JH-14礦用回柱絞車設(shè)計(jì)含6張CAD圖帶開題
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摘 要
本次設(shè)計(jì)的JH-14型回柱絞車是在我去年畢業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)所實(shí)踐的回柱絞車的基礎(chǔ)上，再查閱參考有關(guān)資料后結(jié)合我的一些想法所設(shè)計(jì)的。在減速器的設(shè)計(jì)過程中，主要采用了蝸輪蝸桿傳動(dòng)、雙聯(lián)滑移齒輪傳動(dòng)、圓柱齒輪傳動(dòng)等傳動(dòng)方式，利用撥叉撥動(dòng)小滑移雙聯(lián)齒輪的方式來實(shí)現(xiàn)變速，而且在撥叉的設(shè)計(jì)中，我采用了手柄搖動(dòng)轉(zhuǎn)盤的方式來實(shí)現(xiàn)撥叉的水平移動(dòng)。在設(shè)計(jì)卷筒時(shí)，考慮到卷筒設(shè)計(jì)精度要求不太高，因此將以往的卷筒通軸改為在卷筒兩端利用過盈配合及焊接的方式來分別固定軸，避免了材料的浪費(fèi)。
關(guān)鍵詞：JH-14回柱絞車； 雙聯(lián)齒輪； 變速
1 緒 論
1.1引言
煤炭是我國(guó)的基礎(chǔ)能源和重要原料，是當(dāng)前我國(guó)能源的主要組成部分之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位，這就是中國(guó)的國(guó)情。過去以至未來可預(yù)見的幾十年內(nèi)，煤炭仍是我國(guó)的重要能源，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)將難以改變，煤炭工業(yè)的地位空前提高。但是目前我國(guó)的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機(jī)械化。
礦山機(jī)械在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。礦山機(jī)械制造業(yè)是國(guó)家建立獨(dú)立工業(yè)體系的基礎(chǔ)，也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。根據(jù)國(guó)家重點(diǎn)支持能源、交通和原材料等基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，礦山機(jī)械作為這些基礎(chǔ)工業(yè)的支柱應(yīng)優(yōu)先得到國(guó)家的重點(diǎn)支持，以得到進(jìn)一步發(fā)展和提高，為煤炭、金屬和非金屬礦山的開發(fā)提供更多的具有國(guó)際先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)、高效設(shè)備，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源和原材料的需要。我國(guó)絞車的發(fā)展大致分為三個(gè)階段。20世紀(jì)50年代主要是仿制設(shè)計(jì)階段；60年代，自行設(shè)計(jì)階段；70年代以后，我國(guó)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)階段。
1.3 國(guó)內(nèi)外絞車的發(fā)展
近40年我國(guó)的煤炭行業(yè)發(fā)生了巨大變化，總裁機(jī)械化水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，綜采單采原煤產(chǎn)量早已突破了百萬噸，然而煤炭工業(yè)機(jī)械化離不開運(yùn)輸，運(yùn)輸又離不了輔助運(yùn)輸設(shè)備，絞車就是輔助運(yùn)輸設(shè)備的一種。原煤的運(yùn)輸也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大運(yùn)量娦式輸送機(jī)化，但井下軌道輔助運(yùn)輸與之很不適應(yīng)，材料的運(yùn)較基本上沿用傳統(tǒng)的小絞車群接?式的運(yùn)輸，運(yùn)輸戰(zhàn)線長(zhǎng)，環(huán)節(jié)多，占用搬運(yùn)設(shè)備、人員多，安全性差，效率低。盡管一些煤礦對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)改造, 但仍然滿足不了當(dāng)前礦井發(fā)展和生產(chǎn)的需要?？梢姷V井輔運(yùn)輸是當(dāng)前現(xiàn)代化礦井建設(shè)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。
我國(guó)絞車的誕生是從20世紀(jì)50年代開始的，初期主要仿制日本和蘇聯(lián)的；60年代進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)階段；到了70年代，隨著技術(shù)的慢慢成熟，絞車的設(shè)計(jì)也進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的發(fā)展階段。但與國(guó)外水平相比，我國(guó)的絞車在品種、型式、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能，三化水平（參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化）和技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面還存在一定的差距。
國(guó)外礦用絞車發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）標(biāo)準(zhǔn)化系列化；
2）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；
3）高效節(jié)能；
4）壽命長(zhǎng)、低噪音；
5）一機(jī)多能、通用化高f、大功率；
6）外形簡(jiǎn)單、平滑、美觀、大方。
1.4 JH-14型回柱絞車的技術(shù)特點(diǎn)
1）速度變化大，回柱效率高
JH-14型回柱絞車工作時(shí)的牽引速度為，平均速度,最大牽引力為，容繩量為，工作效率大大提高。
2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功效全面
JH-14型回柱絞車的傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)傳動(dòng)，包括圓弧蝸輪蝸桿齒輪傳動(dòng)、兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，其中一級(jí)采用了滑移齒輪傳動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，可以適應(yīng)各種情況下的傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)布置緊湊、合理。
3）操作簡(jiǎn)單，安全可靠
JH-14型回柱絞車采用滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)，只需要在需要調(diào)速的時(shí)候，手動(dòng)搖動(dòng)撥叉手柄，就可以實(shí)現(xiàn)滑移齒輪的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)變速。絞車起動(dòng)時(shí)動(dòng)載小，鋼絲繩受到的沖擊小。只需輕輕點(diǎn)動(dòng)電機(jī)控制按鈕，就可起動(dòng)電機(jī)，然后操作制動(dòng)的手把，便可實(shí)現(xiàn)絞車的動(dòng)作。
