1摘要礦井提升機是礦井的大型固定式設(shè)備之一，而副井提升機，它的主要工作任務(wù)是沿井筒提升矸石、廢棄物、下放材料、提升設(shè)備和人員等。多繩摩擦式副井提升機是本次設(shè)計的選擇。多繩摩擦輔助提升機的明顯特征是尺寸小，質(zhì)量小，安全性性能穩(wěn)定，可靠， 并且提升性能良好，最關(guān)鍵的是適合在較深的地方工作。本設(shè)計首先對提升機所處的用途、其工作原理、類型及其發(fā)展歷程進行了概述，提出整體系統(tǒng)的設(shè)計方案。然后通過對其工作環(huán)境和技術(shù)特點的分析，并且參考目前國內(nèi)副井提升機的結(jié)構(gòu)，對提升機的整體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，包括鋼絲繩的選擇、卷筒的設(shè)計、主軸裝置的設(shè)計、制動裝置的設(shè)計的設(shè)計以及計算與校核。在礦井提升中，應(yīng)根據(jù)不同的用途，選用合適的相應(yīng)設(shè)備，充分發(fā)揮它們的效能，為做到選型合適，便于使用和維護，設(shè)備人員更加安全、可靠，就必須對其結(jié)構(gòu)、工作原理、性能及選擇計算方法予以了解。關(guān)鍵詞：副井提升機、主軸裝置、卷筒、鋼絲繩、制動裝置、電動機2AbstractMine hoist is one of the large fixed equipment of the mine, and the auxiliary shaft hoist, its main task is to raise the gangue along the well, waste, decentralized material, lifting equipment and personnel. This design choice multirope friction auxiliary shaft hoist.Multi rope friction auxiliary hoisting machine has the advantages of small size, light weight, safe and reliable, strong ability to upgrade, apply to the deeper mine hoist. This design first of all, the use of the hoist, working principle, types and development process are outlined, the system design. Then through the analysis of the working environment and technical characteristics, and refer to the current machine structure of domestic auxiliary shaft hoist, the whole structure is designed, including the choice of wire rope drum design, spindle device design, brake device design and calculation and check.In mine hoist should be based on different uses, the appropriate choice of the appropriate equipment, give full play to their effectiveness, in order to achieve an appropriate selection, ease of use and maintenance, equipment, personnel safer, more reliable, it must structure and working principle , Performance and selection of calculation methods to be understood.Keywords: Auxiliary shaft hoist, Spindle device, Reel, Wire rope, Brake, motor3目錄摘要 1Abstract2目錄 3第一章 引言 51.1 提升機 .51.2 礦井提升設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 61.3 礦井提升設(shè)備的分類 7第二章 總體方案的確定 112.1 提升機工作原理及選型 .112.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 .12第三章 減速器的設(shè)計與選型 133.1 參數(shù)的確定 .133. 1. 