3054 礦用絞車傳動系統(tǒng)設(shè)計,絞車,傳動系統(tǒng),設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文I摘 要礦山提升設(shè)備是礦山運輸中的咽喉設(shè)備，占有特殊地位，是井下與地面聯(lián)系的主要工具。礦山提升設(shè)備的用途是沿井筒提運礦石和廢石，升降人員，下放材料、工具和設(shè)備。礦山提升設(shè)備在工作中如果一旦發(fā)生機械和電氣故障就會造成停產(chǎn)，甚至人身傷亡。為了保證生產(chǎn)和人員的安全要求礦山提升設(shè)備運行準(zhǔn)確，安全可靠，井必須配有性能良好的控制設(shè)備和保護(hù)裝置。礦山提升設(shè)備的耗電量一般占礦井總耗電量的 30%一 40%，所以為了降低礦石的成本，必須經(jīng)濟(jì)合理地選擇和使用礦山提升設(shè)備。礦山提升設(shè)備又是礦井最大固定設(shè)備之一，是—套較復(fù)雜的機械-電氣機組。這篇畢業(yè)設(shè)計的論文主要闡述的是一套系統(tǒng)的關(guān)于環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計方法。環(huán)面蝸輪蝸桿減速器是蝸輪蝸桿減速器的一種形式.這個方法是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數(shù)學(xué)和物理公式為基礎(chǔ)的。目前，在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計、制造以及應(yīng)用上，國內(nèi)與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距。國內(nèi)在設(shè)計制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在著很大程度上的缺點，正如論文中揭示的那樣，重要的問題如：輪齒的根切；蝸桿毛坯的正確設(shè)計；蝸輪蝸桿的校核。關(guān)鍵詞：絞車 ；減速器 ；蝸輪 ；蝸桿河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文IIABSTRACTThe mine lift technique is in the mine haulage pharynx and larynx equipment, holds the special status, and is the mine shaft and the ground relation main tool.The mine lift technique use is picks up and ships the ore and the scrap rock along the well chamber, the fluctuation personnel, the release material, the tool and the equipment. Mine lift technique in work once if has the machinery and the electrical failure can create the production suspension, even person casualties. In order to guarantee the production and personnel's safety requirements mine lift technique movement is accurate, safe reliable, the well must have the performance good control device and the protective device.The mine lift technique power consumption occupies the mine pit total power consumption generally 170%, therefore in order to reduce the ore the cost, must the economical reasonably choice and the use mine lift technique. The mine lift technique also is one of mine pit most greatly fixed equipments, is the complex machinery - electricity unit.This paper of graduation project mainly presents a systematic approach for the design of circular worm gear reducer . circular worm gear reducer is 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文IIIone of the members in the worm gear reducer family . the approach is based on the mathematical formulations and physical formulation on the generation process and conditions for the type of worm reducer . At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of fault in the design of circular worm gear reduce. As can be revealed from the literature search , important problem such as： tooth undercutting ；proper design of worm gear blank；computations of worm and label gear.Key words: Lifting hoist ；reducer ；worm ；ge河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—4—前 言 .................................................................................................2第一章 回柱絞車的概況與方案的初步擬定 .....................................61.1、國內(nèi)外回柱小絞車的概況 .....................................................61.2、回柱絞車的主要傳動方式類型 .............................................9第二章 總體設(shè)計任務(wù)與方案的擬定 ...............................................102.1 總體方案的初步擬定 ..............................................................112.2 主要組成部分 ..........................................................................11第三章 機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 .......................................................133.1 電動機選擇 .............................................................................153.2 計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 ..................................163.