2 總 體 設(shè) 計(jì)
2.1設(shè) 計(jì) 總 則
1）煤礦生產(chǎn)，安全第一。
2）面向生產(chǎn)，力求實(shí)效，以滿足用戶最大實(shí)際需求。
3）要考慮到回柱時(shí)的各種問題。
4）貫徹執(zhí)行國(guó)家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。
5）技術(shù)比較先進(jìn)，并要求多用途。
使用環(huán)境和工作條件
1）環(huán)境溫度為；環(huán)境相對(duì)濕度不超過；海拔高度以下。
2）周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫和二氧化碳等不得超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量。
2.2 設(shè) 計(jì) 條 件
最大牽引力：
平均牽引速度：
容繩量：
2.3 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
，—滑移齒輪 —蝸輪 —小齒輪 —過橋齒輪
—大齒輪 1—制動(dòng)器 2—聯(lián)軸器 3—蝸桿 4—蝸輪軸
5—小齒輪軸 6—過橋齒輪軸 7—卷筒軸 8—卷筒 9—電動(dòng)機(jī)
圖2.1 JH-14型回柱絞車傳動(dòng)系統(tǒng)圖
其傳動(dòng)路線是：
防爆電機(jī)→制動(dòng)器、聯(lián)軸器→蝸桿→蝸輪→滑移齒輪→小齒輪→過橋齒輪→大齒輪→卷筒。
2.4電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)選擇
2.4.1電動(dòng)機(jī)輸出功率的計(jì)算
已知：最大拉力：
平均繩速：
即：
則電動(dòng)機(jī)的輸出功率：
根據(jù)以上的傳動(dòng)方案圖2.1可得：
總傳動(dòng)效率
式中：
蝸桿傳動(dòng)效率為0.90；
聯(lián)軸器效率為0.99；
軸承效率為0.99；
齒輪傳動(dòng)效率=0.97；
卷筒效率=0.96。
計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率：
2.4.2確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)
電動(dòng)機(jī)所需的額定功率與電動(dòng)機(jī)輸出功率之間有以下的關(guān)系：
式中為功率儲(chǔ)備系數(shù)，一般取，吳無過載時(shí)取
回柱絞車可取
由于絞車在井下使用，條件比較惡劣，要求電動(dòng)機(jī)必須具有防爆功能，查《機(jī)械設(shè)計(jì) 課程上機(jī)于設(shè)計(jì)》表16-2選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為
額定功率
實(shí)際轉(zhuǎn)速
查得電動(dòng)機(jī)的外形尺寸：
電機(jī)中心高度：
電動(dòng)機(jī)軸直徑長(zhǎng)度：
圖2.2 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)外形圖
2.4.3牽引鋼絲繩直徑的確定及滾筒直徑的確定
回柱絞車主要用于回采工作面中的回柱放頂，亦可用于托運(yùn)重物和調(diào)度車輛等用途。由于其工作環(huán)境惡劣，要求其具有一定的防腐蝕及防銹能力。
長(zhǎng)期以來，鋼絲繩是按安全系數(shù)法選擇的。鋼絲繩在工作中承受的最大靜拉力，將最大靜拉力乘以規(guī)定的安全系數(shù)，取鋼絲繩的安全系數(shù)取，然后選擇一種破斷拉力不小于的鋼絲繩。
所選擇的鋼絲繩，其直徑不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小直徑：
式中：C-鋼絲繩的選擇系數(shù)；
S-鋼絲繩最大靜拉力。
取鋼絲繩直徑：
選擇系數(shù)C，其取值與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)，按《起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例》表4-17b選取，其中數(shù)值是在鋼絲充滿w為0.46，執(zhí)減系數(shù)k為0.82時(shí)，選擇系數(shù)c值取c=0.084，
鋼絲繩破斷力S0可按下式估算：
式中：d—鋼絲繩的直徑 ；
—鋼絲繩鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限 ；
—鋼絲繩中金屬絲截面與整個(gè)截面積的比值，與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般取；
K—考慮鋼絲在繞制過程中的損失等因素的損失系數(shù)，一般取k=0.82
根據(jù)鋼絲繩的實(shí)際破斷力S0，驗(yàn)算安全系數(shù)n：
整理得C與n間有如下關(guān)系：
鋼絲繩選擇：繩股繩纖維芯。優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)性小，有相當(dāng)大的撓性。
查《礦井運(yùn)輸提升》表2-2（2）：
鋼絲繩直徑：；
鋼絲直徑：；
鋼絲總斷面積：；
參考重力：；
鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度：；
鋼絲繩破斷力總和（不小于）：。
2.5滾筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.5.1滾筒直徑
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表8-1-59得：鋼絲繩直徑為時(shí)，槽底半徑為，標(biāo)準(zhǔn)槽形，，；加深槽形；；。
圖2.3 卷筒槽形圖
滾筒直徑：
式中：—以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩卷繞直徑；
—與起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)的參數(shù)，；
—鋼絲繩直徑,。
取
圖2.4 卷筒結(jié)構(gòu)圖
2.5.2滾筒寬度
滾筒的寬度直接影響到最終產(chǎn)品的寬度，因此它的寬度必然要有最大值的限制，即不能太寬。滾筒的寬度太窄的話，那么與減速器裝配起來后，就會(huì)顯得不協(xié)調(diào)。所以滾筒的寬度不能隨便確定，而最好是在畫圖的過程中把它定下來，這樣有利于整體的配合。讓人看起來協(xié)調(diào)、美觀、大方。但現(xiàn)在考慮到滾筒的平均速度以及便于下面的各種計(jì)算，我們暫定滾筒寬度為。
2.5.3滾筒的外徑
按照常規(guī)，同時(shí)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，鋼絲繩的纏繞層數(shù)最好不要超過5層，也就是說，控制在5層以內(nèi),但也可以超過層。
滾筒的容繩量，我們?yōu)?，?jù)以上設(shè)計(jì)可知，每一層纏繞的圈數(shù)：
每一圈所纏繞的長(zhǎng)度：
計(jì)算鋼絲繩的纏繞層數(shù)為
則鋼絲繩在卷筒上的最小纏饒直經(jīng)：
鋼絲繩在卷筒上的最大纏饒直經(jīng)：
鋼絲繩在卷筒上的平均纏饒直經(jīng)：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求平均速度為
滾筒的轉(zhuǎn)速為：
最?。?
