礦用提升機的設計含SW三維仿真及7張CAD圖,提升,晉升,設計,sw,三維,仿真,cad 礦用提升機的設計 摘 要 在煤礦等礦山設備中，提升機的作用十分重要，負責將挖掘的礦物進行提升到陸面上，并且還具有負責人員升降、設備升降等等諸多的功能，所以其作用十分重要， 在礦用提升機的運行過程中，保證設備的安全就顯得特別的重要，保證設備的安全，一方面要提升設備的設計能力，采用良好的適用現(xiàn)場需要的零部件材質，另一方面就是對設備進行安全檢測以及各種必要反饋點的控制等等。 礦用提升機的主要部分包括驅動電機、聯(lián)軸器、制動器、減速機構、以及卷揚滾筒和各種電氣設備等組合而成，在進行設計時需要根據(jù)用途，以及提升的任務，對電機的選型、聯(lián)軸器的選型、以及減速箱的設計、滾筒設計等等這些部分組成，需要對減速箱進行分布設計，對齒輪的各種參數(shù)進行設計以及齒輪的類型進行選擇說明，對軸的材質、各個軸端的尺寸進行設計、對軸危險截面進行強度的校核、對軸承進行選型和使用壽命的校驗、對輸出端的滾筒進行設計計算、對主軸進行校驗和設計等等任務。 本次設計就是針對當今的各種提升機為基礎進行的創(chuàng)新性的研究設計，總體目的是為了提升設備的性能，提高經濟性，以及提高設備的市場競爭力等等為目的。 關鍵詞：提升機；減速器；滾筒；主軸；校驗 Abstract In mine equipment such as coal mine, the function of the hoist is very important. It is responsible for lifting the mineral to the land surface, and it also has many functions, such as the lifting of the personnel, the lifting of the equipment, and so on. So it is very important. In the operation of the mine hoist, the safety of the equipment is particularly heavy. To ensure the safety of the equipment, on the one hand, it is necessary to improve the design ability of the equipment, adopt a good material for the parts and spare parts for the field, and on the other hand, it is the safety inspection of the equipment and the control of all kinds of necessary feedback points. The main parts of the mine hoist include the driving motor, coupling, brake, deceleration mechanism, rolling drum and all kinds of electrical equipment. In the design, the type of motor, the type of coupler, the design of the reducer, the design of the drum, and so on are required. These parts are composed of the design of the reducer, the design of various parameters of the gear and the selection of the type of the gear, the design of the shaft material, the dimensions of each axle end, the checking of the strength of the shaft dangerous section, the selection of the bearing and the check of the service life, and the output end. The roller is designed and calculated, the main shaft is checked and designed, and so on. This design is an innovative research design based on today's various hoists. The purpose of the design is to improve the performance of the equipment, improve the economy, and improve the market competitiveness of the equipment. Key words: hois; reducer;drum;spindle;calibration 目 錄 第一章、引言 1 1.1提升機的研究意義 1 1.2 提升機的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3提升機的結構和用途 2 第二章、總體方案設計 3 2.1 設計任務 3 2.2 設計注意事項 3 2.2總體設計的內容及要求 4 第三章、電動機的選擇 6 3.1 電動機的確定 6 3.2 傳動比的確定 7 3.