JH—14型礦用回柱絞車設(shè)計(jì)【說明書+CAD】
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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
回柱絞車是供煤礦井下采煤工作面回柱放頂?shù)闹饕O(shè)備。由于它的高度較低、重量又輕，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入底板或被矸石壓埋的金屬支柱的回收。隨著機(jī)械化采煤程度的提高，它越來越多地被廣泛用于機(jī)械化采煤工作面，作為安裝、回收、牽引各種設(shè)備和備件之用。
目前，在回柱絞車的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用上，國內(nèi)與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距。國內(nèi)在設(shè)計(jì)制造回柱絞車過程中存在著一定程度上的缺點(diǎn)，重要的問題如：輪齒的根切、蝸桿毛坯的正確設(shè)計(jì)等。
這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的論文主要闡述的是一套回柱絞車傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)方法，主要包括蝸輪蝸桿減速裝置、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、軸承和傳動(dòng)件的潤滑系統(tǒng)，還包括制動(dòng)裝置的選用、一部分常見故障的分析以及日常的使用與維護(hù)等。
關(guān)鍵詞：回柱絞車 減速器 蝸輪 蝸桿
ABSTRACT
Prop-pulling hoist is for underground mines coal face of main equipment blasting down the roof. Because of its high and low weight light, especially suitable for thin coal seam and the mining face, and various kinds of coal gangue sink or buried by pressing the pillar of the metal recycling. With the increase of mining mechanization degree, it is more and more widely used in mechanization mining face, as installation, recycling of equipment and spare parts of the traction.
At present, in the design, manufacture, prop-pulling hoist and applications, the domestic and foreign advanced level compared to still have a large gap. In the design and manufacture of domestic prop-pulling hoist process, to a certain extent, the shortcomings of the important questions like: the root, the worm gear of blank design etc.
This paper mainly expounds the graduation design is a set of transmission part prop-pulling hoist the design methods, including worm gear and worm reducer device, spur gears, bearings and drive transmission lubrication, including the selection of brake and the common faults and daily use and maintenance, etc.
Key words: prop pulling hoist；reducer ；worm ；gear
II
目 錄
前 言 1
1.回柱絞車的概況與方案的初步擬定 5
1.1國內(nèi)外回柱小絞車的概況 5
1.2回柱絞車的主要傳動(dòng)方式類型 8
1.3設(shè)計(jì)任務(wù)與方案的初步擬定 9
1.3.1設(shè)計(jì)條件 9
1.3.2原始數(shù)據(jù)見表1-1 9
1.3.3方案的初步擬定 9
1.4 JH-14型回柱絞車 10
1.4.1型號(hào)含義 10
1.4.2主要組成部分 11
2.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 12
2.1傳動(dòng)方案的確定 12
2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力計(jì)算 14
2.2.1電動(dòng)機(jī)的確定 14
2.2.2分配總傳動(dòng)比 15
2.2.3計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù) 15
2.3蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
2.3.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型 17
2.3.2選擇材料 17
2.3.3承載能力計(jì)算 17
2.3.4蝸輪輪齒的強(qiáng)度驗(yàn)算 18
2.3.5計(jì)算蝸桿的各項(xiàng)參數(shù) 19
2.4齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì) 20
2.4.1齒輪模數(shù)的確定 20
2.4.2接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算 22
2.4.3驗(yàn)算接觸強(qiáng)度 22
2.4.4驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度 24
2.5中間軸設(shè)計(jì) 25
2.5.1選材 25
2.5.2基本軸徑估算 25
2.5.3軸上零件布置 26
2.5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
2.6 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
2.6.1主軸的設(shè)計(jì) 27
2.6.2材料選擇 27
2.6.3軸徑的初步估算 27
2.6.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
2.6.5主軸的強(qiáng)度校核 28
3.減速器的潤滑 32
3.1傳動(dòng)件的潤滑 32
3.2軸承的潤滑 32
4.滾筒主軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題 33
5.回柱絞車制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 34
5.1制動(dòng)器的形式和常用安全裝置 34
5.1.1常用絞車制動(dòng)閘的形式 34
5.1.2.絞車上應(yīng)有的安全裝置 35
5.1.3回柱絞車制動(dòng)器的作用 35
5.2制動(dòng)器的選用和設(shè)計(jì) 36
5.2.1制動(dòng)器的確定 36
5.2.2帶式制動(dòng)器的工作原理 36
5.2.3帶式制動(dòng)閘的閘帶有下列要求 37
5.2.4制動(dòng)器的制動(dòng) 38
6.回柱絞車的操作要求及鋼絲繩斷裂原因分析 39
6.1回柱絞車的操作要求 39
6.1.1一般要求 39
6.1.2開車前必須認(rèn)真檢查： 39
6.1.3運(yùn)行中必須注意： 39
6.2運(yùn)輸回柱絞車時(shí)的注意事項(xiàng) 40
6.3鋼絲繩斷絲原因分析 40
6.3.1鋼絲繩間斷斷絲 40
6.3.2鋼絲繩連續(xù)斷絲 40
7.使用與維修 42
7.1安裝、固定和操作 42
7.2后移 43
7.3維護(hù)與檢修 43
結(jié)束語 45
致謝 46
參考文獻(xiàn) 47
49
前 言
當(dāng)前，我國煤礦工業(yè)正以日新月異的速度前進(jìn)，在井下回采工作中當(dāng)一個(gè)工作面的煤層開采完了以后要放頂。由于金屬成本較高，這些支柱若不收回，則必然造成極大的浪費(fèi)。所以需用一臺(tái)回柱絞車。回柱絞車是機(jī)械回柱的主要設(shè)備。在木支柱工作面和一些金屬支柱工作面，一般都采用回柱絞車回柱?；厥盏闹е芍匦录庸だ茫度氲缴a(chǎn)中去。如果人工回柱，安全性差、效率低。使用回柱絞車回收既經(jīng)濟(jì)，又迅速，符合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)：高生產(chǎn)率和先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
下面讓我們熟悉一下回柱絞車的特點(diǎn)以及它在井下回采面的布置方式.
１、回柱絞車(含慢速絞車)的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)：
（１）傳動(dòng)系統(tǒng)都有一級(jí)減速比很大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)，皆具備自鎖功能，不會(huì)發(fā)生下故重物拉動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)情況。
（２）總傳動(dòng)比大(i＝150～230)，能在電動(dòng)機(jī)功率較小時(shí)，獲得較大的牽引力。
（３）具有整體結(jié)構(gòu)，便于移動(dòng)和安裝，甚至可以用回柱絞車牽引力來牽引絞車本身移動(dòng)。
（４）有的在電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器上裝有手動(dòng)制動(dòng)閘，有的在蝸輪減速器輸出軸上裝有活動(dòng)齒輪和錐形摩擦制動(dòng)器，使回柱絞車可以按信號(hào)準(zhǔn)確停位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動(dòng)自鎖影響)，且可控制放繩速度，防止松繩和亂繩。
（５）電氣控制裝置較簡單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵的環(huán)境場所。
（６）因蝸輪蝸桿傳動(dòng)效率低，易造成發(fā)熱和溫升過高,所以必須重視潤滑和維護(hù)。
２、回柱絞車在井下回采工作面的布置方式主要有以下幾種：
（１）回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)：回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)的位置、應(yīng)符合作業(yè)規(guī)程定.如圖1所示
圖1 在回風(fēng)巷布置回柱絞車
1回風(fēng)巷2 回柱絞車3 導(dǎo)向輪
回柱絞車安裝在回風(fēng)巷內(nèi)布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：①回栓絞車不需經(jīng)常搬遷；②適合于煤層傾角較大、頂板破碎、壓力較大的工作面。缺點(diǎn)有；①回栓絞車可能影響回風(fēng)巷人員行走和材料運(yùn)輸工作；②鋼絲繩牽引時(shí)要繞過一個(gè)拐直角的導(dǎo)向輪，鋼絲繩受力大容易損壞；②要求固定拐角導(dǎo)向輪的柱子或錨桿等必須牢固.
