绞车用卷筒缠绕钢丝绳.doc

绞车，用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备，又称卷扬机，可单独使用，也可作起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。 本次设计旨在以单卷筒行星齿轮传动调度绞车为依托，采用新的设计方法三维实体设计来完成产品的设计。三维实体设计（实体造型）是近年来发展起来的一种先进的设计方法，与传统设计方法相比较有许多优越性。 长期以来，传统的设计方法由于受到技术手段的限制，不得不放弃用直观感强的立体图来表达产品，而是遵循着一种工作量大、设计周期长的方式进行设计三维构思-------平面图形---------三维产品，不仅使原本直观的立体抽象化了，而且耗费了大量的精力和时间。因为在这样一个抽象思维和想象的环境中，既不符合由形象思维到抽象思维的认知规律，又不利于培养空间想象能力和创新设计能力。而三维实体设计（实体造型）弥补了传统设计法的这种缺陷，在二维和三维空间中架起一座桥梁，让我们在三维空间中直接认知和感知三维实体，更加充分地发展和提高了设计师的空间想象能力及创新能力，为先进产品的开发提供了广阔而优越的设计平台。 本设计是应用以参数化为基础的CAD/CAE/CAM集成软件Pro/ENGINEER进行三维实体造型，来完成产品的零件、部件设计和整机的装配。其最大的优点在于大大减少了设计师的工作量，从而加速了机械设计的过程。另外，还可以对产品进行优化，使其结构更加合理，性能更加良好。 第一章 方案评述 绞车有手动、内燃机和电动机驱动几类。①手动绞车的手柄回转的传动机构上装有停止器（棘轮和棘爪），可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。②内燃机驱动的绞车，在卷筒与内燃机之间装有离合器。当离合器和卷筒轴上的制动器松开后，卷筒上的绳索处于无载状态 ，此时绳索一端可从卷筒上自由地拽出，以缩短再次提拉物件时的挂绳时间。内燃机须在无载情况下启动，离合器能将卷筒与内燃机脱开，待启动正常后再使离合器接合而驱动卷筒。内燃机驱动的绞车常用于户外需要经常移动的作业，或缺乏电源的场所。③电动调度绞车广泛用于工作繁重和需牵引力较大的场所。根据工作环境的不同，可选用防爆型或非防爆型电动机为动力源。单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入之间装有制动器。为适应提升、牵引 、回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。 根据传动形式的不同，绞车可分为苏式多级内齿行星齿轮传动调度绞车、摆线针轮传动调度绞车、蜗轮-蜗杆传动回柱绞车和少差齿回柱和调度绞车等。对于单滚筒行星齿轮传动调度绞车，其具有成本低，效率较高，重量轻，结构简单，易于维修和保养等优点。 本次设计的绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采区运输巷及掘进头等场合调度矿车，或用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作。根据实际工作要求，采用行星齿轮传动，传动简图如下 第二章 计算参数的确定 第一节 电动机的选择 一、类型的选择 该绞车用于矿井中井底车场、中间巷道、采取运输巷及掘进头等场合调度矿车，矿井中含有沼气与煤尘等爆炸性气体，相对湿度在97以内，周围介质温度不超过35℃，须选用YB系列防爆电机。 当用于矿山地面、冶金矿物或建筑工地的地面调度和搬运工作，要求环境湿度在80以下，周围介质温度不超过40℃，且空气中不得含有沼气等爆炸性及具有腐蚀作用的气体，可选用非防爆电机。 二、容量选择 电机计算功率 ，其中起重量F10KN,绳速v26m/min0.43m/s按满载时算。由电动机到滚筒的传动总效率为 其中 、 、 分别为轴承、齿轮传动和滚筒的传动效率，由［４］P3选 0.91（脂润滑，均按球轴承计算）, 0.93（8级精度的一般齿轮传动，脂润滑）, 0.96 ，则 , 选额定功率 15kW 连续工作制。 