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 7 第四章、減速器的設計 9 4.1.齒輪傳動 9 4.1.1高速級齒輪 9 4.1.2 低速軸齒輪傳動 13 4.2 軸的設計 18 4.2.1 輸入軸的設計 18 4.2.2 中間軸的設計 24 4.2.3 輸出軸的設計 29 4.3 箱體設計及尺寸的計算 33 第五章、鋼絲繩的選擇 35 第六章、滾筒的設計 36 6.1 滾筒有關尺寸的計算 36 6.2 滾筒的結構設計計算 36 6.3 滾筒的強度計算 37 6.3.1 筒殼的計算載荷 37 6.3.2 筒殼強度的校核 38 6.3.3 支輪處筒殼應力的校核 39 6.3.4 支環(huán)處筒殼應力的校核 40 6.4 筒殼的強度穩(wěn)定性校核 40 第七章、 主軸的設計 42 7.1主軸的結構設計 42 7.2 主軸的強度校核 43 7.2.1 求主軸的正常載荷 43 7.2.2 支反力的計算 45 7.2.3 按彎扭組合校核強度 46 7.2.4 正常載荷下主軸強度驗算 47 總 結 50 參考文獻 51 致謝 52 第一章、引 言 1.1提升機的研究意義 在礦山的眾多需要設備中，礦用提升機的地位是不可替代的，它的作用便是將礦井中將采集的眾多有價值的物品進行提升到陸地表面上，在礦山的生產中起著關鍵的作用，與其作用相匹配的便是其復雜的構造，在眾多設備中礦用提升機屬于大型設備，越優(yōu)秀的設計對其功用便也越好。 礦井提升機在使用時是通過驅動機電將動力輸出到聯(lián)軸器上，然后帶動減速機構進而將更大的力矩進行輸出到卷筒上，并且將速度降低到需要的設計速度上，為了保證提升機的運行安全性，必須結構電氣設備對其進行限位控制，如果設計上或者電氣上出現(xiàn)問題，則會對運行安全造成非常嚴重的影響，甚至造成人身傷害[1]。 所以在進行礦用提升機的設計上，我們首先必須先考慮礦用提升機的結構，以及工作原理，對必要的零部件進行特殊的加工處理，在保證設備的安全性上市十分的重要的，可以有效的降低危險事故的發(fā)生。 1.2 提升機的發(fā)展現(xiàn)狀 我們國家對礦用提升機的使用比較早，其作用原理也是在我們的日常生活中也比較常見。例如我們在進行建筑樓房的時候，就可以看到運輸各種物品時就會用到提升機，我們在電視上見到的水井轆轤也是采用這種原理將地下井里面的水提升到陸面的。 隨著科學技術的發(fā)展，人們對礦用提升機的結構設計越來越成熟，并且安全性更加的完善，采用的鋼絲繩也越來越安全，并且配合使用安全防護措施，將礦用提升機的安全系數(shù)提高到了很高的水平。目前，結構設計更加的緊湊，占用的空間也越來越小，但是其工作能力卻不斷地增大，安全性也不斷的提高，并且結合自動化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程的控制和檢測。 目前，我國在礦用提升機的設計能力上已經可以達到提升重力2000T以上，并且生產能力在世界上也是屈指可數(shù)的，在2005年我們國家研制的DJ2 * 6多繩摩擦式電梯，將提升能力以及卷揚水平達到了世界零件水平。目前的發(fā)展趨勢是正在朝著多繩摩擦型發(fā)展[2]。 1.3提升機的結構和用途 常見的提升機可以有單卷筒和雙卷筒，減速機的作用在礦用提升機中非常重要，而且也是結構最復雜的設備之一，它的作用在升降機中的作用是將電機的輸出速度降低，提升力矩卻可以提高很多倍，減速機的結構形式主要包含了軸部、箱體、以及附屬零部件等，其中軸系主要包含軸、齒輪、軸承、密封圈、軸套等等組成；減速器的箱體主要是支撐這些零部件，并且為這些零部件的運行提供了一個良好的工作環(huán)境，保證了外界灰塵等污染物進入內部，并且將潤滑油封閉在一個有效的空間內，保證了齒輪等零部件的運動可靠性，箱體的結構形式比較復雜，一般是采用鑄造的形式生產的，在箱體上還設計了進出油口、觀察口、液位計、透氣口等等附屬零部件組成[3]。 作為保證提升機安全性的關鍵設備，制動器的作用是非常的關鍵的，一般在電機的輸出端需要安置一個聯(lián)軸器，負責對輸出端的聯(lián)軸器進行制動，以便于有效的保證電機可以在斷電制定下可以及時的停止運動，在一般的設計型號選擇上，制動器的類型有多種選擇，可以有盤式制動器、鼓式制動器等，我們根據(jù)設計安裝的需要，采用鼓式制動器，制動器的制動原理也比較簡單，一般制動器的推動器內部裝有液壓油，里面設計了一臺微型泵，將液壓油退出，帶動活塞桿外伸，推動頂桿，加緊瓦盤，當需要放開制動輪時，通過斷電的作用，達到松開制動瓦盤，同時有的設備設計時，為了更加的提高設備的安全性，將卷筒是也安裝一套制動器，常采用的制動器為盤式制動器，目前國內比較有名的制動器廠家有江西華伍、以及河南金箍制動器等都比較有名，在滾筒的兩端的軸上，采用軸承座進行滾筒的固定[3]。 