大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過(guò))

充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 第 1 章 前言 1 第 2 章 概述 3 第 3 章 設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題和方案 4 第 4 章 行星齒輪設(shè)計(jì) 8 4.1 行星齒輪的特點(diǎn) 8 4.2 行星齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 4.3 行星齒輪均載裝置 18 第 5 章 鉆桿齒輪設(shè)計(jì) 20 第 6 章 鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)齒輪設(shè)計(jì) 22 第 7 章 鉆具的設(shè)計(jì) 24 第 8 章 主鉆頭的設(shè)計(jì) 27 第 9 章 主軸的設(shè)計(jì) 29 9.1 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 9.2 主軸的校核 30 第 10章 泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32 設(shè)計(jì) 總結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 附錄 1 38 附錄 2 45 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具 I 型鉆具總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包 括行星齒輪傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)、鉆具的設(shè)計(jì)、主軸的設(shè)計(jì)以及泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個(gè)主要部分。同時(shí)，本設(shè)計(jì)在 AutoCAD 的基礎(chǔ)上，完成了該型鉆具的總裝圖和絕大部分零件圖的繪制。設(shè)計(jì)后的鉆具配套功率小，既能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又能產(chǎn)生沖擊運(yùn)動(dòng)，且利用氣舉反循環(huán)排渣快速成孔。 關(guān)鍵詞 ：成孔鉆具；行星運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)沖擊；氣舉反循環(huán)排渣 買(mǎi)文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) ABSTRACT The graduate design presents the collectivity design of I type drill hole machine,which can make a big diameter stake of substructure .The design contents include the main parts of the following,which are the spread of the planet wheel gear,drill facility,the principal spindle and the slurry circle system.Besides, it has finished the assembly drawing of the drill machine and also most of its part drawings based on the AutoCAD.As a result,the drill machine with a small power which not only could circumgrate movement, but also could impact movement,and could aliminate the dregs with air anti circulate. So it can quick drill the hole. Keywords: hole drill machine； planet movement； circumgyrateimpact；aliminate the dregs with air anti circulate 買(mǎi)文檔送全套圖紙 扣扣 414951605 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 章 前言 長(zhǎng)期以來(lái)，橋梁、港口、碼頭、水工和工民建筑物的基礎(chǔ)工程，在 0.8 米以上 2.0米以下常規(guī)直徑樁基礎(chǔ)成孔施工中，廣泛使用沖擊鉆和回旋鉆兩種基本鉆型，以及泥漿護(hù)壁正循環(huán)排渣方法施工。