JH-8矿用回柱绞车、慢速绞车设计

I摘 要矿用回柱绞车，又称慢速绞车,是用来拆除和回收矿山回采工作面顶柱的机械设备的提升机。牵引力大和牵引速度慢是矿用回柱绞车的主要性能。现阶段，我国煤矿工业正以日新月异的速度发展。在井下回采工作中，当一个工作面的煤层开采完了以后，就要进行放顶。由于回柱作业属危险性工作，工作人员不能直接进入回柱空顶区，而且金属成本较高，液压支柱若不收回，则必然造成极大的浪费。如果人工回收支柱，安全性差、效率也很低。此时可把回柱绞车布置在距回柱空顶危险区段较远的安全地段，用钢丝绳钩头来拉倒和回收顶柱。由于它的高度较低重量又轻，持别适用于薄煤层、和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支杖。回柱绞车除可用来回柱放顶工作外，也可用来拖运重物和调运车辆等。使用回柱绞车回收既经济，又迅速，符合现代化工业生产的高生产率和先进的技术经济指标。根据矿山机械的特殊要求，本文重点设计齿轮传部分和卷筒部件与制动器部件，两个部件是提升机的关键部分，卷筒强度不够导致的直接后果就是筒壳被压溃、焊缝开裂等；制动器是绞车的制动装置，制动装置的作用是克服和抵消提升机运动系统的惯性力，使之停止运动；以及在系统处于停止状态下时，制动系统可能由于重力作用产生的运动。总之，是为了制动提升机的运动，使之处于停运状态的一些设置。关键词：回柱绞车 齿轮传动 卷筒部件 制动器 IIAbstractMine recycling mainstay winch, which is also called slowly winch, it is widely used to dismantle and recovery the coal mining machinery and equipments, larger traction engine and slowly speed are the main properties of the recycling mainstay winch. Currently, our countrys coal mining industry is developing rapidly,In the work of underground coaling， we will release top-coal when a place of work after the coal mining. Due to the recovery of hydraulic prop assignments, workers cannot risk directly into the whole area, prop-pulling， And the high cost of metal， If hydraulic prop cannot be recovered, It will cause a larger waste. If using artificial recycling hydraulic props, It is poor safety and low efficiency。This can be arranged in winch is empty section top prop-pulling far safer ground, use rope hook head to pull down and recycling spots. Because of its low weight light, it is very applicable in the thin coal seam, and steep coal seam mining face, and various mining face slab or sink recycling waste metal staff of pressure. Prop-pulling hoist can recycle hydraulic prop，release top coal ,it is also available to transfer the weight and the transport vehicles, etc. It is economic and quickly to use prop-pulling hoist to recycle hydraulic props, It complies with the standards of modern industrials high productivity and advanced technical economic indexes.According to the special requirements of mining machinery, This article mainly