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机械毕业设计177JHB-8型回柱绞车设计,机械毕业设计论文
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第 1 页 目 录 1 绪论 1 1.1 引言 1 1.2 概述 1 1.3 国内外绞车的发展 3 1.4 JHB-8 型回柱绞车的技术特点 3 2 总体设计 4 2.1 设计总则 4 2.2 设计条件 4 2.3 传动方案的设计 5 2.4 电动机的设计选择 5 2.4.1 电动机输出功率的计算 5 2.4.2 确定电动机的型号 6 2.4.3 牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定 7 2.5 滚筒的设计计算 7 2.5.1 滚筒直径 D 7 2.5.2 滚筒宽度 B 7 2.5.3 滚筒的外径1D 8 2.5.4 验算滚筒的平均速度 8 2.5.5 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 9 3 减速器的设计计算 10 3.1 减速器参数确定 10 3.2 圆弧蜗杆蜗轮的设计计算 11 3.2.1 材料的选定 12 3.2.2 初选参数 12 3.2.3 蜗轮蜗杆 参数 计算及校核 13 3.3 内齿轮啮合及过桥传动设计 17 3.3.1 传动材料以及数据参数 17 3.3.2 强度校核 18 3.4 过桥齿轮与滚筒齿轮啮合设计： 23 3.4.1 传动材料以及数据参数 23 3.4.2 强度校核 24 3.5 减速器传动轴的设计校核 29 nts 第 2 页 3.5.1 第 1轴的设计计算 29 3.5.2 第 2 轴的设计计算 36 3.5.3 第 3轴的计算 38 4 滚筒轴的设计计算 39 4.1 滚筒和齿轮上的作用力 39 4.2 确定轴的结构方案 40 4.3 轴的强度校核 41 4.3.1 绘制轴的弯矩图和扭矩图 41 5 系统传动部件的校核 47 5.1 联轴器上键的校核 47 5.2 蜗轮上键的校核 47 5.3 内齿轮上键的校核 48 5.4 轴轴承的校核 48 5.5 滚筒轴承的校核 51 5.6 制动器的校核 51 5.7 滚筒联结螺栓的校核 52 6 JHB-8 型回柱绞车使用说 明书 54 6.1 使用范围 54 6.2 主要技术规范 54 6.3 结构特征 54 6.4 绞车的润滑与密封 55 6.5 电气操纵系统 55 6.6 绞车的装配、调整、及试运转 55 6.6.1 卷筒装置 56 6.6.2 空负荷试运转 56 6.6.3 负荷试运转 56 6.7 安装、固定、操作和后移 57 6.8 绞车的操作规程 59 6.8.1 工作前的注意事项 60 6.8.2 工作时应遵守下列规定 60 6.8.3 工作后应注意的事项 61 6.9 绞车的维护、拆卸与修理 61 6.10煤矿安全规程对矿井提升机和绞车规定 62 6.11绞车的运输和贮存 67 nts 第 3 页 小结 68 参考文献 69 附录 70 翻译部分 英文原文 74 中文译文 83 致谢 90 摘 要 JHB 8型回柱绞车是一 种有效的矿山辅助运搬设备。该型绞车主要应用于 回柱放顶之用 ，同时也可用于 上山、下山、平巷等综采工作面设备的搬迁，比如液压支架、溜槽等。此外，拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑工地、工厂企业，这种绞车也可以发挥作用。 JHB 8型回柱绞车的传动系统采用两级传动，包括蜗轮蜗杆齿轮传动、圆柱齿轮传动，在 设计过程中采用承载能力大的圆弧蜗轮蜗杆；而且采用了开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动系统，便于安装和拆卸，结构布置紧凑、合理。 在设计过程采用锥面制动端盖实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车起动时动载小，钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起动电机，然后操作制动的手柄，便可实现绞车的动作。 设计中为使回柱绞车具有良好的防爆性能采用了防爆电动机以及防爆磁力启动器和防爆按钮开关。该绞车适用条件强、使用寿命长。该绞车结构紧凑，外形尺寸小；结构为近似对称布置，外形美观，成长条形，底座呈雪橇状；绞车 重心低，底座刚性好，可安装地锚，运转平稳，安全可靠，安装方便。 