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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 職稱：
所在院（系）： 教研室（研究室）：
題 目
礦用絞車總體設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級0
學(xué)號
一、 選題質(zhì)量：
1、 由于各種原因我們學(xué)校機(jī)械專業(yè)有很多科目都是與煤礦、礦山有關(guān)的。因此，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇礦用絞車的設(shè)計(jì)可以很好的檢驗(yàn)以前學(xué)過的知識。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從各方面查找的資料也讓我進(jìn)一步了解了礦山設(shè)備的各種情況。
2、 這個(gè)設(shè)計(jì)是我和另一位同學(xué)合作完成的他負(fù)責(zé)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而我負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)難度適中既很好地檢驗(yàn)了我們所學(xué)過的知識也給了我們開拓思維動手實(shí)踐的機(jī)會。主要設(shè)計(jì)任務(wù)是減速器傳動裝置和制動器的選擇。
3、 我們之前在認(rèn)識實(shí)習(xí)時(shí)在九里山礦看到過絞車但對它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不十分了解，通過網(wǎng)上和從圖書館借來的各種資料的幫助下一點(diǎn)點(diǎn)的完善我們的方案達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
4、 煤炭在我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有極大的比重，是工業(yè)發(fā)展的原材料及能源來源，而礦用絞車是煤炭開采的咽喉設(shè)備，它是實(shí)現(xiàn)地面與井下物料、人員交流的重要工具其重要性不言而喻。它的安全性能、工作效率對生產(chǎn)至關(guān)重要。因此，對礦用絞車的研究對生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展都具有重大意義。
二、 開題報(bào)告完成情況：
已經(jīng)完成開題報(bào)告并經(jīng)過了老師的批閱
三、 階段性成果：
1、通過查閱資料掌握了礦用絞車基本的結(jié)構(gòu)、工作原理。
2、完成了對滾筒、大齒輪架的設(shè)計(jì)、繪圖。
3、編寫了部分說明書。
四、 存在主要問題：
1、對礦用絞車我們并沒有機(jī)會十分的詳細(xì)的觀察，各種內(nèi)部結(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)很難查找到詳盡的資料。
2、很多非主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的尺寸確定需要查找更多的資料。
3、對制動器的選擇應(yīng)用需要進(jìn)一步了解、查資料。
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目名稱
礦用絞車總體設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)班級
學(xué)號
一、 選題的目的和意義：
絞車是工業(yè)生產(chǎn)過程中一種常見的機(jī)械，在礦山采掘和運(yùn)輸場合，絞車作為重要輔助設(shè)備被大量而廣泛地應(yīng)用著是礦山生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備之一。我國絞車發(fā)展歷史大致可分為三個(gè)階段：50年代，仿制設(shè)計(jì)階段，從無到有初步發(fā)展；60年代，自行設(shè)計(jì)階段；70年代以后，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化發(fā)展階段，產(chǎn)品初步形成標(biāo)準(zhǔn)化，但是到了現(xiàn)代，我國生產(chǎn)的絞車遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)能力不同的煤礦的需要。
近十年來，國外制造廠家，為適應(yīng)國際市場需要，不斷加大輸送機(jī)的功率、采用新結(jié)構(gòu)、新工藝，開發(fā)高強(qiáng)度、高耐磨性能的新材料，使產(chǎn)品不斷更新，技術(shù)性能日趨完善，可靠性不斷提高，壽命大幅度增加。而我國生產(chǎn)的礦用絞車整機(jī)性能相對比較差，一些關(guān)鍵零部件的壽命、可靠性相對較低，監(jiān)測、控制方面相對比較弱。具體有以下方面。
(1)回繩速度慢。
絞車在傳動系統(tǒng)中設(shè)置了齒輪離合器和錐形摩擦制動器，除個(gè)加緊類型絞車可以自由回繩并可以防止鋼絲繩松散外，其余所有絞車回繩速度和工作牽引速度是相同的。因此絞車用于回柱放頂，還是用于搬運(yùn)設(shè)備，工作效率太低。隨著礦山機(jī)械化的發(fā)展，綜采設(shè)備的頻率搬遷，但由于用絞車搬運(yùn)，工作時(shí)間長，占用人工多，因此該類絞車應(yīng)設(shè)置快速回繩或自由回繩。
(2)牽引速度慢
隨著支護(hù)的發(fā)展使用，金屬摩擦支柱、單體液壓支柱后，回柱前可以部分或全部缷載，回柱只是要把它們接到或拖進(jìn)工作面再復(fù)用。同時(shí)絞車也用于搬遷設(shè)備的需要，則其牽引速度應(yīng)從當(dāng)前的5-7m/min左右提高到8-10m/min或再高一點(diǎn)。
(3)絞車實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量較差，效率偏低。
測試中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)絞車均采用手動控制，加速、減速及低速爬行和停車休止
時(shí)間相對偏長，使絞車提升能力下降，電機(jī)電耗增加。
近年來，我國各生產(chǎn)廠家對結(jié)構(gòu)、調(diào)速裝置等進(jìn)行了許多改進(jìn)，并推出了許
多更新?lián)Q代的產(chǎn)品，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和PLC的運(yùn)算速度加
快、存貯能力加大、功能加強(qiáng)、體積減小，使煤礦機(jī)械的功能更強(qiáng)、性能更優(yōu)、
效率更高。
所以這次設(shè)計(jì)有以下目的：
1）了解礦用絞車的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及工作原理。
2）利用學(xué)過的知識盡可能的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求
3）培養(yǎng)自己的自主設(shè)計(jì)能力、動手能力！
二、 國內(nèi)外研究綜述：
20世紀(jì)末期以來，美、澳、英、德等先進(jìn)采煤國家積極應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，研制、開發(fā)新型自動化運(yùn)輸設(shè)備，這些設(shè)備采用計(jì)算機(jī)工況監(jiān)測監(jiān)控，在增加傳動功率，提高生產(chǎn)能力的同時(shí)，使設(shè)備的功能內(nèi)涵發(fā)生了重大突破。經(jīng)過十多年的努力，已經(jīng)研制出限矩摩擦離合器作為輸送機(jī)啟動或運(yùn)行時(shí)的過載保護(hù)，利用調(diào)速偶合器實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動和過載保護(hù)，通過鏈條張力自動調(diào)節(jié)裝置來實(shí)現(xiàn)礦用絞車隨運(yùn)行工況的變化以調(diào)節(jié)鏈條的張緊力。通過工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行的工況，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。國內(nèi)的輕型、中型礦用絞車多采用液力偶合器或雙速電機(jī)來改善絞車的啟動性能，重型礦用絞車采用限矩摩擦離合器保護(hù)電機(jī)，雖然在個(gè)別輸送機(jī)上使用了調(diào)速偶合器和自動伸縮機(jī)尾，可是由于不能準(zhǔn)確的對輸送機(jī)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，這些設(shè)備還不能達(dá)到自動控制的要求。