design gear-transmission, drum brake parts and roll-cylinder, two parts is the key part of the hoist, insufficient strength to block the direct consequence of cylinder shells were crushing, weld cracking, etc. The brake is hoist brake, brake is overcome and offset machine movement of the inertial force system, stop motion, And in the system to a standstill, braking system may be due to the gravity of movement. Anyhow, in order to brake, the movement of some lines in the state.Key words: recycling mainstay winch gear-transmissionbraking system roll-cylinderi目录前 言 11 JH-8 型回柱绞车的概述 .22 原始数据 83 工作条件 84 方案的初步拟定 95 总体设计 126 蜗轮蜗杆传动件设计 167 齿轮的传动设计 197.1 齿轮模数的确定 .197.2 齿轮的变位 .217.3 齿轮结构设计 .317.4 齿轮结构的润滑 .318 蜗轮齿轮轴设计 328.1 轴的材料选择 .328.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力 .329 中间轴设计 359.1 选材 .359.2 基本轴径估 算 .359.3 轴上零件布置 .359.4 轴的结构设计 .3510 滚筒及主轴的设计计算 3710.1 滚筒的设计 .3710.2 主轴的设计 .3810.3 主轴的强度校核 .4011 轴承的校核 4412 键的选择与校核 4513 联轴器的选择 4514 回柱绞车制动器设 计 4514.1 绞车上应有的安全装置 .4714.2 回柱绞车制动器的作用 .4814.3 回柱绞车制动器的选用和设计 .4814.4 回柱绞车的使用与维修 .52致 谢 56参考文献 571前 言JH 系列回柱绞车主要供煤矿井下回柱放顶之用。特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，亦可用来拖运重物和调度车辆。随着机械化采煤程度的提高，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收牵引各种设备称备件之用。回收的支柱可重新加工利用，投入到生产中去。JH 系列绞车均采用球面蜗轮副传动，具有结构紧凑、外型尺寸小和隔爆性能，均能整机下井；绞车结构对称布置，呈长条形，底座呈雪橇状，故在井下自移平稳灵便；绞车重心低，底座刚性好，既可打顶柱，也可安设地锚，因此安装方便，运转平稳，安全可靠。JH-8 型回柱绞车由防爆电机、圆弧面蜗杆减速器、齿轮传动减速器、滚筒、主轴、制动器等组成。它具有结构紧凑、体积较小（适合井下巷道狭长的工作环境） 、重量较轻（可经常移动）载荷平稳、仅受轻微冲击等优点。使用回柱绞车回收支柱既经济，又迅速，符合现代化工业生产的高生产率和先进的技术经济指标。在这次设计中我主要把绞车的总体设计、滚筒及主轴的设计和制动器的设计作为我的设计重点。在设计中力求使我设计的产品结构合理、经济耐用，有所创新现阶段，我国煤矿工业正以日新月异的速度发展。矿用回柱绞车的用量一定会大幅度的增加,对回柱绞车的性能和质量要求也会越来越高.通过对绞车的不断设计更新改进，可以缩短绞车设计周期，提高产品的设计质量，提高企业的技术创新能力和市场竞争能力,也能提高煤矿的产煤能力,改善工人的生产条件21 JH-8 型回柱绞车的概述1.1 JH-8 型回柱绞车型号含义和组成1.1.1 型号含义：J 卷扬机类，H 回柱绞车，8 钢丝绳拉力 8（kf） 。1.1.2 主要组成部分JH-8 型回柱绞车由电动机，圆弧面蜗杆蜗轮减速器，中间轴，卷筒，底盘五大部分组成,如下面的 JH-8 型回柱绞车传动系统图所示:1-1 JH-8 型回柱绞车传动系统图1 电动机 2 联轴器 3 蜗轮 4 圆弧面蜗杆 5 内齿轮 6 拨块 7 滑移齿轮 8 锥面端盖 9 过桥齿轮 10 大齿轮 11 滚筒其传动原理是：绞车由电动机 1 经联轴器 2,经一级圆弧面蜗杆蜗轮 3 与 4,再经一级圆柱齿轮 7 与 10(中间设有过桥齿轮 9),传递到滚筒.绞车设有滑移齿轮7,与蜗轮轴上内齿轮 5 相啮合,起离合器作用.