JH-8礦用回柱絞車、慢速絞車設(shè)計

I摘 要礦用回柱絞車，又稱慢速絞車,是用來拆除和回收礦山回采工作面頂柱的機(jī)械設(shè)備的提升機(jī)。牽引力大和牽引速度慢是礦用回柱絞車的主要性能?，F(xiàn)階段，我國煤礦工業(yè)正以日新月異的速度發(fā)展。在井下回采工作中，當(dāng)一個工作面的煤層開采完了以后，就要進(jìn)行放頂。由于回柱作業(yè)屬危險性工作，工作人員不能直接進(jìn)入回柱空頂區(qū)，而且金屬成本較高，液壓支柱若不收回，則必然造成極大的浪費(fèi)。如果人工回收支柱，安全性差、效率也很低。此時可把回柱絞車布置在距回柱空頂危險區(qū)段較遠(yuǎn)的安全地段，用鋼絲繩鉤頭來拉倒和回收頂柱。由于它的高度較低重量又輕，持別適用于薄煤層、和急傾斜煤層采煤工作面，以及各種采煤工作面回收沉入底板或被矸石壓埋的金屬支杖?；刂g車除可用來回柱放頂工作外，也可用來拖運(yùn)重物和調(diào)運(yùn)車輛等。使用回柱絞車回收既經(jīng)濟(jì)，又迅速，符合現(xiàn)代化工業(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)。根據(jù)礦山機(jī)械的特殊要求，本文重點(diǎn)設(shè)計齒輪傳部分和卷筒部件與制動器部件，兩個部件是提升機(jī)的關(guān)鍵部分，卷筒強(qiáng)度不夠?qū)е碌闹苯雍蠊褪峭矚け粔簼?、焊縫開裂等；制動器是絞車的制動裝置，制動裝置的作用是克服和抵消提升機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)的慣性力，使之停止運(yùn)動；以及在系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)下時，制動系統(tǒng)可能由于重力作用產(chǎn)生的運(yùn)動。總之，是為了制動提升機(jī)的運(yùn)動，使之處于停運(yùn)狀態(tài)的一些設(shè)置。關(guān)鍵詞：回柱絞車 齒輪傳動 卷筒部件 制動器 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 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.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目錄前 言 11 JH-8 型回柱絞車的概述 .22 原始數(shù)據(jù) 83 工作條件 84 方案的初步擬定 95 總體設(shè)計 126 蝸輪蝸桿傳動件設(shè)計 167 齒輪的傳動設(shè)計 197.1 齒輪模數(shù)的確定 .197.2 齒輪的變位 .217.3 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 .317.4 齒輪結(jié)構(gòu)的潤滑 .318 蝸輪齒輪軸設(shè)計 328.1 軸的材料選擇 .328.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力 .329 中間軸設(shè)計 359.1 選材 .359.2 基本軸徑估 算 .359.3 軸上零件布置 .359.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .3510 滾筒及主軸的設(shè)計計算 3710.1 滾筒的設(shè)計 .3710.2 主軸的設(shè)計 .3810.3 主軸的強(qiáng)度校核 .4011 軸承的校核 4412 鍵的選擇與校核 4513 聯(lián)軸器的選擇 4514 回柱絞車制動器設(shè) 計 4514.1 絞車上應(yīng)有的安全裝置 .4714.2 回柱絞車制動器的作用 .4814.3 回柱絞車制動器的選用和設(shè)計 .4814.4 回柱絞車的使用與維修 .52致 謝 56參考文獻(xiàn) 571前 言JH 系列回柱絞車主要供煤礦井下回柱放頂之用。特別適用于薄煤層和急傾斜煤層采煤工作面，亦可用來拖運(yùn)重物和調(diào)度車輛。隨著機(jī)械化采煤程度的提高，它越來越多地被廣泛用于機(jī)械化采煤工作面，作為安裝、回收牽引各種設(shè)備稱備件之用?；厥盏闹е芍匦录庸だ茫度氲缴a(chǎn)中去。JH 系列絞車均采用球面蝸輪副傳動，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外型尺寸小和隔爆性能，均能整機(jī)下井；絞車結(jié)構(gòu)對稱布置，呈長條形，底座呈雪橇狀，故在井下自移平穩(wěn)靈便；絞車重心低，底座剛性好，既可打頂柱，也可安設(shè)地錨，因此安裝方便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠。JH-8 型回柱絞車由防爆電機(jī)、圓弧面蝸桿減速器、齒輪傳動減速器、滾筒、主軸、制動器等組成。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較?。ㄟm合井下巷道狹長的工作環(huán)境） 、重量較輕（可經(jīng)常移動）載荷平穩(wěn)、僅受輕微沖擊等優(yōu)點(diǎn)。