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù) .................................................163.4 高速級傳動件設(shè)計 .................................................................173.5 低速級傳動件設(shè)計 .................................................................213.6 高速軸設(shè)計(蝸桿軸) ..............................................................253.7 中間軸的設(shè)計(蝸輪齒輪軸) ..................................................303.8 低速軸的設(shè)計 .........................................................................333.9 蝸桿軸上的軸承壽命校核 .....................................................36第四章 箱體及附件設(shè)計與減速器的潤滑 .......................................374.1 箱體主要基本結(jié)構(gòu)尺寸 .........................................................374.2 減速器的潤滑 ..........................................................................38第五章 回柱絞車制動器的設(shè)計 .......................................................395.1 常用絞車制動閘的形式 ..........................................................395.2 絞車上應(yīng)有的安全裝置 ..........................................................395.3 回柱絞車制動器的作用 ..........................................................405.4 制動器的選用和設(shè)計 ..............................................................41第六章 回柱絞車的操作要求及鋼絲繩斷裂原因分析 ...................436.1 回柱絞車的操作要求 ..............................................................436.2 開車前必須認(rèn)真檢查 ..............................................................436.3 運行中必須注意 ......................................................................446.4 鋼絲繩斷絲原因分析 ..............................................................44第七章 使用與維護(hù) ...........................................................................457.1 絞車的安裝操作 ......................................................................457.2 后移 ..........................................................................................467.3 維護(hù)與檢修 ..............................................................................47小 結(jié) ...........................................................................................47參考文獻(xiàn) ...............................................................................................49致 謝 .............................................................................................50河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—5—前 言礦用回柱絞車，又稱慢速絞車,是用來拆除和回收礦山回采工作面頂柱的機械設(shè)備?；刂鳂I(yè)屬危險性工作，工作人員不能直接進(jìn)入回柱空頂區(qū)，此時可把回柱絞車布置在距回柱空頂危險區(qū)段較遠(yuǎn)的安全地段，用鋼絲繩鉤頭來拉倒和回收頂柱。由于它的高度較低重量又好，持別適用于薄煤層、和急傾斜煤層采煤工作面，以及各種采煤工作面回收沉入底板或被矸石壓埋的金屬支杖。牽引力大和牽引速度慢是回柱絞車的主要性能要求。隨著機械化采煤程度的提高，它越來越多地被廣泛用于機械化采煤工作面，作為安裝、回收牽引各種設(shè)備稱備件之用?；刂g車除用來回柱放頂工作外，也可用來拖運更韌和調(diào)運車輛下面讓我們熟悉一下回柱絞車的特點以及它在井下回采面的布置方式.1.回柱絞車(含慢速絞車)的結(jié)構(gòu)有如下特點：(1)傳動系統(tǒng)都有一級減速比很大的蝸輪蝸桿傳動，皆具備自鎖功能，不會發(fā)生下故重物拉動滾筒旋轉(zhuǎn)情況。(2)具有整體結(jié)構(gòu)，便于移動和安裝，甚至可以用回柱絞車牽引力來牽引絞車本身移動。(3)總傳動比大(i＝150～230)，能在電動機功率較小時，獲得較大的牽引力。(4)因蝸輪蝸桿傳動效率低，易造成發(fā)熱和溫升過高,所以必須重視潤滑和維護(hù)。(5)有的在電動機聯(lián)軸器上裝有手動制動閘，有的在蝸輪減速器輸出軸上裝有活動齒輪和錐形摩擦制動器，使回柱絞車可以按信號準(zhǔn)確停位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動自鎖影響)，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—6—且可控制放繩速度，防止松繩和亂繩。(6)電氣控制裝置較簡單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵的環(huán)境場所。