〔大学论文〕JHB-8型回柱绞车（含word文档） .pdf

目录 1 1 绪论绪论1 1.1 引言1 1.2 概述 1 1.3 国内外绞车的发展3 1.4 jhb-8 型回柱绞车的技术特点3 2 2 总体设计总体设计 4 2.1 设计总则4 2.2 设计条件4 2.3 传动方案的设计5 2.4 电动机的设计选择5 2.4.1 电动机输出功率的计算5 2.4.2 确定电动机的型号6 2.4.3 牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定7 2.5 滚筒的设计计算7 2.5.1 滚筒直径d7 2.5.2 滚筒宽度b7 2.5.3 滚筒的外径 1 d8 2.5.4 验算滚筒的平均速度8 2.5.5 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数9 3 3 减速器的设计计算减速器的设计计算10 3.1 减速器参数确定10 3.2 圆弧蜗杆蜗轮的设计计算11 3.2.1 材料的选定12 3.2.2 初选参数12 3.2.3 蜗轮蜗杆参数计算及校核13 3.3 内齿轮啮合及过桥传动设计17 3.3.1 传动材料以及数据参数17 3.3.2 强度校核18 3.4 过桥齿轮与滚筒齿轮啮合设计： 23 3.4.1 传动材料以及数据参数 23 3.4.2 强度校核24 3.5 减速器传动轴的设计校核29 3.5.1 第1轴的设计计算29 3.5.2 第 2 轴的设计计算36 3.5.3 第3轴的计算38 4 4 滚筒轴的设计计算滚筒轴的设计计算39 4.1 滚筒和齿轮上的作用力39 4.2 确定轴的结构方案40 4.3 轴的强度校核41 4.3.1 绘制轴的弯矩图和扭矩图41 5 5 系统传动部件的校核系统传动部件的校核47 5.1 联轴器上键的校核47 5.2 蜗轮上键的校核47 5.3 内齿轮上键的校核48 5.4 轴轴承的校核48 5.5 滚筒轴承的校核51 5.6 制动器的校核51 5.7 滚筒联结螺栓的校核52 6 6 jhb-8jhb-8 型回柱绞车使用说明书型回柱绞车使用说明书54 6.1 使用范围54 6.2 主要技术规范54 6.3 结构特征54 6.4 绞车的润滑与密封55 6.5 电气操纵系统55 6.6 绞车的装配、调整、及试运转55 6.6.1 卷筒装置56 6.6.2 空负荷试运转56 6.6.3 负荷试运转56 6.7 安装、固定、操作和后移57 6.8 绞车的操作规程59 6.8.1 工作前的注意事项60 6.8.2 工作时应遵守下列规定60 6.8.3 工作后应注意的事项61 6.9 绞车的维护、拆卸与修理61 6.10煤矿安全规程对矿井提升机和绞车规定62 6.11绞车的运输和贮存67 小结小结 68 参考文献参考文献 69 附录附录 70 翻译部分翻译部分 英文原文74 中文译文83 致谢致谢90 摘要 jhb8 型回柱绞车是一种有效的矿山辅助运搬设备。 该型绞车主要应用 于回柱放顶之用， 同时也可用于上山、 下山、 平巷等综采工作面设备的搬迁， 比如液压支架、溜槽等。此外，拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都 可以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑工地、工厂企业，这种绞车也 可以发挥作用。 jhb8 型回柱绞车的传动系统采用两级传动，包括蜗轮蜗杆齿轮传动、 圆柱齿轮传动，在设计过程中采用承载能力大的圆弧蜗轮蜗杆；而且采用了 开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动系统，便于安装和拆卸，结构布 置紧凑、合理。 在设计过程采用锥面制动端盖实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车 起动时动载小，钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起 动电机，然后操作制动的手柄，便可实现绞车的动作。 设计中为使回柱绞车具有良好的防爆性能采用了防爆电动机以及防爆 磁力启动器和防爆按钮开关。该绞车适用条件强、使用寿命长。该绞车结构 紧凑，外形尺寸小；结构为近似对称布置，外形美观，成长条形，底座呈雪 橇状；绞车重心低，底座刚性好，可安装地锚，运转平稳，安全可靠，安装 方便。 