自动排绳调度绞车设计(设计要求)(共39页).doc
《自动排绳调度绞车设计(设计要求)(共39页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动排绳调度绞车设计(设计要求)(共39页).doc(39页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上太原理工大学毕业设计(论文)说明书毕业设计(论文)题目:自动排绳调度绞车毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):一 设计要求:1. 根据原始数据和有关资料,进行文献检索、调查研究工作;2. 综合应用所学基础理论和专业知识,制定最佳设计方案;3. 所设计的自动排绳调度绞车应满足在预定的各项性能指标;4. 设计图纸要求布局合理,清晰,符合国家制图标准及有关规定;5. 毕业说明书要求内容完整、层次清晰、纹理通顺,具体按太原理工大学毕业论文规范撰写;6. 通过毕业设计,掌握自动排绳调度绞车的结构形式和设计方法;7. 独立按时完成毕业设计所承担的各项任务。二 原始数据(资料):
2、该自动排绳调度绞车的应用场所是矿井提升,其工作年限为10年,每年有300个工作日,每个工作日工作8小时,占空比为0.2。钢绳拉力: 1吨 钢绳直径: 12.5mm防暴电机的功率: 11.4kw电机的转速: 1145r/min减速比i: 41滚筒宽度: 300mm三 毕业设计主要内容:1.滚筒部分各个齿轮的设计和校核;2.滚筒部分各个轴承的设计和校核;3.滚筒部分各个轴的的设计和校核;4.链传动链条和链轮的设计和校核;5.圆柱凸轮排绳器凸轮曲线和滚子的设计和校核;6.编写计算说明书;7.查阅相关外文资料并翻译,至少5000字;四 学生应交出的设计文件(论文):1. 自动排绳调度绞车的装配图一张A
3、0;2. 绞车机座A1;3. 各种零件图:四根轴A3;支座A3;链轮A4;凸轮滑块A4;两个齿轮A2;4. 毕业设计说明书五 主要参考文献(资料):郑文纬.机械原理(第七版).高等教育出版社.1996丘宣怀.机械设计(第四版).高等教育出版社.2005机械设计手册.机械工业出版社王明珠.工程制图学及计算机绘图.高等教育出版社.1997杨强.理论力学.高等教育出版社.1997吴桂英.材料力学.中国建筑材料出版社.2004专业班级 机械设计0401班 学生 何胜茂 要求设计(论文)工作起止时间 2007.3.26-2007.6.22 指导教师签字 日期 教研室主任签字 日期 系主任批准签字 日期
4、自动排绳调度绞车设计摘 要绞车作为一种提升设备在各种场合中都有普遍应用,尤其在煤矿提升和下放物料中有普遍应用,但对于一般绞车经常出现乱绳和松圈现象(参见附录一),就目前的自动排绳调度绞车的发展状况,一般分为三部分:一、防爆电机及绞车部分;二、排绳器部分;三、以上两部分的连接(一般由链传动连接)。总结实际生产中所用的自动排绳调度绞车主要有两种:一、对于需要较大拉力的调度绞车,普遍采用大推力的液压排绳装置调度绞车;二、对于需要较小拉力的调度绞车,则采用凸轮排绳调度绞车。本文就需要较小纲绳拉力的情况进行了探讨。在满足工作条件的情况下,为减小结构尺寸和提高调度绞车的使用寿命,着力优化传动比在各组件中的
5、分配、合理设计了行星减速器结构、滚子链传动和凸轮排绳机构的结构。为提高绞车运行的平稳性和可靠性,在进行结构设计时,多采用圆柱滚子轴承和深沟球轴承的面对面布置而且尽量简化优化了各个轴。关键词:调度绞车;行星减速器;凸轮排绳机构第一章 自动排绳调度绞车的系统设计2.1 概述矿井调度绞车包括机械设备及拖动控制系统,是联系地下和地上的重要途径,其性能好坏直接关系到矿山的生产效率和安全性及可靠性,它的安全、可靠运行是整个矿井正常生产的必要条件,一旦发生故障,所造成的经济损失是巨大的。每次的测试结果表明大部分的绞车使用良好,但也存在一些带有普遍性的问题,在一定程度上制约了煤炭产量,增加了生产成本,同时也影
