JH—14型矿用回柱绞车设计

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1、河南理工大学万方科技学院 摘 要 回柱绞车又称慢速绞车，是供煤矿井下采煤工作面回柱放顶之用。由于它的高度较低重量又轻，特别适用于薄煤层和急倾斜煤层采煤工作面，以及各种采煤工作面回收沉入底板或被矸石压埋的金属支柱。随着机械化采煤程度的提高，它越来越多地被广泛用于机械化采煤工作面，作为安装、回收牵引各种设备和备件之用 目前，在回柱绞车的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大差距。国内在设计制造回柱绞车过程中存在着一定程度上的缺点，重要的问题如：轮齿的根切、蜗杆毛坯的正确设计等。 这篇毕业设计的论文主要阐述的是一套回柱绞车传动部分的设计方法，主要包括蜗轮蜗杆减速装置、直齿圆柱

2、齿轮传动、轴承和传动件的润滑系统，还包括制动装置的选用、一部分常见故障的分析以及日常的使用与维护等。 关键词：回柱绞车 减速器 蜗轮 蜗杆 目 录 前 言 1 1.回柱绞车的概况与方案的初步拟定 5 1.1国内外回柱小绞车的概况 5 1.2回柱绞车的主要传动方式类型 8 1.3设计任务与方案的初步拟定 9 1.3.1设计条件 9 1.3.2原始数据见表1-1 9 1.3.3方案的初步拟定 9 1.4 JH-14型回柱绞车 10 1.4.1型号含义 10 1.4.2主要组成部分 11 2.机械传动系统方案设计 12

3、 2.1传动方案的确定 12 2.2传动系统的动力计算 14 2.2.1电动机的确定 14 2.2.2分配总传动比 15 2.2.3计算机械传动系统的性能参数 15 2.3蜗轮蜗杆的设计计算 17 2.3.1选择蜗杆传动类型 17 2.3.2选择材料 17 2.3.3承载能力计算 17 2.3.4蜗轮轮齿的强度验算 18 2.3.5计算蜗杆的各项参数 19 2.4齿轮的传动设计 20 2.4.1齿轮模数的确定 20 2.4.2接触强度和弯曲强度的验算 22 2.4.3验算接触强度 22 2.4.4验算弯曲强度 24 2.5中间轴设计 25 2.5.1选材 2

4、5 2.5.2基本轴径估算 25 2.5.3轴上零件布置 26 2.5.4轴的结构设计 26 2.6 主轴的设计计算 26 2.6.1主轴的设计 27 2.6.2材料选择 27 2.6.3轴径的初步估算 27 2.6.4轴的结构设计 27 2.6.5主轴的强度校核 28 3.减速器的润滑 32 3.1传动件的润滑 32 3.2轴承的润滑 32 4.滚筒主轴设计应考虑的问题 33 5.回柱绞车制动器的设计 34 5.1制动器的形式和常用安全装置 34 5.1.1常用绞车制动闸的形式 34 5.1.2.绞车上应有的安全装置 35 5.1.3回柱绞车制动器的作用

5、35 5.2制动器的选用和设计 36 5.2.1制动器的确定 36 5.2.2带式制动器的工作原理 36 5.2.3带式制动闸的闸带有下列要求 37 5.2.4制动器的制动 38 6.回柱绞车的操作要求及钢丝绳断裂原因分析 39 6.1回柱绞车的操作要求 39 6.1.1一般要求 39 6.1.2开车前必须认真检查： 39 6.1.3运行中必须注意： 39 6.2运输回柱绞车时的注意事项 40 6.3钢丝绳断丝原因分析 40 6.3.1钢丝绳间断断丝 40 6.3.2钢丝绳连续断丝 40 7.使用与维修 42 7.1安装、固定和操作 42 7.2后移 43

6、7.3维护与检修 43 结束语 45 致谢 46 参考文献 47 37 前 言 当前，我国煤矿工业正以日新月异的速度前进，在井下回采工作中当一个工作面的煤层开采完了以后要放顶。由于金属成本较高，这些支柱若不收回，则必然造成极大的浪费。所以需用一台回柱绞车。回柱绞车是机械回柱的主要设备。在木支柱工作面和一些金属支柱工作面，一般都采用回柱绞车回柱。回收的支柱可重新加工利用，投入到生产中去。如果人工回柱，安全性差、效率低。使用回柱绞车回收既经济，又迅速，符合现代化工业生产的特点：高生产率和先进的技术经济指标。 下面让我们熟悉一下回柱绞车的特点以及它在井下回采面的布置方式. １

7、、回柱绞车(含慢速绞车)的结构有如下特点： （１）传动系统都有一级减速比很大的蜗轮蜗杆传动，皆具备自锁功能，不会发生下故重物拉动滚筒旋转情况。 （２）总传动比大(i＝150～230)，能在电动机功率较小时，获得较大的牵引力。 （３）具有整体结构，便于移动和安装，甚至可以用回柱绞车牵引力来牵引绞车本身移动。 （４）有的在电动机联轴器上装有手动制动闸，有的在蜗轮减速器输出轴上装有活动齿轮和锥形摩擦制动器，使回柱绞车可以按信号准确停位，并能从滚筒上自由放绳(不受蜗杆传动自锁影响)，且可控制放绳速度，防止松绳和乱绳。 （５）电气控制装置较简单，皆具备隔爆性能，可用于有瓦斯、煤尘的环境场所。