三、确定电动机转速 由［3］表１推荐的传动比合理范围，且由简图知其经过两对圆柱齿轮减速传动，再经行星轮传动（在满载时，制动器A放松，B制动）,故总传动比的合理范围是 （2～6）2～6 3～927～324 滚筒轴的工作转速为（粗取滚筒直径为250mm） n r/min 则电动机转速的可选范围是 27～324 32.8885～10627r/min 由容量和电机转速，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、和价格等，根据[7]选定电动机为YB系列,方案比较见表-1 表-1 型号 额定功率kW 额定转速r/min 效率 重量kg YB160M2-2 15 2930 88.2 149 YB160L-4 15 1460 88.5 166 YB180L-6 15 970 89.5 215 经比较，选电动机型号为YB160L-4，其主要外形和安装尺寸见表-2 表-2 参数 A AB B C E H N P HD AD AC L 尺寸 254 330 254 108 110 350 275 325 530 240 325 695 第二节 传动比的确定和分配 计算和说明 计算结果 一、计算总传动比 电动机满载转速 1460r/min, 总传动比 二、分配传动装置的传动比 其中 、 、 分别为两对齿轮、行星轮的传动比。初步取 2.24,则行星轮的传动比为 1460r/min 8.869 第三节 传动装置的运动和动力参数计算 一 、轴转速计算 Ⅰ轴 1460r/min Ⅱ轴 r/min Ⅲ 轴 r/min 滚筒n r/min 二、功率计算 一各轴输入功率 I轴 Ⅱ轴 Ⅲ 轴 滚筒P 二各轴输出功率 Ⅰ轴 Ⅱ轴 Ⅲ 轴 滚筒 三、转矩计算 （一）各轴输入转矩 电机输出转矩 Nm Ⅰ轴 Nm Ⅱ轴 Nm Ⅲ 轴 Nm 滚筒T Nm 二各轴输出转矩 Ⅰ轴 Nm Ⅱ轴 Nm Ⅲ 轴 Nm 滚筒 Nm 1460r/min r/min r/min n32.80 r/min 13.65kW P8.274kW Nm Nm Nm Nm T2646.72 Nm Nm Nm Nm Nm 运动和动力参数计算结果见表-3。 表-3 轴号 功率kW 转矩Nm 转速r/min 传动比i 效率η 输入 输出 输入 输出 电动机 15 98.12 1460 1 η10.91 Ⅰ轴 13.65 12.42 89.29 81.25 1460 2.24 η10.91 η20.93 Ⅱ轴 11.55 10.51 186.01 169.27 651.79 2.24 η10.91 η20.93 Ⅲ 轴 9.78 8.90 352.62 320.88 290.98 8.871 η10.91 η30.96 滚筒 8.27 7.94 2646.72 2540.85 32.80 第三章 传动零件的设计 第一节 行星齿轮传动的设计 一、配齿及其校核 一配齿 1．行星轮传动比为 ⒉知该行星轮负载工作时，为NGW型行星齿轮传动，有[2]P198表10-4，修正配齿为 18， 60， 138 （二）校核 1.校核装配条件有[2]表10-3，选行星轮数目K3，则 为整数，满足条件。 2.校核同心条件 （138-18）60 ，满足。 3.校核邻接条件（ 取标准值） ，满足条件。 4.校核滚筒转速实际传动比 滚筒实际转速 r/min 滚筒转速的相对差值 0.6 ）,安全系数S1.25较高可靠度,则 [ ]＝ ＝42.74～41.00mm 齿轮模数m mm,取m4mm 中心轮a分度圆直径 行星轮c分度圆直径 Ta Nmm kc＝1.6 T1 Nmm Фd＝0.55 ZH＝2.5 u3.33 ZE＝189.8 1.046 1.046 [ ]＝ m4mm 行星轮c齿宽 ，取 中心轮a齿宽 （二）校核计算 1.按接触疲劳强度校核 ，式中 ,由[1]P215表12.9，使用情况系数 ， 由[1]P216图12.9,动载荷系数 /b1.251323/4041.32N/mm[S]，安全。 3.35 Nmm d72mm 9806N 3569N 0.533 0.233 1071N σb1100N/m┫ σS850N/m┫ [ ]40～52 N/m┫ c106～98 d34 mm l100 mm 2039N -968N 5.03 Nmm 2.12 Nmm Nmm Nmm Nmm Nmm W3.93 [S]1.50 二、行星齿轮轴的设计 采用双臂分开式行星架，行星轮轴固定于臂中，属固定心轴，验算弯曲强度，结构取等直径轴，d30mm，L75mm。 最大弯矩 ；危险剖面抗弯截面系数 ，材料选45钢， ，按脉动循环处理， ，安全。 第四节 主要轴承的选择 一、行星齿轮轴之轴承的选择 1.作用于轴承上的径向载荷R2646N 作用于轴承上的当量动载荷 ，式中 冲击载荷系数 1.5（中等冲击），X和Y为径向系数与轴向系数，由 0知X1，Y0 2.