礦用絞車總體設(shè)計【JH-8型回柱絞車】

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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(shè)計是我們在大學(xué)里的最后一次綜合能力的訓(xùn)練，他讓我們對 大學(xué)里所學(xué)過的課程譬如機(jī)械零件、機(jī)械原理、材料力學(xué)、礦山機(jī)械機(jī) 械設(shè)計學(xué)等進(jìn)行離一次全面的了解和加深。四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié) 束了，在離開學(xué)校走上工作崗位之前，畢業(yè)設(shè)計是對我們的一個考驗， 這既考察了我們大學(xué)四年里對知識的全面掌握程度，又考察了我們的實 際應(yīng)用能力以及解決種種困難時的心態(tài)問題！ 在以前的學(xué)習(xí)過程中我們做過了許多次課程設(shè)計，完成過幾份圖紙，但 這次完全使用電腦制圖、完成設(shè)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(yīng)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(chǔ)，做好鋪墊！ 機(jī)械行業(yè)是一個由許多專業(yè)組成的，技術(shù)性很強(qiáng)的，需要緊密配合 的系統(tǒng)工程。是促進(jìn)我國發(fā)展的生命線。而目前，我國的機(jī)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(xiàn)！ 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(shè)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(jìn)行了改進(jìn)，于 1964 年進(jìn)入自行設(shè)計階段?；茨厦簷C(jī)廠曾 設(shè)計了擺線齒輪絞車和少齒差傳動絞車，徐州礦山設(shè)備制造廠也曾設(shè)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(diào)度絞車。 目前，礦用小絞車已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)化方面得到了相應(yīng)的發(fā)展，于 1982 年， 對以前指定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(diào)度絞車牽引力以 100kgf 到 3600kgf，動力有電動的、液力的、 風(fēng)動的。工作機(jī)構(gòu)有單筒、雙筒、摩擦式。傳動形式有皮帶傳動、鏈?zhǔn)?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(biāo)準(zhǔn)化系列化，向著體 積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展，向著高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、 一機(jī)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)化程度不夠高。 （2）形式 從工作機(jī)構(gòu)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(fēng)動的、液壓驅(qū)動的。我國只有少量的電 動和風(fēng)動的。但近幾年有了較大程度的發(fā)展。 （3）結(jié)構(gòu) 我國及國外的調(diào)度絞車大多數(shù)采用行星齒輪傳動，其傳動結(jié)構(gòu)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(shè)備 搬運(yùn)工作。隨著采煤的機(jī)械化發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，絞車也得到 了相應(yīng)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)化和 通用化方面還遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)的機(jī)械制造國。 （6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 我國的礦用絞車技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國外特別是與美國等機(jī)械發(fā)達(dá)的 國家還有一定差距。 1.1.4 總體發(fā)展趨勢 縱觀國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步的明確規(guī)定，并強(qiáng)力推行實施，給設(shè)計、制造、使 用、維護(hù)帶來極大的方便。 （2）向體積小、重量輕結(jié)、構(gòu)緊湊方向發(fā)展 力求將絞車的運(yùn)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(biāo)得到提 高。 （4）向一機(jī)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(shè)計”設(shè)計思路 我所做的畢業(yè)設(shè)計題目是“礦用絞車總體設(shè)計” ，根據(jù)實際情況結(jié) 合網(wǎng)上搜到的資料，借鑒礦用回柱絞車的結(jié)構(gòu)布局和 JT0.80.6 型提 升絞車的滾筒技術(shù)參數(shù)（滾筒直徑為 800mm 寬度為 600mm）進(jìn)行設(shè)計改 良?