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中 國(guó) X X 大 學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
姓 名： 學(xué) 號(hào)：
學(xué) 院：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)題目： JT提升絞車設(shè)計(jì)
專 題：
指導(dǎo)教師： 職 稱：
20** 年 6 月
摘 要
JTP型提升絞車是一種新型的礦山輔助運(yùn)輸設(shè)備。其主要適用于煤礦井下長(zhǎng)運(yùn)距，多起伏的運(yùn)輸巷道，特別適用于大型綜采設(shè)備的運(yùn)輸牽引和長(zhǎng)運(yùn)距礦車及材料的運(yùn)輸。能大大提高運(yùn)輸效率和運(yùn)輸安全可靠性，防止放打滑現(xiàn)象。該絞車的設(shè)計(jì)對(duì)于完善提升絞車起著重要的基礎(chǔ)作用。
JTP型提升絞車主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、卷筒和制動(dòng)閘等組成。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是減速器的設(shè)計(jì)，該傳動(dòng)系統(tǒng)采用了五級(jí)傳動(dòng)，第一級(jí)為直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，其余為圓柱直齒輪傳動(dòng)，采用了兩個(gè)對(duì)齒輪，形成封閉的傳動(dòng)路線。傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單、可靠、高效。
JTP型絞車具有良好的防爆性能和制動(dòng)性能，容繩量大、適用條件強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。該絞車結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，能夠整機(jī)下井；結(jié)構(gòu)為近似對(duì)稱布置，外形美觀，成長(zhǎng)條形，底座呈雪橇狀；絞車重心低，底座剛性好，可安裝地錨，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠，維護(hù)方便。
關(guān)鍵詞：JTP提升絞車； 運(yùn)輸； 傳動(dòng)
ABSTRACT
JTP-hoist is a new type of mine-assisted transport equipment. The main application is long distance in the coal mine, more ups and downs of the roadway, especially for large transport fully mechanized coal mining equipment traction and long distance transport cars and materials. It can greatly improve transport efficiency and transport safety and reliability and prevent-skid phenomenon. The winch design plays an important basic role in improving the Promise of the rope winch.
JTP-hoist is mainly composed of the motor, coupling, reducer, brake drum gates, and other components. The graduation project focused on the design of the reducer, the drive system uses two transmission, the first class uses straight gear, the rest is straight cylindrical gear transmission, it uses two pairs of gears.It formed a closed transmission line. Transmission principle is simple, reliable and efficient.
JTP-hoist has a good explosion-proof performance and braking performance, large capacity to justice, conditions of application strong, long-life, high efficiency drive. The winch has compact structure, small shape size, can go down with overall unit; structure is similar to symmetrical layout, aesthetic appearance, growth strip, a sled-shaped base; the gravity centerof the winch is low, rigid base, and can be installed to anchor, a smooth operation, safe and reliable , easy maintenance.
Keyword : JTP-hoist ; transport; drive
目 錄
1 概述 1
1.1絞車簡(jiǎn)介 1
1.2絞車的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.2.1國(guó)內(nèi)絞車發(fā)展概況 1
1.2.2國(guó)外絞車發(fā)展概況 2
1.3絞車的發(fā)展趨勢(shì) 4
2 提升絞車的總體設(shè)計(jì) 5
2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 5
2.2結(jié)構(gòu)特征及工作原理 5
2.3傳動(dòng)方式擬定 6
3 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率 7
3.2選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) 8
4 減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 9
4.1總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配 9
4.1.1總傳動(dòng)比 9
4.1.2傳動(dòng)比分配 9
4.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 10
4.2.1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 10
4.2.2各軸功率計(jì)算 10
4.2.3各軸扭矩計(jì)算 11
4.3齒輪傳動(dòng)計(jì)算 12
4.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)校合 12
4.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)校合 15
4.3.3齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)總結(jié) 18
5卷筒及其部件設(shè)計(jì)計(jì)算 19
5.1鋼絲繩的選擇 19
5.1.1鋼絲繩的選擇方法 19
5.1.2安全系數(shù)法 19
5.1.3選擇系數(shù)法 20
5.1.4鋼絲繩選擇 21
5.1.5鋼絲繩強(qiáng)度校核 22
5.1.6鋼絲繩在卷筒上的固定方式 22
5.1.7鋼絲繩固定端承載能力驗(yàn)算 22
5.1.8鋼絲繩的出繩方向及其偏角 23
5.2卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
5.2.1卷筒結(jié)構(gòu) 23
5.2.2卷筒節(jié)徑 23
5.2.3卷筒邊緣直徑 24
5.2.4卷筒容繩寬度 24
5.2.5卷筒筒殼厚度 25
5.2.6卷筒端側(cè)板厚度 25
6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
6.1軸的材料選擇 26
6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
