JHB-30型回柱绞车

摘要回柱绞车是金属、化工和建筑材料等矿山最常用的运输设备。在我国地下开采的各种矿产中，约有85%的矿场使用回柱绞车搬运矿物。在中小型露天矿的开采过程中，通常用来进行剥离、集矿、掘沟和复田等作业。随着我国中小型矿山的快速发展，矿区对回柱绞车的需求量是不断增加。目前，据回柱绞车的主要生产厂不完全统计，年产量已接近2000台。实践证明，回柱绞车是一种经济实用，适应性强，安全可靠的矿场运输设备，其使用范围还在继续扩大。JH-30型回柱绞车具有良好的防暴性和制动性，而且容绳量大，使用寿命长，传动效率高，绞车本身结构紧凑，外形尺寸较小，基本能够实现整机下井。结构对称布置，呈长条形，底座呈船形，在各类矿井下自移平稳方便。绞车重心低，底座刚性好，可打顶柱，又可安装地桩，运转平稳，安全可靠，操作力小。JH-30型回柱绞车主要由电动机，联轴器，手动制动闸，减速器和卷筒组成。通过左右手动闸的松开和抱紧来实现绞车的进程和回程，不需要电机的频繁起停。同时，也实现了对绞车的软启动，减轻了绞车的启动负载，可以在电机不停的情况下进行收绳和放绳。关键词：回柱绞车；软启动AbstractPropwinchisametal,chemicalandbuildingmaterialssuchasminethemostcommonlyusedtransportequipment.UndergroundmininginvariousmineralsinChina,about85%oftheminepropusedmineralhandlingwinch.Inthesmallopenpitminingprocessisusuallyusedfordissection,setmine,diggingditchesandcomplexfieldandotheroperations.WiththerapiddevelopmentofChinassmallmines,minewinchonthebackpillardemandisincreasing.Currently,accordingtopropthemainproductionplantwinchtoincompletestatistics,annualproductionofcloseto2,000.Practiceshowsthatpropwinchisaneconomicalandpractical,adaptable,safeandreliableminetransportequipment,itsusecontinuestoexpand.JH-30Hoistagoodriotandbraking,butalsolargeropecapacity,longlife,hightransmissionefficiency,winchitself,compactstructure,smallsize,thebasicmachinetogodowncanbeachieved.Symmetricallayoutofthestructure,elongatedstrip,thebasewasboat-shaped,sincetheshiftinthetypesofminetofacilitatesmooth.Winchlowcenterofgravity,baserigidity,andcanhitthetopcolumns,butalsotopileinstallation,smoothoperation,safetyandreliability,theoperatingforce.JH-30Hoistmainlybythemotor,coupling,manualbrake,speedreducerandreelform.Throughthelefthandgatewinchreleaseandholdfasttoimplementtheprocessandreturn,donotneedtofrequentstartsandstopsthemotor.Alsorealizedthewinchofthesoft-start,starttoreducethewinchload,themotorcanstoptheresumptionofthecaseandputroperope.Keywords：harrowwinch；softstarting.