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I 摘 要 液壓絞車即液壓驅動的卷揚機 由原動機帶動液壓泵 將工作油液輸入執(zhí) 行構件 液壓缸或液壓馬達 使機構動作 通過控制輸入執(zhí)行構件的液體流量 實現調速 本文主要針對 5 噸液壓絞車進行設計 首先 通過對液壓絞車的現況及類 型原理進行了分析并提出了總體結構方案和傳動方案 接著 對傳動裝置及卷 筒的主要零件進行了詳細設計并校核其強度 最后應用 AutoCAD 軟件繪制了 液壓絞車裝配圖和主要零件圖 關鍵字 液壓 絞車 減速器 卷筒 II Abstract The hydraulic driven winch hydraulic winch motivated by the original hydraulic pump the working oil input components hydraulic cylinder or hydraulic motor to achieve speed control mechanism through the input of executive component in the liquid flow This paper mainly aims at the design of 5 tons hydraulic winch First of all through the analysis of the current status and types of hydraulic winch the overall structure scheme and transmission scheme is put forward Then the main parts of the transmission device and the main parts are designed and checked Finally AutoCAD software is used to draw the assembly drawing and the main parts Key words Hydraulic Winch Reducer Drum III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1 1 絞車簡介 1 1 2 液壓絞車的特點 1 1 3 液壓絞車的工作原理和用途 1 1 4 國內外發(fā)展現狀 2 第二章 總體設計與計算 4 2 1 設計要求 4 2 2 方案設計 4 2 2 1 原理分析 4 2 2 2 總體布置方案 4 2 2 3 傳動方案選擇 5 2 2 4 液壓傳動原理圖 5 第三章 主要參數的確定 7 3 1 卷筒直徑的確定 7 3 2 電動機的選擇 9 3 3 液壓馬達的選用與驗算 9 3 3 1 液壓馬達的分類及特點 9 3 3 2 馬達的驗算 10 第四章 卷筒設計與校核 13 4 1 卷筒的分類和特點 13 4 2 卷筒設計計算 13 4 2 1 卷筒長度 L 確定 13 4 2 2 繩槽的選擇 14 4 2 3 卷筒壁厚 15 4 2 4 鋼絲繩允許偏角 15 4 3 卷筒強度計算 15 第五章 傳動裝置的設計 17 5 1 確定傳動比 17 5 2 齒輪齒數的確定 17 5 3 選定齒輪的精度等級和材料 18 5 4 齒輪模數的確定 18 IV 5 5 齒輪基本參數的確定 20 5 5 1 尺寸基本參數的選定與計算 20 5 5 2 齒輪公法線長度的確定 22 5 6 內部結構的選定與設計 22 5 6 1 轉臂軸承的選定 22 5 6 2 銷孔數目 尺寸的確定 23 5 6 3 銷軸套 銷軸的確定 24 5 6 4 偏心套基本尺寸的確定 24 5 7 軸的設計 25 5 7 1 輸入軸的設計 25 5 7 1 輸出軸 固定軸 的設計 28 總 結 30 參考文獻 31 致 謝 32 1 第一章 緒論 1 1絞車簡介 在起重機械中 用以提升或下降貨物的機構稱為起升機構 一般采用卷揚 式 而這樣的機器叫做卷揚機又叫絞車 卷揚機的卷揚機構一般由驅動裝置 鋼絲繩卷繞系統(tǒng) 取物裝置和安全保 護裝置等組成 驅動裝置包括電動機 聯軸器 制動器 減速器 卷筒等部件 鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩 卷筒 定滑輪和動滑輪 取物裝置有吊鉤 吊環(huán) 抓斗 電磁吸盤 吊具掛梁等多種形式 安全保護裝置有超負載限制器 起升 高度限位器 下降深度限位器 超速保護開關等 根據實際需要配用 卷揚機的驅動方式有三種 分別為內燃機驅動 電動機驅動和液壓驅動 內燃機驅動的起升機構 其動力由內燃機經機械傳動裝置集中傳給包括起 升機構在內的各個工作機構 這種驅動方式的優(yōu)點是具有自身獨立的能源 機 動靈活 適用于流動作業(yè) 為保證各機構的獨立運動 整機的傳動系統(tǒng)復雜笨 重 由于內燃機不能逆轉 不能帶載起動 需依靠傳動環(huán)節(jié)的離合實現起動和 換向 這種驅動方式調速困難 操縱麻煩 屬于淘汰類型 目前只有少數地方 應用 電動機驅動是卷揚機的主要驅動方式 直流電動機的機械特性適合起升機 構的工作要求 調速性能好 但獲得直流電源較為困難 在大型的卷揚機中 常采用內燃機和直流發(fā)電機實現直流傳動 交流電動機驅動能直接從電網取得 電能 操縱簡單 維護容易 機組重量輕 工作可靠 在電動卷揚機中應用廣 泛 液壓驅動的卷揚機 由原動機帶動液壓泵 將工作油液輸入執(zhí)行構件 液 壓缸或液壓馬達 使機構動作 通過控制輸入執(zhí)行構件的液體流量實現調速 液壓驅動的優(yōu)點是傳動比大 可以實現大范圍的無級調速 結構緊湊 運轉平 穩(wěn) 操作方便 過載保護性能好 缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高 液 體容易泄漏 目前液壓驅動在建筑卷揚機中獲得日益廣泛的應用 1 2液壓絞車的特點 絞車采用液壓傳動 減少了產生電氣火花的元件 使用鼠籠電動機 使電 器控制簡單 容易做成防暴型 所以采用液壓絞車是解決煤礦井下絞車全防暴 問題的有效途徑 由于用管道傳遞壓力油 所以液壓元件和各種機械裝置都容 易布局 各個元件的安裝可以隨意放在任何適當的位置 因此便于液壓絞車進 行遠距離操作 2 1 3液壓絞車的工作原理和用途 液壓絞車是利用防爆電動機 1 帶動乳化液泵 2 然后乳化液泵帶動變量液 壓馬達 3 液壓馬達將動力通過減速器 4 拖動滾筒 5 轉動 絞車的正反轉和高 低轉速改變依靠馬達自身調節(jié)完成 原理圖 1 1 1 電動機 2 主油泵 3 液壓馬達 4 減速箱 5 絞車滾筒 圖 1 1 絞車工作原理圖 液壓絞車用途 主要用于井下綜采工作面液壓支架以及其它井下設備的安 裝和拆除 1 4國內外發(fā)展現狀 20 世紀年代后期 日本 美國又開始推廣應用液壓 機械傳動絞車 其優(yōu) 點是高速小扭矩液壓馬達具有制造容易 質量穩(wěn)定 壽命長 傳動效率高 噪 音低 體積小等 日本三井三池制作所引進西德蓋特拉馬齊克公司和法國西克 馬菲爾公司的高速液壓馬達 研制了卷簡直徑為 的 型m21205 S MHW 液壓絞車 高速液壓馬達經行星減速器傳動卷筒 用操作手柄改變變量泵斜盤 的角度來實現無級調速 2005 年國內直徑最大的液壓絞車在河南省洛陽中信重機公司試車成功 并 順利發(fā)往內蒙古大雁煤業(yè)公司 國外由于電器技術水平較高 井下工程機械化 程度高 一般巷道和硐室較大 設備安裝方便 較早的開始推廣應用電動絞車 主要是繞線型電機轉子外接電子調速 其缺點為發(fā)熱嚴重 占地面積大 電控 系統(tǒng)復雜 成本高 調整性差 隨著液壓技術的不斷發(fā)展 軸向柱塞式和徑向 柱塞式液壓馬達系列產品推出 并逐漸用于井下提升設備和研制液壓絞車 液 壓絞車具有結構緊湊 造價便宜 起動平穩(wěn) 調速方便 過載保護等優(yōu)點 特 別是采用鼠籠式電機拖動 使電控系統(tǒng)簡單 實現了防爆要求 在國外 液壓 絞車根據結構形式可分為兩大類 一類是采用低速大扭矩柱塞液壓馬達直接拖 動絞車卷筒的全液壓傳動式 另一類是采用高速小扭矩柱塞液壓馬達經減速器 再拖動絞車卷筒的液壓 機械傳動式 日本三井三池制作所制造出第一臺防暴液壓絞車 以后反復進行了多種設 3 計和改 生產有 和 等幾種型號的防暴液壓絞車 具有手動和半自動兩種運4075 轉方式 液壓控制方式與電動控制方式進行比較 液壓控制方式能任意選擇所 需要的速度 操作簡單 能任意調整加減速度 易于防暴結構 電器控制系統(tǒng) 復雜 維修麻煩 蘇聯 波蘭 德國等國家研制和采用液壓安全絞車作為傾斜煤層的采煤機 的防滑 同步牽引設備 