6.3軸的校核 31
6.4軸的彎矩圖和扭矩圖 32
7軸承及其它元件的校核 42
7.1滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 42
7.1.1軸承的類型選擇 42
7.1.2滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則 43
7.1.3滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算 43
7.2鍵聯(lián)接的校核計(jì)算 46
7.3聯(lián)接螺栓的校核計(jì)算 48
7.3.1工作剪力計(jì)算 48
7.3.2螺栓剪切強(qiáng)度校核 49
8減速器的潤(rùn)滑和密封 49
8.1減速器的潤(rùn)滑 49
8.2減速器的密封 49
9減速器箱體及附件的選型設(shè)計(jì) 50
9.1減速器箱體的設(shè)計(jì) 50
9.2減速器附件的選型設(shè)計(jì) 51
10連軸器與制動(dòng)器的選型設(shè)計(jì) 53
10.1連軸器的選型設(shè)計(jì) 53
10.2制動(dòng)器的選型設(shè)計(jì) 54
11絞車的安裝與調(diào)試
11.1絞車的運(yùn)輸與安裝...................................... 55
12絞車的潤(rùn)滑與維護(hù)................................... 57
小結(jié) 64
英文原文 65
中文譯文 70
參考文獻(xiàn) 80
致謝 81
1 概述
1.1絞車簡(jiǎn)介
絞車是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用與物料提升、水平和傾斜拽引重物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。
絞車除在建筑工地、設(shè)備安裝等方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山、水電、農(nóng)業(yè)、軍事、化工及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中亦廣泛應(yīng)用，如高爐料鐘和物料的提升，礦井的物料提升，水平、傾斜牽引運(yùn)輸，礦車調(diào)度、回柱，船舶上錨鏈的提升等。
1.2絞車的發(fā)展概況
1.2.1國(guó)內(nèi)絞車發(fā)展概況
我國(guó)在很久以前的古代，就知道采用轆轤等來(lái)提升重物，以減輕體力勞動(dòng)的強(qiáng)度和提高工作效率。但由于舊中國(guó)的工業(yè)落后，勞動(dòng)力便宜，所以在物料的提升和搬運(yùn)過(guò)程中大都是靠工人的肩挑背扛，而絞車只有在一些大型企業(yè)中才被使用，應(yīng)用很少，而且所適用的絞車也均為國(guó)外生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有生產(chǎn)絞車的廠家。
我國(guó)的絞車生產(chǎn)是解放后才開(kāi)始的，已有近60年的歷史。50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟(jì)的需要和第一個(gè)五年計(jì)劃的需要，絞車的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽(yáng)國(guó)泰機(jī)器廠（阜新礦山機(jī)械廠前身）等成批仿制了兩種絞車，一種為日本的JIS8001型動(dòng)力絞車，它是一種原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)形式是開(kāi)式圓柱齒輪傳動(dòng)，雙錐體摩擦離合器，操作為手扳腳踩的快速絞車；另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的1011型和1012型普通蝸桿傳動(dòng)、電控慢速絞車。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到了60年代，絞車的生產(chǎn)和使用越來(lái)越多。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，主要絞車生產(chǎn)廠家（阜新礦山機(jī)械廠、天津卷?yè)P(yáng)機(jī)廠、山西機(jī)器廠、寶雞起重運(yùn)輸機(jī)廠等）組成了卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)組織，隸屬于第一機(jī)械工業(yè)部礦山機(jī)械行業(yè)下。為了發(fā)展絞車的生產(chǎn)，行業(yè)組織了相關(guān)廠家的人員對(duì)全國(guó)絞車的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開(kāi)始自行設(shè)計(jì)和制造新的卷?yè)P(yáng)機(jī)，先后試制了0.5t、1t、3t電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，但由于對(duì)當(dāng)時(shí)各廠家的生產(chǎn)能力估計(jì)不足，無(wú)法推廣。
從70年代起，我國(guó)絞車的生產(chǎn)進(jìn)入了技術(shù)提高、品種增多、定性生產(chǎn)的新階段。在各廠自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，1973年，由卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進(jìn)行了絞車基型設(shè)計(jì)，并充分考慮到了當(dāng)時(shí)中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖俳g車的基型采用半開(kāi)半閉式齒輪傳動(dòng)，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操縱用手扳剎車帶制動(dòng)。慢速絞車的基型為閉式傳動(dòng)（圓柱齒輪傳動(dòng)或蝸桿傳動(dòng)減速器）、電磁鐵制動(dòng)結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到今天還在生產(chǎn)。為了適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時(shí)第一機(jī)械工業(yè)部發(fā)布了JB926-74《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)形式與基本參數(shù)》和JB1803-76《建筑卷?yè)P(yáng)機(jī)技術(shù)條件》兩個(gè)部標(biāo)準(zhǔn)，并把卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)劃歸常德建筑機(jī)械研究所（長(zhǎng)沙建筑機(jī)械研究院前身）領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標(biāo)準(zhǔn)的頒布，使絞車有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，各廠家相繼生產(chǎn)了20t和32t絞車。
從70年代末開(kāi)始，我國(guó)實(shí)行了改革開(kāi)放政策，國(guó)民經(jīng)濟(jì)大發(fā)展，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力，煤炭產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化和機(jī)械化的要求日益強(qiáng)烈，許多產(chǎn)品逗進(jìn)行了防爆改造，從而進(jìn)入到煤礦井下，其中絞車是最成功的一種產(chǎn)品，JD系列的調(diào)度絞車和JH系列的回柱絞車至今還在大量的生產(chǎn)，是礦山井下，運(yùn)輸調(diào)度不可替代的機(jī)械設(shè)備。但這種設(shè)備的自動(dòng)化的程度不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)操作，往往由于絞車操作工的操作失誤或精神不集中造成安全生產(chǎn)事故。