目录1绪论11.1引言11.2概述11.3国内外绞车的发展31.4JHB-30型回柱绞车的技术特点32总体设计42.1设计总则42.2设计条件42.3传动方案的设计52.4电动机的设计选择52.4.1电动机输出功率的计算52.4.2确定电动机的型号62.4.3牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定72.5滚筒的设计计算72.5.1滚筒直径7D2.5.2滚筒宽度7B2.5.3滚筒的外径812.5.4验算滚筒的平均速度82.5.5验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数93减速器的设计计算103.1减速器参数确定103.2圆弧蜗杆蜗轮的设计计算113.2.1材料的选定123.2.2初选参数123.2.3蜗轮蜗杆参数计算及校核133.3齿轮啮合及过桥传动设计173.3.1传动材料以及数据参数173.3.2强度校核183.4过桥齿轮与滚筒齿轮啮合设计：233.4.1传动材料以及数据参数233.4.2强度校核243.5减速器传动轴的设计校核293.5.1第1轴的设计计算293.5.2第2轴的设计计算363.5.3第3轴的计算384滚筒轴的设计计算394.1滚筒和齿轮上的作用力394.2确定轴的结构方案404.3轴的强度校核414.3.1绘制轴的弯矩图和扭矩图415系统传动部件的校核475.1联轴器上键的校核475.2蜗轮上键的校核475.3内齿轮上键的校核485.4轴轴承的校核485.5滚筒轴承的校核515.6制动器的校核515.7滚筒联结螺栓的校核526JHB-30型回柱绞车使用说明书546.1使用范围546.2主要技术规范546.3结构特征546.4绞车的润滑与密封556.5电气操纵系统556.6绞车的装配、调整、及试运转556.6.1卷筒装置566.6.2空负荷试运转566.6.3负荷试运转566.7安装、固定、操作和后移576.8绞车的操作规程596.8.1工作前的注意事项606.8.2工作时应遵守下列规定606.8.3工作后应注意的事项616.9绞车的维护、拆卸与修理616.10煤矿安全规程对矿井提升机和绞车规定626.11绞车的运输和贮存67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901绪论1.1引言煤炭是我国的基础能源和重要原料，是当前我国能源的主要组成部分之一，在国民经济中占有重要的战略地位，这就是中国的国情。过去以至未来可预见的几十年内，煤炭仍是我国的重要能源，以煤炭为主的能源结构将难以改变，煤炭工业的地位空前提高。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。矿山机械主要面向能源、交通和原材料基础工业部门服务，主要任务是为煤炭、钢铁、有色金属、化工、建材和核工业等部门的矿山开采和原材料的深加工，以及为铁路、公路、水电等大型工程的施工提供先进、高效的技术装备。矿山机械是机械工业中一个品种繁多、设备结构复杂、需求量大、使用面广的机械行业。矿山机械按其用途大致可分为采掘设备、提升设备、窄轨运输设备、破碎粉磨设备、矿用筛分设备、洗选设备和焙烧设备等7大类，30小类，700多个品种和数千种规格。矿山机械在经济建设、科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用，属于国民经济的支柱行业。矿山机械制造业是国家建立独立工业体系的基础，也是衡量一个国家工业实力的重要标志。根据国家重点支持能源、交通和原材料等基础工业发展的产业政策，矿山机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持，以得到进一步发展和提高，为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、高效设备，满足国民经济发展对能源和原材料的需要。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1.2.1绞车概况绞车又称为卷扬机，是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备。目前国内最大的船用液压拖缆绞车是350T的由泰兴市依科攀船舶设备有限公司设计的。1）绞车的特点和用途：绞车具有以下特点：通用性高、结构紧凑、体积小、重量轻、起重大、使用转移方便，被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。有0.5吨350吨，分为快速和慢速两种。其中高于20吨的为大吨位绞车,绞车可以单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。绞车主要技术指标有额定负载、支持负载、绳速、容绳量等。2）绞车的分类绞车按照动力分为手动、电动、液压三类。从用途上分类可分为建筑用绞车和船用绞车。绞车按照功能可以分为：船用绞车、工程绞车、矿用绞车、电缆绞车等。按照卷筒形式分为单卷筒和和双卷筒。按照卷筒分布形式有分为并列双卷筒和前后双卷筒。手动绞车：手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器(棘轮和棘爪)，可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物用的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。