（２）回柱絞車安裝在回采工作面上端； 回柱絞車布置在緊靠回風(fēng)巷，且在工作面的上端相密集支柱之間。如圖2所示。
圖2 在回采工作面上布置回柱絞車
1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 鋼絲繩
回柱絞車安裝在回采工作面上端布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：①鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運(yùn)行阻力小，不易損壞；②不影響回風(fēng)巷內(nèi)人員走動(dòng)和材料運(yùn)輸工作。缺點(diǎn)有：①每進(jìn)行一次循環(huán)都要移動(dòng)回柱絞車；⑧要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用。當(dāng)頂板壓力較大時(shí)，機(jī)座受力后易變形；②頂板嚴(yán)重冒落，可能埋住絞車，移設(shè)和檢修都很困難。這種布置方式很少采用。
（３）回柱絞車直接安裝在工作面：回柱絞車直接安裝在工作面的多臺(tái)布置,方式如圖3所示
圖 3 在工作面上布置數(shù)臺(tái)絞車
1 回風(fēng)巷 2 回柱絞車 3 刮板輸送
回柱絞車直接安裝在工作面的多臺(tái)絞車布置方式的優(yōu)點(diǎn)有：①多臺(tái)同時(shí)回柱，加快回柱進(jìn)度，特別適合需要回柱的普通機(jī)械化采煤工作面，如使用刨煤機(jī)的回采工作面；②不影響回風(fēng)巷內(nèi)的人員走動(dòng)和材料運(yùn)輸工作；⑧鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運(yùn)行阻力小，不易損壞。缺點(diǎn)有，①每進(jìn)行—次循環(huán)都要移動(dòng)回柱絞車；②要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用；②頂板冒落，可能埋住絞車，移動(dòng)和檢修都很困難。這種布置方式是在回柱工藝時(shí)間大大超過來煤工藝時(shí)間的情況下采用，可提高采煤工作面生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益，但應(yīng)在確保安全的前提下謹(jǐn)慎推廣使用。
1.回柱絞車的概況與方案的初步擬定
1.1國內(nèi)外回柱小絞車的概況
我國礦用小絞車主要是指調(diào)度絞車和回柱絞車，它經(jīng)歷了仿制、自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。解放初期使用的礦用小絞車有日本的、蘇聯(lián)的，因此當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的礦用小絞車也是測繪仿制日本和蘇聯(lián)的產(chǎn)品。1958年后這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并對(duì)蘇聯(lián)絞車進(jìn)行了改進(jìn)，于1964年進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)階段.回柱絞車大體上也是經(jīng)歷了仿制和自行設(shè)計(jì)的兩個(gè)階段，八十年代以前一直使用的是仿制的老產(chǎn)品，八十年代中期才開始設(shè)計(jì)新型的回柱絞車，主要針對(duì)效率極低的球面蝸輪副、慢速工作和快速回繩等環(huán)節(jié)進(jìn)行根本的改進(jìn)。
礦用小絞車標(biāo)準(zhǔn)化方面，1967年制定了調(diào)度絞車部標(biāo)準(zhǔn)，1971年制定了回柱絞車部標(biāo)準(zhǔn).1982年對(duì)上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都進(jìn)行了修訂，其標(biāo)準(zhǔn)方為JB965-83. JB1409-83.國外礦用小絞車使用很普通，生產(chǎn)廠家也很多。蘇聯(lián)、日本、美國、瑞典等國都制造礦用小絞車。
國外礦用小絞車的種類、規(guī)格較多.工作機(jī)構(gòu)有單筒、雙筒和摩擦式.傳動(dòng)型式有皮帶傳動(dòng)、鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸輪傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)和擺線齒輪傳動(dòng)等。其中采用行星齒輪傳動(dòng)的比較多。發(fā)展趨勢向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向發(fā)展，向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展;向高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、一機(jī)多能通用化、大功率、外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展。
國外礦用小絞車規(guī)格比較多，適用不同場合，我國礦用小絞車的規(guī)格少，品種型號(hào)多而亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。從工作機(jī)構(gòu)上分，國外有單筒、雙筒及摩擦式三種，我國只有單筒一種型式。從原動(dòng)力上分，國外有電動(dòng)的、風(fēng)動(dòng)的及液壓驅(qū)動(dòng)，我國只有電動(dòng)的和少量風(fēng)動(dòng)的。
例如回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動(dòng)，回柱絞車的主傳動(dòng)均采用了蝸輪副傳動(dòng)，這是因?yàn)槲佪喐眰鲃?dòng)比大，又具有自鎖性，故其傳動(dòng)效率較低，一般只有0. 4～0.45，回柱絞車的總傳動(dòng)效率更低?；乩K速度慢，所有的回柱絞車回繩速度和工作牽引速度相同.不論絞車用于回柱放頂，還是搬運(yùn)設(shè)備，工作效率太低。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，又由于回柱絞車搬運(yùn)，工作時(shí)間長占用人工多，因此這類絞車均應(yīng)設(shè)置快速回繩。
我國礦用小絞車在壽命、噪音、可靠性等綜合指標(biāo)與蘇聯(lián)有著一定的差距。蘇聯(lián)礦用小絞車使用壽命規(guī)定在5年以上，我國目前不具備測試手段壽命無法考核，但從對(duì)用戶的訪問中得知，壽命達(dá)不到5年.噪音也稍大。
雖然我國礦用小絞車參數(shù)系列水平優(yōu)于國外，但在標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)采煤機(jī)械制造國。比如牽引力14000kg·f這一檔回柱絞車就有四種型號(hào). JHC-14型一級(jí)減速為蝸輪副傳動(dòng)、二級(jí)為行星齒輪傳動(dòng)(少齒差傳動(dòng))。JHZ-14型二級(jí)減速為蝸輪副傳動(dòng)，一級(jí)和三級(jí)減速為圓柱齒輪傳動(dòng)。JM-14型是在一級(jí)蝸輪副減速之后,其二級(jí)、三級(jí)減速為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。JH-14型是在一級(jí)蝸輪副減速之后，其二級(jí)減速為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，也是傳動(dòng)系統(tǒng)最簡單的一種。
回柱絞車以電動(dòng)使用最廣，傳動(dòng)型式以球面蝸輪副居多，該機(jī)主要結(jié)構(gòu)型式為電動(dòng)機(jī)懸裝在蝸輪副減速器的后部，蝸輪副減速器為第一級(jí)減速，第二級(jí)和第三級(jí)為圓柱齒輪傳動(dòng)，分別安裝在機(jī)器的兩側(cè)對(duì)稱機(jī)體的中心布置，該機(jī)呈長條形適應(yīng)并下巷道的空間，體積小，底座呈雪橇形，安裝搬運(yùn)方便。
縱觀國外礦用小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
(1)向標(biāo)準(zhǔn)化系列化方向發(fā)展，蘇聯(lián)、日本、美國、德國、英國已有礦用小絞車國家標(biāo)準(zhǔn).并且這些國家的各制造公司有自己的產(chǎn)品系列型譜。在這些國家標(biāo)準(zhǔn)和系列型譜中，對(duì)絞車的性能、參數(shù)做了明確的規(guī)定，并強(qiáng)力推行和實(shí)施，給設(shè)計(jì)和制造、使用、維護(hù)帶來極大方便。
(2)向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展。由于煤礦井下狹窄的工作環(huán)境要求絞車體積小、重量輕，各國都在力求將絞車的原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作滾筒、制動(dòng)操作等部分及底座等主要部件綜合在一個(gè)系統(tǒng)中加以統(tǒng)籌布局，充分利用空間提高緊湊程度，做好外形封閉。為此有的將傳動(dòng)部分置于滾筒內(nèi)部，有的緊貼滾筒端部，有的將電機(jī)埋入滾筒內(nèi)部，有的將底座支架減速器鑄為一體。
