200米钻机回转器设计

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1、目录摘 要1Abstract2第1章 绪 论31.1 选题的意义31.2 设计内容31.3 设计方法41.4 预期目标4第2章 钻机概述52.1 钻机的功用52.2 对钻机的要求52.3 钻机的组成52.4 钻机的分类和名称62.4.1分类62.4.2名称7第3章 钻机的总体设计83.1 本设计钻机的应用场合83.2设计方案的确定83.2.1 本设计钻机的特点83.2.2 总体设计方案的确定83.3 钻机的技术特性和要求9第4章 动力机的确定114.1 输出功率计算114.2 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率114.3 给进油缸所需功率的计算134.3.1 给进油缸的基本参数134.3.2 油

2、缸工作压力的计算134.3.3 油泵最大工作流量计算144.3.4 给进油缸功率计算144.4 动力机功率的确定14第5章 机械传动系统设计155.1 主要参数的选择175.1.1 变速箱175.1.2 绞车175.1.3 回转器175.2 机械传动系统初步计算175.2.1 变速箱各档传动185.2.2 绞车的缠绳速度185.2.3 立轴的转速19第6章 变速箱的设计与计算216.1 变速箱的结构特点及设计要求216.1.1 结构特点216.1.2 设计要求216.2 齿轮副的强度计算与校核226.2.1 变速箱内各齿轮主要参数确定226.2.2 主要齿轮副的强度设计计算与校核226.3 轴

3、的强度计算与校核286.3.1 轴的强度计算296.3.2 轴的强度验算校核32第7章 绞车347.1 绞车的结构特点347.2 主要参数的选择347.2.1 绞车性能参数347.2.2 绞车卷筒转速和提升速度计算367.3 绞车所需功率377.4 绞车齿轮副强度简单校核38第8章 回转器的设计398.1 回转器的结构特点418.2 回转器的弧齿锥齿轮副设计418.2.1 弧齿锥齿轮参数设计418.2.2 零部件的强度与寿命计算418.3 轴径的估算428.3.1齿轮受力分析47第9章 液压系统的设计与计算399.1 液压卡盘的设计与计算41 9.1.1 卡瓦对钻杆的夹紧力419.1.2 蝶型

4、弹簧的轴向推力419.1.3 蝶型弹簧的设计计算419.1.4 蝶型弹簧的变形量计算419.1.5 所需油压的计算419.1.6 卡瓦径向伸缩量计算419.1.7 缸体的强度计算419.2 给进油缸的设计429.3 夹持器42第10章 可行性及经济成本分析4710.1 可行性分析5210.1.1 设计可行性分析5310.1.2 市场可行性分析5310.2 经济性分析53第11章 使用说明4711.1 概述5211.2 钻机分组情况5211.3 工作原理5211.3.1 钻机的工作原理5311.3.2 立轴的给进运动5311.3.3 立轴的快速移动5311.4 操作程序5211.5 机器的保养与

5、维护5211.6 故障原因及排除方法5211.7 钻机的安全注意事项52结论55致谢56参考文献57专题58附录170附录277附录386附录494摘 要 200米液压钻机主要用于钻探各种深度为200米左右的各种角度的各类用途的孔，可在不同硬度的岩石中钻孔，而在煤层、软岩石中钻孔以及在农田打井时效率最高。钻机组成主要分为回转器、绞车、变速箱、机架、操作仪。在本次的设计中主要对回转器部分进行了分析创新设计，通过了结构合理性分析及各强度的较核验算。对钻机整体进行了设计，通过最后设计结果，满足了初定的设计要求。该项目的成功设计，有效满足了由于150米钻机不能完成的钻探探测任务，为新型的探测作出了有力

6、准备，填补了目前的空白。在设计中加入和优化设计理论和绿色设计理论，使得操作者减轻了劳动强度，考虑了油的各种泄露问题，对环境减轻了甚至免去了污染，符合新型设计理论。关键字 地质勘探 钻机 回转器 Abstract200 meters liquid presses drill machine is mainly used to drill to explore various depth as 200 meters any kind of angle of bore . It can drill a hole in the rock of different degrees of hardness

