JH-14型回柱绞车设计

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321摘 要回柱绞车是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶的主要设备。由于它的高度较低、重量又轻，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沉入底板或被矸石压埋的金属支柱的回收。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、牵引各种设备和备件之用。目前，在回柱绞车的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造回柱绞车过程中存在着一定程度上的缺点，重要的问题如：轮齿的根切、蜗杆毛坯的正确设计等。这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套回柱绞车传动部分的设计方法，主要包括蜗轮蜗杆减速装置、直齿圆柱齿轮传动、轴承和传动件的润滑系统，还包括制动装置的选用、一部分常见故障的分析以及日常的使用与维护等。关键词：回柱绞车 减速器 蜗轮 蜗杆ABSTRACTProp-pulling hoist is for underground mines coal face of main equipment blasting down the roof. Because of its high and low weight light, especially suitable for thin coal seam and the mining face, and various kinds of coal gangue sink or buried by pressing the pillar of the metal recycling. With the increase of mining mechanization degree, it is more and more widely used in mechanization mining face, as installation, recycling of equipment and spare parts of the traction.At present, in the design, manufacture, prop-pulling hoist and applications, the domestic and foreign advanced level compared to still have a large gap. In the design and manufacture of domestic prop-pulling hoist process, to a certain extent, the shortcomings of the important questions like: the root, the worm gear of blank design etc.This paper mainly expounds the graduation design is a set of transmission part prop-pulling hoist the design methods, including worm gear and worm reducer device, spur gears, bearings and drive transmission lubrication, including the selection of brake and the common faults and daily use and maintenance, etc.Key words: prop pulling hoist；reducer ；worm ；gearII目 录前 言11.回柱绞车的概况与方案的初步拟定51.1国内外回柱小绞车的概况51.2回柱绞车的主要传动方式类型81.3设计任务与方案的初步拟定91.3.1设计条件91.3.2原始数据见表1-191.3.3方案的初步拟定91.4 JH-14型回柱绞车101.4.1型号含义101.4.2主要组成部分112.机械传动系统方案设计122.1传动方案的确定122.2传动系统的动力计算142.2.1电动机的确定142.2.2分配总传动比152.2.3计算机械传动系统的性能参数152.3蜗轮蜗杆的设计计算172.3.1选择蜗杆传动类型172.3.2选择材料172.3.3承载能力计算172.3.4蜗轮轮齿的强度验算182.3.5计算蜗杆的各项参数192.4齿轮的传动设计202.4.1齿轮模数的确定202.4.2接触强度和弯曲强度的验算222.4.3验算接触强度222.4.4验算弯曲强度242.5中间轴设计252.5.1选材252.5.2基本轴径估算252.5.3轴上零件布置262.5.4轴的结构设计262.6 主轴的设计计算262.6.1主轴的设计272.6.2材料选择272.6.3轴径的初步估算272.6.4轴的结构设计272.6.5主轴的强度校核283.