隨著國(guó)內(nèi)外樁基礎(chǔ)工程機(jī)械的研究開(kāi)發(fā)，為了適應(yīng)各種工程地質(zhì)條件施工，提高成孔施工效率，降低設(shè)備投入量和適應(yīng)大直徑樁基成孔需要，目前在傳統(tǒng)的沖擊鉆和回旋鉆的基礎(chǔ)上，已生產(chǎn)出了如：重型沖擊鉆、連桿沖擊反循環(huán)鉆、套管鉆機(jī)、潛孔沖擊錘、潛水回旋鉆、回轉(zhuǎn)斗鉆、短螺旋鉆和擴(kuò)底鉆頭等施工機(jī)械設(shè)備，大部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了反循環(huán)排渣，明顯地提高了成孔施工效率，一般巖層成孔直徑可達(dá)到2.5 米左右，進(jìn)口設(shè)備成孔直徑已可達(dá) 6 米。其中結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的國(guó)產(chǎn)重型沖擊鉆成孔直徑也可達(dá) 3.0 米。但是仍然存在著種種不適應(yīng)施工需要的問(wèn)題，主要是： 1、普通回旋成孔鉆，對(duì)工程地質(zhì)條件變化的適應(yīng)性差，特別是不適應(yīng)大礫石地質(zhì)和無(wú)風(fēng)化硬巖層成孔，地質(zhì)適應(yīng)范圍受限。 2、一般沖擊鉆雖然地質(zhì)適應(yīng)性好，但施工效率顯低，同時(shí)大直徑的重型沖擊錘自旋性差，成孔失圓度大。 3、設(shè)備和鉆具通用和互換性差，即一種設(shè)備只能配套相應(yīng)鉆具。一種規(guī)格的鉆具，只能適用于相應(yīng)直徑的成孔。 4、國(guó)內(nèi)大直徑的鉆具設(shè)備研發(fā)，少有研究采用新的運(yùn)動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)，一般只能采取加大直徑，增加配套功率和扭矩， 以及選用高硬刃具材料等辦法，因而有 趨向 高功率配置和笨重方向發(fā)展的趨勢(shì)，不僅固有的弱點(diǎn)問(wèn)題沒(méi)有解決，而且又更加大了施工設(shè)備投資，影響工程建設(shè)效益。如：湖南省道 1804 線周家店至常德公路改建工程，在柳葉湖大橋四根 3.0 米直徑樁基礎(chǔ)施工中，由于施工成本的原因，第一個(gè)枯水施工季節(jié)，沒(méi)有進(jìn)場(chǎng)大直徑成孔設(shè)備，施工單位采取沉井明挖法施工失敗。在第二個(gè)枯水施工季節(jié)，終于以 60 多萬(wàn)的價(jià)格，新購(gòu)置到重型沖擊鉆機(jī)設(shè)備，開(kāi)始進(jìn)行返工施工。韶關(guān)產(chǎn)沖擊錘重達(dá) 13 噸，配套設(shè)備均是個(gè)別設(shè)計(jì)生產(chǎn)，使用直徑 4.5 公分鋼絲繩。由于錘重繩粗，常規(guī) 的設(shè)備匹配和連接方式，在這“重型”面前顯得非常脆弱，出現(xiàn)了每?jī)蓚€(gè)工作班必須更換連接，每次需三小時(shí)，每 15 個(gè)工作班，損壞一次導(dǎo)輪或軸，每次更換需時(shí)間 12 天的情況，另外 31# 樁基出現(xiàn)了嚴(yán)重的孔壁失圓現(xiàn)象，明顯地影響了工程質(zhì)量、進(jìn)度和效率。 5、適應(yīng)樁基礎(chǔ)沉井護(hù)壁不排水施工的設(shè)備缺乏。而不排水施工可避免發(fā)生沉井嚴(yán)重偏位、沉井滯留和井口沉陷以及下沉緩慢等諸多問(wèn)題。 各項(xiàng)工程基礎(chǔ)的施工進(jìn)度往往是影響整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)工期的關(guān)鍵，其造價(jià)也是影響項(xiàng)目投資的主要不定因素。鑒于以上情況，為適應(yīng)各類(lèi)建筑工程材料、設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的發(fā)展需要，如何從鉆孔樁基礎(chǔ)施工成孔設(shè)備著手，綜合沖擊鉆和回旋鉆兩種基本鉆型成孔原理的優(yōu)點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)出新型成孔鉆具，以解決樁基工程施工，要求快速高效、穩(wěn)定湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 可靠、廣泛適用和適應(yīng)超大直徑方向發(fā)展的問(wèn)題，是長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外業(yè)內(nèi)人士不乏探索的命題。 