JH-20回柱絞車設(shè)計(jì)【含4張CAD圖帶開題報(bào)告】
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IJH-20 回柱絞車設(shè)計(jì)DESIGN OF JH-20 COLUMN WINCH摘要絞車是用來提升牽引重物的起重機(jī)械。因絞車的操作容易、能輕易移動(dòng)故而被廣泛使用。在建筑、林業(yè)、工業(yè)、礦場(chǎng)等中多用絞車來提升下降物體。當(dāng)今社會(huì)機(jī)械技術(shù)卓越發(fā)展的情況下，絞車扮演著一個(gè)越來越重要的角色。此次研究設(shè)計(jì)的對(duì)象是 JH-20 回柱絞車。它整個(gè)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵是在于它的傳動(dòng)系統(tǒng)，因此在此次設(shè)計(jì)中使用了圓柱齒輪傳動(dòng)和渦輪蝸桿傳動(dòng)的兩級(jí)減速傳動(dòng)。這種傳動(dòng)系統(tǒng)能使得它整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。研究中對(duì)絞車的重要零件進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，從而為絞車保證它的高性能。為了確保絞車工作時(shí)的安全，設(shè)計(jì)中使用的電動(dòng)機(jī)擁有防炸的性能，并且有各對(duì)應(yīng)的開關(guān)來操作。文章的主要內(nèi)容為：1 對(duì)主軸進(jìn)行分析。從所學(xué)的相關(guān)知識(shí)中，研究了該型號(hào)絞車主軸的重要零件，樹立了設(shè)計(jì)研究的相關(guān)力學(xué)模型，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)主軸的根本辦法。2 根據(jù)此次研究的絞車設(shè)計(jì)要求，分析減速器的設(shè)計(jì)原理，隨后在試車實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證是否可行。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行研究。本文所得的研究成果對(duì)絞車的設(shè)計(jì)有著重要的參考意義，且能為下一步的研究進(jìn)行了重要的鋪墊。關(guān)鍵詞： JH-20 絞車；制動(dòng)裝置；主軸IIAbstractWinches 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 spindleIII目 錄摘要 ..................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II1 緒論 .............................................................................................................................................11.1 絞車的概述 ...........................................................................................................................11.2 絞車的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) ...............................................................................................................11.3 絞車的分類 ............................................................................................................................11.4 絞車的發(fā)展 ............................................................................................................................22 電動(dòng)機(jī)的選擇 .............................................................................................................................32.1 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 .......................................................................................................................32.1.1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和型號(hào)選擇 .............................................................................................32.1.2 電動(dòng)機(jī)輸出功率的計(jì)算 .................................................................................................32.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的計(jì)算及分配 ........................................................................................42.2.1 總傳動(dòng)比計(jì)算 ..................................................................................................................42.2.