雙速絞車設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

第1章緒論

1.1簡(jiǎn)介

1.1.1絞車概述

在人類歷史上，絞盤（windlass）是第一種用于拖曳提升重物的機(jī)器，它可使

一個(gè)人搬運(yùn)遠(yuǎn)重于自己許多倍的重物。絞盤采用一種軸和輪的形式，由用垂直框

架支撐的滾筒組成，人通過(guò)用手搖動(dòng)曲柄，使絞盤滾筒繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)（見(jiàn)圖1-1）。

中國(guó)人在公元前二千年就設(shè)計(jì)出用曲拐手柄轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪

圖1-1線盤簡(jiǎn)圖

今天被廣泛應(yīng)用的絞車（或稱卷?yè)P(yáng)機(jī)）是絞盤的另一種形式，它泛指具有一個(gè)或兒

個(gè)上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒，用來(lái)提升或拖曳重載荷的動(dòng)力機(jī)械。圖1-2

所示為一種簡(jiǎn)易的手動(dòng)提升絞車;該絞車用手驅(qū)動(dòng)，靠齒輪傳動(dòng)的速比增扭，配有

防止卷筒反轉(zhuǎn)的棘輪機(jī)構(gòu)和制動(dòng)用的帶閘。

1.1.2絞車功能與結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)畢業(yè)設(shè)計(jì)分為畢業(yè)設(shè)計(jì)包含：說(shuō)明書(shū)和CAP圖紙

若需要CAD圖等其他文件，請(qǐng)加Q：249796576絞車設(shè)計(jì)采用滾筒

盤絞或夾鉗拉拔纜繩方式來(lái)水平或垂直拖曳、提升、下放負(fù)載，絞車一般包括驅(qū)

動(dòng)部分、工作裝置、輔助裝置等幾部分。

1.驅(qū)動(dòng)部分:用于驅(qū)動(dòng)絞車工作裝置盤絞、釋放纜繩，包含動(dòng)力及傳動(dòng)裝置與

控制裝置。絞車可以采用多種驅(qū)動(dòng)方式，包括電動(dòng)機(jī)、蒸汽機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽

油發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)等等門1。無(wú)論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，在絞車的驅(qū)動(dòng)

部分設(shè)計(jì)中都應(yīng)包含以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

①無(wú)級(jí)均勻變速，調(diào)速范圍寬廣；

②在有負(fù)載情況下，良好的啟動(dòng)特性和低速特性，總效率高；

③雙向旋轉(zhuǎn)，并且容易改變旋轉(zhuǎn)方向

④維護(hù)保養(yǎng)相對(duì)容易，對(duì)周圍工作環(huán)境不敏感；

⑤制動(dòng)系統(tǒng)工作可靠；

⑥設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝布置容易，重量輕；

⑦在有負(fù)載情況下，能長(zhǎng)時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

對(duì)于小型絞車，為了保證結(jié)構(gòu)緊湊，絞車驅(qū)動(dòng)部分一般與絞車工作裝置聯(lián)接在一

起，直接驅(qū)動(dòng)工作裝置;對(duì)于大型絞車或應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)空間相對(duì)狹小的絞車，絞車驅(qū)動(dòng)

部分與絞車工作裝置可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立放置，兩者間通過(guò)液壓管線、氣動(dòng)管線或電

纜管線相聯(lián)系，絞車的布置和操縱均很方便。

2.工作裝置:在驅(qū)動(dòng)部分作用下，通過(guò)滾筒回轉(zhuǎn)或夾鉗直線拉拔等方式拖曳或

釋放纜繩以完成對(duì)負(fù)載的收放控制，并含有對(duì)纜繩的容繩和排纜裝置。

3.輔助裝置:輔助工作裝置完成拖曳作業(yè)，包含滑輪組、導(dǎo)向裝置以及速度測(cè)

量、長(zhǎng)度距離測(cè)量、張力測(cè)量等裝置部分;絞車可以使用鋼絲繩、尼龍纜繩等多種

材質(zhì)纜繩。

1.1.3絞車分類

圖1-2手動(dòng)提升絞車

按絞車驅(qū)動(dòng)方一式分類，絞車可以分為機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車、電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車、氣

動(dòng)絞車、液壓絞車等幾大類。

1.機(jī)械式驅(qū)動(dòng)絞車

①驅(qū)動(dòng)部件間的固定幾何位置關(guān)系決定著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)布局，布局的變化少；

②傳動(dòng)系體積尺寸大，總重量重；

③安裝布置復(fù)雜，經(jīng)常需要精密加工的平面和精密的部件定位；

④難以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)變速

⑤原動(dòng)機(jī)的位置是不可變的；

@在有負(fù)載的情況下，難以取得平穩(wěn)的反轉(zhuǎn)；

⑦通過(guò)采用液力偶合器，可以在堵轉(zhuǎn)工況下產(chǎn)生最大扭矩。

2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車[z]

