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摘 要
JWB-75型無極繩絞車是一種新型絞車，主要用于煤礦井下工作面順槽和采區(qū)大巷材料、設(shè)備、液壓支架等輔助運輸，也可用于金屬礦井下巷道和地面軌道運輸，適用于坡度不大有起伏變化的軌道運輸，最大起伏度16°，適用運輸距離約為2000m.
JWB-75型無極繩絞車主要由電機、聯(lián)軸器、制動器、變速箱、卷筒裝置、底座等部分組成。在傳動系統(tǒng)方面它采用了一個閉環(huán)傳動系統(tǒng)：圓錐齒輪傳動——斜齒圓柱齒輪傳動——行星齒輪傳動。其傳動技術(shù)原理簡單、可靠、高效、節(jié)能。
該絞車具有良好的防爆性和制動性能，并且具有使用壽命長，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊的特點。絞車采用拋物線滾筒，能夠?qū)崿F(xiàn)正反向工作。絞車整體呈L型結(jié)構(gòu)，底座呈雪橇狀，在井下自移平穩(wěn)。絞車中心低，底座剛性好，而且安裝方便，安全可靠。
關(guān)鍵詞：無極繩絞車； 最大起伏度； 閉環(huán)傳動； 正反向工作
ABSTRACT
The type of JWB-75 endless rope winch is a new type. It can be used in conveying materials, equipments and hydraulic supports in working area roadway and working surface in the underground of coal mines. Besides it can be used in the metal mines to convey in the roadway and on the ground track. The winch applicable to the track transportation with little slope .Maximum amplitude don not exceed 16°,the appropriate transportation distance is about 2000m.
The model of JWB-75 endless rope winch consists of A.C.motor, clutch, electrical-hydraulic brake, transmission, roller, pedestal and so on. In the aspect of transmission system, it realizes a closed transmitting circuit which has three step: from the taper gear to the cylinder gear to the planet gear. Its transmission technology principle is simple, reliable, high efficiency and energy saving. And this also makes the winch have the ability of big tonnage and brake-permitting.
This winch is of explosion-proof type. It has good braking performance, long enwind rope, long enterance and high clriving effectiveness. It has compact construction, The winch has a parabolic-type drum so as to achieve positive and negative work. The pedestal is of sledge form. So it can be move in the underground shaft. The gravity center of the winch is low and the rigidity of pedstal is good, which make the winch have the features of stable operation, expedient installation, safe and reliable.
Keywords: endless rope winch; maximum amplitude; closed transmitting circuit; positive and negative work
目 錄
1 緒論 1
1.1背景 1
1.2 絞車簡介 1
1.2.1對無極繩的概述 2
1.2.2無極繩絞車 2
1.3 設(shè)計目的 3
2 設(shè)計方案 3
2.1 JWB無極繩絞車的組成 3
2.2絞車的工作原理 4
2.3主要構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特征 4