关键词：回柱绞车； 圆弧蜗轮蜗杆； 制动 abstractabstractabstractabstract jhb 8 to prop pulling winch is an effective mine auxiliary equipment shipped to move. this type of winch mainly used to top-of-use, but also can be used to uphill, downhill, pingxiang fully mechanized coal face, such as the relocation of equipment, such as hydraulic support, the chute, and so on. in addition, the belt-tighten the nose, and transport material, scheduling and other work vehicles can be used to complete the winch. at ports, terminals, construction sites, factories and enterprises, the winch can also play a role. jhb 8 to prop pulling winch drive system using two transmission, including worm worm gear drive, cylindrical gear transmission, in the process of designing a large carrying capacity of the arc worm gear, and adopted the open-gear transmission, greatly simplifies the mechanical part of the drive system, easy to install and demolition, structural layout compact and reasonable. in the design process using cone brake cover state and work to achieve a state of interlocking brake. starting at the winch dynamic small, the impact on the rope. just gently move the motor control button, we can start the electrical and operation of the brake handle, can be realized winch action. design for the prop pulling winch has a good performance by the explosion-proof electrical explosion-proof and explosion-proof magnetic starter button switch. the winch conditions apply strong and long life. the winch compact structure, shape, small size, structure similar to symmetrical layout, aesthetic appearance, growth strip, a sled-shaped base; winch low center of gravity, rigid base, and can be installed to anchor, a smooth operation, safety and reliability, ease of installation. keywordskeywordskeywordskeywords：prop pulling winch; arc worm gear; brake 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。但是目前我国的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 概述 回柱绞车又称慢速绞车，是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶之用。由于 它的高度较低重量又轻，特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，以及 各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱。随着机械化采煤程 度的提高，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收牵 引各种设备和备件。 