可伸縮皮帶機張緊裝置設計【含CAD圖紙】

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確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人： 年 月 日編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設計可伸縮皮帶機張緊裝置王麗坤 21040229 機械工程及自動化2004級1班題目： 姓名： 學號： 班級： 二八年六月 中國礦業(yè)大學2008屆本科畢業(yè)設計 第 77 頁1 概述 帶式輸送機結(jié)構簡單，工作平穩(wěn)可靠，噪音小,能實現(xiàn)連續(xù)長距離大傾斜輸送,設備運行費用低，可在膠帶的任意位置加料或卸料，具有生產(chǎn)效率高、輸送量大、能源消耗少的特點，被廣泛應用于煤炭、冶金、礦山、化工、港口、電站、輕工、建材、糧食等許多工業(yè)領域。經(jīng)過近兩個世紀的發(fā)展，帶式輸送機已經(jīng)在技術上具備了高強力、大運量、大功率的現(xiàn)代化散狀物料輸送設備的特征。拉緊裝置是帶式輸送機重要的組成部分，它的性能好壞直接影響帶式輸送機整機的工作能。1.1帶式輸送機拉緊裝置的主要作用帶式輸送機在啟動、運行、制動等工作過程中，輸送帶會由于拉力和慣性的作用發(fā)生蠕變，能夠?qū)е螺斔蛶ё冮L松弛而無法工作。輸送帶拉緊裝置是保證輸送帶具有一定拉緊力、不發(fā)生打滑現(xiàn)象而正常工作的重要組件。概括起來，拉緊裝置在帶式輸送機中具有以下一些作用： (1)保證膠帶任驅(qū)動滾筒奔離點的足夠張力，從而保證驅(qū)動裝置依靠摩擦傳動所必須傳遞的摩擦牽引力，以帶動輸送機的正常運轉(zhuǎn)，防止輸送帶打滑。 (2)保證承載分支最小張力點的必須張力，限制輸送帶在托輥之問的垂度，保證帶式輸送機正常運行，不致因輸送帶下垂度過大導致煤炭垂直跳動沖擊托輥而造成電機損失能量大和物料灑落等現(xiàn)象。 (3)補償膠帶塑性變形與過渡，工況下伸長質(zhì)的變化。由于負載變化會引起輸送帶發(fā)生長度變化，蠕變現(xiàn)象也會造成輸送帶伸長，張緊力有變小趨勢，需要張緊裝置來吸收由蠕變產(chǎn)生的仲長，維持輸送機正常運行所需的最小張緊力，從而保證帶式輸送機的正常運行。 (4)為輸送帶重新接頭做必要的行程準備。每部帶式輸送機都有若干個接頭，可能在某一時間接頭會出現(xiàn)問題，必須截頭重做，張緊裝置為帶式輸送機準備了負荷以外的運輸帶，這樣接頭故障就可以通過放松張緊裝置重新接頭來解決。1.2對張緊裝置的要求 （1）響應速度快，工作可靠； （2）拉緊滾筒上輸送帶的包角，并與滾筒位移平行，施加的拉緊力應通過滾筒中心，以免張力由于其位置不同而變化； （3）不能出現(xiàn)死區(qū)，即拉緊滾筒作反向移動時，不至于產(chǎn)生張力突然變化。尤其機尾有低谷的高垂度輸送機，制動時在低谷處會由于垂度過大而引起輸送帶的折疊和嚴重變形，從而導致落料。1.3拉緊裝置的安裝位置 拉緊裝置可安裝位置可任意選擇，空間許可的話, 理想的安裝位置應靠近驅(qū)動裝置，使此處的張緊力始終保持不變?nèi)绨惭b位置離驅(qū)動裝置越遠,則需要增設重砣,以抵消加速和制動力，確保驅(qū)動部保持最低限度的張緊力。特定輸送機的安裝位置可根據(jù)張力分布的分來確定，特別是斜巷輸送機機尾停機時張力很低的情況尤需注意。1.4拉緊裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 拉緊裝置直接影響帶式輸送機的整機性能。目前帶式輸送機常用的拉緊裝置主要分為固定拉緊裝置、重錘拉緊裝置和液壓拉緊裝置3種。1.4.1 固定拉緊裝置 固定拉緊裝置的特點是拉緊滾筒在運轉(zhuǎn)過程中的位置保持不變，拉緊力不能自動進行調(diào)節(jié)，只有在停車狀態(tài)，才能對拉緊裝置的拉緊力和拉緊行程進行調(diào)整。固定拉緊裝置的優(yōu)點是拉緊滾筒位置固定，不需要人工操作或控制，結(jié)構簡單緊湊，操作維護方便，一般用于小型帶式輸送機。 固定拉緊裝置又分為螺旋拉緊裝置和固定絞車拉緊裝置。螺旋拉緊裝置見圖1。由圖l可見，拉緊滾筒的軸承座安裝在活動架上，活動架可在導軌上滑動。旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿，螺母帶動活動架一起前進和后退，達到拉緊和放松輸送帶的目的。螺旋拉緊裝置。一般裝于機尾滾筒處，直接拉緊輸送帶，結(jié)構簡單，安裝方便，因其拉緊行程最大為lm，故適用于輸送機長度小，功率較小的帶式輸送機。 固定絞車拉緊裝置由絞車、拉緊鋼絲繩、滑輪、拉緊小車等組成，通過絞車卷進、放出鋼絲繩來調(diào)節(jié)輸送帶所需的拉緊力。由圖2可見。其拉緊行程大、拉緊力大，適用于長距離大運量的帶式輸送機，特別適用于具有儲存輸送帶的輸送機上。其最大行程達17m。圖1.螺旋拉緊裝置圖2.固定絞車拉緊裝置1.電動機 2.減速器 3.滾筒 4.鋼絲繩 5.定滑輪 6.