毕业设计（论文）-JH-20回柱绞车设计（全套图纸）

摘要绞车作为矿山采矿运输系统中的关键机械设备，广泛应用于煤炭、有色金属、黑色金属等矿山开采行业，其性能技术水平的高低直接影响到矿山的生产效率和职工的生命安危。绞车有安全可靠，易于实现无级调速，换向平稳，低速运转性能良好等优点。随着液压元件、液压传动及控制技术的发展，绞车在经济性、技术性、安全性和可靠性都显示出独特的优势。本文通过对绞车关键部件的分析研究，建立绞车设计计算的模型，为进一步绞车的设计制造水平奠定基础；通过对主要零部件如主轴、减速器、制动阀的设计制造的研究，为绞车的整体性能的提高提供保证。本文主要工作如下：1主轴的设计研究。根据材料力学的相关理论，对绞车主轴装置中的关键部件进行分析，建立卷筒分析的力学模型并在此基础上说明卷筒强度校核的计算方法；提出主轴设计的主要方法；2根据减速器的设计原理，结合绞车的设计要求，分析齿轮-蜗杆减速器的设计原理，并通过试车报告验证设计的可行性；实际检测结果进行分析。 论文的研究结果绞车的设计制造具有参考价值，并为进一步的分析与研究奠定基础。关键词 绞车；主轴装置；矿山运输全套图纸加153893706Abstract Mine mining winch as the key transport systems in machinery and equipment, widely used in coal, nonferrous metal, black metal mining and other industries, the performance level of technology to directly affect the level of mine production efficiency and safety of workers. Winch a safe, reliable and easy to implement stepless speed regulation, for the smooth, low-speed operation of the advantages of good performance.As the hydraulic components and hydraulic transmission and control technology development, winch in the economic, technical, safety and reliability show that the unique advantage. Based on the winch key components of the analysis, design and calculation of the establishment of winch model, to further the design and manufacture of winch lay the foundation for adoption of the major components such as the spindle, reducer, Zhidong Fa of the design and manufacture of, for the winch The improvement of overall performance guarantee.In this paper, are as follows: Design of a spindle. According to the mechanics of materials related theory, the winch main unit of analysis of key components, the establishment of the reel mechanical model and on this basis that reel strength checking method of calculation; proposed design of the main spindle; 2 According to the design principle reducer, winch with the