三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
此設(shè)計(jì)的傳動裝置采用減速器傳動雖然當(dāng)今減速器已經(jīng)成為通用的機(jī)械設(shè)備，并已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但是卻沒有一種專門為礦用絞車而設(shè)計(jì)的減速器，所以該設(shè)計(jì)正好填補(bǔ)了這一空白。傳動系統(tǒng)放置在滾筒內(nèi)部節(jié)省空間！
四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：
1.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊 . 辛一行主編 機(jī)械工業(yè)出版社
2.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 . 徐 灝主編 機(jī)械工業(yè)出版社
3.減速器和變速器設(shè)計(jì)與選用手冊 程乃士主編 機(jī)械工業(yè)出版社
4.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 吳宗澤主編 機(jī)械工業(yè)出版社
5. 機(jī)械原理 孫桓、陳作模等主編 西北工業(yè)大學(xué)出版社
6. 機(jī)械設(shè)計(jì) 濮良貴、紀(jì)名剛主編 高等教育出版社（第八版）
7、機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué) 唐大放，馮小寧，楊現(xiàn)卿主編 中國礦業(yè)大學(xué)出版社
8、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 任濟(jì)生等主編 中國礦業(yè)大學(xué)出版社
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）：
第一周：確定題目
第二周：收集相關(guān)資料
第三周：確定設(shè)計(jì)方案
第四到六周：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第七到八周：進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)審查
第九到十周：繪制設(shè)計(jì)圖紙
第十一周：編寫設(shè)計(jì)說明書
第十二周：修改完善設(shè)計(jì)說明書
第十四至十五周：準(zhǔn)備畢業(yè)答辯
五、 指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
1 2 前言 ..................................................................................................................................7 1 概論 ...............................................................................................................................8 1.1 絞車的發(fā)展 ...........................................................................................................8 1.1.1 我國絞車的發(fā)展 ............................................................................................8 1.1.2 國外絞車的發(fā)展 ............................................................................................8 1.1.3 國內(nèi)外水平對比 .............................................................................................9 1.1.4 總體發(fā)展趨勢 ................................................................................................9 1.1.5“礦用絞車總體設(shè)計(jì) ”設(shè)計(jì)思路 .................................................................10 2 絞車的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ........................................................................12 2.1 設(shè)計(jì)的原始參數(shù) ..................................................................................................12 2.1.1 電動機(jī)的選用 ..............................................................................................12 3 總體方案設(shè)計(jì) ............................................................................................................14 3.1 設(shè)計(jì)條件 .............................................................................................................14 3.2 總體方案的初步擬定 .........................................................................................14 3.3 主要組成部分 .....................................................................................................15 4 機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................................................................16 4.1 計(jì)算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 ..............................................................18 4.1.1 傳動裝置總傳動比 ......................................................................................18 4.1.2 分配各級傳動比 ..........................................................................................18 