6、响了煤矿的安全生产.对于国内提升机存在一些普遍问题如:1.提升设备完好率差,存在重大事故隐患。提升装置必须装设下列保险装置,即防过卷装置、限速装置、深度指示器失效保护装置等,并满足相应的技术要求,但有许多矿用绞车没有设置,违反了相应规定。2.制动装置可靠性差。制动装置是提升绞车的重要组成部分,根据设计安装要求,制动盘加工表面粗糙度应达到1.6,偏差越小越好,最大不应超过0.5mm,但有的矿用绞车安装质量差,滚筒端面凹凸不平,使滚筒在运转时,制动轮间歇摩擦闸瓦,从而造成电机电流波动大,电耗增加,并加速了闸瓦的磨损。还有的绞车松闸不彻底,有时还会因为某些干扰因素引起突然紧闸现象。这种现象会影响机械
7、系统的使用寿命,并有可能造成断绳等事故。3.绞车实际运行质量较差、效率偏低。测试中发现大多数绞车均采用手动控制,加速、减速及低速爬行和停车休止时间相对偏长,使绞车提升能力下降,电机电耗增加。近年来,我国各生产厂家对结构、调速装置等进行了许多改进,并推出了许多更新换代的产品。随着计算机技术的飞速发展,计算机和PLC的运算速度加快、存贮能力加大、功能加强、体积减小,使煤矿机械的功能更强、性能更优、效率更高.虽然国外矿用调度绞车的研究比较先进,并能及时地将研究的成果运用到矿用调度绞车的实际生产中(如单绳缠绕式调度绞车和多绳摩擦调度绞车),但由于这样的调度绞车制作金属量消耗大、制造困难、成本昂贵,更重
8、要的是直径50mm以上的钢绳只有几个发达国家可以制造,而且价格贵的惊人。 为经济有效地完成工程任务,设计制造一款轻载,高可靠性,操作安全,制动性好的调度绞车,有了重要的价值。2.2 调度绞车的原始数据该自动排绳调度绞车的应用场所是矿井提升,其工作年限为10年,每年有300个工作日,每个工作日工作8小时,占空比为0.2。钢绳拉力: 1吨 钢绳直径: 12.5mm防暴电机的功率: 11.4kw电机的转速: 1145r/min减速比i 41滚筒宽度: 300mm2.3 选定系统方案图1 传动系统图B1-防爆电机B2-凸轮排绳器B3-减速器B4-链传动B5-滚筒Z1-齿轮m=4,z=17Z2-齿轮m=
9、4,z=37Z2-齿轮m=4,z=17Z3-齿轮m=4,z=37Z3-齿轮m=5,z=19Z4-齿轮m=5,z=71Z5-齿轮m=5,z=161ZC1-轴承N224EZC2-轴承N213ZC3-轴承6208ZC4-轴承6228ZC5-轴承6211ZC6-轴承62062.4 自动排绳调度绞车的受力分析自动排绳调度绞车的受力可简化成由两部分组成:一,钢绳直接作用于滚筒的拉力;二,钢绳作用在有凸轮排绳机构的拉力。下面分别就这两部分力进行受力分析:2.41 齿轮齿数的初步确定由调度绞车的传动比=41,并做出自动排绳调度绞车的行星轮系简图如下:图2.行星轮系运动简图由行星轮系1-2-3-H得 式2.1有
10、行星轮系3-4-5-H得 式2.2由式2.1和式2.2得 式2.3为了减小调度绞车的尺寸,在参考现有经验的情况下,初步定,其模数m=4.考虑到滚筒直径D=300mm的限制,齿轮的直径满足 式2.4式中齿轮的齿数S滚筒的壁厚S=20mmD滚筒直径 D=300mm齿轮的模数齿轮的齿数齿轮的模数求得:为了啮合齿在齿轮的均匀分布取,则。在低速级受力啮合齿轮的接触应力会比高速级的大很多,相应可取齿轮3的齿数比高速级的齿数多,即;。由公式2.3,可得 2.4解得圆整为,则齿轮4的齿数2.43 计算滚筒的传动误差:电机的转速为w=1145r/min,滚筒的实际传动比为所以初步定滚筒的行星轮系的各齿轮齿数和模