使用回柱絞車回收支柱既經(jīng)濟(jì)，又迅速，符合現(xiàn)代化工業(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)。在這次設(shè)計中我主要把絞車的總體設(shè)計、滾筒及主軸的設(shè)計和制動器的設(shè)計作為我的設(shè)計重點(diǎn)。在設(shè)計中力求使我設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)耐用，有所創(chuàng)新現(xiàn)階段，我國煤礦工業(yè)正以日新月異的速度發(fā)展。礦用回柱絞車的用量一定會大幅度的增加,對回柱絞車的性能和質(zhì)量要求也會越來越高.通過對絞車的不斷設(shè)計更新改進(jìn)，可以縮短絞車設(shè)計周期，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和市場競爭能力,也能提高煤礦的產(chǎn)煤能力,改善工人的生產(chǎn)條件21 JH-8 型回柱絞車的概述1.1 JH-8 型回柱絞車型號含義和組成1.1.1 型號含義：J 卷揚(yáng)機(jī)類，H 回柱絞車，8 鋼絲繩拉力 8（kf） 。1.1.2 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，中間軸，卷筒，底盤五大部分組成,如下面的 JH-8 型回柱絞車傳動系統(tǒng)圖所示:1-1 JH-8 型回柱絞車傳動系統(tǒng)圖1 電動機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪 4 圓弧面蝸桿 5 內(nèi)齒輪 6 撥塊 7 滑移齒輪 8 錐面端蓋 9 過橋齒輪 10 大齒輪 11 滾筒其傳動原理是：絞車由電動機(jī) 1 經(jīng)聯(lián)軸器 2,經(jīng)一級圓弧面蝸桿蝸輪 3 與 4,再經(jīng)一級圓柱齒輪 7 與 10(中間設(shè)有過橋齒輪 9),傳遞到滾筒.絞車設(shè)有滑移齒輪7,與蝸輪軸上內(nèi)齒輪 5 相嚙合,起離合器作用.當(dāng)柱子拉倒后,可反向回繩,亦可推動離合手把,使滑移齒輪 7 脫離內(nèi)齒輪 5,滾筒即可自由旋轉(zhuǎn),此時可進(jìn)行放繩,為了防止放繩過快,可推動離合手把至極限位置,使滑移齒輪 7 的摩擦錐面與固定在蝸輪箱端面的端蓋的錐面結(jié)合,產(chǎn)生制動作用. 31.2 傳動結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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)生重物拉動滾筒旋轉(zhuǎn)情況；總傳動比大(i150230)，能在電動機(jī)功率較小時，獲得較大的牽引力；具有整體結(jié)構(gòu)，便于移動和安裝，甚至可以利用回柱絞車牽引力來牽引絞車本身移動；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；電氣控制裝置比較簡單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵的環(huán)境場所；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)。1.3 回柱絞車在井下回采工作面的布置方式1.3.1 回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)的位置、應(yīng)符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定.如圖 1-2 所示.4圖 1-2 在回風(fēng)巷布置回柱絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 導(dǎo)向輪回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：回栓絞車不需經(jīng)常搬遷；適合于煤層傾角較大、頂板破碎、壓力較大的工作面。缺點(diǎn)有；回柱絞車可能影響回風(fēng)巷人員行走和材料運(yùn)輸工作；鋼絲繩牽引時要繞過一個拐直角的導(dǎo)向輪，鋼絲繩受力大，容易損壞；要求固定拐角導(dǎo)向輪的柱子或錨桿等必須牢固.1.3.2 回柱絞車安裝在回采工作面上端回柱絞車布置在緊靠回風(fēng)巷，且在工作面的上端相密集支柱之間如圖 1-3 所示。圖 1-23 在回采工作面上布置回柱絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 鋼絲繩回柱絞車安裝在回采工作面上端布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運(yùn)行阻力小，不易損壞；不影響回風(fēng)巷內(nèi)人員走動和材料運(yùn)輸工作。缺點(diǎn)有：每進(jìn)行一次循環(huán)都要移動回柱絞車；要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用。當(dāng)頂板壓力較大時，機(jī)座受力后易變形；頂板嚴(yán)重冒落時可能埋住絞車，移動和檢修都很困難。這種布置方式很少采用。