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机械毕业设计论文
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机械毕业设计819回柱绞车设计论文,机械毕业设计论文
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I 摘 要 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的提升机。牵引力大和牵引速度慢是矿用回柱绞车的主要性能。现阶段，我国煤矿工业正以日新月异的速度发展。在井下回采工作中，当一个工作面的煤层开采完了以后，就要进行放顶。由于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，而且金属成本较高，液压支柱若不收回，则必然造成极大的浪费。如果人工回收支柱，安全性差、效率也很低。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轻 ，持别适用于薄煤层、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。回柱绞车除可用来回柱放顶工作外，也可用来拖运重物和调运车辆等。使用回柱绞车回收既经济，又迅速，符合现代化工业生产的高生产率和先进的技术经济指标。 根据矿山机械的特殊要求，本文重点设计 齿轮传部分和 卷筒部件 与 制动器部件，两个部件是提升机的关键部分，卷筒强度不够导致的直接后果就是筒壳被压溃、焊缝开裂等；制动器是绞车的制动装置，制动装置的作用是克服和抵消提升机运动系统的惯性力，使之停止运动；以及在系统处于停止状态下时，制动系统可能由于重力作用产生的运动。总之，是为了制动提升机的运动，使之处于停运状态的一些设置。 关键词： 回柱绞车 齿轮传动 卷筒部件 制动器 ntsII Abstract Mine recycling mainstay winch, which is also called slowly winch, it is widely used to dismantle and recovery the coal mining machinery and equipments, larger traction engine and slowly speed are the main properties of the recycling mainstay winch. Currently, our countrys coal mining industry is developing rapidly,In the work of underground coaling， we will release top-coal when a place of work after the coal mining. Due to the recovery of hydraulic prop assignments, workers cannot risk directly into the whole area, prop-pulling， And the high cost of metal， If hydraulic prop cannot be recovered, It will cause a larger waste. If using artificial recycling hydraulic props, It is poor safety and low efficiency。 This can be arranged in winch is empty section top prop-pulling far safer ground, use rope hook head to pull down and recycling spots. Because of its low weight light, it is very applicable in the thin coal seam, and steep coal seam mining face, and various mining face slab or sink recycling waste metal staff of pressure. Prop-pulling hoist can recycle hydraulic prop， release top coal ,it is also available to transfer the weight and the transport vehicles, etc. It is economic and quickly to use prop-pulling hoist to recycle hydraulic props, It complies with the standards of modern industrials high productivity and advanced technical economic indexes. According to the special requirements of mining machinery, This article mainly design