隧道鉆機沖擊齒輪箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鉆機的沖擊齒輪箱，屬于工程機械領域。公開了一種隧道鉆機沖擊齒輪箱，包括箱體、箱體內(nèi)的傳動機構、外部動力輸入，所述傳動機構包括輸出軸組成、中間軸組成、輸入軸組成。外部動力輸入包括箱體后端面聯(lián)接的液壓沖擊錘、與輸入軸組成相聯(lián)的液壓馬達。該齒輪箱功能特征在于沖擊+回轉的動力輸出。齒輪傳動采用平行軸的傳動方式，檢修方便。輸出軸齒輪與輸出軸的旋轉功率通過多個圓柱銷傳遞，結構簡單可靠，利于輸出軸軸向滑動。旋轉功率采用雙邊輸入（見圖5）和各傳動軸徑向支撐軸承采用滿滾子軸承的布置方式，有效的縮小了齒輪箱的高度尺寸，進而減小了齒輪箱的體積，齒輪箱體采用整體焊接型式，結構剛度較好，制造方便。
【專利說明】隧道鉆機沖擊齒輪箱
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鉆機的沖擊齒輪箱，屬于工程機械領域。
【背景技術】
[0002]由于受制于液壓馬達和液壓沖擊錘的體積，該類型的行星傳動的齒輪箱軸向尺寸較大，液壓馬達和液壓沖擊錘必須進行軸向錯位安裝，不適應大功率容量的齒輪箱。
[0003]目前的鉆機沖擊齒輪箱主要依靠進口，多數(shù)齒輪箱的沖擊部分與旋轉部分的聯(lián)接采用漸開線花鍵連接，比如瑞典阿特拉斯.柯普科ROC D7露天鉆機沖擊鉆用齒輪箱即采用漸開線花鍵聯(lián)接。采用漸開線花鍵聯(lián)接的特點:連接部分較為緊湊。適合大批量制造。采用漸開線花鍵聯(lián)接的不足之處:加工方面:公花鍵采用銑削加工，母花鍵一般采用花鍵拉刀或插齒加工(短花鍵)，需要配置專業(yè)機床和專用刀具，小批量制造成本較高，質量難于保證。由于輸出軸聯(lián)接部分同時承受扭矩和軸向高頻沖擊，因此要求聯(lián)接部分同時具有較高的強度和耐磨性，制造成倍較高，不適合大沖擊功的要求。由于采用漸開線花鍵聯(lián)接，花鍵的公、母部分分別為輸出齒輪和輸出軸，當花鍵有所損壞，需更換齒輪或輸出軸，維修成本較高。國外部分功率等級較低的齒輪箱齒輪傳動采用行星齒輪傳動(徑向體積較小)。采用行星齒輪傳動的特點:齒輪箱徑向結構緊湊。適合大批量制造。采用行星齒輪傳動的不足:由于結構緊湊，不便于作業(yè)現(xiàn)場的檢修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種隧道鉆機沖擊齒輪箱，采用旋轉+沖擊工作模式，雙邊旋轉功率驅動、平行軸傳動方式，減小軸向尺寸，輸出軸的扭矩部分和沖擊功部分通過簡單可靠的圓柱銷聯(lián)接，可同時傳遞旋轉力矩和軸向沖擊能，結構簡單可靠、傳遞的沖擊功較大。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案得以解決:
隧道鉆機沖擊齒輪箱，包括箱體、箱體內(nèi)部設置傳動機構，所述傳動機構包括輸出軸組成、中間軸組成、輸入軸組成、外部動力輸入裝置。該齒輪箱性能特征在于沖擊+回轉的動力輸出，回轉功率采用雙邊輸入，齒輪傳動采用平行軸模式，回轉功率最后一級傳動采用可滑動圓柱銷型式，齒輪箱體采用整體焊接型式，沖擊部件與箱體設有緩沖彈簧，各傳動軸徑向支撐軸承采用滿滾子軸承。外部動力輸入包括箱體后端面聯(lián)接的液壓沖擊錘、與輸入軸組成相聯(lián)的液壓馬達(兩組)，該齒輪箱功能特征在于沖擊+回轉的動力輸出。齒輪箱采用軸向安裝，無水平分箱面，整體剛度較好?；剞D功率的傳遞采用雙邊輸入的模式，齒輪傳動采用平行軸傳動型式。為平衡該齒輪箱的受力狀態(tài)，最大限度的降低高度尺寸，該齒輪箱的旋轉功率(扭矩+轉速)輸入采用雙邊輸入型式，液壓馬達采用雙邊輸入的方式，除平衡齒輪箱的受力的考慮外，還可有效的降低齒輪箱的整體高度。與行星傳動相比，齒輪傳動采用結構簡單的平行軸傳動模式，檢修方便。輸出軸齒輪與輸出軸的旋轉功率(扭矩+轉速)采用新穎的多個圓柱銷傳遞，由于接觸面為圓弧，因此應力集中較低，便于與其配合的輸出軸滑動，其可靠性比傳統(tǒng)的花鍵高(如矩形鍵和漸開線花鍵)，適應在軸向有滑動的工況下傳遞較大扭矩、變形小，并最大限度的減少軸向沖擊對齒輪傳動的影響，應力集中較小。同時還具有加工方便的特點，采用普通精度的鉆床即可完成配對加工，適合小批量和專機制造，成本可控。由于設置了圓柱銷為易損件，當聯(lián)接部分出現(xiàn)損害時，只需更換圓柱銷，維修成本較低。