51.3.3 回柱絞車直接安裝在工作面回柱絞車直接安裝在工作面的多臺布置,方式如圖 1-4 所示.圖 1-34 在工作面上布置數(shù)臺絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 刮板輸送回柱絞車直接安裝在工作面的多臺絞車布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：多臺同時回柱，加快回柱進(jìn)度，特別適合需要回柱的普通機(jī)械化采煤工作面，如使用刨煤機(jī)的回采工作面；不影響回風(fēng)巷內(nèi)的人員走動和材料運(yùn)輸工作；鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運(yùn)行阻力小，不易損壞。缺點(diǎn)有：每進(jìn)行次循環(huán)都要移動回柱絞車；要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用；頂板冒落也有可能埋住絞車，移動和檢修都很困難。這種布置方式是在回柱工藝時間大大超過采煤工藝時間的情況下采用，可提高采煤工作面生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，但應(yīng)在確保安全的前提下謹(jǐn)慎推廣使用1.4 回柱絞車結(jié)構(gòu)的一般分析回柱絞車按傳動機(jī)構(gòu)可分為普通蝸桿蝸輪傳動和圓弧面蝸桿傳動：1.4.1 普通蝸桿蝸輪傳動采用普通的蝸桿蝸輪傳動機(jī)械效率低，具有結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用的優(yōu)點(diǎn)，但體積重量都很大，搬運(yùn)困難，不適于井下狹窄環(huán)境和經(jīng)常移動的特點(diǎn)，故此類回柱絞車不再生產(chǎn)。1.4.2 圓弧面蝸桿傳動現(xiàn)在生產(chǎn)的各種回柱絞車均采用圓弧面蝸桿傳動，機(jī)械效率提高到約為60.850.9，機(jī)器的體積和重量都相應(yīng)減小。1.5 不同型號的回柱絞車的比較目前，各制造廠生產(chǎn)的回柱絞車主要有 JH-5、JH-8、JH-14 三種型號，現(xiàn)將其主要技術(shù)規(guī)格列表如下，以便作對比。表 1-1 回柱絞車主要技術(shù)規(guī)格項(xiàng)目 單位 型號JH-5 JH-8 JH-14最大 5750 最大 8000 最大 14000牽引力 公斤力最小 4250 最小 6765 最小 10000卷筒直徑 毫米 280 300 394繩 速 米/分 10.2 5.934 8.22鋼絲繩直徑 毫米 16 17 22容繩量 米 80 80 80總減速比 157 181.2 170功率 千瓦 8 11 15電壓 伏 380/660 380/660 380/660轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1465 970 734外型尺寸 毫米 1403×530×5001550×530×6702798×933×900重量（包括電機(jī)）公斤 867 650 2537由上表可以看出：JH-5 型和 JH-8 型回柱絞車具有體積小、重量輕、挪移和安設(shè)方便的特點(diǎn)。但缺點(diǎn)是容繩量和牽引力較小。JH-14 型回柱絞車體積和重量都較大，但容繩量和牽引力都比 JH-5 和 JH-8 型大。煤礦回采工作面所用支柱以前多為木支柱，回柱時所需牽引力較大；現(xiàn)在7支柱常用金屬支柱和液壓單體支柱，回柱時的牽引力比以前有所減小。故而目前煤礦用 JH-5 和 JH-8 型的多一些。1.6 國內(nèi)外回柱絞車發(fā)展現(xiàn)狀國外礦用小絞車的種類、規(guī)格較多.工作機(jī)構(gòu)有單筒、雙筒和摩擦式.傳動型式有皮帶傳動、鏈?zhǔn)絺鲃印X輪傳動、蝸輪傳動、液壓傳動、行星齒輪傳動和擺線齒輪傳動等。其中采用行星齒輪傳動的比較多。國外礦用小絞車規(guī)格比較多，適用不同場合，我國礦用小絞車的規(guī)格少，品種型號多而亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從工作機(jī)構(gòu)上分，國外有單筒、雙筒及摩擦式三種，我國只有單筒一種型式。從原動力上分，國外有電動的、風(fēng)動的及液壓驅(qū)動，我國只有電動的和少量風(fēng)動的。我國礦用小絞車在壽命、噪音、可靠性等綜合指標(biāo)與蘇聯(lián)有著一定的差距。蘇聯(lián)礦用小絞車使用壽命規(guī)定在 5 年以上，我國目前不具備測試手段壽命無法考核，但從對用戶的訪問中得知，壽命達(dá)不到 5 年，噪音也較大。雖然我國礦用小絞車參數(shù)系列水平優(yōu)于國外，但在標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)采煤機(jī)械制造國?？v觀國內(nèi)外礦用小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢有以下幾個特點(diǎn)。