关键词： 回柱绞车； 圆弧蜗轮蜗杆； 制动 nts 第 4 页 ABSTRACT JHB 8 to prop pulling winch is an effective mine auxiliary equipment shipped to move. This type of winch mainly used to top-of-use, but also can be used to uphill, downhill, Pingxiang fully mechanized coal face, such as the relocation of equipment, such as hydraulic support, the chute, and so on. In addition, the belt-tighten the nose, and transport material, scheduling and other work vehicles can be used to complete the winch. At ports, terminals, construction sites, factories and enterprises, the winch can also play a role. JHB 8 to prop pulling winch drive system using two transmission, including worm worm gear drive, cylindrical gear transmission, in the process of designing a large carrying capacity of the arc Worm Gear, and adopted the open-gear transmission, greatly simplifies the Mechanical part of the drive system, easy to install and demolition, structural layout compact and reasonable. In the design process using cone brake cover state and work to achieve a state of interlocking brake. Starting at the winch dynamic small, the impact on the rope. Just gently move the motor control button, we can start the electrical and operation of the brake handle, can be realized winch action. Design for the prop pulling winch has a good performance by the explosion-proof electrical explosion-proof and explosion-proof magnetic starter button switch. The winch conditions apply strong and long life. The winch compact structure, shape, small size, structure similar to symmetrical layout, aesthetic appearance, growth Strip, a sled-shaped base; winch low center of gravity, rigid base, and can be installed to anchor, a smooth operation, safety and reliability, ease of installation. Keywords： prop pulling winch; arc Worm Gear; brake 1 绪论 nts 第 5 页 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、运搬、提升的机械化。其中运搬包括运搬和辅助运搬。绞车就是辅助运搬的其中一种。我国绞车的发展大致分为三个阶段 。 