最大：
計(jì)算出系統(tǒng)總傳動(dòng)比為：
2.5.4驗(yàn)算滾筒的平均速度（鋼絲繩平均速度）：
1）最小速度
2）最大速度
3）平均速度
3 減 速 器 設(shè) 計(jì)
3.1減速器總體設(shè)計(jì)
3.1.1減速器概述
減速器是原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動(dòng)裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場(chǎng)合也用來增速，稱為增速器。
選用減速器時(shí)應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動(dòng)力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動(dòng)效率，承載能力，質(zhì)量，價(jià)格等，選擇最適合的減速器。
與減速器聯(lián)接的工作機(jī)載荷狀態(tài)比較復(fù)雜，對(duì)減速器的影響很大，是減速器選用及計(jì)算的重要因素，減速器的載荷狀態(tài)即工作機(jī)（從動(dòng)機(jī)）的載荷狀態(tài)，通常分為三類：
①—均勻載荷;
②—中等沖擊載荷;
③—強(qiáng)沖擊載荷。
3.1.2減速器設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)采用的是齒輪-蝸桿減速器，齒輪傳動(dòng)布置在低速級(jí)，采用蝸桿傳動(dòng)，二級(jí)齒輪傳動(dòng)。第一級(jí)齒輪傳動(dòng)采用滑移齒輪傳動(dòng)，用撥叉撥動(dòng)小滑移齒輪實(shí)現(xiàn)變速。
減速器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)圖為：
圖3.1 減速器傳動(dòng)方案
3.2減速器參數(shù)確定
3.2.1總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配
根據(jù)減速器情況并查蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)，決定兩級(jí)傳動(dòng)比的分配情況如下:
第一級(jí)蝸輪傳動(dòng)：
式中：為蝸輪蝸桿傳動(dòng)比
為滑移齒輪傳動(dòng)比
為大小齒輪傳動(dòng)比
綜上所得：
蝸輪蝸桿傳動(dòng)比：
滑移齒輪傳動(dòng)比：
大小齒輪傳動(dòng)比：
3.2.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸（蝸桿）、Ⅱ軸（蝸輪軸）、Ⅲ軸（小齒輪軸）、Ⅳ軸（過橋齒輪軸）、Ⅴ軸（大齒輪軸）。
1）各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
2）各軸功率計(jì)算：
電機(jī)輸出功率為：
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
3)各軸扭距計(jì)算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
表3.1 各軸參數(shù)表
軸 號(hào)
轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出功率
P(KW)
輸出扭矩
T(N·m)
傳動(dòng)比i
效率
Ⅰ軸
970
20.13
198.19
25
0.98
Ⅱ軸
38.8
17.40
4282.73
3.45
0.86
Ⅲ軸
11.25
16.71
14184.9
2.65
0.96
Ⅳ軸
11.25
16.04
13616.2
Ⅴ軸
4.25
15.41
34627.18
3.3圓弧蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》）
3.3.1蝸桿傳動(dòng)概述
蝸桿傳動(dòng)是由蝸桿和蝸輪組成的，它是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)演變而來。為了改善嚙合狀況，常將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣嚙合齒廓間的接觸為線接觸，可傳遞較大的動(dòng)力。蝸桿傳動(dòng)用于傳遞兩根空間交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩軸間的夾角可為任意值，通常為900。
蝸桿傳動(dòng)用于于傳遞空間交錯(cuò)的兩軸間運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,通常兩軸的交角為。蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：
1）傳動(dòng)比大，在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比，在分度機(jī)構(gòu)中，傳動(dòng)比可達(dá)成1000；
2）傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊載荷??；
3）具有自鎖性；
5）要采用減摩性較好的貴重有色金屬的合金作蝸輪，成本較高。
蝸桿傳動(dòng)的類型：圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)、錐蝸桿傳動(dòng)。
圓柱蝸桿傳動(dòng)的類型：普通圓柱蝸桿傳動(dòng)、圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)。
普通圓柱蝸桿傳動(dòng)分為阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）和漸開線蝸桿（ZI蝸桿）。
3.3.2蝸桿傳動(dòng)的失效形式
蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)有：模數(shù)、壓力角、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、蝸桿直徑系數(shù)、蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角、傳動(dòng)比、中心距和蝸輪變位系數(shù)等。
蝸桿傳動(dòng)的失效形式與齒輪一樣，也會(huì)出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕、膠合、磨損和齒根折斷等。蝸桿傳動(dòng)齒面之間的相對(duì)滑動(dòng)速度大，發(fā)熱量高，更容易發(fā)生磨損和膠合。尤其是當(dāng)重載、高轉(zhuǎn)速且潤(rùn)滑不良時(shí)，膠合將是蝸桿傳動(dòng)的主要失效形式。由于蝸桿輪齒材料的強(qiáng)度要高于蝸輪輪齒材料的強(qiáng)度，而且蝸桿輪齒是連續(xù)的螺旋，蝸桿傳動(dòng)的失效只發(fā)生在蝸輪輪齒上。
蝸桿的主要失效形式是剛度不足。
蝸桿傳動(dòng)承載能力的計(jì)算：接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)考慮膠合和磨損因素的影響，故其強(qiáng)度計(jì)算是條件性的。
3.3.3蝸桿傳動(dòng)的材料選定
蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成，對(duì)于高速重載蝸桿傳動(dòng)，常用20Cr、20 CrMnTi、12CrNi3A等，表面經(jīng)滲碳淬火硬度達(dá)HRC56~62，淬火后需磨削；對(duì)中速中載蝸桿傳動(dòng)，常用45、40Cr、35SiMn等，表面淬火至HRC45~55，再磨削；對(duì)一般用途的蝸桿傳動(dòng)可用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC220~250,；對(duì)低速不重要的蝸桿傳動(dòng)，蝸桿可不經(jīng)熱處理，或采用鑄鐵。
蝸桿：參見7.3.1 選用45號(hào)鋼表面淬火，便面硬度HRC=45~50。
蝸輪：參見表7.6 選用ZcuSn10Pbl
蝸輪許用接觸應(yīng)力
由式7-9
蝸輪的許用接觸應(yīng)力由表7.6查得
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,
接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)
則蝸輪許用接觸應(yīng)力
蝸輪的許用彎曲應(yīng)力 由式7-12
蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力，由表7.6查得
彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)
則蝸輪許用彎曲應(yīng)力
3.3.4蝸桿傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)
蝸桿直徑小，通常與軸做成一個(gè)整體，稱為蝸桿軸，蝸桿輪齒部分可用車制和銑制兩種方法加工，車削的輪齒部份要有退刀槽，因而削弱了蝸桿軸的剛度。銑削出的蝸桿，在軸上直接銑出螺旋部分，無退刀槽，因而蝸桿軸的剛度好；當(dāng)蝸桿的直徑過大，或蝸桿與軸采用不同的材料時(shí)，可將蝸桿做成套筒套裝在軸上。
圖3.2 蝸桿結(jié)構(gòu)圖
