機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絞車的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、I 摘要 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絞車（液壓絞車）是利用液壓馬達(dá)直接或通過減速箱來拖動(dòng)滾筒的一種新 型絞車。 液壓絞車廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械以及海洋船舶、海洋石油等領(lǐng) 域，大噸位、高性能液壓絞車是海洋石油生產(chǎn)用于野外和港口、碼頭進(jìn)行重載設(shè)備的水 平拖拉作業(yè)和海上船舶定位的關(guān)鍵設(shè)備。 本論文主要是闡述煤礦用的普通液壓提升絞車，其基本原理及其設(shè)計(jì)方法也同樣適用 于煤礦用的其它液壓絞車及建筑和船舶等使用的液壓絞車。本論文主要包括液壓絞車的 液壓執(zhí)行件、 鋼絲繩的選擇，卷筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算以及減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算。而且對渦輪、 蝸桿、渦輪軸、蝸桿軸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算，對主要的軸承和鍵的主參數(shù)進(jìn)行了選擇和校 核

2、。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 液壓絞車；減速器；渦輪；軸承 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 II Abstract Motor-driven winch( Hydraulic winch )is to use hydraulic motors directly or through the slowdown me to drag a new winch drum Motor-driven winch is widely used in the areas of construction machinery, mining,machinery, building, machinery as w

3、ell as marine ships and oil exploitation.Hydrostatic winch of high tons and performance is a key equipment in horizontaltrailing, operation for heavy equipment of sea oil industry in open field, sea port and harbor and for ship positioning, on the sea. This paper is mainly explained by the general c

4、oal mine hydraulic hoist, and the basic principles and design methods are equally applicable to the use of coal and other hydraulic winch and ship construction, such as the use of hydraulic winch. This paper, including hydraulic winch the implementation of hydraulic, the choice of wire rope, reel an

5、d the design and calculation of the design and calculation reducer. Main parameter calculation, selection of the main bearings and keys. Keywords Hydraulic winch Reducer Turbine Bearing I 目目 錄錄 1 緒論.1 1.1 簡介1 1.1.1 絞車概述1 1.1.2 絞車功能與結(jié)構(gòu)1 1.1.3 絞車分類方法2 1.1.4 絞車應(yīng)用6 1.2 液壓絞車的用途、工作原理和類型.8 1.2.1 液壓絞車的用途和工作

6、原理8 1.2.2 液壓絞車的具體分類8 2 液壓執(zhí)行件、鋼絲繩和卷筒設(shè)計(jì)與計(jì)算.10 2.1 液壓執(zhí)行件的選擇.10 2.1.1 液壓泵10 2.1.2 液壓馬達(dá)10 2.1.3 液壓馬達(dá)的選擇與計(jì)算11 2.2 鋼絲繩的選取和使用11 2.2.1 鋼絲繩的選取11 2.2.2 鋼絲繩的使用12 2.2.3 鋼絲繩在卷筒上的固定.12 2.3 卷筒設(shè)計(jì)與計(jì)算.13 2.3.1 卷筒結(jié)構(gòu)及常用材料13 2.3.2 卷筒容繩尺寸參數(shù)13 3 減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算.16 3.1 減速器設(shè)計(jì)概述16 3.2 蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn).18 3.3 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸19 3.4 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能

7、力計(jì)算21 3.5 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑和熱平衡計(jì)算25 3.6 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)27 3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)和計(jì)算27 3.8 蝸桿軸計(jì)算與校核31 3.9 蝸輪軸的計(jì)算和校核35 4 軸承的選擇.41 4.1 軸承的選擇因素41 II 4.2 軸承的型號確定42 4.2.1 蝸桿軸軸承的選擇42 4.2.2 蝸輪軸軸承的選擇42 4.3 軸承校驗(yàn)42 4.3.1 圓錐滾子軸承效驗(yàn)42 4.3.2 推力調(diào)心滾子軸承效驗(yàn)45 5 鍵的設(shè)計(jì)與選擇48 5.1 鍵的選擇48 5.1.1 平鍵聯(lián)結(jié)48 5.1.2 平鍵聯(lián)結(jié)的計(jì)算48 5.2 蝸輪上鍵的選擇和強(qiáng)度校核48 6 箱體的設(shè)計(jì).50

8、 結(jié) 論.51 致謝.52 參 考 文 獻(xiàn).53 附錄.54 1 1 緒論 1.1 簡介 1.1.1 絞車概述 在人類歷史上，絞盤(windlass)是第一種用于拖曳提升重物的機(jī)器，它可使一個(gè)人搬 運(yùn)遠(yuǎn)重于自己許多倍的重物。絞盤采用一種軸和輪的形式，由用垂直框架支撐的滾筒組 成，人通過用手搖動(dòng)曲柄，使絞盤滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)(見圖 1-1)。 今天被廣泛應(yīng)用的絞車(或稱卷揚(yáng)機(jī))是絞盤的另一種形式，它泛指具有一個(gè)或幾個(gè) 上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒，用來提升或拖曳重載荷的動(dòng)力機(jī)械。圖 1-2 所示為一 種簡易的手動(dòng)提升絞車;該絞車用手驅(qū)動(dòng)，靠齒輪傳動(dòng)的速比增扭，配有防止卷筒反轉(zhuǎn)的 棘輪機(jī)構(gòu)和制動(dòng)用的

9、帶閘。 圖 1-1 絞盤簡圖 1.1.2 絞車功能與結(jié)構(gòu) 絞車設(shè)計(jì)采用滾筒盤絞或夾鉗拉拔纜繩方式來水平或垂直拖曳、提升、下放負(fù)載， 絞車一般包括驅(qū)動(dòng)部分、工作裝置、輔助裝置等幾部分。 圖 1-2 手動(dòng)提升絞車 2 1.驅(qū)動(dòng)部分:用于驅(qū)動(dòng)絞車工作裝置盤絞、釋放纜繩，包含動(dòng)力及傳動(dòng)裝置與控制裝 置。絞車可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式，包括電動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、液 壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)等等。無論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，在絞車的驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)中都應(yīng)包含以 下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則: 無級均勻變速，調(diào)速范圍寬廣; 在有負(fù)載情況下，良好的啟動(dòng)特性和低速特性，總效率高; 雙向旋轉(zhuǎn)，并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向 維護(hù)保養(yǎng)相對容易，對周

10、圍工作環(huán)境不敏感， 制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠; 設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，安裝布置容易，重量輕; 在有負(fù)載情況下，能長時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 對于小型絞車為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，絞車驅(qū)動(dòng)部分一般與絞車工作裝置聯(lián)接在-起， 直接驅(qū)動(dòng)工作裝置;對于大型絞車或應(yīng)用現(xiàn)場空間相對狹小的絞車，絞車驅(qū)動(dòng)部分與絞車 工作裝置可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立放置，兩者間通過液壓管線、氣動(dòng)管線或電纜管線相聯(lián)系，絞 車的布置和操縱均很方便。 2工作裝置:在驅(qū)動(dòng)部分作用下，通過滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線拉拔等方式拖動(dòng)或釋放 纜繩以完成對負(fù)載的收放控制，并含有對纜繩的容繩和排纜裝置。 3.輔助裝置:輔助工作裝置完成拖曳作業(yè)，包含滑輪組、導(dǎo)向裝置以及

