JH-20回柱絞車設(shè)計【含4張CAD圖帶開題報告】
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IJH-20 回柱絞車設(shè)計DESIGN OF JH-20 COLUMN WINCH摘要絞車是用來提升牽引重物的起重機械。因絞車的操作容易、能輕易移動故而被廣泛使用。在建筑、林業(yè)、工業(yè)、礦場等中多用絞車來提升下降物體。當(dāng)今社會機械技術(shù)卓越發(fā)展的情況下，絞車扮演著一個越來越重要的角色。此次研究設(shè)計的對象是 JH-20 回柱絞車。它整個系統(tǒng)的核心關(guān)鍵是在于它的傳動系統(tǒng)，因此在此次設(shè)計中使用了圓柱齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動的兩級減速傳動。這種傳動系統(tǒng)能使得它整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。研究中對絞車的重要零件進(jìn)行了研究設(shè)計，從而為絞車保證它的高性能。為了確保絞車工作時的安全，設(shè)計中使用的電動機擁有防炸的性能，并且有各對應(yīng)的開關(guān)來操作。文章的主要內(nèi)容為：1 對主軸進(jìn)行分析。從所學(xué)的相關(guān)知識中，研究了該型號絞車主軸的重要零件，樹立了設(shè)計研究的相關(guān)力學(xué)模型，從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計主軸的根本辦法。2 根據(jù)此次研究的絞車設(shè)計要求，分析減速器的設(shè)計原理，隨后在試車實驗中驗證是否可行。最后對實驗的結(jié)果進(jìn)行研究。本文所得的研究成果對絞車的設(shè)計有著重要的參考意義，且能為下一步的研究進(jìn)行了重要的鋪墊。關(guān)鍵詞： JH-20 絞車；制動裝置；主軸IIAbstractWinches are lifting machines used to lift hauling weights. It is widely used because it is easy to operate and can be easily moved. Winches are often used in buildings, forestry, industry, mines, etc. to raise descending objects.Nowadays, with the excellent development of mechanical technology in society, winch plays an increasingly important role. The object of this study design is the JH-20 winch. The key to the whole system is its transmission system. Therefore, in this design, a two-stage reduction gear with a spur gear drive and a worm drive was used. This kind of transmission system can make its entire system structure stable. In the research, the important parts of the winch were studied and designed so as to guarantee the high performance of the winch.In order to ensure the safety of the winch during operation, the electric motor used in the design has anti-explosion performance and has corresponding switches to operate.The main content of the article is: 1 Analysis of the main shaft. From the relevant knowledge learned, the important parts of the winch spindle of this model were studied, and the relevant mechanical model of the design research was established, and the fundamental method of designing the spindle was found. 2 According to the design requirements of the winch in this study, analyze the design principle of the reducer, and then verify whether it is feasible in the trial test. Finally, the results of the experiment were studied. The research results obtained in this paper have important reference significance for the design of the winch, and can be important for the next step of research.Keywords： JH-20 winch braking device spindleIII目 錄摘要 ..................