20 世纪 50年代主要是仿制设计阶段 ； 60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。 1.2 概述 回柱绞车又称慢速绞车，是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶之用。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回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱。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 。 JHB-8 型回柱绞车是一 种有效的矿山辅助设备。该型绞车主要应用于 回柱放顶之用 ，同时也可用于 上山、下山、 平巷等综采工作面设备的搬迁，比如液压支架、溜槽等。此外，拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑工地、工厂企业，这种 回柱绞 车也可以发挥作用。可见， 回柱绞车 在煤炭行业、机械行业，包括部分其他行业都有着不可忽视的地位。 回柱绞车在回采工作面的布置方式有以下三种： 1）安装在回风巷内，距回采工作面约 20 30m 。这种布置方式适用条件广，尤其是煤层倾角较大，顶板破碎，压力较大的工作面。但这种布置方式会影响回风巷的运料工作。每一次回柱需移 动导向轮，钢丝绳绕过导向轮，多了一个 o90 拐弯，摩擦阻力增大，钢丝绳容易损坏 。按这种方式布置的回柱绞车，必须沿钢丝绳牵引方向长条式布置，绞车宽度不应超过 900mm ，过宽则会堵塞巷道。因为运料工人常常从机体旁经过，齿轮一定要密闭，不然就容易引起事故。 2）安设在回采工作面上端，紧靠回风巷上部和密集支柱之间。这种布置方式当顶板较好，煤层倾角较小的条件下采用。但每进行一个循环都须移动绞车，且需移开柱子，因而不够方便。在工作 面上方顶板压力较大时，机座受力容易变形，可能引起齿轮啮合不良，甚至回柱绞车有被压埋的危险。 nts 第 6 页 3）安设在工作面上，工作面上有数台绞车同时回柱，加快回柱速度。这种布置方式对浅截深的机采工作面尤为需要。 例台徐州矿务局认为，回柱设备是当前提高煤产量的关键。现在安排回柱放顶时间是每天一个班（ 8 小时），而用刨煤机进尺 1.2 米只要 2小时就能完成，因此，只要加快回柱速度，就会收到提高煤产量的效果。 回柱绞车结构的一般分析 1）按驱动机构分 （ 1）手摇式回柱绞车 手摇式回柱绞车 用于人工回柱，体积小，重量轻，移动方便，结构简单。但人工回柱效率低，安全性差，一般只用作辅助作业，或在回收金属支柱时使用。 （ 2）风动回柱绞车 风动回柱绞车拉力大，重量轻，适用于我国西南地区的超级瓦斯矿，但是风动回柱绞车成本较高，使用范围受到限制。 （ 3）电动回柱绞车 电动回柱绞车使用范围最广，目前各制造厂生产的多为电动回柱绞车。 2） 按滚筒结构分 （ 1）缠绕式滚筒 缠绕式滚筒具有一定的容绳量，操作简单，使用范围广，但体积和重量都比较大，现在生产的回柱绞车以采用缠绕式滚筒的为最多。 （ 2）摩擦式滚筒 摩擦式 滚筒多制成双曲线型，靠滚筒上的几圈钢丝绳与滚筒的摩擦力带动钢丝绳进行工作，滚筒量不受限制，也不存在排绳子问题，解决了“咬绳现象，这种绞车尚在试验中。 （ 3）链条滚筒 链条滚筒即用缠绕链条来进行回柱工作。因链条较重，不宜太长，如某厂生产的三吨轻便回柱绞车，链条仅有 6米，因此，使用这种回柱绞车的极少。 3）按传动机构分 （ 1）普通蜗杆蜗轮传动 淮南煤矿机械厂 1952 年生产的 HJ-14 型回柱绞车，第一级为普通蜗杆蜗轮传动，再经过二级圆柱齿轮带动滚筒。采用蜗杆蜗轮传动机械效率低，虽具有结构结实耐用的优点，但体积重量 都很大，搬运困难，不适于井下狭窄环境和经常移动的特点，故此类回柱绞车已不再生产。 nts 第 7 页 （ 2）圆弧面蜗杆传动 现在生产的各种回柱绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为0.8 0.85 机器体积和重量都相应减少。 1.3 国内外绞车的发展 近 40年我国的煤炭行业发生了巨大变化，总裁机械化水平达到国际先进水平， 综采单采原煤产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。原煤的运输也已经实现了大运量娦式输送机化，但井下轨 道辅助运输与之很不适应，材料的运较基本上沿用传统的小绞车群接 式的运输，运输战线长，环节多，占用搬运设备、人员多，安全性差，效率低。 