這些國家還礦泛采用液壓無極繩絞車牽引井下運輸用 的卡軌車和單軌吊 日本三井三池制作所研制的小型液壓絞車系列 主要用于 煤礦井下作輔助運輸 功率有 及 三檔 其采用高速軸向柱kW237k48 塞式液壓馬達通過安裝在滾筒內部的行星齒輪減速箱拖動絞車運轉 因而結構 緊湊 體積小 5 我國煤礦井下防暴液壓絞車的研制和應用比歐美 日本大約晚 年 在煤10 與沼氣突出的礦井都要使用防暴型電器設備 由湖南省煤炭科學研究所和湖南 省煤礦專業(yè)機械廠共同研制 型防暴液壓絞車和 型防暴液120 BYT6 BYT 壓絞車 并隨同研制了 型防暴絞車 國內其它廠家也進行了液壓絞6ENIM 車的研制工作 淮南煤機廠研制了 型防暴液壓絞車 它采用高速液YJ 壓馬達通過行星減速箱驅動滾筒 洛陽礦山機械研究所研制采用高速馬達驅動 的防暴液壓絞車 4 第二章 總體設計與計算 2 1設計要求 設計一 5 噸液壓絞車 設計參數要求如下 1 單繩拉力 5 噸 2 鋼絲繩直徑 18mm 3 容繩量 50m 4 繩速 10m min 2 2方案設計 2 2 1原理分析 液壓絞車是利用防爆電動機 1 帶動乳化液泵 2 然后乳化液泵帶動變量液 壓馬達 3 液壓馬達將動力通過減速器 4 拖動滾筒 5 轉動 絞車的正反轉和高 低轉速改變依靠馬達自身調節(jié)完成 原理圖 2 1 1 電動機 2 主油泵 3 液壓馬達 4 減速箱 5 絞車滾筒 圖 2 1 液壓絞車原理圖 2 2 2總體布置方案 液壓馬達 制動器和行星減速器都布置在卷筒的同一側 圖 2 2 這種布 置形式 易于加工和裝配 總成分組性較好 5 圖 2 2 液壓卷揚機構總體布置方案 2 2 3傳動方案選擇 減速裝置采用漸開線少齒差行星齒輪減速裝置 傳動的原理 少齒差行星 傳動原理如圖 3 所示 當帶曲柄的輸入軸旋轉時 空套在曲柄上的行星輪 Z1 反向旋轉 Z2 Z1 Z1 轉 然后通過輸出軸輸出 去速比是 I Z1 Z2 Z1 負號代表旋轉反向相反 圖 2 3 傳動原理簡圖 2 2 4液壓傳動原理圖 系統(tǒng)的工作原理及其特點簡要說明如下 見圖 2 4 液壓馬達 9 的排量切換由二位四通電磁換向閥 5 實現 控制壓力由液壓馬 達 9 自身提供 為了防止下放時因超越負載作用而失速 在馬達回油路上設置 了外控式平衡閥 4 另外 為了提高系統(tǒng)工作可靠性 以防污染和過熱造成的 故障 在回油路上設置了回油過濾器 7 及冷卻器 8 三位四通電磁換向閥 9 的 中位機能為 K 型 所以 絞車停止待命時 液壓泵可以中位低壓卸荷 有利于 節(jié)能 表 2 1 絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序 電磁鐵工 況 1YA 2YA 3YA 滿載卷揚上升 6 空包下放 停止 由表 1 2 可知 當電磁鐵 2YA 通電時 三位四通電磁換向閥 5 切換至右位 液壓油經過單向閥進入液壓馬達 2 驅動滾筒卷揚方向旋轉 當電磁鐵 1YA 通 電時 負載由平衡閥支撐的同時快速下放 當需要制動時 電磁鐵 3YA 通電 制動器制動 圖 2 4 液壓傳動原理圖 1 多片式摩擦離合器 2 液壓馬達 3 6 溢流閥 4 外控式平衡閥 5 三位四通電磁換向閥 7 回油過濾器 8 冷卻器 9 液壓馬達 10 油箱 7 第三章 主要參數的確定 3 1卷筒直徑的確定 1 卷筒直徑 計算 方法一 0D 卷筒容繩寬度 一般可以由下式確定 tB 取03t 0t 預設卷筒鋼絲繩纏繞層數為 4 層 則 卷筒容繩量 L 卷筒繩容量是指鋼絲繩在卷筒上順序緊密排布是 達到規(guī)定的纏繞層數所 能容納的鋼絲繩工作長度的最大值 卷筒容繩量按下式計算 第 i 層鋼絲繩繩 芯直徑 為 iDdii 12 0 式中 卷筒直徑 鋼絲繩直徑d 卷筒容繩量 L 為 diDdBdBtit 12 1104141 聯立上述各式得 306 L 已知 mL50 d18 求得 24 D 表 3 1 卷筒直徑 D 系列 摘自 JB T9006 1 1999 100 125 160 200 250 280 315 355 400 8 450 500 560 630 710 800 900 1000 1120 1250 1320 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 按照表 3 1 卷筒直徑 D 系列 取卷筒直徑 250 D 2 卷筒直徑 計算 