11、数的情况如下表:表一 齿轮传动名称符号一组传动二组传动三组传动1223345齿数Z173717371971161模数m452.44链轮的传动比设计链轮是联系绞车和凸轮排绳机构的中间传动环,将绞车的部分扭矩传递到用于排绳的凸轮机构。计算总传动比式中i-凸轮排绳机构总传动比l滚筒宽度滚筒直径计算得选用传动比的减速器,可以得到连传动的减速比为2.45凸轮排绳机构设计对于圆柱凸轮机构,滑块在凸轮导槽内的运动为摆动从动件运动,通常许用压力角。许用压力角越大,在啮合点处正压力用于推动滑块排绳的分力就越大,但凸轮的直径也会相应增大。对于该自动排绳调度绞车的凸轮机构的压力角可取为(计算过程见附录1)。从而可以
12、求得凸轮直径式中l滚筒的直径a凸轮机构的许用压力角计算得将凸轮直径进行圆整为240mm。2.46钢绳作用在滚筒上的转矩由调度绞车的容绳量L=mm,和滚筒宽度k为300mm,可计算排满钢绳后最外圈钢绳的直径其中 D排绳后钢绳最外层直径d滚筒直径 钢绳直径Q排绳的最大圈数其中:其中q钢绳每圈增加的长度 a1-第一圈钢绳的长度计算得Q=10.98圈所以外圈钢绳的直径D=287.25mm, 由于钢绳的叠压可以取D=280mm。故,排满钢绳后的最外圈钢绳对滚筒产生地力矩T为式中F钢绳的拉力计算得2.47调度绞车滚筒内各齿轮,轴的受力情况图3调度绞车滚筒内各齿轮受力图啮合点A车的受力FA啮合点4三组传动啮
13、合点3二组传动啮合点2一组传动啮合点12.48链轮和凸轮的受力分析2.481 导杆及滑块的受力由于在调度绞车工作过程中,钢绳并不是始终与滚筒的轴线垂直,所以必定会在钢绳和滑块之间产生摩擦力。考虑到实际工作情况,本文按钢绳与滚筒轴线夹角许用最大值10计算。凸轮排绳机构的简图对A点和B点进行受力分析如下图:圆柱凸轮的受力分析图其中:钢绳与负载相连端的的拉力钢绳与滚筒相连端的拉力 排绳立柱对钢绳的作用力滑块导杆对滑块的作用力圆柱凸轮对滑块的作用力由圆柱凸轮的受力分析图可知对A点进行受力分析可得:式中 q-钢绳的偏斜角度,取计算得对滑块B进行受力分析可得: 和式中j-圆柱凸轮的许用压力角计算得:2.4
14、42凸轮的受力对凸轮进行受力分析如下图: 其中圆柱滚子对凸轮导槽的径向力圆柱滚子对凸轮导槽的轴向力进行受力分析可得和计算得:所以可以得到钢绳对凸轮作用的力矩为式中钢绳对凸轮产生的力矩d滚筒的直径2.483链轮的受力分析钢绳对凸轮产生的力矩经过一个减速比为39的减速器传递到链轮机构。在忽略各种摩擦等附加力及减速器的传递效率为的情况下,可求得作用在低速级链轮的扭矩为式中:负载作用在凸轮上的扭矩 减速器的传动比计算得:从而可以计算得低速级链轮的力矩本章小结:第二章 滚筒的设计和校核在第一章,我们根据已有经验,我们确定了齿轮初步确定了齿轮的齿数和模数。在本章,我们将对齿轮进行校验,并对各个危险轴承和轴
15、进行设计和校验。2.1各个齿轮的设计由第一章,我们知道各个齿轮的受力情况,整理成表格形式并列表如下表二 齿轮受力情况啮合点啮合点1啮合点2啮合点3啮合点4受力KN1.0251.9973.1113.111表三 各齿轮的扭矩齿轮齿轮1齿轮2齿轮2齿轮3齿轮3齿轮4齿轮5扭矩KNmm38.957676147.8147.8264.4264.4我们可以求出各个啮合齿轮的相对转速(见附表二)表四 各齿轮转速啮合点啮合点1啮合点2啮合点3啮合点4行星轮转速相对转速r/min1117292236236282.11啮合齿轮3和齿轮4的校核由绞车的使用条件和齿轮转速和扭矩值,我们可参考已有经验,选择大齿轮的材料为
16、45钢,进行调制处理,表面硬度为45HRC;小齿轮的材料为40Cr,先进行调制处理然后进行表面淬火,表明硬度达到50HRC。为提高运行的平稳性,取两个齿轮的精度等级为8级。下面对齿轮进行校核:1)齿面接触应力的计算齿面接触应力用下公式计算: (4-6)-弹性系数,对钢制齿轮取=189.8-节点区域系数,查表因螺旋角b=00,可得=2.5 -重合度系数。=1.88-3.2=1.67=0.882-使用系数 =1.5 -动载系数, 查表得=1.2-齿向载荷分配系数,由于小齿轮是非对称布置且装配时经过检验调整和跑合处理,查表可得A=1.09,B=0.16,C=0.31;齿宽系数的选择:对于直齿圆柱齿轮