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的分配 ..............................................................................................42.3 動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 ....................................................................................................................42.3.1 軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算 ..................................................................................................................52.3.2 軸的輸入功率計(jì)算 ..........................................................................................................52.3.3 軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ..........................................................................................................53 設(shè)計(jì)軸的計(jì)算 .............................................................................................................................73.1 軸的概述 ................................................................................................................................73.2 主軸的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................93.3 軸的核查 ..............................................................................................................................103.3.1 核查主軸Ⅶ軸 ...............................................................................................................103.4 研究分析卷筒軸 ..................................................................................................................114 選用鋼絲繩并設(shè)計(jì)卷筒 .........................................................................................................164.1 選用鋼絲繩 ..........................................................................................................................164.1.1 鋼絲繩的概述 ................................................................................................................164.1.2 選用合適的鋼絲繩直徑 ................................................................................................164.2 設(shè)計(jì)卷筒 ..............................................................................................................................174.2.1 選取材料 ........................................................................................................................174.2.2 計(jì)算容繩的尺寸大小 ....................................................................................................174.2.3 計(jì)算卷筒壁的強(qiáng)度以及厚度 ........................................................................................185 鍵聯(lián)接 .......................................................................................................................................205.1 鍵聯(lián)接的概述 ......................................................................................................................20IV5.2 選擇合適的鍵 ......................................................................................................................205.3 核查平鍵強(qiáng)度 ......................................................................................................................216 研究分析制動(dòng)器 .....................................................................................................................227 