第二章、總體方案設計 2.1 設計任務 現(xiàn)在要假定一些參數(shù)，來方便我進行設計。首先假設一礦井的深度約為232米，礦井直徑約為4.5米。 根據(jù)下面條件，我將設計一個礦用提升機： 一，每年工作 天數(shù)=300天 二.每日工作 時間=14h 三.提升用的鋼絲繩線速度 3～5m/s 四.選則的電機轉速 910～1000r/min 五.減速器的選擇 二級減速 六.提升機的類型 纏繞式 七.提升機的箕斗自重 一次提升量 八.提升機不均勻系數(shù) 九.鋼絲繩的出繩角度 2.2 設計注意事項 1、本次設計的提升機用于在礦山中使用，所以對傳動比例不是相比于其他的系統(tǒng)來講，不是特別精確，同時，為了保證重載作業(yè)出現(xiàn)緊急停機而盡量避免對電動機的損傷，采用彈性聯(lián)軸器，因為該種聯(lián)軸器也有利于補償誤差損失。 2、電動機輸出端的轉速雖然非常大但其轉矩并不是很大，所以我設計的是將制動器安裝在電動機的輸出端，這樣可以有效減少電機軸的損耗。 3、總體傳動路線時經過電機的輸出軸輸出動力和力矩，經過聯(lián)軸器進而傳遞到二級減速箱內，經過減速箱的速度變動，將輸出速度變?yōu)樵O計需要的范圍內，同時以為減速機的作用，速度降低的同時，力矩增大，達到設計需要的能力，再通過減速機的輸出軸與卷揚滾筒軸進行連接，并且在滾筒處安裝了相應的檢測以及限位設施，可以通過這些檢測設備將信號傳遞到電機。下圖是我設計礦用提升機的基礎和原理圖。 2.2總體設計的內容及要求 總體的設計思路是，首先根據(jù)設計要求，查閱相關的設計資料，明確本次設計的具體的要求，以及注意事項，然后結合機械原理、機械設計等先關的設計課本，對本次設計有一個總體規(guī)劃方案。 卷筒運動速度，以及提升力出發(fā)，通過傳動效率，首先時選擇電機，然后對電機的輸出功率出發(fā)，計算減速箱的參數(shù)，包括傳動比的確定、相互嚙合的齒輪的模數(shù)、嚙合的齒數(shù)、齒形的設計、齒輪的分度圓直徑、齒頂圓等的傾斜角的確定、軸的設計和校核，鍵的設計、以及鍵的校核、軸承的選擇、使用壽命的校核、最后時減速箱體的相關參數(shù)的確定。 經過一系列的計算，我們就可以根據(jù)相關的經驗，明確圖紙的繪制，首先時對組成提升機減速箱的零部件進行繪制，而且進行繪制的時候，要特別注意配合精度，各種形位公差的確定，然后繪制總裝圖，在進行繪制圖紙時，需要特別注意嚴格按照繪制要求進行繪制，裝配圖要寫明明細表，注意事項，各個零部件的數(shù)量等等，并且對組成關鍵的零部件進行材質的選擇，加工完成后的熱處理的方法。 下面是這次設計的大體步驟： 首先是關于電動機的選型與設計————然后是關鍵的減速器和聯(lián)軸器的有關設計————接著便是翻找資料對滾筒的設計和計算————然后是具體的有關主軸的設計————最后是其他需要的零部件的設計。 64 第三章、電動機的選擇 所有電動機分交流電動機和直流電動機，一般來講，直流的結構更加的復雜，所以價格也會比較昂貴，一般在工業(yè)上使用比較多的是交流電動機，因為生產用電一般都是三相電，并且因為電動的運動需要隨時根據(jù)信號進行運轉或者停止，這就要求電機的轉動慣性小，具有一定的過流承載能力。 3.1 電動機的確定 ———提升機功率 由已知： N V取 則： 電動機所需功率[5]： 其中 則 決定選用電動機的轉速為900～1010r/min，查設計手冊[5]，選型號為YZR280S—6的電動機，這個電動機的功率P為63Kw，它的轉速為轉速n為980r/min，額定轉矩為2.0，需要電壓380V。 3.2 傳動比的確定 設比為i=18/1，滾筒轉速: 分配傳動比: 電動機的輸出端與聯(lián)軸器相連接，而聯(lián)軸器又和減速箱相連接，當分配傳動比時決定因素在于減速器： 其中，——為總的傳動比 ——為減速器上的傳動比 方案采用二級減速機，其傳動比分配按所需要的圓柱齒輪減速器來進行： 式中，——高速級的傳動比 有 ： 得到 3.3 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 1）首先確定各軸轉速[5] Ⅰ軸轉速為： 其中， ——為滿載時的轉速（r/min） ——為減速機I軸與電機軸的傳動比 有 Ⅱ軸的轉速為： Ⅲ軸的轉速為： 設計中提升機的主軸和減速器的連接采用鼓形齒式聯(lián)軸器， =54.4r/min 計算各軸的功率: Ⅰ軸功率為： Ⅱ軸功率為： Ⅲ軸功率為： 計算各軸的轉矩為: 電動機軸的轉矩為： Ⅰ軸的轉矩為： Ⅱ軸的轉矩為： Ⅲ軸的轉矩： 第四章、減速器的設計 4.1.齒輪的傳動 4.1.1高速級的齒輪 1.齒輪材質、齒數(shù)、類型的確定 根據(jù)設計經驗，減速箱的一級傳動齒輪中，相互嚙合的齒輪常采用斜齒輪，因為斜齒輪相比于直齒輪，具有更好的傳動穩(wěn)定性，并且震動和噪聲都比較小，所以本次設計的減速機的一級傳動系統(tǒng)內也采用斜齒輪進行設計。