①在小型和低端絞車產(chǎn)品上采用常規(guī)定速電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，能實(shí)現(xiàn)單速（或雙速）

和雙向旋轉(zhuǎn)功能，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但不能低速啟動(dòng)和平滑變速；

②采用可控硅整流（SCR）直流調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，發(fā)展歷史悠久，

可在低速段提供短時(shí)的額定扭矩（或堵轉(zhuǎn)扭矩）。但是，若無(wú)獨(dú)立冷卻系統(tǒng)和專用

設(shè)計(jì)，直流調(diào)速力一式不能長(zhǎng)時(shí)間用于堵轉(zhuǎn)工況；

③采用交流變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)從零到最大速度的無(wú)級(jí)變速，可以在低速或堵

轉(zhuǎn)工況下提供100%額定扭矩，調(diào)速平穩(wěn)；

④設(shè)備復(fù)雜，維修、保養(yǎng)人員的技術(shù)水平要求較高。

3.氣動(dòng)絞車

①需要配置壓縮空氣站；

②氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，氣動(dòng)馬達(dá)外形尺寸較大，氣動(dòng)系統(tǒng)總體重量較重;

③對(duì)環(huán)境條件敏感一在周圍環(huán)境溫度低的地方，可能有潮氣凝結(jié)在氣動(dòng)管路

和部件里；

④噪音大一需要噪音消音器。

4.液壓絞車

①雙向?qū)崿F(xiàn)從零到最人速度的無(wú)級(jí)變速控制，易于換向；

②用高壓溢流閥或壓力補(bǔ)償器雙向限制有效力矩；

③輸出速度范圍大，負(fù)載的低速控制好，可以帶載良好啟動(dòng)；

④系統(tǒng)允許長(zhǎng)時(shí)間支持負(fù)載，雙向可以限制不同力矩；⑤設(shè)計(jì)緊湊，布置

方便，動(dòng)力傳遞系統(tǒng)總重量輕。

⑥易于實(shí)現(xiàn)恒速、恒張力控制

按絞車應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況分類，絞車分為礦用絞車、建工卷?yè)P(yáng)機(jī)、船用絞

車、工程機(jī)械絞車以及特殊用途用絞車等等。

按絞車作業(yè)形式分類，絞車一般分為滾筒卷?yè)P(yáng)絞車和線型絞車兩大類。滾筒

卷?yè)P(yáng)絞車采用驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)方一式收放纜繩和拖曳負(fù)載，并在滾筒上直接容繩;線

型絞車采用夾鉗直線拉拔纜繩方式拖曳負(fù)載，并在獨(dú)立配置的滾筒上卷?yè)P(yáng)容繩。

圖1-3為線型絞車示意圖

UNEARW!NCM

圖13線型絞車示意圖

1.1.4絞車應(yīng)用

絞車廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、建筑機(jī)械、林業(yè)、漁業(yè)、礦山機(jī)械、船舶運(yùn)輸、

海洋石油等多領(lǐng)域，可配套多種類型主機(jī)設(shè)備。

絞車具體配套的部分設(shè)備如下：

1.汽車起重機(jī)一主吊、輔吊絞車

2.塔式起重機(jī)一主.吊絞車

3.駁船一定位絞車、拉索絞車

4.鉆探船一拔樁絞車

5.挖泥船一懸掛和斗架絞車、抓斗絞車

6.通用船舶一錨泊絞車、起重絞車、牽引絞車［fi91

7.集裝箱船一船尾恒張力裝料絞車

8.碼頭起重機(jī)一主起重卷?yè)P(yáng)機(jī)

9.海洋石油鋪管工作船一恒張力移船絞車、張緊器、A/R絞車、起重吊

機(jī)的負(fù)荷絞車等等

10.運(yùn)輸一鐵道車輛定位卷?yè)P(yáng)機(jī)、索道牽引絞車

11.森林及木材加工機(jī)械一重木起吊卷?yè)P(yáng)機(jī)、木材車、堆材機(jī)

以下為中國(guó)海洋石油領(lǐng)域絞車的典型應(yīng)用實(shí)例：

1.吊機(jī)用負(fù)荷絞車

負(fù)荷絞車用于控制起重鋪管船主吊機(jī)吊鉤的穩(wěn)定，關(guān)系海上的作業(yè)安全。藍(lán)疆船的負(fù)荷

絞車采用靜液壓傳動(dòng)，有雙泵雙馬達(dá)和單泵雙馬達(dá)兩種匹配方式。液壓系統(tǒng)采用丹尼遜金杯系

列電比例變量通軸柱塞泵和定量柱塞馬達(dá)，有手動(dòng)控制和恒張力控制兩種工作模式。在恒張力

模式下，可以根據(jù)天氣、載荷大小等因素自動(dòng)（或手工）設(shè)定恒張力大小，用帶有設(shè)定拉力的纜

繩約束卞吊鉤，減小晃動(dòng)幅度，使其能穩(wěn)定工作。

1.2回柱絞車的現(xiàn)狀

我國(guó)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)正在向高產(chǎn)量，大功率，重型化的趨勢(shì)發(fā)展，但搬

