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JHMB-28慢速绞车设计含6张CAD图,文本
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JHMB-28慢速绞车设计摘要JHMB-28型慢速绞车是一种典型的矿山辅助搬运设备。该型绞车主要适用于煤矿井下有煤尘或爆炸性气体环境中在倾角小于30的巷道牵引重物以及采煤工作面液压支架的撤移、调向和搬运之用。本次设计的绞车主要采用齿轮-蜗杆传动系统传动，包括圆柱直齿轮传动和圆弧蜗轮蜗杆传动。蜗杆用轴向剖面为圆弧形的砂轮进行精加工，可获得较高的精度，具有承载能力大，传动效率高的优点，被广泛用于冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备中。该绞车结构紧凑，外形尺寸小；结构为近似布置，外形美观，成长条形，底座呈雪橇状，实现了可移动性，运转平稳，安全可靠，操作方便。绞车又称为卷扬机,主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖,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。 本次设计的思路是先以给定的数据确定钢丝绳的直径参数，而后计算卷起钢丝绳的卷筒的各个尺寸参数，通过给定的数据推出电动机的转速和功率，从而选择电动机，确定传动比，再分配给各个减速器计算其各个参数，最后计算及校核各轴、联轴器、制动器等机构零件。本文主要阐述了慢速绞车的发展和对慢速绞车的具体设计以及零部件的选用过程，本次设计中把两级齿轮分别装在电动机和卷筒的两侧，使结构紧凑，外形尺寸小，减少底座材料的使用降低了成本；成长条形，底座呈雪橇状，实现了可移动性，运转平稳，安全可靠，操作方便。由于该机器用于矿场上，所以必须具有一定的防爆能力，故而选用防爆电动机代替原来的鼠笼式电动机。关键词：慢速绞车；圆弧蜗轮蜗杆；结构紧凑；可移动vDESIGN OF JHMB-28 LOW-SPEED WINCHAbstractThe JHMB-28 slow winch is a typical mine auxiliary handling equipment. This type of winch is mainly suitable for the removal, adjustment and handling of roadway traction weights with an inclination of less than 30 and hydraulic support for coal mining face in coal mine underground environment with coal dust or explosive gas.The winch mainly adopts gear-worm transmission system, including cylindrical straight gear transmission and circular worm gear transmission. Worm with axial profile of Arc wheel for precision processing, can obtain higher accuracy, has a large carrying capacity, the advantages of high transmission efficiency, is widely used in metallurgy, mining, chemical, construction, lifting and other mechanical equipment.The winch has compact structure and small shape. The structure is approximately arranged, the appearance is beautiful, the shape is long, and the base is sleigh, which realizes mobility, smooth operation, safe and reliable, and convenient operation.The winch, also known as a hoist, is mainly used in the lifting or towing of materials such as buildings, water Conservancy projects, forestry, mines, and docks. It is a light and small lifting device that uses a coil to twine wire ropes or chains to lift or pull heavy weights.The idea of this design is to first determine the diameter parameters of the wire rope with the given data, and then calculate the dimensions of the reel of the rolled wire rope, and use the