7、. Drilling a hole in the coal seam, soft rock and in the farmland beat the well time and limited efficacy rate . the Drillling machine constitutes is divided in to turn round a machine, winch and become soon a box, machine and operates an instrument. Main carried on an analytical innovation design t

8、owards turning round the machine part in the design ,by the structure rationality an analytical and each strength to check to calculate more. Carried on a design towards drilling machine wholly, pass an end the design result, satisfy a beginning settle of design request. The successful design of tha

9、t item, satisfied effectively to drill machine and cant complete because of 150 meters of drill and explore mission, in order to probe in to make emollient preparation newly, fill up current blank. Join in the design with excellent turn design the theories and green to design theories, make the oper

10、ation ease labor strength, considering oil of various reveal a problem and ease to the environment to even avoid a pollution, match new design theories.Key words The geology probes into, drill machine, turn round a machine第1章 绪 论1.1 选题的意义 题目的选择，是通过毕业实习上的调查了解，以及目前能源行业的火暴形式，大家都知道社会的发展离不了能源的供应，针对在课前的调查

11、中了解到目前在能源开采的紧张，需要一些专门化的设备，来解决实际问题。选择200米液压钻机的设计，主要是考虑到目前的75米，100米，150米以及当前的200米钻机存在着各种问题，他们不能满足现在实际要求，对新型200米钻机的设计能解决目前存在的问题，对他的成功设计，将有效改进目前的钻探工艺，取得较大的经济效益。1.2 设计内容1. 200米液压钻机回转器的设计2主要技术参数： （1）.钻进深度(使用42或50钻杆) 200m （2）.钻孔直径 开孔直径 89m 终孔直径 60mm （3）. 立轴行程 500mm（4）最大液压给进压力 4 MPa（5）卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6

12、MPa（6）立轴内孔直径 52mm （7）油缸最大起拔力 32.5KN （8）油缸最大给进力 20KN1.3 设计方法确定了设计题目，就得需要相应的设计方法，有了明确的设计方法理念才能完成预期的设计目标。有针对性的设计才能取得良好的效果，根据自己的调研情况，我设计采用的方法是改进型创新设计，主要理论知识来源于钻机的结构原理，钻机的钻进工艺，及岩心岩石的理论研究知识。1.4 预期目标 每一项设计都有一个预期计划目的，本次设计的预期目标为，设计结果应满足设计要求，设计的钻机应较前期钻机有突出的设计优势。设计最终应满足钻进200米的各项功能要求，对环境无污染或少污染，得到绿色设计要求，能有效减轻劳动

13、者的劳动强度，及提高操作者的安全保证，得到优化设计的要求。并且能够取得较高的经济效益和社会效益。第2章 钻机概述2.1 钻机的功用 钻探是地质勘探工作的重要手段之一。钻机是实现该手段的主要设备。其基本功用是以机械动力带动钻头向地壳钻孔并采取岩矿心。钻机同时还是进行石油、天然气勘探及开采、水文水井钻探、工程地质钻探等工程的重要设备。2.2 对钻机的要求 钻机的技术性能要保证在施工中能满足合理的工艺要求，以最优规程，达到预计的质量要求；维护保养简单容易；安装拆卸搬迁方便；利于快速钻进；钻进辅助时间短；钻孔施工周期短；体力劳动强度低等。概括起来说，是钻机要为多、快、好、省地完成钻探生产任务创造有利条

14、件。 根据钻机的基本功用，对钻机具体要求如下： 1.通过回转钻具等钻进方式将动力传给钻头，使钻头具有适合钻进规程需要的转速及调节范围，以便有效地破碎岩石； 2.能通过钻具向钻头传递足够的轴心压力，并有相当的调整范围，使钻头有效地切入或压碎岩石； 3.能调整和控制钻头给进速度，保证连续钻进； 4.能完成升降钻具的工作，并能随着钻具重量的变化而改变提升速度，以充分利用动力机的功率和缩短辅助时间； 5.能变换钻进角度和按一定技术经济指标旧响应深度的直径的钻孔，以满足钻孔设计的要求和提高钻进效率。2.3 钻机的组成 目前常用的钻机由如下各部分组成： 1.机械传动系统 将输入的动力变速并分配到回转机构、

