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摘要
在工業(yè)生產里面，絞車是用的比較多的，這種機器的發(fā)展時間是比較長的，現在絞車的技術是越來越高，生產材料也是一直在更新，并且電子控制技術也是在提升的，不管是動力，還是對能源的節(jié)省上，還是安全性，現在都是提升了很多?，F在絞車在很多行業(yè)都有使用。
論文研究的絞車型號是JHMB-14。要想將成本變得更低，讓安全性變得更好，在這篇論文里面，將總方案定下來之后，在電動機，還有卷筒的兩邊裝了兩級齒輪，這樣一來構造是更加的緊湊的，底座使用的原材料花費的成本也就沒有那么高了；在這篇論文里面使用到了渦輪蝸桿傳動的專用知識，因為渦輪蝸桿副具的傳動比是非常大的，這樣卷筒期望的速度也就能夠實現了，避免卷筒出現反過來轉的情況；因為這個機器在礦產上使用，所以它一定要能夠防爆，那么他的電動機用的是鼠籠式電動機。
關鍵詞 絞車；JHMB-14；總體方案；蝸輪蝸桿；卷筒
II
Abstract
Winch is a kind of commonly used machinery in the process of industrial production. It has a long history and mature development design and manufacturing technology. With the continuous improvement of the winch technology, the continuous improvement of the processing materials and the continuous development of electronic control technology, the winch has made great progress in power, energy saving and safety. Step. Winches are being widely used in mines, harbors, factories, buildings and oceans.
The winch designed by this paper takes JHMB-14 winch as the research object. In order to reduce the cost and improve the security for the purpose. In this design, on the basis of determining the overall plan, the two grade gear is installed on both sides of the motor and the drum respectively, making the structure compact and reducing the use of the base material to reduce the cost. The worm gear and worm transmission principle knowledge is applied to the design, and the worm and worm pair has a larger transmission ratio so that it can be realized. The desired speed of the drum can avoid the accidental loss caused by the reversing of the reel. As the machine is used in the mine field, it must have certain explosion-proof ability, so the old squirrel cage motor is selected with the explosion-proof motor.
Keywords winch JHMB-14 overall scheme worm wheel and worm
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題研究的背景及意義 1
1.2 絞車的概述 1
1.3 國內絞車的發(fā)展現狀 2
1.4 國外絞車的發(fā)展現狀 3
1.5 絞車未來的發(fā)展趨勢 3
2 工作原理、性能參數的確定與計算 5
2.1 工作原理的確定 5
2.2 主要性能參數的簡介 5
2.2.1鋼繩拉力 5
2.2.2鋼繩繩速 5
2.2.3電動機額定功率 6
2.2.4鋼繩類型和直徑 7
2.2.5卷筒直徑 8
2.3 JHMB-14絞車性能參數的確定 9
2.4 計算參數的計算與確定 9
2.4.1電機的計算和選確定 9
2.4.2計算各軸的運動和動力參數 10
3 主要零部件的設計與計算 12
3.1 蝸輪蝸桿的設計和計算 12
3.1.1選[/a]值 12
3.1.2計算中心距 12
3.1.3計算傳動基本尺寸 12
3.1.4計算齒面接觸疲勞強度 13
3.1.5計算輪齒彎曲疲勞強度 13
3.1.6驗算蝸桿軸擾度 13
3.1.7校核溫度 14
3.2齒輪的設計與計算 14
3.2.1一級齒輪的設計與計算 14
3.2.2二級齒輪的設計與計算 17
3.3 各軸的設計和計算 20
3.3.1蝸桿軸分析與強度校核 20
