JH-14礦用回柱絞車設計含6張CAD圖帶開題
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JH-14礦用回柱絞車設計開題報告
一、選題依據(jù)（目的、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、學術(shù)準備情況、研究思路及方法）
1、 目的、意義
設計目的：
本課題要求設計一臺JH-14回柱絞車，用于井下回柱放頂、綜合采煤設備的搬遷及工作面安裝的牽引動力，亦可作運料、移溜槽、搬移皮帶運輸機機頭等輔助工作的牽引絞車絞車電動機、電器設備具有防爆性能，可用于含有沼氣及煤塵而周圍溫度不超過+35℃的礦井中。 絞車是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設備。絞車
可以單獨使用，也可作為起重、筑路和提升等機械中的組成部件，因操作簡單、繞繩量大、移置方便而廣泛應用。絞車又名卷揚機。該產(chǎn)品通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設備。
本課題能使學生綜合運用機械制造的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實踐中學到的技能知識，獨立地分析和解決問題，也是熟悉和運用有關(guān)手冊、圖標等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件的幾次實踐機會。選擇絞車這種通用機械的設計作為畢業(yè)設計的選題，能培養(yǎng)我們獨立解決工程實際問題的能力，通過這次畢業(yè)設計是對所學基本理論和專業(yè)知識的一次綜合運用，也使我們的設計、計算和繪圖能力都得到了全面的訓練。
設計意義：
JH-14柱絞車由電動機，圓弧面蝸桿蝸輪減速器，中間軸，卷筒，底盤五大部分組成。絞車內(nèi)各主要轉(zhuǎn)動部位均采用滾動軸承支承，底座用型鋼焊接而成?；刂g車主機用鋼絲繩與輔機連成牽車系統(tǒng)，輔機包括導向輪、壓輪、滑車、支持輪、重垂、重錘架等配件。鋼絲繩在主機摩擦輪上纏繞四圈后穿過導向輪、壓滾、滑車、兩頭固定。托滾放置在鋼絲繩下方起襯托作用，重垂通過支架輪將滑車張緊，使鋼絲繩始終有一定的張緊力，保證鋼絲繩在摩擦輪上產(chǎn)生足夠大的摩擦力，以拉動物體。整個過程如下:電機啟動、驅(qū)動減速器、使摩擦輪傳動，通過摩擦力使鋼絲繩運動。改變電機的傳動方向?qū)⒏淖冞\動方向。
2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國礦用小絞車主要是指調(diào)度絞車和回柱絞車，它經(jīng)歷了仿制、自行設計兩個階段。解放初期使用的礦用小絞車有日本的、蘇聯(lián)的，因此當時生產(chǎn)的礦用小絞車也是測繪仿制日本和蘇聯(lián)的產(chǎn)品。1958年后這些產(chǎn)品相繼被淘汰，并對蘇聯(lián)絞車進行了改進，于1964年進入了自行設計階段.回柱絞車大體上也是經(jīng)歷了仿制和自行設計的兩個階段，八十年代以前一直使用的是仿制的老產(chǎn)品，八十年代中的回柱絞車，主要針對效率極低的球面蝸輪副、慢速工作和快速回繩等環(huán)節(jié)進行根本的改進。
礦用小絞車標準化方面，1967年制定了調(diào)度絞車部標準，1971年制定了回柱絞車部標準.1982年對上述兩個標準都進行了修訂，其標準方為JB965-83JB1409-83.國外礦用小絞車使用很普通，生產(chǎn)廠家也很多。蘇聯(lián)、日本、美國、瑞典等國都制造礦用小絞車。國外礦用小絞車的種類、規(guī)格較多.工作機構(gòu)有單筒、雙筒和摩擦式.傳動型式有皮帶傳動、鏈式傳動、齒輪傳動、蝸輪傳動、液壓傳動、行星齒輪傳動和擺線齒輪傳動等。其中采用行星齒輪傳動的比較多。發(fā)展趨勢向標準化系列方向發(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、一機多能通用化、大功率、外形簡單、平滑、美觀、大方等方向發(fā)展。
3、學術(shù)準備情況
搜集并閱讀的論著主要有: 王三民 《機械設計計算手冊》,吳宗澤《機械設計》, 羅伯特 《機械設計中的機械零件》, 濮良貴, 紀名剛 《機械設計》, 許鎮(zhèn)宇,《機械零件》。 李仲生 《機械設計基礎(chǔ)》, 任德斌 《材料力學》,機械設計手冊編委會, 《機械設計手冊》,王紹定.《礦用小絞車》, 黃霞,吳敏,丁軍,吳煉.《新型礦用回柱絞車的結(jié)構(gòu)設計》, 石紹波,于正軍,楊社,呂華永.《礦用JH-40回柱絞車設計與實驗研究》, 楊球來，宋艷亮，趙連春.《新型JH-5型回柱絞車的設計》
4、本選題研究思路及方法
1）研究思路
（1）JH-14回柱絞車的主要參數(shù)的確定。
（2）主要設計零件的計算
（3）會出一部分零件的零件圖
（4）校核重要零件的受力情況
（5）會出JH-14回柱絞車的裝配圖
2）研究方法
（1）調(diào)研和參觀實習，查閱收集相關(guān)資料，了解此課題的研究動態(tài)。
（2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進行設計計算。
（3）根據(jù)設計計算，選擇合理的方案，設計出顎式破碎機總圖及各部件的尺寸
（4）繪制JH-14回柱絞車總裝圖、主要零件圖。
二、論文結(jié)構(gòu)框架
1、論文提綱
1．緒論
2. JH-14回柱絞車的設計方案設定與總設計
3．JH-14回柱絞車的設計參數(shù)的選擇和計算
4．JH-14回柱絞車的設計傳動裝置的設計
5．JH-14回柱絞車的設計關(guān)鍵零件的設計
2、參考文獻
[1] 王三民. 機械設計計算手冊 [M]. 北京 : 化學工業(yè)出版社 , 2008.12.
[2] 吳宗澤. 機械設計 [M]. 北京 : 中央廣播電視大學出版社 , 1998.6.
[3] 朱昆泉, 許林發(fā). 建材機械工程手冊 [M]. 武漢 : 武漢工業(yè)大學出版社, 000.8.
[4] 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004.8.
[5] 李仲生. 機械設計基礎(chǔ) [M] .北京高等教育出版社, 2006.
[6] 羅伯特. 機械設計中的機械零件 [M] .北京機械工業(yè)出版社, 2004.
[7] 濮良貴. 紀名剛.機械設計 [M] .北京高等教育出版社, 2006.
[8〕殷玉楓.《機械設計課程設計》.機械工業(yè)出版社，200. 6
[9] 文九巴.《機械工程材料》.機械工業(yè)出版社，2006. 3
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[12] 張國瑞,等.漸開線少齒差行星齒輪減速器[M].北京:機械工業(yè)出版社,1980.
[13] 章宏甲.液壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,1994.
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[15] 石紹波,于正軍,楊社,呂華永.礦用JH-40回柱絞車設計與實驗研究[J].價值工程, 2014,33(10):63-64.