15、升降机构。对于液压钻机还要有驱动油泵，使液压系统工作的装置。 2.液压传动系统 利用油泵输出的压力油驱动马达、油缸等液动机，以使立轴回转和控制给进机构、移动钻机、松紧卡盘、夹持器等； 3.回转机构 回转钻具，以带动钻头破碎孔底岩石。 4.给进机构 调整破碎岩石所需要的轴心压力和控制给进速度。在出现孔内事故时，可以进行强力起拨。 5.升降机构 用于升降钻具（提取岩心和更换钻头）和进行起下套管等作业。 6.机架 支承上述各机构及系统，使之组装成一个整体，成为完整的机器。2.4 钻机的分类和名称 随着钻探工程在国民经济各部门中的广泛应用，钻机类别和型号也在增多。为此将钻机实行科学分类和确定名称，对识

16、别、评价和选择钻机是很有意义的。 2.4.1分类 按用途分类 按用途不同，可将现行广泛使用的钻机分为三大类，即地质勘探用岩心钻机；石油钻探用钻机；专用钻机（水文水井钻机、物探钻机、工程钻机等）； 按钻机标准钻进孔深分类根据不同孔深范围，将各种不同钻进孔深的钻机分成三类或四类。按三类分见表21。 表21 (m）类别浅孔钻机中深孔钻机深孔钻机1030010300300800300800800120010002000 按四类分类见表12。表12 （m）浅孔钻机次深孔钻机中深孔钻机深空钻机10150200400500800900以上按原来地质总局设备管理分类钻机可分为六类，即浅孔钻机、岩心钻机、石油钻

17、机、水文水井钻机、汽车钻机和砂矿钻机；按装载方式分类可以分为滑橇式、卡车式、拖车式；按破碎岩石方式分类可分为回转式、冲击式和冲击回转式；按回转机构型式分类可分为立轴式、转盘式、动力头式；按进给机构分类可以分为手轮（把）式、油压式、螺旋差动式、长油缸式、油马达链轮式。2.4.2名称钻机的名称是按照钻机综合特征及主要性能，以汉字拼音字母及数字编排成的代号来表示的。通常把这种代号称为型号，并以铭牌指示在钻机上。国产钻机名称一般有三部分组成：首部为用途类别和结构特征代号，用汉语拼音中的一个字母表示。如“X”是汉字“心”的拼音首字母，表示钻机用于岩心钻进。“U”是汉字“油”的首字母，表示给进机构类型属于

18、油压式。中部为主要性能参数代号，用钻机标准钻进深度数字表示。如标准钻进深度为200米的钻机，中部代号为200。尾部为变型代号，可用汉语拼音字母中的一个字母或数字为代号。无尾部的是指首次产品。如是第二次修改后的产品，尾部代号为2。第3章 钻机的总体设计3.1 本设计钻机的应用场合 200米型液压钻机主要用于钻探深度为200米的各种角度的放水孔、地质构造孔、灭火孔、抽放瓦斯孔及铁路、公路、桥梁、隧道、国防建设、工业民用建设、农田打井及地质勘探、工程爆破以及其它用途的各种工程孔。 该机可用于不同硬度的岩石中钻探任何角度的钻孔，而在煤层、软岩层、硬岩层中钻孔和农田打井时效率为最高。整个机组由两部分组成

19、，即200米型钻机、150/3.0泥浆泵。钻机冲洗液为泥浆或清水。在地面钻探不需要使用钻塔，只要有一定高度的三角架可供提升使用就可以。 200米型液压钻机配备动力为电动或柴油机，适用于井上、井下或野外没有电源的场地作业。3.2 设计方案的确定3.2.1 本设计钻机的特点通过市场调研了解到，目前钻探工程对钻孔深度200米左右的钻机需求量日趋增加，而当前的200米钻机，存在着劳动强度大、适应性差等缺点。鉴于以上原因，我们决定改进200米钻机。经几次方案讨论决定，钻机应具有以下特点：1. 经济耐用可靠、质优价廉；2. 便于解体搬运；3. 体积小，重量轻；4. 操作简单，维修方便；5. 适用于42、5