方法二 0hdD 0 式中 與機構工作級別相關的系數 鋼絲繩直徑 表 3 2 機構利用等級 摘自 GB T3811 1983 機構利用 等級 總設計 壽命 說明 機構利 用等級 總設計 壽命 說明 T0 200 T5 6300 經常中等使用 T1 400 T6 12500 不經常繁忙地使用 T2 800 T7 25000 T3 1600 不經常使 用 T8 50000 T4 3200 經常使用 T9 100000 繁忙地使用 表 3 3 機構載荷狀態(tài) 摘自 GB T3811 1983 載荷狀態(tài) 說明 L1 輕 機構經常承受輕載荷 偶爾承受最大的載荷 L2 中 機構經常承受中等載荷 較少承受最大的載荷 L3 重 機構經常承受較重的載荷 也常承受最大的載荷 L4 特重 經常承受最大的載荷 表 3 4 機構工作級別 摘自 GB T3811 1983 機構利用等級載荷狀 態(tài) T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 L1 輕 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L2 中 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L3 重 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 L4 特重 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 表 3 5 系數 h 值 摘自 GB T3811 1983 機構工作級別 系數 h 值 機構工作級別 系數 h 值 M1 M3 14 M6 20 M4 16 M7 22 4 9 M5 18 M8 25 根據本卷筒工作工況要求 參照上述表 3 2 3 5 可選定工作級別為 M4 則16 h 故 mhdD28160 按照表 3 1 卷筒直徑 D 系列 取卷筒直徑 故本次設計的提升裝280 D 置采用 JB T9006 1 1999 中標準鑄造卷筒 且取卷筒直徑 3 2電動機的選擇 正確選擇電動機額定功率的原則是 在電動機能夠滿足機械負載要求的前 提下 最經濟 最合理地決定電動機的功率 建筑卷筒屬于非連續(xù)工作機械 而啟動 制動頻繁 因此選擇電動機應與 其工作特點相適應 建筑卷筒主要采用三向交流異步電動機 該卷筒輸出功率 KWFvP17 860 9153 F 額定拉力 F 5000KG V 提升速度 V 10m min 卷筒整機傳動效率 可設定效率 0 85 則輸入功率 KP6 985 0170 根據該卷筒的工作特點可選 Y 系列異步電動機 據化學工業(yè)出版社 機械設計手冊 第四版可選電動機 Y160M 4 其技術參數如表 3 6 表 3 6 技術參數 型號 功率 kw 轉速 r min 重量 kg Y1160L 4 11 1460 123 3 3液壓馬達的選用與驗算 3 3 1液壓馬達的分類及特點 起重機的常用液壓馬達分為高速液壓馬達和低速液壓馬達 高速液壓馬達 的主要性能特點是負載速度低 扭矩小 體積緊湊 重量輕 但在機構傳動中 需與相應的減速器配套使用 以滿足機構工作的低速重載要求 其他的特點與 同類的液壓泵相同 較多應用的有擺線齒輪馬達 軸向柱塞馬達 低速液壓馬 達的負載扭矩大 轉速較低 平穩(wěn)性較好 可直接或只需一級減速驅動機構 10 但體積和重量較大 內曲線徑向柱塞或球塞馬達和軸向球塞式馬達是較常用的 型式 液壓馬達在使用中并不是泵的逆運轉 它的效率較高 轉速范圍更大 可 正 反向運轉 能長期承受頻繁沖擊 有時還承受較大的徑向負載 因此 應 根據液壓馬達的負載扭矩 速度 布置型式和工作條件等選擇液壓馬達的結構 型式 規(guī)格和連接型 根據已知液壓馬達的工作壓力為 16 5MP 總排量 520ml r 初選液壓馬達 的型號為 JMQ 23 型低速大扭矩葉片馬達 參數見 表 3 7 型號 排量 ml r 壓力 Mp 轉速 r min 效率 轉矩 N m 額定 最高 額定 最高 容積效率 總效率JMQ 23 604 16 20 75 400 0 95 0 85 1440 表 3 7 YM630 型葉片馬達參數 3 3 2馬達的驗算 滿載起升時液壓馬達的輸出功率 mP kw 210Qv 式中 起升載荷動載系數 因液壓馬達不具有電動機的過載能力而馬2 