礦用JH-10回柱絞車設(shè)計(jì)
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圖書分類號(hào)：密 級：
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
礦用 JH-10 回柱絞車
MINE JH-10 PILLAR WINCH
學(xué)生姓名
學(xué)
號(hào)
班
級
指導(dǎo)教師
專業(yè)名稱
學(xué)院名稱
年 月 日
摘要
礦用回柱絞車稱之為慢速絞車，是一種起升機(jī)械，用于從上部工作柱拆卸和回收機(jī)械設(shè)備。
牽引力高，牽引緩慢是礦山后面絞車的主要特點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，中國的煤炭工業(yè)正在快速增長。 在地下采礦工作中，當(dāng)煤層的一側(cè)完成時(shí)，需要進(jìn)行封蓋。 由于后立柱的操作是危險(xiǎn)的工作，員工不能直接進(jìn)入塔頂，金屬成本高。 如果柱子是手動(dòng)回收的，安全性低，效率低。 此時(shí)，返回絞車可以設(shè)置在遠(yuǎn)離返回塔的空柱的危險(xiǎn)部分的安全區(qū)域中，并且上部柱被電纜吊鉤頭拉動(dòng)并收回。 由于重量減輕和重量輕，不僅需要薄煤層，而且還需要陡傾的煤礦，以及回收金屬棒的各個(gè)方面，這些金屬棒沉入土壤或被蛭石掩埋。 除了絞車立柱可用于返回頂部立柱工作外，還可用于搬運(yùn)重物和運(yùn)輸車輛。 針對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的高生產(chǎn)率和先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，絞盤回收利用既經(jīng)濟(jì)又快速。
根據(jù)礦山機(jī)械的特殊要求，本文著重介紹了傳動(dòng)部分，線圈部分和制動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，起重機(jī)的兩個(gè)主要部分，線圈缺少力的直接后果成為焊縫的破碎。 制動(dòng)器是絞車制動(dòng)裝置，其功能是克服和抵消起重機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的慣性力并防止其移動(dòng)，并且當(dāng)系統(tǒng)靜止時(shí)，起重系統(tǒng)制動(dòng)可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 。 簡而言之，它用于減緩提升機(jī)的運(yùn)動(dòng)，并將其置于故障狀態(tài)下的某些參數(shù)中。
關(guān)鍵詞 小絞盤；容繩量；鋼絲繩平均運(yùn)行速度
I
Abstract
Mine 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 country's 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 industrial's high productivity and advanced technical economic indexes.
For some small winch (such as scraper winch, winch, etc.) do type inspection at the manufacturer, because the capacity is large, some manufacturers to design field winding rope.The wire rope with equal length, the capacity of rope, the average running speed of wire rope and the height difference between the hoist drum rim and the outer steel wire rope can not be measured practically. After deduction and research, it is applied.The basic mathematical formulas set up a simple calculation method for the rope volume of the winch, the average running speed of the wire rope and the difference of the edge height.
Keywords the small winch the volume of the rope the average running speed of the wire rope
II
目
錄
摘要 ..........................................................................................................................................
I
Abstract .................................................................................................................................
II
1
緒論 .....................................................................................................................................
1
2
初始數(shù)據(jù) .............................................................................................................................
7
3
工作條件 .............................................................................................................................
8
4
方案的初步擬定 .................................................................................................................
9
4.1
各部分的結(jié)構(gòu)及其特征 ..............................................................................................
9
4.2
傳動(dòng)特點(diǎn). ...................................................................................................................
10
5
總體設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................
11
6
蝸輪蝸桿傳動(dòng)件設(shè)計(jì) .......................................................................................................
14
6.1
選擇蝸桿傳動(dòng)類型 ....................................................................................................
14
6.2
選擇材料 ....................................................................................................................
14
6.3 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) .............................................................................
14
6.4
校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ............................................................................................
14
7
齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................
17
7.1
齒輪模數(shù)的確定 ........................................................................................................
17
7.2
齒輪的變位 ................................................................................................................
18
7.2.1 變位 ......................................................................................................................
18
7.2.2
變位系數(shù)的確定 .................................................................................................
18
7.2.3
接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的校核 .............................................................................
22
8
蝸輪軸設(shè)計(jì) .......................................................................................................................
27
9
中間軸設(shè)計(jì) .......................................................................................................................
