【文章內(nèi)容簡介】 .......... 36 致謝 ............................................................................................................................................... 37 參考文獻 ....................................................................................................................................... 38 礦山絞車 TP 環(huán)面蝸桿減速器的設(shè)計 1 1 緒論 本課題的研 究內(nèi)容和意義 減速器在原動機和工作機之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應(yīng)用極為廣泛。減速器 按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，二者的設(shè)計、制造和使用特點各不相同。卷揚機是一種常見的提升設(shè)備，其傳動裝置的設(shè)計有多種多樣，如皮帶減速器、鏈條減速器、齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速器等等。 70～ 80年代，世界減速器技術(shù)有了很大發(fā)展。通用減速器體現(xiàn)以下發(fā)展趨勢： (1)高水平、高性能。 (2)積木式組合設(shè)計?；緟?shù)采取優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊、零件通用性和互換性強、系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。 (3)形式多樣化、變型設(shè)計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承 底座、電動機與減速機一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。 TP系列平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器（ JB/T90511992）為平面一次包絡(luò)蝸桿傳動，傳動TPU、 TPS、 TPA三種形式，適合于冶金、礦山、起重、 運輸、建筑、石油、化工、航天、航海設(shè)備或精密傳動的減速傳動。工作條件：蝸桿轉(zhuǎn)速不超過 1500 minr ；工作環(huán)境溫度為 +40～ 40℃ ，當(dāng)工作環(huán)境溫度 0℃ 以下時，啟動前潤滑油必須加熱到 0℃ 以上，或采用低凝固點的潤滑油；當(dāng) 環(huán)境溫度超過 40℃ 時，需采取強迫冷卻措施。 國內(nèi)的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點，特別是大型的減速器問題更突出，使用壽命不長。國外的減速器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，減速器工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。 TP環(huán)面蝸桿減速器承載能力大，傳動效率高，使用壽命長，適合于重載動力傳動裝置，如圖 ： 圖 TP環(huán)面蝸桿減速器 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 本設(shè)計課題來源于張家港某礦山 工程 機械有限公司，其主要內(nèi)容是：總結(jié)了傳統(tǒng)減速器設(shè)計中主要考慮的問題及發(fā)展趨勢，基于礦山絞車減速器的設(shè)計背景，通過初步計算出減速器的各零件的尺寸參數(shù)并加以校核，然后根據(jù)現(xiàn)代的計算機輔助設(shè)計技術(shù) AutoCAD軟件對該減速器的齒輪、軸、箱體等所有零件進行三維建模最后裝配生成二維裝配圖。 國內(nèi)外的發(fā)展概況 卷揚機（又叫絞車）是由人力或機械動力驅(qū)動卷 筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置?？梢源怪碧嵘?、水平或傾斜拽引重物。卷揚機分為手動卷揚機和電動卷揚機兩種?，F(xiàn)在以電動卷揚機為主。電動卷揚機由電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調(diào)速性能好，能令空鉤快速下降。對安裝就位或敏感的物料，能用較小速度。如圖 ： 圖 礦山用絞車 我國卷揚機的生產(chǎn)是解放后才開始的。 50年代為滿足恢復(fù)經(jīng)濟的需要和第一個五年計劃建筑的需 要，卷揚機的生產(chǎn)被提到了日程上。原沈陽國泰機器廠等成批仿制了兩種卷揚機，一種為 riben的 JIS8001型動力卷揚機，它是一種原動機為電動機，傳動形式是開式圓柱齒輪傳動，雙錐體摩擦離合器，操作為手板腳踩的快速卷揚機；另一種是按蘇聯(lián)圖紙制造的 1011型和 1012型普通蝸桿傳動、電控慢速卷揚機 [1]。由于當(dāng)時生產(chǎn)力不高，卷揚機的需求量亦不多，故這段時間國內(nèi)卷揚機的生產(chǎn)主要是仿制。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，到了 60年代，卷揚機的生產(chǎn)和使用越來越多了。為了協(xié)調(diào)生產(chǎn)，主要卷揚機生產(chǎn)廠家（阜新礦山機械廠、天津卷揚機廠、山西機器廠 、寶雞起重運輸機廠等）組成了卷揚機行業(yè)組織，隸屬于第一機械工業(yè)部礦山機械行業(yè)下。