2.回柱絞車在井下回采工作面的布置方式主要有以下幾種：(1)回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)：回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)的位置、應(yīng)符合作業(yè)規(guī)程定.如圖 1 所示.圖 1 在回風(fēng)巷布置回柱絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 導(dǎo)向輪Fig 1--In return air back-alley layout winch1 Lane 2 to wind back to the winch-round 3-oriented回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)布置方式的優(yōu)點有：①回栓絞車不需經(jīng)常搬遷；②適合于煤層傾角較大、頂板破碎、壓力較大的工作面。缺點有；①回栓絞車可能影響回風(fēng)巷人員行走和材料運輸工作；②鋼絲繩牽引時要繞過一個拐直角的導(dǎo)向輪，鋼絲繩受力大容易損壞；②要求固定拐角導(dǎo)向輪的柱子或錨桿等必須牢固.(2)回柱絞車安裝在回采工作面上端； 回柱絞車布置在緊靠回風(fēng)巷，且在工作面的上端相密集支柱之間．如圖 2 所示。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—7—圖 2 在回采工作面上布置回柱絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 鋼絲繩Fig 2 --Recovery work surface layout in the back-winch1 Lane 2 to wind back 3-wire rope winch回柱絞車安裝在回采工作面上端布置方式的優(yōu)點有：①鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運行阻力小，不易損壞；②不影響回風(fēng)巷內(nèi)人員走動和材料運輸工作。缺點有：①每進(jìn)行一次循環(huán)都要移動回柱絞車；⑧要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用。當(dāng)頂板壓力較大時，機座受力后易變形；②頂板嚴(yán)重冒落，可能埋住絞車，移設(shè)和檢修都很困難。這種布置方式很少采用。(3)回柱絞車直接安裝在工作面：回柱絞車直接安裝在工作面的多臺布置,方式如圖 3 所示.河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—8—圖 3 在工作面上布置數(shù)臺絞車1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 刮板輸送Fig 3--In the work surface layout several winch1 Lane 2 to wind back to the winch-3 AFC回柱絞車直接安裝在工作面的多臺絞車布置方式的優(yōu)點有：①多臺同時回柱，加快回柱進(jìn)度，特別適合需要回柱的普通機械化采煤工作面，如使用刨煤機的回采工作面；②不影響回風(fēng)巷內(nèi)的人員走動和材料運輸工作；⑧鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運行阻力小，不易損壞。缺點有，①每進(jìn)行—次循環(huán)都要移動回柱絞車；②要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用；②頂板冒落，可能埋住絞車，移設(shè)和檢修都很困難。這種布置方式是在回柱工藝時間大大超過來煤工藝時間的情況下采用，可提高采煤工作面生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，但應(yīng)在確保安全的前提下謹(jǐn)慎推廣使用。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—9—第一章 回柱絞車的概況與方案的初步擬定1.1、國內(nèi)外回柱小絞車的概況我國礦用小絞車主要是指調(diào)度絞車和回柱絞車，它經(jīng)歷了仿制、自行設(shè)計兩個階段。解放初期使用的礦用小絞車有日本的、蘇聯(lián)的，因此當(dāng)時生產(chǎn)的礦用小絞車也是測繪仿制日本和蘇聯(lián)的產(chǎn)品。1958 年后這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并對蘇聯(lián)絞車進(jìn)行了改進(jìn)，于 1964 年進(jìn)入了自行設(shè)計階段.回柱絞車大體上也是經(jīng)歷了仿制和自行設(shè)計的兩個階段，八十年代以前一直使用的是仿制的老產(chǎn)品，八十年代中期才開始設(shè)計新型的回柱絞車，主要針對效率極低的球面蝸輪副、慢速工作和快速回繩等環(huán)節(jié)進(jìn)行根本的改進(jìn)。 礦用小絞車標(biāo)準(zhǔn)化方面，1967 年制定了調(diào)度絞車部標(biāo)準(zhǔn)，1971 年制定了回柱絞車部標(biāo)準(zhǔn).1982 年對上述兩個標(biāo)準(zhǔn)都進(jìn)行了修訂，其標(biāo)準(zhǔn)方為 JB965-83. JB1409-83.國外礦用小絞車使用很普通，生產(chǎn)廠家也很多。蘇聯(lián)、日本、美國、瑞典等國都制造礦用小絞車。國外礦用小絞車的種類、規(guī)格較多.工作機構(gòu)有單筒、雙筒和摩擦式.傳動型式有皮帶傳動、鏈?zhǔn)絺鲃?、齒輪傳動、蝸輪傳動、河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—10—液壓傳動、行星齒輪傳動和擺線齒輪傳動等。其中采用行星齒輪傳動的比較多。發(fā)展趨勢向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向發(fā)展，向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展;向高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、一機多能通用化、大功率、外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展。國外礦用小絞車規(guī)格比較多，適用不同場合，我國礦用小絞車的規(guī)格少，品種型號多而亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從工作機構(gòu)上分，國外有單筒、雙筒及摩擦式三種，我國只有單筒一種型式。從原動力上分，國外有電動的、風(fēng)動的及液壓驅(qū)動，我國只有電動的和少量風(fēng)動的。例如回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動，回柱絞車的主傳動均采用了蝸輪副傳動，這是因為蝸輪副傳動比大，又具有自鎖性，故其傳動效率較低，一般只有 0. 4～0.45，回柱絞車的總傳動效率更低。回繩速度慢，所有的回柱紋車回繩速度和工作牽引速度相同.不論絞車用于回柱放頂，還是搬運設(shè)備，工作效率太低。隨著采煤機械化的發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，又由于回柱絞車搬運，工作時間長占用人工多，因此這類絞車均應(yīng)設(shè)置快速回繩。