3.3.2蝸輪軸的分析和強度校核 22
3.3.3齒輪軸的分析與強度校核 24
3.3.4滾筒軸分析與強度計算 26
3.4 軸承的選用與校核 28
4 其他零部件的設計、選擇與計算 35
4.1 聯軸器的選擇和計算 35
4.2 制動器的選擇和計算 35
4.3 蝸輪齒輪上鍵的選擇和強度計算 37
4.4 箱體的設計 39
結論 40
致謝 41
參考文獻 42
4
1 緒論
1.1 本課題研究的背景及意義
進行礦產資源開采還有運輸的時候，最重要的一個機器就是絞車，現在用的是非常多的，比方說礦上面會用到提升絞車，調度絞車等等。對與開采礦產資源來說，絞車是少不了的。
絞車還有一個主要的作用，就是在港口進行工作，比方說集裝箱起重機，港口裝卸門座起重機等等，這種機器的主要執(zhí)行部分就是絞車，這些絞車的結構，還有形式都是不一樣的，因為絞車的作用不一樣，所以在對速度進行調整的時候，性能一定要好，并且安全性也要一定好才行。還有，絞車在很多線纜的保存，加工還有輸送上用的也是不少的。用在這種作用下，絞車不光能夠對速度進行調整，還能夠將這些纜線按照直徑不一樣的大小進行排列，這樣生產的時候才能比較順利，在船上面，還有在大海里面進行開發(fā)的時候，絞車都可以拿來使用的。
絞車在很多地方都在使用，他們的作用都是不一樣的，所以說他們的結構也都是不一樣的。要想對絞車的結構，還有性能進行更加深入的研究，所以就要仔細的研究研究的組成，絞車的類型，還有絞車的性能，還有絞車的功能等等。
1.2 絞車的概述
絞車還有一個名字叫卷揚機，通過卷筒繞著鋼絲繩進行提升比較重的東西，這個機器其實就是一個其中機器，是比較輕也比較小的?，F在我們國家，船上面使用的液壓拖纜絞車是泰州的一個公司生產的。
1、絞車的特征還有使用途徑：
絞車有下面的特征：通用程度是很高的，構造也非常緊湊，體積不大，質量小，起重是比較大的，用的時候要想轉移是比較便利的，在建筑，礦上，碼頭上等等都可以對貨物進行升降，還能夠在生產線上進行使用。絞車有兩種速度，一種是慢的，一種是快的。要是大于二十噸的話，絞車就是大噸位的，絞車可以拿來單獨用的，還能夠放在起重機，建筑上等等使用的機器里面的一個部件，因為用起來不復雜，繞繩是非常的大的，移動起來也比較方便，所以用的是很多的。
2、絞車的種類
根據動力來進行劃分，有手動，有電動，有液壓的。
按照使用途徑來分，有建筑上用的，有船上面用的。
按照它的功能來進行劃分：有船上使用的，有工程上使用的，有礦上面使用的，有電纜的。
根據卷筒的樣子不一樣來進行劃分，有一個筒的，有兩個筒的。
按照卷筒的布局來進行分類，有并列的，有前后的
（1）手動絞車：
將停止器裝在手柄的回轉傳動部分，這樣重的東西就一直在規(guī)定的地方。手動絞車上面還要裝一個安全手柄，還有制動器。正常來說，手動絞車起重的重量是不大的，機器工作環(huán)境不好，并且沒有電源。
（2）電動絞車：
在很多起重重量非常大的地方進行使用。電動絞車要是一個卷筒的話，那么通過減速器將卷筒帶著進行工作，裝一個制動器在電動機跟減速器的輸入軸的中間。要想滿足提升，牽引，還有回轉等等工作的要求，另外絞車還有兩個卷筒的，或者是好搓個卷筒的。只要額定載荷小于10T，那么絞車可以設計成電動的。
（3）液壓絞車：
這種絞車的額定載荷是非常大的，液壓絞車的載荷要是在十噸到五千噸范圍里面的話，就可以使用液壓絞車。它的組成有液壓馬達，液壓制動器，齒輪箱，離合器等等。液壓馬達在工作的時候機械效率是非常高的，并且啟動的時候扭矩很大，按照工況的需要，配置不一樣的配流器，按照要求，設計一個閥在馬達的配油器上面進行組裝，比方說帶平衡閥，過載閥等等，都在卷筒里面直接進行安裝的。設計卷筒，支承軸，還有機架的時候，按照力學的要求來進行，設計的這個絞車結構不能復雜，并且強度，還有剛度都要能夠滿足要求。這種絞車的結構一定要非常緊湊，體積不能大，并且質量要小，外表看上去要非常漂亮等等，它的安全性是非常好的，工作效率是很高的，啟動的時候扭矩不小，工作速度慢穩(wěn)定性不錯，噪聲不大，操作的時候可靠性高等等。
1.3 國內絞車的發(fā)展現狀
最近這幾十年，我們國家的煤炭行業(yè)發(fā)生了太大的改變了，整個行業(yè)的機械化水平跟國際上也差不了多少了，現在光是開采的煤炭量已經超過了百萬噸，不過煤炭行業(yè)要想實現機械化，運輸是少不了的，輸送要使用專門的輸送機器，絞車其實就是中間的一個。原來輸送煤炭的時候基本上用的都是娦式輸送機化，但是下到礦井下之后的軌道，跟運輸這種辦法是不大合適的，材料在進行輸送的時候，基本上都是用一群小轎車來進行，運輸的線路是非常長的，環(huán)節(jié)比較多，使用的搬運機器，工作人員都是非常多的，安全性一點都不好，效率也不高。雖然現在在技術上進行了提升，對于現在礦產資源的需要還是滿足不了的。也就是說，現在礦井建設的時候，主要就在于怎么樣進行輸送。
上世紀五十年代的時候我們國家才有了絞車，一開始是模仿日本還有蘇聯的機器來進行生產的，到了六十年代，開始自己對絞車進行設計；到了七十年代，技術越來越成熟，設計絞車也越來越標準化，系列化。不過跟國外的進行比較，我們國家的絞車不管是類型，還是結構，性能等等，差的不是一點點的。
礦上面使用的小絞車，在上世紀六十年代的時候，將絞車調度的標準進行制定，后來對于回柱絞車的標準也進行了制定，使用了一段時間之后，對設定的這兩個標準進行了修訂，確定標準是JB965-83，JB1409-83。
1.4 國外絞車的發(fā)展現狀
在國外，小絞車用的是很多的，生產單位也是比較多的，比方說在蘇聯還有日本這些國家，礦產上，使用的都是小絞車。