；刂g車的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)情況。 (2)具有整體結(jié)構(gòu)，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(i150230)，能在電動機(jī)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(hù)。 (5)有的在電動機(jī)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(zhǔn)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(shù)參數(shù)的設(shè)計與計算 2.1 設(shè)計的原始參數(shù) 表 1-1 絞車的主要技術(shù)參數(shù) 滾筒直徑 mm 滾筒個數(shù) 繩速 m/s 電動機(jī)功率 額定轉(zhuǎn)速 r/min 800 1 60 37 1500 2.1.1 電動機(jī)的選用 （1）電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)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(jī)需要選用礦用防爆電機(jī).防爆電機(jī)的選型原則 是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便,同其它的防爆電氣設(shè)備一樣應(yīng)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(jī).結(jié)構(gòu)為封 閉臥式結(jié)構(gòu). （2）傳動裝置的總效率 4321 式中為從電動機(jī)到繩筒之間各傳動機(jī)構(gòu)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(jī)額定功率 根據(jù)原始數(shù)據(jù)選取電動機(jī)的額定功率 KWPed3 （4）電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)，即 YB 系列防爆三相異步電機(jī),同步轉(zhuǎn)速為 1500m/min,滿載時轉(zhuǎn)速為 1480r/min. 14 3 總體方案設(shè)計 3.1 設(shè)計條件 （1）機(jī)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(zhuǎn)向定期變換; （3）運(yùn)動要求:絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)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(shè)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(jié) 構(gòu)圖如圖 1-1 所示。該結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu),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(jié)構(gòu)簡圖 3.3 主要組成部分 JH-8 型回柱絞車由電動機(jī)，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(jī)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(jìn)行工作。這個設(shè)計借鑒 JH-8 性回柱絞車 的結(jié)構(gòu)設(shè)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(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 根據(jù)機(jī)械器的工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動比等條件選 擇機(jī)械傳動系統(tǒng)所需的傳動類型，并擬定從動力機(jī)到工作機(jī)構(gòu)之間機(jī)械 傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案和總體布置。 一般情況下，盡管動力機(jī)的輸出功率滿足工作機(jī)構(gòu)的要求，但輸出 的轉(zhuǎn)速、扭矩或運(yùn)動形式很難符合工作機(jī)構(gòu)的需要，這時就需要采用某 種機(jī)械傳動裝置。這是絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)計的共同特點。 按照傳動原理的不同，機(jī)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(jī)械傳動裝置又可分為可調(diào)傳動 比傳動、固定傳動比傳動和變傳動比傳動三類?；刂g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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)只能 由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制；當(dāng)電源切斷時絞車馬上停止工作；卷筒本身 不能自由轉(zhuǎn)動，以免發(fā)生事故。這就需要設(shè)計一個裝置來控制卷筒的自 轉(zhuǎn)。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(dāng)量摩擦角 ，則當(dāng)蝸輪主動時，機(jī)構(gòu)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(yīng)在具 17 體的蝸桿減速器設(shè)計中充分重視，并設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)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?