型回柱绞车设计

1 绪论1.1 引言 煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。但是目前我国的煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要。因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中运输包括运输和辅助运输。绞车就是辅助运输的其中一种。矿用绞车是煤矿不可缺少的重要设备。在煤矿,人员及物料的提升和运输、矿车的调度、综采设备的安装、拆卸及搬迁、各种重物及设备的牵引等场合均离不开矿用绞车。我国绞车发展经历了3个阶段:20世纪50年代,仿制设计阶段;20世纪60年代,自行设计阶段;20世纪70年代后进入标准化和系列化设计阶段,我国在矿用小绞车方面于20 世纪60 年代后期相继制定了一系列标准,并通过实际应用进行了修订,产品向标准化发展。国内矿用小绞车产品种类繁多,型号也较复杂。目前使用的回柱绞车主要用于回柱放顶和物料运输,也用于小型设备的搬运工作,其传动系多采用蜗轮蜗杆减速器传动。其传动系简单,使用维护方便。但无论在产品的技术水平和性能参数上，还是在产品的系列化方面存在一定问题。相比我国，国外矿用绞车规格比较多，适用不同场合，有统一的标准。结构上我国及国外的绞车大多数采用行星齿轮传动，结构简单，适用维修方便。在产品性能上，我国设计的绞车在主要寿命，噪音，可靠性等综合指标与俄罗斯、德国有差距。1.2 概述JHB-30型矿用回柱绞车，又称慢速绞车，是用来拆除和回收矿山回采工作面顶柱的机械设备。回柱作业属危险性工作，工作人员不能直接进入回柱空顶区，此时可把回柱绞车布置在距回柱空顶危险区段较远的安全地段，用钢丝绳钩头来拉倒和回收顶柱。由于它的高度较低重量又好，特别适用于薄煤层、和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支杖。牵引力大和牵引速度慢是回柱绞车的主要性能要求。随着机械化采煤程度的提高，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收牵引各种设备称备件之用。回柱绞车除用来回柱放顶工作外，也可用来拖运和调运车辆。下面让我们熟悉一下回柱绞车的特点以及它在井下回采面的布置方式.1.2.1.回柱绞车(含慢速绞车)的结构特点：(1)传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动，皆具备自锁功能，不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。(2)总传动比大(i150230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力。(3)具有整体结构，便于移动和安装，甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动。(4)有的在电动机联轴器上装有手动制动闸，有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器，使回柱绞车可以按信号准确停位，并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响)，且可控制放绳速度，防止松绳和乱绳。(5)电气控制装置较简单，皆具备隔爆性能，可用于有瓦斯、煤尘的环境场所。(6)因蜗轮蜗杆传动效率低，易造成发热和温升过高,所以必须重视润滑和维护。1.2.2.回柱绞车在井下回采工作面的布置方式：(1)回柱绞车安装在回风巷内：回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程定.如图1-1所示.图1-1 在回风巷布置回柱绞车1回风巷2 回柱绞车3 导向轮Fig 1-1-In return air back-alley layout winch1 Lane 2 to wind back to the winch-round 3-oriented回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回柱绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；回柱绞车可能影响回风巷人员行走和材料运输工作；钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大容易损坏；要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固.