在國外的礦上面用的小絞車，類型還有型號都是非常多的，比方說，絞車的牽引力不一樣的話，絞車有電動的，有液動的，還有風動的。絞車的工作部分有一個筒的，有兩個筒的還有摩擦式的。在進行傳動的時候，有皮帶的，有鏈式的，有齒輪的，有蝸輪的，有液壓的等等。這些傳動里面，用的最多的是行星齒輪傳動的。
發(fā)展方向是更加的標準，更加的系列化，它的發(fā)展方向是體積更小，質量更輕，并且結構更加緊湊，效率更高，能源更加節(jié)省，使用時間長，噪聲小，一個機器可以有好多種用途，功率大，外表看上去漂亮并且還不復雜。
1.5 絞車未來的發(fā)展趨勢
對國外礦上面使用的小絞車的發(fā)展來進行分析：
1、更加標準化，更加的系列化
在日本，美國這樣的國家現在已經確定了礦上面使用的小絞車的標準了，這些國家的生產單位，生產的產品都已經形成一定的系列了，對于機器的性能，還有數據，規(guī)定都是非常清楚的，而且在他們國家強制性進行推廣，進行實施，不管是設計，還是加工，還是后期出現問題進行維修，都是非常方便的。
2、體積更小，質量更輕，并且結構更加的緊湊
因為在下面的礦里面，工作的地方環(huán)境是比較小的，所以絞車不能體積太大，質量要輕一些，大家的研究方向是將絞車的動力部分，傳動部分，工作滾筒還有剎車這些零部件都放在一個系統里面，之后對它進行布局，對空間的利用率更高，對它的外表進行封閉，封閉效果要好。
3、節(jié)能的效果更好
在發(fā)達國家，他們對于絞車的數據進行優(yōu)化，選擇最合適的數據，這樣可以將產品的性能在最大限度里面進行提高。傳動裝置的結構用的是最先進的，并且加工精度是合理的，這樣一來生產效率是非常高的。
4、使用時間比較長，噪聲更低
看一個產品在使用的時候性能怎么樣，就看他能用多長時間，還有噪聲是多大。使用時間長，那么經濟效益也就更好；噪聲要是比較小的話，對于人的身心健康是有好處的。要想將使用時間變得更長，噪聲變得更低，可以通過齒輪的加工精度變高，還能夠用稀油進行潤滑，這樣一來這個機器的性能變得更好。
5、機器變得更加通用化，并且一個機器多個功能
小絞車在礦上面使用的時候，可以用來進行調度，還能夠用來進行運輸，還可以進行一些別的工作。用的時候區(qū)間一定要大，需要絞車的適應能力非常強大。將調度，輸送，還有輔助的絞車都放在一個標準里面。這幾種絞車的結構都是差不多的，后來管理水平變高了之后，通用化的程度也是變高的，這就是將來產品的發(fā)展方向。
6、功率更大的發(fā)展趨勢
后來生產一直在發(fā)展，原先的產品對于現在的需求是滿足不了的，長時間的生產經驗告訴我們，絞車不僅能夠進行調度，還能夠進行輸送，它的牽引力要稍微小一些，所以要把這些問題都解決掉，這樣絞車的功率也就變大了，對于使用者的需求就可以滿足了。
2 工作原理、性能參數的確定與計算
2.1 工作原理的確定
按照設計的方案里面的技術規(guī)格，還有技術數據，將它的總方案設計出來。后來通過計算，將渦輪蝸桿減速器，還有兩極齒輪減速器，還有調速裝置的有關數據都算出來，并且校核了主要零部件的強度。2-1里面是絞車的構造。在工作的時候它的原理是：
圖2-1 絞車的結構示意圖
JHMB-14絞車的組成部分：1、電動機；2、底架；3、蝸輪蝸桿減速器；4、兩級齒輪傳動；5、緊急制動裝置。
JHMB-14絞車的動力是電動機，這個電動機是防爆的，用聯軸器將電動機的軸還有蝸桿軸都連接起來，在蝸輪蝸桿的速度降低之后，經過兩級齒輪減速部分，這樣傳動比就可以滿足絞車的需要了，之后二級齒輪減速部分的低速齒輪，通過螺栓還有滾筒連接，這樣動力就傳送到滾筒上，那么滾筒就按照設定的速度將鋼繩卷起來，將柱子進行牽引，那么絞車的功能就能夠實現了。
2.2 主要性能參數的簡介
2.2.1鋼繩拉力
我們國家對絞車的數據是有規(guī)定的，鋼繩的拉力有三種，分別是五噸，八噸，還有十四噸。不過，現在我們國家對鋼繩的拉力還沒有一個統一的標準。
回柱絞車是一種纏繞很多層的機器。支柱的拉力是從鋼繩來的。最外面一層，還有嘴里面一層的鋼繩拉力都是最小的，很明顯，只要電動機的功率確定下來，機械結構確定下來，還有最外面那一層的拉力是最小的。所以，絞車的名義拉力就是最外面一層的拉力。要是設計絞車的時候，名義拉力是中間層的，或者是最里面一層的，那么外面一層的拉力就比絞車的名義拉力還要小。這樣的話是不滿足要求的。
JHMB-14絞車的鋼繩最外面一層的拉力大小是120000N
2.2.2鋼繩繩速
在絞車的卷筒上面進行纏繞的時候，鋼繩纏繞了很多圈，鋼絲繩不會沒有變化的，跟著纏繞的層數越多，這個數值也就變得越大。要想跟繩的拉力進行匹配，要按照最外面一層速度來當做這個鋼絲繩的名義速度，大小是0.14m/s。
對于回柱放頂作業(yè)的效率有影響的一個因素就是鋼繩的速度?；刂彭數臅r候花費的時間比較長，那么正常的循環(huán)就受到影響了，延遲回柱放頂的時間，頂板的壓力變大了，那么回柱絞車就有難度了。不過，鋼繩的速度對于回柱的生產率有很大的影響。在回柱進行放頂的時候，很多都是輔助工作時間。所以，回柱放頂作業(yè)怎么樣進行組織，跟操作是不是熟練有很大的作用。
還如果拉力到了最大的時候，要是繩子的速度太大的話，那么出現的動力載荷是非常大的，導致的結果是支柱破損率也就變得更大了，并且在繩速范圍里面，零件會被弄壞。
2.2.3電動機額定功率
對電動機的功率進行確定的時候，那么就可以將電動機的能力充分的發(fā)揮出來，還能夠對電能進行節(jié)省，所以要對回柱放頂工作流程進行研究，將電動機的工作制度確定下來。