8、 （６）因蜗轮蜗杆传动效率低，易造成发热和温升过高,所以必须重视润滑和维护。 ２、回柱绞车在井下回采工作面的布置方式主要有以下几种： （１）回柱绞车安装在回风巷内：回柱绞车安装在回风巷内的位置、应符合作业规程定.如图1所示 图1 在回风巷布置回柱绞车 1回风巷2 回柱绞车3 导向轮 回柱绞车安装在回风巷内布置方式的优点有：①回栓绞车不需经常搬迁；②适合于煤层倾角较大、顶板破碎、压力较大的工作面。缺点有；①回栓绞车可能影响回风巷人员行走和材料运输工作；②钢丝绳牵引时要绕过一个拐直角的导向轮，钢丝绳受力大容易损坏；②要求固定拐角导向轮的柱子或锚杆等必须牢固. （２）回柱绞车安装

9、在回采工作面上端； 回柱绞车布置在紧靠回风巷，且在工作面的上端相密集支柱之间。如图2所示。 图2 在回采工作面上布置回柱绞车 1 回风巷 2 回柱绞车 3 钢丝绳 回柱绞车安装在回采工作面上端布置方式的优点有：①钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏；②不影响回风巷内人员走动和材料运输工作。缺点有：①每进行一次循环都要移动回柱绞车；⑧要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用。当顶板压力较大时，机座受力后易变形；②顶板严重冒落，可能埋住绞车，移设和检修都很困难。这种布置方式很少采用。 （３）回柱绞车直接安装在工作面：回柱绞车直接安装在工作面的多台布置,方式如图3

10、所示 图 3 在工作面上布置数台绞车 1 回风巷 2 回柱绞车 3 刮板输送 回柱绞车直接安装在工作面的多台绞车布置方式的优点有：①多台同时回柱，加快回柱进度，特别适合需要回柱的普通机械化采煤工作面，如使用刨煤机的回采工作面；②不影响回风巷内的人员走动和材料运输工作；⑧钢丝绳牵引不必拐弯，直线牵引，钢丝绳运行阻力小，不易损坏。缺点有，①每进行—次循环都要移动回柱绞车；②要求在顶板条件较好和煤层倾角较小的条件下采用；②顶板冒落，可能埋住绞车，移动和检修都很困难。这种布置方式是在回柱工艺时间大大超过来煤工艺时间的情况下采用，可提高采煤工作面生产能力和经济效益，但应在确保安全的前提下谨慎推

11、广使用。 1.回柱绞车的概况与方案的初步拟定 1.1国内外回柱小绞车的概况 我国矿用小绞车主要是指调度绞车和回柱绞车，它经历了仿制、自行设计两个阶段。解放初期使用的矿用小绞车有日本的、苏联的，因此当时生产的矿用小绞车也是测绘仿制日本和苏联的产品。1958年后这些产品相继被淘汰，并对苏联绞车进行了改进，于1964年进入了自行设计阶段.回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段，八十年代以前一直使用的是仿制的老产品，八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车，主要针对效率极低的球面蜗轮副、慢速工作和快速回绳等环节进行根本的改进。 国外矿用小绞车的

12、种类、规格较多 .工作机构有单筒、双筒和摩擦式 .传动型式 有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行 星齿轮传动和摆线齿 轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。发展趋势向标准化系列方向发展 ，向 体积小、重量轻、结构紧凑方向发展;向 高效、节能、寿命长、低噪 音、一机多能 通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展 矿用小绞车标准化方面，1967年制定了调度绞车部标准，1971年制定了回柱绞车部标准.1982年对上述两个标准都进行了修订，其标准方为JB965-83. JB1409-83.国外矿用小绞车使用很普通，生产厂家也很多。苏联、日本、美国、瑞典等国都制造矿用小绞

13、车。 国外矿用小绞车的种类、规格较多.工作机构有单筒、双筒和摩擦式.传动型式有皮带传动、链式传动、齿轮传动、蜗轮传动、液压传动、行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。发展趋势向标准化系列方向发展，向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展;向高效、节能、寿命长、低噪音、一机多能通用化、大功率、外形简单、平滑、美观、大方方向发展。 国外矿用小绞车规格比较多，适用不同场合，我国矿用小绞车的规格少，品种型号多而乱，也较繁杂，没有统一标准。从工作机构上分，国外有单筒、双筒及摩擦式三种，我国只有单筒一种型式。从原动力上分，国外有电动的、风动的及液压驱动，我国只有电动的和少量风

