机械毕业设计（论文）-JZ-161000型凿井绞车设计【全套图纸】.doc

目 录全套图纸，加153893706一般部分1 绪论11.1引言11.2绞车的应用11.3绞车的发展概况11.4国外绞车概况21.4.1 德国Wirth公司齿轮传动绞车21.4.2 Bentec公司绞车31.4.3 美国Varco公司单轴绞车31.4.4绞车发展趋势31.5概述32 总体设计42.1设计要求总则42.2绞车主要设计参数42.3 传动方案的设计42.4电动机的设计选择52.4.1电动机输出功率的计算52.4.2确定电动机的型号62.4.3引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定62.5滚筒的设计计算72.5.1滚筒直径72.5.2滚筒宽度72.5.3滚筒的外径82.5.4 卷筒厚度：92.5.5滚筒强度的计算92.5.6验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）：102.5.7验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数113 减速器的设计计算113.1减速器参数确定113.2圆弧圆柱蜗杆传动的设计计算123.2.1 材料的选定133.2.2初选参数133.2.3初主要几何尺寸计算：143.3传动装置运动参数校核153.3.1第一级齿轮传动校核163.3.2滑移齿轮传动校核213.3.3中间轴齿轮与滚筒齿轮啮合设计263.4轴的设计计算313.4.1轴的材料选择313.4.2高速轴设计计算323.4.3二轴设计计算363.4.4第3轴的设计计算413.4.5第4轴的设计计算454 卷筒轴的设计484.1初步估算轴的直径484.2确定轴的结构方案494.3卷筒轴上轴承的寿命验算514.4制动器的选择514.5 卷筒轴上卷筒与大齿圈联接螺栓的强度验算515 减速器的润滑和密封525.1减速器的润滑535.2减速器的密封535.3减速器箱体及附件的选型设计535.3.1减速器箱体的设计535.3.2减速器附件的选型设计536 联轴器的选型设计556.1联轴器的选型设计556.2 制动器的选型设计576.2.1制动器的选型计算57设计总结59参考文献:60翻译部分英文原文62中文译文69参考文献74一般部分第76页 中国矿业大学2011届本科毕业设计(论文)1 绪论1.1引言煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础。但是目前我国煤炭工业的发展远不能满足整个国民经济的发展需要。因此必须以更快的速度发展煤炭工业。然而，高速发展煤炭工业的出路在于煤炭工业的机械化。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运搬、提升的机械化。其中运搬包括了运搬和辅助运搬。绞车就是辅助运搬的其中一种。我国绞车的发展大致分为三个阶段。20世纪50年代主要是仿制设计阶段；60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。1.2绞车的应用绞车用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备，也可称为卷扬机。绞车可以单独使用，亦可作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因具有结构简单、操作方便、搬运安装灵活，维护保养简单、绕绳量大、价格低廉和可靠性高的优点而广泛应用于物料提升、水平或倾斜拽引重物、打桩、集材、冷拉钢筋、设备安装等工作中。绞车除在建筑工地、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、水电、农业、军事、化工及交通运输等行业中也广泛应用，如高炉料钟和物料的提升，矿井的物料提升，水平、倾斜牵引运输，矿车调度、回柱，船舶上锚链的提升等。1.3绞车的发展概况 现在矿山所用绞车都是由建筑卷扬机发展而来的，所以我们有必要先谈谈建筑卷扬机的发展，从而了解整个矿用绞车的发展历程。我国在很久以前的古代，就知道采用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高工作效率。