提升机2JK2.5的设计

1、前 言毕业设计一方面是在理论教学和生产实习及课程设计等理论和实践环节的基础上所进行的一次比较全面的综合性教学考察,另一方面也是学生送给几十年来辛勤耕耘,可敬可爱的老师们的一份最好的礼物。毕业设计可以培养学生综合运用所学理论和所掌握的技能来分析和处理实际问题；可以培养学生树立正确的设计思想，掌握工程技术设计的一般步骤；可以培养学生树立严肃的认真的一丝不苟的工作态度和正确的生产观,经济观和全面观；同时也可以进一步提高学生制图,设计计算,编写技术文件,正确使用技术资料,国家标准,手册等工具书的独立工作能力,最终的目的是实现学生向工程技术人员的完美过渡,为毕业后参加工作奠定扎实的基础。本次设计由于初次

2、进行,经验不足,所学知识有限,难免出现错误和不妥之处,切望各位老师和同学们不吝批评指正。最后忠心地祝愿老师们工作顺利,事事如意！ 摘 要矿井提升机是矿山的大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。矿井提升工作是整个采矿过程中的重要环节。从地下采出的煤炭、矿石必须提升至地面才有实际应用价值。废石的提升，工作人员、材料及设备的升降等都要靠提升工作来完成。深度指示器是矿井提升机系统的重要检测装置之一，它的安全运行，对矿井运输的安全生产有着重大的影响。本设计根据生产实际和预选的数据，以提升机的配套设备为核心，通过提升机的选型，齿轮副，丝杠的选择，并经过科学的计算和分析，运用一系列的辅助设备来设

3、计深度指示器，并对其零部件进行了校核。关键词： 矿井提升机 深度指示器 齿轮 变位质量AbstractMine hoist is one of the large-scale regular equipment of the mine,is a main conveyance to contact well bottom and ground tool.It is the whole of important link of mining in the course that the mine promotes the work.Must is it there is actual using

4、 value from underground coal,ore appeared to quarry to ground to promote.Abolishing the promotion of the stone, rising or falling of staff member,material and equipment,etc.will be all finished by the work of promoting.Depth indicator is one of detection device of mine hoist system.Its safe operatio

5、n has a major impact of the transport of mine production safety。The design according to production reality and data preselected, regard corollary equipment of the hoist as the core, through the design of the mine hoist selection, gear screw choice, through scientific calculation and analysis,use of

6、a series of auxiliary equipment to design a depth indicator,and its spare parts for the check.Keywords：mine hoist depth indicator gear dislodgement quality目 录前 言I摘 要IIAbstractIII第一章 绪论11.1 矿井提升机的发展概况11.2 矿井提升机的用途及在矿山生产中所占的地位21.3 提升机的分类、工作原理及国产提升机的主要类型21.4 矿井提升机的组成41.5 深度指示器的简介51.6 本课题研究目的和内容5第二章 单绳缠

7、绕式提升机设备选型设计62.1 提升设备的主要参数选择62.2 提升钢丝绳选择和计算72.3 单绳缠绕式提升机选择和计算82.4 提升系统运动部分变位质量的计算112.5 运动学计算122.6 动力学计算142.7 提升能力验算152.8 验算电动机容量152.9 提升设备的电耗及效率计算16第三章 深度指示器的设计193.1 深度指示器的概述193.2 总传动比的确定203.3 蜗轮和蜗杆轴的尺寸设计203.3.1 蜗轮和蜗杆的设计203.3.2 直齿圆柱齿轮的设计223.3.3 蜗杆上的锥齿轮的设计223.4 轴的设计243.4.1 深度指示器中的轴的设计243.4.2 传动成分中的轴的尺

8、寸设计253.4.3 传动成分轴的轴的所用大小锥齿轮的设计273.5 丝杠的选择293.6 箱体的设计303.6.1 传动轴上的轴承座的尺寸设计303.6.2 支撑盖的尺寸设计313.6.3 深度指示器的箱体尺寸设计313.7 限速圆盘的设定31第四章 设计计算324.1 丝杠的稳定性验算324.2 轴的校核344.2.1 求轴上的载荷344.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度354.2.3 精确校核轴的疲劳强度354.3 直齿圆柱齿轮的校核394.3.1 按齿面接触强度校核394.3.2 按齿根弯曲强度校核384.4 轴承的选择与校核404.4.1选择轴承的要求：404.4.2 轴承的寿命校

9、核404.5 切向键选择及校核404.5.1 切向键的选取404.5.2 切向键联接的强度计算40第5章 结论42参考文献43附 录44致 谢45第一章 绪论1.1矿井提升机的发展概况矿井提升机在矿井中担负着升降人员、提升矿物、运送材料以及升降设备、工具等项任务，它是沟通矿井地面与井下的运输设备，是矿井的重要设备之一，就其耗电量来说，大约占矿山总耗电量的3040%。世界许多国家的工业发展表明：随着采掘工业的发展，开采的深度会日益增加，矿井生产也将日益走向集中化、大型化。而矿井提升机也随着相应的发展：由单绳缠绕式提升发展到多绳摩擦式提升机，提升速度加快，最高达到20m/s；电力电子技术较早就用于