拉緊滾筒7.跑車 8.輸送帶1.4.2 重錘拉緊裝置 重錘拉緊裝置是靠重錘的重力將輸送帶拉緊，拉緊力的大小依靠增加或減少重錘重量來調(diào)節(jié)。 重錘拉緊裝置又分為重載車式拉緊裝置和重錘式拉緊裝置。重載車式拉緊裝置是將重物由鋼絲繩通過定滑輪與滑動小車相連，將拉緊滾筒酉定在滑動小車上，由重物拉動滑動小車對輸送帶產(chǎn)生拉緊力(見圖3)；重錘拉緊裝置是通過用鋼絲繩懸掛起來的重錘使輸送機的拉緊車產(chǎn)生拉緊力。圖3 重錘車式拉緊裝置 重錘拉緊裝置的優(yōu)點是可以通過重錘的位移迅速吸收輸送帶的彈性伸長，動態(tài)響應快，結(jié)構簡單，且重錘拉緊力是基本恒定的，僅在輸送機起動和停車時產(chǎn)生很小的慣性力，因而安全可靠性比較高，在帶式輸送機中使用最為廣泛。它的缺點是：拉緊力始終保持不變，不能隨帶式輸送機起動、穩(wěn)定運行所需的不同張力進行調(diào)節(jié)，在穩(wěn)定運行過程中輸送帶始終處于過張緊狀態(tài)，影響輸送帶的使用壽命；較為笨重，需要的工作空間大(特別是拉緊力較大時)，維修較為費工費時。1.4.3 液壓拉緊裝置 （1）普通型液壓拉緊裝置 通過液壓油缸(或絞車)的快速位移來吸收輸送帶的彈性伸長，分為液壓絞車拉緊、液壓油缸拉緊、液壓油缸與固定絞車組合拉緊3種。液壓絞車拉緊裝置是通過液壓馬達動作，使拉緊絞車卷進和松開輸送帶來自動調(diào)節(jié)輸送帶的拉緊力；液壓油缸拉緊裝置由蓄能站、液壓泵站、拉緊油缸、電控箱和附件五大部分組成，通過液壓站壓力使油缸產(chǎn)生伸縮來調(diào)節(jié)帶式輸送機的拉緊力。液壓拉緊裝置的優(yōu)點是結(jié)構緊湊，易于實現(xiàn)遠距離控制，可以根據(jù)輸送機在啟動和正常運行工況下對輸送帶張力的不同要求調(diào)節(jié)輸送帶拉緊力，控制響應速度快，能夠在驅(qū)動滾筒與輸送帶產(chǎn)生滑動時自動增加拉緊力。缺點是不能隨輸送帶上載荷的變化自動進行拉緊力調(diào)節(jié)。 (2)階段式拉緊裝置 階段式拉緊裝置的主要技術特點是：(a)可以根據(jù)輸送機在啟動和運行工況下對輸送帶張力的不同要求來調(diào)節(jié)皮帶拉緊力(一般起動時的張緊力比穩(wěn)定運行時大1.41.5倍)，皮帶不會始終處于起動時的張緊狀態(tài)，從而延長了輸送帶的使用壽命。(b)帶式輸送機起動時，輸送帶的松邊會突然松馳伸長，此時拉緊油缸在蓄能站的作用下，能立刻收縮活塞桿，及時補償輸送帶的伸長量，減少輸送帶松邊對緊邊的沖擊，起到保護輸送帶的作用，并保持輸送機起動的可靠與平穩(wěn)。(c)可簡單地實現(xiàn)直線運動和回轉(zhuǎn)運動，其布置也具有很大的靈活性。(d)由于其元件實現(xiàn)了系列化、標準化、通用化，容易設計制造和推廣使用。(e)可以由流動著的油液帶走因功率損失等原因產(chǎn)生的熱量，避免局部溫升現(xiàn)象。雖然階段式拉緊裝置可以在帶式輸送機啟動與穩(wěn)定運行兩種工況問自動調(diào)節(jié)張力，解決了輸送帶轉(zhuǎn)為穩(wěn)定運行后的過張力問題，但其缺點是不能對輸送機運行過程中皮帶負載的變化進行動態(tài)調(diào)節(jié)。而在帶式輸送機的實際運行中，皮帶所需的張緊值相差甚大，拉緊裝置經(jīng)常處于要么張緊力不足、要么過張緊的狀態(tài)。調(diào)查顯示，階段式液壓張緊裝置很難滿足大型帶式輸送機的運行要求。圖4 DYL型輸送帶自控液壓拉緊站布置圖1.拉緊小車 2.鋼絲繩 3.定滑輪 4.動滑輪 5.油缸支座6.拉緊油缸 7.電控箱 8.液壓泵站 9.腔管 10.蓄能站11.軌道 12. 輸送帶1.5 拉緊裝置的發(fā)展趨勢 綜前所述，按常規(guī)方式設計的各種拉緊裝置，其動態(tài)調(diào)節(jié)很難達到最佳拉緊效果。主要問題在于設計都是在靜態(tài)特性的基礎上，通過對起動、運行各階段不同張力的要求進行設計，未能考慮負載動態(tài)變化對膠帶張力的影響，因此產(chǎn)生調(diào)節(jié)的不合理性。在輸送帶張力過度時，輸送帶過拉緊，應力疲勞加大，容易出現(xiàn)皮帶拉斷故障；在輸送帶張力不足時，導致皮帶打滑及斷帶、著火故障，而且還容易出現(xiàn)皮帶橫向振動過大、功率消耗過大等一系列問題。針對DYL系列和其他常規(guī)拉緊裝置存在的問題，基于輸送機驅(qū)動電機電流與負載間呈現(xiàn)對應比例關系的考慮，現(xiàn)在有科學家提出了一種基于電機電流輸入控制的力反饋動態(tài)拉緊裝置的設計方案。其基本原理是：通過識別驅(qū)動電機的電流變化來間接識別輸送帶上載荷量的變化，以電機電流為閉環(huán)回路的控制信號，通過電流與負載的對應關系計算出理論拉緊力的值，然后與力傳感器所測的實際拉緊力的值進行比較，從而適應負載的動態(tài)變化。由于這種拉緊裝置可以根據(jù)輸送帶上載荷的動態(tài)變化自動調(diào)節(jié)拉緊力，使輸送帶處于張緊和松弛的交替狀態(tài)中，因而能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶最佳的動態(tài)拉緊效果，滿足輸送帶不打滑、下垂度不超限而又保持正常運行所需的最小拉緊力的要求。