JM14慢速绞车设计含7张CAD图
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外文资料Our coal mine safety analysis China mining university professor, tutor of the energy industry LinBaiQuan in China, in coal energy production and consumption structure of 70 percent by 2050, expected will be 50% above. Therefore, the coal for a long period in China will still be the main energy. At present, Chinas rapid economic growth in the development of the coal industry and put forward higher request. Therefore, we must strengthen the safety production in coal industry, ensure the sustainable, stable and healthy development. Current situation of coal mine safety in production Our 95% of coal mining is working underground. Coal mining enterprises accounted for a death accident than 10 people especially the accident to the al (72.8%); 2002-2005, Coal mining enterprises death 10 or accident, the gas accidents accounted for the death toll from 71 percent. Coal faces serious disasters and accidents are quite serious, and the loss is very heavy. Due to the coal mine accident, the death toll in China, causing the million tons mortality rates remain high coal mine. Especially the coal gas accumulation (especially important and the frequent disasters), the national property loss of life and citizens, and seriously affected our countrys international reputation. In fact, these gas accident is not an accident, it is before mine production process, the existing problems on many aspects involving exposure. Both natural factors and investment in science and technology and the limitations of the study, also somebody for factors and the countrys system, management and economic policy, social traditions, coal enterprise culture quality, etc. Coal production problems Chinese coal natural occurrence condition and complicated impact factors of coal mine safety in production, is the objective factors causing accidents. Chinas coal mining coal gas, mostly low permeability and complex geological structure, easy in mining, but in the gas drainage, gas when excavating large amounts of radiation, plus mining coal mining complex geological conditions and the expansion of the scale of intensive degree, mining, improve mining induced stress in coal and rock fracture, and the gas field of flow field changes more complicated and changeable, under certain conditions, and likely to cause of coal and gas outburst of gas and the gas emission, sudden accidents. At present, under the condition of the energy supply of coal and gas outburst mines is constructed.the, could not take off the production. Therefore, only is developed and the corresponding safety technology to ensure high and gas outburst mines coal mine safety in production. The technology of coal mining enterprises positioning accuracy is subjective factors. Long-term since, the coal mine in peoples mind is the technical level is not high, low requirements of labor-intensive industries, so for a long time, technology and equipment level of investment, industrial technology talent shortage, labor efficiency is low. An army team in a highly dangerous operation environment of labor, once appear, gas (coal-dust explosion, mines etc), fire accidents caused heavy losses, even to the destruction of the entire ore. And the United States, Australia and other advanced countries, highly mechanized coal mine, the staff of roadway, suggested layout is concise, large area, the wind tunnel, once produce reckoning, easy to evacuate, casualties. In addition, the researchers working in coal mines, in a