齒輪傳動計算的步驟如下[6]： 1） 因提升機的轉速不高，取安全系數(shù)為1.25，從加工經濟型考慮，采用軟齒面，關于齒輪材料的選擇上小齒輪我決定選用為ZG340—640、它的硬度不高為210HBS；大齒輪的材料我選擇為ZG340—640、它的硬度是250HBS。 2） 我選用的精度等級為7級。 3） 對于齒輪的齒數(shù)初步確定小齒輪的齒數(shù)為，大齒輪的齒數(shù)為 4） 初步選定的螺旋角為 2. 跟據(jù)齒面的接觸強度進行計算 根據(jù)書本進行計算： 以下是設計中所用到的數(shù)據(jù) 1） 2） 3） 有 4） 通過計算得到小齒輪的轉矩為 5） 齒寬系數(shù)為 6） 所用彈性影響的系數(shù)為 7） 算出應力的循環(huán)系數(shù)為: 8） 算出接觸疲勞壽命的系數(shù) 9） 接下來計算接觸疲勞的許用應力 選用安全系數(shù),算出: 3 .算出齒輪的各個參數(shù) 1） 算小齒輪的分度圓直徑為： 2） 算出小齒輪的圓周速度為： 3） 算出小齒輪寬和小齒輪的摸數(shù)： 4） 算出齒輪縱向重合度： 5） 算出齒輪的載荷系數(shù)： 選用齒輪系數(shù) 有，并且為級精度，按照設計手冊，小齒輪的動載系數(shù) ， 齒向載荷的分布系數(shù)為： 齒向載荷的分布系數(shù)為 并且 所以載荷系數(shù)為： 6） 計算分度圓的直徑： 7） 計算齒輪的模數(shù)： 4. 按齒根彎曲強度的設計[6]： 1） 確定所需要的數(shù)據(jù) a. 算出載荷的系數(shù)為 b. 得到縱向重合度 ，選用螺旋角的影響系數(shù)為 c. 求出個齒輪當量齒數(shù) d. 翻手冊得到齒形系數(shù)為: e. 翻手冊的應力校正系數(shù)為： f. 求出大、小齒輪的 通過算出的數(shù)據(jù)得到小齒輪的數(shù)值大于大齒輪 2） 算出齒輪彎曲強度: 取已可滿足彎曲強度。所以分度圓的直徑為,算出齒數(shù)為： 所以，得到 5. 幾何尺寸計算[6] 1） 查手冊算中心距 取中心距為 2） 通過中心距得到螺旋角為： ` 3）接下來算出兩個齒輪的分度圓直徑為 4） 然后算齒輪的齒寬為 ?。? 4.1.2 低速軸齒輪傳動 1.齒輪類型、材質、齒數(shù)確定[6] 1）. 因輸出轉速低，扭矩大，決定采用直齒圓柱齒輪。 2）選則小齒輪的材質為ZG340—640、它的硬度是210HBS；選擇大齒輪的材質為ZG340—640、它硬度為250HBS。 3） 精度選擇為7。 4） 初選小齒輪的齒數(shù)選擇為，大齒輪的齒數(shù)選擇為，大齒輪齒數(shù)取 2． 根據(jù)齒面的接觸疲勞強度來進行計算設計[6] 1） 根據(jù)需要得以下參數(shù) a. 載荷的系數(shù)為 b. 轉矩： 其中， ——Ⅱ軸的轉矩 ——Ⅱ軸的功率， ——Ⅱ軸的轉速 c. 取齒寬系數(shù) d. 彈性影響系數(shù) e. 小齒輪的接觸疲勞極限為 ；大齒輪的接觸疲勞極限 為 f. 求出應力循環(huán)的次數(shù)為 g. 接觸疲勞使用的壽命系數(shù) ， h. 求出接觸疲勞的各個許用的應力為 2） 求出所需要的各數(shù)值 a. 計算求出熊齒輪的分度圓直徑，然后將其放入中比較小的數(shù) b. 算出圓周的速度v C． 算出齒輪寬度b d. 然后求出齒輪寬度與齒輪高度比為 因為齒輪的模數(shù)為： 計算出齒輪高度為： e. 算出所需要的載荷系數(shù) 查設計手冊得動載系數(shù)： ，，使用系數(shù) 則： 將數(shù)據(jù)代入后得： 由 ， 得： 故載荷系數(shù) f. 首先計算分度圓的直徑為： g. 再算出模數(shù)為m 3. 通過齒根的彎曲強度進行計算得 查手冊得設計為 1） 以下是設計中用到的數(shù)值 a. 小齒輪，大齒輪的疲勞強度為 b. 齒輪彎曲疲勞壽命所用到的各個系數(shù)： c. 求出需要的彎曲疲勞許用的應力為 選擇s=1.4，求出： d. 求出需要用到的載荷系數(shù)k e.. 翻手冊得到齒輪的齒形系數(shù) 取用： f. 翻手冊得到應力的校正系數(shù)為 取用 ： g. 由公式求出各個齒輪 通過計算得到的數(shù)據(jù)表明小齒輪的齒數(shù)大于大齒輪 2） 翻手冊根據(jù)公式計算數(shù)據(jù) 通過接觸強度解出分度圓的直徑為， 接下來求小齒輪的齒數(shù)為： ?。? 然后算出大齒輪的齒數(shù)為 ： ?。? 4. 求出各個需要的數(shù)值 1） 首先確定分度圓的直徑 2） 然后算出所用中心距 3） 求出所用到的齒輪的寬度為 通過計算選用 ： 5. 進行最后的校核得到 所示，進過校核設計合理。 6. 其他參數(shù)的計算 因 ， 則： 可做成實心結構，Ⅱ軸小齒輪， 則： 4.2 軸的設計 4.2.1 輸入軸的設計 1. 根據(jù)減速器的傳動功率，設計高速軸選用45鋼，加工后進行調質處理。 2. 選用軸的最小直徑為： 通過翻書，查到：，所以嘗試軸的最小直徑為 軸Ⅰ設計了與聯(lián)軸器連接的鍵槽，所以直徑需增大5%～7%，取6% 則 ： 所以 計算聯(lián)軸器的轉矩： 通過一系列篩選比較，選 然后 ： 按照書本以及其他相關選用材料和選用條件篩選比較得到，本次設計的輸入軸采用的聯(lián)軸器型號為：HL4型彈性柱銷聯(lián)軸器，半聯(lián)軸器的孔徑=45mm，長度L=112mm，半聯(lián)軸器與軸配合長度=84mm，公稱轉矩為1250000， 3. 