20、0mm两种钻杆；6. 适用于合金钻头或金刚石钻头钻进；7. 钻进速度快，效率高；8. 动力为电机或柴油机。3.2.2 总体设计方案的确定经过调研和几次方案论证，考虑到现场特点，从实用角度出发，确定方案如下：1. 考虑到井下、井上和野外作业，动力可选电机或柴油机；2. 考虑到有软岩石、硬岩石的钻进，除了正常的钻进速度外，增加高速600r/min；3. 钻机除配机动绞车外，增加了液压卡盘减轻劳动强度，节约时间，提高有效钻进速度；4. 考虑到高转速时，绞车速度不能太快，所以增加了互锁装置，安全可靠；5. 由于本机动力较大，动力由V型带传动到变速箱的传动轴上易使传动轴弯曲，所以增加了卸荷装置；6. 采

21、用二级回归式变速箱，减少变速箱体积，根据不同的地质条件，选用不同的钻进速度；7. 在满足上述要求的同时，尽量结构简单，操作方便，适于整体或解体搬运。尽量做到标准化, 通用化，系列化。3.3 钻机的技术特性和要求考虑到钻机的实际工作情况，根据我国当前生产技术和工艺水平，本200型钻机的技术特性为：1.钻进深度(使用42或50钻杆) 200m 2.钻孔直径 开孔直径 89m 终孔直径 60mm 3. 钻孔倾斜角度 03604. 立轴转速 120、240、350、600r/mm5. 立轴行程 500mm6最大液压给进压力 4 MPa7卡盘最大工作压力（弹簧常闭式液压卡盘） 6 MPa8立轴内孔直径

22、52mm 9油缸最大起拔力 32.5KN 10油缸最大给进力 20KN 11. 绞车提升速度 0.26、0.61、0.70m/s 12. 绞车转速 33、79、91r/min 13绞车提升负荷 0.70m/s 3.35KN . 0.61m/s 6.00KN . 0.26m/s 12KN 14. 卷筒 直径 140mm 宽度 100m 钢丝绳直径 8.8mm 容绳长度 32.8m 15配备动力 电动机 型号 YB160L4 电压 380/660V 功率 15KW 转速 1460r/min柴油机 型号 S1500 功率 15KW 转速 2200r/min 16.外型尺寸（Lhb） 13706851

23、200mm 17重量（不含柴油机） 750Kg第4章 动力机的确定4.1 输出功率计算根据现场需要，动力机的选择偏大些，加大储备系数，这样可以提高钻进效率。 输出功率为 （41）式中： 钻机所需功率(KW)式中： 回转钻及破坏岩石、土层所需功率(KW) 效率 =0.9 油泵所需功率(KW)4.2 回转钻进及破碎岩石、土层所需功率回转钻进及破碎岩石、土层所需功率计算公式如下：= （42）式中： 井底破碎岩石、土层所需功率(KW) =式中： m钻头切削刃数 取m=6 n立轴转速 r/min h钻进速度 当转速130r/min、250r/min时,h=5cm/min 当转速350r/min、600r

24、/min时,h=1.5cm/min 岩石抗压强度,其值见表3-1井底环状面积，取钻头直径D=7.7cm,内孔直径 d=5.9cmcm2 钻头与孔底摩擦所需功率(KW) （43）式中： 孔底压力或岩石抗压强度 钻具与岩石直接的摩擦系数 f=0.5 e侧摩擦系数 e=1.1 立轴转速 R钻头外圆半径 R=3.85cm r钻头内孔半径 r=2.95cm将立轴不同转速和不同孔底压力代入式（43）中,所得相应数值见表31。 回转钻杆所需功率(KW)当200r/min时 式中：孔深 ， 硬质合金钻进时，取200000mm 金刚石钻进时，取75000mm 钻杆直径 取=50mm 立轴转速; 冲洗液比重, =