10、矿井提升机的传动，并且发展迅速，从60年代的模拟控制SCR-D直流提升机发展到目前最先进的同步机内用交流电机，没有电刷问题，提升机容量可以大幅度增加，例如南非帕拉波矿井内装式提升机电机功率达6300kW。我国东欢坨、大雁、陈四楼等矿均引进了内装式提升机。能够反应出当前矿井提升机世界先进技术水平的参数是：（1）提升机直径已达9m；（2）一次提升有效负荷为50t；（3）提升机单台的功率已达14573kw；（4）最多绳数为10。我国的煤矿建设也是符合上述发展规律的。20世纪90年代以后，在电气方面，由于计算机技术的发展，相关技术在矿井提升机上也广泛被应用。微电子和大功率晶闸管的发展使矿井提升机的电控

11、有了很大发展。各种电气保护装置，以及数字式深度指示器的研制成功，使我国的提升机与世界先进水平日益接近。目前，全数字电力电子器件构成的国产直流提升机已占领了国内市场，并开始出口。但是由于我国的科技和生产水平的限制，我国的矿井提升机还有很大一部分需要依赖于进口发达国家的设备。矿井提升机的主要机械设备生产厂家目前有：洛阳矿山机器厂、上海冶金矿山机器厂、四川矿山机器厂、山西机器厂、重庆泰丰等。洛阳源创电气有限公司是国内最大的矿井提升机电控设备生产厂。1.2矿井提升机的用途及在矿山生产中所占的地位提升机是矿山的大型固定设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。矿井提升工作是整个采矿过程中的重要环节。从地

12、下采出的煤炭、矿石必须提升至地面才有实际应用价值。废石的提升，工作人员、材料及设备的升降等都要靠提升工作来完成。矿井提升设备就是完成上述工作的多种机电设备组成的大型成套装备。矿井提升设备在工作中一旦发生机械或电气事故，就会造成停产，甚至造成人身伤亡。为了保证生产和人员的安全，所以对矿井提升设备的准确运行，安全可靠必须给予高度重视。人们往往将提升设备比喻为矿山生产的“咽喉”，由此足以说明其在矿山生产中所占地位的特殊与重要。而提升机则是整个提升设备中最关键、最重要的设备，也是提升设备中投资最大、构造最复杂的组成部分。生产的高度集中，要求人员、材料及设备的输送更加安全、可靠、及时，这样对提升设备也就

13、提出了更高的要求。此外，由于矿井提升设备服务年限长、投资大、电耗多，所以为了降低矿石成本，提高生产的安全可靠性，必须经济合理地设计和使用矿井提升设备。随着矿山生产的进一步现代化，提升设备将成为机械化与电气化相结合的先进技术设备。1.3提升机的分类、工作原理及国产提升机的主要类型矿井提升机是沿井筒提运矿石和废石，升降人员，下放材料，工具和设备。提升容器有罐笼和箕斗。罐笼可用来提升矿石、人员、材料与设备等，但是箕斗不能用来提升人员。根据提升机工作原理的不同，矿井提升机可分为缠绕式和摩擦式两大类：单绳缠绕式又分为单卷筒和双卷筒；摩擦式又分为单绳摩擦轮和多绳摩擦轮。单绳缠绕式提升机的工作原理，简单地说

14、就是用钢丝绳在卷筒上缠上和缠下来，实现容器的提升和下放运动。提升机安装在地面(或井下)机房里，钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端绕过天轮后悬挂提升容器。单绳缠绕式矿井提升机有单卷筒与双卷筒两种，单卷筒提升机可作单钩提升(卷筒上固定一根钢丝绳)和双钩提升(一个卷筒上固定两根钢丝绳，而两根钢丝绳的缠绕方向相反)。单钩提升的提升能力低，一般在凿井时和采区天井中采用。单卷筒提升机用与双钩提升时提升高度不大且调水平困难，故仅在不常调换水平的浅井中采用。双卷筒提升机用于双钩提升，在矿山应用为之普遍。图11所示是单绳缠绕式箕斗提升系统示意图，钢丝绳一端固定在提升机滚筒1上。启动提升机，一根钢丝绳想滚筒上缠绕，