減速器蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) .........................................................................................................247.1 渦輪蝸桿的計(jì)算 ..................................................................................................................247.2 減速器的潤(rùn)滑 .....................................................................................................................287.2.1 傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑 ...........................................................................................................287.2.2 軸承的潤(rùn)滑 ....................................................................................................................288 軸承的選用及密封方法 .........................................................................................................308.1 滾動(dòng)軸承的概述 ..................................................................................................................308.2 蝸輪軸上軸承的選用 ..........................................................................................................308.3 蝸桿軸上軸承的選用 ..........................................................................................................318.4 密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................................................................................319 軸承游隙 .................................................................................................................................3210 絞車的常見故障及處理方法 .................................................................................................33結(jié)論 ...............................................................................................................................................35致謝 ...............................................................................................................................................36參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................3711 緒論1.1 絞車的概述絞車，又稱卷揚(yáng)機(jī)，因?yàn)槠浼軜?gòu)小，重量輕等原因而被廣泛應(yīng)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(gè)煤礦產(chǎn)業(yè)朝著機(jī)械化的方向不斷的邁進(jìn)。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(jī)械。究其原因在于它的牽引力適宜且它的安裝維護(hù)使用簡(jiǎn)單。它也是一種通用的機(jī)械設(shè)備，應(yīng)用范圍較為廣闊。1.2 絞車的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)絞車主要由電動(dòng)機(jī)、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(diǎn)在于它的架構(gòu)小，質(zhì)量輕，使用方便等。同時(shí)絞車的通用范圍廣闊，既可以單獨(dú)使用，也可以作為起重大型機(jī)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(dòng)力進(jìn)行分類，絞車可分為氣動(dòng)、手動(dòng)、電動(dòng)、液壓等幾類。1.氣動(dòng)絞車氣動(dòng)絞車是以氣動(dòng)馬達(dá)作為動(dòng)力的，需要配置壓縮空氣站，如沒有壓縮空氣站也可手動(dòng)操作。它的優(yōu)勢(shì)在于它的啟動(dòng)力矩大，有著過載保護(hù)的能力，同時(shí)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(yīng)的消音器來避免噪音污染。2.手動(dòng)絞車手動(dòng)絞車是一種輪軸機(jī)構(gòu)，通過手動(dòng)來牽引拖拉重物。提升重物用的手動(dòng)絞車需要配置安全手柄跟制動(dòng)器，同時(shí)為了能夠使重要保持在相應(yīng)的位置，需要在手動(dòng)絞車的手柄傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上裝有停止器。由于啟動(dòng)力矩不足，因此手動(dòng)絞車一般用于質(zhì)量輕、沒有電源條件的工作情況下使用。3.