可以預料，這種基于電機電流輸入控制的力反饋動態(tài)拉緊裝置將是今后一個時期的主要研究方向。2 主要設計參數(shù)及方案確定2.1 主要設計要求根據(jù)實際情況設計一臺機械張緊裝置：工作參數(shù)如下；（1） 最大張緊力F: （2） 繩速V： 2.2 方案的確定2.2.1 參考方案 (1)螺旋拉緊裝置。螺旋拉緊裝置結(jié)構由齒輪組(或蝸輪、蝸桿)、滑座、螺旋拉桿、基座、螺旋滑套、滑軌、鎖緊底版及轉(zhuǎn)輪等組成。其核心工作部件為螺旋拉桿(帶T形螺紋)、基座、螺旋滑套(帶螺母)，整個裝置為鋼結(jié)構焊接件。螺旋拉緊裝置工作原理是通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪帶動齒輪組(或蝸輪)或直接調(diào)整旋轉(zhuǎn)固定的絲杠，使帶螺母的滑座產(chǎn)生縱向移動，從而帶動滾筒座發(fā)生縱向整體移動，達到調(diào)整各種輸送機膠帶松緊的目的。螺旋拉緊裝置結(jié)構如圖1所示。螺旋拉緊裝置主要運用在長度較短、伸縮量較小的的帶式輸送機、牽引式輸送機及各種刮扳機上。圖5 現(xiàn)在螺旋拉緊裝置結(jié)構圖(2)重錘拉緊裝置。重力拉緊裝置是結(jié)構最簡單，應用最廣泛的一種拉緊裝置。它靠重錘力量將輸送帶拉緊，調(diào)節(jié)張緊力依靠增加或減少重錘重量來實現(xiàn)。其結(jié)構形式有單重錘式、雙重錘式和重載車式。一般裝在離傳動滾筒松邊不遠處，以期得到快速反應，能利用輸送機走廊空間位置進行布置，可隨著張力的變化靠重力自動補償輸送帶的伸長。該裝置要求拉緊車要靈活可靠，不能卡住。適用于較短帶式輸送機。其理論上能保持張緊力恒定，但實際上對于大多數(shù)重錘式拉緊裝置而言，由于拉緊裝置本身就有摩擦阻力存在，有死區(qū)產(chǎn)生，但死區(qū)范圍不是太大，可以完全起到應有的張緊作用，且工作的可靠性最強。適用于上運、平運、下運，對使用環(huán)境沒有特殊的要求。圖6 環(huán)形或垂直的重砣式拉緊裝置 (3)絞車式拉緊裝置。絞車式張緊裝置按張緊力的控制方式可以分為手動和自動控制兩種。所謂手動，就是在張緊裝置上安裝一個用于測定膠帶張力的測力器。當觀測到測力器的指標超出所允許的范圍時，人為地啟動電動機來進行調(diào)節(jié)，直到滿足要求為止。這種形式的張緊裝置結(jié)構較簡單，維護容易，但需要人來監(jiān)控。在手動絞車式張緊裝置中，由于絞車動作不需要其它動力，具有結(jié)構簡單和操作維護容易的特點，所以在國內(nèi)應用比較廣泛。比較常用的是蝸輪蝸桿手動絞車式張緊裝置。由于絞車式張緊裝置的張緊行程可以很長，同時可以配合可伸縮式膠帶輸送機的儲帶倉工作，所以，可伸縮式膠帶輸送機應用這種張緊裝置的較多。2.2.2 方案對比 方案一的優(yōu)缺點是：置因具有結(jié)構簡單，調(diào)整靈活，容易布置的特點，在輸送機領域的設備(如碼頭卸船機、發(fā)電廠的斗輪堆取料機及空間狹小、長度較短的帶式給料機等)上，作為膠帶的松緊調(diào)整裝置被廣泛應用。螺旋拉緊裝置結(jié)構過于簡單，無導向、傳動輔助裝置，也無防塵密封裝置，故早期螺旋拉緊裝置在使用過程中費時耗力并經(jīng)常出現(xiàn)卡阻，調(diào)整不便，影響了螺旋拉緊裝置在實際生產(chǎn)中的推廣應用。方案二的優(yōu)缺點是：結(jié)構和原理都比較簡單，就是利用物體自身的重力，來拉緊皮帶 ，需要多大的張緊力，只要給它墜上同等重量的物體即可，它的制造也比較方便。缺點： 使用重錘式拉緊裝置，輸送帶的張緊力始終保持不變，而帶式輸送機穩(wěn)定運行后所需張力比起動時小，所以輸送帶在穩(wěn)定運行中處于過張緊狀態(tài)，對輸送帶的使用壽命產(chǎn)生直接影響。該套裝置體積大，且笨重，特別是張緊力較大時。使用時應考慮空間的問題，另外，維修帶式輸送機需放松輸送帶時比較費工費時。 起動時，機尾拉緊滾筒由于瞬間起動，拉緊滾筒將作一定范圍的跳動，而就是這一瞬間的跳動，造成輸送帶跑偏，尤其是輸送帶上水分多，拉濕煤時，輸送帶跑偏更加嚴重。 方案三的優(yōu)點是：結(jié)構簡單，維護容易。其缺點是存在占用空間大，不便于現(xiàn)場布置和管理，經(jīng)常發(fā)生因張緊不足或不能及時準確地進行調(diào)整而引起的膠帶打滑和跑偏等現(xiàn)象，甚至會造成膠帶壓死、撕裂等嚴重事故。 通過以上三個方案的比較，選擇第三種方案進行設計。絞車式張緊裝置具有以下特點：通過鴨梨?zhèn)鞲衅麟娦盘柨刂茝埦o裝置，可靠性高。在皮帶機啟動階段，能提供足夠大的啟動張緊力；啟動完畢后又可使膠帶的張緊力恢復到額定值以維持膠帶機的正常運行。2.2.3 傳動方案的確定由框架、滑輪組和張緊絞車等組成。采用電機作為驅(qū)動源，張緊絞車為蝸桿蝸輪傳動和開式齒輪傳動的慢速絞車，蝸桿蝸輪的設計具備反行程自鎖的特點。