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II1 緒論 .............................................................................................................................................11.1 絞車的概述 ...........................................................................................................................11.2 絞車的結(jié)構(gòu)及特點 ...............................................................................................................11.3 絞車的分類 ............................................................................................................................11.4 絞車的發(fā)展 ............................................................................................................................22 電動機的選擇 .............................................................................................................................32.1 電動機的計算 .......................................................................................................................32.1.1 電動機的結(jié)構(gòu)和型號選擇 .............................................................................................32.1.2 電動機輸出功率的計算 .................................................................................................32.2 傳動裝置總傳動比的計算及分配 ........................................................................................42.2.1 總傳動比計算 ..................................................................................................................42.2.2 傳動裝置總傳動比的分配 ..............................................................................................42.3 動力參數(shù)的計算 ....................................................................................................................42.3.1 軸的轉(zhuǎn)速計算 ..................................................................................................................52.3.2 軸的輸入功率計算 ..........................................................................................................52.3.3 軸的輸入轉(zhuǎn)矩計算 ..........................................................................................................53 設(shè)計軸的計算 .............................................................................................................................73.1 軸的概述 ................................................................................................................................73.2 主軸的設(shè)計 ............................................................................................................................93.3 軸的核查 ..............................................................................................................................103.3.1 核查主軸Ⅶ軸 ...............................................................................................................103.4 研究分析卷筒軸 ..................................................................................................................114 選用鋼絲繩并設(shè)計卷筒 .........................................................................................................164.1 