(2)回柱绞车安装在回采工作面上端； 回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工作面的上端相密集支柱之间如图1-2所示。图1-2 在回采工作面上布置回柱绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳Fig 1-2 -Recovery work surface layout in the back-winch1 Lane 2 to wind back 3-wire rope winch回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；不影响回风巷内人员走动和材料运输工作。缺点有：每进行一次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；顶板严重冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 (3)回柱绞车直接安装在工作面：回柱绞车直接安装在工作面的多台布置,方式如图3所示.回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有，每进行次循环都要移动回柱绞车；要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用；顶板冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式是在回柱工艺时间大大超过来煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推广使用图 1-3 在工作面上布置数台绞车1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送Fig 1-3-In the work surface layout several winch1 Lane 2 to wind back to the winch-3 AFC2 总体设计2.1 设计总则1、煤矿生产，安全第一。2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求。3、既考虑到回柱为主要用途，又考虑到运搬、调度、运输等一般用途。4、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。5、技术比较先进，并要求多用途。2.2 已知条件1、钢丝绳最大牵引力： 300kN;2、平均牵引速度：12m/min3、容绳量：300m4、设计寿命：5000h2.3 钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定2.3.1 钢丝绳的选择1、根据GB/T8918-1996，初选钢丝绳直径mm型号：619321770钢丝绳公称抗拉强度为：1770MPa钢丝绳破断拉力总和整条钢丝绳破断拉力总和 式中0.85，拉力影响系数2校核安全系数安全系数 =1.8=1.82.3.2 滚筒参数的确定1、根据JB/T 90281999 规定卷筒直径与钢丝绳的绳径比约为18。1832=576mm取=580mm则/d=580/32=18.125式中: ：滚筒的最小外径 mm ：钢丝绳直径 mm2、确定滚筒宽度初选每层缠绕Z=18则:B=式中 :钢丝绳排列不均匀系数取B=610mm3、 初定钢丝绳缠绕层数n74、 验算滚筒容绳量L 式中: :钢丝绳每层厚度降低系数 所以取 n=7 Z=185、确定滚筒各直径1)滚筒最小缠绕直径=580+32=612mm2)滚筒最大缠绕直径=580+32+26320.90=957.6mm 3）滚筒平均缠绕直径 4）滚筒结构外径 取为1150mm2.4 回柱绞车的整体设计方案2.4.1 回柱绞车的结构简图如图2-1回柱绞车主要由电动机、联轴器、电液制动器、减速器、卷筒装置、和底座部分等组成。底座由槽钢焊接而成。电动机、减速器、卷筒装置通过螺栓联结固定在底座上。电液制动闸抱着制动轮，闸座焊接在底座上。2.4.2 回柱绞车的传动方案与工作原理回柱绞车的传动简图如图2-2所示：动力传动系统的传递路线为：防爆电机弹性联轴器小斜齿轮大斜齿轮蜗杆蜗轮小圆柱直齿轮过桥齿轮大圆柱直齿轮卷筒。