3 總體設(shè)計 5
3.1 設(shè)計總則 5
3.2 已知條件 5
3.3 牽引鋼絲繩直徑及滾筒直徑的確定 5
3.3.1鋼絲繩的選擇 5
3.3.2 滾筒參數(shù)的確定 5
3.4 電機的選擇、傳動系統(tǒng)的確定和運動學(xué)計算 6
3.4.1 電動機選型 6
3.4.2 傳動系統(tǒng)的確定 7
3.4.3計算傳動效率 7
4 齒輪傳動設(shè)計計算 8
4.1傳動裝置運動參數(shù)的計算 8
4.1.1 各軸轉(zhuǎn)速計算 8
4.1.2 各軸功率計算 8
4.1.3 各軸扭矩計算 8
4.2錐齒輪傳動設(shè)計計算 8
4.2.1選材料、熱處理方法，定精度等級。 8
4.2.2初步設(shè)計 8
4.2.3 幾何尺寸計算 9
4.2.4 校核接觸強度 13
4.2.5齒根彎曲強度校核 14
4.2.6 齒輪各檢驗項目及公差值的計算 16
4.3斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計計算 17
4.3.1選擇材料，確定和以及精度等級 17
4.3.2 按接觸強度進(jìn)行初步設(shè)計 17
4.3.3 校核齒面接觸強度 20
4.3.4 校核齒根彎曲強度 21
4.3.5 齒輪及齒輪副精度精度的檢驗項目計算 23
4.4 行星齒輪傳動設(shè)計 24
4.4.1 選取行星傳動齒輪傳動的傳動類型和傳動簡圖 24
4.4.2 配齒計算 24
4.4.3材料選擇及熱處理方式 24
4.4.4a-c 齒輪按接觸強度初步計算 25
4.4.5 a –c齒輪傳動的主要尺寸 25
4.4.6 b-c齒輪傳動的主要尺寸 26
4.4.7內(nèi)齒圈B主要尺寸 27
4.4.8 裝配條件的驗算 27
4.4.9 強度驗算 27
5 軸的設(shè)計 34
5.1 小錐齒輪軸的設(shè)計計算與強度校核 34
5.1.1 軸的初步計算 34
5.1.2 軸的疲勞強度校核 34
5.1.3 錐齒輪軸上軸承的壽命驗算 37
5.2 大錐齒輪軸的設(shè)計計算和強度驗算 37
5.2.1 選材料 37
5.2.2 估算軸的直徑 37
5.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 38
5.2.4 齒輪上的作用力 38
5.2.5軸上鍵的強度驗算 42
5.2.6軸上軸承壽命校核 42
5.3 大斜齒圓柱齒輪軸的設(shè)計計算與強度校核 43
5.3.1估算軸的直徑 43
5.3.2 軸的疲勞強度校核 43
5.3.3 軸上鍵的強度校核 46
5.3.4 軸承壽命的驗算 48
5.4 行星輪軸的設(shè)計計算與強度校核 48
5.4.1 初定軸的直徑 48
5.4.2 軸的疲勞強度校核 48
5.4.3 軸承的壽命校核 49
5.5 行星架軸的設(shè)計計算與強度校核 50
5.5.1估算軸的直徑 50
5.5.2 漸開線花鍵的強度校核 50
5.6 卷筒軸的設(shè)計 52
5.6.1估算軸的直徑 52
5.6.2 軸的疲勞強度校核 52
5.6.3 軸承的壽命校核 53
5.6.4 鍵的校核. 54
5.7 軸的受力簡圖 54
6 JWB-75型無極繩絞車使用說明書 56
6．1使用范圍 56
6．2主要技術(shù)規(guī)范 56
6．3絞車的潤滑與密封 57
6．4絞車的裝配、調(diào)整、及試運轉(zhuǎn) 57
6.4.1變速箱 57
6.4.2 卷筒裝置 57
6.4.3總裝 58
6.4.4 空負(fù)荷試運轉(zhuǎn) 58
6.4.5 負(fù)荷試運轉(zhuǎn) 58
6.5 絞車的固定方法和安設(shè)位置 58
6.5.1 絞車在現(xiàn)場的固定方法 58
6.6 絞車的操作規(guī)程 59
6.6.1 工作前的注意事項 59
6.7絞車的維護(hù)、拆卸與修理 59
7 結(jié)論 64
參考文獻(xiàn) 65
翻譯部分 66
英文原文 66
中文翻譯 72
致 謝 76
1 緒論
1.1背景
建國以來，我國地方煤炭的發(fā)展非常迅速，產(chǎn)量成倍增長。當(dāng)前地方煤礦已成為煤炭工業(yè)的一個重要陣地，對國民經(jīng)濟的全面發(fā)展，改善煤炭工業(yè)布局，發(fā)展地方經(jīng)濟，支援農(nóng)業(yè),
解決城鄉(xiāng)人民生活需要方面，起了很好的作用。
煤炭是當(dāng)前我國能源的重要組成部分之一，是我國實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的重要能源基礎(chǔ)。我國的煤炭工業(yè)發(fā)展還不能適應(yīng)整個國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，為了適應(yīng)整個國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、高效發(fā)展的需要，必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于機械化。