电动绞车：电动绞车广泛用于工作繁重和所需牵引力较大的场所。单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入轴之间装有制动器。为适应提升、牵引和回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。一般额定载荷低于10T的绞车可以设计成电动绞车。液压绞车：液压绞车主要是额定载荷较大的绞车，一般情况下10T以上到5000T的绞车设计成液压绞车。其结构主要由液压马达（低速或高速马达）、液压常闭多片式制动器、行星齿轮箱、离合器、卷筒、支撑轴、机架、压绳器(选配)等组成。液压马达具有很高的机械效率，起动扭矩大，并可根据工况要求带不同的配流器，还可根据用户需要设计阀组直接集成于马达配油器上，如带平衡阀、过载阀、高压梭阀、调速换向阀或其他性能的阀组，制动器、行星齿轮箱等直接安装于卷筒内，卷筒、支撑轴、机架根据力学要求设计，整体结构简洁合理并具有足够的强度和刚性。因而该系列绞车在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点，在性能上则具有安全性好、效率高、起动扭矩大、低速稳定性好、噪音小、操作可靠等特点。值得一提的是液压马达高的容积效率和美国SUN公司优质的平衡阀解决了一般绞车都存在的二次下滑和空钩抖动现象，使得该系列液压绞车的提升、下放和制动过程平稳，带离合器的绞车还可实现自由下放。安装于配流盘上的集成阀组则有效地简化了用户的液压系统。由于该系列绞车具备上述优点，使其广泛应用于船舶、铁路、工程机械、石油、地质勘探、冶金等行业，其优良性能得到了用户的认可。1.2.2回柱绞车概况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。JH14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。这种布置方式适用条件广，尤其是203m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，多了一个拐弯，摩擦阻力增大，09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，过宽则会堵塞巷道。因为运料工人常常从机体旁经过，齿轮一90m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。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），而用刨煤机进尺只要2小时1.m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JH-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。（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机0.85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。1.4JHB-30型回柱绞车的技术特点1）速度变化大，回柱效率高69m/inJHB-30型回柱绞车工作时的牵引速度为，平均速度,最大牵引力为，6m/in30kN容绳量为，工作效率大大提高。30m2）结构简单，功效全面JHB-30型回柱绞车的传动系统采用三级传动，包括圆弧蜗轮蜗杆齿轮传动、两级圆柱齿轮传动，其中一级采用了滑移齿轮传动，这样就可以实现变速传动，可以适应各种情况下的传动。传动系统简单，结构布置紧凑、合理。3）操作简单，安全可靠JHB-30型回柱绞车采用滑移齿轮实现变速传动，只需要在需要调速的时候，手动摇动拨叉手柄，就可以实现滑移齿轮的移动，从而实现变速。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；环境相对湿度不超过；海拔高度oo10C4095%2C以下。20m2）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：F=300KN平均牵引速度：6m/inV容绳量：L=300m2.3传动方案的设计图2.1JH-30型回柱绞车传动系统图其传动路线是：防爆电机制动器、联轴器蜗杆蜗轮小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：F=300KN平均绳速：6m/inV即：6/0.1m/sV则电动机的输出功率：PkW0FV根据以上的传动方案图2.1可得：总传动效率=3234=0.6518式中：联轴器效率为0.99；1轴承效率为0.99；2蜗轮蜗杆传动效率为0.75；3齿轮传动效率=0.97；4计算电动机输出功率：P10FVP3.kW658P=45.59KW2.4.2确定电动机的型号电动机所需的额定功率与电