当柱子拉倒后,可反向回绳,亦可推动离合手把,使滑移齿轮 7 脱离内齿轮 5,滚筒即可自由旋转,此时可进行放绳,为了防止放绳过快,可推动离合手把至极限位置,使滑移齿轮 7 的摩擦锥面与固定在蜗轮箱端面的端盖的锥面结合,产生制动作用. 31.2 传动结构的特点传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动，皆具备自锁功能，不会发生重物拉动滚筒旋转情况；总传动比大(i150230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力；具有整体结构，便于移动和安装，甚至可以利用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动；有的在电动机联轴器上装有手动制动闸，有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器，使回柱绞车可以按信号准确停位，并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响)，且可控制放绳速度，防止松绳和乱绳；电气控制装置比较简单，皆具备隔爆性能，可用于有瓦斯、煤尘的环境场所；因蜗轮蜗杆传动效率低，易造成发热和温升过高,所以必须重视润滑和维护。1.3 回柱绞车在井下回采工作面的布置方式1.3.1 回柱绞车安装在回风巷内回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程规定.如图 1-2 所示.4图 1-2 在回风巷布置回柱绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 导向轮回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回栓绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；回柱绞车可能影响回风巷人员行走和材料运输工作；钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大，容易损坏；要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固.1.3.2 回柱绞车安装在回采工作面上端回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工作面的上端相密集支柱之间如图 1-3 所示。图 1-23 在回采工作面上布置回柱绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；不影响回风巷内人员走动和材料运输工作。缺点有：每进行一次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；顶板严重冒落时可能埋住绞车，移动和检修都很困难。这种布置方式很少采用。51.3.3 回柱绞车直接安装在工作面回柱绞车直接安装在工作面的多台布置,方式如图 1-4 所示.图 1-34 在工作面上布置数台绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有：每进行次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用；顶板冒落也有可能埋住绞车，移动和检修都很困难。这种布置方式是在回柱工艺时间大大超过采煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推广使用1.4 回柱绞车结构的一般分析回柱绞车按传动机构可分为普通蜗杆蜗轮传动和圆弧面蜗杆传动：1.4.1 普通蜗杆蜗轮传动采用普通的蜗杆蜗轮传动机械效率低，具有结构结实耐用的优点，但体积重量都很大，搬运困难，不适于井下狭窄环境和经常移动的特点，故此类回柱绞车不再生产。1.4.2 圆弧面蜗杆传动现在生产的各种回柱绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为60.850.9，机器的体积和重量都相应减小。1.5 不同型号的回柱绞车的比较目前，各制造厂生产的回柱绞车主要有 JH-5、JH-8、JH-14 三种型号，现将其主要技术规格列表如下，以便作对比。表 1-1 回柱绞车主要技术规格项目 单位 型号JH-5 JH-8 JH-14最大 5750 最大 8000 最大 14000牵引力 公斤力最小 4250 最小 6765 最小 10000卷筒直径 毫米 280 300 394绳 速 米/分 10.2 5.934 8.22钢丝绳直径 毫米 16 17 22容绳量 米 80 80 80总减速比 157 181.2 170功率 千瓦 8 11 15电压 伏 380/660 380/660 380/660转速 转/分 1465 970 734外型尺寸 毫米 140353050015505306702798933900重量（包括电机）公斤 867 650 2537由上表可以看出：JH-5 型和 JH-8 型回柱绞车具有体积小、重量轻、挪移和安设方便的特点。