向標(biāo)準(zhǔn)化系列化方向發(fā)展； 向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展； 向高效節(jié)能方向發(fā)展；向壽命長、低噪音方向發(fā)展；向一機(jī)多能、通用化方向發(fā)展； 向大功率方向發(fā)展；向外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展。我這次畢業(yè)設(shè)計就是根據(jù)煤礦的實(shí)際需要，對 JH-8 型回柱絞車進(jìn)行設(shè)計。82 原始數(shù)據(jù)3 工作條件工作年限:10 年（每年按 300 天計） ；工作班制：兩班；機(jī)器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車;工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作,繩筒轉(zhuǎn)向定期變換;9運(yùn)動要求:絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過 8%;工作能力:儲備余量 10%。4 方案的初步擬定JH-8 型回柱絞車要求結(jié)構(gòu)緊湊、體積較?。ㄟm合井下巷道狹長的工作環(huán)境）、重量較輕（可經(jīng)常移動）載荷平穩(wěn)、僅受輕微沖擊。本絞車是由防爆電動機(jī)、彈性聯(lián)軸節(jié)、蝸輪蝸桿減速器、過橋齒輪、卷筒、底座等部件組成。根據(jù)所給的設(shè)計數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)要求、機(jī)械的工藝性能和總傳動比等條件，經(jīng)過對回柱絞車常用型號的傳動方式比較,初步選定本回柱絞車機(jī)械傳動系統(tǒng)的類型，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)計方案和總體布局。其傳動結(jié)構(gòu)圖如下圖 4-1 所示:圖 4-1 JH-8 型回柱絞車的傳動結(jié)構(gòu)圖1、電動機(jī) 2、聯(lián)軸器 3、蝸輪蝸桿減速器 4、小齒輪 5、中間齒輪 6、大齒輪 7、滾筒4.1 各部件的結(jié)構(gòu)及其特征電動機(jī):絞車采用專用防爆電動機(jī)、電動機(jī)為 F 級絕緣。減速機(jī)構(gòu):減速器采用一級圓弧蝸輪和一級齒輪傳動。在蝸輪傳動機(jī)構(gòu)中蝸桿左端裝有調(diào)節(jié)環(huán)和緊定螺釘?shù)攘慵?，右端裝有軸承蓋，擋蓋等零件，用來調(diào)節(jié)蝸輪軸向位置和軸承軸向間隙。JH-8 型在擋蓋右側(cè)蝸輪軸上裝有內(nèi)齒離10合器，與內(nèi)齒離合器相嚙合的徘徊齒輪，與蝸輪軸滑動配合，操縱手柄，撥叉撥動滑移齒輪沿蝸輪軸左右滑動，達(dá)到與內(nèi)齒離合器離合的目的。蝸輪箱體由箱蓋、箱底上下兩部分合成，右側(cè)下部有放油孔。過橋齒輪部件:過橋齒輪是為了適應(yīng)絞車結(jié)構(gòu)上的需要（加大卷筒軸和蝸輪軸的中心距）而設(shè)置的，心軸固定在箱體中部。過橋齒輪軸心鉆油孔，外端加油塞，組成擠壓式油杯。卷筒部件:卷筒部件主要由主軸、卷筒、大齒輪、軸承座等組成。大齒輪固定在卷筒上，卷筒安裝在卷筒主軸上的兩個滾動軸承上。主軸兩端用軸承支座和齒輪箱壁支承。卷筒上設(shè)有穿繩孔，將繩頭穿入后用繩卡和螺釘緊固。底座:底座是用槽鋼及鋼板焊接，呈長條形，雪橇狀。卷筒部件、蝸輪減速機(jī)部件、電動機(jī)等部件，自左至右分別裝在底座上形成一個整體。底座上焊有鋼環(huán)，以便絞車在井下安裝、固定及移動、拖運(yùn)之用。4. 傳動結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)圖 4-2 傳動結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)電動機(jī)與減速器的蝸桿直接相聯(lián)，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入軸在同一軸線上，這種直線聯(lián)接方式不僅結(jié)構(gòu)最簡單，而且傳動效率最高。減速器傳動：由于本回柱絞車的總減速比較大，為 i=181，因此采用動力蝸桿減速器。動力蝸桿傳動的最大特點(diǎn)是：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性能好。對于本回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖，即卷筒的正反轉(zhuǎn)11只能由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制；當(dāng)電源切斷時絞車要馬上停止工作，而卷筒本身不能自由轉(zhuǎn)動，以免發(fā)生事故。而此時蝸輪蝸桿傳動就能起到這個作用：因?yàn)槿羧∥仐U的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角，則當(dāng)蝸輪主動時，機(jī)構(gòu)自鎖，即只能蝸桿帶動蝸輪，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。