15、使井底重箕斗向上运动；另一根钢丝根提升钢丝绳7连接，两根提升钢丝绳7的另一端则绕过安装在井架3上的天轮2，以相反的方向绳自滚筒上放松，处于井底车场的重矿车8，把矿车内的煤炭卸入井底煤仓9，再经过装载设备11把煤炭装入主井底的箕斗内。与此同时，已提至井口卸装位置的重箕斗4，通过井架3上的卸载曲轨5的作用。箕斗底部的闸门开启，把煤炭卸入地面煤仓6中。处于井上、井下的两箕斗分别通过连接装置与两使井口轻箕斗向下运动，从而完成了一次提升煤炭任务。图1-1 竖井单绳缠绕式提升系统示意图1提升机；2天轮；3井架；4箕斗；5卸载曲轨；6地面煤仓；7提升钢丝绳；8矿车；9井口煤仓；10给煤机；11装载设备多绳摩

16、擦轮提升机的工作原理是，钢丝绳不是固定在摩擦轮(主导轮)上，而是搭放在摩擦轮的摩擦衬垫上，提升容器悬挂在钢丝绳的两端。提升机工作时，拉紧的钢丝绳须以一定的正压力压紧在摩擦衬垫上，这样当电动机经过减速器带动主导轮旋转时，在钢丝绳与摩擦衬垫之间便出现一定的摩擦力，并带动钢丝绳产生与主导轮旋转方向一致的运动，从而实现容器的提升与下放运动。摩擦式提升机有单绳摩擦轮提升机和多绳摩擦轮提升机。两者工作原理是相同的，都是借助安装在摩擦轮上的衬垫与钢丝绳之间的摩擦力带动钢丝绳运动，从而实现容器的提升或下放。其区别在于前者只有一根钢丝绳搭放在摩擦轮上作为提升钢丝绳，而后者则有数根钢丝绳搭放在摩擦轮上作为提升钢丝

17、绳。多绳摩擦轮提升机与单绳摩擦轮提升机比较，在规格、性能、应用范围、机械结构和经济效果等方面都优越得多，就深井和大产量来说，是竖井提升的发展方向。但是，根据我国目前浅井多，斜井多的特点，单绳缠绕式提升机仍然是目前制造和使用的重点。对于部分深井和大产量的矿井，则应该合理地设计和选用多绳摩擦式提升机，而不宜设计和选用大型的单绳缠绕式提升机。目前，国产单绳缠绕式矿井提升机有新、旧两种系列KJ型及XKT型。KJ型是过去仿苏的产品，国内已不生产，但在我国已建矿井中应用很多，XKT型是我国自行设计的产品，它具有结构新、工艺好、强度大等特点，自1971年以来已生产了很多台。为了型号的统一，最近已将XKT型改

18、为JK型。摩擦式提升机在我国是五十年代末才开始发展起来的。近年来，摩擦式提升机有了迅速的发展，我国洛阳矿山机器厂生产的JKM型多绳提升机已成系列，目前在新建及扩建的大型矿井中广泛地采用。摩擦提升机具有构造简单、结构紧凑、质量小等优点，尤其在产量较大和井较深时优点更为突出。由于多绳摩擦提升机的出现，我国直径3.5米以上的单绳缠绕式提升机已停止系列生产。1.4矿井提升机的组成 矿井提升机主要由电动机、减速器、卷筒（或摩擦轮)、制动系统、深度指示系统、测速限速系统和操纵系统组成，采用交流或直流电机驱动。采用低速电动机时可不用减速器，电动机直接与卷筒主轴相连，或将电动机转子装在卷筒主轴的末端。传动功率

19、大时，可采用2台或 4台电动机同时驱动。制动系统是保证提升机安全运行的重要装置。遇紧急情况时，制动系统应通过可调节制动力矩的液压系统产生两级安全制动，以保证提升机及时停车又不产生制动过猛现象。交流电动机驱动的提升机，其制动系统还要具有灵敏的制动力矩可调性能，以准确控制提升机在临近停车点时的运行速度。矿井提升机的控制方式有手动、半自动和全自动等几种。1.5深度指示器的简介深度指示器是矿惊提升机的重要检测装置之一，它的作用是：（1） 向司机指示提升容器在惊筒中的运行位置；（2） 容器接近惊口停车位置时发出减速信号；（3） 当提升容器过卷时，推动装在深度指示器上的终点开关，切断安全保护回路，进行安全

20、制动；（4） 减速阶段，通过限速装置进行过速保护。深度指示器的类型较多，根据其动作原理可分为机械式、机械电气混合式及数字式等几种常用形式。我国生产的提升机主要采用机械牌坊式深度指示器及圆盘式深度指示器。单绳牌坊式深度指示器由两部分组成，一部分是与提升机主轴端成直角连接的传递运动的装置,即牌坊式深度指示器传动装置。另一部分是深度指示器，两者通过联轴器相连。提升机主轴的旋转运动由传动装置传给深度指示器，经过齿轮传给丝杠，使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转。当丝杠旋转时，带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动，即一个向上，一个向下。丝杠的转数与主轴的转数成正比，因而也与容器在井筒中位置相照应，

