回旋冲击钻具轴承结构及润滑方式设计说明书.docx

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1、中文摘要与关键词摘 要：本文系统的阐述了回旋冲击钻具轴承结构和密封润滑方式的设计。设计内容包 括轴承结构设计、密封润滑方式设计、轴承结构主要零件的工艺分析、气动驱动结构的 载荷设计以及成本、效益的比较计算等几个主要部分。同时，在AutoCAD的基础之上， 完成了回旋冲击钻具轴承结构的装配图和主要零件图的绘制。通过对轴承结构和润滑方 式的研究以及结合回旋冲击钻具的工作要求，设计出了主轴组合轴承结构、环型轴承结 构、芯捻润滑和局部密封润滑方式，成功的解决了回旋冲击钻具工作中传动摩擦大，密 封润滑难的问题，有效的保证了钻具的工作条件，使设计后的钻具功率损耗小，提高了 钻具的工作效率。关键词：轴承结构

2、；局部密封；芯捻润滑；工作效率AbstractAbstract: This graduation design systematically elaborated the designing of the bear structure of rotating striking drill tool and the method of sealing, which including bear structure designing, sealing lubricating method designing, the analysis of the process of main parts o

3、f the bear structure, air driving structure loading designing and the comparing calculate of the cost and profit. At the same time, based on the AutoCAD, the assembly drawing and main parts drawing of the bear structure of rotating striking drill tool were finished. Via the study of bear structure a

4、nd lubricating method, connecting to the working requirement of the rotating striking drill tool, the combined bear structure of the main shaft, round bear structure and twirl-coring lubricating and located sealing lubricating were designed. And some problems such as large frication in transmission

5、and difficulty of sealing lubricating when rotating striking drill tool was working, were resolved successfully, then the working conditions of the drill tool were guaranteed effectively, and the power using was decreased, and the efficiency was promoted.Keywords： bear structure; located sealing; tw

6、irl-coring lubricating; working efficiency本文由闰土服务机械外文文献翻译成品淘宝店整理第一章绪论1.1课题来源基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要，对大直径桩工机械要求 越来越大。国内大直径的钻具设备研发，少有研究采用新的运动原理和结构，一般只能 采取加大直径，增加配套功率和扭矩，以及选用高硬刃具材料等办法，因而有逼向高功 率配置和笨重方向发展的趋势，不仅固有的弱点问题没有解决，而且又更加大了施工设 备投资，影响工程建设效益。如：湖南省道1804线周家店至常德公路改建工程，在柳 叶湖大桥四根3.0米直径桩基础施工中，由于施工成本的原因，第

7、一个枯水施工季节， 没有进场大直径成孔设备，施工单位采取沉井明挖法施工失败。在第二个枯水施工季节， 终于以60多万的价格，新购置到重型冲击钻机设备，开始进行返工施工。韶关产冲击 锤重达13吨，配套设备均是个别设计生产，使用直径4.5公分钢丝绳。由于锤重绳粗， 常规的设备匹配和连接方式，在这“重型”面前显得非常脆弱，出现了每两个工作班必 须更换连接，每次需三小时，每15个工作班，损坏一次导轮或轴，每次更换需时间12 天的情况，另外31#桩基出现了严重的孔壁失圆现象，明显地影响了工程质量、进度 和效率。针对以上桩基础工程中的具体数据和施工情况来看，常规的钻具已经难以满足 施工要求，而且常规直径桩基

8、础成孔施工广泛使用冲击钻和回旋钻两种基本钻型，排渣 采用泥浆护壁正循环方法排渣，这两种基本钻型它们工作的一个共同特点就是切削刀刃 与孔壁和孔底保持整体的或线或面的接触，至使摩擦阻力大，切削相对速度低，能量分 散，分布不合理，无效功耗大，效率低。根据以上两种钻具的缺点以及结合目前现实施 工中所面临的问题，构想出了一种兼有冲击钻和回旋钻优势功能的全新型结构的“回旋 冲击钻具”。该回旋冲击钻具的结构和功能特点是：在常规主动力杆（空心杆）的驱动下，回旋 冲击钻具运动机构可靠地建立起了由若干小直径钻杆组成的钻头群连续稳定的径向复 星形旋转切削运动，另用气动力或电磁力方式对钻杆群附加轴向可操控的冲击动力，