[16] 蔣歡,李炳文,吳曉茹.JHB-300型礦用回柱絞車的改進設計[J].煤礦機械,2015, 36 (03):171-172.
[17] 楊球來，宋艷亮，趙連春.新型JH-5型回柱絞車的設計 [J].機械工程師，2004 (5) :51-52.
[18] 李景奇.少齒差行星傳動在回柱絞車上的應用「J].煤礦機械. 2001,22(1)36-37.
三、論文寫作安排
（1）1-5周：JH-14回柱絞車的設計的相關(guān)資料，形成可行性開題報告。
（2）6-11周：分析JH-14回柱絞車的設計的課題內(nèi)容，確定設計方案及措施，完成中期檢查表。?
（3）12-14周：寫出畢業(yè)設計說明書，完成JH-14回柱絞車的設計結(jié)構(gòu)裝配圖和主要零部件圖。
（4）15-16周：修改設計說明書和圖紙的不妥之處，完善設計內(nèi)容及結(jié)構(gòu)。
四、審核意見
指導教師意見：
1、通過 2、完善后通過 3、未通過
指導教師（簽字）
年 月 日
系部（專業(yè)）意見：
1、通過 2、完善后通過 3、未通過
負責人（簽字）
年 月 日
4
5
摘 要
本次設計的JH-14型回柱絞車是在我去年畢業(yè)實習時所實踐的回柱絞車的基礎(chǔ)上，再查閱參考有關(guān)資料后結(jié)合我的一些想法所設計的。在減速器的設計過程中，主要采用了蝸輪蝸桿傳動、雙聯(lián)滑移齒輪傳動、圓柱齒輪傳動等傳動方式，利用撥叉撥動小滑移雙聯(lián)齒輪的方式來實現(xiàn)變速，而且在撥叉的設計中，我采用了手柄搖動轉(zhuǎn)盤的方式來實現(xiàn)撥叉的水平移動。在設計卷筒時，考慮到卷筒設計精度要求不太高，因此將以往的卷筒通軸改為在卷筒兩端利用過盈配合及焊接的方式來分別固定軸，避免了材料的浪費。
關(guān)鍵詞：JH-14回柱絞車； 雙聯(lián)齒輪； 變速
1 緒 論
1.1引言
煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，是當前我國能源的主要組成部分之一，在國民經(jīng)濟中占有重要的戰(zhàn)略地位，這就是中國的國情。過去以至未來可預見的幾十年內(nèi)，煤炭仍是我國的重要能源，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)將難以改變，煤炭工業(yè)的地位空前提高。但是目前我國的煤炭工業(yè)的發(fā)展遠不能滿足整個國民經(jīng)濟的發(fā)展需要。因此必須以更快的速度發(fā)展煤炭工業(yè)。然而，高速發(fā)展煤炭工業(yè)的出路在于煤炭工業(yè)的機械化。
礦山機械在經(jīng)濟建設、科技進步和社會發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國民經(jīng)濟的支柱行業(yè)。礦山機械制造業(yè)是國家建立獨立工業(yè)體系的基礎(chǔ)，也是衡量一個國家工業(yè)實力的重要標志。根據(jù)國家重點支持能源、交通和原材料等基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，礦山機械作為這些基礎(chǔ)工業(yè)的支柱應優(yōu)先得到國家的重點支持，以得到進一步發(fā)展和提高，為煤炭、金屬和非金屬礦山的開發(fā)提供更多的具有國際先進水平的優(yōu)質(zhì)、高效設備，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展對能源和原材料的需要。我國絞車的發(fā)展大致分為三個階段。20世紀50年代主要是仿制設計階段；60年代，自行設計階段；70年代以后，我國進入標準化、系列化設計階段。
1.3 國內(nèi)外絞車的發(fā)展
近40年我國的煤炭行業(yè)發(fā)生了巨大變化，總裁機械化水平達到國際先進水平，綜采單采原煤產(chǎn)量早已突破了百萬噸，然而煤炭工業(yè)機械化離不開運輸，運輸又離不了輔助運輸設備，絞車就是輔助運輸設備的一種。原煤的運輸也已經(jīng)實現(xiàn)了大運量娦式輸送機化，但井下軌道輔助運輸與之很不適應，材料的運較基本上沿用傳統(tǒng)的小絞車群接?式的運輸，運輸戰(zhàn)線長，環(huán)節(jié)多，占用搬運設備、人員多，安全性差，效率低。盡管一些煤礦對其進行了技術(shù)改造, 但仍然滿足不了當前礦井發(fā)展和生產(chǎn)的需要。可見礦井輔運輸是當前現(xiàn)代化礦井建設的關(guān)鍵和重點。
我國絞車的誕生是從20世紀50年代開始的，初期主要仿制日本和蘇聯(lián)的；60年代進入了自行設計階段；到了70年代，隨著技術(shù)的慢慢成熟，絞車的設計也進入了標準化和系列化的發(fā)展階段。但與國外水平相比，我國的絞車在品種、型式、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能，三化水平（參數(shù)化、標準化、通用化）和技術(shù)經(jīng)濟方面還存在一定的差距。
國外礦用絞車發(fā)展趨勢有以下幾個特點：
1）標準化系列化；
2）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；
3）高效節(jié)能；
4）壽命長、低噪音；
5）一機多能、通用化高f、大功率；
6）外形簡單、平滑、美觀、大方。
1.4 JH-14型回柱絞車的技術(shù)特點
1）速度變化大，回柱效率高
JH-14型回柱絞車工作時的牽引速度為，平均速度,最大牽引力為，容繩量為，工作效率大大提高。
2）結(jié)構(gòu)簡單，功效全面
JH-14型回柱絞車的傳動系統(tǒng)采用三級傳動，包括圓弧蝸輪蝸桿齒輪傳動、兩級圓柱齒輪傳動，其中一級采用了滑移齒輪傳動，這樣就可以實現(xiàn)變速傳動，可以適應各種情況下的傳動。傳動系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)布置緊湊、合理。