但缺点是容绳量和牵引力较小。JH-14 型回柱绞车体积和重量都较大，但容绳量和牵引力都比 JH-5 和 JH-8 型大。煤矿回采工作面所用支柱以前多为木支柱，回柱时所需牵引力较大；现在7支柱常用金属支柱和液压单体支柱，回柱时的牵引力比以前有所减小。故而目前煤矿用 JH-5 和 JH-8 型的多一些。1.6 国内外回柱绞车发展现状国外矿用小绞车的种类、规格较多.工作机构有单筒、双筒和摩擦式.传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准。从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。从原动力上分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风动的。我国矿用小绞车在寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在 5 年以上，我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到 5 年，噪音也较大。虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。纵观国内外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。向标准化系列化方向发展； 向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展； 向高效节能方向发展；向寿命长、低噪音方向发展；向一机多能、通用化方向发展； 向大功率方向发展；向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。我这次毕业设计就是根据煤矿的实际需要，对 JH-8 型回柱绞车进行设计。82 原始数据3 工作条件工作年限:10 年（每年按 300 天计） ；工作班制：两班；机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车;工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作,绳筒转向定期变换;9运动要求:绞车绳筒转速误差不超过 8%;工作能力:储备余量 10%。4 方案的初步拟定JH-8 型回柱绞车要求结构紧凑、体积较小（适合井下巷道狭长的工作环境）、重量较轻（可经常移动）载荷平稳、仅受轻微冲击。本绞车是由防爆电动机、弹性联轴节、蜗轮蜗杆减速器、过桥齿轮、卷筒、底座等部件组成。根据所给的设计数据、结构要求、机械的工艺性能和总传动比等条件，经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较,初步选定本回柱绞车机械传动系统的类型，并拟定从动力机到工作机构之间机械传动系统的设计方案和总体布局。其传动结构图如下图 4-1 所示:图 4-1 JH-8 型回柱绞车的传动结构图1、电动机 2、联轴器 3、蜗轮蜗杆减速器 4、小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7、滚筒4.1 各部件的结构及其特征电动机:绞车采用专用防爆电动机、电动机为 F 级绝缘。减速机构:减速器采用一级圆弧蜗轮和一级齿轮传动。在蜗轮传动机构中蜗杆左端装有调节环和紧定螺钉等零件，右端装有轴承盖，挡盖等零件，用来调节蜗轮轴向位置和轴承轴向间隙。JH-8 型在挡盖右侧蜗轮轴上装有内齿离10合器，与内齿离合器相啮合的徘徊齿轮，与蜗轮轴滑动配合，操纵手柄，拨叉拨动滑移齿轮沿蜗轮轴左右滑动，达到与内齿离合器离合的目的。蜗轮箱体由箱盖、箱底上下两部分合成，右侧下部有放油孔。过桥齿轮部件:过桥齿轮是为了适应绞车结构上的需要（加大卷筒轴和蜗轮轴的中心距）而设置的，心轴固定在箱体中部。过桥齿轮轴心钻油孔，外端加油塞，组成挤压式油杯。卷筒部件:卷筒部件主要由主轴、卷筒、大齿轮、轴承座等组成。大齿轮固定在卷筒上，卷筒安装在卷筒主轴上的两个滚动轴承上。主轴两端用轴承支座和齿轮箱壁支承。卷筒上设有穿绳孔，将绳头穿入后用绳卡和螺钉紧固。底座:底座是用槽钢及钢板焊接，呈长条形，雪橇状。卷筒部件、蜗轮减速机部件、电动机等部件，自左至右分别装在底座上形成一个整体。底座上焊有钢环，以便绞车在井下安装、固定及移动、拖运之用。4. 