電動絞車的設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

電動絞車的設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,電動,絞車,設(shè)計,cad,圖紙,文檔 圖書分類號： 密 級： 摘要 電動馬達驅(qū)動絞車（液壓絞車）是利用液壓馬達直接或通過減速箱來拖動滾筒的一種新型絞車。 液壓絞車廣泛應(yīng)用于工程機械、礦山機械、建筑機械以及海洋船舶、海洋石油等領(lǐng)域，大噸位、高性能液壓絞車是海洋石油生產(chǎn)用于野外和港口、碼頭進行重載設(shè)備的水平拖拉作業(yè)和海上船舶定位的關(guān)鍵設(shè)備。 本論文主要是闡述煤礦用的普通液壓提升絞車，其基本原理及其設(shè)計方法也同樣適用于煤礦用的其它液壓絞車及建筑和船舶等使用的液壓絞車。本論文主要包括液壓絞車的液壓執(zhí)行件、 鋼絲繩的選擇，卷筒的設(shè)計與計算以及減速器的設(shè)計與計算。而且對渦輪、蝸桿、渦輪軸、蝸桿軸進行了設(shè)計與計算，對主要的軸承和鍵的主參數(shù)進行了選擇和校核。 關(guān)鍵詞 液壓絞車；減速器；渦輪；軸承 Abstract Motor-driven winch( Hydraulic winch )is to use hydraulic motors directly or through the slowdown me to drag a new winch drum Motor-driven winch is widely used in the areas of construction machinery, mining,machinery, building, machinery as well as marine ships and oil exploitation.Hydrostatic winch of high tons and performance is a key equipment in horizontaltrailing, operation for heavy equipment of sea oil industry in open field, sea port and harbor and for ship positioning, on the sea. This paper is mainly explained by the general coal mine hydraulic hoist, and the basic principles and design methods are equally applicable to the use of coal and other hydraulic winch and ship construction, such as the use of hydraulic winch. This paper, including hydraulic winch the implementation of hydraulic, the choice of wire rope, reel and the design and calculation of the design and calculation reducer. Main parameter calculation, selection of the main bearings and keys. Keywords Hydraulic winch Reducer Turbine Bearing II 目 錄 1 緒論 1 1.1簡介 1 1.1.1絞車概述 1 1.1.2絞車功能與結(jié)構(gòu) 1 1.1.3絞車分類方法 2 1.1.4絞車應(yīng)用 6 1.2 液壓絞車的用途、工作原理和類型 8 1.2.1液壓絞車的用途和工作原理 8 1.2.2液壓絞車的具體分類 8 2 液壓執(zhí)行件、鋼絲繩和卷筒設(shè)計與計算 10 2.1 液壓執(zhí)行件的選擇 10 2.1.1液壓泵 10 2.1.2液壓馬達 10 2.1.3液壓馬達的選擇與計算 11 2.2鋼絲繩的選取和使用 11 2.2.1鋼絲繩的選取 11 2.2.2鋼絲繩的使用 12 2.2.3 鋼絲繩在卷筒上的固定 12 2.3 卷筒設(shè)計與計算 13 2.3.1卷筒結(jié)構(gòu)及常用材料 13 2.3.2卷筒容繩尺寸參數(shù) 13 3 減速器的設(shè)計與計算 16 3.1減速器設(shè)計概述 16 3.2 蝸桿傳動的特點 18 3.3普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸 19 3.4普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算 21 3.5普通圓柱蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算 25 3.6蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu) 27 3.7蝸輪蝸桿的設(shè)計和計算 27 3.8蝸桿軸計算與校核 31 3.9蝸輪軸的計算和校核 35 4 軸承的選擇 41 4.1軸承的選擇因素 41 4.2軸承的型號確定 42 4.2.1蝸桿軸軸承的選擇 42 4.2.2蝸輪軸軸承的選擇 42 4.3軸承校驗 42 4.3.1圓錐滾子軸承效驗 42 4.3.2推力調(diào)心滾子軸承效驗 45 5鍵的設(shè)計與選擇 48 5.1鍵的選擇 48 5.1.1平鍵聯(lián)結(jié) 48 5.1.2平鍵聯(lián)結(jié)的計算 48 5.2蝸輪上鍵的選擇和強度校核 48 6 箱體的設(shè)計 50 結(jié) 論 51 致謝 52 參 考 文 獻 53 附錄 54 54 1 緒論 1.1簡介 1.1.1絞車概述 在人類歷史上，絞盤(windlass)是第一種用于拖曳提升重物的機器，它可使一個人搬運遠重于自己許多倍的重物。絞盤采用一種軸和輪的形式，由用垂直框架支撐的滾筒組成，人通過用手搖動曲柄，使絞盤滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(見圖1-1)。 今天被廣泛應(yīng)用的絞車(或稱卷揚機)是絞盤的另一種形式，它泛指具有一個或幾個上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒，用來提升或拖曳重載荷的動力機械。圖1-2所示為一種簡易的手動提升絞車;該絞車用手驅(qū)動，靠齒輪傳動的速比增扭，配有防止卷筒反轉(zhuǎn)的棘輪機構(gòu)和制動用的帶閘。 圖1-1絞盤簡圖 1.1.2絞車功能與結(jié)構(gòu) 絞車設(shè)計采用滾筒盤絞或夾鉗拉拔纜繩方式來水平或垂直拖曳、提升、下放負載，絞車一般包括驅(qū)動部分、工作裝置、輔助裝置等幾部分。 圖1-2手動提升絞車 1.驅(qū)動部分:用于驅(qū)動絞車工作裝置盤絞、釋放纜繩，包含動力及傳動裝置與控制裝置。