選用鋼絲繩 ..........................................................................................................................164.1.1 鋼絲繩的概述 ................................................................................................................164.1.2 選用合適的鋼絲繩直徑 ................................................................................................164.2 設(shè)計卷筒 ..............................................................................................................................174.2.1 選取材料 ........................................................................................................................174.2.2 計算容繩的尺寸大小 ....................................................................................................174.2.3 計算卷筒壁的強度以及厚度 ........................................................................................185 鍵聯(lián)接 .......................................................................................................................................205.1 鍵聯(lián)接的概述 ......................................................................................................................20IV5.2 選擇合適的鍵 ......................................................................................................................205.3 核查平鍵強度 ......................................................................................................................216 研究分析制動器 .....................................................................................................................227 減速器蝸輪蝸桿的設(shè)計 .........................................................................................................247.1 渦輪蝸桿的計算 ..................................................................................................................247.2 減速器的潤滑 .....................................................................................................................287.2.1 傳動裝置的潤滑 ...........................................................................................................287.2.2 軸承的潤滑 ....................................................................................................................288 軸承的選用及密封方法 .........................................................................................................308.1 滾動軸承的概述 ..................................................................................................................308.2 蝸輪軸上軸承的選用 ..........................................................................................................308.3 蝸桿軸上軸承的選用 ..........................................................................................................318.4 密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計 .................................................................................................................319 軸承游隙 .................................................................................................................................3210 絞車的常見故障及處理方法 .................................................................................................33結(jié)論 ...............................................................................................................................................35致謝 ...............................................................................................................................................36參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................3711 緒論1.1 絞車的概述絞車，又稱卷揚機，因為其架構(gòu)小，重量輕等原因而被廣泛應(yīng)用到采礦過程中，主要用來提升或牽引一些裝備。由于絞車的出現(xiàn)，使得整個煤礦產(chǎn)業(yè)朝著機械化的方向不斷的邁進(jìn)。本文中研究的 JH-20 回柱絞車是在煤礦行業(yè)中較為廣泛使用的機械。究其原因在于它的牽引力適宜且它的安裝維護(hù)使用簡單。它也是一種通用的機械設(shè)備，應(yīng)用范圍較為廣闊。1.2 絞車的結(jié)構(gòu)及特點絞車主要由電動機、卷筒裝置、剎車裝置、底座、減速器等部件組成。絞車的主要特點在于它的架構(gòu)小，質(zhì)量輕，使用方便等。同時絞車的通用范圍廣闊，既可以單獨使用，也可以作為起重大型機械的組成部件。1.3 絞車的分類絞車的分類方法有很多，這里采用按照絞車的的動力進(jìn)行分類，絞車可分為氣動、手動、電動、液壓等幾類。1.氣動絞車氣動絞車是以氣動馬達(dá)作為動力的，需要配置壓縮空氣站，如沒有壓縮空氣站也可手動操作。它的優(yōu)勢在于它的啟動力矩大，有著過載保護(hù)的能力，同時具有耐潮耐濕的性能，可以在雨雪天氣下安全工作，但是它的噪音較大，需要配置相應(yīng)的消音器來避免噪音污染。2.手動絞車手動絞車是一種輪軸機構(gòu)，通過手動來牽引拖拉重物。提升重物用的手動絞車需要配置安全手柄跟制動器，同時為了能夠使重要保持在相應(yīng)的位置，需要在手動絞車的手柄傳動機構(gòu)上裝有停止器。由于啟動力矩不足，因此手動絞車一般用于質(zhì)量輕、沒有電源條件的工作情況下使用。3.電動絞車電動絞車是以電動機為源動力，通過多種傳動機構(gòu)來驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)，從而來提供和所需的牽引力。因此多用于提升重物或工作所需牽引力較大的條件下。但是由于它的結(jié)構(gòu)設(shè)備復(fù)雜、安裝維修難度高，所以對保養(yǎng)人員的技術(shù)要求更加的嚴(yán)苛。4.液壓絞車液壓絞車是以油泵作為源動力的，通過液壓馬達(dá)來提供動力。它的結(jié)構(gòu)特點在于架構(gòu)緊湊、體積較小、質(zhì)量輕，所以當(dāng)發(fā)生過載的情況下，不會出現(xiàn)較大的沖擊。由于它是以油液為工作介質(zhì)，因此它的元件壽命較長。同時在性能上它還具有工作效率高、安2全性能好、啟動力矩足、穩(wěn)定性能好的特點。相比于氣壓絞車它的噪音較小。1.4 絞車的發(fā)展煤炭是全球能源使用的重要組成部分之一，而隨著社會的發(fā)展，煤礦產(chǎn)業(yè)的機械化程度越來越深，在當(dāng)今社會機械化水平的飛速發(fā)展的情況下，我國的機械技術(shù)也得到了質(zhì)的飛躍，近年來我國的煤礦技術(shù)發(fā)生了翻天覆地的改變，已經(jīng)接近國際的先進(jìn)水平。其中煤礦產(chǎn)業(yè)的機械化包括礦物運輸和輔助運輸。而絞車則是輔助運輸設(shè)備的一種。但是在井下開采煤礦工作面上仍然需要的是牽引力大、穩(wěn)定性能好、安全性高、生產(chǎn)效率高的礦用機械。在解放后我國的絞車開始生產(chǎn)，距今已有 70 年的發(fā)展歷史。在 50 年代期間，絞車的生產(chǎn)被提到了第一個五年計劃中，在此期間仿制了兩種絞車，一種是按照蘇聯(lián)圖紙生產(chǎn)的 1011 型和 1012 型電控慢速絞車，另一種是日本的 JIS8001 型絞車。到了 60 年代時期，社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，絞車的使用被廣泛應(yīng)用，為了生產(chǎn)發(fā)展，出現(xiàn)了第一批絞車行業(yè)。在 70 年代時，出現(xiàn)了更多品種的絞車，到了 70 年代中后期，我國的煤礦產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了低落，絞車的發(fā)展變得停滯不前，沒有新的架構(gòu)也沒有新的產(chǎn)品出現(xiàn)。到了 70 年代末，隨著我國的改革開放政策，絞車被進(jìn)行了防爆設(shè)計，從而被用到井下開采工作面，然而由于設(shè)備自動化程度不高，無法實現(xiàn)無人操作，因此安全事故并沒有因此減少。到了 20 世紀(jì)，隨著全球油價的高升不降，煤炭產(chǎn)業(yè)再一次被人重視，而絞車這種礦用機械需求量不斷增加，隨后出現(xiàn)了各種品種的絞車，在此期間，絞車的自動化程度再次加深，所以機械設(shè)備的自動化和數(shù)字化是必然的走向。 32 電動機的選擇2.1 電動機的計算2.1.1 電動機的結(jié)構(gòu)和型號選擇電動機是將電能轉(zhuǎn)化成機械能的設(shè)備，是較為常用的原動機。