礦用絞車總體設計【JH-8型回柱絞車】

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河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 指導教師： 職稱： 所在院（系）： 教研室（研究室）： 題 目 礦用絞車總體設計 學生姓名 專業(yè)班級0 學號 一、 選題質量： 1、 由于各種原因我們學校機械專業(yè)有很多科目都是與煤礦、礦山有關的。因此，我的畢業(yè)設計選擇礦用絞車的設計可以很好的檢驗以前學過的知識。通過這次畢業(yè)設計，從各方面查找的資料也讓我進一步了解了礦山設備的各種情況。 2、 這個設計是我和另一位同學合作完成的他負責傳動系統(tǒng)的設計而我負責總體設計難度適中既很好地檢驗了我們所學過的知識也給了我們開拓思維動手實踐的機會。主要設計任務是減速器傳動裝置和制動器的選擇。 3、 我們之前在認識實習時在九里山礦看到過絞車但對它的內部結構并不十分了解，通過網(wǎng)上和從圖書館借來的各種資料的幫助下一點點的完善我們的方案達到設計要求。 4、 煤炭在我國的能源消費結構中占有極大的比重，是工業(yè)發(fā)展的原材料及能源來源，而礦用絞車是煤炭開采的咽喉設備，它是實現(xiàn)地面與井下物料、人員交流的重要工具其重要性不言而喻。它的安全性能、工作效率對生產(chǎn)至關重要。因此，對礦用絞車的研究對生產(chǎn)、經(jīng)濟、社會發(fā)展都具有重大意義。 二、 開題報告完成情況： 已經(jīng)完成開題報告并經(jīng)過了老師的批閱 三、 階段性成果： 1、通過查閱資料掌握了礦用絞車基本的結構、工作原理。 2、完成了對滾筒、大齒輪架的設計、繪圖。 3、編寫了部分說明書。 四、 存在主要問題： 1、對礦用絞車我們并沒有機會十分的詳細的觀察，各種內部結構、細節(jié)很難查找到詳盡的資料。 2、很多非主要設計結構的尺寸確定需要查找更多的資料。 3、對制動器的選擇應用需要進一步了解、查資料。 五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語 指導教師： （簽名） 年 月 日 3 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目名稱 礦用絞車總體設計 學生姓名 專業(yè)班級 學號 一、 選題的目的和意義： 絞車是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種常見的機械，在礦山采掘和運輸場合，絞車作為重要輔助設備被大量而廣泛地應用著是礦山生產(chǎn)中不可缺少的設備之一。我國絞車發(fā)展歷史大致可分為三個階段：50年代，仿制設計階段，從無到有初步發(fā)展；60年代，自行設計階段；70年代以后，標準化，系列化發(fā)展階段，產(chǎn)品初步形成標準化，但是到了現(xiàn)代，我國生產(chǎn)的絞車遠遠不能滿足生產(chǎn)能力不同的煤礦的需要。 近十年來，國外制造廠家，為適應國際市場需要，不斷加大輸送機的功率、采用新結構、新工藝，開發(fā)高強度、高耐磨性能的新材料，使產(chǎn)品不斷更新，技術性能日趨完善，可靠性不斷提高，壽命大幅度增加。而我國生產(chǎn)的礦用絞車整機性能相對比較差，一些關鍵零部件的壽命、可靠性相對較低，監(jiān)測、控制方面相對比較弱。具體有以下方面。 (1)回繩速度慢。 絞車在傳動系統(tǒng)中設置了齒輪離合器和錐形摩擦制動器，除個加緊類型絞車可以自由回繩并可以防止鋼絲繩松散外，其余所有絞車回繩速度和工作牽引速度是相同的。因此絞車用于回柱放頂，還是用于搬運設備，工作效率太低。隨著礦山機械化的發(fā)展，綜采設備的頻率搬遷，但由于用絞車搬運，工作時間長，占用人工多，因此該類絞車應設置快速回繩或自由回繩。 (2)牽引速度慢 隨著支護的發(fā)展使用，金屬摩擦支柱、單體液壓支柱后，回柱前可以部分或全部缷載，回柱只是要把它們接到或拖進工作面再復用。同時絞車也用于搬遷設備的需要，則其牽引速度應從當前的5-7m/min左右提高到8-10m/min或再高一點。 (3)絞車實際運行質量較差，效率偏低。 測試中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)絞車均采用手動控制，加速、減速及低速爬行和停車休止 時間相對偏長，使絞車提升能力下降，電機電耗增加。 近年來，我國各生產(chǎn)廠家對結構、調速裝置等進行了許多改進，并推出了許 多更新?lián)Q代的產(chǎn)品，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，計算機和PLC的運算速度加 快、存貯能力加大、功能加強、體積減小，使煤礦機械的功能更強、性能更優(yōu)、 效率更高。 所以這次設計有以下目的： 1）了解礦用絞車的結構、特點以及工作原理。 2）利用學過的知識盡可能的實現(xiàn)設計要求 3）培養(yǎng)自己的自主設計能力、動手能力！ 二、 國內外研究綜述： 20世紀末期以來，美、澳、英、德等先進采煤國家積極應用機電一體化技術，研制、開發(fā)新型自動化運輸設備，這些設備采用計算機工況監(jiān)測監(jiān)控，在增加傳動功率，提高生產(chǎn)能力的同時，使設備的功能內涵發(fā)生了重大突破。經(jīng)過十多年的努力，已經(jīng)研制出限矩摩擦離合器作為輸送機啟動或運行時的過載保護，利用調速偶合器實現(xiàn)輸送機的軟啟動和過載保護，通過鏈條張力自動調節(jié)裝置來實現(xiàn)礦用絞車隨運行工況的變化以調節(jié)鏈條的張緊力。通過工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，及時了解設備運行的工況，保證設備的安全運行。國內的輕型、中型礦用絞車多采用液力偶合器或雙速電機來改善絞車的啟動性能，重型礦用絞車采用限矩摩擦離合器保護電機，雖然在個別輸送機上使用了調速偶合器和自動伸縮機尾，可是由于不能準確的對輸送機運行過程中的數(shù)據(jù)進行采集、分析，這些設備還不能達到自動控制的要求。 三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法： 此設計的傳動裝置采用減速器傳動雖然當今減速器已經(jīng)成為通用的機械設備，并已經(jīng)標準化，但是卻沒有一種專門為礦用絞車而設計的減速器，所以該設計正好填補了這一空白。傳動系統(tǒng)放置在滾筒內部節(jié)省空間！ 四、 主要參考文獻與資料獲得情況： 1.現(xiàn)代機械設備設計手冊 . 辛一行主編 機械工業(yè)出版社 2.機械設計手冊 . 徐 灝主編 機械工業(yè)出版社 3.減速器和變速器設計與選用手冊 程乃士主編 機械工業(yè)出版社 4.機械零件設計手冊 吳宗澤主編 機械工業(yè)出版社 5. 機械原理 孫桓、陳作模等主編 西北工業(yè)大學出版社 6. 