25、1.15将上述参数及立轴不同转速代入上式，所得值列表42中。4.3 给进油缸所需功率的计算4.3.1 给进油缸的基本参数1. 给进油缸的基本参数 给进油缸的数量 2 油缸直径 60mm活塞杆直径 30mm活塞杆有效行程 500mm油缸面积 2826mm2活塞杆面积 706.5mm2 有效面积 2119.5mm24.3.2 油缸工作压力的计算钻机钻打水平孔时，油缸的最大推力为：式中：油缸最大推力 孔底最大压力 C13345N 钻杆与孔壁间的摩擦力式中：钻杆单位长度重量 55.46N/m 钻杆长度 200m 摩擦系数 0.35N故 N油泵的工作压力4.3.3 油泵最大工作流量计算油缸回程时的最大容

26、油量:L油缸送进时的最大容油量:L 当选用立轴的钻进速度=0.05m/min=0.5dm/min时,立轴送进时每分钟所需的油量为:L/min令活塞回程时间为0.3min,则回程所需油量为:L/min4.3.4 给进油缸功率计算根据以上的计算，可以得到给进油缸的功率：KW 4.3.5 油泵满负荷工作时所需要的功率根据上面的计算,选用YBC12/80型齿轮油泵(排油量12L/min,额定压力8MPa,最大压力12MPa)。油泵满负荷时所需功率是： (44)式中：额定压力 =800N/cm2额定流量 =12L/min机械效率 =0.9容积效率 =0.71将上述参数代入式（44）中可以得到：上式油泵排

27、量在额定转速1460r/min时是12L,在995r/min时是8L。4.4 动力机功率的确定通过上述的计算说明，立轴钻进时给进所需功率很小，而且油泵满负荷工作时一般是立轴停止转动状态，液压卡盘松开时，必须停止钻进。所以参考表31，本机选用15电机或柴油机，基本能满足表31中粗线以上各种工作状态。 表41 各种类型岩层的抗压强度 （N/cm2）岩 石 名 称抗 压 强 度粘土、页岩、片状砂岩4000石灰岩、砂岩8000大理石、石灰岩10000坚硬的石灰岩、页岩12000黄铁况、磁铁矿14000煤2000 表42 电机功率选择计算功率N（KW） 转速r/min抗压强度(N/cm2)1202403

28、50600N120000.217680.258870.115320.1319540000.435370.517750.230640.2639180000.870751.035500.461280.52782100001.088441.294380.576600.65978120001.306131.553260.691920.79173140001.523821.812140.807240.92369N220000.461530.923071.346152.3076940000.923071.846152.692304.6153880001.846153.692305.384619.23076

29、100002.307694.615386.7307611.5384120002.769235.538468.0769213.8461140003.230766.461539.4230716.1538N32.677.754.89.83N回转器(N1+N2+N3)20003.349228.931956.2614712.269640004.0284510.11397.7229514.709380005.3869112.477810.645919.5885100006.0661313.659712.107322.0282120006.74536414.8417213.5688524.467891400

30、07.42459216.0236815.0303326.90754N油泵0.0280.0280.0280.028N(N油+N回）20003.3772278.9599546.28947512.2976540004.05645510.141917.7509514.737380005.4149112.5058210.673919.61659100006.09413713.6877712.1353822.05624120006.77336414.8697213.5968524.49589140007.45259216.0516815.0583326.93554=N/0.98.28065811.2687

31、913.483813.6640=1.19.10872412.3956714.832115.0304第5章 机械传动系统设计5.1 主要参数的选择5.1.1 变速箱参考国内外现有小型钻机的转速系列，本机采用了不规则排列的中间转速系列。立轴有四种转速，120、240、350r/min转速适合合金钻头钻进，600r/min转速适合金刚石钻头钻进。5.1.2 绞车为了减轻钻机重量，不使动力机过大，绞车的缠绳速度不宜过高，基本上采用低速，本机升降机速度为0.260.70m/s。卷筒缠绳速度为三种，见表51 表41 绞车卷筒缠绳速度档档档档立轴转速 r/min120240350600缠绳速度 m/s0.2