但由于旧中国工业落后，劳动力便宜，所以在物料的提升和搬运过程中大都是靠工人的肩挑背扛，而绞车只有在一些大型企业中才被使用，应用很少，而且所适用的绞车也均为国外生产，国内基本没有生产绞车的厂家。我国的绞车生产是解放后才开始的，已有近60年的历史。50年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划的需要，绞车的生产被提上了日程。原沈阳国泰机器厂（阜新矿山机械厂前身）等成批仿制了两种绞车，一种为日本的JIS8001型动力绞车，它是一种原动机为电动机，传动形式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快速绞车；另一种是按苏联图纸制造的1011型和1012型普通蜗杆传动、电控慢速绞车。随着生产的发展，到了60年代，绞车的生产和使用越来越多。为了协调生产，主要绞车生产厂家（阜新矿山机械厂、天津卷扬机厂、山西机器厂、宝鸡起重运输机厂等）组成了卷扬机行业组织，隶属于第一机械工业部矿山机械行业下。为了发展绞车的生产，行业组织了相关厂家的人员对全国绞车的生产和应用情况进行了调查。在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了0.5t、1t、3t电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推广。从70年代起，我国绞车的生产进入了技术提高、品种增多、定性生产的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上，1973年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了绞车基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速绞车的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手扳刹车带制动。慢速绞车的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器）、电磁铁制动结构。这两种基型一直到今天还在生产。为了适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了JB926-74建筑卷扬机形式与基本参数和JB1803-76建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。随着部标准的颁布，使绞车有了大发展的基础。为了满足经济发展的需要，各厂家相继生产了20t和32t绞车。从70年代末开始，我国实行了改革开放政策，国民经济大发展，作为国民经济的动力，煤炭产业现代化和机械化的要求日益强烈，许多产品逗进行了防爆改造，从而进入到煤矿井下，其中绞车是最成功的一种产品，JD系列的调度绞车和JH系列的回柱绞车至今还在大量的生产，是矿山井下，运输调度不可替代的机械设备。但这种设备的自动化的程度不高，无法实现无人值守的自动操作，往往由于绞车操作工的操作失误或精神不集中造成安全生产事故。矿山绞车的发展是伴随着煤炭产业发展，九十年代中后期，是我国煤炭生产的一个低潮，矿用绞车的发展十分缓慢，没有什么新的结构，产品出现。但是，2000年以后，国际油价居高不下，煤炭再一次被人们所重视，煤炭价格一路上涨，绞车等一系列的矿山机电产品需求量剧增，促进了绞车的发展，这一时期绞车品种增加，自动化水平增加，新结构、新功能不断出现，但是仍然具有一定的技术瓶颈，即自动控制设备的防爆问题。现在，变频调速技术和PLC控制技术十分的成熟，但是，也只是在矿井的主井和副井的提升系统中得到了最广泛的最成熟的应用。然而，自动化和数字化是矿井发展的必然趋势，为了实现这一目的，矿山设备的自动化和数字化是实现这一目的的基础。本设计也力求用最成熟的PLC控制技术，实现矿井水仓的无人值守，达到牵引绞车能够根据水位自动提升和下降泵房的目的，探索一条能够实现绞车自动化控制的路径。1.4国外绞车概况 在国外，绞车的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中，钻机制造商德国Wirth公司、Bentec公司以及美国Varco公司拥有先进的绞车控制技术、电动机四象限传动技术以及电子(自动) 司钻控制技术。这些绞车控制系统能根据钻压、机械钻速、转盘转速和扭矩等参数控制钻井钢丝绳的连续递送以保持稳定的钻井状态， 进而大大提高钻井效率。