絞車可以采用多種驅(qū)動方式，包括電動機、蒸汽機、柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、液壓馬達、氣動馬達等等。無論采用何種驅(qū)動方式，在絞車的驅(qū)動部分設(shè)計中都應(yīng)包含以下設(shè)計準則: ①無級均勻變速，調(diào)速范圍寬廣; ②在有負載情況下，良好的啟動特性和低速特性，總效率高; ③雙向旋轉(zhuǎn)，并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向 ④維護保養(yǎng)相對容易，對周圍工作環(huán)境不敏感， ⑤制動系統(tǒng)工作可靠; ⑥設(shè)計緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，安裝布置容易，重量輕; ⑦在有負載情況下，能長時間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動系統(tǒng)。 對于小型絞車為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，絞車驅(qū)動部分一般與絞車工作裝置聯(lián)接在-起，直接驅(qū)動工作裝置;對于大型絞車或應(yīng)用現(xiàn)場空間相對狹小的絞車，絞車驅(qū)動部分與絞車工作裝置可以設(shè)計成獨立放置，兩者間通過液壓管線、氣動管線或電纜管線相聯(lián)系，絞車的布置和操縱均很方便。 2．工作裝置:在驅(qū)動部分作用下，通過滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線拉拔等方式拖動或釋放纜繩以完成對負載的收放控制，并含有對纜繩的容繩和排纜裝置。 3.輔助裝置:輔助工作裝置完成拖曳作業(yè)，包含滑輪組、導(dǎo)向裝置以及速度測量，長度距離測量，張力測量等裝置部分;絞車可以使用鋼絲繩，尼龍纜繩等多種材質(zhì)纜繩。 1.1.3絞車分類方法 按絞車驅(qū)動方式分類，絞車可以分為機械式驅(qū)動絞車、電機驅(qū)動絞車、氣動絞車、液壓絞車等幾大類。 1.機械式驅(qū)動絞車 ①驅(qū)動部件間的固定幾何位置關(guān)系決定著系統(tǒng)的設(shè)計布局，布局的變化少; ②傳動系體積尺寸大，總重量重; ③安裝布置復(fù)雜，經(jīng)常需要精密加工的平面和精密的部件定位; ④難以實現(xiàn)大范圍的無級變速； ⑤原動機的位置是不可變的; ⑥在有負載的情況下，難以取得平穩(wěn)的反轉(zhuǎn); ⑦通過采用液力偶合器，可以在堵轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生最大扭矩。 2.電機驅(qū)動絞車 ①在小型和低端絞車產(chǎn)品上采用常規(guī)定速電機驅(qū)動方法，能實現(xiàn)單速仁或 雙速)和雙向旋轉(zhuǎn)功能，系統(tǒng)簡單，但不能低速啟動和平滑變速; ②采用可控硅整流直流調(diào)速方式實現(xiàn)無級變速，發(fā)展歷史悠久，可在低速段提供短時的額定扭矩仁或堵轉(zhuǎn)扭矩)。但是，若無獨立冷卻系統(tǒng)和專用設(shè)計，直流調(diào)速方式不能長時間用于堵轉(zhuǎn)工況; ③采用交流變頻調(diào)速方式實現(xiàn)從零到最大速度的無級變速，可以在低速或堵轉(zhuǎn)工況下提供100%額定扭矩，調(diào)速平穩(wěn); ④設(shè)備復(fù)雜，維修、保養(yǎng)人員的技術(shù)水平要求較高。 3.氣動絞車 ①需要配置壓縮空氣站; ②氣動系統(tǒng)工作壓力較低，氣動馬達外形尺寸較大，氣動系統(tǒng)總體重量較重; ③對環(huán)境條件敏感和在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結(jié)在氣動管路和部件里; ④噪音大則需要噪音消音器。 4.液壓絞車 液壓絞車是將液壓基礎(chǔ)元部件進行新的組合，并與電控絞車的機械部分相結(jié)合，產(chǎn)生 的一種新型的提升機械。這種新型的液壓絞車比傳統(tǒng)的電控絞車在某些方面有比較突出的優(yōu)點，因而得到迅速發(fā)展，法國斯蒂芳諾伊斯(公司制造了電機功率為110kw，最大靜張力為50kN，繩速為1．8m／s的液壓絞車。瑞典阿利麥克(A1imak)公司制造了HP型，最大靜張力為100kw的液壓絞車。西班牙泰因姆(TAIM—TF)公司也生產(chǎn)單雙滾筒防爆液壓提升機和摩擦輪式防爆液壓無極絞車。 國外在50年代中期，新型的軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達系列產(chǎn)品紛紛問世，后來研制出液壓絞車，在輪船上和建筑機械上使用。大約在60年代中期，研制出防爆液壓絞車在煤礦井下使用。近20年來液壓絞車發(fā)展很快，在工業(yè)發(fā)達國家的煤礦現(xiàn)在已廣泛使用液壓絞車。從小到大，從單繩到多繩，從有極繩到無極繩，從纏繞式到摩擦式，各種規(guī)格品種比較齊全。 英園是研制液壓絞車較早的國家之一，60年代就有礦用液壓絞車問世。尼德漢姆兄弟和布朗有限公司(Needham Br。s＆Brown LTD)研制了“c”系列本機或無線電遙控的液壓絞車，功率從7．5—250kw共有20種規(guī)格。該公司制造的250kw用低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動的液壓絞車使用在南約克夏的礦井。這種絞車的制動系統(tǒng)設(shè)計很有特色，結(jié)構(gòu)很緊湊，井下運輸很方便。其型號為u20／900／2150、I130／900／3150、H20／900／2165、H30／900／43—04700，電機功率為15kW或22．3kW。采用滾輪傳力式液壓馬達和斜盤式雙缸變量軸向往塞泵，具有恒功率控制裝置，工作介質(zhì)可用60／40號阻燃液(含60％乳化油和40％水的油包水型)。 日本三井三池制作所在1965年制造出第一臺防爆液壓絞車，以后反復(fù)進行了多種設(shè)計和改進．現(xiàn)在生產(chǎn)40、75、160、250kw等4種型號的防爆液壓絞車，其滾筒直徑分別為4900、41200、42000、42100mm，具有手動、半自動兩種運轉(zhuǎn)方式，可用來提升貨物和人員。三井三池制作所對絞車采用液壓控制方式與電動控制方式進行了比較，他們認為液壓控制方式能任意選擇所需的速度，操作簡單，能任意調(diào)整加、減速度，易于設(shè)計防爆結(jié)構(gòu)，保養(yǎng)維護容易，但運轉(zhuǎn)噪音較大。電動控制方式與液壓控制方式相比噪音較小，可制造大型提升設(shè)備，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜，保養(yǎng)維修麻煩。 