JH-20回柱絞車設計含4張CAD圖
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XXX XXX,JH-20回柱絞車設計,答辯人：XXX,指導老師：XXXX,目錄 CONTENT,選題的背景及意義 電動機的選擇 軸的設計計算 鋼絲繩的選擇及卷筒的設計 鍵聯(lián)接 制動機的設計與選用 減速器渦輪蝸桿的設計 軸承的選用 發(fā)展前景,課題背景及其意義,,回柱絞車是礦山用來回收單體支柱等設備，動力來源于電動機，通過傳動系統(tǒng)帶動纏繞有鋼絲繩的滾筒轉動來牽引鋼絲繩運動，實現(xiàn)單體支柱的回收。通過設計可以掌握典型的通用機械的設計過程。 絞車的特點在于它安全可靠，易于實現(xiàn)無級調速，換向平穩(wěn)等。絞車被廣泛用于井下開采工作面。因此絞車性能技術水平的高低將會直接影響到礦山的生產(chǎn)效率和職工的生命安全。,選擇電動機,4,考慮到設計的絞車用于井下開采工作面，所以需要選用防爆電動機。通過計算傳動裝置的總傳動比并對其進行分配。對各軸的動力參數(shù)進行計算，最后得出傳動裝置的參數(shù)結果。 通過計算結果最終選擇YBK2-225M-6型號的電動機，主要參數(shù)是： 額定電壓：380V/660V、660V/1140V 額定頻率：50Hz 功率范圍：2.2kW — 200kW 安裝形式：B3、B5 絕緣等級：F級 防護等級：IP55,軸的設計計算,軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件，都必須安裝在軸上 才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。 通過計算得出軸的尺寸大小并對軸進行校核。,鋼絲繩的選擇及卷筒的設計,建筑卷揚機系多層纏繞，更適合選取的是強度較高，能承受高溫和橫向壓力的雙捻制金屬絲芯鋼絲繩。通過計算得出鋼絲繩的直徑為19mm。 考慮到卷筒材料具有良好的鑄造性和焊接工藝性，且貨源廣泛，在本設計中選取的材料為ZG270-500，經(jīng)過計算得出卷筒的節(jié)徑、容繩寬度、邊緣直徑纏繞層數(shù)和容繩量的尺寸參數(shù)。,鍵聯(lián)接,7,鍵聯(lián)接是通過鍵將軸與軸上零件結合在一起，實現(xiàn)周向固定，并傳遞轉矩的連接。 本次設計中采用的是A型平鍵，由之前算的軸的直徑d=130mm，通過查表可以得出鍵寬為32mm鍵高為18mm鍵的長度為60mm。 則鍵標記為鍵14×64GB1096-1979. 最后通過計算校核平鍵的擠壓強度。,,圖 普通平鍵聯(lián)接,制動機的設計與選用,8,制動器是利用摩擦力矩降低機器運動部件的轉速或使其停止回轉的裝置。 為了減小制動力矩，縮小制動器尺寸，通常將制動器裝在機構的高速軸上，或減速器的輸入軸上。 礦井中使用的這類絞車要靠制動器來控制達到絞車的制動，而靠蝸輪蝸桿來達到自鎖防止卷筒的反轉。 在使用制動裝置時要對聯(lián)接銷軸；中間聯(lián)接軸；和手柄進行強度校核。,減速器渦輪蝸桿的設計,2019/12/5,,9,減速器常用在動力機和工作機之間作為減速的傳動裝置。 本次設計中選用蝸輪蝸桿的原因是因為它結構緊湊，工作平穩(wěn)，無噪聲，沖擊振動小而且能夠得到很大的單級傳動比。之后提出對減速器的潤滑。,軸承的選用,2019/12/5,www.islide.cc 「 讓PPT設計簡單起來！」,10,軸承是支承軸頸的部件，有時也用來支承軸上的回轉零件。 由于蝸桿上同時受有軸向力和徑向力且機器受有較大的力矩負荷所以選用圓錐滾子軸承。 由于蝸桿上同時受有軸向力和徑向力所以選擇深溝球軸承和推力球軸承相配合的方式。,發(fā)展前景,11,雖然我國礦山機械的生產(chǎn)在世界上占有舉足輕重的位置，但是數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。唯有盡快發(fā)展數(shù)控化的回柱絞車才能有更好的發(fā)展情景。回柱絞車的數(shù)控化更是能提高操作工人的生命安全，因此絞車的發(fā)展需要更加的數(shù)控化和自動化。,致謝 感恩,許旭東,2018年5月25日,
JH-20回柱絞車設計
DESIGN OF JH-20 COLUMN WINCH
摘要
絞車是用來提升牽引重物的起重機械。因絞車的操作容易、能輕易移動故而被廣泛使用。在建筑、林業(yè)、工業(yè)、礦場等中多用絞車來提升下降物體。
當今社會機械技術卓越發(fā)展的情況下，絞車扮演著一個越來越重要的角色。此次研究設計的對象是JH-20回柱絞車。它整個系統(tǒng)的核心關鍵是在于它的傳動系統(tǒng)，因此在此次設計中使用了圓柱齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動的兩級減速傳動。這種傳動系統(tǒng)能使得它整個系統(tǒng)結構穩(wěn)定。研究中對絞車的重要零件進行了研究設計，從而為絞車保證它的高性能。為了確保絞車工作時的安全，設計中使用的電動機擁有防炸的性能，并且有各對應的開關來操作。
文章的主要內容為：1對主軸進行分析。從所學的相關知識中，研究了該型號絞車主軸的重要零件，樹立了設計研究的相關力學模型，從而發(fā)現(xiàn)設計主軸的根本辦法。2根據(jù)此次研究的絞車設計要求，分析減速器的設計原理，隨后在試車實驗中驗證是否可行。最后對實驗的結果進行研究。本文所得的研究成果對絞車的設計有著重要的參考意義，且能為下一步的研究進行了重要的鋪墊。
關鍵詞： JH-20絞車；制動裝置；主軸
Abstract
Winches are lifting machines used to lift hauling weights. It is widely used because it is easy to operate and can be easily moved. Winches are often used in buildings, forestry, industry, mines, etc. to raise descending objects.