given data to derive the speed and power of the motor, thus selecting the motor. Determine the transmission ratio, Reassigned to each speed reducer to calculate its various parameters, and finally calculate and check each shaft, coupling, brake and other institutional parts.This paper mainly describes the development of slow winch, the design of slow winch and the selection process of parts. In this design, the two gears are installed on the sides of the motor and reel respectively, so that the structure is compact and the shape is small. The reduction in the use of base materials reduces the cost; In the shape of a long strip, the base is sledge-shaped, which realizes mobility, smooth operation, safe and reliable, and easy to operate. Since the machine is used in the mine, it must have a certain explosion-proof capability. Therefore, the explosion-proof motor is used instead of the original rat cage motor. The winch mainly adopts gear-worm transmission system transmission, including cylindrical straight gear transmission and circular worm worm transmission. Worm with axial profile of Arc wheel for precision processing, can obtain higher accuracy, has a large carrying capacity, the advantages of high transmission efficiency, is widely used in metallurgy, mining, chemical, construction, lifting and other mechanical equipment.Key words: slow winch; Round arc worm worm; Compact structure; movable目 录摘要iAbstractii1绪论11.1引言11.2概述21.2.1慢速绞车结构的分析21.2.2电气设备21.2.3制动部分21.3减速器31.4中间轴装置31.5卷筒装置31.6底座31.7慢速绞车的布置方式31.8国内外绞车的概述42总体设计72.1设计条件72.2原始数据72.3传动方案的拟定73电动机的选择93.1电动机类型和结构型式93.2系统的总效率93.3电动机的功率93.4电动机的转速104卷筒的确定114.1卷筒的概述114.1.1卷筒的结构114.1.2卷筒的材料114.2卷筒尺寸的计算115 减速器的选择144.3减速器的主要型式及其特征144.4减速器的分类144.5常见减速器的特点144.6减速器的选择155联轴器的选择165.1联轴器的概述及分类165.2联轴器的选择167 制动器的选择175.3制动器的概述175.4制动器的分类175.5制动器的选用176中间轴装置的设计196.1中间轴上高速级齿轮的设计196.2中间轴上低速级齿轮的设计226.3轴的设计计算256.4轴的作用256.4.1轴的分类256.4.2轴的设计计算267系统传动部件的校核277.1中间轴上键的校核277.2中间轴上轴承的校核28结论29参考文献30致谢31设计说明书1 绪论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自动化。煤炭工业的机械自动化是指采掘、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。我国轿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。. 在很久以前人们就用一种叫绞盘的器械来拖曳提升重物，它可以提升比自己重的物体。它是由轴穿过卷筒组成的机械，人通过手搅动杆通过卷筒绕绳提升重物。人类在公元前二千年就设计并制造出曲柄砂轮，现在我们把它叫做绞车它是通过原动机驱动卷筒缠绕绳索的提升或者拖拽重物的机械。绞车的结构有电动机驱动蜗轮蜗杆或者齿轮减速器再由卷筒、绳索及制动装备组成。