我國礦用小絞車在壽命、噪音、可靠性等綜合指標(biāo)與蘇聯(lián)有著一定的差距。蘇聯(lián)礦用小絞車使用壽命規(guī)定在 5 年以上，我國目前不具備測試手段壽命無法考核，但從對用戶的訪問中得知，壽命達(dá)不到 5 年.噪音也稍大。雖然我國礦用小絞車參數(shù)系列水平優(yōu)于國外，但在標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)采煤機械制造國。比如牽引力 14000kg·f這一檔回柱絞車就有四種型號. JHC-14 型一級減速為蝸輪副傳動、二級為行星齒輪傳動(少齒差傳動)。JHZ-14 型二級減速為蝸輪副傳動，一級和三級減速為圓柱齒輪傳動。JM-14 型是在一級蝸輪副減速之后,其二級、三級減速為直齒圓柱齒輪傳動。JH-14 型是在河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—11—一級蝸輪副減速之后，其二級減速為直齒圓柱齒輪傳動，也是傳動系統(tǒng)最簡單的一種?；刂g車以電動使用最廣，傳動型式以球面蝸輪副居多，該機主要結(jié)構(gòu)型式為電動機懸裝在蝸輪副減速器的后部，蝸輪副減速器為第一級減速，第二級和第三級為圓柱齒輪傳動，分別安裝在機器的兩側(cè)對稱機體的中心布置，該機呈長條形適應(yīng)并下巷道的空間，體積小，底座呈雪橇形，安裝搬運方便?？v觀國外礦用小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢有以下幾個特點。(1)向標(biāo)準(zhǔn)化系列化方向發(fā)展，蘇聯(lián)月本、美國、德國、英國已有礦用小絞車國家標(biāo)準(zhǔn).并且這些國家的各制造公司有自己的產(chǎn)品系列型譜。在這些國家標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中，對絞車的性能、參數(shù)做了明確的規(guī)定，并強力推行和實施，給設(shè)計和制造、使用、維護(hù)帶來極大方便。(2)向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展。由于煤礦井下狹窄的工作環(huán)境要求絞車體積小、重量輕，各國都在力求將絞車的原動機、傳動裝置、工作滾筒、制動操作等部分及底座等主要部件綜合在一個系統(tǒng)中加以統(tǒng)籌布局，充分利用空間提高緊湊程度，做好外形封閉。為此有的將傳動部分置于滾筒內(nèi)部，有的緊貼滾筒端部，有的將電機埋入滾筒內(nèi)部，有的將底座支架減速器鑄為一體。 (3)向高效節(jié)能方向發(fā)展。世界工業(yè)發(fā)達(dá)的國家如蘇聯(lián)、日本在紋車各種參數(shù)的設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，選取最佳參數(shù)，最大限度提高產(chǎn)品功能。在傳動機構(gòu)上盡量采用較先進(jìn)的傳動型式，并采用合理的制造精度，以提高生產(chǎn)效率。在產(chǎn)品節(jié)能方面各國各公司都很重視。蘇聯(lián)和日本在絞車設(shè)計方面為節(jié)約電耗，對電機功率在全面分析絞車的實際工作情況的基礎(chǔ)上確定。使電機的河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—12—功率保證絞車的功能(牽引力、牽引速度)等，又能使電機功率得以充分利用。(4)向壽命長、低噪音方向發(fā)展。壽命和噪音是衡量產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo)，是產(chǎn)品質(zhì)量的綜合性反應(yīng)。壽命長，經(jīng)濟(jì)效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。(5)向一機多能、通用化方向發(fā)展。礦用小絞車在使用過程中不僅做調(diào)度用，而且還做運輸及其他輔助工作。使用范圍擴大，要求絞車有比較強的適應(yīng)能力。把調(diào)度、運輸、輔助絞車歸納為一個標(biāo)準(zhǔn)。三種絞車結(jié)構(gòu)相近，大同小異。即主機相近而制動操作部分則根據(jù)各自的使用條件有所區(qū)別。有的國家已經(jīng)打破了行業(yè)界限，把各行業(yè)的卷揚機設(shè)備統(tǒng)歸為卷揚機類。這樣便于生產(chǎn)使用和維護(hù)。便于提高產(chǎn)品質(zhì)量和社會經(jīng)濟(jì)效益。隨著管理水平的提高，產(chǎn)品通用化程度也必然的不斷提高，這是今后產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。(6)向大功率方向發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，原來的產(chǎn)品越來越不能滿足用戶的要求。長期的生產(chǎn)實踐的成功經(jīng)驗表明，調(diào)度絞車除調(diào)度礦車外，也用于運搬設(shè)備，又如回柱絞車除用于回柱放頂外，有時也用于運搬綜采及各類機電設(shè)備時，運距一般較長，牽引和回繩用一種速度，且目前的回柱絞車牽引速度太慢，回繩速度更慢，因此解決上述問題的同時要加大絞車的功率，滿足用戶的要求。 (7)向外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展。由于各國力求使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、大都采用了機電合一的綜合機構(gòu)。外表只能看到滾簡和制動操縱部分。整個絞車近似一個圓形，顯得線條簡單外形平滑，為了爭奪市場，各國絞車在外形上巧妙的構(gòu)思，使得產(chǎn)品造型美觀，操作者感到舒適。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—13—1.2、回柱絞車的主要傳動方式類型我國常用的回柱絞車類型及其傳動方式有下列幾種:1. 型回柱絞車,其傳動方式為:一組蝸輪,一組直齒輪8JH?2. 型回柱絞車 ,其傳動方式為:一組直齒輪,一組蝸輪,一20A組直齒輪3. 型回柱絞車,其傳動方式為:一組蝸輪,一組少齒差14JC?行星齒輪4. 型回柱絞車,其傳動方式為:一組圓錐齒輪,一組變28M速直齒輪,一組行星齒輪,一組直齒輪5. 型回柱絞車,其傳動方式為:一組斜齒輪,一組蝸輪,25JH?一組直齒輪6. 回柱絞車,其傳動方式有兩種,一種為:一組蝸輪,兩214組直齒輪;一組為一組斜齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪.第二章 總體設(shè)計任務(wù)與方案的擬定2.1 設(shè)計條件:2.1.1 機器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車;2.1.2 工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時間比為1:2),繩筒轉(zhuǎn)向定期變換;2.1.3 運動要求:絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過 8%;2.1.4 工作能力:儲備余量 10%;2．