减速器的润滑323.1传动件的润滑323.2轴承的润滑324.滚筒主轴设计应考虑的问题335.回柱绞车制动器的设计345.1制动器的形式和常用安全装置345.1.1常用绞车制动闸的形式345.1.2.绞车上应有的安全装置355.1.3回柱绞车制动器的作用355.2制动器的选用和设计365.2.1制动器的确定365.2.2带式制动器的工作原理365.2.3带式制动闸的闸带有下列要求375.2.4制动器的制动386.回柱绞车的操作要求及钢丝绳断裂原因分析396.1回柱绞车的操作要求396.1.1一般要求396.1.2开车前必须认真检查：396.1.3运行中必须注意：396.2运输回柱绞车时的注意事项406.3钢丝绳断丝原因分析406.3.1钢丝绳间断断丝406.3.2钢丝绳连续断丝407.使用与维修427.1安装、固定和操作427.2后移437.3维护与检修43结束语45致谢46参考文献4749前 言当前，我国煤矿工业正以日新月异的速度前进，在井下回采工作中当一个工作面的煤层开采完了以后要放顶。由于金属成本较高，这些支柱若不收回，则必然造成极大的浪费。所以需用一台回柱绞车。回柱绞车是机械回柱的主要设备。在木支柱工作面和一些金属支柱工作面，一般都采用回柱绞车回柱。回收的支柱可重新加工利用，投入到生产中去。如果人工回柱，安全性差、效率低。使用回柱绞车回收既经济，又迅速，符合现代化工业生产的特点：高生产率和先进的技术经济指标。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.、回柱绞车(含慢速绞车)的结构有如下特点：（）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。（）总传动比大(i150230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力。（）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。（）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。（）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。（）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。、回柱绞车在井下回采工作面的布置方式主要有以下几种：（）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所示图1 在回风巷布置回柱绞车1回风巷2 回柱绞车3 导向轮回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：回栓绞车不需经常搬迁；适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；回栓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.（）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2所示。图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。（）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所示图 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，移动和检修都很困难。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。1.回柱绞车的概况与方案的初步拟定1.1国内外回柱小绞车的概况我国矿用小绞车主要是指调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制、自行设计两个阶段。解放初期使用的矿用小绞车有日本的、苏联的，因此当时生产的矿用小绞车也是测绘仿制日本和苏联的产品。1958年后这些产品相继被淘汰，并对苏联绞车进行了改进，于1964年进入了自行设计阶段.回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段，八十年代以前一直使用的是仿制的老产品，八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车，主要针对效率极低的球面蜗轮副、慢速工作和快速回绳等环节进行根本的改进。 矿用小绞车标准化方面，1967年制定了调度绞车部标准，1971年制定了回柱绞车部标准.1982年对上述两个标准都进行了修订，其标准方为JB965-83. JB1409-83.