Nowadays, with the excellent development of mechanical technology in society, winch plays an increasingly important role. The object of this study design is the JH-20 winch. The key to the whole system is its transmission system. Therefore, in this design, a two-stage reduction gear with a spur gear drive and a worm drive was used. This kind of transmission system can make its entire system structure stable. In the research, the important parts of the winch were studied and designed so as to guarantee the high performance of the winch.In order to ensure the safety of the winch during operation, the electric motor used in the design has anti-explosion performance and has corresponding switches to operate.
The main content of the article is: 1 Analysis of the main shaft. From the relevant knowledge learned, the important parts of the winch spindle of this model were studied, and the relevant mechanical model of the design research was established, and the fundamental method of designing the spindle was found. 2 According to the design requirements of the winch in this study, analyze the design principle of the reducer, and then verify whether it is feasible in the trial test. Finally, the results of the experiment were studied. The research results obtained in this paper have important reference significance for the design of the winch, and can be important for the next step of research.
Keywords： JH-20 winch braking device spindle
37
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 絞車的概述 1
1.2 絞車的結構及特點 1
1.3絞車的分類 1
1.4絞車的發(fā)展 2
2 電動機的選擇 3
2.1 電動機的計算 3
2.1.1 電動機的結構和型號選擇 3
2.1.2 電動機輸出功率的計算 3
2.2傳動裝置總傳動比的計算及分配 4
2.2.1總傳動比計算 4
2.2.2傳動裝置總傳動比的分配 4
2.3動力參數(shù)的計算 4
2.3.1軸的轉速計算 5
2.3.2軸的輸入功率計算 5
2.3.3軸的輸入轉矩計算 5
3 設計軸的計算 7
3.1軸的概述 7
3.2主軸的設計 9
3.3軸的核查 10
3.3.1 核查主軸Ⅶ軸 10
3.4研究分析卷筒軸 11
4 選用鋼絲繩并設計卷筒 16
4.1選用鋼絲繩 16
4.1.1鋼絲繩的概述 16
4.1.2選用合適的鋼絲繩直徑 16
4.2設計卷筒 17
4.2.1選取材料 17
4.2.2計算容繩的尺寸大小 17
4.2.3計算卷筒壁的強度以及厚度 18
5 鍵聯(lián)接 20
5.1鍵聯(lián)接的概述 20
5.2選擇合適的鍵 20
5.3核查平鍵強度 21
6 研究分析制動器 22
7 減速器蝸輪蝸桿的設計 24
7.1渦輪蝸桿的計算 24
7.2 減速器的潤滑 28
7.2.1 傳動裝置的潤滑 28
7.2.2軸承的潤滑 28
8 軸承的選用及密封方法 30
8.1滾動軸承的概述 30
8.2蝸輪軸上軸承的選用 30
8.3蝸桿軸上軸承的選用 31
8.4 密封結構的設計 31
9 軸承游隙 32
10 絞車的常見故障及處理方法 33
結論 35
致謝 36
參考文獻 37
1 緒論
1.1 絞車的概述
絞車，又稱卷揚機，因為其架構小，重量輕等原因而被廣泛應用到采礦過程中，主要用來提升或牽引一些裝備。由于絞車的出現(xiàn)，使得整個煤礦產(chǎn)業(yè)朝著機械化的方向不斷的邁進。
本文中研究的JH-20回柱絞車是在煤礦行業(yè)中較為廣泛使用的機械。究其原因在于它的牽引力適宜且它的安裝維護使用簡單。它也是一種通用的機械設備，應用范圍較為廣闊。
1.2 絞車的結構及特點
絞車主要由電動機、卷筒裝置、剎車裝置、底座、減速器等部件組成。
絞車的主要特點在于它的架構小，質量輕，使用方便等。同時絞車的通用范圍廣闊，既可以單獨使用，也可以作為起重大型機械的組成部件。
1.3絞車的分類
絞車的分類方法有很多，這里采用按照絞車的的動力進行分類，絞車可分為氣動、手動、電動、液壓等幾類。
1.氣動絞車
氣動絞車是以氣動馬達作為動力的，需要配置壓縮空氣站，如沒有壓縮空氣站也可手動操作。它的優(yōu)勢在于它的啟動力矩大，有著過載保護的能力，同時具有耐潮耐濕的性能，可以在雨雪天氣下安全工作，但是它的噪音較大，需要配置相應的消音器來避免噪音污染。