32、60.610.705.1.3 回转器立轴的转速，主要取决于地质条件、钻头直径及钻进方式，当使用直径为75mm钻头时，采用硬质合金和钻粒，根据国内外的经验，立轴转速取n90400r/min比较适宜；采用金刚石钻头钻进时，立轴转速取n4001000r/min比较适宜。本机选用120600r/min，即适合合金钻头钻进，由适合金刚石钻头钻进。5.2 机械传动系统初步计算5.2.1 变速箱各档传动根据设计方案可知变速箱的几种传动如下所示：1， 立轴的速回转运动125r/minD1D2Z1Z2Z3Z4Z10Z112， 立轴的速回转运动210r/minD1D2Z1Z2Z5Z6Z10Z113， 立轴的速回转

33、运动340r/minD1D2Z1Z4（内齿）Z10Z114， 立轴的速回转运动580r/minD1D2Z1Z2Z7Z8Z6（内齿）Z10Z115， 绞车的低速回转运动D1D2Z1Z2Z3Z4Z9Z12Z13Z14Z156， 绞车的中速回转运动D1D2Z1Z2Z5Z6Z9Z12Z13Z14Z157， 绞车的高速回转运动D1D2Z1Z4（内齿）Z9Z12Z13Z141Z155.2.2 绞车的缠绳速度第一档速度: m/s式中:mm式中:=140mm为卷筒直径,=8.8mm为钢丝绳直径。故 =0.28同样方法可以得到:m/s m/s (计算从略)考虑到皮带、轴承、齿轮等的效率，确定绞车提升速度分别为：

34、0.26ms =0.61m/s =0.70m/s。5.2.3 立轴的转速根据机械传动路线，立轴的转速计算如下：式中： 立轴的第一档转速 r/min 电机转速 n=1460r/min 主动皮带轮直径 D1=160mm 大皮带轮直径 D2=355mm Z1Z11传动链中各齿轮的齿数,Z1=25,Z2=31,Z3=19,Z4=40Z10=20,Z11=39故 r/min同理可求出第二档、第三档和第四档转速分别表示如下：第二档： =式中：Z5=28,Z6=31故 =r/min第三档： =式中: Z4内=24故 =351.5350r/min第四档： =式中： Z7=46,Z8=21,Z6内=21故 =考

35、虑到皮带传动、齿轮传动、轴承等的效率，所以各档转速确定为120、240、350、600r/min。第6章 变速箱的设计与计算6.1 变速箱的结构特点及设计要求6.1.1 结构特点 变速箱的结构有变速部分、分动部分、操纵部分和箱体组成。本设计中变速部分和分动部分合为一整体，缩小了箱体的结构尺寸。其具体特点是： 1.采用了回归式的传动形式，箱体呈扁平状，有利于降低钻机的高度，齿轮Z4即使移动齿轮又是结合子，因此结构紧凑； 2.变速、分动相结合，减少了零件的数目，有效利用变速箱内的空间； 3.操纵机构采用了齿轮齿条拨叉机构，操纵灵活可靠，每个移动齿轮单独控制，并有互锁装置，这种互锁装置安全可靠，结构

36、简单； 4.增加了卸荷装置，减少了齿轮的受力。6.1.2 设计要求 1.在校核零件强度时，假设电机的功率全部输入变速箱，然后再输入绞车和回转器； 2.变速箱在不更换齿轮的情况下，可连续工作10000小时，纯机动时间每班16小时，可连续工作20个月。 3.本设计零件的强度和寿命计算方法和数据是按机械设计手册（化学工业出版社）计算的。6.2 齿轮副的强度计算与校核6.2.1 变速箱内各齿轮主要参数确定 根据立轴转速的要求，前面已经初步选择各齿轮的齿数，由钻机的实际情况，变速箱内各齿轮的主要设计参数见表62。表62 变速箱内齿轮的主要设计参数齿轮编号齿数Z模数m齿宽b变 位系数Xn材料硬度RC应力角