礦山絞車的發(fā)展是伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展，九十年代中后期，是我國(guó)煤炭生產(chǎn)的一個(gè)低潮，礦用絞車的發(fā)展十分緩慢，沒(méi)有什么新的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品出現(xiàn)。但是，2000年以后，國(guó)際油價(jià)居高不下，煤炭再一次被人們所重視，煤炭?jī)r(jià)格一路上漲，絞車等一系列的礦山機(jī)電產(chǎn)品需求量劇增，促進(jìn)了絞車的發(fā)展，這一時(shí)期絞車品種增加，自動(dòng)化水平增加，新結(jié)構(gòu)、新功能不斷出現(xiàn)，但是仍然具有一定的技術(shù)瓶頸，即自動(dòng)控制設(shè)備的防爆問(wèn)題?，F(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)十分的成熟，但是，也只是在礦井的主井和副井的提升系統(tǒng)中得到了最廣泛的最成熟的應(yīng)用。然而，自動(dòng)化和數(shù)字化是礦井發(fā)展的必然趨勢(shì)，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，礦山設(shè)備的自動(dòng)化和數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)這一目的的基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)也力求用最成熟的PLC控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井水倉(cāng)的無(wú)人值守，達(dá)到牽引絞車能夠根據(jù)水位自動(dòng)提升和下降泵房的目的，探索一條能夠?qū)崿F(xiàn)絞車自動(dòng)化控制的路徑。
1.2.2國(guó)外絞車發(fā)展概況
在國(guó)外，絞車的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家中，鉆機(jī)制造商德國(guó)Wirth公司、Bentec公司以及美國(guó)Varco公司擁有先進(jìn)的絞車控制技術(shù)、電動(dòng)機(jī)四象限傳動(dòng)技術(shù)以及電子(自動(dòng)) 司鉆控制技術(shù)。這些絞車控制系統(tǒng)能根據(jù)鉆壓、機(jī)械鉆速、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)控制鉆井鋼絲繩的連續(xù)遞送以保持穩(wěn)定的鉆井狀態(tài)， 進(jìn)而大大提高鉆井效率。下面簡(jiǎn)單介紹一下幾個(gè)國(guó)家上產(chǎn)絞車的狀況。
（1）日本
日本東明治30年代開(kāi)始制造和使用卷?yè)P(yáng)機(jī)。據(jù)日本荷藝機(jī)械研究所核計(jì)，1970~1975年間卷?yè)P(yáng)機(jī)的產(chǎn)量增加62.5%。據(jù)日本通產(chǎn)省機(jī)械核計(jì)月報(bào)載，僅1977年單純土建卷?yè)P(yáng)機(jī)的產(chǎn)量就達(dá)12萬(wàn)臺(tái)，產(chǎn)值約100億日元。
日本卷?yè)P(yáng)機(jī)行業(yè)由機(jī)械技術(shù)部會(huì)、核藝機(jī)械技術(shù)委員會(huì)領(lǐng)導(dǎo)。主要生產(chǎn)廠家有北川鐵工所、遠(yuǎn)藤鋼機(jī)、南星、越野總業(yè)、藝浦、松崗產(chǎn)業(yè)等80多個(gè)廠家。
北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠。其生產(chǎn)的卷?yè)P(yáng)機(jī)品種系列比較齊全，主要有：
a.動(dòng)力卷?yè)P(yáng)機(jī) 粉BF、MF、DF三種形式。功率為3.7~44KW,鋼絲繩拉力從5800~44100N，有18格規(guī)格。BF型式V型帶傳動(dòng)，MF型單筒開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，DF型是雙筒開(kāi)始齒輪傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是全部為標(biāo)準(zhǔn)型，采用改進(jìn)了的螺旋頂絲式離合器操縱，因而操作簡(jiǎn)便，易調(diào)整。鼓形離合器采用單椎體式，摩擦材料采用帶型樹(shù)脂。
b.電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī) 該廠生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)為KW型，功率3.7~11KW,拉力6000~142100，四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：全封閉式內(nèi)齒輪傳動(dòng);電動(dòng)機(jī)在一端，減速器、制動(dòng)器和操作部分在另一端，中間是卷筒，一字型布置；按鈕操作，可遠(yuǎn)距離遙控；最大特點(diǎn)是卷筒可纏繞8~9層，容繩量大，適于高層建筑使用。
c.大型電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī) 主要用于提升大型重物或設(shè)備，可兩檔機(jī)械變速，設(shè)有電磁鐵制動(dòng)器、手制動(dòng)器和棘輪制動(dòng)器，以確保安全。
遠(yuǎn)藤鋼機(jī)公司有60多年歷史，它是日本唯一生產(chǎn)特殊電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的公司。ENDO型卷?yè)P(yáng)機(jī)采用起重電動(dòng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)可兩檔變速，排繩器裝在上部，是單螺旋軸雙導(dǎo)向桿式結(jié)構(gòu)，機(jī)座全部是焊接結(jié)構(gòu)，所有機(jī)械與電器部分裝在機(jī)座里。
(2)美國(guó)
美國(guó)生產(chǎn)絞車的廠家有近百家，主要有貝波（BEEBE）國(guó)家有限公司、哲恩（THERN）有限公司。
貝波國(guó)際有限公司成立于1919年，有七十多家的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品有：氣動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)，防爆拖式氣動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，駁船卷?yè)P(yáng)機(jī)（手動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓），電動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)，電動(dòng)葫蘆，電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)，水平卷?yè)P(yáng)機(jī)，手動(dòng)鏈?zhǔn)骄頁(yè)P(yáng)機(jī)，棘輪牽引器，空中吊運(yùn)車。
哲恩有限公司是美國(guó)較大的生產(chǎn)起重設(shè)備的公司，主要產(chǎn)品有各種手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)、提升機(jī)械及起重機(jī)。手動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要品種有：蝸桿傳動(dòng)系列、直齒齒輪傳動(dòng)系列、齒輪蝸桿傳動(dòng)組合系列、直接驅(qū)動(dòng)系列、鏈傳動(dòng)系列。其中直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)式全封閉式行星齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)全部裝在卷筒里面，機(jī)架和卷筒用高強(qiáng)度鋼焊接而成。
美國(guó)除上述兩家公司外，比較重要的生產(chǎn)廠家還有布勞斯公司、賽林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索藝德公司等。
(3)法國(guó)
法國(guó)生產(chǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)的廠家很多，其中包騰公司就是生成卷?yè)P(yáng)機(jī)的主要廠家之一。包騰公司主要生產(chǎn)KUSW系列卷?yè)P(yáng)機(jī)、LMD系列卷?yè)P(yáng)機(jī)、PC系列卷?yè)P(yáng)機(jī)和RCS系列卷?yè)P(yáng)機(jī)。