14、动的。 例如回柱绞车的薄弱环节是球面蜗轮副传动，回柱绞车的主传动均采用了蜗轮副传动，这是因为蜗轮副传动比大，又具有自锁性，故其传动效率较低，一般只有0. 4～0.45，回柱绞车的总传动效率更低。回绳速度慢，所有的回柱绞车回绳速度和工作牵引速度相同.不论绞车用于回柱放顶，还是搬运设备，工作效率太低。随着采煤机械化的发展，综采设备的频繁搬迁，又由于回柱绞车搬运，工作时间长占用人工多，因此这类绞车均应设置快速回绳。 我国矿用小绞车在寿命、噪音、可靠性等综合指标与苏联有着一定的差距。苏联矿用小绞车使用寿命规定在5年以上，我国目前不具备测试手段寿命无法考核，但从对用户的访问中得知，寿命达不到

15、5年.噪音也稍大。 虽然我国矿用小绞车参数系列水平优于国外，但在标准化和通用化方面远不如发达采煤机械制造国。比如牵引力14000kgf这一档回柱绞车就有四种型号. JHC-14型一级减速为蜗轮副传动、二级为行星齿轮传动(少齿差传动)。JHZ-14型二级减速为蜗轮副传动，一级和三级减速为圆柱齿轮传动。JM-14型是在一级蜗轮副减速之后,其二级、三级减速为直齿圆柱齿轮传动。JH-14型是在一级蜗轮副减速之后，其二级减速为直齿圆柱齿轮传动，也是传动系统最简单的一种。 回柱绞车以电动使用最广，传动型式以球面蜗轮副居多，该机主要结构型式为电动机悬装在蜗轮副减速器的后部，蜗轮副减速器为

16、第一级减速，第二级和第三级为圆柱齿轮传动，分别安装在机器的两侧对称机体的中心布置，该机呈长条形适应并下巷道的空间，体积小，底座呈雪橇形，安装搬运方便。 纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点。 (1)向标准化系列化方向发展，苏联、日本、美国、德国、英国已有矿用小绞车国家标准.并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。在这些国家标准和系列型谱中，对绞车的性能、参数做了明确的规定，并强力推行和实施，给设计和制造、使用、维护带来极大方便。 (2)向体积小、重量轻、结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小、重量轻，各国都在力求将绞车的原

17、动机、传动装置、工作滚筒、制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局，充分利用空间提高紧凑程度，做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部，有的紧贴滚筒端部，有的将电机埋入滚筒内部，有的将底座支架减速器铸为一体。 (3)向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联、日本在纹车各种参数的设置上进行优化设计，选取最佳参数，最大限度提高产品功能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式，并采用合理的制造精度，以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视。苏联和日本在绞车设计方面为节约电耗，对电机功率在全面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能(牵引

18、力、牵引速度)等，又能使电机功率得以充分利用。 (4)向寿命长、低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标，是产品质量的综合性反应。寿命长，经济效益才能高;噪音低,有利工人身心健康。 (5)向一机多能、通用化方向发展。矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用，而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大，要求绞车有比较强的适应能力。把调度、运输、辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近，大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破了行业界限，把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理

19、水平的提高，产品通用化程度也必然的不断提高，这是今后产品发展的必然趋势。 (6)向大功率方向发展。随着生产的发展，原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明，调度绞车除调度矿车外，也用于运搬设备，又如回柱绞车除用于回柱放顶外，有时也用于搬运综采及各类机电设备时，运距一般较长，牵引和回绳用一种速度，且目前的回柱绞车牵引速度太慢，回绳速度更慢，因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率，满足用户的要求。 (7) 向外形简单、平滑、美观、大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑、体积小、重量轻、大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚简和制动操纵部分。整个

20、绞车近似一个圆形，显得线条简单外形平滑，为了争夺市场，各国绞车在外形上巧妙的构思，使得产品造型美观，操作者感到舒适。 1.2回柱绞车的主要传动方式类型 我国常用的回柱绞车类型及其传动方式有下列几种: 1.型回柱绞车,其传动方式为:一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮 2.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮 3.回柱绞车,其传动方式有两种,一种为:一组蜗轮,两组直齿轮;一组为一组斜齿轮,一组蜗轮,一组直齿轮 4.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组直齿轮 5.型回柱绞车,其传动方式为:一组蜗轮,一组少齿差行星齿轮 6.型回柱绞车,其传动方式为:一组直齿轮,一组蜗轮,一

21、组直齿轮 7.型回柱绞车,其传动方式为:一组圆锥齿轮,一组变速直齿轮,一组行星齿轮,一组直齿轮． 1.3设计任务与方案的初步拟定 矿用回柱绞车传动装置设计 1.3.1设计条件 1）机器用途:煤矿井下回收支柱用的慢速绞车; 2）工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工作与停歇时间比为1:2),绳筒转向定期变换; 3）运动要求:绞车绳筒转速误差不超过8%; 4）工作能力:储备余量10%; 1.3.2原始数据见表1-1 1.3.3方案的初步拟定 根据设计要求，所给原始数据,经过对回柱绞车常用型号的传动方式比较,最后选用一级为蜗杆传动,一级齿轮传动的传动方式.其传动结构图如图1-