动机输出功率之间有以下的关系：PPK式中为功率储备系数，一般取，吴无过载时取.21.5K1K回柱绞车可取K=1.2由于绞车在井下使用，条件比较恶劣，要求电动机必须具有防爆功能，查机械设计课程上机于设计表16-2选电动机的型号为YB280S-6额定功率P=55KW实际转速980rmin6.5堵转电流额定电流1.8堵转转矩额定转矩2.0最大转矩额定转矩查得电动机的外形尺寸：长X宽X高=457419190mm电机中心高度：H=280mmH电动机轴直径长度：75140mm图2.2电动机结构外形图2.4.3牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定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。长期以来，钢丝绳是按安全系数法选择的。钢丝绳在工作中承受的最大静拉力，将最大静拉力乘以规定的安全系数，取钢丝绳的安全系数取，然后选30kNFn2择一种破断拉力不小于的钢丝绳。nF所选择的钢丝绳，其直径不应小于下式计算的最小直径：mindCS式中：C-钢丝绳的选择系数；S-钢丝绳最大静拉力。mind0.84302m取钢丝绳直径：d=32mm选择系数C，其取值与机构工作级别有关，按起重机设计与实例表4-17b选取，其中数值是在钢丝充满w为0.46，执减系数k为0.82时，选择系数c值取c=0.084，t170MPa钢丝绳破断力S0可按下式估算：t170MPa20tdSk4式中：d钢丝绳的直径；m（）钢丝绳钢丝的抗拉强度极限；t2N/（）钢丝绳中金属丝截面与整个截面积的比值，与钢丝绳结构有关，一般取；0.46K考虑钢丝在绕制过程中的损失等因素的损失系数，一般取k=0.82根据钢丝绳的实际破断力S0，验算安全系数n：0Sn整理得C与n间有如下关系：2tk4钢丝绳选择：绳股(9+9+1)绳纤维芯。优点：旋转性小，有相当大的挠性。619查矿井运输提升表2-2（2）：钢丝绳直径：32mm；钢丝直径：1.3mm；参考重力：；1658N/0m钢丝绳公称抗拉强度：；7MPa2.5滚筒的设计计算2.5.1滚筒直径D根据机械设计手册查表8-1-59得：钢丝绳直径为32mm时，槽底半径为，标准槽形，；加深槽形；12.5m1P=26.0m1H=9.01R.8m2P=31.0m；。H=40R5图2.3卷筒槽形图滚筒直径：minD32=540（16）取D=540mm图2.4卷筒结构图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B=800mm。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,但也可以超过层。5滚筒的容绳量，我们为300mm，据以上设计可知，每一层缠绕的圈数：nN=800/32=25(圈)每一圈所缠绕的长度：l2lR=3.14540=1695.6mm计算钢丝绳的缠绕层数为300/(321.6956)6层则钢丝绳在卷筒上的最小缠饶直经：Dmin=540mm钢丝绳在卷筒上的最大缠饶直经：Dmax=Dmin+5232=860mm钢丝绳在卷筒上的平均缠饶直经：Dc=(Dmax+Dmin)=700mm12根据设计要求平均速度为6.0m/incV滚筒的转速为：1063.45n计算出系统总传动比为：i=276验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）：1）最小速度3minmin10VD=4.02m/min2）最大速度3axax=8.04m/min3）平均速度Vc=(Vmax+Vmin)=603mm8m/min123减速器设计3.1减速器总体设计3.1.1减速器概述减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：均匀载荷;中等冲击载荷;强冲击载荷。3.1.2减速器设计减速器的种类很多，根据传动类型分为齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮-蜗杆减速器及行星齿轮减速器；根据齿轮类型分为圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器、好锥-圆柱齿轮减速器；根据传动的级数分为单级减速器和多级减速器；根据传动布置形式分为展开式减速器、分流式减速器和同轴式减速器。本次设计采用的是齿轮-蜗杆减速器，齿轮传动布置在低速级，采用蜗杆传动，二级齿轮传动。第一级齿轮传动采用滑移齿轮传动，用拨叉拨动小滑移齿轮实现变速。3.2减速器参数确定3.2.1总传动比及传动比分配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：i总=276式中：为蜗轮蜗杆传动比i1=631iI2为齿轮传动比i2=4.38综上所得：蜗轮蜗杆传动比：i1=63大小齿轮传动比：34.8i3.2.2传动装置运动参数的计算从减速器的高速轴开始各轴命名为轴（蜗杆）、轴（蜗轮轴）、轴（小齿轮轴）、轴（过桥齿轮轴）、轴（大齿轮轴）。