21、因此螺母上指针在丝杠上的位置也与之相对应，通过指针便能准确地指容器在井筒中的位置。梯形螺母上不仅装有指针， 而且还有装有挚子和碰铁，当提升容器接近井口卸载位置时，挚子带动信号拉杆上的销子，将信号拉杆渐渐抬起，同时销子在水平方向也在移动，当达到减速点时销子脱离挚子下落，装在信号拉杆上的撞针敲击信号铃，发出减速开始信号，在信号拉杆旁边的立柱上固定有一个减速极限开关，当提升容器到达一定位置时，信号拉杆上的碰块碰减速器开关的滚子进行减速，直到停车。若提升机发生过卷，则梯形螺母上的碰铁将把过卷扬极限开关打开，进行安全制动。信号拉杆上的销子可根据需要移动位置，减速极限开关和过卷扬极限开关的上下位置可很方便

22、的进行调整，以适应不同的减速距离和过卷距离的要求。限速凸轮有蜗轮带动，通过限速变阻器或自整角机进行限速保护，使提升机在减速阶段不致过速。在一次提升过程中每个凸轮的转角应在270-330度范围内。除传统的牌坊式深度指示器外,还有多水平监控器、设置在操纵台上的小牌坊式深指示器及园盘式指示器、计算机数显、图显指示器等。系统还设置有停车、过卷、指示器断轴等后备保护1.6本课题研究目的和内容矿井提升机设备是矿井的最大固定设备之一，其耗电量占矿山总耗电量的3040%，为降低矿石成本和做到安全生产，必须经济合理地选择与设计矿山提升设备。本课题研究的目的就是根据基本参数和要求，通过实践考察、计算、选型、校核，

23、选择与确定符合设计要求的矿井提升设备。本设计内容主要有：矿井提升设备选型设计、深度指示器设计、零部件选择计算和画出装配图及零件图。第二章 单绳缠绕式提升机设备选型设计2.1 提升设备的主要参数选择2.1.1 矿井为单水平提升，为充分利用设备能力，采用双容器箕斗提升。2.1.2 已知计算条件：（1）矿井年产量:=450000吨/年。（2）工作制度：年工作日数300天，每天工作小时数t=14h。（3）井深：=242m。（4）卸载水平至井口的高差，即卸煤高度（m）。对于箕斗提升因地面装设有煤仓等其=1825m，选用=20m。（5）井下装载水平与井下运输水平的高差，即装载高度（m），选用20m。（6）

24、其他条件：装载不均匀系数C=1.15，富裕系数1.2。2.1.3 提升容器的确定：（1）小时提升量：=147.86t/h （2）提升高度：=+=20+242+20=282m （3）经济提升速度：=0.4=0.4=6.72m/s （4）一次提升时间的估算：=u= + + 10 + 8= 68.36s 式中： 提取正常加速度，箕斗提升一般取0.70.85，可取0.8； u 箕斗在曲轨内减速或爬行所需附加时间，可取10s； 装卸载或换车休止时间，可取=8s。（5）一次提升量：Q1=2.81t 按Q的计算值可选用23t箕斗，故选用JL-3型立井单绳箕斗，载重Q=3000kg，自重Qc=3800kg，全

25、高Hr=7780mm。2.2 提升钢丝绳选择和计算2.2.1 选择钢丝绳的类型：按任务书所给参考，选取619普通钢丝绳。2.2.2 钢丝绳的计算：（1）钢丝绳的终端荷重：=+=3000+3800=6800kg式中 容器的载重量，即实际一次提升量，kg； 容器（包括连接装置）的重量，kg。（2）井架高度：取。式中 Hr容器全高（m），容器底至连接装置最上一个绳卡之间的距离，可在容器规格表中查取Hr=7.78m；箕斗在卸煤位置时，高出卸载煤仓溜煤口的高度，一般取0.30.5m，取0.5m；Hg过卷高度（m），容器正常卸载位置到钢丝绳最上一个绳卡与天轮接触的距离，按规程规定：对于箕斗提升Hg4m，取

26、Hg4m；Rt天轮半径，0.75Rt表示附加距离，是容器最上一个绳卡将要与天轮轮缘相接触时的位置至天轮水平轴线间的距离。（3）钢丝绳的悬锤长度： m（4）钢丝绳的单位长度重量： 式中 钢丝绳的公称抗拉强度，。一般以选用1550170为宜，这里选用155； 钢丝绳的静力安全系数。 结合推荐表1-5-5从钢丝绳标准（YB829-79）中可选用选择61931155普通圆股钢丝绳，查钢丝绳规格表：=3.383kg/m， ，d=31mm, =55450kg, =155（5）验算钢丝绳安全系数： 故首绳钢丝绳符合强度要求。2.3 单绳缠绕式提升机选择和计算2.3.1 计算滚筒直径： mm式中 已选定的钢丝