軸的結構設計[6] a.確定軸的結構 根據(jù)設計計算的結果，初步對該軸進行了設計，如下圖4.1所示，并且標明了各個階段的長度，以及直徑、倒角等參數(shù)。 圖4.1 I軸的結構簡圖 b. 初步選擇滾動軸承 因Ⅰ軸同時承受徑向和軸向載荷，并且根據(jù)=52mm。因此我決定選用角接觸球軸承它的型號為7211C，，因此，得到 7211C的定位軸肩高度h=4.5mm，取=64mm。 c. 齒輪軸中齒輪=145mm。同時我選擇左側肩長=8mm，右側肩長20mm。 d. 已知軸承寬B=23mm，將齒輪距箱體內壁間距a=16mm，Ⅱ軸上的大齒輪與小直齒輪的安裝間距設計c=20mm，可以取 通過以上數(shù)據(jù)已經確定各段的基本情況 4. 關于軸上的其他所用的固定 軸上齒輪和半聯(lián)軸器與軸全采用平鍵與軸配合，因，半聯(lián)軸器處選用的平鍵尺寸為：，軸上的聯(lián)軸器與軸的配合為H7/k6。軸與軸承的尺寸公差為m6。 翻手冊軸端的倒角選用為c為 測軸肩a、b、c、d、e、f等處的圓角半徑分別取R1.6、R2、R2、R2、R2。 6. 計算軸上的所有載荷 a. 得到軸的計算簡圖,如圖4.2，因軸承a=20.9mm，所以，計算出軸蘇需要的支撐跨距是。 求得， b. 接下來我要算出軸的，和 通過得到的條件算出： 然后要計算出小斜齒輪的分度圓直徑： 知道，算出 有： 由此得到圖(a)確定出所需要的各個力的方向。 c. 接下來需要得到水平方向的支反力以及水平彎矩； 通過 得， 得到(b) 求c處的水平彎矩： 得到（c）。 d. 然后算出垂直方向的支反力和垂直還有彎矩 通過 得， 得到d c處的垂直彎矩為： 得到（e） e. 接下來計算出總的彎矩 得（f） 圖4.2 I軸的載荷分析圖 f. 圖g為扭矩圖。 7. 對軸的強度進行校核[6] 我們通過上述作圖分析和計算，并且結合零件圖，我們可以知道在截面C處的結構比較危險，所以進行校核的時候，只需要對C處進行校核即可，取 軸的計算應力： 取 則： 可見： ， 因軸的材料為45鋼，故可知 通過計算，可我們可以看到軸的結構強度滿足使用要求。 8. 對于使用鍵的校核[6] 半聯(lián)軸器處的鍵尺寸：，對其進行校核。 其中，通過上公式得它們的接觸高為 K=0.5h，h表示為用到的鍵的高。 通過選擇設計按照圓頭平鍵來進行，得到鍵的長的為： L=L-b=50-10=40mm 公式里的d 是軸的直徑 則： 根據(jù)鍵槽的材質，知： =60～90Mpa 可見， <，所以可以看出我設計的鍵槽的強度符合我的設計要求。 接下來是齒輪軸轂與軸連接平鍵的校核， < 通過計算可以看出，我選用的平鍵的強度也滿足要求。 9. 聯(lián)軸器的校核[6] 扭矩驗算 K——工作系數(shù)，取 所以，可知聯(lián)軸器符合設計需求。 4.2.2 中間軸的設計 1. 材料45鋼，調質處理 2. 初步確定軸的最小直徑[6] 故?。? 初選圓錐滾子軸承，根據(jù)，根據(jù)機械設計，取軸承30313，尺寸，同時因為軸承內側采用套定位，所以取。 3. 軸的結構設計[6] 1） 設計過程與上述類似，結構設計草圖如圖4.3。 選左側平鍵。按， 選右側平鍵。按， 2） 確定軸的各段直徑和長度 a. 已知斜齒輪寬150mm，故取。 b. 又因斜齒輪與直齒輪間距20mm，取。 c. 因中間軸齒寬160mm，取 。 因采用的軸承尺寸，故， 。 圖4.3 II軸的結構簡圖 d. 因軸承的安裝尺寸為d=77mm，所以。關于中間軸上的兩個齒輪，它們之間我設計為軸肩定位，肩高h=（0.07～0.1）d=（0.07～0.1）77，我選用h=6mm，于是得到軸環(huán)。 4. 中間軸的兩個齒輪和軸的鏈接形式均采用平鍵。按，選平鍵，取兩齒輪與軸的配合均為H7/K6，軸承與軸配合處的尺寸公差取值為m6[7]。 5.確定其他尺寸 翻手冊取軸端的倒角c為 ，所以接下來排列出的a開始f結束的各個圓半徑分別取成R2、R2、R2、R2.5、R2.5、R2。 6. 計算軸上的載荷 a. 根據(jù)我的選用要求，如圖4.4所示，根據(jù)圖來進行接下來的設計。 確定軸承的支點位置，因30313型軸承，得到a=29mm，得到， ， 得到大齒輪上的力是： 同樣得到小齒輪上的各個力是： 通過計算得到圖（a）表達出各個方向。 接下來求水平方向的支反力，用圖（b）所示 則： d. 計算B、C水平彎矩，并做彎矩圖，（C）所示，則： e. 垂直面受力圖，如圖（d）所示 根據(jù)條件： 則： 根據(jù)： 則可知： f. 求出點B、點C的垂直彎矩然后做出彎矩圖，彎矩圖為（e）。 圖4.4 II軸上的各載荷 g. 求出總的彎矩并做出圖，圖f為總的彎矩圖。 h． 作轉矩圖，（h）所示 7. 校核軸的強度[6] 截面C是比較危險，因為對該處進行校核。 由式 ： 其中， 則： 所以，進過計算，可以知道強度滿足設計要求，所以安全。 8. 