9、以 满足在相应地质条件下实现破碎和旋削复合钻进的需要，此钻具宜采取反循环气升排 渣。从理论上说即使全钻具只安装一根钻杆（如10厘米直径的刃具），钻具运动机构也 可驱动其完成设计3米以上足够直径断面的成孔，亦即大直径成孔未必一定要配套大扭矩钻机。如果单个刃具能实现如图1-1所示的平面单迹线星形运动，并同时具有径向旋削软 散颗粒，轴向冲击破碎整体岩石的功能。则数个小直径的刃具也将会产生高效率的复合或图1-1单点星形运动网状迹线图运动和作用，由若干连续点的运动，形成连续的曲线运动，若干曲线的运动，使施工面 呈周边包络线为圆形的细密网状曲面，实现钻具逐层从上至下的整体成孔运动。1.2设计的目的及意义“

10、一桥飞架南北，天堑变通途”，随着科学技术的高速发展，一条条宽敞的公路纵 横交错，一幢幢高楼雨后春笋般的拔地而起，一座座雄伟的桥梁飞跃大江河海，把祖国 的江山打扮得如此多娇。桩工工程作为一种基础工程在祖国建设中发挥了巨大的作用， 并且取得长足的发展，各项工程基础的施工进度往往是影响整个项目建设工期的关键， 其造价也是影响项目投资的主要不定因素。为适应各类建筑工程材料、设计和施工技术 的发展需要，从钻孔桩基础施工成孔设备着手，综合冲击钻和回旋钻两种基本钻型成孔 原理的优点，研究开发出新型成孔钻具，以解决桩基工程施工，要求快速高效、稳定可 靠、广泛适用和适应超大直径方向发展的问题，是长期以来国内外业

11、内人士不乏探索的 命题。本次设计不但上让我们了解到桩工机械在国民经济中的重要作用，同时也培养了我 们的实际动手能力，更深一步接触一些新设计理念，这样对我们以后的设计都有很大的 帮助，以下是本次设计的目的：1. 全面复习、巩固机械制造工艺学、机械制造装备技术设计以及相关课程的基本知 识，并运用所学知识解决机械加工中的工艺、工艺装备等实际设计问题，提高分析问题、 解决问题的能力。使这些知识得到进一步巩固、加深和拓展；2. 学习和掌握机械设计的一般步骤和方法，培养设计能力和解决实际问题的能力， 巩固和扩展有关机械设计方面的知识，培养理论联系实际的设计思想。3. 进行基本技能的训练，对计算、制图、运用

12、设计资料（如手册、图册、技术标准、 规范等）以及进行经验估算等机械设计方面的基本技能得到一次综合训练，提高技能水 平。1.3主要工作任务回旋冲击钻具是利用星型运动原理来设计一种采用多个刀具钻削岩层的钻具，此全 新型“回旋冲击钻具”能够实现冲钻与旋削功能相结合、成孔地质适应广泛、排渣及时 彻底、钻进效率高、钻机功率配置要求宽泛灵活、成孔直径适用跨度大等等优点，实为 解决长期以来困扰大直径钻孔灌注桩成孔钻具问题的一种全新结构和新思路。本设计是回旋冲击钻具设计中的一部分设计，及轴承结构与润滑方式设计。设计的 主要工作任务如下：1. 轴承结构设计2. 密封润滑方式设计3. 零部件设计4. 成本、效益比