传动结构的特点图 4-2 传动结构的特点电动机与减速器的蜗杆直接相联，电机的输出轴与减速器的输入轴在同一轴线上，这种直线联接方式不仅结构最简单，而且传动效率最高。减速器传动：由于本回柱绞车的总减速比较大，为 i=181，因此采用动力蜗杆减速器。动力蜗杆传动的最大特点是：传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于本回柱绞车，要求卷筒能够自锁，即卷筒的正反转11只能由电动机的正反转来控制；当电源切断时绞车要马上停止工作，而卷筒本身不能自由转动，以免发生事故。而此时蜗轮蜗杆传动就能起到这个作用：因为若取蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角，则当蜗轮主动时，机构自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。因此，采用蜗轮蜗杆减速器，就能保证卷筒的自锁性。这就是本回柱绞车设计采用蜗杆减速器的一个重要原因。但是，采用蜗杆减速器也有缺点，就是传动效率低，这点应在具体的蜗杆减速器设计中充分重视，并设法提高。采用圆弧齿圆柱蜗杆，就是提高效率的一种措施，这是一种新型的传动装置。它与普通的蜗杆传动相比，其不同在于具有良好的润滑条件，使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦，从而降低摩擦系数，减轻磨损，提高了承载能力和效率。因此，它具有承载能力大，使用寿命长，效率高（高 10-15%）等优点。齿轮传动:选择齿轮传动，是由于齿轮传动具有工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数，传动效率高，结构紧凑，功率和速度适用范围广等优点。因斜齿轮传动时会产生轴向力，对传动不利。若采用人字齿轮，虽可使齿轮轴向力自行抵消，但人字齿轮制造比较困难，所以选择直齿轮传动。从结构上看：如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合，由于传动比大，会造成两齿轮大小相差过甚，大齿轮太大以至于不好安装和制造，而且外形尺寸也会太大。另外，蜗轮轴上的小齿轮也不能太小，因为根据强度要求限制了轴径，从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。否则，会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都较大，让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合，受尺寸限制，不容易做到。基于以上原因，决定增加一个中间轴.轴上安装一个过桥齿轮。这样，既可以得到合适的传动比，又可以令整体布局合理。现代生产的发展，无论在承载能力、工作可靠稳定方面，还是在结构尺寸12和重量方面，对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求，我决定设计三个变位齿轮，作为改善齿轮传动质量的有效方法。5 总体设计5.1 电动机的选择5.1.1 电动机类型的选择根据动力源和工作条件：通常生产场所所用的都是三相交流电源，所以采用交流电动机；由于回柱绞车主要用于井下回收支柱用,为防止瓦斯、粉尘等有害气体引起爆炸,所以电动机需要选用矿用防爆电机；鉴于防爆电机安全可靠、经济合理、维护方便的选用原则，为此我选择 Y 系列三相异步防爆电机。5.1.2 电动机功率的选择卷筒所需要的有效功率为：= = kw =8.13 kw;WPwFv10102.8其中, 为绳筒轴的输出效率，取为 1.电动机输出功率为： = /dPW查1表 2-2 得从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率：柱销联轴器效率 =0.99；蜗轮蜗杆减速器传动效率 =0.8；滚动轴承传动效率12=0.99；圆柱齿轮传动效率 =0.98。3 4则总传动效率= =0.990.8 =0.74； = / = /1232439.028.dPW13.8kw=10.89 kw；取电动机的额定功率为 11 kw。74.0135.1.3 电动机转速的选择由于是在井下工作，需要考虑其安全可靠，所以选用 YB160 系列防爆三相异步电动机，其额定转速为 970 r/min.5.1.4 电动机型号的确定根据电动机功率和同步转速，查2选择电动机型号为 YB160-6 型三相异步防爆电动机，查2表 16-1-89 知电动机的机座中心高为 160 mm，外伸轴颈为 42 mm，外伸轴长度为 110 mm。5.2 计算传动装置总传动比和分配传动比5.2.1 传动装置总传动比i= = =187.6 ；其中 为电动机的满载转速 =910 r/min.算得的wmn85.4910mnmn传动比与已知的总传动比 i=181 相差不大，故所选择的电动机型号合适。