25吨凿井绞车设计计算书

25吨凿井绞车设计计算书前言JZ系列绞车主要根据《凿井绞车》标准设计的。在设计计算中，我们参考国内最新资料主要是化学工业出版社第四版《机械设计手册》。本计算书是按部件序号编写，自成一书，可供制造、使用和改造凿井绞车时参考。由于水平有限并且为了使凿井绞车系列产品的质量不断提高，望指出缺点与不妥之处。济南重工股份有限公司冶金矿山处20XX年8月1目录一、绞车设计方案及基本参数....................................1二、运动参数计算........................................................5（一）、电动机的选择计算.....................................................5（二）、传动比的分配.............................................................7三、卷筒装置设计计算..............................................10（一）、卷筒设计计算...........................................................10（二）、开式齿轮设计计算...................................................12（三）.主轴设计与校核计算：............................................13四、减速器设计计算..................................................20（一）、变速齿轮设计及校核计算.......................................20（二）球面蜗杆付设计选用.................................................26五、中间轴设计计算及校核......................................28六、安全制动器计算..................................................32七、十字滑块联轴器的选择计算..............................34八、轴承选择计算......................................................352一、绞车设计方案及基本参数（一）、凿井绞车外形图?????????????????图一（二）、凿井绞车传动系统图???????????????图二（三）、绞车的基本参数?????????????????411.电动机2.联轴器3.工作制动器4.减速机5.浮动联轴器6.中间轴装置7.主轴装置8.安全制动器9.底座10.防逆转装置图一JZ-25/1300B型凿井绞车外形图21.电动机2.工作制动器3.弹性联轴器4.减速机5.浮动联轴器6.中间轴装置7.主轴装置8.安全制动器图二JZ-25/1300B型凿井绞车传动系统图3JZ-25/1300B凿井绞车的基本参数4二、运动参数计算（一）、电动机的选择计算1、电动机类型的选择选择电动机类型必须适应机械负载特征、运行状态、工作环境的要求，凿井绞车工作平稳、无冲击、启动不频繁、对电机机无调速要求、但其工作环境恶劣、粉尘多、灰水飞溅，因此选用具有高效、节能、启动力矩大、噪声低、振动小、运行安全可靠的需带负荷启动，故可选Y系列绕线式电动机。绞车一般是半露天工作环境，防护等级选IP23。2、功率及转速确定电机功率由下确定：N?Fv/?式中F—主钢丝绳最大静拉力NV—卷筒上第一层钢丝绳速度m/s?—传动效率F?250KNV?0.075m/sD、d分别为卷筒直径、钢丝绳直径mmf为钢丝绳缠绕层数5查自GB/T15112-2007《凿井绞车》^???1^3??22??3??5??6??7滚珠轴承效率：?1?0.99滚柱轴承效率：?2?0.98弹性联轴器效率：?3?0.99十字滑块联轴器效率：?4?0.98变速齿轮效率：?5?0.99开式齿轮效率：?6?0.95蜗杆副效率：?7?0.72将各式代入上式??0.99^3?0.98^2?0.99?0.98?0.99?0.95?0.72?0.61222因此，NJ?Fv/??250?0.075/0.61222?30.63KW考虑到绞车工作的安全要求及电机的型号规格，我们选YZR280M-8电机，功率55KW转速725r/min。电机的裕度：?N?NJ?/NJ??55?30.63?/30.63?100%?79%裕度足够。6（二）、传动比的分配合理地分配传动比是绞车设计中的一个主要问题，它将直接影响到传动系统和减速器的外廓尺寸、重量、润滑等很多方面。下面具体说明分配原则及具体计算：（1）开式齿轮传动比i1：由于卷筒和缠绕钢丝绳尺寸已定，大齿轮及制动轮尺寸基本确定，提高开式齿轮传动比，只有尽量减小小齿轮尺寸。（2）减速器传动比i2：总传动比计算得出，当i1确定后i2也就确定了。而减速器传动比i2又由变速齿轮传动比i2?和蜗杆付传动比i2??组成，即i2?i2??i2??其中i2??由涡轮承载能力确定，i2?随之确定具体计算如下：电机转速：n1?725r/min卷筒转速：n2?60?v/?/?D?d??60?0.075?10^3/?/?1050?52??1.3r/min（快速）理论总传动比i理论值（1）i快理?n1/n2?725/1.3?557.7i慢理?2?i快理?1115.4（2）开式齿轮传动比i1开式齿轮参数m?20z1?17z2?1177i1?z2/z1?117/17?6.88（3）减速机传动比i2i2快理?i快理/i1?557.7/6.58?84.76i慢理?2?i2快理?2?78.86?169.52实际选取：（1）蜗杆付传动比i1?z1?1z2?50i1??z2/z1?50/1?50（2）变速齿轮传动比i2?