13、较计算第二章轴承结构及密封润滑方式设计机器中的轴系大多采用滚动轴承作支承，这些轴系，尤其是主轴和重要的传动轴系 的运转状况不仅直接影响着机器的工作性能，而且影响机器的主要技术指标。轴系中的 滚动轴承类型的选择、轴承的布置、支承结构及密封润滑方式的设计等对轴系受力、运 转精度、提高轴承寿命及可靠性，保证轴系性能等都将起着重要的作用20。还有就是 减少两个具有相对运动的零件之间的摩擦。本章就针对回旋冲击钻具所需要的轴承结构 及润滑方式进行设计。2.1轴承结构及密封润滑的主要功用分析回旋冲击钻具结合了冲击钻与回旋钻这两种传统钻具的成孔原理，及实现轴向的 冲击破岩和径向的旋削松散，从而实现冲击与回旋功

14、能相结合，以达到高效、快速成孔 的目的。这就要求其轴承结构以及密封润滑方式能够满足这一特定的复合运动所需要的 支承和保护作用。以下是该回旋冲击钻具中轴承结构和密封润滑方式的主要功用分析：1. 由于钻具主轴（空心轴）是通过井上电机驱动进行旋转运动，而井下钻具外壳是 通过轮毂与井壁挤紧的，也就是钻具外壳不能旋转，为了减少扭矩，在主轴与外壳之间 设计一轴承结构，用来实现旋转主轴与外壳之间的支承作用。2. 由于钻具主轴不能通过井上电机直接进行轴向的冲击作用，而是通过气动驱动重 锤在锤击各根小钻杆之后剩下的力锤到内齿圈上，而内齿圈是与外壁紧连的，也就是说 重锤的冲击力在完成小钻头破岩和抵消外壁磨檫后剩下

15、的力通过外壁传到了主轴上，从 而使空心主轴往下作业，这就要求其轴承结构能够把重锤的一部分力通过外壁传到空心 主轴上。3. 内齿圈与托盘的运动情况不一至，内齿圈与外壁固定，无旋转运动，而托盘做旋 转运动，也就是在这两个零件之间会有相对运动，为了减少两零件的摩擦和实现各自的 运动，在两者之间加一轴承结构，用来支承和减少摩擦磨损，同时也可以大大减少功率 的损失，可以提高工作效率。4. 钻杆齿轮一方面要自转，另一方面要围绕支承轴公转，那么钻杆齿轮与托盘之间 也存在相对运动，在这两者之间设置的轴承结构是为了减少摩擦和保护各零件，提高零 件的使用寿命。5. 润滑、密封对整个钻具的性能影响很大，润滑起着减少

16、摩擦、降低磨损、减少 接触应力和散热冷却的作用，同时也有助于减振、防锈及冲洗杂质；而密封的作用也不 可以忽略，它可以防止润滑油外漏，减少外界灰尘和其它不利物质进入机体内。由于桩 工机械的作业条件异常恶劣，工程钻具所面临的是泥浆和沙石，而这些东西恰恰是很不 利于钻具正常作业的，甚至对钻具有毁灭性的破坏，那么密封、润滑正是用来解决此问 题的良策。2.2主轴轴承结构及密封润滑方案设计与确定载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型和进行轴承结构设计的重要依据，而机械 的工作环境和工作条件则是进行密封润滑方式设计的重要制约因素。由于回旋冲击钻具 中轴承承受着较大的轴向冲击力和较小的径向力，那么在支承上应采用

17、两个或多个线接 触的轴承。在进行结构设计的同时，需要考虑到结构的装配问题、结构中零件的加工难 度、密封润滑的稳定性以及整个结构的经济性等指标，表2-1是为回旋冲击钻具轴承结 构及润滑方式拟订的三种方案： 表2-1主轴轴承结构及润滑方式的设计方案序号|结构简图特点此方案采用双向 推力球轴承和圆锥滚 子轴承的组合结构，其 不但能够承受较大的 径向力和双向轴向力， 还能够承受很大的轴 向冲击载荷，润滑方式 为脂润滑，润滑使用方 便，耗量少，密封性能 一般，适用于极限转速 底的场合，但是该结构 比较笨重，主轴精密制 造段过长，制造成本 高，且发热严重，整个 结构装配难度大。序号结构简图特点续表该方案采