jhb-8 型回柱绞车是一种有效的矿山辅助设备。该型绞车主要应用于回 柱放顶之用，同时也可用于上山、下山、平巷等综采工作面设备的搬迁，比 如液压支架、溜槽等。此外，拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可 以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑工地、工厂企业，这种回柱绞车 也可以发挥作用。可见，回柱绞车在煤炭行业、机械行业，包括部分其他行 业都有着不可忽视的地位。 回柱绞车在回采工作面的布置方式有以下三种： 1）安装在回风巷内，距回采工作面约20 30m。这种布置方式适用条 件广，尤其是煤层倾角较大，顶板破碎，压力较大的工作面。但这种布置方 式会影响回风巷的运料工作。 每一次回柱需移动导向轮， 钢丝绳绕过导向轮， 多了一个 o 90 拐弯，摩擦阻力增大，钢丝绳容易损坏。按这种方式布置的回 柱绞车，必须沿钢丝绳牵引方向长条式布置，绞车宽度不应超过900mm， 过 宽则会堵塞巷道。因为运料工人常常从机体旁经过，齿轮一定要密闭，不然 就容易引起事故。 2）安设在回采工作面上端，紧靠回风巷上部和密集支柱之间。这种布 置方式当顶板较好，煤层倾角较小的条件下采用。但每进行一个循环都须移 动绞车，且需移开柱子，因而不够方便。在工作面上方顶板压力较大时，机 座受力容易变形，可能引起齿轮啮合不良，甚至回柱绞车有被压埋的危险。 3）安设在工作面上，工作面上有数台绞车同时回柱，加快回柱速度。 这种布置方式对浅截深的机采工作面尤为需要。例台徐州矿务局认为，回柱 设备是当前提高煤产量的关键。现在安排回柱放顶时间是每天一个班（8 小 时） ， 而用刨煤机进尺1.2米只要 2 小时就能完成，因此，只要加快回柱速度， 就会收到提高煤产量的效果。 回柱绞车结构的一般分析 1）按驱动机构分 （1）手摇式回柱绞车 手摇式回柱绞车用于人工回柱，体积小，重量轻，移动方便，结构简单。 但人工回柱效率低，安全性差，一般只用作辅助作业，或在回收金属支柱时 使用。 （2）风动回柱绞车 风动回柱绞车拉力大，重量轻，适用于我国西南地区的超级瓦斯矿，但 是风动回柱绞车成本较高，使用范围受到限制。 （3）电动回柱绞车 电动回柱绞车使用范围最广，目前各制造厂生产的多为电动回柱绞车。 2）按滚筒结构分 （1）缠绕式滚筒 缠绕式滚筒具有一定的容绳量，操作简单，使用范围广，但体积和重量 都比较大，现在生产的回柱绞车以采用缠绕式滚筒的为最多。 （2）摩擦式滚筒 摩擦式滚筒多制成双曲线型，靠滚筒上的几圈钢丝绳与滚筒的摩擦力带 动钢丝绳进行工作，滚筒量不受限制，也不存在排绳子问题，解决了“咬绳 现象，这种绞车尚在试验中。 （3）链条滚筒 链条滚筒即用缠绕链条来进行回柱工作。因链条较重，不宜太长，如某 厂生产的三吨轻便回柱绞车，链条仅有 6 米，因此，使用这种回柱绞车的极 少。 3）按传动机构分 （1）普通蜗杆蜗轮传动 淮南煤矿机械厂 1952 年生产的 hj-14 型回柱绞车，第一级为普通蜗杆 蜗轮传动，再经过二级圆柱齿轮带动滚筒。采用蜗杆蜗轮传动机械效率低， 虽具有结构结实耐用的优点，但体积重量都很大，搬运困难，不适于井下狭 窄环境和经常移动的特点，故此类回柱绞车已不再生产。 （2）圆弧面蜗杆传动 现在生产的各种回柱绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为 0.8 0.85机器体积和重量都相应减少。 1.3 国内外绞车的发展 近40年我国的煤炭行业发生了巨大变化，总裁机械化水平达到国际先进 水平，综采单采原煤产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运 输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。原煤的运 输也已经实现了大运量娦式输送机化，但井下轨道辅助运输与之很不适应， 材料的运较基本上沿用传统的小绞车群接 式的运输， 运输战线长， 环节多， 占用搬运设备、人员多，安全性差，效率低。尽管一些煤矿对其进行了技术 改造, 但仍然满足不了当前矿井发展和生产的需要。可见矿井辅 运输是当 前现代化矿井建设的关键和重点。 我国绞车的诞生是从20世纪50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联 的；60年代进入了自行设计阶段；到了70年代，随着技术的慢慢成熟，绞车 的设计也进入了标准化和系列化的发展阶段。但与国外水平相比，我国的绞 车在品种、型式、结构、产品性能，三化水平（参数化、标准化、通用化） 和技术经济方面还存在一定的差距。 