4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) ..............................................................................19 4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速 .......................................................................................................19 4.2.2 各軸輸入功率 ..............................................................................................19 4.2.3 各軸轉(zhuǎn)矩 .......................................................................................................19 4.3 高速級傳動件設(shè)計(jì) .............................................................................................20 4.3.1 選擇蝸桿傳動類型 ......................................................................................20 4.3.2 選擇材料 ......................................................................................................20 4.3.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) ..............................................................................................20 4.4 低速級傳動件設(shè)計(jì) ..............................................................................................24 4.4.1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ..................................................24 4.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..........................................................................25 4.4.3 計(jì)算 ...............................................................................................................26 4.4.4 安齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ...................................................................................27 4.4.5 設(shè)計(jì)計(jì)算 .......................................................................................................28 4.4.6 幾何尺寸計(jì)算 ...............................................................................................29 4.7 高速軸設(shè)計(jì)（蝸桿軸） .....................................................................................30 4.7.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................30 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 ..................................................................................30 4.7.3 初步確定軸的最小直徑 ..............................................................................30 4.7.4 軸的校核 ....................................................................................................31 3 4.8 中間軸的設(shè)計(jì)(蝸輪齒輪軸) ...............................................................................34 4.8.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................34 4.8.2 求作用在蝸輪和齒輪上的力 ......................................................................34 4.8.3 初步估算軸的最小直徑 ..............................................................................34 4.8.4 軸的校核 ......................................................................................................35 4.9 低速軸的設(shè)計(jì) .....................................................................................................36 4.9.1 軸的材料選擇 ..............................................................................................36 4.9.2 求作用在大齒輪上的力 ............................................................................36 4.9.3 初步確定軸的最小直徑 ..............................................................................36 4.9.4 軸的校核 ......................................................................................................37 4.9.5 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 ..................................................................38 4.9.6 按彎曲合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 ..................................................................38 5 主要部件的選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................40 5.1 制動器的選擇 ......................................................................................................40 