certain sense is hazard, once appear, violate the assignments (intentions), it may cause an accident. Therefore, to high-risk industries should be possible, reduce realize mechanization. At this point in the society has the long-term. Therefore, the suggestion will be listed in national coal mine, give necessary high-risk industries, build coal industry admittance system, even in the new mine design, technical level and the need to improve productivity of Labour. Most of the low level of technology, coal personnel quality is low, engineering and technical personnel, difficult to adapt gap at the environmental requirements. Due to the coal industry, low labor productivity difference in wage income, more than 20 industry in the bottom, and the second job hazard, working environment, labor intensity big, bad working long hours. This is caused by the loss of talented person, engineering, technology, management talent gap and are willing to more coal long-term job professionals phenomenon. Basic work safety technical equipment, is objective existence deficiency of reality in recent years, along with the country for coal mine safety and mine safety equipment, has greatly improved, but also the safety facilities in mine, many reach requirements. Therefore, the suggestion of coal mine safety, improve coal mine safety in production. Coal is the objective reality imperfect tax in our memories, tax reform, adopting the value added tax of 17%. Belong to primary products, because of different coal in mechanical and electrical products, no value, is the raw material products, this is obviously not applicable tax rates, so the three to four percentage points. But the author think enough, shall be further lowered rates. In addition, in order to protect state-owned resources and reduce the pollution caused by the KaiCaiSuo resources, we think ZiYuanFei collection of coal and environmental protection should be in charge of state compensation shall be the standard input, according to the natural geographical environment, the quality of coal and coal mining system (state-owned, collective and individual) and different, in order to reflect on under the condition of market economy relatively the principles of fairness and improve the recovery of resources. For high coal mines shall be will reduce taxes into the safety and environmental purposes. The countermeasures and measures should be taken At present, although grim coal mine safety in production, but also has many advantages: the founding decades have multiple technical team and revision of coal mine safety procedures and coal and gas outburst, such procedure rules of specialized coal mine safety research institutions and universities, Many large coal mining enterprises and their outburst prevention, should say to the gas accidents is totally possible frequent. China has the world advanced level of both the shenhua group, there are also in high and gas outburst dangerous conditions, for many years of production safety and the realization of huainan coal group company of pingdingshan, etc. The enterprise of technology and management experience, we do for coal mine safety production is very valuable. In order to reverse current condition of coal mine safety in production, mainly adopt the following countermeasures and measures: To strengthen the training of employees, improve the quality of the employees, reduce the unsafe behavior of the people. Should intensify in recent years, proclaiming disaster accident examples, experience and lessons, to improve the