礦用絞車設計
礦用絞車設計,絞車,設計
北京科技大學天津學院本科生畢業(yè)設計（論文）
第70頁
題 目:
礦用回柱絞車絞車設計與制造技術研究
英文題目:
Design and manufacturing
technology research for mine hoist
系 :
機械系
專 業(yè):
機械工程及自動化
班 級:
機械1102班
學 生:
曹夢婷
學 號:
11413201
指導教師:
李威
職稱:
教授
指導教師:
職稱:
本科生畢業(yè)設計(論文)
目 錄
1 緒論……………………………………………………………………………………………
1.1 引言………………………………………………………………………………………
1.2 概述………………………………………………………………………………………11.2.1 絞車概況……………………………………………………………………………
1.2.2 礦用絞車概況………………………………………………………………………
1.3 國內外絞車的發(fā)展………………………………………………………………………
2 總體設計………………………………………………………………………………………
2.1設計總則…………………………………………………………………………………
2.2 設計條件…………………………………………………………………………………
2.3 傳動方案的設計…………………………………………………………………………
2.4電動機的設計選擇………………………………………………………………………
2.4.1電動機輸出功率的計算………………………………………………………………
2.4.2確定電動機的型號……………………………………………………………………
2.4.3牽引鋼絲繩直徑的確定及滾筒直徑的確定…………………………………………
2.5滾筒的設計計算…………………………………………………………………………
2.5.1滾筒直徑……………………………………………………………………………
2.5.2滾筒寬度……………………………………………………………………………
2.5.3滾筒的外徑………………………………………………………………………
2.5.4驗算滾筒的平均速度…………………………………………………………………
3 減速器設計…………………………………………………………………………………
3.1 減速器總體設計…………………………………………………………………………
3.1.1 減速器概述…………………………………………………………………………
3.1.2 減速器設計…………………………………………………………………………
3.2 減速器參數(shù)確定…………………………………………………………………………
3.2.1 總傳動比及傳動比分配……………………………………………………………
3.2.2 傳動裝置運動參數(shù)的計算…………………………………………………………
3.4 滑移齒輪的設計計算……………………………………………………………………
3.4.1 齒輪傳動類型………………………………………………………………………
3.4.2 滑移齒輪概述………………………………………………………………………
3.4.3 滑移齒輪傳動設計計算及強度校核………………………………………………
3.5 大小齒輪的設計計算……………………………………………………………………
3.5.1 齒輪傳動概述………………………………………………………………………
3.5.2 齒輪材料選擇………………………………………………………………………
3.5.3 齒輪傳動設計及強度校核…………………………………………………………
3.6 過橋齒輪的設計計算……………………………………………………………………
3.7 減速器傳動軸的設計與校核……………………………………………………………
3.7.1 第一級軸的設計計算…………………………………………………………………
3.7.2 第二級軸的設計計算…………………………………………………………………
3.8 鍵的選擇及強度校核……………………………………………………………………
3.8.1 第二級軸小滑移齒輪處………………………………………………………………
3.8.2 第二級軸蝸輪處………………………………………………………………………
3.8.3 大滑移齒輪軸大滑移齒輪處………………………………………………………
3.8.4 大滑移齒輪軸小齒輪處……………………………………………………………
3.8.5 第四軸軸過橋齒輪處………………………………………………………………
3.10 減速器中撥叉的設計…………………………………………………………………
3.11 減速器其他部件的設計………………………………………………………………
3.11.1 通氣器……………………………………………………………………………
3.11.2 油標………………………………………………………………………………
3.11.3 減速器箱體的設計………………………………………………………………
4 卷筒齒輪設計………………………………………………………………………………
4.1 總體設計…………………………………………………………………………………
4.2 卷筒軸的設計及校核……………………………………………………………………
4.3 卷筒軸軸承的選擇及校核………………………………………………………………
4.4 大齒輪處鍵的選擇………………………………………………………………………
5 礦用絞車其它部件…………………………………………………………………………
5.1 聯(lián)軸器……………………………………………………………………………………
5.2 制動器……………………………………………………………………………………
5.3 底座………………………………………………………………………………………
致 謝…………………………………………………………………………………………
參考文獻………………………………………………………………………………………
摘 要
目前，JH系列礦絞車更廣泛地使用由JM慢速卷揚機演變，具有低的速度，緊湊，牽引特性。主要用于煤礦井下綜放工作面與使用，也可用于上坡，下坡，綜采工作面設備搬遷漂移等。由于其高度低，重量輕，特別適用于薄煤層和急傾斜煤層采煤工作面，以及各種采煤工作面沉沒回收或廢石掩埋的金屬支柱的地板下面。
當我去年畢業(yè)后實踐的礦用絞車的設計，開采絞車的基礎上的實踐，然后獲得參考信息與我的一些想法設計的連接。在減速器設計過程中，主要采用蝸輪，雙滑動齒輪，圓柱齒輪等傳動方法，使用小型滑移雙叉撥動換檔方式來實現(xiàn)，而且在設計叉，我用手柄擺動圓盤傳送帶的方式實現(xiàn)叉的水平移動。在設計的卷筒，卷筒設計考慮到精度不那么高，在過去，以改變通過軸卷軸使用過盈配合端和焊接來固定輪軸，分別避免廢料的方法。
主要特征的設計是為了實現(xiàn)變速，兩者不同的情況下，以滿足使用該絞盤的，也能達到絞盤繩，把繩回到使用不同的速度可以達到快速礦的能力。
關鍵詞：礦用絞車； 雙聯(lián)齒輪； 變速
ABSTRACT
Currently, JH series of mine hoist more widely used evolved from JM slow winch, a low speed, compact and traction characteristics. Mainly used for coal mine with fully mechanized caving face, it can also be used for uphill, downhill, mechanized mining face equipment relocation drift. Because of its low height, light weight, especially suitable for thin seam and Steep Seam coal face, as well as various coal mining face sinking recycling or waste rock buried beneath the floor of metal struts.