1 主電機和備用電機的選擇 13（1）主電動機 13（2）備用電動機 133.1.2 傳動比的確定 143.2 傳統(tǒng)部件的設(shè)計與計算 153.2.1 第一次傳動的設(shè)計與計算 .153.2.2 第二級傳動的設(shè)計與計算 183.3 軸的設(shè)計 .223.3.1 第一級軸的設(shè)計與計算 223.3.2 第二級軸 273.3.3 第三級軸 313.4 滾動軸承的校核計算 .363.4.1 第一級軸： 363.4.2 第二級軸 373.4.3 第三級軸 383.5 鍵連接的計算 .383.5.1 高速軸 393.5.2 中間軸 39第四章 主導輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 424.1 鋼絲繩的選型設(shè)計 .424.1.1 鋼絲繩的結(jié)構(gòu) 424.1.2 鋼絲繩的分類 424.1.3 鋼絲繩的選型設(shè)計 434.2 卷筒的直徑和槽型的設(shè)計計算 .444.2.1 卷筒槽型的設(shè)計 444.2.2 卷筒的結(jié)構(gòu)選型 464.2.3 提升機防滑驗算 494.3 主軸裝置各部分設(shè)計計算 .50第五章 提升機的制動系統(tǒng) 5345.1 盤式制動器 .535.1.1 盤式制動器的常規(guī)安裝方式 545.1.2 盤式制動器的工作方式 545.2 盤式制動器的理論值計算和校核 .555.2.1 理論所需制動力大小的計算 555.2.2 需要兩對盤式制動器時理論 ZM 的計算 575.2.3 實際正壓力的計算 575.2.4 制動缸的尺寸計算和校核 58第六章 相關(guān)分析與維護 626.1 安全性分析 .626.2 可靠性分析 .626.3 經(jīng)濟性分析 .626.4 提升機的檢查 .626.4.1 日常維護 626.4.2 定期檢查 63結(jié)語 64參考文獻 65致 謝 665第 1 章 引言1.1 提升機本章講解了礦井提升機因為不同功能或者不同結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不同類型機型。并且分別對常見的幾款提升機機型進行簡要的分析，闡述其機型特有的屬性和優(yōu)點，以便為選擇機型提供參考。礦井提升機是一種的設(shè)備。這種設(shè)備是被電動機驅(qū)動的，利用其中的設(shè)備帶動鋼絲繩，在井筒中上升下降需要繩子帶著才完成指定的運輸作業(yè)。礦井提升機演變由來已久，很早之前的提水工具就是其前身?，F(xiàn)今的礦井提升機以高安全性為主要原則，兼并提升量大、提升速度快等特點，而隨著計算機的發(fā)展、強化，提升設(shè)備也已發(fā)展成為由計算機控制的全自動重型礦山機械。礦用提升機是由，AC或者DC電機電動機帶動，其中包含了減速器裝置連接著卷筒，有制動系統(tǒng)、深度指示器系統(tǒng)以及測量速度限制速度系統(tǒng)對整個機械進行控制 [1]。按提升鋼絲繩的工作原理，可劃分為兩種提升機，其一是纏繞式，其二是摩擦式。按照卷筒數(shù)量的不同，纏繞式礦井提升機可以分為單卷筒和雙卷筒兩種形式。單筒大部分只有一根鋼絲繩，帶動一個提升容器；而雙筒在工作時，每個卷筒都有一根鋼絲繩，一根鋼絲繩帶著一個提升容器，一個容器上升，另一個容器則相反，處于下降狀態(tài)。大多數(shù)纏繞礦井提升機用于礦井中,這種礦井年產(chǎn)量較小，通常情況下小于120萬噸，礦井深度也較淺，在400米以上。在鋼絲繩工作方式上，纏繞式的是較差纏繞的，摩擦式的與纏繞式的不同，鋼絲繩是搭掛在主導論上的，而帶動容器升降則是利用繩子與摩擦輪襯墊的摩擦力來實現(xiàn)的。鋼絲繩的每一端連接到一個容器,配重和容器通過鋼絲繩連接到一起。根據(jù)建設(shè)施工時機房位置的不同，摩擦型礦井提升機又可以分為塔式和落地式兩種。而鋼絲繩的多少也可作為劃分種類的依據(jù)，一根繩的叫單繩摩擦式，其余多繩摩擦式礦井提升機。我們要知道多繩摩擦式有這樣幾個特點：可選擇直徑較小的分別為鋼絲繩和摩擦輪，如此，整體機械由于尺寸小，制造中更為便利；同樣也安全性高為主要生產(chǎn)目標，兼有速度快、提升能力強等。采用這種提升機的條件則是年產(chǎn)量較大、礦井較深的礦井。61.2 礦井提升設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢歷經(jīng) 170 多年的改進和發(fā)展，從最早出現(xiàn)的以蒸汽作為動力驅(qū)動的最簡單最原始的提升機，逐漸滿滿發(fā)展進步，到如今通過交流電機驅(qū)動的多繩摩擦式提升機。我國是煤礦大國，也是礦山機電設(shè)備制造和使用大國。1947 年以后，我國開始重視工業(yè)、生產(chǎn)，并迅速發(fā)展起來，并建立了自己的提升機制造業(yè)。我國提升機制造先后經(jīng)歷模仿蘇聯(lián)、改進、自行設(shè)計等階段。50 年代技術(shù)還沒有，所以去仿制的蘇聯(lián)制造的提升機；1976 年，自行將之前的機器進行改進并定型為 JK 型； 1986 年中信公司引進了具有先進水平的礦井提升機全套技術(shù)，新一代的提升機 JK-E、 JKM-C 型誕生；九十年代改造完的多繩摩擦式提升機 JKM-E和 JKMD-E 生產(chǎn)至今。目前我國已經(jīng)可以自主生產(chǎn)各種大型現(xiàn)代化礦井提升設(shè)備和多種輔助設(shè)備。綜合在設(shè)計理念、制造工藝還有自動控制等方面，我國礦井提升設(shè)備技術(shù)水平，都處于世界先進行列。對提升設(shè)備的安全性能、可靠性、經(jīng)濟性的要求，隨著國內(nèi)礦產(chǎn)質(zhì)量和需求的提高而提高。