5.1.1 常用絞車制動閘的形式 ..............................................................................40 5.1.2 絞車上應(yīng)有的安全裝置 ..............................................................................40 5.1.3 回柱絞車制動器的作用 ...............................................................................41 5.1.4 制動器的選用和設(shè)計(jì) ...................................................................................42 5.2 滾筒的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................43 5.2.1 滾筒材料 ......................................................................................................43 5.2.2 滾筒的功能 ..................................................................................................43 5.2.3 滾筒結(jié)構(gòu) ....................................................................................................43 5.3 軸承支架的設(shè)計(jì) ..................................................................................................44 6 使用與維護(hù) .................................................................................................................47 6.1 回柱絞車的操作要求 .........................................................................................47 6.2 開車前必須認(rèn)真檢查 .........................................................................................47 6.3 運(yùn)行中必須注意 ..................................................................................................47 6.4 鋼絲繩斷絲原因分析 .........................................................................................48 6.4.1 鋼絲繩間斷斷絲 ...........................................................................................48 6.4.2 鋼絲繩連續(xù)斷絲 ...........................................................................................48 6.5 絞車的安裝操作 ..................................................................................................48 6.6 后移 ......................................................................................................................49 6.7 維護(hù)與檢修 ..........................................................................................................50 小結(jié) ................................................................................................................................51 致 謝 ............................................................................................................................52 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................53 4 5 礦用絞車總體設(shè)計(jì) 摘要 回柱絞車又稱慢速絞車，它是能拆除和回收回踩工作面頂柱的一 種機(jī)械。牽引力大和牽引速度慢是回柱絞車的主要性能要求。隨著機(jī)械 化采煤程度的提高，他越來越多的被應(yīng)用于機(jī)械化采煤工作面，作為安 裝、回收牽引各種設(shè)備備件之用。隨著絞的發(fā)展趨勢向標(biāo)準(zhǔn)化系列方向 發(fā)展；向體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展；向高效節(jié)能壽命長低噪 音一機(jī)多能通用化大功率外形簡單平滑美觀大方方向展回柱絞車也有了 相應(yīng)的改進(jìn)，礦用絞車總體設(shè)計(jì)借鑒 JH-8 回柱絞車和 JT0.8×6 提升絞 車的參數(shù)結(jié)構(gòu)力求達(dá)到這一目標(biāo)。 關(guān)鍵詞回 回柱絞車 提升絞車 改進(jìn) Abstract Prop-pulling hoist and says slow winch, it is can dismantle and back to back working on a mechanical spots. Traction and slow speed is prop-pulling hoist traction main performance requirements. With the mining mechanization degree rise, more and more be used in mechanized coal face, as installation, recycling of all kinds of equipment and spare parts with traction. Along with the development trend of the ground to the standardized series development direction; To small volume, light weight, compact structure direction; To the high efficiency and energy saving life long low noise, high power universal machine appearance is beautiful and simple smooth direction exhibition prop-pulling hoist also had 6 the corresponding improvement, mine hoist overall design reference JH-8 prop-pulling hoist and JT0.8 x 6 of the parameters of the hoist structure strive to achieve the this goal. Keyword Prop-pulling hoist hoist improvement 7 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們在大學(xué)里的最后一次綜合能力的訓(xùn)練，他讓我們對 大學(xué)里所學(xué)過的課程譬如機(jī)械零件、機(jī)械原理、材料力學(xué)、礦山機(jī)械機(jī) 械設(shè)計(jì)學(xué)等進(jìn)行離一次全面的了解和加深。