When I graduated last year practice winch mine design, mining winch on the basis of practice, and get reference information with some of my ideas designed connectors. In the reducer design process, mainly worm, dual sliding gear, spur gear and other transmission methods, the use of small slip bifurcating toggle the shift pattern to achieve, but also in the design of the fork, I handle the swing carousel means to achieve horizontal fork movement. In the design of the reel, reel design takes into account the accuracy is not so high in the past to change the reel shaft by interference fit to secure the axle end and welding were ways to avoid waste.
The main feature of the design is to achieve the shift, under two different circumstances, in order to meet the winch, but also to achieve the winch rope, the rope back to the use of different speeds up the ability to quickly Mine.
Keywords： prop-drawing winch；double-slip gear；speed change
1 緒 論
1.1引言
煤炭是中國的基礎能源和重要原料，是中國能源的主要組成部分之一，占據(jù)了國民經濟中占有重要的戰(zhàn)略地位，這是中國的國情。過去和未來可預見的十年中，煤炭仍然是國家重要的能源以煤為主的能源結構將難以改變煤炭行業(yè)的地位比以往任何時候。但中國煤炭行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀不能滿足整個國民經濟發(fā)展的需要。必須在煤炭行業(yè)，因此更快的發(fā)展。然而，出路在于煤炭行業(yè)的煤炭行業(yè)機械化的快速發(fā)展。
礦山機械中占有非常重要的地位，在經濟建設，科技進步和社會發(fā)展中的作用，是國民經濟的支柱產業(yè)。礦山機械制造業(yè)是國家建立獨立工業(yè)體系的基礎，也是衡量是一個國家工業(yè)實力的重要標志。根據(jù)國家重點扶持的能源，交通，原材料等產業(yè)的政策框架進行工業(yè)開發(fā)，礦山機械行業(yè)為基礎的支柱應給予國家支持的優(yōu)先重點，進一步發(fā)展和完善的發(fā)展煤炭，金屬和非金屬礦山提供更加優(yōu)質，高效的設備具有國際先進水平，滿足經濟發(fā)展需要的能源和原材料。絞車的發(fā)展大致分為三個階段。 20世紀50年代主要是仿制設計階段; 20世紀60年代，設計階段; 70年后，中國已經進入了標準化，系列化設計階段。1.2概述
1.2.1絞車概況
也被稱為卷揚式啟閉機，卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物輕小型起重設備。國內最大的船用液壓絞車牽引350T是由泰興市依科攀船舶設備有限公司設計。
1）絞車的功能和用途：
絞車具有以下特點：高度靈活，結構緊湊，體積小，重量輕，玩顯著，易于使用的傳輸被廣泛應用于建筑，水利，林業(yè)，礦山，碼頭等的物料升降或平拖，還現(xiàn)代電子控制線路設備的自動運行。 0.5噸350噸，分為快，慢兩種。這比20噸大噸位卷揚機較高，絞車可以單獨使用，或作為起重機械，筑路和礦井提升機等，因為操作簡單，拉攏大，取代方便和廣泛使用的組件。技術指標絞盤額定負載，支持負載，速度繩，容量等。
2）絞車分類
功率絞車到手動，電動，液動三大類。從用途分類可分為建筑和海運絞車。
絞車按功能可分為：船用絞車，工程絞車，礦用絞車，絞盤線。
1.2.2礦用絞車概況
也被稱為慢速卷揚機絞車礦，它是用于煤礦井下采煤工作面綜放目的。由于其高度低，重量輕，特別適用于薄煤層和急傾斜煤層采煤工作面，以及各種采煤工作面沉沒回收或廢石掩埋的金屬支柱的地板下面。隨著煤炭開采的機械化水平的提高，越來越廣泛地應用于機械化采煤工作面，各種設備及零部件回收牽引的安裝。
JH14礦用絞車是一種有效的礦山輔助設備。這種類型的絞車主要用于礦山崩落使用，也可用于上坡，下坡，綜采工作面搬遷漂移和其他設備，如液壓支架，滑道。此外，皮帶張緊機頭，運輸，車輛調度等工作可以用這個絞盤來完成。在港口，碼頭，建筑工地，廠礦企業(yè)，這個礦絞車也能起到一定的作用?？梢姡V用絞車在煤炭行業(yè)，機械行業(yè)，包括其他的一些行業(yè)有著不可忽視的地位。
1.3 國內外絞車的發(fā)展