為了發(fā)展卷揚機的生產(chǎn)，行業(yè)組織了有關(guān)廠家的人員對全國卷揚機的生產(chǎn)和應(yīng)用情況進行了調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上，開始自行設(shè)計和制造新的卷揚機，先后試制了 、 1t、 3t電動卷揚機，但由于對當(dāng)時各廠家的生產(chǎn)能力估計不足，無法推廣。從 70年代起，我國卷揚機的生產(chǎn)進入了技術(shù)提高、品種增多的新階段。在各廠自行設(shè)計和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上， 1973年，由卷揚機行業(yè)組織了有關(guān)廠家和院校聯(lián)合進行了卷揚機基型設(shè)計，并充分考慮到了當(dāng)時中小廠家的生產(chǎn)能力?？焖倬頁P 機的基型采用半開半閉式齒輪傳動，離合器采用單錐面石棉橡膠摩擦帶結(jié)構(gòu)，操作用手板剎車帶制動。慢速卷揚機的基型為閉式傳動（圓柱齒輪傳動或蝸桿傳動減速器）、電磁鐵制動結(jié)構(gòu)。這兩種基型一直到現(xiàn)今還礦山絞車 TP 環(huán)面蝸桿減速器的設(shè)計 3 在生產(chǎn)。為適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，當(dāng)時第一機械工業(yè)部發(fā)布了 JB92674《卷揚機型式與基本參數(shù)》和 JB180376《卷揚機技術(shù)條件》兩個部標準，并把卷揚機行業(yè)劃歸常德建筑機械研究所（長沙建筑機械研究院前身）領(lǐng)導(dǎo)。隨著部標準的頒布，使卷揚機有了大發(fā)展的基礎(chǔ)。在此期間，由于石化工業(yè)的發(fā)展，大型設(shè)備很多，都需要吊裝，如一些大型反 應(yīng)塔，塔的高度達七八十米，質(zhì)量達五六百噸，就需要有大型吊裝用的卷揚機，因而各廠家相繼生產(chǎn)了 20t和 30t卷揚機，滿足了經(jīng)濟發(fā)展的需要。末期開始，中國實行了改革開放政策，使國民經(jīng)濟得到了大發(fā)展，基本建設(shè)任務(wù)增加了很多，促使建筑機械的使用大量增加，生產(chǎn)卷揚機的廠家亦隨之大量增加。隨著改革開放逐步深入，生產(chǎn)形勢的不斷發(fā)展，新產(chǎn)品的開發(fā)提到日程上來了，不少生產(chǎn)廠家成立了廠屬研究所，開發(fā)了如高速卷揚機、變速卷揚機、自動限位卷揚機等新產(chǎn)品，以及諧波傳動、擺線針輪傳動、圓弧齒齒輪傳動、圓弧齒圓柱蝸桿傳動等具有新型傳動型式 的卷揚機。為使卷揚機的生產(chǎn)滿足日益增加的需求和解決中小廠家設(shè)計力量薄弱的情況， 1988年卷揚機行業(yè)組織了九廠一所一校成立了卷揚機系列設(shè)計組，對單筒快速建筑卷揚機起重質(zhì)量從 。這次設(shè)計分兩種機型，一種為基本型（電控卷揚機），一種為溜放型（手控卷揚機）。設(shè)計既考慮到技術(shù)發(fā)展的趨勢，又考慮到廠家的生產(chǎn)能力。因此基本型為一字型布置，采用二級或三級圓柱斜齒輪傳動，電制動錐形轉(zhuǎn)子電動機；溜放型采用封閉式二級行星齒輪傳動，普通 Y系列電動機，用手操作兩條制動帶控制工作和制動。這兩種機型結(jié) 構(gòu)緊湊，加工簡單，操作方便，體積小，重量輕，一般中小企業(yè)均可生產(chǎn)，滿足了生產(chǎn)的需要又實現(xiàn)了技術(shù)的進步 。 現(xiàn)在世界礦山卷揚機的應(yīng)用依然十分看重，在不斷的發(fā)展和完善設(shè)計，都在追求高效的提升設(shè)備，以便最大效率的完成生產(chǎn)任務(wù)創(chuàng)造更大的生產(chǎn)價值，為此，世界卷揚機的發(fā)展和設(shè)計業(yè)是進一步研究提升設(shè)備的基礎(chǔ)理論，確定合理的提升方式及運轉(zhuǎn)參數(shù)，改造現(xiàn)有提升設(shè)備，采用最新技術(shù)、最新工藝、使其不斷體積小、質(zhì)量輕，提升能力大，運行準確可靠和高度集中化自動化方向發(fā)展。我國是機械制造大國，絕不會落后于其他國家在礦山卷揚機方面的設(shè)計和 制造。 本課題應(yīng)達到的要求 機械零件的設(shè)計是整個機器設(shè)計工作中的一項重要的具體內(nèi)容，因此，必須從機器整體出發(fā)來考慮零件的設(shè)計。設(shè)計零件的步驟通常包括：選擇零件的類型；確定零件上的載荷；零件失效分析；選擇零件的材料；通過承載能力計算初步確定零件的主要尺寸；分析零部件的結(jié)構(gòu)合理性；作出零件工作圖和裝配圖。對一些由專門工廠大批生產(chǎn)的標準件主要是根據(jù)機器工作要求和承載能力計算，在標準中合理選擇。 研究此項任務(wù)，一方面可以對我這幾年來所學(xué)知識的一個檢測，也是對我以后工作能力的提高，在此次畢業(yè)設(shè)計中運用到了機械 設(shè)計、機械制圖、互換性、材料、機械原理及工程力學(xué)等多學(xué)科知識。通過合理的設(shè)計減速器傳動裝置，使卷揚機能夠在特定的工作環(huán)境下滿足正常的工作要求。本文需要解決的問題包括： (1)怎樣提高傳動效率的問題； (2)對傳動系統(tǒng)各零部件的設(shè)計計算； (3)卷揚機減速器各機械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 選定設(shè)計方案 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，該傳動方案的設(shè)計包括原動機和傳動裝置兩部分。 原動機的選擇 設(shè)計要求：動力源為三相交流電故原動機選用電動機。 傳動裝置的選擇 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計是機器總體設(shè)計的主要組成部分，傳動裝 置的重量和成本通常在整臺機器中占很大的比重，機器工作性能和運轉(zhuǎn)費用在很大程度上也取決于傳動裝置的性能、質(zhì)量及設(shè)計布局的合理性。