下面简单介绍三款国外绞车及其控制。1.4.1 德国Wirth公司齿轮传动绞车德国Wirth公司新一代齿轮传动绞车采用四象限控制技术，配有2台或3台直流或交流电动机，能平稳地减速和停止下降或上升的载荷，在不超过设备使用限制的情况下，直流和交流电动机都能运用再生制动技术，制动能量大部分回馈给电网。绞车控制系统通过控制电动机四象限传动，使能量在一个起下钻作业中按4个不同传动阶段分配。绞车的控制系统是通过一个3060kW的交流电动机来实现其它的辅助驱动。在钻井过程中，自动化司钻控制电动机实现恒钻压自动送钻，保持设定的参数，使钻井工具的寿命得以大大增长。另外，在主电动机失效时，还可做为应急装置，将井中钻具提起。绞车控制系统还包括一套智能防碰系统(ACS)，用来优化游车上下运行过程中的安全和效率，它监控绞车独立的3个刹车系统。系统提供了整个提升系统动能的参数分析，并考虑了包括系统制动能力、钩载、游车的速度和位置等参数，在位于司钻控制室的ACS系统终端设定系统的上、下限位。两个PLC上独立计算大钩的位置、速度和制动距离。根据控制系统的运算法则，并考虑到系统的动能和绞车的刹车系统能力，两个PLC能独立启用再生制动、涡流刹车或盘式刹车。大钩位置、载荷和所需要的制动距离等参数持续地由两个微处理器检测和比较，任何差异都认为是ACS系统失效。电动机再生制动、涡流刹车和盘刹紧急制动将被激活，使载荷制动停止。1.4.2 Bentec公司绞车德国Bentec公司已成功地将四象限传动用于其链传动钻机上， 将电动机用于刹车，并将能量回馈。盘式刹车只用于驻车或紧急制动。绞车遥控操作，游车可以准确定位。自动送钻速度从10 m/ h到150 m/ h 。1.4.3 美国Varco公司单轴绞车美国Varco公司最新一代单轴ADS 10绞车，充分利用了交流变频的控制技术， 可不使用摩擦离合器而使用电动机再生制动来保持负荷。高性能可精确控制的空气冷却和水冷却伊顿( Eaton) 组合盘式刹车可实现自动送钻，并且使该绞车唯一的刹车空气冷却模块用于紧急制动和负载的静态控制， 而水冷却模块用于钻井钢丝绳的均匀递送、游车运行、钻压以及其它钻井参数的动态控制。1.4.4绞车发展趋势 1.大型化由于基础工业大发展，大型设备和建筑构件要求整体安装，促进了大型绞车的发展。2.采用先进电子技术 为了实现绞车的自动控制和遥控，广泛采用先进的电子技术，传感器技术，可编程控制技术。3.发展手提式绞车 为了提高机械化程度，减轻工人的劳动强度，大力发展小型手提式绞车，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型绞车。4.大力发展不带动力源装置的绞车 此种绞车借助汽车和拖拉机动力，结构简单，有一个卷筒和一个减速器即可。1.5概述近年来，随着大型矿井的建设开工，大吨位、大容绳量凿井绞车也应求而生，绞车设备生产厂家、建井单位更如雨后春笋般涌现出来。原GBT151 121994凿井绞车的国家标准已无法涵盖建井单位所需求的设备种类。此时，设备生产厂家规范设计、制造、质量检测，设备使用单位掌握设备使用方法及维护办法已势在必行。凿井绞车制造质量的优劣，设备使用好坏，已严重影响着建井市场的有序、健康发展。本绞车主要用于煤矿、金属矿及非金属矿竖井井筒掘进时悬吊盘、水泵、水管、泥浆泵、风筒等掘进设备。亦可代替建筑绞车，用于地面建筑及搬运等，作起重用。本绞车系根据井筒掘进时悬吊设备的工作制度设计的。作为用于短期工作制而不宜用于吊重长期运转使用。2 总体设计2.1设计要求总则1、煤矿生产，安全第一；2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求；3、既考虑到运输为主要用途，又考虑到运搬、运输等一般用途；4、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定；5、技术比较先进并要求多用途。使用环境和工作条件1）环境温度为；环境相对湿度不超过；海拔高度以下。2）周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢和二氧化碳等不得超过煤矿安全规程中所规定的安全含量。2.2绞车主要设计参数1、钢丝绳的最大静拉力： 2、钢丝绳作业时的速度：快速时610m/min，慢速时35m/min3、容绳量:2.3 传动方案的设计绞车由下列主要部分组成。