（优秀毕业全套设计）非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计（整套下载）

更要具有复杂性和安全性，通常使用的工程机械在使用时只具有钻进功能或者采用其他不合理的传动方式，且钻进力有限，当遇到坚硬的岩石，如卵石灰岩花岗岩等硬岩石地层，就不得不改变钻进方位，或者另钻他孔，为了解决此问题，我在老师的指导下设计计算采用齿轮齿条传动的非开挖水平定向钻机顶进回拖机构，优化水平定向钻机性能。

增大钻机传递功率，克服较大阻力，它有效的解决了设定的问题。

关键技术指标通过合理的设计与布局确保装置具有良好的工作平稳性，既具有较低的震动频率，并能有效的控制噪声。

合理的设计传动机构，以确保电机齿轮齿条钻头之间所有的力与力矩的可靠传递，使装置具有良好的操纵稳定性的要求。

便于布置，要考虑给齿轮齿条部分留出足够的空间。

所有零部件应具有足够的强度与使用寿命。

制造成本低。

便于维修保养。

第二章总体方案及动力头导轨设计计算.总体方案设计整体方案内容本毕业设计拟采用齿轮齿条传动的形式传递动力，如图.所示图.整体方案示意图采用电动机驱动，经齿轮组减速齿轮齿条传动，驱动非开挖定向钻机动力头顶进或者回拖。

本方案主要包括四个部分电动机减速齿轮组齿轮齿条动力头。

电动机通过设计计算整个系统所需功率，通过查阅相关的机械设计手册，选定电动机型号，提供整个系统所需的动力减速齿轮组电动机输出的转速较高，而动力头所需的钻进速度较低，则要求齿轮齿条传递的速度较低，通过减速齿轮组，既能传递较大的功率，又能将电机转速降低至所需的目标转速齿轮齿条齿轮齿条传动是本设计的重点内容，它将电机的转动转化成齿条的直线位移，既水平定向钻机的动力头的顶进和回拖动力头动力头是实现钻孔功能的核心部件，另行设计。

设计方案特点采用电机驱动与传统的水平定向钻机相比，传统顶进回拖系统多采用液压驱动，液压系统具有效率低环境污染严重容易发生火灾易发生泄漏等缺点。

本设计的电机驱动顶进回拖系统，采用电机驱动，既能满足所需功率需求，又具有通用性高价格便宜能源供应方便等优点，而且电机的动态特性优良可调式性能好，采用电机驱动优化了整个水平定向钻机的能源装置。

采用齿轮齿条传动齿轮齿条传动承载力大，传动精度高，可以无限长度对接延续传动速度高，适合本设计的设计要求。

而且齿轮齿条传动技术成熟设计简单已大批量生产，采用齿轮齿条传动大大简化了水平定向钻机顶进回拖系统结构，降低了生产制造成本。

.动力头与导轨的设计计算为了实现顶进回拖功能，动力头需在导轨上产生向前向后的位移，动力头与导轨之间存在摩擦，且精度要求较高为了减小能量损失，动力头与导轨的接触采用滑动接触的方法采用齿轮齿条传动，动力头存在倾覆力矩，为了防止倾覆力矩对非开挖水平钻机顶进回拖机构动力头的影响，接触结构需要有防倾覆功能。

综合动力头与导轨的结构所需满足的精度高速度较高防倾覆的功能特点，采用如图.所示的滑动导轨图.动力头与导轨接触结构示意图图中为整个动力头与导轨接触结构的高度，为整个动力头与导轨接触结构的宽度，为整个动力头和导轨接触结构的长度，根据齿条的长度，得导轨长度此结构形式的滑动导轨具有防倾覆的特点，有效的防止了齿轮齿条中倾覆力矩对动力头的影响且传动平稳精度高承受载荷较大，满足本设计要求。

设计的滑动导轨如下图.所示图.导轨装配图.电动机选型电动机选型设计计算根据此设计要求，整个非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计参数如下表.所示表.主要设计参数项目参数最大推拉力最大推拉速度入土角度度通过查阅相关文献，查的各机械传动和摩擦副的效率概略值如下表.所示表机械传动和摩擦副的效率概略值机械传动和摩擦副效率η十字滑块联轴器.深沟球轴承.圆柱齿轮传动.齿轮齿条传动.摩擦传动.根据此毕业设计的参数要求，整个非开挖定向钻机顶进回拖系统结构按照所给的最大参数进行设计计算非开挖水平定向钻机顶进回拖装置所需功率可以由公式求得，即式中推拉力，推拉速度，经计算得电动机所提供动力需经过各级传动然后驱动非开挖水平定向钻机动力头顶进回拖，通过查阅相关文献获得各级传动效率，可以根据公式求得电动机所需提供功率式中顶进回拖装置所需最大功率，电动机额定功率η传动效率，由公式得通过上式可以求得电动机额定功率电动机型号及技术参数查阅相关电动机选型手册，根据所需额定功率为选定电动机型号，考虑到要留有定的功率余量，应选取额定功率大于.的电动机。

选取电动机型号为系列三相异步电机，其相关参数如下表.所示表.电机技术参数电机型号额定功率满载转速堵转转矩最大转矩质量额定转矩额定转矩第三章减速箱齿轮组设计计算.减速箱齿轮组设计计算传动比分配通过查阅机械设计手册，得开式圆柱齿轮传动传动比综合考虑非开挖水平定向钻机顶进回拖机构最大进给速度，根据公式式中传动比电动机转速，齿轮齿条传动中齿轮转速根据公式式中齿轮齿条组中齿轮分度圆直径取单级减速齿轮组传动比.。