国外矿用绞车发展趋势有以下几个特点： 1）标准化系列化； 2）体积小、重量轻、结构紧凑； 3）高效节能； 4）寿命长、低噪音； 5）一机多能、通用化高f、大功率； 6）外形简单、平滑、美观、大方。 针对国外的情况我们应讥采取以下措施： 1）制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能； 2）完善测试手段，重点放在产品性能检测； 3）技术引进和更新换代相结合； 4）组织专业化生产，争取在较短时间内达到先进国家的水平。 1.4 jhb-8 型回柱绞车的技术特点 1）速度变化不大，回柱效率高 jhb-8 型回柱绞车工作时的牵引速度为5.98.1m/min， 平均速度7m/min, 最大牵引力为80kn，容绳量为100m，工作效率大大提高。 2）结构简单，布置合理 jhb-8 型回柱绞车的传动系统采用两级传动，包括圆弧蜗轮蜗杆齿轮传 动、圆柱齿轮传动，而且采用了开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动 系统，便于安装和拆卸，结构布置紧凑、合理。 3）操作简单，安全可靠 jhb-8 型回柱绞车采用锥面实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车起 动时动载小，钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起动 电机，然后操作制动的手把，便可实现绞车的动作。 2 总 体 设 计 2.1 设 计 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）要考虑到回柱时的各种问题。 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 oo 10 c 40 c+；环境相对湿度不超过 () 0 95%25c+； 海拔高度2000m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 设 计 条 件 最大牵引力：80knf= 平均牵引速度：7m/minv= 容绳量：100ml= 2.3 传动方案的设计 0 z过桥齿轮 1 z蜗杆 2 z蜗轮 3 z内齿轮 4 z滑移齿轮 5 z大齿轮 1蜗杆轴 2蜗轮轴 3过桥齿轮轴 4滚筒轴 图 2.1 jhb-8 型回柱绞车传动系统图 其传动路线是： 防爆电机联轴器蜗杆蜗轮内齿轮外齿轮过桥齿轮大齿 轮卷筒。 2.42.42.42.4 电动机的设计选择 2.4.12.4.1 电动机输出功率的计算电动机输出功率的计算 已知： 最大拉力80knf= 平均绳速7m/minv= 即：7/600.117m/sv= 则：() kw 1000 f v p = 根据以上的传动方案图 2.1 可得： 总传动效率 3 43 3 21 = 33 97 . 0 88 . 0 99 . 0 99 . 0 = 745. 0= 其中： 联轴器的效率 1 为99. 0； 轴承的效率 2 为99. 0； 蜗轮蜗杆传动效率 3 为0.85； 齿轮传动效率 4 =0.97。 2.4.22.4.2 确定电动机的型号确定电动机的型号 = 1000 vf p 745 . 0 1000 117 . 0 100080 = 12.56kw= 电动机所需的额定功率p与电动机输出功率 p之间有以下的关系： pkp a 其中： a k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2 . 1= a k 1.2 12.5615.07kwp= 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， 查机械零件设计手册 ，得到电动机的型号：yb200l-8 额定功率15kwp= 实际转速730r/min d n= 重量：kg288 0 . 2= 额定转矩 最大转矩 8 . 1= 额定转矩 堵转转矩 0 . 6= 额定电流 堵转电流 其外形尺寸：()750 490 625 mm =长 宽 高 电机中心高度h：280mmh= 电动机轴直径长度：55 110mm 2.4.32.4.3 牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定牵引钢丝绳直径的确定及滚筒直径的确定 回柱绞车主要用于回采工作面中的回柱放顶，亦可用于托运重物和调度 车辆等用途。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4k=，则钢丝绳所能承受的拉力f需满足以下的 要求： 4ff拉 其中：f拉80kn= 则：320knf 查机械设计手册 ， 195 p表)2(22 选择：绳196 股)1261 (+ 绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。 