国外矿用小绞车使用很普通，生产厂家也很多。苏联、日本、美国、瑞典等国都制造矿用小绞车。 国外矿用小绞车的种类、规格较多.工作机构有单筒、双筒和摩擦式.传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。发展趋势向标准化系列方向发展，向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展;向高效、节能、寿命长、低噪音、一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展。 国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准。从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。从原动力上分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风动的。例如回柱绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，回柱绞车的主传动均采用了蜗轮副传动，这是因为蜗轮副传动比大，又具有自锁性，故其传动效率较低，一般只有0. 40.45，回柱绞车的总传动效率更低。回绳速度慢，所有的回柱绞车回绳速度和工作牵引速度相同.不论绞车用于回柱放顶，还是搬运设备，工作效率太低。随着采煤机械化的发展，综采设备的频繁搬迁，又由于回柱绞车搬运，工作时间长占用人工多，因此这类绞车均应设置快速回绳。 我国矿用小绞车在寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在5年以上，我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到5年.噪音也稍大。 虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。比如牵引力14000kgf这一档回柱绞车就有四种型号. JHC-14型一级减速为蜗轮副传动、二级为行星齿轮传动(少齿差传动)。JHZ-14型二级减速为蜗轮副传动，一级和三级减速为圆柱齿轮传动。JM-14型是在一级蜗轮副减速之后,其二级、三级减速为直齿圆柱齿轮传动。JH-14型是在一级蜗轮副减速之后，其二级减速为直齿圆柱齿轮传动，也是传动系统最简单的一种。 回柱绞车以电动使用最广，传动型式以球面蜗轮副居多，该机主要结构型式为电动机悬装在蜗轮副减速器的后部，蜗轮副减速器为第一级减速，第二级和第三级为圆柱齿轮传动，分别安装在机器的两侧对称机体的中心布置，该机呈长条形适应并下巷道的空间，体积小，底座呈雪橇形，安装搬运方便。 纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。 (1)向标准化系列化方向发展，苏联、日本、美国、德国、英国已有矿用小绞车国家标准.并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。在这些国家标准和系列型谱中，对绞车的性能、参数做了明确的规定，并强力推行和实施，给设计和制造、使用、维护带来极大方便。 (2)向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原动机、传动装置、工作滚筒、制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸为一体。 (3)向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联、日本在纹车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视。苏联和日本在绞车设计方面为节约电耗，对电机功率在全面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能(牵引力、牵引速度)等，又能使电机功率得以充分利用。 (4)向寿命长、低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合性反应。寿命长，经济效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。 (5)向一机多能、通用化方向发展。矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。把调度、运输、辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近，大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。 (6)向大功率方向发展。随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于搬运综采及各类机电设备时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。 (7) 向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑、体积小、重量轻、大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚简和制动操纵部分。整个绞车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。1.2回柱绞车的主要传动方式类型我国常用的回柱绞车类型及其传动方式有下列几种:1.型回柱绞车,其传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮2.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮3.回柱绞车,其传动方式有两种,一种为:一组蜗轮,两组直齿轮;一组为一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮4.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮5.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组少齿差行星齿轮6.型回柱绞车,其传动方式为:一组直齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮7.型回柱绞车,其传动方式为:一组圆锥齿轮,一组变速直齿轮,一组行星齿轮,一组直齿轮1.3设计任务与方案的初步拟定矿用回柱绞车传动装置设计1.3.1设计条件1）机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车;2）工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工作与停歇时间比为1:2),绳筒转向定期变换;3）运动要求:绞车绳筒转速误差不超过8%;4）工作能力:储备余量10%; 1.3.2原始数据见表1-11.3.3方案的初步拟定根据设计要求，所给原始数据,经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较,最后选用一级为蜗杆传动,一级齿轮传动的传动方式.其传动结构图如图1-1:表1-1 绞车原始数据项目数据钢绳牵引力（KN）140钢绳最大速度(m/min)5绳筒直径(mm) 380钢绳直径(mm)21.5绳筒容绳量(m) 120图1-1 JH-14回柱绞车的结构简图1、电动机 2、连轴器 3、蜗轮蜗杆减速器 4、小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7、滚筒1.4 JH-14型回柱绞车1.4.1型号含义J卷扬机类，H回柱绞车，14钢丝绳拉力140（KN）。1.4.2主要组成部分JH-14型回柱绞车由电动机，圆弧面蜗杆蜗轮减速器，中间轴，卷筒，底盘五大部分组成。其传动原理是：动力由电动机通过一对联轴器传动圆弧面蜗杆、蜗轮，由蜗轮轴上的小齿轮经中间过桥齿轮传动大齿轮，大齿轮带动卷筒，卷筒引钢丝绳进行工作。2.机械传动系统方案设计2.1传动方案的确定根据机械器的工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择机械传动系统所需的传动类型，并拟定从动力机到工作机构之间机械传动系统的设计方案和总体布置。一般情况下，尽管动力机的输出功率满足工作机构的要求，但输出的转速、扭矩或运动形式很难符合工作机构的需要，这时就需要采用某种机械传动装置。这是绝大多数机械设计的共同特点。按照传动原理的不同，机械传动装置可分为摩擦传动、啮合传动和推压传动三种。根据传动比能否改变，机械传动装置又可分为可调传动比传动、固定传动比传动和变传动比传动三类。回柱绞车一般采用固定传动比传动。减速器传动：本回柱绞车由于总减速比较大，为i=186而采用动力蜗杆减速器。蜗杆传动的主要特点是：传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于回柱绞车，要求卷筒能够自锁。即卷筒的正反转只能由电动机的正反转来控制；当电源切断时绞车马上停止工作；卷筒本身不能自由转动，以免发生事故。这就需要设计一个装置来控制卷筒的自转。而蜗轮蜗杆传动就起到了这个作用。因为若取蜗杆的蜗螺旋线开角小于齿轮间的当量摩擦角，则当蜗轮主动时，机构自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能蜗轮带动蜗杆。因此，采用蜗轮蜗杆减速器，就能保证卷筒的自锁性。这就是回柱绞车采用蜗杆减速器的一个重要原因。 但是，采用蜗杆减速器也有一缺点，就是传动效率低，这点应在具体的蜗杆减速器设计中充分重视，并设法提高。 采用圆弧齿圆柱蜗杆，就是提高效率的一种措施，这是一种新型的传动装置。