回柱绞车设计

1 摘 要 JHB 8 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 JHB 8 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 1 目 录 1 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 概述 1 1 3 国内外绞车的发展 2 1 4 JHB 8 型回柱绞车的技术特点 3 2 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 4 2 4 电动机的设计选择 5 2 5 滚筒的设计计算 6 3 减速器的设计计算 9 3 1 减速器参数确定 9 3 2 圆弧蜗杆蜗轮的设计计算 10 3 3 内齿轮啮合及过桥传动设计 14 3 4 过桥齿轮与滚筒齿轮啮合设计 19 3 5 减速器传动轴的设计校核 23 4 滚筒轴的设计计算 32 4 1 滚筒和齿轮上的作用力 32 4 2 确定轴的结构方案 32 4 3 轴的强度校核 33 5 系统传动部件的校核 38 5 1 联轴器上键的校核 38 5 2 蜗轮上键的校核 38 5 3 内齿轮上键的校核 38 5 4 轴上轴承的校核 39 5 5 滚筒轴承的校核 41 5 6 制动器的校核 41 5 7 滚筒联结螺栓的校核 42 结 论 44 致 谢 45 参考文献 46 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 1 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 这种布置方式适用条件广 尤其是20 30m 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 多了一个拐弯 摩擦阻力增大 o 90 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 过宽则会堵塞巷道 因为运料工人常常从机体旁经过 齿轮一900mm 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 而用刨煤机进尺米只要 2 小时1 2 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 2 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机0 8 0 85 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 3 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 平均速度 最大牵引力5 9 8 1m min7m min 为 容绳量为 工作效率大大提高 80kN100m 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 4 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 环境相对湿度不超过 海拔高度 oo 10 C 40 C 0 95 25 C 以下 2000m 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 过桥齿轮 蜗杆 蜗轮 内齿轮 滑移齿轮 大齿轮 0 Z 1 Z 2 Z 3 Z 4 Z 5 Z 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 5 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 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 联轴器的效率为 1 99 0 轴承的效率为 2 99 0 蜗轮蜗杆传动效率为 3 0 85 齿轮传动效率 0 97 4 2 4 2 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与电动机输出功率之间有以下的关系 P P PKP A 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 A K 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 6 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 H280mmH 电动机轴直径 长度 55 110mm 2 4 3 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 则钢丝绳所能承受的拉力需满足以下的要求 4K F 拉4FF 其中 拉F80kN 则 320kNF 查 机械设计手册 表 195 P 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 1 滚筒直径D 20 25 Dd 式中 钢丝绳直径 d17mmd 则 20 25 17D 340 425 mm 取 360mmD 2 5 2 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 7 我们暂定滚筒宽度为 300mmB 2 5 3 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 层 5 滚筒的容绳量 我们为 据以上设计可知 每一层缠绕的圈数 100mn 圈 300 1717n 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 层 100 17 1 1304 5 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 4 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 8 minmax 11 5 98 17m min 22 c VVV 2 5 5 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 总 max min 102 60 e n N T