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章 概述 在樁基工程施工中大量使用的沖擊鉆和回旋鉆，它們工作狀態(tài)的一個(gè)共同特點(diǎn)，是切削刀刃與孔壁和孔底保持整體的或線或面的接觸，摩擦阻力大，切削相對(duì)速度低，能量分散，分布不合理，無(wú)效功耗大，效率低。如果單個(gè)刃具能實(shí)現(xiàn)如下圖所示的平面單跡 線星形運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)具有徑向旋削軟散顆粒，軸向沖擊破碎整體巖石的功能。則數(shù)個(gè)小直徑的刃具也將會(huì)產(chǎn)生高效率的復(fù)合運(yùn)動(dòng)和作用，由若干連續(xù)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，形成連續(xù)的曲線運(yùn)動(dòng)，若干曲線的運(yùn)動(dòng)，使 施工面呈周邊 包絡(luò)線為 圓形的細(xì)密網(wǎng)狀曲面 ，實(shí)現(xiàn)鉆具逐 層從上至下的整體成孔運(yùn)動(dòng)。 本課題設(shè)計(jì)源于 1984 年以來(lái)一件孩童游戲工具，因其游戲時(shí)規(guī)則均勻的跡線運(yùn)動(dòng)（如右圖所示），令人眼花的組合變化，激起了我的思考和對(duì)生產(chǎn)及生活現(xiàn)象的觀察。 星形運(yùn)動(dòng)的鉆具主要由鉆架、動(dòng)力軸、齒輪組、鉆桿、鉆頭組成。其特征在于鉆架由外支架圈和斜支桿組成，動(dòng)力軸 是中空的圓管，位于鉆架的中心軸線上，與支架用軸承連接，在外支架圈內(nèi)，有齒輪組，齒輪組由一個(gè)中心齒輪、三個(gè)行星齒輪、齒輪圈和托盤(pán)組成，中心齒輪用鍵固定在動(dòng)力軸上，大小相同的 3個(gè)行星齒輪均勻分布在中心齒輪周?chē)行驱X輪與中心齒輪和齒輪圈上段的內(nèi)齒同時(shí)嚙合，齒輪圈與外支架圈固定在一起，齒輪圈內(nèi)圓周的下段為光滑的圓柱面，與托盤(pán)外圓周動(dòng)配合，托盤(pán)為一側(cè)面光滑的圓盤(pán)，其上有 3個(gè)與行星齒輪相對(duì)應(yīng)的 3 個(gè)行星孔，行星孔內(nèi)為齒輪圈，每一個(gè)行星輪外側(cè)周邊的下部用軸承均勻固定著 3 個(gè)或若干個(gè)鉆桿，鉆桿的下端安裝有鉆頭刃具，鉆桿的中部用鍵固定有被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，此轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與托盤(pán)上的行星孔的內(nèi)齒相嚙合，齒輪圈上部和下部都有內(nèi)沿，上部?jī)?nèi)沿的表面和行星齒輪上沿的下表面接觸，下部?jī)?nèi)沿的表面和行星齒輪下沿的上表面接觸。 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章 設(shè)計(jì)中要考慮的問(wèn)題和方案 1、采用彈簧蓄能，增強(qiáng)間歇錘的沖擊破石能效。由于該機(jī)械間歇錘難能產(chǎn)生高頻大幅的沖擊運(yùn)動(dòng)，每次沖擊破石也不在一固定點(diǎn)，而對(duì)于脆性的巖石面的破碎，也數(shù)首次的沖擊破碎效果最佳，所以必須保證每次沖擊的能量足夠大。如采取加大錘重和行程的辦法，則鉆具空間有限，沖擊頻率會(huì)更降低，也與輕型化設(shè)計(jì)要求不相適 應(yīng)，僅自由落體能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。解決方案可采用加簧的蓄能錘，從而有效保證鉆具的破石能力。 2、解決沖擊碎石功能的第二種方法。沖擊碎石能量的輸入、傳遞和轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，這是一個(gè)涉及本鉆具是否有實(shí)用價(jià)值的關(guān)鍵問(wèn)題。為了提高刃具在大粒徑礫石層和巖石層等特殊地質(zhì)條件的成渣能力，加強(qiáng)刃具沖擊碎石能量的輸入、傳遞和轉(zhuǎn)換，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。為此還可采取“氣動(dòng)力沖擊盤(pán)錘”的概念解決。即利用星動(dòng)齒輪組以上鉆架圈以內(nèi)的空間，在上鉆架圈設(shè)置“氣動(dòng)力缸”，在三個(gè)星形輪鉆桿群上，再設(shè)置聯(lián)體的“沖擊動(dòng)盤(pán)” ,汽缸與動(dòng)盤(pán)體間彈性且滑動(dòng)約束。