(3)向高效節(jié)能方向發(fā)展。世界工業(yè)發(fā)達(dá)的國家如蘇聯(lián)、日本在紋車各種參數(shù)的設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取最佳參數(shù)，最大限度提高產(chǎn)品功能。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上盡量采用較先進(jìn)的傳動(dòng)型式，并采用合理的制造精度，以提高生產(chǎn)效率。在產(chǎn)品節(jié)能方面各國各公司都很重視。蘇聯(lián)和日本在絞車設(shè)計(jì)方面為節(jié)約電耗，對(duì)電機(jī)功率在全面分析絞車的實(shí)際工作情況的基礎(chǔ)上確定。使電機(jī)的功率保證絞車的功能(牽引力、牽引速度)等，又能使電機(jī)功率得以充分利用。
(4)向壽命長、低噪音方向發(fā)展。壽命和噪音是衡量產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo)，是產(chǎn)品質(zhì)量的綜合性反應(yīng)。壽命長，經(jīng)濟(jì)效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。
(5)向一機(jī)多能、通用化方向發(fā)展。礦用小絞車在使用過程中不僅做調(diào)度用，而且還做運(yùn)輸及其他輔助工作。使用范圍擴(kuò)大，要求絞車有比較強(qiáng)的適應(yīng)能力。把調(diào)度、運(yùn)輸、輔助絞車歸納為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。三種絞車結(jié)構(gòu)相近，大同小異。即主機(jī)相近而制動(dòng)操作部分則根據(jù)各自的使用條件有所區(qū)別。有的國家已經(jīng)打破了行業(yè)界限，把各行業(yè)的卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備統(tǒng)歸為卷揚(yáng)機(jī)類。這樣便于生產(chǎn)使用和維護(hù)。便于提高產(chǎn)品質(zhì)量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。隨著管理水平的提高，產(chǎn)品通用化程度也必然的不斷提高，這是今后產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。
(6)向大功率方向發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，原來的產(chǎn)品越來越不能滿足用戶的要求。長期的生產(chǎn)實(shí)踐的成功經(jīng)驗(yàn)表明，調(diào)度絞車除調(diào)度礦車外，也用于運(yùn)搬設(shè)備，又如回柱絞車除用于回柱放頂外，有時(shí)也用于搬運(yùn)綜采及各類機(jī)電設(shè)備時(shí)，運(yùn)距一般較長，牽引和回繩用一種速度，且目前的回柱絞車牽引速度太慢，回繩速度更慢，因此解決上述問題的同時(shí)要加大絞車的功率，滿足用戶的要求。
(7) 向外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展。由于各國力求使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、大都采用了機(jī)電合一的綜合機(jī)構(gòu)。外表只能看到滾簡和制動(dòng)操縱部分。整個(gè)絞車近似一個(gè)圓形，顯得線條簡單外形平滑，為了爭奪市場，各國絞車在外形上巧妙的構(gòu)思，使得產(chǎn)品造型美觀，操作者感到舒適。
1.2回柱絞車的主要傳動(dòng)方式類型
我國常用的回柱絞車類型及其傳動(dòng)方式有下列幾種:
1.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組斜齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪
2.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組蝸輪,一組直齒輪
3.回柱絞車,其傳動(dòng)方式有兩種,一種為:一組蝸輪,兩組直齒輪;一組為一組斜齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪
4.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組蝸輪,一組直齒輪
5.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組蝸輪,一組少齒差行星齒輪
6.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組直齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪
7.型回柱絞車,其傳動(dòng)方式為:一組圓錐齒輪,一組變速直齒輪,一組行星齒輪,一組直齒輪．
1.3設(shè)計(jì)任務(wù)與方案的初步擬定
礦用回柱絞車傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
1.3.1設(shè)計(jì)條件
1）機(jī)器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車;
2）工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時(shí)間比為1:2),繩筒轉(zhuǎn)向定期變換;
3）運(yùn)動(dòng)要求:絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過8%;
4）工作能力:儲(chǔ)備余量10%;
1.3.2原始數(shù)據(jù)見表1-1
1.3.3方案的初步擬定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所給原始數(shù)據(jù),經(jīng)過對(duì)回柱絞車常用型號(hào)的傳動(dòng)方式比較,最后選用一級(jí)為蝸桿傳動(dòng),一級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方式.其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1:
表1-1 絞車原始數(shù)據(jù)
項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
鋼繩牽引力（KN）
140
鋼繩最大速度(m/min)
5
繩筒直徑(mm)
380
鋼繩直徑(mm)
21.5
繩筒容繩量(m)
120
圖1-1 JH-14回柱絞車的結(jié)構(gòu)簡圖
1、電動(dòng)機(jī) 2、連軸器 3、蝸輪蝸桿減速器 4、小齒輪 5、中間齒輪 6、大齒輪 7、滾筒
1.4 JH-14型回柱絞車
1.4.1型號(hào)含義
J卷揚(yáng)機(jī)類，H回柱絞車，14鋼絲繩拉力140（KN）。
1.4.2主要組成部分
JH-14型回柱絞車由電動(dòng)機(jī)，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，中間軸，卷筒，底盤五大部分組成。其傳動(dòng)原理是：動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)通過一對(duì)聯(lián)軸器傳動(dòng)圓弧面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經(jīng)中間過橋齒輪傳動(dòng)大齒輪，大齒輪帶動(dòng)卷筒，卷筒引鋼絲繩進(jìn)行工作。
2.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1傳動(dòng)方案的確定
根據(jù)機(jī)械器的工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動(dòng)比等條件選擇機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)所需的傳動(dòng)類型，并擬定從動(dòng)力機(jī)到工作機(jī)構(gòu)之間機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和總體布置。
一般情況下，盡管動(dòng)力機(jī)的輸出功率滿足工作機(jī)構(gòu)的要求，但輸出的轉(zhuǎn)速、扭矩或運(yùn)動(dòng)形式很難符合工作機(jī)構(gòu)的需要，這時(shí)就需要采用某種機(jī)械傳動(dòng)裝置。這是絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)的共同特點(diǎn)。
按照傳動(dòng)原理的不同，機(jī)械傳動(dòng)裝置可分為摩擦傳動(dòng)、嚙合傳動(dòng)和推壓傳動(dòng)三種。根據(jù)傳動(dòng)比能否改變，機(jī)械傳動(dòng)裝置又可分為可調(diào)傳動(dòng)比傳動(dòng)、固定傳動(dòng)比傳動(dòng)和變傳動(dòng)比傳動(dòng)三類。回柱絞車一般采用固定傳動(dòng)比傳動(dòng)。