在我國提升設(shè)備總的發(fā)展趨勢主要是：由滑動軸承支承者主軸逐步發(fā)展成為滾動軸承支撐；人們親自手動操作逐漸被計算機自動控制；減速器的齒面也從軟面發(fā)展成為硬齒面；單一指針的監(jiān)控逐漸被計算機指針顯示取代 [4]。國外礦井提升機的發(fā)展相對中國的發(fā)展較早，經(jīng)濟發(fā)達的國家，提升機的運行速度已達 ，一次有效提升量超過 60 噸，電動機容量達到 15000KW。20 ??/??如今，無論國內(nèi)外，單繩纏繞式和多繩摩擦式兩種形式是最常被使用的。當代技術(shù)日益發(fā)達，采礦事業(yè)的發(fā)展隨之帶來的是開采深度的不斷加深，礦井提升設(shè)備在結(jié)構(gòu)、理論設(shè)計、操控技術(shù)等方面有了很大的進展。而提升效率高、提升質(zhì)量好、速度快的多繩摩擦式礦井提升機有較大的發(fā)展前景?，F(xiàn)在礦井提升設(shè)備，正在向著大型化、高功率和自動控制方向發(fā)展。71.3 礦井提升設(shè)備的分類單卷筒單繩纏繞 可分離單卷筒 纏繞提升機 雙卷筒多繩纏繞—布雷爾式礦井提升機 塔式單繩摩擦 落地式摩擦提升機 塔式多繩摩擦 落地式按提升鋼絲繩的工作原理，可劃分為兩種提升機，一種是纏繞式（纏繞式礦井提升機） ，其二是摩擦式（摩擦式礦井提升機） 。纏繞式礦井提升機結(jié)構(gòu)如圖所示，分為單繩和多繩纏繞式。纏繞式提升機因鋼絲繩的纏繞方式很普通，所以可以在立井中使用，又可以在斜井中使用，但是因為鋼絲繩的制造能力不足加上滾筒容繩量的限制，對提升高度和總吊重物也有很大的影響。就具體情況而言，鋼絲繩直徑大于 60mm，不僅相對困難，可能整的機械太大。所以，一次總的吊重物不適宜太重太高。圖 1-2 纏繞式礦井提升機纏繞式礦井提升機相對比較早，其工作原理相比摩擦式提升機要簡單得多，大致的工作流程如下：將鋼絲繩的首端安裝固定到提升機的卷筒中間，一定要8交叉固定穩(wěn)定，同時鋼絲繩的另一側(cè)繞著天輪纏繞一圈之后再將提升吊桶連接到一起，當提升機工作的時，就可以使兩個容器一個上升一個下降，達到完成提升任務(wù)的目的，這種提升機在我國使用較為廣泛。年產(chǎn)量在 120 萬噸以下、井深小于 400 米的礦井中通常使用的是纏繞式礦井提升機。摩擦式適用范圍為各種豎井提升（不算鑿井） 。提升機的鋼絲繩搭掛在摩擦輪上，因此，巨大的摩擦力會由于繩子和摩擦輪的帶動發(fā)生，此時提升容器則通過產(chǎn)生的摩擦力實現(xiàn)上升下降。鋼絲繩的每一端連接到一個容器,或一端連接到容器,另一端與配重連接。對于整體安全性的考慮，要為摩擦式礦井提升機裝配與鋼絲繩相等重量的尾繩。尾繩兩端要連接兩個容器（或容器和平衡重物） ，這樣，無論什么情況，尾繩的重量與摩擦輪兩側(cè)的鋼絲繩的重量之和都總是相等的。落地摩擦式的布置在地面（如圖所示） ，這種的提升機均有一個共同之處，就是鋼絲繩--井架--天輪--井筒，和提升容器相連。落地式多繩摩擦提升機相對塔式多繩提升機的區(qū)別在于，落地式的是將主機裝備從空中移動到地面，其特點如下：（1）井塔（或稱井架） 、提升機所在廠房和地面上的一些設(shè)備，可以同時進行建造，大大縮短了建造時間，節(jié)約了人力、物力；（2）可用普通井塔或井架代替專業(yè)的井塔，減少了其他設(shè)備（其中設(shè)備和電梯等） ，節(jié)省裝配和維護資金；（3）提高了抗震性能；（4）經(jīng)濟成效高；（5）維修時，更換掉損壞部件相對方便。9圖 1-3 落地摩擦式礦井提升機圖 1-4 多繩摩擦式礦井提升機考慮到鋼絲繩的數(shù)量，又可分為單繩摩擦式和多繩摩擦式礦井提升機（多繩式如圖所示） 。單繩摩擦式的提升繩就是一根。多繩摩擦式的則有多根（通常是 4 根）提升鋼絲繩，提升容器和人物，利用鋼絲繩與主導輪襯墊間的摩擦力來，只適用用于立井中，而且由于摩擦提升機根本不存在容繩量的問題，因此，提升機的高度和最大載荷不受影響。所以，它的提升高度和最大載荷都比單繩纏繞式提升機大。多繩摩擦式提升機的特點是：鋼絲繩和摩擦輪都可以選用直徑較小的，這樣，整體機械尺寸比較適中，制造相對簡單，安全性能好，整體10綜合能力較強。但這種提升機，更換鋼絲繩相對復雜，原因是因為每根鋼絲繩不容易受力均勻。摩擦輪鋼絲繩張力有一定的規(guī)定值，張力差值超過規(guī)定值，或者因為接觸油或受溫度影響，降低了摩擦系數(shù)，就會出現(xiàn)鋼絲繩打滑現(xiàn)象 [5]。11第 2 章 總體方案的確定本章是對整體設(shè)計方案的確定。簡述兩種提升機的工作原理，分析主體結(jié)構(gòu)，最終確定整體的設(shè)計方案。2.1 提升機工作原理及選型礦井提升機依照工作方式的不同，可以分為單繩纏繞式和多繩纏繞式兩大類，而單繩纏繞式依照卷筒結(jié)構(gòu)的不同又可分為單卷筒式和雙卷筒式。單繩纏繞式提升機其工作原理簡單的說就是通過一定線徑的鋼絲繩纏繞在卷筒上來提升吊桶容器。圖1-1.1 單繩摩擦式提升機 圖1-1.2 多繩摩擦式提升機圖l-1 礦井提升機工作方式對比圖多繩摩擦式提升機的其工作原理是通過鋼絲繩搭放在主導輪的摩擦襯墊上，而不是固定或纏繞在主導輪上。如圖 1-1 所示，鋼絲繩的兩端各懸掛一個提升容器，或者為了裝備穩(wěn)定，我們必須在吊桶容器的底下安裝與容器平衡的尾繩。12當整個裝備開始動作時，鋼絲繩將被容器拉的越來越緊，同時給予摩擦襯墊相當大的正壓力。當電動機帶動主導論，經(jīng)過減速器卷筒也跟著一起旋轉(zhuǎn)，此時的鋼絲繩和摩擦襯墊之間存在非常大的摩擦，且該摩擦力作用于鋼絲繩后，鋼絲繩本身隨著主導輪一起轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)帶動吊桶容器上升和下降的功能。