图21 绞车外观图图22 绞车减速器传动原理图2.4.3 计算传动效率(1)、挠性联轴器 (2)、圆柱齿轮传动 (3)、蜗轮蜗杆传动 (4)、开式圆柱齿轮传动（油润滑）(2对)(5)、滚动轴承：滚子轴承（脂润滑） (5对)(6)、卷筒 (7)、搅油效率 2.4.4 防爆电机的选择：1 卷筒转速2 最小速度3 最大转速4 工作机功率计算5 6 所需电动机输出功率7 确定电动机型号由于电机为短时工作,可以充分利用电机的过载能力,以减少电机的容量降低电机的成本和尺寸.查阅防爆电机技术参数表，选取电机：电机型号： YB315M-6额定功率： 90KW重量： 1140Kg额定转速： 985 rpm2.4.5总传动比及传动比分配1、总传动比2、各级传动比的分配1）二次包络蜗轮蜗杆传动比：所采用的传动方案，蜗轮蜗杆传动处于中间级，取其传动比为45、 设计选取 =1 45 2）减速器高速级斜齿轮传动比斜齿轮在高速级，传动比过大时，会导致下一级蜗轮蜗杆转矩过大，强度不容易满足，并且此级的目的主要是为了提高电机的位置，从而方便电机的安装，初取为 设计选择 =35 41 3）减速器低速级传动比 设计选择前级传动 =23 47 后级传动 47 实际传动比 2.4.6 传动装置运动参数的计算从减速装置的高速轴开始各轴命名为轴、轴、轴、轴、轴分别进行计算：轴轴轴轴 轴3 齿轮传动系统的设计计算3.1 第一级斜齿轮传动设计计算3.1.1、选择齿轮材料，确定许用应力大、小齿轮选用40Cr渗碳淬火，齿面硬度为55HRC。精度等级为8级1、许用接触应力查图14-1-24 得小齿轮接触疲劳极限=1400 大齿轮接触疲劳极限=14001）接触强度寿命系数，应力循环系数N由下式决定： 由于 、所以 得 （允许有一定点蚀）（允许有一定点蚀）3)接触强度最小安全系数查表141110 取 =1.25 （较高可靠度）6）将上述参数代入公式求得许用接触应力则 =14001.07/1.25=1198.4=14001.08/1.25=1209.62、确定许用弯曲应力查图14-1-53得 1）寿命系数由于 所以 得 （允许有一定点蚀） （允许有一定点蚀）2)尺寸系数查表141119 得 6)弯曲疲劳强度最小安全系数查表141110 取 （较高可靠度）7）将上述参数代入公式求得许用弯曲应力则 3.1.2 主要尺寸的初步确定按照齿面接触疲劳强度设计计算根据得小齿分度圆直径d1 1） 材料弹性系数查表141105 取 2） 节点区域系数查图14-1-16 取 3） 重合度系数由推荐值0.75-0.88取4） 螺旋角系数5） 载荷系数 使用系数 查表6-3 取 动载系数 由推荐值1.05-1.4 取 齿间载荷分配系数 由推荐值1.0-1.2 取 齿向载荷分布系数 由推荐值1.0-1.2 取故载荷系数6） 小轮转矩7）大小齿轮齿数和齿数比u取 实际传动比 8）齿宽系数查表14-1-79 初取 =0.259）将以上数据代入式中求得10）法面模数 取标准值 11）中心距a圆整取a=310mm13）分度圆螺旋角 14）分度圆直径 15）齿宽b和齿宽比 大齿轮齿宽 取 大轮齿宽b2=b=70mm小轮齿宽b1=b+(510)=75mm则 16）其它尺寸齿顶圆直径齿根圆直径3.1.3、齿轮强度校核1、疲劳接触强度校核根据式614 校核公式为1) 重合度系数2）螺旋角系数3）将以上数据代入下式得齿轮计算接触应力：由于所以该级齿轮的接触疲劳强度满足校核.2、 按弯曲疲劳强度校核根据表616校核公式为1） 当量齿数2）齿形系数查表6-5 小轮 大轮3）应力修正系数查表6-5 小轮 大轮4）不变位时，端面啮合角 端面模数5）重合度系数6）螺旋角系数由推荐值0.85-0.92取0.897）将以上数据代入下式得齿轮的计算弯曲应力：由于 所以， 齿轮的弯曲疲劳强度满足校核3.2第二级二次包络蜗轮蜗杆传动设计计算3.2.1选择材料及加工精度3.2.2选择中心距3.2.3基本参数的选择1、蜗杆头数；蜗轮齿数2、蜗杆分度圆直径按表14-4-22，3.2.4几何尺寸计算蜗轮分度圆直径蜗轮端面模数齿顶高齿根高齿全高径向间隙蜗杆喉部根圆直径蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆弧半径蜗杆齿顶圆弧半径蜗轮齿根圆直径蜗轮齿顶圆直径蜗杆喉部螺旋导程角齿距角成形圆直径分度圆齿形角蜗杆包围蜗轮齿数蜗杆工作半角工作起始角蜗轮宽度蜗杆工作部分长度蜗杆螺纹两侧肩带宽度蜗杆最大齿顶圆直径蜗杆最大齿根圆直径蜗轮齿顶圆弧半径母平面倾斜角蜗轮齿距蜗轮节圆齿厚蜗杆副圆周侧隙由表14-4-66查得蜗杆节圆齿厚蜗杆分度圆法向齿厚蜗轮分度圆法向齿厚蜗杆弦齿高蜗轮弦齿高3.3 第三级齿轮传动前级的设计计算3.3.1选择齿轮材料，确定许用应力大、小齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，取HRC=60。