四年的大學(xué)生活馬上就要結(jié) 束了，在離開學(xué)校走上工作崗位之前，畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我們的一個(gè)考驗(yàn)， 這既考察了我們大學(xué)四年里對知識的全面掌握程度，又考察了我們的實(shí) 際應(yīng)用能力以及解決種種困難時(shí)的心態(tài)問題！ 在以前的學(xué)習(xí)過程中我們做過了許多次課程設(shè)計(jì)，完成過幾份圖紙，但 這次完全使用電腦制圖、完成設(shè)計(jì)對我們還是第一次。因此，這也鍛煉 了我們對制圖查資料、電腦制圖的應(yīng)用和熟練程度。為我們在以后在工 作崗位上能夠更加駕輕就熟打下基礎(chǔ)，做好鋪墊！ 機(jī)械行業(yè)是一個(gè)由許多專業(yè)組成的，技術(shù)性很強(qiáng)的，需要緊密配合 的系統(tǒng)工程。是促進(jìn)我國發(fā)展的生命線。而目前，我國的機(jī)械行業(yè)在世 界之林中還尚處于落后的地位。因此，需要我們把握時(shí)代的的主流，為 國家為社會做出貢獻(xiàn)！ 8 1 概論 1.1 絞車的發(fā)展 1.1.1 我國絞車的發(fā)展 我國的絞車主要經(jīng)歷了仿制、自行設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。解放初期使用 的產(chǎn)品主要來自日本與蘇聯(lián)，1958 年以后，這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并 對蘇聯(lián)絞車進(jìn)行了改進(jìn)，于 1964 年進(jìn)入自行設(shè)計(jì)階段。淮南煤機(jī)廠曾 設(shè)計(jì)了擺線齒輪絞車和少齒差傳動絞車，徐州礦山設(shè)備制造廠也曾設(shè)計(jì) 制造了擺線和行星齒輪傳動絞車，一些廠家還試制了 25kw 的調(diào)度絞車。 目前，礦用小絞車已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)化方面得到了相應(yīng)的發(fā)展，于 1982 年， 對以前指定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改。 1.1.2 國外絞車的發(fā)展 國外礦用小絞車使用很普遍，生產(chǎn)廠家也很多。美國、日本、瑞 典等國家都制造了礦用小絞車，而且國外礦用小絞車種類、規(guī)格較多， 比如調(diào)度絞車牽引力以 100kgf 到 3600kgf，動力有電動的、液力的、 風(fēng)動的。工作機(jī)構(gòu)有單筒、雙筒、摩擦式。傳動形式有皮帶傳動、鏈?zhǔn)?傳動、齒輪傳動、渦輪傳動、液壓傳動、行星輪傳動、擺線齒輪傳動等。 其中采用行星輪傳動的比較多。發(fā)展趨勢是向著標(biāo)準(zhǔn)化系列化，向著體 積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊方向發(fā)展，向著高效、節(jié)能、壽命長、低噪音、 一機(jī)多能通用化、大功率、外形簡單、平滑、美觀、大方方向發(fā)展的。 9 1.1.3 國內(nèi)外水平對比 （1）品種 國外礦用絞車的規(guī)格較多，適用于不同場合，我國的礦用絞車 規(guī)格較少品種型號多，也較繁瑣，標(biāo)準(zhǔn)化程度不夠高。 （2）形式 從工作機(jī)構(gòu)上分，國外有單筒、雙筒、摩擦式，而我國則較少。從 原動力上分，國外有電動的、風(fēng)動的、液壓驅(qū)動的。我國只有少量的電 動和風(fēng)動的。但近幾年有了較大程度的發(fā)展。 （3）結(jié)構(gòu) 我國及國外的調(diào)度絞車大多數(shù)采用行星齒輪傳動，其傳動結(jié)構(gòu)簡 單，使用方便，但牽引力過小，特別是上山、下山很難實(shí)現(xiàn)較大的設(shè)備 搬運(yùn)工作。隨著采煤的機(jī)械化發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，絞車也得到 了相應(yīng)的發(fā)展。使得絞車還需要具備快速回繩的功能。 （4）產(chǎn)品性能 主要壽命、噪音、可靠性、等綜合指標(biāo)與國外還有一定差距。 （5）三化水平 雖然我國的礦用絞車參數(shù)系列化方面水平優(yōu)于國外，但標(biāo)準(zhǔn)化和 通用化方面還遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)的機(jī)械制造國。 （6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 我國的礦用絞車技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國外特別是與美國等機(jī)械發(fā)達(dá)的 國家還有一定差距。 1.1.4 總體發(fā)展趨勢 縱觀國內(nèi)外礦用絞車的發(fā)展情況，其發(fā)展趨勢有以下幾點(diǎn)： （1）向著標(biāo)準(zhǔn)化系列化方向發(fā)展 10 使各制造公司都有自己的產(chǎn)品系列型譜，在這些型譜中，對絞車的 性能、參數(shù)作進(jìn)一步的明確規(guī)定，并強(qiáng)力推行實(shí)施，給設(shè)計(jì)、制造、使 用、維護(hù)帶來極大的方便。 （2）向體積小、重量輕結(jié)、構(gòu)緊湊方向發(fā)展 力求將絞車的運(yùn)動及傳動裝置、工作滾筒、制動裝置部分底座等主 要部件綜合在一個(gè)系統(tǒng)中并加以統(tǒng)籌布局，充分利用空間，提高緊湊程 度，做好外形封閉。 （3）向高效節(jié)能的方向發(fā)展 選取最佳參數(shù)，最大限度提高產(chǎn)品功能，采用合理的制造精度， 提高生產(chǎn)效率。向壽命長、低噪音的方向發(fā)展，使綜合性能指標(biāo)得到提 高。 （4）向一機(jī)多能化、通用化方向發(fā)展； （5）向大功率的方向發(fā)展； （6）向外形簡單、平滑、美觀、大方、方向發(fā)展。 1.1.5“礦用絞車總體設(shè)計(jì)”設(shè)計(jì)思路 我所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是“礦用絞車總體設(shè)計(jì)” ，根據(jù)實(shí)際情況結(jié) 合網(wǎng)上搜到的資料，借鑒礦用回柱絞車的結(jié)構(gòu)布局和 JT0.8×0.6 型提 升絞車的滾筒技術(shù)參數(shù)（滾筒直徑為 800mm 寬度為 600mm）進(jìn)行設(shè)計(jì)改 良?；刂g車的結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)： (1)傳動系統(tǒng)都有一級減速比很大的蝸輪蝸桿傳動，皆具備自鎖功 能，不會發(fā)生下故重物拉動滾筒旋轉(zhuǎn)情況。 (2)具有整體結(jié)構(gòu)，便于移動和安裝，甚至可以用回柱絞車牽引力 來牽引絞車本身移動。 (3)總傳動比大(i＝150～230)，能在電動機(jī)功率較小時(shí)，獲得較大 11 的牽引力。 (4)因蝸輪蝸桿傳動效率低，易造成發(fā)熱和溫升過高,所以必須重視 潤滑和維護(hù)。 (5)有的在電動機(jī)聯(lián)軸器上裝有手動制動閘，有的在蝸輪減速器輸 出軸上裝有活動齒輪和錐形摩擦制動器，使回柱絞車可以按信號準(zhǔn)確停 位，并能從滾筒上自由放繩(不受蝸桿傳動自鎖影響)，且可控制放繩速 度，防止松繩和亂繩。 (6)電氣控制裝置較簡單，皆具備隔爆性能，可用于有瓦斯、煤塵 的環(huán)境場所。 12 2 絞車的主要技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 設(shè)計(jì)的原始參數(shù) 表 1-1 絞車的主要技術(shù)參數(shù) 滾筒直徑 mm 滾筒個(gè)數(shù) 繩速 m/s 電動機(jī)功率 額定轉(zhuǎn)速 r/min 800 1 60 37 1500 2.1.1 電動機(jī)的選用 （1）電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 回柱絞車主要用于井下回收支柱用,為防止瓦斯、粉塵等有害氣體 引起爆炸,故絞車的電動機(jī)需要選用礦用防爆電機(jī).