它与普通的蜗杆传动相比，其不同在于，具有良好的润滑条件使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦，从而降低摩擦系数，减轻磨损，提高了承载能力和效率。因此，它具有承载能力大，使用寿命长，效率高（高10-15%）等优点。齿轮传动:选择齿轮传动，是由于齿轮传动具有工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数；传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范围广等优点。因斜齿轮传动时会产生轴向力，对传动不利。若采用人字齿轮，虽可使齿轮轴向力自行抵消，但人字齿轮制造比较困难，所以选择直齿轮传动。 从结构上看：如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合，由于传动比大，会造成两齿轮大小相差过甚，大齿轮太大以至于不好安装和制造，而且外形尺寸也太大。另外，涡轮轴上的小齿轮也不能太小，因为根据强度要求限制了轴径，从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。否则，会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都较大，让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合，受尺寸限制，不容易做到。基于以上原因，决定增加一中间轴，轴上安装一过桥齿轮。这样，既可以得到合适的传动比，又可以令整体布局合理。 现代生产的发展，无论在承载能力、工作可靠稳定方面，还是在结构尺寸和重量方面，对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求，我们决定设计三个变位齿轮，作为改善齿轮传动质量的有效方法。2.2传动系统的动力计算2.2.1电动机的确定 1、电动机类型的选择 因为通常生产场所所用的都是三相交流电源，所以采用交流电动机；由于回柱绞车常用于有煤尘和瓦斯的爆炸性气体的井下，所选电机要具有防暴性能。为此，应选用Y系列三相异步防暴机。 2、电动机功率的确定参考现有同类产品，先假以卷筒宽度B=300mm，钢丝绳直径=21.5mm，卷筒直径D=400mm卷筒转速n w=3.68绳筒轴的输出功率：P w=9.29kw传动装置效率=123 其中1联轴器效率；1=0.995； 2蜗杆减速器效率；2=0.9； 3齿轮传动效率；3=0.98； =123=0.9950.90.98=0.877电动机所需功率：P0=10.6kw 根据P0查机械设计手册，选取YB200L8电机。其额定功率P=15kwP0=10.6kw，满足要求。额定转速n=730，总减速比i=183.4，与已知同类产品i=186相差不大，故所选电机合适。2.2.2分配总传动比 根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上，并要求各级传动结构紧凑，承载能力高，工作可靠，制造经济和效率高。 各级传动比的连乘积应等于总传动比，即i=i.i.i式中，i、i、i分别为各级传动的传动比。根据i=186。并参考现有同类回柱绞车，确定各传动的传动比为： 蜗轮蜗杆传动比：i=43 第一对齿轮传动比：i=1.2 第二对齿轮传动比：i=3.6总传动比i=i.i.i=431.23.6=185.761862.2.3计算机械传动系统的性能参数 机械传动系统的性能参数包括各级传动的转速、功率、扭矩等。这是机械传动系统方案优劣的重要指标，也就是各级传动强度设计的依据。1、计算各轴转速： n=730r/min n= n=730r/min n1=730=16.98r/min n2=14.15r/min n3=3.9r/min2、计算各轴功率： P=15kw P= P1=150.995=14.925kw P1= P2=14.9250.9=13.43kw P2= P13=13.430.98=13.16kw P3= P23=13.160.98=12.90kw3、计算各轴扭矩： T=9550=9550=196.23 Nm T=9550=9550=195.25 Nm T1=9550=9550=7553.39 Nm T2=9550=9550=8881.84 Nm T3=9550=9550=31588.46 Nm表2-1 计算机械传动系统的性能参数轴功率P（kw）转速n（）转矩T（Nm）电机轴15730196.23蜗杆轴14.925730195.251轴13.4316.987553.392轴13.1614.158881.843轴12.93.931588.462.3蜗轮蜗杆的设计计算高速级传动件设计2.3.1选择蜗杆传动类型根据矿用小绞车P189“回柱绞车主要技术规格”，采用圆弧面蜗杆（ZC）。2.3.2选择材料根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度是慢速,故蜗杆用40Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为250-300HB.