達 工作壓力又受系統(tǒng)壓力限制 一般取 1 15 1 3 2 額定起升載荷 N Q 物品起升速度 m s v 機械總效率 初步計算時 取 0 8 0 85 額定起升載荷 根據下式計算 QSm 式中 鋼絲繩自由端拉力 N S 滑輪組倍率 m 根據已知 10787 7N 一般當起升載荷 時 滑輪組倍率宜取50QPkN 2 時 倍率取 3 6 載荷量更大時 倍率可取 8 以上 因此 50QPk 11 2m 把數值代入到式子中得 21575 4N1078 2Q 物品提升速度按下式計算 0 5m s v 根據需要選取 1 3 機械總效率取 0 85 卷筒機械效率 0 97 2 2 m 0 5m s 21575 4N 把數據代入式中得 1v Q 17 009kw 3257 40098mP 滿載起升時液壓馬達輸出扭矩 mT 2 1 QDzdNmi 式中 減速器傳動比 i 鋼繩在卷筒上的卷繞層數 z 其余符號同以前式子 由于已知為大排量馬達 選用低速方案 因此不采用減速器 所以 1 i 又由已知卷筒鋼絲繩卷繞三層 故 3 z 把所有數值代入式子中得 1004 845 1 3257 4 0 231 0 8 95mT Nm 所選用的馬達的額定轉矩為 1440 因為 所以選用的馬達T T 轉矩符合要求 計算液壓馬達的轉速 和輸入油量mnmQ 根據 60 1 ivDzd 式中各符號同以前的式子 把數值代入式中得 176 43 r min 6021 5 8 mn 計算馬達的輸入油量用下式 12 mvqnQ 式中 液壓馬達的排量 ml r 液壓馬達容積效率 mv 馬達的排量根據已知得 520 ml r 根據下式計算 mqmv v 式中 液壓馬達總效率 m 液壓馬達機械效率 根據表查得 取 0 85 取 0 9 mm 把數代入式中得 0 95 0 859v 把所計算的數據代入式中得 3 r 選用的液壓馬達轉速范圍為 r min 由于計算得 216r min 所以75 40mn 馬達的轉速符合要求 13 第四章 卷筒設計與校核 4 1卷筒的分類和特點 卷筒是起升機構中卷繞鋼絲繩的部件 常用卷筒組類型有齒輪連接盤式 周邊大齒輪式 短軸式和內裝行星齒輪式 齒輪連接盤式卷筒組為封閉式傳動 分組性好 卷筒軸不承受扭矩 是目 前橋式起重機卷筒組的典型結構 缺點是檢修時需沿軸向外移卷筒 周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動速比大 轉速低的場合 一般為開式傳動 卷筒軸只承受彎矩 短軸式卷筒組采用分開的短軸代替整根卷筒長軸 減速器側短軸采用鍵與 過盈配合與卷筒法蘭盤剛性連接 減速器通過鋼球或圓柱銷與底架鉸接 支座 側采用定軸式或轉軸式短軸 其優(yōu)點是構造簡單 調整安裝比較方便 內裝行星齒輪式卷筒組輸入軸與卷筒同軸線布置 行星減速器置于卷筒內 腔 結構緊湊 根據鋼絲繩在卷筒上卷繞的層數分單層繞卷筒和多層繞卷筒 由于本設計 的卷繞層數為三層 因此采用多層卷筒 根據鋼絲繩卷入卷筒的情況分單聯卷 筒 一根鋼絲繩分支繞入卷筒 和雙卷筒 兩根鋼絲繩分支同時繞入卷筒 單 聯卷筒可以單層繞或多層繞 雙聯卷筒一般為單層繞 起升高度大時 為了減 小雙聯卷筒長度 有將兩個多層繞卷筒同軸布置 或平行布置外加同步裝置的 14 實例 多層卷筒可以減小卷筒長度 使機構緊湊 但鋼絲繩磨損加快 工作級別 M5 以上的機構不宜使用 4 2卷筒設計計算 根據 3 1 節(jié)已選定卷筒直徑 280 D 4 2 1卷筒長度 L確定 由于采用多層卷繞卷筒 L 由下式 1 lpnd 2 式中 多層卷繞鋼繩總長度 mm l 根據已知卷筒容繩量為 27m 所以 27m l 把數據代入式中得 195 52mm 31 2709 6 8 L 取多層卷繞卷筒長度 200mm 4 2 2繩槽的選擇 單層卷繞卷筒表面通常切出導向螺旋槽 繩槽分為標準槽和深槽兩種形式 一般情況都采用標準槽 當鋼絲繩有脫槽危險時 例如起升機構卷筒 鋼絲繩 向上引出的卷筒 以及高速機構中 采用深槽 多層卷繞卷筒表面以往都推薦做成光面 為了減小鋼絲繩磨損 但實踐證 明 帶螺旋槽的卷筒多層卷繞時 由于繩槽保證第一層鋼絲繩排列整齊 有利 于以后各層鋼絲繩的整齊卷繞 光面卷筒極易使鋼絲繩多層卷繞時雜亂無序 由此導致的鋼絲繩磨損遠大于有繩槽的卷筒 帶繩槽單層繞雙聯卷筒 可以不設擋邊 因為鋼絲繩的兩頭固定在卷筒的 兩端 多層繞卷筒兩端應設擋邊 