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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
礦山提升設備是礦山運輸中的咽喉設備，占有特殊地位，是井下與地面聯(lián)系的主要工具。
礦山提升設備的用途是沿井筒提運礦石和廢石，升降人員，下放材料、工具和設備。礦山提升設備在工作中如果一旦發(fā)生機械和電氣故障就會造成停產，甚至人身傷亡。為了保證生產和人員的安全要求礦山提升設備運行準確，安全可靠，井必須配有性能良好的控制設備和保護裝置。
礦山提升設備的耗電量一般占礦井總耗電量的30%一40%，所以為了降低礦石的成本，必須經濟合理地選擇和使用礦山提升設備。礦山提升設備又是礦井最大固定設備之一，是—套較復雜的機械-電氣機組。
這篇畢業(yè)設計的論文主要闡述的是一套系統(tǒng)的關于環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計方法。環(huán)面蝸輪蝸桿減速器是蝸輪蝸桿減速器的一種形式.這個方法是以加工過程和蝸輪減速器的使用條件的數(shù)學和物理公式為基礎的。
目前，在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計、制造以及應用上，國內與國外先進水平相比仍有較大差距。國內在設計制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在著很大程度上的缺點，正如論文中揭示的那樣，重要的問題如：輪齒的根切；蝸桿毛坯的正確設計；蝸輪蝸桿的校核。
關鍵詞：絞車 ；減速器 ；蝸輪 ；蝸桿
ABSTRACT
The mine lift technique is in the mine haulage pharynx and larynx equipment, holds the special status, and is the mine shaft and the ground relation main tool.
The mine lift technique use is picks up and ships the ore and the scrap rock along the well chamber, the fluctuation personnel, the release material, the tool and the equipment. Mine lift technique in work once if has the machinery and the electrical failure can create the production suspension, even person casualties. In order to guarantee the production and personnel's safety requirements mine lift technique movement is accurate, safe reliable, the well must have the performance good control device and the protective device.
The mine lift technique power consumption occupies the mine pit total power consumption generally 170%, therefore in order to reduce the ore the cost, must the economical reasonably choice and the use mine lift technique. The mine lift technique also is one of mine pit most greatly fixed equipments, is the complex machinery - electricity unit.
This paper of graduation project mainly presents a systematic approach for the design of circular worm gear reducer . circular worm gear reducer is one of the members in the worm gear reducer family . the approach is based on the mathematical formulations and physical formulation on the generation process and conditions for the type of worm reducer .
At present, we still fall far short of abroad advanced technology in design, manufacture and using. There are a lot of fault in the design of circular worm gear reduce. As can be revealed from the literature search , important problem such as： tooth undercutting ；proper design of worm gear blank；computations of worm and label gear.
Key words: Lifting hoist ；reducer ；worm ；ge
III
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
前 言 2
第一章 回柱絞車的概況與方案的初步擬定 6
1.1、國內外回柱小絞車的概況 6
1.2、回柱絞車的主要傳動方式類型 9
第二章 總體設計任務與方案的擬定 10
2.1總體方案的初步擬定 11
2.2主要組成部分 11
第三章 機械傳動系統(tǒng)方案設計 13
3.1 電動機選擇 15
3.2計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 16
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 16
3.4 高速級傳動件設計 17
3.5 低速級傳動件設計 21
3.6高速軸設計(蝸桿軸) 25
3.7中間軸的設計(蝸輪齒輪軸) 30
3.8 低速軸的設計 33
3.9 蝸桿軸上的軸承壽命校核 36
第四章 箱體及附件設計與減速器的潤滑 37
4.1 箱體主要基本結構尺寸 37
4.2減速器的潤滑 38
第五章 回柱絞車制動器的設計 39
5.1常用絞車制動閘的形式 39
5.2絞車上應有的安全裝置 39
5.3回柱絞車制動器的作用 40
5.4制動器的選用和設計 41
第六章 回柱絞車的操作要求及鋼絲繩斷裂原因分析 43
6.1回柱絞車的操作要求 43
6.2開車前必須認真檢查 43
6.3運行中必須注意 44
6.4鋼絲繩斷絲原因分析 44
第七章 使用與維護 45
7.1絞車的安裝操作 45
7.2后移 46
7.3維護與檢修 47
小 結 47
參考文獻 49
致 謝 50
前 言
礦用回柱絞車，又稱慢速絞車,是用來拆除和回收礦山回采工作面頂柱的機械設備?；刂鳂I(yè)屬危險性工作，工作人員不能直接進入回柱空頂區(qū)，此時可把回柱絞車布置在距回柱空頂危險區(qū)段較遠的安全地段，用鋼絲繩鉤頭來拉倒和回收頂柱。由于它的高度較低重量又好，持別適用于薄煤層、和急傾斜煤層采煤工作面，以及各種采煤工作面回收沉入底板或被矸石壓埋的金屬支杖。牽引力大和牽引速度慢是回柱絞車的主要性能要求。隨著機械化采煤程度的提高，它越來越多地被廣泛用于機械化采煤工作面，作為安裝、回收牽引各種設備稱備件之用。回柱絞車除用來回柱放頂工作外，也可用來拖運更韌和調運車輛
下面讓我們熟悉一下回柱絞車的特點以及它在井下回采面的布置方式.