3）操作簡單，安全可靠
JH-14型回柱絞車采用滑移齒輪實現(xiàn)變速傳動，只需要在需要調(diào)速的時候，手動搖動撥叉手柄，就可以實現(xiàn)滑移齒輪的移動，從而實現(xiàn)變速。絞車起動時動載小，鋼絲繩受到的沖擊小。只需輕輕點動電機控制按鈕，就可起動電機，然后操作制動的手把，便可實現(xiàn)絞車的動作。
2 總 體 設 計
2.1設 計 總 則
1）煤礦生產(chǎn)，安全第一。
2）面向生產(chǎn)，力求實效，以滿足用戶最大實際需求。
3）要考慮到回柱時的各種問題。
4）貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標準及有關(guān)規(guī)定。
5）技術(shù)比較先進，并要求多用途。
使用環(huán)境和工作條件
1）環(huán)境溫度為；環(huán)境相對濕度不超過；海拔高度以下。
2）周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫和二氧化碳等不得超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量。
2.2 設 計 條 件
最大牽引力：
平均牽引速度：
容繩量：
2.3 傳動方案的設計
，—滑移齒輪 —蝸輪 —小齒輪 —過橋齒輪
—大齒輪 1—制動器 2—聯(lián)軸器 3—蝸桿 4—蝸輪軸
5—小齒輪軸 6—過橋齒輪軸 7—卷筒軸 8—卷筒 9—電動機
圖2.1 JH-14型回柱絞車傳動系統(tǒng)圖
其傳動路線是：
防爆電機→制動器、聯(lián)軸器→蝸桿→蝸輪→滑移齒輪→小齒輪→過橋齒輪→大齒輪→卷筒。
2.4電動機的設計選擇
2.4.1電動機輸出功率的計算
已知：最大拉力：
平均繩速：
即：
則電動機的輸出功率：
根據(jù)以上的傳動方案圖2.1可得：
總傳動效率
式中：
蝸桿傳動效率為0.90；
聯(lián)軸器效率為0.99；
軸承效率為0.99；
齒輪傳動效率=0.97；
卷筒效率=0.96。
計算電動機輸出功率：
2.4.2確定電動機的型號
電動機所需的額定功率與電動機輸出功率之間有以下的關(guān)系：
式中為功率儲備系數(shù)，一般取，吳無過載時取
回柱絞車可取
由于絞車在井下使用，條件比較惡劣，要求電動機必須具有防爆功能，查《機械設計 課程上機于設計》表16-2選電動機的型號為
額定功率
實際轉(zhuǎn)速
查得電動機的外形尺寸：
電機中心高度：
電動機軸直徑長度：
圖2.2 電動機結(jié)構(gòu)外形圖
2.4.3牽引鋼絲繩直徑的確定及滾筒直徑的確定
回柱絞車主要用于回采工作面中的回柱放頂，亦可用于托運重物和調(diào)度車輛等用途。由于其工作環(huán)境惡劣，要求其具有一定的防腐蝕及防銹能力。
長期以來，鋼絲繩是按安全系數(shù)法選擇的。鋼絲繩在工作中承受的最大靜拉力，將最大靜拉力乘以規(guī)定的安全系數(shù)，取鋼絲繩的安全系數(shù)取，然后選擇一種破斷拉力不小于的鋼絲繩。
所選擇的鋼絲繩，其直徑不應小于下式計算的最小直徑：
式中：C-鋼絲繩的選擇系數(shù)；
S-鋼絲繩最大靜拉力。
取鋼絲繩直徑：
選擇系數(shù)C，其取值與機構(gòu)工作級別有關(guān)，按《起重機設計與實例》表4-17b選取，其中數(shù)值是在鋼絲充滿w為0.46，執(zhí)減系數(shù)k為0.82時，選擇系數(shù)c值取c=0.084，
鋼絲繩破斷力S0可按下式估算：
式中：d—鋼絲繩的直徑 ；
—鋼絲繩鋼絲的抗拉強度極限 ；
—鋼絲繩中金屬絲截面與整個截面積的比值，與鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般??；
K—考慮鋼絲在繞制過程中的損失等因素的損失系數(shù)，一般取k=0.82
根據(jù)鋼絲繩的實際破斷力S0，驗算安全系數(shù)n：
整理得C與n間有如下關(guān)系：
鋼絲繩選擇：繩股繩纖維芯。優(yōu)點：旋轉(zhuǎn)性小，有相當大的撓性。
查《礦井運輸提升》表2-2（2）：
鋼絲繩直徑：；
鋼絲直徑：；
鋼絲總斷面積：；
參考重力：；
鋼絲繩公稱抗拉強度：；
鋼絲繩破斷力總和（不小于）：。
2.5滾筒的設計計算
2.5.1滾筒直徑
根據(jù)《機械設計手冊》查表8-1-59得：鋼絲繩直徑為時，槽底半徑為，標準槽形，，；加深槽形；；。
圖2.3 卷筒槽形圖
滾筒直徑：
式中：—以鋼絲繩中心線計算的鋼絲繩卷繞直徑；
—與起升機構(gòu)工作級別有關(guān)的參數(shù)，；
—鋼絲繩直徑,。
取
圖2.4 卷筒結(jié)構(gòu)圖
2.5.2滾筒寬度
滾筒的寬度直接影響到最終產(chǎn)品的寬度，因此它的寬度必然要有最大值的限制，即不能太寬。滾筒的寬度太窄的話，那么與減速器裝配起來后，就會顯得不協(xié)調(diào)。所以滾筒的寬度不能隨便確定，而最好是在畫圖的過程中把它定下來，這樣有利于整體的配合。讓人看起來協(xié)調(diào)、美觀、大方。但現(xiàn)在考慮到滾筒的平均速度以及便于下面的各種計算，我們暫定滾筒寬度為。
2.5.3滾筒的外徑
按照常規(guī)，同時根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，鋼絲繩的纏繞層數(shù)最好不要超過5層，也就是說，控制在5層以內(nèi),但也可以超過層。
滾筒的容繩量，我們?yōu)?，?jù)以上設計可知，每一層纏繞的圈數(shù)：
每一圈所纏繞的長度：
計算鋼絲繩的纏繞層數(shù)為
則鋼絲繩在卷筒上的最小纏饒直經(jīng)：
鋼絲繩在卷筒上的最大纏饒直經(jīng)：
鋼絲繩在卷筒上的平均纏饒直經(jīng)：
根據(jù)設計要求平均速度為
滾筒的轉(zhuǎn)速為：
最?。?