電動(dòng)絞車電動(dòng)絞車是以電動(dòng)機(jī)為源動(dòng)力，通過多種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，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(jié)構(gòu)設(shè)備復(fù)雜、安裝維修難度高，所以對(duì)保養(yǎng)人員的技術(shù)要求更加的嚴(yán)苛。4.液壓絞車液壓絞車是以油泵作為源動(dòng)力的，通過液壓馬達(dá)來提供動(dòng)力。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于架構(gòu)緊湊、體積較小、質(zhì)量輕，所以當(dāng)發(fā)生過載的情況下，不會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊。由于它是以油液為工作介質(zhì)，因此它的元件壽命較長(zhǎng)。同時(shí)在性能上它還具有工作效率高、安2全性能好、啟動(dòng)力矩足、穩(wěn)定性能好的特點(diǎn)。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(huì)的發(fā)展，煤礦產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化程度越來越深，在當(dāng)今社會(huì)機(jī)械化水平的飛速發(fā)展的情況下，我國(guó)的機(jī)械技術(shù)也得到了質(zhì)的飛躍，近年來我國(guó)的煤礦技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的改變，已經(jīng)接近國(guó)際的先進(jìn)水平。其中煤礦產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化包括礦物運(yùn)輸和輔助運(yùn)輸。而絞車則是輔助運(yùn)輸設(shè)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(jī)械。在解放后我國(guó)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(gè)五年計(jì)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(shí)期，社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，絞車的使用被廣泛應(yīng)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(shí)，出現(xiàn)了更多品種的絞車，到了 70 年代中后期，我國(guó)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(gòu)也沒有新的產(chǎn)品出現(xiàn)。到了 70 年代末，隨著我國(guó)的改革開放政策，絞車被進(jìn)行了防爆設(shè)計(jì)，從而被用到井下開采工作面，然而由于設(shè)備自動(dòng)化程度不高，無法實(shí)現(xiàn)無人操作，因此安全事故并沒有因此減少。到了 20 世紀(jì)，隨著全球油價(jià)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(jī)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(dòng)化程度再次加深，所以機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化和數(shù)字化是必然的走向。 32 電動(dòng)機(jī)的選擇2.1 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算2.1.1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和型號(hào)選擇電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的設(shè)備，是較為常用的原動(dòng)機(jī)。而電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、型號(hào)、輸出功率的選擇是根據(jù)工作時(shí)工況來決定的。電動(dòng)機(jī)按照它電源的不同可以分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。在工業(yè)上多采用交流電動(dòng)機(jī)，在此次設(shè)計(jì)中，采用 Y 型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，究其原因在于它的設(shè)計(jì)新意、工作效率高、噪音低、安全性好、使用方便等特點(diǎn)。JH-20 回柱絞車設(shè)計(jì)是用于井下開采工作面的礦用設(shè)備，考慮到井下開采安全事故問題，因此電動(dòng)機(jī)需要采用防爆電動(dòng)機(jī)，所以選用 380V 的 YBK 防爆電動(dòng)機(jī)。2.1.2 電動(dòng)機(jī)輸出功率的計(jì)算1．電動(dòng)機(jī)的靜功率計(jì)算公式為：（2-1）?wpd?式中 wwKP工 作 效 率 ，?總 效 率 ，?電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算如下：（2-2）KWpWVFw 61.78501310 ?????式（2.2）中 Fw-----阻力。Vw-----線速度（M/S） 。----效率。W?其中8501.4321????w查得聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率為 0.99，卷筒的傳動(dòng)效率為 0.96，齒輪的傳動(dòng)效率為0.97，軸承的傳動(dòng)效率為 0.98所以取 ， ， ，0.91??.620.973??.842．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算卷筒軸的轉(zhuǎn)速如下：（2-3）min02.134.3.rdvn????查得：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的適合范圍為： 4（2-4）min6.3715~48.02.13)8~24(rniad ????經(jīng)計(jì)算得:表 2-1 電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)型號(hào) 額定功率（Kw） 轉(zhuǎn)速 r/minYBK2-225M-6 30 9802.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的計(jì)算及分配2.2.1 總傳動(dòng)比計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為：（2-5）nima?