蝸輪直徑較大，為節(jié)約貴重的有色金屬，通常蝸輪做成裝配式，常見的蝸輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：
1）拼鑄式：將青銅齒圈鑄造在鑄鐵輪芯上，然后切齒。
2）壓配式：這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈及鑄鐵輪芯所組成，齒圈與輪芯常采用過盈配合或，加熱齒圈或加壓裝配。蝸輪圓周力靠配合面摩擦力傳遞。為可靠起見，沿配合面裝置4－8個(gè)螺釘。
圖3.3 蝸輪結(jié)構(gòu)圖
只有鑄鐵蝸輪，鋁合金蝸輪以及直徑小于100mm的青銅蝸輪，才采用整體式 。
此次設(shè)計(jì)采用的是壓配式裝配。
3.3.5蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算
1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
蝸桿與蝸輪嚙合處的齒面接觸情況與齒輪傳動(dòng)相似，其公式應(yīng)用赫茲公式，并考慮蝸桿和蝸輪齒廓的特點(diǎn)，可得蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核和設(shè)計(jì)條件為：
蝸桿頭數(shù)
蝸輪頭數(shù)
蝸輪轉(zhuǎn)矩
估取效率
蝸輪轉(zhuǎn)速
則 蝸輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表7.8
動(dòng)載荷系數(shù)：估取，取
載荷分布不均勻系數(shù)，載荷平穩(wěn)，取
則，載荷系數(shù)：
彈性系數(shù)
故
查表7.3得：模數(shù)，，
蝸桿分度圓直徑：
，
蝸輪分度圓直徑：
蝸輪圓周速度：
2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由于蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要精確計(jì)算較為困難。所以通常是把蝸輪近似當(dāng)作斜齒圓柱齒輪來考慮，則蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核和設(shè)計(jì)公式為：
蝸輪齒形系數(shù)，查表7.9得
故
故
彎曲強(qiáng)度足夠。
4）其他主要尺寸
由表7.4、表7.5
蝸桿頂圓直徑：
蝸桿根圓直徑：
蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度：
蝸桿喉圓直徑：
蝸輪根圓直徑：
蝸輪外圓直徑：
蝸輪寬度：
表3.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的主要尺寸
名稱
蝸桿
蝸輪
中心距
分度圓直徑
蝸桿軸面齒距
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸桿螺旋長(zhǎng)度
蝸輪輪緣寬度
3.4滑移齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》）
3.4.1齒輪傳動(dòng)類型
齒輪傳動(dòng)類型：
1.圓柱齒輪傳動(dòng)2.錐齒輪傳動(dòng)3.雙曲面齒輪傳動(dòng)4.螺旋齒輪傳動(dòng)5.蝸桿傳動(dòng)6.圓弧齒輪傳動(dòng)7.擺線齒輪傳動(dòng)8.行星齒輪傳動(dòng)
3.4.2滑移齒輪概述
滑移齒輪是在軸上可以移動(dòng)的，它所傳遞的扭距是傳到軸上的，用滑鍵或花鍵連接，齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)變速。
斜齒圓柱齒輪是不能作滑移齒輪的。
斜齒輪在軸向移動(dòng)嚙合的過程中會(huì)因?yàn)辇X是斜的產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，對(duì)軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了困難。另外，斜齒輪在嚙合傳動(dòng)是受的力不是垂直于軸的，容易造成齒輪脫離。
滑移齒輪在使用中主要注意以下幾點(diǎn)：
1、滑移齒輪的內(nèi)孔一般都要鑲嵌銅套，并保證潤(rùn)滑良好，以減小摩擦。
2、關(guān)于滑移齒輪的設(shè)計(jì)，與普通齒輪的設(shè)計(jì)是一樣的，只不過齒側(cè)隙要留大一點(diǎn)。
3、一定要考慮潤(rùn)滑
3.4.3滑移齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核
小滑移雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)速，大雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)速
高速齒輪傳遞功率：，
1)選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選
小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)鋼，
；
大齒輪選用45號(hào)鋼，正火處理，
。
許用接觸應(yīng)力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),應(yīng)力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應(yīng)力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動(dòng)乘0.7
彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù) 查圖6-8，
彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設(shè)模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級(jí)
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動(dòng)比誤差，
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動(dòng)載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標(biāo)準(zhǔn)中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
圖3.4 滑移齒輪
5）當(dāng)滾筒速度最大時(shí)齒輪的主要尺寸
滾筒的最大轉(zhuǎn)速為
蝸桿的轉(zhuǎn)速為
蝸輪的轉(zhuǎn)速為
蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比
大小齒輪的傳動(dòng)比
第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速（過橋齒輪）轉(zhuǎn)速
此時(shí)滑移齒輪的傳動(dòng)比
故
滑移齒輪的中心距
此時(shí)，
小滑移齒輪的分度圓直徑：
大滑移齒輪的分度圓直徑：
小滑移齒輪的齒根圓直徑：
大滑移齒輪的齒根圓直徑：
小滑移齒輪的齒頂圓直徑：
大滑移齒輪的齒頂圓直徑：
3.5大小齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算（參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》）
3.5.1齒輪傳動(dòng)概述
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)，是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，可用來傳遞相對(duì)位置不遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。目前，齒輪傳動(dòng)的功率可高達(dá)數(shù)萬千瓦，圓周速度可達(dá)，直徑可達(dá)以上單級(jí)傳動(dòng)比可達(dá)8以上，傳動(dòng)效率達(dá)。齒輪傳動(dòng)承載能力大，效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長(zhǎng)。但制造和安裝精度要求高，制造費(fèi)高，不宜用于中心距較大的場(chǎng)合。
小齒輪轉(zhuǎn)速，大齒輪轉(zhuǎn)速
高速齒輪傳遞功率：，
3.5.2齒輪材料選擇
輪齒材料需要具有強(qiáng)度高、韌性好、耐磨性好等特點(diǎn)，同時(shí)具有良好的加工性能和熱處理性能等。常用的輪齒材料有鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料。
3.5.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
1）確定需用應(yīng)力
許用接觸應(yīng)力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù),應(yīng)力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應(yīng)力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動(dòng)乘0.7
彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù) 查圖6-8，，
彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設(shè)模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
在預(yù)定的工作壽命內(nèi)，為了防止齒輪齒面產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，要求齒面最大接觸應(yīng)力小于材料需用接觸應(yīng)力，即
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級(jí)
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動(dòng)比誤差，
小輪轉(zhuǎn)矩
按齒輪傳遞的名義功率確定的載荷是作用在齒輪上的名義載荷，在實(shí)際齒輪傳動(dòng)中，考慮到嚙合輪齒間附加的動(dòng)載荷，應(yīng)引入多個(gè)載荷系數(shù)，將名義載荷修正為計(jì)算載荷，并按計(jì)算載荷進(jìn)行齒輪強(qiáng)度計(jì)算。
名義載荷
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動(dòng)載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標(biāo)準(zhǔn)中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
在預(yù)定的工作壽命內(nèi)，為了防止齒根產(chǎn)生疲勞折斷，要求齒根危險(xiǎn)截面處最大彎曲應(yīng)力,小于材料需用彎曲應(yīng)力，即
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
表3.4 大小齒輪的主要幾何尺寸
名稱
公式
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
由齒輪抗彎強(qiáng)度確定
10
10
壓力角
取標(biāo)準(zhǔn)值
標(biāo)準(zhǔn)中心距
齒數(shù)
30
80
傳動(dòng)比
2.65
分度圓直徑
基圓直徑
分度圓齒距
基圓齒距
分度圓齒厚
分度圓齒槽寬
齒根高
齒頂高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
3.6過橋齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
過橋齒輪在傳動(dòng)系統(tǒng)中只起傳遞轉(zhuǎn)矩和動(dòng)力，不改變傳動(dòng)比。
過橋齒輪模數(shù)：
過橋齒輪齒數(shù)：
過橋齒輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
3.7減速器傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)與校核
軸的組成機(jī)器的主要零件之一，其主要功用是支撐作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按形狀劃分，軸的類型分為直軸、曲軸、軟軸；按承受載荷劃分，軸的類型分為心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)軸。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中地敏感性較低，可以用熱處理獲化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故應(yīng)用廣泛，其中最常見的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
3.7.1 蝸桿軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）計(jì)算軸上的作用力
其中：,
,
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
在傳動(dòng)過程中，蝸桿齒面上所受的的力可以分解為3個(gè)相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
蝸桿圓周力：
蝸桿軸向力:
蝸輪圓周力：
蝸輪軸向力:
徑向力：
2）初步估算軸的直徑
蝸桿的材料為40Cr。
由式計(jì)算軸的最小直徑，由于軸跨度很長(zhǎng)且要要考慮軸上鍵槽的影響使軸加大60%來確保安全；
查表：取A=100
則
因?yàn)檩S的最小直徑段通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相連。由上可知電動(dòng)機(jī)軸的直徑使。故取軸的最小直徑為。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如圖所示，先確定軸承支點(diǎn)的位置，查7014C軸承，起支點(diǎn),因此軸的支承點(diǎn)到齒輪載荷作用點(diǎn)距離，，。
圖3.6 軸的結(jié)構(gòu)布置圖
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.7(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.7（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.7（d）
扭矩 圖3.7（e）
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.7 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖
5）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應(yīng)力
軸的計(jì)算應(yīng)力為：
所以，該軸滿足強(qiáng)度要求。
6）確定危險(xiǎn)截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險(xiǎn)截面
（1） 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應(yīng)力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：
彎曲應(yīng)力幅：
彎曲平均應(yīng)力：0
扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-9可得：
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查圖8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
?。? 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.7.2 蝸輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1）計(jì)算作用在滑移齒輪上的作用力
轉(zhuǎn)矩：
其中：,
軸上滑移齒輪的分度圓直徑
在傳動(dòng)過程中，滑移齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個(gè)相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
計(jì)算作用在蝸輪上的作用力：
圓周力：
軸向力:
徑向力：
各力方向如圖3.9（a）所示
2）初步估算軸的直徑
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。
由式計(jì)算軸的最小直徑，由于考慮軸上鍵槽及倒角的影響，使軸加大10%來確保安全。
查表：取A=100
則
故取軸的最小直徑為。
3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠擋油環(huán)定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠擋油環(huán)定位。2軸上安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動(dòng)以實(shí)現(xiàn)變速，因此此軸長(zhǎng)度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個(gè)齒寬，所以軸段的長(zhǎng)度取。此軸兩端都采用圓錐滾子軸承。
圖3.8 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖
（2）確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
段 根據(jù)，查暫選軸承的型號(hào)為32016，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤(rùn)滑方式選擇脂潤(rùn)滑。軸的長(zhǎng)度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度，軸段直徑。
段 此軸段安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動(dòng)以實(shí)現(xiàn)變速，因此此軸長(zhǎng)度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個(gè)齒寬，所以軸段的長(zhǎng)度取，取。