quality of a leader and level of disaster accidents and improve their proactive and accident with the ability to handle. The subject of surveying, the country gives professional hard and signed scholarship students after graduation in coal mine enterprises work experience. At the same time, improve the technical personnel working in coal mine, the treatment of coal industry practitioners minimum wage, improve their work environment, to ensure the coal succeed somebody. Strengthen scientific research work, to improve the level of production safety, establish safe production system of nature. Our level of safety management of coal mining technology continuously strengthened, and constantly improve the level of coal gas, but major accident still occur frequently. The direct cause of the accident is the complexity of coalbed gas enrichment conditions, the original safety technology and has been difficult to adapt to current theoretical basis for coal mine safety efficient production of urgent need. Therefore, should further strengthen scientific research work, especially for the mining conditions should be studied, so as to establish safe production system, nature of foundation. For high and gas outburst mines shall formulate special policy, take special measures and healthy development. High and gas outburst mines occurrence condition and existing resources to induce the accident, but also have relatively rich, the gas resources. The state shall formulate the policy for its special, reduce ore, especially for constructed.the gas outburst mines, the tax amount will be less tax subsidies for safety of coal mine, in order to improve the safety conditions of mine, At the same time, encourage the development and utilization of gas drainage of gas and the gas in the process of development and utilization of tax cuts, encourage shall be issued by the gas generation, the electricity grid can not limit and discrimination.中文译文我国煤矿安全现状分析中国矿业大学教授、博士生导师林柏泉在我国的能源工业中,煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70左右,预计到2050年还将占50以上。因此,煤炭在相当长的时期内仍将是我国的主要能源。当前,我国经济的快速增长,对煤炭工业发展提出了更高的要求。为此,必须加强安全生产,确保煤炭工业持续、稳定、健康发展。 当前煤矿安全生产形势 我国95的煤矿开采是地下作业。煤矿事故占工矿企业一次死亡10人以上特大事故的72.8至89.6(20022005年);煤矿企业一次死亡10人以上事故中,瓦斯事故占死亡人数的71。煤矿所面临的重大灾害事故是相当严峻的,造成的损失是极其惨重的。由于煤矿事故多,死亡人数多,造成了我国煤矿的百万吨死亡率一直居高不下。特别是煤矿重大及特大瓦斯(煤尘)灾害事故的频发,不但造成国家财产和公民生命的巨大损失,而且严重影响了我国的国际声誉。 实际上,这些瓦斯事故的发生不是偶然的,它是以往煤矿生产过程中存在问题的集中暴露,涉及许多方面。既有自然因素、科技投入和研究的不足,也有人为因素以及国家的体制、管理、经济政策,社会的传统观念,煤矿企业的文化素质等等。 煤矿生产中的主要问题 对煤矿企业的技术定位不够准确是主观因素 长期以来,煤矿在人们的心目中是技术水平不高、要求比较低的劳动密集型产业,因而长期以来,技术投入不足、装备水平差、产业技术人才匮乏、劳动效率低。把千军万马的队伍放在高度危险的作业环境中劳动,一旦出现瓦斯(煤尘)爆炸、矿井火灾等事故时,容易导致惨重损失,甚至全矿毁灭的现象。 而美国、澳大利亚等先进国家的煤矿,实现了高度机械化,井下工作人员少,全矿的巷道布局简洁,巷道面积大、风流通畅,一旦发生灾变时,易于撤离,伤亡人员少。另外,在煤矿井下工作的人员,从某种意义上讲也是危险源,一旦出现违章作业(有意或者无意),就可能导致事故的发生。所以对高危行业,应最大可能实现机械化,尽量减少人员。这一点在社会上长期未能得到共识。为此,建议国家应当将煤矿列入高危行业,给予必要的投入,建立煤矿行业准入制度,甚至在新矿井设计时,就要求提高技术装备水平和劳动生产率。 大多数煤矿技术水平低下,从业人员素质低,工程技术人员缺口多,难以适应高危环境的要求。由于煤矿劳动生产率低,全行业的工资收入差,在全国20多个行业中排名倒数第2,而且工作危险、作业环境恶劣,劳动强度大,工作时间长。这就造成了人才的大量流失,出现了工程、技术、管理人才缺口多,愿意到煤矿长期工作的一线人才少的现象。 基础工作薄弱,安全技术装备不足是客观存在的现实近年来,随着国家对煤矿安全的重视和投入,矿井安全装备有了很大的改善和提高,但还有许多矿井的安全设施达不到要求。为此,建议进一步加大对煤矿安全的投入,改善煤矿安全生产状况。 煤矿的税制不够完善是客观现实在我们的印象中,税制改革时,统一采用17的增值税。由于煤炭属于初级产品,不同于机电产品,没有附加值,是原料产品,这显然是不适用的,所以税率下调了三四个百分点。但笔者认为还不够,应当进一步下调税率。另外,为了保护国有资源和减少资源开采所造成的污染,我们认为对煤炭应征收资源费和环境保护费以补偿国家的投入,收费的标准应根据自然地理环境、煤质的优劣程度和煤矿开采体制(国有、集体和个体)而不同,以体现在市场经济条件下的相对公平原则和提高资源的回收率。对于高瓦斯矿井,应当将减少的税费投入到安全和环保的用途中去。 应当采取的对策和措施 当前,尽管煤矿安全生产形势严峻,但也存在许多有利条件:有建国几十年来培养起来的技术队伍,有经过多次修订的煤矿安全规程和防治煤与瓦斯突出细则等规程规定,有专业化的煤矿安全研究机构和有关的大专院校;许多大的煤矿企业还有自己的瓦斯防治机构,应该说做到控制瓦斯事故的频发是完全可能实现的。 