v 1022 0150 745 5 9 60 23183 4 N m 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 9 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 n0r min 齿轮转速 3 n18 72r min 4 轴 轴转速 40 n0r 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 1 1 1 2 轴 10 04 955095505121 9N m 18 72 P T n 2 2 2 3 轴 轴上扭矩 30 0 N mT 齿轮扭矩 3 9 74 95504968 9 N m 18 72 T 4 轴 轴上扭矩 40 0 N mT 齿轮扭矩 4 4 4 95500 N m P T n 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 10 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 蜗杆传动 o 90 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5 80i 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 40 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 50 150 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1 5 4 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10 360 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 35CrMo 整体调质处理 硬度 HB240 270 齿面氮化深度 齿面硬度 0 35mm HV516 615 HRC50 56 980MPa b 785MPa S 蜗轮材料 ZQSn6 6 3 金属模型铸造250MPa b 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 11 3 2 2 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 h1 a h 顶隙 c 0 2cm 轴向齿厚 x s0 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 si na 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 18 72 2 nr min 蜗杆转速 n1730r min 3 2 3 蜗轮蜗杆参数计算及校核 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 12 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 0 139 8 135 2mm 18 圆弧中心坐标 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 13 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 的公式可将降低 H 或把增大 10 HP 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 14 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 式中 查表 16 5 11 得 2 155 N mm E Z 查表 16 5 12 得 间歇工作 0 9 A K 1 1K 1 1 V K 蜗轮传递的实际转矩 2 T 5337 95 2 12 31 0 85 9550 18 72 T N m 当时 查图 16 5 4 得 3 07 s vm s 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 直径可达以上单级传动比可达 8 以上 传动效率达300m s33m 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0 98 0 995 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 齿轮可分为软齿面和硬齿面齿轮 350HBS 350HBS 3 3 1 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 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 15 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 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 渗碳淬火回火 HRC56 62 20CrMnTi 内齿轮选用 渗碳淬火回火 HRC56 62 20CrMnTi 过桥齿轮选用 渗碳淬火回火 HRC56 62 20CrMnTi 3 3 2 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 8 119 选取 1 A k 6 v k动载系数 由图 8 32 1 07 v K 7 H k端面载荷分布系数 由图 8 34 表 8 120 按 0 94 1 36 H C 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 16 按8级精度 2 0 94 H k Z 8 图 8 35 k齿面载荷分布系数 按曲线2查得 350HB d 0 644 1 08K 9 H Z节点区域系数 由图 8 36 查得 5 2 H Z 10 E Z弹性系数 由表 8 122 查得 189 8 MPa E Z 11 limH 限试验齿轮的接触疲劳极 由图 8 38d 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 8 