25噸鑿井絞車設(shè)計(jì)計(jì)算書前言JZ系列絞車主要根據(jù)《鑿井絞車》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，我們參考國內(nèi)最新資料主要是化學(xué)工業(yè)出版社第四版《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。本計(jì)算書是按部件序號(hào)編寫，自成一書，可供制造、使用和改造鑿井絞車時(shí)參考。由于水平有限并且為了使鑿井絞車系列產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高，望指出缺點(diǎn)與不妥之處。濟(jì)南重工股份有限公司冶金礦山處20XX年8月1目錄一、絞車設(shè)計(jì)方案及基本參數(shù)....................................1二、運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算........................................................5（一）、電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算.....................................................5（二）、傳動(dòng)比的分配.............................................................7三、卷筒裝置設(shè)計(jì)計(jì)算..............................................10（一）、卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算...........................................................10（二）、開式齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算...................................................12（三）.主軸設(shè)計(jì)與校核計(jì)算：............................................13四、減速器設(shè)計(jì)計(jì)算..................................................20（一）、變速齒輪設(shè)計(jì)及校核計(jì)算.......................................20（二）球面蝸桿付設(shè)計(jì)選用.................................................26五、中間軸設(shè)計(jì)計(jì)算及校核......................................28六、安全制動(dòng)器計(jì)算..................................................32七、十字滑塊聯(lián)軸器的選擇計(jì)算..............................34八、軸承選擇計(jì)算......................................................352一、絞車設(shè)計(jì)方案及基本參數(shù)（一）、鑿井絞車外形圖?????????????????圖一（二）、鑿井絞車傳動(dòng)系統(tǒng)圖???????????????圖二（三）、絞車的基本參數(shù)?????????????????411.電動(dòng)機(jī)2.聯(lián)軸器3.工作制動(dòng)器4.減速機(jī)5.浮動(dòng)聯(lián)軸器6.中間軸裝置7.主軸裝置8.安全制動(dòng)器9.底座10.防逆轉(zhuǎn)裝置圖一JZ-25/1300B型鑿井絞車外形圖21.電動(dòng)機(jī)2.工作制動(dòng)器3.彈性聯(lián)軸器4.減速機(jī)5.浮動(dòng)聯(lián)軸器6.中間軸裝置7.主軸裝置8.安全制動(dòng)器圖二JZ-25/1300B型鑿井絞車傳動(dòng)系統(tǒng)圖3JZ-25/1300B鑿井絞車的基本參數(shù)4二、運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算（一）、電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算1、電動(dòng)機(jī)類型的選擇選擇電動(dòng)機(jī)類型必須適應(yīng)機(jī)械負(fù)載特征、運(yùn)行狀態(tài)、工作環(huán)境的要求，鑿井絞車工作平穩(wěn)、無沖擊、啟動(dòng)不頻繁、對(duì)電機(jī)機(jī)無調(diào)速要求、但其工作環(huán)境惡劣、粉塵多、灰水飛濺，因此選用具有高效、節(jié)能、啟動(dòng)力矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠的需帶負(fù)荷啟動(dòng)，故可選Y系列繞線式電動(dòng)機(jī)。