11、速度測量，長 度距離測量，張力測量等裝置部分;絞車可以使用鋼絲繩，尼龍纜繩等多種材質(zhì)纜繩。 1.1.3 絞車分類方法 按絞車驅(qū)動(dòng)方式分類，絞車可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、氣動(dòng)絞車、 液壓絞車等幾大類。 1.機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車 驅(qū)動(dòng)部件間的固定幾何位置關(guān)系決定著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局，布局的變化少; 傳動(dòng)系體積尺寸大，總重量重; 安裝布置復(fù)雜，經(jīng)常需要精密加工的平面和精密的部件定位; 難以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級變速； 原動(dòng)機(jī)的位置是不可變的; 在有負(fù)載的情況下，難以取得平穩(wěn)的反轉(zhuǎn); 通過采用液力偶合器，可以在堵轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生最大扭矩。 2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車 在小型和低端絞車產(chǎn)品上采用常規(guī)定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，能實(shí)

12、現(xiàn)單速仁或 雙速)和雙向旋轉(zhuǎn)功能，系統(tǒng)簡單，但不能低速啟動(dòng)和平滑變速; 采用可控硅整流直流調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)無級變速，發(fā)展歷史悠久，可在低速段提 3 供短時(shí)的額定扭矩仁或堵轉(zhuǎn)扭矩)。但是，若無獨(dú)立冷卻系統(tǒng)和專用設(shè)計(jì)，直流調(diào)速方式 不能長時(shí)間用于堵轉(zhuǎn)工況; 采用交流變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)從零到最大速度的無級變速，可以在低速或堵轉(zhuǎn) 工況下提供 100%額定扭矩，調(diào)速平穩(wěn); 設(shè)備復(fù)雜，維修、保養(yǎng)人員的技術(shù)水平要求較高。 3.氣動(dòng)絞車 需要配置壓縮空氣站; 氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，氣動(dòng)馬達(dá)外形尺寸較大，氣動(dòng)系統(tǒng)總體重量較重; 對環(huán)境條件敏感和在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結(jié)在氣動(dòng)管路和 部件里; 噪音大則需要

13、噪音消音器。 4.液壓絞車 液壓絞車是將液壓基礎(chǔ)元部件進(jìn)行新的組合，并與電控絞車的機(jī)械部分相結(jié)合，產(chǎn) 生 的一種新型的提升機(jī)械。這種新型的液壓絞車比傳統(tǒng)的電控絞車在某些方面有比較突出 的優(yōu)點(diǎn)，因而得到迅速發(fā)展，法國斯蒂芳諾伊斯(公司制造了電機(jī)功率為 110kw，最大靜 張力為 50kN，繩速為 18ms 的液壓絞車。瑞典阿利麥克(A1imak)公司制造了 HP 型， 最大靜張力為 100kw 的液壓絞車。西班牙泰因姆(TAIMTF)公司也生產(chǎn)單雙滾筒防爆液 壓提升機(jī)和摩擦輪式防爆液壓無極絞車。 國外在 50 年代中期，新型的軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)系列產(chǎn)品紛紛問世， 后來研制出液壓絞車，

14、在輪船上和建筑機(jī)械上使用。大約在 60 年代中期，研制出防爆液 壓絞車在煤礦井下使用。近 20 年來液壓絞車發(fā)展很快，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的煤礦現(xiàn)在已廣 泛使用液壓絞車。從小到大，從單繩到多繩，從有極繩到無極繩，從纏繞式到摩擦式， 各種規(guī)格品種比較齊全。 英園是研制液壓絞車較早的國家之一，60 年代就有礦用液壓絞車問世。尼德漢姆兄 弟和布朗有限公司(Needham Br。sBrown LTD)研制了“c”系列本機(jī)或無線電遙控的液 壓絞車，功率從 75250kw 共有 20 種規(guī)格。該公司制造的 250kw 用低速大扭矩液壓馬 達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的液壓絞車使用在南約克夏的礦井。這種絞車的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)很有特色，

15、結(jié) 構(gòu)很緊湊，井下運(yùn)輸很方便。其型號為 u209002150、I1309003150、H209002165、H309004304700，電機(jī)功 率為 15kW 或 223kW。采用滾輪傳力式液壓馬達(dá)和斜盤式雙缸變量軸向往塞泵，具有恒 功率控制裝置，工作介質(zhì)可用 6040 號阻燃液(含 60乳化油和 40水的油包水型)。 日本三井三池制作所在 1965 年制造出第一臺(tái)防爆液壓絞車，以后反復(fù)進(jìn)行了多種設(shè) 計(jì)和改進(jìn)現(xiàn)在生產(chǎn) 40、75、160、250kw 等 4 種型號的防爆液壓絞車，其滾筒直徑分別 為 4900、41200、42000、42100mm，具有手動(dòng)、半自動(dòng)兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式，可用來提升貨物和

16、 4 人員。三井三池制作所對絞車采用液壓控制方式與電動(dòng)控制方式進(jìn)行了比較，他們認(rèn)為 液壓控制方式能任意選擇所需的速度，操作簡單，能任意調(diào)整加、減速度，易于設(shè)計(jì)防 爆結(jié)構(gòu)，保養(yǎng)維護(hù)容易，但運(yùn)轉(zhuǎn)噪音較大。電動(dòng)控制方式與液壓控制方式相比噪音較小， 可制造大型提升設(shè)備，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，保養(yǎng)維修麻煩。 南非東特南斯菲爾的新博斯古斯普魯易特煤礦的副井裝有一臺(tái)大型多繩摩擦輪式液 壓提升機(jī)，采用四臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有效載荷達(dá) 35T，特大型的罐籠可同時(shí)容納 200 人可整體向井下運(yùn)送大型機(jī)械設(shè)備。它是目前世界上提升重量最大的液壓提升機(jī)。 捷克斯格伐克研制了小型液壓傳動(dòng)的雙繩和四繩摩銀輪式提升機(jī)，用于煤礦開下

17、立 井的罐籠提升。 除上述各國將液壓絞車用作提升絞車外，蘇聯(lián)、波蘭、英國、聯(lián)邦德國和日本等國 家，近幾年均研制和采用液壓安全絞車作為傾斜煤層采煤中采煤機(jī)的安全防滑、同步輔 助牽引設(shè)備。這些液壓安全絞車的液壓系統(tǒng)有開式和閉式的，采用開式液壓系統(tǒng)的有英 國的 PIE 型，波蘭的 BH3 型安全絞車，采用閉式液壓系統(tǒng)的有英國的 AB25 型，蘇聯(lián) 的 Ix 型和日本的順 D 型液壓安全絞車。聯(lián)邦德國、英園、蘇聯(lián)等國家還廣泛采用液壓無 極絞車牽引井下輔助運(yùn)輸用的卡軌車和單軌吊。在聯(lián)邦德國這種鋼絲繩牽引方式約占煤 礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備的 70，使用總臺(tái)數(shù)約 1500 臺(tái)左右。其最大功率達(dá) 330kw，最大