39 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 8 40 34 1 15 LL ZZ 15 v Z速度系数 由图 8 41 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 8 41 齿面粗糙度 3 2 0 95 0mma 取 R34 Z R Z 34 1 xx ZZ 17 W Z工作硬化系数 由图 8 43 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 2 51219110 94 1 1 07189 82 50 87 2003510 87 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 17 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 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 图 8 34 表 8 120 F k分分分分分分分分 0 94 F k Y 2 F Y分分分分 由图 8 44 查0 21 xx按 3 2 80 F Y 43FF YY 3 直齿轮 Y螺旋角系数 1Y 4 limF 限试验齿轮的弯曲疲劳极 由图 8 47d 查得 2 lim3lim4 420N mm FF 5 N Y寿命系数 由表 8 124 得 34 1 NN YY 6 S Y应力集中系数 由图 8 49 343 1 55 sss YYY 7 由图 8 50 查得 x Y尺寸系数 按 10 mmm 34 0 93 XX YY 重合度 a 2 1 tan tan a 3 ztan 3a 4 ztan 4a 2 1 20 tan arccos o 10 20cos20 10 202 10 o tan20 20 tan arccos o 10 20cos20 10 202 10 o tan20 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 18 1 86 a 重合度系数 0 25 0 75 1 86 0 65 Y 8 F 齿轮的弯曲应力 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 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 8 121 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 为内齿轮 为滑移齿轮 为过桥齿轮 1 z 2 z 3 z 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 176mm fff ddd 顶圆直径 a d 齿顶高 3a h 3a hm 3 10mm a h 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 19 333 22002 10220mm aa ddh 403 220mm aaa ddd 3 4 过桥齿轮与滚筒齿轮啮合设计 3 4 1 传动材料以及数据参数 齿数 模数 精度等级级 齿轮传动的功率 05 1207210 mm 8 2 9 74 kW zzm P 3 转速 5 18 72 5 2 r min 3 6 n 齿轮传递的扭矩 3 18 72 r min 4 9 74 9550955017887 9 N m 5 2 n p T n 5 材料及热处理 滚筒齿轮选用 20 渗碳淬火回火 HRC56 62 CrMnTi 过桥齿轮选用 20 渗碳淬火回火 HRC56 62CrMnTi 3 4 2 强度校核 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 1 按接触疲劳强度校核 1 3 d过桥齿轮分度圆直径 00 1020200 mmdmz 2 t F分度圆上的圆周力 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 20 0 2000200017887 9 178879N 200 t T F d 3 v分度圆的圆周速度 00 20018 72 0 2 m s 6000060000 d n v 0 0 220 0 04 m s 100100 vz 4 齿宽 b 0 100 mmb 取过桥齿轮 5 94 mmb 滚筒齿轮 5 A k工况系数 由表 8 119 选取 1 A k 6 v k动载系数 由图 8 32 选取1 07 v K 7 H k端面载荷分布系数 由图 8 34 表 8 120 选取 按0 94 1 36 H C 按8级精度 2 0 94 H k Z 8 图 8 35 k齿面载荷分布系数 按曲线2选取350d 0 6441 08HBK 9 H Z节点区域系数 由图 8 36 查得 5 2 H Z 10 E Z弹性系数 由表 8 122 查得 189 8 MPa E Z 11 limH 限试验齿轮的接触疲劳极 由图 8 38d 查得 2 lim0lim5 1400mm HH 12 e N当量循环次数 6 00 60601 18 7250005 62 10 e Nn t 6 55 606015 250001 5610 e Nn t 13 N Z寿命系数 由图 8 39 按允许点蚀查得 05 1 06 1 16 NN ZZ 14 L Z润滑剂系数 由图 8 40 05 1 15 LL ZZ 15 v Z速度系数 由图 8 41 0 2m sV 2 lim0 1400N mm H 2 lim4 1200N mm H 查得 05 0 95 vv ZZ 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 21 16 粗糙度系数 R Z 由图 8 41 齿面粗糙度 3 2 460mm a 取 R05 Z0 95 R Z 05 1 xx ZZ 17 W Z工作硬化系数 由图 8 43 查得 05 1 Ww ZZ 18 齿数比 u 5 0 72 3 6 20 Z u Z 19 H 齿轮的接触应力 0 1 t HAHvHEH Fu kkkkZZZ dbu 2 1788793 610 94 1 1 07189 82 50 87 720943 60 87 2 985 64N mm 