JH-20回柱絞車設計【原創(chuàng)含4張CAD圖帶開題報告】

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Journal of Materials Processing Technology 155-156（2004）1839-1846適用于機械工程應用的輕質空心球復合材料（HSC）E. Baumeister a,?, S。 KLAEGER a，A。 Kaldos ba德國馬格德堡 Otto-von-Guericke大學制造技術與質量管理研究所b英國利物浦利物浦約翰摩爾斯大學工程學院摘要輕量化結構是機床設計中的一個新趨勢，可確保更高的速度和更高的加速度。 機械工程中的驅動和控制系統(tǒng)需要最近開發(fā)的輕質材料提供的輕量化設計，因此具有經濟優(yōu)勢。 空心球復合材料（HSC）由多達80體積的空心球體和作為粘合劑的反應性樹脂體系組成。 最近開發(fā)的HSC材料 - 空心球體由陶瓷，硅酸鹽，塑料或金屬制成，提供一系列不同化學成分，粒度分布，密度，體積密度，軟化溫度和壓縮的結構材料。 因此，對于各種應用，可以獲得具有不同性質的大量HSC變體。 HSC材料的機械性能取決于球形空心體的性質。 HSC材料的機械和熱性能可以通過使用動態(tài)力學分析（DMA），差示掃描量熱儀（DSC）和熱機械分析（TMA）來表征。 選定的HSC結構（例如機床組件，機械手臂）的熱性能和機械性能證明了這種新材料的靈活性和應用可行性。關鍵詞：輕質材料; 空心球復合材料（HSC）; 機械性能; 機械工業(yè)1. 介紹在包括汽車和飛機制造在內的機械工程中，使用相同的輕質建筑原理來滿足形狀，結構，材料中的各種復雜需求，并且需要針對技術需求和財務考慮優(yōu)化生產工藝選擇。 使用有限元方法對機床進行優(yōu)化設計可能導致加速或阻尼行為的實質性改進。 新型替代材料在機床設計中的應用通過充分利用材料，高強度和剛度以及最大限度的功能完整性和經濟性，大大減少了重量的減少 [1]. 對輕質機器結構的要求以材料數量的最佳使用為特征。 這些要求很難滿足單體結構。 因此，蜂窩材料，例如蜂窩材料，金屬泡沫材料或復合泡沫材料的應用將很快變得重要起來。 金屬和纖維的組合材料可以適應不同的條件，類似于自然結構，就像手里的骨頭一樣。 圖1。 這是一個與支撐系統(tǒng)相連的泡沫結構，肌肉和肌腱用于運動。圖1.人手的細胞結構2. 空心球復合材料減少材料質量的另一種方法是使用高百分比體積的含有空氣或氣體的空心球體和反應性樹脂體系 [2]. 在這項研究中，空心球復合材料由剛玉基（0.5-1 mm）大空心球和鋁硅酸鹽Fillite（5-300μ，m）微空心球組成，如圖所示 圖2 [3].在最近的研究計劃中，將12種不同類型的空心球與冷和熱硬化劑環(huán)氧樹脂（EP）以及有和無纖維增強劑結合使用，導致超過20種具有不同性能的HSC變體。 空心球的直徑在10到2000微米之間變化，壁厚僅為直徑尺寸的10％。 球體的圓形提供了高包裝密度和最小的粘滯阻力。3. 空心球復合材料的性質為了確定HSC在機械工程領域的應用領域，確定材料的熱和機械性能以及確定機器元件FE計算所需的特征值非常重要。 由于HSC材料缺乏標準，熱敏和機械測試必須根據聚合物混凝土和塑料材料的相應標準進行管理。 德國標準DIN 51290規(guī)定了最小尺寸樣品不應小于用過的填料的最大粒徑的三倍 [4]. 其結果是，基于塑料標準的首選樣品幾何形狀必須修改以應用于HSC。3.1熱性能進行調查以獲得環(huán)氧樹脂的熱行為和硬化 [5] 和HSC使用差示掃描量熱儀（DSC 200）。 所獲得的典型溫度為：玻璃化轉變溫度（Tg），固化溫度（T治愈），熱降解開始時的溫度（T牛）。 所獲得的溫度及其對剩余反應物（b..Hr）的殘余反應熱的影響顯示于 圖3。 可以說，HSC的熱行為主要由所用的環(huán)氧樹脂決定?？梢允褂脽釞C械分析（TMA）測量Tg（α1）和Tg（α2）上的線性熱膨脹系數的線性熱膨脹系數。 圖4 表明，隨著 65％（樣品2）至78％（樣品3）的填料百分比體積增加，α1和α2值將更小，這歸因于78％的HSC材料用于研究。為了最小化機床元件的熱變形，了解α1值是很重要的。 表格1 包括一些HSC變體的α1 - ，Tg和α2 –值。圖2（a）剛玉的散裝材料0.5-1毫米; （b）Fillite內部（SEM）; （c）空心球復合物（剛玉和Fillite）; （d）空心球復合物（SEM）的內部×圖3. 11.1毫克環(huán)氧樹脂的Ephrata（1）和12.3毫克HSC的DSC掃描由剛玉和Fillite（2）組成，在空氣中加熱速率為20 K / min圖4.不同樹脂體積分數的環(huán)氧樹脂和HSC變體的TMA曲線這些值取決于所使用的基礎材料，可以從以下公式確定 [6]:α= viαi (1)其中vi是體積百分比，αi是熱膨脹系數。組件的vi和αi值通常是可用，但在這種情況下，填料的熱膨脹系數和HSC中包封的氣體對α1的影響是未知的。 但是，α的值剛玉（ex-Al2O3 ）為9.5×10? 6K?1 [7].計算出的環(huán)氧樹脂的α值為70×10?6×K?1。 計算出的樣品5的α1值為22.8×10?6×K?1，與實驗得到的23.4 10?6K?1。 環(huán)氧樹脂三點彎曲試樣的動態(tài)力學分析（DMA）研究（a）和HSC-樣品3（b）顯示在 圖5。 在更高的頻率下，Tg移動到更高的溫度值 [8] 并且由于DMA方法的敏感性，對于半固化的樣品發(fā)現兩個Tg點。 在 Tg區(qū)域開始時，發(fā)生微凸起運動，隨后發(fā)生熵彈性狀態(tài)，其中彈性溫度上的模量不太重要。 值得注意的是，與樣品1（環(huán)氧樹脂）相比，填料改善了樣品3（HSC）的++√硬度（E1）。表格1α1 - 環(huán)氧樹脂和HSC的值樣品 組成 α 1（×10 ?6K?1） Tg（ ?C） α 2（×10 ?6K?1） 固化時間（天）1 只有環(huán)氧樹脂Ebalta 70.9 60 105.3 302 65體積％的Fillite 剛玉 33.1 51.5 64.1 283 78體積％的Fillite 剛玉 22.3 52.4 51.9 304 78體積％的Fillite 34.5 62.6 49.1 215 78體積％剛玉0-2毫米 23.4 51.3 30.8 19圖5.（b）的環(huán)氧樹脂（樣品1）（a）和HSC（樣品3）的彈性彎曲模量（E1），損耗模量（E11）和對數減少量（D）3.2機械性能環(huán)氧樹脂Ebalta 120 / TL（EP）和HSC的彈性模量（E）通過機械測試獲得并示于 表2 環(huán)氧樹脂和HSC樣品的機械性能顯示在 表2， 以及用于目的的鋼（St），玻璃纖維（GF）和碳纖維（CF）材料的比較。 材料的密度（ρ）表明HSC是輕質材料。 剛度（E）與密度之比是材料選擇的重要參數。 為了比較等尺寸但不同材料的兩根鋼筋的抗壓強度，將公式簡化為3E / g [9]. 從表中清楚地看出，HSC-樣品2-4具有比鋼或玻璃纖維更高的壓縮模量 [10]. 如果GF或CF制造成層壓板，則其機械性能變得更小。 CF的明顯缺點是各向異性，而HSC在各個方向都是各向同性的。表2與鋼（St），玻璃纖維（GF）或碳纖維（CF）相比，環(huán)氧樹脂和HSC 的密度和楊氏模量（E ）值 EP， 樣 品 1 空心球復合材料 圣 GF CF√3E / g（ √3 MPa cm3/ g） 13.2 21.4 21 24.6 18.7 7.6 16 34.5圖6 顯示了環(huán)氧樹脂和HSC-樣品2-5的拉伸強度（σt）和比強度。 拉伸試驗片的長度為250mm，厚度為10mm，寬度為25mm。 