運(yùn)設(shè)備卻沒(méi)有得到相應(yīng)的更新與開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)在大型液壓支架重量已經(jīng)達(dá)到30多噸，

而液壓支架等綜采設(shè)備在采煤工作面的撤移與運(yùn)輸仍使用回柱絞車等老式設(shè)備，

其牽引力小，容繩量小，鋼絲繩細(xì)，不適應(yīng)綜采工作面的工況要求。

當(dāng)前回柱絞車存在的主要問(wèn)題：

1.蝸輪副傳動(dòng)是回柱絞車的薄弱環(huán)節(jié)。

煤礦絞車JH2-5,JH-8,JHC-14,JH2-14,JM-14都采用蝸輪副傳動(dòng)，皆因蝸輪副

傳動(dòng)比大，但蝸輪副傳動(dòng)效率很低，一般只有0.4?0.5,絞車的總傳動(dòng)比更低,

工作時(shí)過(guò)高的溫升，井下多塵的工作環(huán)境，使蝸輪副磨損加快，使用半年或更

短時(shí)間，即需要檢修或更換，影響生產(chǎn)，因而取消蝸輪副從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)說(shuō)

使必要的。本設(shè)計(jì)采用的錐齒輪、行星傳動(dòng)，提高了傳動(dòng)效率，也在一定程度

上提高了絞車的壽命，從經(jīng)濟(jì)方面看也是有意義的。

2.牽引速度，回繩速度慢。

隨著支護(hù)的發(fā)展，使用金屬摩擦支柱，單體液壓支柱后，回柱之前可以部分或

全部卸載，回柱只是把他們拉倒或拖進(jìn)工作面再用，同時(shí)，由于搬運(yùn)設(shè)備的需

要，很有必要將牽引速度從目前的5?7m/min左右加以提高。同時(shí)，為了提高

工作效率，還應(yīng)設(shè)置快速回繩機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的快速回繩速度達(dá)到了每分鐘50-90

米，節(jié)約了時(shí)間，提高了工作效率，也是可行且有實(shí)際意義的。

3.牽引力小。

現(xiàn)在煤礦由于綜采機(jī)械的大量使用，在工作面搬遷時(shí)需要搬運(yùn)某些大型設(shè)備，

如液壓支架等，而現(xiàn)在使用的絞車牽引力都有些小，因而將牽引力提高到32

噸是有意義的。

4.容繩量小。

當(dāng)前的綜采工作面長(zhǎng)度有逐漸加長(zhǎng)的趨勢(shì)，而現(xiàn)行的絞車容繩量一般都太小，

應(yīng)將容繩量達(dá)到200m以上。本設(shè)計(jì)的容繩量達(dá)到了260米。

5.設(shè)計(jì)壽命短。

回柱絞車大多采用1460小時(shí)的設(shè)計(jì)壽命，這是因?yàn)榛刂鶗r(shí)間短，但由于小絞

車已不止用于回柱，還在建筑，鐵路等各行業(yè)，而且就煤礦的使用來(lái)看，也有必

要提高設(shè)計(jì)壽命，增加絞車的平均無(wú)故障時(shí)間，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，經(jīng)多方比

較，決定采用5000小時(shí)的設(shè)計(jì)壽命。

第2章總體設(shè)計(jì)

2.1已知條件

1、設(shè)計(jì)壽命：t=5000h

2,最大牽引力：T=320KN

3、牽引速度：慢速8-10^in

快速60—85%^

2.2計(jì)算傳動(dòng)效率

1、各傳動(dòng)的效率：

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得：

1)離合器的效率5=0.995(1)

2)滾動(dòng)軸承效率〃2=Q99(8)

3)錐齒輪效率%=0.98(1)

4)齒輪聯(lián)軸器％=0.99(1)

5)閉式圓柱齒輪效率小=0.98(1)

6)開(kāi)式圓柱齒輪效率4=0.97(2)

7)攪油效率？=。990

8)行星傳動(dòng)〃8=0.990

9)卷筒鋼絲繩纏繞效率%=096

2計(jì)算傳動(dòng)總效率

82

〃總?〃3”4。5”6?力?/切9

=0.995-0.9980.980.990.990.9629-0.98

=0.789

2.3電機(jī)的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的確定及傳動(dòng)比

2.2.1選擇電機(jī)型號(hào)

(1)計(jì)算卷筒上的功率

N'j=XmaxFmin/60

=320x9.51/60

=50.72kw

(2)計(jì)算電機(jī)軸上的功率：M=N；/〃總=50.72/0.789=64.28Kw

由于電機(jī)為短時(shí)工作，可以充分利用電機(jī)的過(guò)載能力，以減少電機(jī)的容量,

降低機(jī)器的成本和尺寸。

電機(jī)型號(hào)：YB280S-6

功率：45kw

效率：92%

轉(zhuǎn)速：980/.