；谝陨显?，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(jié) 構(gòu)尺寸和重量方面，對齒輪的傳動的要求愈來愈高。標(biāo)準(zhǔn)齒輪由于存在 一些缺點限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計要求，我們決定設(shè)計三個 變位齒輪，作為改善齒輪傳動質(zhì)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(zhuǎn)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(yán)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(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案把總傳動比分配到各級傳動上，并要 求各級傳動結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟(jì)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36.2i18.2i 19 4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 4.2.1 各軸轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)矩 mNn75.23814095011pT 8 98.41.60922 9 4.3 高速級傳動件設(shè)計 4.3.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) GB/T100851988 的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI) 4.3.2 選擇材料 根據(jù)設(shè)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(shè)計 （1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計,再校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度. 21 23()EHZaKT 9 （2）確定作用再蝸輪上的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(yīng)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(yīng)力 MPaH260 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 1072 958.102.jNLnh 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180d1/0.35da51.2ZP ,因此以上計算結(jié)果可用.Z （8）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 蝸桿 軸向齒距 ;直徑系數(shù) ;齒頂圓直徑 ;齒13.25Pa10qm196adm 根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 ;蝸桿軸向齒厚mf860d1 32.0 .2.5as 蝸輪 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) X=-0.5452Z 驗算傳動比 23 5.24i12z 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(qiáng)度 21.53FFaFKTYd 21 當(dāng)量齒數(shù) 2272.493.054cosz332 v 根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)7.2v.x278.2Fa 螺旋角系數(shù) 239.014Y0 24 許用彎曲應(yīng)力 FFNK 24 從中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)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(qiáng)度是滿足的. （10）驗算效率 )tan(96.05.）（ 28 已知 ， ； 與相對滑動速度 有32.10fvarctnvvs 關(guān)。 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(shè)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(jī)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(cè)隙種類為 f,標(biāo)注為 8f GB/T 10089-1988.然后由有關(guān)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(shè)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(jī)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(diào)質(zhì)）硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）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(qiáng)度設(shè)計 3211.