蝸桿的輸入軸與電機的輸出軸用彈性套柱銷聯(lián)軸器連接。蝸輪的輸出軸與開式齒輪中的小齒輪連接，同時在蝸桿的一端有一摩擦阻尼裝置生產(chǎn)的摩擦力矩可以通過壓蓋上的調(diào)節(jié)螺絲來調(diào)節(jié)，以使張緊絞車停車時不致反轉(zhuǎn)保證鋼繩的張力。滾筒組與開式齒輪中的大齒輪連接。為了減輕繞在卷筒上鋼絲繩所承受的拉力，采用滑輪組結(jié)構包括動滑輪組和定滑輪組，定滑輪組（四個定滑輪并列）動滑輪組（四個動滑輪并列）。張緊卷筒的一側(cè)裝有離合裝置，當收膠帶時須打開離合器時使卷筒和卷筒軸脫離，為使卷筒不致自由轉(zhuǎn)動而發(fā)生亂繩，卷筒的同一側(cè)還裝有三塊剎車帶，使卷筒在放繩時產(chǎn)生半制動。膠帶的張力是根據(jù)使用情況酌情掌握，人為調(diào)節(jié)的過緊過松都是不宜的。傳動方案圖如下所示：1. 電動機 2. 聯(lián)軸器 3. 減速器 4. 動滑輪組 5. 鋼絲繩6. 定滑輪組 7. 大齒輪 8. 卷筒 9. 傳感器 10. 小齒輪3 張緊裝置總體設計3.1電動機的確定該機構在傳動過程中總的效率損失為： 式中： 自鎖蝸桿的效率，取0.43；圓柱齒輪傳動（開式傳動（脂潤滑）的效率，取0.95；彈性套柱銷聯(lián)軸器的效率，取0.99；滾動軸承的效率，取0.98；滑輪組的效率，取0.889；滾筒的效率，取0.97根據(jù)傳動方案的設計：張緊力F是由8根鋼絲繩來承擔：滾筒上的鋼絲繩拉力： =80/8=10kN 滾筒上的鋼絲繩速度： =0.13m/s功率： 100.13=1.3kW 電機所需輸出功率: = 3.9kW選擇的電動機型號：防爆電機YB132M1-6；電機參數(shù)：功率kW實際轉(zhuǎn)速960r/min3.2機構工作級別的確定3.2.1機構利用等級機構利用等級按機構總設計壽命分為十級，見表8-1-1?？傇O計壽命規(guī)定為機構假定的使用年數(shù)內(nèi)處于運轉(zhuǎn)的總小時數(shù)，它僅作為機構零件的設計基礎，而不能視為保用期。由表8-1-1，選取機構等級?？傇O計壽命：6300h說明：經(jīng)常中等地使用。 3.2.2機構載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)是表明機構承受最大載荷及載荷變化的程度。載荷分為四級。由表8-1-2，根據(jù)實際情況選用-重。說明：機構經(jīng)常承受較重的載荷，也常承受最大的載荷。3.2.3 機構工作級別機構工作級別按機構利用等級和載荷狀態(tài)分為八級。見表8-1-3，根據(jù)機構利用等級與機構載荷狀態(tài)選取機構工作級別為。3.3鋼絲繩直徑計算與選?。?）煤礦井下絞車用鋼絲繩直徑采用GB1102-74標準規(guī)mm,鋼絲繩結(jié)構大部分是點接觸光面鋼絲繩。（2）點接觸-股內(nèi)各層之間鋼絲互相交叉，呈點接觸。（3）在圓股鋼絲繩（GB1102-74）標準中，只有鋼絲破斷拉力之和而無整根鋼絲繩的破斷拉力。（4）鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力按式（8-1-1）確定： 式中：鋼絲繩最小直徑， mm；選擇系數(shù)， mm/N；鋼絲繩最大工作靜拉力 N；KN 可根據(jù)機構工作級別確定：根據(jù)機構工作等級，查表8-1-8得： mm/Nmm查標準值,取mm 3.4卷筒幾何尺寸的確定 卷筒有單層卷繞單聯(lián)卷筒、單層卷繞雙聯(lián)卷筒。在起重高度較高時，為了縮小卷筒尺寸，可采用表面帶導向螺旋槽或光面卷筒，進行多層纏繞，但鋼絲繩磨損較快。不帶螺旋槽的光面卷筒鋼絲繩可以緊密排列。但實際作業(yè)時，鋼絲繩排列凌亂，互相交叉擠壓，鋼絲繩壽命降低。卷筒的類型較多,最常用的是齒輪連接盤式和周邊大齒輪式兩種，其結(jié)構特點是卷筒軸不受轉(zhuǎn)矩，只承受彎矩。尤其是前者是目前標準型橋式起重機典型結(jié)構，分組性好，為封閉式傳動。缺點是檢修時需沿軸向外移卷筒。帶周邊大齒輪的卷筒多用于傳動速比大，轉(zhuǎn)速低的卷筒。周邊大齒輪，一般均為開式齒輪傳動。(1)滾筒名義直徑：式中：鋼絲繩的直徑；與機構工作級別和鋼絲繩結(jié)構有關的系數(shù)，按表8-1-54選取。根據(jù)機構工作級別M6，可查得：；則mm (2)卷筒厚度（鑄鋼卷筒）：mm (3)多層纏繞卷筒長度：則，考慮鋼絲繩在卷筒上排列可能不均勻，應將卷筒長度增加，即其中：卷筒繩槽底徑，mm各層直徑每層圈數(shù)設纏繞圈數(shù)根據(jù)實際的工作情況，卷筒上需有9圈繞繩，即mm ，mm ， mm mm ，mmmm ，mmmm, mmmm為了防止鋼絲繩脫出卷筒兩邊設擋邊，其高度比最外層鋼絲繩高出；即卷筒的最大外徑： =407 =mm 取mm(4)卷筒強度的計算：鑄造卷筒的材料應采用不低于GB/T9439中規(guī)定的HT200灰鑄鐵，或GB/T11352中規(guī)定的ZG270-500鑄鋼。鑄鐵件須經(jīng)時效處理以消除內(nèi)應力，鑄鋼件應進行退火處理。