design requirements of gear - the worm reducer design principle and, through the design verification testing the feasibility report; actual test results for analysis. Among the findings winch the design and manufacture of value, and for further analysis and lay the foundation for research.Keywords Winch; Spindle device; Mine transportIII徐州工程学院毕业设计(论文)目录1 绪论11.1 简介11.1.1绞车概述11.1.2绞车功能与结构11.1.3绞车分类21.1.4绞车应用31.2回柱绞车的现状41.2.1 结构型式41.2.2 采取措施52 电动机的选择62.1.1选择电动机类型和机构形式62.1.2功率的计算62.1.3电动机功率的选择62.2确定传动装置的总传动比和分配传动比72.2.1总传动比72.2.2分配减速器的各级传动比72.3计算传动装置的运动和动力参数72.3.1各轴转速82.3.2各轴的输入功率82.3.3各轴的输入转矩83 轴的设计计算103.1轴的概述103.2主传动轴的设计123.3轴的校核133.3.1 主轴轴的校核133.4卷筒轴的设计154 钢丝绳的选择和卷筒的设计194.1钢丝绳的选择194.1.1钢丝绳的种类和构造194.1.2钢丝绳直径的选择194.2卷筒的设计204.2.1卷筒的材料204.2.2卷筒容绳尺寸计算204.2.3卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算215 键联接235.1键联接的功能、分类及应用235.2键的选择235.3 平键的校核246 制动器的设计与选用257 减速器蜗轮蜗杆的设计277.1蜗轮蜗杆的设计和计算278 轴承的选用及密封方法348.1滚动轴承的组成及分类348.2蜗轮轴上轴承的选用348.3蜗杆轴上轴承的选用359 轴承游隙3610 绞车常见故障的诊断与分析37结论39致谢40参考文献41381 绪论1.1 简介1.1.1绞车概述在人类历史上，绞盘(windlass)是第一种用于拖曳提升重物的机器，它可使一个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式，由用垂直框架支撑的滚筒组成，人通过用手摇动曲柄，使绞盘滚筒绕水平轴转动。今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式，它泛指具有一个或儿个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒，用来提升或拖曳重载荷的动力机械。1.1.2绞车功能与结构 绞车设计采用滚筒盘绞或夹钳拉拔缆绳方式来水平或垂直拖曳、提升、下放负载，绞车一般包括驱动部分、工作装置、辅助装置等几部分。 1.驱动部分:用于驱动绞车工作装置盘绞、释放缆绳，包含动力及传动装置与控制装置。绞车可以采用多种驱动方式，包括电动机、蒸汽机、柴油发动机、汽油发动机、液压马达、气动马达等等。无论采用何种驱动方式，在绞车的驱动部分设计中都应包含以下设计准则： 无级均匀变速，调速范围宽广； 在有负载情况下，良好的启动特性和低速特性，总效率高； 双向旋转，并且容易改变旋转方向； 维护保养相对容易，对周围工作环境不敏感； 制动系统工作可靠； 设计紧凑，结构简单，安装布置容易，重量轻；在有负载情况下，能长时间安全带载静止而不至于损坏驱动系统。对于小型绞车，为了保证结构紧凑，绞车驱动部分一般与绞车工作装置联接在一起，直接驱动工作装置；对于大型绞车或应用现场空间相对狭小的绞车，绞车驱动部分与绞车工作装置可以设计成独立放置，两者间通过液压管线、气动管线或电缆管线相联系，绞车的布置和操纵均很方便。 2.工作装置:在驱动部分作用下，通过滚筒回转或夹钳直线拉拔等方式拖曳或释放缆绳以完成对负载的收放控制，并含有对缆绳的容绳和排缆装置。3.