近40年中國的煤炭行業(yè)已經發(fā)生了巨大的變化，機械化水平的總統(tǒng)達到了國際先進水平，綜采采煤炭產量已經超過一億噸，但煤炭行業(yè)正在從機械化運輸，運輸分不開的，而不是從輔助運輸設備，絞盤是一種輔助運輸設備。煤炭運輸已經實現(xiàn)娦大容量輸送技術，但它的地下鐵路輔助運輸不適合運輸?shù)牟牧媳却蠓裱瓊鹘y(tǒng)的絞盤組接受?風格運輸，運輸前長，鏈接多占用的處理設備，人員，安全性差，效率低。雖然它的一些煤礦的技術改造，但仍不能滿足礦山開發(fā)和生產的電流需求?？梢姷V井輔助運輸?現(xiàn)代化礦井建設是當前的關鍵和重點。
2 總 體 設 計
2.1設 計 總 則
1）煤礦生產，安全第一。
2）面向生產，力求實效，以滿足用戶最大實際需求。
3）要考慮到礦用時的各種問題。
4）貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標準及有關規(guī)定。
5）技術比較先進，并要求多用途。
使用環(huán)境和工作條件
1）環(huán)境溫度為；環(huán)境相對濕度不超過；海拔高度以下。
2）周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫和二氧化碳等不得超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量。
2.2 設 計 條 件
最大牽引力：50KN
最大牽引速度：0.15m/s
容繩量：
2.3 傳動方案的設計
圖2.1 型礦用絞車傳動系統(tǒng)圖
其傳動路線是：
電機-聯(lián)軸器-制動器-減速箱-卷筒軸
2.4電動機的設計選擇
2.4.1電動機輸出功率的計算
已知：最大拉力：50KN
最大繩速：0.15m/s
即：
則電動機的輸出功率：
根據(jù)以上的傳動方案圖2.1可得：
總傳動效率
式中：
蝸桿傳動效率為0.90；
聯(lián)軸器效率為0.99；
軸承效率為0.99；
齒輪傳動效率=0.97；
卷筒效率=0.96。
計算電動機輸出功率：
2.4.2確定電動機的型號
電動機所需的額定功率與電動機輸出功率之間有以下的關系：
式中為功率儲備系數(shù)，一般取，吳無過載時取
礦用絞車可取
由于絞車在井下使用，條件比較惡劣，要求電動機必須具有防爆功能，查《機械設計 課程上機于設計》表16-2選電動機的型號為
額定功率
實際轉速
查得電動機的外形尺寸：
電機中心高度：
電動機軸直徑長度：
圖2.2 電動機結構外形圖
2.4.3牽引鋼絲繩直徑的確定及滾筒直徑的確定
礦用絞車主要用于采掘工作面礦山崩落，它可用于重型運輸車輛和調度目的。由于他們的工作的惡劣環(huán)境下，它需要有一定程度的防腐蝕和防銹。
長期以來，鋼絲繩的安全系數(shù)法是根據(jù)選擇。繩承受最大靜緊張的工作中，安全系數(shù)乘以規(guī)定的最大靜張力，采取繩索取，然后選擇并不比少鋼絲繩斷裂載荷。所選擇的鋼絲繩，其直徑不應小于下式計算的最小直徑：
式中：C-鋼絲繩的選擇系數(shù)；
S-鋼絲繩最大靜拉力。
取鋼絲繩直徑：
選擇系數(shù)C，其取值與機構工作級別有關，按《起重機設計與實例》表4-17b選取，其中數(shù)值是在鋼絲充滿w為0.46，執(zhí)減系數(shù)k為0.82時，選擇系數(shù)c值取c=0.084，
鋼絲繩破斷力S0可按下式估算：
式中：d—鋼絲繩的直徑 ；
—鋼絲繩鋼絲的抗拉強度極限 ；
—鋼絲繩中金屬絲截面與整個截面積的比值，與鋼絲繩結構有關，一般取；
K—考慮鋼絲在繞制過程中的損失等因素的損失系數(shù)，一般取k=0.82
根據(jù)鋼絲繩的實際破斷力S0，驗算安全系數(shù)n：
整理得C與n間有如下關系：
鋼絲繩選擇：繩股繩纖維芯。優(yōu)點：旋轉性小，有相當大的撓性。
查《礦井運輸提升》表2-2（2）：
鋼絲繩直徑：；
鋼絲直徑：；
鋼絲總斷面積：；
參考重力：；
鋼絲繩公稱抗拉強度：；
鋼絲繩破斷力總和（不小于）：。
2.5滾筒的設計計算
2.5.1滾筒直徑
根據(jù)《機械設計手冊》查表8-1-59得：鋼絲繩直徑為時，槽底半徑為，標準槽形，，；加深槽形；；。
圖2.3 卷筒槽形圖
滾筒直徑：
式中：—以鋼絲繩中心線計算的鋼絲繩卷繞直徑；
—與起升機構工作級別有關的參數(shù)，；
—鋼絲繩直徑,。
取
圖2.4 卷筒結構圖
2.5.2滾筒寬度
滾筒寬度直接影響最終產品的寬度，從而限制了其寬度也必然有一個最大值，即不能太寬。滾筒寬度太窄，再后來用裝配減速器，它會變得不一致。因此它不能只確定滾筒的寬度，優(yōu)選在繪制它定居下來的過程中，它是一個良好的整體協(xié)調。人們似乎協(xié)調，美觀大方。但是，現(xiàn)在考慮在滾筒的平均速度，并促進各種計算下面，我們暫定滾筒寬度為。
2.5.3滾筒的外徑
按照常規(guī)，同時根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，鋼絲繩的纏繞層數(shù)最好不要超過5層，也就是說，控制在5層以內,但也可以超過層。
滾筒的容繩量，我們?yōu)?，?jù)以上設計可知，每一層纏繞的圈數(shù)：
每一圈所纏繞的長度：
計算鋼絲繩的纏繞層數(shù)為
則鋼絲繩在卷筒上的最小纏饒直經：
鋼絲繩在卷筒上的最大纏饒直經：
鋼絲繩在卷筒上的平均纏饒直經：
根據(jù)設計要求平均速度為
滾筒的轉速為：
最?。?