近40年我國的煤炭工業(yè)發(fā)生了巨大變化，開采技術(shù)已接近或部分達(dá)到國際先進(jìn)水平，綜采單采原煤產(chǎn)量早已突破了百萬噸，然而煤炭工業(yè)機械化離不了運輸，運輸又離不了輔助運輸設(shè)備，絞車就是輔助運輸設(shè)備的一種。原煤的運輸也已經(jīng)實現(xiàn)了大運量帶式輸送機化，但井下軌道輔助運輸與之很不適應(yīng)，材料的運輸基本上沿用傳統(tǒng)的小絞車群接力式的運輸方式，運輸戰(zhàn)線長，環(huán)節(jié)多，占用的搬運設(shè)備、人員多，安全性差，效率低。盡管一些煤礦對其進(jìn)行了技術(shù)改造, 但仍然滿足不了當(dāng)前礦井發(fā)展和生產(chǎn)的需要?？梢姷V井輔助運輸是當(dāng)前現(xiàn)代化礦井建設(shè)的關(guān)鍵和重點。
我國絞車的誕生是從20世紀(jì)50年代開始的，初期主要仿制日本和蘇聯(lián)的；60年代進(jìn)入了自行設(shè)計階段；到了70年代，隨著技術(shù)的慢慢成熟，絞車的設(shè)計也進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的發(fā)展階段。但與國外水平相比，我國的絞車在品種、型式、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能，三化水平（參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化）和技術(shù)經(jīng)濟方面還存在一定的差距。
國外礦用絞車發(fā)展趨勢有以下幾個特點：a、標(biāo)準(zhǔn)化系列化；b、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；c、高效節(jié)能；d、壽命長、低噪音；e、一機多能、通用化；f、大功率；g、外形簡單、平滑、美觀、大方。針對國外的情況我們應(yīng)該采取以下措施：a、制定完善標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行產(chǎn)品更新改造和提高產(chǎn)品性能；b、完善測試手段，重點放在產(chǎn)品性能檢測；c、技術(shù)引進(jìn)和更新?lián)Q代相結(jié)合；d、組織專業(yè)化生產(chǎn)，爭取在較短時間內(nèi)達(dá)到先進(jìn)國家的水平。
1.2 絞車簡介
現(xiàn)有的絞車類型有：（1）JTK系列提升絞車。主要用于煤礦及其他礦山作為斜坡的提升設(shè)備，或作為其它輔助拖運工具。有防爆型和非防爆型兩種。防爆型配有防爆電機及電器，可用于煤礦井下有煤塵和瓦斯的地區(qū)。不能用于升降人員。（2）JDM系列調(diào)車絞車。適用于煤礦、選煤廠、電廠、鋼鐵廠、鋼金礦場、水泥廠、港口等場所調(diào)度列車之用。JDM型為單摩擦輪型式，適用于單向調(diào)車。2JDM型為雙摩擦輪型式，適用于雙向調(diào)車。其由電動機、減速器、摩擦輪組成，具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、體積小、重量輕、效率高、操作方便、投資費用少、維護(hù)費用低等特點。（3）JHS型雙速系列回柱絞車。均具有隔爆性能，主要適用于煤礦井下回柱放頂，亦可在運輸、牽引中作運料、移溜槽等輔助工作。在結(jié)構(gòu)上采用了球面蝸輪副傳動，手動撥叉實現(xiàn)換擋調(diào)速，快速可到慢速的5－6倍，可大提高工作效率，與傳統(tǒng)的雙速紡車相比有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、噪音低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、調(diào)速靈活、安全可靠、手動剎車、斷電自鎖等特點。（4）JY系列絞車均為隔爆型，供礦井井下或地面裝載調(diào)度編組礦車及在中間巷拖運礦車和其它輔助搬運工作。JY系列絞車均采用行星齒輪傳動，絞車具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、效率高、安裝移動方便，起動平穩(wěn)、操作靈活、制動可靠、噪音低等特點。
1.2.1 對于無極繩的概述
無極繩運輸是礦山輔助運輸?shù)闹匾M成部分，是利用鋼絲繩在水平或者傾斜的軌道上牽引礦車或提升容器沿軌道移動的一種運輸方式。目前，在我國當(dāng)前的礦山企業(yè)中，特別是中小型煤礦的地面運輸以及主要運輸巷道、中間平巷、采區(qū)上、下山運輸?shù)鹊胤蕉伎梢钥紤]采用無極繩運輸。
按照鋼絲繩與礦車相對位置不同，無極繩運輸分為上繩式（鋼絲繩在礦車的上方）和下繩式（鋼絲繩在礦車的下方）兩種繩式（如圖1-1）。上繩式運行阻力小，但在線路上需要鋪設(shè)許多托繩輪和支架，消耗材料多。由于鋼絲繩擱在礦車上，兩者磨損都很大；在起伏的底板上，礦車運行欠穩(wěn)定。因此，上繩式已淘汰?，F(xiàn)在主要采用下繩式，下繩式的優(yōu)缺點與上述相反。
（a）上繩式 （b）下繩式