減速器傳動(dòng)：本回柱絞車由于總減速比較大，為i=186而采用動(dòng)力蝸桿減速器。蝸桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)是：傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性能好。對(duì)于回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉(zhuǎn)只能由電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制；當(dāng)電源切斷時(shí)絞車馬上停止工作；卷筒本身不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以免發(fā)生事故。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來控制卷筒的自轉(zhuǎn)。而蝸輪蝸桿傳動(dòng)就起到了這個(gè)作用。因?yàn)槿羧∥仐U的蝸螺旋線開角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角，則當(dāng)蝸輪主動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖，即只能蝸桿帶動(dòng)蝸輪，而不能蝸輪帶動(dòng)蝸桿。因此，采用蝸輪蝸桿減速器，就能保證卷筒的自鎖性。這就是回柱絞車采用蝸桿減速器的一個(gè)重要原因。
但是，采用蝸桿減速器也有一缺點(diǎn)，就是傳動(dòng)效率低，這點(diǎn)應(yīng)在具體的蝸桿減速器設(shè)計(jì)中充分重視，并設(shè)法提高。
采用圓弧齒圓柱蝸桿，就是提高效率的一種措施，這是一種新型的傳動(dòng)裝置。它與普通的蝸桿傳動(dòng)相比，其不同在于，具有良好的潤滑條件使齒面之間建立連續(xù)的潤滑油膜形成液體摩擦，從而降低摩擦系數(shù)，減輕磨損，提高了承載能力和效率。因此，它具有承載能力大，使用壽命長，效率高（高10-15%）等優(yōu)點(diǎn)。
齒輪傳動(dòng):選擇齒輪傳動(dòng)，是由于齒輪傳動(dòng)具有工作可靠，使用壽命長，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率和速度適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因斜齒輪傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力，對(duì)傳動(dòng)不利。若采用人字齒輪，雖可使齒輪軸向力自行抵消，但人字齒輪制造比較困難，所以選擇直齒輪傳動(dòng)。
從結(jié)構(gòu)上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳動(dòng)比大，會(huì)造成兩齒輪大小相差過甚，大齒輪太大以至于不好安裝和制造，而且外形尺寸也太大。另外，渦輪軸上的小齒輪也不能太小，因?yàn)楦鶕?jù)強(qiáng)度要求限制了軸徑，從而控制小齒輪的尺寸只能小到某一程度。否則，會(huì)給加工成本帶來諸多不便。況且卷筒和大齒輪以及蝸輪尺寸都較大，讓蝸輪上的齒輪與卷筒上的齒輪直接嚙合，受尺寸限制，不容易做到?；谝陨显颍瑳Q定增加一中間軸，軸上安裝一過橋齒輪。這樣，既可以得到合適的傳動(dòng)比，又可以令整體布局合理。
現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展，無論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結(jié)構(gòu)尺寸和重量方面，對(duì)齒輪的傳動(dòng)的要求愈來愈高。標(biāo)準(zhǔn)齒輪由于存在一些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計(jì)要求，我們決定設(shè)計(jì)三個(gè)變位齒輪，作為改善齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的有效方法。
2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力計(jì)算
2.2.1電動(dòng)機(jī)的確定
1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇
因?yàn)橥ǔＩa(chǎn)場所所用的都是三相交流電源，所以采用交流電動(dòng)機(jī)；由于回柱絞車常用于有煤塵和瓦斯的爆炸性氣體的井下，所選電機(jī)要具有防暴性能。為此，應(yīng)選用Y系列三相異步防暴機(jī)。
2、電動(dòng)機(jī)功率的確定
參考現(xiàn)有同類產(chǎn)品，先假以卷筒寬度B=300mm，鋼絲繩直徑=21.5mm，卷筒直徑D=400mm
卷筒轉(zhuǎn)速n w===3.68
繩筒軸的輸出功率：P w===9.29kw
傳動(dòng)裝置效率η=η1×η2×η3
其中η1—聯(lián)軸器效率；η1=0.995；
η2—蝸桿減速器效率；η2=0.9；
η3—齒輪傳動(dòng)效率；η3=0.98；
η=η1×η2×η3=0.995×0.9×0.98=0.877
電動(dòng)機(jī)所需功率：P0===10.6kw
根據(jù)P0查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取YB200L—8電機(jī)。其額定功率P=15kw>P0=10.6kw，滿足要求。額定轉(zhuǎn)速n=730，總減速比i==183.4，與已知同類產(chǎn)品i=186相差不大，故所選電機(jī)合適。
2.2.2分配總傳動(dòng)比
根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案把總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)上，并要求各級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟(jì)和效率高。
各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積應(yīng)等于總傳動(dòng)比，即i=i.i.i…式中，i、i、i…分別為各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比。根據(jù)i=186。并參考現(xiàn)有同類回柱絞車，確定各傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：
蝸輪蝸桿傳動(dòng)比：i=43
第一對(duì)齒輪傳動(dòng)比：i=1.2
第二對(duì)齒輪傳動(dòng)比：i=3.6
總傳動(dòng)比i=i.i.i=431.23.6=185.76186
2.2.3計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)包括各級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等。這是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案優(yōu)劣的重要指標(biāo)，也就是各級(jí)傳動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的依據(jù)。
1、計(jì)算各軸轉(zhuǎn)速： n=730r/min
n= n=730r/min
n1==730=16.98r/min
n2===14.15r/min
n3===3.9r/min
2、計(jì)算各軸功率： P=15kw
P= Pη1=150.995=14.925kw
P1= Pη2=14.9250.9=13.43kw
P2= P1η3=13.430.98=13.16kw
P3= P2η3=13.160.98=12.90kw
3、計(jì)算各軸扭矩： T=9550=9550=196.23 N·m
T=9550=9550=195.25 N·m
T1=9550=9550=7553.39 N·m
T2=9550=9550×=8881.84 N·m
T3=9550=9550×=31588.46 N·m
表2-1 計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能參數(shù)
軸
功率P（kw）
轉(zhuǎn)速n（）
轉(zhuǎn)矩T（N·m）
電機(jī)軸
15
730
196.23
蝸桿軸
14.925
730
195.25
1軸
13.43
16.98
7553.39
2軸
13.16
14.15
8881.84
3軸
12.9
3.9
31588.46
2.3蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
高速級(jí)傳動(dòng)件設(shè)計(jì)
2.3.1選擇蝸桿傳動(dòng)類型
根據(jù)《礦用小絞車》P189“回柱絞車主要技術(shù)規(guī)格”，采用圓弧面蝸桿（ZC）。
2.3.2選擇材料
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,并考慮到蝸桿傳動(dòng)傳遞的功率不大,速度是慢速,故蝸桿用40Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度為250-300HB.蝸輪用鋁鐵青銅ZQAl9-4,金屬模鑄造.為了節(jié)約貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,二輪芯用灰鑄鐵HT25-47鑄造.