我国既有具有世界先进生产水平的神华集团,也有在高瓦斯和瓦斯突出的危险条件下,多年来实现安全生产的淮南和平顶山煤业集团公司等。这些企业的技术及管理经验,对我们搞好煤矿安全生产是十分可贵的。为了扭转当前煤矿安全生产的状况,建议主要采取如下对策和措施: 加强职工的培训工作,提高从业人员的素质,减少人的不安全行为。 应当加大力度,宣讲近年来的灾害事故的实例、经验和教训,以提高一线领导人员的素质和水平,提高他们对灾害事故的预见性和发生事故时的应对处理能力。对地矿学科的艰苦专业,国家给予奖学金,并和学生签订毕业后在煤矿企业工作年限的协议。同时,提高在煤矿工作的技术人员的待遇,建立煤矿行业从业人员最低工资制度,改善其工作环境,以保证煤矿后继有人。 加强科研工作力度,提高安全生产水平,建立本质安全化的生产体系。 我国安全管理水平不断加强,煤炭开采技术水平不断提高,但是,煤矿重大瓦斯事故仍然时有发生。产生这些事故的直接原因是我国煤层瓦斯富集条件的复杂性,原有安全技术及理论基础已难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求。因此,应当进一步加强科研工作力度,特别是应当针对当前开采条件进行研究,以便为建立本质安全化的生产系统奠定基础。 对高瓦斯和瓦斯突出矿井应当制订特殊政策,采取特殊措施,以利于健康发展。 高瓦斯和瓦斯突出矿井既有资源赋存条件差和容易诱发事故的一面,同时,又拥有相对丰富的瓦斯资源。国家应当对其制定特殊的政策,既减少对高瓦斯矿,特别是瓦斯突出矿井的税收额度,将少收的税款补助矿井对安全的投入,以改善矿井的安全条件;同时,鼓励其进行瓦斯抽放和开发利用瓦斯,并且在开发利用瓦斯的过程中应减免税收,鼓励瓦斯发电,其所发的电可并网运行,不得限制和歧视。JM14慢速绞车设计摘 要 慢速绞车又称回柱绞车,是用来拆除和回收采煤工作面支柱的一种绞车,也可做其它搬运工作。随着经济的快速发展,煤炭的消耗量也在大幅度的增加,对煤炭的开发利用越来越紧迫,这使得绞车要有很好的技术性能,达到工作要求。JM14慢速绞车安全可靠,结构简单,便于维修和制造,且适用于井下有煤尘或爆炸性气体的环境中,所以在矿山生产过程中应用非常普遍。针对其钢丝绳容易磨损,地锚易松动等缺点,本文通过对JM14慢速绞车结构和参数进行优化设计,克服了传统绞车的这些不足之处,提高了其使用寿命。 本文介绍了国内外绞车的发展现状及国内外绞车存在的一些差距,并介绍了慢速绞车的发展趋势,完成了对绞车所使用的电动机、联轴器、钢丝绳的选型和减速器、卷筒、制动器的设计,还对齿轮、轴、轴承、键进行强度校核,从校验结果证实JM14慢速绞车设计的合理性,满足正常的工作要求。关键字:慢速绞车;减速器;卷筒;联轴器III Design of JM14 Low-speed WinchAbstract JM14 low-speed winch,also known as drawing hoist,is a kind of mechine which is used to tear down and collect the props on the coal face,and it also can be used to draw other things.With the rapid development of economy,the consumption of coal is dramatically increased which makes the coal exploitation urgent, requires winch have very good technical function and meets working requirement.JM14 low-speed winch is safe,raliable, simple and easy to maintain and manufacture.Whats more,it applies for the environment where has explosive gas and coal dust,so this kind of machine is very universal in the process of mining production.As for the disadvantages of the winch,such as the abrasion of wirerope,the loose of ground anchor and so on,these problems will be able to solve by optimizing some construction and parameters to overcome traditional winchs weakness and prolong its span of life. This thesis introduces status quo and the gap of low-speed winch between home and abroad.And also this thesis introduces the growing trend of low-speed winch.This thesis completes model selection of electromotor,coupler and wirerope and the design of retarder,roller and brake.The intensity of gears,shafts,bearings and shaft keys is also checked.The result of intensity check verifies the property of this design and the winch meets working requirement.Key words:low-speed winch;retarder;roller;coupler目 录摘要AbstractI绪论1第一章 总体设计5第一节 传动方案的确定5第二节 钢丝绳的选用及固定6第三节 卷筒的设计计算7第四节 电动机的选择8第五节 传动比的分配8第六节 传动参数的计算9一、各轴的转速9二、各轴的输入功率9三、各轴的输入转矩10第七节 减速器齿轮的设计计算10一、 蜗杆传动齿轮的设计10二、二级圆柱齿轮的设计15第八节 绞车各轴的结构设计23一、蜗杆的总成设计23二、轴的总成设计26三、轴的总成设计29四、轴的总成设计32五、卷筒轴的总成设计34六、托辊轴的总成设计36第九节 制动器的选择与计算36第十节 箱体的设计38第十一节 机架的设计39II 第二章 轴上零件的校核41第一节 轴上键的校核41一、轴键的校核41二、轴键的校核42三、轴键的校核42四、轴键的校核43五、卷筒轴键的校核43第二节 轴承的寿命计算44一、轴轴承寿命的计算44二、轴轴承寿命的计算45三、轴轴承寿命的计算46四、轴轴承寿命的计算48第三章 滚筒与法兰盘上螺栓直径的确定49第一节 螺栓预紧力的确定49第二节 螺栓直径的确定50结束语52参考文献53致 谢61II 绪 论在人类历史上,绞盘(windlass)是第一种用于拖曳提升重物的机器,它可使一个人搬运远重于自己许多倍的重物。绞盘采用一种轴和轮的形式,由用垂直框架支撑的滚筒组成,人通过用手摇动曲柄,使绞盘滚筒绕水平轴转动。中国人在公元前二千年就设计出用曲拐手柄转动的砂轮。今天被广泛应用的绞车(或称卷扬机)是绞盘的另一种形式,它泛指具有一个或几个上面卷绕有绳索或钢丝绳的圆筒,用来提升或拖曳重载荷的动力机械。绞车用电动机驱动,靠齿轮,蜗轮传动的速比变化,配有制动卷筒的制动机构。绞车是工业生产过程中一种常用的机械,具有悠久的发展历史和比较成熟的发展设计制造技术,随着绞车技术的不断提高,加工材料的不断改进以及电子控制技术的不断发展,绞车在动力,节能和安全性等方面取得了很大的进步。目前绞车正被广泛地应用于矿山,港口,工厂,建筑和海洋等诸多领域。在矿山采掘和运输场合,绞车作为重要辅助设备被大量而广泛地应用着,例如矿用提升绞车,调度绞车,耙矿绞车和凿井绞车等。提升绞车可用于矿山竖井和斜井中物品和人员的调度具有较大的牵引功率和很好的安全性,是矿山生产中不可缺少的设备之一。 