取轴承预期寿命按五年计算 3.行星轮轴承的相对转速 4.选深沟球轴承，计算额定动载荷 11087N 选6306轴承，Cr16630N，满足要求。 1.5 X1 Y0 C11087N Cr16630N 二、中心齿轮轴之轴承的选择 1.该轴承受有连轴齿轮3和小内齿轮4传动产生的径向力，以及中心轮与行星轮传动产生的径向力，即 2.作用在轴承上的当量动载荷（其中 1.5，X1，Y0，理由同上） 3.预期寿命 4.轴承转速 5.计算额定动载荷，选深沟球轴承 N 选6312轴承，Cr N ,满足要求。 P11925N C N Cr N 第五节 主要键联接的选择 一、行星齿轮架与滚筒间键联接的选择 采用普通圆头平键，取 ，L60mm 为非标准件，采用双键。 1.校核强度 属于静联接，按挤压强度校核，由[1]P125（7.1）式可知校核公式为 式中键联接所传递的转矩 键的工作长度 键的高度 ，配合直径 由[1]P126表7.1得许用挤压应力 （静联接，铸铁，冲击载荷） ，强度满足要求。 2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差 查[4]P51，按一般联接对待，键与轴28N9/h9，键与毂28Js9/h9。 键槽表面粗糙度工作表面，一般联接，取3.2 键槽的对称度公差一般联接，按7级精度决定对称度公差。 3.键槽的工作图 L60mm 二、中心轮a与内齿轮4的键联接的选择 采用普通圆头平键，查[4]P51表4-1，由d34mm，可知键的剖面尺寸为 ，参照轴长度l100mm，取键长L80mm（符合[4] P51表4-1长度系列） 键的标记为键 1.校核强度 属于静联接，校核挤压强度 其中键联接所传递的转矩 键的工作长度 键的高度 ，配合直径 由[1]P126表7.1得许用挤压应力 （静联接，钢，冲击载荷） ，强度满足要求。 2.决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差 查[4]P51，按一般联接对待，键与轴10N9/h9，键与毂10Js9/h9。 键槽表面粗糙度工作表面，一般联接，取3.2，非工作表面取6.3（均为Ra值）。 键槽的对称度公差一般联接，按7级精度决定对称度公差。 3.键槽的工作图 L80mm 第六节 制动带的设计 根据结构需要，采用凸缘式带制动。 ⒈计算圆周力F ⒉计算带的绕入端张力 和绕出端张力 式中T制动转矩（ ） 摩擦系数，由[16]表29.13-48取 0.45 制动轮包角，取 D制动带直径，D0.69m ⒊带宽b的确定 带宽b按许用单位压力[p]其取值参考资料[16]，本计算取[p]0.3N/ 决定，其取值应比轮宽B小510mm ,取b75mm ⒋确定带厚 由[16]29-383表29.13-33，选 6mm。 0.45 D0.69m b75mm 6mm 第四章 本产品的技术参数和相关说明 第一节 技术参数表 起重量kN 10 电动机型号 YB160L-4；绳速m/min 最小26 ；功率kW 15 最大 62 转速r/min 1460 平均 44 电压V 380/660 减速比 44.5 整机质量kg ； 530；容绳量m 400 ；绳径mm 12.5 地脚孔直径mm φ25 卷筒直径mm 250 外形 尺寸（长宽高）mm 1100766727 卷筒宽度mm 310 第二节 相关说明 一、装配说明、 1.对于各轴承和定位零件，要将其装到规定的位置上；各轴承推荐热装（在柴油中加热，温度在120℃-140℃之间）。装前在结合面上涂以适量的机油，在各轴承内填入2/3容积的黄油，滚筒体内的小齿轮中，以及行星传动的大内齿轮中填入黄油（机体内的黄油均采用钙基润滑脂）。 2.行星传动的大内齿轮与滚筒之间应保证有0.5-1.5毫米的间隙，通过加工表面来保证；电机与滚筒端面之间的间隙为2毫米，可调整安装与其间的垫片来实现。 3.电机和轴承支架中心高应保持一致，偏差不可大于0.1毫米。 4.滚筒上的各固定螺钉和油堵，不得高出滚筒外表面。螺钉和地脚螺栓等紧固装置必须可靠。 5.刹车带要平稳地与刹车毂接触；刹车带的松紧程度可由铰链螺栓来调整，要保证刹车把及杠杆系统动作灵活可靠。 二、安全操作说明 1.起重负荷不得超过1000公斤，而且不可运送人员。 本绞车操作人员必须了解本绞车的性能，熟悉操作方法，才能单独操作。 2.防爆电器设备的检查和维修应符合有关安全生产试行规程；非防爆电器设备也应符合有关电器设备的安全操作规程。 3.