gear-transmission, drum brake parts and roll-cylinder, two parts is the key part of the hoist, insufficient strength to block the direct consequence of cylinder shells were crushing, weld cracking, etc. The brake is hoist brake, brake is overcome and offset machine movement of the inertial force system, stop motion, And in the system to a standstill, braking system may be due to the gravity of movement. Anyhow, in order to brake, the movement of some lines in the state. Key words: recycling mainstay winch gear-transmission braking system roll-cylinder ntsi 目录 前 言 . 1 1 JH-8 型回柱绞车的概述 . 2 2 原始数据 . 8 3 工作条件 . 8 4 方案的初步拟定 . 9 5 总体设计 .12 6 蜗 轮蜗杆传动件设计 .16 7 齿轮的传动设计 .19 7.1 齿轮模数的确定 .19 7.2 齿轮的变位 .21 7.3 齿轮结构设计 .31 7.4 齿轮结构的润滑 .31 8 蜗轮齿轮轴设计 .32 8.1 轴的材料选择 .32 8.2 求作用在蜗轮和齿轮上的力 .32 9 中间轴设计 .35 9.1 选材 .35 9.2 基本轴径估算 .35 9.3 轴上零件布置 .35 9.4 轴的结构设计 .35 10 滚筒及主轴的设计计算 .37 10.1 滚筒的设计 .37 10.2 主轴的设计 .38 10.3 主轴的强度校核 .40 11 轴承的校核 .44 12 键的选择与校核 .45 13 联轴器的选择 .45 14 回柱绞车制动器设计 .45 14.1 绞车上应有的安全装置 .47 14.2 回柱绞 车制动器的作用 .48 14.3 回柱绞车制动器的选用和设计 .48 14.4 回柱绞车的使用与维修 .52 致 谢 .56 参考文献 .57 nts1 前 言 JH 系列回柱绞车主要供煤矿井下回柱放顶之用。特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，亦可用来拖运重物和调度车辆。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。回收的支柱可重新加工利用，投入到生产中去。 JH 系列绞车均采用球面蜗轮副传动，具有结构 紧凑、外型尺寸小 和 隔爆性能，均能整机下井；绞车结构对称布置，呈长条形，底座呈雪橇状，故在井下自移平稳灵便；绞车重心低，底座刚性好，既可打顶柱， 也 可安设地锚，因此安装方便，运转平稳，安全可靠。 JH-8 型回柱绞车由防爆电机、圆弧面蜗杆减速器、齿轮传动减速器、滚筒、主轴、制动器等组成。它具有结构紧凑、体积较小（适合井下巷道狭长的工作环境）、重量较轻（可经常移动）载荷平稳、仅受轻微冲击等优点。使用回柱绞车回收支柱既经济，又迅速，符合现代化工业生产的高生产率和先进的技术经济指标。在这次设计中我主要把绞车的总体设计、 滚筒及主轴的设计和制动器的设计作为我的设计重点。在设计中力求使我设计的产品结构合理、经济耐用，有所创新 现阶段，我国煤矿工业正以日新月异的速度发展。矿用回柱绞车的用量一定会大幅度的增加 ,对回柱绞车的性能和质量要求也会越来越高 .通过对绞车的不断设计更新改进，可以缩短绞车设计周期，提高产品的设计质量，提高企业的技术创新能力和市场竞争能力 ,也能提高煤矿的产煤能力 ,改善工人的生产条件 nts2 1 JH-8 型 回柱绞车的概述 1.1 JH-8 型回柱绞车 型号含义和组成 1.1.1 型号含义 ： J 卷扬机类， H回柱绞车， 8钢丝绳拉力 8（ kf）。 1.1.2 主要组成部分 JH-8 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 ,如下面的 JH-8型回柱绞车传动系统图所示 : 1-1 JH-8 型回柱绞车传动系统图 1电动机 2联轴器 3蜗轮 4圆弧面蜗杆 5内齿轮 6拨块 7滑移齿轮 8锥面端盖 9过桥齿轮 10 大齿轮 11 滚筒 其传动原理是： 绞车由电动机 1经联轴器 2,经一级圆弧面蜗杆蜗轮 3 与 4,再经一级圆柱齿轮 7 与 10(中间设有过桥齿轮 9),传递到滚筒 .绞车设有滑移齿轮 7,与蜗轮轴上内齿轮 5相啮合 ,起离合器作用 .当柱子拉 倒后 ,可反向回绳 ,亦可推动离合手把 ,使滑移齿轮 7 脱离内齿轮 5,滚筒即可自由旋转 ,此时可进行放绳 ,为了防止放绳过快 ,可推动离合手把至极限位置 ,使滑移齿轮 7的摩擦锥面与固定在蜗轮箱端面的端盖的锥面结合 ,产生制动作用 . nts3 1.2 传动结构的特点 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，不会发生重物拉动滚筒旋转情况； 总传动比大 (i 150 230)，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 利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 置比较简单，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。 