根據DIN EN ISO 527-3以5mm / min的速度進行拉伸強度測試。 樣品3（Fillite和剛玉0.5-1mm）和樣品4（Fillite）的比強度高于環(huán)氧樹脂。 結果是，與使用相同質量的材料相比，當使用樣品2-4時可以制造更大體積的部件，并且其承受與樣品1制成的部件相同的拉伸強度。用具有100mm長度，30mm厚度和30mm寬度的試件進行壓縮試驗。 壓縮測試的速度為1毫米/分鐘。 選定的HSC變體的壓縮應力 - 應變曲線顯示在 圖7。 圓形，方形等的符號表示每種變體的樣品5-10的壓縮強度的平均值（σc）和相應的壓縮應變的平均值。 中的σc值 圖7 大于σt的 圖6 因為在壓縮測試中，孔隙將被封閉并阻止裂縫的擴展。 樣品4和5 in 圖7 表明，在多孔固體如聚合物泡沫或金屬泡沫的壓縮測試過程中，在變形過程中會出現兩個典型的階段 [11,12]. 在低應變下幾乎線性彈性行為之后，曲線顯示具有幾乎恒定載荷的長平臺，但與其他細胞固體相比，HSC材料在經受壓縮方面優(yōu)異。 填充較小填充劑類型Fillite的樣品4表現得更好因為樣品5具有更高的孔隙率，所以比填充剛玉的壓縮更小。 樣品2和3具有高填充密度，從而提供更高的抗壓強度值。 樣品2中樹脂的體積百分比的增加提高了σc值 [13]. 球體的尺寸越小，高原區(qū)域越顯著，因為在這種情況下裂紋擴展可以通過障礙物（球體或孔隙）迅速停止。 這就解釋了為什么填充有較小顆粒裂縫的樣品看起來是對角的，而填充有較大填料的樣品發(fā)展為橫向裂紋。 必須指出的是，填料和粘合劑之間的粘合鍵是非常重要的。 如果球體的剛度高于樹脂的剛度，則樹脂開始開裂，反之亦然。樣品2 樣品3 樣品4 樣品5ρ （g / cm 3） 1.15 0.95 0.9 0.65 1.16 7.8 2.6 1.78E（GPa） 3.5 7.8 6.8 4.1 8.7 210 73 235可以使用樣品3,4和5的斷裂表面的掃描電子顯微照片（SEM）圖像來解釋損傷傳播 圖8。 樣品4的Fillite球體 圖8a 壞了。 由于樣品5英寸的陶瓷空心球的壁厚不同， 圖8b， 球體在不同的層面被打破。 樣品5的較大剛玉球體之間的空間大于樣品5的較小的Fillite球體之間的空間。填料的較好填充密度顯示在 圖8c， 其中樣品3填充有已知體積百分比分數的不同粒徑的球體，從而與樣品4或5相比，導致樣品3的機械性能改善。彎曲應力在 圖9 使用具有以下尺寸的三點彎曲樣品確定圖6. EP（樣品1）和HSC（樣品2-5）的拉伸強度和比強度圖7.壓縮試驗后HSC變體和試樣的典型壓應力 - 應變曲線圖8.彎曲HSC樣品中斷裂表面的SEM圖根據DIN EN ISO 178，長度為240 mm，寬度為20 mm，高度為12 mm，檢測速度為4.8 mm / min。 HSC的彎曲強度值小于環(huán)氧樹脂的彎曲強度值。 在施加的力的另一側的一些HSC變體用碳或玻璃纖維增強以改善拉伸性能。樣品3是陶瓷和硅酸鋁空心球的混合物，并且具有比填充有單一填料類型的樣品4或5更好的機械性能。 樣品3的熱膨脹系數與樣品2或4相比較小。作為機床部件和其他工程部件的建筑材料。4.HSC在機械工程中的應用在研究計劃中，開發(fā)了許多機器元件，例如用于SCARA Adept機器人的銑床夾具和機器人手臂。這些部件成功地進行了測試，并證明了HSC材料在機械工程中的應用。 有限的元件方案COSAR提供了關于碳纖維增強件和鋁連接件方向設計變更需求的指示。 中的模型 圖10 承受1000MPa的彎曲力，并且所形成的應力保持在可接受的極限以下 [14]. 基于獲得的結果，兩個機器人手臂是用碳纖維或鋁合金棒加強的HSC制成的。 這些機器人手臂的重量比原來的鋁合金手臂重量輕10％和25％。從HSC成功開發(fā)出一臺銑床臺來代替一張鋼臺。 已開發(fā)的HSC工作臺采用鋼筋和碳纖維層壓板設計，可承受典型的抗拉強度。 達到的質量減少量在30％到80％之間，從而增強了動態(tài)特性。 HSC工作臺的阻尼性能優(yōu)于鑄鐵工作臺，這部分歸因于如圖所示的層結構 圖11 [15].圖9.環(huán)氧樹脂，有和沒有碳纖維或玻璃纖維的HSC的彎曲強度值圖10.由鋁合金（a）和HSC（b）制成的有限元模型和機器人手臂圖11.由HSC，鋼板和碳層壓板制成的銑床表5.結論可以說，HSC材料結合金屬或纖維增強材料可以成功替代光線金屬或金屬泡沫。這項研究中，許多具有良好尺寸精度的機器制造零件已經被生產出來，并且測試結果很好。中空材料的球形形狀比纖維或不規(guī)則填料提供更平滑的表面，并且樹脂消耗顯著降低。由于材料和生產成本低，HSC材料的應用對用戶有利。卓越的振動和阻尼性能以及非常低的導熱性和合成熱變形使得HSC材料成功應用于各種工程領域。通過改變基質材料的組成和體積，該材料的耐化學性和易于回收是該材料的另一個優(yōu)點。6.致謝作者要感謝文化部在德國的土地薩克森安哈爾特。常感謝馬格德堡Otto-von-Guericke大學制造與質量管理研究所的同事以及材料和材料研究所的同事。金融得到DAAD和英國文化協(xié)會的大力支持表示衷心的感謝。7.參考[1]S. Klaeger，E. Baumeister，Untersuchung von Hohlkugelkomposit als Leichtbauwerkstoff。 Internationale Fachtagung“Polymerwerktsoffe”，Halle，Saale，2001年。[2]P. Menz， Maschinenbaugruppen aus Kompositmaterial， Dt-Patent No.1952 367 (1996).[3]NN，來自公司 Omya和Treibacher 的信息，2000。[4]DIN 52190：Prüfungvon Reaktionsharzbeton，Teil 3.Prüfunggeson-dert hergestellterProbek?rper，1991。[5]EA Turi，聚合物材料的熱表征卷。 2，布魯克林，1997。[6]TA Osswald， G. Menges， 工 程 聚 合 物 材 料 科 學 ， Hanser出 版 社 ， 慕 尼 黑 ， 1995年 。[7]H. Salmang，H. Scholze，Keramik。 Teil 1. Allgemeine Grundlagen und wichtige Eigenschaften。 Sechste，verbesserte und erweiterte Au-flage，Springer-Verlag，Berlin，1982。[8]S. Knappe， Netsch公司的 DMA測量，未發(fā)表，2000。[9]B. Knauer，A. 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Bako，聚合物混凝土和用于制造機床的空心球體復合材料，Otto-von-Guericke大學，馬格德堡和米什科爾茨大學，2000年。[15] L.B?hrend，Leichtbau im Maschinenbau am Besipiel der Konstruk-tion und experimentellen Untersuchung einesFr?smaschinetischesaus Hohlkugelkomposit，Otto-von-Guericke-University，Magdeburg，1998。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IJH-20 回柱絞車設計DESIGN OF JH-20 COLUMN WINCH摘要絞車是用來提升牽引重物的起重機械。