在支柱上將鋼繩栓上去，電動機啟動之后，鋼繩就被帶著進行工作，這個時候鋼絲繩是松下來的，運行的時候要是空載的話，拉力的數值也就變大了，那么支柱達到頂板之后，就降下來了，這個時候電動機有可能會出現一瞬間過載的情況，之后帶著支柱工作一段的距離，電動機停下來，回柱的周旋到這里就完成了，接著進行一些輔助的工作，下一個周轉也就開始了，這樣一直重復進行。任何一個生產流程里面，有啟動時間，還有非常短的超載荷工作時間，還有停車斷電時間。查看它的特征，確定是斷續(xù)周期性的載荷。在礦井下面進行工作的時候，要想讓它的使用區(qū)間變得更大，這個地方在確定電動機的時候不能根據斷續(xù)周期性的工作辦法來選用，在確定的時候根據持續(xù)的工作制來進行。點攻擊的功率在算的時候，按照瞬間的載荷最大值來進行，算的時候將電動機的額定容量就算出來了。電動機的瞬時過載容量就告訴我們，電動機一直都是在發(fā)熱的，而且在很短的時間里面，確保電動機雖然瞬間過載，它的轉矩也就到了臨界值了，如果過載不減少，并且大于臨界的轉差率的時候，那么電動機的轉矩就很快降低了，這電動機會出現悶車的情況。
鼠籠式電動機的過載系數為K=1.8-2。要想電動機不會出現悶車的情況，在算功率的時候，確定K=1.36，2-2里面就是鼠籠電動機的機械特征。
圖2-2 鼠籠電動機機械特性
將功率算出來見（2-1）
（2-1）
式中：——在卷筒的最外面一層鋼繩的速度
——卷筒最外面一層的鋼繩的拉力
——機械進行傳動的時候效率的綜述機械傳動總效率
額定功率
（2-2）
按照這個來算P，從這些樣本里面將電動機的功率確定下來，這個數值要比P大。
2.2.4鋼繩類型和直徑
在用鋼繩的時候，有很多原因會導致機械強度變低，比方說損耗，上銹，咬傷，疲勞等等。絞車要是不一樣，他們工作時候的特征不一樣，還有使用時候的條件也不一樣。那么也就是說，他們的機械強度在降低的時候也都是不一樣的。
因為鋼繩繞在滾筒的上面，鋼繩里面會有彎曲，還有扭轉應力出現，因為一直進行工作，所以鋼絲繩肯定會有疲勞出現。來回彎曲多少次，疲勞破壞的非?？??；刂g車，跟別的形式的鋼絲繩纏繞裝置是不一樣的，在進行回柱的時候，鋼絲繩一直在進行纏繞，鋼絲繩放出去之后，就跟均勻的彈性干是一樣的，因為它可以對拉力進行傳送。所以說，回柱鋼絲繩遭到破壞的主要原因就是出現疲勞斷絲。
在工作面上有回柱絞車，因為濕度是非常大的，容易上銹，在進行回柱的時候，鋼繩一般跟底板，煤摩擦，所以上銹的情況，還有損耗的情況一致都是出現的，因為有損耗，所以上銹的情況就變得更加嚴重了?；刂摾K報廢的主要原因就是這兩個，一個上銹，一個損耗。所以說，纏繞很多層出現咬繩的狀況是肯定的，所以說鋼繩能夠使用多長時間，這個也是有很大影響的。
要想將鋼繩的直徑定下來，一開始要將回柱鋼繩的許用安全系數確定下來，對于設計來說，這個數值是非常重要的。將它的安全系數變大，那么就可以讓鋼繩的使用時間變長。不過，鋼繩的安全系數要是太大的話，那么它的直徑就變得更粗了，這樣機械的體積就變得非常大，沒有那么靈活了。對于經濟原則是符合不了的，整個絞車下井的時候是非常不方便了。所以，在對安全性，還有可靠性進行確保的時候，盡量的將安全系數進行降低。
許用安全系數
（2-3）
=0.1.=0.2
那么許用安全系數是：
現在，不管是我們國家還是國外，鋼繩算的時候，理論還沒有一個體系。提升鋼繩來說，要是在算的時候只對它的靜載荷進行考慮，在鋼繩里面有很多動載荷出現，要想進行抵償通過將安全系數進行變大。所以安全系數確定的是比較大的。實際上這個數值是一個大概的，回柱絞車的鋼繩拉力是靜拉力，所以，它在進行工作的時候是非常安全的。
設計回柱絞車的時候，將安全系數算出來
用下面的式子來表示這兩個因素之間的關系
鋼繩的結構不一樣，換算系數也就不一樣，跟它有關系的是捻距有多大，還有鋼繩是什么結構等等。它的構造越是不簡單，那么鋼絲數就越是多，產生的破斷拉力損耗就越是大。那么在回柱絞車上，鋼繩的型號選用的是6×19型，
它的換算系數大小是
那么這個鋼繩的整個破斷拉力的大小是
整條鋼繩破斷拉力=（1-）
靜拉力選用的是卷筒最里面一層的，在進行回柱的時候，靜拉力的最大數值在最里面一層出現。所以將拉力算出來：
（2-4）
，
那么
（2-5）
式中：——最外層繩速（m/s）；
d=0.83×；
那么卷筒嘴里面一層的轉動速度
在最里面那一層鋼繩的拉力就是：
整條鋼繩破斷拉力 =（1-）
設計回柱絞車的時候，將安全系數算出來
，滿足論文要求。
如果算出來的安全系數比許用安全系數1.3還要大的話，那么這個鋼絲繩就是安全的。
2.2.5卷筒直徑
礦上面使用的絞車，不管是纏繞的，還是摩擦的，按照事先設定的卷筒的直徑跟鋼絲繩的直徑相比得到的數值，來確定卷筒的直徑的。繩子里面出現的彎曲應力跟卷筒的直徑，還有鋼繩的直徑，還有鋼繩的結構有很大的關系。
彎曲應力
（2-6）
要想將彎曲應力變小，將鋼絲繩的直徑定下來，還有使用的材料定下來，那么鋼絲繩的使用時間就變長了。要想工作的時候安全性更好，所以確定卷筒的直徑是四百毫米，對于論文的要求是能夠滿足的。
2.3 JHMB-14絞車性能參數的確定
1、卷筒直徑：400mm
2、卷筒寬度：300mm
3、容繩量：150m
4、繩的直徑：23mm
5、繩速：0.12m/s
6、平均提升力：120KN
7、電動機
（1）型號YBK-225M-8
（2）功率22KW
（3）轉速730r/min
8、傳動比128
2.4 計算參數的計算與確定
2.4.1電機的計算和選確定下來是
查看相關材料，卷筒線轉動的速度就是0.12m/s
那么就可以將卷筒的角速度給算出來
n=v/（） （2-7）
=0.12/（
式中：n——卷筒在轉動時候的速度；
d ——卷筒直徑的大?。?