电动机、卷筒、球面蜗轮付传动装置、变速齿轮、刹车装置和机座。如图2.1所示。1、安全制动器 2、主轴装置 3、中间轴装置 4、浮动联轴器 5、减速器 6、齿式联轴器 7、电动机 8、工作制动器图2.1 JZ-16/1000传动系统图2.4电动机的设计选择2.4.1电动机输出功率的计算已知：最大拉力 平均绳速 即： 则：根据以上的传动方案图2.1可得：总传动效率 其中： 联轴器的效率为； 轴承的效率为； 蜗轮蜗杆传动效率为； 齿轮传动效率=0.972.4.2确定电动机的型号 电动机所需的额定功率与电动机输出功率之间有以下的关系： 其中：用以考虑电动机和工作机的运转等外部因素引起的附加动载荷而引入的系数，取 同时，绞车井下使用，条件比较恶劣，要求电动机必须具有防爆功能，查实用机械设计手册，得到电动机的型号： 额定功率实际转速重量：其外形尺寸： 电机中心高度：电动机轴直径长度：2.4.3引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定本绞车主要用于煤矿、金属矿及非金属矿竖井井筒掘进时悬吊盘、水泵、水管、泥浆泵、风筒等掘进设备。由于其工作环境恶劣，要求其具有一定的防腐蚀及防锈能力。钢丝绳的安全系数取，则钢丝绳所能承受的拉力需满足以下的要求：拉其中：拉则： 查CBll021974,表152一表154选择： 绳 股 绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。其主要参数如下： 钢丝绳直径： 钢丝直径： 钢丝总断面面积： 参考重力： 钢丝绳公称抗拉强度： 钢丝破断拉力总和：整条钢丝绳破断拉力总和：S=Kt=0.851035000=879750N式中 K钢丝绳捻制折减系数，取K=0.85。2.5滚筒的设计计算2.5.1滚筒直径式中，钢丝绳直径 则 取 2.5.2滚筒宽度图2.2 卷筒容绳尺寸参数及结构示意图滚筒的宽度直接影响到最终产品的宽度，因此它的宽度必然要有最大值的限制，即不能太宽。滚筒的宽度太窄的话，那么与减速器装配起来后，就会显得不协调。所以滚筒的宽度不能随便确定，而最好是在画图的过程中把它定下来，这样有利于整体的配合。让人看起来协调、美观、大方。但现在考虑到滚筒的平均速度以及便于下面的各种计算，我们暂定滚筒宽度为2.5.3滚筒的外径按照常规，同时根据煤矿安全规程，钢丝绳的缠绕层数最好不要超过5层，也就是说，控制在5层以内,但也可以超过层。滚筒的容绳量，我们为，据以上设计可知，每一层缠绕的圈数：（圈）每一圈所缠绕的长度：计算钢丝绳的缠绕层数为（层）则钢丝绳在卷筒上的最小缠绕直经：钢丝绳在卷筒上的最大缠绕直经：钢丝绳在卷筒上的平均缠绕直经：2.5.4 卷筒厚度：对铸铁卷筒：厚度=0.02+(6-10)=0.02900+9=26 mm2.5.5滚筒强度的计算若忽略滚筒自重力，滚筒在钢丝绳最大拉力作用下，使滚筒产生压缩、弯曲和扭剪应力。其中压缩应力最大。当时，弯曲和扭剪应力合成应力不超过10%压缩应力。所以，当时，只计算压缩应力即可。滚筒的材料选用铸钢ZG270-500。根据新编机械设计实用手册式29-3， 根据设计要求平均速度为;滚筒的转速为：计算出系统总传动比为：图2.3卷筒的受力分析2.5.6验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度）：1）最小速度 2）最大速度 3）平均速度2.5.7验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数1）电机在闷车时，钢丝绳的拉力2）电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数所以电机闷车时，钢丝绳也安全。3 减速器的设计计算3.1减速器参数确定根据减速器情况并查蜗轮蜗杆传动设计参数，决定三级传动比的分配情况如下:第一级齿轮传动：第二级蜗轮传动：第三级齿轮传动：电动机输出功率：系统总传动比：第一级：第二级：第三级：系统中各个传动轴的速度： 1轴2轴 =，= 3轴 =，=4轴 =5轴 =，=各轴功率计算： 电机输出功率为： 1轴 =2轴 3轴 4轴 5轴 计算各轴扭距1轴2轴3轴4轴5轴3.2圆弧圆柱蜗杆传动的设计计算蜗杆传动用于于传递空间交错的两轴间运动和动力,通常两轴的交角为。