()tEtdHKTZud 1 確定公式內(nèi)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(zhuǎn)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(qiáng)度極限 ，大齒min60Hl 輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 min250HlPa （6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 181 6.2)538(1.60LNhj 3 08829. （7）可得接觸疲勞壽命系數(shù) , 493.01kHN5.02HN （8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 27 取失效概率為 1，安全系數(shù) S1 5MPasHNHk586093.lim12in52.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 8.56.1973bh 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 06.1kv 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38.1F 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(qiáng)度設(shè)計 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 15321)(mFSadYzTk （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎MPa501FE 曲強(qiáng)度極限 ；MPa380FE2 由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，86.0k1FN89.FN2 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則得 MPaaSFENF 14.3074.158601 k5.2.922 計算載荷系數(shù) K 463.1806.1FavA 查取齒形系數(shù) 由表查得 .2Y1Fa 2.Fa 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表查得 49.1Sa68.12Sa 計算大小齒輪的 并加以比較aF 30 0126.4.37962Y1SaF 5.82SaF 大齒輪的數(shù)值較大 4.4.5 設(shè)計計算 m5.601.48963.12m32 對此計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù) M 大于由齒根彎 曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度所 決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 6.555 并 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M = 8 mm ,按接觸強(qiáng)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 .6.23087z2 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 31 4.4.6 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 m240831dz m69722 （2）計算中心距 48a1 （3）計算齒輪寬度 md1205.0b1 取 mB1202 結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖（見圖紙） 4.7 高速軸設(shè)計（蝸桿軸） 4.7.1 軸的材料選擇 選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì)。 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 已知: , , ,蝸桿分度圓kw37p1min/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(yīng),故需同時選聯(lián)軸器的型號. 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 ,查表 14-1,取 ,則0caATK1.3AK mNk 075238.1 3 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014- 1985,選用 TL7 型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉(zhuǎn)矩 ,許用轉(zhuǎn)速50 2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為 48mm,故取軸徑 ;半聯(lián)軸器長度m48d1 L=112mm。 4.7.4 軸的校核 水平面支反力 0254601t1FHN 4 則 5.291 33 0254601HN2Ft 則 5.309HN2 垂直面支反力 02546-1a1VMr 3 其中 NDFa6.925 4 則 .1HV NFV8.2301r2 5 水平面彎矩 6m 5.680235.2913MHN1 mHN N25.680149 垂直面彎矩 FV473.111 258025H2 總彎矩 mN 3.16028.622V1H1 M59722 扭矩 mN38750T1 34 如圖 4-1 所示為高速軸的水平面彎矩圖,垂直面彎矩圖,合成彎矩圖 以及扭矩圖。 