由此可知，多繩摩擦式提升機是主要是靠鋼絲繩與摩擦襯墊所產(chǎn)生的摩擦力來實現(xiàn)容器升降作業(yè)的。而多繩摩擦式提升機也正是利用這個工作原理來設(shè)計其機械機構(gòu)、使用區(qū)間和性能參數(shù)的。單繩纏繞式提升機的鋼絲繩一端固定在卷筒上，另一端提升容器。這兩根線固定在卷軸上,但是每根線的繞組的形式完全相反。該提升機作業(yè)時，交流電動機通過減速器將動力傳遞給卷筒，且此時卷筒上安裝纏繞有兩根鋼絲繩，從而達到提升作用。由此可知，單繩纏繞式提升機的工作原理是利用鋼絲繩和卷筒之間不間斷的纏繞實現(xiàn)容器的上升與下降，這就要求卷筒的纏繞表面積必須要滿足設(shè)計要求，而單繩摩擦式提升機也正是利用這個工作原理來設(shè)計其機械機構(gòu)、使用區(qū)間和性能參數(shù)的。大多數(shù)深井作業(yè)和年產(chǎn)量較大的提升作業(yè)仍然使用的是多繩摩擦式提升機。通常情況下多繩摩擦式提升機相對單繩纏繞式提升機更加具有優(yōu)勢，特別是在機械結(jié)構(gòu)方面、規(guī)格參數(shù)方面、使用范圍方面等等，該提升機會逐漸成為今后礦井提升機的主流發(fā)展方向。2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定根據(jù)已知的井深二百米，和自己選定的年產(chǎn)量約五百萬噸的較深型礦井煤礦生產(chǎn)規(guī)模，所以該副井選用多繩摩擦式提升比較合適，該系統(tǒng)簡單的系統(tǒng)工作過程如下：主電機----聯(lián)軸器----減速器----聯(lián)軸器------提升機--- ------鋼絲繩---------導向天輪-----多繩罐籠-----首先，按照給定的已知條件，計算出需要提升的物料荷重，根據(jù)該數(shù)據(jù)才能選擇相應(yīng)的吊桶容器，在依照提升的物料荷重等方面因素選擇相應(yīng)要求的鋼絲繩，且必須對鋼絲繩計算其安全使用系數(shù)，最后根據(jù)以上數(shù)據(jù)選出卷筒；根據(jù)載荷對提升機進行防滑驗算，當提升機防滑系數(shù)合格時，計算提升物料的上下運動的經(jīng)濟速度，再根據(jù)速度數(shù)據(jù)計算出卷筒的靜張力和整個提升機系統(tǒng)的總功率，最終依照計算的總功率的數(shù)值來選定相應(yīng)的電動機，然后再設(shè)計、計算減速器，還有一些附屬設(shè)備的計算、選擇，從而完成整個礦井提升機的設(shè)計。13第三章 減速器的設(shè)計與選型減速器的設(shè)計與選型第一步先要確定整個提升系統(tǒng)電動機的型號，然后在計算出整個減速器的減速比，再逐步對減速器中的各個軸分別設(shè)計和計算校核分析，同時也對相應(yīng)的聯(lián)軸器、鍵進行了選擇、校驗。3.1 參數(shù)的確定3. 1. 1 主電機和備用電機的選擇提升機經(jīng)濟速度 v= H4.0H 為礦井提升深度 200 米帶入得 v=5.7 m/s由于提升機減速器空間體積不受限制且要求足夠的外殼強度選用二級展開式圓柱齒輪減速器提升機所需功率為 ??=????÷(??1??2??23??34??5)為電機到提升機傳動效率取 0.96??1為聯(lián)軸器傳動效率取 0.99??2為齒輪傳動效率取 0.98??3為滾動軸承效率取 0.99??3為油損取 0.96??5F 為提升機提升的重力即提升機卷筒靜張力差為 ?????????????=440988?261648=179340??V 為提升機經(jīng)濟速度 v=5.7m/s????=179340×5.7÷(0.96×0.99×0.982×0.993×0.96)=1900????電動機所需額定功率 ??=??????K 為功率儲備系數(shù)取 1.1 帶入得 P=2090Kw 取 2000kw（1）主電動機根據(jù)提升機特點主電機選 YR2000-8/1730 三相交流繞線型異步電動機其同步轉(zhuǎn)速為 750r/min額定功率為 2000kw（2）備用電動機14參考之前的計算結(jié)果，備用電機選擇 YR-2000-12/1730 型電動機，備用電機的額定功率 KWP20?額定轉(zhuǎn)速 min/495rn電動機效率 .2d?減速器最大輸出動扭矩 =390000nM2.N3.電動機額定拖動力 eF????=1000????????????=1000×2000×0.857.28 =252747??3.1.2 傳動比的確定提升機卷筒轉(zhuǎn)速為 n??=（60 ×1000v）/??DD 為卷筒直徑 。 代入得D=3000 ????v=5.7 m/s ????=62.42??/??????總傳動比分配??=??????=75062.42=12減速器采用展開式二級圓柱齒輪21i??對于這類減速器要滿足 ??214.~3故 ,根據(jù)要求，??2=2.946 2?i所以 41i查表 13-5 可知，一般，8 級精度的圓柱齒輪，效率 ?97.0?同樣查表 13-5 可知，對于滾動軸承，一般選擇用深溝球軸承 ，效率 ??每條軸的輸入功率：KwP1960.029.021 ???871672.8.3???