蜗杆传动的特点：1）传动比大，在动力传动中，一般传动比，在分度机构中，传动比可达成1000；2）传动平稳，冲击载荷小；3）具有自锁性；4）相对滑动速度较大，当工作条件不够好时，会产生严重的摩擦磨损，传动效率低，自锁性时效率仅为左右；5）要采用减摩性较好的贵重有色金属的合金作蜗轮，成本较高。蜗杆传动的类型：有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。圆柱蜗杆传动又分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。普通圆柱蜗杆传动分为阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）、法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）和渐开线蜗杆（ZI蜗杆）。各蜗杆传动的特点及应用：阿基米德蜗杆：端面齿廓为阿基米德螺旋线，轴向齿廓为直线。加工时，车刀切削平面通过蜗杆轴线。一般用于低速、轻载或不重要的传动。法向直廓蜗杆：端面齿廓为渐开线。加工时，车刀刀刃平面与基圆相切，可在专用机床上磨削，易保证加工精度。一般用于蜗杆头数较多、转速效高且精度要求较高的传动。渐开线蜗杆：端面齿廓为延伸渐开线，法面齿廓为直线。可用砂轮磨削，常用于多头、精密的传动。圆弧圆柱蜗杆传动：蜗杆齿廓为内凹弧形，蜗轮齿廓为凸弧形。其综合曲率半径较大，承载能力高， 较普通圆柱蜗杆传动高。广泛应用于冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备中。环面蜗杆传动:同时啮合的齿对数多,由于齿的接触线与相对运动方向处处几乎垂直,齿面间形成动压油膜条件好,承载能力高于普通圆柱蜗杆传动约倍.制造和安装较复杂,对精度要求高。锥蜗杆传动：同时啮合的齿对数多，重合度大。传动比大，一般为。承载能力和效率较高。侧隙可调整，机构紧凑。制造安装简单方便。但传动具有非对称性，正反转受力、承载能力和效率均不相同。在此，选用圆弧圆柱蜗杆传动。3.2.1 材料的选定蜗杆材料：40Cr调质HB=250300； 蜗轮材料：ZQSn663； 精度8级，齿面粗糙度Ra1.6m。3.2.2初选参数 初选中心距:根据公式由表14-4-34查得值代入式子得，由图14-4-17查得=250mm。选择蜗杆头数和蜗轮齿数：按由表14-4-25取。3.2.3初主要几何尺寸计算： 按由表14-4-29步骤计算。 校核：结论：合格按表14-4-24取=5mm3.3传动装置运动参数校核齿轮传动的失效主要发生在轮齿部位，其他部位很少失效。轮齿的主要形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。轮齿折断指齿轮一个或多个齿在齿根部位整体或局部的断裂。轮齿因受到短是过载或冲击栽荷时，引起轮齿突然断裂，叫过载折断。轮齿在多次重复的弯曲应力和应力集中作用下的折断，叫疲劳折断。齿面点蚀是指在交变的接触应力多次反复作用下，在齿面节线附近，会出现若干小裂纹。封闭在裂纹中的润滑油，在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点状凹坑，形成齿面疲劳点蚀。齿面胶合是指在高速重载和低速重载传动时，相啮合齿面金属发生粘焊现象，随着齿面相对运动，粘焊处衩撕破脱胎换骨后轮齿表面沿滑动方向形成沟痕，一般出现在齿顶和齿根处。齿面磨损是指当外界的硬屑落入运动着的齿面间，就可能产生磨粒磨损。另外当表面粗糙的硬齿与较软的轮齿面相啮合时，由于相对滑动，软齿表面易被划伤也可能产生齿面磨粒磨损。塑性变形是当齿轮材料较软面载荷摩擦力又很大时，啮合过程中，齿面表层会沿着摩擦力的方向产生塑性变形从而破坏正确齿形。主动轮在节线附近形成凹槽，从动轮在节线附近形成凸脊。3.3.1第一级齿轮传动校核设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N 由式6-7： = 接触强度寿命系数：查图6-5得： 接触强度最小安全系数：许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 =29411/1.4=210 2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取I公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=25大轮齿数: 圆整取齿数比u :传动比误差格合格 