南非東特南斯菲爾的新博斯古斯普魯易特煤礦的副井裝有一臺大型多繩摩擦輪式液壓提升機，采用四臺液壓馬達驅(qū)動，有效載荷達35T，特大型的罐籠可同時容納200人．可整體向井下運送大型機械設(shè)備。它是目前世界上提升重量最大的液壓提升機。 捷克斯格伐克研制了小型液壓傳動的雙繩和四繩摩銀輪式提升機，用于煤礦開下立井的罐籠提升。 除上述各國將液壓絞車用作提升絞車外，蘇聯(lián)、波蘭、英國、聯(lián)邦德國和日本等國家，近幾年均研制和采用液壓安全絞車作為傾斜煤層采煤中采煤機的安全防滑、同步輔助牽引設(shè)備。這些液壓安全絞車的液壓系統(tǒng)有開式和閉式的，采用開式液壓系統(tǒng)的有英國的PIE型，波蘭的BH—3型安全絞車，采用閉式液壓系統(tǒng)的有英國的AB—25型，蘇聯(lián)的Ix型和日本的順D型液壓安全絞車。聯(lián)邦德國、英園、蘇聯(lián)等國家還廣泛采用液壓無極絞車牽引井下輔助運輸用的卡軌車和單軌吊。在聯(lián)邦德國這種鋼絲繩牽引方式約占煤礦井下輔助運輸設(shè)備的70％，使用總臺數(shù)約1500臺左右。其最大功率達330kw，最大單繩牽引力達91kN。 我國煤礦井下防爆液壓絞車的研制和應(yīng)用比歐美、日本大約晚了10多年，國內(nèi)防爆液壓絞車研制工作是為了滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要而開展起來的。按照我國《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，在煤與沼氣突出礦井井下和沼氣礦井采區(qū)中，都要使用礦用防爆型電氣設(shè)備。但國內(nèi)在1980年以前還沒有41．2m以上的防爆提升絞車產(chǎn)品供煤礦使用，所以過去煤礦井下使用的41．2m以上的絞車基本上都是非防爆型，違反煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，嚴重危害煤礦安全生產(chǎn)。有的煤礦曾由于在井下使用非防爆的電絞車引起過重大瓦斯爆炸事故，因此井下絞車防爆是煤礦安全生產(chǎn)急待解決的一個重大問題。近幾年來國內(nèi)一些單位正在采用不同的技術(shù)途徑研制防爆提升絞車。 從1977年開始，由湖南省煤炭工業(yè)局液壓絞車研制組、湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖南省煤礦專用機械廠共同研制KDYT—120 o—1型(后定名為DYT—1*2型)防提液壓絞車．于1981年3月經(jīng)鑒定定型，轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。出于全國重點煤礦井下需用41．6m絞車較多，為了滿足全國沼氣礦井的急需，從1981年末開始，由湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖南省煤礦專用機械廠共同承擔了煤炭部下達的重點科研項目“BYT—1．6型防爆液壓絞車”研制任務(wù)，井隨同研制了NJM—E16型內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達，于1984年11月通過部級鑒定定型，轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)，推廣使用。并由此派生出用2臺NJM—E10型液壓馬達驅(qū)動的DYT—1．6K型防爆液壓絞車?，F(xiàn)在湖南省煤炭科學(xué)研究所與湖南省煤礦專用機械廠又研制了BYT—2型防爆液壓提升機，在乎頂山礦務(wù)局十礦完成井下工業(yè)性試驗，迥過鑒定后已投入批量生產(chǎn)，以滿足全國大、中型煤礦井下需要。國內(nèi)還有其他廠家亦進行了液壓絞車的研制工作，如淮南煤礦機械廠研制了JT—1200Y型防爆液壓絞車。它采用高速液壓馬達通過行星減速箱驅(qū)動滾筒，目前在淮南謝二礦使用，已通過鑒定定型。重慶礦山機器廠也研制了41．2m防爆液壓絞車。山西機器廠正在研制41．6m防爆液壓絞車。洛陽礦山機械研究所正在研制42m，采用高速液壓馬達驅(qū)動的防爆液壓提升機。 除上述煤礦井下提升用的防爆液壓絞車外，國內(nèi)有的單位還研制了其它用途的液壓絞車。如重慶煤炭研究所、雞西煤礦機械廠和徐州煤礦機械廠共同研制了YAJ—13型和YAJ—22型液壓安全絞車，用于傾角大子16。的回采工作面，防止采煤機因自重下滑而發(fā)生跑車事故。河北煤炭研究所和石家莊煤礦機械廠共同研制了牽引KCY—6／900型卡軌車的液壓絞車。常州科研試制中心研制了牽引p—2型卡軌車的液壓絞車。液壓絞車的研制和發(fā)展情況表明：液壓絞車由于采用液壓傳動，減少了產(chǎn)生電氣火花的元柄，又由于全部使用鼠籠型電動機，空檔直接起動，使電氣控制設(shè)備簡單，容易做成防爆型。所以采用液壓絞車是解決煤礦井下絞車安全防爆問題的有效途徑。同時，液壓絞車具有無級調(diào)速，起動、換向乎穩(wěn)，低違運轉(zhuǎn)性能好，操作簡單，體積小，重量輕，安全保護比較齊全等優(yōu)點。此外，防爆液壓絞車在起動和制動以及低速運轉(zhuǎn)時比電控絞車的效率要高，液壓傳動裝置比直流電氣傳動裝置要便宜很多(約40％)。其缺點是液壓元件制造精度和質(zhì)量要求較高，液壓傳動裝置的噪音較大?？偟目磥?，防爆液壓絞車是一種具有良好運轉(zhuǎn)特性、適合沼氣礦井和有煤與沼氣突出危險礦井使用的防爆絞車。它是一種很有發(fā)展前途的煤礦機械設(shè)備，是礦用防爆絞車的主要發(fā)展方向之一 ①雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最大速度的無級變速控制，易于換向; ②用高壓溢流閥或壓力補償器雙向限制有效力矩; ③輸出速度范圍大，負載的低速控制好，可以帶載良好啟動; ④系統(tǒng)允許長時間支持負載，雙向可以限制不同力矩; ⑤設(shè)計緊湊，布置方便，動力傳遞系統(tǒng)總重量輕。 ⑥易于實現(xiàn)恒速、恒張力控制 二． 按絞車應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類，絞車分為礦用絞車、建工卷揚機、船用絞車、工程機械絞車以及特殊用途用絞車等等。 三．按絞車作業(yè)形式分類，絞車一般分為滾筒卷揚絞車和線型絞車兩大類。滾筒卷揚絞車采用驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)方式收放纜繩和拖曳負載，并在滾筒上直接容繩;線型絞車采用夾鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負載，并在獨立配置的滾筒巨卷揚容繩。圖1-3為線型絞車示意圖。 圖1-3 線型絞車示意圖 1.1.4絞車應(yīng)用 絞車廣泛應(yīng)用于工程機械、建筑機械、林業(yè)、漁業(yè)、礦山機械、船舶運輸、海洋石油等多領(lǐng)域，可配套多種類型主機設(shè)備。 絞車具體配套的部分設(shè)備如下: 1.汽車起重機一主吊、輔吊絞車 2．塔式起重機一主吊絞車 3．