[0006]作為優(yōu)選，該齒輪箱功能特征在于沖擊+回轉的動力輸出。
[0007]作為優(yōu)選，旋轉功率(扭矩+轉速)米用雙邊輸入模式:其一，有利于平衡齒輪箱的整體受力狀態(tài)，其二，最大限度的減小了輸入部分的體積。
[0008]作為優(yōu)選，該齒輪箱回轉功率最后一級的傳遞(輸出軸齒輪至輸出軸)采用可滑動的圓柱銷傳遞的方式，所述圓柱銷直徑為范圍15-70mm，數(shù)量范圍4_15。
[0009]作為優(yōu)選，所述齒輪箱體為整體焊接式。齒輪箱體采用整體焊接型式，結構剛度較好，有利于齒輪傳動。更加鑒于該功率等級的沖擊+旋轉的工程鉆機批量較小，據(jù)業(yè)內(nèi)專家專家測算，全國需求量不及100臺，且目前主要由國外品牌壟斷，該沖擊齒輪箱體不適合采用鑄造模式批量生產(chǎn)制造，因此，該齒輪箱體采用焊接方式。
[0010]作為優(yōu)選，在輸出軸和箱體之間設置有緩沖彈簧，提高齒輪箱體的抗沖擊能力。
[0011]作為優(yōu)選，各軸徑向支撐軸承均為滿滾子軸承。滿滾子軸承的軸承內(nèi)徑和外徑差值較小，最大限度減少各軸的徑向尺寸，間接地提高了齒輪箱體的整體剛度。
[0012]按照本發(fā)明的技術方案的隧道鉆機專用沖擊齒輪箱，該齒輪箱可同時輸出回轉功率(扭矩+轉速)和軸向沖擊功，其回轉功率由2個液壓馬達提供，沖擊功由箱體后端面聯(lián)接的液壓沖擊錘提供。由于該齒輪箱同時傳遞大扭矩和大沖擊功，要求齒輪箱體具有較高的整體剛度，滿足齒輪傳動的要求，所以該齒輪箱采用整體模式，齒輪箱各傳動軸采用軸向組裝的模式，由于沒有采用水平分箱，在整體剛度提高的同時，整體體積也有所減少(取消了水平分箱面緊固件所占用的空間)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為隧道鉆機專用沖擊齒輪箱的結構示意圖。
[0014]圖2為圓柱銷簡化計算模型。
[0015]圖3為圓柱銷變形云圖。
[0016]圖4為圓柱銷應力云圖。
[0017]圖5為沖擊箱軸側圖。
[0018]圖6為齒輪箱體的結構示意圖。
[0019]其中，1-液壓沖擊錘，2-液壓馬達,3-輸入軸齒輪,4-輸入軸組成,5-中間軸齒輪A，6-中間軸組成，7-輸出軸組成，8-輸出軸，9-緩沖彈簧，I O-圓柱銷，11 -輸出軸齒輪，12-中間軸齒輪齒輪B，13-齒輪箱體，14-箱體前端面，15-箱體安裝座，16-箱體后端面。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
隧道鉆機沖擊齒輪箱，所述齒輪箱體13為整體焊接式，箱體內(nèi)部設置傳動機構，所述傳動機構包括輸出軸組成7、輸入軸組成4 (2組)、中間軸組成6 (兩組)。[0021]該齒輪箱的動力輸入為箱體后端面16連接的液壓沖擊錘1、與輸入軸組成4相聯(lián)的液壓馬達2 (兩組)。
[0022]輸出軸組成7的結構為本發(fā)明的主要特征點之一，輸出軸8通過4-15個直徑為15-70mm的圓柱銷10與輸出軸齒輪11連接。
[0023]中間軸組成6用于回轉功率(扭矩和轉速)的傳遞過渡，輸入軸組成4與液壓馬達2連接，承擔齒輪箱回轉功率(扭矩和轉速)的輸入，各軸徑向支撐軸承均為滿滾子軸承。
[0024]該沖擊齒輪箱回轉功率傳遞路線為:液壓馬達2 (數(shù)量2)-—輸入軸組成4 (經(jīng)輸入軸齒輪3與中間軸齒輪齒輪B12嚙合)中間軸組成6 (經(jīng)中間軸齒輪A5和輸出軸齒輪11嚙合)輸出軸組成7 (輸出軸齒輪11經(jīng)圓柱銷10連接)輸出軸8。
[0025]該沖擊齒輪箱沖擊功傳遞路線為:液壓沖擊錘1----輸出軸8。