22、1: 表1-1 绞车原始数据 项目 数据 钢绳牵引力（KN） 140 钢绳最大速度(m/min) 5 绳筒直径(mm) 380 钢绳直径(mm) 21.5 绳筒容绳量(m) 120 图1-1 JH-14回柱绞车的结构简图 1、电动机 2、连轴器 3、蜗轮蜗杆减速器 4、小齿轮 5、中间齿轮 6、大齿轮 7、滚筒 1.4 JH-14型回柱绞车 1.4.1型号含义 J卷扬机类，H回柱绞车，14钢丝绳拉力140（KN）。 1.4.2主要组成部分 JH-14型回柱绞车由电动机，圆弧面蜗杆蜗轮减速器，中间轴，卷筒，底盘五大部

23、分组成。其传动原理是：动力由电动机通过一对联轴器传动圆弧面蜗杆、蜗轮，由蜗轮轴上的小齿轮经中间过桥齿轮传动大齿轮，大齿轮带动卷筒，卷筒引钢丝绳进行工作。 2.机械传动系统方案设计 2.1传动方案的确定 根据机械器的工艺性能、结构要求、空间位置和总传动比等条件选择机械传动系统所需的传动类型，并拟定从动力机到工作机构之间机械传动系统的设计方案和总体布置。 一般情况下，尽管动力机的输出功率满足工作机构的要求，但输出的转速、扭矩或运动形式很难符合工作机构的需要，这时就需要采用某种机械传动装置。这是绝大多数机械设计的共同特点。 按照传动原理的不同，机械传动装置可分为摩擦传动、啮合传

24、动和夜压传动三种。根据传动比能否改变，机械传动装置又可分为可调传动比传动、固定传动比传动和变传动比传动三类。回柱绞车一般采用固定传动比传动。 减速器传动：本回柱绞车由于总减速比较大，为i=186而采用动力蜗杆减速器。蜗杆传动的主要特点是：传动比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、自锁性能好。对于回柱绞车，要求卷筒能够自锁。即卷筒的正反转只能由电动机的正反转来控制；当电源切断时绞车马上停止工作；卷筒本身不能自由转动，以免发生事故。这就需要设计一个装置来控制卷筒的自转。而蜗轮蜗杆传动就起到了这个作用。因为若取蜗杆的蜗螺旋线开角小于齿轮间的当量摩擦角，则当蜗轮主动时，机构自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不

25、能蜗轮带动蜗杆。因此，采用蜗轮蜗杆减速器，就能保证卷筒的自锁性。这就是回柱绞车采用蜗杆减速器的一个重要原因。 但是，采用蜗杆减速器也有一缺点，就是传动效率低，这点应在具体的蜗杆减速器设计中充分重视，并设法提高。 采用圆弧齿圆柱蜗杆，就是提高效率的一种措施，这是一种新型的传动装置。它与普通的蜗杆传动相比，其不同在于，具有良好的润滑条件使齿面之间建立连续的润滑油膜形成液体摩擦，从而降低摩擦系数，减轻磨损，提高了承载能力和效率。因此，它具有承载能力大，使用寿命长，效率高（高10-15%）等优点。 齿轮传动:选择齿轮传动，是由于齿轮传动具有工作可靠，使用寿命长，瞬时传动比为常数；传动效率

26、高、结构紧凑、功率和速度适用范围广等优点。因斜齿轮传动时会产生轴向力，对传动不利。若采用人字齿轮，虽可使齿轮轴向力自行抵消，但人字齿轮制造比较困难，所以选择直齿轮传动。 从结构上看：如果让蜗轮轴上的齿轮与主轴上的齿轮啮合，由于传动比大，会造成两齿轮大小相差过甚，大齿轮太大以至于不好安装和制造，而且外形尺寸也太大。另外，涡轮轴上的小齿轮也不能太小，因为根据强度要求限制了轴径，从而控制小齿轮的尺寸只能小到某一程度。否则，会给加工成本带来诸多不便。况且卷筒和大齿轮以及蜗轮尺寸都较大，让蜗轮上的齿轮与卷筒上的齿轮直接啮合，受尺寸限制，不容易做到。基于以上原因，决定增加一中间轴，轴上安装一过桥齿轮

27、。这样，既可以得到合适的传动比，又可以令整体布局合理。 现代生产的发展，无论在承载能力、工作可靠稳定方面，还是在结构尺寸和重量方面，对齿轮的传动的要求愈来愈高。标准齿轮由于存在一些缺点限制了它的应用范围。为了满足设计要求，我们决定设计三个变位齿轮，作为改善齿轮传动质量的有效方法。 2.2传动系统的动力计算 2.2.1电动机的确定 1、电动机类型的选择 因为通常生产场所所用的都是三相交流电源，所以采用交流电动机；由于回柱绞车常用于有煤尘和瓦斯的爆炸性气体的井下，所选电机要具有防暴性能。为此，应选用Y系列三相异步防暴机。 2、电动机功率的确定 参考现有同类产品，先