式中 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速?mn工 作 機(jī) 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速26.75min0.1398??rnima總傳動(dòng)比的計(jì)算公式為： （2-6）?2.2.2 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的分配取 則5.20?i 95.26.70?ia由于潤(rùn)滑因素，查閱可得 ，則 。.1 43.7.10?i2.3 動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算要進(jìn)行動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算，就得推算出轉(zhuǎn)矩和功率。設(shè)將各個(gè)軸由高速到低速依次分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸。 傳 動(dòng) 比、 ?021i傳 動(dòng) 效 率、 ??）軸 的 輸 入 功 率 （、 w021 KT? ）輸 入 轉(zhuǎn) 矩 （、 MNp*? ）轉(zhuǎn) 速 （、 min/r021?n由此可以得出軸的動(dòng)力參數(shù)：5圖 2-1 電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)示意圖2.3.1 軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算Ⅰ軸： min/9801rn?Ⅱ軸： in/43.175.2riⅢ軸： m.8.23?Ⅳ軸： ＝ 4.34?inin/.13r2.3.2 軸的輸入功率計(jì)算Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入功率：Ⅰ軸： kwpd 34.2198.0211 ?????Ⅱ軸： 9734.2Ⅲ軸： kw.18023 ??Ⅳ軸： k...34?取 ， ，0.91??.8209??其中 為電動(dòng)機(jī)的出功率（KW） ， 為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率， 為軸承的傳動(dòng)效率，dp1 2?為齒輪的傳動(dòng)效率；32.3.3 軸的輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算可知電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：（2-7）mNnTmPdd .85219605950????Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入轉(zhuǎn)矩： NiTd .6721.8.2101 ????6mNiT .281497.0875.62112 ?????643833i .03..44?計(jì)算如表所示表 2-2 各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)根據(jù)傳動(dòng)裝置的參數(shù)計(jì)算結(jié)果可知：綜合決定采用 型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，主要參數(shù)為：625?MYBK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(jí)：F 級(jí)防護(hù)等級(jí)：IP55主要性能參數(shù)如下表：表 2-3 電動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)型號(hào) YBK2-225M-6千瓦 45額定功率馬力 60電流（A） 82.1轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 2970效率 92.5功率因素 0.9堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 2.0堵轉(zhuǎn)電流 額定電流 7.5重量（Kg） 349軸名 電動(dòng)機(jī)軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸輸入 21.34 20.29 18.9 17.97效率 P（Kw)輸出 22 20.70 19.28 17.58 17.07輸入 216.67 1184.28 4887.46 13194.70轉(zhuǎn)矩T（T*M） 輸出 216.67 210.17 1125.07 4545.34 12534.97轉(zhuǎn)速N（r/min）980 980 980 170.43 38.47 13.54傳動(dòng)比 1 5.57 4.43 2.84效率 0.9 0.95 0.93 0.9573 設(shè)計(jì)軸的計(jì)算3.1 軸的概述1.軸的用途及分類軸是一種用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并傳遞運(yùn)動(dòng)跟動(dòng)力的機(jī)械零件。軸的一般分類為曲軸、直軸、實(shí)心軸、空心軸、軟軸跟剛性軸等。軸的性能在于它的強(qiáng)度跟剛度以及它的震動(dòng)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(jié)構(gòu)鋼較高的綜合力學(xué)性能且它的價(jià)格低廉，所以應(yīng)用較為廣泛，其中以45 剛最為廣泛。同時(shí)為了改善其耐磨性等其他力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行熱處理。而合金鋼由于它的高力學(xué)性能但是價(jià)格昂貴，所以多用于特殊要求的軸。3.軸的架構(gòu)研究軸的架構(gòu)設(shè)計(jì)研究分為軸的架構(gòu)及尺寸大小（一）分析軸上零件的裝配 要進(jìn)行軸的架構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)行定位為了確保軸上零件位置的準(zhǔn)確性，所以需要對(duì)軸上零件進(jìn)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(shí)現(xiàn)的。其目的是為了防止軸上零件跟軸之間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)現(xiàn)的。4.軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算是要為了使得軸滿足強(qiáng)度剛度要求（1）計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：(3-1)??3950.2T TPnWd?????式中： ）扭 矩 切 應(yīng) 力 （ paM??；）扭 矩 （ mNT.）抗 扭 矩 截 面 系 數(shù) （）轉(zhuǎn) 速 （ in/rn8）傳 遞 功 率 （ KWP?）截 面 處 軸 的 直 徑 （ md）許 用 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 （ pa][ M?上式中可知：d≥ (3-2) ????33330950950.2.2TTPPAnn??????式中 A0= ，??3950.2T?其中 0431PdAn?????????式中 , d?即內(nèi)徑 d1 比上外徑 d，一般取 。0.6~5??倘若軸截面上設(shè)有鍵槽時(shí)，需要增大軸徑來對(duì)軸強(qiáng)度進(jìn)行一定的削弱。當(dāng) d 大于100mm 時(shí)，有一個(gè)鍵槽軸徑增加百分之三，有兩個(gè)時(shí)，需要增加百分之七。當(dāng) d 小于或者等于 100mm 時(shí)，有一個(gè)鍵槽軸徑增加百分之五到百分之七；有兩個(gè)鍵槽需增加百分之十到百分之十五左右.最后其標(biāo)準(zhǔn)直徑為軸徑的圓整直徑。（2）計(jì)算軸的彎扭合成強(qiáng)度①作出計(jì)算簡(jiǎn)圖作圖時(shí)，首先計(jì)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(gè)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(jiǎn)圖，從水平和垂直平面分別計(jì)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(jì)算公式算出總彎矩并作出示意圖。③作出扭矩圖（3）核實(shí)軸強(qiáng)度根據(jù)第三理論，計(jì)算應(yīng)力為：(3-3)24ca????由于有循環(huán)特性的存在，故代入系數(shù) a,如下所示：（3-??224ca????94）如軸直徑為 d，彎曲應(yīng)力 ，MW??扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ，2T?代入上式中，則有軸的彎矩合成強(qiáng)度為：（3-5）????2222 14ca MTTWW??????????????????????其中： ）計(jì) 算 應(yīng) 力 （ pa?；）軸 所 受 彎 矩 （ mNM.；）軸 所 受 扭 矩 （T；）抗 彎 截 面 系 數(shù) （?？?用 彎 曲 應(yīng) 力?][?3.2 主軸的設(shè)計(jì)1)V 軸設(shè)計(jì)基本參數(shù)為：軸單位時(shí)間內(nèi)所做功的大小為 P=5.504KW，軸在單位時(shí)間內(nèi)所做的圓周運(yùn)動(dòng)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：= =1tFdT/2708?KN1.9?1tanr?5cosn.2軸直徑與長(zhǎng)度的計(jì)算：軸的材料為 45 鋼，經(jīng)過熱處理后查表可知 =110，0A查閱可知計(jì)算公式：（3-6）0431Pdn?????????將已知條件下的 , 代入上式中 , 設(shè) ，最后可得min/30r?5.kw?0.5??1053.16?d由于存在兩個(gè)鍵槽故 70)1('??％d套筒安裝在 d1=70取用輕（2）216 系列。 大小為： 814026DB??長(zhǎng)度為：L1=110mm(2) mm21`702.79.dh????選用 3600 型 36216 的軸承，安裝在 d2=80 處大小為： 8146DB（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： 903d???3.3 軸的核查3.3.1 核查主軸Ⅶ軸1. 計(jì)算齒輪上所受到的力= =1tFdT/21708?KN.9?tanr?56cosn.2.H 面：12 128099.4,8.106.4783..HNtNHNHNFFKWFMKm???? ???由 上 式 解 得 ：V 面：1112 127963.609,.970485.1.VNrVNVNVNCFFKFKMKm??????由 上 式 可 得 ：計(jì)算 M 221234.5.HVC??3.計(jì)算物體轉(zhuǎn)動(dòng)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。??221120.397.86.845caMTKNm???4.核查 ??1333.0.142cacWdm???????經(jīng)查閱可得： ??160aMP??故軸可以使用。3.4 研究分析卷筒軸12絞車的設(shè)計(jì)中卷筒軸的設(shè)計(jì)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(gòu)設(shè)計(jì)變得十分的重要。考慮到絞車的安全性，對(duì)卷筒軸的結(jié)構(gòu)要求時(shí)所受應(yīng)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(huì)發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，同時(shí)還要核實(shí)軸的剛度。本次設(shè)計(jì)采用 45 鋼作為卷筒軸材料，經(jīng)過熱處理經(jīng)查閱可知：650BMpa??360Spa??13???5bM可知鋼絲繩正常情況下所受拉力為 ，卷筒的直徑長(zhǎng)度 ，繩的直eFKN02Dm?徑長(zhǎng)度 9.4dm?按照卷筒的設(shè)計(jì)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(gè)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= N50故得123.768.75cbbF???由上式可知 =2719 =228112F13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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受的力矩圖如下625000 N.mm 625000 N.mm圖 3-4 軸所受的扭矩圖6250N.m150???LFcT轉(zhuǎn)矩圖 625000 N.mm489 785圖 3-5 軸受的轉(zhuǎn)矩圖b)軸徑的核查許用應(yīng)力：查表可得 [ ] [ ]=0b?pa12.5M?1b??60pa應(yīng)力校正系數(shù)： =[ ]/[ ]=60/102.5=0.59??