1）各轴转速计算第轴：980r/minn第轴：n2=15.6/i3第轴：n3=n2i215.67.2r/min4第轴：n4=.r/i02）各轴功率计算：电机输出功率为p=40.27kw第轴：238KW第轴：4268790532.1第轴：P第轴:4240.8Kp3)各轴扭距计算第轴：9503.TNmn11第轴：7.805P22第轴：950=416.3NTn33第轴:448.2mP表3.1各轴参数表3.3圆弧蜗轮蜗杆的设计计算（参考机械设计）3.3.1蜗杆传动概述蜗杆传动是由蜗杆和蜗轮组成的，它是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来。为了轴号转速n(r/min)输出功率P(KW)输出扭矩T(Nm)传动比i效率轴98045.59435.400250.98轴15.5632.18219751.8053.450.86轴7.2631.2241067.630轴3.5529.9880650.4222.650.96改善啮合状况，常将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样啮合齿廓间的接触为线接触，可传递较大的动力。蜗杆传动用于传递两根空间交错轴间的运动和动力，两轴间的夹角可为任意值，通常为900。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。蜗杆传o90动的特点：1）传动比大，在动力传动中，一般传动比，在分度机构中，传动比可达成580i1000；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，自锁性时效率仅为左右；40%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：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动的类型：普通圆柱蜗杆传动、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）。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。广泛应用于冶金、矿山、化工、50%1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倍.制造和安装较复154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。承载能036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。3.3.2蜗杆传动的失效形式蜗杆传动的主要参数有：模数、压力角、蜗杆头数、蜗轮齿数、蜗杆直径m1z2z系数、蜗杆分度圆柱导程角、传动比、中心距和蜗轮变位系数等。qiax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。蜗杆传动齿面之间的相对滑动速度大，发热量高，更容易发生磨损和胶合。尤其是当重载、高转速且润滑不良时，胶合将是蜗杆传动的主要失效形式。由于蜗杆轮齿材料的强度要高于蜗轮轮齿材料的强度，而且蜗杆轮齿是连续的螺旋，蜗杆传动的失效只发生在蜗轮轮齿上。蜗杆的主要失效形式是刚度不足。蜗杆传动承载能力的计算：接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，在此基础上适当考虑胶合和磨损因素的影响，故其强度计算是条件性的。蜗杆传动的设计准则：蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的承载能力。闭式传动中，通常是按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。开式传动中，只需保证齿根弯曲疲劳强度，考虑到磨料磨损严重，将计算所得模数加大10%15%左右。此外，闭式蜗杆传动，由于散热较为困难，还应作热平衡校核。3.3.3蜗杆传动的材料选定蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成，对于高速重载蜗杆传动，常用20Cr、20CrMnTi、12CrNi3A等，表面经渗碳淬火硬度达HRC5662，淬火后需磨削；对中速中载蜗杆传动，常用45、40Cr、35SiMn等，表面淬火至HRC4555，再磨削；对一般用途的蜗杆传动可用45号钢调质处理，硬度为HRC220250,；对低速不重要的蜗杆传动，蜗杆可不经热处理，或采用铸铁。蜗轮齿圈材料常用铸锡青铜、铸铝青铜及铸铁等。