鍵的校核[6] 大斜齒輪處鍵的尺寸為：，對其進行校核，根據(jù)如下公式進行計算： 將參數(shù)帶入上述，得： 根據(jù)鍵的材質得知： =（60~90）Mpa 那么，我們可以知道≤ ，所以，可鍵的強度滿足設計要求。 小直齒輪處鍵，對其進行的校核計算。 計算過程同上， 可見，該鍵的強度也滿足設計要求。 4.2.3 輸出軸的設計 1. 首先選擇材質為45鋼，然后進行一些后期的處理。 2. 首先確定一下軸能用的最小直徑 得到 初選角接觸軸承，根據(jù)，選7220C型軸承， ，故，取。 3. 軸的結構設計[6] 1） 確定各軸段直徑及長度 a. 結構草圖如圖4.5。 b. 因我選的7220C軸承的定位軸肩高為 c. 取直徑為，通過之前確定出齒輪寬度為155mm，所以的。我選擇的定位方式用軸肩定位，用齒輪左軸肩， 通過計算得到高h=（0.06～0.12）d=6~12（mm）。我選擇h=7.5mm，得到軸右度為，取， 圖4.5 III軸的結構簡圖 d. 因軸承安裝尺寸的問題，所以，考慮到裝配的要求，。 e. 將輸出軸直徑取值45mm,，半聯(lián)軸器取L=120mm，故取。 其余設計尺寸如圖4.5所示。 考慮到轉矩變化和沖擊，故取， 則： 4. 然后求軸上的各個零件軸向的固定 首先齒輪、半聯(lián)軸器與軸均采用平鍵連接，按，選平鍵。槽長為110mm，配合為H7/k6，半聯(lián)軸器處平鍵 ，配合為H7/k6。滾動軸承與軸尺寸公差為m6。 5. 確定軸上的圓角的尺寸和軸上的倒角的尺寸 翻書選用軸端倒角C為 a、b、c、d、e、f處各個圓角都分為R2.5、R3.、R2.5、R2.5、R2.5、R2.5。 5. 求軸上的各處的載荷[6] a. 通過計算畫出軸上的計算見圖為（a）。 翻書求解得到以下數(shù)據(jù)為 由此得出大齒輪上受到的力為下 b. 求出水平方向上的各支反力，畫出圖（b） 通過 ： 得到 ： c. 通過得到的數(shù)據(jù)，畫出水平方向彎矩圖（c） d. 通過得到的數(shù)據(jù)，做出圖（d）垂直面受力圖 通過 得到 e. 通過得到的數(shù)據(jù)，做出圖（e）垂直面彎矩圖 f. 作出合成彎矩圖，如圖（f）所示 6. 校核軸的強度 B處危險，對該處進行校核，則根據(jù)下式 如前所述， 則，可知： 所以，根據(jù)計算，可軸安全 7. 鍵的校核[6] 齒輪處平鍵，根據(jù)前面的計算方法，得： 圖4.6 III 軸的載荷分析圖 通過計算，我們可以發(fā)現(xiàn)在該軸的尺寸與軸的鏈接處，因為計算得到擠壓強度不能滿足設計要求，所以決定采用雙鍵，并且設計成布置的方式進行放置鍵槽。 鍵的工作長為： 則可知： 經過對鍵的計算和校核，可以發(fā)現(xiàn)，設計結構形式滿足要求。 8. 聯(lián)軸器的校核 按照所受的扭矩進行計算 通過以上計算比較得到所選聯(lián)軸器滿足要求。 4.3 箱體設計及尺寸的計算[9] 名稱 單位（mm） 箱座壁厚 箱蓋壁厚 箱座、箱蓋、凸緣厚座b 箱座底凸緣后座 地腳螺釘直徑 地腳螺釘數(shù)目 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 聯(lián)接螺栓的間距L 軸承端蓋螺釘直徑 窺視孔蓋螺釘直徑 定位銷直徑d 、、至外箱壁距離 、至凸緣邊緣距離 軸承旁凸臺半徑 凸臺高度 外箱壁至軸承座端面距離 鑄造過渡尺寸k、h 大齒輪頂圓與內壁距離 齒輪端面與內壁距離 箱蓋、箱座筋厚、m 軸承端蓋外徑 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 第五章、鋼絲繩的選擇 1. 根據(jù)任務要求，我們首先對鋼絲繩的參數(shù)記性確定，首先是確定每米重P,按如下公式進行[10]: 其中， ——一1次提升的重量 ———箕斗本身重量 ———極限抗拉強度,用 ———安全系數(shù)，用 ———最大懸垂長度 式中 ， ———井架的高度，用22m 2. 標準鋼絲繩確定[11] 根據(jù)實際的使用其概況，結合經驗進行選擇，初步擬定選擇使用普通的圓股繩型號為為的鋼絲繩。 這個型號的鋼絲繩參數(shù)為：繩的直徑為d=12.5mm；鋼絲的直徑為mm，P=0.5412Kg/mm，極限抗拉強度，斷裂力，總斷面。 進行計算，可按如下公式進行。 通過上述的求解，確定這個型號的鋼絲繩滿足我設計的要求。 3. 鋼絲繩的最大靜拉力[11] 第六章、滾筒的設計 在計算上，在滾筒輸入軸與減速箱的輸出軸之間也采用的齒輪嚙合的設計形式，接下來進行對滾筒的相關設計及參數(shù)的確定。 6.1 滾筒有關尺寸的計算 1. 計算出滾筒的直徑[12] 通過 得： 2. 對計算結果進行求證 通過計算求證表明D=1320mm非常符合設計要求。 3. 接下來求出滾筒的寬度 其中字母表示， ——主井的提升高度 ——兩繩圈之間的間隙，用 6.2 滾筒的結構設計計算 筒木襯制繩槽，所以可知槽深： d——鋼絲直徑 兩相鄰溝槽的中心矩： 取 圖6.1 滾筒結構簡圖[12] 6.3 滾筒的強度計算 這個計算是為了證明設計的合理性，一切應力在滾筒的可承受范圍內 6.3.1 筒殼的計算載荷 1. 