18、單 繩牽引力達(dá) 91kN。 我國煤礦井下防爆液壓絞車的研制和應(yīng)用比歐美、日本大約晚了 10 多年，國內(nèi)防爆 液壓絞車研制工作是為了滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要而開展起來的。按照我國煤礦安全 規(guī)程的規(guī)定，在煤與沼氣突出礦井井下和沼氣礦井采區(qū)中，都要使用礦用防爆型電氣 設(shè)備。但國內(nèi)在 1980 年以前還沒有 412m 以上的防爆提升絞車產(chǎn)品供煤礦使用，所以 過去煤礦井下使用的 412m 以上的絞車基本上都是非防爆型，違反煤礦安全規(guī)程的規(guī)定， 嚴(yán)重危害煤礦安全生產(chǎn)。有的煤礦曾由于在井下使用非防爆的電絞車引起過重大瓦斯爆 炸事故，因此井下絞車防爆是煤礦安全生產(chǎn)急待解決的一個(gè)重大問題。近幾年來國內(nèi)一 些單位正

19、在采用不同的技術(shù)途徑研制防爆提升絞車。 從 1977 年開始，由湖南省煤炭工業(yè)局液壓絞車研制組、湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖 南省煤礦專用機(jī)械廠共同研制 KDYT120 o1 型(后定名為 DYT1*2 型)防提液壓絞 車于 1981 年 3 月經(jīng)鑒定定型，轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。出于全國重點(diǎn)煤礦井下需用 416m 絞 車較多，為了滿足全國沼氣礦井的急需，從 1981 年末開始，由湖南省煤炭科學(xué)研究所和 湖南省煤礦專用機(jī)械廠共同承擔(dān)了煤炭部下達(dá)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目“BYT16 型防爆液壓絞 車”研制任務(wù)，井隨同研制了 NJME16 型內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)，于 1984 年 11 月 通過部級鑒定定型，轉(zhuǎn)入批量

20、生產(chǎn)，推廣使用。并由此派生出用 2 臺(tái) NJME10 型液壓馬 達(dá)驅(qū)動(dòng)的 DYT16K 型防爆液壓絞車。現(xiàn)在湖南省煤炭科學(xué)研究所與湖南省煤礦專用機(jī) 械廠又研制了 BYT2 型防爆液壓提升機(jī)，在乎頂山礦務(wù)局十礦完成井下工業(yè)性試驗(yàn)，迥 過鑒定后已投入批量生產(chǎn)，以滿足全國大、中型煤礦井下需要。國內(nèi)還有其他廠家亦進(jìn) 5 行了液壓絞車的研制工作，如淮南煤礦機(jī)械廠研制了 JT1200Y 型防爆液壓絞車。它采 用高速液壓馬達(dá)通過行星減速箱驅(qū)動(dòng)滾筒，目前在淮南謝二礦使用，已通過鑒定定型。 重慶礦山機(jī)器廠也研制了 412m 防爆液壓絞車。山西機(jī)器廠正在研制 416m 防爆液壓 絞車。洛陽礦山機(jī)械研究所正在研制

21、42m，采用高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的防爆液壓提升機(jī)。 除上述煤礦井下提升用的防爆液壓絞車外，國內(nèi)有的單位還研制了其它用途的液壓 絞車。如重慶煤炭研究所、雞西煤礦機(jī)械廠和徐州煤礦機(jī)械廠共同研制了 YAJ13 型和 YAJ22 型液壓安全絞車，用于傾角大子 16。的回采工作面，防止采煤機(jī)因自重下滑而 發(fā)生跑車事故。河北煤炭研究所和石家莊煤礦機(jī)械廠共同研制了牽引 KCY6900 型卡 軌車的液壓絞車。常州科研試制中心研制了牽引 p2 型卡軌車的液壓絞車。液壓絞車的 研制和發(fā)展情況表明：液壓絞車由于采用液壓傳動(dòng)，減少了產(chǎn)生電氣火花的元柄，又由 于全部使用鼠籠型電動(dòng)機(jī)，空檔直接起動(dòng)，使電氣控制設(shè)備簡單，容易做

22、成防爆型。所 以采用液壓絞車是解決煤礦井下絞車安全防爆問題的有效途徑。同時(shí)，液壓絞車具有無 級調(diào)速，起動(dòng)、換向乎穩(wěn)，低違運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，操作簡單，體積小，重量輕，安全保護(hù)比 較齊全等優(yōu)點(diǎn)。此外，防爆液壓絞車在起動(dòng)和制動(dòng)以及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比電控絞車的效率要 高，液壓傳動(dòng)裝置比直流電氣傳動(dòng)裝置要便宜很多(約 40)。其缺點(diǎn)是液壓元件制造精 度和質(zhì)量要求較高，液壓傳動(dòng)裝置的噪音較大?？偟目磥恚辣簤航g車是一種具有良 好運(yùn)轉(zhuǎn)特性、適合沼氣礦井和有煤與沼氣突出危險(xiǎn)礦井使用的防爆絞車。它是一種很有 發(fā)展前途的煤礦機(jī)械設(shè)備，是礦用防爆絞車的主要發(fā)展方向之一 雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最大速度的無級變速控制，易于換向; 用高壓

23、溢流閥或壓力補(bǔ)償器雙向限制有效力矩; 輸出速度范圍大，負(fù)載的低速控制好，可以帶載良好啟動(dòng); 系統(tǒng)允許長時(shí)間支持負(fù)載，雙向可以限制不同力矩; 設(shè)計(jì)緊湊，布置方便，動(dòng)力傳遞系統(tǒng)總重量輕。 易于實(shí)現(xiàn)恒速、恒張力控制 二 按絞車應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類，絞車分為礦用絞車、建工卷揚(yáng)機(jī)、船用絞車、 工程機(jī)械絞車以及特殊用途用絞車等等。 三按絞車作業(yè)形式分類，絞車一般分為滾筒卷揚(yáng)絞車和線型絞車兩大類。滾筒卷 揚(yáng)絞車采用驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)方式收放纜繩和拖曳負(fù)載，并在滾筒上直接容繩;線型絞車采用 夾鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載，并在獨(dú)立配置的滾筒巨卷揚(yáng)容繩。圖 1-3 為線型絞車 示意圖。 6 圖 1-3 線型絞車示意圖

24、 1.1.4 絞車應(yīng)用 絞車廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑機(jī)械、林業(yè)、漁業(yè)、礦山機(jī)械、船舶運(yùn)輸、海洋石 油等多領(lǐng)域，可配套多種類型主機(jī)設(shè)備。 絞車具體配套的部分設(shè)備如下: 1.汽車起重機(jī)一主吊、輔吊絞車 2塔式起重機(jī)一主吊絞車 3駁船定位絞車，拉索絞車 4.鉆探船拔樁絞車 5.挖泥船懸掛和斗架絞車、抓斗絞車 6.通用船舶-錨泊絞車、起重絞車、牽引絞車 7.集裝箱船船尾裝料絞車 8.碼頭起重機(jī)一主起重卷揚(yáng)機(jī) 9.海洋石油鋪管工作船-恒張力移船.絞車、張緊器、ASR 絞車、起重吊機(jī)的負(fù) 荷絞車等等 10.運(yùn)輸鐵道車輛定位卷揚(yáng)機(jī)、索道牽引絞車 11.森林及木材加工機(jī)械-重木起吊卷揚(yáng)機(jī)、木材車、推土機(jī) 12

