuǎn)運動的,將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置.
一、液壓馬達的特點及分類
從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況；反之，當(dāng)液壓馬達的主軸由外力矩驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因為它們具有同樣的基本結(jié)構(gòu)要素--密閉而又可以周期變化的容積和相應(yīng)的配油機構(gòu)。
但是，由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以同類型的液壓馬達和液壓泵之間，仍存在許多差別。首先液壓馬達應(yīng)能夠正、反轉(zhuǎn)，因而要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱；液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速有一定的要求。因此，它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承；其次液壓馬達由于在輸入壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要的起動轉(zhuǎn)矩。由于存在著這些差別，使得液壓馬達和液壓泵在結(jié)構(gòu)上比較相似，但不能可逆工作。
液壓馬達按其結(jié)構(gòu)類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達的額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類。額定轉(zhuǎn)速高于500r／min的屬于高速液壓馬達，額定轉(zhuǎn)速低于500r／min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式 和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小，便于啟動和制動，調(diào)節(jié)(調(diào)速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩不大所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。低速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式，此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結(jié)構(gòu)型式，低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大轉(zhuǎn)速低(有時可達每分鐘幾轉(zhuǎn)甚至零點幾轉(zhuǎn))，因此可直接與工作機構(gòu)連接，不需要減速裝置，使傳動機構(gòu)大為簡化，通常低速液壓馬達輸出轉(zhuǎn)矩較大，所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。
二、液壓馬達的工作原理
1.葉片式液壓馬達
由于壓力油作用，受力不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片式液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油口之間的壓力差有關(guān)，其轉(zhuǎn)速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。由于液壓馬達一般都要求能正反轉(zhuǎn)，所以葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油，在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應(yīng)設(shè)置單向閥，為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通人后能正常啟動，必須使葉片頂部和定子內(nèi)表面緊密接觸，以保證良好的密封，因此在葉片根部應(yīng)設(shè)置預(yù)緊彈簧。 葉片式液壓馬達體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，動作靈敏，可適用于換向頻率較高的場合，但泄漏量較大，低速工作時不穩(wěn)定。因此葉片式液壓馬達一般用于轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小和動作要求靈敏的場合。
2.徑向柱塞式液壓馬達
徑向柱塞式液壓馬達工作原理，當(dāng)壓力油經(jīng)固定的配油軸的窗口進入缸體內(nèi)柱塞的底部時，柱塞向外伸出，緊緊頂住定子的內(nèi)壁，由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處，定子對柱塞的反作用力為 。力可分解為 和 兩個分力。當(dāng)作用在柱塞底部的油液壓力為ｐ，柱塞直徑為ｄ，力和之間的夾角為 X時，力對缸體產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使缸體旋轉(zhuǎn)。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。
以上分析的一個柱塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況，由于在壓油區(qū)作用有好幾個柱塞，在這些柱塞上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都使缸體旋轉(zhuǎn)，并輸出轉(zhuǎn)矩。徑向柱塞液壓馬達多用于低速大轉(zhuǎn)矩的情況下。
3.軸向柱塞馬達