辅助装置:辅助工作装置完成拖曳作业，包含滑轮组、导向装置以及速度测量、长度距离测量、张力测量等装置部分；绞车可以使用钢丝绳、尼龙缆绳等多种材质缆绳。1.1.3绞车分类绞车可以采用多种分类方法按绞车驱动方一式分类，绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车、液压绞车等几大类。 1.机械式驱动绞车 驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局，布局的变化少； 传动系体积尺寸大，总重量重； 安装布置复杂，经常需要精密加工的平面和精密的部件定位； 难以实现大范围的无级变速； 原动机的位置是不可变的； 在有负载的情况下，难以取得平稳的反转； 通过采用液力偶合器，可以在堵转工况下产生最大扭矩。 2.电机驱动绞车 在小型和低端绞车产品上采用常规定速电机驱动方法，能实现单速(或双速)和双向旋转功能，系统简单，但不能低速启动和平滑变速； 采用可控硅整流(SCR)直流调速方式实现无级变速，发展历史悠久，可在低速段提供短时的额定扭矩(或堵转扭矩)。但是，若无独立冷却系统和专用设计，直流调速力一式不能长时间用于堵转工况； 采用交流变频调速方式实现从零到最大速度的无级变速，可以在低速或堵转工况下提供100%额定扭矩，调速平稳； 设备复杂，维修、保养人员的技术水平要求较高。 3.气动绞车 需要配置压缩空气站； 气动系统工作压力较低，气动马达外形尺寸较大，气动系统总体重量较重； 对环境条件敏感一在周围环境温度低的地方，可能有潮气凝结在气动管路和部件里； 噪音大一需要噪音消音器。 4.液压绞车 双向实现从零到最人速度的无级变速控制，易于换向； 用高压溢流阀或压力补偿器双向限制有效力矩； 输出速度范围大，负载的低速控制好，可以带载良好启动；系统允许长时间支持负载，双向可以限制不同力矩； 设计紧凑，布置方便，动力传递系统总重量轻。 易于实现恒速、恒张力控制 按绞车应用领域和使用工况分类，绞车分为矿用绞车、建工卷扬机、船用绞车、工程机械绞车以及特殊用途用绞车等等。按绞车作业形式分类，绞车一般分为滚筒卷扬绞车和线型绞车两大类。滚筒卷扬绞车采用驱动滚筒旋转方一式收放缆绳和拖曳负载，并在滚筒上直接容绳;线型绞车采用夹钳直线拉拔缆绳方式拖曳负载，并在独立配置的滚筒上卷扬容绳。1.1.4绞车应用 绞车广泛应用于工程机械、建筑机械、林业、渔业、矿山机械、船舶运输、海洋石油等多领域，可配套多种类型主机设备。 绞车具体配套的部分设备如下: 1.汽车起重机主吊、辅吊绞车 2.塔式起重机主、吊绞车 3.驳船定位绞车、拉索绞车 4.钻探船拔桩绞车 5.挖泥船悬挂和斗架绞车、抓斗绞车 6.通用船舶锚泊绞车、起重绞车、牵引绞车 7.集装箱船船尾恒张力装料绞车 8.码头起重机主起重卷扬机 9.海洋石油铺管工作船恒张力移船绞车、张紧器、A/R绞车、起重吊机的负荷绞车等等 10.运输铁道车辆定位卷扬机、索道牵引绞车 11.森林及木材加工机械重木起吊卷扬机、木材车、堆材机 以下为中国海洋石油领域绞车的典型应用实例： 吊机用负荷绞车负荷绞车用于控制起重铺管船主吊机吊钩的稳定，关系海上的作业安全。蓝疆船的负荷绞车采用静液压传动，有双泵双马达和单泵双马达两种匹配方式。液压系统采用丹尼逊金杯系列电比例变量通轴柱塞泵和定量柱塞马达，有手动控制和恒张力控制两种工作模式。在恒张力模式下，可以根据天气、载荷大小等因素自动(或手工)设定恒张力大小，用带有设定拉力的缆绳约束卞吊钩，减小晃动幅度，使其能稳定工作。1.2回柱绞车的现状 我国综合机械化采煤技术正在向高产量，大功率，重型化的趋势发展，但搬运设备却没有得到相应的更新与开发。现在大型液压支架重量已经达到30多吨，而液压支架等综采设备在采煤工作面的撤移与运输仍使用回柱绞车等老式设备，其牵引力小，容绳量小，钢丝绳细，不适应综采工作面的工况要求。 当前回柱绞车存在的主要问题 ：1. 蜗轮副传动是回柱绞车的薄弱环节煤矿绞车JH2-5,JH-8 ,JHC-14,JH2-14,JH-20等都采用蜗轮副传动，皆因蜗轮副传动比大，但蜗轮副传动效率很低，一般只有0.40.5，绞车的总传动比更低，工作时过高的温升，井下多尘的工作环境，使蜗轮副磨损加快，使用半年或更短时间，即需要检修或更换。2. 