最大：
計算出系統(tǒng)總傳動比為：
2.5.4驗算滾筒的平均速度（鋼絲繩平均速度）：
1）最小速度
2）最大速度
3）平均速度
3 減 速 器 設 計
3.1減速器總體設計
3.1.1減速器概述
減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。
選用減速器時應根據(jù)工作機的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動力機的性能，經(jīng)濟性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質(zhì)量，價格等，選擇最適合的減速器。
與減速器聯(lián)接的工作機載荷狀態(tài)比較復雜，對減速器的影響很大，是減速器選用及計算的重要因素，減速器的載荷狀態(tài)即工作機（從動機）的載荷狀態(tài)，通常分為三類：
①—均勻載荷;
②—中等沖擊載荷;
③—強沖擊載荷。
3.1.2減速器設計
本次設計采用的是齒輪-蝸桿減速器，齒輪傳動布置在低速級，采用蝸桿傳動，二級齒輪傳動。第一級齒輪傳動采用滑移齒輪傳動，用撥叉撥動小滑移齒輪實現(xiàn)變速。
減速器傳動方案設計圖為：
圖3.1 減速器傳動方案
3.2減速器參數(shù)確定
3.2.1總傳動比及傳動比分配
根據(jù)減速器情況并查蝸輪蝸桿傳動設計參數(shù)，決定兩級傳動比的分配情況如下:
第一級蝸輪傳動：
式中：為蝸輪蝸桿傳動比
為滑移齒輪傳動比
為大小齒輪傳動比
綜上所得：
蝸輪蝸桿傳動比：
滑移齒輪傳動比：
大小齒輪傳動比：
3.2.2傳動裝置運動參數(shù)的計算
從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸（蝸桿）、Ⅱ軸（蝸輪軸）、Ⅲ軸（小齒輪軸）、Ⅳ軸（過橋齒輪軸）、Ⅴ軸（大齒輪軸）。
1）各軸轉(zhuǎn)速計算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
2）各軸功率計算：
電機輸出功率為：
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
3)各軸扭距計算
第Ⅰ軸：
第Ⅱ軸：
第Ⅲ軸：
第Ⅳ軸：
第Ⅴ軸：
表3.1 各軸參數(shù)表
軸 號
轉(zhuǎn)速
n(r/min)
輸出功率
P(KW)
輸出扭矩
T(N·m)
傳動比i
效率
Ⅰ軸
970
20.13
198.19
25
0.98
Ⅱ軸
38.8
17.40
4282.73
3.45
0.86
Ⅲ軸
11.25
16.71
14184.9
2.65
0.96
Ⅳ軸
11.25
16.04
13616.2
Ⅴ軸
4.25
15.41
34627.18
3.3圓弧蝸輪蝸桿的設計計算（參考《機械設計》）
3.3.1蝸桿傳動概述
蝸桿傳動是由蝸桿和蝸輪組成的，它是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來。為了改善嚙合狀況，常將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形，使之將蝸桿部分地包住，并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪，這樣嚙合齒廓間的接觸為線接觸，可傳遞較大的動力。蝸桿傳動用于傳遞兩根空間交錯軸間的運動和動力，兩軸間的夾角可為任意值，通常為900。
蝸桿傳動用于于傳遞空間交錯的兩軸間運動和動力,通常兩軸的交角為。蝸桿傳動的特點：
1）傳動比大，在動力傳動中，一般傳動比，在分度機構(gòu)中，傳動比可達成1000；
2）傳動平穩(wěn)，沖擊載荷?。?
3）具有自鎖性；
5）要采用減摩性較好的貴重有色金屬的合金作蝸輪，成本較高。
蝸桿傳動的類型：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。
圓柱蝸桿傳動的類型：普通圓柱蝸桿傳動、圓弧圓柱蝸桿傳動。
普通圓柱蝸桿傳動分為阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）、法向直廓蝸桿（ZN蝸桿）和漸開線蝸桿（ZI蝸桿）。
3.3.2蝸桿傳動的失效形式
蝸桿傳動的主要參數(shù)有：模數(shù)、壓力角、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、蝸桿直徑系數(shù)、蝸桿分度圓柱導程角、傳動比、中心距和蝸輪變位系數(shù)等。
蝸桿傳動的失效形式與齒輪一樣，也會出現(xiàn)齒面點蝕、膠合、磨損和齒根折斷等。蝸桿傳動齒面之間的相對滑動速度大，發(fā)熱量高，更容易發(fā)生磨損和膠合。尤其是當重載、高轉(zhuǎn)速且潤滑不良時，膠合將是蝸桿傳動的主要失效形式。由于蝸桿輪齒材料的強度要高于蝸輪輪齒材料的強度，而且蝸桿輪齒是連續(xù)的螺旋，蝸桿傳動的失效只發(fā)生在蝸輪輪齒上。
蝸桿的主要失效形式是剛度不足。
蝸桿傳動承載能力的計算：接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，在此基礎(chǔ)上適當考慮膠合和磨損因素的影響，故其強度計算是條件性的。
3.3.3蝸桿傳動的材料選定
蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成，對于高速重載蝸桿傳動，常用20Cr、20 CrMnTi、12CrNi3A等，表面經(jīng)滲碳淬火硬度達HRC56~62，淬火后需磨削；對中速中載蝸桿傳動，常用45、40Cr、35SiMn等，表面淬火至HRC45~55，再磨削；對一般用途的蝸桿傳動可用45號鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為HRC220~250,；對低速不重要的蝸桿傳動，蝸桿可不經(jīng)熱處理，或采用鑄鐵。
蝸桿：參見7.3.1 選用45號鋼表面淬火，便面硬度HRC=45~50。
蝸輪：參見表7.6 選用ZcuSn10Pbl
蝸輪許用接觸應力
由式7-9
蝸輪的許用接觸應力由表7.6查得
應力循環(huán)次數(shù)N,
接觸強度的壽命系數(shù)
則蝸輪許用接觸應力
蝸輪的許用彎曲應力 由式7-12
蝸輪的基本許用彎曲應力，由表7.6查得
彎曲強度的壽命系數(shù)
則蝸輪許用彎曲應力
3.3.4蝸桿傳動的結(jié)構(gòu)
蝸桿直徑小，通常與軸做成一個整體，稱為蝸桿軸，蝸桿輪齒部分可用車制和銑制兩種方法加工，車削的輪齒部份要有退刀槽，因而削弱了蝸桿軸的剛度。銑削出的蝸桿，在軸上直接銑出螺旋部分，無退刀槽，因而蝸桿軸的剛度好；當蝸桿的直徑過大，或蝸桿與軸采用不同的材料時，可將蝸桿做成套筒套裝在軸上。
圖3.2 蝸桿結(jié)構(gòu)圖
蝸輪直徑較大，為節(jié)約貴重的有色金屬，通常蝸輪做成裝配式，常見的蝸輪結(jié)構(gòu)形式有以下幾種：
1）拼鑄式：將青銅齒圈鑄造在鑄鐵輪芯上，然后切齒。
2）壓配式：這種結(jié)構(gòu)由青銅齒圈及鑄鐵輪芯所組成，齒圈與輪芯常采用過盈配合或，加熱齒圈或加壓裝配。蝸輪圓周力靠配合面摩擦力傳遞。為可靠起見，沿配合面裝置4－8個螺釘。
圖3.3 蝸輪結(jié)構(gòu)圖
只有鑄鐵蝸輪，鋁合金蝸輪以及直徑小于100mm的青銅蝸輪，才采用整體式 。
此次設計采用的是壓配式裝配。
3.3.5蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸計算
1)齒面接觸疲勞強度設計計算
蝸桿與蝸輪嚙合處的齒面接觸情況與齒輪傳動相似，其公式應用赫茲公式，并考慮蝸桿和蝸輪齒廓的特點，可得蝸輪齒面接觸疲勞強度的校核和設計條件為：
蝸桿頭數(shù)
蝸輪頭數(shù)
蝸輪轉(zhuǎn)矩
估取效率
蝸輪轉(zhuǎn)速
則 蝸輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表7.8
動載荷系數(shù)：估取，取
載荷分布不均勻系數(shù)，載荷平穩(wěn)，取
則，載荷系數(shù)：
彈性系數(shù)