尽管一些煤矿对其进行了技术改造 , 但仍然满足不了当前矿井发展和生产的需要。可见 矿井辅 运输是当前现代化矿井建设的关键和重点。 我国绞车的诞生是从 20世纪 50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联的； 60年代进入了自行设计阶段；到了 70年代，随着技术的慢慢成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的发展阶段。 但与国外水平相比，我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能，三化水平（参数化、标准 化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。 国外矿用绞车发展趋势有以下几个特点： 1） 标准化系列化； 2） 体积小、重量轻、结构紧凑； 3） 高效节能； 4） 寿命长、低噪音； 5） 一机多能、通用化高 f、大功率； 6） 外形简单、平滑、美观、大方。 针对国外的情况我们应讥采取以下措施： 1） 制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能； 2） 完善测试手段，重点放在产品性能检测； 3） 技术引进和更新换代相结合； 4） 组织专业化生产，争取在较短时间内达到先进国家的水平。 1.4 JHB-8 型 回柱 绞车的技术特点 1） 速 度变化不大 ， 回柱 效率 高 JHB-8型回柱绞车工作时的牵引速度为 5 .9 8 .1 m /m in ，平均速度 7m/min ,最大牵引力为 80kN ，容绳量为 100m ，工作效率大大提高。 nts 第 8 页 2） 结构简单，布置合理 JHB-8 型回柱绞车的传动系统采用两级传动，包括圆弧蜗轮蜗杆齿轮传动、圆柱齿轮传动，而且采用了开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动系统，便于安装和拆卸， 结构布置紧凑、合理。 3） 操作简单，安全可靠 JHB-8 型回柱绞车采用锥面实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车起动时动载小，钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起动电机，然后操作制动的手把，便可实现绞车的动作。 2 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） 要考虑到回柱时的各种问题。 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。 使用环境和工作条件 （ 1）环境温度为 oo1 0 C 4 0 C；环境相对湿度不超过 095% 25 C ；海拔高度 2000m 以下。 （ 2）周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢和二氧化碳等不得超过煤矿安全规程中所规定的安全含量。 2.2 设 计 条 件 最大牵引力： 80kNF 平均牵引速度： 7m/minV 容绳量： 100mL 2.3 传动方案的设计 nts 第 9 页 0Z 过桥齿轮 1Z 蜗杆 2Z 蜗轮 3Z 内齿轮 4Z 滑移齿轮 5Z 大齿轮 1 蜗杆轴 2 蜗轮轴 3 过桥齿轮轴 4 滚筒轴 图 2.1 JHB-8型回柱绞车传动系统图 其传动路线是： 防爆电机联轴器蜗杆 蜗 轮内齿轮外齿 轮过桥齿轮大齿轮卷筒 。 2.4 电动机的设计 选择 2.4.1 电动机输出功率的计算 已知： 最大拉力 80kNF 平均绳速 7m/minV 即： 7 / 6 0 0 . 1 1 7 m / sV 则： kW1000FVP 根据以上的传动方案图 2.1可得： 总传动效率 343321 33 97.088.099.099.0 nts 第 10 页 745.0 其中： 联轴器的效率 1 为 99.0 ； 轴承的效率 2 为 99.0 ； 蜗 轮蜗杆传动效率3为 0.85 ； 齿轮传动效率 4 =0.97。 2.4.2 确定电动机的型号 1000 VFP745.01000 117.0100080 12.56kW 电动机所需的额定功率 P 与电动机输出功率 P 之间有以下的关系： PKP A 其中： AK 用以考虑 电动机和工作机的运转等外部因素引起的附加动载荷而引入的系数，取 2.1AK 1 . 