這就是本回柱絞車設(shè)計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缺點(diǎn)，就是傳動效率低，這點(diǎn)應(yīng)在具體的蝸桿減速器設(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(diǎn)。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(diǎn)。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，而且外形尺寸也會太大。另外，蝸輪軸上的小齒輪也不能太小，因?yàn)楦鶕?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。基于以上原因，決定增加一個中間軸.軸上安裝一個過橋齒輪。這樣，既可以得到合適的傳動比，又可以令整體布局合理?，F(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12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(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計要求，我決定設(shè)計三個變位齒輪，作為改善齒輪傳動質(zhì)量的有效方法。5 總體設(shè)計5.1 電動機(jī)的選擇5.1.1 電動機(jī)類型的選擇根據(jù)動力源和工作條件：通常生產(chǎn)場所所用的都是三相交流電源，所以采用交流電動機(jī)；由于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,所以電動機(jī)需要選用礦用防爆電機(jī)；鑒于防爆電機(jī)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便的選用原則，為此我選擇 Y 系列三相異步防爆電機(jī)。5.1.2 電動機(jī)功率的選擇卷筒所需要的有效功率為：= = kw =8.13 kw;WPwFv10102.8其中, 為繩筒軸的輸出效率，取為 1.電動機(jī)輸出功率為： = /dPW查1表 2-2 得從電動機(jī)到繩筒之間各傳動機(jī)構(gòu)和軸承的效率：柱銷聯(lián)軸器效率 =0.99；蝸輪蝸桿減速器傳動效率 =0.8；滾動軸承傳動效率12=0.99；圓柱齒輪傳動效率 =0.98。3 4則總傳動效率= × × × =0.99×0.8× × =0.74； = / = /1232439.028.dPW13.8kw=10.89 kw；取電動機(jī)的額定功率為 11 kw。74.0135.1.3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇由于是在井下工作，需要考慮其安全可靠，所以選用 YB160 系列防爆三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為 970 r/min.5.1.4 電動機(jī)型號的確定根據(jù)電動機(jī)功率和同步轉(zhuǎn)速，查2選擇電動機(jī)型號為 YB160-6 型三相異步防爆電動機(jī)，查2表 16-1-89 知電動機(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 計算傳動裝置總傳動比和分配傳動比5.2.1 傳動裝置總傳動比i= = =187.6 ；其中 為電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 =910 r/min.算得的wmn85.4910mnmn傳動比與已知的總傳動比 i=181 相差不大，故所選擇的電動機(jī)型號合適。5.2.2 分配各級傳動比根據(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.各級傳動比的連乘積應(yīng)等于總傳動比，即 i=i .i .i 式中，i 、i 、i 分別為各級傳動123123的傳動比。根據(jù) i =157.并參考現(xiàn)有同類回柱絞車，確定各傳動的傳動比為：總蝸輪蝸桿傳動比：i =29.921第一對齒輪傳動比：i =1.732第二對齒輪傳動比：i =3.53總傳動比 i=i .i .i =29.92 1.73 3.5=181.17 181.125.2.3 計算機(jī)械傳動系統(tǒng)的性能參數(shù)14機(jī)械傳動系統(tǒng)的性能參數(shù)包括各級傳動的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等。這是機(jī)械傳動系統(tǒng)方案優(yōu)劣的重要指標(biāo)，也是各級傳動強(qiáng)度設(shè)計的依據(jù)。