其主要参数如下： 钢丝绳直径：17mm 钢丝直径：1.1mm 钢丝总断面面积： 2 108.28mm 参考重力：1023mm 钢丝绳公称抗拉强度：1400mpa 钢丝破断拉力总和s：151500n 2.5 滚筒的设计计算 2.5.12.5.1 滚筒直径滚筒直径d (20 25)dd 式中，d钢丝绳直径17mmd= 则(20 25) 17d ()340 425 mm 取360mmd= 2.5.22.5.2 滚筒宽度滚筒宽度b 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 300mmb=。 2.5.32.5.3 滚筒的外径滚筒的外径 1 d 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5层。 滚筒的容绳量，我们为100m，据以上设计可知，每一层缠绕的圈数n： 300/1717n=（圈） 每一圈所缠绕的长度l： rl=2 2 3.14 360/2= 1130.4mm= 计算钢丝绳的缠绕层数为100 (17 1.1304)5（层） 则钢丝绳在卷筒上的最小缠饶直经： min 360mmd= 钢丝绳在卷筒上的最大缠饶直经： max 3604 2 17496mmd=+ = 钢丝绳在卷筒上的平均缠饶直经： ()() maxmin 11 496360428mm 22 c ddd=+=+= 根据设计要求平均速度为7.0m/min c v= 滚筒的转速为： 1000 7 5.2r/min 3.14 428 n = 计算出系统总传动比为： 730 140.38 5.2 i= z 2.5.42.5.4 验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度验算滚筒的平均速度（钢丝绳平均速度） ： 1）最小速度 3 minmin 10 d z n vd i = = 730 3.140.365.9 m/min 140.38 2）最大速度 3 maxmax 10 d z n vd i = = 730 3.140.4968.1m/min 140.38 3）平均速度 ()()=+=+= minmax 11 5.98.17m/min 22 c vvv 2.5.52.5.5 验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数验算电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 1）电机在闷车时，钢丝绳的拉力 = gg 总 max min 102 /60 e n n t v = 1022.0150.745 5.9/60 = 23183.4 n/m = gg 总 min max 102 /60 e n t v = 1022.0150.745 8.1/60 =16886.67 n/m () =+ maxmin /2 cp ttt =+(23183.416886.67)/2 = 20035.04n/m 2）电机闷车时，钢丝绳在里层的安全系数 = 1max 151500 6.534 23183.4 p r s kk t 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，决定两级传动比的分配情 况如下: 第一级蜗轮传动： 1 39i= 第二级齿轮传动： 21 /140.38/393.60 z iii= 电动机输出功率：12.56kwp= 电 系统总传动比：140.38 z i= 第一级： 1 39i= 第二级： 2 3.6i= 系统中各个传动轴的速度： 1 轴 1 730r/minn= 2 轴 2 n= 1 730 18.72r/min 39 n i = 3 轴轴转速： 30 n=0r/min 齿轮转速： 3 n=18.72r/min 4 轴轴转速： 40 n=0r/min 齿轮转速： 4 n= 3 2 18.72 5.2r/min 3.6 n i = 各轴功率计算： 电机输出功率为：12.56kwp= 1 轴 112 pp =12.56 0.99 0.9912.31 kw= 2 轴 21234 pp =12.31 0.99 0.97 0.8510.04 kw= 3 轴 324 pp=10.04 0.979.74 kw= 4 轴 4324 pp =0.74 0.99 0.979.35 kw= 计算各轴扭距 1 轴 12.31 95509550161.04n m 730 p t n =g 1 1 1 2 轴 10.04 955095505121.9n m 18.72 p t n =g 2 2 2 3 轴轴上扭矩： 30 0 n mt=g 齿轮扭矩： 3 9.74 95504968.9 n m 18.72 t=g 4 轴轴上扭矩： 40 0 n mt=g 齿轮扭矩： 4 4 4 95500 n m p t n =g 3.2 圆弧蜗杆蜗轮的设计计算 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 o 90 。