2 原始數(shù)據(jù)見表 1-1: 表 1-1 絞車原始數(shù)據(jù)圖Table 1-1 winch raw data plans電動機功率（KW） 37河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—14—鋼繩牽引力（KN） 37鋼繩最大速度(m/min) 60繩筒直徑(mm) 800鋼繩直徑(mm) 14最大纏繞層數(shù) 4繩筒容繩量(mm) 80河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—15—2.3 總體方案的初步擬定根據(jù)設(shè)計要求，所給原始數(shù)據(jù),經(jīng)過對回柱絞車常用型號的傳動方式比較,最后選用一級為蝸桿傳動,一級齒輪傳動的傳動方式.其傳動結(jié)構(gòu)圖如圖 1-1 所示。該結(jié)構(gòu)簡單,而且占用的空間小,適合井下狹窄空間.第一級采用蝸桿機構(gòu),也符合回柱絞車傳動比大的要求,所以經(jīng)過比較,最終我選擇此種傳動方案.圖 1-1 JH-8 回柱絞車的結(jié)構(gòu)簡圖2.4 主要組成部分JH-8 型回柱絞車由電動機，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，卷筒，底盤五大部分組成。其傳動原理是：動力由電動機通過一對聯(lián)軸器傳動圓弧面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經(jīng)中間過橋齒輪傳動大齒輪，大齒輪帶動卷筒，卷筒引鋼絲繩進(jìn)行工作。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—16—第三章 機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計根據(jù)機械器的工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動比等條件選擇機械傳動系統(tǒng)所需的傳動類型，并擬定從動力機到工作機構(gòu)之間機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案和總體布置。一般情況下，盡管動力機的輸出功率滿足工作機構(gòu)的要求，但輸出的轉(zhuǎn)速、扭矩或運動形式很難符合工作機構(gòu)的需要，這時就需要采用某種機械傳動裝置。這是絕大多數(shù)機械設(shè)計的共同特點。按照傳動原理的不同，機械傳動裝置可分為摩擦傳動、嚙合傳動和推壓傳動三種。根據(jù)傳動比能否改變，機械傳動裝置又可分為可調(diào)傳動比傳動、固定傳動比傳動和變傳動比傳動三類。回柱絞車一般采用固定傳動比傳動。減速器傳動：本回柱絞車由于總減速比較大，而采用動力蝸桿減速器。蝸桿傳動的主要特點是：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性能好。對于回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉(zhuǎn)只能由電動機的正反轉(zhuǎn)來控制；當(dāng)電源切斷時絞車馬上停止工作；卷筒本身不能自由轉(zhuǎn)動，以免發(fā)生事故。這就需要設(shè)計一個裝置來控制卷筒的自轉(zhuǎn)。而蝸輪蝸桿傳動就起到了這個作用。因為若取蝸桿的蝸旋線開角 小于齒輪間的當(dāng)量摩擦?角 ，則當(dāng)蝸輪主動時，機構(gòu)自鎖，即只能蝸桿帶動蝸輪，而不?v能蝸輪帶動蝸桿。因此，采用蝸輪蝸桿減速器，就能保證卷筒的自鎖性。這就是回柱絞車采用蝸桿減速器的一個重要原因。但是，采用蝸桿減速器也有一缺點，就是傳動效率低，這點應(yīng)在具體的蝸桿減速器設(shè)計中充分重視，并設(shè)法提高。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—17—采用圓弧齒圓柱蝸桿，就是提高效率的一種措施，這是一種新型的傳動裝置。它與普通的蝸桿傳動相比，其不同在于，具有良好的潤滑條件使齒面之間建立連續(xù)的潤滑油膜形成液體摩擦，從而降低摩擦系數(shù)，減輕磨損，提高了承載能力和效率。因此，它具有承載能力大，使用壽命長，效率高（高 10-15%）等優(yōu)點。齒輪傳動:選擇齒輪傳動，是由于齒輪傳動具有工作可靠，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率和速度適用范圍廣等優(yōu)點。因斜齒輪傳動時會產(chǎn)生軸向力，對傳動不利。若采用人字齒輪，雖可使齒輪軸向力自行抵消，但人字齒輪制造比較困難，所以選擇直齒輪傳動。從結(jié)構(gòu)上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳動比大，會造成兩齒輪大小相差過甚，大齒輪太大以至于不好安裝和制造，而且外形尺寸也太大。另外，渦輪軸上的小齒輪也不能太小，因為根據(jù)強度要求限制了軸徑，從而控制小齒輪的尺寸只能小到某一程度。否則，會給加工成本帶來諸多不便。況且卷筒和大齒輪以及蝸輪尺寸都較大，讓蝸輪上的齒輪與卷筒上的齒輪直接嚙合，受尺寸限制，不容易做到?；谝陨显?，決定增加一中間軸，軸上安裝一過橋齒輪。這樣，既可以得到合適的傳動比，又可以令整體布局合理。現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展，無論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結(jié)構(gòu)尺寸和重量方面，對齒輪的傳動的要求愈來愈高。標(biāo)準(zhǔn)齒輪由于存在一些缺點限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計要求，我們決定設(shè)計三個變位齒輪，作為改善齒輪傳動質(zhì)量的有效方法。已知條件:鋼繩牽引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,繩筒直徑河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—18—D=800mm,鋼繩直徑 d=14mm ，則滾筒轉(zhuǎn)速為 min8.238014.366D106n rvw ?????初步擬定出二級傳動的傳動方案。因為是井下工作，是多粉塵，潮濕，易燃易爆的場合，而且傳遞的功率大，傳動要求嚴(yán)格，尺寸要求緊湊，所以最后選定蝸桿-齒輪二級減速器.即：JH-8 型回柱絞車。3.1 電動機選擇3.1.1 電動機類型和結(jié)構(gòu)型式回柱絞車主要用于井下回收支柱用,為防止瓦斯、粉塵等有害氣體引起爆炸,故絞車的電動機需要選用礦用防爆電機.防爆電機的選型原則是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便,同其它的防爆電氣設(shè)備一樣應(yīng)根據(jù)危險場所的類別和區(qū)域等級以及在該場所存在的爆炸性混合物的級別、組別來選用.在這里我們選用 YB 系列防爆型三相異步電動機.結(jié)構(gòu)為封閉臥式結(jié)構(gòu).3.1.2 傳動裝置的總效率 4321????A式中為從電動機到繩筒之間各傳動機構(gòu)和軸承的效率，由表查的滾動軸承 ＝0.99，蝸桿傳動 ＝0.8，圓柱齒輪傳動???＝ 0.97，彈性聯(lián)軸器 ?＝0.99，繩筒滑動軸承 ??＝0.96??則 20.897.0.96.78????????3.1.3 電動機額定功率根據(jù)原始數(shù)據(jù)選取電動機的額定功率 KWPed3河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—19—3.1.4 電動機的轉(zhuǎn)速因為是在井下工作,要考慮到其安全可靠性,所以選用防爆電機，即 YB 系列防爆三相異步電機,同步轉(zhuǎn)速為 1500m/min,滿載時轉(zhuǎn)速為 1480r/min.3.2 計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比根據(jù)機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計方案把總傳動比分配到各級傳動上，并要求各級傳動結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟(jì)和效率高。