1.回柱絞車(含慢速絞車)的結構有如下特點：
(1)傳動系統(tǒng)都有一級減速比很大的蝸輪蝸桿傳動，皆具備自鎖功能，不會發(fā)生下故重物拉動滾筒旋轉情況。
(2)具有整體結構，便于移動和安裝，甚至可以用回柱絞車牽引力來牽引絞車本身移動。
(3)總傳動比大(i＝150～230)，能在電動機功率較小時，獲得較大的牽引力。
(4)因蝸輪蝸桿傳動效率低，易造成發(fā)熱和溫升過高,所以必須重視潤滑和維護。
(5)有的在電動機聯(lián)軸器上裝有手動制動閘，有的在蝸輪減速器輸出軸上裝有活動齒輪和錐形摩擦制動器，使回柱絞車可以按信號準確停位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動自鎖影響)，且可控制放繩速度，防止松繩和亂繩。
(6)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。
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巷內：回柱絞車安裝在回風巷內的位置、應符合作業(yè)規(guī)程定.如圖1所示.
圖1 在回風巷布置回柱絞車
1回風巷2 回柱絞車3 導向輪
Fig 1--In return air back-alley layout winch
1 Lane 2 to wind back to the winch-round 3-oriented
回柱絞車安裝在回風巷內布置方式的優(yōu)點有：①回栓絞車不需經常搬遷；②適合于煤層傾角較大、頂板破碎、壓力較大的工作面。缺點有；①回栓絞車可能影響回風巷人員行走和材料運輸工作；②鋼絲繩牽引時要繞過一個拐直角的導向輪，鋼絲繩受力大容易損壞；②要求固定拐角導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 回風巷 2 回柱絞車 3 鋼絲繩
Fig 2 --Recovery work surface layout in the back-winch
1 Lane 2 to wind back 3-wire rope winch
回柱絞車安裝在回采工作面上端布置方式的優(yōu)點有：①鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運行阻力小，不易損壞；②不影響回風巷內人員走動和材料運輸工作。缺點有：①每進行一次循環(huán)都要移動回柱絞車；⑧要求在頂板條件較好和煤層傾角較小的條件下采用。當頂板壓力較大時，機座受力后易變形；②頂板嚴重冒落，可能埋住絞車，移設和檢修都很困難。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布置,方式如圖3所示.
圖 3 在工作面上布置數(shù)臺絞車
1 回風巷 2 回柱絞車 3 刮板輸送
Fig 3--In the work surface layout several winch
1 Lane 2 to wind back to the winch-3 AFC
回柱絞車直接安裝在工作面的多臺絞車布置方式的優(yōu)點有：①多臺同時回柱，加快回柱進度，特別適合需要回柱的普通機械化采煤工作面，如使用刨煤機的回采工作面；②不影響回風巷內的人員走動和材料運輸工作；⑧鋼絲繩牽引不必拐彎，直線牽引，鋼絲繩運行阻力小，不易損壞。缺點有，①每進行—次循環(huán)都要移動回柱絞車；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，移設和檢修都很困難。這種布置方式是在回柱工藝時間大大超過來煤工藝時間的情況下采用，可提高采煤工作面生產能力和經濟效益，但應在確保安全的前提下謹慎推廣使用。
第一章 回柱絞車的概況與方案的初步擬定
1.1、國內外回柱小絞車的概況
我國礦用小絞車主要是指調度絞車和回柱絞車，它經歷了仿制、自行設計兩個階段。解放初期使用的礦用小絞車有日本的、蘇聯(lián)的，因此當時生產的礦用小絞車也是測繪仿制日本和蘇聯(lián)的產品。1958年后這些產品相繼被淘汰，并對蘇聯(lián)絞車進行了改進，于1964年進入了自行設計階段.回柱絞車大體上也是經歷了仿制和自行設計的兩個階段，八十年代以前一直使用的是仿制的老產品，八十年代中期才開始設計新型的回柱絞車，主要針對效率極低的球面蝸輪副、慢速工作和快速回繩等環(huán)節(jié)進行根本的改進。
礦用小絞車標準化方面，1967年制定了調度絞車部標準，1971年制定了回柱絞車部標準.1982年對上述兩個標準都進行了修訂，其標準方為JB965-83. JB1409-83.國外礦用小絞車使用很普通，生產廠家也很多。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.工作機構有單筒、雙筒和摩擦式.傳動型式有皮帶傳動、鏈式傳動、齒輪傳動、蝸輪傳動、液壓傳動、行星齒輪傳動和擺線齒輪傳動等。其中采用行星齒輪傳動的比較多。發(fā)展趨勢向標準化系列方向發(fā)展，向體積小、重量輕、結構緊湊方向發(fā)展;向高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、一機多能通用化、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，品種型號多而亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標準。從工作機構上分，國外有單筒、雙筒及摩擦式三種，我國只有單筒一種型式。從原動力上分，國外有電動的、風動的及液壓驅動，我國只有電動的和少量風動的。