每條軸的轉(zhuǎn)速：15min7501rnd?8312ii623r每條軸的輸入扭矩：mNnPT ?????k2495701965901181322?8333.2 傳統(tǒng)部件的設(shè)計與計算3.2.1 第一次傳動的設(shè)計與計算1）確定齒輪的材質(zhì)，計算出齒輪的許用應(yīng)力大小查圖 10-25（d）可選 小齒輪 調(diào)質(zhì) rC40HBS2601?大齒輪 45 號鋼 BS2參考公式 10-14 可知，許用接觸應(yīng)力 ??H???NHimHKl?查圖 10-25（d）可選，接觸疲勞極限 li21lim70NH??22li50?由公式 10-15 得，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ,N911 1032.4960176????hjLn820.iN--齒輪的轉(zhuǎn)動速度 nr– 齒輪副轉(zhuǎn)動時的嚙合次數(shù)。j-齒輪的工作壽命 hL hLh 96023082???-最小安全系數(shù)，取失效率為 1%，則 ，minHS 5.1min?HS1min?HS接觸疲勞壽命系數(shù) HNK參考圖 10-23 得， 15.42HNK16計算上述公式得 ??218051.70mNH????2264.5??68mNH齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 ??XNFFYS)(minli??參考圖 10-24（c）得，彎曲疲勞極限 ，雙向傳動乘 0.7l21lim37F?294參考圖 10-22 得，彎曲疲勞壽命系數(shù) NY21?NY參考圖 10-21 得，彎曲強度尺寸系數(shù) ， （設(shè)模數(shù) m 小于 5mm）XX計算上述公式得 ??21704.1387F????29N?2）齒輪齒面接觸疲勞強度校核計算出齒輪的精度等級， 311)20(npv?3750.0?sm.9?暫時選擇 ，參考表 10-6， ,smvt5.2?精度范圍選擇 9 級參考公式 10-11 得，小輪分度圓直徑 ， 1d??3121 )()(??????dHEKTZd參考表 10-7 得，齒寬系數(shù) ， ，一般按照不對稱布置?d根據(jù)齒輪副的工作環(huán)境選擇不同的齒輪齒數(shù)，閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的穩(wěn)定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數(shù)多一點的齒輪，小齒輪的齒數(shù) Z1 可取為 Z1=20~40，這里選定 301?Z小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比 i=Z2/Z1 可以計算出大齒輪齒數(shù) Z2 為 123。傳動比 ?9.4i設(shè)計傳動比與實際傳動比偏差 ??1705.6.2).(??????計算結(jié)果符合要求。小齒輪名義轉(zhuǎn)矩 mNnPT ????693704.1.915.9661確定載荷系數(shù) K?VA??根據(jù)表 10-3 得，取根據(jù)經(jīng)驗值 ，取4.1~052.1?VK根據(jù)經(jīng)驗值 ，取2?根據(jù)經(jīng)驗值 ，取 ?計算得到 45???KVA根據(jù)表 10-5 查得，材料彈性影響系數(shù) ，EZ2/189MPaZE根據(jù)經(jīng)驗值 ，取.0~857.0????5.024957.14)1()(3321 ???????dHEKTZdm計算出齒輪的刀具模數(shù) m94.51?zd根據(jù)標準模數(shù)表（GB/T1357-1987） ，選擇 6m計算得到小齒輪的分度圓直徑 1d??1=????1=6×30=180 ????標準中心距 a??=??(??1+??2)2 =6(30+123)2 =459 ????齒寬 b??=??????1=0.8×180=144 ????大輪齒寬 2 ??2=??=144 ????小輪齒寬 1??1=??2+10=154 ????3）齒輪齒根處彎曲疲勞強度校核分析??FSFFYmbdKT??????118參考《機械設(shè)計手冊》圖 10-17 得， 62.1??FY.2?參考《機械設(shè)計手冊》圖 10-18 得，應(yīng)力修正系數(shù) ?S59.1?Y7.2?S? ?)tan()tan(2121ZZ???????? ?????? ????????? )20tan3265.coss(rco123035.costanrcos30 0054.2? .4.27.075 ???????Y計算得到 ????1=2×1.45×69333×2.62×1.59×0.5555×62.5×2.5 =53.6 ??/????2????2=2×1.45×69333×2.62×1.77×0.5555×62.5×2.5 =56.6 ??/????2計算表明，強度合適4）齒輪副參數(shù)的計算大齒輪分度圓直徑 2d??2=?????2=6×123=738 ????根圓直徑 ????1=??1?2???=180?2×1.25×6=165 ????????2=??2?2???=738?2×1.25×6=729 ????頂圓直徑 ????1=??1+2???=180+2×6=192 ????????2=??2+2???