LUSW型卷?yè)P(yáng)機(jī)輕巧緊湊，效率高，安全可靠，可遙控操作。這種卷?yè)P(yáng)機(jī)能夠比較理想地與各種建筑機(jī)械配套。
LMD型卷?yè)P(yáng)機(jī)可兩檔變速，采用液壓控制。液壓系統(tǒng)可同時(shí)控制兩個(gè)機(jī)械制動(dòng)器。LMD型卷?yè)P(yáng)機(jī)綜合了電氣技術(shù)和液壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，性能比較好。
PC卷?yè)P(yáng)機(jī)可五檔變速器，三個(gè)低速檔和兩個(gè)高速檔。由兩個(gè)獨(dú)立的裝有電磁剎車系統(tǒng)提升電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)直齒減速器，用錐齒輪電動(dòng)卷筒。
其他國(guó)家，如俄羅斯、英國(guó)、挪威、瑞典、加拿大、德國(guó)等也都生產(chǎn)著不同用途的各種型號(hào)的卷?yè)P(yáng)機(jī)。
1.3絞車的發(fā)展趨勢(shì)
1.大型化 由于基礎(chǔ)工業(yè)大發(fā)展，大型設(shè)備和建筑構(gòu)件要求整體安裝，促進(jìn)了大型絞車的發(fā)展。
2.采用先進(jìn)電子技術(shù) 為了實(shí)現(xiàn)絞車的自動(dòng)控制和遙控，廣泛采用先進(jìn)的電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，可編程控制技術(shù)。
3.發(fā)展手提式絞車 為了提高機(jī)械化程度，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，大力發(fā)展小型手提式絞車，如以汽車蓄電池為動(dòng)力的直流電動(dòng)小型絞車。
4.大力發(fā)展不帶動(dòng)力源裝置的絞車 此種絞車借助汽車和拖拉機(jī)動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有一個(gè)卷筒和一個(gè)減速器即可。
2提升絞車的總體設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
最大拉力：15KN；
提升速度：1.35m/s
2.2結(jié)構(gòu)特征及工作原理
本絞車主要由電動(dòng)機(jī)、彈性聯(lián)軸器、減速器、開(kāi)式大齒輪、盤式制動(dòng)器、卷筒等部分
組成。
絞車的傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如下：
I、II、III、IV--軸
1、2、3、4—齒輪
圖 設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案
其傳動(dòng)路線是：
電動(dòng)機(jī)→聯(lián)軸器→減速器→大齒輪→卷筒。
2.3傳動(dòng)方式擬定
減速器是應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)和卷筒之間的獨(dú)立的傳動(dòng)裝置。其主要功能是降低轉(zhuǎn)速，增大轉(zhuǎn)矩，以滿足對(duì)機(jī)械的各種要求。實(shí)踐表明，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地?cái)M定傳動(dòng)方案又是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可得到如下的傳動(dòng)方案：
（1）不需要立式結(jié)構(gòu),故采用臥式減速器；
（2）行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，但成本高，維護(hù)困難；錐齒輪及蝸桿傳動(dòng)方式的輸入軸與輸出軸垂直，與卷筒配合布置較復(fù)雜，加工也較困難，效率低，故擬采用圓柱齒輪傳動(dòng)，圓柱齒輪傳動(dòng)具有成本低，設(shè)計(jì)制造維護(hù)都很方便的優(yōu)點(diǎn)；
（3）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)——卷筒的直徑及鋼絲繩繩速計(jì)算卷筒轉(zhuǎn)速
（4）為了便于加工拆卸及維護(hù)，采用水平剖分式；
（5）功率小，轉(zhuǎn)速也較低，所以軸承全部采用深溝球軸承；
（6）電動(dòng)機(jī)和輸入軸之間采用彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB4323-84），卷筒與減速器之間采用開(kāi)始齒輪傳動(dòng)連接。
3電動(dòng)機(jī)的選擇
3.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率
已知：
最大拉力 F =15KN
提升速度 V = 1.35m/s
則：
根據(jù)以上的傳動(dòng)方案圖可得：
總傳動(dòng)效率
=
=0.86
其中：
彈性聯(lián)軸器的效率=0.97；
滾動(dòng)軸承的效率=0.99；
閉式圓柱齒輪傳動(dòng)效率=097；
齒輪聯(lián)軸器效率=0.96；
滾筒效率=0.97
3.2選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)
=
電動(dòng)機(jī)所需的額定功率P與電動(dòng)機(jī)輸出功率P`之間有以下關(guān)系：
P≥K·
式中K為功率儲(chǔ)備系數(shù)，對(duì)運(yùn)輸絞車取K=1,故
P =23.55KW
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選?。?
電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YRT200M-6
功 率：30 KW
轉(zhuǎn) 速：960r/min
4減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1總傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配
4.1.1總傳動(dòng)比
按額定轉(zhuǎn)速初定傳動(dòng)比，總傳動(dòng)比按下式計(jì)算
(4.1)
式中 ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，；
——卷筒轉(zhuǎn)速，
根據(jù)已知設(shè)計(jì)參數(shù)，卷筒直徑D=800 mm
則可得：
=32.25
結(jié)果
4.1.2傳動(dòng)比分配
總傳動(dòng)比等于各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積，即
(4.2)
合理分配傳動(dòng)比是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要步驟。如果把傳動(dòng)比分配得合理時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低，潤(rùn)滑條件也好；但傳動(dòng)比分配不合理，則結(jié)果正好相反，所以傳動(dòng)比分配應(yīng)盡量遵循以下原則：
1. 各級(jí)傳動(dòng)比最好在推薦的范圍內(nèi)選取，以符合各種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)；
2. 應(yīng)充分發(fā)揮各級(jí)傳動(dòng)的承載能力?？砂礉M足某一質(zhì)量指標(biāo)分配傳動(dòng)比，如按外嚙合接觸強(qiáng)度相等原則分配傳動(dòng)比；
3. 傳動(dòng)零件之間不應(yīng)造成相互干涉碰撞，如絞車的開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，若傳動(dòng)比太小，大齒輪直徑小于卷筒直徑，則會(huì)使小齒輪與卷筒產(chǎn)生干涉；
4. 各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)、合理，使得各傳動(dòng)部分從動(dòng)齒輪的浸油深度相近，各級(jí)齒輪得到方便、充分的潤(rùn)滑，減小攪油損失；
5. 應(yīng)使傳動(dòng)裝置的總體尺寸緊湊，質(zhì)量最小。