工作前的注意事项 （1）检查钢丝绳接头是否牢固，绳卡和轴承支架及电机地脚的连接螺栓固紧完好，车安装是否牢靠。 （2）检查绞车部件制动性能是否良好，使用是否灵活，刹车把之顶丝、销轴的紧固，如果有折曲损伤或松动现象，应及时更换与紧固。 （3）电器部分不得有漏电现象，电动机和开关盒应接地良好。 （4）检查钢丝绳，不允许有结节、扭绕现象，如果在一个节距内断丝超过10时，应以予更换。 （5）清理行车轨道，并检查钢丝绳经过处有无障碍物，以防工作过程中发生事故。 （6）开始工作前应盘转滚筒一圈，然后刹紧滚筒，松开大内齿轮刹车带，启动电机试运行。 4.操作注意事项 （1）开动滚筒时，须将滚筒上的刹车带完全松开，而将大内齿轮上的刹车带刹紧。 （2）在绞车作业过程中，如要使绞车暂时停止运转，应将大内齿轮上的刹车带松开，而将滚筒上的刹车带刹紧；如果要微程调度负载物的位置时，只需交替提上或下压左、右刹车把，使滚筒时转时停即可。 （3）如停车时间较长，应将电动机关闭；此时如果钢丝绳处于拉紧状态，为防止其坠滑，必须将滚筒上的刹车带牢牢刹紧，工作人员不得离开绞车。 （4）当下放重物滚筒反转时，应松开大内齿轮上的刹车带并放松滚筒上的刹车带，滚筒在重物自重的驱动下正常反转；下放的速度可以借助刹车带对滚筒的半制动加以控制调整。若电机为可逆型，在下放重物时，应先刹住滚筒，松开大内齿轮，使电机进入反转状态，然后松开滚筒上的刹车带紧刹大内齿轮上的刹车带，滚筒将在电机驱动下反转。 （5）滚筒在起动或停止时，速度须逐渐增加或减少，不允许作急剧的开车、停车，以防损坏传动部分。 （6）在电动机开动时，严禁两个刹车装置同时刹车，以防电机烧毁和主机内部受损，或其他意外事故。 （7）操作过程中，如果发现声响不正常，制动不灵，绞车的滚筒、刹车带及轴承等温度剧烈上升等异常情况时，必须停车检查，及时排除。 （8）钢丝绳在滚筒上要排列整齐，工作时不可全部放完，在滚筒上至少要保留三圈。 （9）预定任务完成后，应使刹车带置于松刹状态，切断电源，封闭开关；清除绞车上、电机上堆积的尘土；加工表面涂以保护油，以防锈蚀。 三、维护与修理说明 1.绞车应注意日常维护保养工作，在使用1-2个月后，应把钢丝绳拆除，用油枪通过两油堵孔向滚筒体内挤入半千克左右黄油；拆下挡盘和大内齿轮联接的螺钉，并通过螺孔挤入一定数量的黄油。加油时，必须仔细清除油孔处的灰尘、污垢，勿使其随油进入绞车内部；注油完毕后将油堵拧紧。新绞车或大修理后更换了齿轮的绞车在运转三个月后，必须更换滚筒体内的润滑油，更换时应将零件清洗干净。绞车如果较长时间搁置不用，应通风防潮，其裸露部分应涂保护油，防止锈蚀。 2.在检修时，发现绞车零件出现以下情况应予以更换石棉带磨损厚度大于2毫米时，应更换（相应的铆钉也应更换）；因齿轮严重磨损而影响绞车正常运转时应予更换；发现轴承在弹道和滚珠上有金属剥落斑点时，或因轴承磨损后在运转过程中发生不正常的噪音及使温升不正常时，应更换。 主要零部件三维实体图 参考文献 [1] 邱宣怀.机械设计,第四版,北京高等教育出版社,1997年 [2] 孙 恒, 陈作模.机械原理,第六版,北京高等教育出版社,2001年 [3] 罗圣国.机械设计课程设计指导书,第二版,北京高等教育出版社,1990年 [4] 吴宗泽, 罗圣国.机械设计课程设计手册,第二版,北京高等教育出版社,1999年 [5] 杜白石.机械设计习题例题设计作业结构设计,西北农林科技大学出版社,2001年 [6] 朱龙根.机械系统设计,第二版,北京机械工业出版社,2002年 [7] 机械设计手册（新版）5,北京机械工业出版社 [8] 杜白石.机械设计课程设计,西北农林科技大学出版社,2003年 [9] 濮良贵.机械设计,第六版,北京高等教育出版社,1996年 [10]成大先.机械设计手册（单行本）机械传动,北京化学工业出版社,2004年 [11] JD-11.4型调度绞车说明书,徐州矿山设备制造厂,1995年 [12]大连理工大学工程画教研室.机械制图,第四版,北京高等教育出版社,1993年 [13]龚湘义.机械设计课程设计图册,第三版,北京高等教育出版社,1989年 [14]李德玉.机械工程材料学,第二版,北京中国农业出版社,1997年 [15]曾志新, 吕 明.机械制造技术基础,武汉武汉理工大学出版社,2001年 [16] 机械设计手册（4）,北京机械工业出版社，1991年 [17]刘 品，刘丽华.互换性与测量技术基础,（第二版）,哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,2001年