防爆電機(jī)的選型原則 是安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便,同其它的防爆電氣設(shè)備一樣應(yīng)根據(jù) 危險(xiǎn)場所的類別和區(qū)域等級以及在該場所存在的爆炸性混合物的級別、 組別來選用.在這里我們選用 YB 系列防爆型三相異步電動機(jī).結(jié)構(gòu)為封 閉臥式結(jié)構(gòu). （2）傳動裝置的總效率 4321????A ····················① 式中為從電動機(jī)到繩筒之間各傳動機(jī)構(gòu)和軸承的效率，由表查的滾 13 動軸承 ＝0.99，蝸桿傳動 ＝0.8，圓柱齒輪傳動 ＝0.97，彈性???? ?? 聯(lián)軸器 ?＝0.99，繩筒滑動軸承 ?＝0.96 則 20.897.0.96.78???????? （3）電動機(jī)額定功率 根據(jù)原始數(shù)據(jù)選取電動機(jī)的額定功率 KWPed3 （4）電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 因?yàn)槭窃诰鹿ぷ?要考慮到其安全可靠性,所以選用防爆電機(jī)，即 YB 系列防爆三相異步電機(jī),同步轉(zhuǎn)速為 1500m/min,滿載時(shí)轉(zhuǎn)速為 1480r/min. 14 3 總體方案設(shè)計(jì) 3.1 設(shè)計(jì)條件 （1）機(jī)器用途:煤礦井下回收支柱用的慢速絞車; （2）工作情況:工作穩(wěn)定、平穩(wěn),間歇工作(工作與停歇時(shí)間比為 1:2),繩筒轉(zhuǎn)向定期變換; （3）運(yùn)動要求:絞車?yán)K筒轉(zhuǎn)速誤差不超過 8%; （4）工作能力:儲備余量 10%; 3.2 總體方案的初步擬定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所給原始數(shù)據(jù),經(jīng)過對回柱絞車常用型號的傳動方 式比較,最后選用一級為蝸桿傳動,一級齒輪傳動的傳動方式.其傳動結(jié) 構(gòu)圖如圖 1-1 所示。該結(jié)構(gòu)簡單,而且占用的空間小,適合井下狹窄空間.第 一級采用蝸桿機(jī)構(gòu),也符合回柱絞車傳動比大的要求,所以經(jīng)過比較,最 終我選擇此種傳動方案. 15 圖 1-1 JH-8 回柱絞車的結(jié)構(gòu)簡圖 3.3 主要組成部分 JH-8 型回柱絞車由電動機(jī)，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，卷筒，底盤 五大部分組成。其傳動原理是：動力由電動機(jī)通過一對聯(lián)軸器傳動圓弧 面蝸桿、蝸輪，由蝸輪軸上的小齒輪經(jīng)中間過橋齒輪傳動大齒輪，大齒 輪帶動卷筒，卷筒引鋼絲繩進(jìn)行工作。這個(gè)設(shè)計(jì)借鑒 JH-8 性回柱絞車 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：但取消了過橋齒輪，小齒輪通過與大齒輪嚙合將動力傳到 大齒輪，大齒輪所在的軸通過一對聯(lián)軸器與滾筒相連將動力傳到滾筒。 16 4 機(jī)械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 根據(jù)機(jī)械器的工藝性能、結(jié)構(gòu)要求、空間位置和總傳動比等條件選 擇機(jī)械傳動系統(tǒng)所需的傳動類型，并擬定從動力機(jī)到工作機(jī)構(gòu)之間機(jī)械 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和總體布置。 一般情況下，盡管動力機(jī)的輸出功率滿足工作機(jī)構(gòu)的要求，但輸出 的轉(zhuǎn)速、扭矩或運(yùn)動形式很難符合工作機(jī)構(gòu)的需要，這時(shí)就需要采用某 種機(jī)械傳動裝置。這是絕大多數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)的共同特點(diǎn)。 按照傳動原理的不同，機(jī)械傳動裝置可分為摩擦傳動、嚙合傳動和 推壓傳動三種。根據(jù)傳動比能否改變，機(jī)械傳動裝置又可分為可調(diào)傳動 比傳動、固定傳動比傳動和變傳動比傳動三類?；刂g車一般采用固定 傳動比傳動。 減速器傳動：本回柱絞車由于總減速比較大，而采用動力蝸桿減速 器。蝸桿傳動的主要特點(diǎn)是：傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、 自鎖性能好。對于回柱絞車，要求卷筒能夠自鎖。即卷筒的正反轉(zhuǎn)只能 由電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制；當(dāng)電源切斷時(shí)絞車馬上停止工作；卷筒本身 不能自由轉(zhuǎn)動，以免發(fā)生事故。這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)裝置來控制卷筒的自 轉(zhuǎn)。而蝸輪蝸桿傳動就起到了這個(gè)作用。因?yàn)槿羧∥仐U的蝸旋線開角 小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角 ，則當(dāng)蝸輪主動時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖，即只能??v 蝸桿帶動蝸輪，而不能蝸輪帶動蝸桿。因此，采用蝸輪蝸桿減速器，就 能保證卷筒的自鎖性。這就是回柱絞車采用蝸桿減速器的一個(gè)重要原因。 但是，采用蝸桿減速器也有一缺點(diǎn)，就是傳動效率低，這點(diǎn)應(yīng)在具 17 體的蝸桿減速器設(shè)計(jì)中充分重視，并設(shè)法提高。 采用圓弧齒圓柱蝸桿，就是提高效率的一種措施，這是一種新型的 傳動裝置。它與普通的蝸桿傳動相比，其不同在于，具有良好的潤滑條 件使齒面之間建立連續(xù)的潤滑油膜形成液體摩擦，從而降低摩擦系數(shù)， 減輕磨損，提高了承載能力和效率。因此，它具有承載能力大，使用壽 命長，效率高（高 10-15%）等優(yōu)點(diǎn)。 齒輪傳動:選擇齒輪傳動，是由于齒輪傳動具有工作可靠，使用壽 命長，瞬時(shí)傳動比為常數(shù)；傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、功率和速度適用范 圍廣等優(yōu)點(diǎn)。因斜齒輪傳動時(shí)會產(chǎn)生軸向力，對傳動不利。若采用人字 齒輪，雖可使齒輪軸向力自行抵消，但人字齒輪制造比較困難，所以選 擇直齒輪傳動。 從結(jié)構(gòu)上看：如果讓蝸輪軸上的齒輪與主軸上的齒輪嚙合，由于傳 動比大，會造成兩齒輪大小相差過甚，大齒輪太大以至于不好安裝和制 造，而且外形尺寸也太大。另外，渦輪軸上的小齒輪也不能太小，因?yàn)?根據(jù)強(qiáng)度要求限制了軸徑，從而控制小齒輪的尺寸只能小到某一程度。 否則，會給加工成本帶來諸多不便。況且卷筒和大齒輪以及蝸輪尺寸都 較大，讓蝸輪上的齒輪與卷筒上的齒輪直接嚙合，受尺寸限制，不容易 做到?；谝陨显?，決定增加一中間軸，軸上安裝一過橋齒輪。這樣， 既可以得到合適的傳動比，又可以令整體布局合理。 現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展，無論在承載能力、工作可靠穩(wěn)定方面，還是在結(jié) 構(gòu)尺寸和重量方面，對齒輪的傳動的要求愈來愈高。標(biāo)準(zhǔn)齒輪由于存在 一些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍。為了滿足設(shè)計(jì)要求，我們決定設(shè)計(jì)三個(gè) 變位齒輪，作為改善齒輪傳動質(zhì)量的有效方法。 已知條件:鋼繩牽引力 F=37kN,最大速度 V=60m/min,繩筒直徑 D=800mm,鋼繩直徑 d=14mm ，則滾筒轉(zhuǎn)速為 18 ···min8.238014.36 6D106n rvw ????? ·1 初步擬定出二級傳動的傳動方案。因?yàn)槭蔷鹿ぷ?