合格小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=,节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则： 齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取v=3.4m/s相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式6-10： 齿形系数:查机械设计手册表6.5小齿轮：=2.76大齿轮：=2.45应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮：重合度： 重合度系数： 故：所以齿根弯曲强度满足。4) 、齿轮其他主要尺寸计算：根圆直径 顶圆直径 =1合格=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87 =2.76 齿根弯曲强度满足3.3.2滑移齿轮传动校核设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮45 正火应力循环次数N 由式6-7： = 接触强度寿命系数：查图6-5得： 接触强度最小安全系数：许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=54011/1.4=385.7 =42011/1.4=300 2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:选=38大轮齿数:圆整齿数比u : 传动比误差 合格小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则：齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取v=2.5m/s相近齿宽:大轮齿宽：小轮齿宽：3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式6-10： 齿形系数:查机械设计手册表6.5小齿轮：=2.62大齿轮：=2.214应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮： 重合度： 重合度系数： 故：所以齿根弯曲强度满足。5) 、齿轮其他主要尺寸计算：根圆直径 顶圆直径 =1合格=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.62 =2.214齿根弯曲强度满足3.3.3中间轴齿轮与滚筒齿轮啮合设计设计项目及说明结果1)、选择齿轮材料，确定许用应力由表6.2选： 小齿轮40Cr 调质大齿轮20CrMnTi 正火应力循环次数N 由式6-7： = 接触强度寿命系数：查图6-5得： 接触强度最小安全系数：许用接触应力: 接触疲劳极限 :查机械设计图6-4: 由式 则： 许用弯曲应力由式：弯曲疲劳极限查机械设计图6-7： 弯曲强度寿命系数： 查机械设计图6-8: 弯曲强度尺寸系数:查机械设计图6-9(设模数小于5): 弯曲强度最小安全系数 则：=37811/1.4=270 =2941.11/1.4=231 2)、按齿面接触疲劳强度设计计算。确定齿轮传动精度等级，按= (0.0130.022) =参考表 6.7表 6.8选取II公差组8级，小轮分度圆直径，由机械设计式6-5： 齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置，取小轮齿数:在推荐值20-40中选=21大轮齿数: 圆整取齿数比u :传动比误差 合格小轮转距:载荷系数K： 使用系数： 查机械设计表6.3，=1 动载荷系数：由推荐值选=1.2齿间载荷分配系数由：=0得=1.1齿向载荷分布系数：由推荐值选=1.1则载荷系数:=11.21.11.1=1.45材料弹性系数：查表得=节点区域系数：查机械设计手册（），=2.5重合度系数：由推荐值：0.850.92选=0.87则：齿轮模数： (圆整后的值)小齿轮分度圆直径：大齿轮分度圆直径：标准中心距: 圆周速度：与故取v=0.097m/s相近齿宽:大轮齿宽： 小轮齿宽： 3)、齿根弯曲疲劳强度计算： 由式6-10： 齿形系数:查机械设计手册表6.5小齿轮：=2.76大齿轮：=2.23应力修正系数：查机械设计手册小齿轮：大齿轮： 重合度： 重合度系数： 故：所以齿根弯曲强度满足。