2.3.3承載能力計(jì)算
圓弧面蝸桿傳動(dòng)的損壞形式同圓柱蝸桿傳動(dòng)類似，主要是齒面磨損與膠合。為實(shí)現(xiàn)齒面之間的動(dòng)壓潤滑，避免發(fā)生膠合和減輕磨損，圓弧面蝸桿傳動(dòng)的承載能力按以下驗(yàn)算：
（１）選擇蝸桿頭數(shù)，渦輪齒數(shù)及蝸桿包容渦輪的齒數(shù) Z1=1，Z2=iZ1=43，Z'===4.3
（２）選擇傳動(dòng)比參數(shù) 根據(jù)i=40，n1=730r/min,查[5]P312圖3-42，取I=1
（３）選擇材料系數(shù)，質(zhì)量系數(shù)及工作條件系數(shù) 齒輪材料為鋁鐵青銅，制造精度8級(jí)，啟動(dòng)頻繁，間歇工作制度，查[5]P312表3-20，取K1=1，K2=0.8，K3=1.06
（４）計(jì)算功率參數(shù) H===1123
（５）確定中心距 根據(jù)H=1123，n1=730r/min，查[5]P312圖3-43得A=225mm
（６）驗(yàn)算：[N1]===18.53kw，N1=18.5kw<[N1]， 滿足要求。
2.3.4蝸輪輪齒的強(qiáng)度驗(yàn)算
圓弧面蝸桿傳動(dòng)的蝸輪發(fā)生斷齒的情況是比較少見的。但為慎重起見，必要時(shí)仍需對(duì)蝸輪輪齒進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。由于蝸輪輪齒在受力時(shí)的變形造成卸載，引起載荷沿齒高方向分布不均，使力的作用位置向齒根方向偏移。所以，蝸輪輪齒的折斷不是由于彎曲強(qiáng)度不夠，而是齒根剪切強(qiáng)度不足引起的。
（１）蝸輪圓周力 P2===199 KN
（２）蝸桿與蝸輪嚙合齒對(duì)之間的載荷分布不均勻系數(shù)，可取KP=0.5，
B=54mm，Cn=0.304
γ==9°
γ2'=γ-（γ1’+）=0.55γ-=0.55×9-=4.95
（３） 蝸輪齒根的許用剪應(yīng)力 [τ]=0.5σb ， 查[3]P205表8-9
σb=540，[τ]=0.5×540=270
（４）λ0 =tg-1=tg-1=6.53°
α0 =sin-1=sin-1=22.95°
（５）τ==
=198<[τ]
故蝸輪齒根的剪切疲勞強(qiáng)度滿足要求。
2.3.5計(jì)算蝸桿的各項(xiàng)參數(shù)
（１）蝸桿頂圓直徑 Dd2===387.19mm
（２）徑向間隙 C=0.15=0.15×=1.4
（３）校正蝸桿圓直徑 Dg1=2A-Dg2-2C=2×225-387.19-2×1.4=60mm
齒頂高、齒根高和全齒高
h1'=0.9=0.9×=8.42mm
h1"=0.85=0.85×=7.95mm
h2'=0.7=0.7×=6.55mm
h2"=1.05=1.05×=9.82mm
h1=h1'+h1"=8.42+7.95=16.37mm
h2=h2'+h2"=6.55+9.82=16.37mm
（４）分度圓直徑和成形圓直徑
df2=Dd2-2h2'=387.19-2×6.55=374.09mm
df1=2A-df2=2×225-374.09=75.91mm
d0===140.625,取d0=145mm
（５）蝸桿頂圓直徑和渦輪根圓直徑
Dd1=df1+2h1'=75.91+2×6.55=89.01mm
Dg2=df2-2h2"=374.09-2×9.82=354.45mm
2.4齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)是由三個(gè)直齒圓柱齒輪來完成的。即小齒輪、過橋齒輪和大齒輪。小齒輪安裝在蝸桿軸上，中間齒輪和大齒輪安裝在中間軸和卷筒上。通過這三個(gè)齒輪，將運(yùn)動(dòng)傳遞到卷筒上。
2.4.1齒輪模數(shù)的確定
參考同類產(chǎn)品：選取小齒輪材料為40C鋼，齒面淬火，淬火硬度為HRC45~50；橋輪材料為40C鋼，表面淬火，淬火硬度為BRC48~55；大齒輪用40C合金鋼鑄成，調(diào)質(zhì)處理，硬HRC230~260。初選z=19, 則z2=i19=1.2119=23, z=i z3=3.623=83, 為減小傳動(dòng)的尺寸，小齒輪和橋齒輪均為硬齒面；大齒輪采用軟齒面，其目的是使大齒輪和中間齒輪使用壽命相當(dāng)。
模數(shù)大小需由彎曲疲勞強(qiáng)度確定。由于第二對(duì)齒輪傳動(dòng)承載較大，就按第二對(duì)齒輪傳動(dòng)初步計(jì)算。
按彎曲強(qiáng)度，m ① [1]P201式（10-5）
式中，取載荷系數(shù)K=1.325 ，z=23 ，轉(zhuǎn)矩T=6338 Nw
齒寬系數(shù)=0.51
橋輪、大齒輪許用彎曲應(yīng)力：[]=637MP，[]=396MP
齒形系數(shù)：Y=2.69 ， Y=2.21
應(yīng)力修正系數(shù)：Y=1.58 ， Y=1.77
以上數(shù)據(jù)均查自[1]P200
=＜=
就按二者中的大值計(jì)算，將諸值代入①式，得
M≥
=
=8.5mm 圓整，取m=8mm。
2.4.2接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
2.4.3驗(yàn)算接觸強(qiáng)度
（１） 齒數(shù)和精度等級(jí)：z=19，z=23,z=83, 圓周速度v=5 m/min，8極精度
（２）使用系數(shù) K=1
（３）動(dòng)載系數(shù) K=1.0，K=1.02
（４）齒向載荷分配系數(shù) K=1.21，K=1.13
（５）齒寬系數(shù) =0.78，=0.51
以上2—5數(shù)據(jù)均查自[1]P193-205
（６）載荷系數(shù)K：K=K.K.K.K=1×1×1.1×1.21=1.33
K=K.K.K.K=1×1.02×1.15×1.13=1.325
（７）總工作時(shí)間 設(shè)計(jì)每日工作8個(gè)小時(shí)，一年300天，使用壽命8年，使用期限內(nèi)工作時(shí)間占20%
t=8×300×8×0.2=3840h
（８）工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪為主動(dòng)輪，每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同側(cè)嚙合一次；中間輪同一側(cè)齒面也嚙合一次。因此，接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化
N=60rnt=60×1×16.98×3840=3.9×10
N=N/i=3.9×10/1.2=3.26×10
N=N/i=3.26×10/3.6=0.9×10
（９）彈性系數(shù) Z=189.8，Z=188.9
（10）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) Z=2.22，Z=2.5
（11）接觸疲勞極限 =1280 ，=1370 ，=950
（12）接觸安全系數(shù) S=S=1
（13）接觸壽命系數(shù) KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3