絞車一般是半露天工作環(huán)境，防護(hù)等級(jí)選IP23。2、功率及轉(zhuǎn)速確定電機(jī)功率由下確定：N?Fv/?式中F—主鋼絲繩最大靜拉力NV—卷筒上第一層鋼絲繩速度m/s?—傳動(dòng)效率F?250KNV?0.075m/sD、d分別為卷筒直徑、鋼絲繩直徑mmf為鋼絲繩纏繞層數(shù)5查自GB/T15112-2007《鑿井絞車》^???1^3??22??3??5??6??7滾珠軸承效率：?1?0.99滾柱軸承效率：?2?0.98彈性聯(lián)軸器效率：?3?0.99十字滑塊聯(lián)軸器效率：?4?0.98變速齒輪效率：?5?0.99開式齒輪效率：?6?0.95蝸桿副效率：?7?0.72將各式代入上式??0.99^3?0.98^2?0.99?0.98?0.99?0.95?0.72?0.61222因此，NJ?Fv/??250?0.075/0.61222?30.63KW考慮到絞車工作的安全要求及電機(jī)的型號(hào)規(guī)格，我們選YZR280M-8電機(jī)，功率55KW轉(zhuǎn)速725r/min。電機(jī)的裕度：?N?NJ?/NJ??55?30.63?/30.63?100%?79%裕度足夠。6（二）、傳動(dòng)比的分配合理地分配傳動(dòng)比是絞車設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要問題，它將直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)和減速器的外廓尺寸、重量、潤(rùn)滑等很多方面。下面具體說明分配原則及具體計(jì)算：（1）開式齒輪傳動(dòng)比i1：由于卷筒和纏繞鋼絲繩尺寸已定，大齒輪及制動(dòng)輪尺寸基本確定，提高開式齒輪傳動(dòng)比，只有盡量減小小齒輪尺寸。（2）減速器傳動(dòng)比i2：總傳動(dòng)比計(jì)算得出，當(dāng)i1確定后i2也就確定了。而減速器傳動(dòng)比i2又由變速齒輪傳動(dòng)比i2?和蝸桿付傳動(dòng)比i2??組成，即i2?i2??i2??其中i2??由渦輪承載能力確定，i2?隨之確定具體計(jì)算如下：電機(jī)轉(zhuǎn)速：n1?725r/min卷筒轉(zhuǎn)速：n2?60?v/?/?D?d??60?0.075?10^3/?/?1050?52??1.3r/min（快速）理論總傳動(dòng)比i理論值（1）i快理?n1/n2?725/1.3?557.7i慢理?2?i快理?1115.4（2）開式齒輪傳動(dòng)比i1開式齒輪參數(shù)m?20z1?17z2?1177i1?z2/z1?117/17?6.88（3）減速機(jī)傳動(dòng)比i2i2快理?i快理/i1?557.7/6.58?84.76i慢理?2?i2快理?2?78.86?169.52實(shí)際選取：（1）蝸桿付傳動(dòng)比i1?z1?1z2?50i1??z2/z1?50/1?50（2）變速齒輪傳動(dòng)比i2?快速z1?29z2?44m?7i2?快??z2/z1?44/29?1.517慢速z1?18z2?55m?7i2?慢??z2/z1?55/18?3.056故i2?快??i1??i2??快??50?1.517?75.85i2?慢??i1??i2??慢??50?3.056?152.7（3）實(shí)際傳動(dòng)比i2快?i1?i2快?6.58?75.85?499.093i慢?i1?i2快?6.58?152.7?1005.38傳動(dòng)誤差：（計(jì)算法）快速：(i快理?i快)/i快理?100%?(557.7?499.093)/557.7?100%?10.5%慢速：i慢理?i/i慢理?100%(1115.4?1005.3)/1115.4?100%?9.9%說明：根據(jù)以往實(shí)際使用和檢測(cè)情況，當(dāng)全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于鋼絲繩拉緊而使纏繞半徑要小于計(jì)算值。電壓波動(dòng)低于額定電壓時(shí)，繩速的測(cè)試速度均低于計(jì)算值，故將設(shè)計(jì)速度略加提高。慢速為輔助速度，由于速度過慢，略加提高但實(shí)測(cè)值不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20%。9三、卷筒裝置設(shè)計(jì)計(jì)算（一）、卷筒設(shè)計(jì)計(jì)算1、卷筒容繩量檢驗(yàn)根據(jù)GB/T15112-94《鑿井絞車》標(biāo)準(zhǔn)要求25噸絞車卷筒直徑為1050mm，鋼絲繩直徑52mm驗(yàn)證所示卷筒能否容下1300m鋼絲繩。計(jì)算式如下選取纏繩系數(shù)ψ=1.05纏繞層數(shù)10這時(shí)容量L?10??D?10d???B/d/?其中：B為卷筒寬度1500mmD卷筒直徑1050mmd鋼絲繩直徑d=52mm將以上數(shù)據(jù)代入上式L?10??1050?10?52???1500/52/1.05/1000?1354.3m纏繞8層時(shí)的最大外徑D?20d?1050?20?52?2090mm最外層距最大外圓距離?2350?2090?/2?130mm結(jié)論：卷筒可纏下1300m鋼絲繩并且卷筒外沿單邊有130mm距離。