段 此軸段沒有實(shí)質(zhì)要求,起加強(qiáng)作用，取，。
段 此軸上安裝蝸輪，取，。
段 此軸為軸肩，固定軸段右邊的擋油環(huán)和軸承，，。
段 該段軸的直徑。查暫選軸承的型號(hào)為32024，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤(rùn)滑方式選擇脂潤(rùn)滑。軸的長(zhǎng)度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如3.9（a）所示，先確定軸承支點(diǎn)的位置，查32016軸承，起支點(diǎn),查32024軸承，起支點(diǎn)。因此軸的支承點(diǎn)到齒輪載荷作用點(diǎn)距離，，。
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.9(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.9（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.9（d）
扭矩
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.9軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖
5）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應(yīng)力
軸的計(jì)算應(yīng)力為：
所以，該軸滿足強(qiáng)度要求。
6）確定危險(xiǎn)截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險(xiǎn)截面
（1） 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應(yīng)力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：
彎曲應(yīng)力幅：
彎曲平均應(yīng)力：0
扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-9可得：，
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查表8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
取：= 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.9.1蝸桿軸上軸承的選擇及強(qiáng)度校核
左軸承：查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)查暫選軸承的型號(hào)為7318B，軸承基本參數(shù)為，,,；
基本額定載荷為,;
極限轉(zhuǎn)速為
右軸承：查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)查暫選軸承的型號(hào)為7014C，軸承基本參數(shù)為，,,；
基本額定載荷為,;
極限轉(zhuǎn)速為
軸承受力分析如下圖所示
圖3.11軸承受力分析圖
1）計(jì)算軸上的作用力
其中：,
,
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
在傳動(dòng)過程中，蝸桿齒面上所受的的力可以分解為3個(gè)相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
蝸桿圓周力：
蝸桿軸向力:
蝸輪圓周力：
蝸輪軸向力:
徑向力：
2）計(jì)算軸承反力
（1）水平支反力
由圖3.11（b）求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
（2）垂直支反力
由圖3.11（c）求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
（3）合成支反力
3）計(jì)算軸承派生軸向力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7查軸承派生軸向力:
4）計(jì)算軸承所受的軸向載荷
因
5）計(jì)算軸承所受的當(dāng)量載荷
軸承工作時(shí)有中等沖擊，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得載荷系數(shù)
因
相對(duì)軸向載荷
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5 得：
故
因
相對(duì)軸向載荷
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5 得：
故
6）計(jì)算軸承壽命
因,故應(yīng)按計(jì)算。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3 取溫度系數(shù)
所以應(yīng)該使用半年更換一次軸承
4 卷筒齒輪設(shè)計(jì)
4.1總體設(shè)計(jì)
卷筒是用來卷繞并儲(chǔ)存鋼絲繩的，卷筒多采用鑄鐵鑄造，大卷筒和單件生產(chǎn)的卷筒，用鋼板焊接。一般卷筒多為單層纏繞，為了使卷進(jìn)的鋼絲繩能整齊排列，卷筒的表面車成螺旋槽，槽底半徑，d為纏繞鋼絲繩的直徑；有標(biāo)準(zhǔn)繩槽和深槽兩種槽形，標(biāo)準(zhǔn)繩槽的槽深，深槽的槽深為；卷筒螺旋形的螺距，標(biāo)準(zhǔn)螺旋線的螺距，標(biāo)準(zhǔn)槽的，深槽的。
在回柱絞車中，卷筒與大齒輪同在一根軸上，為了節(jié)省材料，也為了方便制造，在本次設(shè)計(jì)中，我將卷筒與軸連接在一起，先將卷筒兩端鏜兩個(gè)孔，在孔德邊緣坡口（焊接用），然后再利用過盈配合的方式將軸安裝到卷筒上，為使，卷筒與軸配合穩(wěn)固，再將兩者焊接一次。
大齒輪與卷筒軸連接，采用軸承座支撐，里邊用調(diào)心球軸承。
設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如下圖所示：
1-軸承座 2-調(diào)心球軸承 3-卷筒 4-繩槽 5-大齒輪 6-軸套 7-端蓋
圖4.1卷筒齒輪配合結(jié)構(gòu)圖
4.2卷筒軸的設(shè)計(jì)及校核
1）計(jì)算軸上的作用力
其中：,
軸上大齒輪的分度圓直徑
在傳動(dòng)過程中，大齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個(gè)相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
2）初步估算軸的直徑
軸的材料為40Cr。
由式計(jì)算軸的最小直徑，查表：取A=100
則
故取軸的最小直徑為。
3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠軸套定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠軸套定位。采用調(diào)心球軸承。卷筒軸兩端軸承都靠軸承座支撐。
圖4.3 卷筒軸結(jié)構(gòu)圖
2）確定軸承及齒輪作用力的位置
先選擇軸承類型(GB281-84)1622型，,,起支點(diǎn)位于軸承的中心位置,因此軸的支承點(diǎn)到齒輪載荷作用點(diǎn)距離，。軸的受力分析如圖4.4（a）所示
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖4.4(b)求軸承反力
由得：
解得：
由得：
解得：
V垂直面：
由圖4.4（c）求軸承反力
由得：
解得
由得：
解得
（2）求齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖4.4（d）
扭矩 圖4.4（e）
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖4.4 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖
5）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩 圖4.4（f）
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應(yīng)力
軸的計(jì)算應(yīng)力為：
所以，該軸滿足強(qiáng)度要求。
6）確定危險(xiǎn)截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取卷筒軸與齒輪的交接面為危險(xiǎn)截面
（1） 計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應(yīng)力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：
彎曲應(yīng)力幅：
彎曲平均應(yīng)力：0
扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限
截面圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-9可得：，
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
?。海?