軸向柱塞泵除閥式配流外，其它形式原則上都可以作為液壓馬達用，即 軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是可逆的。軸向柱塞馬達的工作原理為，配油盤和斜盤固定不動，馬達軸與缸體相連接一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓力油經(jīng)配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時，柱塞在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤斜盤對柱塞產(chǎn)生一個法向反力ｐ，此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡，而Q則使柱塞對缸體中心產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，帶動馬達軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)。軸向柱塞馬達產(chǎn)生的瞬時總轉(zhuǎn)矩是脈動的。若改變馬達壓力油輸入方向，則馬達軸按順時針方向旋轉(zhuǎn)。斜盤傾角ａ的改變、即排量的變化，不僅影響馬達的轉(zhuǎn)矩，而且影響它的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。斜盤傾角越大，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩越大，轉(zhuǎn)速越低。
4．齒輪液壓馬達
齒輪馬達在結(jié)構(gòu)上為了適應(yīng)正反轉(zhuǎn)要求，進出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外；為了減少啟動摩擦力矩，采用滾動軸承；為了減少轉(zhuǎn)矩脈動齒輪液壓馬達的齒數(shù)比泵的齒數(shù)要多。
齒輪液壓馬達由干密封性差，容租效率較低，輸入油壓力不能過高，不能產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩。并且瞬間轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨著嚙合點的位置變化而變化，因此齒輪液壓馬達僅適合于高速小轉(zhuǎn)矩的場合。一般用干工程機械、農(nóng)業(yè)機械以及對轉(zhuǎn)矩均勻性要求不高的機械設(shè)備上。
三、計算總機械傳動效率
由于馬達輸出轉(zhuǎn)速較高，不能直接滿足負載（鉆頭）對扭矩的要求，需配置機械減速機構(gòu)。該減速機構(gòu)是三級減速，利用圓柱齒輪傳動來實現(xiàn)，查《機械設(shè)計手冊》知：三級圓柱齒輪減速器效率為。
取
1、計算馬達輸出扭矩
設(shè)傳動比為。
（1）計算馬達實際輸出扭矩
其中：
（2）計算馬達理論輸出扭矩
其中：
2、計算馬達工作壓差
設(shè)馬達入口壓力，出口壓力，則
馬達工作壓差為
3、計算馬達的排量
根據(jù)能量守恒定律有：，則
其中：
4、計算馬達的流量
5、馬達外型尺寸為 121×209
查《機械設(shè)計手冊》選用CMGF2040型齒輪油泵馬達，其技術(shù)參數(shù)見表1：
CMGF2040
理論排量（）
額定壓力（）
最高壓力（）
理論扭矩（N.m）
工作（壓力）扭矩（N.m）
功率（kw）
19.2
輸出轉(zhuǎn)速（r/min）
500
2.4 液壓缸
液壓缸又稱油缸，是一種將輸入的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來驅(qū)動工作機構(gòu)作直線或小于360度的回轉(zhuǎn)運動。液壓缸具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，制造容易和使用維護方便等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣的液壓執(zhí)行元件。 轉(zhuǎn)向缸在液壓缸中被廣泛應(yīng)用。它在伸出的時候（液壓桿從缸體中伸出），由于缸體一端是耳環(huán)，并沒有被固定，所以在伸出的時候本身會轉(zhuǎn)動。它被用于各種轉(zhuǎn)向機構(gòu)中。比如說產(chǎn)斗車的懸臂是由兩個轉(zhuǎn)向缸夠成，它們控制懸臂的旋轉(zhuǎn)，使鏟斗能挖土。
液壓缸的設(shè)計計算步驟：
1.根據(jù)主機運動要求，按表23.6-39選擇液壓缸的類型。根據(jù)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要 求，按表23.6-40選擇液壓缸的安裝方式。
2.根據(jù)主機的動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力速度，作用時間，內(nèi)徑，行程及活塞桿直徑等。
3.根據(jù)選定的工作壓力和材料進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如缸體的壁厚，缸蓋結(jié)構(gòu)密封形式，排氣與緩沖等。
4.液壓缸性能的驗算。
一、液壓缸工作原理：
液壓傳動原理以油液作為工作介質(zhì)，通過密封容積的變化來傳遞運動，通過油液內(nèi)部的壓力來傳遞動力。?
1、動力部分－將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能（液壓能）。例如： 液壓泵。
2、執(zhí)行部分－將液壓泵輸入的油液壓力能轉(zhuǎn)換為帶動工作機構(gòu)的機械能。例如：液壓缸、液壓馬達。
3、控制部分－用來控制和調(diào)節(jié)油液的壓力、流量和流動方向。例如：壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。?
4、輔助部分－將前面三部分連接在一起，組成一個系統(tǒng)，起貯油、過濾、測量和密封等作用。例如：管路和接頭、油箱、過濾器、蓄能器、密封件和控制儀表等。
5、在一定體積的液體上的任意一點施加的壓力,能夠大小相等地向各個方向 傳遞.這意味著當(dāng)使用多個液壓缸時,每個液壓缸將按各自的速度拉或推,而這些速度取決于移動負載所需的壓力.