以防止鋼絲繩脫出筒外 檔邊高度應比最外 層鋼絲繩高出 1 5 d 1 繩槽半徑 根據下式R 0 53 6 d 取 R 0 5d 把數值代入得 15 繩槽節(jié)距 P d 2 4 mm 取 P 8 2 10mm 繩槽深度 h 0 25 0 4 d 取 h 0 35d 0 35 8 2 8 圖 4 1 繩槽的放大示意圖 2 卷筒上有螺旋槽部分長 0L 01 3lpZd 式中 卷筒計算直徑 由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑0D0d mm 1 5 為固定鋼絲繩的安全圈數 取 2 1z 1Z 把數據代入式中得 167 8mm 30271 08L 由此可取 170mm 0L 3 繩槽表面精度 2 級 值 12 5 aR 4 2 3卷筒壁厚 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒 根據鑄鐵卷筒的計算式子 mm0 2 6 10 D 把數值代入式中有 0 02D 8 12mm 故選用 12mm 4 2 4鋼絲繩允許偏角 鋼絲繩繞進或繞出卷筒時 鋼絲繩偏離螺旋槽兩側的角度推薦不大于 3 5 16 對于光面卷筒和多層繞卷筒 鋼絲繩與垂直于卷筒軸的平面的偏角推薦不 大于 2 以避免亂繩 布置卷繞系統(tǒng)時 鋼角推薦不大于 5 以避免槽口損壞和鋼繩脫槽 4 3卷筒強度計算 卷筒在鋼絲繩拉力作用下 產生壓縮 彎曲和扭轉剪應力 其中壓縮應力 最大 當 時 彎曲和扭轉的合成應力不超過壓縮應力的 只3LD 10 5 計算壓應力即可 當 時 要考慮彎曲應力 對尺寸較大 壁厚較薄的卷 筒還需對筒壁進行抗壓穩(wěn)定性驗算 由于所設計的卷筒直徑 200mm 200mm 所以只計算壓L3D 應力即可 卷筒筒壁的最大壓應力出現在筒壁的內表面壓應力 按下式計算 c max12 ccSAp 式中 卷筒壁壓應力 MPa c 鋼絲繩最大靜拉力 N maxS 應力減小系數 在繩圈拉力作用下 筒壁產生徑向彈性變形 使繩1A 圈緊度降低 鋼絲繩拉力減小 一般取 10 75A 多層卷繞系數 多層卷繞時 卷筒外層繩圈的箍緊力壓縮下層鋼絲2 繩 使各層繩圈的緊度降低 鋼絲繩拉力減小 筒壁壓應力不與卷繞層數成正 比 按表取值 2A 許用壓應力 對鑄鐵 為鑄鐵抗壓強度極限 對鋼 c c 5b b 為鋼的屈服極限 s s 取 按表取 根據已知卷筒底層拉力 1100kgf 可算得10 75A221 8A 把各數代入式中 max9 8 7SN 121 36MP 0 75120c 根據所計算的結果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵 其抗壓強度極限802QT 17 121 36MP100 300 162 217 580 290 270 135 5545 調質 200 217 255 650 360 300 155 60 5 7 1輸入軸的設計 軸的合理外型應滿足 軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置 軸上的 26 零件應便于裝拆和調整 軸應具有良好的制造工藝性 影響軸結構的主要因素有 軸的受力性質 大小 方向及分布情況 軸上零件的布置和固定形式 所采用 軸承類型和尺寸 軸的加工工藝等 1 求出輸入軸上的轉矩 618 479 50950503 816PT Nmn 其中 輸入功率 取 8 47kW 1 輸入轉速 取 1460 r min n 2 初步確定軸得最小直徑 由于軸的材料選用的為 45 鋼 調質處理 抗拉強度 屈服MPab750 彎曲疲勞極限 扭轉疲勞極限 MPas50 MPa3501 21 通過 機械設計手冊 第四版第二卷表 6 1 19 選取 126 則有 0A 133min08 47262 60dAm 輸入軸的最小直徑安裝在聯軸器處軸的直徑 為了使所選的軸的直徑與聯 軸器的孔徑相適應 故需同時選取聯軸器型號 聯軸器轉矩的計算 N m ntzwc TKnpT 950 式中 驅動功率 KW 工作轉速 r min 動力機系數 由于為電動機 故取 1 wK 工作系數 故取 1 75 啟動系數 取 1 z 溫度系數 取 1 1 t 公稱轉矩 N mnT 所以 8 479509501 5 106 56cwztpKNmn 27 按照計算轉矩應小于聯軸器的公稱轉矩的條件 又考慮到要與電動機的軸 