駁船—定位絞車，拉索絞車 4.鉆探船—拔樁絞車 5.挖泥船—懸掛和斗架絞車、抓斗絞車 6.通用船舶-錨泊絞車、起重絞車、牽引絞車 7.集裝箱船—船尾裝料絞車 8.碼頭起重機一主起重卷揚機 9.海洋石油鋪管工作船--恒張力移船.絞車、張緊器、ASR絞車、起重吊機的負荷絞車等等 10.運輸—鐵道車輛定位卷揚機、索道牽引絞車 11.森林及木材加工機械--重木起吊卷揚機、木材車、推土機 12．液壓配套設(shè)備—液壓管線絞車、電纜及氣動管線絞車 13.礦山和冶金行業(yè)--運輸絞車、提升絞車 以下為中國海洋石油領(lǐng)域絞車的典型應(yīng)用實例: 1.吊機用負荷絞車 負荷絞車用于控制起重鋪管船主吊機吊鉤的穩(wěn)定，關(guān)系海上的作業(yè)安全。藍疆船的負荷絞車采用靜液壓傳動，有雙泵雙馬達和單泵雙馬達兩種匹配方式。液壓系統(tǒng)采用柱塞泵和定量柱塞馬達，有手動控制和恒張力控制兩種工作模式。在恒張力模式下，可以根據(jù)天氣、載荷大小等因素自動仁或手工)設(shè)定恒張力大小，用帶有設(shè)定拉力的纜繩約束主吊鉤，減小晃動幅度，使其能穩(wěn)定工作。 2.鋪管船用移船絞車 移船絞車用于鋪管船的海上作業(yè);8臺移船絞車配合，能精確控制鋪管船的運動和姿態(tài)。當船舶4臺絞車手動收纜，控制鋪管船前移時，船尾4臺絞車恒張力放纜;移船絞車的使用能克服風(fēng)浪對鋪管船運動的影響，使之能精確定位。移船絞車采用靜液壓傳動，采用單泵雙馬達閉式系統(tǒng)。液壓泵采用薩奧公司20系列手動伺服變量泵或90系列電比例伺服變量泵，液壓馬達采用川崎公司的雙速低速大扭矩馬達;液壓系統(tǒng)具有恒張力功能，用于濱海105船和濱海106船。 隨著液壓元件的不斷發(fā)展、豐富，隨著液壓控制技術(shù)和測試技術(shù)的進步，液壓絞車的應(yīng)用范圍不斷擴大，功率回收、負荷傳感、恒張力等多種先進技術(shù)已在大型絞車上廣泛應(yīng)用。 執(zhí)行元件仁液壓馬達)的使用更加多樣。一方面，大排量液壓馬達實用性的增加大大改變了許多絞車的面貌;同時，小型、低成本液壓馬達配套行星減速系統(tǒng)也顯現(xiàn)出取代大型馬達的趨勢，能簡化或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多級開式齒輪組。 現(xiàn)有的成熟可編程序控制仁PLC)技術(shù)和高水平的數(shù)字傳輸技術(shù)在絞車精確纏繞控制上成功結(jié)合使用，出現(xiàn)了“層補償輸出”技術(shù)，可以實現(xiàn)絞車各層纜繩以設(shè)定的線速度輸出設(shè)定的張力。在測量技術(shù)上，通過采用接近傳感器和光學(xué)編碼器測試纜繩的線速度和收放距離，采用安裝在絞車滑輪輪軸上的應(yīng)變儀測量纜繩的線張力，通過PC和PLC接收以上信息并應(yīng)用電比例技術(shù)控制液壓泵、液壓馬達的排量與壓力。采用遠距離無線接收和遙控技術(shù)，操控人員可以遠程操縱絞車并隨時了解絞車的工作狀態(tài)和發(fā)布工作指令[z]。 在傳統(tǒng)負荷絞車的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種“存儲絞車”，用于大量液壓管線、電氣動管線等的存儲和動力收放。在德國LVIENCK公司、荷蘭IHC公司和天津市精研公司生產(chǎn)的液壓打樁錘液壓管線絞車、臍帶絞車(.電纜和氣動管線絞車>上，采用了多通道液壓回轉(zhuǎn)接頭和電滑環(huán)技術(shù)，可以在絞車回轉(zhuǎn)收放過程中正常傳輸液、氣、電介質(zhì)，使打樁錘能在200米以上水深的海底正常、連續(xù)使用(圖1-4) 圖1-4液壓打樁錘液壓管線絞車 1.液壓動力站2.支架3.液壓馬達4.回轉(zhuǎn)支承5.液壓氣動回轉(zhuǎn)接頭6.排纜液壓缸7.卷筒8.糾偏液壓缸9.排纜器10.導(dǎo)向梁 ll.調(diào)心軸承座12.導(dǎo)電滑環(huán) 1.2 液壓絞車的用途、工作原理和類型 1.2.1液壓絞車的用途和工作原理 液壓絞車是利用液壓馬達直接或通過減速箱來拖動滾筒的一種新型絞車。 液壓絞車的用途很廣泛．，日前常見用于船舶、港口、建筑、礦山、冶金和林業(yè)許多行業(yè)。 液壓提升絞車主要用于有沼氣、煤塵爆炸危險的煤礦井下，作為提升和下放人員、煤、石料及運輸材料、機械設(shè)備之用。也可供其它有易燃氣體和爆炸危險，要求使用防爆電氣設(shè)備的場所作起重運輸用。在煤礦主要是用于采區(qū)上、下山運輸．同時也可用于井下暗立井、暗斜井和掘進時的提升運輸及井下輔助運輸。 本論文主要是闡述煤礦用的普通液壓絞車(該絞車是帶式輸送機的自動張緊裝置中的一個主要張緊設(shè)備)，但其基本原理及其設(shè)計方法也同樣適用于煤礦用的其它液壓絞車及建筑和船舶等使用的液壓絞車。 1.2.2液壓絞車的具體分類 1. 按操縱方式分： (1)手動操縱方式的液壓絞車； (2)遠距離液控操縱方式的液壓絞車； (3)遠距離機械操縱方式的液壓絞車； (4)自動化或半自動化操縱方式的液壓絞車。 2. 按滾筒數(shù)量和結(jié)構(gòu)分： (1)單滾筒纏繞式液壓絞車； (2)雙滾筒纏繞式液壓絞車； (3)摩擦輪式液壓絞車。 3.按主油泵的數(shù)量分： (1)單泵驅(qū)動的液壓絞車； (2雙泵驅(qū)動的液壓絞電； (3)多泵驅(qū)動的液壓絞車。 4.按液壓馬達的數(shù)量分： (1單液壓馬達拖動的液壓絞電； (2)雙液壓馬達拖動的液壓絞車； (3)多液壓馬達拖動的液壓絞車。 5.按驅(qū)動液壓馬達的型式分： (1)低速大扭矩軸轉(zhuǎn)徑向柱塞式內(nèi)曲線液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車； (2)低速大扭矩徑向柱塞式內(nèi)曲線液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車； (3低速大扭矩曲軸連桿式徑向柱塞液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車； (4)低速大扭矩靜力平衡式徑向往塞液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車； (5)高速軸向柱塞斜盤式液壓馬達驅(qū)動的液壓絞電； (6)高速軸向柱塞斜鈾式液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車； (7)中速中扭矩擺線輪式液壓馬達驅(qū)動的液壓絞車。 6.按液壓泵站布置方式分： (1)泵站與絞車主體組裝在一起的液壓絞車； (2)泵站與絞車主體分開裝設(shè)的液壓絞車； (3)泵站布置在隔開的調(diào)室內(nèi)的液壓絞車。 7.按液壓絞車的用途分： (1)礦山用液壓絞車(防爆型和不防爆型)； (2)建筑用液壓紋車； (3)船舶用液壓絞車； (4)冶金、林業(yè)等用液壓絞車。 