牵引力小现在煤矿由于综采机械的大量使用，在工作面搬迁时需要搬运某些大型设备，如液压支架等，而现在使用的绞车牵引力都有些小，因而将牵引力提高到32吨是有意义的。3. 容绳量小当前的综采工作面长度有逐渐加长的趋势，而现行的绞车容绳量一般都太小，应将容绳量达到140m以上。本设计的容绳量达到了260米。4. 设计寿命短回柱绞车大多采用1460小时的设计寿命，这是因为回柱时间短，但由于小绞车已不止用于回柱，还在建筑，铁路等各行业，而且就煤矿的使用来看，也有必要提高设计寿命，增加绞车的平均无故障时间，保证生产的正常进行，经多方比较，决定采用5000小时的设计寿命。1.2.1 结构型式我国的矿用小绞车其中的调度绞车多为行星齿轮传动，结构有以下四种基本型式。1. 通轴式其主要特点是立轴贯穿其中，使整机刚性强，能保证运转过程中齿轮啮合精度，因而噪音小，寿命长，该种结构零件简单易于制造和维修，成本较低。2. 浮动式其特点是由于采用了浮动件，故绞车的传动件受力状况好，因而噪音明显下降寿命较长。3. 半埋入式其特点是电机的一部分埋入置于滚筒内部，传动装置设在共同内部和端部，结构紧凑体积小，重量轻。但该结构刚性差，运转中齿轮精度很难保证，给进一步提高寿命，降低噪音造成很大困难，且零件技术要求较高，制造难度大。4. 全埋入式其特点是电机全部置于滚筒内部，传动部分设在滚筒端部，使得整机结构紧凑，体积小，搬运方便。1.2.2 采取措施1.采用国外先进技术，国家标准，制定出我国的矿用小绞车型式和参数系类标准和国家标准，把我国矿用小绞车的标准水平提高一步，进而进行产品的更新改造和提高产品性能，争取在较短的时间内达到先进国家的水平。2.完善测试手段.我国产品水平提高得慢的一个重要原因是不具备检测手段，很多项目及整机性能无法测定，心中无数。设计凭经验及类比法，因此在提高产品质量上有时陷入盲目性。在完善测试手段过程中，当前应重点放在产品性能检测，如寿命，噪音，效率，可靠性等。3.技术引进与产品更新换代相结合。更新换代光靠自己搞科研攻关，不仅力量不足，速度太慢，可先购买国外样机，经过使用后再考虑技术引进问题。4.组织专业化生产，按照标准对产品的要求，组织专业化生产，以提高质量和生产效率2 电动机的选择2.1.1选择电动机类型和机构形式电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化的产品。机械设计中需要根据工作机的工作情况和运动、动力参数、合理选择电动机类型、结构形式、传递的功率和转速、确定电动机的型号电动机有交流电动机和直流电动机之分，工业上采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最广泛。如无特殊需要，一般忧先选用型笼型三相异步电动机，因其具有高效，节能，噪音小，振动小，安全可靠的特点，且安装尺寸和功率等级符合国际标准，适用于无特殊要求的各种机械设备。绞车属于非连续工作机械，而且启动，制动频繁。JH-20回柱绞车是原机械工业部设计的用于煤矿井下回收支柱的设备，由于煤矿发生安全事多，新的煤矿安全标准对绞车提出了更高的要求，因此，电机采用防暴电动机，选用YBK（防爆型）电动机。在本设计中选择电动机为系列YBK的380V的防爆电动机。2.1.2功率的计算电动机的功率选择是否合适将直间影响到电动机的工作性能和经济性能。如果选用额定功率小于工作机所需要的功率，就不能保证工作机正常工作，甚至使电动机长期过载过早损害，如果选用额定功率大于工作机所需要的功率，则电动机的价格高，功率未得到充分的利用。从而增加电能的消耗，造成浪费。2.1.3电动机功率的选择1绞车电动机的功率按所需的静功率计算，静功率（单位：KW）计算公式为： 式（2.1）式中 工作机所需工作效率，KW。由电动机到工作机的总效率，KW。工作机所需工作效率，应由工作阻力和运动参数计算求得： 式（2.2）式中工作机的阻力（N）。 工作机的线速度（M/S）。 工作机的效率。其中 、分别为联轴器、卷筒、齿轮传动和轴承的传动效率。 取=0.99，=0.96，=0.97（齿轮的精度为8级），=0.98（滚动轴承）。