首先要求出筒殼的外部承受的載荷 其中單位面積內壓力[12] 通過 得到， ———為鋼絲繩的最大靜拉力 ———筒殼厚度的平均半徑 ———兩纏繞繩圈的間距 2. 接著要求出鋼絲繩拉力能降低多少 通過， 其中， —變形修正系數(shù) ，我用 ，筒殼頂端位置我用， ———筒殼的寬度 其中，—鋼絲繩的彈形模數(shù)，，用 ——表示為筒殼彈性模數(shù)， ——表示為鋼絲的橫街面積 ———表示為筒殼的厚度， ———兩繩圈相互纏繞的節(jié)間矩離， 其中： （取自筒殼的中間位置） （取自筒殼的頂端） 通過計算，表明兩者差距不大，所以我用 6.3.2 筒殼強度的校核 1）. 分片段進行校核，首先校核自由段[12] 首先該滿足自由段的長度設計 用 式中 —滾筒半徑 —筒殼厚度 因為查閱資料， 許用壓縮應力 因筒徑，寬，我選用其直徑為，其節(jié)距， 纏滿一層需要圈數(shù)，長度 鋼絲繩懸垂為，因此纏繞第二層需要圈數(shù) 2） 求出一層纏繞時的壓縮應力的大小 其中字幕表示， S——為最大靜拉力（Kg）， h——為筒殼厚度（cm）， t——為纏繞節(jié)矩 ， ——降低系數(shù)， 3） 當?shù)诙永p繞時應滿足壓縮應力乘以纏繞系數(shù) 并且 其中， 所以， 通過以上計算不難看出，設計的壓縮應力滿足設計要求。 6.3.3 支輪處筒殼應力的校核 通過計算得到筒殼的壓縮應力[13]： 其中，。 ——單位面積壓力， ———筒平均半徑， h——筒殼厚（cm）， 其中， 筒殼的壓縮應力為： 由此得出總的應力為： ———表示為波桑比， 通過以上計算結果不難看出所計算都滿足與設計要求。 6.3.4 支環(huán)處筒殼應力的校核 首先要計算出在焊接的點的壓縮應力是否滿足條件： 其中，——表示為剛度系數(shù)，翻手冊得通常情況下，在這里我選用 其中， ——表示為拉力降低系數(shù) 計算出彎曲應力為： 合成應力為： 通過以上計算表明設計滿足要求，暫無不妥。 6.4 筒殼的強度穩(wěn)定性校核 首先要判斷筒殼是否滿足設計要求： 其中， ——臨界單位壓力 ——安全系數(shù)，， 這里我選用 其中， 在上式中， ———表示為筒殼的臨界長度 得到， 由此比較 通過上述計算可以判斷出筒殼的強度穩(wěn)定性滿足我的設計要求。 第七章 主軸的設計 1.通過生活知識常識我們明白礦用提升機的使用過程中，要克服的負載力包括了牽引力，這個牽引力在提升機的升降過程中，是不斷的變化的。 2.在主軸的運動過程中，一旦遇到突然的制動信號，電機會在制動器的作用下立即停止運動，并且減速箱也會停止，主軸則會隨著變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)，所以我們可以知道主軸的類型應該是轉軸。 7.1主軸的結構設計 1. 根據(jù)提升機卷筒設計的對稱性結構，我們可以知道滾筒內的軸的結構也應該是對稱的，所以我們記下里就是對軸的計算和校核。在剛開始設計軸的地點，首先確定軸的最小直徑。 滾筒軸可以采用45鋼，加工完成后，我們需要對該軸進行調質處理，以便于增強硬度。 由 : 軸最小直徑與齒輪連接，并且改端需要與齒輪連接，用的鍵槽設計，所以需要對改端的軸進行加厚處理，軸徑應增大3%，則 故 結合 ，將主軸的兩端的支撐軸承采用圓柱滾子軸承，型號為N220，該軸承的參數(shù)如下：尺寸，故，長L=B=34mm，設計出主軸如圖7.1所示 圖7.1 主軸結構簡圖 根據(jù)設計的設計經驗，并且查閱先關的設計資料，我們將上圖中的軸的尺寸進行了確定，、 、根據(jù)相關條件，我選擇鍵的尺寸為， 其中段聯(lián)軸器CICL9型鼓形齒式聯(lián)軸器的參數(shù)為，轉矩為18000，轉矩再后面會用到，孔徑的大小是d=90mm，它的長度212mm，其中半軸器與軸配合的長度為。 7.2 主軸的強度校核 接下來要設計主軸，主軸的強度校核包含以下三個部分的內容。 首先我們要進行剛度上的校核，翻書查出其校核公式為 其中 ， ——表示為主軸的跨度。 7.2.1 求主軸的正常載荷 a ).受力狀況，如圖7.2所示： 首先我們要確定滾筒的重量： 因此求出（得到。把滾筒一分為二，一為p1、二為p2，兩部分分別作用在不同的支輪邊。根據(jù)對稱性，我們可得： b). 確定鋼絲繩纏繞于滾筒上的重量 首先求出一層纏繞時， 接著推導出二層以后， d. 接著我們還要求出和和 以及在鋼絲繩向上提的過程中的力 其中， ——表示為拉力降低系數(shù) 根據(jù)所求得的數(shù)據(jù)，列出以下表 表7.1 扭矩及自重 工 況 i T（i）/N 纏繩位置 自重 1 11096.45 筒殼右端 3096.45 2 9998.5 筒殼左端 3109.45 7.2.2 支反力的計算 接下來應該對主軸進行受力分析。在對主軸上的力分析時應從不同平面入手即垂直面與水平面。 