2.手動絞車
手動絞車是一種輪軸機構，通過手動來牽引拖拉重物。提升重物用的手動絞車需要配置安全手柄跟制動器，同時為了能夠使重要保持在相應的位置，需要在手動絞車的手柄傳動機構上裝有停止器。由于啟動力矩不足，因此手動絞車一般用于質量輕、沒有電源條件的工作情況下使用。
3.電動絞車
電動絞車是以電動機為源動力，通過多種傳動機構來驅動滾筒旋轉，從而來提供和所需的牽引力。因此多用于提升重物或工作所需牽引力較大的條件下。但是由于它的結構設備復雜、安裝維修難度高，所以對保養(yǎng)人員的技術要求更加的嚴苛。
4.液壓絞車
液壓絞車是以油泵作為源動力的，通過液壓馬達來提供動力。它的結構特點在于架構緊湊、體積較小、質量輕，所以當發(fā)生過載的情況下，不會出現(xiàn)較大的沖擊。由于它是以油液為工作介質，因此它的元件壽命較長。同時在性能上它還具有工作效率高、安全性能好、啟動力矩足、穩(wěn)定性能好的特點。相比于氣壓絞車它的噪音較小。
1.4絞車的發(fā)展
煤炭是全球能源使用的重要組成部分之一，而隨著社會的發(fā)展，煤礦產(chǎn)業(yè)的機械化程度越來越深，在當今社會機械化水平的飛速發(fā)展的情況下，我國的機械技術也得到了質的飛躍，近年來我國的煤礦技術發(fā)生了翻天覆地的改變，已經(jīng)接近國際的先進水平。其中煤礦產(chǎn)業(yè)的機械化包括礦物運輸和輔助運輸。而絞車則是輔助運輸設備的一種。但是在井下開采煤礦工作面上仍然需要的是牽引力大、穩(wěn)定性能好、安全性高、生產(chǎn)效率高的礦用機械。
在解放后我國的絞車開始生產(chǎn)，距今已有70年的發(fā)展歷史。在50年代期間，絞車的生產(chǎn)被提到了第一個五年計劃中，在此期間仿制了兩種絞車，一種是按照蘇聯(lián)圖紙生產(chǎn)的1011型和1012型電控慢速絞車，另一種是日本的JIS8001型絞車。到了60年代時期，社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，絞車的使用被廣泛應用，為了生產(chǎn)發(fā)展，出現(xiàn)了第一批絞車行業(yè)。在70年代時，出現(xiàn)了更多品種的絞車，到了70年代中后期，我國的煤礦產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了低落，絞車的發(fā)展變得停滯不前，沒有新的架構也沒有新的產(chǎn)品出現(xiàn)。到了70年代末，隨著我國的改革開放政策，絞車被進行了防爆設計，從而被用到井下開采工作面，然而由于設備自動化程度不高，無法實現(xiàn)無人操作，因此安全事故并沒有因此減少。到了20世紀，隨著全球油價的高升不降，煤炭產(chǎn)業(yè)再一次被人重視，而絞車這種礦用機械需求量不斷增加，隨后出現(xiàn)了各種品種的絞車，在此期間，絞車的自動化程度再次加深，所以機械設備的自動化和數(shù)字化是必然的走向。
2 電動機的選擇
2.1 電動機的計算
2.1.1 電動機的結構和型號選擇
電動機是將電能轉化成機械能的設備，是較為常用的原動機。而電動機的結構、型號、輸出功率的選擇是根據(jù)工作時工況來決定的。
電動機按照它電源的不同可以分為交流電動機和直流電動機。在工業(yè)上多采用交流電動機，在此次設計中，采用Y型籠型三相異步電動機，究其原因在于它的設計新意、工作效率高、噪音低、安全性好、使用方便等特點。
JH-20回柱絞車設計是用于井下開采工作面的礦用設備，考慮到井下開采安全事故問題，因此電動機需要采用防爆電動機，所以選用380V的YBK防爆電動機。
2.1.2 電動機輸出功率的計算
1．電動機的靜功率計算公式為：
（2-1）
式中
電動機的功率計算如下：
（2-2）
式（2.2）中Fw-----阻力。
Vw-----線速度（M/S）。
----效率。
其中
查得聯(lián)軸器的傳動效率為0.99，卷筒的傳動效率為0.96，齒輪的傳動效率為0.97，
軸承的傳動效率為0.98
所以取，，，
2．電動機轉速的計算
卷筒軸的轉速如下：
（2-3）
查得：電動機的轉速的適合范圍為：
（2-4）
經(jīng)計算得:
表2-1 電動機主要參數(shù)
型號
額定功率（Kw）
轉速r/min
YBK2-225M-6
30
980
2.2傳動裝置總傳動比的計算及分配
2.2.1總傳動比計算
傳動裝置的總傳動比為：
（2-5）
式中
總傳動比的計算公式為：
（2-6）
2.2.2傳動裝置總傳動比的分配
取 則
由于潤滑因素，查閱可得，則。
2.3動力參數(shù)的計算
要進行動力參數(shù)的計算，就得推算出轉矩和功率。設將各個軸由高速到低速依次分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸。
由此可以得出軸的動力參數(shù)：
圖2-1 電動機傳動示意圖
2.3.1軸的轉速計算
Ⅰ軸：
Ⅱ軸：
Ⅲ軸：
Ⅳ軸：＝
2.3.2軸的輸入功率計算
Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入功率：
Ⅰ軸：
Ⅱ軸：
Ⅲ軸：
Ⅳ軸：
取，，
其中為電動機的出功率（KW），為聯(lián)軸器的傳動效率，為軸承的傳動效率，為齒輪的傳動效率；
2.3.3軸的輸入轉矩計算
可知電動機的輸出轉矩：
（2-7）
Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入轉矩：
計算如表所示
表2-2 各軸的運動和動力參數(shù)
軸名
電動機軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
效率P（Kw)
輸入
21.34
20.29
18.9
17.97
輸出
22
20.70
19.28
17.58
17.07
轉矩T（T*M）
輸入
216.67
1184.28
4887.46
13194.70
輸出
216.67
210.17
1125.07
4545.34
12534.97
轉速N（r/min）
980
980
980
170.43
38.47
13.54
傳動比
1
5.57
4.43
2.84
效率