对于滑动速度为1525m/s的较高速、且重要的蜗杆传动、蜗轮齿圈材料可采用铸锡青铜，常用ZcuSn10Pbl等，其耐磨性、减摩性、抗胶合能力及切削性能均好，但价格较贵、强度较低；对于滑动速度为610m/s的传动，可用铸铝青铜，常用ZcuAl10Fe3等，其强度较高、价格低廉，但抗胶合能力差；对于滑动速度小于2m/s的低速传动，可用灰铸铁，如HT150、HT200等。蜗杆：参见7.3.1选用45号钢表面淬火，便面硬度HRC=4550。蜗轮：参见表7.6选用ZcuSn10Pbl蜗轮许用接触应力H由式7-9NK蜗轮的许用接触应力由表7.6查得H20/HNm应力循环次数N,260(98/63)15hnjLh64.1N接触强度的寿命系数HK87778/0/(2.9)0.8N则蜗轮许用接触应力0.26m蜗轮的许用弯曲应力由式7-12FFNFK蜗轮的基本许用弯曲应力，由表7.6查得251/弯曲强度的寿命系数FNK9667910/(2.0).69则蜗轮许用弯曲应力20.69513./FNm3.3.4蜗杆传动的结构蜗杆直径小，通常与轴做成一个整体，称为蜗杆轴，蜗杆轮齿部分可用车制和铣制两种方法加工，车削的轮齿部份要有退刀槽，因而削弱了蜗杆轴的刚度。铣削出的蜗杆，在轴上直接铣出螺旋部分，无退刀槽，因而蜗杆轴的刚度好；当蜗杆的直径过大，或蜗杆与轴采用不同的材料时，可将蜗杆做成套筒套装在轴上。图3.2蜗杆结构图蜗轮直径较大，为节约贵重的有色金属，通常蜗轮做成装配式，常见的蜗轮结构形式有以下几种：1）拼铸式：将青铜齿圈铸造在铸铁轮芯上，然后切齿。2）压配式：这种结构由青铜齿圈及铸铁轮芯所组成，齿圈与轮芯常采用过盈配合或，加热齿圈或加压装配。蜗轮圆周力靠配合面摩擦力传递。为可靠起见，沿配合面装置48个螺钉。图3.3蜗轮结构图3）螺栓联接式：青铜齿圈与铸铁轮芯可采用过渡配合或间隙配合，如或。用普通螺栓或铰制孔用螺栓联接，蜗轮圆周力由螺栓传递。螺栓联接式蜗轮拆卸方便，多用于大尺寸或易于磨损的蜗轮。只有铸铁蜗轮，铝合金蜗轮以及直径小于100mm的青铜蜗轮，才采用整体式。此次设计采用的是压配式装配。3.3.5蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算1)齿面接触疲劳强度设计计算蜗杆与蜗轮啮合处的齿面接触情况与齿轮传动相似，其公式应用赫兹公式，并考虑蜗杆和蜗轮齿廓的特点，可得蜗轮齿面接触疲劳强度的校核和设计条件为：210/()HEHZKTd212Emd蜗杆头数1Z蜗轮头数2163i蜗轮转矩T12950/Pn估取效率.8蜗轮转速2n1/.6/miir则蜗轮转矩629.5023.80/.3910/TNm载荷系数KAV使用系数查表7.8A1动载荷系数：估取，取V23/vms1.05VK载荷分布不均匀系数，载荷平稳，取则，载荷系数：K1.05.AV弹性系数2/EZNm故2612150()10.5390()7EHmdKT23189.查表7.3得：模数，10m10gx蜗杆分度圆直径：2td，1836。cos.976蜗轮分度圆直径：21506tmzm蜗轮圆周速度：/3.48./601.2/vdnms2）齿根弯曲疲劳强度校核计算由于蜗轮轮齿的齿形比较复杂，要精确计算较为困难。所以通常是把蜗轮近似当作斜齿圆柱齿轮来考虑，则蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核和设计公式为：21cosFFKTYdm蜗轮齿形系数，查表7.9得FY2.4FY故6221.0539.09/6.7FNm故弯曲强度足够。3）热平衡计算闭式蜗杆传动，若散热不良，会使润滑油油温上升过高而使润滑油粘度下降，使润滑条件恶化导致齿面粘合。所以对于连续工作的闭式蜗杆传动，应进行热平衡计算，以保证单位时间内的发热量能在同一时间内散发出去，使油温保持在一个规定的范围内。由式7-15可得蜗杆传动所需的散热面积A01P(-)AKt传动效率123啮合效率tanV当量摩擦角由式7-14滑动速度1s3.412097V5./60cos6.6dnms由查表7.10得sV。则183/1tant83an(0).89。取轴承效率（滚动轴承）20.9搅油效率35则37散热系数按通风良好，取K21/CKWm。油的工作温度85tC。周围空气温度02。故201P(-)10.3(1-.87)A.9Kt752m若热平衡条件不能满足时，必须采取措施，以提高散热能力。通常采取：（1）在箱体外增加散热片以增加散热面积；（2）在蜗杆轴端加装风扇，以加速空气的流通；（3）在箱体油池中增加循环冷却管路；（4）采用压力喷油循环润滑，循环油田冷却器冷却。4）其他主要尺寸由表7.4、表7.5蜗杆顶圆直径：120124admm蜗杆根圆直径：.4.9.f蜗杆螺纹部分长度：12()35(05)1239bZm蜗杆喉圆直径：260164admm蜗轮根圆直径：.4.7.f蜗轮外圆直径：223ea蜗轮宽度：bdm表3.2蜗轮蜗杆传动的主要尺寸名称蜗杆蜗轮中心距12/()1/2(60)360adxm分度圆直径10dqm15dz蜗杆轴面齿距3.47.68pm齿顶高*12ah*22()ahxm齿根高().fc114.fc齿顶圆直径114aadm齿根圆直径29.ffh2257.ffdhm蜗轮喉圆直径64aa蜗杆螺旋长度210.35bzm蜗轮轮缘宽度10.65.93.aBdm3.3.6蜗杆传动的润滑为避免或减少轮齿胶合和磨损，常采用粘度大的矿物油进行润滑，并在润滑油中常加入各种添加剂。