因此傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的優(yōu)劣，對機器的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸、重量、制造成本、運轉(zhuǎn)費用等均有一定程度的影響，合理擬訂傳動方案具有重要意義。 合理的傳動系統(tǒng)方案，除了應(yīng)滿足工作機性能要求、適合工況條件及工作可靠外，還應(yīng)使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、效率高及便于使用和維護等。要同時滿足這許多要求常常是困難的，在進行傳動系統(tǒng)方案設(shè)計時應(yīng)統(tǒng)籌兼顧、保證重點。 電動機 輸出轉(zhuǎn)速較高，并且輸出不穩(wěn)定，同時在運轉(zhuǎn)故障或嚴重過載時可能燒壞電動機，所以要有一個過載保護裝置。 可能選用的有：帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動。 設(shè)計方案有如下兩種： 圖 方案一 ：蝸桿傳動類型 蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構(gòu)，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為 90 度，這種傳動由于具有下述特點，故應(yīng)用頗為廣泛。 (1)當(dāng)使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比 I=580； 在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比 可達 300；若只傳遞運動，傳動比可達 1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 (2)在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 (3)當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。 (4)蝸桿傳動與螺旋 齒輪傳動相似，在 嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨礦山絞車 TP 環(huán)面蝸桿減速器的設(shè)計 5 損較大；當(dāng)蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為 左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑。 圖 方案二 ：圓柱齒輪傳動類型 齒輪是任意一個有齒的機械元件，它能利用它的齒與另一個有齒元件連續(xù)嚙合，從而將運動傳遞給后者，或者從后者接受運動。齒輪副是由兩個相互嚙合的齒輪組成的基本機構(gòu)，兩齒輪軸線相對位置不變，并各繞其自身的軸線轉(zhuǎn)動。齒輪副是線接觸的高副。齒輪傳動是利用齒輪副來傳遞運動和 (或 )動力的一種機械傳動。齒輪副的一對齒輪的齒依次交替地接觸，從而實現(xiàn)一定規(guī)律的相對運動的 過程和形態(tài)稱為嚙合。齒輪傳動是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣的一種機械傳動形式。在工程機械、礦山機械、冶金機械、各種機床及儀器、儀表工業(yè)中被廣泛地用來傳遞運動和動力。齒輪傳動除傳遞回轉(zhuǎn)運動外 ,也可以用來把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運動 (如齒輪齒條傳動 )。與摩擦輪傳動、帶傳動和鏈傳動等比較，齒輪傳動具有如下優(yōu)點 ： (1)能保證瞬時傳動比的恒定，傳動平穩(wěn)性好，傳遞運動準確可靠。 (2)傳遞的功率和速度范圍大。傳遞的功率小至低于 lW (如儀表中的齒輪傳動 )，大至5l04kW(如蝸輪發(fā)動機的減速器 )，甚至高達 ll05kW。其 傳動時圓周速度可達至 300m/s。 (3)傳動效率高。一般傳動效率為 ～ 。 (4)結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。設(shè)計正確、制造精良、潤滑維護良好的齒輪傳動，可使用數(shù)年乃至數(shù)十年。 齒輪傳動也存在以下不足 ： ① 制造和安裝精度要求高，工作時有噪聲。 ② 齒輪的齒數(shù)為整數(shù)，能獲得的傳動比受到一定的限制，不能實現(xiàn)無級變速。 ③ 中心距過大時將導(dǎo)致齒輪傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)龐大、笨重，因此，不適宜中心距較大的場合。 鏈傳動與齒輪傳動雖然傳動效率高，但會引起一定的振動，且緩沖吸震能力差，也沒有過載保護；帶傳動平穩(wěn)性好、 噪音小，有緩沖吸震及過載保護的能力，精度要求不高，制造、安裝、維護都比較方便，成本也比較低，但是傳動效率較低，傳動比也不恒定，壽無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 命短而蝸桿傳動雖然效率低，沒有緩沖吸振和過載保護的能力，制造要求精度高，但還是比較符合本設(shè)計的要求，所以采用蝸桿傳動。此外，蝸桿傳動與齒輪傳動相比，傳動比更大，傳動平穩(wěn)噪音小，同等傳動比下結(jié)構(gòu)更緊湊，容易實現(xiàn)自鎖。 綜上所述，本設(shè)計選取方案一蝸桿傳動類型。 根據(jù)要求設(shè)計單級蝸桿減速器，傳遞路線為：電動機 —聯(lián)軸器 —減速器 —聯(lián)軸器 —滾筒。根據(jù)設(shè)計要求可知，該蝸桿的圓周路線 V≤45ms，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式，采用