設(shè)計(jì)時(shí)，絞車的實(shí)際傳動(dòng)比的準(zhǔn)確值必須在各級(jí)傳動(dòng)零件具體參數(shù)確定后才能計(jì)算出來(lái)，故應(yīng)驗(yàn)算卷筒軸實(shí)際轉(zhuǎn)速是否在允許誤差范圍呢，如不滿足要求，應(yīng)重新調(diào)整傳動(dòng)比，一般情況下，設(shè)計(jì)時(shí)允許卷筒有±（3%～5%）的轉(zhuǎn)速誤差。
圖4.1 兩級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比分配圖
減速器為二級(jí)展開(kāi)式圓柱齒輪減速器，其傳動(dòng)比按圖4.1選取分配。
由圖4.1得，傳動(dòng)比分配見(jiàn)表4.1。將閉式齒輪傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比全部取整，只在開(kāi)式齒輪傳動(dòng)部分才將傳動(dòng)比取小數(shù)，這樣分配便于了加工和計(jì)算，減小了傳動(dòng)速度誤差。
表4.1 圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比的分配
總傳動(dòng)比
第一級(jí)傳動(dòng)比
第二級(jí)傳動(dòng)比
30
4.5
6.75
4.2傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算
4.2.1各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
第Ⅰ軸轉(zhuǎn)速（輸入軸）
第Ⅱ軸轉(zhuǎn)速（中間軸）
第Ⅲ軸轉(zhuǎn)速 （輸出軸）
4.2.2各軸功率計(jì)算
第Ⅰ軸功率（輸入軸）
第Ⅱ軸功率（輸出軸）
第Ⅲ軸功率（卷筒軸）
式中 ——彈性聯(lián)軸器效率，；
——深溝球滾動(dòng)軸承效率，；
——閉式圓柱齒輪效率（按8級(jí)精度），；
——開(kāi)式加工圓柱齒輪效率（按8級(jí)精度），；
4.2.3各軸扭矩計(jì)算
第Ⅰ軸扭矩（輸入軸）
第Ⅱ軸扭矩（輸出軸）
第Ⅲ軸扭矩（卷筒軸）
表5.3各軸轉(zhuǎn)速、輸出功率、輸出扭矩表
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速
輸出功率
輸出扭矩
傳動(dòng)比
Ⅰ（輸入軸）
960
22.62
222.7
1
Ⅱ（中間軸）
213.33
22.72
1018
4.5
Ⅲ（輸出軸）
31.6
20.86
6034.21
6.75
4.3齒輪傳動(dòng)計(jì)算
4.3.1第一級(jí)齒輪傳動(dòng)校核：
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)
大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式：
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm
=294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按
Vt= (0.0130.022) ××
=
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí)，小輪分度圓直徑d，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=20
大輪齒數(shù):
圓整取
齒數(shù)比u :
傳動(dòng)比誤差Δu/u:合格
小輪轉(zhuǎn)距:
載荷系數(shù)K：
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動(dòng)載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):
=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
mm
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
mm
圓周速度：
與故取v=4.3m/s相近
齒寬:
圓整取b=64mm
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪：=2.74
大齒輪：=2.25
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪：
大齒輪：
重合度：
=1.66
重合度系數(shù)：
故：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
SHmin=1
=1
=20
=90
U=4.5
=1
=1.2
=1.1
=1.1
K=1.45
=2.5
=0.87
Error! No bookmark name given.
=2.74
=2.25
4.3.2第二級(jí)齒輪傳動(dòng)校核：
設(shè)計(jì)項(xiàng)目及說(shuō)明
結(jié)果
1)、選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力
由表6.2選： 小齒輪40Cr 調(diào)質(zhì)
大齒輪45 正火
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式：
=
接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查圖得：
接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)：SHmin=1
許用接觸應(yīng)力:
接觸疲勞極限 :
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-4:
由式
則：
許用彎曲應(yīng)力由式：
彎曲疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-7：
彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-8:
彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù):
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6-9(設(shè)模數(shù)小于5):
彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)
則：
=378×1×1/1.4=270 N/mm
=294×1×1/1.4=210 N/mm
2)、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按
Vt= (0.0130.022) ××
參考表 6.7表 6.8選取II公差組8級(jí)，小輪分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6-5：
齒寬系數(shù)按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
小輪齒數(shù):在推薦值20-40中選=23
大輪齒數(shù):
齒數(shù)比u :
小輪轉(zhuǎn)距:
載荷系數(shù)K：
使用系數(shù)： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3，=1
動(dòng)載荷系數(shù)：由推薦值選=1.2
齒間載荷分配系數(shù)由：β=0得=1.1
齒向載荷分布系數(shù)：由推薦值選=1.1
則載荷系數(shù):
=1×1.2×1.1×1.1=1.45
材料彈性系數(shù)：查表得=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（），=2.5
重合度系數(shù)：由推薦值：0.85～0.92選=0.87
則：
齒輪模數(shù)：
(圓整后的值)
小齒輪分度圓直徑：
大齒輪分度圓直徑：
標(biāo)準(zhǔn)中心距:
圓周速度：
與故取相近
齒寬:
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3)、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算：
由式：
齒形系數(shù):查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪：=2.69
大齒輪：=2.181
應(yīng)力修正系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
小齒輪：
大齒輪：
重合度：
=1.68
重合度系數(shù)：
故：
＜
所以齒根彎曲強(qiáng)度滿足
SHmin=1
=1
=23
=156
=1
=1.2
=1.1
=1.1
K=1.45
=2.5
=0.87
Error! No bookmark name given.