RAx d.水 平 面 彎 矩 （ kgm）e.垂 直 面 彎 矩 （ kgm）f.合 成 彎 矩 圖 （ kg m）g.扭 矩 圖 （ kgm） a.受 力 簡 圖b.水 平 面 受 力 （ kg）c.垂 直 面 受 力 (kg)oYXZ yCBFartRxyFtRAx RBxF arRAy RBy 圖 4-1 35 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎距圖和扭距圖中可以看出 C 是軸的危面. 4.8 中間軸的設(shè)計(蝸輪齒輪軸) 4.8.1 軸的材料選擇 選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì). 4.8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力 已知: , , ,小齒輪kw01.29（min/2.6rmNT418902 分度圓直徑 md4 作用在蝸輪上的力: 89.2341t2FaNt756rr12 作用在小齒輪上的力: NdT8.3470892t3Fatr .16n 4.8.3 初步估算軸的最小直徑 取材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì).取 ,于是得01A 36 mnpA8.72.601920mind 最小直徑處安裝軸承,所以取軸徑為 80mm.,所以選取 7016C 型角 接觸球軸承, , ,18015DB 4.8.4 軸的校核 （1）水平面支反力 05.81.19258321 FFttHN 則 HN8.2731 NFHNtt 9.2.7.34.912 垂直面支反力 05815Ma32 rrV 其中 mNda 7.6907.682M 則 NHV14FHVrr 4.8014.238132 （2）水平面彎矩 NmN 7.05.675.61H1 mHN 53.24818928122 垂直面彎矩 MV 6.4.1 FH.0757522 總彎矩 mNV3.08911 37 mNMVH8.25639422 扭矩 mNT41890 （3）按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強(qiáng)度.取 ,軸的計算應(yīng)力為06 MPa2.491.04806.T9253322ca （W 之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因1a ,故安全.ca 4.9 低速軸的設(shè)計 4.9.1 軸的材料選擇 選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì). 4.9.2 求作用在大齒輪上的力 由小齒輪的受力情況,可以得出大齒輪的受力,即 NFtt 8.3474rr1269 4.9.3 初步確定軸的最小直徑 選軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.取 ,于是得01A 38 mnpA120358.71030mind 4.9.4 軸的校核 水平面支反力 0782041FtHN 則 9. NHNtHN 9.247.13142 垂直面支反力 0827041rV 則 FH36NFHVrHV .9.69142 水平面彎矩 mN 8.1340210742M H98.82 垂直面彎矩 V 693611 NH2.7045.02722 總彎矩 mV5811H4.932222 扭矩 NT145702 39 4.9.5 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強(qiáng)度.取 ,軸的計算應(yīng)力為06 MPa65.321.0451706.T3258M221ca （W 之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因160Pa ,故安全.ca 4.9.6 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強(qiáng)度.取 40 ,軸的計算應(yīng)力為0.6 MPa65.321.0451706.T3258M221ca （W 之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因160Pa ,故安全.ca 41 5 主要部件的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 制動器的選擇 5.1.1 常用絞車制動閘的形式 絞車制動閘的形式有下列三種： (1)帶式制動閘 帶式制動間有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維修快捷等優(yōu)點，但也有制動 力矩受限、閘帶易磨損等缺點。一般用于井下小絞車. (2)塊式制動閘 塊式制動閘因閘塊大都使用木塊而得其名。滾簡直徑在 12m 及其 以上的老式絞車皆采用塊式制動間。按結(jié)構(gòu)分，有角移式塊式制動閘和 平移式塊式制動閘。 (3)盤式制動閘 盤式制動閘是一種利用盤形彈簧(又稱碟形彈簧)彈力緊閘和利用液 壓推力松閘的一種新型絞車制動裝置。由于使用多副制動閘，制動可靠 性高；用電液調(diào)壓裝置來調(diào)節(jié)制動力矩，操作方便，可調(diào)性好；慣性小， 動作快，靈敏度高；重量輕，外形尺寸?。煌ㄓ眯院玫葍?yōu)點，因而盤形 閘獲得廣泛應(yīng)用。但也有制造精度高、密封要求嚴(yán)格和碟形彈簧可能失 效等缺點，在使用維護(hù)中必須注意。 42 5.1.2 絞車上應(yīng)有的安全裝置 （1）制動閘 各類絞車都必須具備制動鬧，重要紋車應(yīng)有手動操縱閘和能自動操 縱的保險閘。如果手動閘和保險閘共同使用一套閘瓦制動時，操縱和控 制機(jī)構(gòu)必須分開。滾筒直徑在 o8m 及其以下的絞車只有手動閘。 （2）深度指示器 深度指示器是指示提升容器在井筒中運(yùn)行位置的重要裝置。滾簡直 徑 1.2m 及其以上的絞車都裝有深度指示器。在深度指示器上都裝有減 速警鈴、過卷保護(hù)開關(guān)、限速凸輪板、傳動齒輪和離合聯(lián)軸節(jié)等。