27、绳中最粗钢丝的直径，mm。2.3.2 钢丝绳作用在滚筒上的力（1）钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力：kg（2）钢丝绳作用在滚筒上的最大静张力差：kg根据以上计算，并按照设计任务书，决定选用2JK-2.5/11.5型单绳缠绕式矿井提升机，滚筒直径；宽度B=1.2m；。2.3.3 滚筒缠绳宽度及缠绳层数计算滚筒的缠绳宽度：式中 定期试验用的钢丝绳长度，一般取30mm；钢丝绳直径，mm；钢丝绳在滚筒上缠绕时，钢丝绳间的间隙，一般选用23mm，这里选用2mm；为在滚筒上缠绕的三圈摩擦圈。即钢丝绳在滚筒上作双层缠绕。2.3.4 提升系统的确定（1）天轮直径： 选择型天轮；（2）井架高度：m 取井架高度：（

28、3）天轮间距S，mm；其数值等于提升容器之间的中心距，取S1200mm。（4）两滚筒之间的中心距，其数值为a+B,mm；a为两滚筒之间的距离，可从1-1-5中查到a150mm,两滚筒之间的中心距是1350mm。（5）滚筒中心与井口的标高差C，通常工业场地较平坦时，C取1m（6）最大偏角、根据查表12内外偏角允许角度曲线知：钢丝绳内外偏角最大允许值 （7）提升系统的最小弦长计算滚筒中心至井筒钢丝绳之间的水平距离b此距离考虑对于有斜撑的井架，其斜撑的基础与井筒中心的水平距离约0.6Hj，另外考虑提升机在运输中钢丝绳的稳定性，所以Ls的最小距离按下面经验公式计算：取提升钢丝绳弦长： 钢丝绳的偏角计算

29、：外偏角：内偏角：（8）钢丝绳的仰角：滚筒下绳的出绳角（或称下绳仰角）钢丝绳弦与水平之间的夹角称滚筒钢丝绳的出绳角，出绳角大小影响提升机主轴的受力情况。大于零时钢丝绳拉力有一向上的分力能抵消一部分主轴的重力，减少它的重力弯矩，相对提高了主轴的强度。另外下出绳角过小，钢丝绳有可能与提升机基础想接触，会增大钢丝绳的磨损。为此出绳角不应小于提升机规格表中规定值。对于JK型提升机下出绳角不应小于15。即下出绳角值为：上绳仰角：2.3.5 电动机的预选式中 所需电动机功率，kw；矿井提升的阻力系数，取减速器的传动效率，减速器采用滑动轴承，；动力系数，箕斗提升一般取1.21.3，这里取。选用YR63010

30、/1180型电动机，； ；提升机的实际运行速度：2.4 提升系统运动部分变位质量的计算2.4.1提升机系统变位重量计算（1）有效载荷变位重量：（2）提升容器变位重量：（3）钢丝绳变位重量：式中 提升钢丝绳的全长，m；可按下式计算：（4）天轮变位重量：（5）提升机变位重量：（6）电动机变位重量：（7）总变位重量：2.4.2总变位质量：式中 重力加速度， 2.5 运动学计算2.5.1 确定速度图阶段：采用六阶段速度图2.5.2 确定提升加速度（1）初加速度aa=m/s式中 vm/s ； h（2） 主加速度a一般情况下：a1.2 m/s按减速器输出轴允许最大扭矩a m/s 选用ZHCR130减速器式

31、中=10.5吨米=/m按充分利用电动机过负荷能力a式中：F根据以上式，虽可以取加速度为1m.但考虑到该矿年产量不大。井也较浅。为此选用a=0.8m/s（3） 减速度aa=取a 2.5.3 爬行距离及爬行速度采用自动控制 V2.5.4 速度图参考计算（1） 初速度加速阶段a ht（2） 主加速阶段a th（3） 减速阶段atht（4） 爬行阶段V=0.5m/s h=3mt=（5） 等速阶段h=282-2.35-27-30.4-3=219.25mt=（6）一次循环提升时间T取=8s t=1s(近似的取停车时间为1s) 所以T=65.6s2.6 动力学计算2.6.1 提升开始时F43910.48=6

32、5112.6.2 初加速度终了时F+2Phx=6511-23.3832.35=64952.6.3 主加速开始时F2.6.4 主加速终了时F2.6.5 等速开始F7717-43910.8=42042.6.6 等速终了时F= F-2Ph=4204-23.383219.25=27212.6.7 减速开始时F= F-ma=2721-43910.74=-5282.6.8 减速终了时F= F-2Ph=-528-23.38330.4=-7332.6.9 爬行开始时F= F+ma=-733+43910.74=25162.6.10 提升终了时F= F-2Ph=2516-23.3833=24962.7 提升能力验