壓 縮空氣驅(qū)動(dòng)“氣動(dòng)缸”使“沖擊動(dòng)盤(pán)”往復(fù)連動(dòng) ,其能量通過(guò)“沖擊動(dòng)盤(pán)”向其下面的鉆桿群傳遞和作用，以提高和強(qiáng)化沖擊碎石的頻率和能量，從而充分發(fā)揮刃具復(fù)合運(yùn)動(dòng)（扭掰撬削等效應(yīng)）的作用，確?！靶莿?dòng)鉆具”適應(yīng)硬巖地質(zhì)條件的成孔能力。氣動(dòng)沖擊的排氣可作為氣舉排渣動(dòng)力的利用和補(bǔ)充。 3、為有利于成孔垂直度的控制，根據(jù)需要星形齒輪及托盤(pán)可采取適宜的圓錐形布置設(shè)計(jì)，但將會(huì)加大機(jī)械設(shè)計(jì)和加工的難度。另外，主軸（排渣管）的端頭要求能安裝絞削式刃具或小徑牙輪中心鉆頭，以適應(yīng)在不同地質(zhì)條件下，有利于穩(wěn)定成孔中心位置和控制鉆進(jìn)面均衡程 度。 4、配套采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)部件，以減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的工作量以及投入。如：型結(jié)構(gòu)中的“萬(wàn)向傳動(dòng)結(jié)”，可采購(gòu)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)配件設(shè)計(jì)配套。 5、增加泥渣攏耙功能和適配泥渣分離器以及排渣動(dòng)力。能否及時(shí)的排空出渣，直接影響著鉆具的安全穩(wěn)定運(yùn)行和成孔效率。所以需要在托板上以主動(dòng)軸為圓心，分別圍繞星形齒輪一側(cè)，安裝三條帶狀螺旋機(jī)構(gòu)，以將渣土實(shí)時(shí)攏耙集中在中空軸孔中排出。對(duì)于反循環(huán)排渣，要求壓縮機(jī)或泥漿泵功率相匹配，且及時(shí)和充分的分離泥渣，返回泥漿確保施工泥漿面高度。另外氣升排渣除需解決氣體密封問(wèn)題外，還需在氣道安裝活門(mén)，解決意外停 機(jī)時(shí)泥渣反流沉淀堵塞氣管的問(wèn)題。 6、保證型結(jié)構(gòu)的鉆桿，具有一定的軸向彈性自由度。為保證間歇錘對(duì)鉆桿的沖擊能完全傳遞到刃具尖部，從而充分作用于巖石面，另外在刃具未觸及到孔底面，而升舉鉆桿使螺旋間歇機(jī)構(gòu)足以生效時(shí)，不使鉆桿軸產(chǎn)生間歇運(yùn)動(dòng)的舉力，都必須使鉆桿在湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 軸向向上方向，具有一定的彈性約束的自由度。 7、合理布置型結(jié)構(gòu)中刃具的數(shù)量和位置。理論上只需在星形輪周邊均勻布滿鉆桿軸和刃具，就可獲得最大、細(xì)密和均勻的網(wǎng)狀跡線運(yùn)動(dòng)面積。但實(shí)際上是只要鉆具固定圈與孔底摩擦產(chǎn)生的反向平衡扭矩能得到保證（后有祥述），則無(wú)論 在星形輪面范圍內(nèi)，還是托板上空出的周邊，都可以分布安裝鉆桿軸和刃具，從而加大星形運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的網(wǎng)狀跡線密度。從模塊化的概念出發(fā)，設(shè)計(jì)上可從密布置，在實(shí)際施工應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)不同配套設(shè)備和功率以及地質(zhì)情況，留待現(xiàn)場(chǎng)決定安裝的數(shù)量和位置。 8、合理確定型結(jié)構(gòu)中刃具的工作層面高度。安裝在三個(gè)行星輪上的鉆桿及刃具，如在松軟地質(zhì)層施工，以均衡的分布在 3個(gè)不同的工作層面高度為宜，這樣可以提高整體工作效率。但在大礫石和巖體層面破碎施工時(shí)，則宜使鉆桿及刃具工作在兩個(gè)層面高，以增加巖體破碎臨空面，提高沖擊破石效率。以上要求鉆桿及 刃具能方便更換或調(diào)整其工作高。 9、合理確定型結(jié)構(gòu)中刃具的形狀和直徑。要求刃具既能絞削軟散顆粒，又能沖擊破碎和側(cè)擠破碎（對(duì)于孔壁邊緣）巖石，同時(shí)又便于刃具隨孔底地面高度變化而滑動(dòng)過(guò)度（此是沖擊破石功能的需要），宜使刃具呈圓錐狀造型，不過(guò)錐側(cè)面均勻布設(shè)三道刃口和數(shù)條齒槽，錐頂呈三菱錐形刃尖。另外必須保證每個(gè)星形輪，至少有一組刃具的最大絞削范圍超出鉆具固定圈 5 厘米左右，以使鉆具順利的整體鉆進(jìn)進(jìn)尺。這需要在不與其它刃具和排渣管運(yùn)動(dòng)相擾的情況下，綜合考慮確定其最大刃具直徑。 10、要求鉆具適配性好。既能適配一般回 旋鉆機(jī)，也可適配潛水鉆機(jī)。即既可設(shè)計(jì)為地面驅(qū)動(dòng)，也可采用潛水變速電機(jī)一體化設(shè)計(jì)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 11、有效保證鉆具運(yùn)行的反向平衡力矩。