=738+2×6=750 ????3.2.2 第二級傳動的設(shè)計與計算1）確定齒輪的材質(zhì)，計算出齒輪的許用應(yīng)力大小查《機械設(shè)計手冊》圖 10-25（d）選定小齒輪的材質(zhì)為 調(diào)質(zhì) rC40HBS2601?選定大齒輪的材質(zhì)為 45 鋼 HBS21?參考公式 10-14 可得，許用接觸應(yīng)力 ??H???HNimHKSl??參考圖 10-25（d）可得，接觸疲勞極限 limH?21lim70H?22li50?參考公式 10-15 得， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N19921 106.9018560????hjLnN22.3i--齒輪的轉(zhuǎn)動速度 nminr–齒輪副轉(zhuǎn)動時的嚙合次數(shù)j-齒輪的使用最長時間 hL hLh 96023082???-齒輪工作時的最小安全使用系數(shù)，取失效率為 1%，則 minHS，5.1i??1minH接觸疲勞壽命系數(shù) NK參考圖 10-23 得 25.1?H 27.1?HNK根據(jù)上邊的公式計算得 ??85.70m??22.691H??2.69N?齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 XFFYS)(minli?參考圖 10-24（c）得，彎曲疲勞極限 ，雙向傳動乘 0.7li21lim387F??2li94N參考圖 10-22 得，彎曲疲勞壽命系數(shù) NY121?NY查《機械設(shè)計手冊》圖 10-21 得，彎曲強度尺寸系數(shù) 為彎曲強度尺寸XY系數(shù)（通常情況下模數(shù) m 小于 5）X計算得到 ??21704.1387mNF?????21.29F2）齒輪齒面接觸疲勞強度校核計算出齒輪的精度等級， 3221)0(npv?2031 1832018)02.3.(???vsm679初步選定 ，參考表 10-6 smvt36.1?精度范圍選擇 9 級參考公式 10-11 得，小齒輪分度圓直徑 ， 1d??3121 )()(??????dHEKTZd參考表 10-7 得，齒寬系數(shù) ，一般按照不對稱d1?d根據(jù)齒輪副的工作環(huán)境選擇不同的齒輪齒數(shù)，閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的穩(wěn)定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數(shù)多一點的齒輪，小齒輪的齒數(shù) Z1 可取為 Z1=20~40，這里選定 401?Z小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比 i=Z2/Z1 可以計算出大齒輪齒數(shù) Z2 為 117。大齒輪齒數(shù) 1793.212??i傳動比 ?/設(shè)計傳動比與實際傳動比偏差 ??05.6.).(?????計算結(jié)果符合要求 確定載荷系數(shù) K?VA?根據(jù)表 10-3 得，取 1根據(jù)經(jīng)驗值 ，取4.~0512.?VK根據(jù)經(jīng)驗值 ，取2?根據(jù)經(jīng)驗值 ，取 ?計算得到 45.1.1???KVA根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表 10-5 查得，2/18.9MPaZE，根據(jù)經(jīng)驗值 ，這里取? 90~587.0??Z齒輪刀具模數(shù) mmd74.2.681??根據(jù)標準模數(shù)表（GB/T1357-1987） ， ?21計算得到小齒輪的分度圓直徑 1d??40145.98205.12)()(3312?????????dHEKTZd齒輪轉(zhuǎn)動的線速度 vsmnd/16.061????計算結(jié)果與設(shè)計理論結(jié)果相接近，齒輪副中心距 azm7852)4()(21 ???齒輪寬度 bmd308.01???大齒輪寬度 2b小齒輪齒寬 12?3）齒輪齒根處彎曲疲勞強度校核分析由式 6-10 ??FSFFYmbdKT??????1參考圖 10-17 得，齒形系數(shù) ， ?62.1??30.2F參考圖 10-18 得，應(yīng)力修正系數(shù) ， ?SY59.1?S7.2?? ?)tan(t)tan(t211ZZ????????? ?????? ?????? )20tan)354cos(tr1720t35cos(tanr4021 00?69. 695.7.2????????Y計算得 21 91.06)375(01623495 mNF ?????2221 1.0)375(.071.3271495.2 mNF ??????計算表明，符合要求4）齒輪副參數(shù)的計算大齒輪的分度圓直徑 2dzm1702????齒輪齒根圓直徑 mhff 35.401?ff 4572?齒輪齒頂圓直徑 daa 19021????mhd042??3.3 軸的設(shè)計3.3.1 第一級軸的設(shè)計與計算1）計算軸的圓周力 tFNdTFt 2730180249571 ????計算軸的徑向力 rNtr 1093764.tan3cosan01 ?????2）選定軸的材質(zhì)且計算軸的最小直徑選定軸的材料為 45 鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度 220~250HRC計算軸的最小直徑：mnPAd13570968331min ???