25、液壓配套設(shè)備液壓管線絞車、電纜及氣動(dòng)管線絞車 13.礦山和冶金行業(yè)-運(yùn)輸絞車、提升絞車 以下為中國海洋石油領(lǐng)域絞車的典型應(yīng)用實(shí)例: 1.吊機(jī)用負(fù)荷絞車 負(fù)荷絞車用于控制起重鋪管船主吊機(jī)吊鉤的穩(wěn)定，關(guān)系海上的作業(yè)安全。藍(lán)疆船的 負(fù)荷絞車采用靜液壓傳動(dòng)，有雙泵雙馬達(dá)和單泵雙馬達(dá)兩種匹配方式。液壓系統(tǒng)采用柱 塞泵和定量柱塞馬達(dá)，有手動(dòng)控制和恒張力控制兩種工作模式。在恒張力模式下，可以 根據(jù)天氣、載荷大小等因素自動(dòng)仁或手工)設(shè)定恒張力大小，用帶有設(shè)定拉力的纜繩約束 7 主吊鉤，減小晃動(dòng)幅度，使其能穩(wěn)定工作。 2.鋪管船用移船絞車 移船絞車用于鋪管船的海上作業(yè);8 臺(tái)移船絞車配合，能精確控制鋪管船的運(yùn)動(dòng)

26、和姿 態(tài)。當(dāng)船舶 4 臺(tái)絞車手動(dòng)收纜，控制鋪管船前移時(shí)，船尾 4 臺(tái)絞車恒張力放纜;移船絞車 的使用能克服風(fēng)浪對鋪管船運(yùn)動(dòng)的影響，使之能精確定位。移船絞車采用靜液壓傳動(dòng)， 采用單泵雙馬達(dá)閉式系統(tǒng)。液壓泵采用薩奧公司 20 系列手動(dòng)伺服變量泵或 90 系列電比 例伺服變量泵，液壓馬達(dá)采用川崎公司的雙速低速大扭矩馬達(dá);液壓系統(tǒng)具有恒張力功能， 用于濱海 105 船和濱海 106 船。 隨著液壓元件的不斷發(fā)展、豐富，隨著液壓控制技術(shù)和測試技術(shù)的進(jìn)步，液壓絞車 的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，功率回收、負(fù)荷傳感、恒張力等多種先進(jìn)技術(shù)已在大型絞車上廣 泛應(yīng)用。 執(zhí)行元件仁液壓馬達(dá))的使用更加多樣。一方面，大排量液壓

27、馬達(dá)實(shí)用性的增加大大 改變了許多絞車的面貌;同時(shí)，小型、低成本液壓馬達(dá)配套行星減速系統(tǒng)也顯現(xiàn)出取代大 型馬達(dá)的趨勢，能簡化或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多級開式齒輪組。 現(xiàn)有的成熟可編程序控制仁 PLC)技術(shù)和高水平的數(shù)字傳輸技術(shù)在絞車精確纏繞控制 上成功結(jié)合使用，出現(xiàn)了“層補(bǔ)償輸出”技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)絞車各層纜繩以設(shè)定的線速度 輸出設(shè)定的張力。在測量技術(shù)上，通過采用接近傳感器和光學(xué)編碼器測試?yán)|繩的線速度 和收放距離，采用安裝在絞車滑輪輪軸上的應(yīng)變儀測量纜繩的線張力，通過 PC 和 PLC 接 收以上信息并應(yīng)用電比例技術(shù)控制液壓泵、液壓馬達(dá)的排量與壓力。采用遠(yuǎn)距離無線接 收和遙控技術(shù)，操控人員可以遠(yuǎn)程操縱絞車并隨時(shí)

28、了解絞車的工作狀態(tài)和發(fā)布工作指令 z。 在傳統(tǒng)負(fù)荷絞車的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種“存儲(chǔ)絞車” ，用于大量液壓管線、電氣動(dòng)管線 等的存儲(chǔ)和動(dòng)力收放。在德國 LVIENCK 公司、荷蘭 IHC 公司和天津市精研公司生產(chǎn)的液 壓打樁錘液壓管線絞車、臍帶絞車(.電纜和氣動(dòng)管線絞車上，采用了多通道液壓回轉(zhuǎn)接 頭和電滑環(huán)技術(shù)，可以在絞車回轉(zhuǎn)收放過程中正常傳輸液、氣、電介質(zhì)，使打樁錘能在 200 米以上水深的海底正常、連續(xù)使用(圖 1-4) 圖 1-4 液壓打樁錘液壓管線絞車 1.液壓動(dòng)力站 2.支架 3.液壓馬達(dá) 4.回轉(zhuǎn)支承 5.液壓氣動(dòng)回轉(zhuǎn)接頭 6.排纜液壓缸 7.卷筒 8.糾偏 8 液壓缸 9.排纜器 10

29、.導(dǎo)向梁 ll.調(diào)心軸承座 12.導(dǎo)電滑環(huán) 1.2 液壓絞車的用途、工作原理和類型 1.2.1 液壓絞車的用途和工作原理 液壓絞車是利用液壓馬達(dá)直接或通過減速箱來拖動(dòng)滾筒的一種新型絞車。 液壓絞車的用途很廣泛 ，日前常見用于船舶、港口、建筑、礦山、冶金和林業(yè)許多 行業(yè)。 液壓提升絞車主要用于有沼氣、煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下，作為提升和下放人員、 煤、石料及運(yùn)輸材料、機(jī)械設(shè)備之用。也可供其它有易燃?xì)怏w和爆炸危險(xiǎn)，要求使用防 爆電氣設(shè)備的場所作起重運(yùn)輸用。在煤礦主要是用于采區(qū)上、下山運(yùn)輸同時(shí)也可用于 井下暗立井、暗斜井和掘進(jìn)時(shí)的提升運(yùn)輸及井下輔助運(yùn)輸。 本論文主要是闡述煤礦用的普通液壓絞車(該絞車是

30、帶式輸送機(jī)的自動(dòng)張緊裝置中的 一個(gè)主要張緊設(shè)備)，但其基本原理及其設(shè)計(jì)方法也同樣適用于煤礦用的其它液壓絞車及 建筑和船舶等使用的液壓絞車。 1.2.2 液壓絞車的具體分類 1. 按操縱方式分： (1)手動(dòng)操縱方式的液壓絞車； (2)遠(yuǎn)距離液控操縱方式的液壓絞車； (3)遠(yuǎn)距離機(jī)械操縱方式的液壓絞車； (4)自動(dòng)化或半自動(dòng)化操縱方式的液壓絞車。 2. 按滾筒數(shù)量和結(jié)構(gòu)分： (1)單滾筒纏繞式液壓絞車； (2)雙滾筒纏繞式液壓絞車； (3)摩擦輪式液壓絞車。 3.按主油泵的數(shù)量分： (1)單泵驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； (2 雙泵驅(qū)動(dòng)的液壓絞電； (3)多泵驅(qū)動(dòng)的液壓絞車。 4.按液壓馬達(dá)的數(shù)量分： (1

31、單液壓馬達(dá)拖動(dòng)的液壓絞電； (2)雙液壓馬達(dá)拖動(dòng)的液壓絞車； (3)多液壓馬達(dá)拖動(dòng)的液壓絞車。 5.按驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)的型式分： (1)低速大扭矩軸轉(zhuǎn)徑向柱塞式內(nèi)曲線液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； 9 (2)低速大扭矩徑向柱塞式內(nèi)曲線液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； (3 低速大扭矩曲軸連桿式徑向柱塞液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； (4)低速大扭矩靜力平衡式徑向往塞液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； (5)高速軸向柱塞斜盤式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞電； (6)高速軸向柱塞斜鈾式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車； (7)中速中扭矩?cái)[線輪式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓絞車。 6.按液壓泵站布置方式分： (1)泵站與絞車主體組裝在一起的液壓絞車； (2)泵