計算各軸轉(zhuǎn)速： n =970r/min電n = n =970r/min桿 電n = =970 =32.42r/min 1i桿 29.n = =32.42 =18.74r/min 2i .731n = =18.74 =5.35r/min 3i .5計算各軸功率 ：P =11kw電P = P =11 0.99=10.89kw桿 電 1P = P =10.89 0.8 0.99=8.62kw 桿 23P = P =8.62 0.99 0.98=8.36kw 4P = P =8.36 0.99 0.98=8.11kw 3計算各軸扭矩：T =9550 =9550 =108.30 Nm電 電電n9701T =9550 =9550 =107.22 Nm 桿 桿桿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 計算機(jī)械傳動系統(tǒng)的性能參數(shù)軸 功率P（kw）轉(zhuǎn)速n(r/min)轉(zhuǎn)矩T（Nm）電機(jī)軸蝸桿軸軸軸軸1110.898.628.368.1197097032.4218.745.35108.30107.222539.204260.3014476.73166 蝸輪蝸桿傳動件設(shè)計6.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T100951988 的推薦,采用圓弧面蝸桿(ZI)6.2 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,速度是慢速,故蝸桿用45 鋼,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.蝸輪用鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1（鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1 主要用于重要的減磨零件，如軸承、軸套、蝸輪、摩擦輪、機(jī)床絲杠螺母等）,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,輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造.6.3 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. 23()EHZaKT確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩:由前面計算可知 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) ;由表 11-5 選取使用系數(shù)1K;于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù) ,則 K= 1.5AK .05V=1.15×1.05×1=1.21v確定彈性影響系數(shù) :EZ因選用的是鑄錫青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 1/260EZMPa17確定接觸系數(shù) :Z先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 的比值 ,從中查得1da1/0.35da2.9Z確定許用接觸應(yīng)力 :H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 '268HMPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60j =60×1×32.42×28000=5.5×2nhL710壽命系數(shù) = =0.808HNK87105.則 = × =0.808×268=216.5MPa'HN計算中心距a =241.723 5.16902591. 取中心距 a=150mm,根據(jù)傳動比，從手冊中取模數(shù) m=6,蝸桿分度圓直徑=60mm.這時 /a=0.40,可得接觸系數(shù) =2.78, 因?yàn)?,因此以上計算1d1d'Z'Z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 =3.14m=3.14×6=18.84mm 徑系數(shù) ;齒頂圓直徑aP10qm;分度圓導(dǎo)程角 ;蝸桿軸向齒厚196adm05.7= ×3.14m= ×3.14×6=9.42mmS21蝸輪18蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) =0240Z2x蝸輪分度圓直徑 =m =6×40=240mmdz蝸輪喉圓直徑 = +2 =240+2×8=256 mm2a2ah蝸輪齒根圓直徑 = -2 =240-2×1.6=236.8 mmff蝸輪咽喉母圓半徑 =a- =150- ×256=22mm2grad216.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21.53FFaFKTYdm當(dāng)量齒數(shù) 20334.2cos5.7vz根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)240.vz2x 2.FaY螺旋角系數(shù) 005.71.9341Y許用彎曲應(yīng)力 = ×F'FNK從中可得由 ZcuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 '56FMPa壽命系數(shù): = =0.64FNK976105.所以 = × =35.88MPa'= ×2.43×0.9593=12.4F624039.51 F彎曲強(qiáng)度滿足要求。197 齒輪的傳動設(shè)計本設(shè)計的齒輪傳動是由三個直齒圓柱齒輪來完成的。