精度等级为8级1、许用接触应力查图14-1-24 得小齿轮接触疲劳极限=1500 大齿轮接触疲劳极限=15001）接触强度寿命系数，应力循环系数N由下式决定： 由于 、所以 得 （允许有一定点蚀）（允许有一定点蚀）2）接触强度最小安全系数查表141110 取 =1.25 （较高可靠度）3）将上述参数代入公式求得许用接触应力则 =15001.36/1.25=1632=15001.36/1.25=16322、确定许用弯曲应力查图14-1-53得 1）寿命系数由于 所以 得 2）尺寸系数查表141119 得 3）弯曲疲劳强度最小安全系数查表141110 取 （一般可靠度）7）将上述参数代入公式求得许用弯曲应力则 3.3.2 主要尺寸的初步确定按照齿面接触疲劳强度设计计算根据得小齿分度圆直径d1 1）材料弹性系数查表141105 取 2） 节点区域系数查图14-1-16 取 3） 重合度系数由推荐值0.85-0.92取4） 螺旋角系数5） 载荷系数 使用系数 查表6-3 取 动载系数 由推荐值1.05-1.4 取 齿间载荷分配系数 由推荐值1.0-1.2 取 齿向载荷分布系数 由推荐值1.0-1.2 取故载荷系数6） 小轮转矩7）大小齿轮齿数和齿数比u取 实际传动比 8）齿宽系数查表14-1-79 初取 =0.79）将以上数据代入式中求得10）齿轮模数 取标准值 11）分度圆直径 12）中心距a14）齿宽b和齿宽比 大齿轮齿宽 取 大轮齿宽b2=b=194mm小轮齿宽b1=b=194mm则 15）其它尺寸齿顶圆直径齿根圆直径3.3.3齿轮强度校核1、疲劳接触强度校核根据式614 校核公式为1) 重合度系数2）螺旋角系数3）将以上数据代入下式得齿轮计算接触应力：由于所以该级齿轮的接触疲劳强度满足校核.2、 按弯曲疲劳强度校核根据表616校核公式为1）齿形系数查表6-5 小轮 大轮2）应力修正系数查表6-5 小轮 大轮3）重合度系数4）螺旋角系数15）将以上数据代入下式得齿轮的计算弯曲应力：由于 所以， 齿轮的弯曲疲劳强度满足校核3.4 第三级齿轮传动后级的设计计算3.4.1基本参数1）大小齿轮齿数与齿轮模数m 2）分度圆直径 3）齿宽b4）其它尺寸中心距齿顶圆直径 齿根圆直径 3.4.2选择齿轮材料，确定许用应力小齿轮选用20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC，取HRC=60。大齿轮选用40Cr渗碳淬火，齿面硬度HRC=55。精度等级为8级。1、许用接触应力查图14-1-24 得小齿轮接触疲劳极限=1500 大齿轮接触疲劳极限=14001）接触强度寿命系数，应力循环系数N由下式决定： 由于 、所以 得 （允许有一定点蚀）（允许有一定点蚀）2）接触强度最小安全系数查表141110 取 =1.25 （较高可靠度）3）将上述参数代入公式求得许用接触应力则 =15001.36/1.25=1632=14001.50/1.25=16802、确定许用弯曲应力查图14-1-53得 1）寿命系数由于 所以 得 由于 所以得 2）尺寸系数查表141119 得 3）弯曲疲劳强度最小安全系数查表141110 取 （一般可靠度）4）将上述参数代入公式求得许用弯曲应力则 3.4.3齿轮强度校核1、疲劳接触强度校核根据式614 校核公式为1）材料弹性系数查表141105 取 2）节点区域系数查图14-1-16 取 3) 重合度系数4）螺旋角系数5）载荷系数 使用系数 查表6-3 取 动载系数 由推荐值1.05-1.4 取 齿间载荷分配系数 由推荐值1.0-1.2 取 齿向载荷分布系数 由推荐值1.0-1.2 取故载荷系数6）小轮转矩7）将以上数据代入下式得齿轮计算接触应力：由于所以该级齿轮的接触疲劳强度满足校核.2、按弯曲疲劳强度校核根据表616校核公式为1）齿形系数查表6-5 小轮 大轮2）应力修正系数查表6-5 小轮 大轮3）重合度系数4）螺旋角系数15）将以上数据代入下式得齿轮的计算弯曲应力：由于 所以， 齿轮的弯曲疲劳强度满足校核4 轴的设计计算4.1 输入轴的设计及校核4.1.1 输入轴的结构设计1确定各轴段直径和长度初步估算轴的直径对于I轴选取45号钢作为轴的材料,并进行调质处理.