因絞車的操作容易、能輕易移動故而被廣泛使用。在建筑、林業(yè)、工業(yè)、礦場等中多用絞車來提升下降物體。當今社會機械技術卓越發(fā)展的情況下，絞車扮演著一個越來越重要的角色。此次研究設計的對象是 JH-20 回柱絞車。它整個系統(tǒng)的核心關鍵是在于它的傳動系統(tǒng)，因此在此次設計中使用了圓柱齒輪傳動和渦輪蝸桿傳動的兩級減速傳動。這種傳動系統(tǒng)能使得它整個系統(tǒng)結構穩(wěn)定。研究中對絞車的重要零件進行了研究設計，從而為絞車保證它的高性能。為了確保絞車工作時的安全，設計中使用的電動機擁有防炸的性能，并且有各對應的開關來操作。文章的主要內容為：1 對主軸進行分析。從所學的相關知識中，研究了該型號絞車主軸的重要零件，樹立了設計研究的相關力學模型，從而發(fā)現設計主軸的根本辦法。2 根據此次研究的絞車設計要求，分析減速器的設計原理，隨后在試車實驗中驗證是否可行。最后對實驗的結果進行研究。本文所得的研究成果對絞車的設計有著重要的參考意義，且能為下一步的研究進行了重要的鋪墊。關鍵詞： JH-20 絞車；制動裝置；主軸充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IIAbstractWinches are lifting machines used to lift hauling weights. It is widely used because it is easy to operate and can be easily moved. Winches are often used in buildings, forestry, industry, mines, etc. to raise descending objects.Nowadays, with the excellent development of mechanical technology in society, winch plays an increasingly important role. The object of this study design is the JH-20 winch. The key to the whole system is its transmission system. Therefore, in this design, a two-stage reduction gear with a spur gear drive and a worm drive was used. This kind of transmission system can make its entire system structure stable. In the research, the important parts of the winch were studied and designed so as to guarantee the high performance of the winch.In order to ensure the safety of the winch during operation, the electric motor used in the design has anti-explosion performance and has corresponding switches to operate.The main content of the article is: 1 Analysis of the main shaft. From the relevant knowledge learned, the important parts of the winch spindle of this model were studied, and the relevant mechanical model of the design research was established, and the fundamental method of designing the spindle was found. 2 According to the design requirements of the winch in this study, analyze the design principle of the reducer, and then verify whether it is feasible in the trial test. Finally, the results of the experiment were studied. The research results obtained in this paper have important reference significance for the design of the winch, and can be important for the next step of research.Keywords： JH-20 winch braking device spindle充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609III目 錄摘要 ..................................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II1 緒論 .............................................................................................................................................11.1 絞車的概述 ...........................................................................................................................11.2 絞車的結構及特點 ...............................................................................................................11.3 絞車的分類 ............................................................................................................................11.4 絞車的發(fā)展 ............................................................................................................................22 電動機的選擇 .............................................................................................................................32.1 電動機的計算 .......................................................................................................................32.1.1 