v ——卷筒線速度的大小。
那么卷筒的拉力功率就可以算出來
那么整個機器在進行傳動的時候效率是
電動機在工作的時候，效率大小是
查看相關資料，一級蝸輪蝸桿進行傳動的時候，傳動比是10：40，要是齒輪進行傳動，那么傳動比就是1：8，
論文里面設計的絞車傳動用的是蝸輪蝸桿，還有齒輪兩對。那么這個機器在進行傳動的時候，傳動比的大小是：
這樣就可以知道這個電動機的轉動速度
在礦井里面工作的絞車一定是防爆的，現在的絞車對于防爆要求能夠滿足，所以電動機用的是YBK-255M-8型，2-1表格里面就是它的有關數據：
表2-1電動機的技術參數
型號
功率（KW）
轉速（n/min）
YBK-225M-8
22
730
傳動比的總數是
（2-8）
確定128。
對傳動比進行劃分：蝸輪蝸桿為20；一級齒輪為2；二級齒輪為3.2。
2.4.2計算各軸的運動和動力參數
2-3這個圖里面就是論文設計的絞車的結構。
圖2-3 JHMB-14結構示意圖
每個軸的轉動的速度：
式中 ——蝸輪蝸桿傳動比：
——一級齒輪傳動比：
——二級齒輪傳動比：
每一個軸在輸入的時候功率的大?。?
(2-9)
每一軸的輸入轉矩大小是：
(2-10)
每一個軸的數據在表格2-2里面詳細展示。
表2-2 各軸的相關參數
軸
功率（KW）
轉矩（）
轉速（r/min）
傳動比
效率
電動機
20.96
274.20
730
1
20
2
3.2
0.9072
0.784
0.9506
0.9506
1
20.75
271.46
730
2
16.27
4256.49
36.5
3
15.46
8092.44
18.25
4
14.70
24616.55
5.7
46
3 主要零部件的設計與計算
3.1 蝸輪蝸桿的設計和計算
為什么使用渦輪蝸桿，因為它的結構非常緊湊，并且工作時候非常穩(wěn)定，不會有噪聲，沖擊性比較小，并且震動也不大，這樣它可以得到的單級傳動比是很大的，所以就使用圓柱型的蝸輪蝸桿進行傳動。
3.1.1選[/a]值
當量摩擦系數：假設
當量摩擦系數：
=0.03
當量摩擦角：
=1.72
確定[/a]的數值
[/a]=0.35
導程角：
傳動嚙合效率：=0.8
3.1.2計算中心距
蝸輪轉矩
(3-1)
使用系數：確定是
彈性系數：
轉速系數
=
在式子的里面：
壽命系數
=1.27
接觸系數：=3
接觸疲勞極限：=265MPa
接觸疲勞最小安全系數：=1.3
算出來中心距的大小
(3-2)
=
3.1.3計算傳動基本尺寸
將蝸桿有多少個算出來
==2.35
確定=2
蝸輪的齒數有多少個
(3-3)
=40
將模數算出來
m=（1.4-1.7）×a/
確定m=10
蝸桿分度圓直徑
=[/a] (3-4)
確定 =112mm
蝸輪分度圓直徑
=m×
確定=400mm
導程角
tanΥ=×m/=2×10/112 (3-5)
=10.12
這個蝸輪的寬度是
==79.8
確定=70
蝸桿進行圓周動作的時候，速度是
= (3-6)
=4.28m/s
在進行相對滑動的時候，它的快慢是
= (3-7)
=4.35m/s
當量摩擦系數，=0.6m/s
3.1.4計算齒面接觸疲勞強度
許用接觸應力
(3-8)
接觸應力的最大數值是
= (3-9)
因為
3.1.5計算輪齒彎曲疲勞強度
齒輪根部的彎曲疲勞強度的大小是=115Mpa
彎曲疲勞強度的安全系數的最小值是=1.3
許用彎曲疲勞應力
(3-10)
=88.46Mpa
齒輪彎曲應力的最大數值是
(3-11)
<，所以滿足要求
3.1.6驗算蝸桿軸擾度
算出來軸的慣性矩的大小
==7.72× (3-12)
蝸桿可以實現的擾度的大小
[]
算出來蝸桿的擾度
(3-13)
<[]，滿足論文的需要
3.1.7校核溫度
在進行傳動的時候，進行齒合時候的效率是
(3-14)
=0.75
攪油效率=0.99
軸承效率=0.99
那么效率的總數就是
要進行散熱的面積的大小
=3.032
這個箱子在工作的時候多少度
<80，對于論文的要求是能夠滿足的
3.2齒輪的設計與計算
用齒輪，是因為以一級蝸桿的傳動比小于128，蝸輪蝸桿的速度降低之后，用兩級齒輪來減低速度，因為它在進行傳動的時候可靠性是非常高的，使用時間比較長，一瞬間的傳動比是一個常數；在進行傳動的時候，效率是非常高的，構造非常緊湊，并且速度的范圍是非常大的，所以說傳動比很穩(wěn)定，還有承載能力很高。選用的齒輪是直齒圓柱形的。
3.2.1一級齒輪的設計與計算
小齒輪的材料用的是40Cr，對它進行調質處理，硬度達到280；大齒輪的原材料用的是40Cr，硬度可以達到280HB，不管是大齒輪還是小齒輪，都要對他們進行熱處理。
1、先把小齒輪的直徑算出來
算出來轉矩的大小
(3-15)
n—齒輪是高速級的話轉動的速度。
=4256490
齒寬系數=0.4
接觸疲勞極限
=850Mpa
=850Mpa
許用接觸疲勞極限
[]=0.9×
[]=0.9×
將的數值定下來，=82
將小齒輪的直徑算出來
==246.83mm (3-16)
將齒輪的寬算出來b