28、假以卷筒宽度B=300mm，钢丝绳直径=21.5mm，卷筒直径D=400mm 卷筒转速n w===3.68 绳筒轴的输出功率：P w===9.29kw 传动装置效率η=η1η2η3 其中η1—联轴器效率；η1=0.995； η2—蜗杆减速器效率；η2=0.9； η3—齿轮传动效率；η3=0.98； η=η1η2η3=0.9950.90.98=0.877 电动机所需功率：P0===10.6kw 根据P0查机械设计手册，选取YB200L—8电机。其额定功率P=15kw>P0=10.6kw，满足要求。额定转速n=730，总减速

29、比i==183.4，与已知同类产品i=186相差不大，故所选电机合适。 2.2.2分配总传动比 根据机械传动系统的设计方案把总传动比分配到各级传动上，并要求各级传动结构紧凑，承载能力高，工作可靠，制造经济和效率高。 各级传动比的连乘积应等于总传动比，即i=i.i.i…式中，i、i、i…分别为各级传动的传动比。根据i=186。并参考现有同类回柱绞车，确定各传动的传动比为： 蜗轮蜗杆传动比：i=43 第一对齿轮传动比：i=1.2 第二对齿轮传动比：i=3.6 总传动比i=i.i.i=431.23.6=185.76186

30、 2.2.3计算机械传动系统的性能参数 机械传动系统的性能参数包括各级传动的转速、功率、扭矩等。这是机械传动系统方案优劣的重要指标，也就是各级传动强度设计的依据。 1、计算各轴转速： n=730r/min n= n=730r/min n1==730=16.98r/min n2===14.15r/min n3===3.9r/min 2、计算各轴功率： P=15kw P=

31、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、计算各轴扭矩： T=9550=9550=196.23 Nm T=9550=9550=195.25 Nm T1=9550=9550=7553.39 Nm T2=

32、9550=9550=8881.84 Nm T3=9550=9550=31588.46 Nm 表2-1 计算机械传动系统的性能参数 轴 功率P（kw） 转速n（） 转矩T（Nm） 电机轴 15 730 196.23 蜗杆轴 14.925 730 195.25 1轴 13.43 16.98 7553.39 2轴 13.16 14.15 8881.84 3轴 12.9 3.9 31588.46 2.3蜗轮蜗杆的设计计算 高速级传动件设计 2.3.1选择蜗杆传动类型 根据《矿用小绞车》P189“回

33、柱绞车主要技术规格”，采用圆弧面蜗杆（ZC）。 2.3.2选择材料 根据设计要求,并考虑到蜗杆传动传递的功率不大,速度是慢速,故蜗杆用40Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蜗杆螺旋齿面要求淬火,硬度为250-300HB.蜗轮用铝铁青铜ZQAl9-4,金属模铸造.为了节约贵重的有色金属,仅齿圈用青铜制造,二轮芯用灰铸铁HT25-47铸造. 2.3.3承载能力计算 圆弧面蜗杆传动的损坏形式同圆柱蜗杆传动类似，主要是齿面磨损与胶合。为实现齿面之间的动压润滑，避免发生胶合和减轻磨损，圆弧面蜗杆传动的承载能力按以下验算： （１）选择蜗杆头数，涡轮齿数及蜗杆包容涡轮的齿数 Z1=1，Z2=iZ

34、1=43，Z===4.3 （２）选择传动比参数 根据i=40，n1=730r/min,查[5]P312图3-42，取I=1 （３）选择材料系数，质量系数及工作条件系数 齿轮材料为铝铁青铜，制造精度8级，启动频繁，间歇工作制度，查[5]P312表3-20，取K1=1，K2=0.8，K3=1.06 （４）计算功率参数 H===1123 （５）确定中心距 根据H=1123，n1=730r/min，查[5]P312图3-43得A=225mm （６）验算：[N1]===18.53kw，N1=18.5kw<[N1]， 满足要求。 2.3.4蜗轮轮齿的强度验算 圆弧面蜗杆传动的蜗轮发生断齿的情

35、况是比较少见的。但为慎重起见，必要时仍需对蜗轮轮齿进行强度验算。由于蜗轮轮齿在受力时的变形造成卸载，引起载荷沿齿高方向分布不均，使力的作用位置向齿根方向偏移。所以，蜗轮轮齿的折断不是由于弯曲强度不够，而是齿根剪切强度不足引起的。 （１）蜗轮圆周力 P2===199 KN （２）蜗杆与蜗轮啮合齿对之间的载荷分布不均匀系数，可取KP=0.5， B=54mm，Cn=0.304 γ==9 γ2=γ-（γ1’+）=0.55γ-=0.559-=4.95 （３） 蜗轮齿根的许用剪应力 [τ]=0.5σb ，　查[3]P205表8-9 σb=540，[τ]=0.5540=270 （４）λ0