重量:620kg

】最大扭矩°

/?——=2.U

額定扭矩

堵轉(zhuǎn)扭矩

額定扭矩一,

堵轉(zhuǎn)電流

---------------=O.J

額定電流

電機(jī)外形尺寸(長(zhǎng)x寬x高)：1010x610x830mm

電機(jī)中心高從H=2SQmm

電機(jī)軸直徑x長(zhǎng)度：65x140mm

NAj.9只

過(guò)載系初：兄=。=2±^=1.43<2.0=/1

心45

合適。

注：由于電機(jī)為短時(shí)工作，可以充分利用它的過(guò)載能力，以減少電機(jī)的容量,

降低機(jī)器的成本和尺寸。因此選擇YB280s-6型電機(jī)即可。

2.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的確定

JD；-32型三速多用絞車傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2T所示。

'其傳動(dòng)路線：

防爆電機(jī)f離合器f錐齒輪傳動(dòng)f滑移齒輪傳動(dòng)一行星輪系一過(guò)橋輪系

一卷筒。

圖2T

2.2.3各級(jí)傳動(dòng)比分配及總傳動(dòng)比

(1)慢速時(shí)

,lOOOv1000x9

滾筒轉(zhuǎn)速n=------=----4-,--9--；-4n

7lD7TX600

i總廠粵券"。46

n

(2)快速時(shí)

lOOOv=1000x73=〃

滾筒轉(zhuǎn)速n'=7rD-萬(wàn)x600一,"n

陽(yáng)號(hào)=篝3

傳動(dòng)比分配如下:

錐齒輪傳動(dòng)：%=皆44=2.9

一二2.86（慢速）

21

圓柱齒輪傳動(dòng)："=<>

21

一=0.362（快速）

60

94

行星傳動(dòng)：4=1+77=7.6

14

過(guò)橋輪傳動(dòng)：74=||=324

2.2.4各齒輪模數(shù)'齒數(shù)（根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)）

錐齒輪嚙合副:m=6.4Z1=15z2=44

換檔齒輪副：m=7Z3=21Z3=60

Z5=60z5—21

z

行星傳動(dòng)：m=8z6=147=39Z8=94

過(guò)橋輪系：m=14Z9=21Z10=23zn=68

放繩輪系：m=7z12=504=14Z14=18

2.4牽引鋼絲繩直徑的確定'滾筒直徑的確定及速度

2.3.1鋼絲繩的選擇

根據(jù)G31102-74初選鋼絲繩直徑鄧32

型號(hào)：2^x19—32—1870

鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為：1870MPa

鋼絲繩破斷拉力總和￡S=687KN

整條鋼絲繩破斷拉力總Sp=eZs=0.85*687

=583.95KN

式中?！τ绊懴禂?shù)取。=0.85

額定負(fù)荷下的安全系數(shù)：

2.3.2計(jì)算鋼絲繩速度

（1）慢速：1）最小速度

3

vmin=^-^-￡>minxl0-

”總1

=2§2x3.14x632x10-3

204.6

=9.51m/min

2）最大速度

=980^X314X9776X10-3

204.6

=14.70m/min

3)平均速度

%=(%n+k)/2=(9.51+14.70)/2

12.11777/min

（2）快速：1）最小速度

v=%?萬(wàn).￡).X103

3min?min

"總3

=-^x3.14x632xl0-3=74.8m/min

26.0

2)最大速度

匕max=?萬(wàn)，OnaxX]

"總3

=-x3.14x977.6xl0-3

26.0

=115.7mlmin

3)平均速度

v3cp=femin+v3max)/2=(74.8+115.7)/2

=95.3mlmin

2.3.3滾筒參數(shù)的確定

1根據(jù)409-74規(guī)定

口"=16~20

D。=(16?20)d

二(16?20)x32

=512-640/7777

取Do=600mm

則D()/J=600/32=18.75

式中D0---滾筒的最小外徑mm

d----鋼絲繩直徑mm

2.確定滾筒寬度B

初選每層纏繞圈助=21

_Zd21x32…

則：Bn=—=--------=707/71m

k、0.95

式中k、——鋼絲繩排列不均勻徽。耳購(gòu)=0.95

取B=800mm

3.初定鋼絲繩纏繞層數(shù)n=7

4.驗(yàn)算滾筒容繩量L

L-nnZ[D^+d+(n-l)dk^]