電動機的結構和型號選擇 .............................................................................................32.1.2 電動機輸出功率的計算 .................................................................................................32.2 傳動裝置總傳動比的計算及分配 ........................................................................................42.2.1 總傳動比計算 ..................................................................................................................42.2.2 傳動裝置總傳動比的分配 ..............................................................................................42.3 動力參數的計算 ....................................................................................................................42.3.1 軸的轉速計算 ..................................................................................................................52.3.2 軸的輸入功率計算 ..........................................................................................................52.3.3 軸的輸入轉矩計算 ..........................................................................................................53 設計軸的計算 .............................................................................................................................73.1 軸的概述 ................................................................................................................................73.2 主軸的設計 ............................................................................................................................93.3 軸的核查 ..............................................................................................................................103.3.1 核查主軸Ⅶ軸 ...............................................................................................................103.4 研究分析卷筒軸 ..................................................................................................................114 選用鋼絲繩并設計卷筒 .........................................................................................................164.1 選用鋼絲繩 ..........................................................................................................................164.1.1 鋼絲繩的概述 ................................................................................................................164.1.2 選用合適的鋼絲繩直徑 ................................................................................................164.2 設計卷筒 ..............................................................................................................................174.2.1 選取材料 ........................................................................................................................174.2.2 計算容繩的尺寸大小 ....................................................................................................174.2.3 計算卷筒壁的強度以及厚度 ........................................................................................185 鍵聯接 .......................................................................................................................................205.1 鍵聯接的概述 ......................................................................................................................20充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IV5.2 選擇合適的鍵 ......................................................................................................................205.3 