故
查表7.3得：模數(shù)，，
蝸桿分度圓直徑：
，
蝸輪分度圓直徑：
蝸輪圓周速度：
2）齒根彎曲疲勞強度校核計算
由于蝸輪輪齒的齒形比較復雜，要精確計算較為困難。所以通常是把蝸輪近似當作斜齒圓柱齒輪來考慮，則蝸輪齒根彎曲疲勞強度的校核和設計公式為：
蝸輪齒形系數(shù)，查表7.9得
故
故
彎曲強度足夠。
4）其他主要尺寸
由表7.4、表7.5
蝸桿頂圓直徑：
蝸桿根圓直徑：
蝸桿螺紋部分長度：
蝸桿喉圓直徑：
蝸輪根圓直徑：
蝸輪外圓直徑：
蝸輪寬度：
表3.2 蝸輪蝸桿傳動的主要尺寸
名稱
蝸桿
蝸輪
中心距
分度圓直徑
蝸桿軸面齒距
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸桿螺旋長度
蝸輪輪緣寬度
3.4滑移齒輪的設計計算（參考《機械設計》）
3.4.1齒輪傳動類型
齒輪傳動類型：
1.圓柱齒輪傳動2.錐齒輪傳動3.雙曲面齒輪傳動4.螺旋齒輪傳動5.蝸桿傳動6.圓弧齒輪傳動7.擺線齒輪傳動8.行星齒輪傳動
3.4.2滑移齒輪概述
滑移齒輪是在軸上可以移動的，它所傳遞的扭距是傳到軸上的，用滑鍵或花鍵連接，齒輪嚙合實現(xiàn)變速。
斜齒圓柱齒輪是不能作滑移齒輪的。
斜齒輪在軸向移動嚙合的過程中會因為齒是斜的產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，對軸向移動機構(gòu)的設計增加了困難。另外，斜齒輪在嚙合傳動是受的力不是垂直于軸的，容易造成齒輪脫離。
滑移齒輪在使用中主要注意以下幾點：
1、滑移齒輪的內(nèi)孔一般都要鑲嵌銅套，并保證潤滑良好，以減小摩擦。
2、關(guān)于滑移齒輪的設計，與普通齒輪的設計是一樣的，只不過齒側(cè)隙要留大一點。
3、一定要考慮潤滑
3.4.3滑移齒輪傳動設計計算及強度校核
小滑移雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)速，大雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)速
高速齒輪傳遞功率：，
1)選擇齒輪材料，確定許用應力
由表6.2選
小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)鋼，
；
大齒輪選用45號鋼，正火處理，
。
許用接觸應力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強度壽命系數(shù),應力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動乘0.7
彎曲強度的壽命系數(shù) 查圖6-8，
彎曲強度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強度設計計算
確定齒輪傳動精度等級
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動比誤差，
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標準中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強度校核計算
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
圖3.4 滑移齒輪
5）當滾筒速度最大時齒輪的主要尺寸
滾筒的最大轉(zhuǎn)速為
蝸桿的轉(zhuǎn)速為
蝸輪的轉(zhuǎn)速為
蝸輪蝸桿的傳動比
大小齒輪的傳動比
第Ⅳ軸轉(zhuǎn)速（過橋齒輪）轉(zhuǎn)速
此時滑移齒輪的傳動比
故
滑移齒輪的中心距
此時，
小滑移齒輪的分度圓直徑：
大滑移齒輪的分度圓直徑：
小滑移齒輪的齒根圓直徑：
大滑移齒輪的齒根圓直徑：
小滑移齒輪的齒頂圓直徑：
大滑移齒輪的齒頂圓直徑：
3.5大小齒輪的設計計算（參考《機械設計》）
3.5.1齒輪傳動概述
齒輪傳動是機械傳動中應用最廣泛的一種傳動，是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。目前，齒輪傳動的功率可高達數(shù)萬千瓦，圓周速度可達，直徑可達以上單級傳動比可達8以上，傳動效率達。齒輪傳動承載能力大，效率高，傳動比準確，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長。但制造和安裝精度要求高，制造費高，不宜用于中心距較大的場合。
小齒輪轉(zhuǎn)速，大齒輪轉(zhuǎn)速
高速齒輪傳遞功率：，
3.5.2齒輪材料選擇
輪齒材料需要具有強度高、韌性好、耐磨性好等特點，同時具有良好的加工性能和熱處理性能等。常用的輪齒材料有鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料。
3.5.3齒輪傳動設計及強度校核
1）確定需用應力
許用接觸應力
由式6-6，
接觸疲勞極限查圖6-4
接觸強度壽命系數(shù),應力循環(huán)次數(shù),由式6-7
查圖6-5得
接觸強度最小安全系數(shù)，
則
許用彎曲應力 由式6-12
彎曲疲勞極限，查圖6-7，雙向傳動乘0.7
彎曲強度的壽命系數(shù) 查圖6-8，，
彎曲強度的尺寸系數(shù) 查圖6-9(設模數(shù)m小于5mm)，
彎曲強度最小安全系數(shù)，
則
2)齒面接觸疲勞強度設計計算
在預定的工作壽命內(nèi)，為了防止齒輪齒面產(chǎn)生疲勞點蝕，要求齒面最大接觸應力小于材料需用接觸應力，即
確定齒輪傳動精度等級
按估取圓周速度
參考表6.7、6.8選取，Ⅱ公差組8級
小輪分度圓直徑，由式6-5得
齒寬系數(shù)，查表6.9，按齒輪相對軸承為非對稱布置
小輪齒數(shù)，在推薦值20-40中選
大輪齒數(shù)
圓整取
齒數(shù)比，
傳動比誤差，
小輪轉(zhuǎn)矩
按齒輪傳遞的名義功率確定的載荷是作用在齒輪上的名義載荷，在實際齒輪傳動中，考慮到嚙合輪齒間附加的動載荷，應引入多個載荷系數(shù)，將名義載荷修正為計算載荷，并按計算載荷進行齒輪強度計算。
名義載荷
載荷系數(shù)
使用系數(shù) 查表6.3
動載荷系數(shù)：推薦值1.05~1.4，取
齒間載荷分配系數(shù)：推薦值1.0~1.2，取
齒間載荷分布系數(shù)，推薦值1.0~1.2，取
則，載荷系數(shù)：
材料彈性系數(shù)，查表6.4，
節(jié)點區(qū)域系數(shù),查圖6-3（，），
重合度系數(shù)，由推薦值0.85~0.92，取
故
齒輪模數(shù)
按表6.6，圓整
小滑移齒輪分度圓直徑：
圓周速度：
標準中心距,
齒寬，
大輪齒寬：
小輪齒寬：
3）齒根彎曲疲勞強度校核計算
在預定的工作壽命內(nèi)，為了防止齒根產(chǎn)生疲勞折斷，要求齒根危險截面處最大彎曲應力,小于材料需用彎曲應力，即
由式6-10
齒形系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
應力修正系數(shù)，查表6.5：
得小輪
大輪
重合度
重合度系數(shù),
故
齒根彎曲強度足夠。
4）齒輪其他主要尺寸
大輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
表3.4 大小齒輪的主要幾何尺寸
名稱
公式
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
由齒輪抗彎強度確定
10
10
壓力角
取標準值
標準中心距
齒數(shù)
30
80
傳動比
2.65
分度圓直徑
基圓直徑
分度圓齒距
基圓齒距
分度圓齒厚
分度圓齒槽寬
齒根高
齒頂高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
3.6過橋齒輪的設計計算
過橋齒輪在傳動系統(tǒng)中只起傳遞轉(zhuǎn)矩和動力，不改變傳動比。
過橋齒輪模數(shù)：
過橋齒輪齒數(shù)：
過橋齒輪分度圓直徑：
根圓直徑：
頂圓直徑：
3.7減速器傳動軸的設計與校核