102、卷筒強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)L?3D時(shí)，按下式計(jì)算?1?A?Smax/???p???ypA—卷筒層數(shù)有關(guān)的參數(shù)Smax—鋼絲繩最大拉力Np—鋼絲繩節(jié)距mmδ—卷筒壁厚mmζyp—許用壓力Mpa鋼?yp??S/1.5?S—屈服張度x25000N0選取A?2Sma?P?55mm?yp?310/1.5?207Mpa代入公式?1?2?250000/?70?55??129.87Mpa＜?yp故卷筒強(qiáng)度合格11（二）、開式齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算此級(jí)齒輪按彎曲強(qiáng)度確定齒輪模數(shù)按下式計(jì)算Mn?Am?3KT1?YFS?mm?2?d?Z1??FPAm—系數(shù)直齒輪??0取Am?12.6K—載荷系數(shù)載荷平穩(wěn)取K?1.5T1—小齒輪的扭矩大齒輪的扭矩為137750N?m小齒輪的扭矩為137750?17/117?20015N?mYFS—復(fù)合齒形系數(shù)YFS?YFa?YSaYFa—齒形系數(shù)YFa?2.92YSa—應(yīng)力修正系數(shù)YSa?1.54YFS?2.92?1.54?4.5?d—齒寬系數(shù)取?d?0.9Z1—小齒輪齒數(shù)Z1?17?FP—許用齒根應(yīng)力?FP?0.7?FE?FE—齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值45#鋼調(diào)質(zhì)取?FE?500?FP?0.7?500?350?N/mm2?將以上數(shù)值代入上式M理?12.6?31.5?20015?4.5?14.37mm0.9?172?350根據(jù)使用安全重要性應(yīng)準(zhǔn)許將上值增大20%14.37?1.2?17.25mm，圓整后選取Mn?20mm選取開式齒輪模數(shù)2012（三）.主軸設(shè)計(jì)與校核計(jì)算：在鑿井絞車提升（或下降）過程中，卷筒上鋼絲繩從一邊繞到另一邊、因此，主軸計(jì)算力的作用點(diǎn)、我們選取兩個(gè)極限位置：鋼絲繩靠近大齒輪和鋼絲繩靠近制動(dòng)輪。1.主軸所受諸力計(jì)算：（1）.開式齒輪作用在軸上的力Pt??QD?d1?125000?110220?17?6.88?0.95?0.98?12650kgPr?Pttg??12650tg20??4640kg（2）.安全制動(dòng)器產(chǎn)生的徑向力：由于較小，忽略不計(jì)。（3）.鋼絲繩張力分配于主軸輪轂作用點(diǎn)上的力（按出繩角45°計(jì)算）當(dāng)鋼絲繩靠近大齒輪一端時(shí)：PL1D?Q?1780?166?25000?1614??22669kg17801780PL1C?Q?PL1D?25000?22669?2331kg當(dāng)鋼絲繩靠近制動(dòng)輪一端時(shí)：PL2C?Q?1780?166?25000?1614??22669kg17801780PL2D?Q?PL2C?25000?22669?2331kg13（4）.軸上固定載荷分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力（1）.主軸自重G1G1?761kg主軸單位長(zhǎng)度重量q?G1761?kgL2488?310?1780?7611759P主C?q???269kg??22??2488P主D?P主C?269kg（2）.卷筒自重G2G2?2617kgPjC?PjD?G2/2?2617/2?1308.5kg（3）.大齒輪自重G3G3?2229kgPCD?2229kg（4）.制動(dòng)輪自重G4G4?1696kgPZC?1696kg因此：附加于C點(diǎn)上的力PC另?P主C?Pjc?PZC?269?1308.5?2229?3806.5kg因此：附加于D點(diǎn)上的力PD另?P主D?PCD?269?1308.5?169?3273.5kg2.主軸受力分析及彎矩圖：當(dāng)鋼絲繩靠近大齒輪時(shí)：水平面：PLC?PL1DCOS45??1464COS45??1648kg1415PLD?PL1Dcos45??Prcos6.5??Ptsin6.5??22669cos45??4604cos6.5??12650sin6.5??22036kg支反力：RLA?310PLD??1780?310?PLC310?22036?2090?1648?24002400?4281kgRLB?PLC?PLD?RLA?1648?22036?4281?19403kg彎矩：MCL?31?RLA?31?4281?132711kgcmMDL?31?RLB?31?19403?601491kgcm垂直面：PVC?PC另?PL1Ccos45??38065?2331cos45??2158kg16PVD?Ptcos6.5??PD另?PL1Dcos45??Prsin6.5??12650cos6.5??3273.5?22669cos45??4604sin6.5???708kg支反力：RVA?310PVD??1780?310?PVC?310?708?2090?2158?24002400?1788kgRVB?PVC?PVD?RVA?2158?708?1788??338kg彎矩：MCV?31?RVA?31?338??10478kgcmMDV?31?RVB?31?8607?266817kgcm22?MCV?2?554282?143821kgcm合成彎矩：MC?MCL222MD?M2?601582kgcmDL?MDV601491?10478當(dāng)鋼絲繩靠近制動(dòng)輪