最大：
計算出系統(tǒng)總傳動比為：
2.5.4驗算滾筒的平均速度（鋼絲繩平均速度）：
1）最小速度
2）最大速度
3）平均速度
3 減 速 器 設 計
3.1減速器總體設計
3.1.1減速器概述
減速器是獨立的原動機和工作機，用來也降低速度并增加扭矩，以滿足工作要求，在某些情況下的生長速度，稱為加速器之間閉傳送。
減速機的選擇應根據(jù)工作機，技術參數(shù)，動力機械性能，經濟性等因素的影響，不同類型的比較選擇條件，品種減速機外形尺寸，傳動效率高，承載能力，質量和價格，選擇最適合的減速。
減速機品類，品種，很多類型，開發(fā)了線的（國家）的目標減速有40余種。減速器類是基于使用的齒輪齒，分工的齒廓的;減速機品種是根據(jù)需要使用不同的結構設計;減速機類型是根據(jù)硬度減速機，傳動系列，軸型，組裝式，安裝類型，連接類型和其他因素而設計的牙齒表面不同特點的基礎上的基本結構。
和減速齒輪聯(lián)合工作機是更復雜的裝載情況下，在減速一個顯著影響，減速器選擇和計算是一個重要的因素，即減速作業(yè)機械負載條件（從動機）裝載情況下，通常分為三類：
①—均勻載荷;
②—中等沖擊載荷;
③—強沖擊載荷。
3.1.2減速器設計
許多不同類型的傳動裝置，根據(jù)傳輸?shù)念愋头譃辇X輪減速機，蝸輪，齒輪 - 蝸輪蝸桿和行星齒輪減速機;齒輪類型按照圓柱齒輪減速機，錐齒輪減速，良好錐形分割 - 圓柱齒輪減速機;該系列的傳輸被劃分成單級和多級齒輪減速機;傳輸?shù)桨才艛U大減速器，減速分流和同軸減速。
該設計采用齒輪 - 蝸輪減速機，齒輪布置在較低的水平，蝸輪，第二齒輪。第一階段齒輪傳動齒輪打滑，撥動用叉子小滑換檔來實現(xiàn)。
減速器傳動方案設計圖為：
圖3.1 減速器傳動方案
3.2減速器參數(shù)確定
3.2.1總傳動比及傳動比分配
根據(jù)減速器情況并查蝸輪蝸桿傳動設計參數(shù)，決定兩級傳動比的分配情況如下:
第一級蝸輪傳動：
式中：為蝸輪蝸桿傳動比
為滑移齒輪傳動比
為大小齒輪傳動比
綜上所得：
蝸輪蝸桿傳動比：
滑移齒輪傳動比：
大小齒輪傳動比：
3.2.2傳動裝置運動參數(shù)的計算
從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸（蝸桿）、Ⅱ軸（第二級軸）、Ⅲ軸（小齒輪軸）、Ⅳ軸（過橋齒輪軸）、Ⅴ軸（大齒輪軸）。
1）各軸轉速計算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
2）各軸功率計算：
電機輸出功率為：
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
3)各軸扭距計算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
表3.1 各軸參數(shù)表
軸 號
轉速
n(r/min)
輸出功率
P(KW)
輸出扭矩
T(N·m)
傳動比i
效率
Ⅰ軸
970
20.13
198.19
25
0.98
Ⅱ軸
38.8
17.40
4282.73
3.45
0.86
Ⅲ軸
11.25
16.71
14184.9
2.65
0.96
Ⅳ軸
11.25
16.04
13616.2
Ⅴ軸
4.25
15.41
34627.18
3.4滑移齒輪的設計計算（參考《機械設計》）
3.4.1齒輪傳動類型
齒輪傳動類型：
1.圓柱齒輪傳動
2.錐齒輪傳動
3.雙曲面齒輪傳動
4.螺旋齒輪傳動
用于交錯間的傳動，傳動比可到5，承載能力較低，磨損嚴重，應用很少。
5.蝸桿傳動
6.圓弧齒輪傳動
7.擺線齒輪傳動
8.行星齒輪傳動
3.4.2滑移齒輪概述
滑移齒輪是在軸可以移動，它傳遞了扭矩被傳遞到軸，由滑鍵或花鍵，換檔實現(xiàn)連接。
斜齒輪不是滑動齒輪。
在螺旋齒輪嚙合的軸向移動將產生，因為牙齒是傾斜旋轉，用于設計增加了難度軸向移動機構。另外，螺旋齒輪嚙合傳動是受力不垂直于軸線，齒輪容易造成脫離。
滑齒輪在使用中，主要注意以下幾點：
1，滑動齒輪意味著軸向齒輪，如：汽車齒輪箱，機器啟閉換檔內，通過滑移換檔開關，如齒輪和一般齒輪的速度是相同的，僅稍大間隙，一端與銼刀鉗工牙齒需要一輪的治療，其目的是使換檔時的打滑能夠順暢地滑動，滑動，換檔轉變。
2,孔滑動齒輪通常需要鑲嵌銅套，并確保良好的潤滑，以減少摩擦。
3，如果要滑齒輪驅動軸一起旋轉，則：設計導向軸鍵（也稱為滑鍵），它們可被設計為一花鍵軸，其目的是為了讓滑動齒輪可在滑動軸，并且還傳動軸可以一起旋轉。
4，在滑動齒輪和常規(guī)齒輪設計的設計是相同的，但在間隙離開更大。
5.考慮叉（類似于汽車檔叉）滑動齒輪的位置，在極限位置，不干擾齒輪的轉動。
6，齒輪齒滑鉗工的端面必須被圓形的，容易打滑的換檔。
7，一定要考慮潤滑
3.4.3滑移齒輪傳動設計計算及強度校核
小滑移雙聯(lián)齒輪轉速，大雙聯(lián)齒輪轉速
高速齒輪傳遞功率：，
1)選擇齒輪材料，確定許用應力
由表6.2選
小齒輪選用40Cr調質鋼，
；
大齒輪選用45號鋼，正火處理，
。
許用接觸應力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強度壽命系數(shù),應力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動乘0.7
彎曲強度的壽命系數(shù) 查圖6-8，
彎曲強度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強度設計計算
確定齒輪傳動精度等級