30
10 滾筒及主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................................
31
11 軸承的校核 .....................................................................................................................
35
12 鍵的選擇與校核 .............................................................................................................
36
13 聯(lián)軸器的選擇 .................................................................................................................
37
14 回柱絞車制動(dòng)器設(shè)計(jì) .....................................................................................................
38
15 回柱絞車的使用與維修 .................................................................................................
42
結(jié)論 .......................................................................................................................................
44
致謝 .......................................................................................................................................
45
參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................
46
III
1 緒論
1.1 JH-10 回柱絞車型號(hào)含義和組成
1.1.1 型號(hào)含義
開頭字母 J 是卷揚(yáng)機(jī)的類稱符，字母 H 的含義是回柱絞車，數(shù)字 10 的含義是拉力為 10T 鋼絲繩的平均靜張力
1.1.2 組成
JH-10 的回柱絞車由一下幾個(gè)部分組成，如下看
圖 1-1 絞車原理圖
1.電動(dòng)機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪 4 蝸桿 5 內(nèi)齒輪 6 撥塊 7 徘徊齒輪 8 錐面端蓋 9 過橋齒輪 10 大齒輪 11 滾筒
⑴電機(jī)：使用 F 級別防爆
⑵減速器：減速器使用一級弧形蝸桿和一級齒輪。蝸輪軸上設(shè)有內(nèi)齒離合器，其中內(nèi)齒 5 與徘徊齒輪 7 相嚙合，通過操縱手柄推動(dòng)撥快可以使得徘徊齒輪軸向移動(dòng)脫離內(nèi)齒 5，這時(shí)候的滾筒可以自行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過快時(shí)可以撥動(dòng)撥快至遠(yuǎn)離內(nèi)齒 5 的極限位置，為了使小齒輪 7 的摩擦圓錐與渦輪機(jī)箱體端蓋處的摩擦圓錐一致，起到一個(gè)制動(dòng)的效果。
⑶過橋齒輪：它是兩個(gè)齒輪之間的一個(gè)過渡齒輪，通過它可以使得過橋齒輪兩邊的齒輪轉(zhuǎn)向相同，并且不會(huì)影響到前后轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)比，最主要的目的是為了滿足絞車結(jié)構(gòu)上的需求，就是增加卷筒與蝸輪的中心距離。
⑷卷筒部分：卷筒的結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成，包括卷軸，主軸，齒輪和軸承座。
⑸底座部分：底座部分的外觀呈雪橇狀和長方形。電機(jī)、減速器、卷筒三個(gè)部分排列分布形成一個(gè)整體。
1.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)
1.傳動(dòng)系統(tǒng)的第一階段是渦輪蝸桿減速，它的優(yōu)點(diǎn)在于自身具備自鎖功能，在這樣的條件下重物拉動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)的情況就不會(huì)出現(xiàn)
1
2.總體上來講傳動(dòng)比非常大，可選用功率較小的電機(jī)，并且不影響其傳動(dòng)效率。