蜗杆传动的特点： 1）传动比大，在动力传动中，一般传动比5 80i=，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40%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50% 150%。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1.5 4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 10 360。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。 3.2.13.2.1 材料的选定材料的选定 蜗杆材料： 35crmo,整体调质处理，硬度 hb240270，齿面氮化深度0.35mm， 齿面硬度 hv516615(hrc5056)。 980mpa b =，785mpa s = 蜗轮材料： zqsn6-6-3250mpa b =金属模型铸造 3.2.23.2.2 初选参数初选参数 根据机械设计手册表 16.5-37，16.5-37 查得： 中心距：200mma= 传动比：39 模数：8 蜗杆： 1 80mmd= 齿廓曲率半径：40= 轴向齿形角： o 23 x a= 齿顶高 a h：1 a h= 顶隙 c：0.2cm= 轴向齿厚 x s：0.4 x sm= 导程角5.1238= 圆弧中心坐标： 0 01 1 2 1 2 xx x as bd =+ =+ cosa sina 齿顶倒圆圆角半径 r：0.2rm= 根据机械设计手册选取 1 1z= ， 2 39z= 蜗轮转速= 2 n18.72r/min 蜗杆转速n1730r/min= 3.2.33.2.3 蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆参数参数计算及校核计算及校核 1) 蜗杆分度圆直径 1 d： 1 80mmd= 2) 蜗轮分度圆直径 2 d: 22 d =39 8312mmmz= = 3) 蜗轮变位系数 12 2 2 dda x mm + = 12 2 20080312 0.5 2816 dda x mm + = 4) 顶隙 c： c=0.2m0.2 81.6mm= 5) 蜗杆齿顶高 1a h： 1 8mm a h= 6) 蜗杆齿根高 1f h： 1 1.2 89.6mm f h= = 7) 蜗杆齿根圆直径 1f d: 1 802.4 860.8mm f d= = 8) 蜗杆齿顶圆直径 1a d： 1 802 896mm a d=+ = 9) 蜗轮齿顶高 2a h： 2 8(1 0.5)12mm a h=+= 10) 蜗轮齿根高 2f h： 22 (1.2) f hx m= (1.20.5) 8= 5.6mm= 11) 蜗轮齿根圆直径 2f d： 222 2 (1.2) f ddmx= 3122 8 0.7= 300.8mm= 12) 蜗轮喉圆直径 2a d： 222 2 (1) a ddmx=+ 3122 8 (1 0.5)=+ + 336mm= 13) 蜗轮顶圆直径 2e d： 22 (0.81) ea ddm+: 2 (0.81) 8 a d=+: 2 3368344mm e d=+=取 14) 蜗杆轴向齿厚 x s： 0.4 x sm= 0.4 3.14 8= =10.05mm 15) 蜗杆法向齿厚 n s： cos nx ss= o 10.05 cos5.1238= 10mm= 16) 蜗轮齿宽 2 b： 21 (0.60.67) a bd=: (0.60.67) 96=: ()57.664.32 mm=: 2 60mmb=取 17) 蜗杆齿宽 1 b： 12 130.1bzm+（） =（13+0.1 39） 8 135.2mm= 18) 圆弧中心坐标： 0 1 cos 2 xx aas=+ o 1 40 cos2310.05 2 =+ 41.845mm= 01 1 sin 2 x bad=+ o 1 40 sin2380 2 =+ 55.63mm= 蜗轮蜗杆传动的失效形式与齿轮一样，也会出现齿面点蚀、胶合、 磨损和齿根折断等。由于蜗轮材料硬度较蜗杆为低，所以失效经常发生 在蜗轮轮齿上。 根据机械设计手册齿轮传动 p243 页 3.1.4 轴向圆弧圆柱蜗杆传动的齿面接触强度的计算可以近似的采用普通 圆柱蜗杆传动的齿面接触轻度计算方法（见表 16.5-10） ，由于这种传动 是凹凸面接触，当量曲率半径大。