3.2.1 傳動裝置總傳動比 628.23140i??3.2.2 分配各級傳動比取蝸桿傳動比 ，圓柱齒輪傳動比6.2i1 8.i23.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速高速軸為 1 軸，中間軸為 2 軸，低速軸為 3 軸，則min4801rnm?ir2.63.12iin8.23?河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—20—3.3.2 各軸輸入功率按電動機的額定功率計算各軸輸入功率，即 kwped371?wk01.298.2212 ????5.7.0.9333.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩 mNn????75.23814095011pT?9..622 mn????N7.14538795033p3.4 高速級傳動件設(shè)計3.4.1 選擇蝸桿傳動類型根據(jù) GB/T10085—1988 的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI)3.4.2 選擇材料根據(jù)設(shè)計要求,并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大適中,速度是慢速,故蝸桿用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為 45-55HRC.蝸輪用鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造.為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,二輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造.3.4.3 蝸輪蝸桿設(shè)計河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—21—3.4.3．1 按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強度設(shè)計,再校核齒根彎曲疲勞強度. 23()[]EHZaKT???3.4.3．2 確定作用再蝸輪上的轉(zhuǎn)矩由計算可知 mN87.34912.6019502 ????3.4.3．3 確定載荷系數(shù) K因工作較穩(wěn)定,故取載荷分布不均有系數(shù) ;由表選取使K?用系數(shù) ;由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù) ,1.5AK? 1.05V?則 1.05.1.2K???3.4.3.4 確定彈性影響系數(shù) EZ因選用得式鑄造鋁鐵青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 1/260EZMPa?3.4.3．5 確定接觸系數(shù) Z?先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 a得比值 1/0.35da?,從1d中查得 6.2p?3.4.3．6 確定許用接觸應(yīng)力 []H?根據(jù)蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度＞46HRC,可得蝸輪得基本許用應(yīng)力 MPaH260][?應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 172 958.1.60jN???Lnh河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—22—壽命系數(shù) 8.095.87HN1K???則 MPaH26.[][]'?3.4.3.7 計算中心距 m3.1.10275)286.1(489021.a33 ?????取中心距 ,根據(jù)傳動比,從手冊中取模數(shù) ,蝸桿5am? 8分度圓直徑 .這時 ,可得接觸系數(shù) ,10d1/0.35da51.2Z'P因為 ,因此以上計算結(jié)果可用.'Z??3.4.3.8 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸1)蝸桿軸向齒距 ;直徑系數(shù) ;齒頂圓直徑 ;齒13.25Pa?10qm?196adm?根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 ;蝸桿軸向齒厚mf860d1 32.0?.2.5as?2)蝸輪蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) X=-0.5452?Z驗算傳動比 5.2i1z這時傳動比誤差為 這是允許的%63.0.36.??蝸輪分度圓直徑 mz4582d?蝸輪喉圓直徑 haa 7682??蝸輪齒根圓直徑 ff .3.137622??河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—23—蝸輪咽喉母圓半徑 madg 37621521r????3.4.3.9 校核齒根彎曲疲勞強度21.53[]FFaFKTYdm?????當(dāng)量齒數(shù) 72.493.054cosz332 ??v根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)72.4?v5.0x?82Fa螺旋角系數(shù) 9.014Y0?????許用彎曲應(yīng)力 '[]FFNK?A從中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力MPaF120]'[??壽命系數(shù) 635.0958.76FN1???所以, MPaF27635.012][??MPa8.62.08.4. ?彎曲強度是滿足的.3.4.3.10 驗算效率 ?)tan(96.05.????）（已知 ， ； 與相對滑動速度3210?fvrcv?v有關(guān)。vs河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—24—smnd/32.6cos10648cos106v0s ????????從表中用插值法查得 2.fvv?帶人式中得 大于原估計值，因此不用重算。8.??3.4.3.11 精度等級公差考慮到所設(shè)計和表面粗糙度的確定的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用機械減速器,從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇 8 級精度,側(cè)隙種類為 f,標(biāo)注為 8f GB/T 10089-1988.然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度.8.工作圖見圖紙3.5 低速級傳動件設(shè)計1.