0.9
0.95
0.93
0.95
根據(jù)傳動裝置的參數(shù)計算結果可知：
綜合決定采用型號的電動機，主要參數(shù)為：
額定電壓：380V/660V、660V/1140V
額定頻率：50Hz
功率范圍：2.2kW — 200kW安裝形式：B3、B5
絕緣等級：F級
防護等級：IP55
主要性能參數(shù)如下表：
表2-3 電動機的主要性能參數(shù)
型號
YBK2-225M-6
額定功率
千瓦
45
馬力
60
電流（A）
82.1
轉速（轉/分）
2970
效率
92.5
功率因素
0.9
堵轉轉矩
額定轉矩
2.0
堵轉電流
額定電流
7.5
重量（Kg）
349
3 設計軸的計算
3.1軸的概述
1.軸的用途及分類
軸是一種用于支承轉動零件并傳遞運動跟動力的機械零件。軸的一般分類為曲軸、直軸、實心軸、空心軸、軟軸跟剛性軸等。軸的性能在于它的強度跟剛度以及它的震動穩(wěn)定性。
2.軸的材料使用
軸的主要材料為碳素鋼和合金鋼
因其碳素結構鋼較高的綜合力學性能且它的價格低廉，所以應用較為廣泛，其中以45剛最為廣泛。同時為了改善其耐磨性等其他力學性能，應進行熱處理。而合金鋼由于它的高力學性能但是價格昂貴，所以多用于特殊要求的軸。
3.軸的架構研究
軸的架構設計研究分為軸的架構及尺寸大小
（一）分析軸上零件的裝配
要進行軸的架構設計首先等擬定出軸上零件的裝配情況。主要在于分配軸上零件的裝配方向順序等
（二）進行定位
為了確保軸上零件位置的準確性，所以需要對軸上零件進行軸向及徑向定位。
①軸上零件的徑向定位
軸上零件的徑向定位通常用過盈配合、花鍵、切向鍵、平鍵等來實現(xiàn)的。其目的是為了防止軸上零件跟軸之間發(fā)生轉動。
②軸上零件的軸向定位
軸上零件的軸向定位是靠軸肩軸環(huán)、圓螺母、圓錐面、彈性擋圈、套筒、軸端擋板來實現(xiàn)的。
4.軸的強度計算
軸的強度計算是要為了使得軸滿足強度剛度要求
（1）計算軸的扭轉強度：
(3-1)
式中：
；
上式中可知：
d≥ (3-2)
式中A0= ，
其中
式中,
即內徑d1比上外徑d，一般取。
倘若軸截面上設有鍵槽時，需要增大軸徑來對軸強度進行一定的削弱。當d大于100mm時，有一個鍵槽軸徑增加百分之三，有兩個時，需要增加百分之七。當d小于或者等于100mm時，有一個鍵槽軸徑增加百分之五到百分之七；有兩個鍵槽需增加百分之十到百分之十五左右.最后其標準直徑為軸徑的圓整直徑。
（2）計算軸的彎扭合成強度
①作出計算簡圖
作圖時，首先計算出軸上零件所受力，然后分解成水平方向上跟垂直方向上的力。最后求出各個零件處的水平反力跟垂直反力。
②作出彎矩圖
根據(jù)所作的簡圖，從水平和垂直平面分別計算力所產(chǎn)生的彎矩，并在水平面和垂直面分別作出所受的彎矩示意圖，最后按照計算公式算出總彎矩并作出示意圖。
③作出扭矩圖
（3）核實軸強度
根據(jù)第三理論，計算應力為：
(3-3)
由于有循環(huán)特性的存在，故代入系數(shù)a,如下所示：
（3-4）
如軸直徑為d，
彎曲應力，
扭轉切應力，
代入上式中，則有軸的彎矩合成強度為：
（3-5）
其中：
；
；
；
。
3.2主軸的設計
1)V軸設計
基本參數(shù)為：軸單位時間內所做功的大小為P=5.504KW，軸在單位時間內所做的圓周運動最低次數(shù)為n=30r/min ，軸產(chǎn)生的扭曲變形程度為T=1700N.m
求齒輪所受到的力：
==
軸直徑與長度的計算：
軸的材料為45鋼，經(jīng)過熱處理后查表可知=110，
查閱可知計算公式：
（3-6）
將已知條件下的, 代入上式中, 設，最后可得
由于存在兩個鍵槽故
套筒安裝在d1=70
取用輕（2）216系列。 大小為：
長度為：L1=110mm
(2)mm
選用3600型36216的軸承，安裝在d2=80處
大小為：
（3）（0）2尺寸系列N218E的圓柱子滾筒安裝在軸的前端部分
大小為：
3.3軸的核查
3.3.1 核查主軸Ⅶ軸
1. 計算齒輪上所受到的力
==
2.
H面：
V面：
計算M
3.計算物體轉動的的力矩，作出扭矩圖。T=1700N.m
求出受力截面的彎矩，作彎矩圖。
4.核查
經(jīng)查閱可得：
故軸可以使用。
3.4研究分析卷筒軸
絞車的設計中卷筒軸的設計由于重要，原因在與卷筒軸的可靠性跟絞車的安全性能有著密不可分的聯(lián)系，所以卷筒軸的架構設計變得十分的重要?？紤]到絞車的安全性，對卷筒軸的結構要求時所受應力要小并且集中。除此以外，還要研究卷筒軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力，同時還要核實軸的剛度。
本次設計采用45鋼作為卷筒軸材料，經(jīng)過熱處理
經(jīng)查閱可知：
可知鋼絲繩正常情況下所受拉力為，卷筒的直徑長度，繩的直徑長度
按照卷筒的設計尺寸可得軸的基本尺寸如下圖所示：
圖3-1軸的基本尺寸
a)分析軸的受力情況
水平方向上所受反力：軸在此方面上未受到作用力，因此Fa=0
垂直方向上所受反力： 軸受到了鋼絲繩上的拉力以及兩個軸承反作用力
可得軸所受力得示意圖為：
圖3-2軸垂直面的受力圖
由于FC=
故得
由上式可知=2719 =2281
作出軸垂直面得彎矩圖
圖3-3軸垂直面彎矩圖
軸發(fā)生轉動時所受的力矩圖如下
625000 N.mm 625000 N.mm
圖3-4軸所受的扭矩圖
轉矩圖
625000 N.mm
489 785
圖3-5軸受的轉矩圖
b)軸徑的核查
許用應力：查表可得 [] []=
應力校正系數(shù)：=[]/[]=60/102.5=0.59
當量轉矩：
當量彎矩：M= N.mm
軸長：D= mm
故該設計的軸徑適宜。
c)計算軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力
首先計算出鋼絲繩所受的當量拉力，從而得出軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力，故得出：
（3-7）
其中
。經(jīng)查閱可知
平均應力和應力幅關系如下：
軸的最大應力計算安全系數(shù)為：
查閱可知
查得可知軸的疲勞強度計算的安全系數(shù)在，
故而該軸強度適宜。