5.2.2 分配各级传动比根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上，并要求各级传动结构紧凑，承载能力高，工作可靠，制造经济和效率高.各级传动比的连乘积应等于总传动比，即 i=i .i .i 式中，i 、i 、i 分别为各级传动123123的传动比。根据 i =157.并参考现有同类回柱绞车，确定各传动的传动比为：总蜗轮蜗杆传动比：i =29.921第一对齿轮传动比：i =1.732第二对齿轮传动比：i =3.53总传动比 i=i .i .i =29.92 1.73 3.5=181.17 181.125.2.3 计算机械传动系统的性能参数14机械传动系统的性能参数包括各级传动的转速、功率、扭矩等。这是机械传动系统方案优劣的重要指标，也是各级传动强度设计的依据。计算各轴转速： n =970r/min电n = n =970r/min杆 电n = =970 =32.42r/min 1i杆 29.n = =32.42 =18.74r/min 2i .731n = =18.74 =5.35r/min 3i .5计算各轴功率 ：P =11kw电P = P =11 0.99=10.89kw杆 电 1P = P =10.89 0.8 0.99=8.62kw 杆 23P = P =8.62 0.99 0.98=8.36kw 4P = P =8.36 0.99 0.98=8.11kw 3计算各轴扭矩：T =9550 =9550 =108.30 Nm电 电电n9701T =9550 =9550 =107.22 Nm 杆 杆杆P8.T =9550 =9550 =2539.20 Nm n42.3615T =9550 =9550 =4260.30 Nm nP74.1836T =9550 =9550 =14476.73 Nm 5.表 5-3 计算机械传动系统的性能参数轴 功率P（kw）转速n(r/min)转矩T（Nm）电机轴蜗杆轴轴轴轴1110.898.628.368.1197097032.4218.745.35108.30107.222539.204260.3014476.73166 蜗轮蜗杆传动件设计6.1 选择蜗杆传动类型根据 GB/T100951988 的推荐,采用圆弧面蜗杆(ZI)6.2 选择材料根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度是慢速,故蜗杆用45 钢,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为 45-55HRC.蜗轮用铸锡磷青铜 ZcuSn10P1（铸锡磷青铜 ZcuSn10P1 主要用于重要的减磨零件，如轴承、轴套、蜗轮、摩擦轮、机床丝杠螺母等）,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,轮芯用灰铸铁 HT100 铸造.6.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则,先按齿面接触疲劳强度设计,再校核齿根弯曲疲劳强度. 23()EHZaKT确定作用在蜗轮上的转矩:由前面计算可知 T=2539200Nmm;确定载荷系数 K:因工作较稳定,故取载荷分布不均有系数 ;由表 11-5 选取使用系数1K;于转速不高,冲击不大,可取动载系数 ,则 K= 1.5AK .05V=1.151.051=1.21v确定弹性影响系数 :EZ因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故 1/260EZMPa17确定接触系数 :Z先假设蜗杆分度圆直径 和传动中心距 的比值 ,从中查得1da1/0.35da2.9Z确定许用接触应力 :H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZcuSn10P1,金属模铸造,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可得蜗轮得基本许用应力 268HMPa应力循环次数 N=60j =60132.4228000=5.52nhL710寿命系数 = =0.808HNK87105.则 = =0.808268=216.5MPaHN计算中心距a =241.723 5.16902591. 取中心距 a=150mm,根据传动比，从手册中取模数 m=6,蜗杆分度圆直径=60mm.这时 /a=0.40,可得接触系数 =2.78, 因为 ,因此以上计算1d1dZZ结果可用.