圖1-1 無極繩運輸類型
1.鋼絲繩 2.礦車 3.軌道
無極繩運輸與單滾筒、雙滾筒等有極繩運輸相比，具有以下優(yōu)點:
（1）牽引力恒定平穩(wěn)、爬坡能力強；
（2）結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、維護(hù)量小；
（3）可實現(xiàn)連續(xù)運輸、運輸效率高；
（4）對巷道適應(yīng)性強、使用方便；
（5）操作簡單、安全；
（6）無污染及噪音。
但無極繩運輸卻有如下缺點：
（1）只能實現(xiàn)固定巷道運輸、不具有機動性；
（2）絞車司機需依靠信號操作、直觀性差；
（3）在掛車、摘車時需其它設(shè)備調(diào)車；
（4）沿線布置有鋼絲繩，需對沿線道岔作處理。
1.2.1 無極繩絞車
無極繩絞車是為無極繩運輸提供動力的設(shè)備，是摩擦式絞車，由電動機、減速器、摩擦滾筒、制動裝置和操縱機構(gòu)等組成，除了摩擦滾筒外與一般的絞車相同。目前國內(nèi)有很多廠家生產(chǎn)制造無極繩絞車，主要有兩種結(jié)構(gòu)形式（如圖1-2）。
（a）右型 （b）左型
圖1-2 無極繩絞車
1.摩擦滾筒 2.減速器 3.電動機
國產(chǎn)無極繩絞車分為螺旋纏繞式和夾鉗式兩種。螺旋纏繞式是增加圍角的最簡單方法，因為它可以在一個滾筒上纏繞兩圈或更多圈的鋼絲繩，螺旋纏繞式滾筒又分為拋物線滾筒和圓錐形滾筒。拋物線滾筒進(jìn)繩由直徑較大處繞進(jìn)滾筒上，由于傾斜力的作用，使各繩圈沿軸向運動，移動到小直徑處出繩。在滾筒向某一方旋轉(zhuǎn)時，只利用滾筒的一半，當(dāng)絞車反轉(zhuǎn)時則可應(yīng)用滾筒的另一半，因此拋物線形滾筒可以正、反向工作，而圓錐形滾筒只能單向運行。螺旋纏繞式絞車的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是鋼絲繩磨損很大，而且鋼絲繩從大半徑到小半徑滑動的過程中，鋼絲繩之間容易“咬住”，造成運轉(zhuǎn)不可靠。夾鉗式絞車的優(yōu)點是拉力大，鋼絲繩彎曲小，缺點是維護(hù)稍麻煩。夾繩彈簧質(zhì)量差時易折斷。
1.3 設(shè)計目的
JWB型系列絞車是在老的慢速絞車基礎(chǔ)上采用了雙速多用絞車的某些結(jié)構(gòu)全面改進(jìn)后設(shè)計發(fā)明出來的，是一種有效礦山輔助運輸設(shè)備。JWB型無極繩絞車主要用于煤礦井下工作面順槽和采區(qū)大巷材料、設(shè)備、液壓支架等輔助設(shè)備，也可用于金屬礦井下巷道和地面軌道運輸，適用于坡度不大有起伏變化的軌道運輸。
2 設(shè)計方案
2.1 JWB無極繩絞車的組成
JWB系列絞車主要由以下六部分組成：1).底座；2).電動機；3).制動器；4).聯(lián)軸器；5) 減速箱；6）卷筒裝置。
外形圖如圖2-1
JWB-75型無極繩絞車具有下列特點：
1） 速度快，提高了工作效率
JWB-75 型無極繩絞車工作時卷筒牽引速度40——60m/min，平均速度為50m/min,是同種功用絞車產(chǎn)品牽引速度的3 ——5倍，工作效率大大提高。
2） 結(jié)構(gòu)簡單，合理
采用錐齒輪、、圓柱齒輪傳動、行星齒輪。只有三級傳動，大大簡化了機械部分傳動系統(tǒng)，便于安裝和拆卸，結(jié)構(gòu)布置緊湊，合理。滾筒結(jié)構(gòu)布置對稱, 由一對圓柱滾子軸承支承在滾筒軸上, 支承效果好, 支承剛度高, 運行平穩(wěn)。
3） 實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化
在整個機器中采用了大量的標(biāo)準(zhǔn)件，都是外購產(chǎn)品。另外，JWB系列絞車共有5個規(guī)格，實現(xiàn)了系列化設(shè)計，可以滿足不同場合，不同工礦的使用。
4） 操作簡便，安全可靠
圖2-1 JWB系列絞車主要組成部分
2.2絞車的工作原理
由電機提供動力，通過三級傳動，使行星架軸帶動無極繩絞車滾筒旋轉(zhuǎn)，借助鋼絲繩與滾筒之間的摩擦力而達(dá)到傳送重物之目的。
2.3主要構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特征
該絞車由底座、制動裝置、變速箱、滾筒部分、聯(lián)軸器等構(gòu)成。
(1) 底座。由結(jié)構(gòu)件焊接成整體，通過地腳螺栓與地基固定。
(2) 制動裝置。制動器為電磁制動器。
(3) 變速箱。采用硬齒面齒輪。
(4) 滾筒部分。滾筒部分由主軸、卷筒及軸承等組成。
(5) 聯(lián)軸器。聯(lián)軸器用于聯(lián)結(jié)電機和變速箱以及卷筒與行星架軸的聯(lián)接。
3 總體設(shè)計
3.1 設(shè)計總則
1.煤礦生產(chǎn)，安全第一。
2.面向生產(chǎn)，力求實效，以滿足客戶最大實際需求。
3.既考慮到運搬為主要用途，又考慮到運輸、調(diào)度、回柱等一般用途。
4.貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。
5.技術(shù)比較先進(jìn)，并要求多用途。