2 液壓執(zhí)行件、鋼絲繩和卷筒設(shè)計與計算 2.1 液壓執(zhí)行件的選擇 2.1.1液壓泵 液壓泵按照工作原理和基本結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵、螺旋泵、柱塞泵等幾種類型。液壓絞車的主油泵常用柱塞泵，輔助油條常用葉片泵、齒輪泵。 液壓泵按照額定工作壓力可分為低壓泵、巾壓泵、中高壓泵。液壓絞車常用工作壓力為中高壓8--16Mfa和高壓1--32MPs。 液壓泵按照工作流量能否調(diào)節(jié)，可分為定量泵和變量泵。在轉(zhuǎn)速不變的條件下，輸出流量不可改變的液壓泵稱作定量泵，輸出流量可以改變的液壓泵作變量泵。液壓絞車的主油泵常用變量泵，輔助油泵常用定量漿。 2.1.2液壓馬達 液壓馬達是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能．并連續(xù)旋轉(zhuǎn)的液壓執(zhí)行件 液壓馬達通入壓力油后，由于作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力不平衡而產(chǎn)生扭矩，并使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)與液壓泵相似。從工作原形上看，任何液壓泵都可以作液壓馬達使用，反之也是一樣，即液壓泵與液壓馬達有可逆件。但是有時為了更好地改善它們的性能，往往分別采用特殊的結(jié)構(gòu)，使之不能通用。例如采用配流盤配流的液壓泵，不能作液壓馬達使用。另外，液壓馬達與液壓泵技術(shù)要求的側(cè)重點也有所不同，一般液壓泵要求提高容積效率，減少泄漏，而液壓馬達則希望有較高的機械效率，以得到較大的輸出扭矩。在實際使用時，液壓泵通常為單向旋轉(zhuǎn)，而液壓馬達多為雙向旋轉(zhuǎn)。液壓泵的工作轉(zhuǎn)速都比較高．而液壓馬達往往需要很低的轉(zhuǎn)速，這就使得它們在結(jié)構(gòu)上不得不有所區(qū)別。 液壓絞車常采用徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達和軸向柱塞式高速液壓馬達。 國產(chǎn)BYT系列防爆液壓提升絞車采用內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達。其主要理由是： (1)采用低速大扭矩液壓馬達可以直接拖動絞車滾筒．省去減速箱，使絞車結(jié)構(gòu)簡化。 (2)提升絞車的工作特點為滿載起動，且最大扭矩發(fā)生在加速階段，這就對絞車用積壓馬達的起動特性提出了一定要求。而內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達的起動效率高，它的起動扭矩與其他類型的同排量的低速大扭矩液壓馬達相比是最高的，它能滿足絞車的起動需要。 (3)內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達為多作用式的液壓馬達，它運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特別是低速運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，試驗證明可以1—2r／min的低速度穩(wěn)定運行，而無爬行現(xiàn)象，適合提升絞車使用。 這種內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達在采煤機牽引部中已見使用。但液壓絞車與采煤機相比，其液壓馬達的使用轉(zhuǎn)速高，每班運轉(zhuǎn)時間長，工作任務(wù)繁重；同時由于液壓絞車要提升人員，故安全顯得很重要。所以要求液壓絞車的液壓馬達工作要可靠，運轉(zhuǎn)壽命要長，對液壓馬達設(shè)計和制造工藝要求高。原有國產(chǎn)的曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達都滿足不了液壓絞車的需要。因此，湖南省煤炭科學(xué)研究所與湖南省煤礦專用機械廠在研制BYT系列防爆液壓絞車的同時，專門研制了NJM—E10、N5M—E12．5和N3M—E16等。都進行了一些研究和改進，以滿足液壓絞車的需要。 2.1.3液壓馬達的選擇與計算 （1）液壓馬達的負載轉(zhuǎn)矩 液壓馬達在工作中需克服的阻力矩有： 1）工作阻力矩,包括有效阻力矩和工作機構(gòu)工作時由機械摩擦引起的阻力矩。 2) 摩擦阻力矩,指馬達自身的機械和密封摩擦阻力矩，可表示為馬達機械效率。 3）慣性阻力矩,指馬達和負載轉(zhuǎn)動部分在加速和減速過程中所產(chǎn)生的慣性力矩。液壓馬達最大負載力矩為上述各值之和，及液壓馬達輸出軸上的平衡條件是： 式(2.1) 式中 ——馬達進油腔壓力； ——馬達每轉(zhuǎn)排量； (1) )液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩 =10×13.5 ／2×3.14 =215N.m (2)液壓馬達轉(zhuǎn)速 按下式計算液壓馬達轉(zhuǎn)速（r/min）： =60×834／100=50 r/min （3）液壓馬達的選擇，由于本設(shè)計要求液壓馬達的體積小，而且負載中等，綜合液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩和液壓馬達轉(zhuǎn)速 選擇擺線馬達BM3-100。 2.2鋼絲繩的選取和使用 2.2.1鋼絲繩的選取 （一）鋼絲繩種類和構(gòu)造: 鋼絲繩由許多高強度鋼絲編繞而成,可單捻、亦可雙捻成形.繩芯常采用天然纖維芯（NF）、合成纖維芯（SF）、金屬絲繩芯（IWR）和金屬絲股鋅（IWS）.纖維芯鋼絲繩具有較高的撓性和彈性,纏繞時彎曲應(yīng)力較小,但不能承受橫向壓力.金屬絲鋼絲繩強度較高,能承受高溫和橫向壓力,但撓性較差.建筑液壓絞車系多層纏繞,更適合選用雙捻制金屬絲芯鋼絲繩.種類: ①根據(jù)鋼絲繩繞成股和股繞成繩的相互方向可分為:順捻鋼絲繩和交捻鋼絲繩; ②根據(jù)鋼絲繩中鋼絲與鋼絲的接觸狀態(tài)不同又可分為:點接觸鋼絲繩、線接觸鋼絲繩、點線接觸鋼絲繩、面接觸鋼絲繩. （二）鋼絲繩直徑的選擇: 鋼絲繩的安全系數(shù)計算公式 式(2.2) 其中 --整條鋼絲繩的破斷拉力(N); [n]--液壓絞車工作級別規(guī)定的最小安全系數(shù); --鋼絲繩的額定拉力(N). 由P15 表2-4可知此處設(shè)計的液壓絞車的工作級別為A3-A5, 此處選取A3 級的. 則由表3-95可知 最小安全系數(shù)[n] =4.5; 故整條鋼絲繩的破斷拉力 =10××4.5=450000N,即鋼絲繩的最小破斷拉力為450000N,亦即為其最大工作拉力. 由公式 知 鋼絲繩的直徑最小應(yīng)為0.085=18.03mm; 其中c為鋼絲繩選擇系數(shù)，參考表3-96選?。≒136）此處取d為20mm. 2.2.2鋼絲繩的使用 鋼絲繩在工作時卷繞進出滑輪和卷筒，除產(chǎn)生應(yīng)力外，還有擠壓、彎曲、接觸和扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力，應(yīng)力情況是非常復(fù)雜的。