3. 整體結(jié)構(gòu)非常緊湊，節(jié)省空間，節(jié)省生產(chǎn)成本。
4.由于是礦井運(yùn)作，所以本回柱絞車的電機(jī)及其他部分皆使用防瓦斯防爆的設(shè)備，保證了在該惡劣環(huán)境下的安全使用
5.本回柱絞車安有制動(dòng)裝置，在徘徊齒輪的末尾處設(shè)置有錐形摩擦制動(dòng)，使得徘徊齒輪在脫離內(nèi)齒輪的極限位置能夠與之契合，產(chǎn)生制動(dòng)效果。
6．蝸輪蝸桿運(yùn)行過程發(fā)熱量大，容易損壞，所以需要重點(diǎn)關(guān)注其潤滑和維護(hù)工作
1.3 回柱絞車的布置
1.3.1 安裝于回風(fēng)巷內(nèi)
如下圖 0-1 所示
圖 1-2 回風(fēng)巷內(nèi)
回風(fēng)道中的位置需要滿足遵循操作程序的要求。其中安裝于回風(fēng)巷的優(yōu)點(diǎn)有：1.方便回柱絞車安置于固定位置，無需在工作中各種搬運(yùn)轉(zhuǎn)移位置 2.在煤礦層傾斜角度很大、壓力很大的工作平面內(nèi)能夠有較為理想的適應(yīng)程度。其中缺點(diǎn)有：1.在材料的運(yùn)輸方面可能對其有著一定程度上的影響 2.鋼絲繩需要一定大的抗拉強(qiáng)度因?yàn)槠淅p繞軌跡需要 90 度繞過一個(gè)導(dǎo)向輪，若其抗拉強(qiáng)度不足容易導(dǎo)致其繩子損毀 3.對導(dǎo)向輪的固定要求較高，增加了作業(yè)難度。
1.3.2 安裝于回采工作面上端
回柱絞車緊貼著回風(fēng)巷，并且安裝于靠上的密集柱之中，如下圖 1-3
2
圖 1-3 回采工作面上端
安裝在該工作平面的優(yōu)勢有：1.解決了前面安裝于回風(fēng)巷內(nèi)繩子繞 90 度牽引的弊端，鋼絲繩的走向?yàn)橹本€較為可靠，繩子在工作上的運(yùn)行上順滑阻力不大且不容易造成鋼絲繩的損毀 2.鑒于之前材料運(yùn)輸不便的問題有了很好的解決。其中的劣勢有：1.工作循環(huán)進(jìn)行一次就需要搬運(yùn)回柱絞車調(diào)整位置，極其不便 2.無法再煤礦層傾角過量的情況利用，故頂板需要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性能。在頂上遭受較強(qiáng)的力量時(shí)，機(jī)座在這種惡劣情況下易改變其形狀 3.如果頂上受力不均發(fā)生較惡劣冒落會(huì)導(dǎo)致回柱絞車的掩埋，對于工作也許會(huì)產(chǎn)生不必要的麻煩。故該安置方式很少被采取。
1.3.3 絞車直接安裝在工作平面上
如下圖所示
圖 1-4 在工作平面上
對于安裝在工作平面上的優(yōu)勢有以下幾條：1.可以增加回柱速度在很多臺(tái)回柱絞車同時(shí)工作的條件下，該工作條件符合普通的開采煤礦的工作面 2.解決了前面回風(fēng)巷內(nèi)的運(yùn)輸困難問題，也方便了里面的人員走動(dòng) 3.該放置方式依然解決了安裝于回風(fēng)巷內(nèi)繩子繞 90 度牽引的弊端，鋼絲繩的走向?yàn)橹本€較為可靠，繩子在工作上的運(yùn)行上順滑阻力不大且不容易造成鋼絲繩的損毀。安置于工作平面的劣勢有：1. 工作循環(huán)進(jìn)行一次就需要搬運(yùn)回柱絞車調(diào)整位置，極其不便 2.無法再煤礦層傾角較大的條件下采用，要求頂板有較好的條件。 3. 若是頂板不穩(wěn)定發(fā)生嚴(yán)重的冒落可能造成回柱絞車的被掩埋，對于工作也許會(huì)產(chǎn)生不必
3
要的麻煩。該放置方式是以回柱工藝時(shí)長很大，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了開采煤礦的工藝時(shí)長的情況下采用，所以這可以提升生產(chǎn)效率和提升經(jīng)濟(jì)效率，雖說如此也要在正常安全的確保條件下使用。
1.4 回柱絞車的普通結(jié)構(gòu)分析
1.4.1 普通蝸輪蝸桿
常見的蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率非常低，且運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，外形寬大且重量也大，因此搬運(yùn)起來非常的困難，非常不適用與礦井下的工作環(huán)境，故不適用礦用回柱絞車
1.4.2 圓弧面蝸輪蝸桿傳動(dòng)
該蝸輪蝸桿現(xiàn)如今廣泛應(yīng)用于礦井回柱絞車的各個(gè)型號(hào)生產(chǎn)，機(jī)械效率非常的高可以達(dá)到約為 0.85 到 0,9 之間，且減小了體積和重量
1.5 各個(gè)型號(hào)的回柱絞車類比
表 1-1
型號(hào)類比
JH-8
JH-5
牽引力
最大
千牛
80
牽引力
最大
千牛
57
最小
69
最小
42
卷筒尺寸
直 徑 ×
毫米
280×230
卷筒尺寸
直徑 × 寬
毫米
276×272
寬度
度
鋼絲繩
直徑
毫米
15.5
