隧道钻机冲击齿轮箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种隧道钻机冲击齿轮箱，包括箱体、箱体内的传动机构、外部动力输入，所述传动机构包括输出轴组成、中间轴组成、输入轴组成。外部动力输入包括箱体后端面联接的液压冲击锤、与输入轴组成相联的液压马达。该齿轮箱功能特征在于冲击+回转的动力输出。齿轮传动采用平行轴的传动方式，检修方便。输出轴齿轮与输出轴的旋转功率通过多个圆柱销传递，结构简单可靠，利于输出轴轴向滑动。旋转功率采用双边输入和各传动轴径向支撑轴承采用满滚子轴承的布置方式，有效的缩小了齿轮箱的高度尺寸，进而减小了齿轮箱的体积，齿轮箱体采用整体焊接型式，结构刚度较好，制造方便。
【专利说明】隧道钻机冲击齿轮箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻机的冲击齿轮箱，属于工程机械领域。
【背景技术】
[0002]由于受制于液压马达和液压冲击锤的体积，该类型的行星传动的齿轮箱轴向尺寸较大，液压马达和液压冲击锤必须进行轴向错位安装，不适应大功率容量的齿轮箱。
[0003]目前的钻机冲击齿轮箱主要依靠进口，多数齿轮箱的冲击部分与旋转部分的联接采用渐开线花键连接，比如瑞典阿特拉斯.柯普科ROC D7露天钻机冲击钻用齿轮箱即采用渐开线花键联接。采用渐开线花键联接的特点:连接部分较为紧凑。适合大批量制造。采用渐开线花键联接的不足之处:加工方面:公花键采用铣削加工，母花键一般采用花键拉刀或插齿加工(短花键)，需要配置专业机床和专用刀具，小批量制造成本较高，质量难于保证。由于输出轴联接部分同时承受扭矩和轴向高频冲击，因此要求联接部分同时具有较高的强度和耐磨性，制造成倍较高，不适合大冲击功的要求。由于采用渐开线花键联接，花键的公、母部分分别为输出齿轮和输出轴，当花键有所损坏，需更换齿轮或输出轴，维修成本较高。国外部分功率等级较低的齿轮箱齿轮传动采用行星齿轮传动(径向体积较小)。采用行星齿轮传动的特点:齿轮箱径向结构紧凑。适合大批量制造。采用行星齿轮传动的不足:由于结构紧凑，不便于作业现场的检修。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种隧道钻机冲击齿轮箱，采用旋转+冲击工作模式，双边旋转功率驱动、平行轴传动方式，减小轴向尺寸，输出轴的扭矩部分和冲击功部分通过简单可靠的圆柱销联接，可同时传递旋转力矩和轴向冲击能，结构简单可靠、传递的冲击功较大。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决:
[0006]隧道钻机冲击齿轮箱，包括箱体、箱体内部设置传动机构，所述传动机构包括输出轴组成、中间轴组成、输入轴组成、外部动力输入装置。该齿轮箱性能特征在于冲击+回转的动力输出，回转功率采用双边输入，齿轮传动采用平行轴模式，回转功率最后一级传动采用可滑动圆柱销型式，齿轮箱体采用整体焊接型式，冲击部件与箱体设有缓冲弹簧，各传动轴径向支撑轴承采用满滚子轴承。外部动力输入包括箱体后端面联接的液压冲击锤、与输入轴组成相联的液压马达(两组)，该齿轮箱功能特征在于冲击+回转的动力输出。齿轮箱采用轴向安装，无水平分箱面，整体刚度较好。回转功率的传递采用双边输入的模式，齿轮传动采用平行轴传动型式。为平衡该齿轮箱的受力状态，最大限度的降低高度尺寸，该齿轮箱的旋转功率(扭矩+转速)输入采用双边输入型式，液压马达采用双边输入的方式，除平衡齿轮箱的受力的考虑外，还可有效的降低齿轮箱的整体高度。与行星传动相比，齿轮传动采用结构简单的平行轴传动模式，检修方便。输出轴齿轮与输出轴的旋转功率(扭矩+转速)采用新颖的多个圆柱销传递，由于接触面为圆弧，因此应力集中较低，便于与其配合的输出轴滑动，其可靠性比传统的花键高(如矩形键和渐开线花键)，适应在轴向有滑动的工况下传递较大扭矩、变形小，并最大限度的减少轴向冲击对齿轮传动的影响，应力集中较小。同时还具有加工方便的特点，采用普通精度的钻床即可完成配对加工，适合小批量和专机制造，成本可控。由于设置了圆柱销为易损件，当联接部分出现损害时，只需更换圆柱销，维修成本较低。