33、算2.7.1 年实际提升能力：2.7.2 小时的最大提升能力：t/h2.7.3 提升能力富裕系数：即设计符合要求。2.8 验算电动机容量2.8.1 按等效容量计算：（1）求 = = +32.5+ =964.6410（2）求等效时间T T=（3）求等效力FF=（4）电动机等效功率PP=KW经验算 1.1（满足要求）2.8.2 按工作过负荷验算2.8.3 特殊过负荷效验：调绳时打开离合器作单钩提升F=kg所选用的电动机是能够满足运转中的实际需要的。2.9 提升设备的电耗及效率计算2.9.1 一次提升的电耗W= = + =1.9910W=4.79度/次 其中=0.9152.9.2 提升每吨煤的实际电

34、耗WW=度/吨2.9.3 提升机效率W=2.32度/次=由以上可知，设计完全符合要求。图2-1 提升速度图力图第三章 深度指示器的设计 3.1 深度指示器的概述 深度指示器是与矿井提升机配套使用的重要设备之一，它是用来指示提升容器在运行中的相应位置。目前使用的深度指示器有：圆盘式及牌坊式两种。2Jk系列单绳缠绕式提升机的深度指示器为牌坊式，牌坊式深度指示器是由两部分组成的，一个是与提升机主轴轴端成直角连接的装置叫做深度指示器传动装置，另一个通过联轴器与传动装置连接的叫做牌坊式深度指示器。它的工作原理图如下： 图31 传动原理图1游动卷筒限速圆盘 2游动卷筒限速板 3提升机主轴 4主轴上大锥齿轮

35、 5固定卷筒限速开关 6固定卷筒限速板 7自整角机深度指示器的工作原理是：提升机主轴的旋转运动由传动装置传给深度指示器，经过齿轮传给丝杠，使两根垂直丝杠以互为相反的方向旋转。当丝杠旋转时，带有指针的两个梯形螺母也以互为相反的方向移动，即一个向上，一个向下。丝杠的转数与主轴的转数成正比，因而也与容器在井筒中位置相照应，因此螺母上指针在丝杠上的位置也与之相对应，通过指针便能准确地指容器在井筒中的位置。3.2 总传动比的确定根据井深和丝杠行程为,可知： 根据上述情况选择丝杠的导程为有以上各式可得总传动比为。3.3 蜗轮和蜗杆轴的尺寸设计3.3.1 蜗轮和蜗杆的设计（1）根据其工作情况,选用8级精度.

36、（2）根据其工作环境,选用材料为.（3）根据普通圆柱蜗杆基本尺寸和参数及其蜗轮参数的匹配和其在深度指示器的位置关系及匹配,选用传动平稳，振动，击和噪声均较小的组蜗轮和蜗杆,以获得较大的传动比，基本尺寸：轮的一系列的尺寸参数都已经标准化了，根据标准参数和实际的需求确定蜗轮和涡杆的加工尺寸。根据上述尺寸,确定蜗轮的基本尺寸如表31：表31模数m5齿数62分度圆直径310齿顶高系数1变位系数0分度圆齿厚精度等级8cGB10089-88配对涡杆图号A1齿数1公差组检验项目公差值0.1250.0710.0280.022与之相对应的蜗轮的基本尺寸如表32:表32类型阿基米德模数m5齿数1分度圆直径90齿行

37、角 20齿顶高系数1导程角31047螺旋方向右旋根据涡杆的宽度可以确定涡轮的宽度，根据齿宽系数的选择原则，可得涡杆的宽度为，据此可以得到涡轮的宽度为。3.3.2 直齿圆柱齿轮的设计蜗杆上的直齿圆柱齿轮主要用于提供足够的传动比来满足丝杠的要求,受的力和转矩不大，选用直齿圆柱齿轮来传动。（1）深度指示器为一般的工作机器，速度不高，选用7级精度。（2）选择小齿轮材料为40cr，硬度为280HBS，大齿轮为45钢，硬度为240HBS，两者材料硬度相差40HBS。（3）选取小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为，模数为蜗杆轴上的直齿轮的尺寸如表33：表33名称代号计算公式大齿轮小齿轮模数m4分度圆直径d3208

38、0齿顶高系数1齿厚s齿顶圆直径32888变位系数x0精度等级7HK(GB10095-88)齿宽B6055（4）大小齿轮的中心距为。 其中齿顶高系数，顶隙系数都是标准化的。3.3.3 蜗杆上的锥齿轮的设计(1) 蜗杆上的锥齿轮采用=90的传动；(2) 由于深度指示器为一般的工作机器，速度不高，选用7级精度；(3)选用45号钢正火，硬度为160-217HBS，查得弯曲疲劳极限应力，查得接触疲劳极限应力。确定许用接触应力确定许用弯曲应力，查表的取载荷系数，。初步选取齿轮的参数 计算中心距（已知） 齿数：取，故传动比模数 按表取 锥距 齿宽 取 根据其在深度指示器中的作用，为了安装的方便和对分度圆直径