指示 針裝在螺母上，由兩根絲杠帶動，使兩根指針同時做上下移動。 （3）各種保險裝置 提刀絞車按規(guī)定要求必須裝設(shè)下列保險裝置：防止過卷裝置、防止 過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、閘瓦過磨損保護(hù)裝置、 松繩報警裝置、滿倉保護(hù)裝置和深度指示器失效保護(hù)裝置等。滾筒直徑 o8m 及其以下的絞車，由于絞車結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行速度較侵，一般都沒 有上述保險裝置。滾簡直徑 12m 及其以上的絞車根據(jù)個同的使用要 求設(shè)置不同類型和數(shù)量的保險裝置。 5.1.3 回柱絞車制動器的作用 1.保證準(zhǔn)確停位，防止電動機(jī)停電后,其轉(zhuǎn)子慣性仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動. 2.控制放繩速度，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂纏繩。實際進(jìn)行回柱作業(yè)時，為縮短 拴繩時間，可打開回柱絞車的離合器使?jié)L筒與蝸輪蝸桿減速箱脫開，拴繩工可 迅速輕快地將鋼絲繩從滾簡上拉出來，直至拴到需要回收的頂校上。為限制滾筒 放繩旋轉(zhuǎn)時的慣性，可使用制動閘進(jìn)行控制，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂繩. 43 5.1.4 制動器的選用和設(shè)計 （1）制動器的確定 根據(jù)給出的滾筒直徑以及絞車的實際情況,最后確定選用帶式制動 器. （2）帶式制動器的工作原理 帶式制動器是常見的一種制動器,工作原理為摩擦制動. 圖 5-1 為 帶式制動器結(jié)構(gòu)簡圖。制動塊與閘帶固聯(lián)并插入制動槽內(nèi)。當(dāng)手柄在操 作力 P 的作用下扳過死點,閘帶緊箍閘輪并欲與之同轉(zhuǎn)由于制動塊與槽 的作用,可實現(xiàn)制動目的。 圖 5-1 帶式制動器結(jié)構(gòu)簡圖 1 閘輪 2 閘帶 3 制動塊 4 拉桿 5 手柄 6 機(jī)體制動槽 Fig.5-1- With brake structure diagram 1 gateway round 2 with three gates brake block 4 drawbars 5 body brake handle 6 slot 帶式制動器是靠作用力 Q 收緊制動帶而抱住閘輪，即靠帶與輪間產(chǎn) 44 生的摩擦力達(dá)到制動目的。為了使帶能夠彎曲，帶通常必須做得很薄 (24mm)。為了增加摩擦作用，制動帶材料一般為鋼帶上覆有一層石 棉織物或夾鐵紗帆布，這層覆蓋物也很薄，被粘結(jié)或鉚在鋼帶上，而且 必須是連續(xù)和撓性的。 同其它類型的制動器一樣，為了采用較小型號的制動器和減小安裝 尺寸，帶式制動器也應(yīng)安裝在主電動機(jī)或高速軸上，以減小所需的制動 力矩。 5.2 滾筒的設(shè)計 滾筒的設(shè)計參考 JD-11.4 調(diào)度絞車的參數(shù)結(jié)構(gòu) 5.2.1 滾筒材料 采用焊接成型 5.2.2 滾筒的功能 （1）在滾筒上纏繞鋼絲繩，以牽引負(fù)荷 （2）在滾筒制動盤上裝設(shè)差動制動裝置，借以操縱絞車運(yùn) 行或停止。 5.2.3 滾筒結(jié)構(gòu) 鋼絲繩頭穿入繩孔后，用螺釘及繩卡固定在滾筒側(cè)邊上。 如圖 5-2 45 圖 5-2 具體結(jié)構(gòu)件零件圖紙。 5.3 軸承支架的設(shè)計 軸承支架的主要作用 （1） 起支撐作用 （2） 起到定位作用，使得滾筒主軸的中心線與減速器輸出軸的中 心線保持在一條線上。 軸承支架的主要技術(shù)要求是對中心孔的精度要求，因為要與軸承配合， 因此在加工時應(yīng)特別注意內(nèi)孔的粗糙度。 軸承支架的示意圖如圖 5-3、5-4 所示 46 圖 5-3 47 圖 5-3 具體結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)要求見零件圖 另外，在滾筒的整體設(shè)計中我們還需要用到許多定位、固定的零件如軸 承端蓋等其結(jié)構(gòu)和參數(shù)件零件圖紙。 48 6 使用與維護(hù) 6.1 回柱絞車的操作要求 (1)操作工必須經(jīng)過培訓(xùn)考試合格，方可上崗； (2)操作工應(yīng)熟悉所操作回柱絞車的性能與結(jié)構(gòu)，熟悉信號的聯(lián)系 方法，會檢查、維修、潤滑、保養(yǎng)設(shè)備，并會處理般性故障。 6.2 開車前必須認(rèn)真檢查 (1)檢查各部螺栓、銷于等有無松動、檢查支撐柱是否牢固，發(fā)現(xiàn) 松動要及時撐緊。 (2)檢查機(jī)座有無開裂或明顯變形。安裝是否牢固，否則應(yīng)繼續(xù)加 固壓穩(wěn)。 (3)檢查各電氣設(shè)備和信號裝置是否完好，是咨符合防爆要求。 (4)檢查鋼絲繩在滾筒上固定是否牢固，排列是否整齊斷絲磨損 程度是否超過規(guī)定，有無咬傷、打結(jié)等現(xiàn)象。 (5)開車前應(yīng)檢查絞車與回柱導(dǎo)輪之間有無人員站止。若有必須讓 其躲開 6.3 運(yùn)行中必須注意 (1)開車前必須松開手閘。 (2)運(yùn)行中必須精神集中，注意信號，注意與回柱工之間的密切配合； 信號不清不能開車； 49 (3)注意觀察絞車各部運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如電動機(jī)聲響、鋼絲繩纏繞情況、 減速器溫度(不得超過 60)、電動機(jī)外完溫度(不得越過 70)等； (4)絞車運(yùn)行中必須堅守崗位，不得離開絞車，必須時常注意頂板及 絞車的支撐固定情況。 6.4 鋼絲繩斷絲原因分析 6.4.1 鋼絲繩間斷斷絲 此種斷絲發(fā)生的部位是在鋼絲繩的同一側(cè)，斷絲數(shù)大多為 2-4 根， 少部分有 5-6 根之多。