例如回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動，回柱絞車的主傳動均采用了蝸輪副傳動，這是因為蝸輪副傳動比大，又具有自鎖性，故其傳動效率較低，一般只有0. 4～0.45，回柱絞車的總傳動效率更低?；乩K速度慢，所有的回柱紋車回繩速度和工作牽引速度相同.不論絞車用于回柱放頂，還是搬運設備，工作效率太低。隨著采煤機械化的發(fā)展，綜采設備的頻繁搬遷，又由于回柱絞車搬運，工作時間長占用人工多，因此這類絞車均應設置快速回繩。
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，但從對用戶的訪問中得知，壽命達不到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，但在標準化和通用化方面遠不如發(fā)達采煤機械制造國。比如牽引力14000kg·f這一檔回柱絞車就有四種型號. JHC-14型一級減速為蝸輪副傳動、二級為行星齒輪傳動(少齒差傳動)。JHZ-14型二級減速為蝸輪副傳動，一級和三級減速為圓柱齒輪傳動。JM-14型是在一級蝸輪副減速之后,其二級、三級減速為直齒圓柱齒輪傳動。JH-14型是在一級蝸輪副減速之后，其二級減速為直齒圓柱齒輪傳動，也是傳動系統(tǒng)最簡單的一種。
回柱絞車以電動使用最廣，傳動型式以球面蝸輪副居多，該機主要結構型式為電動機懸裝在蝸輪副減速器的后部，蝸輪副減速器為第一級減速，第二級和第三級為圓柱齒輪傳動，分別安裝在機器的兩側對稱機體的中心布置，該機呈長條形適應并下巷道的空間，體積小，底座呈雪橇形，安裝搬運方便。
縱觀國外礦用小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢有以下幾個特點。
(1)向標準化系列化方向發(fā)展，蘇聯(lián)月本、美國、德國、英國已有礦用小絞車國家標準.并且這些國家的各制造公司有自己的產品系列型譜。在這些國家標準和系列型譜中，對絞車的性能、參數(shù)做了明確的規(guī)定，并強力推行和實施，給設計和制造、使用、維護帶來極大方便。
(2)向體積小、重量輕、結構緊湊方向發(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機、傳動裝置、工作滾筒、制動操作等部分及底座等主要部件綜合在一個系統(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。為此有的將傳動部分置于滾筒內部，有的緊貼滾筒端部，有的將電機埋入滾筒內部，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)達的國家如蘇聯(lián)、日本在紋車各種參數(shù)的設置上進行優(yōu)化設計，選取最佳參數(shù)，最大限度提高產品功能。在傳動機構上盡量采用較先進的傳動型式，并采用合理的制造精度，以提高生產效率。在產品節(jié)能方面各國各公司都很重視。蘇聯(lián)和日本在絞車設計方面為節(jié)約電耗，對電機功率在全面分析絞車的實際工作情況的基礎上確定。使電機的功率保證絞車的功能(牽引力、牽引速度)等，又能使電機功率得以充分利用。
(4)向壽命長、低噪音方向發(fā)展。壽命和噪音是衡量產品的綜合性能指標，是產品質量的綜合性反應。壽命長，經濟效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。
(5)向一機多能、通用化方向發(fā)展。礦用小絞車在使用過程中不僅做調度用，而且還做運輸及其他輔助工作。使用范圍擴大，要求絞車有比較強的適應能力。把調度、運輸、輔助絞車歸納為一個標準。三種絞車結構相近，大同小異。即主機相近而制動操作部分則根據各自的使用條件有所區(qū)別。有的國家已經打破了行業(yè)界限，把各行業(yè)的卷揚機設備統(tǒng)歸為卷揚機類。這樣便于生產使用和維護。便于提高產品質量和社會經濟效益。隨著管理水平的提高，產品通用化程度也必然的不斷提高，這是今后產品發(fā)展的必然趨勢。
(6)向大功率方向發(fā)展。隨著生產的發(fā)展，原來的產品越來越不能滿足用戶的要求。長期的生產實踐的成功經驗表明，調度絞車除調度礦車外，也用于運搬設備，又如回柱絞車除用于回柱放頂外，有時也用于運搬綜采及各類機電設備時，運距一般較長，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。由于各國力求使產品的結構緊湊、體積小、重量輕、大都采用了機電合一的綜合機構。外表只能看到滾簡和制動操縱部分。整個絞車近似一個圓形，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思，使得產品造型美觀，操作者感到舒適。
1.2、回柱絞車的主要傳動方式類型
我國常用的回柱絞車類型及其傳動方式有下列幾種:
1.型回柱絞車,其傳動方式為:一組蝸輪,一組直齒輪
2.型回柱絞車,其傳動方式為:一組直齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪
3.型回柱絞車,其傳動方式為:一組蝸輪,一組少齒差行星齒輪
4.型回柱絞車,其傳動方式為:一組圓錐齒輪,一組變速直齒輪,一組行星齒輪,一組直齒輪
5.型回柱絞車,其傳動方式為:一組斜齒輪,一組蝸輪,一組直齒輪
6.回柱絞車,其傳動方式有兩種,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.