39、大小的要求，设定其齿数相等，模数为表准模数。蜗杆上的锥齿轮的尺寸如表34:表34名称代号计算数据小齿轮大齿轮分锥角齿顶高齿根高分度圆直径d锥距R齿根角顶锥角根锥角顶隙cC=0.8当量齿数齿宽B分度圆齿厚s3.4 轴的设计3.4.1 深度指示器中的轴的设计（1） 确定轴的最小直径由于深度指示器的主轴不传力,只是提供足够的传动比和改变空间布局,提高支撑作用,所以指定轴的最小直径尺寸为.（2） 轴的结构设计a 初步选择滚动轴承因轴受到径向力和轴向力的作用,因此选择单列锥滚子轴承。参照工作要求并根据，有轴承产品目录中初步选择0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30206，其尺寸为。右端滚动轴承采

40、用轴肩进行定位。由手册上查的该型轴承的定位轴肩高度，因此取。b 取安装齿轮处的轴段，齿轮的左端与轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此段轴应略短于轮毂宽度，故去。齿轮的右端采用轴肩定位。直齿轮和锥齿轮之间用套筒进行定位，长度为。c 为了整体的尺寸配比，齿轮距箱体内壁的距离为，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁有一段距离，取。由此可以确定轴的各部分长度：d 轴上零件的周向定位 直齿轮和锥齿轮的轴向定位均采用平键连接，根据直径尺寸查的平键截面（GB/T1095-1979），键槽用键槽铣刀加工，长为，同时为了保证齿轮于轴配合有良好的对中性，

41、故选择齿轮的轮毂与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴饿直径尺寸为。e 取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见图。图3-23.4.2 传动成分中的轴的尺寸设计（1）确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。根据实际的工作环境和弯扭条件的需求，确定轴的最小尺寸为。根据图的布置情况和实际的传动需求，最小直径的左端安装小锥齿轮，右端安装联轴器，为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相配合，故需要同时选定联轴器的型号。由于传动轴中的转矩很小，而且变化不大，按照计算转矩小于联轴器公称转矩的条件，查标准手册，选用HL3型弹性柱销联轴器，半联轴器的长度为，半联轴器与轴配合的毂孔长度。

42、（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a 为了满足半联轴器的轴向定位的要求，第八段轴左端需制出一轴肩，故取第七段的直径为，右端采用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度为，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不在轴的端面上，故第八段的长度应略段一些，取。b 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有轴向力和径向力，故选用角接触球轴承。参照工作要求要求并根据两段轴的直径，即第二段和第七段的直径，在轴承产品目录里初步选择轻窄系列，标准精度级的角接触球轴承7208c，其尺寸为，第二段的长度为，第七段的长度为。右端滚动轴承用轴肩进行定位。根据手册上的查得轴承定位轴肩高度为，因此取第六段的轴的直径为。第三

43、段的轴的长度为，直径为，这是根据轴的空间安装尺寸的需要和传动的平稳性来定的。第四段上的滚动轴承和前两个的尺寸是一样的，也是角接触球轴承，它的尺寸为，通过套筒和双半联轴器相连，为了使套筒端面压紧在联轴器上，此段套筒长度为。根据轴的直径选择联轴器，查手册，选用HL4型弹性柱销联轴器，半联轴器的长度为，半联轴器与轴配合的毂孔长度为。中间的传动轴用套筒连接，尺寸是可以调节的，用于满足不同的工作环境和工作地点，需要的传动轴长度不同的需要。整段轴的长度大约一点二五米。至此，已定了各段长度尺寸和各段直径。从做到右的各段尺寸长度如下：（3）轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器的周向定位均采用平键连接。齿轮和轴的连

44、接处，根据轴的直径可选，键槽用键槽铣刀加工，长度为，同时为了保证齿轮与轴的配合有良好的对中性，故选齿轮轮毂与轴的配合；同样，半联轴器与轴的连接， 右选用，中间的两个半联轴器的连接选用，半联轴器和轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处的选轴的直径尺寸公差为。（4）确定轴的上面的圆角和倒角取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为。图3-33.4.3 传动成分轴的轴的所用大小锥齿轮的设计（1）根据传动方案，选用直齿圆柱锥齿轮传动（2）因为深度指示器为一般工作机器，速度不高，故可以选择7级精度齿轮传动（GB10095-88）。选择小锥齿轮的材料为40（调质处理），大齿轮 材料为45钢（

45、调质），硬度为240HBS。查得弯曲疲劳极限应力，查得接触疲劳极限应力。确定许用接触应力，查表得确定许用弯曲应力，查表得选取载荷系数，。计算锥距，选取，大锥齿数 ，则大端面模数由 得 查GB12368-90，取平均模数为：取 齿宽 故取分度圆直径：大端齿顶圆直径：取根据国标的要求和装配的要求，确定了大小锥齿轮的基本尺寸，模数为，基本尺寸如表3-5所示：表3-5名称代号计算尺寸小齿轮大齿轮模数3分锥角111835784125齿顶高齿根高分度圆直径锥距齿根角12951顶锥角124826801116顶隙0.6分度圆齿厚4.7当量齿数20102齿宽503.5 丝杠的选择丝杠是深度指示器的重要部件，它是