快速z1?29z2?44m?7i2?快??z2/z1?44/29?1.517慢速z1?18z2?55m?7i2?慢??z2/z1?55/18?3.056故i2?快??i1??i2??快??50?1.517?75.85i2?慢??i1??i2??慢??50?3.056?152.7（3）实际传动比i2快?i1?i2快?6.58?75.85?499.093i慢?i1?i2快?6.58?152.7?1005.38传动误差：（计算法）快速：(i快理?i快)/i快理?100%?(557.7?499.093)/557.7?100%?10.5%慢速：i慢理?i/i慢理?100%(1115.4?1005.3)/1115.4?100%?9.9%说明：根据以往实际使用和检测情况，当全负荷运行时，由于钢丝绳拉紧而使缠绕半径要小于计算值。电压波动低于额定电压时，绳速的测试速度均低于计算值，故将设计速度略加提高。慢速为辅助速度，由于速度过慢，略加提高但实测值不会超出标准规定的20%。9三、卷筒装置设计计算（一）、卷筒设计计算1、卷筒容绳量检验根据GB/T15112-94《凿井绞车》标准要求25吨绞车卷筒直径为1050mm，钢丝绳直径52mm验证所示卷筒能否容下1300m钢丝绳。计算式如下选取缠绳系数ψ=1.05缠绕层数10这时容量L?10??D?10d???B/d/?其中：B为卷筒宽度1500mmD卷筒直径1050mmd钢丝绳直径d=52mm将以上数据代入上式L?10??1050?10?52???1500/52/1.05/1000?1354.3m缠绕8层时的最大外径D?20d?1050?20?52?2090mm最外层距最大外圆距离?2350?2090?/2?130mm结论：卷筒可缠下1300m钢丝绳并且卷筒外沿单边有130mm距离。102、卷筒强度计算当L?3D时，按下式计算?1?A?Smax/???p???ypA—卷筒层数有关的参数Smax—钢丝绳最大拉力Np—钢丝绳节距mmδ—卷筒壁厚mmζyp—许用压力Mpa钢?yp??S/1.5?S—屈服张度x25000N0选取A?2Sma?P?55mm?yp?310/1.5?207Mpa代入公式?1?2?250000/?70?55??129.87Mpa＜?yp故卷筒强度合格11（二）、开式齿轮设计计算此级齿轮按弯曲强度确定齿轮模数按下式计算Mn?Am?3KT1?YFS?mm?2?d?Z1??FPAm—系数直齿轮??0取Am?12.6K—载荷系数载荷平稳取K?1.5T1—小齿轮的扭矩大齿轮的扭矩为137750N?m小齿轮的扭矩为137750?17/117?20015N?mYFS—复合齿形系数YFS?YFa?YSaYFa—齿形系数YFa?2.92YSa—应力修正系数YSa?1.54YFS?2.92?1.54?4.5?d—齿宽系数取?d?0.9Z1—小齿轮齿数Z1?17?FP—许用齿根应力?FP?0.7?FE?FE—齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值45#钢调质取?FE?500?FP?0.7?500?350?N/mm2?将以上数值代入上式M理?12.6?31.5?20015?4.5?14.37mm0.9?172?350根据使用安全重要性应准许将上值增大20%14.37?1.2?17.25mm，圆整后选取Mn?20mm选取开式齿轮模数2012（三）.主轴设计与校核计算：在凿井绞车提升（或下降）过程中，卷筒上钢丝绳从一边绕到另一边、因此，主轴计算力的作用点、我们选取两个极限位置：钢丝绳靠近大齿轮和钢丝绳靠近制动轮。1.主轴所受诸力计算：（1）.开式齿轮作用在轴上的力Pt??QD?d1?125000?110220?17?6.88?0.95?0.98?12650kgPr?Pttg??12650tg20??4640kg（2）.安全制动器产生的径向力：由于较小，忽略不计。（3）.钢丝绳张力分配于主轴轮毂作用点上的力（按出绳角45°计算）当钢丝绳靠近大齿轮一端时：PL1D?Q?1780?166?25000?1614??22669kg17801780PL1C?Q?PL1D?25000?22669?2331kg当钢丝绳靠近制动轮一端时：PL2C?Q?1780?166?25000?1614??22669kg17801780PL2D?Q?PL2C?25000?22669?2331kg13（4）.轴上固定载荷分配于主轴各轮毂作用点上的力（1）.主轴自重G1G1?761kg主轴单位长度重量q?G1761?kgL2488?310?1780?7611759P主C?q???269kg??22??2488P主D?P主C?269kg（2）.卷筒自重G2G2?2617kgPjC?PjD?G2/2?2617/2?1308.5kg（3）.大齿轮自重G3G3?2229kgPCD?2229kg（4）.制动轮自重G4G4?1696kgPZC?1696kg因此：附加于C点上的力PC另?P主C?Pjc?PZC?269?1308.5?2229?3806.5kg因此：附加于D点上的力PD另?P主D?PCD?269?1308.5?169?3273.5kg2.