32、站與絞車主體分開裝設(shè)的液壓絞車； (3)泵站布置在隔開的調(diào)室內(nèi)的液壓絞車。 7.按液壓絞車的用途分： (1)礦山用液壓絞車(防爆型和不防爆型)； (2)建筑用液壓紋車； (3)船舶用液壓絞車； (4)冶金、林業(yè)等用液壓絞車。 10 2 液壓執(zhí)行件、鋼絲繩和卷筒設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 液壓執(zhí)行件的選擇 2.1.1 液壓泵 液壓泵按照工作原理和基本結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵、螺旋泵、柱塞泵等幾種類 型。液壓絞車的主油泵常用柱塞泵，輔助油條常用葉片泵、齒輪泵。 液壓泵按照額定工作壓力可分為低壓泵、巾壓泵、中高壓泵。液壓絞車常用工作壓 力為中高壓8-16Mfa和高壓1-32MPs。 液壓泵按照工作流量能否調(diào)

33、節(jié)，可分為定量泵和變量泵。在轉(zhuǎn)速不變的條件下，輸 出流量不可改變的液壓泵稱作定量泵，輸出流量可以改變的液壓泵作變量泵。液壓絞車 的主油泵常用變量泵，輔助油泵常用定量漿。 2.1.2 液壓馬達(dá) 液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能并連續(xù)旋轉(zhuǎn)的液壓執(zhí)行件 液壓馬達(dá)通入壓力油后，由于作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力不平衡而產(chǎn)生扭矩，并使轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)與液壓泵相似。從工作原形上看，任何液壓泵都可以作液壓馬達(dá)使用， 反之也是一樣，即液壓泵與液壓馬達(dá)有可逆件。但是有時(shí)為了更好地改善它們的性能， 往往分別采用特殊的結(jié)構(gòu)，使之不能通用。例如采用配流盤配流的液壓泵，不能作液壓 馬達(dá)使用。另外，液壓馬達(dá)與液壓泵技術(shù)要求的側(cè)重

34、點(diǎn)也有所不同，一般液壓泵要求提 高容積效率，減少泄漏，而液壓馬達(dá)則希望有較高的機(jī)械效率，以得到較大的輸出扭矩。 在實(shí)際使用時(shí)，液壓泵通常為單向旋轉(zhuǎn)，而液壓馬達(dá)多為雙向旋轉(zhuǎn)。液壓泵的工作轉(zhuǎn)速 都比較高而液壓馬達(dá)往往需要很低的轉(zhuǎn)速，這就使得它們在結(jié)構(gòu)上不得不有所區(qū)別。 液壓絞車常采用徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)和軸向柱塞式高速液壓馬達(dá)。 國產(chǎn)BYT系列防爆液壓提升絞車采用內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)。其主要 理由是： (1)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)可以直接拖動(dòng)絞車滾筒省去減速箱，使絞車結(jié)構(gòu)簡化。 (2)提升絞車的工作特點(diǎn)為滿載起動(dòng)，且最大扭矩發(fā)生在加速階段，這就對絞車用積 壓馬達(dá)的起動(dòng)特性提出

35、了一定要求。而內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)的起動(dòng)效率高，它的 起動(dòng)扭矩與其他類型的同排量的低速大扭矩液壓馬達(dá)相比是最高的，它能滿足絞車的起 動(dòng)需要。 (3)內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)為多作用式的液壓馬達(dá)，它運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特別是低速運(yùn) 11 轉(zhuǎn)穩(wěn)定，試驗(yàn)證明可以12rmin的低速度穩(wěn)定運(yùn)行，而無爬行現(xiàn)象，適合提升絞車使 用。 這種內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)在采煤機(jī)牽引部中已見使用。但液壓絞 車與采煤機(jī)相比，其液壓馬達(dá)的使用轉(zhuǎn)速高，每班運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，工作任務(wù)繁重；同時(shí)由 于液壓絞車要提升人員，故安全顯得很重要。所以要求液壓絞車的液壓馬達(dá)工作要可靠， 運(yùn)轉(zhuǎn)壽命要長，對液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)和制造工藝要求高。原有國

36、產(chǎn)的曲線徑向柱塞式低速大 扭矩液壓馬達(dá)都滿足不了液壓絞車的需要。因此，湖南省煤炭科學(xué)研究所與湖南省煤礦 專用機(jī)械廠在研制BYT系列防爆液壓絞車的同時(shí)，專門研制了NJME10、N5ME125和 N3ME16等。都進(jìn)行了一些研究和改進(jìn)，以滿足液壓絞車的需要。 2.1.3 液壓馬達(dá)的選擇與計(jì)算 （1）液壓馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 液壓馬達(dá)在工作中需克服的阻力矩有： 1）工作阻力矩,包括有效阻力矩和工作機(jī)構(gòu)工作時(shí)由機(jī)械摩擦引起的阻力矩。 w M 2) 摩擦阻力矩,指馬達(dá)自身的機(jī)械和密封摩擦阻力矩，可表示為馬達(dá)機(jī)械效率。 F M 3）慣性阻力矩,指馬達(dá)和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)部分在加速和減速過程中所產(chǎn)生的慣性力矩。 I M 液

37、壓馬達(dá)最大負(fù)載力矩為上述各值之和，及液壓馬達(dá)輸出軸上的平衡條件是： 式(2.1) 1 2 wFI P MM q M 式中 馬達(dá)進(jìn)油腔壓力； 1 p 馬達(dá)每轉(zhuǎn)排量；q (1) )液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 mt T 2 mM mt qP T =1013.5 23.14 =215N.m (2)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 按下式計(jì)算液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速（r/min）： t N =60834100=50 r/min 60 Mt t M Q N q （3）液壓馬達(dá)的選擇，由于本設(shè)計(jì)要求液壓馬達(dá)的體積小，而且負(fù)載中等，綜合液壓馬 達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩和液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 選擇擺線馬達(dá) BM3-100。 2.2 鋼絲繩的選取和使用 2.2.1 鋼絲繩

38、的選取 （一）鋼絲繩種類和構(gòu)造: 鋼絲繩由許多高強(qiáng)度鋼絲編繞而成,可單捻、亦可雙捻成形.繩芯常采用天然纖維芯 12 （NF）、合成纖維芯（SF）、金屬絲繩芯（IWR）和金屬絲股鋅（IWS）.纖維芯鋼絲繩具 有較高的撓性和彈性,纏繞時(shí)彎曲應(yīng)力較小,但不能承受橫向壓力.金屬絲鋼絲繩強(qiáng)度較高,能 承受高溫和橫向壓力,但撓性較差.建筑液壓絞車系多層纏繞,更適合選用雙捻制金屬絲芯 鋼絲繩.種類: 根據(jù)鋼絲繩繞成股和股繞成繩的相互方向可分為:順捻鋼絲繩和交捻鋼絲繩; 根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為:點(diǎn)接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩、 點(diǎn)線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩. （二）鋼絲繩直徑的選擇: 鋼絲繩

39、的安全系數(shù)計(jì)算公式 式(2.2) p gs e S nn F 其中 -整條鋼絲繩的破斷拉力(N); p S n-液壓絞車工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù); -鋼絲繩的額定拉力(N). e F 由P15 表2-4可知此處設(shè)計(jì)的液壓絞車的工作級別為A3-A5, 此處選取A3 級的. 則 由表3-95可知 最小安全系數(shù)n =4.5; 故整條鋼絲繩的破斷拉力=104.5=450000N,即鋼絲繩的最小破斷 pe SFnA 3 10 拉力為450000N,亦即為其最大工作拉力. 由公式 知 min dc s 鋼絲繩的直徑最小應(yīng)為0.085=18.03mm;45000 其中c為鋼絲繩選擇系數(shù)，參考表3-96選取