核查平鍵強度 ......................................................................................................................216 研究分析制動器 .....................................................................................................................227 減速器蝸輪蝸桿的設計 .........................................................................................................247.1 渦輪蝸桿的計算 ..................................................................................................................247.2 減速器的潤滑 .....................................................................................................................287.2.1 傳動裝置的潤滑 ...........................................................................................................287.2.2 軸承的潤滑 ....................................................................................................................288 軸承的選用及密封方法 .........................................................................................................308.1 滾動軸承的概述 ..................................................................................................................308.2 蝸輪軸上軸承的選用 ..........................................................................................................308.3 蝸桿軸上軸承的選用 ..........................................................................................................318.4 密封結構的設計 .................................................................................................................319 軸承游隙 .................................................................................................................................3210 絞車的常見故障及處理方法 .................................................................................................33結論 ...............................................................................................................................................35致謝 ...............................................................................................................................................36參考文獻 .......................................................................................................................................37充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960911 緒論1.1 絞車的概述絞車，又稱卷揚機，因為其架構小，重量輕等原因而被廣泛應用到采礦過程中，主要用來提升或牽引一些裝備。由于絞車的出現，使得整個煤礦產業(yè)朝著機械化的方向不斷的邁進。本文中研究的 JH-20 回柱絞車是在煤礦行業(yè)中較為廣泛使用的機械。究其原因在于它的牽引力適宜且它的安裝維護使用簡單。它也是一種通用的機械設備，應用范圍較為廣闊。1.2 絞車的結構及特點絞車主要由電動機、卷筒裝置、剎車裝置、底座、減速器等部件組成。絞車的主要特點在于它的架構小，質量輕，使用方便等。同時絞車的通用范圍廣闊，既可以單獨使用，也可以作為起重大型機械的組成部件。1.3 絞車的分類絞車的分類方法有很多，這里采用按照絞車的的動力進行分類，絞車可分為氣動、手動、電動、液壓等幾類。1.氣動絞車氣動絞車是以氣動馬達作為動力的，需要配置壓縮空氣站，如沒有壓縮空氣站也可手動操作。它的優(yōu)勢在于它的啟動力矩大，有著過載保護的能力，同時具有耐潮耐濕的性能，可以在雨雪天氣下安全工作，但是它的噪音較大，需要配置相應的消音器來避免噪音污染。2.手動絞車手動絞車是一種輪軸機構，通過手動來牽引拖拉重物。提升重物用的手動絞車需要配置安全手柄跟制動器，同時為了能夠使重要保持在相應的位置，需要在手動絞車的手柄傳動機構上裝有停止器。由于啟動力矩不足，因此手動絞車一般用于質量輕、沒有電源條件的工作情況下使用。3.電動絞車電動絞車是以電動機為源動力，通過多種傳動機構來驅動滾筒旋轉，從而來提供和所需的牽引力。因此多用于提升重物或工作所需牽引力較大的條件下。但是由于它的結構設備復雜、安裝維修難度高，所以對保養(yǎng)人員的技術要求更加的嚴苛。4.液壓絞車液壓絞車是以油泵作為源動力的，通過液壓馬達來提供動力。它的結構特點在于架構緊湊、體積較小、質量輕，所以當發(fā)生過載的情況下，不會出現較大的沖擊。由于它是以油液為工作介質，因此它的元件壽命較長。同時在性能上它還具有工作效率高、安充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196092全性能好、啟動力矩足、穩(wěn)定性能好的特點。相比于氣壓絞車它的噪音較小。1.4 絞車的發(fā)展煤炭是全球能源使用的重要組成部分之一，而隨著社會的發(fā)展，煤礦產業(yè)的機械化程度越來越深，在當今社會機械化水平的飛速發(fā)展的情況下，我國的機械技術也得到了質的飛躍，近年來我國的煤礦技術發(fā)生了翻天覆地的改變，已經接近國際的先進水平。