軸的組成機器的主要零件之一，其主要功用是支撐作回轉(zhuǎn)運動的零件及傳遞運動和動力。按形狀劃分，軸的類型分為直軸、曲軸、軟軸；按承受載荷劃分，軸的類型分為心軸、轉(zhuǎn)軸、傳動軸。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件。
碳鋼價廉，對應力集中地敏感性較低，可以用熱處理獲化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故應用廣泛，其中最常見的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
3.7.1 蝸桿軸的設計計算
1）計算軸上的作用力
其中：,
,
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
在傳動過程中，蝸桿齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
蝸桿圓周力：
蝸桿軸向力:
蝸輪圓周力：
蝸輪軸向力:
徑向力：
2）初步估算軸的直徑
蝸桿的材料為40Cr。
由式計算軸的最小直徑，由于軸跨度很長且要要考慮軸上鍵槽的影響使軸加大60%來確保安全；
查表：取A=100
則
因為軸的最小直徑段通過聯(lián)軸器與電動機軸相連。由上可知電動機軸的直徑使。故取軸的最小直徑為。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如圖所示，先確定軸承支點的位置，查7014C軸承，起支點,因此軸的支承點到齒輪載荷作用點距離，，。
圖3.6 軸的結(jié)構(gòu)布置圖
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.7(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.7（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.7（d）
扭矩 圖3.7（e）
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.7 軸的計算簡圖
5）按彎扭合成強度校核軸的強度
當量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應力
軸的計算應力為：
所以，該軸滿足強度要求。
6）確定危險截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險截面
（1） 計算危險截面應力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應力：
彎曲應力幅：
彎曲平均應力：0
扭轉(zhuǎn)剪應力的應力幅與平均應力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機械設計表8-9可得：
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查圖8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
取：= 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.7.2 蝸輪軸的設計計算
1）計算作用在滑移齒輪上的作用力
轉(zhuǎn)矩：
其中：,
軸上滑移齒輪的分度圓直徑
在傳動過程中，滑移齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
計算作用在蝸輪上的作用力：
圓周力：
軸向力:
徑向力：
各力方向如圖3.9（a）所示
2）初步估算軸的直徑
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。
由式計算軸的最小直徑，由于考慮軸上鍵槽及倒角的影響，使軸加大10%來確保安全。
查表：取A=100
則
故取軸的最小直徑為。
3）軸的結(jié)構(gòu)設計
（1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠擋油環(huán)定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠擋油環(huán)定位。2軸上安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動以實現(xiàn)變速，因此此軸長度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個齒寬，所以軸段的長度取。此軸兩端都采用圓錐滾子軸承。
圖3.8 蝸輪軸結(jié)構(gòu)圖
（2）確定各軸段直徑和長度
段 根據(jù)，查暫選軸承的型號為32016，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤滑方式選擇脂潤滑。軸的長度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度，軸段直徑。
段 此軸段安裝滑移齒輪，由于滑移齒輪需要在軸上滑動以實現(xiàn)變速，因此此軸長度需滿足滑移齒輪的齒寬再加大滑移齒輪的半個齒寬，所以軸段的長度取，取。
段 此軸段沒有實質(zhì)要求,起加強作用，取，。
段 此軸上安裝蝸輪，取，。
段 此軸為軸肩，固定軸段右邊的擋油環(huán)和軸承，，。
段 該段軸的直徑。查暫選軸承的型號為32024，其寬度,基本額定載荷，。軸承潤滑方式選擇脂潤滑。軸的長度大于等于軸承與擋油環(huán)的寬度。
3）確定軸承及齒輪作用力的位置
如3.9（a）所示，先確定軸承支點的位置，查32016軸承，起支點,查32024軸承，起支點。因此軸的支承點到齒輪載荷作用點距離，，。
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖3.9(b)求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
V垂直面：
由圖3.9（c）求軸承反力
由得：
解得
由：
解得
（2）求齒寬中點處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖3.9（d）
扭矩
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖3.9軸的計算簡圖
5）按彎扭合成強度校核軸的強度
當量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 圖3.2（f）
軸的材料為40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應力
軸的計算應力為：
所以，該軸滿足強度要求。
6）確定危險截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取六軸左截面為危險截面
（1） 計算危險截面應力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應力：
彎曲應力幅：
彎曲平均應力：0
扭轉(zhuǎn)剪應力的應力幅與平均應力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面圓角處的有效應力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查機械設計表8-9可得：，
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查表8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
取：= 0.1
= 0.5，= 0.05
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.8，查得該軸安全，校核通過。
3.9.1蝸桿軸上軸承的選擇及強度校核