其中重合度系数取0 87z 20 limH 齿轮的接触疲劳极限 lim0lim000000 HHNLvRW ZZZZZ 14001 061 150 950 951 2 1540 21N mm lim5lim555555 HHNLvRW ZZZZZ 12001 161 150 950 951 2 1444 7N mm 21 minH S数接触强度的最小安全系 得 1 1 min H S 22 H S接触强度的安全系数 lim0 min 1444 7 1 4661 1 985 64 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 图 8 34 表 8 120 F k分分分分分分分分 0 94 F k Y 2 F Y分分分分 由图 8 44 查 05 0 xx 按 05 2 80 2 23 FF YY 3 直齿轮 Y螺旋角系数 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 22 得 1Y 4 limF 限试验齿轮的弯曲疲劳极 由图 8 47d 查得 2 lim0 420N mm F 2 lim5 300N mm F 5 N Y寿命系数 由表 8 124 得 0 1 1 N Y 5 1 2 N Y 6 S Y应力集中系数 由图 8 49 0 1 23 s Y 5 1 13 s Y 7 由图 8 50 查得 x Y尺寸系数 按 10 mmm 05 0 93 XX YY 重合度 a 2 1 tan tan a 0 ztan 0a 5 ztan 5a 2 1 20 tan arccos o 10 20cos20 10 202 10 o tan20 72 tan arccos o 10 72cos20 10 722 10 o tan20 a 1 68 重合度系数 0 25 0 75 1 86 0 696Y 8 F 齿轮的弯曲应力 01 t FAvFF F kkkkYYY bm 1788790 94 1 1 071 082 801 9410 Y Y 2 313 34N mm 2 2 23 313 34249 55N mm 2 80 F FF F Y Y 9 limF 齿轮的弯曲疲劳极限 lim0lim0000 FFNsx YYY 4201 1 230 95 2 490 77N mm lim5lim5555 fFssx YYY 3001 1 130 95 2 322 05N mm 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 23 10 minF S数弯曲强度的最小安全系 查表 8 121 得 min 1 F S 11 F S弯曲强度的安全系数 lim0 0min 0 490 77 1 2531 313 341 25 F FF Fm SS k lim5 5min 5 322 05 1 0321 249 55 1 25 F FF Fm SS k 齿轮其他主要尺寸计算 齿轮分度圆直径 00 10 20200mmdmz 55 72 10720mmdmz 根圆直径 f d 0f d 0 22002 1 2 10 176mm f dh 55 27202 1 2 10 696mm ff ddh 顶圆直径 a d 00 22002 10220mm aa ddh 55 27202 10740mm aa ddh 3 5 减速器传动轴的设计校核 3 5 1 第 1 轴的设计计算 1 计算轴和齿轮上的作用力 9550 P T n 1 1 1 其中 1 730n r min18 72n 2 r min 12 31kWP 1 10 04kWP 2 12 31 95509550161 04N m 730 P T n 1 1 1 10 04 955095505121 9N m 18 72 P T n 2 2 2 蜗杆分度圆直径 1 80mmd 蜗轮分度圆直径 2 312mmd 在传动过程中 蜗杆齿面上所受的的力可以分解为 3 个相互垂直的分力 圆周力 径向力 轴向力 蜗杆圆周力 1 t F 1 2T d 1 3 2 161 04 10 4026N 80 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 24 蜗杆轴向力 1a F 2 2T d 2 3 2 5121 9 10 32833N 312 蜗轮圆周力 21ta FF 蜗轮轴向力 21at FF 径向力 o 122 tan32833 tan2313936 8N rrt FFF 2 初步估算轴的直径 蜗杆的材料为 35CrMo 由式计算轴的最小直径 由于轴跨度很长且要要考虑轴上键槽的影响使 3 p dA n 轴加大 60 来确保安全 查表 取 A 100 则 min d 3 12 31 1 6 10043 08mm 730 因为轴的最小直径段通过联轴器与电动机轴相连 由上可知电动机轴的直径使 55mm 故取轴的最小直径为 55mm 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 右边靠轴肩定位 左边靠轴承盖 左轴承从轴的左端装入 左边靠轴肩定位 右边靠轴承盖 由于齿轮直径小 故做成齿轮轴 齿轮轴段的长度取 右边半联轴器靠轴肩定位 采用单列圆锥滚子轴承和刚性联轴器 图的结构如140mm 图 3 1 所示 图 3 1 2 确定各轴段直径和长度 段 根据 并且与电动机输出轴的直径相配合来选择联轴器并确定轴 段的 1 min d 轴颈 根据选择联轴器型号为 YL10 型 55mmd 1 GB T5843 1986 公称转矩 轴孔长度 总长 轴的长度比 1 630N m n TT 112mmL 0 229mmL 毂孔长度少短一点为 由轴径根据选择键 尺寸为 1 110lmm 55mmd 1 GB T 1096 2003 16mmb 10mmh 87mml 段 考虑到轴承端盖的大小和厚度 以及端盖的装拆 所以 段轴的长度为 2 此段要定位联轴器 所以轴的直径要大于 故取 2 33mml 15 10mmd 2 60mmd 段 此段上装有圆锥滚子轴承 考虑到轴承的便于装拆以及轴承端盖对轴承的定位 3 取要大于 且要符合标准轴承内径 故取 查暂 3 d 25 10mmd 3 65mmd GB T297 1994 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 25 选轴承的型号为 32313 其宽度 基本额定载荷 轴承润滑5