2 1 2 . 5 6 1 5 . 0 7 k WP 同时，绞车井下使用，条件比较恶劣，要求电动机必须具有防爆功能，查机械零件设计手册，得到电动机的型号： YB200L-8 额定功率 15kWP 实际转速 730 r/m indn 重量： kg288 0.2额定转矩最大转矩 8.1额定转矩堵转转矩 0.6额定电流堵转电流 其外形尺寸： 7 5 0 4 9 0 6 2 5 m m 长 宽 高 电机中心高度 H ： 280mmH 电动机轴直径 长度： 55 110mm 2.4.3 牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定 nts 第 11 页 回柱绞车主要用于回采工作面中的回柱放顶，亦可用于托运重物和调度车 辆等用途。由于其工作环境恶劣，要求其具有一定的防腐蚀及防锈能力。 钢丝绳的安全系数取 4K ，则钢丝绳所能承受的拉力 F 需满足以下的要求： 4FF 拉 其中： F 拉 80kN 则： 320kNF 查 机械设计手册 ，1 9 5 P表 )2(22 选择： 绳 196 股 )1261( 绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。 其主要参数如下： 钢丝绳直径： 17mm 钢丝直径： 1.1mm 钢丝总断面面积： 2108.28mm 参考重力： 1023mm 钢丝绳公称抗拉强度： 1400MPa 钢丝破断拉力总和 S ： 151500N 2.5 滚筒的设计计算 2.5.1 滚筒直径 D ( 2 0 2 5 )Dd 式中， d 钢丝绳直径 17 mmd 则 ( 2 0 2 5 ) 1 7D 3 4 0 4 2 5 m m 取 360mmD 2.5.2滚筒宽度 B 滚筒的宽度直接影响到最终产品的宽度，因此它的宽度必然要有最大值的限制，即不能太宽。滚筒的宽度太窄的话，那么与减速器装配起来后，就会显得不协调。所以滚筒的宽度不能随便确定，而最好是在画图的过程中把它定下来，这样有利于整体的配合。让人看起来协调、美观 、大方。 但 现在考虑到滚筒的平均速度以及 便于 下面的各种 计算，我们暂定滚筒宽度为nts 第 12 页 300mmB 。 2.5.3滚筒的外径 1D 按照常规，同时根据煤矿安全规程，钢丝绳的缠绕层数最好不要超过 5层，也就是说，控制在 5层以内 ,但也可以超过 5 层。 滚筒的容绳量，我们为 100m ， 据以上设计可知，每一层缠绕的圈数 n ： 3 0 0 / 1 7 1 7n （圈） 每一圈所缠绕的长度 l ： Rl 2 2 3 .1 4 3 6 0 / 2 1130.4mm 计算 钢丝绳的缠绕层数为 1 0 0 (1 7 1 . 1 3 0 4 ) 5（层） 则 钢丝绳在卷筒上的最小缠饶直经 ： m in 3 6 0 m mD 钢丝绳在卷筒上的最大缠饶直经： m a x 3 6 0 4 2 1 7 4 9 6 m mD 钢丝绳在卷筒上的平均缠饶直经 ： m a x m i n11 4 9 6 3 6 0 4 2 8 m m22cD D D 根据设计要求平均速度为 7 .0 m /m incV 滚筒的转速为： 1 0 0 0 7 5 . 2 r / m i n3 . 1 4 4 2 8n 计算出系统总传动比为： 730 1 4 0 .3 85 .2i z 2.5.4 验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）： 1） 最小速度 3m i n m i n 10DznVDi 730 3 . 1 4 0 . 3 6 5 . 9 m / m i n 1 4 0 . 3 8 nts 第 13 页 2） 最大速度 3m a x m a x 10dznVDi 730 3 . 1 4 0 . 4 9 6 8 . 1 m / m i n1 4 0 . 3 8 3） 平均速度 m i n m a x11 5 . 9 8 . 1 7 m / m i n22cV V V 2.5.5 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 1） 电机在闷车时，钢丝绳的拉力 gg 总m a x m i n1 0 2 / 6 0enNTv 1 0 2 2 . 0 1 5 0 . 7 4 55 . 9 / 6 0 2 3 1 8 3 .4 N / m gg 总m i n m a x1 0 2 / 6 0eNTv 1 0 2 2 . 0 1 5 0 . 