鋼絲繩
直徑
毫米
16
繩速
最大
米/秒
0.12
繩速
最大
米/秒
0.199
最小
0.083
最小
0.141
減速比
181.17
減速比
157
容繩比
米
80
容繩比
米
80
功率
千瓦
7.5
功率
千瓦
7.5
電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)/分
970
電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)/分
1450
使 用 電
伏
380/660
使用電壓
伏
380/660
壓
長度
1550
長度
1450
外形尺寸
寬度
毫米
530
外形尺寸
寬度
毫米
512
高度
570
高度
515
絞車重量
包 括 電
千克
650
絞車重量
包括電機(jī)
千克
620
機(jī)
4
配套電器
QC83-80N 隔爆可逆磁力啟
配套電器
QC83-80N 隔爆可逆磁力啟動(dòng)器
動(dòng)器
LA81-3 隔爆控制按鈕
LA81-3 隔爆控制按鈕
型 號(hào)
JH-14A
JH-14B
JH-14C
參 數(shù)
牽引力
里層（KN）
140
外層（KN）
97
中層（KN）
110
繩速
最大（m/s）
0.12
最小（m/s）
0.08
平均（m/s）
0.10
卷筒規(guī)格（直徑 × 寬度
380×300
mm）
鋼絲繩直徑（mm）
22
容繩量（m）
120
傳動(dòng)比
188
外形尺寸（長×寬×
1955×680×815
2030×680×815
1955×680×815
高 mm）
絞車質(zhì)量（kg）
1350
1400
1350
型號(hào)
YB200L-8
電動(dòng)機(jī)
功率（KW）
15
轉(zhuǎn)速（r/min）
725
附屬電氣
隔爆磁力啟
QC83-80N 或 QC815-60N
QC12-4NH （ 非 防
設(shè)備
動(dòng)器
爆）
隔爆控制按
LA81-3
LA10-3H（非防爆）
鈕
由上述列表中我們可得三種不同型號(hào)的絞車之間的聯(lián)系和共性，JH-5 和 JH-8 兩種屬于重量較輕的兩種，且體積也較小，這兩種型號(hào)的絞車的優(yōu)勢是便于挪移比較靈活，但劣勢是容繩量和鋼絲繩的牽引力較小不適用于重物重量較大的場合。JH-14 這個(gè)型號(hào)的優(yōu)勢在于容繩量和繩子的拉力相對于前面兩個(gè)型號(hào)有了較大的提升，但是劣勢也很明顯體積和質(zhì)量都較大。
1.6 國內(nèi)外回柱絞車發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)外的絞車有著跨越式的變化，國外絞車魚目混雜，單雙筒、雙折線、各種傳動(dòng)類
5
型等多種種類規(guī)格，各個(gè)型號(hào)適用于各種場合。我國的絞車種類較少，主要以單筒為主，且形態(tài)各異，不是特別的同意沒有標(biāo)準(zhǔn)。源動(dòng)力類型也基本上是以電動(dòng)機(jī)為主，極少有液壓或者風(fēng)力為源動(dòng)力。
國內(nèi)的絞車在使用壽命、安全可靠性等方面都與國外有一點(diǎn)差距。國外例如蘇聯(lián)等國家要求絞車的壽面年限范圍在至少五年以上，且要求分貝值低于一定標(biāo)準(zhǔn)才能投入生產(chǎn)，國內(nèi)的絞車壽命年限要短一些且根據(jù)使用用戶的反饋信息來看，分貝較大也是個(gè)比較廣泛的問題，許配備相應(yīng)耳機(jī)，也增大的工作成本。
綜上所述國內(nèi)絞車發(fā)展時(shí)間較短且應(yīng)用場合較少，故應(yīng)用上以礦用小絞車為主，便于搬運(yùn)和使用。
從發(fā)展趨勢來看，國內(nèi)外發(fā)展趨勢基本一致，具有以下特點(diǎn)1.向更長的使用壽命上發(fā)展2.向占地面積更小體積更小的方向發(fā)展3.向高效率高效能的方向發(fā)展4.向低分貝低噪音的方向發(fā)展5.向多功能多場合適用的方向發(fā)展6.向結(jié)構(gòu)簡潔省材美觀的方向發(fā)展7.向統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展
6
2 初始數(shù)據(jù)
7
3 工作條件
1.工作時(shí)長：1600 天
2.工作環(huán)境：礦井
3.工作需求：噪音分貝在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，防爆氣體的安全指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)
4.運(yùn)作要求：滾筒可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)且間歇運(yùn)作以滿足工作中的一些硬性需要5..工作能力：容繩量可以涉及到百分之十左右
8
4 方案的初步擬定