卷同壁內(nèi)表面最大壓應力：mm因此由表8-1-55選用卷筒內(nèi)表面最大壓應力進行強度計算：（MPa）式中： 鋼絲繩最大拉力，N 卷筒繩槽節(jié)距， mm 卷筒壁厚， mm 許用壓應力， MPa 與卷筒層數(shù)有關的系數(shù)卷筒層數(shù)1234系數(shù)111.41.82由于，查上面表格得系數(shù) 卷筒材料用45鋼，查手冊，45鋼的屈服強度為：MPa 則：MPaMPa經(jīng)檢驗卷筒強度符合要求。（5）卷筒的技術要求 表面質(zhì)量：卷筒不得有裂紋。成品卷筒的表面上不得有影響使用性能和有數(shù) 外觀的顯著缺陷（如氣孔、疏松、夾渣等）。尺寸公差和表面粗糙度：同一卷筒上左右螺旋槽的底徑（即卷筒直徑）差，不得超過GB/T1801和GB/T1802中規(guī)定的。 加工表面未注公差尺寸的公差等級應按GB/T1804中的m級（中等級）。未注加工表面粗糙度值應按GB/T1031中得12.5um。形位公差：卷筒上配合圓（）的圓度、同軸度、左右螺旋槽的徑向圓跳動以及斷面圓跳動，不得大于GB/T1184種的下列值：；不低于8級；不低于8級。 壓板用螺孔：鋼絲繩壓板用的螺孔必須完整， 螺紋不得有破碎、斷裂等缺 陷。 焊縫：對于必須施焊的鑄鋼卷筒，其重要焊縫不得有裂紋和未熔合等缺陷。其焊縫質(zhì)量應符合GB/T3323種的II級質(zhì)量要求。3.5總傳動比及傳動比的分配：卷筒的轉(zhuǎn)速： 電機最小滿載轉(zhuǎn)速： 總傳動比： 具有自鎖性能的蝸輪蝸桿傳動，傳動比根據(jù)手冊，一般為62、71、80、82，在這里選擇蝸輪蝸桿的傳動比為62。則一對開式齒輪傳動的傳動比為： 3.6傳動裝置的運動參數(shù)計算：1.計算各軸轉(zhuǎn)速：2.計算各軸輸入功率：3. 計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩：4 蝸輪蝸桿減速器的設計蝸桿傳動是用來傳遞空間兩交錯軸之間的運動和動力的，運動可以使減速或增速,它由蝸桿和蝸輪組成，其做常用的是軸交角通常為的減速傳動。蝸桿和蝸輪的螺旋線方向必須保持一致。蝸桿傳動主要的特點是：（1）傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲均很小。（2）能以單機傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構緊湊。因此，它通常用于中小功率、間歇工作或要求自鎖的場合。為了提高傳動效率、減小蝸輪結(jié)構尺寸，通常將其布置在高速級。蝸桿頭數(shù)根據(jù)傳動比和蝸桿傳動的機械效率確定，越少，結(jié)構越緊湊，但機械效率越低；越多，機械效率越高，但蝸桿加工越困難。取的蝸桿，多用于要求自鎖和大傳動比的情況。蝸輪的齒數(shù)，通常取。為了避免蝸輪輪齒發(fā)生根且并保證至少有兩對以上的齒參與嚙合，不應小于26。但在動力傳動中，也不宜太多，若過多，則結(jié)構尺寸過大，蝸桿支撐跨度增大，使蝸桿剛度降低，從而影響蝸桿傳動的嚙合精度?？紤]到蝸輪的使用情況，取。蝸桿副的材料組合首先要求有良好的減磨性和抗膠合能力。此外，還要求有足夠的強度。蝸桿一般采用碳鋼和合金鋼制造，要求有較高的齒面硬度。高速重載的蝸桿采用15Cr,20Cr或20CrMnTi等材料并經(jīng)滲碳淬火處理，齒面硬度達；一般情況可用45鋼或40 Cr等進行表面淬火，硬度為；對不太重要或低速重載的傳動，可用40、45等碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，硬度為。蝸輪的4種典型結(jié)構及主要尺寸確定:(1)鑲鑄式蝸輪齒圈的常用材料為鑄造錫青銅，如ZcuSn10Pb1,他的減磨性和抗膠合性最好，適于滑動速度較高的場合，但價格較貴；鋁青銅，如ZcuAl10Fe3,強度較高，價格較低，但抗膠合性能較差，一般用于滑動速度不高（m/s）的傳動；在滑動速度較低（m/s）的不重要傳動中，蝸輪可用球墨鑄鐵或灰鑄鐵制造。 蝸桿傳動具有傳動比大、結(jié)構緊湊、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，但其傳動效率低，尤其在低速時，其效率更低，且蝸輪尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、間歇工作或要求自鎖的場合。為了提高傳動效率、減小蝸輪結(jié)構尺寸，通常將其布置在高速級。