b= (3-17)
2、對齒輪的強度進行校核
圓周速度
= (3-18)
確定這個齒輪的精度等級是九級
3、將齒數，還有模數都算出來
初步確定比較小的齒輪的齒數是=25
模數m=，確定m=10
=i×
確定=25，=50
使用系數，=1.25
動載荷系數，=1.1
齒間載荷分配系數
=1.88-3.2×（1/+1/
==0.88
=1.2
齒輪方向上載荷的分布系數算出來：
(3-19)
==1.174
載荷系數
(3-20)
彈性系數=189.8
節(jié)點這個地方的系數是=2.5
在進行接觸的時候安全系數的最小值=1.05
4、算出來進行工作花費的總的時間
應力循環(huán)了多少次
在公式里面：—在同一邊的齒面進行齒合了多少次同一側齒面的嚙合次數；
—進行工作花費的時間。
=60×1×36.5/2×6000
接觸壽命系數，=1.3（確定下來是A）=1.25（確定下來是B）
5、許用接觸應力
=850×1.3/1.05=1052.38Mpa (3-21)
=850×1.25/1.05=1052.38Mpa
6、進行驗算
(3-22)
==829.17Mpa
已經知道<還有比還要小 ，對于論文的需要是滿足的
7、將傳動部分的大小確定下來
(3-23)
小的齒輪的齒的寬度比大的齒輪的寬度要大，大10mm的樣子，確定b1=110mm
8、對齒輪根部的彎曲疲勞強度進行校核
重合度系數
齒間載荷分布系數：=1.2
齒輪方向上載荷的分布系數算出來：
那么就確定=1.18
載荷系數
齒形系數，確定=1.2；=2.34
應力修正系數，確定下來=1.58；=1.72
彎曲疲勞極限，確定下來=680Mpa；=680Mpa
進行彎曲的時候安全系數的最小值就是=1.25
應力周轉了多少次
(3-24)
進行彎曲的時候使用時間的系數，確定下來是=1，=1.1
尺寸系數，確定下來是=0.97
算出來許用彎曲應力的大小
=680×1×1.97/1.25=527.68Mpa (3-25)
=680×1.1×1.97/1.25=527.68Mpa
對彎曲的應力進行驗算
<[бF1]，對于論文的要求是能夠滿足的
(3-26)
<[бF2]，對于論文的要求是能夠滿足的
3.2.2二級齒輪的設計與計算
確定下來材料用的什么：
小齒輪確定下來原材料用的是40Cr對它進行調質處理，之后硬度就可以達到280HB；
大的齒輪原材料確定下來是40Cr，硬度的大小可以達到280HB
大齒輪，還有小齒輪都確定下來了，對他們進行熱處理。
1、將齒面接觸疲勞強度算出來，并且對它進行校核：
算出來轉矩的大小
(3-27)
齒寬系數，確定下來是=0.4
接觸疲勞極限，
，
算出來許用接觸疲勞極限的數值
[]=0.9×
[]=0.9×
確定下來是=82
將小齒輪的直徑大小算出來
= (3-28)
確定下來是
將齒輪的寬算出來b
b=
對齒輪的強度進行校核
將圓周速度算出來v
=
精度確定下來是9級
齒數Z，模數m，確定下來是=25
模數m==250/25=10，確定下來是m=10
=i×=3.2×25=80
確定下來是=25，=80
使用系數，確定下來是=1.25
動載荷系數，確定下來是=1.1
齒間載荷分配系數
=1.88-3.2×（1/+1/
=0.873
=1.2
齒輪方向上載荷的分布系數算出來：
==1.174
算出來載荷系數的大小
彈性系數，=189.8
節(jié)點這個范圍里面的系數的大小，確定下來是=2.5
進行接觸的時候安全系數的最小值，確定下來是=1.05
將工作花費的時間的總數算出來：
應力周轉了多少次
=
接觸壽命系數Zn
=1.4（確定下來是A），=1.32（確定下來是B）
算出來許用接觸應力
對它進行驗算
=
<，對于論文的要求是能夠滿足的
將傳動部分的主要大小都定下來
因為小一點的齒輪的寬度比大一點的齒輪的寬度還要大十毫米，確定下來是
對齒輪根部的彎曲疲勞強度來進行校核：
算出來重合度的系數大小
齒間載荷分布系數=1.2
齒輪方向上載荷的分布系數算出來：
=1.18
算出來載荷系數的大小
齒形系數，確定下來是=2.65，=2.23
應力修正系數，確定下來是=1.58，=1.79
彎曲疲勞極限，確定下來是，
進行彎曲的時候安全系數的最小值就是，確定下來是=1.25
應力周轉了多少次
=
進行彎曲的時候使用時間的系數，確定下來是=1.02，=1.08
尺寸系數，確定下來是=0.97
算出來許用彎曲應力的大小計算
對彎曲的應力進行驗算
<[бF1]，對于論文的要求是能夠滿足的
<[бF2]，對于論文的要求是能夠滿足的
3.3 各軸的設計和計算
3.3.1蝸桿軸分析與強度校核
1設計蝸桿，并且算出來蝸桿的強度
（a）軸的結構圖紙
（b）軸承受的力的圖紙
（C）在水平面的上面，軸受到的力的圖紙
(3-29)
=
（d）在水平面上面，彎矩的圖紙
=1061992.45m
m
（e）在垂直的面里面，軸受到的力的圖紙
=
=
（f）在垂直的面里面，彎矩的圖紙
=716521.65
（g）合成之后的彎矩的圖紙