=2.69
=2.181
4.3.4齒輪傳動(dòng)主要參數(shù)總結(jié)
根據(jù)計(jì)算整理得到齒輪具體參數(shù)如下表：
表5.5 齒輪參數(shù)表
名稱
代號(hào)
1
2
3
4
齒數(shù)
20
90
23
156
模數(shù)（）
4
6
分度圓直徑（）
82
369
138
828
齒寬系數(shù)
0.8
0.8
0.8
0.8
齒頂高（）
6
10
齒根高（）
8
12
全齒高（）
14
22
傳動(dòng)比
4.5
6.75
齒數(shù)比
4.5
6.75
中心距（）
220
483
應(yīng)力角（）
20°
5卷筒及其部件設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1鋼絲繩的選擇
5.1.1鋼絲繩的選擇方法
絞車通過(guò)鋼絲繩升降、拽引重物。工作時(shí)鋼絲繩多層纏繞所受應(yīng)力十分復(fù)雜，加之對(duì)外界影響因素比較敏感，一旦失效，后果十分嚴(yán)重。因此應(yīng)特別重視鋼絲繩的合理選擇和實(shí)用。
鋼絲繩鋼絲繩直徑（以下簡(jiǎn)稱繩徑）的選取，是絞車設(shè)計(jì)的第一步。直徑的選擇直接影響卷筒的直徑及相關(guān)尺寸的確定，還關(guān)系到絞車能否正常的運(yùn)行。在以往起重類，絞車書(shū)目及絞車設(shè)計(jì)規(guī)范中，繩徑的選擇有兩種方法，這兩種方法是：
安全系數(shù)法 （3.1）
選擇系數(shù)法 （3.2）
式中 ——整條鋼絲繩的破斷拉力（）；
——絞車工作級(jí)別規(guī)定的最小安全系數(shù)；
——選定鋼絲繩的安全系數(shù)；
——鋼絲繩的額定拉力（）；
——鋼絲繩最小直徑（）；
——鋼絲繩選擇系數(shù)，它由機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別、鋼絲繩是否旋轉(zhuǎn)以及吊運(yùn)物品的性質(zhì)等因素有關(guān)；
——鋼絲繩最大工作拉力（）。由起升載荷（額定起重量，鋼絲繩懸掛部分的重量，滑輪組及其他吊具的重量）并考慮滑輪組效率和倍率還確定。
5.1.2安全系數(shù)法
該方法是一種靜力計(jì)算方法，間接選擇繩徑。設(shè)計(jì)時(shí)，鋼絲繩的額定拉力為已知，將額定拉力乘以規(guī)定的最小安全系數(shù)，然后從產(chǎn)品目錄中選擇一種破斷拉力不小于·的繩徑。
該方法是沿用多年的傳統(tǒng)方法，它具有簡(jiǎn)化計(jì)算、資料系統(tǒng)、齊全、完整的特點(diǎn)，基本上能滿足現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)繩徑的選擇，是一種比較成熟的選擇方法。它的不足之處就是選擇過(guò)程比較繁瑣，必須經(jīng)過(guò)多次的試算才能選出，而且是間接選擇的。
5.1.3選擇系數(shù)法
目前在工業(yè)化國(guó)家，對(duì)繩徑的選擇普遍采用這種方法。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4308（鋼絲繩的選擇）也推薦采用此方法。
這種方法能直接計(jì)算出繩徑，比間接選擇要方便的多，簡(jiǎn)單明了而且直觀，一旦查到了選擇系數(shù)就能很容易的把繩徑計(jì)算出來(lái)。但目前兩個(gè)規(guī)范（GB/T3811-1983和GB13752-1992）上提供的選擇系數(shù)都有很大的局限性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足選擇鋼絲繩的需要。因?yàn)樗鼈儧](méi)有把現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)鋼絲繩的各種規(guī)格型號(hào)，不同繩芯，不同的鋼絲抗拉強(qiáng)度的選擇系數(shù)統(tǒng)統(tǒng)列出來(lái)。
5.1.4鋼絲繩選擇
經(jīng)過(guò)綜合比較并查閱資料，本設(shè)計(jì)采用第一種方法即安全系數(shù)法。煤礦安全規(guī)程的規(guī)定專為升降物料用的提升鋼絲繩的安全系數(shù)不得低于6.5 。
由設(shè)計(jì)要求可求得鋼絲繩的額定拉力=15KN，鋼絲繩的破斷拉力=
選型結(jié)果：18.5ZAA 6×7+FC 1770 ZZ 521 GB/T16269-1996
主要參數(shù)如下：
鋼絲繩直徑：d=16mm
鋼絲直徑：1.2mm
鋼絲總斷面積：128.87
參考重力：1218
纏繞層數(shù) 5
容繩量 480m
鋼絲繩平均速度1.35m/s
鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度：1550 N/
該型號(hào)的鋼絲繩具有如下的特點(diǎn)：
是一種鍍鉻鋼絲繩，提高了鋼絲繩的耐腐蝕性，適用于室外，潮濕的環(huán)境中；
是一種面接觸鋼絲繩，這種鋼絲繩的接觸應(yīng)力小，進(jìn)一步改善了鋼絲繩的性能；
繩芯采用天然纖維芯，具有較高的撓性和彈性，纏繞時(shí)彎曲應(yīng)力較小；
采用右同向捻，鋼絲繩的撓性好，磨損小，使用壽命長(zhǎng)，因泵房采用剛性導(dǎo)軌，克服了松散性和扭轉(zhuǎn)性。
5.1.5鋼絲繩強(qiáng)度校核
折減系數(shù)
鋼絲繩破斷拉力總和
5.1.6鋼絲繩在卷筒上的固定方式
鋼絲繩在卷筒上固定應(yīng)保證工作時(shí)安全可靠，便于檢查、裝拆及調(diào)整，且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過(guò)分彎折。鋼絲繩常用的固定方式有：楔塊固定和壓板固定兩類。
1.楔塊固定
鋼絲繩通過(guò)楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取1：4～1：5，以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡(jiǎn)單，但鋼絲繩允許的直徑不能太大。
2.壓板和螺釘繩端固定裝置
鋼絲繩端從端側(cè)板預(yù)留斜孔中引出至板外，通過(guò)壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見(jiàn)，壓板數(shù)目至少為兩個(gè)。這種繩端的固定方式，卷筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。本設(shè)計(jì)中就采用此種固定方式。斜孔角度為45°，斜孔的邊緣倒圓角，這樣可保證鋼絲繩平緩的纏繞在卷筒上，避免了鋼絲繩的損傷。
5.1.7鋼絲繩固定端承載能力驗(yàn)算
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼絲繩在卷筒上的安全圈數(shù)不得小于3圈。在保留兩圈的情況下，應(yīng)能承受1.25倍的鋼絲繩額定拉力。
當(dāng)鋼絲繩安全圈數(shù)不少于3圈時(shí)，固定端處的拉力可按歐拉公式計(jì)算
（3.4）
式中 ——鋼絲繩端處拉力（）；
——最大靜強(qiáng)度計(jì)算拉力， 為動(dòng)載系數(shù)，可按表2.1進(jìn)行選取，取。為鋼絲繩額定拉力（），；
——自然對(duì)數(shù)底數(shù)，；
——鋼絲繩與滾筒表面的摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)??；
——鋼絲繩安全圈在卷筒上的包角，安全圈數(shù)不少于3圈。若取3圈，則。
結(jié)果
由計(jì)算可知，鋼絲繩固定端處的連接強(qiáng)度不容忽視。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可計(jì)算繩端緊固件。
5.1.8鋼絲繩的出繩方向及其偏角