2确定电动机的转速卷筒轴的工作转速为 式（2.3）经查表：一级齿轮的传动比,二级蜗轮蜗杆减速器的传动比，总的传动比合理范围为，故电动机的转速的可选范围为： 式（2.4）根据工况和计算所选电动机为:表2-1 电动机的主要参数型号额定功率(KW)转速r/minYBK2-225M-6309802.2确定传动装置的总传动比和分配传动比2.2.1总传动比由电动机的转速和工作机的主动轴的转速，可得到传动装置的总传动比为 式（2.5）式中电动机的转速 卷筒的主轴转速 总传动比为各级传动比的乘积，既 式（2.6）2.2.2分配减速器的各级传动比使减速器装置不至于过大初步取则按展开式布置，考虑润滑条件，为使两级大齿轮相近，查得则2.3计算传动装置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将传动装置各轴由高速至低速依次定为、轴。相邻两轴间传动比相邻两轴间传动效率轴的输入功率（KW）各轴之间的输入转矩（NM）各轴的转速（r/min）则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和参数。图2-1 电动机传动示意图2.3.1各轴转速轴轴轴轴 2.3.2各轴的输入功率轴轴的输入功率：轴轴轴轴式中电动机的出功率（KW）联轴器的传动效率轴承的传动效率 齿轮的传动效率同一根轴的输出功率与输入功率的数值不同，需要精确计算时取不同的数值。2.3.3各轴的输入转矩电动机的输出转矩： 式（2.7）轴轴的输入转矩： 运动和动力参数计算结果见表 表2-2 各轴的运动和动力参数轴名效率P（Kw）转矩T（N.m）转速N（r/min）传动比效率输入输出输入输出电动机轴22216.6798010.9轴21.3420.70216.67210.179805.570.95轴20.2919.281184.281125.07170.434.430.93轴18.917.584887.464545.3438.472.840.95轴17.9717.0713194.7012534.9713.54根据容量和转速，由有关手册查出适用的电动机型号综合考虑电动机的传动装置的尺寸，重量，价格和减速器，卷筒的传动比，因此选定电动机型号为YBK2-225M-6，其主要性能参数如下所示：额定电压：380V/660V、660V/1140V额定频率：50Hz功率范围：2.2kW 200kW安装形式：B3、B5 绝缘等级：F级防护等级：IP55主要性能参数如下表：表2-3 电动机的主要性能参数型号 额定功率 电流 （安培） 转速 （转/分）效率 （%）功率 因数 堵转转矩 堵转电流 重量 （千克） 千瓦 马力 额定转矩 额定电流 YBK2-225M-6456082.1297092.50.92.07.53493 轴的设计计算3.1轴的概述1.轴的用途轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。2.轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会冲加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等到方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。3.轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最长用的是45钢。4.轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。1）拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上方根零件的装配方向，顺序和相互关系。2）轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。因此，轴肩位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度h 一般取为h=（0.070.1）d, d 为与零件相配处的轴的直径，单位为mm。流动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承。非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的，其高度一般取为12mm。