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動比誤差，
小輪轉矩
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標準中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強度校核計算
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
圖3.4 滑移齒輪
5）當滾筒速度最大時齒輪的主要尺寸
滾筒的最大轉速為
蝸桿的轉速為
蝸輪的轉速為
蝸輪蝸桿的傳動比
大小齒輪的傳動比
第Ⅳ軸轉速（過橋齒輪）轉速
此時滑移齒輪的傳動比
故
滑移齒輪的中心距
此時，
小滑移齒輪的分度圓直徑：
大滑移齒輪的分度圓直徑：
小滑移齒輪的齒根圓直徑：
大滑移齒輪的齒根圓直徑：
小滑移齒輪的齒頂圓直徑：
大滑移齒輪的齒頂圓直徑：
表3.3 滑移齒輪的主要幾何尺寸
名稱
低速
高速
小滑移輪
大滑移輪
小滑移輪
大滑移輪
傳動比
3.45
2.3
模數(shù)
5
5
壓力角
齒頂高系數(shù)
1
1
標準中心距
頂系數(shù)
0.25
0.25
齒數(shù)
35
121
47
109
分度圓直徑
基圓直徑
分度圓齒距
基圓齒距
分度圓齒厚
分度圓齒槽寬
齒根高
齒頂高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
頂隙
3.5大小齒輪的設計計算（參考《機械設計》）
3.5.1齒輪傳動概述
齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動，是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。目前，齒輪傳動的功率可高達數(shù)萬千瓦，圓周速度可達，直徑可達以上單級傳動比可達8以上，傳動效率達。齒輪傳動承載能力大，效率高，傳動比準確，結構緊湊，工作可靠，使用壽命長。但制造和安裝精度要求高，制造費高，不宜用于中心距較大的場合。
齒輪傳動按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。
齒輪傳動設計準則：針對齒輪五種失效形式，應分別確立相應的設計準則。但是對于齒面磨損、塑性變形等，由于尚未建立起廣為工程實際使用而且行之有效的計算方法及設計數(shù)據(jù)，所以目前設計齒輪傳動時，通常只按保證齒根彎曲疲勞強度及保證齒面接觸疲勞強度兩準則進行計算。對于高速大功率的齒輪傳動（如航空發(fā)動機主傳動、汽輪發(fā)電機組傳動等），還要按保證齒面抗膠合能力的準則進行計算。至于抵抗其它失效能力，目前雖然一般不進行計算，但應采取必然措施，以增強輪齒抵抗這些失效的能力。
1、閉式齒輪傳動
由實踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強度為主。但對于齒面硬度很高、齒芯強度又低的齒輪（如用20、20Cr鋼經滲碳后淬火的齒輪）或材質較脆的齒輪，通常則以保證齒根彎曲疲勞強度為主。如果兩齒輪均為硬齒面且齒面硬度一樣高時，則視具體情況而定。對于功率較大的傳動，例如輸入功率超過75kW的閉式齒輪傳動，發(fā)熱量大，易于導致潤滑不良及輪齒膠合損傷等，為了控制溫升，還應作散熱能力計算。
2、開式齒輪傳動
開式（半開式）齒輪傳動，按理應根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗折斷能力兩準則進行計算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計算方法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，目前僅以保證齒根彎曲疲勞強度作為設計準則。為了延長開式（半開式）齒輪傳動的壽命，可視具體需要而將所求得的模數(shù)適當增大。
小齒輪轉速，大齒輪轉速
高速齒輪傳遞功率：，
3.5.2齒輪材料選擇
輪齒材料需要具有強度高、韌性好、耐磨性好等特點，同時具有良好的加工性能和熱處理性能等。常用的輪齒材料有鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料。
一般的齒輪都采用鍛鋼制造，常用的是含碳量在0.15%~0.6%的碳鋼或合金鋼。按熱處理方式和齒面硬度不同可分為以下兩種情況：
（1）用于一般場合的齒輪，可采用軟齒面以便于切齒。常用材料為45、40Cr、35SiMn、42SiMn等中碳鋼和中碳合金鋼。工藝上應將齒輪毛坯經過?；ㄕ穑┗蛘{質處理后切齒。切齒后即為成品。其精度一般為8級，精切可達7級。這類齒輪制造簡單、較經濟，且生產率高。
（2）對于高速、重載以及高精度要求的齒輪傳動，一般選用硬齒面齒輪，同時進行精加工處理。工藝上目前多為先切齒，再作表面硬化處理，最后進行精加工，精度可達5級或4級。所采用的熱處理方式有表面淬火、滲碳淬火、氮化等。這類齒輪精度高、價格較高。
相嚙合的一對齒輪，由于小齒輪嚙合次數(shù)多，齒根彎曲應力大，所以小齒輪的材料和齒面硬度通常比大齒輪的要好些和高些。
故，小齒輪選用40Cr調質鋼，
；
大齒輪35SiMu調質鋼，
。
3.5.3齒輪傳動設計及強度校核
1）確定需用應力
許用接觸應力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強度壽命系數(shù),應力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動乘0.7