d)計算軸強度并核查
用靜強度計算拉力公式來求的軸的靜強度，計算公式如下：
式中
，查閱可知
靜強度計算的安全系數(shù)
當時，，
由上可知，核實軸強度適宜。
4 選用鋼絲繩并設計卷筒
絞車工作時依靠鋼絲繩提升拖拉重物來完成的，加上工作時的工況復雜，一旦鋼絲繩出現(xiàn)問題，會造成嚴重的事故，因此鋼絲繩的選用十分重要。
4.1選用鋼絲繩
4.1.1鋼絲繩的概述
鋼絲繩是按照一定的規(guī)則將鋼絲捻在一起。繩芯、鋼絲和潤滑脂組成了鋼絲繩。繩芯是由鋼芯跟纖維芯所組成的。纖維芯主要是天然纖維芯和合成纖維芯兩種，鋼芯則是金屬纖維芯和金屬絲股芯。
由纖維芯構成的鋼絲具有良好的彈性功能，在捻制時所受到的彎曲應力也較小但是承受不了橫向所受的應力；而由鋼芯所組成的鋼絲繩具有高強度，并且能夠耐高溫、承受橫向應力，但是跟纖維芯相反，它的擾性很差。由于絞車的鋼絲繩需要多層纏繞，所以會選擇金屬芯股芯制成的鋼絲繩。
鋼絲繩的分類有多種，可按照材質分類，也可按照表面狀態(tài)進行分類。同時也能按照捻制的方法分類。
按照第三種分類方式，鋼絲繩被分為單股繩、雙捻繩跟三捻繩。
考慮到絞車設計中多用交捻鋼絲繩，所以在此次設計中優(yōu)先選取雙捻繩制的金屬芯鋼絲繩。
4.1.2選用合適的鋼絲繩直徑
查閱可知鋼絲繩的安全系數(shù)計算公式為：
(4-1)
其中：
經(jīng)查閱可知卷揚機的工作級別為A6，故取=6
KN (4-2)
鋼絲繩需大于或者等于以下的計算值：
其中
，查得=0.1036
查閱可知d=19(mm),鋼絲繩的抗拉強度為1770MPa
鋼繩是重要容器跟卷揚機間得紐帶，所以鋼絲繩在礦采安全性方面顯得格外重要。但有些煤礦由于設施落后、技術問題、管理問題等原因，會導致各種安全問題的出現(xiàn)，甚至影響到礦采工人的生命安全。因此對鋼絲繩的選用、使用、維護等方面要求更高。以此來保證煤礦安全事故隱患的降低。下面來介紹幾個來增加鋼絲繩使用壽命的方法：
高頻率的檢查鋼絲繩的使用情況
做好對鋼絲繩的維護保養(yǎng)
及時的對鋼絲繩加油潤滑處理。
4.2設計卷筒
卷揚機中卷筒所受的作用力十分的復雜，并且卷筒是卷揚機中的主要零件構成，對卷揚機的安全性、工作效率及穩(wěn)定性起到至關重要的作用。
4.2.1選取材料
卷筒材料應該有良好的可鍛造性，并且需要廣泛的資源。故在此次設計中選用ZG270-500作為材料，其所受的最大應力為
、
4.2.2計算容繩的尺寸大小
按照國家標準規(guī)定來選用容繩的基本尺寸參數(shù)
（1）卷筒的節(jié)圓直徑
卷筒節(jié)圓直徑 需要滿足：
(4-3)
其中： ，查閱可知
所以
設
（2）容繩的寬度``
卷筒容繩的寬度，需要滿足：
(4-4)
其中
所以
設
（3） 卷筒的邊緣直徑
卷筒端側面的直徑需要滿足下式：
(4-5)
其中——最外層的鋼絲繩直徑，由公式可得
——鋼絲繩纏繞層數(shù)
所以 設
（4）纏繞層數(shù)
由公式可得
(4-6)
其中
所以
故 設
（5）卷筒容繩量
鋼絲繩在卷筒上纏繞時，卷筒所能容納下最大長度的鋼絲繩被稱為卷筒的容繩量
L的計算公式如下可知：
第層的繩芯直徑是：
(4-7)
上式中的——第層，。
故
第層鋼絲繩的長度為
故L為：
4.2.3計算卷筒壁的強度以及厚度
?。?）計算多層纏繞系數(shù)
查閱可知計算As的公式為：
(4-8)
式中
式中
求得
(2)計算卷筒壁的厚度
卷筒壁的厚度公式：
式中
查閱絞車設計手冊可知
所以 故取
?。?）計算卷筒壁的強度
通過計算結果可知，卷筒壁的強度符合要求。
5 鍵聯(lián)接
5.1鍵聯(lián)接的概述
為了能夠將軸與軸上零件之間的位置固定來傳遞動力，這便是鍵聯(lián)接的作用。鍵聯(lián)接的特點在于它架構簡單，能夠實現(xiàn)拆卸聯(lián)接，且它的工作性能穩(wěn)定，故鍵聯(lián)接已被推廣使用在各個領域。
鍵聯(lián)接分為平鍵聯(lián)接，半圓鍵聯(lián)接，楔鍵聯(lián)接，切向鍵聯(lián)接等幾種
平鍵聯(lián)接按照用途可以分為一下三種：普通平鍵、導向平鍵和滑鍵。
普通平鍵根據(jù)鍵的端面形狀結構可以分為：圓頭（A型），方頭（B型）及單圓頭（C型）三種。A型圓頭平鍵的圓頭部分無法被充分的使用，原因在于A型平鍵鍵槽的端面所受應力集中過大。它的優(yōu)點在于它的鍵能夠在鍵槽中較完好的固定，適合固定在鍵槽銑刀銑出的鍵槽中。B型方頭平鍵能夠避免A型平鍵的缺點，是由于它的鍵槽是用盤銑刀銑出的，相對于外形較大的鍵來說，B型鍵槽需要用螺釘來進行固定來防止鍵的松動。C型單圓頭平鍵通常用于聯(lián)接軸端。
導向平鍵與滑鍵通常用于軸上零件需要軸向運動時采用。導向平鍵屬于活動聯(lián)接，主要的失效形式是工作面的磨損。它是一個長平鍵，是依靠螺釘來固定在鍵槽里的。為了便于拆卸，關鍵是要使用一個起鍵螺釘，這樣螺釘就可以擰開，鍵就從鑰匙槽里取出。傳動軸上的傳動部位可以沿著鍵沿軸向滑動。當各部件之間的距離較大時，應使用滑鍵，因為導向平鍵的要求長度太大，不能制造。滑塊鍵固定在輪轂上，輪轂驅動滑塊鍵在軸上的鍵槽上進行軸向滑動。這樣，只有一個更長的鍵槽可以在軸上研磨，并且可以縮短鍵。
5.2選擇合適的鍵
選擇鍵的方式是從選擇的型號跟尺寸來確定的。按照鍵聯(lián)接的架構特點和工作時的使用情況來選擇型號。而確定尺寸是根據(jù)國家標準規(guī)定及所需強度來確定。 鍵的截面尺寸大小以及它的長度是鍵的基本尺寸參數(shù)。
普通平鍵的基本參數(shù)如下：
表5.1 普通平鍵的尺寸大小
軸的直徑d
6×8
＞8~10
＞10~12
＞12~17
＞17~22
＞22~30
鍵寬b×鍵高h
2×2
3×3
4×4
5×5
6×6
8×7
軸的直徑d
＞30~38
＞38~44
＞44~50
＞50~58
＞58~65
＞68~75
鍵寬b×鍵高h
10×8
12×8
14×9
16×10
18×11
20×12
軸的直徑d
＞75~85
＞85~95
＞95~110
＞110~130
鍵寬b×鍵高h
22×14
25×14
28×16
32×18
鍵的長度系列L
6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，...