第二章 總體設計任務與方案的擬定
2.1設計條件:
2.1.1機器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車;
2.1.2工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時間比為1:2),繩筒轉向定期變換;
2.1.3運動要求:絞車繩筒轉速誤差不超過8%;
2.1.4工作能力:儲備余量10%;
2．2原始數(shù)據見表1-1:
表1-1絞車原始數(shù)據圖
Table 1-1 winch raw data plans
電動機功率（KW） 37
鋼繩牽引力（KN） 37
鋼繩最大速度(m/min) 60
繩筒直徑(mm) 800
鋼繩直徑(mm) 14
最大纏繞層數(shù) 4
繩筒容繩量(mm) 80
—50—
2.3總體方案的初步擬定
根據設計要求，所給原始數(shù)據,經過對回柱絞車常用型號的傳動方式比較,最后選用一級為蝸桿傳動,一級齒輪傳動的傳動方式.其傳動結構圖如圖1-1所示。該結構簡單,而且占用的空間小,適合井下狹窄空間.第一級采用蝸桿機構,也符合回柱絞車傳動比大的要求,所以經過比較,最終我選擇此種傳動方案.
圖1-1 JH-8回柱絞車的結構簡圖
2.4主要組成部分
JH-8型回柱絞車由電動機，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，卷筒，底盤五大部分組成。其傳動原理是：動力由電動機通過一對聯(lián)軸器傳動圓弧面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經中間過橋齒輪傳動大齒輪，大齒輪帶動卷筒，卷筒引鋼絲繩進行工作。
第三章 機械傳動系統(tǒng)方案設計
根據機械器的工藝性能、結構要求、空間位置和總傳動比等條件選擇機械傳動系統(tǒng)所需的傳動類型，并擬定從動力機到工作機構之間機械傳動系統(tǒng)的設計方案和總體布置。
一般情況下，盡管動力機的輸出功率滿足工作機構的要求，但輸出的轉速、扭矩或運動形式很難符合工作機構的需要，這時就需要采用某種機械傳動裝置。這是絕大多數(shù)機械設計的共同特點。
按照傳動原理的不同，機械傳動裝置可分為摩擦傳動、嚙合傳動和推壓傳動三種。根據傳動比能否改變，機械傳動裝置又可分為可調傳動比傳動、固定傳動比傳動和變傳動比傳動三類?；刂g車一般采用固定傳動比傳動。
減速器傳動：本回柱絞車由于總減速比較大，而采用動力蝸桿減速器。蝸桿傳動的主要特點是：傳動比大、結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、自鎖性能好。對于回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉只能由電動機的正反轉來控制；當電源切斷時絞車馬上停止工作；卷筒本身不能自由轉動，以免發(fā)生事故。這就需要設計一個裝置來控制卷筒的自轉。而蝸輪蝸桿傳動就起到了這個作用。因為若取蝸桿的蝸旋線開角小于齒輪間的當量摩擦角，則當蝸輪主動時，機構自鎖，即只能蝸桿帶動蝸輪，而不能蝸輪帶動蝸桿。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重要原因。
但是，采用蝸桿減速器也有一缺點，就是傳動效率低，這點應在具體的蝸桿減速器設計中充分重視，并設法提高。
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裝置。它與普通的蝸桿傳動相比，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。
齒輪傳動:選擇齒輪傳動，是由于齒輪傳動具有工作可靠，使用壽命長，瞬時傳動比為常數(shù)；傳動效率高、結構緊湊、功率和速度適用范圍廣等優(yōu)點。因斜齒輪傳動時會產生軸向力，對傳動不利。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。
從結構上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳動比大，會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，因為根據強度要求限制了軸徑，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?，決定增加一中間軸，軸上安裝一過橋齒輪。這樣，既可以得到合適的傳動比，又可以令整體布局合理。
現(xiàn)代生產的發(fā)展，無論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結構尺寸和重量方面，對齒輪的傳動的要求愈來愈高。標準齒輪由于存在一些缺點限制了它的應用范圍。為了滿足設計要求，我們決定設計三個變位齒輪，作為改善齒輪傳動質量的有效方法。
已知條件:鋼繩牽引力F=37kN,最大速度V=60m/min,繩筒直徑D=800mm,鋼繩直徑d=14mm ，則滾筒轉速為
初步擬定出二級傳動的傳動方案。因為是井下工作，是多粉塵，潮濕，易燃易爆的場合，而且傳遞的功率大，傳動要求嚴格，尺寸要求緊湊，所以最后選定蝸桿-齒輪二級減速器.即：JH-8型回柱絞車。
3.1 電動機選擇
3.1.1電動機類型和結構型式
回柱絞車主要用于井下回收支柱用,為防止瓦斯、粉塵等有害氣體引起爆炸,故絞車的電動機需要選用礦用防爆電機.防爆電機的選型原則是安全可靠、經濟合理、維護方便,同其它的防爆電氣設備一樣應根據危險場所的類別和區(qū)域等級以及在該場所存在的爆炸性混合物的級別、組別來選用.在這里我們選用YB系列防爆型三相異步電動機.結構為封閉臥式結構.