=3.14x7x2lx/600+32+(7-1)X32X0.9/

=371.5a37如>260〃

式中左2——鋼絲繩每層厚度降彳舔數(shù)，

取左2=0900

所以，滿足容繩量要求

所以取“=7,Z=21

5、確定滾筒各直徑

1)鋼絲繩在滾筒上的最d纏繞直徑D超

Dmin=D0+d=600+32=632mm

2)滾筒最大纏繞直徑％ax

Omax=A+d+2(〃-1)巡

=600+32+2x(7-l)x32x0.90=9776mm

3)滾筒平均纏繞直徑％

Dep=+Dmin)/2=(9776+632)/2

=804.8mm

4)滾筒結(jié)構(gòu)外徑。外

。外=°max+L5dX2

=977.6+1.5X32X2=10777J

取。外=1080〃相

2.3.4確定鋼絲繩在卷筒上的拉力及卷筒上的功率

(1)卷筒上的拉力

1)、慢速：

根據(jù)等功率原則，最夕層上的拉力：

7；mi?=7；max-=32OX-^1-=2O7.OX7V

匕…14.70

%=(小2+Tlmax)/2=(320+207.0)/2=2635KN

2)、高速

v,.951

(max=(max.-12mlL=320x-=40.68KN

3maXlmaX

匕3mmin74.8

△min=7；max--=40.68x211=26.3OKN

匕max115.7

T3cp=(《in+"max)/2=(40.68+26.30)/2=33.49KN

2.5各軸轉(zhuǎn)速、功率計(jì)算

軸I:nI=980r/min

pI=Nj7,=64.28x0.995=63.9586kw

TI=9550pI/nI=9550X63.9586/980=623.27N-m

軸n：nll=nI/z)=980/2.9=337.93r/min

pII=PI?%?%=63.9586XO.99X0.98=62.05kw

TH=9550*pH/nII=9550X62.05/337.93=1753.6N-m

軸川：(慢速)

nIII=nII/i2=337.93/2.86=118.16r/min

pIII=pII?％?%=62.05X0.98X0.99=60.2kw

TIII=9550.pill/nIII=9550X60.2/118.16=4865.6N-m

軸W(行星架軸)

nIV=nlll//3=118.16/7.6=15.55r/min

pIV=pill*%?7?私=60?2X0.99X0.99X0.99=58.41kw

TIV=9550*pIV/nIV=9550X58.41/15.55=35873.6N-m

2.6驗(yàn)算電機(jī)悶車時(shí)，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)

(1)電機(jī)在悶車時(shí)，鋼絲繩的拉力

因慢速時(shí)鋼絲繩的拉力較快速時(shí)大，故僅需要慢速時(shí)的安全系數(shù)

T，10xl0"M?〃總10x102x2.0x45x0.789

加"一%"60—9.51/60

=456972V

T_10x10"”〃總_10x102x2.0x45x0.789

min

-vmax/60—14.70/60

=295633N

T'cp=匕復(fù)+G2=(45697Q95633/2

=3763025N

(2)電機(jī)悶車時(shí)，鋼絲繩在里層的安全系數(shù)

583950

=1.3

%=4569726-

max

第3章變速箱設(shè)計(jì)

3.1弧齒錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

弧齒錐齒輪是具有曲線傾斜齒的錐齒輪，其輪齒接觸是從一端到另一端逐漸

開(kāi)始而且連續(xù)平穩(wěn)地進(jìn)行。因而比直齒錐齒輪和零度齒錐齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在

高速時(shí)能特別明顯地減少噪聲和震動(dòng)。

3.1.1初步設(shè)計(jì)

(1)選擇齒輪材料：

小齒輪齒面硬度45—55HRC

大齒輪齒面硬度40-45HRC

(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：

小輪分度圓直徑：

4=

選取小輪齒數(shù)4=15

則大輪齒數(shù)Z2=/Z,=2.9x15=43.5圓整為44

齒數(shù)比〃=Z2/Z1=44/15=2.93

傳動(dòng)比誤差=(2.93—2.9)/2.9=0.01合適

e一一錐齒輪類型幾何系數(shù)

查表14-3-25得e=950

Zb一一變位后強(qiáng)度影響系數(shù)

查表14-3-26得26=1(選擇零傳動(dòng)，xl+x2=0)

---齒寬比系數(shù)

查表14-3-27得Z0=1.683

7]——小齒輪轉(zhuǎn)矩(N.M)

(=623.27N.M

匕一一使用系數(shù)

查表14-1-81得K.=l

K即---齒向載荷分布系數(shù)

小輪懸臂，大輪跨裝K砂=1.3

aHiim——試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限

查表14-3-28得(Twli=1130MPa

由以上可得：

623.27x1x1.3

4=950x1x1.6896mm

2.93x113。

齒輪模數(shù)m=&/%=96/15=6.4

變位系數(shù)的確定：

x----高變位系數(shù)x,----切向變位系數(shù)

查表14-3-7選取=0.10x,2=-0.10

%=0.39(1—1//)=0.39(1—1/2.932)=0.35

%2=-X]=-0.35

齒寬中點(diǎn)尾旋角(等頂隙收縮齒)：

乩=35。

軸交角：Z=90。

3.1.2幾何尺寸計(jì)算

小輪分錐角：R=arctanE——網(wǎng)上---)=arctan(---網(wǎng)22----)=18.82°

Z/Zi+cosZ44/15+cos900

大輪分錐角:&=￡-4=90°—18.82°=71.18°

分度圓直徑：小輪：4=mZ,=6.4x15=96mm

大輪：d2=mZ,=6.4x44=281.6mm

錐矩R：R=4/2sinR=rf2/2sin^2=96/2sin18.82°=15675〃?”