鉆具切削運(yùn)動(dòng)必須的反向平衡力矩，對(duì)于有沉井護(hù)壁施工，即由與井壁聯(lián)系的定位約束產(chǎn)生。對(duì)于無(wú)護(hù)壁施工，型鉆具宜采用潛水一體化變速電機(jī)配套型，同時(shí)配套 3 4 組同步鋼絲繩滑輪組控制升降并產(chǎn)生反向力偶。井口地面驅(qū)動(dòng)型鉆具則由固定圈底部，與孔底地面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力產(chǎn)生。潛水驅(qū)動(dòng)型鉆具則由地面約束力和孔底地面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力產(chǎn)生。當(dāng)然也可以另輔助增設(shè)接觸孔壁的單向連動(dòng)自鎖 機(jī)構(gòu)，以有效增加和確保鉆具運(yùn)行的超強(qiáng)反向平衡力矩。 12、合理解決機(jī)械運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑的問(wèn)題。任何事物都具有兩面性，由于機(jī)構(gòu)特性決定和為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，建立刃具星形運(yùn)動(dòng)的齒輪組等大部件，不可避免的只能在泥漿中潤(rùn)滑，這就需要齒輪組采用高錳類(lèi)耐磨鋼特性材料（履帶、鍔板和道岔類(lèi)材料），有適應(yīng)在泥漿砂石中工作的材質(zhì)要求。以解決有關(guān)部件難以密封的滾動(dòng)、滑動(dòng)和齒輪摩擦的潤(rùn)滑以及銹蝕問(wèn)題。另外還需加設(shè)防護(hù)罩和隔離板，以防異物影響和損壞機(jī)件運(yùn)行。 13、解決固定圈底承力土體控制切削的第二種方法。以上關(guān)于鉆具固定圈下的土體，湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 是考慮由星形 輪上一組專(zhuān)用刃具隨運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行切削，其隨星形運(yùn)動(dòng)周期切削的厚度、速度、超切尺度和間斷長(zhǎng)度，應(yīng)控制與星形輪上刃具的切削平均進(jìn)度及排渣效率相適應(yīng)，亦即應(yīng)與鉆具的整體進(jìn)尺速度控制相協(xié)調(diào)，而且還要保證有足夠大的切削扭矩力。為了使鉆具的刃具有進(jìn)一步的功能性分工，現(xiàn)提出在托盤(pán)上每?jī)尚切锡X輪間的三角區(qū)內(nèi)，安裝一從動(dòng)齒輪與外齒圈嚙合，帶動(dòng)其軸端有 1 3 個(gè)刀刃的刃具頭產(chǎn)生間歇切削運(yùn)動(dòng)，以適當(dāng)?shù)拈g歇周期控制切削固定圈下的土體，通過(guò)保證土體承受鉆具固定圈所需的壓力動(dòng)態(tài)平衡，從而保證鉆具整體進(jìn)尺的均衡性和穩(wěn)定性。這樣就可以充分發(fā)揮 星形輪上刃具群在大面積切削中的功能性作用。 有待進(jìn)一步考證其機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理的新穎性和適用范圍。據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士的感覺(jué)判斷，此機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)及原理具有獨(dú)立、獨(dú)創(chuàng)和實(shí)用性。目前的應(yīng)用除適用于開(kāi)發(fā)樁基鉆具外，還可應(yīng)用于開(kāi)發(fā)土工“灌砂法密實(shí)度檢測(cè)”取樣機(jī)。其型機(jī)構(gòu)原理還可應(yīng)用于引進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的異形大斷面“地鐵隧道盾構(gòu)機(jī)”和“頂管掘進(jìn)機(jī)”刀盤(pán)的新型化設(shè)計(jì)、改造和完善。由于其具有可臨空施工的條件，因而更有利于采取其他措施（如電動(dòng)），大大強(qiáng)化沖擊碎石功能。主要是由對(duì)巖土體的磨削或壓碎掘進(jìn)，改為絞削和沖擊破碎掘進(jìn)。有望開(kāi)發(fā) 生產(chǎn)出掘進(jìn)刀盤(pán)（控制系統(tǒng)除外）結(jié)構(gòu)原理全新、工況條件合理、效率更高、易維護(hù)和適用于各類(lèi)地質(zhì)情況的新刀盤(pán)類(lèi)型的機(jī)械。