時(shí)：??PL2Ccos45??22669水平面：PLCcos45??16029kg??PL2Dcos45??PrcosPLD6.5??Ptsin6.5??2331cos45??4604cos6.5??12650sin6.5??7655kg支反力：R?LA????1780?310?PLC?310PLD310?7655?2090?16029?24002400?14947kg???R?LB?PLC?PLD?RＬＡ?16029?7655?14947?8737kg??31?14947?463357彎矩：M?CL?31?RＬＡkgcm?M?kgcmDL?31?RLB?31?8737?27084717?C?PC另?PL2Ccos45??3806垂直面：PV.5?22669cos45???122231kg?D?Ptcos6.5??PD另?PL2Dcos45??Prsin6.5?PV?12650cos6.5??3273.5?2331cos45??4604sin6.5??13673kg支反力：R?VA?????1780?310?PVC?310PVD2400310?13673?2090?122232400??8878kg???R?VB?PVC?PVD?RVA??12223?13673?8878?10328kg彎矩：M?CV??31?R?VA??31?8878??275218kgcm?M?kgcmDV?31?RVB?31?10328?32016822?M?合成彎矩：M?C?M?CLCV?538929kgcm22M?D?M?DL?M?DV?419363kgcm183、主軸軸徑計(jì)算：由以上計(jì)算知危險(xiǎn)截面彎矩為：MC?538929kgcmMD?601582kgcm主軸材料為45#鋼、調(diào)質(zhì)處理HB220～255???1??600kg/cm2dC?MC??1?10?340310?20.7cm600?332811?21.6cm600dD?10MD??1?由于C處有鍵槽，增加10%選取：dC?230mm，dD?230mm均能滿足強(qiáng)度要求19四、減速器設(shè)計(jì)計(jì)算鑿井絞車減速器采用齒輪-渦輪蝸桿傳動(dòng)形成。（一）、變速齒輪設(shè)計(jì)及校核計(jì)算在分配鑿井絞車傳動(dòng)比時(shí)，已根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸及工作要求，根據(jù)彎曲強(qiáng)度的計(jì)算初步選取了變速齒輪的尺寸，因此下面對(duì)其進(jìn)行校核計(jì)算。列表計(jì)算如下：20接上表211、接觸強(qiáng)度校核22232、彎曲疲勞強(qiáng)度校核2425（二）球面蝸桿付設(shè)計(jì)選用各傳動(dòng)副效率：滾珠軸承效率：?1?0.99滾柱軸承效率：?2?0.98彈性聯(lián)軸器效率：?3?0.99十字滑塊：?4?0.98變速齒輪效率：?5?0.99蝸桿副效率：?6?0.72開式齒輪效率：?7?0.95圓錐齒輪效率：?8?0.97絞車的負(fù)荷功率：P1?250KN?0.075m/s?18.75KW傳動(dòng)效率：???221??2??4??6??7?0.62各項(xiàng)工作系數(shù)的選擇：蝸桿副按TSL型設(shè)計(jì)、選取傳動(dòng)類型系數(shù)K1?1絞車工作平穩(wěn)、無沖擊，選取工作狀況系數(shù)K2?1蝸桿副專用設(shè)備加工，并做足包含運(yùn)轉(zhuǎn)，選取26加工質(zhì)量系數(shù)K3?1渦輪材料為ZCuSn10Pb1，選取渦輪材料K4?1蝸桿的計(jì)算功率：PC?P1/??K1?K2?K3?K4?18.75/0.624?1?1?1?1?30.05kw蝸桿副傳動(dòng)比：i?50電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：n0?725r/min變速齒輪速比：ib?Z1/Z2?19/44?0.659蝸桿轉(zhuǎn)數(shù)：n1?n0?ib?725?0.659?477r/min蝸桿副中心距：a?450mm按i?50，n1?477r/min，中心距a?450mm查取蝸桿許用功率，P‘1PP’1P?72kw選取蝸桿裕度：?P1P?PC??100%/PC??72?30.05??100%/30.05?140%結(jié)論：選取的蝸桿副傳動(dòng)比為50，蝸桿轉(zhuǎn)速477r/min，蝸桿副中心距450mm，可滿足使用。27五、中間軸設(shè)計(jì)計(jì)算及校核由于鑿井絞車工作時(shí)，大部分時(shí)間是在“靜止”（懸吊狀態(tài)）狀態(tài)下工作，因此，對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度校核就顯得沒必要了。這里只按扭曲合成強(qiáng)度計(jì)算：1.軸的材料：主軸材料為45#鋼、調(diào)質(zhì)處理???1??6kg/mm22.軸的受力分析：M?Ft?QD25000?1040??2150570kgmm2?1?2?6.88?0.95?0.982M2?2150570??12650kgd340Fr?Fttg??12650tg20??4604kg支反力及彎矩如下圖：水平面：MCX?0.208RAX?0.208?6361?1323kgm垂直面：MCy?0.208RAy?0.208?2315?482kgm22?MCy?2?4822?1408kgm合成彎矩：MC?MCX22??T當(dāng)量彎矩：M?M