绞车的另一个重要用途是港口机械,常见的有集装箱起重机,港口装卸门座起重机,塔式起重机以及轻小型的电葫芦等起重机械,其主要执行机构是各种形式和结构的绞车,对于这种用途的绞车,要求具有较好的调速性能和很高的安全性能。另外,绞车还被应用于各种线缆的存储,制造和运输,例如纺织机械中的用于存放丝线的线盘和电缆制造中用于存放各种直径缆绳的缆盘。这种情况下,绞车不光具有一定的调速能力,而且还能够使不同直径的缆绳排列整齐,从而保证生产的顺利进行,在船用机械甲板机械和海洋开发领域,绞车也具有悠久的使用历史和各种各样的用途。这次课题的目的为对绞车进行优化设计,即优化绞车的结构及参数,如绞车安装固定在坡顶进行坡道牵引时,绞车后部的地锚容易松动,失去对绞车的固定能力,弹性柱销联轴器的柱销在旋转过程中由于载荷偏大或长时间未更换柱销,柱销会老化而突然折断;钢丝绳会由于磨损而被拉断等,所以要对绞车进行优化以解决这些问题,提高其寿命,同时对电动机进行经济性选型,合理选材,达到节能,低成本,经济实用的目的。慢速绞车在矿山生产过程中应用非常普遍,起到不可或缺的作用,传统绞车在工作过程中由于本身的结构不能满足井下的实际生产条件而带来诸多问题,这些问题的出现存在着极大的安全隐患,危害井下职工的生命安全,影响工期的按时完成,所以对传统绞车进行优化设计具有十分重要的意义。 近40年我国的煤炭行业发生了巨大变化,采煤技术已接近达到国际先进水平,综采单采原煤产量早已突破了百万吨,然而煤炭工业机械化离不开运输,运输又离不了辅助运输设备,绞车就是辅助运输设备的一种。我国的矿用小绞车主要是调度绞车和回柱绞车,它经历了仿制,自行设计两个阶段。解放初期使用的矿用小绞车有日本的,苏联的,因此当时生产的矿用小绞车也是测绘仿制日本和苏联的产品。1958年后这些产品相继被淘汰,并对苏联绞车进行了改进,于1964年进入自行设计阶段。淮南煤机厂曾设计了摆线齿轮绞车和少齿差传动绞车。徐州矿山设备制造厂也曾设计制造了摆线和行星齿轮传动的绞车,一些厂还设计试制了25KW的调度绞车,徐州,淮南,锦州矿山机械厂又相继设计试制了功率为40KW,55KW的调度绞车。回柱绞车大体上也是经历了仿制和自行设计的两个阶段,八十年代以前一直使用的是仿制老产品,八十年代中期才开始设计新型的回柱绞车,主要针对效率极低的球面蜗轮副,慢速工作和快速回绳的等环节进行根本的改进。矿用小绞车标准方面,1967年制定了调度绞车部标准。1971年制定了回柱绞车部标准。1982年对上述两个标准进行了修订,其标准为JB965-83,JB1409-83。国外矿用小绞车使用很普遍,生产厂家也很多。苏联,日本,美国,瑞典等国都制造矿用小绞车。国外矿用小绞车的种类和规格的比较多。比如调度绞车牵引力从100Kg.f到3600kg.f动力有电动的液动的和风动的。工作机构有单筒,双筒和摩擦式。传动形式有皮带传动,链式传动,齿轮传动,蜗轮传动,液压传动,行星齿轮传动和摆线齿轮传动等。其中采用行星齿轮传动的比较多。纵观国外矿用小绞车的发展情况其发展趋势有以下几个特点:向标准化系列方向发展。苏联,日本,美国,德国,英国已用矿用小绞车国家标准。并且这些国家的各制造公司有自己的产品系列型谱。在这些国家标准和系列型谱中,对绞车的性能,参数做了明确的规定,并强力推行和实施,给设计和制造,使用维护带来了极大的方便。向体积小,重量轻,结构紧凑方向发展。由于煤矿井下狭窄的工作环境要求绞车体积小,重量轻,各国都在力求将绞车的原动力,传动装置,工作滚筒,制动操作等部分及底座等主要部件综合在一个系统中加以统筹布局,充分利用空间提高紧凑程度,做好外形封闭。为此有的将传动部分置于滚筒内部,有的紧贴滚筒端部,有的将电机埋入滚筒内部,有的将底座支架减速器铸造为一体。向高效节能方向发展。世界工业发达的国家如苏联,日本在绞车各种参数的设置上进行优化设计,选取最佳参数,最大限速提高产品性能。在传动机构上尽量采用较先进的传动型式,并采用合理的制造精度,以提高生产效率。在产品节能方面各国各公司都很重视,苏联和日本在绞车设计方面为节省电耗,对电机功率在全方面分析绞车的实际工作情况的基础上确定。使电机的功率保证绞车的功能(牵引力,牵引速度)等,有能使电机功率得以充分利用。向寿命长,低噪音方向发展。寿命和噪音是衡量产品的综合性能指标,是产品质量的综合反应。寿命长经济效益才能高;噪音低有利于工人身心健康。苏联规定调度绞车使用为5年以上,保修期为两年,规定工作噪音不得超过环保卫士部的规定。并将寿命和噪音值纳入产品标准中,西德绞车的噪音较低,为提高产品寿命和降低噪音,有的提高齿轮的制造精度,有的采用稀油润滑,从而提高了产品的整机性能。向一机多功能,通用化方向发展,矿用小绞车在使用过程中不仅做调度用,而且还做运输及其他辅助工作。使用范围扩大,要求绞车有比较强的适应能力。把调度,运输,辅助绞车归纳为一个标准。三种绞车结构相近,大同小异。即主机相近而制动操作部分则根据各自的使用条件有所区别。有的国家已经打破了行业界限,把各行业的卷扬机设备统归为卷扬机类。这样便于生产使用和维护。便于提高产品质量和社会经济效益。随着管理水平的提高,产品通用化程度也必然的不断提高,这是今后产品发展的必然趋势。向大功率方向发展。随着生产的发展,原来的产品越来越不能满足用户的要求。长期的生产实践的成功经验表明,调度绞车除调度矿产外,也用于搬运设备,其牵引力又显得小一点,又如回柱绞车除用于回柱放顶外,有时也用于搬运综采及各类机电设备,运距一般较长,牵引和回绳速度更慢,因此解决上述问题的同时要加大绞车的功率,满足用户的要求。向外形简单,平滑,美观,大方方向发展。由于各国力求使产品的结构紧凑,体积小,重量轻,大都采用了机电合一的综合机构。外表只能看到滚筒和制动操纵部分。整个绞车近似一个圆形,显得线条简单外形平滑,为了争夺市场,各国绞车在外形上巧妙的构思,使得产品造型美观,操作者感到舒适。为此,我国应采用国外先进技术,国家标准,制定出我国的矿用小绞车型式和参数系类标准和国家标准,把我国矿用小绞车的标准水平提高一步,进而进行产品的更新改造和提高产品性能,争取在较短的时间内达到先进国家的水平。完善测试手段.我国产品水平提高得慢的一个重要原因是不具备检测手段,很多项目及整机性能无法测定,心中无数。设计凭经验及类比法,因此在提高产品质量上有时陷入盲目性。在完善测试手段过程中,当前应重点放在产品性能检测,如寿命,噪音,效率,可靠性等。技术引进与产品更新换代相结合。更新换代光靠自己搞科研攻关,不仅力量不足,速度太慢,可先购买国外样机,经过使用后再考虑技术引进问题。组织专业化生产,按照标准对产品的要求,组织专业化生产,以提高质量和生产效率。随着大中型矿井的增多,煤矿产量的提高和大型综采设备的使用,要求矿用小绞车在工作能力,工作效率,节能,使用寿命方面得到应有的改进,尽快克服目前调度绞车牵引力小,回柱绞车双速牵引快速回绳,用行星齿轮减速器替代效率极低的球面蜗轮副减速器。并要求具有“一机多用”的功能,简化矿用小绞车设备的生产,管理和维护,减少投资费用,使矿用小绞车尽早实现统一化,系类化,标准化。 课题的主要内容是完成绞车电动机、联轴器、钢丝绳等的选型和减速器、卷筒、制动器、底座等组成部件的设计。电动机经过蜗轮蜗杆减速和二级圆柱齿轮减速器减速实现绞车滚筒的慢速牵引,电动机轴通过联轴器与蜗杆轴相联,齿轮啮合传动后将动力传给滚筒,滚筒缠绕钢丝绳牵引重物,当被牵引到坡顶时,通过装在蜗杆轴上的制动器制动。卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接。对绞车的优化方案如下:1. 对出绳方式和出绳口的优化:由于慢速绞车在出厂时的出绳方式为上出绳,从滚筒上部离开的钢丝绳会以卷筒的中心为轴,对轿车的整体产生一个向上的分力,造成绞车后部地锚的松动,所以将上出绳改为下出绳,使产生的分力向下,避免了松动,由于下出绳容易磨损钢丝绳,所以要选择耐磨损的钢丝绳,在出绳口安装防磨损装置;2. 对联轴器的优化:将原来的弹性柱销联轴器改为梅花形弹性联轴器,两半联轴器端面凸齿交错插进而形成的齿侧空间中夹有聚氨酯橡胶(弹性件),起到缓冲减振的作用。