機械設計 濮良貴、紀名剛主編 高等教育出版社（第八版） 7、機械設計工程學 唐大放，馮小寧，楊現(xiàn)卿主編 中國礦業(yè)大學出版社 8、機械設計基礎課程設計 任濟生等主編 中國礦業(yè)大學出版社 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）： 第一周：確定題目 第二周：收集相關資料 第三周：確定設計方案 第四到六周：進行結構設計 第七到八周：進行結構設計審查 第九到十周：繪制設計圖紙 第十一周：編寫設計說明書 第十二周：修改完善設計說明書 第十四至十五周：準備畢業(yè)答辯 五、 指導教師審批意見： 指導教師： （簽名） 年 月 日 1 2 前言 ..................................................................................................................................7 1 概論 ...............................................................................................................................8 1.1 絞車的發(fā)展 ...........................................................................................................8 1.1.1 我國絞車的發(fā)展 ............................................................................................8 1.1.2 國外絞車的發(fā)展 ............................................................................................8 1.1.3 國內外水平對比 .............................................................................................9 1.1.4 總體發(fā)展趨勢 ................................................................................................9 1.1.5“礦用絞車總體設計 ”設計思路 .................................................................10 2 絞車的主要技術參數(shù)的設計與計算 ........................................................................12 2.1 設計的原始參數(shù) ..................................................................................................12 2.1.1 電動機的選用 ..............................................................................................12 3 總體方案設計 ............................................................................................................14 3.1 設計條件 .............................................................................................................14 3.2 總體方案的初步擬定 .........................................................................................14 3.3 主要組成部分 .....................................................................................................15 4 機械傳動系統(tǒng)方案設計 ............................................................................................16 4.1 計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 ..............................................................18 4.1.1 傳動裝置總傳動比 ......................................................................................18 4.1.2 分配各級傳動比 ..........................................................................................18 4.2 傳動裝置的運動和動力參數(shù) ..............................................................................19 4.2.1 各軸轉速 .......................................................................................................19 4.2.2 各軸輸入功率 ..............................................................................................19 4.2.3 各軸轉矩 .......................................................................................................19 4.3 高速級傳動件設計 .............................................................................................20 4.3.1 選擇蝸桿傳動類型 ......................................................................................20 4.3.2 選擇材料 ......................................................................................................20 4.3.3 蝸輪蝸桿設計 ..............................................................................................20 