18、用三个 圆锥滚子轴承的组合 结构，其能承受较大的 轴向力和径向力，也能 承受轴向冲击载荷，密 封性能良好，采用油润 滑，内磨阻小，且润滑 系统为循环的，润滑油 损失量少。但该结构比 较笨重，不便装卸和维 护，经济性能差，由于 润滑是利用离心力摔 油，对主轴平稳转速要 求很高，使得润滑油温 度升高，且整个结构不 便于散热。此方案是四个圆 锥滚子轴承的组合结 构，其能承受很大的轴 向载荷和径向载荷，还 能承受冲击载荷，密封 性能好，润滑方式采用 芯捻润滑，能够保证供 油稳定、润滑油清洁且 油量不至过多，润滑系 统为循环的，润滑油损 失量少，整个结构轻 巧、紧凑，且装卸与维 护方便，制造成本低， 散

19、热性能好，适用的主 轴极限转速范围广。该回旋冲击钻具主轴转速为32r/min,属于低转速范围，由于方案B的离心式摔油润 滑只有在高转速下才能正常工作，那么B方案的润滑方式不能满足该钻具的要求，又由 于钻具要钻到地下几十米的深处作业，为了减少钻具回到地面所耗功率和制造成本，其 钻具自身的重量不能过于笨重，C方案相对A、B方案来说，设计的是轻型结构，这点优 于A、B方案。A方案采用双向推力球轴承来承受轴向的冲击载荷，钢球与保持架磨损， 发热严重，且散热性能差，轴承寿命降低。在安装方面，由于A、B方案的结构笨重， 又没有设计钓钩等方便安装的结构，而C方案在肋版上设置了八个大圆孔，这就方便了 加工或装

20、配时零件的搬运和移动。A、B方案在加润滑脂、润滑油时，必须拆开后才能加 进去，而C方案可以直接通过游标孔往油槽里加油，并且可以测量润滑油油面高度，这 样就便于维护。A、B、C三种方案中的下端支承处都采用圆锥滚子轴承，该轴承只是起 到一个平衡的作用，并没有承受什么载荷，其都采用脂润滑。综合以上各种主轴轴承结构及润滑方式的设计方案，再结合该回旋冲击钻具的具体 工作环境和对轴承结构的功用要求，通过对性能、制造、经济、安装与维护等各方面的 综合比较，最后确定采用方案C。其主轴轴承结构及润滑方式示意图如图2-1所示：1一端盖；2、19一油圈；3、9 一圆锥滚子轴承；4一芯捻；5上轴承座（箱体）；6、12

21、、23一毛毡 密封圈；7、11活塞式密封装置；8、16-O形密封圈；10一弹簧；13一空心主轴；14-下轴承座; 15一垫圈；17润滑油；18、22甩油环；21轴承套；20杆试游标图2-1主轴轴承结构及润滑方式示意图方案C中轴承型号与润滑剂牌号的选择：如上图2-1, 3、9为同一型号的圆锥滚子 轴承，根据该处的轴径以及配合轴承内径，选择圆锥滚子轴承的代号为：32052X，其尺 寸为d x D x B = 260mmx 400mmx 87mm22 ； 3-圆锥滚子轴承采用油润滑，选用L-AN68润 滑油，该润滑油主要用于低速重载的设备上15。9-圆锥滚子轴承采用脂润滑，选用ZL-3 通用锂基润滑