零件的径向定位径向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的径向定位零件键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。5.轴的强度计算轴的计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。1）轴的扭转强度条件计算：轴的扭转强度条件为: 式(3.1)式中： 扭转切应力单位为MPa； T轴所受的扭矩，单位为N.mm；轴的抗扭截面系数，单位为mm；n轴的转速，单位为r/min；P轴传递的功率，单位为KW；d计算截面处轴的直径，单位为mm；许用扭转切应力，单位为Mpa。由上式可得轴的直径d 式(3.2) 式中A0= , 对于空心轴，则式中, 即空心轴的内径d1与外径d之比，通常取=0.50.6。应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3；有两个键槽时，应增大7。对于直径d100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7；有两个键槽时，应增大10%15.然后将轴径圆整为标准直径。2）按弯扭合成强度条件计算作出轴的计算简图在作计算简图时，应先求出轴上受力零件的载荷（若为空间力系，应把空间力分解为圆周力，径向力和轴向力，然后把它们全部转化到轴上），并将其分解为水平分力和垂直分力。然后求出各支承处的水平反力和垂直反力。作出弯矩图根据简图，分别按水平面和垂直平面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别作出平面上弯矩和垂直面上的弯矩；然后按下式计算总弯矩并作出M图；作出扭矩图3）校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面作弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 式(3.3)为了考虑循环特性的影响，引入折合系数a,则计算应力为： 式（3.4）对于直径为d圆轴，弯曲应力，扭转切应力，将代入上式中，则轴的弯扭合成强度条件为： 式（3.5）式中： 轴的计算应力，单位为Mpa；M轴所承受的弯矩，单位为N.mm；T轴所受的扭矩，单位为N.mm；W轴的抗弯截面系数，单位为mm；对称循环变应力时轴的许用弯曲应力。3.2主传动轴的设计1)主轴的设计（V轴）已知：轴的最低转n=30r/min ，轴的功率P=5.504KW，转矩T=1700N.m求作用在齿轮上的力：=2T/d=18.09KN=6.58KN19.25KN计算轴的直径、长度：取轴材料为45钢，调质处理由手册查得，取=110，由公式： 式（3.6）代入数据：n=30r/min, P=5.504kw, 取=0.5，得d63.86考虑轴上有两键槽d=d（1+10）=70（1） 取d1=70此处安装套筒，装向心球轴承轴承选轻（2）系列216型。 尺寸：该段轴长度：L1=110mm(2)mm 取d2=80，此处安装向心推力球轴承，选3600型36216尺寸：（3）轴前端装圆柱滚子轴承：（0）2尺寸系列N218E尺寸：3.3轴的校核3.3.1 主轴轴的校核1. 求作用在齿轮上的力=2T/d=18.09KN=6.58KN19.25KN2. H面：V面：求M3.求扭矩，作扭矩图。T=1700N.m计算弯矩，作弯矩图。 4.校核查表得：此轴可以使用。3.4卷筒轴的设计 由于卷筒轴的可靠性对绞车的的安全，可靠性非常重要，因此十分重视卷筒轴的结构设计和强度，刚性计算。卷筒轴的结构，应力求简单，合理，应力集中应尽可能小。卷筒轴不仅要计算疲劳强度，而且还要计算静强度；次外，对较长的轴还需校核轴的刚度。在卷筒轴的设计上轴的材料采用钢，调质处理由机械设计手册查得 已知钢丝绳的额定拉力为，卷筒的直径，钢丝绳的直径根据卷筒的大小初步定轴与卷筒的连接部分为100mm,由于和轴承座相连接的两边的轴径设为80mm。和减速器连接部分用联轴器。所以外围轴径为70mm。