1.3 回柱绞车在井下回采工作面的布置方式 1.3.1 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 规 定 .如图 1-2 所示 . 图 1-2 在回风巷布置回柱绞车 nts4 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 . 1.3.2 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 1-3所示。 图 1-23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 严重冒落时 可能埋住绞车，移动 和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 1.3.3 回柱绞车直接安装在工作面 nts5 回柱绞车直接安装在工作面的多台布置 ,方式如图 1-4所示 . 图 1-34 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； 顶板冒落也有可能埋住绞车，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采 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 1.4 回柱绞车结构的一般分析 回柱绞车按传动机构可分为普通蜗杆蜗轮传动和圆弧面蜗杆传动： 1.4.1 普通蜗杆蜗轮传动 采用普通的蜗杆蜗轮传动机械效率低，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，故此类回柱绞车不再 生产。 1.4.2 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0.850.9，机器的体积和重量都相应减小。 nts6 1.5 不同型号的回柱绞车的比较 目前，各制造厂生产的回柱绞车主要有 JH-5、 JH-8、 JH-14 三种型号，现将其主要技术规格列表如下，以便作对比。 表 1-1 回柱绞车主要技术规格 项目 单位 型号 JH-5 JH-8 JH-14 牵引力 公斤力 最大 5750 最大 8000 最大 14000 最小 4250 最小 6765 最小 10000 卷筒直径 毫米 280 300 394 绳 速 米 /分 10.2 5.934 8.22 钢丝绳直径 毫米 16 17 22 容绳量 米 80 80 80 总减速比 157 181.2 170 功率 千瓦 8 11 15 电压 伏 380/660 380/660 380/660 转速 转 /分 1465 970 734 外型尺寸 毫米 1403 530500 1550 530670 2798 933900 重量（包括电机） 公斤 867 650 2537 由上表可以看出： JH-5 型和 JH-8 型回柱绞车具有体积小、重量轻、挪移和安设方便的特点。但缺点是容绳量和牵引力较小。 JH-14 型回柱绞车体积和重量都较大，但容绳量和牵引力都比 JH-5 和 JH-8 型大。 煤矿回采工作面所用支柱以前多为木支柱，回柱时所需 牵引力较大；现在支柱常用金属支柱和液压单体支柱，回柱时的牵引力比以前有所减 小 。故而目nts7 前煤矿用 JH-5和 JH-8型的多一些。 1.6 国内外 回柱绞车 发展 现状 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。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。 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 ， 噪音也较 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。 纵观国 内 外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。 向标准化系列化方向发展； 向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展； 向高效节能方向发展； 向寿命长、低噪音方向发展； 向一机多能、通用化方向发展； 向大功率方向发展； 向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。 我 这次毕业设计就是根据煤矿的实际需要，对 JH-8 型回柱绞车进行 设计。 nts8 2 原始数据 3 工作条件 工作年限 :10 年（每年按 300 天计）；工作班制：两班； 机器用途 :煤矿井下回收支柱用的慢速绞车 ; 工作情况 :工作稳 定、平稳 ,间歇工作 ,绳筒转向定期变换 ; 运动要求 :绞车绳筒转速误差不超过 8%; 工作能力 :储备余量 10%。 