選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）選用直齒圓柱齒輪2）絞車為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度(GB10095-88)3）材料選擇 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，兩者材料硬度差為40HBS4）選小齒輪齒數(shù) ，則大齒輪齒數(shù)26z1?758.4.26???2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 3211.()[]tEtdHKTZud???????河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—25—1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)試選載荷系數(shù) (初選)1.3tK?(2)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNNn?????? 418902.60955.922p0T(3)選齒寬系數(shù) .d??(4)由此可得的材料的彈性影響因數(shù) 1/289.EZMPa?(5)按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限 ，min60Hl??大齒輪接觸疲勞強度極限 min250Hl?(6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 181 6.2)38(1.606 ?????LnNhj 829.0.?(7)可得接觸疲勞壽命系數(shù) ,3.1kHN95.02?HN(8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù) S＝1 MPasHNH586093.[lim1]?????2in52.lKaS2）計算(1)試計算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小的值d1t ][H河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—26—mudttTk45.275.819(.23148903.2HE(.3 211 )][Z????????）??(2)計算圓周速度 snt /78.0160.160v????(3)計算齒寬 b mdt 73.45.2.1????(4)計算齒寬與齒高 b/h模數(shù) ztt .826.71m齒高 mt 6.19.5.h???8.6.1973b(5)計算載荷系數(shù) K根據(jù) ，7 級精度，查圖得動載荷系數(shù)s/m2.v?06.1kv直齒輪， ；1kFaH由表 10-2 查得使用系數(shù) ；?A由表用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時 38.1?kF?故動載荷系數(shù) 518.432.106.?????HvA??河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—27—（6）按實際的載荷系數(shù)教正所算得的分度圓直徑得 mkdtt 51.239.8145.27331 ???（7）計算模數(shù) mz2.96.1??3、安齒根彎曲強度設(shè)計彎曲強度的設(shè)計公式為 321)][(m??FSadYzTk???3.1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值3.1.1 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大MPa501FE?齒輪的彎曲強度極限 ；MPa380FE2??3.1.2 由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，6.k1FN89.FN23.1.3 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則得MPaaSFENFk14.3074.15860[1]????5.2.922??3.1.4 計算載荷系數(shù) K463.1806.1k??????FavA?3.1.5 查取齒形系數(shù)由表查得 .2Y1Fa 2.Fa3.1.6 查取應(yīng)力校正系數(shù)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—28—由表查得 49.1YSa?68.12Sa?3.1.7 計算大小齒輪的 并加以比較][Fa??0126.4.37962[]1SaF???5..8[2SaF?大齒輪的數(shù)值較大3.2 設(shè)計計算m5.601.48963.12m32????對此計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) M 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) M 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 6.555 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M = 8 mm ,按接觸強度算得的分度圓直徑 ，算出小齒輪齒數(shù) m51.239d1?大齒輪的齒數(shù) 04.85.2391z??m 4.6.230z??取 72這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。4、幾何尺寸計算4.1 計算分度圓直徑 m240831d???z69722河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—29—4.2 計算中心距 md4682940a21???4.3 計算齒輪寬度 105.b1d??取 mB120?5、結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖（見圖紙）3.6 高速軸設(shè)計(蝸桿軸)3.6.1 軸的材料選擇選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì).3.6.2 求作用在蝸桿上的力已知: , , ,蝸kw37p1?min/1480rmN238750T1??桿分度圓直徑 . 所以,80d圓周力 .968021tF??軸向力 Na 8.23442?徑向力 dT6tan360189tn02r1 ??3.6.3 初步確定軸的最小直徑根據(jù)表 15-3,取 ,于是得0Amnp16.3248071330min ????最小直徑處是安裝聯(lián)軸器得直徑 ,為使所選的軸直徑與聯(lián)軸1d器的孔徑相適應(yīng),故需同時選聯(lián)軸器的型號.河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—30—聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 ,查表 14-1,取 ,則0caATK?1.3AK?mNk??? 075238.1按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014-1985,選用 TL7 型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉(zhuǎn)矩 ,許用轉(zhuǎn)?速 2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為 48mm,故取軸徑 ;半聯(lián)48d1?