36、=tg-1=tg-1=6.53 　　　α0 =sin-1=sin-1=22.95 （５）τ== =198<[τ] 故蜗轮齿根的剪切疲劳强度满足要求。 2.3.5计算蜗杆的各项参数 （１）蜗杆顶圆直径 Dd2===387.19mm （２）径向间隙 C=0.15=0.15=1.4 （３）校正蜗杆圆直径 Dg1=2A-Dg2-2C=2225-387.19-21.4=60mm 齿顶高、齿根高和全齿高 　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

37、=h1+h1"=8.42+7.95=16.37mm 　h2=h2+h2"=6.55+9.82=16.37mm （４）分度圆直径和成形圆直径 　df2=Dd2-2h2=387.19-26.55=374.09mm 　df1=2A-df2=2225-374.09=75.91mm 　d0===140.625,取d0=145mm （５）蜗杆顶圆直径和涡轮根圆直径 　Dd1=df1+2h1=75.91+26.55=89.01mm 　Dg2=df2-2h2"=374.09-29.82=354.45mm 2.4齿轮的传动设计 本设计的齿轮传动是由三个直齿圆柱齿轮来完成的。即小齿轮、过桥齿轮

38、和大齿轮。小齿轮安装在蜗杆轴上，中间齿轮和大齿轮安装在中间轴和卷筒上。通过这三个齿轮，将运动传递到卷筒上。 2.4.1齿轮模数的确定 参考同类产品：选取小齿轮材料为40C钢，齿面淬火，淬火硬度为HRC45~50；桥轮材料为40C钢，表面淬火，淬火硬度为BRC48~55；大齿轮用40C合金钢铸成，调质处理，硬HRC230~260。初选z=19, 则z2=i19=1.2119=23, z=i z3=3.623=83, 为减小传动的尺寸，小齿轮和过桥齿轮均为硬齿面；大齿轮采用软齿面，其目的是使大齿轮和中间齿轮使用寿命相当。 模数大小需由弯曲疲劳强度确定。由于第二对齿轮传动承载较大，就

39、按第二对齿轮传动初步计算。 按弯曲强度，m ① [1]P201式（10-5） 式中，取载荷系数K=1.325　，z=23　，转矩T=6338 Nw　 齿宽系数=0.51 桥轮、大齿轮许用弯曲应力：[]=637MP，[]=396MP 齿形系数：Y=2.69 ， Y=2.21 应力修正系数：Y=1.58 ， Y=1.77 以上数据均查自[1]P200 =＜= 就按二者中的大值计算，将诸值代入①式，得 M≥ = =8.5mm 圆整，取m=8mm。 2.4.2接触强度和弯曲强度的验算 2.4.3验算接触强度 （１）　齿数和精度

40、等级：z=19，z=23,z=83, 圆周速度v=5 m/min，8极精度 （２）使用系数 K=1 （３）动载系数 K=1.0，K=1.02 （４）齿向载荷分配系数 K=1.21，K=1.13 （５）齿宽系数 =0.78，=0.51 　　以上2—5数据均查自[1]P193-205 （６）载荷系数K：K=K.K.K.K=111.11.21=1.33 K=K.K.K.K=11.021.151.13=1.325 （７）总工作时间 设计每日工作8个小时，一年300天，使用寿命8年，使用期限内工作时间占20% t=830080.2=3840h （８）工作应力循环次数 小齿

41、轮为主动轮，每转一周，小齿轮同侧啮合一次；中间轮同一侧齿面也啮合一次。因此，接触应力按脉动循环变化 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 （９）弹性系数 Z=189.8，Z=188.9 （10）节点区域系数 Z=2.22，Z=2.5 （11）接触疲劳极限 =1280 ，=1370 ，=950 （12）接触安全系数 S=S=1 （13）接触寿命系数 KHN1=1.15，KHN2=1.25，KHN3=1.3 　　以上9—13数据均查自[1]P201—210 （14）许用

42、接触应力 []===1472 　[]===1713 　 []===1235 （15）齿宽 b1=b2=b3=100mm （16）验算 =Z.Z=189.82.5 =1453<[]=1472 =Z.Z =188.92.5 =1224<[]=1235 经计算知，大小齿轮均满足接触强度要求。 2.4.4验算弯曲强度 （1） 齿形系数Y Y=2.85，Y=2.69，Y=2.21 （2） 应力修正系数Y Y=1.54，Y=1.575，Y=1.775 （3）

43、弯曲疲劳极限 ＝600，＝650，＝450 （4） 弯曲安全系数S S=1.0 （5） 应力循环次数N 小齿轮为主动轮。每转一周，小齿轮同一侧啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；中间同一侧齿面口啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。 N=60rnt=60116.983840=3.910 N=N/i=3.910/1.2=3.2610 N=N/i=3.2610/3.6=0.910 （6） 弯曲寿命系数KFN KFN1 =0.9，KFN2 =1.0，KFN3 =1.15 （7） 许用弯曲应力[] []===540 []===650 []=