，是多粉塵，潮濕， 易燃易爆的場合，而且傳遞的功率大，傳動要求嚴(yán)格，尺寸要求緊湊， 所以最后選定蝸桿-齒輪二級減速器。計(jì)算傳動裝置總傳動比和分級傳 動比 4.1 計(jì)算傳動裝置總傳動比和分級傳動比 根據(jù)機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案把總傳動比分配到各級傳動上，并要 求各級傳動結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力高，工作可靠，制造經(jīng)濟(jì)和效率高。 4.1.1 傳動裝置總傳動比 ·······628.23 140i?? ··2 4.1.2 分配各級傳動比 取蝸桿傳動比 ，圓柱齒輪傳動比36.2i1?8.2i? 19 4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速 高速軸為 1 軸，中間軸為 2 軸，低速軸為 3 軸，則 ·················min4801 rnm? ···········3ir2.63.12i ····························· ···4 ····················min238.623nri? ···············5 4.2.2 各軸輸入功率 按電動機(jī)的額定功率計(jì)算各軸輸入功率，即 kwped371? ···········wk01.298.2212 ???? ·······6 ·········5.7.0.923213?? ·····7 20 4.2.3 各軸轉(zhuǎn)矩 ···············mNn????75.23814095011pT ······8 ·······???98.41.60922 ············9 4.3 高速級傳動件設(shè)計(jì) 4.3.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) GB/T10085—1988 的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI) 4.3.2 選擇材料 根據(jù)設(shè)計(jì)要求,并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大適中,速度是慢速,故 蝸桿用 20Cr,因需要效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋齒面要求淬火, 硬度為 45-55HRC.蝸輪用鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造.為了節(jié)約 貴重的有色金屬,僅齒圈用青銅制造,二輪芯用灰鑄鐵 HT100 鑄造. 4.3.3 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) （1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),再校核 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度. 21 ··········23()[]EHZaKT??? ···9 （2）確定作用再蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 由計(jì)算可知 ··10mN87.34912.601950T2 ???? （3）確定載荷系數(shù) K 因工作較穩(wěn)定,故取載荷分布不均有系數(shù) ;由表選取使用系K? 數(shù) ;由于轉(zhuǎn)速不高 ,沖擊不大,可取動載系數(shù) ,1.5AK? 1.05V? 則 ····················11.0..21?? （4）確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用得式鑄造鋁鐵青銅蝸輪和鋼蝸桿相配,故 1/260EZMPa? （5）確定接觸系數(shù) ? 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 a得比值 1/.35d,從中1d 查得 6.2Zp? （6）確定許用接觸應(yīng)力 []H? 根據(jù)蝸輪材料為鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3,金屬模鑄造,蝸桿螺旋齒面 硬度＞46HRC,可得蝸輪得基本許用應(yīng)力 MPaH260][?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ··········1072 958.102.jN???Lnh ·····12 22 壽命系數(shù) ·················8.095.87HN1K??? · ···········13 則 ·············MPaHNH2086.[][]' ???? ·········14 （7）計(jì)算中心距 ·····m36.21.10765)28.16(489021.a33 ????? ·15 取中心距 ,根據(jù)傳動比,從手冊中取模數(shù) ,蝸桿分度5am? 8 圓直徑 .這時(shí) ,可得接觸系數(shù) ,因?yàn)?80d1/0.35da51.2Z'P? ,因此以上計(jì)算結(jié)果可用.'Z?? （8）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ①蝸桿 軸向齒距 ;直徑系數(shù) ;齒頂圓直徑 ;齒13.25Pa?10qm?196adm? 根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 ;蝸桿軸向齒厚mf860d1 32.0? .2.5as? ②蝸輪 蝸輪齒數(shù) ;變位系數(shù) X=-0.5452?Z 驗(yàn)算傳動比 23 5.24i12?z ·····························16 這時(shí)傳動比誤差為 這是允許的%63.0.36.2?? 蝸輪分度圓直徑 ············17mz04582d??? 蝸輪喉圓直徑 ···18mhaa 37682622 ??? 蝸輪齒根圓直徑 ····19dff .5.13722?? 蝸輪咽喉母圓半徑 ···20mag 376222r?? （9）校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21.53[]FFaFKTYd????? ··············21 當(dāng)量齒數(shù) ····2272.493.054cosz332 ???v 根據(jù) , ,從中可查得齒形系數(shù)7.2v.x2?78.2Fa? 螺旋角系數(shù) ·······239.014Y0??? 24 許用彎曲應(yīng)力 ························'[]FFNK??A ·24 從中可得由 ZCuAl10Fe3 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力MPaF120]'[? 壽命系數(shù) ·············25635.0958.7 6FN1K??? 所以 , ··················MPaF2.7635.012][??? ········26 ····27MPa8.692.078360.491.1F ??? 彎曲強(qiáng)度是滿足的. （10）驗(yàn)算效率 ? ···················)tan(96.05.?????）—（ ·28 已知 ， ； 與相對滑動速度 有32.10?fvarctnv??vs 關(guān)。 25 ····smnd/32.6cos10648cos106v0s ???????? ···29 從表中用插值法查得 28.fv.0v? 帶人式中得 大于原估計(jì)值，因此不用重算。86.0?? （11）精度等級公差 考慮到所設(shè)計(jì)和表面粗糙度的確定的蝸桿傳動是動力傳動,屬于通用 機(jī)械減速器,從 GB/T 10089-1988 圓柱蝸桿,蝸輪精度中選擇 8 級精度, 側(cè)隙種類為 f,標(biāo)注為 8f GB/T 10089-1988.然后由有關(guān)手冊查得要求的 公差項(xiàng)目及表面粗糙度，具體見圖紙。 