绞车是工业生产中的一种最常见的机械之一，历史比较悠久结构也相对成熟设计制造技术也相当发达绞车在多年的发展中功能领域已经走向多元化，目前主要运用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等众多领域。在采矿和货物运输方面绞车起着至关重要的作用。在货物提升和拖运中要就要考虑到诸多环保节能和安全因素因此在这方面绞车的运用还有待于改进。在港口运输方面和港口闸门启闭机，有集装箱起重机等起重机械还有塔式起重机等它们主要靠绞车来驱动这么多领域的绞车就要考虑到其通用性。还有在水利工程机械和海洋开发等方面也需要绞车机械的大力支持。总得来说绞车的用处还是非常广泛的在不同领域都有其不同的作用其形态结构也不同。因此为了能够更好的研究绞车我们需要从各个领域不同功能的绞车的结构以及各部分参数来出发。1.2 概述绞车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。绞车可以单独使用，也可以作为起重、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、移置方便而被广泛应用。目前，绞车正被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可做现代化电控自动作业线的配套设备。本课题所研究的JHMB-28慢速绞车也是绞车里的一类。慢速绞车又称回柱绞车，是用于煤矿井下回收支柱的设备。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回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱。同时，慢速绞车也是煤矿井下所使用的一种特制的防爆绞车,它可以缓慢但是稳定的完成复杂的卷扬任务,是当代煤矿必不可少的机械装备。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方面，作为安装、回收牵引各种设备和备件之用。绞车的用途多种多样，所以它们的结构也各种各样，性能特点也是大不相同的。为了更好的研究绞车的结构和性能特点，则需要对绞车的组成和分类进行仔细深入地探讨。1.2.1 慢速绞车结构的分析本绞车由电动机、底座、柱销联轴器、电力液压块式制动器、圆弧圆柱蜗杆减速器、齿轮罩、中间轴装置和卷筒装置等组成。1.2.2 电气设备1. 防爆电动机 2. 隔爆可逆真空电磁起动器 3. 隔爆磁力起动器 4. 控制按钮1.2.3 制动部分本绞车的制动部分由制动器和带制动轮的弹性柱销联轴器两部分组成，安装在电动机与减速器之间。1.3 减速器本绞车采用圆弧圆柱蜗杆减速器，其蜗杆用轴向剖面为圆弧形的砂轮进行精加工，可获得较高精度，具有承载能力大，效率高的优点。1.4 中间轴装置 中间轴装置位于减速器和减速器和卷筒装置之间，起减速作用。该部件由轴承座、轴承、轴和齿轮等零件组成。其采用了双列向心球面滚子轴承，承载能力较大，且具有一定的自动调心性能，有利于安装调整。1.5 卷筒装置卷筒装置由主轴、轴承座、卷筒和大齿轮等零件组成。主轴两端固定在轴承座上，卷筒内孔两端的圆锥滚子轴承支承在主轴上，固装在卷筒上的大齿轮外侧面设有压板，以便钢丝绳从绳孔穿入并紧固绳头。1.6 底座底座采用钢板、型钢焊接而成，底座上备有基础孔及锚固、打支柱的柱窝等稳车的位置，以供使用。1.7 慢速绞车的布置方式慢速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，据距回采工作面约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，多了一个九十度拐弯，摩擦阻力增大，钢丝绳容易损坏。按照这种方式布置回柱绞车，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。因为运料工人要经常从机体旁经过，齿轮一定要封闭，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需要移动绞车，并且需要移开柱子，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，甚至回柱绞车有被埋得危险。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。此种布置方式对浅截深的机采工作面尤为需要。1.8 国内外绞车的概述我国矿用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绞车有日本的、苏联的，因此当时生产的矿用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绞车。国外矿用绞车的种类、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，所有的回柱纹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，安装搬运方便当今世界是科技突飞猛进的时代，技术的更新更是日新月异，慢速绞车呈现出如下特点：(1)向标准化系列化方向发展，苏联月本、美国、德国、英国已有矿用绞车国家标准.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，有时也用于运搬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。