以上9—13數(shù)據(jù)均查自[1]P201—210
（14）許用接觸應(yīng)力 []===1472
[]===1713
[]===1235
（15）齒寬 b1=b2=b3=100mm
（16）驗(yàn)算
=Z.Z=189.82.5
=1453<[]=1472
=Z.Z
=188.92.5
=1224<[]=1235
經(jīng)計(jì)算知，大小齒輪均滿足接觸強(qiáng)度要求。
2.4.4驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度
（1） 齒形系數(shù)Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21
（2） 應(yīng)力修正系數(shù)Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775
（3） 彎曲疲勞極限 ＝600，＝650，＝450
（4） 彎曲安全系數(shù)S S=1.0
（5） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 小齒輪為主動(dòng)輪。每轉(zhuǎn)一周，小齒輪同一側(cè)嚙合一次，彎曲應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化；中間同一側(cè)齒面口嚙合一次，彎曲應(yīng)力按對(duì)稱循環(huán)變化。
N=60rnt=60×1×16.98×3840=3.9×10
N=N/i=3.9×10/1.2=3.26×10
N=N/i=3.26×10/3.6=0.9×10
（6） 彎曲壽命系數(shù)KFN KFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15
（7） 許用彎曲應(yīng)力[]
[]===540
[]===650
[]===518
(8) 驗(yàn)算：
<[]
<[]
<[]
<[]
經(jīng)計(jì)算知：大小齒輪均滿足彎曲強(qiáng)度要求，且具有高的可靠性。
2.5中間軸設(shè)計(jì)
中間軸（過橋齒輪軸）是為適應(yīng)絞車結(jié)構(gòu)上的需要（加大滾筒與蝸輪軸的中心距）而設(shè)計(jì)的，軸固定在底盤左側(cè)箱中部。軸上有一過橋齒輪，齒輪有40Cr合金鋼制成，齒面硬度為HRC50~55。齒輪孔內(nèi)鑲有銅套，軸心部挖空，加一個(gè)旋蓋（壓油蓋），組成擠壓式油杯。下面就具體設(shè)計(jì)一下中間軸結(jié)構(gòu)。
已知，中間軸傳遞功率P2=13.16 KW。轉(zhuǎn)速n2=14.15 r/min,轉(zhuǎn)矩T2=8881.84 N·m
2.5.1選材
中間軸受力情況簡單，且不是重要的軸，選45鋼就可以了。
2.5.2基本軸徑估算
由[1]P表15-3 查得A0=108
dA0=108
=105.4mm ， 取d=105mm
由于該軸并不旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)度要求并不高，所以，根據(jù)同行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)，取d=75mm。
2.5.3軸上零件布置
軸外面套有軸套，過橋齒輪再固聯(lián)在軸套上，用螺釘將二者聯(lián)接。因中間軸不轉(zhuǎn)，無須軸承支撐。軸左端與支承架。
2.5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過小齒輪與中間輪嚙合，帶動(dòng)軸套也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。但中間軸不能轉(zhuǎn)動(dòng)。將凸臺(tái)銑去一塊就是為了防止中間軸與軸套之間由于某種原因而造成軸套帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于軸套是運(yùn)動(dòng)的，需一套潤滑機(jī)構(gòu)使軸套轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；故在軸上開有油槽孔，軸套內(nèi)孔圓周上也均布3條油槽。加油時(shí)，將壓油蓋擰開，向螺孔中加入黃油，加滿后，擰緊壓油油蓋。軸套內(nèi)的三條油槽用來輸送和分布潤滑油，油槽長度應(yīng)小于軸套寬度。隨著軸套的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)熱，黃油逐漸變稀，從軸上的油孔中滲出，隨軸套一起轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就將潤滑油分布在軸套與中間軸的接觸面上，起保護(hù)中間軸和潤滑的作用，相當(dāng)于一滑動(dòng)軸承。
軸與齒輪不直接接觸，通過軸套聯(lián)接。因而齒輪上的力不直接做用于軸上，中間軸的受力情況很簡單，只受重力和支持力這兩個(gè)力而平衡。對(duì)這種情況，軸的直徑足夠大，不需強(qiáng)度校核。
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
2.6 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
JH-14型回柱絞車的主軸是一定心軸，固定在左右兩支承架上。它只起支承旋轉(zhuǎn)機(jī)的作用，而不傳遞動(dòng)力，即指承受彎矩作用。
2.6.1主軸的設(shè)計(jì)
由前知：卷筒上傳遞的功率是12.9kw，轉(zhuǎn)速n=3.9m/min
2.6.2材料選擇
選用鋼，為保證其機(jī)械性能，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試處理。
2.6.3軸徑的初步估算
估算公式：
d≥A0 式中A0是與材料有關(guān)的系數(shù)，查[1]P表15-3 得A0=108
d≥A0=108×=99.76 圓整，取d=160.9mm
由于此軸是固定心軸，受力情況并不嚴(yán)重。因此，接上式估算的軸徑可作為軸的最大直徑。參考現(xiàn)有同類產(chǎn)品，取最小軸徑d=115mm。
2.6.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）確定軸上零件的布置方式。為使結(jié)構(gòu)緊湊，并考慮具體的工藝性和強(qiáng)度要求，將大齒輪與卷筒一側(cè)對(duì)稱地安裝在軸頸處。即大齒輪在卷筒右側(cè)，通過鍵與卷筒固聯(lián)在一起。軸承兩端裝有軸承蓋，內(nèi)有檔油板和密封圈。軸承蓋用螺釘M1220與卷筒固定在一起。
（2）根據(jù)工藝和強(qiáng)度要求把軸制成階梯形，這樣可以使軸上零件定位可靠并且拆裝方便。
（3）確定軸的各段長度。
。
（4）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為,各軸肩處圓角半徑見圖紙.