第1章 总体设计第1节 传动方案的确定设计条件为:1) 机械用途:在煤矿井下有煤尘或爆炸性气体的环境中拆除和回收采煤工作面支柱2) 工作情况:工作稳定、平稳,间歇工作(工作与停歇时间比为1:2),即一班制原始数据为:钢丝绳最大静拉力为140KN绳速为0.14m/s卷筒容绳量为150m工作时长为十年传动方案的确定:图11 传动方案图其中蜗杆传动为双头蜗杆,圆柱齿轮传动为8级精度,均采用油润滑,该减速方案使得绞车在使用起来更加安全可靠,维修也很方便。与电动机相连的联轴器选用梅花型弹性联轴器,减速器中各个轴承为滚动轴承,滚筒轴也选用滚动轴承。第2节 钢丝绳的选用及固定由于绞车工作在井下潮湿的环境中,所以选镀锌钢丝绳,填充式(Fi),其钢丝与钢丝之间呈线接触状态,结构紧密,绳股中的金属断面比例大,受力均匀,既柔软又抗腐,使用寿命长,承载能力大。采用有机芯,用浸透油脂的麻绳作有机芯,有利于防止钢丝绳的锈蚀,减少钢丝的磨损。选型号为ZAA619Fi+FC1670根据起重机设计规范(GB/T3811-2008),钢丝绳直径可根据最大工作静力计算: (1-1)式中: d-钢丝绳最小直径,mm C-选择系数,mm/ S-钢丝绳最大静拉力,N绞车的工作级别为M4,钢丝绳的公称抗拉强度为1670MPa,根据表2-2查得c=0.085,安全系数n=4 根据表2-3查得该钢丝绳的最小破断拉力为验算钢丝绳安全系数:,满足钢丝绳的安全系数。钢丝绳采用三个压板固定在卷筒上,其结构简单,拆卸方便,便于钢丝绳更换,为了保证安全,设计时,要保证取物装置下放到极限位置时,在卷筒上除固定绳圈外,还应该留圈钢丝绳。如图:图1-2 卷筒第3节 卷筒的设计计算 根据表2-3查得卷筒与钢丝绳直径的比值为e=16,则卷筒直径D=1632=512mm,取标准值500mm。滚筒有光面和带绳槽两种,带绳槽滚筒的优势是能够保持钢丝绳排列整齐,挤压应力小,所以选带绳槽 的滚筒。绳槽半径 , ,绳槽节距,由于考虑到滚筒有良好的铸造性和焊接工艺性,且货源广泛,本设计选材料。滚筒与滚筒轴用法兰盘刚性连接,其结构简单,调整与安装方便。图1-3 卷筒绳槽滚筒的宽度计算: (1-2)式中: 则: 取滚筒宽度为1000mm。第4节 电动机的选择系统的总效率由机械设计课程设计表3-1查得圆柱齿轮传动=0.98蜗杆传动=0.75滚动球轴承=0.99(一对)联轴器=0.99总效率=电动机的功率卷筒功率 所需电动机功率电动机的转速圆柱齿轮传动比范围为35,蜗杆传动比范围为1040滚筒转速=r/min则电动机的速度范围为:电动机为三相异步电机,隔爆型,选电动机型号为YB2-250M-8,同步转速为750r/min,额定转速为730r/min,额定功率为30Kw.该类型电机具有高效、节能、温升裕度大、寿命长、性能好、振动小、隔爆结构先进、可靠性高、使用维护方便等优点。第5节 传动比的分配传动系统的总传动比:选蜗杆传动比为20,则二级圆柱齿轮减速器的传动比为:为了使两个大齿轮具有相近的浸油深度,应使两级的大齿轮具有相近的直径(低速级 大齿轮的直径应略大一些,使高速级大齿轮的齿顶圆与低速轴之间有适量的间隙)。传动比按下式进行分配 (1-3)得 取3则 第6节 传动参数的计算1、 各轴的转速n(r/min)轴的转速轴的转速轴的转速轴的转速二、各轴的输入功率P(kW)轴的输入功率轴的输入功率轴的输入功率轴的输入功率三、各轴的输入转矩T()电机轴的转矩轴的输入转矩轴的输入转矩轴的输入转矩轴的输入转矩表1-1 传动参数的数据表电机轴轴轴轴轴功率P/kW3029.722.121.420.8转矩T/(Nm)392.5388.55782.316751.637479.2转速n/(r/min)73073036.512.25.3传动比i12032.3效率0.990.740.970.97第7节 减速器齿轮的设计计算1、 蜗杆传动齿轮的设计材料选择蜗杆选用45钢,因希望效率高些,耐磨性好些,故蜗杆进行淬火处理,硬度为45-55HRC。涡轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造,为了节约贵重的有色金属,仅齿圈采用青铜制造,轮芯用灰铸铁HT100制造,配合为,为了增强连接的可靠性,在配合面的接缝处装六个螺钉。按齿面接触疲劳强度进行设计(闭式传动)根据教材机械设计式(11-10) (1-4)确定载荷系数K因工作载荷较稳定,故取载荷分布不均系数;由表11-5选取使用系数由于转速不高,冲击不大,取动载系数;则 由以上可知,蜗轮转矩确定弹性影响系数由于是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配,故蜗轮齿数确定许用接触应力由表11-7查得蜗轮的基本需用应力应力循环次数其中:且,则寿命系数则所以因,故从表11-2中取模数,蜗杆分度圆直径中心距:蜗杆轴向齿距直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚蜗杆齿宽蜗轮参数为:蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆直径涡轮宽度 校核齿根弯曲疲劳强度 (1-5)当量齿数从图11-17中可查得齿形系数螺旋角系数 许用弯曲应力 (1-6)从教材表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 得: 弯曲强度是满足的。验算效率 (1-7) 相对滑动速度从表11-18中查得 得 大于原估计值0.75,因此不用重算。热平衡计算取, (1-8)其中: A-散热面积 -周围空气的温度,通常取20 -箱体内的温度,一般取6080,最高不超过90 -蜗杆传动的效率 -蜗杆传动的输入功率 -散热系数,可取,通风良好时取大值则所需的散热面积为:蜗轮结构尺寸的计算:如下图所示:图1-4 蜗轮二、二级圆柱齿轮的设计选8级传动精度齿轮传动均采用斜齿轮传动,斜齿轮传动具有传动平稳,承载能力大的优点。(一)高速级齿轮传动的设计确定齿轮传动精度等级选择材料及热处理方法两齿轮均选用45钢,表面淬火处理,大齿轮硬度为48HRC,小齿轮硬度为52HRC。两齿轮均为硬齿面,且是闭式传动,所以按齿根弯曲疲劳强度设计,再校核齿面接触疲劳强度。确定材料的许用应力接触疲劳许用应力为: (1-9)根据齿轮的硬度值,查机械设计图10-15得接触疲劳强度极限为:以上计算可知应力循环次数为:由机械设计基础图7.50查得接触疲劳寿命系数:按一般可靠性要求,取则 取弯曲疲劳许用应力为 (1-10)取,寿命系数从机械设计基础图7.49中查得根据齿轮的硬度值,查机械设计图10-24得则根据齿根弯曲疲劳强度设计,确定法向模数 (1-11)载荷系数的确定该装置为电动机驱动,载荷平稳,根据表7.11,选K=1.6小齿轮的转矩为初选斜齿轮螺旋角齿轮齿数的确定为了提高传动的平稳性,减少冲击振动,以齿数多一些为好,重合度也大,小齿轮的齿数可取为选取小齿轮齿数 当量齿数的确定齿形系数的确定根据当量齿数,查表格7.13,齿形系数齿宽系数的确定 (1-12) 由表10-7可知,法向模数的确定 将大比值带入公式=取:确定齿轮的主要参数中心距圆整为435mm。计算实际螺旋角 则,在之间,故合适。分度圆直径齿宽的确定取: 验算齿轮精度等级圆周速度:,故8级精度合适。校核齿面接触疲劳强度 而,故齿面接触疲劳强度符合要求,设计合理。所以:齿轮的结构设计计算把小齿轮与轴分开制造,做成实心式,大齿轮做成腹板式,其结构尺寸如下: 图1-5 斜齿轮(二)低速级齿轮传动的设计确定齿轮传动精度等级选8级传动精度选择材料及热处理方法小齿轮选用40Cr,大齿轮选用45钢,表面均淬火处理,小齿轮硬度为50HRC,大齿轮硬度为48HRC。两齿轮均为硬齿面,且是闭式传动,所以按齿根弯曲疲劳强度设计,再校核齿面接触疲劳强度确定材料的许用应力齿面接触疲劳许用应力为: (1-13)根据齿轮的硬度值,查机械设计图10-15得接触疲劳强度极限:以上计算可知应力循环次数为由机械设计基础图7.50查得接触疲劳寿命系数:按一般可靠性要求,取则 取弯曲疲劳许用应力为 (1-14)取,寿命系数从机械设计基础图7.49中查得根据齿轮的硬度值,查机械设计图10-24得取小值 根据齿根弯曲疲劳强度设计,确定法向模数 (1-15)载荷系数的确定 该装置为电动机驱动,载荷平稳,根据表7.11,选K=1.6小齿轮的转矩为初选斜齿轮螺旋角齿轮齿数的确定 选取 取73 当量齿数的确定齿形系数的确定 根据当量齿数,查表格7.13,齿形系数齿宽系数的确定 (1-16)由表10-7可知,法向模数的确定将大比值带入公式=取确定齿轮的主要参数中心距圆整为435mm计算实际螺旋角则,在之间,故合适。