回转绞车毕业设计.docx
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回转绞车毕业设计
回转绞车毕业设计
回转绞车毕业设计宜宾职业技术学院毕业论文(设计)题目:
回转绞车的设计系部现代制造工程系专业名称数控技术班级数控1102班姓名曾印学号201012794指导教师郭超2012年09月10日1摘摘要要回转绞车主要应用于上山、下山、平巷等综采工作面设备的搬迁,此外,拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可以用这种绞车来完成。
在港口、码头、建筑工地、工厂企业,这种绞车也可以发挥作用。
回转绞车的传动系统采用传动,包括蜗轮蜗杆齿轮传动、圆柱齿轮传动,在设计过程中采用承载能力大的圆弧蜗轮蜗杆;而且采用了开式齿轮传动,大大简化了机械部分的传动系统,便于安装和拆卸,结构布置紧凑、合理。
在设计过程采用锥面制动端盖实现了工作状态和制动状态的互锁。
绞车起动时动载小,钢丝绳受到的冲击小。
只需轻轻点动电机控制按钮,就可起动电机,然后操作制动的手柄,便可实现绞车的动作。
该绞车适用条件强、使用寿命长。
结构紧凑,外形尺寸小;结构为近似对称布置,外形美观,成长条形,底座呈雪橇状;绞车重心低,底座刚性好,可安装地锚,运转平稳,安全可靠,安装方便。
关键词关键词:
回转绞车;传动;蜗轮蜗杆2AbstractAbstractRotarywinch,mainlyusedinthemountain,theentryofthefully-mechanizedequipmentsasmoving,inaddition,tightenbeltconveyor,helicopter,dispatchvehiclesetcallcanusethewinchtofinish.Intheharbor,wharf,constructionsite,factoriesandenterprises,thehoistcanalsoplayarole.Turnthewinchtransmissionadoptsthetransmission,includingwormgearandwormgeartransmission,cylindricalgears,inthedesignprocessofarcadoptedcarryingcapacityofwormgearandworm,Andadoptedgear,greatlysimplifyingthemechanicalpartofthetransmissionsystem,easytoinstallanddisassemble,structurecompact,reasonabledecorate.Inthedesignprocessusingsurfacebrakingcoverrealizedworkingconditionandbrakingconditionoftheinterlock.Startingwinch,ropedynamicloadissmall.Gentlyonlyatthemotorcontrolbutton,youcanstartmotoroperatingbrakehandle,then,canrealizethewinch.Thewinchapplicableconditionsandlongservicelife.Compactstructure,smallinsize,shape,Symmetricalstructureforapproximatedecorate,beautifulappearance,asleigh,basegrowthbar.Hoistlowgravity,goodrigidity,canbeinstalledbaseofuplift,smoothoperation,safeandreliable,easyinstallation.Keywords:
Keywords:
rotarywinch,Transmission,Wormandwormwheel3目目录录绪绪论论41设计题目:
绞车传动装置设计.52性能要求:
.53设计数据:
.54完成任务.6第一章第一章传动方案拟定与分析传动方案拟定与分析71轴的要求.72齿轮选用要求.73涡轮、蜗杆的选用.74传动简图7第二章第二章机器传动装置的总体设计方案机器传动装置的总体设计方案911电动机的选择电动机的选择91.1选择电动机类型.91.2择电动机的容量.91.3确定各级传动比111.4选择电动机1222、计算传动装置的总传动比及分配各级传动比、计算传动装置的总传动比及分配各级传动比.122.1传动装置总传动比12第三章第三章传动零件设计传动零件设计1311、齿轮传动的设计、齿轮传动的设计.131.1齿数确定131.2转矩T11.141.3载荷系数K141.4许用接触应力[σH].141.5校核齿根弯曲疲劳强度.161.6计算齿轮传动中心距a171.7计算齿轮的圆周速度v171.8计算齿轮的几何尺寸1722、涡轮、蜗杆传动的设计、涡轮、蜗杆传动的设计.182.1选取蜗杆、蜗轮材料182.2选取蜗杆头数Z1和涡轮齿数Z22.182.3确定涡轮传递的转矩T22.192.4确定模数m和蜗杆分度圆直径d11.192.5计算主要尺寸202.6验算相对滑动速度Vs和传动效率η.2033、内啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动.223.1齿数的确定.223.2转矩T1.223.3载荷系数K223.4许用接触应力[σH].2343.5校核齿根弯曲疲劳强度243.6计算齿轮传动中心距a253.7计算齿轮的圆周速度v253.8计算齿轮的齿顶与齿根直径25第四章第四章轴的设计轴的设计2611选择轴的材料并确定许用应力选择轴的材料并确定许用应力2622确定轴的最小尺寸确定轴的最小尺寸262.1计算各轴的扭矩和转矩262.2确定轴的最小尺寸2733、轴的结构设计、轴的结构设计.283.1轴的结构草图283.2确定轴各段直径和长度283.3轴上零件的定位、固定和装配293.4按弯扭合成强度校核蜗轮轴的强度293.5校核危险截面C的强度303.6绘制轴受力简图和垂直面弯矩30第五章第五章联轴器的选择联轴器的选择31第六章第六章结束语结束语32谢谢辞辞33参考文献参考文献345绪绪论论绞车又名卷扬机,是一种简单而又稳定的机械设备,适用于多种开采行业。
目前,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。
所以需用一台回转绞车。
回转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。
611设计题目:
绞车传动装置设计设计题目:
绞车传动装置设计22性能要求:
性能要求:
(1)机器功用:
电动机通过传动装置使绳筒转动,如下图所示
(2)工作情况:
工作平稳,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:
储备能量10%。
(5)使用寿命:
10年,每年350天,每天8h.(6)检修周期:
一年小修,五年大修。
(7)生产厂型:
中型机械厂。
(8)生产批量:
单件小批量生产。
33设计数据:
设计数据:
参数参数数据数据钢绳牵引力:
65kN钢绳最大速度:
0.13m/s钢筒直径:
300mm钢绳直径:
16mm最大缠绕层数:
444完成任务完成任务1、电动机的选择及运动参数计算72、各级传动比的计算与分配3、小齿轮、大齿轮的设计4、蜗杆的设计5、绘制大小齿轮的零件图、轴的零件图以及传动装置的装配图6、编写工艺卡片第一章第一章传动方案拟定与分析传动方案拟定与分析11轴的要求轴的要求设计要求电动机轴与工作轴垂直,且传动比较大,同时为使传动更加平稳,齿轮强度应较高,考虑采用直齿锥齿轮传动。
822齿轮选用要求齿轮选用要求齿轮的加工比较困难,特别是大尺寸锥齿轮。
一般应放在高速级,以减小其直径和模数。
但需注意,当齿轮的速度过高时,此时还应考虑能否达到制造精度及成本问题。
33涡轮、蜗杆的选用涡轮、蜗杆的选用涡轮、蜗杆的加工分车加工和铣加工,精度要求高。
蜗杆材料选用45钢,整体调质,表面淬火,齿面硬度45~50HRC。
蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1,金属模铸造,滚铣后加载跑合,8级精度,标准保证侧隙c。
44传动简图传动简图采用闭式齿轮传动,可以得到良好的润滑与密封,更能适应在铸造车间繁重恶劣的条件下长期工作,且使用与维护方便。