接触线方向有利于润滑，因此可以视 为接触应力较小。用表 16.5-10 的公式可将 h 降低10%，或把 hp 增大 11%。 由于这种传动的蜗轮齿根较厚，一般不产生齿根折断。因此不必计 算齿根弯曲强度。有关其他的选择可以参考普通圆柱蜗杆传动。 求蜗轮的圆周速度，并校核效率： 实际传动比： 1 39i= 2 18.72n= 蜗轮的圆周速度： 22 2 3.14 312 18.72 0.3m/s 6000060000 d n v = 滑动速度： 1 1 60000cos s d n v = o 3.14 80 730 60000 cos5.1238 = 3.07m/s= 求传动效率，按式（16.5-3） 123 = 式中 1 tan tan() v = + o oo tan5.1238 tan(5.12381.167 ) = + 0.88= 取 2 0.96=； 3 0.98=。 所以，0.88 0.96 0.980.83= 与暂取值 0.85 接近。 校核蜗轮齿面的接触强度： 按表 16.5-10，齿面接触强度验算公式为： () 2 2 2 12 9400 n/mm heavhp t zk kk d d =gg 式中： 查表 16.5-11 得： 2 155 n/mm e z= 查表 16.5-12 得：0.9 a k=(间歇工作); 1.1k= 1.1 v k= 蜗轮传递的实际转矩 2 t： 2 12.31 0.85 9550 18.72 t =5337.95n mg 当3.07/ s vm s=时。查图 16.5-4 得0.75 vs z=. 220= hpvsn z z= 220 0.75 0.94= 2 155n/mm= 将上式带入。计算出： () 2 2 9400 5337.95 1550.9 1.1 1.1n/mm 80 312 hhp = 所以，强度满足。 3.3 内齿轮啮合及过桥传动设计 齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动。目前，齿轮传动的 功率可高达数万千瓦， 圆周速度可达300m s， 直径可达33m以上单级传 动比可达 8 以上，传动效率达0.98 0.995。齿轮传动承载能力大，效率 高，传动比准确，结构紧凑，工作可靠，使用寿命长。但制造和安装精 度要求高，制造费高，不宜用于中心距较大的场合。 按工作条件，齿轮传动可做成开式、半开式和闭式齿轮传动。开式 齿轮传动，齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑， 故轮齿易磨损，多用于低速级、不重要的场合。半开式齿轮传动，齿轮 浸入油池内，上装护罩，但不封闭。闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全 封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，为多数齿轮传动 所采用。 按齿面硬度， 齿轮可分为软齿面()350hbs和硬齿面()350hbs齿 轮。 3.3.13.3.1 传动材料以及数据参数传动材料以及数据参数 =齿数，模数 34 1)202010 mmzzm =模数10 mmm = 过桥齿轮，模数 0 2010 mmzm = 模数10 mmm 齿轮传动的功率2) = 2 10.04 kwp 3)转速 = 3 730 18.72 r/min 39 n = 43 18.72 r/minnn =g 齿轮传递的扭矩 2 2 2 4) 10.04 955095505121.9 n m 18.72 p t n 5)材料及热处理 小齿轮选用20crmnti，渗碳淬火回火 hrc5662； 内齿轮选用20crmnti，渗碳淬火回火 hrc5662； 过桥齿轮选用20crmnti，渗碳淬火回火 hrc5662。 3.3.23.3.2 强度校核强度校核 1）按接触疲劳强度校核 （1） 3 d内齿轮分度圆直径: = 33 1020200 mmdmz （2） t f分度圆上的圆周力: = 2 3 200020005121.9 51219n 200 t t f d （3）v分度圆的圆周速度 : = 33 20018.72 0.2 m/s 6000060000 d n v = 3 0.220 0.04 m/s 100100 vz （4）b齿宽 : 3 35 mmb=取内齿轮 0 100 mmb=取过桥齿轮 4 148 mmb= 外齿轮宽度也及时滑移齿轮的宽度，由于滑移齿轮既要与内齿轮 啮合又要与过桥齿轮的啮合，所以滑移齿轮的宽度要大于两者之和。 