根据下式 计算轴的最小直径，并加大3考虑键槽的影响查表8.6 取 A=110则该轴示意图如下：图4-1 输入轴示意图I轴1段根据圆整(按GB5014-85)，查文献【2】表40.1-60,由选择联轴器型号LTZ10带制动轮弹性套柱销联轴器（GB/T4323-2002）,Y型孔L=172mm。键的选择，查手册选择 键22140（GB/T1096-2003）故第一段轴取 , I轴2段为使半联轴器定位，轴肩高度，孔倒角C取3mm（GB6403.4-86）, 且符合标准密封内径（JB/ZQ4606-86）.取端盖宽度20，端盖外端面与半联轴器右端面20，端盖内端面与3段轴肩距离18mm。故第二段轴取 ，I轴3段此段轴用来安装轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承30222（GB/T297-1994）故第三段轴取 ，I轴4段此段左侧轴肩用来定位齿轮故第四段轴取 ，I轴5段此段轴用来安装齿轮，由齿轮宽度等参数确定故第五段轴取 ，I轴6段此段轴用来安装轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承30222（GB/T297-1994）故第六段轴取 ，4.1.2 输入轴（I轴）的强度校核1、计算作用在斜齿轮上的力 2、确定轴承及齿轮作用力位置如图41 所示3、 计算轴承支反力 3) 求合力：受力简图如图4-2（a）4、计算弯矩1）求水平面弯矩2）求垂直面弯矩 3）求合成弯矩弯矩图、扭矩图如图4-2（b）（c）（d）（e）5、按弯扭合成强度校核该轴的强度取折合系数=0.6，则当量弯矩为轴的当量弯矩图见图4-2（f）图4-2 输入轴计算简图轴的材料为45号钢，调制处理，则材料许用应力轴的计算应力：故该轴满足强度要求4.1.3输入轴上键的强度校核输入轴上有两个键，分别是用来传递联轴器扭矩和斜齿轮扭矩的。1）传递联轴器扭矩处键的型号为：键22140（GB/T1096-2003）许用挤压强度：键的挤压强度式中，T转矩，T=979140N.mm；d轴径，d=80mm；h键的高度，h=14mm；l键的工作长度，l=L-b=140-22=118mm；则故键的强度满足。2）传递齿轮扭矩处键的型号为：键3268（GB/T1096-2003）许用挤压强度：键的挤压强度式中，T转矩，T=979140N.mm；d轴径，d=120mm；h键的高度，h=18mm；l键的工作长度，l=L-b=68-32=36mm；则故键的强度满足。4.1.4轴承寿命验算A、C两处均选用圆锥滚子轴承30222（GB/T297-1994），主要性能参数为：1、 计算轴承派生轴向力2、计算轴承所受的轴向载荷 3、计算轴承当量动载荷 轴承工作承受中等冲击，取载荷系数 因，则 因，则 4、计算轴承寿命 取温度系数，因，故应按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。4.1.5输入轴联轴器的选用计算联轴器的计算转矩1、 理论转矩T2、 动力机系数动力机为电动机，故取3、 工况系数查表6-2-2，取通用绞车4、 启动系数启动频率小于120，故取5、 温度系数查表6-2-3，取6、 将以上数据代入下式得联轴器的计算转矩：故查表6-2-30，选用LTZ10型联轴器（GB/T4323-2002）公称转矩，许用转速，Y型孔L=172mm4.2蜗杆轴的设计及校核4.2.1 蜗杆轴的结构设计1确定各轴段直径和长度初步估算轴的直径对于蜗杆轴选取40Cr作为轴的材料,并进行调质处理.根据下式 计算轴的最小直径，并加大3考虑键槽的影响查表8.6 取 A=105则该轴示意图如下：图4-3 蜗杆轴示意图第1段用来安装齿轮，键的选择，查手册选择 键C3284（GB/T1096-2003）故第一段轴取 , 第2段此段轴用来安装轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承31326（GB/T297-1994）故第二段轴取 ，第3段此段轴用来定位挡油环故第三段轴取 ，第4段此段由减速器箱体尺寸决定故第四段轴取 ，第5段此段轴用来加工蜗杆故第五段轴取 ，第6段有减速器箱体尺寸决定故第六段轴取 ，第7段此段轴用来定位挡油环故第七段轴取 ，第8段此段轴用来安装轴承，初选轴承为调心滚子轴承23026CC（GB/T288-1994）故第八段轴取 ，4.2.2 蜗杆轴的强度校核1、计算作用在斜齿轮和蜗杆上的力1）斜齿轮上的力 2）蜗杆上的力2、确定轴承、齿轮及蜗杆作用力位置如图43 所示3、计算轴承支反力 3) 求合力：受力简图如图4-4（a）4、计算弯矩1）求水平面弯矩2）求垂直面弯矩 3）求合成弯矩弯矩图、扭矩图如图4-4（b）（c）（d）（e）5、按弯扭合成强度校核该轴的强度取折合系数=0.6，则当量弯矩为轴的当量弯矩图见图4-4（f）图4-4 蜗杆轴计算简图轴的材料为40Cr，调制处理，则材料许用应力轴的计算应力：故该轴满足强度要求4.2.3蜗杆轴上键的强度校核传递齿轮扭矩处键的型号为：键C3284（GB/T1096-2003）许用挤压强度：键的挤压强度式中，T转矩，T=1107740N.mm；d轴径，d=124mm；h键的高度，h=18mm；l键的工作长度，l=L-b/2=84-32/2=68mm；则故键的强度满足。