而電動機的結(jié)構(gòu)、型號、輸出功率的選擇是根據(jù)工作時工況來決定的。電動機按照它電源的不同可以分為交流電動機和直流電動機。在工業(yè)上多采用交流電動機，在此次設(shè)計中，采用 Y 型籠型三相異步電動機，究其原因在于它的設(shè)計新意、工作效率高、噪音低、安全性好、使用方便等特點。JH-20 回柱絞車設(shè)計是用于井下開采工作面的礦用設(shè)備，考慮到井下開采安全事故問題，因此電動機需要采用防爆電動機，所以選用 380V 的 YBK 防爆電動機。2.1.2 電動機輸出功率的計算1．電動機的靜功率計算公式為：（2-1）?wpd?式中 wwKP工 作 效 率 ，?總 效 率 ，?電動機的功率計算如下：（2-2）KWpWVFw 61.78501310 ?????式（2.2）中 Fw-----阻力。Vw-----線速度（M/S） 。----效率。W?其中8501.4321????w查得聯(lián)軸器的傳動效率為 0.99，卷筒的傳動效率為 0.96，齒輪的傳動效率為0.97，軸承的傳動效率為 0.98所以取 ， ， ，0.91??.620.973??.842．電動機轉(zhuǎn)速的計算卷筒軸的轉(zhuǎn)速如下：（2-3）min02.134.3.rdvn????查得：電動機的轉(zhuǎn)速的適合范圍為： 4（2-4）min6.3715~48.02.13)8~24(rniad ????經(jīng)計算得:表 2-1 電動機主要參數(shù)型號 額定功率（Kw） 轉(zhuǎn)速 r/minYBK2-225M-6 30 9802.2 傳動裝置總傳動比的計算及分配2.2.1 總傳動比計算傳動裝置的總傳動比為：（2-5）nima?式中 電 動 機 轉(zhuǎn) 速?mn工 作 機 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速26.75min0.1398??rnima總傳動比的計算公式為： （2-6）?2.2.2 傳動裝置總傳動比的分配取 則5.20?i 95.26.70?ia由于潤滑因素，查閱可得 ，則 。.1 43.7.10?i2.3 動力參數(shù)的計算要進(jìn)行動力參數(shù)的計算，就得推算出轉(zhuǎn)矩和功率。設(shè)將各個軸由高速到低速依次分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸。 傳 動 比、 ?021i傳 動 效 率、 ??）軸 的 輸 入 功 率 （、 w021 KT? ）輸 入 轉(zhuǎn) 矩 （、 MNp*? ）轉(zhuǎn) 速 （、 min/r021?n由此可以得出軸的動力參數(shù)：5圖 2-1 電動機傳動示意圖2.3.1 軸的轉(zhuǎn)速計算Ⅰ軸： min/9801rn?Ⅱ軸： in/43.175.2riⅢ軸： m.8.23?Ⅳ軸： ＝ 4.34?inin/.13r2.3.2 軸的輸入功率計算Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入功率：Ⅰ軸： kwpd 34.2198.0211 ?????Ⅱ軸： 9734.2Ⅲ軸： kw.18023 ??Ⅳ軸： k...34?取 ， ，0.91??.8209??其中 為電動機的出功率（KW） ， 為聯(lián)軸器的傳動效率， 為軸承的傳動效率，dp1 2?為齒輪的傳動效率；32.3.3 軸的輸入轉(zhuǎn)矩計算可知電動機的輸出轉(zhuǎn)矩：（2-7）mNnTmPdd .85219605950????Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入轉(zhuǎn)矩： NiTd .6721.8.2101 ????6mNiT .281497.0875.62112 ?????643833i .03..44?計算如表所示表 2-2 各軸的運動和動力參數(shù)根據(jù)傳動裝置的參數(shù)計算結(jié)果可知：綜合決定采用 型號的電動機，主要參數(shù)為：625?MYBK額定電壓：380V/660V、660V/1140V額定頻率：50Hz功率范圍：2.2kW — 200kW 安裝形式：B3、B5 絕緣等級：F 級防護(hù)等級：IP55主要性能參數(shù)如下表：表 2-3 電動機的主要性能參數(shù)型號 YBK2-225M-6千瓦 45額定功率馬力 60電流（A） 82.1轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 2970效率 92.5功率因素 0.9堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 2.0堵轉(zhuǎn)電流 額定電流 7.5重量（Kg） 349軸名 電動機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸輸入 21.34 20.29 18.9 17.97效率 P（Kw)輸出 22 20.70 19.28 17.58 17.07輸入 216.67 1184.28 4887.46 13194.70轉(zhuǎn)矩T（T*M） 輸出 216.67 210.17 1125.07 4545.34 12534.97轉(zhuǎn)速N（r/min）980 980 980 170.43 38.47 13.54傳動比 1 5.57 4.43 2.84效率 0.9 0.95 0.93 0.9573 設(shè)計軸的計算3.1 軸的概述1.軸的用途及分類軸是一種用于支承轉(zhuǎn)動零件并傳遞運動跟動力的機械零件。軸的一般分類為曲軸、直軸、實心軸、空心軸、軟軸跟剛性軸等。軸的性能在于它的強度跟剛度以及它的震動穩(wěn)定性。2.軸的材料使用軸的主要材料為碳素鋼和合金鋼因其碳素結(jié)構(gòu)鋼較高的綜合力學(xué)性能且它的價格低廉，所以應(yīng)用較為廣泛，其中以45 剛最為廣泛。同時為了改善其耐磨性等其他力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行熱處理。而合金鋼由于它的高力學(xué)性能但是價格昂貴，所以多用于特殊要求的軸。3.軸的架構(gòu)研究軸的架構(gòu)設(shè)計研究分為軸的架構(gòu)及尺寸大小（一）分析軸上零件的裝配 要進(jìn)行軸的架構(gòu)設(shè)計首先等擬定出軸上零件的裝配情況。