3.1.2傳動裝置的總效率
式中為從電動機到繩筒之間各傳動機構和軸承的效率，由表查的滾動軸承＝0.99，蝸桿傳動＝0.8，圓柱齒輪傳動＝0.97，彈性聯(lián)軸器＝0.99，繩筒滑動軸承＝0.96
則
3.1.3電動機額定功率
根據原始數(shù)據選取電動機的額定功率
3.1.4電動機的轉速
因為是在井下工作,要考慮到其安全可靠性,所以選用防爆電機，即YB系列防爆三相異步電機,同步轉速為1500m/min,滿載時轉速為1480r/min.
3.2計算傳動裝置總傳動比和分級傳動比
根據機械傳動系統(tǒng)的設計方案把總傳動比分配到各級傳動上，并要求各級傳動結構緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經濟和效率高。
3.2.1傳動裝置總傳動比
3.2.2分配各級傳動比
取蝸桿傳動比，圓柱齒輪傳動比
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)
3.3.1各軸轉速
高速軸為1軸，中間軸為2軸，低速軸為3軸，則
3.3.2各軸輸入功率
按電動機的額定功率計算各軸輸入功率，即
3.3.3各軸轉矩
3.4 高速級傳動件設計
3.4.1選擇蝸桿傳動類型
根據GB/T10085—1988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI)
3.4.2選擇材料
根據設計要求,并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大適中,速度
是慢速,故蝸桿用20Cr,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45-55HRC.蝸輪用鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3,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HT100鑄造.
3.4.3蝸輪蝸桿設計
3.4.3．1按齒面接觸疲勞強度進行設計
根據閉式蝸桿傳動的設計準則,先按齒面接觸疲勞強度設計,再校核齒根彎曲疲勞強度.
3.4.3．2確定作用再蝸輪上的轉矩
由計算可知
3.4.3．3確定載荷系數(shù)K
因工作較穩(wěn)定,故取載荷分布不均有系數(shù);由表選取使用系數(shù);由于轉速不高,沖擊不大,可取動載系數(shù),
則
3.4.3.4確定彈性影響系數(shù)
因選用得式鑄造鋁鐵青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故
3.4.3．5確定接觸系數(shù)
先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距得比值,從中查得
3.4.3．6確定許用接觸應力
根據蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面硬度＞46HRC,可得蝸輪得基本許用應力
應力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
3.4.3.7計算中心距
取中心距,根據傳動比,從手冊中取模數(shù),蝸桿分度圓直徑.這時,可得接觸系數(shù),因為,因此以上計算結果可用.
3.4.3.8蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
1)蝸桿
軸向齒距;直徑系數(shù);齒頂圓直徑;齒根圓直徑分度圓導程角;蝸桿軸向齒厚.
2)蝸輪
蝸輪齒數(shù);變位系數(shù)X=-0.5
驗算傳動比
這時傳動比誤差為 這是允許的
蝸輪分度圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
3.4.3.9校核齒根彎曲疲勞強度
當量齒數(shù)
根據,,從中可查得齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
許用彎曲應力
從中可得由ZCuAl10Fe3制造的蝸輪的基本許用彎曲應力
壽命系數(shù)
所以,
彎曲強度是滿足的.
3.4.3.10驗算效率
已知 ， ；與相對滑動速度有關。
從表中用插值法查得
帶人式中得 大于原估計值，因此不用重算。
3.4.3.11精度等級公差
考慮到所設計和表面粗糙度的確定的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用機械減速器,從GB/T 10089-1988圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇8級精度,側隙種類為f,標注為8f GB/T 10089-1988.然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度.
8.工作圖見圖紙
3.5 低速級傳動件設計
1.選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
1）選用直齒圓柱齒輪
2）絞車為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度(GB10095-88)
3）材料選擇 選擇小齒輪材料為40Cr（調質）硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質）硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS
4） 選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)
2.按齒面接觸疲勞強度設計
1） 確定公式內的各計算數(shù)值
(1)試選載荷系數(shù) (初選)
(2)小齒輪傳遞的轉矩
(3)選齒寬系數(shù)
(4)由此可得的材料的彈性影響因數(shù)
(5)按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限，大齒輪接觸疲勞強度極限
(6)計算應力循環(huán)次數(shù)
(7)可得接觸疲勞壽命系數(shù),
(8)計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1
2） 計算
(1)試計算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值
(2)計算圓周速度
(3)計算齒寬b
(4)計算齒寬與齒高b/h
模數(shù)
齒高
(5)計算載荷系數(shù)K
根據 ，7級精度，查圖得動載荷系數(shù)
直齒輪， ；
由表10-2查得使用系數(shù) ；
由表用插值法查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時
故動載荷系數(shù)
（6） 按實際的載荷系數(shù)教正所算得的分度圓直徑得
（7） 計算模數(shù) m
3、 安齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式為
3.1確定公式內的各計算數(shù)值
3.1.1 由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；
3.1.2由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，
3.1.3 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 則得
3.1.4計算載荷系數(shù)K
3.1.5查取齒形系數(shù)
由表查得
3.1.6查取應力校正系數(shù)
由表查得
3.1.7計算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值較大
3.2設計計算
對此計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)M 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù)M的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數(shù)6.555并就近圓整為標準值M = 8 mm ,按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪的齒數(shù) 取
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
4、 幾何尺寸計算
4.1計算分度圓直徑
4.2計算中心距
4.3計算齒輪寬度
取
5、結構設計及繪制齒輪零件圖（見圖紙）
3.6高速軸設計(蝸桿軸)
3.6.1軸的材料選擇
選用45號鋼,調質.