相聯查機械設計手冊第二卷 選用 GL5 型滾子鏈聯軸器 其公稱轉矩為 250N m 半聯軸器的孔徑 半聯軸器與軸配合的轂孔的長度235dm 由于要考慮到軸端有鍵槽和在結構上的要求 在此先將最小直徑取160Lm 為 35 其余各段直徑均按 5 放大 F E D C B A 圖 5 4 輸入軸工作簡圖 3 軸的結構設計及周向定位 擬定軸上零件的裝配方案 1 A B 段接聯軸器 軸伸長度通過查 簡明機械設計手冊 中表 2 13 可確定 A B 段即軸深長為 58 軸深公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 其間選用 A 型平鍵 GB T1096 1979 尺寸為 b h L 10 8 53 查 簡明機械設計手冊 中表 7 2 得出 采用一般鍵聯接 則鍵槽寬 b 的上下偏差為 0 0 036 半聯軸器與軸的配合為 H7 k6 A B 段 直徑極限偏差為 0 018 0 002 2 B C 段還要穿過支座 端蓋 大小軸承 還要考慮其中的間隙 可初 定其長度為 57 該段直徑為 40 軸只受扭轉應力 受軸向力很小 所以在 軸與支架的連接處選用深溝球軸承 初步確定軸承型號 GB T276 1994 6208 型 該段與軸承 支座 端蓋的配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 3 C D 段的精度不必要求太高 因為在此段不須安裝其他零件 該段直 徑為 45 4 D E 段要安裝偏心套其間有鍵的聯結 所選用鍵的尺寸為 b h L 14 9 70 采用一般鍵聯接 鍵槽寬 b 的上下偏差為 0 0 043 偏心 套的長度為 75 故可設計該段的長度為 77 在該段偏心套上還聯接有軸承 在此可選用雙列向心滾子軸承軸承型號是 3516 此段直徑設定為 45 該段的 28 配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 5 E F 段就與軸承聯接 其長度初定為 22 直徑為 40 故與之相 聯的軸承可選深溝球軸承 GB T276 1994 6208 型 該段的配合公差選用 k6 其上下偏差分別為 0 018 0 002 在此其間軸承的定位沒有軸肩的都 是采用擋圈定位 擋圈尺寸要根據具體裝配情況而定 以上的公差配合通過查 閱 機械零件設計手冊 中表 1 1 6 得出 4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考課本 機械設計 表 15 2 取軸端倒角為 1 6 45 軸右端軸肩處圓角 半徑為 1 6 其余各處倒角和圓角參看附圖 5 7 1 輸出軸 固定軸 的設計 在本設計中的輸出軸是固定不動的 它與銷軸盤固聯在一起 這使得銷軸 固定不動 從而使得行星輪作平動帶動內齒輪轉動 最終帶動卷筒一起跟隨內 齒輪轉動 其工作圖如圖 9 所示 選用材料 20cr 調質處理 抗拉強度 屈服點 MPab750 MPas50 彎曲疲勞極限 扭轉疲勞極限 通過 機械設計手MPa3501 21 冊 第四版第二卷表 6 1 19 選取 102 有 0A23307 2 146 jpdAmn 輸出功率 8 47 w 22310 卷筒轉速 76 4r min j j 由于要考慮到軸端有鍵槽和在結構上的要求 在此先將最小直徑取為 47 聯接支座的部分直徑初定為 50 其他部分尺寸如下圖 5 5 所示 在軸的最左端 使用平鍵使其和支架固聯在一起從而使其不能轉動 為了 安全在次選用雙鍵聯接 所選用鍵 平鍵 GB 1095 1979 的尺寸為 b h L 16 10 60 在此采用一般鍵聯接 鍵槽寬 b 上下偏差為 0 0 043 軸伸長度經查 簡明機械設計手冊 中表 2 13 可確定 A B 段即軸深長為 82 即為 A B 段的長度 軸深公差選用 h7 其上下偏差分別為 0 0 025 B C 段上要裝上軸承 卷筒蓋和小端蓋等 經畫圖可初定這一段的長度為 72 為 了與相應的軸承配合固初定此段的直徑為 50 選用的軸承為深溝球軸承 GB T276 1994 6210 型 該段與軸承 支座 端蓋的配合公差選用 h7 其上 下偏差分別為 0 0 025 C D 段要通過卷筒但不安裝任何零件 故為了減少 材料的用量可將此段的直徑適當縮小 初定為 47 長度要根據卷筒的長度及 29 裝配尺寸確定 初定為 270 D E 