JH-10 方案定義由回柱絞車提升的力和絞車布局結(jié)構(gòu)是否簡單以及是否能方便拖運(yùn)搬遷，工作環(huán)境適合較為狹小的環(huán)境故該回柱絞車的大小尺寸應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)緊湊體積較小的要求，然后由于是礦井下的工作環(huán)境所以需要電機(jī)以及其他的工作元件具備防瓦斯防爆等基本的安全需求，由于其重量較輕所以其抗震抗沖擊能力略低。綜上所給出的設(shè)計(jì)要求以及所給出的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，JH-10 回柱絞車的初步擬定方案如下，電機(jī)部分選用防爆防瓦斯的電機(jī)滿足一定的功率，整體布局要緊湊有條理，減速器部分使用球面蝸輪蝸桿和直齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示
圖 4-1 結(jié)構(gòu)簡圖
1.電機(jī) 2.彈性聯(lián)軸器 3.球面蝸桿 4.徘徊齒輪 5.過橋齒輪 6.大齒輪 7.卷筒
4.1 各部分的結(jié)構(gòu)及其特征
1.電機(jī)：本 JH-10 回柱絞車所用的電機(jī)由于其礦井下的工作環(huán)境需要故使用防爆電機(jī)、 F 級絕緣
2.減速器：減速機(jī)使用一級弧形蝸輪和一級齒輪。蝸輪軸上設(shè)有內(nèi)齒離合器，其中內(nèi)齒 5 與徘徊齒輪 7 相嚙合，通過操縱手柄推動(dòng)撥快可以使得徘徊齒輪軸向移動(dòng)脫離內(nèi)齒 5，這時(shí)候的滾筒可以自行轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速過快時(shí)可以撥動(dòng)撥快至遠(yuǎn)離內(nèi)齒 5 的極限位置，為了使小齒輪 7 的摩擦圓錐與渦輪機(jī)箱體端蓋處的摩擦圓錐一致，起到一個(gè)制動(dòng)的效果。
3.聯(lián)軸器部分：采用的是彈性聯(lián)軸器，能夠有效的傳遞扭矩，增加使用壽命，并且具有一點(diǎn)的減震效果
4.中間齒輪：中間齒輪就是過橋齒輪其作用是使其兩邊的齒輪轉(zhuǎn)向相同且不影響其傳遞效果，增加了大齒輪軸到徘徊齒輪軸的平行距離。
5.卷筒部分：卷筒的結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成，包括卷軸，主軸，齒輪和軸承座。大齒輪與卷筒同軸6.底座部分：底座部分的外觀呈雪橇狀和長方形。電機(jī)、減速器、卷筒三個(gè)部分排列分
布形成一個(gè)整體。
9
4.2 傳動(dòng)特點(diǎn)
圖 4-2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖
電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器首先與球面的蝸輪蝸桿減速器相連接，與蝸輪蝸桿就減速器相連接的優(yōu)勢是此種傳動(dòng)效率是最高的也是最合適的。
減速器部分：由于其減速比較大故采用的是球面的蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)，其主要優(yōu)勢是具有自鎖功能且傳動(dòng)效率高，噪音較小不會(huì)像傳動(dòng)的蝸輪蝸桿產(chǎn)出大量的熱導(dǎo)致壽命減少且易損壞。本卷筒能夠自鎖，卷筒的順時(shí)針和逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)通過僅僅通過電機(jī)來控制，這樣可以保證絞車的安全性。當(dāng)電機(jī)斷電時(shí)要求卷筒立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)時(shí)候蝸輪蝸桿的自鎖作用就體現(xiàn)出來了。因此，該設(shè)計(jì)采用了蝸輪減速器結(jié)構(gòu)。易損壞，故采用球面的蝸輪蝸桿可以解決，并且還增加了使用壽命也增強(qiáng)了其承載能力。
10
5 總體設(shè)計(jì)
5.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
5.1.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇
常規(guī)的電動(dòng)機(jī)當(dāng)中我們常常采用三相交流電動(dòng)機(jī)，故本設(shè)計(jì)絞車也采用該電機(jī)，由于所處的環(huán)境比較惡劣，需要防塵防瓦斯防爆等多項(xiàng)要求故采用皆可防護(hù)的電機(jī)設(shè)備，故我選擇使用三相異步防爆的 Y 系列。
5.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇
卷筒所需要的有效功率為：
PW =
Fv
=
80 ×1000 × 0.102
kw =8.13 kw;
1000ηw
1000 ×1
其中, ηW 為繩筒軸的輸出效率，取為 1.