40、（P136）此處取d為20mm. 2.2.2 鋼絲繩的使用 鋼絲繩在工作時(shí)卷繞進(jìn)出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭 轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實(shí)踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)彎曲和擠壓所造成的金 屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。鋼絲繩破壞時(shí)，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷 裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達(dá)到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會(huì)造成 整根繩的破壞。在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和直徑之后，實(shí)際使用壽命的長短，在很大程 度上取決于鋼絲繩在使用中的維護(hù)和保養(yǎng)及相關(guān)機(jī)件的合理配置。 2.2.3 鋼絲繩在卷筒上的固定 (一)鋼絲繩在卷筒上的固定方式 鋼絲繩在卷筒上的固定應(yīng)保證工

41、作時(shí)安全可靠、便于檢查、裝拆及調(diào)整，且固定處 不應(yīng)使鋼絲繩過分彎折。繩端常見的固定方式有：壓板固定和楔塊固定兩類。 1、壓板和螺釘繩端固定裝置 鋼絲繩繩端從側(cè)板預(yù)留斜孔中引出至板外，通過壓板和螺釘把繩端固定。為安全起 見，壓板數(shù)目至少為兩個(gè)。這種繩端的固定方式，卷筒結(jié)構(gòu)簡單，對鑄造卷筒及鋼板焊 13 接卷筒都適用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意斜孔的角度不能太大，一般要小于45；斜孔的邊緣處應(yīng) 倒出圓角，以保證鋼絲繩平緩地纏繞在卷筒上，避免損傷鋼絲繩。斜孔的出繩方向，可 根據(jù)需要決定。 2、楔形塊固定裝置 鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取1：41：5，以滿足自鎖條件。 這種繩端的固定方式比較簡單，但

42、鋼絲繩允許的直徑不能太大。 （二）鋼絲繩固定端承載能力驗(yàn)算 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，建筑液壓絞車鋼絲繩在卷筒上的安全圈數(shù)不得小于3圈。在保留兩圈 的情況下，應(yīng)能承受1.25 倍的鋼絲繩額定拉力。 （三）鋼絲繩的出繩方向及其偏角 液壓絞車鋼絲繩的出繩方向一般為水平方向，并從卷筒下方出繩，這樣可以得到比 較小的傾翻力矩。但也可以從其他方向出繩，此時(shí)，鋼絲繩傾斜，必然要產(chǎn)生向上的分 力，使地腳螺栓的受力狀態(tài)發(fā)生變化。這種情況下，應(yīng)在使用說明中給出地腳螺栓錨固 的具體數(shù)據(jù)。 2.3 卷筒設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.3.1 卷筒結(jié)構(gòu)及常用材料 （一）卷筒結(jié)構(gòu): 按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒；（液壓絞車卷筒大多為鑄

43、造卷筒， 成本低，工藝性好）。 按照卷筒纏繞層數(shù)的不同可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒；（液壓絞車主要 使用多層纏繞的卷筒。） 按照卷筒內(nèi)部是否有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒； 按照結(jié)構(gòu)的整體性，卷筒可分為整體式卷筒和分體式卷筒；（液壓絞車噸位比較 小時(shí)，采用整體式；較大時(shí)，采用分體式裝配形式。） 按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分，常采用端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪 內(nèi)嚙合式。 （二）卷筒常用材料：此處選取Q235， 由表3-106知 極限應(yīng)力 =373MPa， =216MPa; b s 2.3.2 卷筒容繩尺寸參數(shù) （一）卷筒節(jié)徑D:應(yīng)滿足 式(2.3) e DK d 式中 - -

44、筒繩直徑比,是與液壓絞車工作級別有關(guān)的系數(shù) e K 由表3-107選取d=2mm;d -鋼 絲繩直徑（mm）. 由表3-107 知 系數(shù) =16； e K 14 則卷筒節(jié)徑d=820mm=160mm; e K d 由絞車設(shè)計(jì)手冊P215 及P187知，D=ed =920=180mm 故卷筒節(jié)徑D圓整為180mm; （二）卷筒容繩寬度 ： t B 5m/s）； 7 級精度(適用于蝸桿圓周速度 v210m/s）采用壓力噴油潤滑。 對于開式傳動(dòng)。當(dāng)齒面壓強(qiáng)大、圓周速度低時(shí)，應(yīng)選用粘度較高的潤滑油或潤滑脂。 3、潤滑油量：蝸桿下置或蝸桿側(cè)置式，浸油為一個(gè)齒高；蝸桿上置式，浸油蝸輪外 徑的 1/3。 三

45、、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 由于蝸桿傳動(dòng)效率低、發(fā)熱量大，若不及時(shí)散熱，會(huì)引起箱體內(nèi)油溫升高、潤滑失 效，導(dǎo)致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行熱平衡 計(jì)算。 在閉式傳動(dòng)中，熱量系通過箱殼散逸，且要求箱體內(nèi)的油溫 t0(oC)和周圍空氣溫度 ta(oC)之差不超過允許值。連續(xù)傳動(dòng)中，蝸桿傳動(dòng)的摩擦發(fā)熱與箱體外壁散逸的熱量總 會(huì)達(dá)到平衡的。此時(shí)溫升為： 式 （3.25） 其中： P蝸桿傳遞功率 KW； h 傳動(dòng)效率； 散熱系數(shù)，根據(jù)籍體周圍通風(fēng)條件，一般取為（8.1517.45） d a W/m2oC； A散熱面積（m2）箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被池飛濺到的箱殼面積。對于

46、 箱體上的散熱片，其散熱面積按 50%計(jì)算。 溫差允許值，一般為 4050oC。并應(yīng)使油溫小于 80oC。 如果超過溫差允許值，可采用下述冷卻描施： 1)、增加散熱面積：合理設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，鑄出或焊上散熱片; 2)、提高散熱系數(shù) 在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇；或在箱體油池內(nèi)裝設(shè)蛇形冷卻水管或采用 循環(huán)油冷卻。 28 在蝸桿的軸端加裝風(fēng)扇增加了功率損耗，總功耗： 式 （3.26） 其中：風(fēng)扇的功耗為： 式 （3.27） 風(fēng)扇葉輪的圓周速度為： 式 （3.28） 摩擦功耗發(fā)熱： 式 （3.29） 與散熱量： 式 （3.30） 平衡。 其中 S1，S2為風(fēng)冷、自然冷面積； 為風(fēng)冷時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 3.6 蝸桿

47、和蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸桿絕大多數(shù)是和軸制成一體，稱為蝸桿軸。 蝸輪可以制成整體的。但為了節(jié)約貴重的有色金屬，對大尺寸的蝸輪通常采用組合 式結(jié)構(gòu)，即齒圈用有色金屬制造，而輪芯用鋼或鑄鐵制成。采用組合結(jié)構(gòu)時(shí)，齒圈和輪 芯間可用過盈聯(lián)接，為工作可靠起見，并沿接合面圓周裝上 48 個(gè)螺釘。為了便于鉆孔， 應(yīng)將螺孔中心線向材料較硬的一邊偏移 23mm。這種結(jié)構(gòu)用于尺寸不大而工作溫度變化又 較小的地方（圖 11-21）。輪圈與輪芯也可用角質(zhì)孔螺栓來聯(lián)接。由于裝拆方便常用于尺 寸較大或磨損后需要更換齒圈的場合。對于成批制造的蝸輪，常在鑄鐵輪芯上澆鑄出青 銅齒圈。 3.7 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)和計(jì)算 選用蝸輪蝸桿的原因是