6、??在液壓缸承載能力范圍相同的情況下,承載最小載荷的液壓缸會首先移動, 承載最大載荷的液壓缸最后移動.
???? 為使液壓缸同步運動,以達到載荷在任一點以同一速度被頂升,一定要在 系統(tǒng)中使用控制閥或同步頂升系統(tǒng)元件.
2.4.1 液壓缸已知參數(shù)
（1）油缸推力：
（2）正常推進速度：
（3）正常退回速度：
（4）初定液壓缸的工作壓力
（5）取液壓缸機械效率
2.4.2液壓缸幾何參數(shù)的計算
（1）取,所以：
（2）計算液壓缸內(nèi)腔截面積
一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為
解上式得：
（3）計算液壓缸內(nèi)徑
（4）計算活塞桿直徑
根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計算的與分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置，圓整后得。
2.4.3液壓缸性能參數(shù)的計算
（1）液壓缸的輸出力
①單活塞桿液壓缸的推力
式中：
②單活塞桿液壓缸的拉力
式中：
（2）液壓缸的流量
單位時間內(nèi)油液通過缸筒有效截面的體積，稱作液壓缸的流量。
對于單活塞桿液壓缸，
①當(dāng)活塞桿伸出時
式中：
②當(dāng)活塞桿縮入時
式中：
液壓缸的安裝尺寸為下表：
液壓缸內(nèi)徑/mm
63
活塞桿直徑/mm
35
推力/KN
43．75
拉力/KN
35．43
最大行程/mm
2000
工作壓力/Mpa
10
活塞桿行程/mm
1100
Xc+/mm.
300+1100
MR/mm
45
液壓缸壁厚δ/mm
6.5
L=XC+MR
1445
3 減速器的設(shè)計計算
3.1國外減速器現(xiàn)狀
齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機械傳動裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大，或者傳動比大而機械效率過低的問題。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。最近報導(dǎo)，日本住友重工研制的FA型高精度減速器，美國Alan-Newton公司研制的X-Y式減速器，在傳動原理和結(jié)構(gòu)上與本項目類似或相近，都為目前先進的齒輪減速器。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率以及使用壽命長的方向發(fā)展。因此，除了不斷改進材料品質(zhì)、提高工藝水平外，還在傳動原理和傳動結(jié)構(gòu)上深入探討和創(chuàng)新，平動齒輪傳動原理的出現(xiàn)就是一例。減速器與電動機的連體結(jié)構(gòu)，也是大力開拓的形式，并已生產(chǎn)多種結(jié)構(gòu)形式和多種功率型號的產(chǎn)品。目前，超小型的減速器的研究成果尚不明顯。在醫(yī)療、生物工程、機器人等領(lǐng)域中，微型發(fā)動機已基本研制成功，美國和荷蘭近期研制的分子發(fā)動機的尺寸在納米級范圍，如能輔以納米級的減速器，則應(yīng)用前景遠大。
3.2國內(nèi)減速器現(xiàn)狀
國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國內(nèi)使用的大型減速器（500kw以上），多從國外（如丹麥、德國等）進口，花去不少的外匯。60年代開始生產(chǎn)的少齒差傳動、擺線針輪傳動、諧波傳動等減速器具有傳動比大，體積小、機械效率高等優(yōu)點?。但受其傳動的理論的限制，不能傳遞過大的功率，功率一般都要小于40kw。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。90年代初期，國內(nèi)出現(xiàn)的三環(huán)（齒輪）減速器，是一種外平動齒輪傳動的減速器，它可實現(xiàn)較大的傳動比，傳遞載荷的能力也大。它的體積和重量都比定軸齒輪減速器輕，結(jié)構(gòu)簡單，效率亦高。由于該減速器的三軸平行結(jié)構(gòu)，故使功率/體積（或重量）比值仍小。且其輸入軸與輸出軸不在同一軸線上，這在使用上有許多不便。北京理工大學(xué)研制成功的"內(nèi)平動齒輪減速器"不僅具有三環(huán)減速器的優(yōu)點外，還有著大的功率/重量（或體積）比值，以及輸入軸和輸出軸在同一軸線上的優(yōu)點，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。國內(nèi)有少數(shù)高等學(xué)校和廠礦企業(yè)對平動齒輪傳動中的某些原理做些研究工作，發(fā)表過一些研究論文，在利用擺線齒輪作平動減速器開展了一些工作。二、平動齒輪減速器工作原理簡介,平動齒輪減速器是指一對齒輪傳動中，一個齒輪在平動發(fā)生器的驅(qū)動下作平面平行運動，通過齒廓間的嚙合，驅(qū)動另一個齒輪作定軸減速轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)減速傳動的作用。平動發(fā)生器可采用平行四邊形機構(gòu)，或正弦機構(gòu)或十字滑塊機構(gòu)。本成果采用平行四邊形機構(gòu)作為平動發(fā)生器。平動發(fā)生器可以是虛擬的采用平行四邊形機構(gòu)，也可以是實體的采用平行四邊形機構(gòu)。有實用價值的平動齒輪機構(gòu)為內(nèi)嚙合齒輪機構(gòu)，因此又可以分為內(nèi)齒輪作平動運動和外齒輪作平動運動兩種情況。外平動齒輪減速機構(gòu)，其內(nèi)齒輪作平動運動，驅(qū)動外齒輪并作減速轉(zhuǎn)動輸出。該機構(gòu)亦稱三環(huán)（齒輪）減速器。由于內(nèi)齒輪作平動，兩曲柄中心設(shè)置在內(nèi)齒輪的齒圈外部，故其尺寸不緊湊，不能解決體積較大的問題。?內(nèi)平動齒輪減速，其外齒輪作平動運動，驅(qū)動內(nèi)齒輪作減速轉(zhuǎn)動輸出。由于外齒輪作平動，兩曲柄中心能設(shè)置在外齒輪的齒圈內(nèi)部，大大減少了機構(gòu)整體尺寸。由于內(nèi)平動齒輪機構(gòu)傳動效率高、體積小、輸入輸出同軸線，故由廣泛的應(yīng)用前景。
3.3 各級傳動比分配及總傳動比
3.3.1 總傳動比
i=500/200=2.5 (高速檔)
i=500/60=8.33 (低速黨)
3.3.2 傳動比的分配
本減速器采用三級減速，我們設(shè)定：
高速檔時：i1=2.3 i2=2.2 i3=0.5
低速檔時：i1=2.3 i2=2.2 i3=1.67
3.3.3 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計算
1）各軸輸入功率：
輸入軸：p1=19.2kw
中間軸：p2=19.2×0.97×0.97=18.07kw
輸出軸：p3=18.07×0.95×0.95×0.95×0.97×0.97=14.57kw