齒寬系數(shù)①R：(pR=b/R=L

3.5

齒寬b:取b=QR和b=10m中小者

〃=<DR=-Lxl56.75=44.786mm

3.5

b=10m=10x6.4=64mm

齒頂高切：小輪%%>7=(0.85+0.35)x6.4=7.68

h

大輪a2=(幾：+x2)m=(0.85-0.35)x6.4=3.2

(〃“*=0.85c*=0.188)

齒高h(yuǎn)：h=(2hJ+c*)m=(2x0.85+0,188)x6.4=1208

齒根高%:小輪：hf^^h-hai=12.08-7.68=4.4mm

大輪：=〃一〃“2=1208—3.2=8.88mm

齒頂圓直徑d“：

小輪d“\=d、+2%cosb[=96+2x7.68cosl8.820=11Q5

大輪4,2=12+2〃“2cos&=281.6+2x3.2cos71.18°=283.66

齒根角處：小輪見(jiàn)=arctanhfi/R=arctan4.4/156.75=1.6080

大輪%2=arctan/i/2//?=arctan48.88/156.75=3.24°

齒頂角小輪為=0f2=3.24"

大輪%=%=1.608

頂錐角2：小輪/=R+%=18.82°+3.24°=22.06°

大輪%=&+%=71.18°+1.608=72788

5

根錐角，：小輪5fl=印—如=18.82°-1.608=17.212

大輪%=&2=71.18°—3.240=67.94°

2%]tana

S]=m(—++為1)

'2COS0

弧齒厚S：小輪

UA,式2x0.35tan20°八1小

=6.4(——I----------------1-0.10)=1262mm

2cos35°

S2=7UTI—S]

=6.4x乃一12.62=JA9mm

3.1.3按格里森法校核弧齒錐齒輪強(qiáng)度

(1)彎曲強(qiáng)度校核公式:

w（式2.4-5）

(參考《現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)》)

%=儲(chǔ)羯",（8）（式2.4-3）

式中：

Ft——齒輪大端切向力

F/=200(7]/^=2000x623.27/96=12984V

aFlim——彎曲疲勞極限

查表2.4-61得crFlim=206.89MPa

Yx——尺寸系數(shù)

Yx=(25.4/6.1嚴(yán)=0.7084

YOT---壽命系數(shù)

由圖2.4-39得：丫5=1

J——彎曲幾何系數(shù)

根據(jù)Z、尸、乙、Z2查圖2.4-37得J,=0.240J2=0.238

<JF---齒根應(yīng)力

由于兩齒輪得彎曲幾何系數(shù)相近，兩齒輪的齒根應(yīng)力也相近

可取*=aF2，則：

計(jì)算彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)

20689x1

=0.933

SF-217.76x1

式中％——溫度系數(shù)，取Yo=\

S^m——彎曲強(qiáng)度最小安全讖

查表2.4-62得SFljm=0.9

所以SF>SFVim

即齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)。

（2）按彎曲強(qiáng)度校核公式

c_7IkKN77乂30°Mmax

\bd；I

c_b〃linZ/VrZws

式中：

I——齒面接觸疲勞強(qiáng)度幾何系數(shù)

查圖2.4-33得1=0.121

ZE——彈性系數(shù)

查表2.4-56得Z￡=l89.8hlMPa

Zx----尺寸系數(shù)

Zt=l

ZR——表面狀態(tài)系數(shù)

Zff=1.0

Zw一—工作硬化系數(shù)

Zw=l

Z,一一溫度系數(shù)

z,=1

sHlim——接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)

查表2.4-605wlim=1.0

o-wlim——接觸疲勞極限

查表2.4-60（THlim=1724MPa

貝ijb”=189.8J1.25xlxl.3xlxlx3000x4363=UQ9.rlMPa

V44x91.62xO.121

1724x1x1

SH=1.3>SHmin

0HZ?1309x1

所以接觸疲勞強(qiáng)度通過(guò)。

3.1.4錐齒輪受力分析

(1)中點(diǎn)分度圓切向力：

_200%

d

dmy

式中：du\---小輪齒寬中點(diǎn)分度圓直徑

44375

mfn=加(1一0.5①R)=6.4x(1—0.5xQ)=5.48

dtn{—m“Zi=5.48x15=82.3

切向力F2000x623.27^151463yv

82.3

p

Fh=------(tana”cos偽-sin(3msin)

cos/3m

(2)徑向力=151463(tan20°cosl8.82°-sin350sin18.82°)

cos350

=29485N

p

F=------(tana?sin+sin伙ncosB】)

xXcos的

(3)軸向力151463(tan200sin18.82°+sin350cosl8.82°)

cos35°

=122082N

所以大錐齒輪受力為：

切向力耳2=-與=T51463N

徑向力"?=122082N

軸向力FX2=F,,=294857V

3.2換檔滑移齒輪副設(shè)計(jì)