主要在于分配軸上零件的裝配方向順序等（二）進(jìn)行定位為了確保軸上零件位置的準(zhǔn)確性，所以需要對軸上零件進(jìn)行軸向及徑向定位。①軸上零件的徑向定位軸上零件的徑向定位通常用過盈配合、花鍵、切向鍵、平鍵等來實現(xiàn)的。其目的是為了防止軸上零件跟軸之間發(fā)生轉(zhuǎn)動。②軸上零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是靠軸肩軸環(huán)、圓螺母、圓錐面、彈性擋圈、套筒、軸端擋板來實現(xiàn)的。4.軸的強度計算軸的強度計算是要為了使得軸滿足強度剛度要求（1）計算軸的扭轉(zhuǎn)強度：(3-1)??3950.2T TPnWd?????式中： ）扭 矩 切 應(yīng) 力 （ paM??；）扭 矩 （ mNT.）抗 扭 矩 截 面 系 數(shù) （）轉(zhuǎn) 速 （ in/rn8）傳 遞 功 率 （ KWP?）截 面 處 軸 的 直 徑 （ md）許 用 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 （ pa][ M?上式中可知：d≥ (3-2) ????33330950950.2.2TTPPAnn??????式中 A0= ，??3950.2T?其中 0431PdAn?????????式中 , d?即內(nèi)徑 d1 比上外徑 d，一般取 。0.6~5??倘若軸截面上設(shè)有鍵槽時，需要增大軸徑來對軸強度進(jìn)行一定的削弱。當(dāng) d 大于100mm 時，有一個鍵槽軸徑增加百分之三，有兩個時，需要增加百分之七。當(dāng) d 小于或者等于 100mm 時，有一個鍵槽軸徑增加百分之五到百分之七；有兩個鍵槽需增加百分之十到百分之十五左右.最后其標(biāo)準(zhǔn)直徑為軸徑的圓整直徑。（2）計算軸的彎扭合成強度①作出計算簡圖作圖時，首先計算出軸上零件所受力，然后分解成水平方向上跟垂直方向上的力。最后求出各個零件處的水平反力跟垂直反力。②作出彎矩圖根據(jù)所作的簡圖，從水平和垂直平面分別計算力所產(chǎn)生的彎矩，并在水平面和垂直面分別作出所受的彎矩示意圖，最后按照計算公式算出總彎矩并作出示意圖。③作出扭矩圖（3）核實軸強度根據(jù)第三理論，計算應(yīng)力為：(3-3)24ca????由于有循環(huán)特性的存在，故代入系數(shù) a,如下所示：（3-??224ca????94）如軸直徑為 d，彎曲應(yīng)力 ，MW??扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ，2T?代入上式中，則有軸的彎矩合成強度為：（3-5）????2222 14ca MTTWW??????????????????????其中： ）計 算 應(yīng) 力 （ pa?；）軸 所 受 彎 矩 （ mNM.；）軸 所 受 扭 矩 （T；）抗 彎 截 面 系 數(shù) （?？?用 彎 曲 應(yīng) 力?][?3.2 主軸的設(shè)計1)V 軸設(shè)計基本參數(shù)為：軸單位時間內(nèi)所做功的大小為 P=5.504KW，軸在單位時間內(nèi)所做的圓周運動最低次數(shù)為 n=30r/min ，軸產(chǎn)生的扭曲變形程度為 T=1700N.m求齒輪所受到的力：= =1tFdT/2708?KN1.9?1tanr?5cosn.2軸直徑與長度的計算：軸的材料為 45 鋼，經(jīng)過熱處理后查表可知 =110，0A查閱可知計算公式：（3-6）0431Pdn?????????將已知條件下的 , 代入上式中 , 設(shè) ，最后可得min/30r?5.kw?0.5??1053.16?d由于存在兩個鍵槽故 70)1('??％d套筒安裝在 d1=70取用輕（2）216 系列。 大小為： 814026DB??長度為：L1=110mm(2) mm21`702.79.dh????選用 3600 型 36216 的軸承，安裝在 d2=80 處大小為： 8146DB（3） （0）2 尺寸系列 N218E 的圓柱子滾筒安裝在軸的前端部分大小為： 903d???3.3 軸的核查3.3.1 核查主軸Ⅶ軸1. 計算齒輪上所受到的力= =1tFdT/21708?KN.9?tanr?56cosn.2.H 面：12 128099.4,8.106.4783..HNtNHNHNFFKWFMKm???? ???由 上 式 解 得 ：V 面：1112 127963.609,.970485.1.VNrVNVNVNCFFKFKMKm??????由 上 式 可 得 ：計算 M 221234.5.HVC??3.計算物體轉(zhuǎn)動的的力矩，作出扭矩圖。T=1700N.m求出受力截面的彎矩，作彎矩圖。??221120.397.86.845caMTKNm???4.核查 ??1333.0.142cacWdm???????經(jīng)查閱可得： ??160aMP??故軸可以使用。3.4 研究分析卷筒軸12絞車的設(shè)計中卷筒軸的設(shè)計由于重要，原因在與卷筒軸的可靠性跟絞車的安全性能有著密不可分的聯(lián)系，所以卷筒軸的架構(gòu)設(shè)計變得十分的重要?？紤]到絞車的安全性，對卷筒軸的結(jié)構(gòu)要求時所受應(yīng)力要小并且集中。除此以外，還要研究卷筒軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，同時還要核實軸的剛度。本次設(shè)計采用 45 鋼作為卷筒軸材料，經(jīng)過熱處理經(jīng)查閱可知：650BMpa??360Spa??13???5bM可知鋼絲繩正常情況下所受拉力為 ，卷筒的直徑長度 ，繩的直eFKN02Dm?徑長度 9.4dm?按照卷筒的設(shè)計尺寸可得軸的基本尺寸如下圖所示： 圖 3-1 軸的基本尺寸a)分析軸的受力情況水平方向上所受反力：軸在此方面上未受到作用力，因此 Fa=0垂直方向上所受反力： 軸受到了鋼絲繩上的拉力以及兩個軸承反作用力可得軸所受力得示意圖為：圖 3-2 軸垂直面的受力圖由于 FC= N50故得123.768.75cbbF???