連續(xù)斷絲的長度在 2030mm 左右，每隔 lm 左右 出現(xiàn)一次. 6.4.2 鋼絲繩連續(xù)斷絲 連續(xù)斷絲數(shù)為 25 根不等，連續(xù)斷絲的長度為鋼絲繩在滾筒上 纏繞的工作長度。經(jīng)過檢驗發(fā)現(xiàn)，這種斷絲是因為絞車在工作中的位置 不正確,鋼絲繩纏繞咬繩造成的. 6.5 絞車的安裝操作 由于絞車須隨工作面的推進(jìn)而經(jīng)常移動，所以要求固定支護(hù)方法簡 便、可靠、安全，因而采用打頂柱和繩拴的方法。如下圖 6-1 所示。絞 車后面的鋼絲繩扣可拴在橫木上或拴在柱腳上，拴好后，應(yīng)點動開車將 繩拉緊，再打兩根頂柱，頂柱上端應(yīng)向前傾斜 10左右。卷筒采用上 面進(jìn)繩方式 50 圖 6-1 卷筒進(jìn)繩方式 在煤層傾角小，頂板較好的工作面，絞車可直接安裝在工作面上進(jìn)行回 柱，如果工作面長度在 100 米以上可用兩臺或多臺絞車分別安裝在工作 面各段上，分段同時進(jìn)行回柱。 在急傾斜煤層工作面上，絞車可安裝在回風(fēng)巷道中，鋼絲繩通過導(dǎo) 向滑輪進(jìn)入工作面回柱。 在絞車安裝好后，應(yīng)進(jìn)行回柱試車，看絞車的安裝支護(hù)是否牢固、 安全，電器設(shè)備的接地是否良好、可靠、絞車運(yùn)轉(zhuǎn)是否良好。 絞車進(jìn)行回柱時，操作極為簡便，司機(jī)按動電鈕控制絞車的正、 反及停車。司機(jī)與回柱工人要有信號聯(lián)絡(luò)，密切配合。在操作過程中， 司機(jī)應(yīng)時刻注意信號，觀察絞車的工作情況，并幫助回繩。 6.6 后移 絞車在每次回柱后，須沿排柱或沿巷道向后退移。后移的方法：將 鋼絲繩拉到絞車后方拴到固定木柱上，開動絞車便可自移。示意圖如 6-2 下： 51 圖 6-2 回柱絞車示意圖 6.7 維護(hù)與檢修 對絞車應(yīng)經(jīng)常檢查各潤滑部位的油量，蝸輪箱內(nèi)潤滑油最高溫度 不能超過 70C，電動機(jī)的最高溫升不能超過 80C，對各緊固零件須經(jīng) 常檢查，絞車發(fā)生不正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，應(yīng)及時停車檢查，并作記錄。 52 小結(jié) 這次的畢業(yè)設(shè)計幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課程,可以說 是我們大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識的一次綜合考察和評定。通過這次畢業(yè)設(shè)計, 使我們對以前所學(xué)的專業(yè)知識有了一個總體的認(rèn)識與融會貫通。例如我 們在設(shè)計過程當(dāng)中需要用到所學(xué)的工程制圖、材料力學(xué)、機(jī)械工程材料、 機(jī)械設(shè)計、極限配合與公差以及 CAD 計算機(jī)輔助制圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識。 在做畢業(yè)設(shè)計的過程中,不僅使我們熟悉了舊的的知識點,還使我們發(fā)現(xiàn) 了許多以前沒有注意的細(xì)節(jié)問題,而這些細(xì)節(jié)問題恰恰是決定我們是否 能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在。 此外,我感覺兩個月的畢業(yè)設(shè)計極大的豐富了我們的知識面,使我 學(xué)到了許多知識,不僅僅局限于多學(xué)的專業(yè)知識。在做設(shè)計的過程中,由 于需要用到課本外的知識,這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料.例 如在設(shè)計傳動方案時就需要我們對絞車的工作環(huán)境和工作能力等由一定 的了解才能選擇合適的傳動方式。由于以前沒有注意此方面的問題,所 以必須通過實踐認(rèn)識和查閱資料才能做到更好。 到這里,大學(xué)生活馬上就要告一段落,但是有了這一次工作前的綜 合考核,我想在以后的工作中我可以面對任何困難的考驗。 致 謝 首先，我要感謝河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，感謝機(jī)械系對我四年的 培養(yǎng)，讓我學(xué)到了許許多多的知識，感謝各位老師在這四年里對我的關(guān)懷 與照顧，在此致以我深深的謝意。 本論文從選題到最后定稿成文，王得勝老師一直給予了悉心指導(dǎo)，王 老師那種嚴(yán)謹(jǐn)求實的作風(fēng)，廣博深邃的洞察力，孜孜不倦的開拓精神和敬 業(yè)精神令我深受啟迪和教益，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師王得勝老師致以深深的謝 意。 機(jī)械是一門很注重實踐和實用的學(xué)科。但是，由于筆者水平有限，在 結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面很多地方可能不盡合理，有些觀點也尚欠成熟，敬請各位 老師批評指正。 最后，我還要向所有曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)和朋友們致敬。你們的鼓勵 和幫助永遠(yuǎn)是我前進(jìn)的動力。 參考文獻(xiàn) 1 濮良貴、紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計第 7 版 高等教育出版社出版 2001.6 2 孫恒、陳作模、葛文杰主編機(jī)械原理第七版 高等教育出版社出版 2005.12 3李炳文 王啟廣主編礦山機(jī)械 中國礦業(yè)大學(xué)出版社 2007.1 4吳宗澤主編機(jī)械設(shè)計師手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 2002.1