按照轴承，卷筒，联轴器和轴之间配合的要求可设计轴的基本尺寸如图：图3.1轴的基本尺寸a)对轴的受力分析水平面反力： 因为水平面上没有受到力，则Fa=0垂直面反力： 因为在垂直面上受到绳上拉力和两个轴承反力受力图为： 图3.2轴垂直面的受力图由已知条件为FC=5000N又由方程解方程得=2719 =2281画出垂直弯矩图 图3.3轴垂直面弯矩图 轴所受的扭矩图625000N.mm 625000N.mm图3.4轴所受的扭矩图T=FcL=5000125=625000N.mm转矩图 625000N.mm489 785图3.5轴受的转矩图b)校核轴径许用应力：用插入法由表查的 =102.5 Mpa =60 Mpa应力校正系数：=/=60/102.5=0.59当量转矩：T=0.591250000=737500 N.mm 当量弯矩：M= N.mm轴径：D= mm所以所设计的轴可用。 c)轴疲劳强度计算 卷筒轴的疲劳强度,应该为钢丝绳的当量拉力进行计算,既 式（3.7） 式中钢丝绳的当量拉力 当量拉力系数，由绞车查得平均应力和应力幅 疲劳强度计算安全系数由机械手册查得应力集中系数 表面状态系数 绝对尺寸系数 等效系数 一般轴的疲劳强度安全系数，经校核轴的强度够用。d)轴强度校核计算卷筒轴的静强度计算，需要用静强度计算拉力，可按下式求得： 式中静强度计算最大拉力 动载系数，有绞车设计查得静强度计算安全系数当时，所以经校核轴的强度足够。4 钢丝绳的选择和卷筒的设计绞车通过钢丝绳升降、牵引重物。工作时钢丝绳所所应力十分复杂，加之对外界影响因素比较敏感，一旦失败，后果十分严重。因此，应特别重视选择与使用。4.1钢丝绳的选择4.1.1钢丝绳的种类和构造钢丝绳是由许多高强度刚上编绕而成，可单捻、也可双捻成行。绳芯采用天然纤维芯（NF）、合成纤维芯（SF）、金属纤维芯（IWR）和金属丝股芯（IWS）。纤维芯钢丝具有较高的扰性和弹性，缠绕时弯曲应力较小。但不能承受横向压力；金属丝芯钢丝绳强度较高，能承受高温和横向压力，但扰性较差。建筑卷扬机系多层缠绕，更合适选用双捻制金属丝芯钢丝绳。钢丝绳的种类，根据钢丝绳绕成股和股绕成绳的互相方向可分：（1）顺捻钢丝绳 、（2）交捻钢丝绳。因为交捻钢丝绳在绞车设计中应优先考虑，故在本设计上钢丝绳的选取是双捻制金属丝芯钢丝绳。4.1.2钢丝绳直径的选择钢丝绳的安全系数按下式计算： 式(4.1)式中：整条钢丝绳的破短拉力（N）钢丝绳的额定拉力 卷扬机工作级别规定的最小安全系数机械手册查表得绞车的工作级别为A6，则选取安全系数=6 KN 式(4.2)钢丝绳不应小于下式计算的最小值： 式中钢丝绳的最大工作拉力（KN）钢丝绳的选取系数，经查表=0.1036机械手册查表得d=19(mm),钢丝绳的抗拉强度为1770MPa，使用双捻制金属丝芯钢丝绳。需注意的是, 提升钢绳是联系提升容器与绞车的中间纽带，在矿井提升安全生产中占有很重要的地位，但是有些煤矿，尤其是个别地方煤矿，由于技术力量薄弱，实施陈旧，管理不到位等因素，导致钢绳在提升过程中出现问题，轻则影响生产，重则引发断绳跑车，断绳坠落提升容器的事故发生，导致人员伤亡和设备损坏对此加以分析，探讨，对钢绳进行合理选择，正确使用，维护与保养，以期延长钢绳的使用寿命，对确保矿山安全生产很有必要。以上在前面已经做了介绍，现在按照下面几个方面增加钢绳的使用寿命：1. 加强对钢绳的检查，1d至少一次，最好每班检查一次，发现特殊情况，应增加检查次数。2. 加强井巷维护，发现淋水及时清除，避免顺轨道淌水腐蚀钢丝绳。3. 加强钢丝绳涂油，选用专用的钢丝绳油，没30d至少涂油一次，涂油前，应充分做好准备工作，首先清除钢丝绳上的油垢结块，擦干净钢丝绳上的淋水。4.2卷筒的设计绞车卷筒系钢丝绳多层缠绕，所受应力非常复杂。它作为绞车的重要零件，对绞车安全、可靠的工作至关重要，应合理的进行设计。4.2.1卷筒的材料由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料ZG270-500极限应力、4.2.2卷筒容绳尺寸计算 卷筒容绳尺寸参数意义及表示方法应符合国家标准规定。a) 卷筒节径 卷筒节径 应满足下式 式(4.3)式中： 筒绳直径比，由绞车设计查表得 钢丝绳直径（mm） 则取 b) 卷筒容绳宽度卷筒容绳宽度，一般可以由下式确定 式(4.4)式中卷筒直径（mm） 则 取C) 卷筒边缘直径卷筒边缘直径即卷筒端侧板直径端侧板直径用下式计算 式(4.5)式中最外层钢丝绳直径，由下式确定钢丝绳缠绕层数则 取c) 缠绕层数缠绕层数按下式计算 式(4.6)式中为保证钢丝绳不越出端侧板外圆的的安全高度（mm）计算得则取d) 卷筒容绳量卷筒容绳量是指钢丝绳在卷筒上顺序紧密排练时，达到规定的缠绕层数所能容纳的钢丝绳工作长度的最大值卷筒容绳量按下式计算第层钢丝绳绳芯直径为 式(4.7)式中的第层，。