4.4 低速級傳動件設計 ..............................................................................................24 4.4.1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ..................................................24 4.4.2 按齒面接觸疲勞強度設計 ..........................................................................25 4.4.3 計算 ...............................................................................................................26 4.4.4 安齒根彎曲強度設計 ...................................................................................27 4.4.5 設計計算 .......................................................................................................28 4.4.6 幾何尺寸計算 ...............................................................................................29 4.7 高速軸設計（蝸桿軸） .....................................................................................30 4.7.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................30 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 ..................................................................................30 4.7.3 初步確定軸的最小直徑 ..............................................................................30 4.7.4 軸的校核 ....................................................................................................31 3 4.8 中間軸的設計(蝸輪齒輪軸) ...............................................................................34 4.8.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................34 4.8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力 ......................................................................34 4.8.3 初步估算軸的最小直徑 ..............................................................................34 4.8.4 軸的校核 ......................................................................................................35 4.9 低速軸的設計 .....................................................................................................36 4.9.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................36 4.9.2 求作用在大齒輪上的力 ............................................................................36 4.9.3 初步確定軸的最小直徑 ..............................................................................36 4.9.4 軸的校核 ......................................................................................................37 4.9.5 按彎曲合成應力校核軸的強度 ..................................................................38 4.9.6 按彎曲合成應力校核軸的強度 ..................................................................38 5 主要部件的選型與結構設計 .....................................................................................40 5.1 制動器的選擇 ......................................................................................................40 5.1.1 常用絞車制動閘的形式 ..............................................................................40 5.1.2 絞車上應有的安全裝置 ..............................................................................40 5.1.3 回柱絞車制動器的作用 ...............................................................................41 5.1.4 制動器的選用和設計 ...................................................................................42 5.2 滾筒的設計 ..........................................................................................................43 5.2.1 滾筒材料 ......................................................................................................43 5.2.2 滾筒的功能 ..................................................................................................43 5.2.3 滾筒結構 ....................................................................................................43 5.3 軸承支架的設計 ..................................................................................................44 6 使用與維護 .................................................................................................................47 6.1 回柱絞車的操作要求 .........................................................................................47 6.2 開車前必須認真檢查 .........................................................................................47 6.3 運行中必須注意 ..................................................................................................47 6.4 鋼絲繩斷絲原因分析 .........................................................................................48 6.4.1 鋼絲繩間斷斷絲 ...........................................................................................48 6.4.2 鋼絲繩連續(xù)斷絲 ...........................................................................................48 6.5 絞車的安裝操作 ..................................................................................................48 6.6 后移 ......................................................................................................................49 6.7 維護與檢修 ..........................................................................................................50 小結 ................................................................................................................................51 致 謝 ............................................................................................................................52 參考文獻 ........................................................................................................................53 4 5 礦用絞車總體設計 摘要 回柱絞車又稱慢速絞車，它是能拆除和回收回踩工作面頂柱的一 種機械。牽引力大和牽引速度慢是回柱絞車的主要性能要求。隨著機械 化采煤程度的提高，他越來越多的被應用于機械化采煤工作面，作為安 裝、回收牽引各種設備備件之用。隨著絞的發(fā)展趨勢向標準化系列方向 發(fā)展；向體積小、重量輕、結構緊湊方向發(fā)展；向高效節(jié)能壽命長低噪 音一機多能通用化大功率外形簡單平滑美觀大方方向展回柱絞車也有了 相應的改進，礦用絞車總體設計借鑒 JH-8 回柱絞車和 JT0.8×6 提升絞 車的參數(shù)結構力求達到這一目標。 關鍵詞回 回柱絞車 提升絞車 改進 Abstract Prop-pulling hoist and says slow winch, it is can dismantle and back to back working on a mechanical spots. Traction and slow speed is prop-pulling hoist traction main performance requirements. With the mining mechanization degree rise, more and more be used in mechanized coal face, as installation, recycling of all kinds of equipment and spare parts with traction. Along with the development trend of the ground to the standardized series development direction; To small volume, light weight, compact structure direction; To the high efficiency and energy saving life long low noise, high power universal machine appearance is beautiful and simple smooth direction exhibition prop-pulling hoist also had 6 the corresponding improvement, mine hoist overall design reference JH-8 prop-pulling hoist and JT0.8 x 6 of the parameters of the hoist structure strive to achieve the this goal. Keyword Prop-pulling hoist hoist improvement 7 前言 畢業(yè)設計是我們在大學里的最后一次綜合能力的訓練，他讓我們對 大學里所學過的課程譬如機械零件、機械原理、材料力學、礦山機械機 械設計學等進行離一次全面的了解和加深。