3.6.2求作用在蝸桿上的力
已知:,,,蝸桿分度圓直徑. 所以,
圓周力
軸向力
徑向力
3.6.3初步確定軸的最小直徑
根據表15-3,取,于是得
最小直徑處是安裝聯(lián)軸器得直徑,為使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應,故需同時選聯(lián)軸器的型號.
聯(lián)軸器的計算轉矩,查表14-1,取,則
按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T5014-1985,選用TL7型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉矩,許用轉速2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為48mm,故取軸徑;半聯(lián)軸器長度L=112mm。
3.6.4結構設計
3.6.4.1、擬定軸上零件的轉配方案
3.6.4.1軸的校核
水平面支反力
則
則
垂直面支反力
其中
則
水平面彎矩
垂直面彎矩
總彎矩
扭矩
下圖所示為高速軸的水平面彎矩圖,垂直面彎矩圖,合成彎矩圖以及扭矩圖.
從軸的結構圖以及彎距圖和扭距圖中可以看出C是軸的危面.
3.6.4.3按彎曲合成應力校核軸的強度
進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強度.取,軸的計算應力為
之前選定軸的材料為45號鋼,調質處理.查得.因,故安全.
3.7中間軸的設計(蝸輪齒輪軸)
3.7.1軸的材料選擇
選用45號鋼,調質.
3.7.2求作用在蝸輪和齒輪上的力
已知:, ,,小齒輪分度圓直徑
作用在蝸輪上的力:
作用在小齒輪上的力:
3.7.3初步估算軸的最小直徑
取材料為45號鋼,調質.取,于是得
最小直徑處安裝軸承,所以取軸徑為80mm.,所以選取7016C型角接觸球軸承,,,
3.7.4結構設計
3.7.4.1擬定軸上零件的傳配方案
3.7.4.2軸的校核
水平面支反力
則
垂直面支反力
其中
則
水平面彎矩
垂直面彎矩
總彎矩
扭矩
3.7.4.3按彎曲合成應力校核軸的強度
進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強度.取,軸的計算應力為
之前選定軸的材料為45號鋼,調質處理.查得.因,故安全.
3.8 低速軸的設計
3.8.1軸的材料選擇
選用45號鋼,調質.
3.8.2求作用在大齒輪上的力
由小齒輪的受力情況,可以得出大齒輪的受力,即
3.8.3初步確定軸的最小直徑
選軸的材料為45號鋼,調質處理.取,于是得
3.8.4擬定軸上零件的傳配方案 （見圖紙)
3.8.5軸的校核
水平面支反力 則
垂直面支反力 則
水平面彎矩
垂直面彎矩
總彎矩
扭矩
3.8.6按彎曲合成應力校核軸的強度
進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面的強度.取,軸的計算應力為
之前選定軸的材料為45號鋼,調質處理.查得.因,故安全.
3.9 蝸桿軸上的軸承壽命校核
1.在設計蝸桿選用的軸承為7312B型角接觸球軸承,由手冊查得，
(1)由滾動軸承樣本可查得,,70000型軸承背對背或面對 面成對安裝在軸上時,當量載荷可以按下式計算:
1)當
2)當
,且工作平穩(wěn),取,按上面式(2)計算當量動載荷,即
(2)計算預期壽命
(3)求該軸承應具有的基本額定動載荷
故選擇此對軸承在軸上合適.
第四章 箱體及附件設計與減速器的潤滑
4.1 箱體主要基本結構尺寸
表2-1箱體主要基本結構尺寸
Tab. 2-1 Box size of the main basic structure
名 稱 尺 寸(mm)
箱座壁厚 16
箱蓋壁厚 10
箱座上部凸緣厚度 18
箱蓋上部凸緣厚度 14.4
箱座底凸緣厚度 30
地腳螺釘數(shù)目 6
地腳螺釘直徑 24
軸承旁聯(lián)接螺釘直徑 18
蓋于座聯(lián)接螺栓直徑 12
視孔蓋螺釘直徑 7
定位銷直徑 10
箱蓋加強筋厚度 8
箱座加強筋厚度 10
4.2減速器的潤滑
4.2.1傳動件的潤滑
閉式齒輪傳動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齒輪的材料和圓周速度來選擇潤滑油.蝸桿傳動傳動齒面間的滑動速度大,傳動效率低,發(fā)熱大,因此潤滑對于蝸桿傳動來說更為重要.