3.2 已知條件
繩 速 —— 0.78m/s
牽引力 —— 60 kN
電機功率—— 75 kW
牽引距離—— 1200 m
設(shè)計壽命—— 5000 h
3.3 牽引鋼絲繩直徑及滾筒直徑的確定
3.3.1鋼絲繩的選擇
絞車的工作級別為A5
鋼絲繩的安全系數(shù)由式 nsg=spFt≥[n] 得
nsg≥5×60000N=300000 N
式中 [n]——鋼絲繩的最小安全系數(shù)
Ft ——鋼絲繩的額定拉力
St ——整條鋼絲繩的破斷拉力
則所選型號 繩6 × 19 – 26 – 1550
鋼絲繩直徑 ?26
鋼絲繩公稱抗拉強度為 1550 N/mm2
鋼絲繩破斷拉力總和 Σ S≥326000 N
整條鋼絲繩破斷拉力總和 SP=φΣ S=0.88×326000 N
=286880N
式中 φ=0.88 ,拉力影響系數(shù)
額定負(fù)載下的安全系數(shù)
nr=SPTmax=28688060000=4.781>nr=3
3.3.2 滾筒參數(shù)的確定
1）. 由 D0/d≥20 得
D0≥20 ×d=520 mm
取 D0=600 mm
式中 D0 —— 滾筒直徑
d —— 鋼絲繩的直徑
2）. 確定滾筒的各個直徑
(1) 滾筒纏繞直徑Dmin
Dmin=D0+2d=652mm
(2) 滾筒結(jié)構(gòu)外徑D外
D外≥Dmin
取D外=800mm
3.4 電機的選擇、傳動系統(tǒng)的確定和運動學(xué)計算
3.4.1 電動機選型
1）．選擇電機型號
電動機功率 P=75kW
電動機型號 YB280S – 4
同步轉(zhuǎn)速 1500r/min
額定轉(zhuǎn)速 1485r/min
額定功率 75kw
效 率 0.927
輸出功率 P=75×0.927=69.525kW
重 量 650 Kg
最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩=2.2
電機外形尺寸（長×寬×高）:1010×545×830 mm
電機中心高H：H = 280mm
電機軸直徑長度：75×140 mm
2）．電機輸出功率的計算
已知工作機上的作用力與線速度
p=Fv1000η=60×0.780.8083=57.90kW
3）．驗算電機悶車時，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)
（1）電機悶車時，鋼絲繩的拉力
Tn'=102λNeη總vmin/60=102×2.2×75×0.808357/60
=143196.73N
（2）電機悶車時，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)
nr=SpTn'=286880143196.73=2.00>nr=1.3
所以電機悶車時，鋼絲繩是安全的。
3.4.2 傳動系統(tǒng)的確定
滾筒的轉(zhuǎn)速： n'=60νπD=60×0.78π×0.56=26.62 r/min
總傳動比 i=148526.62=55.78
采用錐齒輪-圓柱齒輪-行星齒輪三級傳動
示意圖如圖3-1
圖3-1 傳動系統(tǒng)示意圖
傳動路線:防爆電機→聯(lián)軸器→小錐齒輪→大錐齒輪→小斜齒圓柱齒輪→大斜齒圓柱齒輪→行星齒輪→行星架→卷筒。
3.4.3計算傳動效率
1．各傳動效率
1） 彈性聯(lián)軸器效率 η1=0.99
2） 圓錐滾子軸承效率 η2=0.98（3對）
3） 圓柱滾子軸承 η3=0.99（2對）
4） 直齒圓錐齒輪效率 η4=0.96
5） 直齒圓柱齒輪傳動 η5=0.98
6） 行星齒輪傳動 η6=0.98
7） 摩擦輪鋼絲繩纏繞效率 η7=0.96
2．計算傳動總效率
η1 =η1×η23×η32×η4×η5×η6× η7
=0.99×0.983×0.992×0.96×0.98×0.98×0.9
=0.8083
3．各級傳動比分配
根據(jù)傳動比分配關(guān)系知 錐-圓柱齒輪高速級傳動比
i1≤3~4
取 i1=3.80
i2=2.92
i3=5.03
4 齒輪傳動設(shè)計計算
4.1傳動裝置運動參數(shù)的計算
4.1.1 各軸轉(zhuǎn)速計算
n1=n/i1=1485/3.8=390.8r/min
n2= n1/i2=390.8/2.92=133.83r/min
n3= n2/i3=133.83/5.03=26.61r/min
4.1.2 各軸功率計算
P1=P× η1×η2×η4=69.525×0.99×0.98×0.96=64.76Kw P2=P1×η3×η5=64.76×0.98×0.98=62.19Kw
P3=P2×η3×η6=62.19×0.98×0.98=59.73Kw
4.1.3 各軸扭矩計算
T=9550p× η1/n=9550×69.525/1485=447.11N?m
T1=9550P1/n1=9550×64.76/390.8=1582.54N?m
T2=9550P2/n2=9550×62.19/133.831=4437.83N?m
T3=9550P3/n3=9550×59.73/32.43=21436.36N?m
4.2錐齒輪傳動設(shè)計計算
4.2.1選材料、熱處理方法，定精度等級。