蜗轮用铝铁青铜ZQAl9-4,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,二轮芯用灰铸铁HT25-47铸造.2.3.3承载能力计算圆弧面蜗杆传动的损坏形式同圆柱蜗杆传动类似，主要是齿面磨损与胶合。为实现齿面之间的动压润滑，避免发生胶合和减轻磨损，圆弧面蜗杆传动的承载能力按以下验算：（）选择蜗杆头数，涡轮齿数及蜗杆包容涡轮的齿数 Z1=1，Z2=iZ1=43，Z=4.3（）选择传动比参数 根据i=40，n1=730r/min,查5P312图3-42，取I=1（）选择材料系数，质量系数及工作条件系数 齿轮材料为铝铁青铜，制造精度8级，启动频繁，间歇工作制度，查5P312表3-20，取K1=1，K2=0.8，K3=1.06（）计算功率参数 H=1123（）确定中心距 根据H=1123，n1=730r/min，查5P312图3-43得A=225mm（）验算：N1=18.53kw，N1=18.5kwN1， 满足要求。2.3.4蜗轮轮齿的强度验算圆弧面蜗杆传动的蜗轮发生断齿的情况是比较少见的。但为慎重起见，必要时仍需对蜗轮轮齿进行强度验算。由于蜗轮轮齿在受力时的变形造成卸载，引起载荷沿齿高方向分布不均，使力的作用位置向齿根方向偏移。所以，蜗轮轮齿的折断不是由于弯曲强度不够，而是齿根剪切强度不足引起的。（）蜗轮圆周力 P2=199 KN（）蜗杆与蜗轮啮合齿对之间的载荷分布不均匀系数，可取KP=0.5，B=54mm，Cn=0.304=92=-（1+）=0.55-=0.559-=4.95（） 蜗轮齿根的许用剪应力 =0.5b ，查3P205表8-9 b=540，=0.5540=270（）0 =tg-1=tg-1=6.530 =sin-1=sin-1=22.95（）= =198故蜗轮齿根的剪切疲劳强度满足要求。2.3.5计算蜗杆的各项参数（）蜗杆顶圆直径 Dd2=387.19mm（）径向间隙 C=0.15=0.15=1.4（）校正蜗杆圆直径 Dg1=2A-Dg2-2C=2225-387.19-21.4=60mm齿顶高、齿根高和全齿高h1=0.9=0.9=8.42mmh1=0.85=0.85=7.95mmh2=0.7=0.7=6.55mmh2=1.05=1.05=9.82mmh1=h1+h1=8.42+7.95=16.37mmh2=h2+h2=6.55+9.82=16.37mm（）分度圆直径和成形圆直径df2=Dd2-2h2=387.19-26.55=374.09mmdf1=2A-df2=2225-374.09=75.91mmd0=140.625,取d0=145mm（）蜗杆顶圆直径和涡轮根圆直径Dd1=df1+2h1=75.91+26.55=89.01mmDg2=df2-2h2=374.09-29.82=354.45mm2.4齿轮的传动设计本设计的齿轮传动是由三个直齿圆柱齿轮来完成的。即小齿轮、过桥齿轮和大齿轮。小齿轮安装在蜗杆轴上，中间齿轮和大齿轮安装在中间轴和卷筒上。通过这三个齿轮，将运动传递到卷筒上。2.4.1齿轮模数的确定参考同类产品：选取小齿轮材料为40C钢，齿面淬火，淬火硬度为HRC4550；桥轮材料为40C钢，表面淬火，淬火硬度为BRC4855；大齿轮用40C合金钢铸成，调质处理，硬HRC230260。初选z=19, 则z2=i19=1.2119=23, z=i z3=3.623=83, 为减小传动的尺寸，小齿轮和桥齿轮均为硬齿面；大齿轮采用软齿面，其目的是使大齿轮和中间齿轮使用寿命相当。 模数大小需由弯曲疲劳强度确定。由于第二对齿轮传动承载较大，就按第二对齿轮传动初步计算。按弯曲强度，m 1P201式（10-5） 式中，取载荷系数K=1.325，z=23，转矩T=6338 Nw齿宽系数=0.51桥轮、大齿轮许用弯曲应力：=637MP，=396MP齿形系数：Y=2.69 ， Y=2.21应力修正系数：Y=1.58 ， Y=1.77以上数据均查自1P200 = 就按二者中的大值计算，将诸值代入式，得M=8.5mm 圆整，取m=8mm。2.4.2接触强度和弯曲强度的验算2.4.3验算接触强度（）齿数和精度等级：z=19，z=23,z=83, 圆周速度v=5 m/min，8极精度（）使用系数 K=1（）动载系数 K=1.0，K=1.02 （）齿向载荷分配系数 K=1.21，K=1.13 （）齿宽系数 =0.78，=0.51 以上25数据均查自1P193-205（）载荷系数K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325（）总工作时间 设计每日工作8个小时，一年300天，使用寿命8年，使用期限内工作时间占20%t=830080.2=3840h（）工作应力循环次数 小齿轮为主动轮，每转一周，小齿轮同侧啮合一次；中间轮同一侧齿面也啮合一次。