左軸承：查機械零件設計手冊查暫選軸承的型號為7318B，軸承基本參數(shù)為，,,；
基本額定載荷為,;
極限轉(zhuǎn)速為
右軸承：查機械零件設計手冊查暫選軸承的型號為7014C，軸承基本參數(shù)為，,,；
基本額定載荷為,;
極限轉(zhuǎn)速為
軸承受力分析如下圖所示
圖3.11軸承受力分析圖
1）計算軸上的作用力
其中：,
,
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
在傳動過程中，蝸桿齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
蝸桿圓周力：
蝸桿軸向力:
蝸輪圓周力：
蝸輪軸向力:
徑向力：
2）計算軸承反力
（1）水平支反力
由圖3.11（b）求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
（2）垂直支反力
由圖3.11（c）求軸承反力
由得：
解得：
由
解得：
（3）合成支反力
3）計算軸承派生軸向力
由《機械設計》表10-7查軸承派生軸向力:
4）計算軸承所受的軸向載荷
因
5）計算軸承所受的當量載荷
軸承工作時有中等沖擊，查《機械設計》表10-6得載荷系數(shù)
因
相對軸向載荷
查《機械設計》表10.5 得：
故
因
相對軸向載荷
查《機械設計》表10.5 得：
故
6）計算軸承壽命
因,故應按計算。由《機械設計》表10-3 取溫度系數(shù)
所以應該使用半年更換一次軸承
4 卷筒齒輪設計
4.1總體設計
卷筒是用來卷繞并儲存鋼絲繩的，卷筒多采用鑄鐵鑄造，大卷筒和單件生產(chǎn)的卷筒，用鋼板焊接。一般卷筒多為單層纏繞，為了使卷進的鋼絲繩能整齊排列，卷筒的表面車成螺旋槽，槽底半徑，d為纏繞鋼絲繩的直徑；有標準繩槽和深槽兩種槽形，標準繩槽的槽深，深槽的槽深為；卷筒螺旋形的螺距，標準螺旋線的螺距，標準槽的，深槽的。
在回柱絞車中，卷筒與大齒輪同在一根軸上，為了節(jié)省材料，也為了方便制造，在本次設計中，我將卷筒與軸連接在一起，先將卷筒兩端鏜兩個孔，在孔德邊緣坡口（焊接用），然后再利用過盈配合的方式將軸安裝到卷筒上，為使，卷筒與軸配合穩(wěn)固，再將兩者焊接一次。
大齒輪與卷筒軸連接，采用軸承座支撐，里邊用調(diào)心球軸承。
設計簡圖如下圖所示：
1-軸承座 2-調(diào)心球軸承 3-卷筒 4-繩槽 5-大齒輪 6-軸套 7-端蓋
圖4.1卷筒齒輪配合結(jié)構(gòu)圖
4.2卷筒軸的設計及校核
1）計算軸上的作用力
其中：,
軸上大齒輪的分度圓直徑
在傳動過程中，大齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
2）初步估算軸的直徑
軸的材料為40Cr。
由式計算軸的最小直徑，查表：取A=100
則
故取軸的最小直徑為。
3）軸的結(jié)構(gòu)設計
1）確定軸的結(jié)構(gòu)方案
右軸承從軸的右端裝入，左邊靠軸套定位，右邊靠軸承蓋。左軸承從軸的左端裝入，左邊靠軸承蓋定位，右邊靠軸套定位。采用調(diào)心球軸承。卷筒軸兩端軸承都靠軸承座支撐。
圖4.3 卷筒軸結(jié)構(gòu)圖
2）確定軸承及齒輪作用力的位置
先選擇軸承類型(GB281-84)1622型，,,起支點位于軸承的中心位置,因此軸的支承點到齒輪載荷作用點距離，。軸的受力分析如圖4.4（a）所示
4）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
（1）求軸承反力
H水平面：
由圖4.4(b)求軸承反力
由得：
解得：
由得：
解得：
V垂直面：
由圖4.4（c）求軸承反力
由得：
解得
由得：
解得
（2）求齒寬中點處彎矩
H水平面
V垂直面
合成彎矩M圖4.4（d）
扭矩 圖4.4（e）
軸的彎矩圖和扭矩圖如下面所示：
圖4.4 軸的計算簡圖
5）按彎扭合成強度校核軸的強度
當量彎矩，取折合系數(shù)=0.6,則齒寬中點處當量彎矩 圖4.4（f）
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS217～255，查得抗拉強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。軸的御用彎曲應力
軸的計算應力為：
所以，該軸滿足強度要求。
6）確定危險截面：
根據(jù)載荷較大及截面較小的原則，選取卷筒軸與齒輪的交接面為危險截面
（1） 計算危險截面應力：
截面右側(cè)彎矩：
截面上的扭矩：
抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面上的彎曲應力：
截面上的扭轉(zhuǎn)剪應力：
彎曲應力幅：
彎曲平均應力：0
扭轉(zhuǎn)剪應力的應力幅與平均應力相等，即：
（2）確定影響系數(shù)：
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表得彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限
截面圓角處的有效應力集中系數(shù)、
根據(jù) ，
查《機械設計》表8-9可得：，
尺寸系數(shù)、，根據(jù)軸的截面查《機械設計》表8-12的得
，
表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖8-2，得
材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、
取：，
由上面參數(shù)可得：
其中：
查表得許用安全系數(shù)值為1.3，查得該軸安全，校核通過。
4.3卷筒軸軸承的選擇及校核
卷筒軸兩端軸承的選擇：軸承類型(GB281-84)1622型，,,額定動負荷,額定靜負荷。,極限轉(zhuǎn)速。
軸承受力分析如下圖所示
圖4.5軸承受力分析圖
1）計算軸上的作用力
其中：,
軸上大齒輪的分度圓直徑
在傳動過程中，大齒輪齒面上所受的的力可以分解為3個相互垂直的分力：圓周力、徑向力、軸向力。
圓周力：
軸向力:
徑向力：
2）計算軸承反力
（1）水平支反力
由圖4.5（b）求軸承反力
由得：
解得：
由得：
解得：
（2）垂直支反力
由圖4.5（c）求軸承反力
由得：
解得
由得：
解得
（3）合成支反力
3）計算軸承派生軸向力
由《機械設計》表10-7查軸承派生軸向力:
4）計算軸承所受的軸向載荷
因
5）計算軸承所受的當量載荷
軸承工作時有中等沖擊，查《機械設計》表10-6得載荷系數(shù)
因
查《機械設計》表10.5 得：
故
因
查《機械設計》表10.5 得：
故
6）計算軸承壽命
因,故應按計算。由《機械設計》表10-3 取溫度系數(shù)
所以所選軸承滿足要求。
5 回柱絞車其它部件
聯(lián)軸器用來連接兩軸，使之一同回轉(zhuǎn)并傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，有時也用作安全裝置。聯(lián)軸器在機器停車后用裝拆方法才能把兩軸分離或連接。制動器主要用來降低機械速度或使機械停止運轉(zhuǎn)，有時也用作限速裝置。
5.1聯(lián)軸器
聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形及溫度變化的影響等，會引起兩軸相對位置的變化，致使不能保證嚴格的對中。
聯(lián)軸器的類型很多，可以分為機械式、液力式和電磁式聯(lián)軸器；
機械式聯(lián)軸器又分為剛性和撓性聯(lián)軸器；
剛性聯(lián)軸器有：套筒聯(lián)軸器、凸緣聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等；
撓性聯(lián)軸器中無彈性元件聯(lián)軸器有：十字滑塊、齒式、滾子鏈、萬向聯(lián)軸器等；金屬彈性元件聯(lián)軸器有：蛇形彈簧、簧片、膜片、波形管聯(lián)軸器等；非金屬彈性元件聯(lián)軸器有:彈性套柱銷、輪胎式、彈性柱銷聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器類型很多，常用的聯(lián)軸器有：凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器、彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器。