nts9 4 方案的初步拟定 JH-8 型回柱绞车要求结构紧凑、体积较小（适合井下巷道狭长的工作环境）、重量较轻（可经常移动）载荷平稳、仅受轻微冲击。本绞车是由防爆电动机、弹性联轴节、蜗轮蜗杆减速器、过桥齿轮、卷筒、底座等部件组成。根据所给的设计数据、结构要求、机械的工艺性能和总传动比等条件，经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较 ,初步选定本回柱绞车 机械传动系统的类型，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局。其传动结构图如下图 4-1 所示 : 图 4-1 JH-8型回柱绞车的传动结构图 1、电动机 2、联轴器 3、蜗轮蜗杆减速器 4、小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7、滚筒 4.1 各部件的结构及其特征 电动机 :绞车采用专用防爆电动机、电动机为 F级绝缘。 减速机构 :减速器采用一级圆弧蜗轮和一级齿轮传动。在蜗轮传动机构中蜗杆左端装有调节环和紧定螺钉等零件，右端装有轴承 盖，挡盖等零件，用来调节蜗轮轴向位置和轴承轴向间隙。 JH-8 型在挡盖右侧蜗轮轴上装有内齿离合器，与内齿 离合器相啮合的徘徊齿轮，与蜗轮轴滑动配合，操纵手柄，拨叉拨动滑移 齿轮沿蜗轮轴左右滑动，达到与内齿离合器离合的目的。蜗轮箱体由箱nts10 盖、箱底上下两部分合成，右侧下部有放油孔。 过桥齿轮部件 :过桥齿轮是为了适应绞车结构上的需要（加大卷筒轴和蜗轮轴的中心距）而设置的，心轴固定在箱体中部。过桥齿轮轴心钻油孔，外端加油塞，组成挤压式油杯。 卷筒部件 :卷筒部件 主要由主轴、卷筒、大齿轮、轴承座等组成。大齿轮固定在卷筒上，卷筒安装在卷筒主轴上的两个滚动轴承上。主轴两端用轴承支座和齿轮箱壁支承。卷筒上设有穿绳孔，将绳头穿入后用绳卡和螺钉紧固。 底座 :底座是用槽钢及钢板焊接，呈长条形，雪橇状。卷筒部件、蜗轮减速机部件、电动机等部件，自左至右分别装在底座上形成一个整体。底座上焊有钢环，以便绞车在井下安装、固定及移动、拖运之用。 4. 传动结构的特点 图 4-2 传动结构的特点 电动 机与减速器的蜗杆直接相联，电机的输出轴与减速器的输入轴在同一轴线上，这种直线联接方式不仅结构最简单，而且传动效率最高。 减速器传动：由于本回柱绞车的总减速比较大，为 i=181，因此采用动力蜗杆减速器。动力蜗杆传动的最大特点是：传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于本回柱绞车，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；当电源切断时绞车要马上停止工作，而卷筒本身不能自由转动，以免发生事故。而此时蜗轮蜗杆传动就能起到这个作用：因为nts11 若取蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角，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。这就是本回柱绞车设计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，而且外形尺寸也会太大。另外，蜗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 个中间轴 .轴上安装一 个 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。 nts12 5 总体设计 5.1 电动机的选择 5.1.1 电动机类型的选择 根据动力源和工作条件：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；由于回柱绞车主要用于井下回收支柱用 ,为防止瓦斯、粉尘等有害气体引起爆炸 ,所以电动机需要选用矿用防爆电机；鉴于防爆电机安全可靠、经济合理、维护方便的选用原则，为此我选择 Y 系列三相异步防爆电机。 5.1.2电动机功率的选择 卷筒所需要的有效功率为： WP=wFv1000 = 11000 102.0100080 kw =8.13 kw; 其中 , W为绳筒轴的输出效率，取为 1. 电动机输出功率为：dP=WP/ 查 1表 2-2 得从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率：柱销联轴器效率 1 =0.99；蜗轮蜗杆减速器传动效率 2 =0.8；滚动轴承传动效率3=0.99；圆柱齿轮传动效率 4 =0.98。 则总传动效率 = 1 2 33 24 =0.99 0.8 399.0 298.0 =0.74；dP=WP/ = 13.8 / 74.0 kw=10.89 kw；取电动机的额定功率为 11 kw。 5.1.3电动机转速的选择 由于是在井下工作，需要考虑其安全可靠，所以选用 YB160 系列防爆三相异步电动机，其额定转速为 970 r/min. nts13 5.1.4电动机型号的确定 根据电动机功率和同步转速，查 2选择电动机型号为 YB160-6 型三相异步防爆电动机，查 2表 16-1-89 知电动机的机座中心高为 160 mm，外伸轴颈为42 mm，外伸轴长度为 110 mm。 5.2 计算传动装置总传动比和分配传动比 5.2.1传动装置总传动比 i=wmnn=85.4910=187.6 ；其中 mn 为电动机的满载转速mn=910 r/min.