332 总体设计2.1 设计条件1)机器用途:煤矿井下有煤尘或爆炸性气体环境中和其他矿山在倾角小于 30的巷道牵引重物及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%;2.2 原始数据表1 基本参数与尺寸型号JHBM-28钢丝绳外层最大静张力（kK）280钢丝绳平均静张力（kK）320钢丝绳平均绳速（m/s）0.04 0.17卷筒容绳量（m）250钢丝绳直径（mm）30钢丝绳结构绳619钢丝绳公称抗拉强度（MPa）16702.3 传动方案的拟定 根据已知条件，并结合参考资料，拟定慢速绞车的三种传动方案，如下所示： （a） : （b）（c） （a）方案采用二级圆柱齿轮减速器，适合于繁重及恶劣条件下长期工作，使用维护方便，但结构尺寸较大；（b）方案采用蜗杆减速器，蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其传动更低，且蜗杆尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率，减小蜗杆结构尺寸，通常将其布置在高速级。(c)方案采用一级圆柱齿轮减速器和开式齿轮传动，成本较低，但使用寿命较短。比较上述三种方案，（b）方案结构简单,而且占用的空间小,适合井下狭窄空间。第一级采用蜗杆机构也符合回柱绞车传动比大的要求,适合慢速绞车牵引重物及对采煤工作面液压支架的撤移、调向和搬运等间歇性工作，并且安全系数较高，所以经过比较,最终我选择此种传动方案。3 电动机的选择3.1 电动机类型和结构型式根据电动机工作电源的不同，电动机有交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护不方便，因此无特殊要求时不宜采用，工业上一般采用交流电动机。电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机，电动机按转子的结构可分为鼠笼型异步电动机和绕线型异步电动机。绞车属于非连续制工作机械，且起动、制动频繁。因此，选择电动机应与其工作特点相适应。慢速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,故绞车的电动机需要选用矿用防爆电机。防爆电机的选型原则是安全可靠、经济合理、维护方便,同其它的防爆电气设备一样应根据危险场所的类别和区域等级以及在该场所存在的爆炸性混合物的级别、组别来选用。在这里我们选用YB3S系列防爆电机，结构为封闭卧式结构。3.2 系统的总效率传动装置的总效率：=1*2*3 *4*5式中为从电动机到绳筒之间各传动机构和轴承的效率圆弧圆柱蜗杆减速器：1=0.909由机械设计手册第3卷表251-66弹性柱销联轴器：2=0.99由机械设计课程设计附表1-1圆柱齿轮传动：3=0.97由机械设计课程设计附表1-1卷筒圆锥滚子轴承：4=0.98由机械设计课程设计附表1-1中间轴调心滚子轴承：5=0.98由机械设计课程设计附表1-1所以系统的总效率：=0.9090.990.97 0.980.98=0.8133.3 电动机的功率卷筒所需功率：Pw = F*v/1000试设钢丝绳的速度 ：v = 0.14 ms所以：Pw = 28010000.141000 = 39.2 KW则所需电动机功率：Pd = Pw = 39.20.81 = 48.67 KW3.4 电动机的转速因为是在井下工作,要考虑到其安全可靠性,所以选用防爆电机，即YBS系列防爆三相异步电机,同步转速为750m/min,满载时转速为740r/min。4 卷筒的确定4.1 卷筒的概述4.1.1 卷筒的结构卷筒结构形式较多，可按下述方法分类：按照制造方式不同可分为铸造卷筒和焊接卷筒。铸造卷筒应用广泛。绞车的卷筒大多为铸铁卷筒，成本低，工艺性好。按照卷筒缠绕层数的不同可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。绞车主要使用多层缠绕卷筒。按照卷筒内部是否带有筋板，可分为带筋板卷筒和不带筋板卷筒。按照结构的整体性，卷筒可分为整体式卷筒和分体装配式卷筒。按照转矩的传递方式来分，常采用端侧板周边大齿轮外啮合式和筒端或筒内齿轮内啮合式。4.1.2 卷筒的材料由于考虑到卷筒材料具有良好的铸造性和焊接工艺性，且货源广泛，在本设计中选取材料QT450-10，极限应力、。4.2 卷筒尺寸的计算下图为卷筒装置的装配图：图11 齿轮2、9 、14螺栓3 螺母4、10、13 垫圈5 挡油圈6 轴7 卷筒8 垫圈11 轴承座12 轴端垫圈16 轴承座17 轴承18 绳卡如下表格是有关卷筒的一些参数：表格2钢丝绳直径dmm30卷筒直径Dmm550卷筒宽度Bmm730电机转速nrpm740YB3S-55电机功率NKW55i213.2196796i=n/n1传动总效率0.813卷筒转速rpm3.470598968=n/i钢丝绳缠绕直径第一层D1mm580第二层D2mm631.9615242D2=D1+2dsin(60/180*)第三层D3mm683.9230485第四层D4mm735.8845727第五层D5mm787.8460969第六层D6mm839.8076211每层缠绕钢丝绳圈数n24.33333333n=B/d钢丝绳缠绕长度第一层L1m43.73096974L1=D1*23第二层L2m47.64877636第三层L3m51.56658299续第四层L4m55.48438962第五层L5m59.40219624第六层L6m63.32000287缠绕钢丝绳总长度（4层）Lm198.4307187L=L1+L2+L3+L4缠绕钢丝绳总长度