则第层钢丝绳长度为卷筒容绳量为4.2.3卷筒筒壁的厚度计算和卷筒壁的强度计算a)多层缠绕系数的确定多层缠绕系数的理论计算 式(4.8)式中钢丝绳的缠绕层数其中钢丝绳的缠绕节距卷筒壁厚卷筒直径钢丝绳直径钢丝绳纵向弹性模量钢丝绳横向弹性模量卷筒材料的弹性模量钢丝绳的断面积则b)卷筒的厚度设计卷筒厚度为式中钢丝绳的额定拉力建筑卷扬机设计查得则C) 卷筒壁的强度计算 经强度计算较合适无需调整。5 键联接5.1键联接的功能、分类及应用通过键将轴与轴上零件（齿轮，带轮，凸轮等）结合在一起，实现周向固定，并传递转矩的连接称为键联接。键联接属于可拆联接，具有结构简单，工作可靠，装拆方便及已经标准化等特点，故得到广泛的应用。键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的类型有：平键联接，半圆键联接，楔键联接，切向键联接和花键联接等。平键联接键的两侧面是工作面,工作时,靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮毂的键槽底面间则留有间隙。平键联接具有结构简单，装拆方便，对中性较好等优点，因而得到广泛应用。这种键连接不能承受轴向力，因而对轴上的零件不能起到轴向固定作用。根据用途的不同，平健分为普通平键、薄型平键、导向平键和滑键四种。其中普通平键和薄型平键用于静联接，导向平键和滑键用于动联接。普通平键按构造分：有圆头（A型），平头（B型）及单圆头（C型）三种。圆头平键宜放在轴上用键槽铣刀铣出的键槽中，键在键槽中轴向固定良好。缺点是键的头部侧面与轮毂上的键槽并不接触，因而键的圆头部分不能充分利用，而且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键是放在用盘铣刀铣出的键槽中，因而避免了上述缺点，但对于尺寸大的键，宜用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键则常用于轴端与毂类零件的联接。当被联接的毂类零件在工作过程中必须在轴上作轴向移动时（如变速箱的滑移齿轮），则须采用导向平键或滑键。导向平键是一种较长的平键，用螺钉固定在轴上的键槽中，为了便于拆卸，键上制有起键螺孔，以便拧入螺钉，使键退出键槽。轴上的传动零件则可沿键作轴向滑移，当零件需滑移的距离较大时，因所需导向平键的长度过大，制造困难，故宜采用滑键。滑键固定在轮毂上，轮毂带动滑键在轴上的键槽中作轴向滑移。这样，只需在轴上铣出较长的键槽，而键可做得较短。5.2键的选择键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点，使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽键高h表示）与长度L。键的截面尺寸按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为L（1.52）d,这里d为轴的直径.所选定的键长亦应符合标准规的长度系列。普通平键的主要尺寸见表:表5.1 普通平键的主要尺寸轴的直径d轴的直径d轴的直径d键的长度系列L6，8，10，12，14，16，18 ，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，5.3 平键的校核 选A型平键，由130mm,查表b=32mm,h=18mm,L=60mm则键标记：键141979。校核挤压强度： 式（5.1） 式中： 130-8=122mm ,T=400 ,由查表得 ，K=9mm， 挤压强度满足要求。6 制动器的设计与选用制动器概述制动器是利用摩擦力矩降低机器运动部件的转速或使其停止回转的装置。制动器必须满足以下要求：（1） 能产生足够的制动力矩。（2） 结构简单，外形紧凑。（3） 制动迅速，平稳，可靠。（4） 制动器零件有足够的强度和刚度，制动带，鼓应具有较高的耐磨性和耐热性。（5） 调整，维修方便。为了减小