電動(dòng)機(jī)輸出功率為： Pd = PW /η
查[1]表 2-2 得從電動(dòng)機(jī)到繩筒之間各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承的效率：柱銷聯(lián)軸器效率η1 =0.99；蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)效率η2 =0.8；滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率η3 =0.99；圓柱齒輪傳動(dòng)效率η4 =0.98。
則總傳動(dòng)效率η =η1 ×η2 ×η33 ×η4 2 =0.99×0.8× 0.993 × 0.982 =0.74； Pd = PW /η = 8.13 / 0.74 kw=10.89 kw；取電動(dòng)機(jī)的額定功率為 11 kw。
5.1.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
需要在礦井下工作得特殊條件下，所以其安全條件必須要得到強(qiáng)有力的保障，故此 YB160 防爆電機(jī)是個(gè)非常好的選擇（980 轉(zhuǎn)/分）。
5.1.4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定
根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率和同步轉(zhuǎn)速，查[2]選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 YB160-6 型三相異步防爆電動(dòng)機(jī)，查[2]表 16-1-89 知電動(dòng)機(jī)的機(jī)座中心高為 160 mm，外伸軸頸為 42 mm，外伸軸長度為 110 mm。
5.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比
5.2.1 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
i= nm = 910 =187.6 ；其中 nm 為電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 nm =910 r/min.算得的傳動(dòng) nw 4.85
比與已知的總傳動(dòng)比 i=181 相差不大，故所選擇的電動(dòng)機(jī)型號(hào)合適。
5.2.2 分配各級傳動(dòng)比
11
機(jī)械設(shè)計(jì)中的總傳動(dòng)方案是把總的傳動(dòng)一個(gè)個(gè)的分配到幾個(gè)加速器，且其中必須要求各級傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊具有較強(qiáng)的承載力，工作效率高。使用上簡單，外觀簡潔。根據(jù)總傳動(dòng)比 i 總=157。通過其他類似結(jié)構(gòu)絞車可得各傳動(dòng)比為：
蝸輪蝸桿傳動(dòng)比：i1 =29.92
第一對齒輪傳動(dòng)比：i 2 =1.73
第二對齒輪傳動(dòng)比：i 3 =3.5
總傳動(dòng)比 i=i1 .i 2 .i 3 =29.92 × 1.73 × 3.5=181.17 ≈ 181.
5.2.3 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)
n電 =970r/min
n 桿 = n電 =970r/min
n =
n桿
=970 ×
1
=32.42r/min
Ⅰ
i1
29.92
n
×
1
n
=
Ⅰ
=32.42
=18.74r/min
Ⅱ
1.73
i
2
n
×
1
n Ⅲ =
Ⅱ
=18.74
=5.35r/min
i3
3.5
計(jì)算各軸功率 ：
P電 =11kw
P 桿 = P電 η1 =11 × 0.99=10.89kw
PⅠ= P 桿 η2 η3 =10.89 × 0.8 × 0.99=8.62kw
PⅡ = PⅠη3 η4 =8.62 × 0.99 × 0.98=8.36kw
P Ⅲ = PⅡ η3 η4 =8.36 × 0.99 × 0.98=8.11kw
計(jì)算各軸扭矩：
T電 =9550 × nP電 =9550 × 97011 =108.30 Nm
電
T =9550 ×
P桿
=9550
× 10.89
=107.22 Nm
桿
n桿
970
T =9550 ×
P
×
8.62
Ⅰ
=9550
=2539.20 Nm
Ⅰ
nⅠ
32.42
12
TⅡ =9550 ×
P
=9550
×
8.36
=4260.30 Nm
Ⅱ
n
18.74
Ⅱ
T Ⅲ =9550 ×
P
=9550
× 8.11 =14476.73 Nm
Ⅲ
n
5.35
Ⅲ
表 5-1 各軸傳遞數(shù)據(jù)
軸
功率 P（kw）
轉(zhuǎn)速 n（r/min）
轉(zhuǎn)矩 T（Nm）
電機(jī)軸
11
970
108.30
蝸桿軸
10.89
970
107.22
Ⅰ軸
8.62
32.42
2539.20
Ⅱ軸
8.36
18.74
4260.30
Ⅲ軸
8.11
5.35
14468.72
13
6 蝸輪蝸桿傳動(dòng)件設(shè)計(jì)
6.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型
根據(jù) GB/T10095—1988 的推薦,采用圓弧面蝸桿(ZI)
6.2 選擇材料
指向于本絞車，由于蝸桿和蝸桿的傳動(dòng)功率被認(rèn)為是非常小的，因?yàn)樗母咝室?，該蝸桿與 45 號(hào)鋼一起使用。耐磨，所以蠕蟲螺旋吃面條需要淬火，硬度 45-55 HRC。
如軸承，軸套，蝸輪，摩擦輪，機(jī)螺絲螺母等），金屬模鑄造。 輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造。
6.3 根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)
度.