基本參數(shù)：慢速：i=2.864=21Z；=60

r

快速：i=0.362Z3=60Z3=21

輸入轉(zhuǎn)矩：T=1753.6N?加

轉(zhuǎn)速：n=337.93r/min

3.2.1初步設(shè)計(jì)

(1)選擇齒輪材料：

查表8T7,小齒輪選用45#表面淬火

大齒輪選用45#表面淬火

(2)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：

確定齒輪精度等級(jí)：

Vt=0.0羽=0.02x337詡43.88/33793=3.42m/s

查表8-15II公差組8級(jí)

齒輪模數(shù)m由下式計(jì)算：

2町“北

m>3

匕Z：[aF]

齒寬系數(shù)咒：查表8-23取匕=0.3

小輪齒數(shù)Z1：取4=21

則大輪齒數(shù)：Z2=iZ[=2.86x21=60

齒數(shù)比:u=60/21=2.857

傳定比誤差：△"=|2.857-2.86|/2.86=0.1%合適

載荷系數(shù)K:由式8-54得：K=KAKvKpKa

使用系數(shù)K.:查表8-20得：KA=i

動(dòng)載荷系數(shù)Ky：查圖8-57得Ky,=1.18

齒向載荷分布系數(shù)Kp：查圖8-60得K0=1.22

齒間載荷分布系數(shù)K。：由式8-55及夕=0得

丹=￡儀1.88—3.2(-^-+^—)]cos/?

=1.88-3.2(—+—)cosO0=1.67

L2160J

iq_]no

查表8-21并插值：K=1.08+(1.67-1.5)—~~—=1.2

a1.8—1.5

則載荷系數(shù)得初值為：

&=1.2x1.22x1x1.18=1.72

齒形系數(shù)查圖8-67得

小輪rFal=2.9

大輪YFa2=2.28

應(yīng)力修正系數(shù)：查圖8-68得：

小輪L=L53

大輪M=L73

重合度系數(shù)Ye=0.25+0.75/￡a=0.25+0.75/1.67=0.70

許用彎曲應(yīng)力[b/：由式\o-F]=o-FhmYNYx/SF

彎曲疲勞極限分.，查圖8-72得o>s=650N/m/

cFVim2=600N/mnr

應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式8-70得

N、=60njLh=60x337.93x1x5000=1.01x1tf

87

=A^1/H=1.01X10/2.68=3.55X10

彎曲壽命系數(shù)九：查圖8-73得：九1=九2=1

尺寸系數(shù)人：查圖8-74：Yx=l

安全系數(shù)與，查表8-27

則口7J=<rFlimlY^/Sp=650x1x1/1.3=5QQMPa

S

[crr2]=0vHm2424/F=600x1x1/1.3=46\.5MPa

所以Lal/[°>/=2.9X1.53/500=8.8x10-3

%2%/匕小2.28x1.73/461.5=8.55x1()T

3

GF?i、l徂、a12x1.7Ox17536x1Q?0.n_3Z_ZZA<C

m以得m>l-------------------x8.8xlOx0.70=6.52

V0.3x212

取m=7

3.2.2強(qiáng)度校核計(jì)算

校核公式分=ZEZHZ￡^^-?^-<[aH]

式中：

彈性系數(shù)查表8-22得Z￡=189.8VMP^

節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)Z”，查圖8-64（。=0,內(nèi)=%=。）得Z/,=2.5