由上式可知 =2719 =228112F13作出軸垂直面得彎矩圖 圖 3-3 軸垂直面彎矩圖軸發(fā)生轉(zhuǎn)動時所受的力矩圖如下625000 N.mm 625000 N.mm圖 3-4 軸所受的扭矩圖6250N.m150???LFcT轉(zhuǎn)矩圖 625000 N.mm489 785圖 3-5 軸受的轉(zhuǎn)矩圖b)軸徑的核查許用應(yīng)力：查表可得 [ ] [ ]=0b?pa12.5M?1b??60pa應(yīng)力校正系數(shù)： =[ ]/[ ]=60/102.5=0.59??當(dāng)量轉(zhuǎn)矩： mNT.730.59?當(dāng)量彎矩：M= N.mm2222()58549???軸長：D= mm384.810.16??故該設(shè)計的軸徑適宜。c)計算軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應(yīng)力14首先計算出鋼絲繩所受的當(dāng)量拉力，從而得出軸在經(jīng)過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，故得出：（3-edFK??7）其中 ）鋼 絲 繩 的 當(dāng) 量 拉 力 （dNF?。經(jīng)查閱可知當(dāng) 量 拉 力 系 數(shù)K1.5d1.5342d??平均應(yīng)力和應(yīng)力幅關(guān)系如下： 2bma?331.75026.94.0.dBbKMMpa? ?????94..am軸的最大應(yīng)力計算安全系數(shù)為： 1300.511.897..4197.3072amSK???????????查閱可知 應(yīng) 力 集 中 系 數(shù)??K8?K表 面 狀 態(tài) 系 數(shù)? 2.0?絕 對 尺 寸 系 數(shù)? 7??等 效 系 數(shù)?.34??查得可知軸的疲勞強度計算的安全系數(shù)在 ，??15~8S故而該軸強度適宜。d)計算軸強度并核查用靜強度計算拉力公式來求的軸的靜強度，計算公式如下：ejF???max式中 ）大 拉 力 （軸 靜 強 度 計 算 所 受 的 最 NFj?max，查閱可知動 載 系 數(shù)?1.35靜強度計算的安全系數(shù) 64.151.0827.62???WMSBS??15當(dāng) 時， ，6.0?bS???1.2~4S?由上可知，核實軸強度適宜。164 選用鋼絲繩并設(shè)計卷筒絞車工作時依靠鋼絲繩提升拖拉重物來完成的，加上工作時的工況復(fù)雜，一旦鋼絲繩出現(xiàn)問題，會造成嚴(yán)重的事故，因此鋼絲繩的選用十分重要。4.1 選用鋼絲繩4.1.1 鋼絲繩的概述鋼絲繩是按照一定的規(guī)則將鋼絲捻在一起。繩芯、鋼絲和潤滑脂組成了鋼絲繩。繩芯是由鋼芯跟纖維芯所組成的。纖維芯主要是天然纖維芯和合成纖維芯兩種，鋼芯則是金屬纖維芯和金屬絲股芯。由纖維芯構(gòu)成的鋼絲具有良好的彈性功能，在捻制時所受到的彎曲應(yīng)力也較小但是承受不了橫向所受的應(yīng)力；而由鋼芯所組成的鋼絲繩具有高強度，并且能夠耐高溫、承受橫向應(yīng)力，但是跟纖維芯相反，它的擾性很差。由于絞車的鋼絲繩需要多層纏繞，所以會選擇金屬芯股芯制成的鋼絲繩。鋼絲繩的分類有多種，可按照材質(zhì)分類，也可按照表面狀態(tài)進(jìn)行分類。同時也能按照捻制的方法分類。按照第三種分類方式，鋼絲繩被分為單股繩、雙捻繩跟三捻繩。考慮到絞車設(shè)計中多用交捻鋼絲繩，所以在此次設(shè)計中優(yōu)先選取雙捻繩制的金屬芯鋼絲繩。4.1.2 選用合適的鋼絲繩直徑查閱可知鋼絲繩的安全系數(shù)計算公式為：(4-1)??nfsepg??其中： ）鋼 絲 繩 所 受 拉 力 （ Nsp?鋼 絲 繩 額 定 拉 力ef??系 數(shù)絞 車 工 作 時 最 小 的 安 全n經(jīng)查閱可知卷揚機的工作級別為 A6，故取 =6??nKN (4-2)sefp??30?ps鋼絲繩需大于或者等于以下的計算值：cd?min m4.186.min?其中 ）（鋼 絲 繩 所 受 的 最 大 拉 力 KNS?，查得 =0.1036選 取 系 數(shù)c查閱可知 d=19(mm),鋼絲繩的抗拉強度為 1770MPa鋼繩是重要容器跟卷揚機間得紐帶，所以鋼絲繩在礦采安全性方面顯得格外重要。17但有些煤礦由于設(shè)施落后、技術(shù)問題、管理問題等原因，會導(dǎo)致各種安全問題的出現(xiàn)，甚至影響到礦采工人的生命安全。因此對鋼絲繩的選用、使用、維護(hù)等方面要求更高。以此來保證煤礦安全事故隱患的降低。下面來介紹幾個來增加鋼絲繩使用壽命的方法： 高頻率的檢查鋼絲繩的使用情況做好對鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)及時的對鋼絲繩加油潤滑處理。4.2 設(shè)計卷筒卷揚機中卷筒所受的作用力十分的復(fù)雜，并且卷筒是卷揚機中的主要零件構(gòu)成，對卷揚機的安全性、工作效率及穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。4.2.1 選取材料卷筒材料應(yīng)該有良好的可鍛造性，并且需要廣泛的資源。故在此次設(shè)計中選用ZG270-500 作為材料，其所受的最大應(yīng)力為、MpaB270??paS50??4.2.2 計算容繩的尺寸大小按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來選用容繩的基本尺寸參數(shù)（1）卷筒的節(jié)圓直徑 D卷筒節(jié)圓直徑 需要滿足：(4-3)dKe?其中： ，查閱可知筒 繩 直 徑 比?eK19?）鋼 絲 繩 直 徑 （ md所以 3619???設(shè) D420（2）容繩的寬度 ``tB卷筒容繩的寬度 ，需要滿足：t(4-4)03Dt?其中 ）卷 筒 直 徑 （ m?0所以 423??tB設(shè) t6?（3） 卷筒的邊緣直徑 k卷筒端側(cè)面的直徑需要滿足下式：(4-5)dDsk4??其中 ——最外層的鋼絲繩直徑，由公式 可得sD??dSs120??——鋼絲繩纏繞層數(shù)S18所以 設(shè)51947????kDmDK60?（4）纏繞層數(shù) S由公式可得(4-6)dK20??其中 ）安 全 高 度 （ mmK?所以 d38192??故 設(shè)79.42460?S 4?S（5）卷筒容繩量 L鋼絲繩在卷筒上纏繞時，卷筒所能容納下最大長度的鋼絲繩被稱為卷筒的容繩量 L 的計算公式如下可知：第 層的繩芯直徑是：i(4-7)??dSDii 120???