a ≥ 3 KT ( Z E Zρ )2
[ σH ]
確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩:
由前面計(jì)算可知 T=2539200Nmm;
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) Kβ = 1 ;由表 11-5 選取使用系數(shù) KA = 1.15 ;
于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動(dòng)載系數(shù) KV = 1.05 ,則 K= KA Kv Kβ =1.15×1.05×1=1.21
確定彈性影響系數(shù) ZE :
因選用的是鑄錫青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 Z E = 160MPa1/ 2
確定接觸系數(shù) Zρ :
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 d1 / a = 0.35 ,從中查得 Zρ = 2.9
確定許用接觸應(yīng)力[ σH ] :
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC,可得
蝸輪得基本許用應(yīng)力[σ H ]' = 268MPa
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60j n
L =60×1×32.42×28000=5.5×107
2
h
壽命系數(shù)
KHN = 8
10
7
=0.808
5.5×107
14
則
[σ H ] =[σ H ]' × KHN =0.808×268=216.5MPa
計(jì)算中心距
2
a≥ 3 1.21× 2539200
160 × 2.9
×
=241.7
216.5
取中心距 a=150mm,根據(jù)傳動(dòng)比，從手冊中取模數(shù) m=6,蝸桿分度圓直徑 d1 =60mm.這時(shí)
d1 /a=0.40,可得接觸系數(shù) Zρ ' =2.78, 因?yàn)?Z 'ρ < Zρ ,因此以上計(jì)算結(jié)果可用.
蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸桿
軸向齒距 Pa =3.14m=3.14×6=18.84mm 徑系數(shù) q = 10mm ;齒頂圓直徑 da1 = 96mm ;分度圓導(dǎo)程角 γ = 5.70 ;蝸桿軸向齒厚 Sa = 12 ×3.14m= 12 ×3.14×6=9.42mm
蝸輪
蝸輪齒數(shù) Z2 = 40 ;變位系數(shù) x2 =0
蝸輪分度圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
d2 =m z2 =6×40=240mm
da2 = d2 +2 ha2 =240+2×8=256 mm
d f 2 = d2 -2 hf 2 =240-2×1.6=236.8 mm
rg 2 =a- da2 =150- 12 ×256=22mm
6.4 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
σ F =
1.53KT2 YFa2Yβ = [σ F ]
d1 d 2m
當(dāng)量齒數(shù)
zv2 =
z2
=
40
= 40.2
cos3
γ
cos3 5.70
根據(jù) zv2 = 40.2 , x 2 = 0 ,從中可查得齒形系數(shù) YFa2 = 2.43
螺旋角系數(shù)
Yβ = 1
?
γ
= 1
?