（5层）Lm257.832915缠绕钢丝绳总长度（6层）Lm321.1529178缠绕钢丝绳速度第一层v1m/s0.105397679v1=D1/1000/2*/60第二层v2m/s0.114840135第三层v3m/s0.12428259第四层v4m/s0.133725045第五层v5m/s0.143167501第六层v6m/s0.152609956平均绳速4层vm/s0.1195613625层vm/s0.124282596层vm/s0.129003818钢丝绳平均静张力（4层）F平均KN373.9920581钢丝绳平均静张力（5层）F平均KN359.7849061F平均=N*/v钢丝绳平均静张力（6层）F平均KN346.6176489F平均=N*/v钢丝绳外层最大静张力（4）F外层KN334.3801446F=N*/v4钢丝绳外层最大静张力（5）F外层KN312.3264693F=N*/v5钢丝绳外层最大静张力（6）F外层KN293.0018538F=N*/v6卷筒所需功率（4层）PwKW44.715Pw=F*v/1000卷筒所需功率（5层）PwKW44.715Pw=F*v/1000卷筒所需功率（6层）PwKW44.715Pw=F*v/1000卷筒转速n1rpm3.470598968n1=60*1000*v5/*D5卷筒挡板直径Dmm967.84609695 减速器的选择4.3 减速器的主要型式及其特征减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力机与工作机之间作为减速的传动装置；在少数场合下也用作增速的传动装置，这时就称为增速器。减速器由于结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简单，并可成批生产，故在现代机器中应用广泛。4.4 减速器的分类按照传动结构的特点，可将减速器分为四大类：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速装置。其中圆柱齿轮减速器又可分为渐开线圆柱齿轮减速器和圆弧齿圆柱齿轮减速器。圆锥齿轮减速器可分为渐开线圆锥齿轮减速器、双曲面齿轮减速器和圆弧齿圆锥齿轮减速器。蜗杆减速器可分为圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器。行星齿轮减速装置可分为渐开线行星齿轮减速装置、少齿差行星齿轮减速装置、摆线针轮减速装置和谐波齿轮减速装置等等。4.5 常见减速器的特点1）圆柱齿轮减速器的主要特点是中心距，公称传动比等主要参数均经优化设计，主要零、部件互换性好。体积小、重量轻、精度高、承载能力大、效率高，寿命长，可靠性高、传动平稳、噪音低。2）圆锥齿轮减速器由于圆锥齿轮的精加工比较困难，允许圆周速度又很低，故圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器。 3） 蜗轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。4） 行星齿轮减速装置的特点是传动效率可以很高（单级达到9699），传动比范围广，传动功率可从12W50000W，体积和重量比普通齿轮、蜗杆减速器小得多，结构比较紧凑。但价格略贵，结构比较复杂，制造精度要求较高。4.6 减速器的选择根据绞车的工作环境及工作要求，并且查阅相关资料可知，圆柱蜗杆减速器在绞车的使用中比较广泛，故选择圆柱蜗杆减速器。1）减速器输出转速取蜗杆传动的传动比： i1 = 20则减速器输出转速 ：n1 = N0i1 = 74020 = 37 rmin2）减速器输入功率 ：P1 = P0*2 = 550.99 = 53.9 KW3）减速器输出功率 ：P2 = P1*1 = 53.90.909 = 49 KW4）减速器输出转矩T2 = 9550*P2n1 = 95504929.6 = 15809.154 N.m由圆弧圆柱蜗杆减速器（江苏省金象减速机有限公司）表14、15得f1 = 1.25f2 = 1，所以P1j = P1*f1*f2 = 53.91.251 = 67.382 KWT2j = T2*f1*f2 = 15809.1541.251 = 19761.442 N.m则由续表12选减速器型号为 CWU400如上数据列成表格如下：表格3减速器输入功率P1KW53.9055减速器输出功率P2KW49.0000995P2=P1*1减速器输出转矩T2N.m15809.15372T2=9550*P2/n1系数f11.25f21计算输入功率P1jKW67.381875P1j=P1*f1*f2计算输出转矩T2jN.m19761.44215T2j=T2*f1*f2中心距amm400由机械设计手册表23.5-18齿数比z2/z151,/2模数m13蜗杆直径d1mm119蜗轮直径d2mm663变位系数x20.692蜗杆线速度vm/s4.610810818v=740*d160000则选减速器型号为CWU4005 联轴器的选择5.1 联轴器的概述及分类联轴器是联接两轴或轴和回转件，在传递运动和动力过程中一同回转而不脱开的一种装置。此外，联轴器还可能具有补偿两轴相对位移、缓冲和减振以及安全防护等功能。按照联轴器的性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器或称固定式刚性联轴器，这种联轴器虽然不具有补偿性能，但有结构简单、制造容易、不需维护、成本低等特点而仍有其应用范围；挠性联轴器中又分为无弹性元件挠性联轴器(也称可移式刚性联轴器)和带弹性元件挠性联轴器，前一类只具有补偿两轴相对位移的能力，后一类除有补偿性能外还具有缓冲和减振作用，但在传递转矩的能力上，因受弹性元件的强度限制，一般不及无弹性元件联轴器。