7 4 58 . 1 / 6 0 1 6 8 8 6 .6 7 N / m m a x m in /2cpT T T ( 2 3 1 8 3 . 4 1 6 8 8 6 . 6 7 ) / 2 2 0 0 3 5 . 0 4 N / m 2） 电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 nts 第 14 页 1 m a x151500 6 . 5 3 42 3 1 8 3 . 4prSkkT所以电机闷车时，钢丝绳也安全。 3 减速器的设计计算 3.1 减速器参数确定 根据减速器情况 并查蜗轮蜗杆传动设计参数， 决定两级传动比的分配情况如下 : 第一级 蜗 轮传动：1 39i 第二级齿轮传动：21/ 1 4 0 . 3 8 / 3 9 3 . 6 0zi i i 电动机输出功率： 1 2 .5 6 k Wp 电系统总传动比： 140.38zi 第一级：1 39i 第二级：2 3.6i 系统中各个传动轴的速度： 1轴 1 730 r/m inn 2轴 2n=1730 1 8 . 7 2 r / m i n39ni 3轴 轴转速：30n=0r/min 齿轮转速：3n=18.72r/min 4轴 轴转速： 40n=0r/min 齿轮转速： 4n=321 8 . 7 2 5 . 2 r / m i n3 . 6ni 各轴功率计算 ： 电机输出功率为 ： 1 2 .5 6 k Wp 1轴 1 1 2PP=1 2 . 5 6 0 . 9 9 0 . 9 9 1 2 . 3 1 k W nts 第 15 页 2轴 2 1 2 3 4pp 1 2 . 3 1 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 8 5 1 0 . 0 4 k W 3轴 3 2 4PP 1 0 . 0 4 0 . 9 7 9 . 7 4 k W 4轴 4 3 2 4PP 0 . 7 4 0 . 9 9 0 . 9 7 9 . 3 5 k W 计算各轴扭距 1轴 1 2 . 3 19 5 5 0 9 5 5 0 1 6 1 . 0 4 N m730PT n g11 12轴 1 0 . 0 49 5 5 0 9 5 5 0 5 1 2 1 . 9 N m1 8 . 7 2PT n g22 23轴 轴上扭矩 ： 30 0 N mT g齿轮扭矩 ：3 9 . 7 49 5 5 0 4 9 6 8 . 9 N m1 8 . 7 2T g4轴 轴上扭矩：40 0 N mT g齿轮扭矩 ：4449 5 5 0 0 N mPT n g 3.2 圆弧蜗杆蜗轮的设计计算 蜗杆传动用于于传递空间交错的两轴间运动和动力 ,通常两轴的交角为o90 。蜗杆传动的特点： 1）传动比大，在动力传动中，一般传动比 5 80i ，在分度机构中，传动比可达成 1000； 2）传动平稳，冲击载荷小； 3）具有自锁性； 4）相对滑动速度较大，当工作条件不够好时，会产生严重的摩擦磨损，传动效率低，自锁性时效率仅为 40% 左右； 5）要采用减摩性较好的贵重有色金属的合金作蜗轮，成本较高。 蜗杆传动的类型 ： 有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。 圆柱蜗杆传动 又分为普通 圆柱蜗杆传动 和圆弧 圆柱蜗杆传动 。 普通 圆柱蜗杆传动 分为阿基米德蜗杆（ ZA蜗杆）、法向直廓蜗杆（ ZN蜗杆）和渐开线蜗杆（ ZI蜗杆）。 nts 第 16 页 各蜗杆传动的特点及应用： 阿基米德蜗杆：端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向齿廓为直线。加工时，车刀切削平面通过蜗杆轴线。一般用于低速、轻载或不重要的传动。 法向直廓蜗杆：端面齿廓为渐开线。加工时，车刀刀刃平 面与基圆相切，可在专用机床上磨削，易保证加工精度。一般用于蜗杆头数较多、转速效高且精度要求较高的传动。 渐开线蜗杆：端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线。可用砂轮磨削，常用于多头、精密的传动。 圆弧 圆柱蜗杆传动 ：蜗杆齿廓为内凹弧形，蜗轮齿廓为凸弧形。其综合曲率半径较大，承载能力高， 较普通圆柱蜗杆传动高 50% 150% 。广泛应用于冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备中。 环面蜗杆传动 :同时啮合的齿对数多 ,由于齿的接触线与相对运动方向处处几乎垂直 ,齿面间形成动压油膜条件 好 ,承载能力高于普通圆柱蜗杆传动约 1.54 倍 .