5.3 核查平鍵強度
取用圓頭平鍵，因,由上可知
故鍵記為：鍵。
鍵受擠壓時的強度極限為：
（5-1）
其中：
,
可得 ，
K=9mm，
故經(jīng)核查該平鍵強度符合要求。
6 研究分析制動器
制動器是為了將運動零件降低轉速或者停止運動的機械零件。生活中較為常見的是汽車的剎車。電閘等。
制動器能正常使用的條件如下
（1） 滿足推力要求，制動器的扭矩越大越安全。
（2） 滿足安裝的尺寸要求。
（3） 制動反應速度要快。
（4） 制動器零件需要較好的耐高溫性能。
（5） 維護保養(yǎng)簡單。
制動器一般的安裝位置在機構的高速轉軸或者減速器的輸入軸上，其目的為了能夠降低制動時的所受的力。
JH-20型回柱絞車用于井下開采工作面，因此需要依靠制動器來啟動絞車，而如果發(fā)生卷筒發(fā)轉，會造成嚴重后果，所以需要用渦輪蝸桿達到自鎖的目的。
需要進行強度的核查之后再使用制動裝置。
①銷軸強度核查：
作用在銷軸上的剪切應力為：
[т]= (6-1)
==62.75MPa
其中：
選擇圓鋼來作為銷軸的材料，進行熱處理之后，它的抵抗拉伸強度為為取中間值為640Mpa。取用8.8性能等級來進行計算。所以銷的最大受屈服極限為：800Mpa。
銷軸能承受的最大應力為。
選用剪切安全系數(shù)[Ss]為2.5
因為銷軸的所受剪切力比銷軸能承受的最大應力來的小
故而經(jīng)核查銷軸的強度符合設計要求。
②核查連接軸處的強度：
對軸連接處進行強度核查原因在于此處會受到力的作用。聯(lián)接軸所受的剪切應力大小為：
Т= = （6-2）
其中：
使用45號鋼作為材料其產(chǎn)生屈服時的應力為355MPa。
材料所能承受的最大應力為[т]=
選取剪切安全系數(shù)[Ss]為2.5
所以經(jīng)查核連接軸的強度符合設計要求。
③核查剎手把處的強度
需要核查剎手把處的強度原因是該處會受到載荷作用下的彎曲應力，其彎曲作用力計算如下：
;
其中：
。
經(jīng)過核查剎手把處的強度符合設計要求。
7 減速器蝸輪蝸桿的設計
減速器常常用作減速的傳動裝置，在特定情況下也會用作增速裝置。這是被叫為增速機。在目前的機械行業(yè)中被廣泛使用。主要原因在于它的高效率、穩(wěn)定可靠性以及安裝維護的方便等優(yōu)點。
減速器的種類繁多，分類的方式也很多，大致可以分為齒輪減速器、蝸桿減速器、單級和多級減速器等。
選用減速器類型是按照傳動比的大小來決定的。如傳動比小于八時，則可以使用單級的減速器。主要原因在于如果單級減速器的傳動比過大時，會造成外廓形狀過大。
當傳動比大于十時，應該采用蝸桿減速器，是因為蝸桿減速器的特點在于它具有反自鎖功能。反之傳動比較小的時候，蝸桿減速器的優(yōu)點就突顯不出來了，并且此時的蝸桿減速器的工作效率較低。
蝸桿減速器又可以分為兩種結構形式，區(qū)分關鍵在于蝸桿的圓周速度，當蝸桿圓周速度小于4m/s時，使用蝸桿在下的形式。因為此時蝸桿在嚙合處能夠由較好的潤滑。反之，當蝸桿圓周速度大于4m/s時，使用蝸桿在上式的減速器，可以避免出現(xiàn)減速器過熱現(xiàn)象。
阿基米德蝸桿減速器由于它的制作方法簡單，所以目前還在推廣應用，但是它的缺點也是突顯出來，如它的工作效率低下，冷卻系統(tǒng)劣質，使用壽命短。所以隨著機械水平的進步，出現(xiàn)了更多優(yōu)秀種類的蝸桿減速器。
7.1渦輪蝸桿的計算
由于減速器需要的總傳動比較大，所以盡可能的需要較大的單級傳動比，故而選用渦輪蝸桿。又因為渦輪蝸桿減速器的架構緊湊，安全穩(wěn)定性能好，并且能獲得更大的傳動比，因此選用圓柱蝸桿傳動。
選[值
: 假設
經(jīng)過查閱資料可得：
：
：
選取值： 由圖可知以下：
：
：
計算中心距
：
（7-1）
： 查閱表格可知
： 查表可得處
Mpa
Zn== （7-2）
查閱表格可知
查閱表格可得
設為
（7-3）
=
=
（7-4）
查閱資料可得
（7-5）
（7-6）
（7-7）
=
（7-8）
=
=
查閱表可得
（7-9）
=
由于
所以符合要求
查閱表格可知：
設
由于<
所以符合要求
蝸桿軸繞度計算
==
I=7.72×
[]
[]
由于合格<[]
所以符合要求
設為
設為
由于<80
所以符合要求
7.2 減速器的潤滑
7.2.1 傳動裝置的潤滑
圓周速度小于12m/s的齒輪減速器一般使用油箱潤滑并自然冷卻。將浸入油中的齒輪置于1至2個齒高，以便減小齒輪運動時所受的阻力和油的溫升，高速的齒輪減速器也應該較淺，大致應為0.7倍的齒高，但不應少于10mm。
在多級減速器中，傳動的各個階段都應盡可能地浸入。如果低速齒輪油太深，可采取以下措施降低齒輪的深度：高速齒輪通過托輥浸入油中；或減速箱蓋和箱座腹部傾斜，使高速和低速傳動的深度大致相等。如果出現(xiàn)減速器的工作平衡溫度超過90℃的現(xiàn)象時，此時需要使用循環(huán)油潤滑或者采用其他的冷卻方式。