22、脂，该润滑脂适用温度在-20120 C，主要用于机械的滚动轴承等其他 摩擦部位的润滑15。当钻具下井作业时，重锤锤击各小钻杆，使小钻杆下到一定深度，然后再锤击在内 齿圈上，内齿圈把力传给外壁，外壁与5-上轴承座（箱体）相连，从而通过1-端盖把 冲击力传到轴承组3上，再经过18-摔油环传给13-空心主轴，从而破碎空心主轴钻头 下的一方土石。钻具完成作业后，在回到地面的过程中，空心主轴把一部分拉力作用到 轴承结构上，用来抵消外壁与井壁的摩擦阻力，把外壁往地面上拉。17-润滑油置于5- 上轴承座（箱体）的油槽中，通过4-芯捻把油渗吸到轴承上方，且与22-甩油环贴紧， 甩油环随空心主轴做圆周转动，通过

23、离心力的作用，将芯捻上吸附的润滑油甩入到3- 圆锥滚子轴承上，润滑油在重力作用下，必然往下流，从而达到润滑的目的，当剩余的 润滑油流到上支承处的最下面一个轴承时，便在18-甩油环的作用下，将其甩入油槽， 实现润滑油的循环作用。由于14-下支承座上附有气动驱动结构和重锤，为了实现冲击 的平衡性，在下支承处安装一圆锥滚子轴承9。上轴承座、下轴承座以及空心主轴围成 的排渣压力气缸的密封润滑设计计算，将在第3章进行详细阐述。主轴轴承结构装配图以及各主要零件图见附图ZJZC-0006。2.3传动部分轴承结构及润滑方式设计2.3.1托盘与内齿圈轴承结构设计根据回旋冲击钻具的总体结构和运动情况，如下页图2-

24、2所示，由于1-外壁与4- 内齿圈相连，而外壁又不能做回旋运动，故4-内齿圈与1-外壁相对为静止，3-托盘在 钻杆的带动下做回转运动，所以托盘相对内齿圈做回转运动，为了减少3-托盘与4-内 齿圈之间的摩擦和实现托盘的运动，在两者之间加一轴承装置2,该轴承装置是通过4 个螺栓将其拧紧在3-托盘上的，为了实现承载和防摩擦的需要，在托盘的周边进行环型 布置，称该防摩擦装置为环型轴承结构。此轴承装置的零件图与装配图见附图ZJZC-1520。1 外壁；2一轴承装置；3一托盘；4 内齿圈图2-22.3.2太阳轮与托盘轴承结构设计如图2-3,由于1-太阳轮的转速高，2-托盘是由行星轮带动钻杆，再由钻杆带动2

25、- 托盘做旋转运动，所以托盘的转速低，那么在1-太阳轮与2-托盘之间就会产生相对的回旋运动，同样在1和2之间加3-轴承装置，以减少摩擦和实现各自的运动。3-轴承装 置也同2.3（1）中的轴承装置一样。1太阳轮；2一托盘；3一轴承装置；4一空心主轴图2-32.3.3孔底钻钻杆轴承结构设计如下页图2-4所示，3-孔底钻钻杆在冲击锤的锤击作用下往下运动，把冲击力传给 钻头进行破岩，然后在1-弹簧的弹力作用下复位，由于1-弹簧随3-孔底钻钻杆作回旋 运动，而4-挡板并没有绕3-孔底钻钻杆作回旋运动，所以1-弹簧相对4-挡板有回旋运 动，为了减少弹簧与挡板之间的摩擦，故在图示位置装一推力球轴承，根据孔底

26、钻钻杆 的截面直径，选用轴承代号为51309的推力球轴承15。由于该处转速不高，载荷也不大， 选用ZL-3锂基润滑脂进行润滑15。1一弹簧；2轴承；3一孔底钻钻杆；4一挡板图2-42.3.4孔壁钻钻杆轴承结构设计图2-5所示，3-孔底钻钻杆处安装轴承的作用同2.3 (3)孔底钻钻杆处一样，也是 为了减少1-挡板与4-弹簧之间的摩擦，根据孔壁钻钻杆的截面直径，同样选用轴承代 号为51309的推力球轴承。选用ZL-3锂基润滑脂进行润滑15。1一挡板；2一轴承；3一孔壁钻钻杆；4一弹簧图2-52.3.5太阳轮与挡板之间轴承结构设计如下页图2-6所示，1-垫块、3-太阳轮随4-空心主轴做回旋运动，6-