37、备注Z1254401.040Cr405020Z2314300.7640Cr405020Z319430020CrMnTi576220Z440430040Cr405020Z528425040Cr405020Z631425040Cr405020Z7473.525-1.0340Cr405020Z8213.5350.0440Cr4050206.2.2 主要齿轮副的强度设计计算与校核 现选择变速箱中重要传动轴轴上的Z3、Z4齿轮副为例进行齿轮副的强度设计计算和校核。 1.按照齿面接触疲劳强度计算参数名称符号值计算转矩T251370 N齿宽系数0.4接触疲劳极限 1080 MPa970MPa设计许用应力97

38、2MPa873MPa88初定小齿轮直径73mm初定齿宽b30圆周速度v2.03m/s使用系数1.25动载系数1.15齿间载荷分配系数1.16齿向载荷分布系数1.81载荷系数K3.02弹性模量 MPa1/2节点区域系数25接触最小安全系数105应力循环次数3.18108接触寿命系数112许用接触应力1152MPa1053MPa 校核验算 =1054.16 = =715.5计算结果表明，接触疲劳强度合适。6.3 轴的强度计算与校核 在变速箱中共有三根轴，其中轴相对尺寸直径小，长度大，所受到的力多。下面仅以该轴的强度寿命进行验算。 轴共有7种工作状态，向回转器传递4种状态的动力，驱动绞车的3种转速。

39、相比而言回转器120r/min的转速时该轴受扭矩最大，受力最大。 已知条件：材料40Cr，调质处理。该轴的各档转速及其传递的功率、转矩见表63。表63 轴的各档转速及其传递的功率、转矩速度序号转速（r/min）传递功率(KW)传递转矩(Nm)252.0714.55513.4479.314.55270.0685.414.55188.801187.714.14105.7轴上各齿轮的分度圆直径为：mm,mm,mm,mm,mm 6.3.1 轴的强度计算1. 在各种转速下齿轮所受力计算 齿轮圆周力，齿轮径向力 由分析可知在档转速下所受力为最大：N =6417.520=2335.78N 2. 计算轴受到的

40、支承反力由于轴的转速处于最低时所受到的力和转矩最大，所以以第一档转速时的受力情况为条件进行计算。轴的长度较大，相对直径较小，尤其是Z4与Z3啮合处的花键轴，支承跨度大，容易产生弯曲变形，因此本次校核只在该花键轴上取截面，从而轴的受力可以简化。轴的受力简图如图61。图61 传动轴的受力简图如图61，将轴受到的力简化为水平方向和垂直方向受力，下面分别从这两个方向分别列出方程计算支承反力。水平方向受力N N垂直方向受力N N（3）当量转矩计算如下6.3.2 轴径的校核1.校核轴径Z4齿根圆直径计算：mm轴最小轴径计算：=mm故 ,满足要求。第7章 绞车7.1 绞车的结构特点本钻机考虑到井上、井下钻探

41、作业，故设置了绞车，绞车结构如附录图3所示。在结构上选择常用的固定轮系的行星式传动绞车，其特点是：1、结构简单而紧凑，传动装置兼起离合作用，并有过载保护作用；2、传动功率大，效率高。3、传动平稳，操纵灵活。7.2 主要参数的选择7.2.1 绞车性能参数1.确定钢丝绳直径d根据GB110274标准，选定钢丝绳直径如下：外径：=8.8mm总断面积：=27.88mm2总破断力：=47300N抗拉强度：=1700Mpa绳型：绳637（纤维芯）2.卷筒参数确定如下卷筒内径：140mm卷筒外径：243mm卷筒有效长度：L0100mm容绳长度：式中：每层钢丝绳圈数 11 每层缠绳长度之和，共6层，m3.绞车