四年的大學生活馬上就要結 束了，在離開學校走上工作崗位之前，畢業(yè)設計是對我們的一個考驗， 這既考察了我們大學四年里對知識的全面掌握程度，又考察了我們的實 際應用能力以及解決種種困難時的心態(tài)問題！ 在以前的學習過程中我們做過了許多次課程設計，完成過幾份圖紙，但 這次完全使用電腦制圖、完成設計對我們還是第一次。因此，這也鍛煉 了我們對制圖查資料、電腦制圖的應用和熟練程度。為我們在以后在工 作崗位上能夠更加駕輕就熟打下基礎，做好鋪墊！ 機械行業(yè)是一個由許多專業(yè)組成的，技術性很強的，需要緊密配合 的系統(tǒng)工程。是促進我國發(fā)展的生命線。而目前，我國的機械行業(yè)在世 界之林中還尚處于落后的地位。因此，需要我們把握時代的的主流，為 國家為社會做出貢獻！ 8 1 概論 1.1 絞車的發(fā)展 1.1.1 我國絞車的發(fā)展 我國的絞車主要經(jīng)歷了仿制、自行設計兩個階段。解放初期使用 的產(chǎn)品主要來自日本與蘇聯(lián)，1958 年以后，這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并 對蘇聯(lián)絞車進行了改進，于 1964 年進入自行設計階段?；茨厦簷C廠曾 設計了擺線齒輪絞車和少齒差傳動絞車，徐州礦山設備制造廠也曾設計 制造了擺線和行星齒輪傳動絞車，一些廠家還試制了 25kw 的調度絞車。 目前，礦用小絞車已經(jīng)在標準化方面得到了相應的發(fā)展，于 1982 年， 對以前指定的標準進行了修改。 1.1.2 國外絞車的發(fā)展 國外礦用小絞車使用很普遍，生產(chǎn)廠家也很多。美國、日本、瑞 典等國家都制造了礦用小絞車，而且國外礦用小絞車種類、規(guī)格較多， 比如調度絞車牽引力以 100kgf 到 3600kgf，動力有電動的、液力的、 風動的。工作機構有單筒、雙筒、摩擦式。傳動形式有皮帶傳動、鏈式 傳動、齒輪傳動、渦輪傳動、液壓傳動、行星輪傳動、擺線齒輪傳動等。 其中采用行星輪傳動的比較多。發(fā)展趨勢是向著標準化系列化，向著體 積小、重量輕、結構緊湊方向發(fā)展，向著高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、 一機多能通用化、大功率、外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展的。 9 1.1.3 國內外水平對比 （1）品種 國外礦用絞車的規(guī)格較多，適用于不同場合，我國的礦用絞車 規(guī)格較少品種型號多，也較繁瑣，標準化程度不夠高。 （2）形式 從工作機構上分，國外有單筒、雙筒、摩擦式，而我國則較少。從 原動力上分，國外有電動的、風動的、液壓驅動的。我國只有少量的電 動和風動的。但近幾年有了較大程度的發(fā)展。 （3）結構 我國及國外的調度絞車大多數(shù)采用行星齒輪傳動，其傳動結構簡 單，使用方便，但牽引力過小，特別是上山、下山很難實現(xiàn)較大的設備 搬運工作。隨著采煤的機械化發(fā)展，綜采設備的頻繁搬遷，絞車也得到 了相應的發(fā)展。使得絞車還需要具備快速回繩的功能。 （4）產(chǎn)品性能 主要壽命、噪音、可靠性、等綜合指標與國外還有一定差距。 （5）三化水平 雖然我國的礦用絞車參數(shù)系列化方面水平優(yōu)于國外，但標準化和 通用化方面還遠不如發(fā)達的機械制造國。 （6）技術經(jīng)濟指標 我國的礦用絞車技術經(jīng)濟指標與國外特別是與美國等機械發(fā)達的 國家還有一定差距。 1.1.4 總體發(fā)展趨勢 縱觀國內外礦用絞車的發(fā)展情況，其發(fā)展趨勢有以下幾點： （1）向著標準化系列化方向發(fā)展 10 使各制造公司都有自己的產(chǎn)品系列型譜，在這些型譜中，對絞車的 性能、參數(shù)作進一步的明確規(guī)定，并強力推行實施，給設計、制造、使 用、維護帶來極大的方便。 （2）向體積小、重量輕結、構緊湊方向發(fā)展 力求將絞車的運動及傳動裝置、工作滾筒、制動裝置部分底座等主 要部件綜合在一個系統(tǒng)中并加以統(tǒng)籌布局，充分利用空間，提高緊湊程 度，做好外形封閉。 （3）向高效節(jié)能的方向發(fā)展 選取最佳參數(shù)，最大限度提高產(chǎn)品功能，采用合理的制造精度， 提高生產(chǎn)效率。向壽命長、低噪音的方向發(fā)展，使綜合性能指標得到提 高。 （4）向一機多能化、通用化方向發(fā)展； （5）向大功率的方向發(fā)展； （6）向外形簡單、平滑、美觀、大方、方向發(fā)展。 1.1.5“礦用絞車總體設計”設計思路 我所做的畢業(yè)設計題目是“礦用絞車總體設計” ，根據(jù)實際情況結 合網(wǎng)上搜到的資料，借鑒礦用回柱絞車的結構布局和 JT0.8×0.6 型提 升絞車的滾筒技術參數(shù)（滾筒直徑為 800mm 寬度為 600mm）進行設計改 良?；刂g車的結構有如下特點： (1)傳動系統(tǒng)都有一級減速比很大的蝸輪蝸桿傳動，皆具備自鎖功 能，不會發(fā)生下故重物拉動滾筒旋轉情況。 (2)具有整體結構，便于移動和安裝，甚至可以用回柱絞車牽引力 來牽引絞車本身移動。 (3)總傳動比大(i＝150～230)，能在電動機功率較小時，獲得較大 11 的牽引力。 (4)因蝸輪蝸桿傳動效率低，易造成發(fā)熱和溫升過高,所以必須重視 潤滑和維護。 (5)有的在電動機聯(lián)軸器上裝有手動制動閘，有的在蝸輪減速器輸 出軸上裝有活動齒輪和錐形摩擦制動器，使回柱絞車可以按信號準確停 位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動自鎖影響)，且可控制放繩速 度，防止松繩和亂繩。 (6)電氣控制裝置較簡單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵 的環(huán)境場所。 12 2 絞車的主要技術參數(shù)的設計與計算 2.1 設計的原始參數(shù) 表 1-1 絞車的主要技術參數(shù) 滾筒直徑 mm 滾筒個數(shù) 繩速 m/s 電動機功率 額定轉速 r/min 800 1 60 37 1500 2.1.1 電動機的選用 （1）電動機類型和結構型式 回柱絞車主要用于井下回收支柱用,為防止瓦斯、粉塵等有害氣體 引起爆炸,故絞車的電動機需要選用礦用防爆電機.防爆電機的選型原則 是安全可靠、經(jīng)濟合理、維護方便,同其它的防爆電氣設備一樣應根據(jù) 危險場所的類別和區(qū)域等級以及在該場所存在的爆炸性混合物的級別、 組別來選用.在這里我們選用 YB 系列防爆型三相異步電動機.結構為封 閉臥式結構. （2）傳動裝置的總效率 4321????A ····················① 式中為從電動機到繩筒之間各傳動機構和軸承的效率，由表查的滾 13 動軸承 ＝0.99，蝸桿傳動 ＝0.8，圓柱齒輪傳動 ＝0.97，彈性???? ?? 