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距 =3.14m=3.146=18.84mm 径系数 ;齿顶圆直径aP10qm;分度圆导程角 ;蜗杆轴向齿厚196adm05.7= 3.14m= 3.146=9.42mmS21蜗轮18蜗轮齿数 ;变位系数 =0240Z2x蜗轮分度圆直径 =m =640=240mmdz蜗轮喉圆直径 = +2 =240+28=256 mm2a2ah蜗轮齿根圆直径 = -2 =240-21.6=236.8 mmff蜗轮咽喉母圆半径 =a- =150- 256=22mm2grad216.5 校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度 21.53FFaFKTYdm当量齿数 20334.2cos5.7vz根据 , ,从中可查得齿形系数240.vz2x 2.FaY螺旋角系数 005.71.9341Y许用弯曲应力 = FFNK从中可得由 ZcuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 56FMPa寿命系数: = =0.64FNK976105.所以 = =35.88MPa= 2.430.9593=12.4F624039.51 F弯曲强度满足要求。197 齿轮的传动设计本设计的齿轮传动是由三个直齿圆柱齿轮来完成的。即小齿轮、中间桥齿、和大齿轮。小齿轮安装在蜗杆轴上，中间齿轮和大齿轮安装在中间轴和卷筒上。通过这三个齿轮，将运动传递到卷筒上。7.1 齿轮模数的确定20由式 10-13 计算应力循环次数：=60j 其中： =2830010=48000;1N1nhLh应力循环次数 N：小齿轮为主动轮，每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间桥齿轮每侧齿面啮合一次。因此，弯曲应力按对称循环变化。故=60j =60132.42(2830010)=9.3 ；11nhL 710= / =9.3 /1.73=5.4 ；2N2i70710= / =5.4 /3.5=1.54 ；33弯曲寿命系数： ； ； ；.1NY.2N.3NY尺寸系数： = =0.98； =0.9；X23X计算许用弯曲疲劳应力 ：F= = =588MPa； 1FFXNSY1lim98.06= = =637MPa；2FFX2li .5= = =496MPa；3FFXNSY3lim19.04验算弯曲疲劳应力：= =485MPabdTKSaFF112 75.0162.78952304. 1= =526MPa1212SaFFY左 5.16.482F21= =459MPambdYTKSaFF22右 69.05712.613045. 2F= =422MPa 2323SaFF右 7.293F经计算可知：大小齿轮均满足弯曲疲劳强度要求。 7.3 齿轮结构设计齿轮结构形式主要由毛坯材料、几何尺寸、加工工艺、生产批量、经济等因素确定。具体来说，小齿轮尺寸较小，按理应做成齿轮轴（轴与齿轮为一整体）结构，但这样则给安装带来了困难（蜗轮轴不好安装） 。故而采用腹极式结构，通过键与蜗轮轴联结；中间齿轮由于结构需要也与轴是键联结；大齿轮其分度圆直径 =482mm400mm，尺寸较大。采用腹极式带孔结构，既是结构需要，3d也是为了节省材料。三个齿轮的结构尺寸按机械手册或经验公式确定，这里从略。具体结构、尺寸看图纸7.4 齿轮结构的润滑闭式齿轮传动的润滑大部分要求润滑油有较高的粘度和较好的油性.润滑油的粘度可以根据齿轮的材料和圆周速度来选择润滑油.蜗杆传动传动齿面间的滑动速度大,传动效率低,发热大,因此润滑对于蜗杆传动来说更为重要由于是蜗杆-齿轮减速器,综合考虑采用油池润滑方式.在多级减速器中,应尽量使各级传动浸入油深度近于相等.一般齿顶圆到油池地面的距离不应小于 3050mm,以免太浅时激起沉于积在箱底的油泥.根据齿轮及蜗杆传动的粘度平均值,选用HJ-50 号机械油进行润滑.228 蜗轮齿轮轴设计8.1 轴的材料选择选用 45 号钢,调质.8.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力已知: , , ,小齿轮分度圆直kwP62.81min/42.31rnNmT253901径 。md7作用在蜗轮上的力:Ft3501Na268r91作用在小齿轮上的力:dTFt650721Ntr394an218.5 初步估算轴的最小直径取材料为 45 号钢,调质.取 ,于是得60AmnPAd510min中间轴开有两个键槽，所以： ；md60%)1(mini1有最小直径处安装轴承,所以取轴径为 60mm.,所以选取 7212c 型角接触球轴承, , ,d601D10B28.4 结构设计 轴承需要用轴肩来轴向定位,故取 .因为此轴段是用来固定蜗 1 md802轮,蜗轮宽为 90mm,所以此段轴长度应略短蜗轮宽度一些,取 .ml8223在安装蜗轮的右端安装另一个轴承对蜗轮轴向定位,所以取轴径为 2， ;md753l312在蜗轮轴上蜗轮的右侧装有内齿轮,其内孔直径为 74mm,取 , 3 md74由于滑移齿轮在轴上能来回移动,且要保证与蜗轮箱的间距,取 l64小齿轮制成滑动齿轮,所以此段轴长为 4 ml1785轴承应距箱体一段距离,取 .