42、主要齿轮副的几何参数计算 在绞车中，行星齿轮的外啮合为重要齿轮副，只计算齿轮Z14、Z15的几何参数。它们的主要参数见表71。表71 齿轮Z14、Z15的主要几何参数齿轮齿数Z模数m变位系数Xn材料硬度HRCZ141830.1520CrMnTi5762Z151830.1520CrMnTi57627.2.2 绞车卷筒转速和提升速度计算1.绞车共有3种转速,各种转速计算如下第档: = =33.4r/min第档: =78.77/r/min第档: =90.84r/min2.三种转速下的绕绳速度在4.4.2中已经对绞车的绕绳速度，即提升速度进行了计算，现加上提升力总结于表71中。表71提升速度卷筒转速提

43、升力=0.26m/s=28r/min12000N=0.61m/s=50r/min6000N=0.70m/s=78r/min3350N7.3 绞车所需功率1.卷筒所受扭矩：2.绞车轴所受扭矩:3.绞车轴所需功率:7.4 绞车齿轮副强度简单校核7.4.1 按接触疲劳强度校核1.圆周力计算2.其他参数计算查阅相关资料,将校核所涉及的其它参数列于表72中。表72序号参数名称参数符号参数值1工况系数KA1.252动载系数KV13齿间载荷分配系数KH1.054齿向载荷分配系数KH15节点区域系数ZH2.356弹系数ZE189.87重合度系数Z0.978螺旋角系数Z19寿命系数ZN1，ZN21.02，1.1

44、110最小安全系数SHmin，SFmin1，1.411润滑剂系数ZL112速度系数ZV0.913粗糙度系数ZR0.914齿面工作硬化系数ZW115尺寸系数ZX116传动比U0.317齿宽B22mm3.接触应力计算根据轴的材料，查阅相关资料可得 载荷系数K= KAKVKHKH=1.2511.051=1.31计算接触应力： 许用接触应力：同样可以得到 显然，通过接触强度校核。第8章 回转器的设计8.1 回转器的结构特点 回转器的结构附录图5所示，是由本体、立轴、立轴导管、弧齿锥齿轮等组成。立轴上端装有常闭式液压卡盘。其特点是：1、回转器尺寸小、紧凑。2、回转器适用于各种角度的孔的钻进。3、离开孔口

45、采用开箱式，简单可靠，减轻钻机重量。4、立轴行程比过去小型钻机大，为500mm，缩短钻进辅助时间。8.2 回转器的弧齿锥齿轮副设计8.2.1 弧齿锥齿轮参数设计锥齿轮传动的主要尺寸可用类比法或按传动方式来确定。对闭式传动可按齿面接触强度估算，对开式传动可按结构初步确定，也可用表23.4-22所示来确定，或按弯曲强度估算，并用计算载荷验算.设计中该传动采用垂直正交传动方式小弧锥齿大端直径的估算：齿轮齿数设计为Z10=20 Z11=39 齿面硬度Z10为HRC57、Z11为HRC52, （81）式中： 设计齿轮的许用接触应力 1200N/mm2 由机械设计手册图23.218查得。安全系数 11.2

46、 取1.1；u传动比也为齿数比 u=20/39；T1所受转距；K 使用系数 取K1.5。可知 取 120 mm；则有齿轮大端模数 /z=120/20=6 mm。其他相关参数如表81，82所示：表81名称小弧锥齿Z10大弧锥齿Z11分锥角27.1562.85齿宽系数0.30.3终点模数5.15.1中点法向模数4.1784.178齿宽中点螺旋角35358.2.2 零部件的强度与寿命计算Z10与Z11的主要参数见表82。齿面硬度Z10为HRC52、Z11为HRC57，锥距R131.49mm,节锥角10=2709,11=62051表8-2齿 号齿 数模数变位系数齿宽材料齿顶系数压力角螺旋角旋向精度Z102060.294020CrMnTi0.85200350右8DCZ113960.294020CrMnTi0.85200350左8DC齿轮在各种转速下传递的功率、转速及转矩见表83 表53功率 KW转速 r/min转矩 nm14.12234576.314.12468288.114.19682.5198.514.021170114.6 1. 齿轮校核公式按接触强度校核计算，计算接触应力： （82）许用应力： （83）