27、挡板在钻杆的 作用下也做回旋运动，但是与主轴相连的零件回旋速度大，而挡板是在行星轮的带动下 回旋，所以速度底，为了减少6-挡板与1-垫块、3-太阳轮之间的摩擦，故设置一轴承 轴承结构，该轴承由2-轴承内圈、5-钢球、7-轴衬外圈组成，滚珠选用标准件，选用钢 球型号为KU.10，直径为10mm15，内、外圈特制。同样选用ZL-3锂基润滑脂进行润滑。1一垫块；2一轴承内圈；3一太阳轮；4一空心主轴；5一钢球；6一挡板；7一轴承外圈图2-62.3.6孔底钻钻杆齿轮处轴承结构设计如图2-7所示，由于3-孔底钻钻杆齿轮绕4-孔底钻钻作回旋运动，同时还要绕支 撑杆作公转，其与1-托盘之间存在相对的回旋运动

28、，但是孔底钻钻杆齿轮与托盘的重叠 区域小，为了减少两者之间的摩擦，故在3-孔底钻钻杆齿轮与1-托盘之间设置一轴承 结构，该轴承结构由2-轴承外挡圈、5-轴承内挡圈、6-滚珠和7-保持架组成，此结构 要求在孔底钻钻杆齿轮上开一环行槽，以便有利与滚珠的运动，6-滚珠选用标准件，选 用钢球型号为KU.7，144，重量为1000个1.5KG，直径为7.144mm22。6-钢球在7-保 持架的护位下环型布置，所以也称该装置为环型轴承结构，2-轴承外挡圈、5-轴承内挡 圈和7-保持架零件图见附图ZJZC-1114。1托盘；2一轴承外挡圈；3一孔底钻钻杆齿轮；4一孔底钻钻杆；5轴承内挡圈；6钢球；7保持架图

29、2-72.3.7孔壁钻钻杆齿轮处轴承结构设计如图2-8所示，3-孔底钻钻杆齿轮与7-挡板之间的摩擦也是由于两者之间的相对运 动，相重叠的摩擦区域小，所采用的防摩擦装置同2.3 (7)中一样，且轴承结构和零件 尺寸都一样，那么在此就不作过多阐述了。1一轴承外挡圈；2一滚珠；3一孔壁钻钻杆齿轮；4一孔壁钻钻杆；5一轴承内挡圈；6保持架；7托盘图2-82.3.8钻底处轴承结构设计如图2-9所示，由于1-钻底挡板相对6-钻壁作回转运动，且6-钻壁要托住1-钻底 挡板，为了减少两者之间的摩擦，在两者之间加一轴承结构，该轴承由3-轴承内圈、5- 轴承外圈和4-滚珠装配而成，由于钻底环境恶劣，为了减少沙石进

30、入轴承中，在6-钻 壁上设置一沟槽，并用2-毛毡密封圈进行密封。该轴承中4-钢球选用标准件，选用钢 球型号为KU.20，638，其直径为20.638mm22。1一钻底挡板；2一毛毡密封圈；3一轴承内圈；4一钢球；5一轴承外圈；6一钻壁图2-92.3.9润滑方式设计由于机构特性的决定，同时为了简化结构和降低成本，建立刃具星形运动的齿轮组 等大部件，不可避免的只能在泥浆中润滑，除开以上已经设计过润滑方式的轴承结构， 传动部分其它轴承结构和齿轮等均采用泥浆润滑，该泥浆是利用小管道从地面配好输送 进来的，但这就需要齿轮组采用高锰类耐磨钢特性材料（履带、锷板和道岔类材料）， 有适应在泥浆砂石中工作的材质