至此，軸的設(shè)計(jì)完畢。下面畫出它的結(jié)構(gòu)簡圖：
圖2-1 軸的結(jié)構(gòu)簡圖
2.6.5主軸的強(qiáng)度校核
受力分析：卷筒部件的大齒輪和卷筒未與軸直接接觸，但其上的力通過軸承傳遞到了主軸上。因此，主軸所受軸承的力與卷筒所受軸承的力大小相等方向相反。另外，主軸兩端還受兩個(gè)支承架的支承力。若考慮重力的作用，主軸還受卷筒部件的重壓作用。
軸的空間受力圖：
O
X
y
z
圖2-2 軸的空間受力圖
由前知：R =392N，R=24500N；R=31642N，R35874N，估計(jì)卷筒重量約為154公斤，則G=1509N。將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，求出水平面上和垂直面上的支承點(diǎn)反作用力，并畫出彎矩圖：
支反力：
根據(jù)平衡方程R+R=R+G+R
R．64+G．236+R．408=R．472
解得，R=5383.8N，R=28159.2N
彎矩圖：
圖2-3 彎矩圖
YX面受力圖：
支反力：
根據(jù)平衡方程 R′+R′=R′+R′
R′．64+R′．408=R′．472
解得，R′=26042.2N， R′=34331.8N
彎矩圖：
圖2-4 彎矩圖
合成彎矩圖M=
圖2-5 合成彎矩圖
對(duì)照結(jié)構(gòu)圖，分析合成彎矩圖，可知主軸較危險(xiǎn)的三個(gè)部面分別是：中間軸頸110的右端面Ⅰ，右端面軸承的中間部面Ⅱ，右端軸頸的左端面Ⅲ。（主軸結(jié)構(gòu)圖）。
這三個(gè)合成彎矩分別是：
M=
=
=2669644
M=2841782.4
M=
=
=1243279.8
因?yàn)棰?、Ⅱ處的截面直徑相同，M＞ M，只需驗(yàn)算M就行了。
直徑校核：
心軸的截面尺寸是根據(jù)彎曲強(qiáng)度來計(jì)算。其危險(xiǎn)截面的尺寸可按下式確定。
d=
式中，M——最大彎矩
[]——許用彎曲應(yīng)力
——對(duì)于實(shí)心軸=0，對(duì)于空心軸=，d：軸內(nèi)徑，d：軸外徑，對(duì)于卷筒主軸，查[Ⅰ]P，45鋼，=355MP。取安全系數(shù)n=2.0，則[]===177.5 MP。主軸是實(shí)心軸，=0。
∴d≥。
則d===53.18mm＜75mm
d===54.29mm＜85mm
由以上計(jì)算可以看出，主軸強(qiáng)度足夠。
3.減速器的潤滑
3.1傳動(dòng)件的潤滑
閉式齒輪傳動(dòng)的潤滑大部分要求潤滑油有較高的粘度和較好的油性.潤滑油的粘度可以根據(jù)齒輪的材料和圓周速度來選擇潤滑油.蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)齒面間的滑動(dòng)速度大,傳動(dòng)效率低,發(fā)熱大,因此潤滑對(duì)于蝸桿傳動(dòng)來說更為重要.
由于是蝸桿-齒輪減速器,綜合考慮采用油池潤滑方式.在多級(jí)減速器中,應(yīng)盡量使各級(jí)傳動(dòng)浸入油深度近于相等.一般齒頂圓到油池地面的距離不應(yīng)小于30～50mm,以免太淺時(shí)激起沉于積在箱底的油泥.根據(jù)齒輪及蝸桿傳動(dòng)的粘度平均值,選用HJ-50號(hào)機(jī)械油進(jìn)行潤滑.
3.2軸承的潤滑
軸承的潤滑盡可能利用傳動(dòng)件的潤滑方法來實(shí)現(xiàn),通常根據(jù)齒輪或蝸桿的圓周速度來選擇.由于飛濺油量不能滿足軸承的需要,這時(shí)需要采用油脂潤滑方法,故在軸承內(nèi)側(cè)設(shè)置擋油環(huán),以免油池中的油浸入軸承,稀釋潤滑油.由于工作溫度在80—100攝氏度,而且工作環(huán)境油水分或較潮濕,所以選用鈣鈉基潤滑脂(ZBE 36002-88).
4.滾筒主軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題
主軸是絞車的主要部件之一,對(duì)于它的設(shè)計(jì)和使用,必須給予足夠的重視.
主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn):
（1）便于起吊、安裝和加工;
（2）卷筒主軸上的固定方式,不論用鍵或熱裝固定,都應(yīng)力求可靠、不松動(dòng),因?yàn)樗蓜?dòng)后不僅影響傳動(dòng),而且會(huì)在軸上磨出溝槽,以至引起斷軸事故;
（3）軸的斷面變化不應(yīng)太劇烈,并要防止其它類型的、過大的應(yīng)力集中;
（4）軸的加工和熱處理需嚴(yán)格遵守規(guī)程,并于機(jī)械加工情在軸頭切樣檢驗(yàn),此外還要進(jìn)行探傷檢驗(yàn);
（5）對(duì)軸不僅有強(qiáng)度要求,而且還有剛度要求,通常撓度應(yīng)小于軸跨距的1/3000;
（6）主軸的材料一般采用45號(hào)鋼.
5.回柱絞車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)
5.1制動(dòng)器的形式和常用安全裝置
5.1.1常用絞車制動(dòng)閘的形式
絞車制動(dòng)閘的形式有下列三種：
（１）帶式制動(dòng)閘
帶式制動(dòng)間有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、維修快捷等優(yōu)點(diǎn)，但也有制動(dòng)力矩受限、閘帶易磨損等缺點(diǎn)。一般用于井下小絞車.
（２）塊式制動(dòng)閘
塊式制動(dòng)閘因閘塊大都使用木塊而得其名。滾簡直徑在1．2m及其以上的老式絞車皆采用塊式制動(dòng)間。按結(jié)構(gòu)分，有角移式塊式制動(dòng)閘和平移式塊式制動(dòng)閘。
（３）盤式制動(dòng)閘
盤式制動(dòng)閘是一種利用盤形彈簧(又稱碟形彈簧)彈力緊閘和利用液壓推力松閘的一種新型絞車制動(dòng)裝置。由于使用多副制動(dòng)閘，制動(dòng)可靠性高；用電液調(diào)壓裝置來調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩，操作方便，可調(diào)性好；慣性小，動(dòng)作快，靈敏度高；重量輕，外形尺寸小；通用性好等優(yōu)點(diǎn)，因而盤形閘獲得廣泛應(yīng)用。但也有制造精度高、密封要求嚴(yán)格和碟形彈簧可能失效等缺點(diǎn)，在使用維護(hù)中必須注意。
5.1.2.絞車上應(yīng)有的安全裝置
（１）制動(dòng)閘
各類絞車都必須具備制動(dòng)鬧，重要絞車應(yīng)有手動(dòng)操縱閘和能自動(dòng)操縱的保險(xiǎn)閘。如果手動(dòng)閘和保險(xiǎn)閘共同使用一套閘瓦制動(dòng)時(shí)，操縱和控制機(jī)構(gòu)必須分開。滾筒直徑在o．8m及其以下的絞車只有手動(dòng)閘。
（２）深度指示器
深度指示器是指示提升容器在井筒中運(yùn)行位置的重要裝置。滾簡直徑1.2m及其以上的絞車都裝有深度指示器。在深度指示器上都裝有減速警鈴、過卷保護(hù)開關(guān)、限速凸輪板、傳動(dòng)齒輪和離合聯(lián)軸節(jié)等。指示針裝在螺母上，由兩根絲杠帶動(dòng)，使兩根指針同時(shí)做上下移動(dòng)。
（３）各種保險(xiǎn)裝置
提刀絞車按規(guī)定要求必須裝設(shè)下列保險(xiǎn)裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負(fù)荷和欠電壓保護(hù)裝置、限速裝置、閘瓦過磨損保護(hù)裝置、松繩報(bào)警裝置、滿倉保護(hù)裝置和深度指示器失效保護(hù)裝置等。滾筒直徑o．8m及其以下的絞車，由于絞車結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行速度較侵，一般都沒有上述保險(xiǎn)裝置。滾簡直徑1．2m及其以上的絞車．根據(jù)個(gè)同的使用要求設(shè)置不同類型和數(shù)量的保險(xiǎn)裝置。
5.1.3回柱絞車制動(dòng)器的作用
（１）保證準(zhǔn)確停位，防止電動(dòng)機(jī)停電后,其轉(zhuǎn)子慣性仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng).（２）控制放繩速度，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂纏繩。實(shí)際進(jìn)行回柱作業(yè)時(shí)，為縮短拴繩時(shí)間，可打開回柱絞車的離合器．使?jié)L筒與蝸輪蝸桿減速箱脫開，拴繩工可迅速輕快地將鋼絲繩從滾簡上拉出來，直至拴到需要回收的頂柱上。為限制滾筒放繩旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性，可使用制動(dòng)閘進(jìn)行控制，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂繩.