軸的第一個臺階用于安裝聯(lián)軸器，且第一段直徑與聯(lián)軸器的孔徑相配合，配合公差為 H7/g6。這里選用彈性銷聯(lián)軸器作為本設(shè)計中第一級軸的聯(lián)軸器。型號: LX11公稱轉(zhuǎn)矩 Tn /(N·m): 50000許用轉(zhuǎn)速[n] /(r/min): 1400軸孔直徑 、 、 /mm: 140??1 ??2 ????軸孔長度|Y 型|L /mm: 252軸孔長度|J,J1,Z 型| /mm: 202??1軸孔長度|J,J1,Z 型|L /mm: 252D /mm: 54023/mm: 340??1b /mm: 75S /mm: 6轉(zhuǎn)動慣量 I /(kg·m^2): 20.05質(zhì)量 m /kg: 520與輸入軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑 。因此，取軸段 1 的直徑mD140?。d140?3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計a)按軸向定位要求軸段 1：半聯(lián)軸器左端用軸端擋圈定位。按軸段 1 的直徑半聯(lián)軸器長度md401???1=252 ????軸的第二個臺階用于聯(lián)軸器的軸向卡位， ，且設(shè)計臺階高度 （2?h） ，因此軸的第二個臺階直徑 ，根據(jù)軸承端蓋裝拆要求，17.h? md142?取端蓋外端與半聯(lián)軸器右端面之間的距離為 ，因此取 。99 mm mL132軸段 3：該軸段安裝滾動軸承?？紤]軸承受徑向力。選擇深溝球軸承。軸段直徑 ，軸承型號 16030（ ） ，尺寸參數(shù)d50?GB/T276-1994一軸軸承代號|20000 型: 16030基本尺寸/mm| d: 150基本尺寸/mm|Ｄ: 225基本尺寸/mm| B: 24安裝尺寸/mm| (min): 157????安裝尺寸/mm| (max): 218????安裝尺寸/mm| (max): 1????其他尺寸/mm| ≈: 175.6??2其他尺寸/mm|| ≈: 199.4??2其他尺寸/mm| r (min): 1.1基本額定載荷/kN| : 91.9????基本額定載荷/kN| : 98.5??0??極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 脂: 2200極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 油: 3000重量/kg|W ≈: 2.638取 。mL693?軸段 4：該段為一中間齒輪定位軸肩。 md1534?L45軸段 5：齒輪軸齒輪，取直徑 。92524軸段 6：該軸直徑與軸段 3 相同，取 。mL526? ??6=150 ????軸段 7：接測速發(fā)電機軸取 ；??7=140 ??????7=185 ????b)齒輪在軸上安裝時的定位方式聯(lián)軸器和軸之間通過 A 型平鍵鏈接，平鍵的尺寸為寬為 36長度取 100R=18c)確定軸上圓角和倒角尺寸R=3. .如圖標注所示 ??2=2軸端倒角取 045?4）軸的強度校核對于 16030 型深溝球軸承，確定軸承的支點位置，取 值為 。am5.10NdTFt 273018029711 ???Ntr 93764.tancosan ?????根據(jù)裝配圖所示高速軸軸承跨距以及和齒輪支點跨距如圖所示水平面：????2=476????604=218534 ??????2=476????604=218534 ??25MHV彎矩 MH=????1×????=58765×476=28×106垂直面：同理得 ????1=21390 ??????2=616.3 ??彎矩: ????=????1×????=10×106合成彎矩： ??=????2+????2=280×106???????扭矩T=24957 N/mm軸的彎 矩校核公式： ，22)(aTMCa??式中， ----折合系數(shù)，取 0.6；??????maTCa 62222 103)49576.0(3)( ???????選定軸的材料為 45 鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度 220~250HRC2640mNb??查得 45 鋼許用應(yīng)力 ??2160mNb??計算得到軸的應(yīng)力大小為2623350.14.01. mNdMWCaaC ????，因此本設(shè)計中的第一級軸滿足實際使用要求。??ba1??3.3.2 第二級軸1）求作用在小齒輪上的力圓周向力 和徑向力 的大小3tF3rNdTt 4910982102???Ftr 176853.costan4.7cosan03 ??????求作用在大齒輪上的力 NdTt 261738921402???NFtr 958136.020costan.cosan2 ????2）選定軸的材質(zhì)且計算軸的最小直徑選定軸的材料為 45 鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度 220~250HRC計算軸的最小直徑： mnPAd21903.189332mi ???取軸的直徑為 220mm，3）軸的具體尺寸計算a)計算軸上各段直徑的尺寸和長度軸的第一個臺階用于安裝滾動軸承。由于該軸承會受到徑向力的作用，因此選擇深溝球軸承。