當(dāng)量轉(zhuǎn)矩： mNT.730.59?當(dāng)量彎矩：M= N.mm2222()58549???軸長(zhǎng)：D= mm384.810.16??故該設(shè)計(jì)的軸徑適宜。c)計(jì)算軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會(huì)發(fā)生破壞的最大應(yīng)力14首先計(jì)算出鋼絲繩所受的當(dāng)量拉力，從而得出軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會(huì)發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，故得出：（3-edFK??7）其中 ）鋼 絲 繩 的 當(dāng) 量 拉 力 （dNF?。經(jīng)查閱可知當(dāng) 量 拉 力 系 數(shù)K1.5d1.5342d??平均應(yīng)力和應(yīng)力幅關(guān)系如下： 2bma?331.75026.94.0.dBbKMMpa? ?????94..am軸的最大應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)為： 1300.511.897..4197.3072amSK???????????查閱可知 應(yīng) 力 集 中 系 數(shù)??K8?K表 面 狀 態(tài) 系 數(shù)? 2.0?絕 對(duì) 尺 寸 系 數(shù)? 7??等 效 系 數(shù)?.34??查得可知軸的疲勞強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)在 ，??15~8S故而該軸強(qiáng)度適宜。d)計(jì)算軸強(qiáng)度并核查用靜強(qiáng)度計(jì)算拉力公式來求的軸的靜強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：ejF???max式中 ）大 拉 力 （軸 靜 強(qiáng) 度 計(jì) 算 所 受 的 最 NFj?max，查閱可知?jiǎng)?載 系 數(shù)?1.35靜強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù) 64.151.0827.62???WMSBS??15當(dāng) 時(shí)， ，6.0?bS???1.2~4S?由上可知，核實(shí)軸強(qiáng)度適宜。164 選用鋼絲繩并設(shè)計(jì)卷筒絞車工作時(shí)依靠鋼絲繩提升拖拉重物來完成的，加上工作時(shí)的工況復(fù)雜，一旦鋼絲繩出現(xiàn)問題，會(huì)造成嚴(yán)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(rùn)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(gòu)成的鋼絲具有良好的彈性功能，在捻制時(shí)所受到的彎曲應(yīng)力也較小但是承受不了橫向所受的應(yīng)力；而由鋼芯所組成的鋼絲繩具有高強(qiáng)度，并且能夠耐高溫、承受橫向應(yīng)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(huì)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(zhì)分類，也可按照表面狀態(tài)進(jìn)行分類。同時(shí)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?？紤]到絞車設(shè)計(jì)中多用交捻鋼絲繩，所以在此次設(shè)計(jì)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(jì)算公式為：(4-1)??nfsepg??其中： ）鋼 絲 繩 所 受 拉 力 （ Nsp?鋼 絲 繩 額 定 拉 力ef??系 數(shù)絞 車 工 作 時(shí) 最 小 的 安 全n經(jīng)查閱可知卷揚(yáng)機(jī)的工作級(jí)別為 A6，故取 =6??nKN (4-2)sefp??30?ps鋼絲繩需大于或者等于以下的計(jì)算值：cd?min m4.186.min?其中 ）（鋼 絲 繩 所 受 的 最 大 拉 力 KNS?，查得 =0.1036選 取 系 數(shù)c查閱可知 d=19(mm),鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度為 1770MPa鋼繩是重要容器跟卷揚(yáng)機(jī)間得紐帶，所以鋼絲繩在礦采安全性方面顯得格外重要。17但有些煤礦由于設(shè)施落后、技術(shù)問題、管理問題等原因，會(huì)導(dǎo)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(duì)鋼絲繩的選用、使用、維護(hù)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(gè)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(duì)鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)及時(shí)的對(duì)鋼絲繩加油潤(rùn)滑處理。4.2 設(shè)計(jì)卷筒卷揚(yáng)機(jī)中卷筒所受的作用力十分的復(fù)雜，并且卷筒是卷揚(yáng)機(jī)中的主要零件構(gòu)成，對(duì)卷揚(yáng)機(jī)的安全性、工作效率及穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。4.2.1 選取材料卷筒材料應(yīng)該有良好的可鍛造性，并且需要廣泛的資源。故在此次設(shè)計(jì)中選用ZG270-500 作為材料，其所受的最大應(yīng)力為、MpaB270??paS50??4.2.2 計(jì)算容繩的尺寸大小按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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 D卷筒節(jié)圓直徑 需要滿足：(4-3)dKe?其中： ，查閱可知筒 繩 直 徑 比?eK19?）鋼 絲 繩 直 徑 （ md所以 3619???設(shè) D420（2）容繩的寬度 ``tB卷筒容繩的寬度 ，需要滿足：t(4-4)03Dt?其中 ）卷 筒 直 徑 （ m?0所以 423??tB設(shè) t6?（3） 卷筒的邊緣直徑 k卷筒端側(cè)面的直徑需要滿足下式：(4-5)dDsk4??其中 ——最外層的鋼絲繩直徑，由公式 可得sD??dSs120??——鋼絲繩纏繞層數(shù)S18所以 設(shè)51947????kDmDK60?