制造和安装较复杂 ,对精度要求高。 锥蜗杆传动 ：同时啮合的齿对数多，重合度大。传动比大，一般为10360 。承载能力和效率较高。侧隙可调整，机构紧凑。制造安装简单方便。但传动具有非对称性，正反转受力、承载能力和效率均不相同。 在此，选用圆弧 圆柱蜗杆传动 。 3.2.1 材料的选定 蜗杆材料： 35CrMo,整体调质处理，硬度 HB240 270， 齿面氮化深度 0.35mm ，齿面硬度 HV516 615(HRC50 56)。 980 M P ab ， 785M P aS 蜗 轮材料： ZQSn6-6-3 250 M P ab 金属模型铸造 3.2.2 初选参数 根据机械设计手册表 16.5-37， 16.5-37 查得： 中心距： 200mma 传动比： 39 模数： 8 蜗杆：1 80mmd 齿廓曲率半径： 40 轴向齿形角： o23xa nts 第 17 页 齿顶高ah： 1ah顶隙 c： 0.2cm 轴向齿厚xs： 0.4xsm导程角 5.1238 圆弧中心坐标： 0011212xxxasbdcosasina齿顶倒圆圆角半径 r： 0.2rm 根据机械设计手册 选 取1 1Z，2 39Z 蜗轮转速 2n18.72r/min 蜗杆转速 n1 730r/min3.2.3 蜗轮蜗杆 参数 计 算 及 校核 1) 蜗 杆 分度圆直径1d： 1 80mmd 2) 蜗轮分度圆直径2d: 22 d = 3 9 8 3 1 2 m mmz 3) 蜗轮 变位系数122 2ddax mm122 2 0 0 8 0 3 1 2 0 . 52 8 1 6ddax mm 4) 顶隙 C： C = 0 . 2 m 0 . 2 8 1 . 6 m m 5) 蜗杆 齿顶高1ah： 1 8mmah 6) 蜗杆齿根高1fh： 1 1 . 2 8 9 . 6 m mfh 7) 蜗杆 齿根圆 直径1fd: 1 8 0 2 . 4 8 6 0 . 8 m mfd 8) 蜗杆齿 顶 圆直径1ad： nts 第 18 页 1 8 0 2 8 9 6 m mad 9) 蜗轮 齿顶高2ah： 2 8 (1 0 . 5 ) 1 2 m mah 10) 蜗轮齿根高2fh： 22(1 .2 )fh x m(1 .2 0 .5 ) 8 5.6mm 11) 蜗轮齿根圆 直径2fd： 2 2 22 (1 . 2 )fd d m x 3 1 2 2 8 0 .7 300.8mm 12) 蜗轮喉 圆直径2ad： 2 2 22 (1 )ad d m x 3 1 2 2 8 (1 0 . 5 ) 336mm 13) 蜗轮顶 圆直径2ed： 22 ( 0 . 8 1 )ead d m :2 ( 0 .8 1 ) 8ad :2 3 3 6 8 3 4 4 m med 取14) 蜗杆轴向齿厚xs： 0.4xsm 0 .4 3 .1 4 8 =10.05mm 15) 蜗杆法向齿厚ns： cosnxss o1 0 . 0 5 c o s 5 . 1 2 3 8 nts 第 19 页 10mm 16) 蜗轮齿宽2b： 21( 0 .6 0 .6 7 ) abd :( 0 . 6 0 . 6 7 ) 9 6: 5 7 . 6 6 4 . 3 2 m m : 2 60m mb 取17) 蜗杆齿宽1b： 121 3 0 .1b z m（）= （ 1 3 + 0 . 1 3 9 ） 8 135.2mm 18) 圆弧中心坐标： 0 1c o s 2xxa a so 14 0 c o s 2 3 1 0 . 0 52 41.845m m 011s i n 2xb a do 14 0 s i n 2 3 8 02 55.63mm 蜗轮蜗杆传动的失效形式与齿轮一样，也会出现齿面点蚀、胶合、磨损和齿根折断等。由于蜗轮材料硬度较蜗杆为低，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上。 根据机械设计手册齿轮传动 P243 页 3.1.4 轴向圆弧圆柱蜗杆传动的齿面接触强度的计算可以近似的采用普通圆柱蜗杆传动的齿面接触轻度计算方法（见表 16.5-10），由于这种传动是凹凸面接触，当量曲率半径大。接触线方向有利于润滑，因此可以视为接触应力较小。用表 16.5-10的公式可将H降低 10% ，或把HP增大11% 。 由于这种传动的蜗轮齿根较厚，一般不产生齿根折断。因此不必计nts 第 20 页 算齿根弯曲强度。有关其他的选择可以参考普通圆柱蜗杆传动。 