2)各軸轉(zhuǎn)速：
輸入軸：n1=500r/min
中間軸：n2=500÷2.3÷2.2=100r/min
輸出軸：n3=100÷0.5=200r/min(高速檔)
n3=100÷1.67=60r/min(低速檔)
3）各軸輸入扭矩
輸入軸：T1= 9550 =9550 = 458.4Nm
中間軸：T2=95501725.69Nm
輸出軸：T3=9550Nm(高速檔)
T3=9550Nm（低速檔
3.4 傳動零件的計算
3.4.1 a-b齒輪副設(shè)計計算：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度;
參考文獻[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d，參考文獻[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻[4]，由式（8-53）求得
載荷系數(shù)K 參考文獻[4]，由式（8-54）得
使用系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-20
動載荷系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-55）及得
參考文獻[4]，查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-22得
節(jié)點影響系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8－65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8－69）得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻[4]，查圖8－69
參考文獻[4]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8－70)
預(yù)設(shè)鉆機每天工作20小時，每年工作350天，預(yù)期壽命為10年
則參考文獻[4]，查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù) 、（不允許有點蝕）
硬化系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-71及說明
接觸強度安全系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-27，按一般可靠度查
取
故的設(shè)計初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻[4]，查表8－3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計取有差距，對取值影響不大，不需修正
參考文獻[4]，查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ，
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強度校核計算
齒形系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-67）
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8-71）
彎曲疲勞極限 參考文獻[4]，查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-27
則
故
齒根彎曲強度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(參考文獻[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動比 .3
參考文獻[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.2 c-d齒輪副：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度;
參考文獻[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d，參考文獻[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻[4]，由式（8-53）求得
載荷系數(shù)K 參考文獻[4]，由式（8-54）得
使用系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-20
動載荷系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-55）及得
參考文獻[4]，查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-22得
節(jié)點影響系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8－65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8－69）得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻[4]，查圖8－69
參考文獻[4]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8－70)
預(yù)設(shè)鉆機每天工作20小時，每年工作350天，預(yù)期壽命為10年
則參考文獻[4]，查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù) 、（不允許有點蝕）
硬化系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-71及說明
接觸強度安全系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-27，按一般可靠度查
取
故的設(shè)計初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻[4]，查表8－3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計取有差距，對取值影響不大，不需修正
參考文獻[4]，查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ，
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強度校核計算
齒形系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-67）