小錐齒輪材料選用：20Cr，調(diào)質(zhì) HBS=241~286
大錐齒輪材料選用：20Cr，表面淬火 HRC=56~62
查得 σHlim=1500MPa
σFlim=460MPa;
采用8級精度, Ra1=Ra2=2μm
4.2.2初步設(shè)計
選用直齒錐齒輪 按接觸強度進(jìn)行初步設(shè)計，即
d1≥965Cm3KTu2+1 (1-0.5?R)2?R][σH]2 （4.1）
載荷系數(shù) K=KAKαKβ
使用系數(shù)KA
取 KA=1
動載系數(shù)Kα
推薦值 1.05~1.4，取 Kα=1.2
齒向載荷分布系數(shù)Kβ
推薦值 1.0~1.2 ，取Kβ=1.1
載荷系數(shù)
K=KAKαKβ=1×1.2×1.1=1.32
額定轉(zhuǎn)矩
T=447.11N?m
齒數(shù)比
u=3.8
齒寬系數(shù)
?R=0.3
許用接觸應(yīng)力
σH=0.9×σHlim
=0.9×1500=1350MPa
（見表8-3-101）
材料配對系數(shù)
Cm=1 （見表8-3-28）
初算結(jié)果
d1≥96531.32×447.113.82+1 (1-0.5×0.3)2×0.3×13502
=69.91mm
4.2.3 幾何尺寸計算
齒數(shù) 取 z1=19
z2=uz1=3.8×19=72
分錐角
δ1=tan-11u=tan-113.8=14.744°
δ2=∑-δ1=90°-14.744°=75.256°
模數(shù)
m=d1/z1=69.91/19=3.679
m=4
分度圓直徑
d1=m×z1=4×19=76mm
d2=m×z2=4×72=288mm
齒寬中點分度圓直徑
dm1=d1（1-0.5?R）
=76×(1-0.5×0.3)=64.6mm
dm2=d2（1-0.5?R）
=288×(1-0.5×0.3)=244.8mm
外錐距
R =d1/2sinδ1
=76/（2sin14.744°）=149.31mm
中錐距
Rm=R1-0.5?R
=149.31×(1-0.5×0.3)
=126.92mm
齒寬
b=?R?R=0.3×149.31=44.793mm
b=46mm
齒頂高
ha1=m1+x1=4×1=4mm
ha2=m1+x2=4×1=4mm
齒根高
hf1=m1.2-x1=4×1.2=4.8mm
hf2=m1.2-x2=4×1.2=4.8mm
頂圓直徑
da1=d1+2ha1cosδ1?
=76+2×4×cos14.744°
=83.74mm
da2=d2+2ha2?cosδ2
=288+2×4cos75.256°
= 290.04mm
齒根角
θf1=tan-1hf1R=tan-14.8149.31=1.84°
θf2=1.84°
齒頂角
θa1=θf2=1.84°
θa2=θf1=1.84°
頂錐角
δa1=δ1+θa1
=14.744°+1.84°=16.584°
δa2=δ2+θa2
=75.256°+1.84°=77.096°
根錐角
δf1=δ1-θf1
=14.744°-1.84°=12.904°
δf2=δ2-θf2°
=75.256°-1.84°=73.416°
冠頂距
Ak1=d2/2-ha1?sinδ1
=2882-4×sin14.744°
=142.98m
Ak2=d1/2-ha2?sinδ2
=76/2-4×sin75.256°
=34.13mm
安裝距
取A1=147.98mmA2=104.13mm 考慮齒輪結(jié)構(gòu)情況，以及輪冠距H的測量方便
輪冠距
H1=A1-Ak1=5mm
H2=A2-Ak2=70mm
分度圓齒厚
S1=mπ2+2x1tanα+xt1
=4×π2=6.28mm
S2=6.28mm
分度圓弦齒厚
S1=S11-S126d12
=6.28×(1-6.2826×762)
=6.273mm
S2=S21-S226d22
=6.28×(1-6.2826×2882)
=6.279mm
分度圓弦齒高
ha1=ha1+S12cosδ14d1
=4+6.282×cos14.744°4×76=4.125mm
ha2=ha2+S22cosδ24d2
=4+6.282cos75.256°4×288=4.009mm
當(dāng)量齒數(shù)
zv1=z1/cosδ1
=19/cos14.744°=20
zv2=z2/cosδ2
=72/cos75.256°=283
當(dāng)量齒輪分度圓直徑
dv1=dm1/cosδ1
=64.6/cos14.744°
=66.7mm
dv2=dm2/cosδ2
=244.8/cos75.256°
=961.886mm
齒寬中點齒頂高
ham1=ha1-12btanθa1
=4-12×46tan1.84°=3.261mm
ham2=ha2-12btanθa2
=4-12×46tan1.84°=3.261mm
當(dāng)量齒輪頂圓直徑
dva1=dv1+2ham1
=66.7+2×3.261=73.222mm
dva2=dv2+2ham2
=961.886+2×3.261=969.16mm
齒寬中點模數(shù)
mm=m?Rm/R
=4×126.92/149.31=3.4mm
當(dāng)量齒輪基圓直徑
4.5 dvb1=dv1cosα?