17、为防止齿间应力过大,齿宽系数不宜取大;为满足强度条件,经查表对非对称布置的硬齿面齿轮,取齿宽系数。-齿间载荷分配系数先求 100查表得 =1.2则 预计使用寿命10年,每年有300个工作日,每个工作日工作时间为8小时,在绞车工作时间内运行状态的占空比为0.2,故可计算出纵工作时间所以齿轮3的应力循环次数式中-齿轮每转一周,同一侧齿面的啮合次数;齿轮转速,r/min;齿轮的设计寿命,h对于齿轮3,所以可以计算应力循环次数为对于齿轮4,可以计算应力循环次数为由接触寿命系数接触受命系数图,可查得=1.16 =1.25。=式中-表面接触疲劳强度,-接触寿命系数,-接触最小安全系数,求得求得因为 ,所以
18、齿轮满足接触强度要求。2)齿根弯曲应力的计算利用公式: (4-7) K=式中:K-载荷系数,-使用系数,取 =1.5,-动载系数取 =1.2-重合度系数 =0.25+0.75/=0.25+0.75/1.667=0.70 -齿向载荷分布系数b/h=35/10.1=3.47 查表得 =1.29-齿间载荷分配系数 由表12.10=1/=1.39-齿形系数 =2.66-应力修正系数 =1.63则,弯曲应力使用寿命选择每天8小时工作制全年工作300天,经查表可得出=1.1,=1材料选取渗碳淬火钢,其中接触强度的最小安全系数=1.25则许用弯曲应力 所以满足弯曲强度要求。2.2各个轴的设计校核绞车内各个轴
19、在工作时,由于齿轮上有圆周力、径向力的作用。轴的主要失效形式是轴强度不足,但为保证轴不因刚度不足而引起变性过大,而引起啮合齿轮的震动,噪声,甚至破坏,也要校验刚度要求。但在设计时,一般按刚度设计,轴的直径会比按强度设计的轴大得多。所以本文先进行按轴刚度设计,再进行强度的校核。按刚度设计轴时,在不引起齿轮磨损加剧的情况下,本文参考工程实际经验,选择许用挠度为。2.2.1 轴4的刚度验算对齿轮工作影响最大的的是轴在垂直面内和水平面内产生的挠度和轴在水平面内产生的转角。前者使得齿轮的中心距发生变化,破坏了齿轮的正常啮合,后者使得齿轮相互歪斜。初步确定轴的尺寸以后,可以对轴4进行强度和刚度验算,轴的挠
20、度和转角可以根据材料力学有关公式进行计算。计算时,仅计算齿轮所处位置轴的挠度和转角。变速器轴在水平面内挠度记为,垂直面内的挠度记为,水平面内转角可分别用以下公式计算:图4.1轴4的受力式中:Fr-齿轮齿宽中间平面上的径向力(N)。Ft-齿轮齿宽中间平面上的圆周力(N)。E-轴材料的弹性摸量(轴的材料与齿轮是一样的,为合金钢),。I-惯性矩(mm4),对于实心轴,I=pd4/64,d轴的直径(mm)。L/2-齿轮上的作用力到支座A、B的距离(mm),L/2=35mm。L-支座间的距离(mm),L=70mm。轴的全挠度为轴在垂直平面内和水平面内的挠度许用值为:fc=0.050.10mm; fs=0
21、.050.15mm;齿轮所在平面内的转角q不应超过0.002rad。 直齿圆柱齿轮受力通过下式计算:计算扭矩为:T1-小齿轮传递的扭矩D1-小齿轮的直径计算得: 由公式:、E=、整理得:因为有经验值所以有代入数据得 由于考虑结构问题,行星轮的轴不可能取得这么小。考虑到轴与行星齿轮的合理配合我们取d=40mm。下面来检验在d=40mm的情况下,该州是否满足强度要求。(2)轴的强度计算由于轴上的水平作用力和垂直作用力在轴的中点处,在该点产生的力矩是最大的,所以我们只需检验在该点处的最大应力即可以,下面我们分别计算:水平面内受力图如下: 图4.4一挡工作时轴的水平面受力图其中Ft-水平方向的作用力,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动 调度 绞车 设计 要求 39
限制150内