[0007]作为优选，该齿轮箱功能特征在于冲击+回转的动力输出。
[0008]作为优选，旋转功率(扭矩+转速)米用双边输入模式:其一，有利于平衡齿轮箱的整体受力状态，其二，最大限度的减小了输入部分的体积。
[0009]作为优选，该齿轮箱回转功率最后一级的传递(输出轴齿轮至输出轴)采用可滑动的圆柱销传递的方式，所述圆柱销直径为范围15-70mm，数量范围4_15。
[0010]作为优选，所述齿轮箱体为整体焊接式。齿轮箱体采用整体焊接型式，结构刚度较好，有利于齿轮传动。更加鉴于该功率等级的冲击+旋转的工程钻机批量较小，据业内专家专家测算，全国需求量不及100台，且目前主要由国外品牌垄断，该冲击齿轮箱体不适合采用铸造模式批量生产制造，因此，该齿轮箱体采用焊接方式。
[0011]作为优选，在输出轴和箱体之间设置有缓冲弹簧，提高齿轮箱体的抗冲击能力。
[0012]作为优选，各轴径向支撑轴承均为满滚子轴承。满滚子轴承的轴承内径和外径差值较小，最大限度减少各轴的径向尺寸，间接地提高了齿轮箱体的整体刚度。
[0013]按照本实用新型的技术方案的隧道钻机专用冲击齿轮箱，该齿轮箱可同时输出回转功率(扭矩+转速)和轴向冲击功，其回转功率由2个液压马达提供，冲击功由箱体后端面联接的液压冲击锤提供。由于该齿轮箱同时传递大扭矩和大冲击功，要求齿轮箱体具有较高的整体刚度，满足齿轮传动的要求，所以该齿轮箱采用整体模式，齿轮箱各传动轴采用轴向组装的模式，由于没有采用水平分箱，在整体刚度提高的同时，整体体积也有所减少(取消了水平分箱面紧固件所占用的空间)。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为隧道钻机专用冲击齿轮箱的结构示意图。
[0015]图2为圆柱销简化计算模型。
[0016]图3为圆柱销变形云图。
[0017]图4为圆柱销应力云图。
[0018]图5为冲击箱轴侧图。
[0019]图6为齿轮箱体的结构示意图。
[0020]其中，1-液压冲击锤，2-液压马达，3-输入轴齿轮，4-输入轴组成，5-中间轴齿轮A，6-中间轴组成，7-输出轴组成，8-输出轴，9-缓冲弹簧，I O-圆柱销，11 -输出轴齿轮，12-中间轴齿轮齿轮B，13-齿轮箱体，14-箱体前端面，15-箱体安装座，16-箱体后端面。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0022]隧道钻机冲击齿轮箱，所述齿轮箱体13为整体焊接式，箱体内部设置传动机构，所述传动机构包括输出轴组成7、输入轴组成4 (2组)、中间轴组成6 (两组)。
[0023]该齿轮箱的动力输入为箱体后端面16连接的液压冲击锤1、与输入轴组成4相联的液压马达2 (两组)。
[0024]输出轴组成7的结构为本实用新型的主要特征点之一，输出轴8通过4-15个直径为15-70mm的圆柱销10与输出轴齿轮11连接。
[0025]中间轴组成6用于回转功率(扭矩和转速)的传递过渡，输入轴组成4与液压马达2连接，承担齿轮箱回转功率(扭矩和转速)的输入，各轴径向支撑轴承均为满滚子轴承。
[0026]该冲击齿轮箱回转功率传递路线为:液压马达2 (数量2)-—输入轴组成4 (经输入轴齿轮3与中间轴齿轮齿轮B12啮合)中间轴组成6 (经中间轴齿轮A5和输出轴齿轮11啮合)输出轴组成7 (输出轴齿轮11经圆柱销10连接)输出轴8。