4)、齿轮其他主要尺寸计算：根圆直径 顶圆直径 =1合格=1=1.2=1.1=1.1K=1.45=2.5=0.87=2.76 =2.23齿根弯曲强度满足3.4轴的设计计算轴是绞车中重要零件之一。其主要功能是支撑回转运动的零件，并传递运动和动力。轴通过轴承与卷筒或减速器箱体相联，装在轴上的零件都围绕轴心线作回转运动，形成了一个以轴为基础的轴系部件。因此，在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须计及轴系零（部）件对轴的影响。设计轴时，应解决的主要问题有结构设计和工作能力计算两个方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。而对刚度较高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高度运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防发生共振而破坏。3.4.1轴的材料选择绞车中轴的材料应具有足够的静强度和疲劳强度，并具有一定的韧性、耐磨性和抗腐蚀性。选择轴的材料时除首先满足使用要求外，还要考虑轴材料的工艺性及经济性等。轴的材料主要是碳钢和合金钢。毛坯多数用轧制圆钢和锻件。碳钢价廉，对应力集中的敏感性较低，可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故而应用广泛，其中最常见的是45号钢。合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸和重量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下（低于200），碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，因此不能单为提高轴的刚度而采用合金钢。合金铸铁和球墨铸铁容易做成复杂的形状，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。综合考虑使用工况，载荷分布及整体的经济性，轴全部采用45号钢制成，并进行调制处理。卷筒轴的结构设计应该综合考虑如下几点：1） 便于起吊和安装；2） 卷筒轴的断面变化不应太剧烈，并要防止其他类型的、过大的应力集中；3） 卷筒轴的加工和热处理需要严格遵守规程，并于机械加工前在轴头切样检验，此外还应进行探伤检验；4） 卷筒轴的材料选择最常用的45号结构钢，并进行调制和表面淬火处理。牵引绞车中共有各种轴6根，其中齿轮轴2根。卷筒轴为心轴，其余皆为转轴。各轴的设计校核验算有许多相似之处，这里只详细介绍承受较大载荷的减速器输出轴和卷筒轴的设计和校核验算。3.4.2高速轴设计计算1)计算作用在齿轮上的力轴的转矩 转矩： 轴上大齿轮分度圆直径： 圆周力 径向力 轴向力 2)初步估算轴的直径选取40GrNi作为轴的材料，调质处理，用于很重要的高速轴。由机械设计手册表19.1-1查得材料力学性能数据为：抗拉强度：屈服点；抗弯疲劳极限：抗扭疲劳极限： 由机械设计手册表19.3-1公式 ，计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响。 查机械设计手册表19.3-2，取,则：3)轴的结构设计1、确定轴的结构方案右轴承从轴的右端装入，齿轮左侧靠轴肩定位。齿轮从轴的右端装入，左轴承从轴左端装入，齿轮右侧端面靠轴花键定位，半联轴器靠端盖定位。左轴承采用轴承端盖定位，半联轴器靠轴端挡圈得以轴向固定。齿轮和半联轴器采用普通平键得到周向固定。采用调心球轴承和弹性柱销联轴器。轴的结构如图3.1所示。 图3.1 高速轴的结构设计2、确定各轴段直径和长度 段 根据圆整并考虑悬臂支撑因素取该段直径，长度为联轴器安装尺寸及到箱体安装轴承的长度，选择弹性柱销器，即。 段 该段直径应满足轴承的安装尺寸和定位需要，。取。 段 ，为了便于装拆轴承内圈，查GB/T5868-2003，暂选调心球轴承型号为，其宽度。