段通過安裝軸承與卷筒聯接 此段的長度 為 38 直徑為 50 選用的軸承為深溝球軸承 GB T276 1994 6211 型 在該軸上的軸承的軸向固定都用擋圈固定 該段的配合公差選用 k6 其上下偏 圖 5 5 輸出軸工作簡圖 差分別為 0 021 0 002 軸右端與銷軸相聯的銷軸盤的直徑初定為 270 盤的寬度為 30 銷孔直徑與銷軸相同 為 20 銷軸與輸出軸 銷 孔 的配合選用 h6 P7 銷孔尺寸上下偏差為 0 022 0 074 銷孔分布圓直 徑為 200 在該圓上有十個銷孔均勻分布 其他尺寸間附圖 30 總 結 這次畢業(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 們對提升裝置的工作環(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 31 參考文獻 1 秦大同 謝里陽 液壓傳動與控制設計 化學工業(yè)出版社 2 蔡自興 學的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略 液壓卷揚機 2001 4 3 張建民 工業(yè)液壓卷揚機 北京理工大學出版史 1988 4 嚴學高 孟正大 液壓卷揚機原理 南京 東南大學出版社 1992 5 成大先 機械設計手冊 化學工業(yè)出版社 6 成大先 機械設計圖冊 化學工業(yè)出版社 7 許福玲主編 液壓與氣壓傳動 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 3 8 吳輝海編 液壓絞車 煤炭工業(yè)出版社 1989 16 19 9 姚建剛 國產防爆絞車在選型設計中存在的問題 J 礦山機械 1997 8 10 李強 車載絞車滾筒的改進設計 J 化學工程師 2001 3 6 11 許曉林 趙濤 等絞車新型盤形閘 液壓站系統(tǒng) J 煤礦機械 1999 17 12 彭佑多 張永忠 劉德順 郭迎福 陳艷屏 液壓防爆提升機發(fā)展面臨的問題 J 煤礦機械 2001 23 26 13 Goumas J 1995 Tri Villages of GreaterChicago Reduce I I with CIPP TrenchlessTechnology 4 3 14 Iseley T and M Najafi 1995 TrenchlessPipeline Rehabilitation Prepared for theNational Utility Contractors Association Arlington VA 32 致 謝 大學生活即將結束 在這短短的幾年里 讓我結識了許許多多熱心的朋友 工作嚴謹教學相幫的教師 畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及 指導老師的精心指導 在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同 學表示最誠摯的感謝 首先 向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍 然盡量抽出時間對我們進行指導 時刻關心我們的進展狀況 督促我們抓緊學 習 老師給予的幫助貫穿于設計的全過程 從借閱參考資料到現場的實際操作 他都給予了指導 不僅使我學會書本中的知識 更學會了學習操作方法 也懂 得了如何把握設計重點 如何合理安排時間和論文的編寫 同時在畢業(yè)設計過 程中 她和我們在一起共同解決了設計中出現的各種問題 其次 要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們 以及同學們以誠摯的謝意 在整個設計過程中 他們也給我很多幫助和無私的關懷 更重要的是為我們提 供不少技術方面的資料 在此感謝他們 沒有這些資料就不是一個完整的論文 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝 總之 本次的設計是老師和同學共同完成的結果 在設計的一個月里 我 們合作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財富 我再次向給 予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