综上所诉,所采用的系统传动方案如下图所示:
、第二章第二章机器传动装置的总体设计方案机器传动装置的总体设计方案911电动机的选择电动机的选择1.11.1选择电动机类型:
选择电动机类型:
按已知条件和要求,选用Y系列一般用途的三相异步电动机。
Y系列电动机为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机,是按照国际电工委员会(IEC)标准设计的,具有国际互换性的特点。
用于空气中不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场所。
适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上,如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农用机械等、也用于某些需要高启动转矩的机器上,如压缩机。
Y系列三相异步电动机的技术参数见下表所示。
注:
参照《机械设计基础课程设计》主编王志伟孟玲琴第13章118页1.21.2电动机的容量:
电动机的容量:
选择电动机容量就是合理确定电动机的额定功率。
决定电动机功率时要考虑电动机的发热、过载能力和启动三方面因素,但一般情况下电动机容量主要由发热条件而定。
电动机发热与其工作情况有关。
对于载荷不变或变化不大,且在常温下长期连续运转的电动机,只要其所需输出功率不超过其额定功率,工作时就不会过热,可不进行发热计算。
电动机容量可按下述步骤确定。
电动机所需功率电动机所需功率PwPw工作机所需功率Pw应由机器的阻力和运动参数计算确定。
如果给出驱动滚筒的圆周力(即滚筒牵引力)F(N)和输送带速度v(m/s),则滚筒轴所需功率Pw=Fv/1000(kW)电动机型号额定功率KW满载转速(r·min-1)堵转转矩除以额定转矩最大转矩除以额定功率Y160M1-211293022.2Y160M-41114602.22.210则P==P筒筒=F筒筒×V筒筒=65×0.13kn·m/s=8.45kw式中:
F筒筒:
钢绳的牵引力65KNV筒筒:
钢丝绳最大绳速0.13m/sPM=(1~1.3)P=(1~1.3)×8.45=(8.45~10.985)KW确定电动机转速:
输送速度v与滚筒直径D(mm)、滚筒轴转速的关系为V筒=n筒∏d/60000n筒=60000V/∏d=30014.313.060000=8.28r·min-1查机械设计课程设计表14-8推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I’a=4~6。
取蜗杆传动比I’1=8~40,则总传动比理时范围为I’a=128~1440。
故电动机转速的可选范围为n’d=I’a×n筒=(128~1440)×8.28=1059.84~11923.2r/min电动机的输出功率电动机的输出功率PdPd考虑传动系统的功率损耗。
电动机输出功率为Pd=Pw/η式中η为从电动机至工作机主动轴之间的总效率,即η=ηη=η11ηη22ηη33ηη44ηη55ηη6611其中η1η2η3。
。
。
ηn分别为传动系统中各传动副、联动副及各对轴承的效率,其数值见:
北京理工大学出版社《机械设计基础课程设计》主编王志伟孟玲琴第12章表12-7111页查得:
η蜗杆=0.92η轴承=0.98η齿轮=0.97η联轴器=0.99η滚筒=0.961.31.3确定各级传动比确定各级传动比查《机械设计师》(上册)P843类型效率η圆柱齿轮传动8级精度(油润型)0.97蜗杆传动三头或四头蜗杆(油润型)0.92轴承传动滚子轴承(稀油润型)0.98联轴器齿轮联轴器0.99滚筒0.96η总=η蜗杆η2轴承η2齿轮η2联轴器η滚筒=0.92×0.982×0.972×0.992×0.96=0.782电机的输出功率:
P0=Pw/ηw式中,Pw为工作机所需的功率,且P入=P筒/η总=8.45/0.782=10.806kw121.41.4选择电动机选择电动机查《机械设计手册》第四版第5卷P22-35取电机Y160M-4电机的参数:
P电=11kwn电=1460r·minη=88%22算传动装置的总传动比及分配各级传动比算传动装置的总传动比及分配各级传动比2.12.1传动装置总传动比:
传动装置总传动比:
计算总传动比:
i总=n电/n筒=1460/8.28=176各种传动中每级传动比的推荐值传动类型I的推荐值闭式圆柱齿轮传动开式3-54-7闭式蜗杆传动开式10-4015-60结合传动分配各级传动比:
ii1212==44ii3434=11=11ii4545==44第三章第三章传动零件设计传动零件设计11齿轮传动的设计齿轮传动的设计1.11.1齿数确定齿数确定
(1)小齿轮齿数z1的选择13若保持齿轮传动的中心距a不变,增加齿数,除能增大重合度、改善传动的平稳性外,还可减小模数,降低齿高,因而减少金属切削量,节省制造费用。
另外,降低齿高还能减小滑动速度,减少磨损及减小胶合的可能性。
但模数小了,齿厚随之减薄,则要降低轮齿的弯曲强度。
不过在一定的齿数范围内,尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时,以齿数多一些为好。
闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的平稳性,减小冲击振动,以齿数多一些为好。
小齿轮的齿数可取为z1=20~40。
开式(半开式)齿轮传动,由于轮齿主要为磨损失效,为使轮齿不至过小,故小齿轮不宜选用过多的齿数,一般可取z1=17~20。
为使轮齿免于根切,对于α=20°的标准直齿圆柱齿轮,应取z1≥17。
此处为闭式齿轮传动,选择中间值30,则取小齿轮齿数Z1=30,根据齿轮传动的传动比公式,则大齿轮齿数Z2=iZ1=120实际传动比i0=Z2/Z1=4传动比误差(i-i0)/i=02.5%可用齿轮比u=i0=4查《机械设计基础》P138表6-10齿宽系数φd软齿轮或软硬齿面硬齿面两轴承相对齿轮的布置情况载荷情况推荐值最大值推荐值最大值变动小1.81.1对称布置变动大0.8~1.41.40.4~0.90.9变动小1.40.9非对称布置变动大0.6~1.21.150.3~0.60.7变动小0.80.55小齿轮悬臂变动大0.3~0.40.60.2~0.250.44取φd=0.91.21.2转矩转矩TT11T1=9.55×106·P电·η1/n1=9.55×106N·mm146097.01114=6.9×104N·mm1.31.3载荷系数载荷系数KK查《机械设计基础》P128表6-7载荷系数K原动力工作机械载荷特性电动机多缸内燃机单缸内燃机均匀加料的输送机和加料机、轻型卷扬机、发电机、机床辅助传动均匀、轻微冲击1~1.21.2~1.61.6~1.8不均匀加料的输送机和加料机、重型卷扬机、球磨机、机床主传动中等冲击1.21.2~1.61.61.6~1.81.8~2.0冲床、钻床、轧机、破碎机、挖掘机大的冲击1.6~1.81.9~2.12.2~2.4取K=1.21.41.4许用接触应力[许用接触应力[σσHH]][σH]=σHlimZNT/SN查《机械设计基础》P134图6-33c查得σHlim1=775MpaσHlim2=520MpaNL1=60n1rth=60×1460×1×(8×350×10)=2.4528×109NL2=NL1/i12=6.132×10815查《机械设计基础》P135图6-341041051061071081091-允许一定点蚀时的结构钢,调质钢,球磨铸铁(珠光体、贝氏体),珠光体可煅铸铁,渗碳淬火钢的渗碳钢;2-材料同1,不允许出现点蚀;火焰或感应淬火的钢;3-灰铸铁,球磨铸铁(铁素体),渗氮的渗氮钢,调质钢、渗碳钢;4-碳氮共渗的调质钢,渗碳钢取ZNT1=0.89ZNT2=0.93通用齿轮和一般工业齿轮,按一般可靠度要求选取安全系数SH=1.0,从而计算两齿轮的许用接触应力:
[σH]1=σHlim1·ZNT1=775×0.89/1.0=689.81Mpa[σH]2=σHlim2·ZNT2=520×0.93/1.0=483.6Mpa故得:
d1≥76.43mm=50.88mm)483.6483.649.0/()12(100009.62.13m=d1/Z1=50.88/30mm=1.69mm查《机械设计基础》P107表6-1m=2m=2mm1.51.5校核齿根弯曲疲劳强度校核齿根弯曲疲劳强度σF=2KT1/bm2Z1YFaYSa≤[σF]16查《机械设计基础》P132表6-9YFa1=2.52YSa1=1.625YFa2=2.28YSa2=1.73[σF]=σlimYSTYNT/SF查《机械设计基础》P136-P137图6-35c,图6-36σFim1=290MpaσFim2=210MpaYNT1=0.86YNT2=0.88试验齿轮的应力修正系数YST=2按一般可靠选取安全系数SF=1.25[σF]1=σFim1·YST·YNT1/SF=290×2×0.86/1.25Mpa=399.04Mpa[σF]2=σFim2·YST·YNT2/SF=210×2×0.88/1.25Mpa=295.68MpaσF1=2KT1YFa1YSa1/bm2Z1=2×1.2×6.9×104×2.52×1.625/(55×22×30)=52.118Mpa<[σF]1σF2=2KT2YFa2YSa2/bm2Z2=2×1.2×6.9×104×2.28×1.73/(55×22×60)=25.1Mpa<[σF]2故齿轮齿根弯曲疲劳强度足够171.61.6计算齿轮传动中心距计算齿轮传动中心距aaa=m(Z1+Z2)/2=2/2×(30+120)mm=150mm1.71.7计算齿轮的圆周速度计算齿轮的圆周速度vvV=∏d1n1/60000=3.14×120×1460/60000m/s=9.16m/s查《机械设计基础》P139表6-12选用7级精度齿轮1.81.8计算齿轮的几何尺寸计算齿轮的几何尺寸查《机械设计基础》P108当m≥1时,ha*=1,c*=0.25,c=c*m分度圆直径:
d1=mZ1=2×30mm=60mmd2=mZ2=2×120mm=240mm压力角:
α=20ο基圆直径:
b=φdd1=0.9×60mm=54mm齿宽取b=55mmb1=60mm齿顶高:
ha=ha*m=2齿根高:
hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×2=2.5全齿高:
h=(2ha*+c*)m=(2×1+0.25)×2=4.5顶隙:
c=c*m=2齿顶圆直径:
da1=d1+2ha=m(Z1+2ha*)=2(30+2)=64mmda2=d2+2ha=m(Z2+2ha*)=2(120+2)=244mm齿根圆直径:
df1=d1-2hf=m(Z1-2ha*-2c*)=2(30-2-0.5)=55mmdf2=d2-2hf=m(Z2-2ha*-2c*)=2(120-2-0.5)=235mm18齿距:
p=3.14m=3.14×2=6.18齿厚:
s=1/2*3.14m=0.5×3.14×2=3.09齿槽宽:
e=1/2*3.14m=0.5×3.14×2=3.0922轮、蜗杆传动的设计轮、蜗杆传动的设计2.12.1选取蜗杆、蜗轮材料选取蜗杆、蜗轮材料蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。
高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr,并经渗碳淬火;也有用40、45号钢或40Cr并经淬火。
这样可以提高表面硬度,增加耐磨性。
通常要求蜗杆淬火后的硬度为40~55HRC,经氮化处理后的硬度为55~62HRC。
一般不太重要的低速中载的蝎杆,可采用40或45号钢,并经调质处理,其硬度为22O~300HBS。
所以蜗杆材料用45钢,齿轮表面淬火,硬度≥45HRC。
常用的蜗轮材料为铸造锡青铜(ZCuSn10P1,ZCuSn5Pb5Zn5)、铸造铝铁青铜(ZcuAl10Fe3)及灰铸铁(HT150、HT200)等。
锡青铜耐磨性最好,但价格较高,用滑动速度v≥3m/s的重要传动;铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些,但价格便宜,一般用于滑动速度v≤4m/s的传动;如果滑动速度不高(vS<2m/s),对效率要求也不高时,可采用灰铸铁。
为了防止变形,常对蜗轮进行时效处理。
考虑到耐磨性能,故选择锡青铜查《机械设计基础》P175表7-5[σH]=160Mpa2.22.2选取蜗杆头数选取蜗杆头数ZZ11和涡轮齿数和涡轮齿数ZZ22参照《机械设计基础》第169页蜗杆头数Z1通常为1,2,4,6。
当要求自锁和大传动比时,Z1=1.,但传动效率较低。
若传递动力,为提高传动效率,常取Z1=2,4,6蜗轮齿数Z2=iZ1,传动动力时,为保证传动平稳性,Z2
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