聯(lián)軸器 ?＝0.99，繩筒滑動軸承 ?＝0.96 則 20.897.0.96.78???????? （3）電動機額定功率 根據(jù)原始數(shù)據(jù)選取電動機的額定功率 KWPed3 （4）電動機的轉速 因為是在井下工作,要考慮到其安全可靠性,所以選用防爆電機，即 YB 系列防爆三相異步電機,同步轉速為 1500m/min,滿載時轉速為 1480r/min. 14 3 總體方案設計 3.1 設計條件 （1）機器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車; （2）工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時間比為 1:2),繩筒轉向定期變換; （3）運動要求:絞車繩筒轉速誤差不超過 8%; （4）工作能力:儲備余量 10%; 3.2 總體方案的初步擬定 根據(jù)設計要求，所給原始數(shù)據(jù),經(jīng)過對回柱絞車常用型號的傳動方 式比較,最后選用一級為蝸桿傳動,一級齒輪傳動的傳動方式.其傳動結 構圖如圖 1-1 所示。該結構簡單,而且占用的空間小,適合井下狹窄空間.第 一級采用蝸桿機構,也符合回柱絞車傳動比大的要求,所以經(jīng)過比較,最 終我選擇此種傳動方案. 15 圖 1-1 JH-8 回柱絞車的結構簡圖 3.3 主要組成部分 JH-8 型回柱絞車由電動機，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，卷筒，底盤 五大部分組成。其傳動原理是：動力由電動機通過一對聯(lián)軸器傳動圓弧 面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經(jīng)中間過橋齒輪傳動大齒輪，大齒 輪帶動卷筒，卷筒引鋼絲繩進行工作。這個設計借鑒 JH-8 性回柱絞車 的結構設計：但取消了過橋齒輪，小齒輪通過與大齒輪嚙合將動力傳到 大齒輪，大齒輪所在的軸通過一對聯(lián)軸器與滾筒相連將動力傳到滾筒。 16 4 機械傳動系統(tǒng)方案設計 根據(jù)機械器的工藝性能、結構要求、空間位置和總傳動比等條件選 擇機械傳動系統(tǒng)所需的傳動類型，并擬定從動力機到工作機構之間機械 傳動系統(tǒng)的設計方案和總體布置。 一般情況下，盡管動力機的輸出功率滿足工作機構的要求，但輸出 的轉速、扭矩或運動形式很難符合工作機構的需要，這時就需要采用某 種機械傳動裝置。這是絕大多數(shù)機械設計的共同特點。 按照傳動原理的不同，機械傳動裝置可分為摩擦傳動、嚙合傳動和 推壓傳動三種。根據(jù)傳動比能否改變，機械傳動裝置又可分為可調傳動 比傳動、固定傳動比傳動和變傳動比傳動三類。回柱絞車一般采用固定 傳動比傳動。 減速器傳動：本回柱絞車由于總減速比較大，而采用動力蝸桿減速 器。蝸桿傳動的主要特點是：傳動比大、結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、 自鎖性能好。對于回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉只能 由電動機的正反轉來控制；當電源切斷時絞車馬上停止工作；卷筒本身 不能自由轉動，以免發(fā)生事故。這就需要設計一個裝置來控制卷筒的自 轉。而蝸輪蝸桿傳動就起到了這個作用。因為若取蝸桿的蝸旋線開角 小于齒輪間的當量摩擦角 ，則當蝸輪主動時，機構自鎖，即只能??v 蝸桿帶動蝸輪，而不能蝸輪帶動蝸桿。因此，采用蝸輪蝸桿減速器，就 能保證卷筒的自鎖性。這就是回柱絞車采用蝸桿減速器的一個重要原因。 但是，采用蝸桿減速器也有一缺點，就是傳動效率低，這點應在具 17 體的蝸桿減速器設計中充分重視，并設法提高。 采用圓弧齒圓柱蝸桿，就是提高效率的一種措施，這是一種新型的 傳動裝置。它與普通的蝸桿傳動相比，其不同在于，具有良好的潤滑條 件使齒面之間建立連續(xù)的潤滑油膜形成液體摩擦，從而降低摩擦系數(shù)， 減輕磨損，提高了承載能力和效率。因此，它具有承載能力大，使用壽 命長，效率高（高 10-15%）等優(yōu)點。 齒輪傳動:選擇齒輪傳動，是由于齒輪傳動具有工作可靠，使用壽 命長，瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高、結構緊湊、功率和速度適用范 圍廣等優(yōu)點。因斜齒輪傳動時會產(chǎn)生軸向力，對傳動不利。若采用人字 齒輪，雖可使齒輪軸向力自行抵消，但人字齒輪制造比較困難，所以選 擇直齒輪傳動。 從結構上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳 動比大，會造成兩齒輪大小相差過甚，大齒輪太大以至于不好安裝和制 造，而且外形尺寸也太大。另外，渦輪軸上的小齒輪也不能太小，因為 根據(jù)強度要求限制了軸徑，從而控制小齒輪的尺寸只能小到某一程度。 否則，會給加工成本帶來諸多不便。況且卷筒和大齒輪以及蝸輪尺寸都 較大，讓蝸輪上的齒輪與卷筒上的齒輪直接嚙合，受尺寸限制，不容易 做到。基于以上原因，決定增加一中間軸，軸上安裝一過橋齒輪。這樣， 既可以得到合適的傳動比，又可以令整體布局合理。 現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展，無論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結 構尺寸和重量方面，對齒輪的傳動的要求愈來愈高。標準齒輪由于存在 一些缺點限制了它的應用范圍。為了滿足設計要求，我們決定設計三個 變位齒輪，作為改善齒輪傳動質量的有效方法。 已知條件:鋼繩牽引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,繩筒直徑 D=800mm,鋼繩直徑 d=14mm ，則滾筒轉速為 18 ···min8.238014.36 6D106n rvw ????? ·1 初步擬定出二級傳動的傳動方案。因為是井下工作，是多粉塵，潮濕， 易燃易爆的場合，而且傳遞的功率大，傳動要求嚴格，尺寸要求緊湊， 所以最后選定蝸桿-齒輪二級減速器。計算傳動裝置總傳動比和分級傳 動比 4.1 計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 根據(jù)機械傳動系統(tǒng)的設計方案把總傳動比分配到各級傳動上，并要 求各級傳動結構緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟和效率高。 