4.2.4轴承寿命验算1、C处选用两个圆锥滚子轴承32326（GB/T297-1994），主要性能参数为：1）计算轴承派生轴向力2）计算轴承所受的轴向载荷 3）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受中等冲击，取载荷系数 因，则 因，则 4）计算轴承寿命 取温度系数，因，故应按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。2、A处选用调心滚子轴承23026CC（GB/T288-1994），主要性能参数为：1）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受轻微冲击，取载荷系数 因，则 2）计算轴承寿命 取温度系数，按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。4.3蜗轮轴的设计及校核4.3.1 蜗轮轴的结构设计1确定各轴段直径和长度初步估算轴的直径对于蜗轮轴选取40Cr作为轴的材料,并进行调质处理.根据下式 计算轴的最小直径，并加大3考虑键槽的影响查表8.6 取 A=100则该轴示意图如下：图4-5 蜗轮轴示意图第1段此段轴用来安装轴承，初选轴承为调心滚子轴承23032CC（GB/T288-1994）故第一段轴取 , 第2段用来安装齿轮，键的选择，查手册选择 键B40218（GB/T1096-2003）故第二段轴取 ，第3段此段轴用来安装轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承32034（GB/T297-1994）故第三段轴取 ，第4段此段轴用来定位挡油环和齿轮故第四段轴取 ，第5段用来安装蜗轮，键的选择，查手册选择 键45280（GB/T1096-2003）故第五段轴取 ，第6段此段轴用来安装轴承，初选轴承为圆锥滚子轴承32034（GB/T297-1994）故第六段轴取 ，4.3.2 蜗轮轴的强度校核1、计算作用在小齿轮和蜗轮上的力1）小齿轮上的力2）蜗轮上的力2、确定轴承、齿轮及蜗杆作用力位置如图45 所示3、计算轴承支反力由于此轴为三个轴承支撑，所以需用材料力学连续梁中的三弯矩方程求解在水平面内列三弯矩方程：然后再分别求出各个轴承支反力：（负号表示力方向与所标方向相反） 在垂直面内列三弯矩方程：然后再分别求出各个轴承支反力：3) 求合力：受力简图如图4-6（a）4、计算弯矩1）求水平面弯矩2）求垂直面弯矩 3）求合成弯矩弯矩图、扭矩图如图4-1（b）（c）（d）（e）5、按弯扭合成强度校核该轴的强度取折合系数=0.6，则当量弯矩为轴的当量弯矩图见图4-6（f）图4-6 蜗轮轴计算简图轴的材料为40Cr，调制处理，则材料许用应力轴的计算应力：故该轴满足强度要求4.3.3蜗轮轴上键的强度校核蜗轮轴上有两个键，分别是用来传递蜗轮扭矩和齿轮扭矩的。1、传递齿轮扭矩处键的型号为：键B40218（GB/T1096-2003）许用挤压强度：键的挤压强度式中，T转矩，T=39273610N.mm；d轴径，d=165mm；h键的高度，h=22mm；l键的工作长度，l=L=218mm；采用双键加强承受力则故键的强度满足。2、传递蜗轮扭矩处键的型号为：键45280（GB/T1096-2003）许用挤压强度：键的挤压强度式中，T转矩，T=39273610N.mm；d轴径，d=175mm；h键的高度，h=25mm；l键的工作长度，l=L-b=280-45=235mm；采用双键加强承受力则故键的强度满足。4.3.4轴承寿命验算此段轴有两种型号的轴承，A、C处为圆锥滚子轴承，E处为调心滚子轴承1、A、C两处均选用圆锥滚子轴承32034（GB/T297-1994），主要性能参数为：1）计算轴承派生轴向力2）计算轴承所受的轴向载荷 3）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受中等冲击，取载荷系数 因，则 因，则 4）计算轴承寿命 取温度系数，因，故应按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。