彎曲強度的壽命系數(shù) 查圖6-8，，
彎曲強度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強度設計計算
在預定的工作壽命內，為了防止齒輪齒面產生疲勞點蝕，要求齒面最大接觸應力小于材料需用接觸應力，即
確定齒輪傳動精度等級
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動比誤差，
小輪轉矩
按齒輪傳遞的名義功率確定的載荷是作用在齒輪上的名義載荷，在實際齒輪傳動中，考慮到嚙合輪齒間附加的動載荷，應引入多個載荷系數(shù)，將名義載荷修正為計算載荷，并按計算載荷進行齒輪強度計算。
名義載荷
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標準中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強度校核計算
在預定的工作壽命內，為了防止齒根產生疲勞折斷，要求齒根危險截面處最大彎曲應力,小于材料需用彎曲應力，即
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
表3.4 大小齒輪的主要幾何尺寸
名稱
公式
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
由齒輪抗彎強度確定
10
10
壓力角
取標準值
標準中心距
齒數(shù)
30
80
傳動比
2.65
分度圓直徑
基圓直徑
分度圓齒距
基圓齒距
分度圓齒厚
分度圓齒槽寬
齒根高
齒頂高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
3.6過橋齒輪的設計計算
過橋齒輪在傳動系統(tǒng)中只起傳遞轉矩和動力，不改變傳動比。
過橋齒輪模數(shù)：
過橋齒輪齒數(shù)：
過橋齒輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
3.7減速器傳動軸的設計與校核
軸的組成機器的主要零件之一，其主要功用是支撐作回轉運動的零件及傳遞運動和動力。按形狀劃分，軸的類型分為直軸、曲軸、軟軸；按承受載荷劃分，軸的類型分為心軸、轉軸、傳動軸。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價廉，對應力集中地敏感性較低，可以用熱處理獲化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故應用廣泛，其中最常見的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
在一般工作溫度下，碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不多，因此不能單為提高軸的剛度而常用合金鋼。
合金鑄鐵和球磨鑄鐵容易做成復雜的形狀，且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點，可用于制造外形較復雜的軸。
一般情況下，Q235-A通常用于不重要及載荷不大的軸；40Cr通常用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸；40CrNi通常用于很重要的軸；38SiMnMo通常用于很重要的軸，性能接近于40CrNi；38CrMoAlA通常用于要求高耐磨性、高強度的且熱處理變形很小的軸；20Cr用于要求強度及韌性均較高的軸；3Cr13用于腐蝕條件下的軸；QT600-3\QT800-2用于制造復雜的軸。
3.7.1 第一級軸的設計計算
1）計算軸上的作用力
其中：,
,
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
在傳動過程中，蝸桿齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
蝸桿圓周力：
第一級軸向力:
蝸輪圓周力：
第二級軸向力:
徑向力：
2）初步估算軸的直徑
蝸桿的材料為40Cr。
由式計算軸的最小直徑，由于軸跨度很長且要要考慮軸上鍵槽的影響使軸加大60%來確保安全；
查表：取A=100
則
因為軸的最小直徑段通過聯(lián)軸器與電動機軸相連。由上可知電動機軸的直徑使。故取軸的最小直徑為。
3）軸的結構設計
（1）確定軸的結構方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠擋油環(huán)定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠擋油環(huán)定位。由于齒輪直徑小，故做成齒輪軸，齒輪軸段的長度取。右邊半聯(lián)軸器靠軸肩定位。采用角接觸球軸承和彈性柱銷聯(lián)軸器。
圖3.5 第一級軸結構圖
（2）確定各軸段直徑和長度
根據(jù)，并且與電動機輸出軸的直徑相配合來選擇聯(lián)軸器并確定軸Ⅰ段的軸頸。根據(jù)選擇聯(lián)軸器型號為:HL4型。
公稱轉矩。Y型軸孔長度，J、Z型軸孔長度。軸的長度比轂孔長度少短一點為。由軸徑根據(jù)選擇鍵。尺寸為，，。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如圖所示，先確定軸承支點的位置，查7014C軸承，起支點,因此軸的支承點到齒輪載荷作用點距離，，。