= (3-30)
=
校核這個軸的直徑
只能是在理論上存在轉矩不改變，真正的情況是，機器在進行工作的時候，不可能都是勻稱的，并且還有扭矩震動，所以要想更高安全，那么就要根據脈動轉矩，對軸進行計算，確定用的是合金鋼，他們的循環(huán)應力是對稱的，大小是90Mpa。
對軸的直徑進行校核
蝸桿齒輪根部的直徑的大小是
(3-31)
=
>D，對于論文的要求是能夠滿足的
3.3.2蝸輪軸的分析和強度校核
（a）下面圖紙里面展示的是軸的結構
(b)下面圖紙里面展示的是軸受到的力
（C）在水平面上面，承受的力的圖紙
分析這個齒輪受到的力：
（d）在水平面上面，承受的力的圖紙
（e）在水平范圍里面，彎矩的圖紙畫出來
（f）在垂直面里面，將受力的圖紙畫出來
（g）在垂直面里面，將彎矩的圖紙畫出來
（h）將將合成彎矩圖紙畫出來紙畫出來
校核這個軸的直徑
只能是在理論上存在轉矩不改變，真正的情況是，機器在進行工作的時候，不可能都是勻稱的，并且還有扭矩震動，所以要想更高安全，那么就要根據脈動轉矩，對軸進行計算，確定用的是合金鋼，他們的循環(huán)應力是對稱的，大小是90Mpa。
軸的直徑的大小是
==98.4mm (3-32)
>D，對于論文的要求是能夠滿足的
3.3.3齒輪軸的分析與強度校核
（a）下面圖紙里面展示的是軸的結構
（b）下面圖紙里面展示的是軸受到的力
（C）對兩個齒輪的受到的力進行分析
（1）左邊齒輪的受力分析 （2）右邊齒輪的受力分析
按照之前分析的蝸輪蝸桿，可以進行以下的計算：
，=26318.4N
，
（d）在水平面上受到的力的圖紙
算出來這兩個軸在水平面上受到的力的大小
=
==-43780.86N
=76675.77N
（e）在水平的面上，彎矩圖紙畫出來
（f）在垂直的面里面，將受力的圖紙畫出來
對這兩個軸承的垂直面承受到的力來進行分析
=0N
（g）將合成彎矩圖紙畫出來
校核這個軸的直徑
只能是在理論上存在轉矩不改變，真正的情況是，機器在進行工作的時候，不可能都是勻稱的，并且還有扭矩震動，所以要想更高安全，那么就要根據脈動轉矩，對軸進行計算，確定用的是合金鋼，他們的循環(huán)應力是對稱的，大小是90Mpa。
軸的直徑的大小是
=
>D，對于論文的要求是能夠滿足的
3.3.4滾筒軸分析與強度計算
（a）下面圖紙里面展示的是軸的結構
（b）下面圖紙里面展示的是軸受到的力
（C）將齒輪受到的力進行詳細的分析
(3-33)
（d）在水平面上受到的力的圖紙
=120000N
==56765.91N
（e）在水平的面上，彎矩圖紙畫出來
（f）在垂直的面里面，將受力的圖紙畫出來
（g）將合成彎矩圖紙畫出來
校核這個軸的直徑
只能是在理論上存在轉矩不改變，真正的情況是，機器在進行工作的時候，不可能都是勻稱的，并且還有扭矩震動，所以要想更高安全，那么就要根據脈動轉矩，對軸進行計算，確定用的是合金鋼，他們的循環(huán)應力是對稱的，大小是90Mpa。
==102.07mm
>D，對于論文的要求是能夠滿足的
3.4 軸承的選用與校核
將蝸桿軸上面使用的軸承確定下來，并且算出來
因為有軸向力，還有徑向力作用在我趕上，還有機器承受的力矩載荷是很大的，確定用的軸承是圓錐滾子的，這種軸承的特征是：
1、不僅可以承受徑向上的載荷，還能夠承受軸向上的載荷。
2、對于單純是軸方向上的載荷是不能用來承受的。
3、對于軸一個方向上進行的位置的移動是可以進行限制的。
選用軸承：因為軸承用的是圓錐滾子軸承，代號是3，軸的直徑大小是軸mm，它里面的直徑的代號就是12。
按照需要選出來下面幾種軸承：
表3-1各軸承的技術參數為
軸承
代號
外形尺寸
mm
基本額定負荷
KN
計算系數
重量
KG
d
D
T
B
e
Y
30312
60
130
33.5
31
162
125
0.35
1.7
1
1.94
31312
60
130
33.5
31
122
90.5
0.83
0.7
0.4
1.528
32012
60
95
23
23
54
54.5
0.33
1.8
1
0.56
32212
60
110
29.75
28
125
102
0.4
1.5
0.8
1.197
32312
60
130
48.5
46
215
180
0.35
1.7
1
2.88
（1）算出來附加的軸向力的大小
30312
=6924N
31312
32012
32212
32312
30312
=3936.14N
31312
32012
32212
32312
30312
31312
32012
32212
32312
因為要比還要大，那么在軸承2上面的力的大小就是，軸承1上面的力的大小是。
（2）將沖擊載荷系數的大小算出來：
因為沖擊是中等的，那么沖擊系數的大小是=1.2，它的接觸角的大小是=35那么
30312
查看表格18.7知，
31312
32012
32212
32312
30312
查看表格18.7知
31312
32012
32212
32312
（3）將當量動載荷的大小算出來
30312
(3-34)