軸器長度 L=112mm。3.6.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.6.4.1、擬定軸上零件的轉(zhuǎn)配方案3.6.4.1 軸的校核水平面支反力 0254601t1????FHN則 5.29FHN1?1HN2??t則 .304HN2垂直面支反力 025460-1a1VM????rH其中 NDa.925??則 .61FHV河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—31—NFHV8.2301rHV2??水平面彎矩 m???? N5.680235.9M1HN 12422垂直面彎矩 V ???47.61311??590805FH2總彎矩 mN????? 3.1628.22V1H1MH ?????? 2.85961705.680222V22扭矩 m?N375T1下圖所示為高速軸的水平面彎矩圖,垂直面彎矩圖,合成彎矩圖以及扭矩圖.河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—32—RAxd.水 平 面 彎 矩 （ kg·m）e.垂 直 面 彎 矩 （ kg·m）f.合 成 彎 矩 圖 （ kg·m）g.扭 矩 圖 （ kg·m）a.受 力 簡 圖b.水 平 面 受 力 （ kg）c.垂 直 面 受 力 (kg)oYXZⅠ yCBⅡFartRxyFtRAx RBxFarRAy RBy從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎距圖和扭距圖中可以看出 C 是軸的危面. 3.6.4.3 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強度進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—33—強度.取 ,軸的計算應(yīng)力為0.6?? MPa42.311.0287506.T3M22221ca ????? （（（W?之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因1[]60a??,故安全.]ca?????3.7 中間軸的設(shè)計(蝸輪齒輪軸)3.7.1 軸的材料選擇選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì).3.7.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力已知: , , ,kw01.29?（min/2.6r?mNT??418902小齒輪分度圓直徑 d4作用在蝸輪上的力:89.2341t2?FaNt756rr12作用在小齒輪上的力: NdT8.3470892t3F????atr .16n?3.7.3 初步估算軸的最小直徑取材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì).取 ,于是得0A?河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—34—mnpA8.72.601920mind???最小直徑處安裝軸承,所以取軸徑為 80mm.,所以選取 7016C型角接觸球軸承, , ,18?15DB3.7.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.7.4.1 擬定軸上零件的傳配方案 3.7.4.2 軸的校核水平面支反力 05.81.19258321 ??????FFttHN則 HN.28731? NHNtt 89.2.7.4.12 ??垂直面支反力 05.81.9258Ma321 ???????rrV其中 mNdFa ????7.607.62M則 NHV14HVrr 4.98014.2938132 ??????河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—35—水平面彎矩 NmFHN 7.18025.628735.611M????HN ??.4.9.0.822垂直面彎矩 HV???? 76289515611mN?.03.8.22總彎矩 VH???09311M??8.564222扭矩 mNT?48903.7.4.3 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強度進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—36—強度.取 ,軸的計算應(yīng)力為0.6?? MPa2.491.04806.T9253M322ca ????? （（（W?之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因1[]60a??,故安全.]ca?????3.8 低速軸的設(shè)計3.8.1 軸的材料選擇選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì).3.8.2 求作用在大齒輪上的力由小齒輪的受力情況,可以得出大齒輪的受力,即 NFtt 8.3474?rr12693.8.3 初步確定軸的最小直徑選軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.取 ,于是得0A?mnp12358.7130mind??3.8.4 擬定軸上零件的傳配方案 （見圖紙)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—37—3.8.5 軸的校核水平面支反力 則 0782041????FtHNNFHN9.1074?Ht 9..78.3412??垂直面支反力 則 0204????rV NHV3671?NHrHV .26.69142 ?水平面彎矩 mN ????8.94017MFH?238.4822垂直面彎矩 V ?? 6236191NH??.70459.0722總彎矩 mV???5811H?4.932222扭矩 mNT?4570河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—38—3.8.6 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強度進(jìn)行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強度.取 ,軸的計算應(yīng)力為0.6?? MPa65.321.0451706.T3258M221ca ????? （（（W?之前選定軸的材料為 45 號鋼,調(diào)質(zhì)處理.查得 .因1[]60Pa??,故安全.]ca?????河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文—39—3.9 蝸桿軸上的軸承壽命校核1.在設(shè)計蝸桿選用的軸承為 7312B 型角接觸球軸承,由手冊查得，KN90C?3.60?(1)由滾動軸承樣本可查得,,70000 型軸承背對背或面對 面成對安裝在軸上時,當(dāng)量載荷可以按下式計算:1)當(dāng) /0.68arF?0.92raPF??2)當(dāng) ?714,且工作平穩(wěn),取 ,按上面式(2)計.86439.2（ 1pf?算當(dāng)量動載荷,即 NFfParp 2.3857)9.24.86437.0(1).7.0(1 ???????(2)計算預(yù)期壽命 'hL'280h?(3)求該軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷 CKNnPh ????? 26.580146.35760363'1'C故選擇此對軸