分度圆直径齿宽的确定取: 验算齿轮精度等级圆周速度,故8级精度合适。校核齿面接触疲劳强度而,故齿面接触疲劳强度符合要求,设计合理。所以:小齿轮设计为实心式,大齿轮设计为腹板式结构。第八节 绞车各轴的结构设计 轴包括结构设计和工作能力计算两方面的内容,轴的结构设计是轴上零件的安装,定位以及轴的制造工艺等方面的要求,合理的确定轴的结构形式和尺寸,轴的结构设计不合理,会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性,还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难,因此,轴的结构设计是轴设计的重要内容。设计轴的主要步骤是:材料选择及热处理方法(轴的材料常选用碳钢和合金钢)、载荷计算、轴的结构设计等,轴的结构取决于受载荷的状况,轴上零件的布置、固定方式,轴承的类型和尺寸等。其中滚动轴承选择的主要依据为:根据载荷的大小选择,即载荷冲击大的选用滚子轴承,较轻或中等载荷时选球轴承;根据载荷方向选择,纯轴向载荷且载荷较小时选推力球轴承,载荷较大时,选推力滚子轴承,受纯径向载荷且载荷较大时选向心滚子轴承,一般载荷使选向心球轴承,同时承受径向和轴向载荷,选角接触球轴承,以径向为主时,选圆锥滚子轴承,且一般成对使用。 一、蜗杆的总成设计初步确定轴的最小直径轴的材料为45钢,根据机械设计表15-3,取,于是得: (1-17)式中: 该直径也是安装联轴器的直径,为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩为根据教材表14-1查得工况系数,则联轴器的种类选梅花形弹性联轴器,两半联轴器端面凸齿交错插进而形成的齿侧空间中夹有聚氨酯橡胶(弹性件),起到缓冲减振的作用。选用型号为LMZ8-1-250,轴孔直径为60mm,轴孔长度为142mm.总长为181mm。拟定轴上零件的装配方案因蜗杆传动时会产生轴向力和径向力,所以轴承选角接触球轴承,型号为7315B,角接触球轴承的高速性能好,振动小,摩擦小,并且可以承受径向力和轴向力,其尺寸为,即孔径为75mm,外圈直径为160mm,宽,支点位置为a=68.4mm,轴上的键选择C型平键,尺寸为。采用溅油轮进行齿轮的润滑(飞溅润滑),溅油轮用普通圆头平键进行连接,左侧的尺寸为,右侧的尺寸为,轴承端盖用六个型号为GB/T 5780 M1450的六角头螺栓固定。如图所示:图1-6 蜗杆轴按弯扭合成强度对轴进行强度校核求作用在齿轮上的力:式中:、-蜗杆和蜗轮上的公称转矩; 、-蜗杆和蜗轮上的分度圆直径; 、-蜗杆和蜗轮所受的轴向力; 、-蜗杆和蜗轮所受的周向力; 、-蜗杆和蜗轮所受的径向力。轴的载荷分析图为:(蜗杆旋向为右旋)图1-7 蜗杆轴的载荷分布图校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面)的强度,根据机械设计式(15-5)及图上的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力为 (1-18)式中: 则:前已经选定轴的材料为45钢,由表15-1查得。因此,故安全。二、轴的总成设计初步确定轴的最小直径轴的材料选用40Cr,调质处理。取,由式(1-17)可见取90mm。拟定轴上零件的装配方案由轴的最小直径选角接触球轴承,型号为7218AC,尺寸大小为,支点位置为a=44.2mm,箱座壁厚为18mm,轴承盖上的螺栓型号为 5782 M1460,螺栓数为六个,蜗轮轮毂长为,取172mm,该段轴长为168mm,以保证套筒能可靠的压紧蜗轮,选择圆头普通平键,尺寸为。斜齿轮处轴段长为146mm,键也选圆头普通平键,尺寸为。如下图所示:图1-8 轴按弯扭合成强度对轴进行强度校核求作用在齿轮上的力:斜齿轮3的受力情况:式中: 蜗轮的受力情况: 轴的载荷分析图为:(蜗轮的旋向与蜗杆一致,为右旋,为了抵消掉部分轴向力,选斜齿轮旋向为左旋 ) 图1-9 轴的载荷分布图校核轴的强度,由式(1-18)可见故安全。三、轴的总成设计初步确定轴的最小直径 轴的材料选用40Cr,调质处理。取,由式(1-17)可见拟定轴上零件的装配方案由轴的最小直径选圆锥滚子轴承,型号为30224,尺寸大小为,支点位置为a=52.3,轴承为面对面安装,虽然背对背安装时其受力点的跨距较大,悬臂长度较小,故悬臂端刚性较大,当轴受热伸长时,轴承的游隙增大,轴承不会卡死破坏,但减速箱体内已经安装了蛇形冷却管道,使油温得到了控制,为了使安装拆卸简单,故选用面对面安装。大齿轮轴段的长为142mm,小齿轮轴段的长为182mm,略小于齿轮的齿宽,保证齿轮固定良好,小齿轮做成实心式,大小齿轮均为左旋,以抵消部分轴向力,大齿轮轴段的键选择普通圆头平键,尺寸为,小齿轮轴段的键也选择普通圆头平键,尺寸为,轴承盖上的螺栓型号为 5782 M1460,螺栓数为六个。如图: 图1-10 轴按弯扭合成强度对轴进行强度校核求作用在齿轮上的力:斜齿轮4的受力情况:式中: 斜齿轮5的受力情况: 式中: 轴的载荷分析图为: 图1-11 轴的载荷分布图校核轴的强度,由式(1-18)可见故安全。四、轴的总成设计初步确定轴的最小直径轴的材料选用3Cr13,调质处理。取,由式(1-17)可见拟定轴上零件的装配方案 由轴的最小直径选圆锥滚子轴承,型号为32032,尺寸大小为,支点的位置为52.6mm,齿轮轴段的长为177mm,齿轮为右旋,齿轮轴段的键选择普通圆头平键,尺寸为,轴承盖上的螺栓型号为 5782 M1670,螺栓数为六个。其中,轴上齿轮和套筒的装配方法是先将轴放入孔中,然后再将齿轮和套筒安装在轴上,最后放入轴承和和轴承端盖。左端盖中间加毡圈,将矩形截面的浸油毡圈嵌入轴承端盖的梯形槽中,对轴产生压紧作用,从而实现密封。轴的外端接联轴器,与滚筒相联。 图1-12 轴联轴器的计算转矩为根据机械设计教材表14-1查得工况系数,则,选LZJ型接中间轴弹性柱销齿式联轴器,型号为LZJ13,轴孔直径为d1=150mm,d2=150mm,B=125mm,轴孔长度为252mm,S=8mm.该类型的联轴器可以传递很大的转矩,在相同转矩时,回转直径大多数比齿式联轴器小,体积小,质量轻,可部分代替齿式联轴器,其结构简单,组成零件较少,制造方便,不用齿轮加工机床,维修也方便,寿命较长,拆下挡板即可更换尼龙柱销,尼龙柱销为自润材料,不需要润滑,不仅节省润滑油,还可以净化工作环境,根据连轴器的尺寸选键的尺寸为。斜齿轮6的受力情况: 轴的载荷分布图为: 图1-13 轴的载荷分布图校核轴的强度,由式(1-18)可见故安全。五、卷筒轴的总成设计初步确定轴的最小直径轴的材料选用3Cr13,调质处理,该材料为耐腐材料,适用于井下潮湿的环境。由于卷筒轴与轴用联轴器相联,由联轴器的型号可知该轴的最小轴颈为150mm拟定轴上零件的装配方案轴承选用调心滚子轴承,它允许一定程度的安装误差和机架的变形,降低了对安装、检修的要求,型号选用22334,尺寸大小为,法兰上的键选用普通圆头平键,。联轴器处的键选单圆头平键,尺寸为,滚筒与滚筒轴用法兰盘刚性连接,其结构简单,调整与安装方便。 图1-14 卷筒轴卷筒受力最大的部位是刚刚开始牵引的地方,即滚筒的最左端。最大变位质量为绳的总质量与重物质量之和,则总拉力为:卷筒所受的切向拉力为:径向拉力为:轴的受力图: 图1-15 卷筒轴的载荷分布图校核轴的强度,由式(1-18)可见故安全。六、托辊轴的总成设计为了避免绞车后部的地锚松动,将出厂时绞车的出绳方式由上出绳改为下出绳,更改后钢丝绳容易拖地而磨损,极其不利于绞车的安全使用,为了解决磨损钢丝绳的现象,需要在钢丝绳的出口处安装托辊,使钢丝绳滑过托辊出绳。该套装置主要由耳座和托辊组成,耳座通过螺栓连接在底座上,托辊安装在底座上,考虑到滚筒的尺寸和托辊的耐磨性,托辊轮体采用铸铁,尺寸为801300mm,轴承选用6206-2z双密封盖球轴承,以适应潮湿,煤粉多的工作环境,轴和轴承用轴用弹性挡圈固定和定位,改造后的绞车可以有效的降低钢丝绳的磨损,延长钢丝绳的使用寿命。 图1-16 托滚轴第9节 制动器的选择与计算 绞车要靠制动器来控制达到绞车的制动,而靠蜗轮蜗杆来达到自锁防止卷筒的反转。