4.1蝸桿、蝸輪的基本參數(shù)及強度計算：4.1.1選擇蝸輪的材料，確定許用應力蝸桿：參見7.3.1，選用45號鋼表面淬火，表面硬度HRC=4550 蝸輪：參見表7.6, 選用ZCuSn10Pb1蝸輪許用接觸應力，由式7-9 蝸輪的基本許用接觸應力由表7.6查得應力循環(huán)次數(shù)N 接觸強度的壽命系數(shù)則蝸輪許用接觸應力蝸輪許用彎曲應力,由式7-12蝸輪的基本許用彎曲應力由表7.6查得彎曲強度的壽命系數(shù)則蝸輪的許用彎曲應力=0.8251=41.724.1.2按齒面接觸疲勞強度設計計算：由式7-8蝸桿頭數(shù) 蝸輪齒數(shù) 蝸輪轉(zhuǎn)矩 估取效率 蝸桿傳動的總機械效率：式中：嚙合效率軸承效率攪油效率帶有自鎖性的蝸輪蝸桿的效率：,取 蝸輪轉(zhuǎn)速 則蝸輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表7.8得： 動載荷系數(shù) 估計 按 m/s估取m/s 載荷分布不均勻系數(shù) 載荷平穩(wěn)則載荷系數(shù) 材料彈性系數(shù) 查表得：故 查表7.3得 模數(shù)=5蝸桿分度圓直徑 蝸桿的導程角 蝸輪分度圓直徑 蝸輪的圓周速度4.1.3齒根彎曲疲勞強度校核計算：蝸輪齒根彎曲應力，由式7-10 蝸輪齒形系數(shù)查表7.9, 則彎曲強度足夠4.1.4熱平衡計算由式7-15可得蝸桿傳動所需的散熱面積傳動效率 嚙合效率 當量摩擦角由式7-14滑動速度 =由查表7.10則)=0.96散熱系數(shù)，按通分良好 油的工作溫度周圍空氣溫度故4.2圓柱蝸桿傳動幾何尺寸的計算(1)蝸桿軸向模數(shù)（蝸輪端面模數(shù)）： mm (2)傳動比： (3)蝸桿頭數(shù)： (4)蝸輪齒數(shù)： (5)蝸桿直徑系數(shù)（蝸桿特性系數(shù)）： (6)蝸輪變位系數(shù)： (7)中心距：mm (8)蝸桿分度圓柱導程角： (9)蝸桿節(jié)圓柱導程角：(10)蝸桿軸向齒形角： 阿基米得圓柱蝸桿: (11)蝸桿（蝸輪）法向齒形角： (12)頂隙：mm (13)蝸桿齒頂高：mm (14)蝸輪齒頂高：mm (15)蝸桿齒根高：mm (16)蝸輪齒根高: (17)蝸桿分度圓直徑：mm (18)蝸輪分度圓直徑：mm (19)蝸桿節(jié)圓直徑：mm(20)蝸輪節(jié)圓直徑：mm (21)蝸桿齒頂圓直徑：mm (22)蝸輪喉圓直徑：mm (23)蝸桿齒根圓直徑：mm (24)蝸輪齒根圓直徑：mm (25)蝸桿軸向齒距：mm (26)蝸桿軸向齒厚：mm (27)蝸桿法向齒厚：mm (28)蝸桿分度圓法向弦齒高：mm (29)蝸桿螺紋部分長度：mm (30)蝸輪最大外圓直徑：mm (31)蝸輪輪緣寬度：mm (32)蝸輪咽喉母圓半徑：mm (33)蝸輪齒根圓弧半徑：mm (34)蝸桿軸面齒形角： (35)蝸桿軸向齒厚：mm (36)圓弧中心到蝸桿軸心線距離：mm (37)圓弧中心到螺牙對稱線距離：mm (38)蝸桿軸向齒廓圓弧半徑：mm (39)蝸桿螺牙齒頂厚： (40)蝸桿螺牙齒根厚：mm5 開式齒輪的設計與計算當齒輪工作于無封閉的外漏狀態(tài)時，稱為開式齒輪傳動。開式齒輪傳動易受到環(huán)境的污染，潤滑條件差，齒面容易磨損，多用于低速和不重要的場合。當齒輪齒面的硬度小于或等于時，稱為軟齒面齒輪；當齒面得硬度大于時，稱為硬齒面齒輪。當齒輪傳動的承載能力主要取決于輪齒彎曲強度時，開式齒輪傳動易取較少的齒數(shù)，小齒輪一般可取，大齒輪。開式齒輪傳動，由于潤滑條件較差和工作環(huán)境惡劣，磨損快，壽命短，故應將其布置在低速級。5.1齒輪的基本參數(shù)及強度計算：5.1.1選擇齒輪的材料，確定許用應力：查表： 小齒輪選用20CrMnTi 大齒輪選用20CrMnTi熱處理方法：滲碳淬火查表得：強度極限： N/mm 屈服極限： N/mm。 洛氏硬度：N/mm許用接觸應力，由式= 得：接觸疲勞極限，查圖 接觸強度壽命系數(shù)，應力循環(huán)次數(shù)N，由式6-7，查圖得， 接觸強度最小安全系數(shù)，則 許用彎曲應力，=彎曲疲勞極限應力，查圖6-7得 彎曲強度壽命系數(shù)， 查得： , 彎曲強度尺寸系數(shù)， 查得： 彎曲強度最小安全系數(shù)， 查得：則 5.1.2按齒面接觸強度設計計算：確定齒輪精度等級， 按， 估取圓周速度估取。查表取精度等級為8級。小輪齒數(shù) 在推薦值 中選： 大輪齒數(shù) 齒數(shù)比 小輪轉(zhuǎn)矩 =載荷系數(shù) 使用系數(shù) ,查表6.3得： 動載荷系數(shù)，由推薦值，查表得： 齒向載荷分布系數(shù)，由推薦值，查表得： 齒向載荷分配系數(shù)，由推薦值得： =1.1載荷系數(shù) 確定中心距 式中：配對材料修正系數(shù)=1 螺旋角系數(shù) 載荷系數(shù) 小輪轉(zhuǎn)矩 齒寬系數(shù)取。確定模數(shù) 解得： 12確定中心距5.2計算主要幾何尺寸分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒頂高： 壓力角： 基圓直徑： 齒距： mm 基圓齒距： mm 齒根高： mm 齒全高： mm齒根圓直徑： mm mm 中心距： mm傳動比： 齒厚： mm 齒槽寬： mm頂隙： mm法向齒距： mm 齒寬： mm齒頂圓壓力角：齒根彎曲疲勞強度校核計算：由式6-10 齒形系數(shù)，查表得6.5： 小輪 大輪 應力修正系數(shù)， 查表得6.5 小輪 大輪 端面重合度 =軸向重合度: 總重合度: 重合度系數(shù) 故 齒根彎曲強度滿足。