44、==518 (8) 验算： <[] <[] <[] <[] 经计算知：大小齿轮均满足弯曲强度要求，且具有高的可靠性。 2.5中间轴设计 中间轴（过桥齿轮轴）是为适应绞车结构上的需要（加大滚筒与蜗轮轴的中心距）而设计的，轴固定在底盘左侧箱中部。轴上有一过桥齿轮，齿轮有40Cr合金钢制成，齿面硬度为HRC50~55。齿轮孔内镶有铜套，轴心部挖空，加一个旋盖（压油盖），组成挤压式油杯。下面就具体设计一下中间轴结构。 已知，中间轴传递功率P2=13.16 KW。转速n2=14.15 r/min,转矩T2=8881.84 Nm 2.5.1选材 中间轴受力情况简单，且不是重要

45、的轴，选45钢就可以了。 2.5.2基本轴径估算 由[1]P表15-3 查得A0=108 dA0=108 =105.4mm ， 取d=105mm 由于该轴并不旋转，强度要求并不高，所以，根据同行业相关数据，取d=75mm。 2.5.3轴上零件布置 轴外面套有轴套，过桥齿轮再固联在轴套上，用螺钉将二者联接。因中间轴不转，无须轴承支撑。轴左端与支承架。 2.5.4轴的结构设计 运动时，通过小齿轮与中间轮啮合，带动轴套也随之转动。但中间轴不能转动。将凸台铣去一块就是为了防止中间轴与轴套之间

46、由于某种原因而造成轴套带动轴转动。由于轴套是运动的，需一套润滑机构使轴套转动灵活；故在轴上开有油槽孔，轴套内孔圆周上也均布3条油槽。加油时，将压油盖拧开，向螺孔中加入黄油，加满后，拧紧压油油盖。轴套内的三条油槽用来输送和分布润滑油，油槽长度应小于轴套宽度。随着轴套的转动发热，黄油逐渐变稀，从轴上的油孔中渗出，随轴套一起转动。这样就将润滑油分布在轴套与中间轴的接触面上，起保护中间轴和润滑的作用，相当于一滑动轴承。 轴与齿轮不直接接触，通过轴套联接。因而齿轮上的力不直接做用于轴上，中间轴的受力情况很简单，只受重力和支持力这两个力而平衡。对这种情况，轴的直径足够大，不需强度校核。 河南理工大学万

47、方科技学院本科毕业论文 2.6 主轴的设计计算 JH-14型回柱绞车的主轴是一定心轴，固定在左右两支承架上。它只起支承旋转机的作用，而不传递动力，即指承受弯矩作用。 2.6.1主轴的设计 由前知：卷筒上传递的功率是12.9kw，转速n=3.9m/min 2.6.2材料选择 选用钢，为保证其机械性能，应进行调试处理。 2.6.3轴径的初步估算 估算公式： d≥A0 式中A0是与材料有关的系数，查[1]P表15-3 得A0=108 d≥A0=108=99.76 圆整，取d=160.9mm 由于此轴是固定心轴，受力情况并不严重。因此，接上式估算的轴径可作

48、为轴的最大直径。参考现有同类产品，取最小轴径d=115mm。 2.6.4轴的结构设计 （1）确定轴上零件的布置方式。为使结构紧凑，并考虑具体的工艺性和强度要求，将大齿轮与卷筒一侧对称地安装在轴颈处。即大齿轮在卷筒右侧，通过键与卷筒固联在一起。轴承两端装有轴承盖，内有档油板和密封圈。轴承盖用螺钉M1220与卷筒固定在一起。 （2）根据工艺和强度要求把轴制成阶梯形，这样可以使轴上零件 支反力： 根据平衡方程 R′+R′=R′+R′ R′．64+R′．408=R′．472 （１）开车前必须松开手闸。 （２）运行中必须精神集中，注意信号，注意与回柱工之间的

49、密切配合；信号不清不能开车； （３）注意观察绞车各部运转情况，如电动机声响、钢丝绳缠绕情况、减速器温度(不得超过60℃)、电动机外完温度(不得越过70℃)等； （４）绞车运行中必须坚守岗位，不得离开绞车，必须时常注意顶板及绞车的支撑固定情况。 此处删除好多字，详细的图纸及其资料联系qq656417679 6.2运输回柱绞车时的注意事项 （１）尽量整体装车，并固定牢固。 （２）在绞车自己拉自己时，必须保证导轮固定绝对可靠，并随时维护好电动机电缆，还应注意观察工作面及巷道周围情况，不安全不得强行开车。 6.3钢丝绳断丝原因分析 6.3.1钢丝绳间断断丝 此种断

50、丝发生的部位是在钢丝绳的同一侧，断丝数大多为2-4根，少部分有5-6根之多。连续断丝的长度在20～30mm左右，每隔lm左右出现一次。 6.3.2钢丝绳连续断丝 连续断丝数为2～5根不等，连续断丝的长度为钢丝绳在滚筒上缠绕的工作长度。经过检验发现，这种断丝是因为绞车在工作中的位置不正确,钢丝绳缠绕咬绳造成的。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 7.使用与维修 7.1安装、固定和操作 由于绞车须随工作面的推进而经常移动，所以要求固定支护方法简便、可靠、安全，因而采用打顶柱