采用密封的方式，考虑轴承宽度尺寸，则该轴段长度4)确定轴承及齿轮作用力位置各力方向如图5.1-2所示，先确定轴承支点位置，查圆锥滚子轴承，其支点尺寸，因此轴的支承点到另一个轴的支承点距离，,5)高速轴上键的强度验算键连接具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点，因此获得了广泛的应用，在此采用的是环面蜗杆减速器，输入轴与轴上零件的径向固定采用了普通平键连接，在两个齿轮之间采用矩形花键固定和实现变速。平键连接可能的失效形式有:（1）静连接时，键、轴槽和轮毂槽中较弱零件的工作面可能被压溃；（2）动连接时，工作面出现过度磨损；（3）键被剪断。实际上，平键连接最容易发生的失效形式通常是压溃和磨损，一般不会发生键被剪断的现象（除非有严重过载）。因此键连接的强度计算一般只需要进行挤压或耐磨性计算。本设计中所有的键均采用静联结，所以只需要进行挤压强度的校核计算。 键为A型普通平键，型号为：键 (GB/T1096-97), 由表3.2选取： 由于： 所以，键强度满足要求。花键为矩形花键外径定心轻系列由式3-3： 上式中：扭矩，； 载荷分布不均匀系数，； Z花键齿数，； 花键齿侧面的工作高度,mm; ； 齿的工作长度，； 花键的平均直径,mm; 许用挤压应力，由表3.4选取。 由上计算可知，花键强度满足要求。6)轴的弯矩图和扭矩图图3.2 高速轴的受力分析7) 高速轴轴承的寿命验算按轴承所承受的外载荷不同，滚动轴承可以分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。按滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。按自动调心性能，轴承可分为调心轴承和非调心轴承。8)轴承的类型选择选用滚动轴承的类型时，应先考虑轴承的工作条件、各种轴承的特点、价格等因素。在选用滚动轴承应考虑的主要问题有：图5.2 卷筒轴受力分析图1.轴承承受的载荷（1）载荷的大小 载荷较轻或中等载荷时，可选用球轴承；载荷较大时宜选用滚子轴承。（2）载荷的方向 根据各类轴承所能承受的载荷方向来选择。当径向载荷和轴向载荷联合作用时，可选用向心轴承和推力轴承联合使用，用以分别承受径向载荷和轴向载荷。（3）载荷的性质 承受径向冲击载荷时，宜选用螺旋滚子轴承或圆锥滚子轴承。2.轴承的转速通常，转速较高，载荷较小或要求旋转精度较高时，宜选用球轴承；转速较低，载荷较大或有冲击载荷时宜选用滚子轴承。推力轴承的极限转速很低。工作转速较高时，若轴向负荷不十分大时可采用角接触球轴承来承受轴向载荷。3）调心性能的要求当轴承的内、外圈轴线有很大的相对转角时，应采用调心求轴承或调心滚子轴承。4）安装和拆卸当轴承座没有剖分面而必须沿轴线安装和拆卸轴承部件时，应优先选用内外圈可分离的轴承（如圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等）。当轴承在长轴上安装时，为了便于装拆，可选用其内圈孔为1：12的圆锥孔的轴承。5）经济性要求一般来说，深沟球轴承价格最低，滚子轴承比球轴承价格高。轴承精度越高，则价格越高。选择轴承时，必须详细了解各种轴承的价格，在满足使用要求的前提下，应尽可能地降低成本。9)滚动轴承的校核计算 两个轴承为调心球轴承型（GB/T276-1994）,A处轴承受力较F处大，故仅需校核A处的轴承，考虑最不利的情况，即齿轮的轴向力全部由A轴承承担。 ，e=0.38,x=1,y=0 轴承工作时有轻微冲击，由机械设计表10.6 载荷系数 取温度系数 据以上计算可知，二轴上各轴承的寿命均满足要求。3.4.3二轴设计计算1)计算作用在齿轮上的力 轴上齿轮的分度圆直径为 蜗轮直径 d=534mm轴的转矩 圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图3.2所示圆周力 径向力 轴向力 N N N2)初步估算轴的直径选取40Gr作为轴的材料，调质处理，用于很重要的高速轴。由机械设计手册表19.1-1查得材料力学性能数据为：抗拉强度：屈服点；抗弯疲劳极限：抗扭疲劳极限： 由机械设计手册表19.3-1公式 ，计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响。 查机械设计手册表19.3-2，取,则：3)轴的结构设计1.拟订轴上零件的装配方案装配方案如图所示右轴承从轴的右端装入，齿轮左侧靠轴环定位。齿轮和左轴承从轴的左端装入，两齿轮之间靠套挡环定位，齿轮右侧端面靠轴承座定位。左右轴承均采用轴承端盖。齿轮采用普通平键得到周向固定。采用圆柱