齿轮传动设计计算选定齿轮类型精度等级材料及齿数根据运动简图的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动定向钻机为般工作机械，速度不高，故选用级精度材料选择。

因非开挖水平定向钻机速度不高，有粉尘，查阅相关手册小齿轮材料选择调质，硬度为，大齿轮材料为钢调质，硬度为，两者硬度差为选小齿轮齿数，大齿轮齿数为按齿面接触强度设计根据公式.按齿面接触疲劳强度进行设计计算.式中试选载荷系数计算小齿轮传动转矩。

查阅机械设计手册选取齿宽系数由机械设计手册查得材料弹性影响系数为由机械设计手册按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限由机械设计式计算应力循环次数由机械设计图取接触疲劳寿命系数，计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为，安全系数为，由机械设计手册式得计算由公式.计算小齿轮分度圆直径计算圆周速度计算齿宽模数和齿宽与齿高之比，齿宽取为计算载荷系数由机械设计手册表选取使用系数根据，级精度，由机械设计手册图查得直齿轮，由机械设计手册表用插值法查得级精度，小齿轮相对支承对称非对称布置时，由根据机械设计手册查得故根据式.求得载荷系数为.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式.得.计算模数根据机械设计手册齿轮模数推荐表，综合计算结果分析，故齿轮模数。

减速齿轮组结果汇总通过计算，减速齿轮组计算结果如下表.所示表.齿轮组计算结果汇总表序号名称代号计算公式计算结果模数取标准值分度圆压力角取标准值齿顶高系数取标准值径向间隙系数取标准值分度圆直径中心距齿顶高齿根高.按齿根弯曲疲劳强度校核根据齿根弯曲疲劳强度校核公式.校核齿轮式中为载荷作用于齿顶时的应力校正系数，通过查机械设计手册表得齿形系数，通过查机械设计手册表得，载荷系数，齿宽，小齿轮圆周力，。

计算弯曲疲劳许用应力由机械设计手册查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯弯曲疲劳强度极限由机械设计手册图查得弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲强度许用应力取弯曲疲劳安全系数，由机械设计手册式得取较小值，即。

校核计算将参数代入公式得故满足设计要求。

第四章齿轮齿条设计计算与校核齿轮齿条传动是非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构的核心传动部件，将电动机输出的转矩转变成齿条的直线位移，实现电动机驱动的水平定向钻机的顶进回拖功能。

齿轮齿条传动设计技术成熟传动精度高传递的功率大速度较高适宜大批量生产，能够满足本设计功能需求。

齿轮齿条设计计算参数如下表.所示表.齿轮齿条设计参数名称计算公式参数输入转速最大推拉速度输入转矩输入功率.齿轮齿条传动原理如下图.所示图.齿轮齿条传动原理图其啮合线与齿轮的基圆相切，由于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿条基圆的切点在无穷远处。

齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆与齿条的分度圆相切，其啮合角恒等于齿轮分度圆压力角，也等于齿条的齿形角齿轮的节圆也恒与分度圆重合。

只是在非标准安装时，齿条的节线与分度线不再重合。

齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧直线的垂直距离，即。

齿轮与齿条的实际啮合线为，即齿条顶线及齿轮齿顶圆与啮合线的交点及之间的长度。

.齿轮齿条设计计算齿轮齿条传动，齿轮作回转运动，齿条作直线运动，齿条可以看作个齿数无穷多的齿轮的部分，这时齿轮的各圆均变为直线，作为齿廓曲线的渐开线也变为直线。

齿条直线的速度与齿轮分度圆直径转速之间的关系为式.所示.式中齿轮分度圆直径，齿轮转速，齿条直线速度，计算得齿轮齿条中齿轮分度圆直径，因为要留有定余量，分度圆直径取。

按齿根弯曲强度设计选定齿轮类型精度等级材料根据运动简图的传动方案，选用直齿齿轮齿条传动定向钻机为般工作机械，速度不高，故选用级精度材料选择。

因非开挖水平定向钻机速度不高，有粉尘，查阅相关手册小齿轮材料选择调质，硬度为，齿条材料为钢调质，硬度为，两者硬度差为齿轮齿条中齿轮齿数根据弯曲强度的设计公式.设计齿轮.式中由机械设计手册查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯曲疲劳强度极限由机械设计手册图查得弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲强度许用应力取弯曲疲劳安全系数，由机械设计手册式得取较小值，即计算载荷系数，查取齿形系数，由机械设计手册表查的查取齿形系数得，查取应力校正系数查得，计算大小齿轮的并加以比较大齿轮的数值大计算根据计算值，通过查阅机械设计手册得标准模数。

可以算得齿轮齿数，为避免产生根切，取齿轮齿数为。

.设计计算结果汇总通过设计计算，齿轮齿条相关参数如下表.所示表.齿轮齿条设计计算结果汇总表项目名称计算公式及代号设计计算结果齿轮齿数模数基本齿廓压力角齿顶高系数顶隙系数.尺宽齿轮齿条齿条长度齿轮分度圆直径齿顶高齿轮齿条齿根高齿轮齿条齿高齿轮齿条齿轮中心到齿条中心距齿距.齿条齿数第五章轴的设计计算及校核轴是组成机器的主要零件之，切做