制动器的转矩通常设定为电动机额定转矩的150%,电动机的额定转矩为392.5Nm,则制动器的转矩为588.75Nm.有三类制动器,即带式制动器,盘式制动器和块式制动器。带式制动器构造简单,尺寸紧凑,包角大,制动转矩大,相同制动轮直径时,带式为块式的2到2.5倍,其利用挠性钢带压紧制动轮来实现制动,带中多有皮革,木块或石棉摩擦材料以增大摩擦系数和减轻带的磨损,挠性钢带与杠杆的连接形式有简单带式,差动带式和综合带式三种。简单带式与差动带式只用于单向制动,但差动的制动器所需的制动外力比简单带式小而制动行程比较大,故常用于手或脚操纵的单向制动。本设计选择差动带式制动器。在使用制动装置时要对联接销轴;中间联接轴;和手柄进行强度校核。 销轴强度校核:联轴器上制动轮的直径为:D=250mm.销轴所受的剪力为: 销轴所受的剪切应力为:式中 :d为销轴的直径;为销轴所受的剪力;销轴的材料选用圆钢(45),热处理为淬火并回火,其抗拉强度为800MPa。其屈服极限的计算根据螺栓的屈服极限计算;选用性能等级为8.8。则销轴的屈服极限为:640Mpa.由于受剪销轴所受的载荷接近静载荷,所以剪切安全系数Ss为2.5销轴的许用切应力为=600/2.5=256MPa由于销轴所受的剪切应力小于销轴的许用切应力,所以销轴达到强度要求。连接轴的强度校核:连接轴此处受到纯扭转,所以中间连接轴需要对其剪切强度进行校核,连接轴的剪切应力为:式中:T表示中间联接轴所受转矩; 表示中间联接轴抗扭截面系数; d表示中间联接轴的直径。中间联接轴的材料选择45号钢其屈服极限为355MPa。由于受剪中间联接轴所受的载荷接近静载荷所以剪切安全系数Ss为2.5。钢材的许用切应力为=/Ss=355/2.5=142MPa.满足强度要求。刹手把的强度校核:刹手把此处受到纯弯曲作用力,所以刹手把需要对其弯曲强度进行校核,刹手把的弯曲应力为:式中: M表示刹手把所受弯矩; W表示刹手把抗弯截面系数; b表示刹手把截面的宽度; h表示刹手把截面的高度。刹手把的材料选择40Cr,其许用弯曲应力为70MPa.满足应力需要。第10节 箱体的设计 减速器箱体是用以支持和固定轴系零件,保证传动件的啮合精度,良好润滑及密封的重要零件,箱体结构对减速器的工作性能,加工工艺,材料消耗,质量及成本等有很大影响,减速器箱体按毛坏制造方式的不同,分为铸造箱体和焊接箱体,铸造箱体的材料一般多为铸铁,铸造箱体较易获得合理和复杂的结构形状,刚度好,易进行切削加工,但制造 周期长,质量较大,因此多用于成批生产、焊接箱体比铸造箱体壁厚薄,质量小,生产周期短,多用于单件,小批量生产。减速器箱体从结构上分为剖分式和整体式,剖分式箱体的剖分面通常为水平面,与传动件轴心线平面重合,有利于轴系部件的安装与拆卸。固定式机器,尤其固定式重型机器,其箱体结构比较复杂,刚度要求也比较高,因而通常都为铸件。铸造材料常用既便于施工又廉价的铸铁;在需要强度高,刚度大是要用铸钢;当减少重量具有一定的意义时可以选用槽钢配合肋板增加其强度;当减少质量有很大意义时才用铝合金等轻金属。对于运行式机械,如飞机,汽车等,减少机体的重量非常重要,故用轻合金焊制。绝大数箱体受力情况比较复杂,因而要产生拉伸,弯曲,扭转等变形,当受到弯曲或者扭转时,截面形状对于它们的强度和刚度都有在很大的影响,虽然空心矩形截面的箱体的弯曲强度不及工字形截面,扭转强度不如圆形截面,但它的扭转刚度却大得多,而且采用空心截面的箱体的内壁上比较容易装设其他机件,有利于机械的合理配置。因而对于箱体来说,它是比较好的截面形状。一般来说,增加箱体的壁厚就可以增加箱体的强度和刚度,但还是不如加设加强肋来得有利。加设肋板的作用就是增加箱体的强度和刚度,因而又优于增加壁厚时减少其重量,对于铸件,当减少壁厚时,就会增加铸件的缺陷,因而对于减少箱体的重量有一定的妨碍;而对于焊件,薄壁时更加容易保证焊件的焊接质量,有利于减少箱体的重量。箱体的工作能力的主要指标是其刚度,其次是强度和抗震性能。箱体的结构尺寸和外型尺寸的大小,决定于安装在它内部的或者外部的零件和部件的形状和尺寸以及其相互配置,受力和运动情况等等。箱体设计主要满足以下要求:1) 满足强度和刚度要求,有些受力很大的箱体零件,满足强度要求是一个重要的问题,箱体强度应根据工作工程中的最大载荷,验算其静强度,对承受变载荷的箱体,还应验算其疲劳强度,但是 ,对于大多数的箱体,尤其是各类传动箱和变速箱,评定性能的主要指标还是箱体的刚度。2) 有良好的抗震性能和阻尼性能,即对箱体的动刚度要求。3) 散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热,使润滑油粘度变化,影响其润滑性能。温度升高使箱体产生热变形,尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力,对箱体的精度和强度有很大的影响。4) 稳定好。对面积较大而箱体壁又很薄的箱体,应考虑其失稳问题。5) 结构设计合理。如支点安排,肋的布置,开孔位置和连接结构的设计等,均要有利于提高箱体的强度和刚度。6) 工艺性好。包括毛坯制造,机械加工及热处理,装配调整,安装固定,吊装运输,维护修理等各个方面的工艺。7) 造型好。符合实用,经济和美观三项基本原则。8) 质量小。第11节 机架的设计机架是承受较大载荷的基础零件,它的设计和制造质量对机器的正常工作和性能影响很大,机架的设计主要应该保证刚度、强度和稳定性。机架设计的一般要求为:在满足机架强度和刚度的同时,应尽量减轻重量,降低成本。结构设计合理,工艺性良好,便于制造。机架结构要便于安装,调整,维修和更换零部件。造型美观,经济性好,机架的造型一般要求比较匀称,格调统一和平衡安定。机架的分类有:1)铸造机架,主要材料是铸铁,有时也用铸钢和铸铝合金,铸造机架形状比较复杂,铸造工艺比较成熟,毛坏质量较好。2)焊接机架,由钢板和型钢,或锻件和型钢组合焊接而成,重量轻,生产周期短,单件小批量生产中常用。3)非金属机架,包括混凝土预应力机架,花岗岩机架及塑料机架。本次要对焊接机架进行设计,焊接机架与铸造机架比较其强度高,刚度好,重量轻,周期短及加工简便等优点,因此,焊接机架的使用日渐增多,焊接机架的结构形式有1)型钢结构,机架主要由槽钢,角钢,工字钢等型钢焊接而成,它的重量轻,成本低,材料利用充分,适用于中小型机架。2)板焊结构,板焊结构的机架主要由钢板拼接而成,是最常见的焊接机架,如压力机机身,金属切削机床的床身,立柱及柴油机机身等。3)双层壁结构,它是带有对角线肋网的焊接结构,具有刚度高,重量轻,抗震性好等高性能优点,适用于大型精密设备的机架。4)管型结构,以无缝钢管作为机架的主体,其特点是重量轻,抗扭刚度高、可用于加工中心系数机床的床身。焊接机架在设计时应该注意以下问题:1) 按焊接工艺特点设计焊接机架,焊接机架应尽量避免形状复杂的结构,还应该注意提高机架的刚度和抗震能力。2) 合理布置焊锋,承受载荷的焊锋在设计时应考虑其受力合理,焊锋聚集或汇交,接头处剖面有突变,都会引起应力集中,应该尽量避免。3) 经济性,选用槽钢,工字钢,管钢等标准型材,或把板材弯曲成形后焊接,都可以减小焊接工作量和费用。4) 操作方便,选择可焊接良好的材料,以免造成焊接困难,避免铆焊,减少立焊,尽量采用自动焊,减少手工焊接的工作量。第2章 轴上零件的校核第1节 轴上键的校核 平键连接传递扭矩时对于采用常见的材料组和按标准选取尺寸的普通平键连接(静连接),其主要失效形式是工作面被压溃,除非有严重过载,一般不会出现键的剪断,因此,通常只按照工作面上的挤压应力进行强度校核计算,在进行强度校核之后,如果强度不够,则采用双键。这时考虑键的合理布置,两个键最好布置在沿周向相隔180度。对于导向平键连接和滑键连接(动连接),其主要失效形式是工作面的过度磨损,因此,通常按工作面的压力进行条件性的强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布,普通平键连接的强度条件为 (2-1)式中:表2-1 键连接的许用挤压应力许用挤压应力连接工作方式键或毂、轴的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静连接钢1201501001206090铸铁7
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