重合度系數(shù)Ze：查圖8-56得Zf=0.90

許用接觸應(yīng)力awljmI,aWIim2,查圖8-69得：

crwljml=1700N/mntcrH|jm2=1550N/mnf

接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)Z”查圖8-70得：ZN{=ZN2=1

硬化系數(shù)Zw，查圖8-71及說(shuō)明得：Zw=l

接觸強(qiáng)度安全系數(shù)S”，查表8-27,按一般可靠度得：SH=1

貝ij口?。?1700x1x1/1=170(W/加加

口匹卜1550x1x1/1=1550V/加病

所以：

lono—32x2.16x1.75x1062.857+1……ri

=18ft8x2.5x0.90J-------------------x---------=1694MPa<cr

H'v30x14722.857/yiJ

6

,ononnn/2x2.16xl.75xl0—2.857+1「］

=1898x2.5x0.90、----------------x---------=593MPa<(r1

H2V30x42tf2.857LWH92J

所以：接觸疲勞強(qiáng)度通過(guò)。

由于中速及快速傳動(dòng)兩齒輪副各系數(shù)與此類似，又因d<4,所以，強(qiáng)速校

核定能通過(guò)。在此不再一一列出。

3.2.3幾何尺寸計(jì)算

表3-1幾何尺寸計(jì)算

名稱代號(hào)及公式

Z,=21Z2=48Z3=60

,

z/=60z/=33Z3=21

分度圓直徑d=mZ

&=7x21=147d2=7x4*,*(7x60=42(

t

3名力17x21=14

=7x60=420d2=7x3

齒頂高ft，

ha=mha

ha}=ha］ha?=ha2方3=ha3=7

=7x1=7

齒根高rr

hf=m(ha+/)%=hfihf?=hf?叫g(shù)h；=8.75

=7(1+0.25)=8.75

，f

齒全高1風(fēng)7與h；=15.75

h=ha+hf

h}=h1h2=h2=

=7+8.75=15.75

齒頂圓直徑d°i=147+2x7%=336+2/420+2x：

da=d+2ha

=161=350=434

r

服'=420+2x7d二=231地？工147+2x7

=434=245=161

齒根圓直徑5d門=4025

df-d—2/iydJf?4=318

1.5/,/=129.5

d/2=21：

oc

公法線跨齒數(shù)k=-^Z+0.5k>=6葭二7

k.=-x20+0.5

180°1180

左2二4h=3

=3

k'=-x20+0.5

1180

=7

公法線長(zhǎng)度

wk=m[2.9521x町]=53.719叼2="&3助.3=14(12

wk2=14Q2wk2=75.56M3=53.719

(000)+0.0142]

3.2.4齒輪受力分析

由于慢速時(shí)受力最大，所以僅分析慢速時(shí)齒輪受力即可。

(1)圓周力：

3

Fr]=24/《=2x1750x10/147=23809.5N=-F,.

(2)徑向力：

工?=Eitana=23809tan200=8665N=-Fr{'

(3)法向力：

Fni=E|/8Sa'=23809.5/cos20°=25337.5=—%

3.3軸的校核

3.3.1軸1的校核

按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初定軸的圜仝

由表8—347

上式中:d------軸徑（.mm）

A-----與材料有關(guān)的系數(shù)，由表8-348

按20CrMnTi

查得:A=112?97；

N----軸所傳遞的功率

N=NJ?7=64.28x0.995=63.9586kw；

n----軸的工作轉(zhuǎn)速，n=980rpm；

。397)*

d-

=45.1~39.1mm

考慮到軸上有鍵槽，與亥軸相連的電機(jī)軸的苜?gòu)剑?/p>

以及軸上有錐齒輪等結(jié)勾的要求，聰=70團(tuán)機(jī)。

（1）求軸的載荷

1）支反力:

水平面：^F=O+“8=外=151463%

匯儲(chǔ)=。取心+耳心=。

?FnL.151463x45

NRHA=---=-----------------------=-5452668/V

ML,125

=>&rtD8=居/I—Rrv.\=151463+5452668=20599V

垂直面：?=0RVA+RVB=5=29485N

2%=。取乙2+工也-工,^L=0

=>RVA=295.48^

=RVB=工1-RVA=29485-29575=-9N

2）從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出，B截面為危險(xiǎn)截面。

B截面處的MH、My、M'T、及Me”數(shù)值如下:

水平面：A/w=6815835N-/?m

垂直面：Mv=324685V-mm

22

合成彎矩：M=ylMH+Mv

7(681583.5)2+(324685)2=754967.8N.mm

扭矩：T=623.27N-m=6.23x枕N-mm

當(dāng)量彎矩：Mca=+（"）2

(754967,8)2+(0.6x6.23x105)=842438.67V-mm

（2）校核軸的強(qiáng)度:

軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。由表4-1查得：bB=750N/mnf

則［M=OQ9~o1外67.5~75N/mnt

n軸的計(jì)算應(yīng)力為：

Mca842438.6

24.56N/mm2<[cr]

““一~W~一（Mx7（）3

所以，該軸強(qiáng)度滿足要求。

3.3.2軸H校核

軸的初步計(jì)算

按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初定軸的直徑,

由表8—347查得：d=

N=N「小."2n

=50.72x0.995x0.99x0.980

=48.96kw

n=337.93rpm

A=112?97,由表8—348按40Cr查得。

J48.96

d=(l12~97>

V337.93

=58.82?50.94mm

考慮到鍵槽的影響及軸的受力情況，考慮花鍵的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取軸的基本直徑d=80mm

求軸的載荷：

1）支反力:

水平面：2尸=°RHA+RHB=F“=151463N

IM=0,Fl]x50-x140-x390=0

n151463x50-238095x140—/x500=0

=-515203V

=>Rm=-351L17N

垂直面