[0026]由于采用旋轉功率的雙邊輸入(見圖5)和各傳動軸徑向支撐軸承采用滿滾子軸承的布置方式，有效的縮小了齒輪箱高度尺寸。
[0027]齒輪箱體的焊接結構(見圖6)，有利于小批量齒輪箱的生產(chǎn)成本的降低。
[0028]齒輪箱體的整體無水平分箱面的結構(見圖6)，有利于提高齒輪箱體的承載能力，箱體內(nèi)裝配零件均從箱體前端面14孔內(nèi)裝入，箱體安裝座15橫貫箱體整個寬度，附帶強化了箱體的整體剛度。
[0029]回轉功率(扭矩+轉速)最后一級傳`遞(輸出齒輪11至輸出軸8)采用圓柱銷10的可滑動的聯(lián)接方式，最大限度的隔離了沖擊對齒輪箱內(nèi)各傳動軸的影響，提高了齒輪箱運動件的可靠性。
[0030]輸出軸組成7上的緩沖彈簧9，有效的隔離了液壓沖擊錘I對齒輪箱體13的沖擊，提高了該沖擊齒輪箱的可靠性。
[0031]針對本發(fā)明的齒輪箱，進行如下驗證。
[0032]設計輸入?yún)?shù)如表1:
表1:鉆機動力頭主要技術參數(shù)__
最大扭矩(N.m)I8000—
最高輸出轉速(r/min) 80_
最大沖擊功(J)— 780 ± 10%可調(diào)

每分鐘最大沖擊次數(shù) |2200可調(diào)(36.7Hz)
設計計算過程:
齒輪強度計算:對該齒輪箱所有齒輪進行了彎曲強度和接觸強度進行了校核計算，接觸強度安全系數(shù)S_4> 1.25，彎曲強度Sgft> 1.5。
[0033]軸承計算:參照所選用軸承樣本進行了齒輪箱所有軸承的壽命校核，所有軸承使用壽命均> 10,000小時。
[0034]參照國內(nèi)外近似類型的齒輪箱(附帶沖擊)，確定了齒輪箱的厚度。
[0035]由于我們在輸出軸和輸出軸齒輪之間創(chuàng)造性的使用圓柱銷連接方式，未查閱到相關計算案例，這部分我們采用了有限元計算方式，簡略計算過程如下。
[0036]模型簡化:
為加快有限元計算的運算速度，我們將輸出齒輪簡化為一個圓柱套，簡化模型見圖2，對輸出軸8前段進行固定約束(位置B)，對輸出軸齒輪11進行軸向約束(位置A)，在輸出齒輪11 (位置C)加載扭矩M=8000N.m，得出計算結果，分別見圖3和圖4。[0037]由計算圖3和計算圖4可以看出，圓柱銷在傳遞8000N.m的情況下，最大變形僅為
0.17mm，最大應力σ (等效應力)33.19MPa，遠小于滑動狀態(tài)下鋼對鋼動態(tài)沖擊狀態(tài)下的許用比壓([ο p]=60-90MPa)的要求,通過設計計算。
[0038]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.隧道鉆機沖擊齒輪箱，包括箱體、箱體內(nèi)部設置的傳動機構、外部動力輸入裝置，其特征在于:該齒輪箱性能特征在于沖擊+回轉的動力輸出，回轉功率采用雙邊輸入，齒輪傳動采用平行軸模式，回轉功率最后一級傳動采用可滑動圓柱銷型式，齒輪箱體采用整體焊接型式，沖擊部件與箱體設有緩沖彈簧，各傳動軸徑向支撐軸承采用滿滾子軸承。
2.根據(jù)權利要求1所述的隧道鉆機沖擊齒輪箱，其特征在于:回轉功率的傳遞采用雙邊輸入的模式，齒輪傳動采用平行軸傳動型式。
3.根據(jù)權利要求1所述的隧道鉆機沖擊齒輪箱，其特征在于:回轉功率最后一級的傳遞、輸出軸齒輪至輸出軸，采用可滑動的圓柱銷傳遞的方式，所述圓柱銷直徑為范圍15-70mm,數(shù)量范圍 4-15。
4.根據(jù)權利要求1所述的隧道鉆機沖擊齒輪箱，其特征在于:所述齒輪箱體為整體焊接式。
5.根據(jù)權利要求1所述的隧道鉆機沖擊齒輪箱，其特征在于:在輸出軸和箱體之間設置有緩沖彈簧。
6.根據(jù)權利要求1所述的隧道鉆機沖擊齒輪箱，其特征在于:各軸徑向支撐軸承均為為滿滾子軸承。
【文檔編號】F16H57/03GK103711880SQ201310718427
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權日:2013年12月24日
【發(fā)明者】李同生, 吳敏 申請人:南車資陽機車有限公司