其中煤礦產業(yè)的機械化包括礦物運輸和輔助運輸。而絞車則是輔助運輸設備的一種。但是在井下開采煤礦工作面上仍然需要的是牽引力大、穩(wěn)定性能好、安全性高、生產效率高的礦用機械。在解放后我國的絞車開始生產，距今已有 70 年的發(fā)展歷史。在 50 年代期間，絞車的生產被提到了第一個五年計劃中，在此期間仿制了兩種絞車，一種是按照蘇聯圖紙生產的 1011 型和 1012 型電控慢速絞車，另一種是日本的 JIS8001 型絞車。到了 60 年代時期，社會生產的不斷發(fā)展，絞車的使用被廣泛應用，為了生產發(fā)展，出現了第一批絞車行業(yè)。在 70 年代時，出現了更多品種的絞車，到了 70 年代中后期，我國的煤礦產業(yè)出現了低落，絞車的發(fā)展變得停滯不前，沒有新的架構也沒有新的產品出現。到了 70 年代末，隨著我國的改革開放政策，絞車被進行了防爆設計，從而被用到井下開采工作面，然而由于設備自動化程度不高，無法實現無人操作，因此安全事故并沒有因此減少。到了 20 世紀，隨著全球油價的高升不降，煤炭產業(yè)再一次被人重視，而絞車這種礦用機械需求量不斷增加，隨后出現了各種品種的絞車，在此期間，絞車的自動化程度再次加深，所以機械設備的自動化和數字化是必然的走向。 充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960932 電動機的選擇2.1 電動機的計算2.1.1 電動機的結構和型號選擇電動機是將電能轉化成機械能的設備，是較為常用的原動機。而電動機的結構、型號、輸出功率的選擇是根據工作時工況來決定的。電動機按照它電源的不同可以分為交流電動機和直流電動機。在工業(yè)上多采用交流電動機，在此次設計中，采用 Y 型籠型三相異步電動機，究其原因在于它的設計新意、工作效率高、噪音低、安全性好、使用方便等特點。JH-20 回柱絞車設計是用于井下開采工作面的礦用設備，考慮到井下開采安全事故問題，因此電動機需要采用防爆電動機，所以選用 380V 的 YBK 防爆電動機。2.1.2 電動機輸出功率的計算1．電動機的靜功率計算公式為：（2-1）?wpd?式中 wwKP工 作 效 率 ，?總 效 率 ，?電動機的功率計算如下：（2-2）KWpWVFw 61.78501310 ?????式（2.2）中 Fw-----阻力。Vw-----線速度（M/S） 。----效率。W?其中8501.4321????w查得聯軸器的傳動效率為 0.99，卷筒的傳動效率為 0.96，齒輪的傳動效率為0.97，軸承的傳動效率為 0.98所以取 ， ， ，0.91??.620.973??.842．電動機轉速的計算卷筒軸的轉速如下：（2-3）min02.134.3.rdvn????查得：電動機的轉速的適合范圍為： 充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196094（2-4）min6.3715~48.02.13)8~24(rniad ????經計算得:表 2-1 電動機主要參數型號 額定功率（Kw） 轉速 r/minYBK2-225M-6 30 9802.2 傳動裝置總傳動比的計算及分配2.2.1 總傳動比計算傳動裝置的總傳動比為：（2-5）nima?式中 電 動 機 轉 速?mn工 作 機 的 主 軸 轉 速26.75min0.1398??rnima總傳動比的計算公式為： （2-6）?2.2.2 傳動裝置總傳動比的分配取 　 則5.20?i 95.26.70?ia由于潤滑因素，查閱可得 ，則 。.1 43.7.10?i2.3 動力參數的計算要進行動力參數的計算，就得推算出轉矩和功率。設將各個軸由高速到低速依次分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ軸。 傳 動 比、 ?021i傳 動 效 率、 ??）軸 的 輸 入 功 率 （、 w021 KT? ）輸 入 轉 矩 （、 MNp*? ）轉 速 （、 min/r021?n由此可以得出軸的動力參數：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196095圖 2-1 電動機傳動示意圖2.3.1 軸的轉速計算Ⅰ軸： min/9801rn?Ⅱ軸： in/43.175.2riⅢ軸： m.8.23?Ⅳ軸： ＝ 4.34?inin/.13r2.3.2 軸的輸入功率計算Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入功率：Ⅰ軸： kwpd 34.2198.0211 ?????Ⅱ軸： 9734.2Ⅲ軸： kw.18023 ??Ⅳ軸： k...34?取 ， ，0.91??.8209??其中 為電動機的出功率（KW） ， 為聯軸器的傳動效率， 為軸承的傳動效率，dp1 2?為齒輪的傳動效率；32.3.3 軸的輸入轉矩計算可知電動機的輸出轉矩：（2-7）mNnTmPdd .85219605950????Ⅰ軸—Ⅳ軸的輸入轉矩： NiTd .6721.8.2101 ????充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196096mNiT .281497.0875.62112 ?????643833i .03..44?計算如表所示表 2-2 各軸的運動和動力參數根據傳動裝置的參數計算結果可知：綜合決定采用 型號的電動機，主要參數為：625?MYBK額定電壓：380V/660V、660V/1140V額定頻率：50Hz功率范圍：2.2kW — 200kW 安裝形式：B3、B5 絕緣等級：F 級防護等級：IP55主要性能參數如下表：表 2-3 電動機的主要性能參數型號 YBK2-225M-6千瓦 45額定功率馬力 60電流（A） 82.1轉速（轉/分） 2970效率 92.5功率因素 0.9堵轉轉矩 額定轉矩 2.0堵轉電流 額定電流 7.5重量（Kg） 349軸名 電動機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸輸入 21.34 20.29 18.9 17.97效率 P（Kw)輸出 22 20.70 19.28 17.58 17.07輸入 216.67 1184.28 4887.46 13194.70轉矩T（T*M） 輸出 216.67 210.17 1125.07 4545.34 12534.97轉速N（r/min）980 980 980 170.43 38.47 13.54傳動比 1 5.57 4.43 2.84效率 0.9 0.95 0.93 0.95充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960973 設計軸的計算3.1 軸的概述1.軸的用途及分類軸是一種用于支承轉動零件并傳遞運動跟動力的機械零件。軸的一般分類為曲軸、直軸、實心軸、空心軸、軟軸跟剛性軸等。軸的性能在于它的強度跟剛度以及它的震動穩(wěn)定性。2.軸的材料使用軸的主要材料為碳素鋼和合金鋼因其碳素結構鋼較高的綜合力學性能且它的價格低廉，所以應用較為廣泛，其中以45 剛最為廣泛。同時為了改善其耐磨性等其他力學性能，應進行熱處理。而合金鋼由于它的高力學性能但是價格昂貴，所以多用于特殊要求的軸。3.軸的架構研究軸的架構設計研究分為軸的架構及尺寸大?。ㄒ唬┓治鲚S上零件的裝配 要進行軸的架構設計首先等擬定出軸上零件的裝配情況。主要在于分配軸上零件的裝配方向順序等（二）進行定位為了確保軸上零件位置的準確性，所以需要對軸上零件進行軸向及徑向定位。①軸上零件的徑向定位軸上零件的徑向定位通常用過盈配合、花鍵、切向鍵、平鍵等來實現的。其目的是為了防止軸上零件跟軸之間發(fā)生轉動。