4.1.1 傳動裝置總傳動比 ·······628.23 140i?? ··2 4.1.2 分配各級傳動比 取蝸桿傳動比 ，圓柱齒輪傳動比36.2i1?8.2i? 19 4.2 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 4.2.1 各軸轉速 高速軸為 1 軸，中間軸為 2 軸，低速軸為 3 軸，則 ·················min4801 rnm? ···········3ir2.63.12i ····························· ···4 ····················min238.623nri? ···············5 4.2.2 各軸輸入功率 按電動機的額定功率計算各軸輸入功率，即 kwped371? ···········wk01.298.2212 ???? ·······6 ·········5.7.0.923213?? ·····7 20 4.2.3 各軸轉矩 ···············mNn????75.23814095011pT ······8 ·······???98.41.60922 ············9 4.3 高速級傳動件設計 4.3.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) GB/T10085—1988 的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI) 4.3.2 選擇材料 根據(jù)設計要求,并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大適中,速度是慢速,故 蝸桿用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火, 硬度為 45-55HRC.蝸輪用鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造.為了節(jié)約 貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,二輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造. 4.3.3 蝸輪蝸桿設計 （1）按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則,先按齒面接觸疲勞強度設計,再校核 齒根彎曲疲勞強度. 21 ··········23()[]EHZaKT??? ···9 （2）確定作用再蝸輪上的轉矩 由計算可知 ··10mN87.34912.601950T2 ???? （3）確定載荷系數(shù) K 因工作較穩(wěn)定,故取載荷分布不均有系數(shù) ;由表選取使用系K? 數(shù) ;由于轉速不高 ,沖擊不大,可取動載系數(shù) ,1.5AK? 1.05V? 則 ····················11.0..21?? （4）確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用得式鑄造鋁鐵青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 1/260EZMPa? （5）確定接觸系數(shù) ? 先假設蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 a得比值 1/.35d,從中1d 查得 6.2Zp? （6）確定許用接觸應力 []H? 根據(jù)蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面 硬度＞46HRC,可得蝸輪得基本許用應力 MPaH260][?? 應力循環(huán)次數(shù) ··········1072 958.102.jN???Lnh ·····12 22 壽命系數(shù) ·················8.095.87HN1K??? · ···········13 則 ·············MPaHNH2086.[][]' ???? ·········14 （7）計算中心距 ·····m36.21.10765)28.16(489021.a33 ????? ·15 取中心距 ,根據(jù)傳動比,從手冊中取模數(shù) ,蝸桿分度5am? 8 圓直徑 .這時 ,可得接觸系數(shù) ,因為180d1/0.35da51.2Z'P? ,因此以上計算結果可用.'Z?? （8）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ①蝸桿 軸向齒距 ;直徑系數(shù) ;齒頂圓直徑 ;齒13.25Pa?10qm?196adm? 根圓直徑 分度圓導程角 ;蝸桿軸向齒厚mf860d1 32.0? .2.5as? ②蝸輪 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) X=-0.5452?Z 驗算傳動比 23 5.24i12?z ·····························16 這時傳動比誤差為 這是允許的%63.0.36.2?? 蝸輪分度圓直徑 ············17mz04582d??? 蝸輪喉圓直徑 ···18mhaa 37682622 ??? 蝸輪齒根圓直徑 ····19dff .5.13722?? 蝸輪咽喉母圓半徑 ···20mag 376222r?? （9）校核齒根彎曲疲勞強度 21.53[]FFaFKTYd????? ··············21 當量齒數(shù) ····2272.493.054cosz332 ???v 根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)7.2v.x2?78.2Fa? 螺旋角系數(shù) ·······239.014Y0??? 24 許用彎曲應力 ························'[]FFNK??A ·24 從中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力MPaF120]'[? 壽命系數(shù) ·············25635.0958.7 6FN1K??? 所以 , ··················MPaF2.7635.012][??? ········26 ····27MPa8.692.078360.491.1F ??? 彎曲強度是滿足的. （10）驗算效率 ? ···················)tan(96.05.?????）—（ ·28 已知 ， ； 與相對滑動速度 有32.10?fvarctnv??vs 關。 25 ····smnd/32.6cos10648cos106v0s ???????? ···29 從表中用插值法查得 28.fv.0v? 帶人式中得 大于原估計值，因此不用重算。86.0?? （11）精度等級公差 考慮到所設計和表面粗糙度的確定的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用 機械減速器,從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇 8 級精度, 側隙種類為 f,標注為 8f GB/T 10089-1988.然后由有關手冊查得要求的 公差項目及表面粗糙度，具體見圖紙。 4.4 低速級傳動件設計 4.4.1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （1）選用直齒圓柱齒輪 （2）絞車為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度(GB10095-88) （3）材料選擇 選擇小齒輪材料為 40Cr（調質）硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調質）硬度為 240HBS，兩者材料硬度差為 40HBS （4）選小齒輪齒數(shù) ，26z1? 