圓周速度大于12M/s的齒輪減速器不應該用油箱潤滑，因為（1）齒輪帶上的油會被離心力拋出而不能送到嚙合位置；（2）由于油的攪拌，減速器的溫度會升高。（3）油底將被攪拌使得軸承磨損程度加深；（4）潤滑油氧化速度加快，降低潤滑油的性能。此時采用噴油潤滑最為適宜。
蝸桿圓周速度低于10m/s的蝸輪減速器可以由油池潤滑。當蝸桿在上時，浸入油中的蝸桿齒輪的深度可以限制在不超過限定高度。當蝸桿在下時，為避免功率損失的加重，油面的深度應低于蝸桿的螺紋根部，且不超過蝸桿滾子軸承最低球的中心。但是如果滿足了后面一個條件并且蝸桿浸入油中時，可以在蝸桿軸上安裝甩油環(huán)，以便將油甩進蝸桿上進行潤滑。
蝸桿圓周轉速為10m/s的減速器可以采用噴油潤滑。燃油噴射的方向應遵循蝸桿的方向進入嚙合區(qū)，但有時油也可以從蝸桿的兩側輸送到嚙合區(qū)，以加速散熱。
7.2.2軸承的潤滑
在運動過程中，軸承內外環(huán)與滾動體之間的相對運動是不可避免的，從而造成機體與部分動力之間的摩擦，導致內部與內部之間的熱磨損。外環(huán)滾體。為了降低軸承的摩擦阻力，減緩軸承的磨損速度，控制軸承的溫升，提高軸承的使用壽命，在設計軸承機構時必須考慮軸承的潤滑。為了保持軸承的潤滑，必須考慮軸承的密封。
?7.2.2.1 潤滑的效果
?通過加入潤滑劑，能夠在相對運動體之間形成液體或者半液體摩擦，從而能夠減小摩擦引起的磨損，降低摩擦系數(shù)。除此以外當油膜從相對體中分離時，可以避免兩個摩擦表面之間的摩擦。
??7.2.2.2降低溫升
加入潤滑劑之后，除了潤滑油流過表面帶有一部分熱量之外，由于摩擦系數(shù)的降低，減少了相對運動體之間的摩擦，從而軸承的發(fā)熱也會相應的降低。以此來達到了降低溫升的作用效果。
潤滑油在相對運動體表面形成的油膜能夠起到防止腐蝕和清潔效果，保證了零部件表面不發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。潤滑油在流過運動體表面同時帶走了零件內的臟物，達到了清洗的作用。
潤滑劑能夠形成密封效果，通過密封裝置來防止外來雜物臟物進入到軸承內部，保證軸承不會因為外界異物引起故障。
7.2.2.3 選擇潤滑劑的標準
首先潤滑劑需要選用的是具有低摩擦系數(shù)、良好的吸附能力和滲透性特點的，其目的是為了能夠獲得較好的潤滑效果。這樣的潤滑劑能夠滲透到摩擦副的微小間隙中并牢固地附著在摩擦表面上從而形成一定強度的抗壓油膜。除此以外，在設計中，應該根據(jù)所用軸承的類型、工作時的速度等來選擇合理的潤滑劑，正確合理的選擇方式能夠降低軸承的工作負荷，從而來提高它的工作使用壽命。
?7.2.2.4滾動軸承的潤滑
一般來說，使用潤滑脂或者潤滑油對滾動軸承潤滑。通過試驗不難發(fā)現(xiàn)，當軸承的轉速高時，選用潤滑油會比潤滑脂來得好，因為用潤滑油溫升低，反之，當轉速低時，選用潤滑脂。一般來說，用速度因子dn來進行判斷。d為軸承內徑(Mm)，n為轉速(r/min)。可以通過查閱資料手冊得出各種滾動軸承適用潤滑脂潤滑還是潤滑油潤滑，以及適用的潤滑方式的dn值。
8 軸承的選用及密封方法
軸承是用來支撐機械零件，也可以用作支承軸上的零件。
軸承的分類方式有多種。按照滾動體的形狀分，軸承可以分為球軸承和滾子軸承。球軸承的負荷能力較低但是所受摩擦力的阻力小，轉速高，價格低廉。
按照滾動體的列數(shù)分，軸承分為單列軸承、雙列軸承和多列軸承。
8.1滾動軸承的概述
滾動軸承是以滾動摩擦為主。滾動軸承一般分為：深溝球軸承、圓柱滾子軸承、推力球軸承、滾針軸承等等。滾動軸承的主要組成部分是由內外圈跟滾動體保持架所組成。
滾動摩擦軸承稱為滾動軸承。滾動軸承主要由外圈、內圈、滾動元件和車架組成。外環(huán)的內表面和內環(huán)的外表面都有溝槽，稱為溝槽。當內圈和外圈相對旋轉時，外圈在旋轉體中旋轉。滾動元件是滾動軸承形成滾動軸承所不可缺少的部件?；\口的作用是將滾動元件均勻分離，避免兩個相鄰的滾輪直接接觸，增加磨損。
常用的滾動體形狀有球滾子，短圓柱滾子，圓錐滾子，球面滾子，螺旋滾子，長圓柱滾子，滾針。
根據(jù)滾動軸承的載荷，它們可分為三類：徑向軸承只承擔徑向（垂直至旋轉軸）滾動軸承的載荷，如深溝球軸承。推力軸承只承受滾動軸承（如推力球軸承）的軸向載荷（沿或平行于旋轉軸）。徑向軸承和軸向載荷，如角接觸球軸承，用于徑向推力軸承。滾動軸承的軋體、內圈和外圈應具有較高的硬度、接觸疲勞強度、耐磨性和沖擊強度。
與滑動軸承比較，滾動軸承在使用上有以下優(yōu)點：
1）較高的工作效率以及較小的摩擦阻力
2）制動速度快，穩(wěn)定性跟安全性好。
3）在相同條件下，后者的直徑小。
4）后者的維護保養(yǎng)簡單容易。
5）后者的回轉精度高。