31、要求。以解决有关部件难以密封的滚动、滑动和齿轮摩 擦的润滑以及锈蚀问题。另外还需加设防护罩和隔离板，以防异物影响和损坏机件运行。 2.4轴承结构主要零件的工艺分析图2-10所示零件为主轴轴承结构的轴承套零件，该零件外圆内套在上轴承座中， 内孔与轴承配合，主要作用是减小其同轴度的误差和降低轴承座的加工难度。该产品为新研发产品,选用单件生产。待研制成功，普及后选用批量生产。材料为ZCuSn10P1,这 种材料耐高温和摩擦，强度高。图2-10轴承套零件图2.4.1轴承套的技术条件和工艺分析该轴承套属于长套筒，其主要技术要求为：0 440h7外圆对6 400H7内孔的径向圆 跳动公差为0.1mm；左端

32、面对0 400H7内孔轴线的垂直度公差为0.1mm。轴承套外圆为 IT7级精度，采用精车可以满足要求；内孔精度也为IT7级，采用镗孔可以满足要求。 内孔的加工顺序为：半精镗一精镗一浮动镗刀块精镗。由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.1mm内，用软卡爪装夹无法保证。因此精车 外圆时应以内孔为定位基准，使轴承套在大锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这样可使 加工基准和测量基准一致，容易达到图纸要求。2.4.2轴承套的加工工艺表2-2为轴承套的加工工艺过程。表2-2轴承套的加工工艺过程序号工序名称工序内容定位与夹紧1铸造、清沙2时效处理3车1.粗车外圆？ 460mm至？ 450mm及 M450X1.5m

33、m螺纹（工艺用），车空 刀槽3X1mm三爪卡盘夹端，大 头顶尖顶另一端2.车端面及倒角三爪卡盘夹端，搭 中心架托0 450m处3.调头车端面及倒角取总长315mm4镗1 .半精推镗孔到中380mm一端用 M450X1.5mm螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架2 .精推镗孔到中390.85mm3.浮动镗刀镗孔到尺寸，表面粗 糙度值Ra为1.6. m5车1.车去工艺螺纹，精车外圆0 450mm至尺寸软爪夹一端，以孔定 位顶另一端6钻钻径向油孔？ 18mm 440mm外圆及端面7检查第三章 排渣压力气缸密封润滑方式设计该回旋冲击钻具采取反循环气升排渣，也就是利用空气压缩机将高压气体压入井下空心主轴内，

34、通过气升来实现排渣。因空心主轴作回旋运动，为了避免通气管不被空心主轴扭成一团，故通气管不能直接与空 心主轴相连，所以设置如右图3-1所示 的排渣压力气缸，该压力气缸是1-上轴 承座、2-下轴承座和6-空心主轴所围成 的空腔，通过1、4、7处的密封装置来 实现的。为了减少其它杂质对1、4处密 封装置密封效果的影响，故在密封装置1 的上方和密封装置4的下方分别设置一个毛毡密封，以加强对1、4处密封装置的保护。1、4、7处密封装置中的密封圈使用O 形密封圈，这种密封圈的工作介质为：液压油、润滑油、气体。其能承受的最大工作压 强为70MP，而该排渣1、4、7一密封装置；2一上轴承座；3一下压力气缸内压

35、强不到10MP，并且这种轴承座；5、8一毛毡密封圈；6一空心主轴a密封圈的温度适用范围在-40。C到图3-1排渣压力气缸+120。C之间，故能满足要求。为了加强1、4、7处密封装置的密封性能，在以上三处加入润滑油，选择20号QB汽油机润滑油， 该润滑油主要用于缸活塞的润滑15。本章以下内容将分别对1、4、7处密封装置进行设 计计算。3.1上轴承座处密封设计3.1.1密封圈的选择已知旋转轴轴径d 2 =310mm，根据公式：d1 = (1.031.07) xd2 23(3-1)式中d2为旋转轴轴径，d1为O形密封圈实际内径。由公式(3-1)可得：d1 = (1.031.07) x310319.3