得到，還有，， 得到其中1中情況： 首先通過豎直面進行分析畫出圖8.3： 圖8.3 其1情況分析 接著通過水平面進行分析畫圖8.4 7.2.3 按彎扭組合校核強度 首先通過計算得到的數(shù)據(jù)畫出彎矩圖8.5 （1） 工況1： 7.2.4 正常載荷下主軸強度驗算 首先我們要通過疲勞強度進行判定是否合格 其中： ，———都分別為實際的安全系數(shù) 這里面： ———表示為彎曲疲勞的極限，在這里我用 ———表示為剪切疲勞極限，我選用 ，———表示為應力的集中系數(shù)， ， ———表示為尺寸系數(shù)， 我選用 ———表示為表面的光潔度系數(shù)， ， ——都表示為折算系數(shù)， ， ，——兩個都表示為扭轉及彎曲應力幅 因為扭轉應力是脈動循環(huán)，所以： 其中： ——表示為主軸一處的抗彎截面系數(shù) ———表示為主軸2斷面處的抗扭截面模數(shù) 式中： ——表示為計算的直徑 ，——表示為彎曲及扭轉的平均應力 通過以上計算表明我的設計滿足要求，并沒有不合格之處。 總 結 本次畢業(yè)設計的題目是針對礦用提升機而進行的研究，創(chuàng)新性的設計對提升機進行設計，要求提升機在執(zhí)行任務時可以達到任務要求，對設計安全性提出了新的要求，對材質進行了選型等工作，良好的提升機設備，不僅使用壽命長，而且在使用中具有良好的制動效果，保證了提升機的使用安全性，同時也保證了人身安全和設備安全，所以在實際的使用上，如果設計形式滿足理想的使用要求，則意義是十分重大的。 在礦用提升機的結構組成中，設計主要包括了驅動電機的型號的選擇、聯(lián)軸器的選擇、減速機構的設計和計算、卷筒裝置的設計以及鋼絲繩的選擇計算等幾個部分。 （1） 首先通過對相關的國內外文獻綜述，講述了礦用提升機的結構形式，以及發(fā)展概況。 （2） 對礦用提升機的聯(lián)軸器類型進行了說明，并結合本次設計的具體用途，選擇合適的聯(lián)軸器、根據(jù)使用要求，對電機進行了選型。 （3） 對礦用提升機的減速機構進行了類型的選擇，對齒輪的參數(shù)、傳動比、模數(shù)、齒數(shù)等等進行了計算和說明，對各級軸進行了相應的設計和強度校核，對軸承進行了選型并且對使用壽命進行了計算和說明，對減速箱的其他結構進行了說明。 （4） 對減速機的輸出軸、主軸、滾筒、鋼絲繩的選型等進行了說明和相應的計算。 本次設計綜合來講，是一項綜合性的學科知識融合而進行設計的一個畢業(yè)課題，不僅需要對機械專業(yè)的知識有過硬的掌握，而且需要對工藝、焊接等等知識進行了介紹，結合咨詢老師的方式對整體進行了設計，為了適應時代的需求，就要多加學習，不斷的將自己的能力推向前進。 參考文獻 [1] 洛陽礦用機械研究所編. 礦井提升機. 機械工業(yè)出版社出版.2012.3. [2] 蘇聯(lián) 布·勒·達維道夫著. 礦井提升機的計算和設計. 煤炭工業(yè)出版社.1982.1. [3] 范家駿編. 礦井多繩提升機選型設計. 煤炭工業(yè)出版.2011.2. [4] 中國礦業(yè)學院主編. 礦井提升設備. 煤炭工業(yè)出版社.2009.10. [5] 路玉,何在洲等主編. 機械設計課程設計. 機械工業(yè)出版社.2006.4. [6] 濮良貴,紀名剛主編. 機械設計.7版. 高等教育出版社.2006.5. [7] 吳宗澤主編. 機械設計. 中央廣播電視大學出版社.2014.2. [8]朱正心.機械制造技術.北京：機械工業(yè)出版社，2014 [9]?潘英．礦山提升機機械設計．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2001? [10]?許福玲，陳曉明．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2014.7? [11]?周世昌．液壓系統(tǒng)設計圖集.北京：機械工業(yè)出版社，2010.1? [12]?馬天平，張子哲，倪華英，李利芳．液壓盤式制動器的性能特點及應用．太原重型機械集團．冶金設備．2012年12月第6期? [13]?孫素娟．提升機盤形閘現(xiàn)狀及碟形彈簧試驗分析.唐山洞北能源職業(yè)技術學院．煤炭技術．2006年6月，第25卷第6期? [14]?任保才，杜習波，鄭蘭蕊，王振峰．落地式多繩摩擦提升機液壓制動系統(tǒng)可靠性分析．焦作，河南理工大學；許昌，許昌新龍礦業(yè)有限責任公司.煤礦機械．2006年10月，第27卷第l0期? 致 謝 從開始做設計到現(xiàn)在歷時4個多月，終于將走到結尾階段，過程雖然很辛苦，但也從中學到很多知識，掌握到很多解決問題的方法，首先我要感謝我的指導老師，本次設計由咸成吉老師指導，在這里首先感謝咸老師的悉心教導，在設計過程中遇到過很多自己難以解決的問題，多虧有咸老師耐心教導，大學四年在這設計結束后終于圓滿畫上句號，四年大學生活中，感謝諸位老師的傳道受業(yè)，沒有諸位老師的悉心教導。就不會有現(xiàn)在成熟的我，老師們不僅在學業(yè)上給予我?guī)椭谏钌?，社會中給予我很多幫助。 在這里我還想要感謝一下圖書館的老師，在我去圖書館借閱讀書時，是他們給我指明自己所需要的書，也給我推薦了很多我沒有注意到的書，更是提了很多我沒有想到的設計方面，我沒有想到圖書館的老師竟然有那么淵博的知識，非常感謝他們，他們給了我很多收獲。 感謝培養(yǎng)教育我的延邊大學，學校的學習氛圍，舒適的學習環(huán)境讓我終身難忘，在這里最后衷心祝愿，母校蒸蒸日上，勇創(chuàng)佳績。也感謝對我傾囊賜教，孜孜教誨的老師和師長。祝恩師們身體健康，家庭幸福。