6）后者生產(chǎn)高，更加的標準化。
8.2蝸輪軸上軸承的選用
選擇圓錐滾子軸承是在于它的蝸桿上能夠同時受到軸向跟徑向上的作用力，并且擁有較大力矩負荷。它的特點如下：
1、它能夠同時承受軸徑向的作用力，并具有大的力矩負荷。
2、不適合用來承擔純軸向負荷。
3、能夠對軸一個方向上的軸向位移進行控制。
考慮到之前選擇的是類型代號為3的圓錐滾子軸承，所以軸的直徑應當選用105mm，故得出來它的內徑代號為21。
8.3蝸桿軸上軸承的選用
需要選擇深溝球軸承與推力球軸承相匹配的方法，因為蝸桿上同時受到軸向力以及徑向力的作用。
選用軸承：由于采用深溝球軸承，其類型代號為6，選用的軸徑為75毫米，因此其內徑代號為15，可按要求選擇下列軸承：61715, 63715等。由于采用推力球軸承，其類型代號為5，因此選用的軸徑為80mm，其內徑代號為16?？砂匆筮x擇下列的軸承： 52216, 52316等。
8.4 密封結構的設計
?無論是油潤滑還是脂潤滑的軸承結構，機械系統(tǒng)中的密封結構都是為了防止外物進入軸承內部。因此密封結構設計的主要目的就是考慮防漏以及異物進入。
設計合理的結構以及進行疏導是潤滑油防漏的主要方法?？紤]到角接觸軸承承具有泵油的功能，又因為軸承安裝通常是背靠背的，所以主軸箱和端蓋之間必須有回油通道，從來達到潤滑和防止泄漏的作用。而上文中提到的甩油環(huán)密封結構，在工作中也可以起到防漏和疏導的作用。油通過軸承并通過螺母2流向右側。螺母的外環(huán)具有鋸齒環(huán)槽。當主軸旋轉時，油泵流向壓力蓋1中的空腔，然后通過回油孔回流到主軸箱。鋸齒的方向應該與。油流方向相反應該有2-3個環(huán)形槽?；赜涂椎闹睆綉M可能大
9 軸承游隙
軸承游隙是指滾動跟軸承內外圈之間的距離。選擇正確合適的軸承游隙可以對機械零件起到很重要的作用，比如會提高它的使用壽命，機械件運行的穩(wěn)定性能，同時也對軸承的各項動態(tài)性能有著很大的作用力。因此，選擇合適的軸承游隙是十分重要的。
選擇正確的軸承游隙時的注意事項：
（1）軸承和軸孔的松動將使得軸承游隙值發(fā)生變化。故而在安裝軸承之后會使得游隙值變??；
（2）在軸承工作時內，環(huán)與外環(huán)之間的溫差時由軸與外殼散熱條件的不同而產(chǎn)生的，因此游隙值會變?。?
（3）考慮到軸與殼體材料膨脹系數(shù)的差異，會影響到游隙的大小。
一般來說，軸承游隙標準規(guī)定的基礎游隙值是最適合向心軸承的工作間隙值，同樣適用于一般工作情況下，所以通常會先考慮基本組游隙值。如果向心軸需要在特殊的條件下工作時此時可選用輔助組游隙值。
10 絞車的常見故障及處理方法
1.卷揚機產(chǎn)生異響
1) 滾筒處發(fā)出反常的聲音 主要原因在于滾筒的螺栓松動或者滾筒已經(jīng)產(chǎn)生裂痕、滾筒與軸之間的磨損嚴重等原因造成的。出現(xiàn)這種情況時需要首先確定發(fā)生異常的原因，再來去確定方法。如果發(fā)生響聲嚴重時需要停機修理以防發(fā)生安全事故。
2) 減速器運轉時發(fā)出反常的響聲 出現(xiàn)這個故障時可能的幾個原因是①齒輪嚙合間隙不緊密②軸的間隙過大③減速器或軸承的螺栓松落④有其他物體掉入了減速器內。解決該問題的方法是針對以上出現(xiàn)的狀況實施正確的處理辦法。如出現(xiàn)了異物在減速器中，則需要停止使用，將異物取出排除故障之后再測試是否還會發(fā)生異響。
2.卷揚機滾筒上鋼絲繩排列雜亂無序
1) 卷揚機使用不當，比如提升重物是未按照規(guī)定標準的角度。此時需要及時的處理，認真按照規(guī)定操作使用卷揚機。
2) 卷揚機的處理繩系統(tǒng)裝置失效 ，需要重新安裝新的卷揚機的排繩裝置。
3) 卷揚機的導輪缺油潤滑導致，此時需要及時加油潤滑促使鋼絲繩再滾筒上能夠左右滑動。
3.絞車提升重物時出現(xiàn)打滑現(xiàn)象
1) 滾筒離合器的摩擦片與摩擦鼓損壞過大，需要更換新的摩擦片及摩擦鼓以防止發(fā)生打滑現(xiàn)象。
2) 滾筒離合器中滲入了油污造成了打滑，此時應該重新維護滾筒的離合器。
4.剎手把無法剎住車
1) 剎車帶磨損嚴重，及時更換新的剎車帶以防發(fā)生安全事故。
2） 剎車帶上沾有油污，此時需要停止運行，及時的清洗油污，杜絕安全隱患。
3) 剎車時的角度未按照規(guī)定要求。
5.絞車的制動閘松開時不靈活
1) 制動裝置的油缸內有空氣或者沒有完全密封。
2) 沒有調整適宜的制動操作杠桿長度。
3) 沒有完全密封溢流閥或者調壓裝置處發(fā)生了漏油現(xiàn)象
4） 制動操縱裝置油缸活塞發(fā)生了卡缸現(xiàn)象。
6.減速器漏油
1)
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