求蜗轮的圆周速度，并校核效率： 实际传 动比：1 39i 2 18.72n 蜗轮的圆周速度： 222 3 . 1 4 3 1 2 1 8 . 7 2 0 . 3 m / s6 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv 滑动速度： 116 0 0 0 0 c o ss dnv o3 . 1 4 8 0 7 3 06 0 0 0 0 c o s 5 . 1 2 3 8 3.07m/s 求传动效率，按式（ 16.5-3）1 2 3 式中 1ta nta n ( )v ooot a n 5 . 1 2 3 8t a n ( 5 . 1 2 3 8 1 . 1 6 7 ) 0.88 取2 0.96 ；3 0.98 。 所以 ， 0 . 8 8 0 . 9 6 0 . 9 8 0 . 8 3 与暂取值 0.85 接近。 校核蜗轮齿面的接触强度： 按表 16.5-10，齿面接触强度验算公式为： 222129400 N / m mH E A V H pTZ K K Kdd gg式中： 查表 16.5-11 得： 21 5 5 N / m mEZ 查表 16.5-12 得： 0.9AK (间歇工作 ); 1.1K nts 第 21 页 1.1VK 蜗轮传递的实际转矩2T： 2 1 2 . 3 1 0 . 8 59550 1 8 . 7 2T 5337.95N mg 当 3.07 /sv m s时。查图 16.5-4 得 0.75VSZ . 220 H p V S NZZ 2 2 0 0 . 7 5 0 . 9 4 2155 N /m m 将上式带入。计算出： 229 4 0 0 5 3 3 7 . 9 51 5 5 0 . 9 1 . 1 1 . 1 N / m m8 0 3 1 2H H p 所以 ， 强度满足。 3.3 内齿轮啮合及过桥传动设计 齿轮传动是 机械传动中应用最广泛的一种传动。目前，齿轮传动的功率 可高达数万千瓦，圆周速度可达 300m s ，直径可达 33m 以上单级传动比可达 8以上，传动效率达 0.98 0.995 。齿轮传动承载能力大，效率高，传动比准确，结构紧凑，工作可靠，使用寿命长。但制造和安装精度要求高，制造费高，不宜用于中心距较大的场合。 按工作条件，齿轮传动可做成开式、半开式和闭式齿轮传动。开式齿轮传动，齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，故轮齿易磨损，多用于 低速级、不重要的场合。半开式齿轮传动，齿轮浸入油池内，上装护罩，但不封闭。闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，为多数齿轮传动所采用。 按齿面硬度，齿轮可分为软齿面 350HBS 和硬齿面 350HBS 齿轮。 3.3.1 传动材料以及 数据 参数 齿 数 ， ，模 数341 ) 2 0 2 0 1 0 m mz z m 模数 1 0 m mm 过桥齿轮 ，模数 0 2 0 1 0 m mzm 模数 1 0 m mm nts 第 22 页 齿轮传动的功率2) 2 1 0 . 0 4 k WP 3)转速 3730 1 8 . 7 2 r / m i n39n 43 1 8 . 7 2 r / m i nnn g齿轮传递的扭矩2224)1 0 . 0 49 5 5 0 9 5 5 0 5 1 2 1 . 9 N m1 8 . 7 2pTn5)材料及热处理 小齿轮选用 20CrMnTi ， 渗碳 淬火 回火 HRC56 62； 内 齿轮选用 20CrMnTi ， 渗碳 淬火 回火 HRC56 62； 过桥齿轮选用 20CrMnTi ， 渗碳 淬火 回火 HRC56 62。 3.3.2 强度校核 1） 按接触疲劳强度校核 （ 1）3d内齿轮分度圆直径: 33 1 0 2 0 2 0 0 m md m z （ 2）tF分度圆上的圆周力: 232000 2 0 0 0 5 1 2 1 . 9 5 1 2 1 9 N200tTFd（ 3） v分度圆的圆周速度 : 33 2 0 0 1 8 . 7 2 0 . 2 m / s6 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv 3 0 . 2 2 0 0 . 0 4 m / s1 0 0 1 0 0vz （ 4） b齿宽 : 3 3 5 m mb 取内齿轮0 1 0 0 m
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