2、E处选用调心滚子轴承23032CC（GB/T288-1994），主要性能参数为：1）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受轻微冲击，取载荷系数 因，则 2）计算轴承寿命 取温度系数，按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。4.4过桥齿轮轴的设计及校核4.4.1 过桥轴的结构设计1确定各轴段直径和长度过桥轮轴为固定心轴，不受扭矩，根据结构要求和前级轴径，初定轴的直径为，同时为了便于装卸，设置轴肩，材料40Cr,调质处理。该轴示意图如下：图4-7 过桥轴示意图第1段此段轴用来固定在箱体上故第一段轴取 , 第2段此段轴用来安装轴承，初选轴承为调心滚子轴承22230CC（GB/T288-1994）故第二段轴取 ，第3段此段轴用来固定在箱体上故第三段轴取 ，4.4.2 过桥轴的强度校核1、计算作用在过桥齿轮上的力小齿轮上的力由于过桥轮轴在齿轮径向的力相互抵消，仅受圆周方向的切向力，轴的垂直方向受力简图如图4-8（a）所示。大小齿轮对过桥齿轮的切向力分别为：2、确定轴承、齿轮及蜗杆作用力位置如图47 所示3、计算轴承支反力由于水平面内径向力相互抵消，所以在垂直面内： 4、计算弯矩1）求垂直面弯矩 弯矩图、扭矩图如图4-8（b）5、按弯扭合成强度校核该轴的强度由于轴不受扭矩，则当量弯矩为图4-8 过桥轴计算简图轴的材料为40Cr，调制处理，由于轴属于心轴，则材料许用应力轴的计算应力：故该轴满足强度要求4.4.3轴承寿命验算B处选用调心滚子轴承22230CC（GB/T288-1994），主要性能参数为：1）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受轻微冲击，取载荷系数 因，则 2）计算轴承寿命 取温度系数，轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。4.5卷筒轴的设计及校核4.5.1 对卷筒轴进行受力分析步骤1：将大齿轮、卷筒看做一个整体，求轴承作用卷筒上的力。经分析可知，当钢丝绳位于靠大齿轮端时，轴承、轴的受力最大，将各力移至卷筒轴心上，卷筒受力简图、水平面及垂直面受力分别如图4-9所示1、 求水平面受力： (负号表示与所标的方向相反)2、求垂直面受力：得 3、求合力： 图4-9卷筒受力分析简图步骤2：滚筒轴的受力分析该轴示意图如下：图4-10 卷筒轴示意图受力简图、水平面及垂直面受力分别如图4-11所示1、 求水平面受力 2、求垂直面受力： 3、求合力： 4.5.2 卷筒轴的强度校核轴的受力图及弯矩图如图4-111、计算弯矩1）求水平面弯矩2）求垂直面弯矩 3）求合成弯矩2、按弯扭合成强度校核该轴的强度由于该轴不受扭矩，则当量弯矩为图4-11 卷筒轴计算简图轴的材料为40Cr，调制处理，由于轴属于心轴，则材料许用应力轴的计算应力：故该轴满足强度要求4.5.3轴承寿命验算A、C两处均选用调心滚子轴承23036CC（GB/T288-1994），主要性能参数为：1）计算轴承当量动载荷 轴承工作承受轻微冲击，取载荷系数 因，则 2）计算轴承寿命 取温度系数，按计算轴承寿命为 故选用轴承寿命满足要求。4.5.4 卷筒轴上卷筒与大齿圈联接螺栓的强度验算螺栓的校核公式为： 上式中：滚筒所受的额定扭矩， ； 螺栓孔中心圆直径，； 螺栓数目，； 螺栓孔直径，； 螺栓材料的许用剪切应力，； 查表2-6、2-8可得： 由以上计算可知，螺栓的联接是安全的。5 JHB-30型回柱绞车使用说明书5.1使用范围本绞车可用于回采工作面的回柱放顶，也可用于煤矿井下采掘工作面、井底车场、上山下山、煤矿地面等处的矿车调度、物料运输等工作，还可用于煤矿井下采煤工作面大型综采设备及各类机电设备的搬迁等辅助运输工作。5.2主要技术规范请详参见附表一主要技术参数表。5.3 结构特征绞车外形图见图51，绞车传动系统图见图52，绞车主要由以下部分组成：1).卷筒；2).底座；3).减速器；4).电液制动器；5).防爆电动机。绞车由电动机经带制动轮的联轴器、减速器，再经过开式齿轮传动传递到卷筒装置，绞车内部各传动部位均采用滚动轴承支承，底座由型钢焊接而成。本绞车布置匀称，呈长方形，便于绞车的搬移和固定。绞车宽度、高度尺寸较小，适于井下空间窄小的条件下工作，绞车结构简单、紧凑，采用常规机械传动，安全可靠，绞车的操作简单。