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.3，查得該軸安全，校核通過。
4.3卷筒軸軸承的選擇及校核
卷筒軸兩端軸承的選擇：軸承類型(GB281-84)1622型，,,額定動(dòng)負(fù)荷,額定靜負(fù)荷。,極限轉(zhuǎn)速。
軸承受力分析如下圖所示
圖4.5軸承受力分析圖
1）計(jì)算軸上的作用力
其中：,
軸上大齒輪的分度圓直徑
在傳動(dòng)過程中，大齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個(gè)相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
2）計(jì)算軸承反力
（1）水平支反力
由圖4.5（b）求軸承反力
由得：
解得：
由得：
解得：
（2）垂直支反力
由圖4.5（c）求軸承反力
由得：
解得
由得：
解得
（3）合成支反力
3）計(jì)算軸承派生軸向力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7查軸承派生軸向力:
4）計(jì)算軸承所受的軸向載荷
因
5）計(jì)算軸承所受的當(dāng)量載荷
軸承工作時(shí)有中等沖擊，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得載荷系數(shù)
因
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5 得：
故
因
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10.5 得：
故
6）計(jì)算軸承壽命
因,故應(yīng)按計(jì)算。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-3 取溫度系數(shù)
所以所選軸承滿足要求。
5 回柱絞車其它部件
聯(lián)軸器用來連接兩軸，使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩，有時(shí)也用作安全裝置。聯(lián)軸器在機(jī)器停車后用裝拆方法才能把兩軸分離或連接。制動(dòng)器主要用來降低機(jī)械速度或使機(jī)械停止運(yùn)轉(zhuǎn)，有時(shí)也用作限速裝置。
5.1聯(lián)軸器
聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形及溫度變化的影響等，會(huì)引起兩軸相對(duì)位置的變化，致使不能保證嚴(yán)格的對(duì)中。
聯(lián)軸器的類型很多，可以分為機(jī)械式、液力式和電磁式聯(lián)軸器；
機(jī)械式聯(lián)軸器又分為剛性和撓性聯(lián)軸器；
剛性聯(lián)軸器有：套筒聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等；
撓性聯(lián)軸器中無彈性元件聯(lián)軸器有：十字滑塊、齒式、滾子鏈、萬向聯(lián)軸器等；金屬?gòu)椥栽?lián)軸器有：蛇形彈簧、簧片、膜片、波形管聯(lián)軸器等；非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器有:彈性套柱銷、輪胎式、彈性柱銷聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器類型很多，常用的聯(lián)軸器有：凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器、彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器。
選擇聯(lián)軸器的類型時(shí)，應(yīng)考慮：原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載性質(zhì)，對(duì)緩沖、減震性能的要求以及是否可能發(fā)生共振等；能否補(bǔ)償由制造和裝配誤差、軸受載海和熱膨脹變形以及部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)等引起聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸軸線的相對(duì)位移；外形尺寸和安裝方法應(yīng)便于裝配、調(diào)整和維護(hù)，應(yīng)考慮必須得操作空間；高速場(chǎng)合工作的聯(lián)軸器應(yīng)考慮聯(lián)軸器外圓的離心應(yīng)力和彈性元件的變形等因素，并應(yīng)進(jìn)行平衡試驗(yàn)。
凸緣聯(lián)軸器適用于轉(zhuǎn)速低、無沖擊、剛性大的軸。
套筒聯(lián)軸器適用于兩軸同心度高、工作平穩(wěn)處、無沖擊載荷的條件下工作。
齒式聯(lián)軸器適用于高速、正反轉(zhuǎn)多變、頻繁起動(dòng)場(chǎng)合，在重型機(jī)器和起重設(shè)備中應(yīng)用較廣。用于高速傳動(dòng)，需進(jìn)行動(dòng)平衡處理，需良好的潤(rùn)滑和密封。
十字滑塊聯(lián)軸器適用于兩軸間相對(duì)徑向位移較大、軸的剛度較大、無劇烈沖擊、傳遞轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)速不高的兩軸聯(lián)接，工作時(shí)應(yīng)注意潤(rùn)滑。
彈性套柱銷聯(lián)軸器適用于聯(lián)接載荷平穩(wěn)、需正反轉(zhuǎn)或起動(dòng)頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)合；彈性柱銷聯(lián)軸器適用于軸向竄動(dòng)較大、正反轉(zhuǎn)變化較多或起動(dòng)頻繁的場(chǎng)合。
根據(jù)回柱絞車性能及特點(diǎn)，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
彈性柱銷聯(lián)軸器有多個(gè)非金屬材料（比如尼龍）制成的柱銷，放置于兩半聯(lián)軸器的孔中，以實(shí)現(xiàn)兩軸的聯(lián)接。
HLL型帶制動(dòng)輪的彈性柱銷聯(lián)軸器已列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5014-85，適用于各種機(jī)械聯(lián)接兩同軸線的傳動(dòng)軸，通常用于動(dòng)頻繁的高低速運(yùn)動(dòng)。工作溫度為-20～+80℃；傳遞公稱扭矩為40～20000N.m。
本次設(shè)計(jì)選用HLL4型聯(lián)軸器。需用轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，Y型軸孔長(zhǎng)度，J型軸孔長(zhǎng)度，Z型軸孔長(zhǎng)度。
彈性柱銷連軸器具有較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，維修方便、兩面對(duì)稱可互換，壽命長(zhǎng)，允許較大的軸向竄動(dòng)，具有緩沖、減震、耐磨等性能。
彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖如下：
1、半聯(lián)軸器； 2、柱銷； 3、蓋板
圖5.1彈性柱銷聯(lián)軸器
HLL型彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，裝拆更換彈性元件 比較方便，不用移動(dòng)兩半聯(lián)軸器。彈性元件（彈性柱銷）的材料一般選用尼龍，有微量補(bǔ)償兩軸線偏移能力，彈性件工作時(shí)受剪切，工作可靠性極差，僅適用于要求很低的中速傳動(dòng)軸系，不適用于工作可靠性要求較高的工況。