对于闭式蜗杆传动，常用的润滑方法与滑动速度有关；在采用油池510/vms润滑的蜗杆传动中蜗杆最好下置，形成下置式蜗杆传动。下置的蜗杆不宜浸油过深，浸油深度应为蜗杆的一个螺旋齿高。当蜗杆线速度时，为减小搅油损失，常4/s将蜗杆置于蜗轮之上，形成上置式蜗杆传动，由蜗轮带油润滑，此时蜗轮的浸油深度可取蜗轮半径的1613。当滑动速度必须采用喷油润滑。为增强冷却10/vm效果，喷油嘴应放在啮出齿侧，双向转动的应布置在双侧。对于开式蜗杆传动，则采用粘度较高的润滑油或润滑脂。3.4齿轮的设计计算（参考机械设计）3.4.1齿轮传动类型齿轮传动类型：1.圆柱齿轮传动用于平行轴间的传动，一般传动比单级可到8,最大20，两级可到45,最大60，三级可到200，最大300。传递功率可到10万千瓦,转速可到10万转分，圆周速度可到300米/秒。单级效率为0.960.99。直齿轮传动适用于中、低速传动。斜齿轮传动运转平稳，适用于中、高速传动。人字齿轮传动适用于传递大功率和大转矩的传动。圆柱齿轮传动的啮合形式有3种:外啮合齿轮传动，由两个外齿轮相啮合，两轮的转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个小的外齿轮相啮合，两轮的转向相同；齿轮齿条传动，可将齿轮的转动变为齿条的直线移动，或者相反。2.锥齿轮传动用于相交轴间的传动。单级传动比可到6，最大到8，传动效率一般为0.940.98。直齿锥齿轮传动传递功率可到370千瓦，圆周速度5米秒。斜齿锥齿轮传动运转平稳，齿轮承载能力较高，但制造较难，应用较少。曲线齿锥齿轮传动运转平稳，传递功率可到3700千瓦，圆周速度可到40米秒以上。3.双曲面齿轮传动用于交错轴间的传动。单级传动比可到10，最大到100，传递功率可到750千瓦，传动效率一般为0.90.98,圆周速度可到30米秒。由于有轴线偏置距，可以避免小齿轮悬臂安装。广泛应用于汽车和拖拉机的传动中。4.螺旋齿轮传动用于交错间的传动，传动比可到5，承载能力较低，磨损严重，应用很少。5.蜗杆传动交错轴传动的主要形式，轴线交错角一般为90。蜗杆传动可获得很大的传动比，通常单级为880,用于传递运动时可达1500；传递功率可达4500千瓦;蜗杆的转速可到3万转分；圆周速度可到70米秒。蜗杆传动工作平稳，传动比准确，可以自锁，但自锁时传动效率低于0.5。蜗杆传动齿面间滑动较大,发热量较多，传动效率低，通常为0.450.97。6.圆弧齿轮传动用凸凹圆弧做齿廓的齿轮传动。空载时两齿廓是点接触，啮合过程中接触点沿轴线方向移动,靠纵向重合度大于1来获得连续传动。特点是接触强度和承载能力高，易于形成油膜，无根切现象，齿面磨损较均匀，跑合性能好；但对中心距、切齿深和螺旋角的误差敏感性很大，故对制造和安装精度要求高。7.摆线齿轮传动用摆线作齿廓的齿轮传动。这种传动齿面间接触应力较小，耐磨性好，无根切现象，但制造精度要求高，对中心距误差十分敏感。仅用于钟表及仪表中。8.行星齿轮传动具有动轴线的齿轮传动。行星齿轮传动类型很多,不同类型的性能相差很大,根据工作条件合理地选择类型是非常重要的。常用的是由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架组成的普通行星传动，少齿差行星齿轮传动，摆线针轮传动和谐波传动等。行星齿轮传动一般是由平行轴齿轮组合而成，具有尺寸小、重量轻的特点，输入轴和输出轴可在同一直线上。其应用愈来愈广泛。3.4.2齿轮概述3.5大小齿轮的设计计算（参考机械设计）3.5.1齿轮传动概述齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动，是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，可用来传递相对位置不远的两轴之间的运动和动力。目前，齿轮传动的功率可高达数万千瓦，圆周速度可达，直径可达以上单级传动比可30ms3达8以上，传动效率达。齿轮传动承载能力大，效率高，传动比准确，结构0.98.5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。齿轮传动按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。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。根据两轴的相对位置和轮齿的方向，可分为以下类型：圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、交错轴斜齿轮传动。按齿面硬度，齿轮可分为软齿面和硬齿面