即小齒輪、中間橋齒、和大齒輪。小齒輪安裝在蝸桿軸上，中間齒輪和大齒輪安裝在中間軸和卷筒上。通過這三個齒輪，將運(yùn)動傳遞到卷筒上。7.1 齒輪模數(shù)的確定20由式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：=60j 其中： =2×8×300×10=48000;1N1nhLh應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N：小齒輪為主動輪，每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同一側(cè)嚙合一次，彎曲應(yīng)力按脈動循環(huán)變化；中間橋齒輪每側(cè)齒面嚙合一次。因此，彎曲應(yīng)力按對稱循環(huán)變化。故=60j =60×1×32.42×(2×8×300×10)=9.3× ；11nhL 710= / =9.3× /1.73=5.4× ；2N2i70710= / =5.4× /3.5=1.54× ；33彎曲壽命系數(shù)： ； ； ；.1NY.2N.3NY尺寸系數(shù)： = =0.98； =0.9；X23X計算許用彎曲疲勞應(yīng)力 ：F= = =588MPa； 1FFXNSY1lim98.06= = =637MPa；2FFX2li .5= = =496MPa；3FFXNSY3lim19.04驗(yàn)算彎曲疲勞應(yīng)力：= =485MPabdTKSaFF112 75.0162.78952304. 1= =526MPa1212SaFFY左 5.16.482F21= =459MPambdYTKSaFF22右 69.05712.613045. 2F= =422MPa 2323SaFF右 7.293F經(jīng)計算可知：大小齒輪均滿足彎曲疲勞強(qiáng)度要求。 7.3 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計齒輪結(jié)構(gòu)形式主要由毛坯材料、幾何尺寸、加工工藝、生產(chǎn)批量、經(jīng)濟(jì)等因素確定。具體來說，小齒輪尺寸較小，按理應(yīng)做成齒輪軸（軸與齒輪為一整體）結(jié)構(gòu)，但這樣則給安裝帶來了困難（蝸輪軸不好安裝） 。故而采用腹極式結(jié)構(gòu)，通過鍵與蝸輪軸聯(lián)結(jié)；中間齒輪由于結(jié)構(gòu)需要也與軸是鍵聯(lián)結(jié)；大齒輪其分度圓直徑 =482mm400mm，尺寸較大。采用腹極式帶孔結(jié)構(gòu)，既是結(jié)構(gòu)需要，3d也是為了節(jié)省材料。三個齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸按機(jī)械手冊或經(jīng)驗(yàn)公式確定，這里從略。具體結(jié)構(gòu)、尺寸看圖紙7.4 齒輪結(jié)構(gòu)的潤滑閉式齒輪傳動的潤滑大部分要求潤滑油有較高的粘度和較好的油性.潤滑油的粘度可以根據(jù)齒輪的材料和圓周速度來選擇潤滑油.蝸桿傳動傳動齒面間的滑動速度大,傳動效率低,發(fā)熱大,因此潤滑對于蝸桿傳動來說更為重要由于是蝸桿-齒輪減速器,綜合考慮采用油池潤滑方式.在多級減速器中,應(yīng)盡量使各級傳動浸入油深度近于相等.一般齒頂圓到油池地面的距離不應(yīng)小于 3050mm,以免太淺時激起沉于積在箱底的油泥.根據(jù)齒輪及蝸桿傳動的粘度平均值,選用HJ-50 號機(jī)械油進(jìn)行潤滑.228 蝸輪齒輪軸設(shè)計8.1 軸的材料選擇選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì).8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力已知: , , ,小齒輪分度圓直kwP62.81min/42.31rnNmT253901徑 。md7作用在蝸輪上的力:Ft3501Na268r91作用在小齒輪上的力:dTFt650721Ntr394an218.5 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60AmnPAd510min中間軸開有兩個鍵槽，所以： ；md60%)1(mini1有最小直徑處安裝軸承,所以取軸徑為 60mm.,所以選取 7212c 型角接觸球軸承, , ,d601D10B28.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸承需要用軸肩來軸向定位,故取 .因?yàn)榇溯S段是用來固定蝸 1 md802輪,蝸輪寬為 90mm,所以此段軸長度應(yīng)略短蝸輪寬度一些,取 .ml8223在安裝蝸輪的右端安裝另一個軸承對蝸輪軸向定位,所以取軸徑為 2， ;md753l312在蝸輪軸上蝸輪的右側(cè)裝有內(nèi)齒輪,其內(nèi)孔直徑為 74mm,取 , 3 md74由于滑移齒輪在軸上能來回移動,且要保證與蝸輪箱的間距,取 l64小齒輪制成滑動齒輪,所以此段軸長為 4 ml1785軸承應(yīng)距箱體一段距離,取 .齒輪需距箱體一段距離 ,取 ,所 5 8s 1a以取 ； ml31軸上零件周向定位固定蝸輪采用平鍵聯(lián)接,由 ,查手冊取 6 d802,鍵長為 80mm.254bh軸端倒角為 ,各軸肩處的倒角見圖紙.0258.5 求軸上的載荷根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖.在確定軸承的支點(diǎn)位置時,先從手冊中查出 值.因此作為簡支梁的支承跨距為 406mm.根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎a距圖和扭距圖.下面所示為中間軸的水平面彎距圖,垂直面彎距圖,合成彎距圖以及扭距圖現(xiàn)將計算結(jié)果列出:水平支反力: 12348NHF2097NHF垂直支反力: 09V 14V水平彎距: 167NMm23NMm垂直彎距: 1.5V左 15698.V右248左 2740右合成彎距: 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 簡 圖g.扭 矩 圖 （ kg·m）f.合 成 彎 矩 圖 （ kg·m）e.垂 直 面 彎 矩 （ kg·m）d.水 平 面 彎 矩 （ kg·m）x8.6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度由手冊查得 ,軸的計算應(yīng)力0.622().18cdCMTPaW右22().6dDM左25前面選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理,其 ,故安全.160MPa9 中間軸設(shè)計中間軸不是為了適應(yīng)絞車結(jié)構(gòu)上的需要設(shè)計的，而是為了加大滾筒與蝸輪軸的中心距而設(shè)計的。中間軸固定在底盤左側(cè)箱中部，軸上有一過橋齒輪，齒輪有 40Cr 合金鋼制成，齒面硬度為 HRC5055。齒輪孔內(nèi)鑲有銅套，軸心部挖空，加一個旋蓋（壓油蓋） ，組成擠壓式油杯。已知，中間軸的傳遞功率 P=8.36KW，轉(zhuǎn)速 N=18.74rpm,轉(zhuǎn)矩 T=4260N·mm9.1 選材中間軸受力情況簡單，且不是重要的軸，選 45 鋼就可以了。 #9.2 基本軸徑估算估算公式: d 中 是與材料有關(guān)的系數(shù)0A3np0查表得 =112，0d =112× =112×0.846mm=94.77 mm 03np318746.取 d=95mm9.3 軸上零件布置軸外面套有軸套，中間齒輪再固聯(lián)在軸套上，用螺釘將二者聯(lián)接。因中間軸不轉(zhuǎn)，無須軸承支撐。軸左端與支承架 。配 合109.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)基本軸頸 d=95mm,取中間軸的最小軸徑為 100mm?？紤]軸的固定方式是一端固定在支架上，一端固定在齒輪罩板上，故而軸左端設(shè)一個凸肩，直徑136 mm，使之卡住支承架。軸總長 145mm 凸肩長度為 10mm直徑為 100mm 的軸面上裝有軸套，因二者有相對運(yùn)動，選間隙配合，取軸的26公差為 f .中間軸一部分中空作為螺孔，便于壓油蓋擰入。7運(yùn)動時，通過小齒輪與中間輪嚙合，帶動軸套也隨之轉(zhuǎn)動。但中間軸不能轉(zhuǎn)動。將凸臺銑去一塊就是為了防止中間軸與軸套之間由于某種原因而造成軸套帶動軸轉(zhuǎn)動。由于軸套是運(yùn)動的，需一套潤滑機(jī)構(gòu)使軸套轉(zhuǎn)動靈活；故在軸上開有油槽孔，軸套內(nèi)孔圓周上也均布有油槽。加油時，將壓油蓋擰開，向螺孔中加入黃油，加滿后，擰緊壓油油蓋。軸套內(nèi)的三條油槽用來輸送和分布潤滑油，油槽長度應(yīng)小于軸套寬度。隨著軸套的轉(zhuǎn)動發(fā)熱，黃油逐漸變稀，從軸上的油孔中滲出，隨軸套一起轉(zhuǎn)動。這樣就將潤滑油分布在軸套與中間軸的接觸面上，起保護(hù)中間軸和潤滑的作用，相當(dāng)于一滑動軸承。軸與齒輪不直接接觸，通過軸套聯(lián)接。因而齒輪上的力不直接做用于軸上，中間軸的受力情況很簡單，只受重力和支持力這兩個力而平衡。對這種情況，軸的直徑足夠大，不需強(qiáng)度校核。2710 滾筒及主軸的設(shè)計計算10.1 滾筒的設(shè)計10.1.1 滾筒材料及壁厚的確定選用 A3 鋼作為滾筒材料，焊接而成。A3 鋼塑性較好，有一定的強(qiáng)度，焊接性能也好，通常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等用作橋梁建筑等鋼結(jié)構(gòu)。查手冊知其厚度在 20-40mm 之間，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定滾筒壁厚 =22mm 10.1.2 滾筒尺寸的確定已知滾筒的尺寸:滾筒直徑 D=300mm;鋼繩直徑 d=17mm；最大纏繞層數(shù) n=6；最大容繩量 L=80m確定滾筒的寬度 B由公式 可以算出每層的纏繞圈數(shù))1(20dknDLZ即 = =11.03)(20dn 8.017)6(3064.8取 Z=12，所以滾筒的寬度為 = =229.2mm230mm1kZdB9.72確定繩筒各直徑:確定最小纏繞直徑 : = =300+17=317mmminDind0其中： -滾筒的最小外徑;d-鋼絲繩直徑;0滾筒最大纏繞直徑 ：max= =300+17+2×（6-1）×17×0.8=453mmmaxD20)1(dkn