主轴受力分析及弯矩图：当钢丝绳靠近大齿轮时：水平面：PLC?PL1DCOS45??1464COS45??1648kg1415PLD?PL1Dcos45??Prcos6.5??Ptsin6.5??22669cos45??4604cos6.5??12650sin6.5??22036kg支反力：RLA?310PLD??1780?310?PLC310?22036?2090?1648?24002400?4281kgRLB?PLC?PLD?RLA?1648?22036?4281?19403kg弯矩：MCL?31?RLA?31?4281?132711kgcmMDL?31?RLB?31?19403?601491kgcm垂直面：PVC?PC另?PL1Ccos45??38065?2331cos45??2158kg16PVD?Ptcos6.5??PD另?PL1Dcos45??Prsin6.5??12650cos6.5??3273.5?22669cos45??4604sin6.5???708kg支反力：RVA?310PVD??1780?310?PVC?310?708?2090?2158?24002400?1788kgRVB?PVC?PVD?RVA?2158?708?1788??338kg弯矩：MCV?31?RVA?31?338??10478kgcmMDV?31?RVB?31?8607?266817kgcm22?MCV?2?554282?143821kgcm合成弯矩：MC?MCL222MD?M2?601582kgcmDL?MDV601491?10478当钢丝绳靠近制动轮时：??PL2Ccos45??22669水平面：PLCcos45??16029kg??PL2Dcos45??PrcosPLD6.5??Ptsin6.5??2331cos45??4604cos6.5??12650sin6.5??7655kg支反力：R?LA????1780?310?PLC?310PLD310?7655?2090?16029?24002400?14947kg???R?LB?PLC?PLD?RＬＡ?16029?7655?14947?8737kg??31?14947?463357弯矩：M?CL?31?RＬＡkgcm?M?kgcmDL?31?RLB?31?8737?27084717?C?PC另?PL2Ccos45??3806垂直面：PV.5?22669cos45???122231kg?D?Ptcos6.5??PD另?PL2Dcos45??Prsin6.5?PV?12650cos6.5??3273.5?2331cos45??4604sin6.5??13673kg支反力：R?VA?????1780?310?PVC?310PVD2400310?13673?2090?122232400??8878kg???R?VB?PVC?PVD?RVA??12223?13673?8878?10328kg弯矩：M?CV??31?R?VA??31?8878??275218kgcm?M?kgcmDV?31?RVB?31?10328?32016822?M?合成弯矩：M?C?M?CLCV?538929kgcm22M?D?M?DL?M?DV?419363kgcm183、主轴轴径计算：由以上计算知危险截面弯矩为：MC?538929kgcmMD?601582kgcm主轴材料为45#钢、调质处理HB220～255???1??600kg/cm2dC?MC??1?10?340310?20.7cm600?332811?21.6cm600dD?10MD??1?由于C处有键槽，增加10%选取：dC?230mm，dD?230mm均能满足强度要求19四、减速器设计计算凿井绞车减速器采用齿轮-涡轮蜗杆传动形成。（一）、变速齿轮设计及校核计算在分配凿井绞车传动比时，已根据结构尺寸及工作要求，根据弯曲强度的计算初步选取了变速齿轮的尺寸，因此下面对其进行校核计算。列表计算如下：20接上表211、接触强度校核22232、弯曲疲劳强度校核2425（二）球面蜗杆付设计选用各传动副效率：滚珠轴承效率：?1?0.99滚柱轴承效率：?2?0.98弹性联轴器效率：?3?0.99十字滑块：?4?0.98变速齿轮效率：?5?0.99蜗杆副效率：?6?0.72开式齿轮效率：?7?0.95圆锥齿轮效率：?8?0.97绞车的负荷功率：P1?250KN?0.075m/s?18.75KW传动效率：???221??2??4??6??7?0.62各项工作系数的选择：蜗杆副按TSL型设计、选取传动类型系数K1?1绞车工作平稳、无冲击，选取工作状况系数K2?1蜗杆副专用设备加工，并做足包含运转，选取26加工质量系数K3?1涡轮材料为ZCuSn10Pb1，选取涡轮材料K4?1蜗杆的计算功率：PC?P1/??K1?K2?K3?K4?18.75/0.624?1?1?1?1?30.05kw蜗杆副传动比：i?50电动机转速：n0?725r/min变速齿轮速比：ib?Z1/Z2?19/44?0.659蜗杆转数：n1?n0?ib?725?0.659?477r/min蜗杆副中心距：a?450mm按i?50，n1?477r/min，中心距a?450mm查取蜗杆许用功率，P‘1PP’1P?72kw选取蜗杆裕度：?P1P?PC??100%/PC??72?30.05??100%/30.05?140%结论：选取的蜗杆副传动比为50，蜗杆转速477r/min，蜗杆副中心距450mm，可满足使用。27五、中间轴设计计算及校核由于凿井绞车工作时，大部分时间是在“静止”（悬吊状态）状态下工作，因此，对轴的疲劳强度校核就显得没必要了。这里只按扭曲合成强度计算：1.轴的材料：主轴材料为45#钢、调质处理???1??6kg/mm22.轴的受力分析：M?Ft?QD25000?1040??2150570kgmm2?1?2?6.88?0.95?0.982M2?2150570??12650kgd340Fr?Fttg??12650tg20??4604kg支反力及弯矩如下图：水平面：MCX?0.208RAX?0.208?6361?1323kgm垂直面：MCy?0.208RAy?0.208?2315?482kgm22?MCy?2?4822?1408kgm合成弯矩：MC?MCX22??T当量弯矩：M?M