51、和绳拴的方法。如下图所示。绞车后面的钢丝绳扣可拴在横木上或拴在柱脚上，拴好后，应点动开车将绳拉紧，再打两根顶柱，顶柱上端应向前倾斜10左右。卷筒采用上面进绳方式 图7-1 卷筒进绳方式 在煤层倾角小，顶板较好的工作面，绞车可直接安装在工作面上进行回柱，如果工作面长度在100米以上可用两台或多台绞车分别安装在工作面各段上，分段同时进行回柱。 在急倾斜煤层工作面上，绞车可安装在回风巷道中，钢丝绳通过导向滑轮进入工作面回柱。 在绞车安装好后，应进行回柱试车，看绞车的安装支护是否牢固、安全，电器设备的接地是否良好、可靠、绞车运转是否良好。 绞车进行回柱时，操作极为简便，司机按动电钮控制绞车

52、的正、反及停车。司机与回柱工人要有信号联络，密切配合。在操作过程中，司机应时刻注意信号，观察绞车的工作情况，并帮助回绳。 7.2后移 绞车在每次回柱后，须沿排柱或沿巷道向后退移。后移的方法：将钢丝绳拉到绞车后方拴到固定木柱上，开动绞车便可自移。示意图如下： 图7-2 回柱绞车示意图 7.3维护与检修 对绞车应经常检查各润滑部位的油量，蜗轮箱内润滑油最高温度不能超过70C，电动机的最高温升不能超过80C，对各紧固零件须经常检查，绞车发生不正常运转时，应及时停车检查，并作记录。 绞车的检修可根据具体使用情况来确定。 下面，将JH-14型回柱绞车的技术规格、传动零件的主要技术参

53、数列表如下： 表7-3传动零件的技术参数 牵引力 千牛 140 卷筒尺寸 直径 mm 400 宽度 300 钢丝绳 直径 mm 21.5 卷绳平均绳速 米/分 5 总减速比 185 卷筒容绳量 米 120 电动机 型号 YB200L-8 功率 千瓦 15 转速 转/每分 720 外形尺寸 长 mm 1983 宽 680 高 795 绞车重量（包括电机） 公斤 1350

54、 结束语 JH-14型回柱绞车主要由电动机、蜗轮箱部分、滚筒部分及机座等组成。我在做结构设计中有些是自己想出来的，有些是类比同类产品选定的。但都尽量使结构合理、经济耐用；在设计计算中，对于常用的机械传动和零部件（如蜗轮箱部分）我都按有关书本的设计步骤计算。 通过这次毕业设计，本人的个人方面都得到了锻炼。设计中综合运用了《机械原理》、《机械设计》、《材料力学》、《机械工程材料》、《机械零件》、《互换性与测量技术》等多方面的知识，而且还学了不少的新知识。毕业设计是一项任务，更是一次学习的好机会。在毕业设计中，大学所学的功课得到了复习和巩固，基本技能得到了训练。

55、然后更重要的是培养了我独立工作、独立思考及解决实际问题的能力。 因为是产品设计，不可能从书本上找到现成的计算方法。实际上，即使参考书也没有一本是关于本型号回柱绞车的。这给我的设计过程带来了不少困难。所幸的是，指导老师一直关心、指导着我，给予我们很大的帮助。让我参观了实物，并且给我找来了相关的书籍和图纸供我参考，让我受益匪浅。其他老师同学也给予了热情的帮助，再加上我的努力工作，终于完成了这次的毕业设计。在此，对给予我们热情帮助的老师、同学和工厂的技术人员表示诚挚的谢意！ 致谢 本文从拟定题目到定稿，历时一月余。在本设计完成之际，首先要向我的指导老师致以诚挚的谢意。

56、在设计的过程中，指导老师给了我许许多多的帮助和关怀。指导老师治学严谨，待人平易近人，在指导老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时他对工作的积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向指导老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校河南理工大学万方科技学院，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。另外，衷心感谢我的

57、同窗同学们和机械学院的师兄师姐们，在我毕业设计中，与他们的探讨交流使我受益颇多；同时，他们也给了我很多无私的帮助和支持，我在此深表谢意。 最后，向我的亲爱的家人和亲爱的朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。 学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。 参考文献 [1] 濮良贵、纪名刚.《机械设计（第八版）》.高等教育出版社，2006.5 [2] 殷玉枫.《机械设计课程设计》.机械工业出版社，200.6 [3] 文九巴.《机械工程材料》.机械工业出版社，2006.3 [4] 机械设计手册编委会.《机械设计手册第五卷》.机械工业出版社，2004.8 [5] 焦作矿业学院、淮南煤炭学院、山西矿业学院.《煤矿机械传动设计》.煤炭工业出版社，1979.3 [6] 王绍定.《矿用小绞车》.煤炭工业出版社，1981.3 [7] 《中华人民共和国煤炭行业标准——回柱绞车MT/T 779—1998》，1999.4实施