圖3.6 軸的結構布置圖
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.7(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.7（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.7（d）
扭矩 圖3.7（e）
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.7 軸的計算簡圖
5）按彎扭合成強度校核軸的強度
當量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為45鋼,調質處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應力
軸的計算應力為：
所以，該軸滿足強度要求。
6）確定危險截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險截面
（1） 計算危險截面應力：
截面右側彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應力：
截面上的扭轉剪應力：
彎曲應力幅：
彎曲平均應力：0
扭轉剪應力的應力幅與平均應力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為40Cr，調質處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機械設計表8-9可得：
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查圖8-12的得
，
表面質量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉的特性系數(shù) 、
?。? 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.7.2 第二級軸的設計計算
1）計算作用在滑移齒輪上的作用力
轉矩：
其中：,
軸上滑移齒輪的分度圓直徑
在傳動過程中，滑移齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
計算作用在蝸輪上的作用力：
圓周力：
軸向力:
徑向力：
各力方向如圖3.9（a）所示
2）初步估算軸的直徑
軸的材料為40Cr，調質處理。
由式計算軸的最小直徑，由于考慮軸上鍵槽及倒角的影響，使軸加大10%來確保安全。
查表：取A=100
則
故取軸的最小直徑為。
3）軸的結構設計
（1）確定軸的結構方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠擋油環(huán)定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠擋油環(huán)定位。2軸上安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動以實現(xiàn)變速，因此此軸長度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個齒寬，所以軸段的長度取。此軸兩端都采用圓錐滾子軸承。
圖3.8 第二級軸結構圖
（2）確定各軸段直徑和長度
段 根據(jù)，查暫選軸承的型號為32016，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤滑方式選擇脂潤滑。軸的長度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度，軸段直徑。
段 此軸段安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動以實現(xiàn)變速，因此此軸長度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個齒寬，所以軸段的長度取，取。
段 此軸段沒有實質要求,起加強作用，取，。
段 此軸上安裝蝸輪，取，。
段 此軸為軸肩，固定軸段右邊的擋油環(huán)和軸承，，。
段 該段軸的直徑。查暫選軸承的型號為32024，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤滑方式選擇脂潤滑。軸的長度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如3.9（a）所示，先確定軸承支點的位置，查32016軸承，起支點,查32024軸承，起支點。因此軸的支承點到齒輪載荷作用點距離，，。
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.9(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.9（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.9（d）
扭矩
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.9軸的計算簡圖
5）按彎扭合成強度校核軸的強度
當量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為40Cr,調質處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應力