因此，接触应力按脉动循环变化N=60rnt=60116.983840=3.910N=N/i=3.910/1.2=3.2610N=N/i=3.2610/3.6=0.910（）弹性系数 Z=189.8，Z=188.9（10）节点区域系数 Z=2.22，Z=2.5（11）接触疲劳极限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接触安全系数 S=S=1（13）接触寿命系数 KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3以上913数据均查自1P201210（14）许用接触应力 =1472 =1713 =1235 （15）齿宽 b1=b2=b3=100mm（16）验算=Z.Z=189.82.5=1453=1472 =Z.Z=188.92.5=1224=1235 经计算知，大小齿轮均满足接触强度要求。 2.4.4验算弯曲强度（1） 齿形系数Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21（2） 应力修正系数Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775（3） 弯曲疲劳极限 600，650，450（4） 弯曲安全系数S S=1.0（5） 应力循环次数N 小齿轮为主动轮。每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间同一侧齿面口啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910（6） 弯曲寿命系数KFNKFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15（7） 许用弯曲应力 =540 =650=518(8) 验算：经计算知：大小齿轮均满足弯曲强度要求，且具有高的可靠性。2.5中间轴设计中间轴（过桥齿轮轴）是为适应绞车结构上的需要（加大滚筒与蜗轮轴的中心距）而设计的，轴固定在底盘左侧箱中部。轴上有一过桥齿轮，齿轮有40Cr合金钢制成，齿面硬度为HRC5055。齿轮孔内镶有铜套，轴心部挖空，加一个旋盖（压油盖），组成挤压式油杯。下面就具体设计一下中间轴结构。已知，中间轴传递功率P2=13.16 KW。转速n2=14.15 r/min,转矩T2=8881.84 Nm2.5.1选材中间轴受力情况简单，且不是重要的轴，选45钢就可以了。 2.5.2基本轴径估算 由1P表15-3 查得A0=108 dA0=108 =105.4mm ， 取d=105mm 由于该轴并不旋转，强度要求并不高，所以，根据同行业相关数据，取d=75mm。2.5.3轴上零件布置 轴外面套有轴套，过桥齿轮再固联在轴套上，用螺钉将二者联接。因中间轴不转，无须轴承支撑。轴左端与支承架。2.5.4轴的结构设计 运动时，通过小齿轮与中间轮啮合，带动轴套也随之转动。但中间轴不能转动。将凸台铣去一块就是为了防止中间轴与轴套之间由于某种原因而造成轴套带动轴转动。由于轴套是运动的，需一套润滑机构使轴套转动灵活；故在轴上开有油槽孔，轴套内孔圆周上也均布3条油槽。加油时，将压油盖拧开，向螺孔中加入黄油，加满后，拧紧压油油盖。轴套内的三条油槽用来输送和分布润滑油，油槽长度应小于轴套宽度。随着轴套的转动发热，黄油逐渐变稀，从轴上的油孔中渗出，随轴套一起转动。这样就将润滑油分布在轴套与中间轴的接触面上，起保护中间轴和润滑的作用，相当于一滑动轴承。轴与齿轮不直接接触，通过轴套联接。因而齿轮上的力不直接做用于轴上，中间轴的受力情况很简单，只受重力和支持力这两个力而平衡。对这种情况，轴的直径足够大，不需强度校核。河南理工大学万方科技学院本科毕业论文2.6 主轴的设计计算JH-14型回柱绞车的主轴是一定心轴，固定在左右两支承架上。它只起支承旋转机的作用，而不传递动力，即指承受弯矩作用。2.6.1主轴的设计 由前知：卷筒上传递的功率是12.9kw，转速n=3.9m/min2.6.2材料选择选用钢，为保证其机械性能，应进行调试处理。2.6.3轴径的初步估算估算公式：dA0 式中A0是与材料有关的系数，查1P表15-3 得A0=108dA0=108=99.76 圆整，取d=160.9mm 由于此轴是固定心轴，受力情况并不严重。因此，接上式估算的轴径可作为轴的最大直径。参考现有同类产品，取最小轴径d=115mm。2.6.4轴的结构设计（1）确定轴上零件的布置方式。为使结构紧凑，并考虑具体的工艺性和强度要求，将大齿轮与卷筒一侧对称地安装在轴颈处。即大齿轮在卷筒右侧，通过键与卷筒固联在一起。轴承两端装有轴承盖，内有档油板和密封圈。轴承盖用螺钉M1220与卷筒固定在一起。（2）根据工艺和强度要求把轴制成阶梯形，这样可以使轴上零件定位可靠并且拆装方便。（3）确定轴的各段长度。（4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为,各轴肩处圆角半径见图纸.至此，轴的设计完毕。下面画出它的结构简图：图2-1 轴的结构简图2.6.5主轴的强度校核 受力分析：卷筒部件的大齿轮和卷筒未与轴直接接触，但其上的力通过轴承传递到了主轴上。