②軸上零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是靠軸肩軸環(huán)、圓螺母、圓錐面、彈性擋圈、套筒、軸端擋板來實現的。4.軸的強度計算軸的強度計算是要為了使得軸滿足強度剛度要求（1）計算軸的扭轉強度：(3-1)??3950.2T TPnWd?????式中： ）扭 矩 切 應 力 （ paM??；）扭 矩 （ mNT.）抗 扭 矩 截 面 系 數 （）轉 速 （ in/rn充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196098）傳 遞 功 率 （ KWP?）截 面 處 軸 的 直 徑 （ md）許 用 扭 轉 切 應 力 （ pa][ M?上式中可知：d≥ (3-2) ????33330950950.2.2TTPPAnn??????式中 A0= ，??3950.2T?其中 0431PdAn?????????式中 , d?即內徑 d1 比上外徑 d，一般取 。0.6~5??倘若軸截面上設有鍵槽時，需要增大軸徑來對軸強度進行一定的削弱。當 d 大于100mm 時，有一個鍵槽軸徑增加百分之三，有兩個時，需要增加百分之七。當 d 小于或者等于 100mm 時，有一個鍵槽軸徑增加百分之五到百分之七；有兩個鍵槽需增加百分之十到百分之十五左右.最后其標準直徑為軸徑的圓整直徑。（2）計算軸的彎扭合成強度①作出計算簡圖作圖時，首先計算出軸上零件所受力，然后分解成水平方向上跟垂直方向上的力。最后求出各個零件處的水平反力跟垂直反力。②作出彎矩圖根據所作的簡圖，從水平和垂直平面分別計算力所產生的彎矩，并在水平面和垂直面分別作出所受的彎矩示意圖，最后按照計算公式算出總彎矩并作出示意圖。③作出扭矩圖（3）核實軸強度根據第三理論，計算應力為：(3-3)24ca????由于有循環(huán)特性的存在，故代入系數 a,如下所示：（3-??224ca????充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960994）如軸直徑為 d，彎曲應力 ，MW??扭轉切應力 ，2T?代入上式中，則有軸的彎矩合成強度為：（3-5）????2222 14ca MTTWW??????????????????????其中： ）計 算 應 力 （ pa?；）軸 所 受 彎 矩 （ mNM.；）軸 所 受 扭 矩 （T；）抗 彎 截 面 系 數 （。可 用 彎 曲 應 力?][?3.2 主軸的設計1)V 軸設計基本參數為：軸單位時間內所做功的大小為 P=5.504KW，軸在單位時間內所做的圓周運動最低次數為 n=30r/min ，軸產生的扭曲變形程度為 T=1700N.m求齒輪所受到的力：= =1tFdT/2708?KN1.9?1tanr?5cosn.2軸直徑與長度的計算：軸的材料為 45 鋼，經過熱處理后查表可知 =110，0A查閱可知計算公式：（3-6）0431Pdn?????????將已知條件下的 , 代入上式中 , 設 ，最后可得min/30r?5.kw?0.5??充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196091053.16?d由于存在兩個鍵槽故 70)1('??％d套筒安裝在 d1=70取用輕（2）216 系列。 大小為： 814026DB??長度為：L1=110mm(2) mm21`702.79.dh????選用 3600 型 36216 的軸承，安裝在 d2=80 處大小為： 8146DB（3） （0）2 尺寸系列 N218E 的圓柱子滾筒安裝在軸的前端部分大小為： 903d???3.3 軸的核查3.3.1 核查主軸Ⅶ軸1. 計算齒輪上所受到的力= =1tFdT/21708?KN.9?tanr?56cosn.2.H 面：12 128099.4,8.106.4783..HNtNHNHNFFKWFMKm???? ???由 上 式 解 得 ：V 面：充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196091112 127963.609,.970485.1.VNrVNVNVNCFFKFKMKm??????由 上 式 可 得 ：計算 M 221234.5.HVC??3.計算物體轉動的的力矩，作出扭矩圖。T=1700N.m求出受力截面的彎矩，作彎矩圖。??221120.397.86.845caMTKNm???4.核查 ??1333.0.142cacWdm???????經查閱可得： ??160aMP??故軸可以使用。3.4 研究分析卷筒軸充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960912絞車的設計中卷筒軸的設計由于重要，原因在與卷筒軸的可靠性跟絞車的安全性能有著密不可分的聯系，所以卷筒軸的架構設計變得十分的重要。考慮到絞車的安全性，對卷筒軸的結構要求時所受應力要小并且集中。除此以外，還要研究卷筒軸在經過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力，同時還要核實軸的剛度。本次設計采用 45 鋼作為卷筒軸材料，經過熱處理經查閱可知：650BMpa??360Spa??13???5bM可知鋼絲繩正常情況下所受拉力為 ，卷筒的直徑長度 ，繩的直eFKN02Dm?徑長度 9.4dm?按照卷筒的設計尺寸可得軸的基本尺寸如下圖所示： 圖 3-1 軸的基本尺寸a)分析軸的受力情況水平方向上所受反力：軸在此方面上未受到作用力，因此 Fa=0垂直方向上所受反力： 軸受到了鋼絲繩上的拉力以及兩個軸承反作用力可得軸所受力得示意圖為：圖 3-2 軸垂直面的受力圖由于 FC= N50故得123.768.75cbbF???由上式可知 =2719 =228112F充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960913作出軸垂直面得彎矩圖 圖 3-3 軸垂直面彎矩圖軸發(fā)生轉動時所受的力矩圖如下625000 N.mm 625000 N.mm圖 3-4 軸所受的扭矩圖6250N.m150???LFcT轉矩圖 625000 N.mm489 785圖 3-5 軸受的轉矩圖b)軸徑的核查許用應力：查表可得 [ ] [ ]=0b?pa12.5M?1b??60pa應力校正系數： =[ ]/[ ]=60/102.5=0.59??當量轉矩： mNT.730.59?當量彎矩：M= N.mm2222()58549???軸長：D= mm384.810.16??故該設計的軸徑適宜。c)計算軸在經過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960914首先計算出鋼絲繩所受的當量拉力，從而得出軸在經過多次變載荷作用下而不會發(fā)生破壞的最大應力，故得出：（3-edFK??7）其中 ）鋼 絲 繩 的 當 量 拉 力 （dNF?。經查閱可知當 量 拉 力 系 數K1.5d1.5342d??平均應力和應力幅關系如下： 2bma?331.75026.94.0.dBbKMMpa? ?????94..am軸的最大應力計算安全系數為： 1300.511.897..4197.3072amSK???????????查閱可知 　　 應 力 集 中 系 數??K8?K表 面 狀 態(tài) 系 數? 2.0?絕 對 尺 寸 系 數? 7??等 效 系 數?.34??查得可知軸的疲勞強度計算的安全系數在 ，??15~8S故而該軸強度適宜。d)計算軸強度并核查用靜強度計算拉力公式來求的軸的靜強度，計算公式如下：ejF???max式中　 　　　　　 ）大 拉 力 （軸 靜 強 度 計 算 所 受 的 最 NFj?max，查閱可知動 載 系 數?1.35靜強度計算的安全系數 64.151.0827.62???WMSBS??