（也需要在托板上以主動(dòng)軸為圓心，分別圍繞星形齒輪一側(cè)，安裝三條帶狀螺旋機(jī)構(gòu)，以將渣土攏耙集中在中空軸孔中排出，實(shí)現(xiàn)各單元獨(dú)立排渣） 綜上所述，樁基礎(chǔ)工程施工的效率，首先決定于成孔設(shè)備的效率，成孔設(shè)備的效率又主要決定于鉆具的綜合性能，而鉆具的性能主要是體現(xiàn)對(duì)巖土的成渣和排渣能力兩方面。本文提出的方案，就是綜合解決鉆具既具有沖擊破碎和旋削巖土的成渣能力，也建立了鉆具高效排渣的結(jié)構(gòu)和性能條件，同時(shí)由于 采用了星形運(yùn)動(dòng)以及模塊化結(jié)構(gòu)的方案，也使解決大（中）直徑成孔鉆具地質(zhì)通用性、施工適用性、高效率、輕性化和小扭矩的設(shè)計(jì)問(wèn)題成為了可能。其主要是采用了“星形運(yùn)動(dòng)”的機(jī)械原理，構(gòu)思了全新的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使鉆具具有了當(dāng)前多種常規(guī)鉆頭的優(yōu)勢(shì)功能。即：一是鉆具的刃具群既可單獨(dú)徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，以旋削軟散小顆粒巖土，又可軸向沖擊運(yùn)動(dòng)，以破碎整體和孤立巖石，所以適應(yīng)各種地質(zhì)條件施工。二是特別適合氣舉反循環(huán)排渣施工，由于鉆具對(duì)成渣具有實(shí)時(shí)攏耙功能，所以對(duì)于小于排渣管直徑的成渣顆粒，可直接及時(shí)快凈地氣舉排渣。三是鉆具部件大部分采取開(kāi)放式泥 漿潤(rùn)滑，局部采取封閉油潤(rùn)滑，相對(duì)于美日德進(jìn)口設(shè)備的鉆具結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。四是鉆具設(shè)計(jì)既可適用于 3米以上至 6米直徑，甚至更大的直徑，當(dāng)然更可應(yīng)用于中小直徑鉆具。五是鉆具相對(duì)質(zhì)量輕，對(duì)鉆壓無(wú)要求。刃具工作面小，因而摩阻力小，無(wú)效功耗小，功率因數(shù)高。與同直徑常規(guī)鉆具相比，需匹配的驅(qū)動(dòng)扭矩小。六是可模塊化設(shè)計(jì)和裝配使用，在鉆具直徑不變時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整刃具裝配數(shù)量，可與湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 不同設(shè)計(jì)扭矩的鉆機(jī)匹配。七是可開(kāi)發(fā)出兩種鉆具形式產(chǎn)品，分別適用于樁基泥漿護(hù)壁成孔和各種材質(zhì)的套管護(hù)壁成孔或沉井密集開(kāi)挖不排水施工。八是施工震動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)可靠 ，穩(wěn)定高效?？傊苓m合與回旋系列鉆機(jī)配套使用，特別是可進(jìn)一步發(fā)掘回旋系列鉆機(jī)的潛能和提升其綜合性能。 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 章 行星齒輪設(shè)計(jì) 4.1 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)： 行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來(lái)代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器，增速器和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和 傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車(chē)和坦克等車(chē)輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 行星齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)如下 : （ 1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大 由于行星齒輪傳動(dòng)具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動(dòng)以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)緊湊。再由于在中心輪的周?chē)鶆虻胤植贾鴶?shù)個(gè)行星輪來(lái)共同分擔(dān)載荷，從而使得每個(gè)齒輪所承受的負(fù)荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的 可容積體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。