=66.7?cos20°=62.667mm
dvb2=dv2?cosα
=961.886?cos20°=903.877mm
嚙合線長度
gva =0.5dva12-dvb12+dva22-dvb22-dv1+dv22?sinα
=0.5× 73.2222-62.6772+ 969.1062-903.8772
-66.7+961.8862? sin20°
=17.795mm
端面重合度
εva=gvammπcosα=17.7953.4×π×cos20°=1.77
4.2.4 校核接觸強度
強度條件
σH≤[σH]
計算接觸應(yīng)力
σH=ZHZEZ∈ZβZKFmtdm1beHu2+1uKAKVKHβKHα （4.2）
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
ZH=2.5
彈性系數(shù)
ZE=189.8MPa
重合度系數(shù)
Zε=0.88
螺旋角系數(shù)
Zβ=1
錐齒輪系數(shù)
ZK=0.85
名義切向力
Fmt=2000T1dm1
=2000×447.1164.6=13842.41N
有效齒寬
beH=0.85b=0.85×46=39.1mm
使用系數(shù)
KA=1
動載系數(shù)
KV=N?K+1
其中 N=0.084z1vmt100u2u2+1
=0.084×20×7.001003.823.82+1=0.09
(vmt=πd1?n60×1000=π×90×148560×1000=7.00m/s)
k=(fpt-ya)c'KAFmt/behCv12+Cv3
=28-2.8×141×13842.4139.1×0.66+0.23
=0.277
齒距極限偏差
fpt=28μm
跑合量
ya=2.8
單對齒單位齒寬的剛度
c'=14N/(mm?μm)
Cv12=0.66
Cv3=0.23
則 KV=0.09×0.277+1=1.09
齒向載荷分布系數(shù)
KHβ=1.5×KHβbe=1.5×1.1=1.65
齒向載荷分配系數(shù)
KHα=1.2
則 σH=2.5×189.8×0.88×1×0.85
×13843.4164.6×39.1×3.82+13.8×1×1.03×1.65×1.2
= 1206.59MPa
許用接觸應(yīng)力
[σH]=σHlimSHminZXZLZVZR
尺寸系數(shù)
ZX=1
潤滑劑系數(shù)
ZL=0.975
（選100號齒輪油，運動粘度V40=100mm2/s）
速度系數(shù)
ZV=0.954
粗糙度系數(shù)
ZR=0.98 （按Ra=2μm）
SHmin=1
則 [σH]=1500×1×0.975×0.954×0.98=1367.32MPa
結(jié)論 σH≤[σH] 滿足接觸強度
4.2.5齒根彎曲強度校核
強度條件
σF≥[σF]
計算齒根應(yīng)力
σF=KAKVKFβKFα?FmtbeF?mmn?YFaYSaY?YβYK （4.3）
齒向載荷分布系數(shù)
KFβ=KHβ=1.65
齒向載荷分配系數(shù)
KFα=1.2
有效齒寬
beF=0.85b=45.9mm
齒形系數(shù)
YFa1=2.62 YFa2=2.05
應(yīng)力修正系數(shù)
YSa1=1.66 YSa2=2.06
重合度系數(shù)
Y?=0.68
螺旋角系數(shù)
Yβ=1.0
錐齒輪系數(shù)
YK=1.0
法向模數(shù)
mmn=m1-0.5?R
=4×(1-0.5×0.3)=3.4mm
則 σF1=1×1.09×1.65×1.2×13842.4139.1×3.4
×2.62×1.66×0.68×1.0×1.0
=664.61MPa
σF2=σF1YFa1YFa2YSa1YSa2
=664.61×2.05×2.062.62×1.66=645.32MPa
許用接觸應(yīng)力
σF=σFlimYSTSFminYδrelTYRrelTYX
極限應(yīng)力
σFlim=460MPa
安全系數(shù)
SFmin=1.4
應(yīng)力修正系數(shù)
YST=2.0
齒根圓角敏感系數(shù)
YRrelT1=0.99
齒根表面狀況系數(shù)
YδrelT=1.04
尺寸系數(shù)
YX=1