實踐表明，由于鋼絲繩反復(fù)彎曲和擠壓所造成的金屬疲勞是鋼絲繩破壞的主要原因。鋼絲繩破壞時，外層鋼絲由于疲勞和磨損首先開始斷裂，隨著斷絲數(shù)的增多，破壞速度逐漸加快，達到一定限度后，仍繼續(xù)使用，就會造成整根繩的破壞。在正確選擇鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和直徑之后，實際使用壽命的長短，在很大程度上取決于鋼絲繩在使用中的維護和保養(yǎng)及相關(guān)機件的合理配置。 2.2.3 鋼絲繩在卷筒上的固定 (一)鋼絲繩在卷筒上的固定方式 鋼絲繩在卷筒上的固定應(yīng)保證工作時安全可靠、便于檢查、裝拆及調(diào)整，且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過分彎折。繩端常見的固定方式有：壓板固定和楔塊固定兩類。 1、壓板和螺釘繩端固定裝置 鋼絲繩繩端從側(cè)板預(yù)留斜孔中引出至板外，通過壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見，壓板數(shù)目至少為兩個。這種繩端的固定方式，卷筒結(jié)構(gòu)簡單，對鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。設(shè)計時應(yīng)注意斜孔的角度不能太大，一般要小于45°；斜孔的邊緣處應(yīng)倒出圓角，以保證鋼絲繩平緩地纏繞在卷筒上，避免損傷鋼絲繩。斜孔的出繩方向，可根據(jù)需要決定。 2、楔形塊固定裝置 鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。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單，但鋼絲繩允許的直徑不能太大。 （二）鋼絲繩固定端承載能力驗算 國家標準規(guī)定，建筑液壓絞車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。 （三）鋼絲繩的出繩方向及其偏角 液壓絞車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傾翻力矩。但也可以從其他方向出繩，此時，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。這種情況下，應(yīng)在使用說明中給出地腳螺栓錨固的具體數(shù)據(jù)。 2.3 卷筒設(shè)計與計算 2.3.1卷筒結(jié)構(gòu)及常用材料 （一）卷筒結(jié)構(gòu): ⑴按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒；（液壓絞車卷筒大多為鑄造卷筒，成本低，工藝性好）。 ⑵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；（液壓絞車主要使用多層纏繞的卷筒。） ⑶按照卷筒內(nèi)部是否有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒； ⑷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；（液壓絞車噸位比較小時，采用整體式；較大時，采用分體式裝配形式。） ⑸按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分，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。 （二）卷筒常用材料：此處選取Q235， 由表3-106知 極限應(yīng)力 =373MPa， =216MPa; 2.3.2卷筒容繩尺寸參數(shù) （一）卷筒節(jié)徑D:應(yīng)滿足 3 式(2.3) 式中 - -筒繩直徑比,是與液壓絞車工作級別有關(guān)的系數(shù) 由表3-107選取d=2mm;d -鋼 絲繩直徑（mm）. 由表3-107 知 系數(shù) =16； 則卷筒節(jié)徑d=8×20mm=160mm; 由絞車設(shè)計手冊P215 及P187知，D=ed =9×20=180mm 故卷筒節(jié)徑D圓整為180mm; （二）卷筒容繩寬度 ： <3 式(2.4) 式中 -卷筒直徑(mm); 由表14-3 P215 知=180-20=160mm; 故 <3×160=480mm, 此處取 =380mm; （三）卷筒邊緣直徑 ： 因建筑液壓絞車是屬于多層纏繞，為防止鋼絲繩脫落，端側(cè)板直徑應(yīng)大于鋼絲繩最外層繩圈的直徑。端側(cè)板直徑的計算公式如下： 式(2.5) 式中 --最外層鋼絲繩繩芯直徑 （四）纏繞層數(shù)s : 式(2.6) 式中--為保證鋼絲繩不越出端側(cè)板外緣的安全高度（mm）; 該值在單層纏繞中應(yīng)不小于1.5 倍的鋼絲繩直徑,在多層纏繞中應(yīng)不小于2 倍的 鋼絲繩直徑. 由式(2.5)、（2.6）及=+(2s-1)d得， 則 2sd2sd +3d-2 即 3d , 1.5d 故卷筒纏繞層數(shù)s =1，即單層纏繞。 則=+(2s-1) d =160+20=180mm= D; +4d =180+4×20=260mm, 此處取 =300mm. （五）卷筒轉(zhuǎn)速： =0.3m/s 式(2.7) 式中D為卷筒直徑= =180mm, 則 =32.2r/min （六）卷筒壁厚： 由于液壓絞車屬于中型機械，故取壁厚為20mm（參考機械設(shè)計教材P459） （七）卷筒容繩量L： 式(2.8) =（380/20-1）[160+（2×1-1）×20]/ =56.6mm 此處選取57mm. 卷筒內(nèi)徑 =160-2×20=120mm 3 減速器的設(shè)計與計算 3.1減速器設(shè)計概述 （一）常用減速器的型式及其應(yīng)用 按照傳動結(jié)構(gòu)的特點，可將減速器分為四大類。包括圓柱齒輪減速器圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速裝置 （二）減速器的基本結(jié)構(gòu) 減速器主要由箱體、軸系部件（傳動件、軸及軸承組合）及其附件組成。 1、齒輪、軸及軸承組合 齒輪、軸和軸承組成典型的軸系部件，是減速器的重要組成部分，設(shè)計時應(yīng)特別注意它們之間的相互影響。 齒輪的設(shè)計對軸的強度、剛度及軸承的壽命影響很大。原則上齒輪相對支撐應(yīng)盡可能對稱布置，這對減小載荷集中是有利的；高速軸和低速軸上的齒輪布置應(yīng)遠離輸入、輸出端，以便在彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的綜合作用下，有利于緩和載荷集中；多級傳動的中間軸，其上若采用斜齒輪傳動，且一輪為主動，另一輪為從動，兩輪旋向應(yīng)相同，這樣軸向力可以抵消一部分，這對軸承的設(shè)計是有利的。 