5.4 绞车的润滑与密封机器的润滑不仅关系着机器的正常工作，而且直接影响着机器的寿命，因此必须及时地更换和补充润滑油。润滑油的优质必须符合要求，不得混入灰尘、污物、铁屑及水等杂质。闭式齿轮传动润滑油采用工业齿轮油90号（SY1172-77S）。减速箱内油面高度大约为浸没蜗杆和齿轮一个齿高。闭式传动箱内的滚动轴承均为脂润滑。开式齿轮传动及滚动轴承均采用钙钠基脂润滑脂（SY140377），各滚动轴承内加入润滑脂加入量不得超过容量的三分之二，每隔36个月加油或更换一次。对于新的或大修后的绞车，在运转半个月后必须更换变速箱内的润滑油并进行清洗，以除去传动零件磨落的金属细屑。减速器剖分面及各密封面，密封后均不许漏油，在各密封面涂密封胶，或水玻璃。5.5 绞车的装配、调整及试运转绞车在装配前应清查零件数量，并将所有零件修除毛刺，清洗干净，严防铁屑、灰尘带入绞车内部，所有滚动轴承必须在油中加热后（一般加热温度为120150C）进行装配。不得硬打硬砸，以防零件受力变形。绞车应先进行部装，然后进行总装。总装前应先装成变速箱、卷筒装置两个主要部分。5.5.1减速器在装配该部分时，可按以下程序进行装配。1） 先将输入轴、蜗杆轴、蜗轮轴、过桥轮轴各组件分别进行装配，然后依次将各组件装在箱体上。2） 输入轴正确的轴向位置调整可借助轴承端盖与箱体间的调整垫片来实现，蜗杆轴正确的轴向位置调整可借助轴承端盖与箱体间的调整垫片来实现。蜗轮轴正确的轴向位置调整可借助于两端轴承端盖与箱体间的两组调整垫片来实现。过桥齿轮轴组件上零件的正确轴向位置由轴端轴承端盖与箱体间的调整垫片来实现。3） 闭式圆柱齿轮传动保证侧隙为0.230mm，过桥齿轮与开式小齿轮传动保证侧隙为0.210mm。蜗轮与蜗杆传动保证侧隙为0.530mm。4） 圆锥滚子轴承的轴向游隙为0.050.100mm，双列向心球面滚子轴承的轴向游隙为0.0500.080mm。5） 用涂色法来检验斑点，蜗杆接触斑点在工作长度上不小于80%，工作面入口可接触较重，两端修缘部分不应接触，蜗轮接触斑点在理论接触区上按高度不小于80%，宽度不小于70%，闭式直齿圆柱齿轮接触斑点沿齿高和齿宽均不小于45%，开式圆柱齿轮接触斑点沿齿高不小于40%，沿齿宽不小于50%。6） 最后将通气器、观察孔盖、油标及其它零部件装好，并按第四节规定加注润滑油和润滑脂。5.5.2卷筒装置该部分主要包括卷筒、调心滚子轴承、卷筒轴、挡油环、轴承端盖、大齿圈、轴支承、密封罩等。轴承的轴向游隙为0.0500.080。5.5.3总装各部分位置参见图51，其总装程序如下：先把减速器部件和制动器同时放在底座上，在把大齿圈、下罩子放好后把卷筒装置装在底座上，并使大齿圈与过桥齿轮达到正确啮合，其中心距为8400.070，接触斑点沿齿高不小于40%，沿齿宽不小于50%，保证侧隙为0.280，其后再装电动机，加减电动机脚下的调整垫片调整电动机的中心高，电动机轴心线与输入轴中心线的同轴度允差为0.32，两中心线的倾角不得大于40分。电液制动器内径与联轴器外径之间间隙调整到1.52.5毫米，也可根据需要进行调整，但应使制动时灵活，无卡住现象。所有部件装配、调整完毕后，装上大齿圈上罩子等零件，并将各部分连接螺栓紧固。在固定钢丝绳绳头时，将上罩子卸下即可固定钢丝绳绳头。5.5.4空负荷试运转新的或大修后的绞车，空负荷试运转在转配完毕后进行。试运转应遵守第7节规定的操作规程，试运转前必须先确认变速箱润滑油清洁度符合要求。先用手动或电机点动，机器正常运转后方可进行空负荷试运转试验。空负荷试运转时，正反转30分钟并达到下列要求。1) 运转正常，无冲击性噪声；2) 各部分润滑良好，无渗漏现象；3) 高温度不超过80C，最高温升不超过40C；4) 各部无松动现象；5) 制动闸应制动灵活、可靠。空负荷试车后，焊接轴支承挡块，电动机挡块。5.5.5负荷试运转空负荷试运转后方可进行负荷试运转，负荷试运转应注意以下事项：1) 绞车的出绳方向，钢丝绳上出绳既钢丝绳引出部分应在卷筒上面，不宜在卷筒下面出绳；2) 负荷试车如在现场,可在井下利用工作面支柱作为负荷,负荷试车时必须将绞车牢固地固定在底板上3) 试车负荷应逐次增加,并且应当注意钢丝绳的最大牵引力为300000N4) 负荷试车时,减速器内部油温最高不超过90C,最高温升不超过80C.5) 每次负荷试车后检查钢丝绳及机器各部不得有残余变形，并应符合试运转中第13条规定；6) 负荷试车完毕后必须更换减速器中的润滑油。5.6 绞车的固定方法本绞车固定方法见图53、图54、55。绞车固定后应牢固、可靠，不得有松动现象。5.