一般，行星齒輪傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量約為普通齒輪的 1/2 1/5（即在承受相同的載荷條件下）。 （ 2）傳動(dòng)效率高 由于行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，即它具有數(shù)個(gè)勻稱(chēng)分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動(dòng)效率的作用。在傳動(dòng)類(lèi)型選擇恰當(dāng)、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下，其效率值可達(dá) 0.970.99。 （ 3）傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動(dòng)的類(lèi)型及配齒方 案，便可以用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在僅作為傳遞運(yùn)動(dòng)的行星齒輪傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可到幾千。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動(dòng)在其傳動(dòng)比很大時(shí)，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。而且，它還可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成與分解以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。 （ 4）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻的分布于中心輪的周?chē)瑥亩墒剐行禽喤c轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。 總之，行星齒輪傳動(dòng)具有質(zhì)量 小、體積小、傳動(dòng)比大及效率高（類(lèi)型選用得當(dāng)）等湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 優(yōu)點(diǎn)。因此，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、輕工機(jī)械、石油化工機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、汽車(chē)、坦克、火炮、飛機(jī)、輪船、儀器和儀表等各方面。行星傳動(dòng)不僅適用于高轉(zhuǎn)速、大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)裝置上也已獲得了應(yīng)用。它幾乎可適用于一切功率和轉(zhuǎn)速范圍，故目前行星傳動(dòng)技術(shù)已成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)之一。 行星齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝較困難。但隨著人們對(duì)行星傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)一步深入地了解和掌握以及對(duì)國(guó)外行星技術(shù) 的引進(jìn)和消化吸收，從而使其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和均載方式都不斷完善，同時(shí)生產(chǎn)工藝水平也不斷提高。 因此，對(duì)于行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)者，不僅應(yīng)該了解其優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)該在自己的設(shè)計(jì)工作中，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，且把其缺點(diǎn)降低到最低限度，從而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動(dòng)裝置。 4.2 行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 1.