（4）纏繞層數(shù) S由公式可得(4-6)dK20??其中 ）安 全 高 度 （ mmK?所以 d38192??故 設(shè)79.42460?S 4?S（5）卷筒容繩量 L鋼絲繩在卷筒上纏繞時(shí)，卷筒所能容納下最大長(zhǎng)度的鋼絲繩被稱為卷筒的容繩量 L 的計(jì)算公式如下可知：第 層的繩芯直徑是：i(4-7)??dSDii 120???上式中的 ——第 層， 。iS?,3故 m69341???2471????584第 層鋼絲繩的長(zhǎng)度為i????30102)( ??dSDdBLit?m625.49341961 ???? 12 98.76)( 33 ?????L 018204 ??故 L 為：iL?1685.9.703.645. ???m9274.2.3 計(jì)算卷筒壁的強(qiáng)度以及厚度（1）計(jì)算多層纏繞系數(shù) sA查閱可知計(jì)算 As 的公式為：(4-8)?????????????1122SSs ?式中 鋼 絲 繩 纏 繞 層 數(shù)?S19??EtF'?180dDe'20'?式中 鋼 絲 繩 的 纏 繞 中 心 間 隙?t mdt19.0.?卷 筒 壁 厚?)(m卷 筒 直 徑0DD342鋼 絲 繩 直 徑d應(yīng) 力 除 以 縱 向 上 的 應(yīng) 變'E)(MpaGpaE10'應(yīng) 力 除 以 橫 向 上 的 應(yīng) 變?' M6'?應(yīng) 力 除 以 應(yīng) 變 )( 2截 面 面 積'F2m求得 5.1?sA(2)計(jì)算卷筒壁的厚度卷筒壁的厚度公式： ??cestFA???式中 ）鋼 絲 繩 的 額 定 拉 力 （ NFe?查閱絞車設(shè)計(jì)手冊(cè)可知 Mpac183?所以 故取024.51??? m4?（3）計(jì)算卷筒壁的強(qiáng)度??cesctFA????pa43.172.051??通過計(jì)算結(jié)果可知，卷筒壁的強(qiáng)度符合要求。205 鍵聯(lián)接5.1 鍵聯(lián)接的概述為了能夠?qū)⑤S與軸上零件之間的位置固定來傳遞動(dòng)力，這便是鍵聯(lián)接的作用。鍵聯(lián)接的特點(diǎn)在于它架構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(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(gè)領(lǐng)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(dǎo)向平鍵和滑鍵。普通平鍵根據(jù)鍵的端面形狀結(jié)構(gòu)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(yīng)力集中過大。它的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，是由于它的鍵槽是用盤銑刀銑出的，相對(duì)于外形較大的鍵來說，B 型鍵槽需要用螺釘來進(jìn)行固定來防止鍵的松動(dòng)。C 型單圓頭平鍵通常用于聯(lián)接軸端。導(dǎo)向平鍵與滑鍵通常用于軸上零件需要軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)采用。導(dǎo)向平鍵屬于活動(dòng)聯(lián)接，主要的失效形式是工作面的磨損。它是一個(gè)長(zhǎng)平鍵，是依靠螺釘來固定在鍵槽里的。為了便于拆卸，關(guān)鍵是要使用一個(gè)起鍵螺釘，這樣螺釘就可以擰開，鍵就從鑰匙槽里取出。傳動(dòng)軸上的傳動(dòng)部位可以沿著鍵沿軸向滑動(dòng)。當(dāng)各部件之間的距離較大時(shí)，應(yīng)使用滑鍵，因?yàn)閷?dǎo)向平鍵的要求長(zhǎng)度太大，不能制造?；瑝K鍵固定在輪轂上，輪轂驅(qū)動(dòng)滑塊鍵在軸上的鍵槽上進(jìn)行軸向滑動(dòng)。這樣，只有一個(gè)更長(zhǎng)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(hào)跟尺寸來確定的。按照鍵聯(lián)接的架構(gòu)特點(diǎn)和工作時(shí)的使用情況來選擇型號(hào)。而確定尺寸是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及所需強(qiáng)度來確定。 鍵的截面尺寸大小以及它的長(zhǎng)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 32×1821鍵的長(zhǎng)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(qiáng)度取用圓頭平鍵，因 ,由上可知md30? mLhm6032b??，，故鍵記為：鍵 。197641??GB鍵受擠壓時(shí)的強(qiáng)度極限為：（5-??ppdKlT??21） 其中： ,ml128-30?N·40?可得 ，??2/~p?K= 9mm，h2/9.549702p????p??故經(jīng)核查該平鍵強(qiáng)度符合要求。226 研究分析制動(dòng)器制動(dòng)器是為了將運(yùn)動(dòng)零件降低轉(zhuǎn)速或者停止運(yùn)動(dòng)的機(jī)械零件。生活中較為常見的是汽車的剎車。電閘等。制動(dòng)器能正常使用的條件如下（1） 滿足推力要求，制動(dòng)器的扭矩越大越安全。（2） 滿足安裝的尺寸要求。（3） 制動(dòng)反應(yīng)速度要快。（4） 制動(dòng)器零件需要較好的耐高溫性能。（5） 維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單。制動(dòng)器一般的安裝位置在機(jī)構(gòu)的高速轉(zhuǎn)軸或者減速器的輸入軸上，其目的為了能夠降低制動(dòng)時(shí)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(dòng)器來啟動(dòng)絞車，而如果發(fā)生卷筒發(fā)轉(zhuǎn)，會(huì)造成嚴(yán)重后果，所以需要用渦輪蝸桿達(dá)到自鎖的目的。需要進(jìn)行強(qiáng)度的核查之后再使用制動(dòng)裝置。①銷軸強(qiáng)度核查：作用在銷軸上的剪切應(yīng)力為：[т]= (6-1)24scFdm??= =62.75MPa271.68其中： 銷 軸 的 直 徑 ；?d力 ；作 用 在 銷 軸 上 的 剪 切 應(yīng)F個(gè) 受 前 切 面 。2m選擇圓鋼來作為銷軸的材料，進(jìn)行熱處理之后，它的抵抗拉伸強(qiáng)度為 為B?取中間值為 640Mpa。取用 8.8 性能等級(jí)來進(jìn)行計(jì)算。所以銷的最大受屈服.pa740-9M極限 為：800Mpa。S?銷軸能承受的最大應(yīng)力為 。MpaT3205./8][?選用剪切安全系數(shù)[Ss