48、因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，無噪聲，沖擊振動(dòng)小而且能夠 得到很大的單級傳動(dòng)比（由于其需要的總傳動(dòng)比為 62 比較大）選用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)。 選/a值 1d 當(dāng)量摩擦系數(shù): 假設(shè) Vs=4-7m/s 查表 13.6 知 取其中間值 29 當(dāng)量摩擦系數(shù)： =0.06 vu 當(dāng)量摩擦角： =3.2 v 選取/a值： 在圖 13.11 上傳動(dòng)比為 62 的線上去一點(diǎn)查：1d 導(dǎo)程角： =4(z=1) 傳動(dòng)嚙合效率：y=0.88 中心距的計(jì)算 蝸輪轉(zhuǎn)矩： 112=215 62 0.88TTi22=11730. 4N m T(2)=11730.4N*m 使用系數(shù)： 查表 12.9（電動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，工作機(jī)輕微

49、沖擊） 取 Ka=1.1 彈性系數(shù)： 根據(jù)蝸輪蝸桿副查表 13.2 得 Mpa147eZ 轉(zhuǎn)速系數(shù) Zn= 8 2(/8 1)nZn 8 (8.06/8 1) Zn=0.8196 壽命系數(shù) =1.27 6 (25000/12000)hZ Zh=1.13 接觸系數(shù) 由圖 13.12I 線查得 Zp=2.6 接觸疲勞極限 查表 13.12I 線查得 =265MPa limH 接觸疲勞最小安全系數(shù) 自定 =1.3 limS 中心距 3 2limlim(/)aenhHaKTzZSZZ = 3 (1.1 11730400(147 2.6 1.3/0.8996 1.13 265) a=318mm 傳動(dòng)基本

50、尺寸 蝸桿頭數(shù) = 1(72.4)/Zan(72.4318)/62 =0.99 30 取 Z(1)=1 蝸輪齒數(shù) 2111 6262ZZi Z(2)=62 模數(shù) m=(1.4-1.7)a/ =(1.4-1.7)318/62=7.18-8.712Z 取 m=8 蝸桿分度圓直徑 = /aa=0.44318=139.92 1d1dlim1H 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 查表 13.4 得知 取 =1401d 蝸輪分度圓直徑 d(2)=m*Z(2)=62*8=496 =4962d 導(dǎo)程角 tan=Z(1)*m/d(1)=1*8/140 =3.2 蝸輪寬度 212 10 0.5/1bdm =86.192 8 0.51

51、12/10 1 取 =87 2b 蝸桿圓周速度 11 1 60 1000 dn V = 187 500 =1.175m/s1V 相對滑動(dòng)速度 s1=V /cosV =1.175/cos3.2 =1.176m/ssV 當(dāng)量摩擦系數(shù) 由表 13.6 查得 =0.50m/svu 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 許用接觸應(yīng)力 limlim/hnhHhZZS =0.81961.13265/1.3=188.79Mpa =189Mpah 最大接觸應(yīng)力 3 3 2()/heaZZKTa 31 = 3 3 147 2.6 (1.1 117300400)/318 =157Mpah 因?yàn)?合格hhD 因此 合格1fd 37

52、3.9 蝸輪軸的計(jì)算和校核 （a） 軸結(jié)構(gòu)圖 （b） 軸受力圖 （c）水平面受力圖 122tan()tatvFFF 38 = 2 2 2tanvT d =2900000tan5.55/110=47300N =47300N1tF 2 12 2 2 at T FF d =2900000/110=2023N =2023N 1a F 1tanatFrFt =47300tan20=6266 =6266 N 1Fr 1 390 520 Fa H =2023390/520 =1517N =1517N 1 H 211t HFH =506N =506N 2 H (e)水平面彎矩圖 max1 140MH =212

53、380N m (e)垂直面受力圖 39 1 1 3901 248 530 FrFt V =(6266390-47300248)/530 =17522N =17522N 1 V 2 140248 530 FrFt V =(6266237+47300248)/529 =23788N =23788N 2 V (f)垂直面彎矩圖 40 11 140MV =17522140=2453080N mm =2453080 1 MN mm 22 390MV =23788390=9277380N mm =9277380 2 MN mm (g)合成彎矩圖 22 12 MMM =2460690 22 24530802

54、12380N mm =2460690 M N mm 22 21MMM =-9279008 22 92773801621684N mm =-9279008 M N mm 軸徑的校核 由于所謂的不變的轉(zhuǎn)矩只是理論上可以這樣認(rèn)為，實(shí)際上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻， 而且有扭矩振動(dòng)的存在，故為安全考慮，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算，軸選用 45 剛，所以對稱 循環(huán)應(yīng)力 -1b為 55Mpa。 41 軸徑 3 0.1 ( 1 ) M D b =76.5mm 3 2460690 0.1 55 D=76.5mm 因?yàn)镈 因此 合格1fd 42 4 軸承的選擇 4.1 軸承的選擇因素 在許多場合，軸承的內(nèi)孔尺寸已經(jīng)由機(jī)器或裝

55、置的結(jié)構(gòu)具體所限定。不論工作壽命， 靜負(fù)荷安全系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性是否都達(dá)到要求，在最終選定軸承其余尺寸和結(jié)構(gòu)形式之前， 都必須經(jīng)過尺寸演算。該演算包括將軸承實(shí)際載荷跟其載荷能力進(jìn)行比較。滾動(dòng)軸承的 靜負(fù)荷是指軸承加載后是靜止的（內(nèi)外圈間無相對運(yùn)動(dòng)）或旋轉(zhuǎn)速度非常低。在這種情 況下，演算滾道和滾動(dòng)體過量塑性變形的安全系數(shù)。大部分軸承受動(dòng)負(fù)荷，內(nèi)外圈做相 對運(yùn)動(dòng)，尺寸演算校核滾道和滾動(dòng)體早期疲勞損壞安全系數(shù)。只有在特殊情況時(shí)，才根 據(jù) DIN ISO 281 對實(shí)際可達(dá)到的工作壽命做名義壽命演算。對注重經(jīng)濟(jì)性能的設(shè)計(jì)來說， 要盡可能充分的利用軸承的承載能力。要想越充分的利用軸承，那么對軸承尺寸選用的 演

56、算精確性就越重要。 靜負(fù)荷軸承 計(jì)算靜負(fù)荷安全系數(shù) Fs 有助于確定所選軸承是否具有足夠的額定靜負(fù) 荷。 FS =CO/PO 其中 FS 靜負(fù)荷安全系數(shù)，CO 額定靜負(fù)荷KN，PO 當(dāng)量靜負(fù)荷KN 靜 負(fù)荷安全系數(shù) FS 是防止?jié)L動(dòng)零件接觸區(qū)出現(xiàn)永久性變形的安全系數(shù)。對于必須平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)、 噪音特低的軸承，就要求 FS 的數(shù)值高；只要求中等運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲的場合，可選用小一些的 FS；一般推薦采用下列數(shù)值： FS=1.52.5 適用于低噪音等級 FS=1.01.5 適用于常規(guī)噪 音等級 FS=0.71.0 適用于中等噪音等級。額定靜負(fù)荷（對向心軸承來說是徑向力，對推 力軸承而言則是軸向力） ，在滾動(dòng)體和滾