由于是蝸桿-齒輪減速器,綜合考慮采用油池潤滑方式.在多級減速器中,應盡量使各級傳動浸入油深度近于相等.一般齒頂圓到油池地面的距離不應小于30～50mm,以免太淺時激起沉于積在箱底的油泥.根據齒輪及蝸桿傳動的粘度平均值,選用HJ-50號機械油進行潤滑.
4.2.2軸承的潤滑
軸承的潤滑盡可能利用傳動件的潤滑方法來實現(xiàn),通常根據齒輪或蝸桿的圓周速度來選擇.由飛濺油量不能滿足軸承的需要,這時需要采用油脂如何方法,故在軸承內側設置擋油環(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).
第五章 回柱絞車制動器的設計
5.1常用絞車制動閘的形式
絞車制動閘的形式有下列三種：
(1)帶式制動閘
帶式制動間有結構簡單、操作方便、維修快捷等優(yōu)點，但也有制動力矩受限、閘帶易磨損等缺點。一般用于井下小絞車.
(2)塊式制動閘
塊式制動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間。按結構分，有角移式塊式制動閘和平移式塊式制動閘。
(3)盤式制動閘
盤式制動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裝置。由于使用多副制動閘，制動可靠性高；用電液調壓裝置來調節(jié)制動力矩，操作方便，可調性好；慣性小，動作快，靈敏度高；重量輕，外形尺寸?。煌ㄓ眯院玫葍?yōu)點，因而盤形閘獲得廣泛應用。但也有制造精度高、密封要求嚴格和碟形彈簧可能失效等缺點，在使用維護中必須注意。
5.2絞車上應有的安全裝置
5.2.1制動閘
各類絞車都必須具備制動鬧，重要紋車應有手動操縱閘和能自動操縱的保險閘。如果手動閘和保險閘共同使用一套閘瓦制動時，操縱和控制機構必須分開。滾筒直徑在o．8m及其以下的絞車只有手動閘。
5.2.2深度指示器
深度指示器是指示提升容器在井筒中運行位置的重要裝置。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、過卷保護開關、限速凸輪板、傳動齒輪和離合聯(lián)軸節(jié)等。指示針裝在螺母上，由兩根絲杠帶動，使兩根指針同時做上下移動。
5.2.3各種保險裝置
提刀絞車按規(guī)定要求必須裝設下列保險裝置：防止過卷裝置、防止過速裝置、過負荷和欠電壓保護裝置、限速裝置、閘瓦過磨損保護裝置、松繩報警裝置、滿倉保護裝置和深度指示器失效保護裝置等。滾筒直徑o．8m及其以下的絞車，由于絞車結構簡單，運行速度較侵，一般都沒有上述保險裝置。滾簡直徑1．2m及其以上的絞車．根據個同的使用要求設置不同類型和數(shù)量的保險裝置。
5.3回柱絞車制動器的作用
1.保證準確停位，防止電動機停電后,其轉子慣性仍繼續(xù)轉動.
2.控制放繩速度，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂纏繩。實際進行回柱作業(yè)時，為縮短拴繩時間，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校上。為限制滾筒放繩旋轉時的慣性，可使用制動閘進行控制，防止?jié)L筒上鋼絲繩亂繩.
5.4制動器的選用和設計
5.4.1制動器的確定
根據給出的滾筒直徑以及絞車的實際情況,最后確定選用帶式制動器.
5.4.2帶式制動器的工作原理
帶式制動器是常見的一種制動器,工作原理為摩擦制動. 圖4-1為帶式制動器結構簡圖。制動塊與閘帶固聯(lián)并插入制動槽內。當手柄在操作力P的作用下扳過死點,閘帶緊箍閘輪并欲與之同轉由于制動塊與槽的作用,可實現(xiàn)制動目的。
圖4-1 帶式制動器結構簡圖
1閘輪 2閘帶 3制動塊 4拉桿 5手柄 6機體制動槽
Fig.4-1-- With brake structure diagram
1 gateway round 2 with three gates brake block 4 drawbars 5 body brake handle 6 slot
帶式制動器是靠作用力Q收緊制動帶而抱住閘輪，即靠帶與輪間產生的摩擦力達到制動目的。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。
同其它類型的制動器一樣，為了采用較小型號的制動器和減小安裝尺寸，帶式制動器也應安裝在主電動機或高速軸上，以減小所需的制動力矩。
第六章 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
(1)操作工必須經過培訓考試合格，方可上崗；
(2)操作工應熟悉所操作回柱絞車的性能與結構，熟悉信號的聯(lián)系方法，會檢查、維修、潤滑、保養(yǎng)設備，并會處理—般性故障。
6.2開車前必須認真檢查
(1)檢查各部螺栓、銷于等有無松動、檢查支撐柱是否牢固，發(fā)現(xiàn)松動要及時撐緊。
(2)檢查機座有無開裂或明顯變形。安裝是否牢固，否則應繼續(xù)加固壓穩(wěn)。
(3)檢查各電氣設備和信號裝置是否完好，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．斷絲磨損程度是否超過規(guī)定，有無咬傷、打結等現(xiàn)象。
(5)開車前應檢查絞車與回柱導輪之間有無人員站止．若有必須讓其躲開。
6.3運行中必須注意
(1)開車前必須松開手閘。
(2)運行中必須精神集中，注意信號，注意與回柱工之間的密切配合；信號不清不能開車；
(3)注意觀察絞車各部運轉情況，如電動機聲響、鋼絲繩纏繞情況、減速器溫度(不得超過60℃)、電動機外完溫度(不得越過70℃)等；
(4)絞車運行中必須堅守崗位，不得離開絞車，必須時常注意頂板及絞車的支撐固定情況。
6.4鋼絲繩斷絲原因分析
6.4.1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，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.