算得的传动比与已知的总传动比 i=181 相差不大，故所选择 的电动机型号合适。 5.2.2分配各级传动比 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=i1 .i2 .i3 式中， i1 、 i2 、 i3 分 别为各级传动的传动比。根据 i总=157.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： i1 =29.92 第一对齿轮传动比： i2 =1.73 第二对齿轮传动比： i3=3.5 总传动比 i=i1 .i2 .i3=29.92 1.73 3.5=181.17 181. 5.2.3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，也是各级传动强度设计的依据。 计算各轴转速 ： nts14 n电=970r/min n杆= n电=970r/min n=1in杆 =970 29.921 =32.42r/min n=2in =32.421.731=18.74r/min n=3in =18.743.51=5.35r/min 计算各轴功率 ： P电=11kw P杆= P电 1=11 0.99=10.89kw P= P杆 2 3=10.89 0.8 0.99=8.62kw P= P 3 4=8.62 0.99 0.98=8.36kw P= P 3 4=8.36 0.99 0.98=8.11kw 计算各轴扭矩 ： T电=9550电电nP=955097011=108.30 Nm T杆=9550杆杆nP =9550 97089.10 =107.22 Nm T=9550nP =9550 42.3262.8 =2539.20 Nm T =9550nP=955074.1836.8=4260.30 Nm nts15 T=9550nP=955035.511.8=14476.73 Nm 表 5-3 计算机械传动系统的性能参数 轴 功率 P（ kw） 转速n(r/min) 转矩 T（ Nm） 电机轴 蜗杆轴 轴 轴 轴 11 10.89 8.62 8.36 8.11 970 970 32.42 18.74 5.35 108.30 107.22 2539.20 4260.30 14476.73 nts16 6 蜗轮蜗杆传动件设计 6.1 选择蜗杆传动类型 根据 GB/T10095 1988 的推荐 ,采用圆弧面 蜗杆 (ZI) 6.2 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45钢 ,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 45-55HRC.蜗轮用铸锡磷青铜 ZcuSn10P1（铸锡磷青铜 ZcuSn10P1 主要用于重要的减磨零件，如轴承、轴套、蜗轮、摩擦轮、机床丝杠螺母等） ,金属模铸造 .为了节约贵重的有色金属 ,仅齿圈用青铜制造 ,轮芯用灰铸铁 HT100 铸造 . 6.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则 ,先按齿面接触疲劳强度设计 ,再校核齿根弯曲疲劳强度 . 23 ()EHZZa K T 确定作用在蜗轮上的转矩 : 由前面计算可知 T=2539200Nmm; 确定载荷系数 K: 因工作较稳定 ,故取载荷分布不均有系数 1K ;由表 11-5 选取使用系数1.15AK ;于转速不高 ,冲击不大 ,可取动载系数 1.05VK ,则 K= AK vK K =1.15 1.05 1=1.21 确定弹性影响系数EZ: 因选用的是铸锡青铜蜗轮和钢蜗杆相配 ,故 1 / 2160EZ M Pa确定接触系数 Z: nts17 先假设蜗杆分度圆直径1d和传动中心距 a 的比值1 / 0.35da,从中查得2.9Z 确定许用接触应力 H: 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZcuSn10P1,金属模铸造 ,蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,可得蜗轮得基本许用应力 2 6 8H M P a 应力循环次数 N=60j2n hL=60 1 32.42 28000=5.5 710 寿命系数 HNK=8 77105.510=0.808 则 H = H HNK=0.808 268=216.5MPa 计算中心距 a 23 5.216 9.21602 5 39 2 0 021.1 =241.7 取中心距 a=150mm,根据传动比，从手册中取模数 m=6,蜗杆分度圆直径1d =60mm.这时 1d /a=0.40,可得接触系数 Z =2.78, 因为 ZZ ,因此以上计算结果可用 . 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆 轴向齿距aP=3.14m=3.14 6=18.84mm 径系数 10q mm ;齿顶圆直径1 96ad mm ;分度圆导程角 05.7 ;蜗杆轴向齿厚 aS =21 3.14m=21 3.146=9.42mm 蜗轮 蜗轮齿数 2 40Z ;变位系数 2x =0 蜗轮分度圆直径 2d =m2z =6 40=240mm nts18 蜗轮喉圆直径 2ad=2d+22ah=240+2 8=256 mm 蜗轮齿根圆直径 2fd=2d-22fh=240-2 1.6=236.8 mm 蜗轮咽喉母圆半径 2gr=a-2ad=150-21 256=22mm 6.5 校核齿根弯曲疲劳强度 校核齿根弯曲疲劳强度 2 2121 . 