带弹性元件联轴器中按弹性元件的材质不同，又可再分为金属弹性元件和非金属弹性元件，金属弹性元件的主要特点是强度高、传递转矩能力大、使用寿命长、不易变质且性能稳定。非金属弹性元件的优点是制造方便，易获得各种结构形状，且具有较高的阻尼性能。5.2 联轴器的选择弹性柱销联轴器传递转矩的能力很大，结构简单，安装、制造方便，耐久性好，具有一定的缓冲吸震能力，允许被连接两轴有一定的轴向位移以及少量的径向位移和角位移，适用于轴向窜动较大、正反转变化较多和启动频繁的场合。因此，依据矿用轿车的使用情况可以选取弹性柱销联轴器。弹性柱销联轴器型号：LHZ4（Y型轴孔）由机械设计手册-联轴器、离合器与制动器 22-117 表22.5-387 制动器的选择5.3 制动器的概述制动器是用于机构或机器减速或使其停止的装置。有时也用作调节或限制机构或机器的运动速度。它是保证机构或机器正常安全工作的重要部件。电力制动（再生制动、涡流制动、反接制动等）只能消耗机构或机器的一部分动能，减小或限制其运动速度，不能使运动停止。机械式制动器则具有减速、停止及支持功能。为了减小制动转矩，缩小制动器尺寸，通常将制动器装在机构的高速轴上，或装在减速器的输入轴上。某些安全制动器则装在低速轴或卷筒轴上，以防在传动机构中断轴时物品的坠落。特殊情况下也有将制动器装在其他轴上的。5.4 制动器的分类按工作状态分，制动器可分为常闭式和常开式。常闭式制动器靠弹簧和重力的作用经常处于紧闸状态，而机构运行时，则用人力、或松闸器使制动器松闸。与此相反，常开式制动器经常处于松闸状态，只有施加外力时才能使其紧闸。按照结构特征分，常用制动器可以分为摩擦式和非摩擦式两大类。摩擦式制动器。靠制动件与运动件之间的摩擦力制动。可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等；外抱块式制动器又可分为长行程块式和短行程块式制动器；内张蹄式制动器又可分为双蹄式和多蹄式制动器；带式制动器又可分为简单带式、差动带式、综合带式和短行程带式制动器；盘式制动器又可分为钳盘、全盘和锥盘。非摩擦式制动器。制动器的结构形式主要有磁粉制动器（利用磁粉磁化所产生的剪力来制动）、磁涡流制动器（通过调节励磁电流来调节制动力矩的大小）以及水涡流制动器等。5.5 制动器的选用制动器的作用1.保证准确停位，防止电动机停电后,其转子惯性仍继续转动。2.控制放绳速度，防止滚筒上钢丝绳乱缠绳。实际进行回柱作业时，为缩短拴绳时间，可打开回柱绞车的离合器。使滚筒与蜗轮蜗杆减速箱脱开，拴绳工可迅速轻快地将钢丝绳从滚简上拉出来，直至拴到需要回收的顶校上。为限制滚筒放绳旋转时的惯性，可使用制动闸进行控制，防止滚筒上钢丝绳乱绳。YWZ系列液压块式制动器主要用于起重、运输、冶金、矿山、港口、建筑机械驱动装置的机械制动，具有制动平稳，安全可靠、维修方便、耗电少、寿命长、无噪音等优点。YWZ5系列操作每小时可达720次，符合GB6333-86标准；根据要求，选取电力液压块式制动器电力液压块式制动器型号：YWZ5-315/900由机械设计手册-联轴器、离合器与制动器 22-261 22-2626 中间轴装置的设计6.1 中间轴上高速级齿轮的设计通过机械设计手册（软件版）V3.0设计得1）设计参数传递功率：P=47.55(kW)传递转矩：T=15646.28(Nm)齿轮1转速：n1=29.02(r/min)齿轮2转速 ：n2=10.60(r/min)传动比：i=2.739原动机载荷特性：SF=均匀平稳工作机载荷特性：WF=均匀平稳预定寿命：H=10000(小时)2）布置与结构结构形式：ConS=开式齿轮1布置形式：ConS1=悬臂布置齿轮2布置形式：ConS2=非对称布置（轴钢性较大）3） 材料及热处理齿面啮合类型：GFace=软硬齿面热处理质量级别：Q=MQ齿轮1材料及热处理：Met1=20CrMnTi齿轮1硬度取值范围：HBSP1=5662齿轮1硬度：HBS1=58齿轮2材料及热处理：Met2=ZG35CrMo齿轮2硬度取值范围：HBSP2=197269齿轮2硬度：HBS2=2404）齿轮精度齿轮1精度：JD11=8齿轮2精度：JD21=84） 齿轮基本参数模数(法面模数) ：Mn=12端面模数：Mt=12.00000齿轮1齿数：Z1=23齿轮1变位系数：X1=0.00齿轮1齿宽：B1=160(mm)齿轮1齿宽系数：d1=0.580齿轮2齿数：Z2=63齿轮2变位系数：X2=0.00齿轮2齿宽：B2=160(mm)齿轮2齿宽系数：d2=0.212标准中心距：A0=516.00000(mm)实际中心距：A=516.00000(mm)齿数比 U=2.73913齿轮1分度圆直径：d1=276.00000(mm)齿轮1齿顶圆直径：da1=300.00000(mm)齿轮1齿根圆直径：df1=246.00000(mm)齿轮2分度圆直径：d2=756.00000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=780.00000(mm)齿轮2齿根圆直径 