減速器常采用滾動軸承。應(yīng)根據(jù)載荷的大小和方向及其他性能要求，選擇合適的軸承型號。同一軸上的軸承應(yīng)盡量成對使用，這對軸系部件的受力以及提高軸承孔的加工精度都是有利的。設(shè)計時還需要注意軸承的潤滑和箱內(nèi)齒輪潤滑的匹配以及軸承的壽命與減速器設(shè)計壽命的匹配問題。 減速器的軸為轉(zhuǎn)軸，起著支承齒輪、承受彎矩、傳遞轉(zhuǎn)矩和對軸上零件進行軸向定位的作用，因此軸必須有足夠的強度和剛度以及合理的結(jié)構(gòu)形狀。軸的形狀應(yīng)力求簡單，以減緩應(yīng)力集中。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)盡量減小支承間的跨距，增加軸承和支座的剛度軸的懸臂端應(yīng)盡可能短。 2、箱體 箱體是減速器中結(jié)構(gòu)和受力最復(fù)雜的零件，目前尚無完整的理論設(shè)計方法。因此，一般是在滿足強度、剛度的前提下，同時考慮結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、質(zhì)量輕及使用方便等方面要求，作經(jīng)驗設(shè)計。 箱體通常做成沿軸心線水平剖分的形式，以便于軸承部件的裝拆。上箱蓋和下箱蓋用螺栓聯(lián)接成一體，軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承座孔，而軸承座旁的凸臺，應(yīng)具有足夠的承托面，以便放置聯(lián)接螺栓，并保證旋緊螺栓時所需的扳手空間。為保證箱體具有足夠的剛度，在軸承孔附近應(yīng)加支撐助。為保證減速器安置在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座片面的機械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。 3、附件 為了保證減速器的正常工作，除了應(yīng)對齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計予以足夠的重視外，還應(yīng)考慮到位減速器注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修十箱蓋余箱座的精確定位、吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計。 4、減速器的潤滑與密封 減速器中的傳動件和軸承需要良好的潤滑。其主要目的是減少摩擦、磨損和提高傳動效率，并同時起冷卻和散熱作用。另外潤滑油還可以防止零件銹蝕、降低減速器噪聲和減小振動。減速器密封的主要目的是防止?jié)櫥瑒┞┏鰷p速器箱體，同時防止灰塵、水分及雜物進入箱體。 （1）減速器的潤滑 1）傳動件的潤滑 圓周速度v 在12～15m/ s的齒輪減速器、圓周速度v 為10m/ s的蝸桿減速器以及圓周速度v=10m/ s的行星齒輪減速器廣泛采用浸油潤滑。 為避免傳動件轉(zhuǎn)動時激起沉淀在箱底的沉積物，齒輪減速器和蝸桿減速器的齒頂圓離箱底內(nèi)表面的距離應(yīng)不小于30～50mm，行星齒輪減速器應(yīng)不小于5～8mm。 2）滾動軸承的潤滑 滾動軸承主要采用飛濺潤滑、刮板潤滑和油浴潤滑，以及油脂潤滑，并盡可能利用傳動條件的潤滑方法來實現(xiàn)。對齒輪減速器，當浸油齒輪的圓周速度（減速器中只要有一個浸油齒輪的圓周速度）v 在1.5 --2m/s時，滾動軸承多采用飛濺潤滑；當v在1.5--2m/s時，則常用油脂潤滑。 3）潤滑劑的選用原則 建筑液壓絞車減速裝置應(yīng)盡可能選用潤滑油潤滑。在不便采用油潤滑時，可使用潤滑脂潤滑。選用具體的潤滑劑牌號時需考慮一下幾個方面：①工作載荷 ②運動速度 ③工作溫度 ④工作表面狀態(tài) ⑤傳動類型 （2）減速器的密封 減速器的密封主要指箱蓋和箱座結(jié)合面的密封；軸承蓋和箱體之間的密封、軸承透蓋通孔與軸之間的密封以及各接觸面的密封等。箱蓋和箱座剖分面的密封只允許涂密封油漆或水玻璃，不允許使用其他任何填料。軸承蓋與箱體之間的密封通常采用調(diào)整墊片，調(diào)整墊片材料多用08F，并成組使用。 5、減速器的使用與維護 減速器的合理使用和維護需考慮以下問題： （1）減速器安裝完畢后，應(yīng)檢查出軸轉(zhuǎn)動是否靈活。之后進行空載荷試驗。在運行平穩(wěn)、無沖擊振動、緊固件不松動、密封處的接合面處不漏油情況下，按有關(guān)規(guī)定進行負載試驗。 （2）采用油池潤滑，加入潤滑油量應(yīng)在油標的最高和最低油位之間，并經(jīng)常檢查油量是否滿足使用要求。 （3）各種類型的減速器的潤滑油中量級黏度值應(yīng)根據(jù)減速器類型、工作特點、齒輪圓周速度大小及使用經(jīng)驗并參考有關(guān)資料選取。 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu), 兩軸線交錯的夾角可為任意值,常用的為90度.這種傳動由于具有結(jié)構(gòu)緊湊,傳動比大,傳動平穩(wěn)以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點,應(yīng)用頗為廣泛;其不足之處是傳動效率低,常需耗用有色金屬等. 蝸桿傳動通常用于減速裝置,但也有個別機器用作增速裝置. 　 3.2 蝸桿傳動的特點 1）能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5--80；在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)的傳動中，傳動比可達300；若只傳遞運動，傳動比可達1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 2）在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，他和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，躁聲低。 3） 蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量磨擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。（動畫演示） 4） 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率低；當傳動具有自鎖時，效率僅有0.4左右。???? 一、蝸桿傳動的主要優(yōu)點： ?能得到很大的傳動比（在分度機構(gòu)中傳動比i可達1000，在動力傳動中傳動比i=5~80）、結(jié)構(gòu)緊湊、具有自鎖性（當g小于嚙合面的當量摩擦角時）圖11-1、傳動平穩(wěn)和噪聲較小等。 二、蝸桿傳動的主要缺點是傳動效率低（自鎖蝸桿的效率低于50%）；為了減摩耐磨，蝸輪齒圈常需用青銅制造，成本較高。? 