充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960915當 時， ，6.0?bS???1.2~4S?由上可知，核實軸強度適宜。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609164 選用鋼絲繩并設計卷筒絞車工作時依靠鋼絲繩提升拖拉重物來完成的，加上工作時的工況復雜，一旦鋼絲繩出現問題，會造成嚴重的事故，因此鋼絲繩的選用十分重要。4.1 選用鋼絲繩4.1.1 鋼絲繩的概述鋼絲繩是按照一定的規(guī)則將鋼絲捻在一起。繩芯、鋼絲和潤滑脂組成了鋼絲繩。繩芯是由鋼芯跟纖維芯所組成的。纖維芯主要是天然纖維芯和合成纖維芯兩種，鋼芯則是金屬纖維芯和金屬絲股芯。由纖維芯構成的鋼絲具有良好的彈性功能，在捻制時所受到的彎曲應力也較小但是承受不了橫向所受的應力；而由鋼芯所組成的鋼絲繩具有高強度，并且能夠耐高溫、承受橫向應力，但是跟纖維芯相反，它的擾性很差。由于絞車的鋼絲繩需要多層纏繞，所以會選擇金屬芯股芯制成的鋼絲繩。鋼絲繩的分類有多種，可按照材質分類，也可按照表面狀態(tài)進行分類。同時也能按照捻制的方法分類。按照第三種分類方式，鋼絲繩被分為單股繩、雙捻繩跟三捻繩?？紤]到絞車設計中多用交捻鋼絲繩，所以在此次設計中優(yōu)先選取雙捻繩制的金屬芯鋼絲繩。4.1.2 選用合適的鋼絲繩直徑查閱可知鋼絲繩的安全系數計算公式為：(4-1)??nfsepg??其中： ）鋼 絲 繩 所 受 拉 力 （ Nsp?鋼 絲 繩 額 定 拉 力ef??系 數絞 車 工 作 時 最 小 的 安 全n經查閱可知卷揚機的工作級別為 A6，故取 =6??nKN (4-2)sefp??30?ps鋼絲繩需大于或者等于以下的計算值：cd?min m4.186.min?其中 ）（鋼 絲 繩 所 受 的 最 大 拉 力 KNS?，查得 =0.1036選 取 系 數c查閱可知 d=19(mm),鋼絲繩的抗拉強度為 1770MPa鋼繩是重要容器跟卷揚機間得紐帶，所以鋼絲繩在礦采安全性方面顯得格外重要。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960917但有些煤礦由于設施落后、技術問題、管理問題等原因，會導致各種安全問題的出現，甚至影響到礦采工人的生命安全。因此對鋼絲繩的選用、使用、維護等方面要求更高。以此來保證煤礦安全事故隱患的降低。下面來介紹幾個來增加鋼絲繩使用壽命的方法： 高頻率的檢查鋼絲繩的使用情況做好對鋼絲繩的維護保養(yǎng)及時的對鋼絲繩加油潤滑處理。4.2 設計卷筒卷揚機中卷筒所受的作用力十分的復雜，并且卷筒是卷揚機中的主要零件構成，對卷揚機的安全性、工作效率及穩(wěn)定性起到至關重要的作用。4.2.1 選取材料卷筒材料應該有良好的可鍛造性，并且需要廣泛的資源。故在此次設計中選用ZG270-500 作為材料，其所受的最大應力為、MpaB270??paS50??4.2.2 計算容繩的尺寸大小按照國家標準規(guī)定來選用容繩的基本尺寸參數（1）卷筒的節(jié)圓直徑 D卷筒節(jié)圓直徑 需要滿足：(4-3)dKe?其中： ，查閱可知筒 繩 直 徑 比?eK19?）鋼 絲 繩 直 徑 （ md所以 3619???設 　D420（2）容繩的寬度 ``tB卷筒容繩的寬度 ，需要滿足：t(4-4)03Dt?其中 ）卷 筒 直 徑 （ m?0所以 423??tB設 t6?（3） 卷筒的邊緣直徑 k卷筒端側面的直徑需要滿足下式：(4-5)dDsk4??其中 ——最外層的鋼絲繩直徑，由公式 可得sD??dSs120??——鋼絲繩纏繞層數S充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960918所以 設51947????kDmDK60?（4）纏繞層數 S由公式可得(4-6)dK20??其中 ）安 全 高 度 （ mmK?所以 d38192??故 設79.42460?S 4?S（5）卷筒容繩量 L鋼絲繩在卷筒上纏繞時，卷筒所能容納下最大長度的鋼絲繩被稱為卷筒的容繩量　L 的計算公式如下可知：第 層的繩芯直徑是：i(4-7)??dSDii 120???上式中的 ——第 層， 。iS?,3故 m69341???2471????584第 層鋼絲繩的長度為i????30102)( ??dSDdBLit?m625.49341961 ???? 12 98.76)( 33 ?????L 018204 ??故 L 為：iL?1685.9.703.645. ???m9274.2.3 計算卷筒壁的強度以及厚度（1）計算多層纏繞系數 sA查閱可知計算 As 的公式為：(4-8)?????????????1122SSs ?式中 鋼 絲 繩 纏 繞 層 數?S充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960919??EtF'?180dDe'20'?式中 　 　 鋼 絲 繩 的 纏 繞 中 心 間 隙?t mdt19.0.?卷 筒 壁 厚?)(m卷 筒 直 徑0DD342鋼 絲 繩 直 徑d應 力 除 以 縱 向 上 的 應 變'E)(MpaGpaE10'應 力 除 以 橫 向 上 的 應 變?' M6'?應 力 除 以 應 變 )( 2截 面 面 積'F2m求得 5.1?sA(2)計算卷筒壁的厚度卷筒壁的厚度公式： ??cestFA???式中 ）鋼 絲 繩 的 額 定 拉 力 （ NFe?查閱絞車設計手冊可知 Mpac183?所以 　 　故取024.51??? m4?（3）計算卷筒壁的強度??cesctFA????pa43.172.051??通過計算結果可知，卷筒壁的強度符合要求。充值后即可下載預覽所包含的全套帶圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609205 鍵聯接5.1 鍵聯接的概述為了能夠將軸與軸上零件之間的位置固定來傳遞動力，這便是鍵聯接的作用。鍵聯接的特點在于它架構簡單，能夠實現拆卸聯接，且它的工作性能穩(wěn)定，故鍵聯接已被推廣使用在各個領域。鍵聯接分為平鍵聯接，半圓鍵聯接，楔鍵聯接，切向鍵聯接等幾種平鍵聯接按照用途可以分為一下三種：普通平鍵、導向平鍵和滑鍵。普通平鍵根據鍵的端面形狀結構可以分為：圓頭（A 型） ，方頭（B 型）及單圓頭（C型）三種。A 型圓頭平鍵的圓頭部分無法被充分的使用，原因在于 A 型平鍵鍵槽的端面所受應力集中過大。它的優(yōu)點在于它的鍵能夠在鍵槽中較完好的固定，適合固定在鍵槽銑刀銑出的鍵槽中。B 型方頭平鍵能夠避免 A 型平鍵的缺點，是由于它的鍵槽是用盤銑刀銑出的，相對于外形較大的鍵來說，B 型鍵槽需要用螺釘來進行固定來防止鍵的松動。C 型單圓頭平鍵通常用于聯接軸端。導向平鍵與滑鍵通常用于軸上零件需要軸向運動時采用。導向平鍵屬于活動聯接，主要的失效形式是工作面的磨損。它是一個長平鍵，是依靠螺釘來固定在鍵槽里的。為了便于拆卸，關鍵是要使用一個起鍵螺釘，這樣螺釘就可以擰開，鍵就從鑰匙槽里取出。傳動軸上的傳動部位可以沿著鍵沿軸向滑動。當各部件之間的距離較大時，應使用滑鍵，因為導向平鍵的要求長度太大，不能制造?；瑝K鍵固定在輪轂上，輪轂驅動滑塊鍵在軸上的鍵槽上進行軸向滑動。這樣，只有一個更長的鍵槽可以在軸上研磨，并且可以縮短鍵。5.2 選擇合適的鍵選擇鍵的方式是從選擇的型號跟尺寸來確定的。按照鍵聯接的架構特點和工作時的使用情況來選擇型號。而確定尺寸是根據國家標準規(guī)定及所需強度來確定。 鍵的截面尺寸大小以及它的長度是鍵的基本尺寸參數。普通平鍵的