5.70
= 0.9593
1400
1400
許用彎曲應(yīng)力
[σ F ]
=[σ F ]' × KFN
從中可得由 ZcuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σ F ]' = 56MPa
15
壽命系數(shù): K
FN
= 9
106
=0.64
5.5
×107
所以 [σ F ] =[σ F ]' × KFN =35.88MPa
σ F = 1.53×1.21× 253920 ×2.43×0.9593=12.4＜ [σ F ]
60 × 240 × 6
彎曲強(qiáng)度滿足要求。
16
7 齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
7.1 齒輪模數(shù)的確定
參考同類產(chǎn)品：選取小齒輪材料為 40C r 鋼，齒面淬火，淬火硬度為 HRC45~50；中間橋輪材料為 40C r 鋼，表面淬火，淬火硬度為 HBC48~55；大齒輪用 40C r 合金鋼鑄成，調(diào)質(zhì)處理，硬度 HRC230~260。初選 z1 =13,則 z2 =i 2 ×13=1.73×13=22, z 3 =i 3 × z2 =3.5× 22=77,為減小傳動(dòng)的尺寸，小齒輪和橋輪均為硬齒面；大齒輪采用軟齒面，其目的是使大齒輪和中間齒輪使用壽命相當(dāng)。
模數(shù)大小需由彎曲疲勞強(qiáng)度確定。由于第二對齒輪傳動(dòng)承載較大，就按第二對齒輪傳動(dòng)初步計(jì)算。 （注：有關(guān)計(jì)算公式、圖表、數(shù)據(jù)引自濮良貴，紀(jì)名剛主編的《機(jī)械設(shè)計(jì)》(第七版).高等教育出版社，2001.6）
按彎彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算:
m≥ 3
2KT2
YFaYSa
式中，轉(zhuǎn)矩T
=4260Nm ,z
=22;
?d × Z22
[σ F ]
2
2
查表 10-7 取圓柱齒輪齒寬系數(shù)φd =1.3
由式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1 =60j n2 Lh =60×18.74×1×(2×8×300×10)=5.7×107
則 N2 = N1 / μ2 =5.7×107 /3.5=1.5×107
其中 μ2 為齒數(shù)比， μ2 =77÷22=3.5
由圖 10-20c 查得過橋齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度σ FE1 =600MPa;
查得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度σ FE 2 =380MPa;
由圖 10-18
取彎曲疲勞系數(shù)： KFN1 =0.92， KFN 2 =0.96；
計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4；
由式 10-12
得 [σ F ]2 = KFN1 ×σ FE1 S = 0.92 × 600 1.4 =394MPa
[σ F ]3 = KFN 2 ×σ FE 2 S
= 0.96 × 380 1.4 =261MPa
計(jì)算載荷系數(shù) K: K=
KA Kv KFα KFβ
由表 10-2 取 KA =1，由圖 10-8 取動(dòng)載荷系數(shù) Kv =1.06，直齒輪 KHα = KFα =1,
KFβ =1；
17
則 K= KA Kv KFα KFβ =1×1.06×1×1=1.06；
由表 10-5 查的齒形系數(shù)：Y Fa 2 =2.72 ， Y Fa 3 =2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：Y sa2 =1.57， Y sa3 =1.76
∵ YFa2 YSa 2 = 2.72 ×1.57 ＜ YFa3 YSa 3 = 2.21×1.76 =0.015 [σ F ]2 394 [σ F ]3 261
∴
就按二者中的大值
YF
YS
a 3
計(jì)算，將諸值代入
a3
[σ
]
F 3
m≥ 3
2KT2
YFaYSa
式，得
?d × Z22
[σ F ]
M≥ 3
2 ×1.06 × 4260
× 0.015 =5.85mm圓整，取 m=6mm。
1.4 × 222
大齒輪是軟齒面齒輪，本應(yīng)按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。為使按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的大齒輪的
接觸強(qiáng)度足夠，可將 m 值取得大一點(diǎn)。（m↑,z 不變，d↑,接觸強(qiáng)度↑）所以這里取 m 值
取 6。
7.2 齒輪的變位
7.2.1 變位
通過互換性這本書的學(xué)習(xí)我們可知道標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪具有較好的互換性，設(shè)計(jì)計(jì)算等簡潔等突出的優(yōu)勢，故在實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛，但是依然具有以下缺點(diǎn)：
1. 一對可以正常嚙合的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，小齒輪齒根厚比大齒輪的齒根厚要小，這樣在材質(zhì)相同的條件下小齒輪的彎曲強(qiáng)度比較低
2. 小齒輪的根部比大齒輪的齒根略大，后續(xù)齒輪容易損壞
3. 標(biāo)準(zhǔn)齒輪的中心距是一直保持不變的，所以其可能無法滿足一些其他要求，例如要求比理論距離小或者大都無法滿足
4. 切根影響，故
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