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8-71）
彎曲疲勞極限 參考文獻[4]，查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-27
則
故
齒根彎曲強度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(參考文獻[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動比
參考文獻[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3.4.3 e-f齒輪副：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度;
參考文獻[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d，參考文獻[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
小齒輪轉(zhuǎn)矩 參考文獻[4]，由式（8-53）求得
載荷系數(shù)K 參考文獻[4]，由式（8-54）得
使用系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-20
動載荷系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-60
齒間載荷分配系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-55）及得
參考文獻[4]，查表并插值
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-22得
節(jié)點影響系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-64得
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8－65得
許用接觸應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8－69）得
接觸疲勞極限應(yīng)力、 參考文獻[4]，查圖8－69
參考文獻[4]，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8－70)
預(yù)設(shè)鉆機每天工作20小時，每年工作350天，預(yù)期壽命為10年
則參考文獻[4]，查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù) 、（不允許有點蝕）
硬化系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-71及說明
接觸強度安全系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-27，按一般可靠度查
取
故的設(shè)計初值為
齒輪模數(shù)
參考文獻[4]，查表8－3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計取有差距，對取值影響不大，不需修正
參考文獻[4]，查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ，
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強度校核計算
齒形系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-67）
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8-71）
彎曲疲勞極限 參考文獻[4]，查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-27
則
故
齒根彎曲強度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(參考文獻[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓
基圓直徑
齒距
中心距
傳動比
參考文獻[4]表8-31得知，當(dāng) ，選用腹板式的結(jié)構(gòu)
3．4．4 j-h齒輪副：
1）選擇齒輪材料
小齒輪選用45#調(diào)質(zhì) HBS1=245～275HBS
大齒輪選用45#正火 HBS2=210～240HBS
2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度;
參考文獻[4]表8-14，表8-15選取 Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑d，參考文獻[4]，由式（8-64）求得
齒寬系數(shù)參考文獻[4]，查表8～23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
小齒輪齒數(shù), 在推薦值20-40中選
大齒輪齒數(shù) ，圓整取
齒數(shù)比
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)。合適
齒輪j-h與e-h齒輪嚙合的中心距是相等的，所以有：
138=
齒輪模數(shù)
參考文獻[4]，查表8－3取
小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值
圓周速度
與估計取有差距，對取值影響不大，不需修正
參考文獻[4]，查圖8-57
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距
齒寬 ，
取大輪齒寬
小輪齒寬
(3) 齒根彎曲疲勞強度校核計算
齒形系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-68 小輪
大輪
重合度系數(shù) 參考文獻[4]，由式（8-67）
許用彎曲應(yīng)力 參考文獻[4]，由式（8-71）
彎曲疲勞極限 參考文獻[4]，查圖8-72
彎曲壽命系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-73
尺寸系數(shù) 參考文獻[4]，查圖8-74
安全系數(shù) 參考文獻[4]，查表8-27
則
故
齒根彎曲強度足夠。
(4) 齒輪其他尺寸計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(參考文獻[4]表8-4)
1) 小齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
2) 大齒輪的相關(guān)尺寸
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根