選取行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)類(lèi)型和傳動(dòng)間圖 根據(jù)本設(shè)計(jì)方案選用的傳動(dòng)類(lèi)型為 2Z-X(A)型嚙合。其傳動(dòng)簡(jiǎn)圖為： O Obacx2.進(jìn)行行星齒輪傳動(dòng)的配齒計(jì)算 配齒計(jì)算就是根據(jù)給定的傳 動(dòng)比 ip 來(lái)確定行星齒輪傳動(dòng)中各輪的齒數(shù)。 據(jù) 2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式： pzziiiabxabbaxp 111湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 izz pabp式中 p 行星齒輪傳動(dòng)的特性參數(shù) 特性參數(shù) p 與給定的傳動(dòng)比 ip有關(guān)， p 值必須合理地選取。一般應(yīng)選取 p=3 8。 由 式可得： zizzapab p 1由上式可知，當(dāng)選定最小齒數(shù) za時(shí)，便容易求得內(nèi)齒輪 b 的齒數(shù) zb值。 一般情況下，齒輪 a 的最少齒數(shù)的范圍為 14 18。 據(jù)同心條件可求得行星輪 c 的齒數(shù)為： zizzzapabc 222 再考慮到其安裝條件為： Cn zz p ba （整數(shù)） 即 Czni app （整數(shù)） 綜合上述公式，則可知 2Z-X(A)型傳動(dòng)的配齒比例關(guān)系式為： za:zc:zb:C =za: ziap2 2 : ziap 1: zni app最后， 再按以下公式校核其鄰接條件： Lrcac 2和nad pacac Sin 2式中： rac、 dac分別為行星輪 c的齒頂圓半徑和直徑； np行星輪個(gè)數(shù)； aac a、 c 齒輪副的中心距； Lc 相鄰兩個(gè)行星輪中心之間的距離。 根據(jù)給定的行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比 ip的大小和中心輪 a 的齒數(shù) za及行星輪個(gè)數(shù)np ，由表（ 3-2）（ 2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的配齒）可查的 2Z-X(A)型行星齒輪的傳動(dòng)比及其各輪齒齒數(shù)。 據(jù)表查得： za=23,zc=34,zb=91,ip=5,ibax=4.9565 湖南工業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3.初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 齒輪材料和熱處理選擇：中心輪 a、內(nèi)齒圈 b 和行星輪 c均采用 20CrMnTi 滲碳淬火，回火，齒面硬度 56 62HRC,據(jù)圖 6-12 和圖 6-27（均為行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，后同），取 limH=1400 2mmN 和 limF=340 2mmN ，則加工精度為 6 級(jí)。 按彎曲強(qiáng)度的初步計(jì)算公式計(jì)算齒輪的模數(shù) m 為 3lim2111 FdFaFpFAm ZYKKKTKm = 現(xiàn)已知 za=23 ， limF=340 2mmN 。 中 心 齒 輪 名 義 轉(zhuǎn) 矩T1 2.2123003 200954911 nn Pp；取算式系數(shù) Km=12.1；按 表（ 6-7）取使用系數(shù)KA =2；按表（ 6-4）取綜合系數(shù) KF =1.8；取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) KHp=1.1，由公式（ 7-12）可得 KFp=1+1.5（ -1） =1+1.5（ 1.1-1） =1.15；由圖（ 6-22）查得齒形系數(shù) YFa1=2.67；由表（ 6-6）查得齒寬系數(shù) d=0.6，則齒輪模數(shù)m 為： mmm 54.113 4 0236.067.215.18.122.2 1 21.12 32 取齒輪模數(shù)為 12mm。 4.嚙合參數(shù)計(jì)算 在兩個(gè)嚙合副 a-c， b-c 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 a為： aac = 2 zz cam =12(23+34)/2=342mm abc = 2 zz cbm =12(91-34)/2=342mm 由此可知，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距相等，因此，該 行星齒輪傳動(dòng)滿足非變位的同心條件。 5.幾何