df2=726.00000(mm)齿顶高系数：ha*=1.00顶隙系数：c*=0.25压力角：*=20(度)端面齿顶高系数：ha*t=1.00000端面顶隙系数：c*t=0.25000端面压力角：*t=20.0000000(度)6）强度校核数据齿轮1接触强度极限应力：Hlim1=1250.0(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值：FE1=812.0(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值：H1=1251.9(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值：F1=832.7(MPa)齿轮2接触强度极限应力：Hlim2=350.0(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值：FE2=280.0(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值：H2=350.5(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值：F2=287.1(MPa)接触强度用安全系数：SHmin=1.4弯曲强度用安全系数：SFmin=1.40接触强度计算应力：H=347.1(MPa)接触疲劳强度校核：HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力：F1=35.2(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力：F2=32.7(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核：F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核：F2F2=满足7） 强度校核相关系数圆周力：Ft=113378.841(N)齿轮线速度 ：V=0.419(m/s)使用系数：Ka=1.000动载系数：Kv=1.005齿向载荷分布系数：KH=0.182综合变形对载荷分布的影响：Ks=0.000安装精度对载荷分布的影响：Km=0.182齿间载荷分布系数：KH=1.100材料的弹性系数：ZE=188.900接触强度重合度系数：Z=0.877接触强度螺旋角系数：Z=1.000重合、螺旋角系数：Z=0.877接触疲劳寿命系数：Zn=1.30000接触强度尺寸系数：Zx=1.00000 齿向载荷分布系数：KF=0.182 齿间载荷分布系数：KF=1.100 抗弯强度重合度系数：Y=0.693 抗弯强度螺旋角系数：Y=1.000 抗弯强度重合、螺旋角系数：Y=0.6936.2 中间轴上低速级齿轮的设计通过机械设计手册（软件版）V3.0设计得1）设计参数传递功率 P=45.2(kW)传递转矩 T=38152.11(Nm)齿轮1转速 n1=11.313(r/min)齿轮2转速 n2=3.71(r/min)传动比 i=3.053原动机载荷特性 SF=均匀平稳工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000(小时)2） 布置与结构结构形式 ConS=开式齿轮1布置形式 ConS1=非对称布置（轴钢性较大）齿轮2布置形式 ConS2=非对称布置（轴钢性较大）3） 材料及热处理齿面啮合类型 GFace=软硬齿面热处理质量级别 Q=MQ齿轮1材料及热处理 Met1=20CrMnTi齿轮1硬度取值范围 HBSP1=5662齿轮1硬度 HBS1=59齿轮2材料及热处理 Met2=QT800-2齿轮2硬度取值范围 HBSP2=245335齿轮2硬度 HBS2=290齿轮2材料类别 MetN2=2齿轮2极限应力类别 MetType2=04）齿轮精度齿轮1第组精度 JD11=8齿轮2第组精度 JD21=85）齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=16端面模数 Mt=16.00000螺旋角 =0.00000(度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000(度)齿轮1齿数 Z1=19齿轮1变位系数 X1=0.00齿轮1齿宽 B1=165(mm)齿轮1齿宽系数 d1=0.543齿轮2齿数 Z2=58齿轮2变位系数 X2=0.00齿轮2齿宽 B2=160(mm)齿轮2齿宽系数 d2=0.172标准中心距 A0=616.00000(mm)实际中心距 A=616.00000(mm)齿数比 U=3.05263齿轮1分度圆直径 d1=304.00000(mm)齿轮1齿顶圆直径 da1=336.00000(mm)齿轮1齿根圆直径 df1=264.00000(mm)齿轮2分度圆直径 d2=928.00000(mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=960.00000(mm)齿轮2齿根圆直径 df2=888.00000(mm)齿轮1公法线长度 Wk1=122.34294(mm)齿轮2公法线长度 Wk2=320.01880(mm)齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20(度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000(度)6) 强度校核数据齿轮1接触强度极限应力：Hlim1=1250.0(MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值：FE1=816.0(MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 ：H1=1219.4(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=815.9(MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=616.0(MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=470.0(MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=600.9(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=469.9(MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.4弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=468.3(MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=60.9(MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=54.9(MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足7) 强度校核相关系数圆周力 Ft=251000.724(N)齿轮线速度 V=0.180(m/s)使用系数 Ka=1.000动载系数 Kv=1.001齿向载荷分布系数 KH=0.182综合变形对载荷分布的影响 Ks=0.000安装精度对载荷分布的影响 Km=0.182齿间载荷分布系数 KH=1.100接触强度重合度系数 Z=0.883接触强度螺旋角系数 Z=1.000重合、螺旋角系数 Z=0.883齿向载荷分布系数 KF=0.182齿间载荷分布系数 KF=1.100抗弯强度重合度系数 Y=0.701抗弯强度螺旋角系数 Y=1.000抗弯强度重合、螺旋角系数 Y=0.701齿轮1复合齿形系数 Yfs1=4.42487齿轮1应力校正系数 Ysa1=1.53717齿轮2复合齿形系数 Yfs2=3.98248齿轮2应力校正系数 Ysa2=1.735126.3 轴的设计计算 6.4 轴的作用轴是机械设备中的重要零件之一。作回转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大多数轴还起着传递转矩的作用。因此轴的主要功用是支承回转零件并传递运动和动力。6.4.1 轴的分类根据轴的承载情况不同，可把轴分成心轴、转轴和传动轴三种。1.心轴工作时仅承受弯矩作用的轴称为心轴。根据工作情况，心轴还可分为固定心轴和转动心轴。2.转轴工作时，同时承受弯矩和转矩作用的轴称为转轴。3.传动轴只传递转矩，不受弯矩或承受很小弯矩的轴，称为传动轴。6.4.2 轴的设计计算(1)轴的材料选择选用40Cr,调质。(2)求作用在大齿轮上的力轴上的功率 P = N*1*2*3*5 =550.9090.990.970.98 =47.05（KW）轴的转速n = 10.59 rmin轴的转矩T = 9550*Pn = 42429.41 Nm轴上大齿轮的分度圆直径d2 = 756则齿轮的圆周力 Ft = 2Td2 = 112247.12 N(3)初步确定轴的最小直径根据由机械设计第八版表15-3,取A=100,于是得(4)轴的结构设计1)因轴主要受转矩作用，轴的两端不受转矩，取该轴段轴径d1=150mm。因轴承只承受径向力，故选用调心滚子轴承。由机械设计手册滚动轴承表20.6-17选取22330型轴承，尺寸D=330mm，d=170mm，B=120mm。2)取安装大齿轮处的轴段轴径d2=170mm，已知齿轮轮毂的宽度为210mm,此轴端应略短与轮毂宽度,故取l2=208mm。3)齿轮右端采用轴肩进行轴向定位,取d3=185mm。4)取安装小齿轮处的轴段轴径d4=170mm，已知齿轮轮毂的宽度为204mm,此轴端应略短与轮毂宽度,故取.5)轴承由轴承座和端盖定位，则取l1= l5=188mm。6)由滚筒装置的尺寸，取大齿轮侧面与滚筒外缘相距20mm，则取l3=810mm。7)轴上零件的周向定位大、小齿轮与轴轴向定位采用平键联接，按d2= d4= 170mm,由机械设计手册第三卷表213-4查得大齿轮与轴的平键尺寸为bh=4022mm,键长为250mm；小齿轮与轴的平键尺寸为bh=4022mm,键长为250mm。键槽用槽铣刀加工,同时为了保证齿轮和轴配合由良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴配合为H7/n6。8)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为445,各轴肩处圆角半径见图纸.如下图所示为轴的零件图与中间轴装置的装配图图2图31 螺栓2 垫圈3 端盖4 调整垫5 轴承座6 轴承7 毡圈8 隔套9 大齿轮10、13 键11轴12 齿轮7 系统传动部件的校核7.1 中间轴上键的校核在前面设计轴此处选用平键联接,尺寸为bh=4022mm,键长为250mm.键的工作长度l=L-b=250-40=21
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