根据情况暂定为（5） a k工况系数 由表 8119，选取：1 a k= （6） v k动载系数 由图 8321.07 v k= （7） h k端面载荷分布系数 由图 834 表 8120 =按；0.94(1.36) h c () =按8级精度 2 0.94 h k z （8） k齿面载荷分布系数图 835 按曲线2 查得：350hbd=0.644， =1.08k （9） h z节点区域系数 由图 836 查得：5 . 2= h z （10） e z弹性系数 由表 8122 查得：189.8 mpa e z= （11） limh 限试验齿轮的接触疲劳极 由图 838d 查得： = / 2 lim3lim4 1400mm hh （12） e n当量循环次数 = = 6 33 60601 18.7250005.62 10 e nn t = 43ee nn （13） n z寿命系数 由图 839，按允许点蚀查得： = 3 1.06 n z，= 4 1.06 n z （14） l z润滑剂系数 由图 840= 34 1.15 ll zz （15） v z速度系数 由图 841 查得： = 0.2m/sv = 2 lim 1400n/mm h = 34 0.95 vv zz （16）粗糙度系数 r z 由图 841，齿面粗糙度 3.2，= 0mma，=取 r34 z r z0.95， 34 1 xx zz= （17） w z工作硬化系数 由图 843 查得： 34 1 ww zz= （18）齿数比 u： = 4 3 20 1 20 z u z （19） h 齿轮的接触应力 1 1 t hahvheh fu kkkkzzz dbu + =gggggggg g + = 2 51219110.94 1 1.07189.82.50.87 2003510.87 = 2 1287.5n/mm 其中重合度系数取0.87z= （20） limh 齿轮的接触疲劳极限 =ggggg lim3lim333333 hhnlvrw zzzzz =14001.061.150.950.951 = 2 1540.21n/mm （21） min 1 h s=接触强度的最小安全系数 （22） h s接触强度的安全系数 = lim3 min 1540.21 1.1961.1 1287.5 h hh h ss 由此可知，齿轮的接触疲劳强度通过。 2）按弯曲疲劳强度校核 （1) f k端面载荷分布系数图 834表 8120 0.94 f k y = （2) f y齿形系数 由图 844，0 21 =xx按查 = 3 2.80 f y，= 43ff yy （3) y螺旋角系数直齿轮 1y= （4) limf 限试验齿轮的弯曲疲劳极 由图 847d 查得： = 2 lim3lim4 420n/mm ff （5) n y寿命系数 由表 8124 得： = 34 1 nn yy （6) s y应力集中系数 由图 849= 343 1.55 sss yyy （7) x y尺寸系数由图 850 查得： 按= 10 mmm= 34 0.93 xx yy 重合度 a ： a = 2 1 3 z(tan 3a -tan)+ 4 z(tan 4a -tan) = 2 1 20(tan(arccos o 10 20cos20 ) 10 202 10 + - o tan20 )+ 20(tan(arccos o 10 20cos20 ) 10 202 10 + - o tan20 ) a =1.86 重合度系数 y=0.25+0.75/1.86=0.65 （8) f 齿轮的弯曲应力 =ggggggg g 31 t favff f kkkkyyy bm = 512190.94 1 1.071.082.801 35 10 y y = 2 445.09n/mm = 2 21 445.09n/mm ff （9) limf 齿轮的弯曲疲劳极限 =ggg lim1lim1111 ffnsx yyy = 4201 1.2750.93 = 2 498.02n/mm = lim2lim1ff 10) minf s数弯曲强度的最小安全系 查表 8121 得： min 1 f s= 11) f s弯曲强度的安全系数 = lim1 min 1 498.02 1.1191 445.09 f ff f ss 过桥齿轮在传动系统中只起传递转矩和动力，不改变传动比。过桥齿轮 的的尺寸参数数据和外齿轮的相同。所以其强度校核和外齿轮相差部大，强 度也应满足要求。 因此根据以上设计计算得出在传递过程中。强度足够。以下给出内齿轮 传动以及过桥齿轮的设计参数。其中： 1 z为内齿轮， 2 z为滑移齿轮， 3 z为过 桥齿轮。 齿轮其他主要尺寸计算 齿轮分度圆直径： 33 10 20200mmdmz= 403 200mmddd= 根圆直径 f d： 齿根高 3f h： 3 3 1.2 1.2 1012mm f f hm h = = 3f d= 33 22002 (1.2 10)176mm f dh= = 403 176m