57、道接觸區(qū)域的中心產(chǎn)生的理論壓強(qiáng)為： 4600 N/MM2 自調(diào)心球軸承 4200 N/MM2 其它類型球軸承 4000 N/MM2 所有滾子軸承在額定靜 負(fù)荷 CO 的作用下，在滾動(dòng)體和滾道接觸區(qū)的最大承載部位，所產(chǎn)生的總塑性變形量約為 滾動(dòng)體直徑的萬分之一。當(dāng)量靜負(fù)荷 POKN是一個(gè)理論值，對向心軸承而言是徑向力， 對推力軸承來講是軸向和向心力。PO 在滾動(dòng)體和滾道的最大承載接觸區(qū)域中心所產(chǎn)生的 應(yīng)力，與實(shí)際負(fù)荷組合所產(chǎn)生得應(yīng)力相同。 PO=XO*F r +Ys * FakN 其中 PO 當(dāng)量靜負(fù)荷，F(xiàn)r 徑向負(fù)荷，F(xiàn)a 軸向負(fù)荷，單位都 是千牛頓，XO 徑向系數(shù)，YO 軸向系數(shù) 動(dòng)負(fù)荷軸承

58、 DIN ISO 281 所規(guī)定的動(dòng)負(fù)荷軸承計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)是材料疲勞失效 （出現(xiàn)凹坑） ，壽命計(jì)算公式為： L10=L=(C/P)P ，其中 L10=L 名義額定壽命，C 額定動(dòng) 負(fù)荷 KN P 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 KN P 壽命指數(shù) L10 是以 100 萬轉(zhuǎn)為單位的名義額定壽命，C 額定動(dòng)負(fù)荷 KN P 壽命指數(shù) L10 是以 100 萬轉(zhuǎn)為單位的名義額定壽命。對于一大組相 同型號的軸承來說，其中 90%應(yīng)該達(dá)到或者超過該值。額定動(dòng)負(fù)荷 C KN在每一類軸承 的參數(shù)表中都可以找到，在該負(fù)荷作用下，軸承可以達(dá)到 100 萬轉(zhuǎn)的額定壽命。當(dāng)量動(dòng) 負(fù)荷 P KN是一項(xiàng)理論值，對向心軸承而言是徑向力，

59、對推力軸承來說是軸向力。其方 43 向、大小恒定不變。當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷作用下的軸承壽命與實(shí)際負(fù)荷組合作用時(shí)相同。 P=X*Fr+Y*Fa 其中：P 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，F(xiàn)r 徑向負(fù)荷，F(xiàn)a 軸向負(fù)荷，單位都是千牛頓，X 徑 向系數(shù)，Y 軸向系數(shù)。不同類型軸承的 X,Y 值及當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷計(jì)算依據(jù)，可在各類軸承的表 格和前言中找到。球軸承和滾子軸承的壽命指數(shù) P 有所不同。對球軸承，P=3 對滾子軸 承，P=10/3。如果軸承動(dòng)負(fù)荷的值及速度隨時(shí)間而變化，那么在計(jì)算當(dāng)量負(fù)荷時(shí)就得有 相應(yīng)的考慮。連續(xù)的負(fù)荷及速度曲線就要用分段近似值來替代。 滾動(dòng)軸承的最小負(fù)荷過小的負(fù)荷加上潤滑不足，會(huì)造成滾動(dòng)體打滑，導(dǎo)致軸承損壞。

60、 4.2 軸承的型號確定 4.2.1 蝸桿軸軸承的選擇 結(jié)合蝸桿軸的受力特點(diǎn)與箱體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，此處選用圓錐滾子軸承。分析傳動(dòng)示意 圖不難發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)中蝸桿軸的軸承同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，而且承受的載荷都 較大。 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知，圓錐滾子軸承能同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，承載能 力大，而且內(nèi)外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整游隙，也可以成對使用，滿足條件，由前面對 蝸桿軸受力分析可選用一對圓錐滾子軸承 32216 型。 4.2.2 蝸輪軸軸承的選擇 根據(jù)蝸輪軸受力圖可知，蝸輪軸同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷且軸向載荷為主要載 荷，因此選用軸承時(shí)考慮優(yōu)先選用能承受軸向載荷為主的徑向、軸向聯(lián)合載荷的推力調(diào)

61、 心滾子軸承，由前面對蝸桿軸受力分析可選用一對推力調(diào)心滾子軸承 29320E 型 。 4.3 軸承校驗(yàn) 4.3.1 圓錐滾子軸承效驗(yàn) 44 圖 4-3 蝸桿及軸承受力分析 已求得：蝸桿所受徑向力=6266 N,軸向力、=47300N、=2023N1FrNFa 4 . 919 1 aF1tF 查手冊 32216 軸承主要性能參數(shù)： Cr=160KN，C0r=212KN，N0=2600r/min，e=0.42，Y=1.4，Y0=0.8 有上面蝸桿軸分析可得： =2023390/520=1517N 1 390 520 Fa H =506N 211tHFH =(4730093.5+626642)/52

62、9=11818N 1 1 93.5292 529 FaFr V =(6266237-4730093.5)/529=-5553N 2 23793.5 529 aFrF V 則合力為： 22 22 111 11818111611870N VRH 22 22 222 55539065626.4N VRH 所以，附加軸向力； 1 1 11870 4239 22 1.4 s R FN Y 2 2 5626.4 2009 22 1.6 s R FN Y 因?yàn)?，所以，右端軸承 2 被壓緊，則： 21ass FFF 軸承軸向力 12 49309 Aas FFFN 21 2009 As FFN ，取 X1=0.

63、4，Y1=0.4cot=1.6； 1 1 49309 4.15 11870 A F e R ，取 X2=1，Y2=0 2 2 2009 0.357 5626 A F e R 考慮平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，沖擊載荷系數(shù) fd1=1.2, 45 當(dāng)量動(dòng)載荷 1111 1()7923 dRA PfX FY FN 2222 2()6630 dRA PfX FY FN 因?yàn)?P1P2，只需計(jì)算右端軸承壽命， 10/3 10 2 1667016670160000 ()()74770910000 5007923 r h C Lhh nP 靜載荷計(jì)算： X0=0.5，Y0=0.22cot14=0.92； 當(dāng)量靜載荷： 0 1

64、11 0051299.2 RA FX RY FN 0 11 11870 RR FFN 兩式取大值：； 0 11 51299.2 RR FFN 0222 005481.2 RA FX RY FN 022 2009 RR FFN 兩式取大值： 02 5481.2 R FN ，只需計(jì)算右端軸承。 0 102RR FF 計(jì)算額度靜載荷： 由表 5.1，取 S0=2.5 ，合格。 0 100 10 1 2.5 5299.213248 rrr CS PNNC 許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算 載荷系數(shù) 查得， 1 f 1 1 7923 0.049 160000 r P C 1 11 f 查得， 2 2 6630 0.031 212000 r P C 1 12 f 載荷分布系數(shù) 2 f 查得： 1 1 49309 4.15 1187 A F R 21 0.48f 查得 2 2 2009 0.357