三、分類： 按形狀的不同，蝸桿可分為：圓柱蝸桿、環(huán)面蝸桿（圓弧面蝸桿或球面蝸桿）和錐蝸桿。 圓柱蝸桿的制造簡單、應(yīng)用廣泛，環(huán)面蝸桿的潤滑條件好、效率高，但制造困難。? A、圓柱蝸桿傳動包括普通圓柱蝸桿傳動和圓弧蝸桿傳動。 1）、普通圓柱蝸桿 由于車刀安裝位置的不同，所加工出的蝸桿齒面在不同的截面上的廓線也不同，具此可分為： ????? 阿基米德蝸桿（ZA） ????? 漸開線蝸桿（ZI） ????? 法向直廓蝸桿（ZN） ????? 錐面包絡(luò)蝸桿（ZK）? a、阿基米德蝸桿（ZA）螺旋面的形成與螺紋的形成相同。蝸桿有左、右旋之分，常用的是右旋蝸桿。 車削阿基米德蝸桿時。刀具切削刃的平面應(yīng)通過蝸桿的軸線，與加工普通絲杠類似。切得的軸向齒廓側(cè)邊為直線，兩側(cè)邊間的夾角2a=40°。在垂直于蝸桿軸線的截面上，齒廓為阿基米德螺旋線。 ? b、法向直廓蝸桿（ZN）：端面齒廓為延伸漸開線，法面齒廓為直線。 c、漸開線蝸桿（ZI）的齒形，在垂直于蝸桿軸線的截面內(nèi)為漸開線，在通過蝸桿軸線的截面內(nèi)為凸廓曲線?？赡ハ?。 d、錐面包絡(luò)蝸桿（ZK）：非線性螺旋齒面蝸桿，銑、磨。蝸桿精度高。? 2）、圓弧圓柱蝸桿傳動：蝸桿為凹弧形，蝸輪為凸弧形，是一種凹凸弧齒廓相嚙合的傳動（線接觸）。效率高（90%以上）、承載能力大、體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊。 B、環(huán)面蝸桿傳動 蝸桿體在軸向的外形是凹圓弧為母線形成的旋轉(zhuǎn)曲面。嚙合帶內(nèi)，蝸輪的節(jié)圓位于蝸桿的節(jié)弧面上。在中間平面內(nèi)蝸桿和蝸輪都是直線齒廓。輪齒受力情況好、易形成潤滑油膜，承載能力為阿基米德蝸桿傳動的2~4倍。此外還有：包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動。（參考：吳鴻業(yè)，蝸桿傳動設(shè)計）?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 3.3普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸??????????????????????????????????? ?通過蝸桿軸線并垂直于蝸輪軸線的平面，稱為主平面（中間平面）。在中間平面上，普通圓柱蝸桿傳動相當于齒條-齒輪的傳動。故按中間平面內(nèi)的參數(shù)（模數(shù)、壓力角）和尺寸（分度圓等）進行計算。? 1、模數(shù)m和壓力角a 由于蝸輪是用與蝸桿形狀相仿的滾刀(為了保證輪齒嚙合時的徑向間隙，滾刀外徑稍大子蝸桿頂圓直徑)按范成原理切削輪齒，所以在主平面內(nèi)蝸輪與蝸桿的嚙合就相當于漸開線齒輪與齒條的嚙合。蝸桿傳動的設(shè)計計算都以主平面的參數(shù)和幾何關(guān)系為準。它們正確嚙合條件是：蝸桿軸向模數(shù)ma1和軸向壓力角aa1，應(yīng)分別等于蝸輪端面模數(shù)mt2和端面壓力角at2。 模數(shù)m的標準值，ZA蝸桿的軸向壓力角為標準值規(guī)定為20o。 2、蝸桿直徑系數(shù)q和導(dǎo)程角r 齒厚與齒槽寬相等的圓柱稱為（蝸桿中圓柱）蝸桿分度圓。直徑以d1表示。蝸輪分度圓直徑以d2表示。 在兩軸交錯角為90°的蝸桿傳動中，蝸桿中圓柱上的導(dǎo)程角g應(yīng)等于蝸輪分度圓柱上的螺旋角b，且兩者的旋向必須相同。當g 小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動具有自鎖性。 自鎖性：對于具有自鎖性的蝸輪蝸桿，只有蝸桿帶動蝸輪，反之則不能傳動。切制蝸輪的滾刀，其直徑及齒形參數(shù)(如模數(shù)m、蝸桿螺旋線數(shù)z1和導(dǎo)程角g等)必須與相應(yīng)的蝸桿相同。如果不作必要的限制，刀具品種的數(shù)量勢必太多。為了減少刀具數(shù)量并便于標準化，制定了蝸桿中圓直徑的標準系列。如：d1=12.5，14，16，18，20，22.4，25，28，31.5，35.5… 蝸桿螺旋面和中圓柱的交線是螺旋線。設(shè)g為蝸桿中圓柱上的導(dǎo)程角，蝸桿的軸向齒距為，則： 式（3.1） ??其中 pz：蝸桿的導(dǎo)程 pa：蝸桿的軸向齒距。 ? 即有： 式（3.2） 由此可見，對于每一個標準的模數(shù)m，由于導(dǎo)程角g和頭數(shù)z1的不同，可能有很多的蝸桿直徑，則意味著需要很多不同直徑的滾刀。? ?????? 令： 式（3.3） 稱為蝸桿直徑系數(shù)，對每一個模數(shù)都規(guī)定了相應(yīng)的q值。這樣： 式（3.4） 由上式可知，q越小(或d1越小)升角g越大，傳動效率也越高，但蝸桿的剛度和強度越小。所以，轉(zhuǎn)速高的蝸桿可取較小的直徑系數(shù)q值，蝸輪齒數(shù)z2較多時可取較大的q值。? 3、傳動比i 設(shè)蝸桿頭數(shù)(即螺旋線數(shù)目)為z1，蝸輪齒數(shù)為z2，當蝸桿轉(zhuǎn)一周時，蝸輪將轉(zhuǎn)過z1個齒。因此，其傳動比為 式（3.5） 蝸桿頭數(shù)通常為z1=1、2、4、6。因此可得到很大的傳動比。蝸桿頭數(shù)少時，傳動比大，效率低。提高效率可增加蝸桿頭數(shù)，但加工困難。? 4、蝸輪齒數(shù)z2： 一般根據(jù)傳動比來確定，理論上不小于根切齒數(shù)17齒，當少于26齒時，嚙合區(qū)顯著減小，影響傳動的平穩(wěn)性，在30齒以上，可保證兩齒以上嚙合，因此通常蝸輪齒數(shù)不小于30齒。對動力傳動，一般不大于80齒。若z2過多，會使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿長度也隨之增加，致使蝸桿剛度不夠，影響嚙合精度。推薦值見表11-1，pp252。? ?5、標準中心距a： 式（3.6） 設(shè)計中，一般應(yīng)根據(jù)強度設(shè)計的結(jié)果，參照表11-2進行參數(shù)的匹配。 6、蝸桿傳動的變位 變位的目的是提高傳動的承載能力、傳動效率或湊中心距。變位方法與齒輪傳動類似，但蝸桿不變位，只對蝸輪進行變位。變位后蝸輪的分度圓和節(jié)圓重合，蝸桿在中間平面上的節(jié)線與其分度線不重合。變位方式有兩種： a、蝸輪齒數(shù)不變，蝸桿傳動的中心距改變： 式（3.7） b、蝸桿傳動的中心距不變，蝸輪齒數(shù)改變： 式（3.8） ?7、幾何尺寸的計算 設(shè)計蝸桿傳動時，一般是先根據(jù)傳動的功用和傳動比的要求，選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)，然后再按強度計算中心距 a (接觸疲勞強度)或 m2d1（彎曲疲勞強度），再確定模數(shù)m和蝸桿直徑系數(shù)q。當上述主要參數(shù)確定后，可計算出蝸桿、蝸輪的幾何尺寸(兩軸交錯角為90°、標準傳動)。 3.4普通圓柱蝸桿傳動的承載能力計算 一、蝸桿傳動的失效形式及材料選擇 蝸桿傳動的主要失效形式有點蝕、齒根折斷、齒面