軸的計算應力為：
所以，該軸滿足強度要求。
6）確定危險截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險截面
（1） 計算危險截面應力：
截面右側彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應力：
截面上的扭轉剪應力：
彎曲應力幅：
彎曲平均應力：0
扭轉剪應力的應力幅與平均應力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為45Cr，調質處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機械設計表8-9可得：，
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查表8-12的得
，
表面質量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉的特性系數(shù) 、
?。? 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.8鍵的選擇及強度校核
耦合是與軸和連接在所述軸的關鍵部位的結構。由于結構性的訂單，可靠，裝拆方便，等這方面，因此得到廣泛應用。
主要分為平鍵，半圓鍵和斜鍵。
平鍵為普通平鍵，平鍵和滑鍵指南。
分為普通斜斜按鍵，按鍵槽頭斜和切向鍵。
用于靜態(tài)耦合普通平鍵，鍵入的鍵槽A型是好的，但對應力集中在軸的端部鍵槽大;在比圓形按鈕窮人的鍵槽位置B型鍵，用于輔助緊定螺絲固; C型鍵主要用于軸端。
導向平鍵，用于移動的耦合，所述軸部件的軸向移動。
鍵用于移動滑動連接，其不同之處在于滑動導軌平鍵在軸向方向與輪轂鍵槽移動鍵控在輪轂在一起。
半圓鍵：大約在所述鍵槽的擺動以適應輪轂的底面上的幾何中心鍵即可。軸鍵槽深，對軸的強度產生較大影響。
簡單普通斜聯(lián)接結構，軸向固定，沒有額外的部件。
切線關鍵總成應該做兩個斜鍵轂之間卡住合并斜楔。兩支球隊都必須使用雙向扭矩傳遞切的關鍵點不是1200-1300
失敗的關鍵并聯(lián)連接的形式有：①安靜時耦合，鑰匙，軸槽和輪轂槽面較弱的部分可能被壓碎; ②動態(tài)耦合當工作面過度磨損; ③鍵被切斷。
與普通平鍵聯(lián)接相比，花鍵主要優(yōu)點是：①齒被布置成對稱地工作齒區(qū)域，相對均勻的壓力分布; ②花鍵食道淺齒根應力集中小，實力軸和輪削弱小; ③移動結合導向更好，當高定心精度; ④可用銑，軋制，磨等的制造方法能夠提高連接的精度和質量。但花鍵軸和轂槽加工需要專門的設備和工具，制造成本較高。
花鍵的類型和特點：
矩形花鍵結合：光，在兩個系列，一個是輕負載，負載場合。的新標準方式定心取向的內徑。制造，軸和盤轂上要經過研磨接合面，表面硬度鍵熱處理應大于40HRC更高。
漸開線花鍵連接：高根強度，應力集中較小，由自動平衡定心的作用在牙齒表面上的壓力。制造工藝技術和齒輪制造過程是相同的，制造的精度高，拉削過程的成本高。
3.8.1第二級軸小滑移齒輪處
1.確定鍵的類型和尺寸
8級精度的齒輪要求一定的對中性。由于是靜連接，選用A型普通平鍵。當軸徑d=90mm時，鍵選取 b×h=25×14。參照齒輪輪轂寬度及普通平鍵的長度系列，取鍵長L=280mm。
圖3.10導向鍵示意圖
2.強度驗算
因是靜連接，故只驗算擠壓強度,
由式
式中:
由表查取鍵連接的許用擠壓應力為，
故
所以，滿足強度要求
3.8.2第二級軸蝸輪處
1.確定鍵的類型和尺寸
8級精度的齒輪要求一定的對中性。由于是靜連接，選用A型普通平鍵。當軸徑d=160mm時，鍵選取 b×h=40×22。參照齒輪輪轂寬度及普通平鍵的長度系列，取鍵長L=95mm。
2.強度驗算
因是靜連接，故只驗算擠壓強度，
由式
式中:
由表查取鍵連接的許用擠壓應力為，
故
所以，滿足強度要求
3.8.3大滑移齒輪軸大滑移齒輪處
1.確定鍵的類型和尺寸
8級精度的齒輪要求一定的對中性。由于是靜連接，選用A型普通平鍵。當軸徑d=200mm時，鍵選取 b×h=50×28。參照齒輪輪轂寬度及普通平鍵的長度系列，取鍵長L=250mm。
2.強度驗算
因是靜連接，故只驗算擠壓強度,
由式
式中:
由表查取鍵連接的許用擠壓應力為，
故
所以，滿足強度要求
3.8.4大滑移齒輪軸小齒輪處
1.確定鍵的類型和尺寸
8級精度的齒輪要求一定的對中性。由于是靜連接，選用矩形花鍵。當軸徑d=82mm時，鍵選取，，。齒的工作長度為
2.強度驗算
因是靜連接，故只驗算擠壓強度,
由式
式中:
齒間載荷分布不均勻系數(shù)
花鍵的齒數(shù)
花鍵齒側面的工作高度
由表查取鍵連接的許用擠壓應力為，
故
所以，滿足強度要求
3.8.5第四軸軸過橋齒輪處
1.確定鍵的類型和尺寸
8級精度的齒輪要求一定的對中性。由于是靜連接，選用C型普通平鍵。當軸徑d=160mm時，鍵選取 b×h=40×22。參照齒輪輪轂寬度及普通平鍵的長度系列，取鍵長L=100mm。
2.強度驗算
因是靜連接，故只驗算擠壓強度,
由式
式中:
由表查取鍵連接的許用擠壓應力為，
故
所以，不滿足強度要求，故，采用雙鍵，并按180°布置。
故
所以，滿足強度要求。
3.9 減速器中撥叉的設計
礦井絞車的設計可以實現(xiàn)雙速轉換，使一個滑動齒輪實現(xiàn)的速度變化，這需要使用叉子移動至一個小的
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