46、深度指示器能够正常工作的重要保证。本设计选用两个行程为的丝杠，为深度指示器提供足够的矿井提升机在井中所处位置的准确信息。根据井深的距离和对丝杠行程的要求，由于深度指示器的传动比较精确，选用C级的精度等级的丝杠。设丝杠的平均工作载荷，丝杠的有效行程为1.2米。初选导程为，使用寿命为左右，丝杠的材料为45钢调质处理，滚道硬度为。3.5.1 计算载荷:查表得: 3.5.2 初算额定动载荷的计算值:根据的值,并考虑各种因素的影响并根据国标的尺寸和参数的要求，现选定丝杠的型号为的丝杠,该丝杠的一些具体的基本尺寸，列于表3-6：表3-6名称代号尺寸标称直径d导程p丝杠行程s螺旋升角339接触角滚珠直径丝杠

47、内径43.9763.6 箱体的设计3.6.1 传动轴上的轴承座的尺寸设计传动轴上的轴承座，是支撑整段轴平稳运行的保证。由于在矿井提升机的整体安装的设置中，根据具体的工作环境的要求，轴承座的具体高度的要求也不太一样。在本设计中，根据大多数情况下的环境进行设计。据此，现设定以下尺寸参数（其参数可以根据具体的工作环境加以改变）： 长度设定为，宽度为，高度为，和地面相连接的底座部分的高度为，通过四个紧固螺钉与工作平台相连。由于它支撑整段轴，所以对材料有较高的要求，本轴承座选用铸铁形式的铸件。3.6.2 支撑盖的尺寸设计支撑盖的作用是把传动轴和矿井提升机通过紧固螺钉连接起来，形成一个整体。采用铸铁的材料

48、进行铸造。它的成本较低，同时能够满足本设计的要求。现设定以下参数尺寸（起数据可以根据矿井提升机的主轴大小进行调整）：它的直径为400毫米，长度为350毫米，厚度为40毫米。通过的螺钉与主轴相连。3.6.3 深度指示器的箱体尺寸设计深度指示器的箱体采用铸铁形式的铸件。它的上半部分装深度指示器的传动轴，蜗轮蜗杆，还有其它基本零件。下半部分为支撑部分，提供指示器所需要的高度，有利于观看。它的上半部分的长，宽，高可以都设为600毫米，厚度为40毫米；下半部分的长，宽，高，尺寸一样，在底部形成一个长，宽为800毫米，高为100毫米，厚为50毫米的台阶。3.7 限速圆盘的设定 限速圆盘的作用是和限速凸轮一

49、起工作，当指示器的主轴转速带动丝杠的转速超过一定限度时，限速圆盘就将开始工作，保证深度指示器的正常工作。在正常情况下，它几乎不受力的作用，选用45号钢做为其材料，根据深度指示器的总体布置图和实际工作情形，它的尺寸做如下设置：直径为750毫米，厚度为70毫米。采用腹板式进行加工制造。具体的尺寸为国标所提供的参数要求加工。限速圆盘装在75毫米直径的轴上。第四章 设计计算4.1 丝杠的稳定性验算由于丝杠采用的是双推简支式安装方式，为两端固定，稳定可靠。4.1.1 验证不会发生共振的最高转速临界转速。 要求丝杠的最大转速。其中：临界转速系数，因为深度指示器的丝杆的转速（根据天轮滚筒的转速，通过传动比来

50、确定丝杠的转速）为 所以，丝杠工作时不会发生共振。4.1.2 此外，丝杆还受的限制，通常要求：所以，该丝杠工作稳定。4.1.3 刚度验算 丝杠在工作负载F和转矩T的共同作用下引起每个导程的变形量其中：A：丝杠截面积， ：丝杠的极惯性矩G： 丝杠的切变模量，对钢G=83.3GPa: 摩擦角，其正切值为摩擦系数取 tan=0.0025,则得，按最不利的情况取 则丝杠在工作上的弹性变形所引起的导程误差为：通常要求丝杠的导程误差应小于其传动精度的二分之一，即该丝杠的导程误差满足上式，所以其刚度满足要求。4.1.4 效率验算丝杠的传动效率：要求在90%95%之间，所以该丝杠符合要求。经上述计算验证，该型号丝杠的各项性能均符合题目要求，可选用。4.2 轴的校核4.2.1 求轴上的载荷由于深度指示器的内部轴的受力和受的扭矩不大，所以为了校核轴的强度，特设定一定数量的力。根据轴的结构图作出轴的计算简图。然后根据简图作出轴的弯矩图和扭矩图，轴的载荷分布图如4-1所示:图4-1本设计轴的验算是把锥齿轮受的力和直齿轮的力综合来考虑的。有载荷分布图可知，中间段，也就是在直齿轮和锥齿轮的部