36、mm d 331.7mm根据d勺取值范围选择O形密封圈公称外径D = 335mm，断面直径d0 = 8.6mm，材压质 力 为耐油耐高温橡胶II-223。其标记如下：方向O 形密封圈：335x 8.6，橡胶 11-2，GB1235-76。3.1.2沟槽尺寸设计由于主轴进行旋转运动，根据以上选定的O形密封圈，结合图3-2所示结构，可得以下沟槽尺寸：H=8.2mm,沟槽宽度B =12.2, 允许公差为+0.20, r=0.2 mm, R=0.5 mm23根据公式：D = d2 + 2H 23(3-2)式中D，为O形密封圈沟槽外径，d2为旋转 轴轴径，H在1.2中已经查出，H =8.2 mm. 由公

37、式(3-2)可得：D = 310 + 2 x 8.2 =326.4 (mm)3.1.3 挡圈作用 与选择图3-2上轴承座处沟槽O形密封圈破坏的重要原因之一就是在工作压力作用下被挤入间隙内，从而使O形 密封圈严重变形，以至受到破坏而影响密封效果。如下页图3-3所示：图3-3密封圈被挤入间隙那么在密封圈受气体压力的另一端加一挡圈，则可以阻止密封圈被挤入间隙23，其结构见下图3-4所示:压力方向-*1图3-4挡圈的设计根据3.1.1中选定的O形密封圈的公称外径D=335 mm、断面直径d0 =8.6 mm，可 选挡圈标外径D2 = 335mm，厚度T = 2.5 mm，材质为聚四氟乙烯A型23。其标

38、记为：挡圈A335x2.5聚四氟乙烯GB1235-763.2下轴承座处密封设计3.2.1密封圈的选择已知旋转轴轴径d2 =240 mm,根据公式(3-1)：d1 = (1.031.07) xd2式中d2为旋转轴轴径，d1为O形密封圈实际内径。由公式(3-1)可得：d1 = (1.031.07) x240247.2 mm d1 18 3030 5050 80C或R1.01.21.62.0取轴端倒角为1 45。其它倒圆R为1.5。7）轴的结构与装配轴的结构与装配如下页图4-2：图4-2芯轴结构与装配4.1.4按轴的剪切强度校核芯轴由于此芯轴很短，且无转矩，只是承受径向载荷，同时 也伴随有径向冲击载

39、荷，那么可近似按轴的剪切强度进行校 核，已知钻具的自重和冲击力总和为544KN，该力绝大部分 用于冲击钻杆进行破岩，一部分用于抵消外壁与井壁的摩擦 力，最后剩余的力最多只有10%传到滚筒上，而该滚筒组共 3个，每个滚筒上有2对轴承，从极限考虑，假设该力只有 一个滚筒承受，那么可以求出剪切力F为27.2KN。受力情图4-3况如图4-3所示:根据公式：FT = s T 12A（4-1）从而可得:27.2 x 103=44.2M P(28 x 10 - 3)2前面已经查得T 1 = 155MPa，所以TT 1，故该芯轴满足剪切强度要求。4.2滚筒结构与密封润滑方式设计4.1中已经对滚筒的芯轴进行了设计，同时也选好了轴承和键。根据滚筒的工作条件 和功能的需要，需设置一钢筒，并且在两端加端盖，采用毛毡密封圈进行密封，密封是 为了阻止沙石进入滚筒内，如图4-4所示：1 一键；2、6一毡圈油封；3一圆柱滚子轴承；4一芯轴；5一钢筒；7一端盖；8一螺栓图4-4滚筒结构图滚筒内轴承采用脂润滑，由于滚筒在有水的环境中工作，所以要用耐水的润滑脂来实现轴承的润滑，选用L-XAAMHA1钙基润滑脂15。滚筒的装配