31312
32012
32212
32312
30312
31312
32012
32212
32312
因為P2>P1在對強度進行校核的時候，只要校核軸承2的強度就可以了
(3-35)
30312
==1446h
31312
==993.61h
32012
==1394.37h
32212
==1394.36h
32312
==1446.98h
按照上面算的，因為32312的重量是蠻大的，并且30312的構造用的是比較合理的，那么確定軸承用的就是30312。
將蝸輪軸上面的軸承確定下來，并且進行相關的計算
因為作用在渦輪上面的力不僅有軸方向的，還有徑方向上的，所以軸承用的是接觸球軸承，它的特征是
1.承受的載荷可以是徑向上的，還有軸方向的，軸方向上的載荷是非常大的。
2.在軸的上面將兩個軸承外面的圈一起進行安裝，對于軸兩個方向上出現的位置的移動都是可以進行限制的。
3.接觸角變大了，那么軸方向上承受的載荷就變大。極限轉動的速度也就變快了，正常用的時候都是兩個一起的。
確定軸承：使用的角接觸球軸承的代號是7，直徑的大小是90mm，那么里面的直徑的打好是18，選出兩個數，這樣它的寬，還有直徑的代號就出來了
按照需要對軸承進行選擇：
表3-2 各軸承的技術參數為
軸承代號
外形尺寸 mm
基本額定負荷KN
d
D
B
2*B
7018
90
140
24
48
54.8
53.8
7218
90
130
33.5
31
122
90.5
7318
90
190
43
86
238
300
確定下來是
算出來附加的軸向力的大小
7018
7218
7318
7018
7218
7318
之前已經分析了齒輪承受到的力
所以=
7018
7218
=34753.4/90500=0.38
7318
7018
7218
7318
將當量動載荷的大小算出來P：
因為沖擊是中等的，那么沖擊系數的大小是為1.2
(3-36)
7018
=1.2×99295.54=119154.65N
7218
=1.2×99295.54=119154.65N
7318
7018
7218
7318
因為P1>P2那么校核的時候，只需要對軸承的強度來進行就可以了
7018
==44h
7218
==490.22h
7318
==7289h
7318這個軸承使用的時間是最長的，所以就用這個。別的軸承，因為對軸向力不需要進行承受，所以強度就不需要進行校核了。第三級的軸承用的是6318。滾筒上面使用的軸承的型號是NU2324。
4 其他零部件的設計、選擇與計算
4.1 聯軸器的選擇和計算
在連接兩個軸的時候，讓它進行回轉，并且對轉矩進行傳送用的就是聯軸器，機器停下來之后，通過拆卸，那么兩個軸就能分下來了。聯軸器進行分類，有剛性的，有擾性的。
在兩個軸可以進行對中，并且在工作的時候不會出現位置的移動的時候，用剛性聯軸器；擾性的用的是在兩個軸有出現偏斜，或者是在工作的時候有相對的位置的移動的時候，就用這種，剛性聯軸器要簡單一點，生產起來簡單一點，所以說用的聯軸器是剛性的.
4-1圖紙里面就是這個聯軸器的總結構。
圖4-1 連軸的結構示意圖
校核一下這個聯軸器的強度：
連接聯軸器用的是四個螺栓，大小是16，每一個螺栓上面承受的剪切力的大小是
(4-1)
校核這個螺栓的強度大小：
螺栓的等級是九點八級，那么這種材料的拉伸極限強度就是，
材料的屈服極限。
因為被剪的螺栓會有載荷施加在上面，這個載荷跟靜載荷是差不多的，那么剪切安全系數的大小是2.5
算出來螺栓的許用剪切應力的大小是
[т]=
施加在螺栓上面的剪切應力大小是F/S=3.03×/(∏×8×8×)=15.078MPa；強度對于論文的要求是能夠滿足的
4.2 制動器的選擇和計算
絞車在礦里面用的時候，要想讓絞車停下來，要通過制動器來進行實現，渦輪蝸桿就可以讓這個卷筒反過來轉。
4-2圖紙里面就是這個機器里面的制動部分的結構。
圖4-2 制動裝置的結構示意圖
在用制動部分的時候，要校核連接銷軸，中間連接軸，還有手柄的強度。
校核銷軸的強度大?。?
算出來銷軸承受到的剪切應力：
[т]== (4-2)
=2。
銷軸的原材料用的是圓鋼，對它進行退火處理，它的抗拉強度的大小是
在算的時候按照640Mpa來進行
算螺栓的屈服極限的時候按照屈服極限的大小來進行；
等級標準用的是八點八級。那么銷軸的屈服極限數值就是
銷軸的許用切應力為[т]=800/2.5=320MPa。
因為受剪銷軸上面會有一個載荷施加，這個載荷跟靜載荷是差不多的，那么剪切安全系數的大小是 [Ss]=2.5
有剪切應力時間在銷軸的上面，這個力要比銷軸的許用切應力稍微大一些的，那么這個銷軸的強度是滿足要求的。
校核連接軸的強度：
因為有一個單純的扭轉施加在連接軸這個地方，那么中間軸要校核一下它的剪切強度，算出來連接軸的剪切應力大小
Т== (4-3)
中間連接軸用的原材料是45號鋼，那么它的屈服極限
那么鋼的許用切應力的大小是
[т]= (4-4)
因為受剪中間的連接軸承受一個載荷，這個載荷跟靜載荷差不多，那么剪切安