5.2制動(dòng)器的選用和設(shè)計(jì)
5.2.1制動(dòng)器的確定
根據(jù)給出的滾筒直徑以及絞車的實(shí)際情況,最后確定選用帶式制動(dòng)器.
5.2.2帶式制動(dòng)器的工作原理
帶式制動(dòng)器是常見的一種制動(dòng)器,工作原理為摩擦制動(dòng). 圖4-1為帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡圖。制動(dòng)塊與閘帶固聯(lián)并插入制動(dòng)槽內(nèi)。當(dāng)手柄在操作力P的作用下扳過死點(diǎn),閘帶緊箍閘輪并欲與之同轉(zhuǎn)由于制動(dòng)塊與槽的作用,可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)目的。
圖5-1 帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡圖
1閘輪 2閘帶 3制動(dòng)塊 4拉桿 5手柄 6機(jī)體制動(dòng)槽
帶式制動(dòng)器是靠作用力Q收緊制動(dòng)帶而抱住閘輪，即靠帶與輪間產(chǎn)生的摩擦力達(dá)到制動(dòng)目的。為了使帶能夠彎曲，帶通常必須做得很薄((2～4mm)。為了增加摩擦作用，制動(dòng)帶材料一般為鋼帶上覆有一層石棉織物或夾鐵紗帆布，這層覆蓋物也很薄，被粘結(jié)或鉚在鋼帶上，而且必須是連續(xù)和撓性的。
同其它類型的制動(dòng)器一樣，為了采用較小型號(hào)的制動(dòng)器和減小安裝尺寸，帶式制動(dòng)器也應(yīng)安裝在主電動(dòng)機(jī)或高速軸上，以減小所需的制動(dòng)力矩。
5.2.3帶式制動(dòng)閘的閘帶有下列要求
（１）閘帶(剎車帶)與鋼帶連接應(yīng)使用鋼或鋁質(zhì)鉚釘鉚接，鉚釘埋入閘帶深度不小于閘帶厚度的30％。間帶和鋼帶鉚接后．應(yīng)緊緊相貼，不得有皺折和拱曲現(xiàn)象；不得有間隙；鋼帶兩頭彎曲鉚接后的鉚釘頭不得高于閘帶厚度；
（２）帶式制動(dòng)閘安裝到絞車上后，閘帶與閘輪的接觸面積不小于閘帶面積的70％
（３）閘帶使用后，不得有裂紋，閘帶磨損余厚不小于3mm；
（４）與閘帶相連接的拉桿螺栓、叉頭、閘把、銷軸等零件不得有損傷或變形，拉桿螺栓應(yīng)用背帽背緊；
（５）閘把及杠桿等應(yīng)操作靈活可靠，施閘后，閘帶不應(yīng)有明顯伸長。注意緊閘后，間把位置個(gè)應(yīng)低十水平位置，適當(dāng)保持在略有向L傾角的位置.
圖5-2手壓帶式制動(dòng)閘
1制動(dòng)閘 2手把 3叉頭 4拉桿軸承架 5丁字板
5.2.4制動(dòng)器的制動(dòng)
由已知條件知鋼絲繩的牽引力為45kN，又由前面知道滾筒的平均纏繞半徑，所以可以求出制動(dòng)力矩。即
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6.回柱絞車的操作要求及鋼絲繩斷裂原因分析
6.1回柱絞車的操作要求
6.1.1一般要求
（１）操作工必須經(jīng)過培訓(xùn)考試合格，方可上崗；
（２）操作工應(yīng)熟悉所操作回柱絞車的性能與結(jié)構(gòu)，熟悉信號(hào)的聯(lián)系方法，會(huì)檢查、維修、潤滑、保養(yǎng)設(shè)備，并會(huì)處理—般性故障。
6.1.2開車前必須認(rèn)真檢查：
（１）檢查各部螺栓、銷于等有無松動(dòng)、檢查支撐柱是否牢固，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)要及時(shí)撐緊。
（２）檢查機(jī)座有無開裂或明顯變形。安裝是否牢固，否則應(yīng)繼續(xù)加固壓穩(wěn)。
（３）檢查各電氣設(shè)備和信號(hào)裝置是否完好，是咨符合防爆要求。
（４）檢查鋼絲繩在滾筒上固定是否牢固，排列是否整齊．?dāng)嘟z磨損程度是否超過規(guī)定，有無咬傷、打結(jié)等現(xiàn)象。
（５）開車前應(yīng)檢查絞車與回柱導(dǎo)輪之間有無人員站止．若有必須讓其躲開。
6.1.3運(yùn)行中必須注意：
（１）開車前必須松開手閘。
（２）運(yùn)行中必須精神集中，注意信號(hào)，注意與回柱工之間的密切配合；信號(hào)不清不能開車；
（３）注意觀察絞車各部運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如電動(dòng)機(jī)聲響、鋼絲繩纏繞情況、減速器溫度(不得超過60℃)、電動(dòng)機(jī)外完溫度(不得越過70℃)等；
（４）絞車運(yùn)行中必須堅(jiān)守崗位，不得離開絞車，必須時(shí)常注意頂板及絞車的支撐固定情況。
6.2運(yùn)輸回柱絞車時(shí)的注意事項(xiàng)
（１）盡量整體裝車，并固定牢固。
（２）在絞車自己拉自己時(shí)，必須保證導(dǎo)輪固定絕對(duì)可靠，并隨時(shí)維護(hù)好電動(dòng)機(jī)電纜，還應(yīng)注意觀察工作面及巷道周圍情況，不安全不得強(qiáng)行開車。
6.3鋼絲繩斷絲原因分析
6.3.1鋼絲繩間斷斷絲
此種斷絲發(fā)生的部位是在鋼絲繩的同一側(cè)，斷絲數(shù)大多為2-4根，少部分有5-6根之多。連續(xù)斷絲的長度在20～30mm左右，每隔lm左右出現(xiàn)一次。
6.3.2鋼絲繩連續(xù)斷絲
連續(xù)斷絲數(shù)為2～5根不等，連續(xù)斷絲的長度為鋼絲繩在滾筒上纏繞的工作長度。經(jīng)過檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種斷絲是因?yàn)榻g車在工作中的位置不正確,鋼絲繩纏繞咬繩造成的。
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7.使用與維修
7.1安裝、固定和操作
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