則 σF=460×21.4×0.99×1.04=675.59MPa
結(jié)論 σF1≤[σF] σF2≤[σF]
4.2.6 齒輪各檢驗項目及公差值的計算
1．對小齒輪:
齒距累積公差
Fp=63μm
齒距極限公差
fpt=±25μm
齒形相對誤差的公差
fc=13μm
切向綜合誤差
Fi'=Fp-1.15fc=48.05μm
齒切向綜合公差
fi'=0.8(fpt+1.15fc)=31.96μm （
齒厚上偏差
Ess1=-22μm
齒厚公差
Ts1=80μm
2．對大齒輪:
齒距累積公差
Fp=125μm
齒距極限公差
fpt=±28μm
齒形相對誤差的公差
fc=15μm
切向綜合誤差
Fi'=Fp-1.15fc=107.75μm
齒切向綜合公差
fi'=0.8(fpt+1.15fc)=36.2μm
齒厚上偏差
Ess2=-30μm
齒厚公差
Ts2=110μm
3．對齒輪副
接觸斑點
沿齒長方向 35%~65%
沿齒高方向 40%~70%
最小法向側(cè)隙
jnmin=62μm
最大法向側(cè)隙
jnmax=(Ess1+Ess2+Ts1+Ts2+EsΔ1+EsΔ2)?cosα
式中
EsΔ1=24μm, EsΔ2=32μm
則
jnmax=278μm
安裝精度
齒圈軸向位移極限偏差
±fAM=±53μm
軸間距極限偏差
±fa=±30μm
軸交角極限偏差
±E∑=±30μm
4.3斜齒圓柱齒輪傳動設(shè)計計算
4.3.1選擇材料，確定和以及精度等級
選擇兩個齒輪的材料為；大、小齒輪均為20Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火，齒面硬度為56~62HRC：精度等級為8級。σHlim1=σHlim2=1500MPa; σFE1=σFE2=900MPa, σFlim1=σFlim2=460MPa。
4.3.2 按接觸強度進(jìn)行初步設(shè)計
1．確定中心距a（按表8-3-27公式進(jìn)行設(shè)計）
a≥CmAa(u+1)3KT1?a?u?[σH]2 （4.4）
式中 配對材料修正系數(shù)
Cm=1
螺旋角系數(shù)
Aa=476
載荷系數(shù)
K=1.4
小齒輪額定轉(zhuǎn)矩
T1=1582.54N?m
齒寬系數(shù)
?a=0.6
齒數(shù)比
u=2.92
許用接觸應(yīng)力
[σH]≈0.9σHlim
=0.9×1500=1350MPa
則 a≥476(2.92+1)31.4×1582.540.6×2.92×13502≥165.19mm
取 a=240mm
2．確定模數(shù)mn
mn=0.007~0.02a=(0.007~0.02)×240
=1.68~4.8
取 mn=4
3．確定齒數(shù)Z1、Z2
初取螺旋角 β=12°
Z1=2acosβmn(u+1)
=2×240×cos12°4×(2,92+1)=29.65
取 Z1=30
Z2=uZ1=2.92×30=87.6
取 Z2=89
4．重新確定螺旋角 β
β=cos-1mn（Z1+Z2）2a
=cos-14×(30+89)2×240=12.732°
5．計算主要幾何尺寸
分度圓直徑
d1=mnZ1/cosβ
=4×30/cos12.732°=123.03mm
d2=mnZ2/cosβ
=4×89/cos12.732°=364.98mm
齒頂圓直徑
da1=d1+2ha
=123.03+2×4=131.03mm
da2=d2+2ha
=364.98+2×4=372.98mm
端面壓力角
αt=tan-1tanαncosβ
=tan-1tan20°cos12.732°=21.06°
基圓直徑
db1=d1?cosαt
=123.03×cos21.06°=114.81mm
db2=d2?cosαt
=364.98×cos21.06°=340.60mm
齒頂圓壓力角
αat1=cos-1db1da1
=cos-1114.81131.03=28.811°
αat2=cos-1db2da2
=cos-1340.60372.98=24.051°
端面重合度
εa=12π[Z1tanαat1-tanαt)+Z2tanαat2-tanαt
=12π30×tan28.811°-tan21.06°+89×tan24.051°-tan21.06°