齿轮需距箱体一段距离 ,取 ,所 5 8s 1a以取 ； ml31轴上零件周向定位固定蜗轮采用平键联接,由 ,查手册取 6 d802,键长为 80mm.254bh轴端倒角为 ,各轴肩处的倒角见图纸.0258.5 求轴上的载荷根据轴的结构图作出轴的计算简图.在确定轴承的支点位置时,先从手册中查出 值.因此作为简支梁的支承跨距为 406mm.根据轴的计算简图作出轴的弯a距图和扭距图.下面所示为中间轴的水平面弯距图,垂直面弯距图,合成弯距图以及扭距图现将计算结果列出:水平支反力: 12348NHF2097NHF垂直支反力: 09V 14V水平弯距: 167NMm23NMm垂直弯距: 1.5V左 15698.V右248左 2740右合成弯距: 6901左 31右375Nm2左 98Nm2右24FrFtDFtFtarFr RByraCFtRAy RAxRAy xRByRBxZXYoc.垂 直 面 受 力 (kg)b.水 平 面 受 力 （ kg）a.受 力 简 图g.扭 矩 图 （ kgm）f.合 成 弯 矩 图 （ kgm）e.垂 直 面 弯 矩 （ kgm）d.水 平 面 弯 矩 （ kgm）x8.6 按弯扭合成应力校核轴的强度由手册查得 ,轴的计算应力0.622().18cdCMTPaW右22().6dDM左25前面选定轴的材料为 45 号钢,调质处理,其 ,故安全.160MPa9 中间轴设计中间轴不是为了适应绞车结构上的需要设计的，而是为了加大滚筒与蜗轮轴的中心距而设计的。中间轴固定在底盘左侧箱中部，轴上有一过桥齿轮，齿轮有 40Cr 合金钢制成，齿面硬度为 HRC5055。齿轮孔内镶有铜套，轴心部挖空，加一个旋盖（压油盖） ，组成挤压式油杯。已知，中间轴的传递功率 P=8.36KW，转速 N=18.74rpm,转矩 T=4260Nmm9.1 选材中间轴受力情况简单，且不是重要的轴，选 45 钢就可以了。 #9.2 基本轴径估算估算公式: d 中 是与材料有关的系数0A3np0查表得 =112，0d =112 =1120.846mm=94.77 mm 03np318746.取 d=95mm9.3 轴上零件布置轴外面套有轴套，中间齿轮再固联在轴套上，用螺钉将二者联接。因中间轴不转，无须轴承支撑。轴左端与支承架 。配 合109.4 轴的结构设计根据基本轴颈 d=95mm,取中间轴的最小轴径为 100mm。考虑轴的固定方式是一端固定在支架上，一端固定在齿轮罩板上，故而轴左端设一个凸肩，直径136 mm，使之卡住支承架。轴总长 145mm 凸肩长度为 10mm直径为 100mm 的轴面上装有轴套，因二者有相对运动，选间隙配合，取轴的26公差为 f .中间轴一部分中空作为螺孔，便于压油盖拧入。7运动时，通过小齿轮与中间轮啮合，带动轴套也随之转动。但中间轴不能转动。将凸台铣去一块就是为了防止中间轴与轴套之间由于某种原因而造成轴套带动轴转动。由于轴套是运动的，需一套润滑机构使轴套转动灵活；故在轴上开有油槽孔，轴套内孔圆周上也均布有油槽。加油时，将压油盖拧开，向螺孔中加入黄油，加满后，拧紧压油油盖。轴套内的三条油槽用来输送和分布润滑油，油槽长度应小于轴套宽度。随着轴套的转动发热，黄油逐渐变稀，从轴上的油孔中渗出，随轴套一起转动。这样就将润滑油分布在轴套与中间轴的接触面上，起保护中间轴和润滑的作用，相当于一滑动轴承。轴与齿轮不直接接触，通过轴套联接。因而齿轮上的力不直接做用于轴上，中间轴的受力情况很简单，只受重力和支持力这两个力而平衡。对这种情况，轴的直径足够大，不需强度校核。2710 滚筒及主轴的设计计算10.1 滚筒的设计10.1.1 滚筒材料及壁厚的确定选用 A3 钢作为滚筒材料，焊接而成。A3 钢塑性较好，有一定的强度，焊接性能也好，通常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等用作桥梁建筑等钢结构。查手册知其厚度在 20-40mm 之间，根据经验确定滚筒壁厚 =22mm 10.1.2 滚筒尺寸的确定已知滚筒的尺寸:滚筒直径 D=300mm;钢绳直径 d=17mm；最大缠绕层数 n=6；最大容绳量 L=80m确定滚筒的宽度 B由公式 可以算出每层的缠绕圈数)1(20dknDLZ即 = =11.03)(20dn 8.017)6(3064.8取 Z=12，所以滚筒的宽度为 = =229.2mm230mm1kZdB9.72确定绳筒各直径:确定最小缠绕直径 : = =300+17=317mmminDind0其中： -滚筒的最小外径;d-钢丝绳直径;0滚筒最大缠绕直径 ：max= =300+17+2（6-1）170.8=453mmmaxD20)1(dkn