5 3 F F a FKT YYd d m 当量齿数 2 023340 4 0 . 2c o s c o s 5 . 7vzz 根据 2 40.2vz , 2 0x ,从中可查得齿形系数 2 2.43FaY 螺旋角系数 0005 . 71 1 0 . 9 5 9 31 4 0 1 4 0Y 许用弯曲应力 F = F FNK从中可得由 ZcuSn10P1 制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 56F MPa 寿命系数 :FNK=976105.510=0.64 所以 F = F FNK=35.88MPa F = 62 4 060 2 5 3 9 2 021.153.1 2.43 0.9593=12.4 F 弯曲强度满足要求。 nts19 7 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、中间桥齿、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。 7.1 齿轮模数的确定 参考同类产品：选取小齿轮材料为 40Cr钢，齿面淬火，淬火硬度为HRC4550；中间桥轮材料为 40Cr钢，表面淬火，淬火硬度为 HBC4855；大齿轮用 40Cr合金钢铸成，调质处理，硬度 HRC230260。初选 z1=13,则2z=i213=1.73 13=22, z3=i32z=3.5 22=77,为减小传动的尺寸，小齿轮和桥轮均为硬齿面；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。 （ 注：有关计算公式、图表、数据引自濮良贵，纪名刚主编的机械设计 (第七版 ).高等教育出版社， 2001.6） 按弯弯曲疲劳强度计算 : m 3 2222 F SaFad YYZKT 式中，转矩 2T =4260Nm ,z2 =22; 查表 10-7取圆柱齿轮齿宽系数d=1.3 由式 10-13计算应力循环次数： 1N =60j 2n hL =60 18.74 1 (2 8 300 10)=5.7 710 则 2N = 1N / 2 =5.7 710 /3.5=1.5 710 其中 2 为齿数比， 2 =77 22=3.5 由图 10-20c 查得过桥齿轮的弯曲疲劳强 度 1FE =600MPa; nts20 查得大齿轮的弯曲疲劳强度2FE=380MPa; 由图 10-18取弯曲疲劳系数：1FNK=0.92，2FNK=0.96； 计算弯曲疲劳强度许用应力：取弯曲疲劳安全系数 S=1.4； 由式 10-12得 2F= SKFEFN 11 = 4.160092.0 =394MPa 3F = SK FEFN 22 = 4.138096.0 =261MPa 计算载荷系数 K: K= AK vK FK FK由表 10-2取AK=1，由图 10-8 取动载荷系数vK=1.06，直齿轮HK=FK=1, FK=1； 则 K= AK vK FK FK=1 1.06 1 1=1.06； 由表 10-5查的齿形系数： Y2aF=2.72 ， Y3aF=2.21 应力修正系数： Y2sa=1.57， Y3sa=1.76 2F Y 2a2FSaY = 394 57.172.2 3F Y 3a3FSaY = 261 76.121.2 =0.015 就按二者中的大值3F Y 3a3FSaY 计算，将诸值代入 m 3 2222 F SaFad YYZKT 式，得 M3 2 015.0224.1 426006.12 =5.85mm 圆整，取 m=6mm。 大齿轮是软齿面齿轮，本应按接触疲劳强度设计。为使按弯曲强度设计的大齿轮的接触强度足够，可将 m 值取得大一点。（ m ,z不变， d ,接触强度）所以这里取 m 值取 6。 nts21 7.2 齿轮的变位 7.2.1 变位 渐开线标准齿轮具有互换性好，设计计算简单等优点，在生产上得到广泛应用，但由于存在以下一些缺点而限制了它的应用范围： 一对相互啮合的标准齿轮，小齿轮齿根厚比大齿轮齿根厚薄。 如两轮材料相同，则小齿轮的弯曲强度较低。 一对相互啮合的标准齿轮，小齿轮齿根的最大滑动比大轮大，如两轮材料相同，则小齿轮齿根的磨损较快。 标准齿轮只能用于实际中心距 a =a 的 场合，当实际要求的中心距 a a 时，则两轮无法安装；当 a a时，虽可安装，但齿侧间隙增大，使传动换向时发生冲击。 受根切限制，通常不采用 z zmin 的齿轮 。因此，在一定条件下，限制了齿轮机构的尺寸和重量的减小。 因此，人们在长期生产实践中为解决上述标准齿轮传动的缺点，提出了变位齿轮（即非标准齿轮）传动。其类型有两大类：高度变位齿轮和角度变位齿轮。 变位齿轮其主要功能如下：避免切根；提高齿面接触强度；提高齿根 弯曲强度；提高齿面的抗胶合和耐磨损能力；配凑中心距；利用变位原理修复磨损的齿轮。 对于本设计，考虑到 JH-8型回柱绞车主要用于井下回采工作面，场地狭小，环境恶劣。为减轻机体体积和重量，配凑中心
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