5.2制動(dòng)器
制動(dòng)器應(yīng)滿足的基本要求是：能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩，制動(dòng)平穩(wěn)可靠，操縱靈活，散熱好，體積小，有足夠強(qiáng)度、剛度和耐久性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。
常用制動(dòng)器的類型主要有：瓦塊制動(dòng)器、內(nèi)張?zhí)闶街苿?dòng)器、帶式制動(dòng)器、鉗盤式制動(dòng)器等。
制動(dòng)器的作用：
（1）在絞車停止工作時(shí)，能可靠的剎住絞車，并繼續(xù)保持這種制動(dòng)狀態(tài)，即正常停車制動(dòng)。
（2）在發(fā)生緊急情況時(shí)，能迅速而合乎要求的剎住絞車，即安全制動(dòng)。
圖5.2輪式制動(dòng)器
選擇制動(dòng)器時(shí)應(yīng)考慮：配套主機(jī)的性能和結(jié)構(gòu)，如起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、礦山機(jī)械的提升機(jī)都必須選用常閉式制動(dòng)器，以保證安全可靠，而行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選用常閉式或常開式制動(dòng)器都可以；配套主機(jī)的使用環(huán)境、工作條件和保養(yǎng)條件，若主機(jī)上有液壓站，則選用液壓的制動(dòng)器，如主機(jī)要求干凈，并有直流電源供給時(shí)，則選用直流短路電磁鐵制動(dòng)器最合適；制動(dòng)器的安裝位置和容量，制動(dòng)器通常安裝在機(jī)械傳動(dòng)中的高速軸上，此時(shí)，需要的制動(dòng)力矩小，制動(dòng)器的體積和質(zhì)量小，但安全可靠性較差。如安裝在機(jī)械傳動(dòng)的低速軸上，則比較安全可靠，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，所需的制動(dòng)力矩大，制動(dòng)器體積和質(zhì)量相對(duì)也大，在滿足使用要求的前提下，成本最好低些。
本次設(shè)計(jì)選用的是輪式制動(dòng)器。
5.3底座
絞車底座主要起支撐絞車各部件（減速箱，電機(jī)，聯(lián)軸器，制動(dòng)器，卷筒等），本次設(shè)計(jì)中，絞車底座邊緣都采用槽鋼焊接而成，各支撐架基本采用鋼板進(jìn)行焊接而成，簡(jiǎn)單、容易制造。
6 回柱絞車的潤(rùn)滑與密封
良好的潤(rùn)滑可降低傳動(dòng)件和軸承的摩擦損耗，減少磨損，保護(hù)其不受銹蝕，提高其使用壽命和機(jī)械效率，還可起到散熱，減振，降噪音等作用。
絞車的潤(rùn)滑不僅關(guān)系著絞車的正常工作，而且直接影響著絞車的壽命，因此必須及時(shí)地更換和補(bǔ)充潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油的油質(zhì)必須符合要求，不得混入灰塵、污物、鐵屑及水等雜質(zhì)。
蝸桿蝸輪傳動(dòng)一般采用浸油潤(rùn)滑和壓力噴油潤(rùn)滑兩種方式。蝸桿上置時(shí)蝸輪浸油深度同圓柱齒輪；蝸桿下置時(shí)，其浸油深度為蝸桿的齒高；油面高度不宜超過蝸桿軸承最下方滾動(dòng)體的中心線；必要時(shí)還可以采用甩油環(huán)甩油潤(rùn)滑嚙合區(qū)。壓力噴油潤(rùn)滑方式，噴油壓力根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度而定，當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)速度時(shí)，噴油壓力為；當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)速度時(shí)，噴油壓力為；當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)速度時(shí)，噴油壓力為；噴嘴應(yīng)對(duì)準(zhǔn)蝸桿嚙入端，或同時(shí)從兩側(cè)對(duì)準(zhǔn)嚙合區(qū)。
小齒輪，過橋齒輪、大齒輪也可以用以上油質(zhì)進(jìn)行潤(rùn)滑，每天至少加油一次，使齒面間經(jīng)常保持一層油膜。齒輪潤(rùn)滑采用油池浸浴潤(rùn)滑，利用浸在油池中的轉(zhuǎn)動(dòng)件齒輪將潤(rùn)滑油帶到嚙合表面，甩到箱壁上，為了避免攪油損耗過大，又要使齒輪嚙合處充分潤(rùn)滑，傳動(dòng)件浸入油中的深度不宜太甚或太淺，對(duì)于二級(jí)齒輪減速器，高速級(jí)約為0.7 個(gè)齒高，但不小于10 mm，油池應(yīng)保持一定深度，通常以齒輪齒頂圓到油池底面的距離大于30~50mm為宜，否則會(huì)激起沉積在油箱底部的污物雜質(zhì)。油池的油量應(yīng)有一定的數(shù)量。
蝸輪軸上的滾動(dòng)軸承以及大齒輪處的滾動(dòng)軸承每隔3~6個(gè)月加注或更換鈣鈉基脂一次，加油量不宜超過軸承容室的2/3。
對(duì)于新的或大修后的絞車，在運(yùn)轉(zhuǎn)半個(gè)月后必須更換變速箱內(nèi)的潤(rùn)滑油并進(jìn)行清洗，以除去傳動(dòng)零件磨落的金屬細(xì)屑。
新機(jī)使用前必須加足潤(rùn)滑油。
絞車的密封包括減速器箱體，軸承處的密封，大齒輪處的密封等，密封的作用是防止灰塵，水分，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承和箱體內(nèi)，并阻止?jié)櫥瑒┑男孤叮?
致 謝
彈指一揮間，緊張忙碌的大學(xué)四年生活已接近尾聲?；貞浰哪陙淼拇髮W(xué)生活，我感慨萬千，再想即將要離開校園，步入社會(huì)，心情更是無法平靜。四年大學(xué)生活的歷練，已使我從一個(gè)懵懂的高中學(xué)生成為一個(gè)逐步趨向成熟的熱血青年。四年來，在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、老師和同學(xué)的幫助下，我收獲頗深，雖然這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不能完全概括我四年的全部成績(jī)，但也是我四年的專業(yè)學(xué)習(xí)所積累的精華。
經(jīng)過三個(gè)月的時(shí)間，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，得到了指導(dǎo)老師付俊杰教授的悉心指導(dǎo)，作為一名學(xué)生，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，在設(shè)計(jì)過程中難免有許多不足的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的，通過本次設(shè)計(jì)使我對(duì)四年中所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)有了系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)和運(yùn)用，收獲頗豐。在此表示衷心地感謝。
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