上式中的 ——第 層， 。iS?,3故 m69341???2471????584第 層鋼絲繩的長度為i????30102)( ??dSDdBLit?m625.49341961 ???? 12 98.76)( 33 ?????L 018204 ??故 L 為：iL?1685.9.703.645. ???m9274.2.3 計算卷筒壁的強度以及厚度（1）計算多層纏繞系數(shù) sA查閱可知計算 As 的公式為：(4-8)?????????????1122SSs ?式中 鋼 絲 繩 纏 繞 層 數(shù)?S19??EtF'?180dDe'20'?式中 鋼 絲 繩 的 纏 繞 中 心 間 隙?t mdt19.0.?卷 筒 壁 厚?)(m卷 筒 直 徑0DD342鋼 絲 繩 直 徑d應(yīng) 力 除 以 縱 向 上 的 應(yīng) 變'E)(MpaGpaE10'應(yīng) 力 除 以 橫 向 上 的 應(yīng) 變?' M6'?應(yīng) 力 除 以 應(yīng) 變 )( 2截 面 面 積'F2m求得 5.1?sA(2)計算卷筒壁的厚度卷筒壁的厚度公式： ??cestFA???式中 ）鋼 絲 繩 的 額 定 拉 力 （ NFe?查閱絞車設(shè)計手冊可知 Mpac183?所以 故取024.51??? m4?（3）計算卷筒壁的強度??cesctFA????pa43.172.051??通過計算結(jié)果可知，卷筒壁的強度符合要求。205 鍵聯(lián)接5.1 鍵聯(lián)接的概述為了能夠?qū)⑤S與軸上零件之間的位置固定來傳遞動力，這便是鍵聯(lián)接的作用。鍵聯(lián)接的特點在于它架構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)拆卸聯(lián)接，且它的工作性能穩(wěn)定，故鍵聯(lián)接已被推廣使用在各個領(lǐng)域。鍵聯(lián)接分為平鍵聯(lián)接，半圓鍵聯(lián)接，楔鍵聯(lián)接，切向鍵聯(lián)接等幾種平鍵聯(lián)接按照用途可以分為一下三種：普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵。普通平鍵根據(jù)鍵的端面形狀結(jié)構(gòu)可以分為：圓頭（A 型） ，方頭（B 型）及單圓頭（C型）三種。A 型圓頭平鍵的圓頭部分無法被充分的使用，原因在于 A 型平鍵鍵槽的端面所受應(yīng)力集中過大。它的優(yōu)點在于它的鍵能夠在鍵槽中較完好的固定，適合固定在鍵槽銑刀銑出的鍵槽中。B 型方頭平鍵能夠避免 A 型平鍵的缺點，是由于它的鍵槽是用盤銑刀銑出的，相對于外形較大的鍵來說，B 型鍵槽需要用螺釘來進(jìn)行固定來防止鍵的松動。C 型單圓頭平鍵通常用于聯(lián)接軸端。導(dǎo)向平鍵與滑鍵通常用于軸上零件需要軸向運動時采用。導(dǎo)向平鍵屬于活動聯(lián)接，主要的失效形式是工作面的磨損。它是一個長平鍵，是依靠螺釘來固定在鍵槽里的。為了便于拆卸，關(guān)鍵是要使用一個起鍵螺釘，這樣螺釘就可以擰開，鍵就從鑰匙槽里取出。傳動軸上的傳動部位可以沿著鍵沿軸向滑動。當(dāng)各部件之間的距離較大時，應(yīng)使用滑鍵，因為導(dǎo)向平鍵的要求長度太大，不能制造?；瑝K鍵固定在輪轂上，輪轂驅(qū)動滑塊鍵在軸上的鍵槽上進(jìn)行軸向滑動。這樣，只有一個更長的鍵槽可以在軸上研磨，并且可以縮短鍵。5.2 選擇合適的鍵選擇鍵的方式是從選擇的型號跟尺寸來確定的。按照鍵聯(lián)接的架構(gòu)特點和工作時的使用情況來選擇型號。而確定尺寸是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定及所需強度來確定。 鍵的截面尺寸大小以及它的長度是鍵的基本尺寸參數(shù)。普通平鍵的基本參數(shù)如下：表 5.1 普通平鍵的尺寸大小軸的直徑 d 6×8 ＞8~10 ＞10~12 ＞12~17 ＞17~22 ＞22~30鍵寬 b×鍵高 h 2×2 3×3 4×4 5×5 6×6 8×7軸的直徑 d ＞30~38 ＞38~44 ＞44~50 ＞50~58 ＞58~65 ＞68~75鍵寬 b×鍵高 h 10×8 12×8 14×9 16×10 18×11 20×12軸的直徑 d ＞75~85 ＞85~95 ＞95~110 ＞110~130鍵寬 b×鍵高 h 22×14 25×14 28×16 32×1821鍵的長度系列 L 6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，...5.3 核查平鍵強度取用圓頭平鍵，因 ,由上可知md30? mLhm6032b??，，故鍵記為：鍵 。197641??GB鍵受擠壓時的強度極限為：（5-??ppdKlT??21） 其中： ,ml128-30?N·40?可得 ，??2/~p?K= 9mm，h2/9.549702p????p??故經(jīng)核查該平鍵強度符合要求。226 研究分析制動器制動器是為了將運動零件降低轉(zhuǎn)速或者停止運動的機械零件。生活中較為常見的是汽車的剎車。電閘等。制動器能正常使用的條件如下（1） 滿足推力要求，制動器的扭矩越大越安全。（2） 滿足安裝的尺寸要求。（3） 制動反應(yīng)速度要快。（4） 制動器零件需要較好的耐高溫性能。（5） 維護(hù)保養(yǎng)簡單。制動器一般的安裝位置在機構(gòu)的高速轉(zhuǎn)軸或者減速器的輸入軸上，其目的為了能夠降低制動時的所受的力。JH-20 型回柱絞車用于井下開采工作面，因此需要依靠制動器來啟動絞車，而如果發(fā)生卷筒發(fā)轉(zhuǎn)，會造成嚴(yán)重后果，所以需要用渦輪蝸桿達(dá)到自鎖的目的。需要進(jìn)行強度的核查之后再使用制動裝置。①銷軸強度核查：作用在銷軸上的剪切應(yīng)力為：[т]= (6-1)24scFdm??= =62.75MPa271.68其中： 銷 軸 的 直 徑 ；?d力 ；作 用 在 銷 軸 上 的 剪 切 應(yīng)F個 受 前 切 面 。2m選擇圓鋼來作為銷軸的材料，進(jìn)行熱處理之后，它的抵抗拉伸強度為 為B?取中間值為 640Mpa。取用 8.8 性能等級來進(jìn)行計算。所以銷的最大受屈服.pa740-9M極限 為：800Mpa。S?銷軸能承受的最大應(yīng)力為 。MpaT3205./8][?選用剪切安全系數(shù)[Ss