6 滑輪組的設計 繩索滑輪一般用來導向和支承，以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力。6.1滑輪的設計計算6.1.1滑輪結(jié)構和材料 承受載荷不大的小尺寸滑輪（ mm）一般制成實體的滑輪，用、或鑄鐵（如）。受大載荷的滑輪一般采用球鐵（如）或鑄鋼（如等），鑄成帶筋和孔或帶輪輻的結(jié)構。大型滑輪（ mm）一般用型鋼和鋼板焊接結(jié)構。 受力不大的滑輪直接安裝在心軸上使用，受有較大載荷的滑輪則裝在滑動軸承（軸套材料采用青銅或粉末冶金等）或滾動軸承上，后者一般用在轉(zhuǎn)速較高、載荷大的情況下。輪轂或軸套長度與直徑比一般取為。具有固定軸的滑輪成為定滑輪；具有活動軸的滑輪（隨繩索串動改變其位置）稱為動滑輪。在本設計中滑輪采用鑄鋼件鑄成有輪輻的結(jié)構。6.1.2鋼絲繩進出滑輪時的允許偏角鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時偏斜的最大角度（即鋼絲繩中心線和與滑輪軸垂直的平面之間的角度）推薦不大于。6.1.3滑輪主要尺寸如下圖所示：鋼絲繩直徑 mm滑輪繩槽底半徑 mm取繩槽兩側(cè)面夾角 ,一般為 ,取 滑輪直徑 (由8-1-54機構工作級別確定) 查表8-1-65取 6.1.4繩槽斷面尺寸 繩槽半徑R是根據(jù)鋼絲繩直徑的最大允許偏差為確定的。鋼絲繩繞進或繞出滑輪槽時偏斜的最大角度（即鋼絲繩中心線和與滑輪軸垂直的平面之間的角度）應不大于。繩槽表面粗糙度分為兩級：1級： um2級 um滑輪的主要尺寸參數(shù)，如下圖所示：mm mm mm mm mm mm mm mmmm mm 6.2鑄造滑輪形式和軸承尺寸（1）滑輪形式及軸承尺寸 ：主要尺寸如下： mm mm mm mm（2）輪轂尺寸：mm mmmm mm（3）滑輪技術要求：材料： 滑輪的有關零件應符合表8.1-71的規(guī)定.外觀：滑輪表面應光滑平整，應去除尖棱和冒口，滑輪不得有影響使用性能和有損外觀的缺陷，如氣孔，裂紋，疏松，夾渣，鑄疤等。熱處理：滑輪應進行退火處理，以消除鑄造時產(chǎn)生的應力。尺寸公差和表面粗糙度：加工表面未注公差尺寸的公差等級按GB/T1804中的M級（中等級）；未加工表面粗糙度值按GB/T1031中的um。形位公差：滑輪的形狀和位置公差應符合2表8-1-70的規(guī)定。裝配：裝配好的滑輪應能靈活地旋轉(zhuǎn)?；喌募庸げ课唬▋?nèi)孔，繩槽表面等）和隔環(huán)的外露部位應涂抗腐蝕的防銹油，不加工部位應涂防銹漆。 其它 滑輪的加工部位（內(nèi)孔、繩槽表面等）和隔環(huán)的外漏部位應土抗腐蝕的防銹油；不加工部位應涂防銹漆。7 軸的設計7.1蝸桿軸系的結(jié)構設計7.1.1蝸桿軸直徑的確定：選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理實心圓軸的扭轉(zhuǎn)強度計算公式為： N/mm設計計算公式： mm式中： 扭轉(zhuǎn)剪應力， N/mm； 軸傳遞的轉(zhuǎn)距， N/mm； 軸的抗扭截面系數(shù)， mm； 軸傳遞的功率， kW； 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； 軸的直徑， mm； 考慮了彎距影響的許用扭轉(zhuǎn)剪應力和設計系數(shù)，查表4-2，取。 當軸上開有鍵槽時會削弱軸的強度，要適當增加軸的直徑。軸段上有一個鍵槽時，軸的直徑增大3%5%，因此。查表6-2-29，選軸直徑為50mm。7.1.2蝸桿軸的結(jié)構設計 由于電機已經(jīng)選定，所以電機的輸出軸的直徑已知，直徑mm。電機與蝸桿軸的聯(lián)接采用聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構簡單，維護方便，承載能力大,工作可靠,裝拆方便,傳遞轉(zhuǎn)矩較大,能保證兩軸具有較高的對中精度。 圖7(1)聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：式中：計算轉(zhuǎn)矩； Nmm理論轉(zhuǎn)矩； Nmm工作情況系數(shù)； 取則： 查手冊：選用YL9型凸緣聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩 。（2）確定各軸段直徑和長度 如圖7所示軸段用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應該與聯(lián)軸器的孔徑相配合，因此要先選用聯(lián)軸器。根據(jù)工作要求選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號為TL9,許用轉(zhuǎn)矩T=Nmm.確定軸段的直徑mm,長度mm,其中選用型平鍵，工作長度mm. 