[0027]该冲击齿轮箱冲击功传递路线为:液压冲击锤1----输出轴8。
[0028]由于采用旋转功率的双边输入(见图5)和各传动轴径向支撑轴承采用满滚子轴承的布置方式，有效的缩小了齿轮箱高度尺寸。
[0029]齿轮箱体的焊接结构(见图6)，有利于小批量齿轮箱的生产成本的降低。
[0030]齿轮箱体的整体无水平分箱面的结构(见图6)，有利于提高齿轮箱体的承载能力，箱体内装配零件均从箱体前端面14孔内装入，箱体安装座15横贯箱体整个宽度，附带强化了箱体的整体刚度。
[0031]回转功率(扭矩+转速)最后一级传递(输出齿轮11至输出轴8)采用圆柱销10的可滑动的联接方式，最大限度的隔离了冲击对齿轮箱内各传动轴的影响，提高了齿轮箱运动件的可靠性。
[0032]输出轴组成7上的缓冲弹簧9，有效的隔离了液压冲击锤I对齿轮箱体13的冲击，提高了该冲击齿轮箱的可靠性。
[0033]针对本实用新型的齿轮箱，进行如下验证。
[0034]设计输入参数如表1:
[0035]表1:钻机动力头主要技术参数
[0036]
最大扭矩(N.m)18000—
最高输出转速(r/min) 80_
最大冲击功(J)— 780 ± 10%可调
每分钟最大冲击次数 |2200可调(36.7Hz)
[0037]设计计算过程:
[0038]齿轮强度计算:对该齿轮箱所有齿轮进行了弯曲强度和接触强度进行了校核计算，接触强度安全系数s_4> 1.25，弯曲强度S9ft> 1.5。
[0039]轴承计算:参照所选用轴承样本进行了齿轮箱所有轴承的寿命校核，所有轴承使用寿命均> 10,000小时。
[0040]参照国内外近似类型的齿轮箱(附带冲击)，确定了齿轮箱的厚度。
[0041]由于我们在输出轴和输出轴齿轮之间创造性的使用圆柱销连接方式，未查阅到相关计算案例，这部分我们采用了有限元计算方式，简略计算过程如下。
[0042]模型简化:
[0043]为加快有限元计算的运算速度，我们将输出齿轮简化为一个圆柱套，简化模型见图2，对输出轴8前段进行固定约束(位置B)，对输出轴齿轮11进行轴向约束(位置A)，在输出齿轮11 (位置C)加载扭矩M=8000N.m，得出计算结果，分别见图3和图4。
[0044]由计算图3和计算图4可以看出，圆柱销在传递8000N.m的情况下，最大变形仅为
0.17mm，最大应力σ (等效应力)33.19MPa，远小于滑动状态下钢对钢动态冲击状态下的许用比压([ο p]=60-90MPa)的要求,通过设计计算。
[0045]总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。
【权利要求】
1.隧道钻机冲击齿轮箱，包括箱体、箱体内部设置的传动机构、外部动力输入装置，其特征在于:该齿轮箱性能特征在于冲击+回转的动力输出，冲击功率传递路线:液压冲击锤到输出轴，回转功率传递路线为:液压马达到输入轴组成，输入轴组成到中间轴组成，中间轴组成到输出轴组成，输出轴组成到输出轴；回转功率采用双边输入，齿轮传动采用平行轴模式，回转功率最后一级传动采用可滑动圆柱销型式，齿轮箱体采用整体焊接型式，冲击部件与箱体设有缓冲弹簧，各传动轴径向支撑轴承采用满滚子轴承。
2.根据权利要求1所述的隧道钻机冲击齿轮箱，其特征在于:回转功率最后一级的传递，输出轴齿轮至输出轴，采用可滑动的圆柱销传递的方式，所述圆柱销直径为范围15_70mm，数量范围 4-15。
【文档编号】F16H57/03GK204004333SQ201320854724
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】李同生, 吴敏 申请人:南车资阳机车有限公司