6.4.2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。經過檢驗發(fā)現(xiàn)，這種斷絲是因為絞車在工作中的位置不正確,鋼絲繩纏繞咬繩造成的.
第七章 使用與維護
7.1絞車的安裝操作
由于絞車須隨工作面的推進而經常移動，所以要求固定支護方法簡便、可靠、安全，因而采用打頂柱和繩拴的方法。如下圖所示。絞車后面的鋼絲繩扣可拴在橫木上或拴在柱腳上，拴好后，應點動開車將繩拉緊，再打兩根頂柱，頂柱上端應向前傾斜10°左右。卷筒采用上面進繩方式
圖7-1 卷筒進繩方式
在煤層傾角小，頂板較好的工作面，絞車可直接安裝在工作面上進行回柱，如果工作面長度在100米以上可用兩臺或多臺絞車分別安裝在工作面各段上，分段同時進行回柱。
在急傾斜煤層工作面上，絞車可安裝在回風巷道中，鋼絲繩通過導向滑輪進入工作面回柱。
在絞車安裝好后，應進行回柱試車，看絞車的安裝支護是否牢固、安全，電器設備的接地是否良好、可靠、絞車運轉是否良好。
絞車進行回柱時，操作極為簡便，司機按動電鈕控制絞車的正、反及停車。司機與回柱工人要有信號聯(lián)絡，密切配合。在操作過程中，司機應時刻注意信號，觀察絞車的工作情況，并幫助回繩。
7.2后移
絞車在每次回柱后，須沿排柱或沿巷道向后退移。后移的方法：將鋼絲繩拉到絞車后方拴到固定木柱上，開動絞車便可自移。示意圖如下：
圖7-2 回柱絞車示意圖
7.3維護與檢修
對絞車應經常檢查各潤滑部位的油量，蝸輪箱內潤滑油最高溫度不能超過70C，電動機的最高溫升不能超過80C，對各緊固零件須經常檢查，絞車發(fā)生不正常運轉時，應及時停車檢查，并作記錄。
小 結
這次的畢業(yè)設計幾乎用到了我們大學所學的所有專業(yè)課程,可以說是我們大學所學專業(yè)知識的一次綜合考察和評定.通過這次畢業(yè)設計,使我們對以前所學的專業(yè)知識有了一個總體的認識與融會貫通.例如我們在設計過程當中需要用到所學的工程制圖、材料力學、機械工程材料、機械設計、極限配合與公差以及CAD計算機輔助制圖等基礎的專業(yè)知識.在做畢業(yè)設計的過程中,不僅使我們熟悉了舊的的知識點,還使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細節(jié)問題,而這些細節(jié)問題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機械技術人才的關鍵所在.
此外,我感覺兩個月的畢業(yè)設計極大的豐富了我們的知識面,使我學到了許多知識,不僅僅局限于多學的專業(yè)知識.在做設計的過程中,由于需要用到課本外的知識,這要求我們上網或者到圖書館等查閱資料.例如在設計傳動方案時就需要我們對絞車的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選擇合適的傳動方式.由于以前沒有注意此方面的問題,所以必須通過實踐認識和查閱資料才能做到更好.
到這里,大學生活馬上就要告一段落,但是有了這一次工作前的綜合考核,我想在以后的工作中我可以面對任何困難的考驗.
河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
參考文獻
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致 謝
設計已接近尾聲了，在近半年的畢業(yè)設計的過程中，經歷了反復重做、改正的痛苦，也經歷了解決問題后的喜悅和振奮；出現(xiàn)了很多問題和挫折，同時也學到了很多的東西。通過設計我對知識的理解更加深了一步。如果沒有老師們的悉心指導，就不會順利完成設計，所以，在此我要感謝老師們給予的幫助和指導。
本次的畢業(yè)設計能按時的完成，我由衷的感謝我的指導老師，由于我做的課題回柱絞車的資料很少，而且這種機械大部分使用在井下，平時很難見到，為了豐富我們的實踐知識，加深對回柱絞車的印象。在設計以前，老師給我們講解了回柱絞車的工作原理及工作特