4.4 低速級傳動件設(shè)計(jì) 4.4.1 選擇齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （1）選用直齒圓柱齒輪 （2）絞車為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級精度(GB10095-88) （3）材料選擇 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為 280HBS，大 齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240HBS，兩者材料硬度差為 40HBS （4）選小齒輪齒數(shù) ，26z1? 則大齒輪齒數(shù) 758.4.2?? 26 4.4.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ······· 3211.()[]tEtdHKTZud??????? ····1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) (初選)1.3tK? （2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 ···mNNn???? ?? 418902.60955.922p0T ··2 （3）選齒寬系數(shù) 5.0d?? （4）由此可得的材料的彈性影響因數(shù) 1/289.EZMPa? （5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒min60Hl?? 輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 min250HlPa?? （6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ······181 6.2)538(1.60?????LNhj 3 08829..? （7）可得接觸疲勞壽命系數(shù) , ············493.01?kHN5.02HN （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 27 取失效概率為 1％，安全系數(shù) S＝1 ····5MPasHNHk586093.[lim1]?????2in52.lKaS 4.4.3 計(jì)算 (1)試計(jì)算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小的值d1t ][?H ···6mud ttTk45.275.819(.23148903.2E(.3 21 )Z????????）? (2)計(jì)算圓周速度 ··7snt /78.0160.160v???? (3)計(jì)算齒寬 b ······8mdt 3.45.27.1??? (4)計(jì)算齒寬與齒高 b/h 模數(shù) ···············9mzdtt 7.82645.1?? 齒高 ··········10t 6.19.5.h? 28 ················8.56.1973b?h ·····11 (5)計(jì)算載荷系數(shù) K 根據(jù) ，7 級精度，查圖得動載荷系數(shù)s/m29.3v? 06.1k?v 直齒輪， ；1kFaH 由表 10-2 查得使用系數(shù) ；?A 由表用插值法查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時(shí)38.1?F? 故動載荷系數(shù) ···········518.432.106.k ?????HvA?? 12 （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)教正所算得的分度圓直徑得 ············1mkdtt 51.239.8145.27331 ??? 3 （7）計(jì)算模數(shù) m ··················mzd2.9651.31?? ··········14 29 4.4.4 安齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ············15321)][(m??FSadYzTk??? （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ①由圖查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎MPa501FE?? 曲強(qiáng)度極限 ；MPa380FE2? ②由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，86.0k1FN89.FN2 ③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 則得 MPaaSFENF 14.3074.15860[1]????? k5.2.922? ④計(jì)算載荷系數(shù) K 463.1806.1??????FavA? ⑤查取齒形系數(shù) 由表查得 .2Y1Fa 2.Fa ⑥查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表查得 49.1Sa?68.12Sa? ⑦計(jì)算大小齒輪的 并加以比較][aF?? 30 0126.4.37962[]Y1SaF???? 5..8[2SaF? 大齒輪的數(shù)值較大 4.4.5 設(shè)計(jì)計(jì)算 m5.601.48963.12m32???? 對此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) M 大于由齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒數(shù)模數(shù) M 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所 決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直 徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 6.555 并 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 M = 8 mm ,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，m51.239d1? 算出小齒輪齒數(shù) 304.8.1z? 大齒輪的齒數(shù) 取 .6.230??87z2? 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 31 4.4.6 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 m240831d???z m69722 （2）計(jì)算中心距 48a1? （3）計(jì)算齒輪寬度 md1205.0b1???? 取 mB120?2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖（見圖紙） 4.7 高速軸設(shè)計(jì)（蝸桿軸） 4.7.1 軸的材料選擇 選用 45 號鋼,調(diào)質(zhì)。 4.7.2 求作用在蝸桿上的力 已知: , , ,蝸桿分度圓kw37p1?min/1480rmN238750T1?? 直徑 . 所以,80dm 圓周力 ············1NT75.9680231tF??? 軸向力 NdTa 89.234041921F?? 32 徑向力 NadT8463tan36041892tnF02r1 ??? 4.7.3 初步確定軸的最小直徑 取 ,于是得01A? ····mnp16.3248071330mind???? ··2 最小直徑處是安裝聯(lián)軸器得直徑 ,為使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的1d 孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選聯(lián)軸器的型號. 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 ,查表 14-1,取 ,則0caATK?1.3AK? ···mNk??? 075238.1 ···3 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件,查標(biāo)準(zhǔn) GB/T5014- 1985,選用 TL7 型彈性套柱銷聯(lián)軸器,公稱轉(zhuǎn)矩 ,許用轉(zhuǎn)速50? 2800r/min.半聯(lián)軸器孔 徑為 48m