軸段直徑 ，軸承型號md351?二軸軸承代號|20000 型: 16044基本尺寸/mm| d: 220基本尺寸/mm| D: 340基本尺寸/mm| B: 37安裝尺寸/mm| (min): 232????安裝尺寸/mm| (max): 328????安裝尺寸/mm| (max): 2.1????27其他尺寸/mm| ≈: 262.5??2其他尺寸/mm| ≈: 297.6??2其他尺寸/mm| r (min): 2.1基本額定載荷/kN| : 181????基本額定載荷/kN| : 216??0??極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 脂: 1400極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 油: 1800重量/kg|W ≈: 9.285取 。mL931?軸段 2：該軸段安裝齒輪，齒輪左端采用軸套定位，右端采用軸肩定位。取直徑 d5mL327?軸段 3：該段為一中間齒輪定位軸肩 mL203?d36軸段 4：該軸段安裝齒輪，齒輪左端采用軸肩定位，右端采用軸套定位，取直徑 2?14軸段 5：該軸段安裝滾動軸承?？紤]軸承受徑向力，選擇深溝球軸承。軸段直徑 d31軸承型號二軸軸承代號|20000 型: 16044基本尺寸/mm| d: 220基本尺寸/mm| D: 340基本尺寸/mm| B: 37安裝尺寸/mm| (min): 232????安裝尺寸/mm| (max): 328????安裝尺寸/mm| (max): 2.1????其他尺寸/mm| ≈: 262.5??2其他尺寸/mm| ≈: 297.6??2其他尺寸/mm| r (min): 2.1基本額定載荷/kN| : 181????基本額定載荷/kN| : 216??0??極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 脂: 1400極限轉(zhuǎn)速/(r/min)| 油: 1800重量/kg|W ≈: 9.285取 mL931?b）齒輪在軸上安裝時的定位方式聯(lián)軸器和軸之間通過 A 型平鍵鏈接，平鍵的尺寸為 ，從機md25?械設(shè)計手冊查得平鍵的橫截面尺寸為 。齒輪與軸段 4 的周向2750???lb定位也采用 A 型普通平鍵聯(lián)接，按 ，從手冊中查得平鍵截面尺md4寸 。1250???lb28軸徑 d: 200～230鍵的公稱尺寸|b(h8): 50鍵的公稱尺寸|(h8)h(11): 28鍵的公稱尺寸|c 或 r: 1～1.2鍵的公稱尺寸|L（h14）: 125～500每 100mm 重量／kg: 1.1鍵槽|軸槽深 t|基本尺寸: 17鍵槽|軸槽深 t|公差: (+0.3,0)鍵槽|轂槽深 |基本尺寸: 11.4??1鍵槽|轂槽深 |公差: (+0.3,0)??1鍵槽|圓角半徑 r|min: 0.7鍵槽|圓角半徑 r|max: 14）軸的應(yīng)力計算校核對于 16044 型深溝球軸承，確定軸承的支點位置。因此軸的支承跨距mL60?作用在大齒輪上的力NdTFt 49109821023 ???tr 76853.cosan???作用在大齒輪上的力 NdTFt 261738921402???tr 95813.0cosan2 ????水平面： ????2=(????3?????+????2?????)/????=(491000×220+266162×477)÷604=389000 N????1=????2+????3?????2=368000 ??同理垂直面： ????2=14000????3=133000同理得:NRV21390?????2=616.3??29Fr2RVr3V1MHM彎矩: ????1=????1?????=4705800????2=????2?????=18×106????3=????3?????=30×106????2=????2?????=50×106????3=????3?????=81×106??2=????22+????22=53×106??3=????32+????32=87×106??=??22+??32=102×106 maTMCa 6222 108)98140.(10)( ???????選定軸的材料為 45 鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度 220~250HRC 2640mNb?查得 45 鋼許用應(yīng)力 ??2160mNb???計算出軸 的應(yīng)力大小為23358.120.18.0mNdWCaaC ??????bCa1???，因此本設(shè)計中的第二級軸滿足實際使用要求。垂直面:30扭矩 T： ??=181000 ???????3.3.3 第三級軸1）計算軸的徑向力 rFNFtr 843296.023470tan273cosan1 ????????2）選定軸的材質(zhì)且計算軸的最小直徑選定軸的材料為 45 鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度 220~250HRC計算軸的最小直徑：mnPAd 309.15628903.103.1min ??????軸的第一個臺階用于安裝聯(lián)軸器，且第一段直徑與聯(lián)軸器的孔徑相配合，配合公差為 H7/g6。這里選用彈性銷聯(lián)軸器作為本設(shè)計中第三級軸的聯(lián)軸器。減速器后跟聯(lián)軸器