鋼絲繩的出繩方向一般為水平方向，并從卷筒下方出繩，這樣可以得到比較小的側(cè)翻力矩。但也可以從其他方向出繩，此時(shí)，鋼絲繩傾斜，必然要產(chǎn)生向上的分力，使地腳螺栓的受力狀態(tài)發(fā)生變化。
為了確保鋼絲繩在卷筒上纏繞均勻、對(duì)稱、排列整齊，避免堆積、松散和亂繩。鋼絲繩水平方向卷放偏角值必須符合表2.2的規(guī)定。
表3.2 卷放偏角的規(guī)定值
表3.2 卷放偏角
排繩方式
允許偏角
自然排繩
排繩器排繩
鋼絲繩的偏斜角可由導(dǎo)繩定滑輪旋轉(zhuǎn)中心線到卷筒軸線或排繩器導(dǎo)繩輪軸線的距離來(lái)保證。即
（3.4）
如果偏角過(guò)大，會(huì)造成各圈鋼絲繩之間留有較大的縫隙，當(dāng)新的一層鋼絲繩向下面一層纏繞時(shí)就會(huì)嵌壓進(jìn)入鋼絲繩之間的縫隙，造成嚴(yán)重“錘擊”，很容易引起亂繩并增加鋼絲繩的磨損。如果偏角過(guò)小，則鋼絲繩纏繞到卷筒邊緣時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生從下向上的繩圈堆積現(xiàn)象，特別是當(dāng)導(dǎo)向定滑輪對(duì)卷筒不對(duì)中時(shí)，情況更為嚴(yán)重。當(dāng)鋼絲繩堆積上有兩三層后又突然墜落，將產(chǎn)生很大的沖擊力。這種現(xiàn)象對(duì)鋼絲繩壽命和卷筒強(qiáng)度都有很大影響。嚴(yán)重的堆積還會(huì)造成鋼絲繩越出卷筒段側(cè)板，引起事故。所以有必要規(guī)定一個(gè)最小的纏繞偏斜角，推薦采用
5.2卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算
絞車卷筒系鋼絲繩多層纏繞，所受應(yīng)力非常復(fù)雜。它作為絞車的重要零件，對(duì)絞車安全可靠的工作至關(guān)重要，應(yīng)該合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖3.1 卷筒容繩尺寸參數(shù)及結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.1卷筒結(jié)構(gòu)
卷筒結(jié)構(gòu)形式多樣，可按下述方法分類：
按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷筒應(yīng)用廣泛。絞車卷筒大多為鑄造卷筒，成本低，工藝性好，但質(zhì)量大，適用于中小型絞車。大噸位絞車一般采用鑄鋼卷筒。鑄鋼卷筒雖然承載能力較大，但成本較高，若工藝允許，可采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。
按照卷筒纏繞層數(shù)的不同可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒。絞車主要使用多層纏繞卷筒。
按照卷筒內(nèi)部是否帶有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒。無(wú)論是卷筒內(nèi)的環(huán)向筋還是縱向筋，均增加了知道難度，同時(shí)在筋板和筒壁的連接處還會(huì)引起應(yīng)力集中。本次設(shè)計(jì)中不采用帶筋板卷筒。
按照結(jié)構(gòu)的整體性，卷筒可分為整體式卷筒和分體式卷筒。絞車噸位比較小時(shí)，卷筒常采用整體結(jié)構(gòu)。對(duì)較大噸位的卷筒，常做成分體裝配形式，這樣可以簡(jiǎn)化工藝，減輕重量。本次設(shè)計(jì)的絞車，噸位較小，故采用整體式卷筒，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和安裝工藝。
按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來(lái)分，常采用端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式。這種卷筒的特點(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。
5.2.2卷筒節(jié)徑
卷筒節(jié)徑對(duì)筒壁和端側(cè)板的設(shè)計(jì)具有重要意義。值小，結(jié)構(gòu)自然緊湊，但單位長(zhǎng)度上的力較大，鋼絲繩壽命低。
卷筒節(jié)徑應(yīng)滿足下式
(4.1)
式中 ——筒繩直徑比，是絞車工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，范圍；
——鋼絲繩直徑（），。
結(jié)果 取整
卷筒的直徑=1200mm
5.2.3卷筒邊緣直徑
卷筒邊緣直徑即卷筒端側(cè)板。對(duì)于多層纏繞，為了防止鋼絲繩脫落，端側(cè)板直徑應(yīng)大于鋼絲繩最外層繩圈直徑。端側(cè)板直徑常用下式計(jì)算
式中 n —— 纏繞層數(shù)，n=5
——卷筒直徑（），，
——鋼絲繩直徑（），。
結(jié)果
5.2.4卷筒容繩寬度
卷筒容繩寬度，一般可按下述關(guān)系式確定
(4.2)
(4.3)
式中 H——提升高度（），H=30000；
——鋼絲繩直徑（），；
——卷筒節(jié)徑（），；
——卷筒直徑（），。
卷筒寬度 B=600mm。
絞車卷筒壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算中，通常卷筒長(zhǎng)度都設(shè)計(jì)成小于其直徑的3倍，甚至小于其直徑的2倍。因?yàn)榇藭r(shí)的鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的合成應(yīng)力較小，故計(jì)算卷筒強(qiáng)度時(shí)可忽略不計(jì)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算。
5.2.5卷筒筒殼厚度
材料選用灰口鑄鐵HI200
卷筒壁的強(qiáng)度按下式計(jì)算
(4.4)
則筒壁厚度為
(4.5)
式中 ——鋼絲繩的額定拉力（）,；
——卷筒壁環(huán)向壓縮應(yīng)力（）；
——多層纏繞系數(shù)，；
——鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距（）,；
——卷筒材料的許用應(yīng)力（），根據(jù)小絞車工作級(jí)別，選取。
結(jié)果 ，取整
5.2.6卷筒端側(cè)板厚度
考慮到結(jié)構(gòu)尺寸、壓力、載荷等影響因素，端側(cè)板厚度計(jì)算公式為
(4.6)
式中 ——綜合影響系數(shù)，；
——端側(cè)板材料的許用應(yīng)力，。
結(jié)果
取整。
卷筒直徑大小對(duì)端側(cè)板強(qiáng)度影響較大，且卷筒筒壁和端側(cè)板過(guò)度處的圓角半徑對(duì)端側(cè)板強(qiáng)度有重要影響，所以不能取得太小。過(guò)渡圓角半徑取在范圍內(nèi)比較合適，取。
6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸是絞車中重要零件之一。其主要功能是支撐回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸通過(guò)軸承與卷筒或減速器箱體相聯(lián)，裝在軸上的零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基礎(chǔ)的軸系部件。因此，在軸的設(shè)計(jì)中，不能只考慮軸本身，還必須計(jì)及軸系零（部）件對(duì)軸的影響。
設(shè)計(jì)軸時(shí)，應(yīng)解決的主要問(wèn)題有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩個(gè)方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。
軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。而對(duì)剛度較高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高度運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防發(fā)生共振而破壞。
6.1軸的材料選擇
絞車中軸的材料應(yīng)具有足夠的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，并具有一定的韌性、耐磨性和抗腐蝕性。選擇軸的材料時(shí)除首先滿足使用要求外，還要考慮軸材料的工藝性及經(jīng)濟(jì)性等。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，可以用熱處理或化學(xué)熱處理的方法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故而應(yīng)用廣泛，其中最常見(jiàn)的是45號(hào)鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸和重量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
在一般工作溫度先（低于200℃），碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，因此不能單為提高軸的剛度而采用合金鋼。
合金鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。
綜合考慮使用工況，載荷分布及整體的經(jīng)濟(jì)性，軸全部采用45號(hào)鋼制成，并進(jìn)行調(diào)制處理。
卷筒軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮如下幾點(diǎn)：
1） 便于起吊和安裝；
2） 卷筒軸的斷面變化不應(yīng)太劇烈，并要防止其他類型的、過(guò)大的應(yīng)力集中；
3） 卷筒軸的加工和熱處理需要嚴(yán)格遵守規(guī)程，并于機(jī)械加工前在軸頭切樣檢驗(yàn)，此外還應(yīng)進(jìn)行探傷檢驗(yàn)；
4） 卷筒軸的材料選擇最常用的45號(hào)結(jié)構(gòu)鋼，并進(jìn)行調(diào)制和表面淬火處理。
6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖6.1 輸入軸的結(jié)構(gòu)示意圖
1.輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長(zhǎng)度
段該段用于裝聯(lián)軸器，根據(jù)參數(shù)選取聯(lián)軸器型號(hào)為L(zhǎng)X2彈性柱銷聯(lián)軸器，
段 軸間高度，孔倒角取3，，則，
段 該段將安裝圓柱滾子軸承，取，
段 該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長(zhǎng)度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段 該段將安裝小齒輪，
見(jiàn)圖6.1
2.中間軸2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長(zhǎng)度
段 該段將安裝圓柱滾子軸承，取，
段該段用于安裝大齒輪2，
段：該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長(zhǎng)度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
段該段將安裝小齒輪3，
段 該段同，選用圓柱滾子軸承，
3.輸出軸3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1）初步估算軸的直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，并加大3%以考慮階梯的影響，則
2）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
左軸承從軸的左側(cè)裝入，靠軸肩和軸承透蓋定位。齒輪和右軸承從軸的右側(cè)裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，齒輪的右端面使用套筒進(jìn)行定位。右軸承靠軸肩、套筒和軸承悶蓋進(jìn)行定位。
3）確定軸各段軸的直徑及長(zhǎng)度
段 該段將安裝開(kāi)式小齒輪,采用冷壓或熱壓裝配，傳遞的扭矩較大，故該段的直徑應(yīng)較大，該段的長(zhǎng)度應(yīng)略小于開(kāi)式小齒輪的齒寬，以便于開(kāi)式小齒輪的拆裝。
段 軸間高度，孔倒角取3，，則，
段 該段將安裝圓柱滾子軸承，取，
段該段將安裝大齒輪6，
段 該段為大齒輪的軸向定位軸肩，取
⑥ 段 該段為自由段，該段的直徑應(yīng)小于段而大于段，這樣可避免了結(jié)構(gòu)上的斷面變化劇烈和引起應(yīng)力集中；其長(zhǎng)度根據(jù)箱體寬度和其他段的尺寸計(jì)算得到,
⑦段 該段將安裝圓柱滾子軸承,取
見(jiàn)圖6.3
圖6.4 卷筒軸的結(jié)構(gòu)示意圖
4．卷筒軸4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
滾筒軸在提升絞車中是很重要的。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)提升絞車性能。本設(shè)計(jì)采用與開(kāi)式齒輪傳動(dòng)聯(lián)結(jié)的卷筒組,在減速器與卷筒之間還有開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。卷筒端面與齒輪輪輻之間用精致螺栓連接，并傳遞扭矩。卷筒軸兩端支撐在滾動(dòng)軸承上，是不受扭矩，只受彎矩的轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。這種結(jié)構(gòu)適用于起重量較大，提升速度較低的提升機(jī)構(gòu)中。
2）確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度
段 該段將安裝圓柱滾子軸承，取，
段 該段用于安裝開(kāi)式大齒輪6，取
段 該段為齒輪的軸向定位軸肩，取
段 根據(jù)滾筒軸結(jié)構(gòu)上的需要。取，
段 該段用于安裝齒輪輪轂，取，
⑥ 段 該段為軸承的軸向定位軸肩，取
⑦ 段 該段用于安裝圓柱滾子軸承，取
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6.3軸的校核
1. 計(jì)算各軸齒輪作用力
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1）輸入軸
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
2）輸出軸
轉(zhuǎn)矩:
軸上小齒輪分度圓直徑:
圓周力:
徑向力
6.4軸的彎矩圖和扭矩圖
計(jì)算及說(shuō)明
結(jié)果
1.輸入軸
（1）求軸承支反力
H水平面：
V垂直面：
（2）齒寬中點(diǎn)處彎矩
H水平面：
V垂直面：
(3)合成彎矩：
（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，C處為危險(xiǎn)截面，其處當(dāng)量彎矩為：
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8.2得，由表8.7查得材料許用應(yīng)力，由式