則大齒輪齒數(shù) 758.4.2?? 26 4.4.2 按齒面接觸疲勞強度設計 ······· 3211.()[]tEtdHKTZud??????? ····1 確定公式內的各計算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) (初選)1.3tK? （2）小齒輪傳遞的轉矩 ···mNNn???? ?? 418902.60955.922p0T ··2 （3）選齒寬系數(shù) 5.0d?? （4）由此可得的材料的彈性影響因數(shù) 1/289.EZMPa? （5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限 ，大齒min60Hl?? 輪接觸疲勞強度極限 min250HlPa?? （6）計算應力循環(huán)次數(shù) ······181 6.2)538(1.60?????LNhj 3 08829..? （7）可得接觸疲勞壽命系數(shù) , ············493.01?kHN5.02HN （8）計算接觸疲勞許用應力 27 取失效概率為 1％，安全系數(shù) S＝1 ····5MPasHNHk586093.[lim1]?????2in52.lKaS 4.4.3 計算 (1)試計算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小的值d1t ][?H ···6mud ttTk45.275.819(.23148903.2E(.3 21 )Z????????）? (2)計算圓周速度 ··7snt /78.0160.160v???? (3)計算齒寬 b ······8mdt 3.45.27.1??? (4)計算齒寬與齒高 b/h 模數(shù) ···············9mzdtt 7.82645.1?? 齒高 ··········10t 6.19.5.h? 28 ················8.56.1973b?h ·····11 (5)計算載荷系數(shù) K 根據(jù) ，7 級精度，查圖得動載荷系數(shù)s/m29.3v? 06.1k?v 直齒輪， ；1kFaH 由表 10-2 查得使用系數(shù) ；?A 由表用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時38.1?F? 故動載荷系數(shù) ···········518.432.106.k ?????HvA?? 12 （6）按實際的載荷系數(shù)教正所算得的分度圓直徑得 ············1mkdtt 51.239.8145.27331 ??? 3 （7）計算模數(shù) m ··················mzd2.9651.31?? ··········14 29 4.4.4 安齒根彎曲強度設計 彎曲強度的設計公式為 ············15321)][(m??FSadYzTk??? （1）確定公式內的各計算數(shù)值 ①由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎MPa501FE?? 曲強度極限 ；MPa380FE2? ②由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，86.0k1FN89.FN2 ③計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則得 MPaaSFENF 14.3074.15860[1]????? k5.2.922? ④計算載荷系數(shù) K 463.1806.1??????FavA? ⑤查取齒形系數(shù) 由表查得 .2Y1Fa 2.Fa ⑥查取應力校正系數(shù) 由表查得 49.1Sa?68.12Sa? ⑦計算大小齒輪的 并加以比較][aF?? 30 0126.4.37962[]Y1SaF???? 5..8[2SaF? 大齒輪的數(shù)值較大 4.4.5 設計計算 m5.601.48963.12m32???? 對此計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) M 大于由齒根彎 曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) M 的大小主要取決于彎曲強度所 決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直 徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 6.555 并 就近圓整為標準值 M = 8 mm ,按接觸強度算得的分度圓直徑 ，m51.239d1? 算出小齒輪齒數(shù) 304.8.1z? 大齒輪的齒數(shù) 取 .6.230??87z2? 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了 齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 31 4.4.6 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 m240831d???z m69722 （2）計算中心距 48a1? （3）計算齒輪寬度 md1205.0b1???? 取 mB120?2 結構設計及繪制齒輪零件圖（見圖紙） 4.7 高速軸設計（蝸桿軸） 4.7.1 軸的材料選擇 選用 45 號鋼,調質。 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 已知: , , ,蝸桿分度圓kw37p1?min/1480rmN238750T1?? 直徑 . 所以,80dm 圓周力 ············1NT75.9680231tF??? 軸向力 NdTa 89.234041921F?? 32 徑向力 NadT8463tan36041892tnF02r1 ??? 4.7.3 初步確定軸的最小直徑 取 ,于是得01A? ····mnp16.3248071330mind???? ··2 最小直徑處是安裝聯(lián)軸器得直徑 ,為使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的1d 孔徑相適應,故需同時選聯(lián)軸器的型號. 聯(lián)軸器的計算轉矩 ,查表 14-1,取 ,則0caATK?1.3AK? ···mNk??? 075238.1 ···3 按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件,查標準 GB/T5014- 1985,選用 TL7 型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉矩 ,許用轉速50? 2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為 48m