選擇聯(lián)軸器的類型時，應考慮：原動機的機械特性和負載性質(zhì)，對緩沖、減震性能的要求以及是否可能發(fā)生共振等；能否補償由制造和裝配誤差、軸受載海和熱膨脹變形以及部件之間的相對運動等引起聯(lián)軸器所聯(lián)兩軸軸線的相對位移；外形尺寸和安裝方法應便于裝配、調(diào)整和維護，應考慮必須得操作空間；高速場合工作的聯(lián)軸器應考慮聯(lián)軸器外圓的離心應力和彈性元件的變形等因素，并應進行平衡試驗。
凸緣聯(lián)軸器適用于轉(zhuǎn)速低、無沖擊、剛性大的軸。
套筒聯(lián)軸器適用于兩軸同心度高、工作平穩(wěn)處、無沖擊載荷的條件下工作。
齒式聯(lián)軸器適用于高速、正反轉(zhuǎn)多變、頻繁起動場合，在重型機器和起重設備中應用較廣。用于高速傳動，需進行動平衡處理，需良好的潤滑和密封。
十字滑塊聯(lián)軸器適用于兩軸間相對徑向位移較大、軸的剛度較大、無劇烈沖擊、傳遞轉(zhuǎn)矩大而轉(zhuǎn)速不高的兩軸聯(lián)接，工作時應注意潤滑。
彈性套柱銷聯(lián)軸器適用于聯(lián)接載荷平穩(wěn)、需正反轉(zhuǎn)或起動頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的場合；彈性柱銷聯(lián)軸器適用于軸向竄動較大、正反轉(zhuǎn)變化較多或起動頻繁的場合。
根據(jù)回柱絞車性能及特點，選用彈性柱銷聯(lián)軸器。
彈性柱銷聯(lián)軸器有多個非金屬材料（比如尼龍）制成的柱銷，放置于兩半聯(lián)軸器的孔中，以實現(xiàn)兩軸的聯(lián)接。
HLL型帶制動輪的彈性柱銷聯(lián)軸器已列為國家標準GB5014-85，適用于各種機械聯(lián)接兩同軸線的傳動軸，通常用于動頻繁的高低速運動。工作溫度為-20～+80℃；傳遞公稱扭矩為40～20000N.m。
本次設計選用HLL4型聯(lián)軸器。需用轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速，Y型軸孔長度，J型軸孔長度，Z型軸孔長度。
彈性柱銷連軸器具有較大結(jié)構(gòu)簡單、合理，維修方便、兩面對稱可互換，壽命長，允許較大的軸向竄動，具有緩沖、減震、耐磨等性能。
彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖如下：
1、半聯(lián)軸器； 2、柱銷； 3、蓋板
圖5.1彈性柱銷聯(lián)軸器
HLL型彈性柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，裝拆更換彈性元件 比較方便，不用移動兩半聯(lián)軸器。彈性元件（彈性柱銷）的材料一般選用尼龍，有微量補償兩軸線偏移能力，彈性件工作時受剪切，工作可靠性極差，僅適用于要求很低的中速傳動軸系，不適用于工作可靠性要求較高的工況。
5.2制動器
制動器應滿足的基本要求是：能產(chǎn)生足夠的制動力矩，制動平穩(wěn)可靠，操縱靈活，散熱好，體積小，有足夠強度、剛度和耐久性，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。
常用制動器的類型主要有：瓦塊制動器、內(nèi)張?zhí)闶街苿悠?、帶式制動器、鉗盤式制動器等。
制動器的作用：
（1）在絞車停止工作時，能可靠的剎住絞車，并繼續(xù)保持這種制動狀態(tài)，即正常停車制動。
（2）在發(fā)生緊急情況時，能迅速而合乎要求的剎住絞車，即安全制動。
圖5.2輪式制動器
選擇制動器時應考慮：配套主機的性能和結(jié)構(gòu)，如起重機的起升機構(gòu)、礦山機械的提升機都必須選用常閉式制動器，以保證安全可靠，而行走機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)選用常閉式或常開式制動器都可以；配套主機的使用環(huán)境、工作條件和保養(yǎng)條件，若主機上有液壓站，則選用液壓的制動器，如主機要求干凈，并有直流電源供給時，則選用直流短路電磁鐵制動器最合適；制動器的安裝位置和容量，制動器通常安裝在機械傳動中的高速軸上，此時，需要的制動力矩小，制動器的體積和質(zhì)量小，但安全可靠性較差。如安裝在機械傳動的低速軸上，則比較安全可靠，但轉(zhuǎn)動慣量大，所需的制動力矩大，制動器體積和質(zhì)量相對也大，在滿足使用要求的前提下，成本最好低些。
本次設計選用的是輪式制動器。
5.3底座
絞車底座主要起支撐絞車各部件（減速箱，電機，聯(lián)軸器，制動器，卷筒等），本次設計中，絞車底座邊緣都采用槽鋼焊接而成，各支撐架基本采用鋼板進行焊接而成，簡單、容易制造。
6 回柱絞車的潤滑與密封
良好的潤滑可降低傳動件和軸承的摩擦損耗，減少磨損，保護其不受銹蝕，提高其使用壽命和機械效率，還可起到散熱，減振，降噪音等作用。
絞車的潤滑不僅關(guān)系著絞車的正常工作，而且直接影響著絞車的壽命，因此必須及時地更換和補充潤滑油。潤滑油的油質(zhì)必須符合要求，不得混入灰塵、污物、鐵屑及水等雜質(zhì)。
蝸桿蝸輪傳動一般采用浸油潤滑和壓力噴油潤滑兩種方式。蝸桿上置時蝸輪浸油深度同圓柱齒輪；蝸桿下置時，其浸油深度為蝸桿的齒高；油面高度不宜超過蝸桿軸承最下方滾動體的中心線；必要時還可以采用甩油環(huán)甩油潤滑嚙合區(qū)。壓力噴油潤滑方式，噴油壓力根據(jù)相對滑動速度而定，當相對滑動速度時，噴油壓力為；當相對滑動速度時，噴油壓力為；當相對滑動速度時，噴油壓力為；噴嘴應對準蝸桿嚙入端，或同時從兩側(cè)對準嚙合區(qū)。
小齒輪，過橋齒輪、大齒輪也可以用以上油質(zhì)進行潤滑，每天至少加油一次，使齒面間經(jīng)常保持一層油膜。齒輪潤滑采用油池浸浴潤滑，利用浸在油池中的轉(zhuǎn)動件齒輪將潤滑油帶到嚙合表面，甩到箱壁上，為了避免攪油損耗過大，又要使齒輪嚙合處充分潤滑，傳動件浸入油中的深度不宜太甚或太淺，對于二級齒輪減速器，高速級約為0.7 個齒高，但不小于10 mm，油池應保持一定深度，通常以齒輪齒頂圓到油池底面的距離大于30~50mm為宜，否則會激起沉積在油箱底部的污物雜質(zhì)。油池的油量應有一定的數(shù)量。
蝸輪軸上的滾動軸承以及大齒輪處的滾動軸承每隔3~6個月加注或更換鈣鈉基脂一次，加油量不宜超過軸承容室的2/3。
對于新的或大修后的絞車，在運轉(zhuǎn)半個月后必須更換變速箱內(nèi)的潤滑油并進行清洗，以除去傳動零件磨落的金屬細屑。
新機使用前必須加足潤滑油。
絞車的密封包括減速器箱體，軸承處的密封，大齒輪處的密封等，密封的作用是防止灰塵，水分，酸氣和其他雜物進入軸承和箱體內(nèi)，并阻止?jié)櫥瑒┑男孤叮?
致 謝
彈指一揮間，緊張忙碌的大學四年生活已接近尾聲。回憶四年來的大學生活，我感慨萬千，再想即將要離開校園，步入社會，心情更是無法平靜。四年大學生活的歷練，已使我從一個懵懂的高中學生成為一個逐步趨向成熟的熱血青年。四年來，在學校領(lǐng)導、老師和同學的幫助下，我收獲頗深，雖然這次的畢業(yè)設計不能完全概括我四年的全部成績，但也是我四年的專業(yè)學習所積累的精華。
經(jīng)過三個月的時間，我順利的完成了畢業(yè)設計。在設計過程中，得到了指導老師付俊杰教授的悉心指導，作為一名學生，由于經(jīng)驗的匱乏，在設計過程中難免有許多不足的地方，如果沒有指導老師的督促指導，以及同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的，通過本次設計使我對四年中所學到的專業(yè)知識有了系統(tǒng)地認識和運用，收獲頗豐。在此表示衷心地感謝。
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