因此，主轴所受轴承的力与卷筒所受轴承的力大小相等方向相反。另外，主轴两端还受两个支承架的支承力。若考虑重力的作用，主轴还受卷筒部件的重压作用。轴的空间受力图：OXyz图2-2 轴的空间受力图由前知：R =392N，R=24500N；R=31642N，R35874N，估计卷筒重量约为154公斤，则G=1509N。将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力，并画出弯矩图： 支反力：根据平衡方程R+R=R+G+R R64+G236+R408=R472解得，R=5383.8N，R=28159.2N弯矩图：图2-3 弯矩图YX面受力图：支反力：根据平衡方程 R+R=R+R R64+R408=R472解得，R=26042.2N， R=34331.8N弯矩图：图2-4 弯矩图合成弯矩图M=图2-5 合成弯矩图对照结构图，分析合成弯矩图，可知主轴较危险的三个部面分别是：中间轴颈110的右端面，右端面轴承的中间部面，右端轴颈的左端面。（主轴结构图）。 这三个合成弯矩分别是：M= = =2669644M=2841782.4M= = =1243279.8因为、处的截面直径相同，M M，只需验算M就行了。直径校核：心轴的截面尺寸是根据弯曲强度来计算。其危险截面的尺寸可按下式确定。d=式中，M最大弯矩 许用弯曲应力 对于实心轴=0，对于空心轴=，d：轴内径，d：轴外径，对于卷筒主轴，查P，45钢，=355MP。取安全系数n=2.0，则=177.5 MP。主轴是实心轴，=0。d。则d=53.18mm75mm d=54.29mm85mm由以上计算可以看出，主轴强度足够。3.减速器的润滑3.1传动件的润滑闭式齿轮传动的润滑大部分要求润滑油有较高的粘度和较好的油性.润滑油的粘度可以根据齿轮的材料和圆周速度来选择润滑油.蜗杆传动传动齿面间的滑动速度大,传动效率低,发热大,因此润滑对于蜗杆传动来说更为重要. 由于是蜗杆-齿轮减速器,综合考虑采用油池润滑方式.在多级减速器中,应尽量使各级传动浸入油深度近于相等.一般齿顶圆到油池地面的距离不应小于3050mm,以免太浅时激起沉于积在箱底的油泥.根据齿轮及蜗杆传动的粘度平均值,选用HJ-50号机械油进行润滑.3.2轴承的润滑轴承的润滑尽可能利用传动件的润滑方法来实现,通常根据齿轮或蜗杆的圆周速度来选择.由于飞溅油量不能满足轴承的需要,这时需要采用油脂润滑方法,故在轴承内侧设置挡油环,以免油池中的油浸入轴承,稀释润滑油.由于工作温度在80100摄氏度,而且工作环境油水分或较潮湿,所以选用钙钠基润滑脂(ZBE 36002-88).4.滚筒主轴设计应考虑的问题主轴是绞车的主要部件之一,对于它的设计和使用,必须给予足够的重视.主轴的结构设计应考虑如下几点:（1）便于起吊、安装和加工;（2）卷筒主轴上的固定方式,不论用键或热装固定,都应力求可靠、不松动,因为松动后不仅影响传动,而且会在轴上磨出沟槽,以至引起断轴事故;（3）轴的断面变化不应太剧烈,并要防止其它类型的、过大的应力集中;（4）轴的加工和热处理需严格遵守规程,并于机械加工情在轴头切样检验,此外还要进行探伤检验;（5）对轴不仅有强度要求,而且还有刚度要求,通常挠度应小于轴跨距的1/3000;（6）主轴的材料一般采用45号钢.5.回柱绞车制动器的设计5.1制动器的形式和常用安全装置5.1.1常用绞车制动闸的形式 绞车制动闸的形式有下列三种：（）带式制动闸 带式制动间有结构简单、操作方便、维修快捷等优点，但也有制动力矩受限、闸带易磨损等缺点。一般用于井下小绞车.（）块式制动闸块式制动闸因闸块大都使用木块而得其名。滚简直径在12m及其以上的老式绞车皆采用块式制动间。按结构分，有角移式块式制动闸和平移式块式制动闸。（）盘式制动闸盘式制动闸是一种利用盘形弹簧(又称碟形弹簧)弹力紧闸和利用液压推力松闸的一种新型绞车制动装置。由于使用多副制动闸，制动可靠性高；用电液调压装置来调节制动力矩，操作方便，可调性好；惯性小，动作快，灵敏度高；重量轻，外形尺寸小；通用性好等优点，因而盘形闸获得广泛应用。但也有制造精度高、密封要求严格和碟形弹簧可能失效等缺点，在使用维护中必须注意。5.1.2.绞车上应有的安全装置（）制动闸各类绞车都必须具备制动闹，重要绞车应有手动操纵闸和能自动操纵的保险闸。如果手动闸和保险闸共同使用一套闸瓦制动时，操纵和控制机构必须分开。滚筒直径在o8m及其以下的绞车只有手动闸。（）深度指示器深度指示器是指示提升容器在井筒中运行位置的重要装置。滚简直径1.2m及其以上的绞车都装有深度指示器。在深度指示器上都装有减速警铃、过卷保护开关、限速凸轮板、传动齿轮和离合联轴节等。指示针装在螺母上，由两根丝杠带动，使两根指针同时做上下移动。（）各种保险装置提刀绞车按规定要求必须装设下列保险装置：防止过卷装置、防止过速装置、过负荷和欠电压保护装置、限速装置、闸瓦过磨损保护装置、松绳报警装置、满仓保护装置和深度指示器失效保护装置等。滚筒直径o8m及其以下的绞车，由于绞车结构简单，运行速度较侵，一般都没有上述保险装置。滚简直径12m及其以上的绞车根据个同的