軸段為半聯(lián)軸器的軸向定位，并安裝滾動軸承，軸段右端制出定位軸肩，取軸肩高度),所以軸段的直徑,根據(jù)工礦要求選用圓錐滾子軸承。選用軸承型號30212，尺寸，綜合考慮軸承寬度與密封圈的使用，確定軸段根據(jù)軸承端蓋和軸套的結(jié)構，確定. 軸段為深溝球軸承的軸向定位，軸段右端制出定位軸肩，取軸肩高度mm，因此軸段的直徑。根據(jù)軸承端蓋的結(jié)構，為了便于裝拆，因此軸段的長度。 軸段用于蝸桿部分與軸段有一個較緩和的過渡。因此選取軸段的直徑，。軸段使蝸桿得有螺紋部分，其軸徑為齒頂圓的直徑，長度.軸段與軸段的作用相當，因此軸徑，長度。軸段用于圓錐滾子軸承的軸向定位，軸段的右端制出定位軸肩，取軸肩高度mm，因此軸段的直徑。根據(jù)軸承端蓋的結(jié)構，為了便于裝拆，取軸段的長度。軸段用于安裝滾動軸承?？紤]軸承同時承受徑向力和軸向力，選擇圓錐滾子軸承。取軸段直徑,選用30212型圓錐滾子軸承，尺寸，軸承的右端采用圓螺母對軸承進行軸向定位，選用的圓螺母的螺紋規(guī)格，圓螺母用止動墊圈的規(guī)格為。考慮各種因素確定軸段的長度。軸段的直徑，,用圓螺母進行軸向定位。（3）軸上零件的周向定位半聯(lián)軸器與軸的周向定位采用型普通平鍵連接，按mm，從手冊中查的平鍵截面尺寸，根據(jù)輪轂寬度，由鍵長系列中選取鍵長mm。7.1.3確定蝸桿軸的受力及強度效核蝸輪回轉(zhuǎn)方向：在進行蝸桿傳動的受力分析時，首先要確定蝸桿、蝸輪的轉(zhuǎn)向。因為通常是蝸桿主動，故只需根據(jù)蝸桿的轉(zhuǎn)向和螺旋線的方向（通常蝸桿的螺旋線方向為右旋）來確定蝸輪的轉(zhuǎn)向，其規(guī)則如下：蝸桿為右旋時用右手（左旋時用左手）四指的彎曲方向表示蝸桿的轉(zhuǎn)向，與拇指指向相反的方向表示蝸輪節(jié)點處的切線速度方向，從而可以確定蝸輪的轉(zhuǎn)向。受力分析：蝸桿傳動的受力情況與斜圓柱齒輪傳動相似，當蝸桿為主動件時，作用與嚙合節(jié)點處的齒廓曲面的法向力可分解為三個互相垂直的分力：切向力、軸向力和徑向力。由于兩軸間的夾角一般為，此時，蝸桿的切向力與蝸輪的軸向力大小相等指向相反；蝸桿蝸輪的徑向力、大小相等，分別指向各自軸心；蝸桿的軸向力和蝸輪的切向力大小相等，指向相反。 蝸桿傳動的切向力指向的確定與齒輪相同，即：在主動件蝸桿上與其運動方向相反；在從動件蝸輪上與其運動方向一致。各力的計算公式如下： 式中： 作用于蝸桿上的額定轉(zhuǎn)矩，Nmm 作用于蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，Nmm, （為蝸桿傳動效率，為傳動比）； 蝸桿軸截面壓力角，亦即蝸輪端面壓力角，。Nmm N 蝸桿軸受力分析：以下是蝸桿軸受力簡圖： 圖8已知：，, ，求解：， ， ， ， 解得： ， 解得： ， 解得： 以上六式聯(lián)立求解得： 彎矩和：水平面 ： = = = = 垂直面： = = = = 合成彎矩： 扭矩 當量彎矩： 式中：彎矩和扭矩，Nmm，計算心軸時，取?？紤]彎矩和扭矩在軸截面引起的應力循環(huán)特性差異的系數(shù)。轉(zhuǎn)軸的彎曲應力一般為對稱循環(huán)變應力，而扭轉(zhuǎn)剪應力常常不是對稱循環(huán)變應力。對于單向轉(zhuǎn)動的軸，考慮起動、停車及運轉(zhuǎn)不均勻性的影響，通常將剪應力視為脈動循環(huán)變應力；對于雙向轉(zhuǎn)動的軸則將剪應力視為對稱循環(huán)變應力。當剪應力為靜應力、脈動循環(huán)變應力和對稱循環(huán)變應力時，分別。根據(jù)蝸桿軸的工作情況可以確定。 根據(jù)上面的計算作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當量彎矩圖。如下圖所示：蝸桿軸強度校核：從軸的當量彎矩圖中可以看出，截面的當量彎矩最大，是軸最危險截面。其當量彎矩為。 校核軸的強度：軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1，查得 Nmm，則，即，取。軸的計算應力為： 根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求。 7.2大齒輪軸系的結(jié)構設計7.2.1大齒輪軸直徑的確定：選取45號鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理實心圓軸的扭轉(zhuǎn)強度計算公式為： N/mm設計計算公式： mm式中： 扭轉(zhuǎn)剪應力， N/mm； 軸傳遞的轉(zhuǎn)距， N/mm； 軸的抗扭截面系數(shù)， mm； 軸傳遞的功率， kW； 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； 軸的直徑， mm； 考慮了彎距影響的許用扭轉(zhuǎn)剪應力和設計系數(shù)，查表4-2，取。 當軸上開有鍵槽時會削弱軸的強度，要適當增加軸的直徑。軸段上有一個鍵槽時，軸的直徑增大3%5%，選軸直徑為60mm。