矿山绞车tp环面蜗杆减速器的设计(编辑修改稿)

矿山绞车tp环面蜗杆减速器的设计(编辑修改稿)内容摘要：

.......... 36 致谢 ............................................................................................................................................... 37 参考文献 ....................................................................................................................................... 38 矿山绞车 TP 环面蜗杆减速器的设计 1 1 绪论 本课题的研 究内容和意义 减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。 减速器 按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，二者的设计、制造和使用特点各不相同。 卷扬机是一种常见的提升设备，其传动装置的设计有多种多样，如皮带减速器、链条减速器、齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等等。 70～ 80年代，世界减速器技术有了很大发展。 通用减速器体现以下发展趋势： (1)高水平、高性能。 (2)积木式组合设计。 基本参数采取优先数，尺寸规格整齐、零件通用性和互换性强、系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。 (3)形式多样化、变型设计多。 摆脱了传统的单一底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承 底座、电动机与减速机一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。 TP系列平面包络环面蜗杆减速器（ JB/T90511992）为平面一次包络蜗杆传动，传动TPU、 TPS、 TPA三种形式，适合于冶金、矿山、起重、 运输、建筑、石油、化工、航天、航海设备或精密传动的减速传动。 工作条件：蜗杆转速不超过 1500 minr ；工作环境温度为 +40～ 40℃ ，当工作环境温度 0℃ 以下时，启动前润滑油必须加热到 0℃ 以上，或采用低凝固点的润滑油；当 环境温度超过 40℃ 时，需采取强迫冷却措施。 国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。 另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。 国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。 但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。 TP环面蜗杆减速器承载能力大，传动效率高，使用寿命长，适合于重载动力传动装置，如图 ： 图 TP环面蜗杆减速器 无锡太湖学院学士学位论文 2 本设计课题来源于张家港某矿山 工程 机械有限公司，其主要内容是：总结了传统减速器设计中主要考虑的问题及发展趋势，基于矿山绞车减速器的设计背景，通过初步计算出减速器的各零件的尺寸参数并加以校核，然后根据现代的计算机辅助设计技术 AutoCAD软件对该减速器的齿轮、轴、箱体等所有零件进行三维建模最后装配生成二维装配图。 国内外的发展概况 卷扬机（又叫绞车）是由人力或机械动力驱动卷 筒、卷绕绳索来完成牵引工作的装置。 可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。 卷扬机分为手动卷扬机和电动卷扬机两种。 现在以电动卷扬机为主。 电动卷扬机由电动机、联轴节、制动器、齿轮箱和卷筒组成，共同安装在机架上。 对于起升高度和装卸量大工作频繁的情况，调速性能好，能令空钩快速下降。 对安装就位或敏感的物料，能用较小速度。 如图 ： 图 矿山用绞车 我国卷扬机的生产是解放后才开始的。 50年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划建筑的需 要，卷扬机的生产被提到了日程上。 原沈阳国泰机器厂等成批仿制了两种卷扬机，一种为 riben的 JIS8001型动力卷扬机，它是一种原动机为电动机，传动形式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手板脚踩的快速卷扬机；另一种是按苏联图纸制造的 1011型和 1012型普通蜗杆传动、电控慢速卷扬机 [1]。 由于当时生产力不高，卷扬机的需求量亦不多，故这段时间国内卷扬机的生产主要是仿制。 随着生产的发展，到了 60年代，卷扬机的生产和使用越来越多了。 为了协调生产，主要卷扬机生产厂家（阜新矿山机械厂、天津卷扬机厂、山西机器厂 、宝鸡起重运输机厂等）组成了卷扬机行业组织，隶属于第一机械工业部矿山机械行业下。 为了发展卷扬机的生产，行业组织了有关厂家的人员对全国卷扬机的生产和应用情况进行了调查。 在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了 、 1t、 3t电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推广。 从 70年代起，我国卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。 在各厂自行设计和生产的基础上， 1973年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了卷扬机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。 快速卷扬 机的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操作用手板刹车带制动。 慢速卷扬机的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器）、电磁铁制动结构。 这两种基型一直到现今还矿山绞车 TP 环面蜗杆减速器的设计 3 在生产。 为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 JB92674《卷扬机型式与基本参数》和 JB180376《卷扬机技术条件》两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。 随着部标准的颁布，使卷扬机有了大发展的基础。 在此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反 应塔，塔的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的卷扬机，因而各厂家相继生产了 20t和 30t卷扬机，满足了经济发展的需要。 末期开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基本建设任务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产卷扬机的厂家亦随之大量增加。 随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产厂家成立了厂属研究所，开发了如高速卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧齿圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式 的卷扬机。 为使卷扬机的生产满足日益增加的需求和解决中小厂家设计力量薄弱的情况， 1988年卷扬机行业组织了九厂一所一校成立了卷扬机系列设计组，对单筒快速建筑卷扬机起重质量从。 这次设计分两种机型，一种为基本型（电控卷扬机），一种为溜放型（手控卷扬机）。 设计既考虑到技术发展的趋势，又考虑到厂家的生产能力。 因此基本型为一字型布置，采用二级或三级圆柱斜齿轮传动，电制动锥形转子电动机；溜放型采用封闭式二级行星齿轮传动，普通 Y系列电动机，用手操作两条制动带控制工作和制动。 这两种机型结 构紧凑，加工简单，操作方便，体积小，重量轻，一般中小企业均可生产，满足了生产的需要又实现了技术的进步。 现在世界矿山卷扬机的应用依然十分看重，在不断的发展和完善设计，都在追求高效的提升设备，以便最大效率的完成生产任务创造更大的生产价值，为此，世界卷扬机的发展和设计业是进一步研究提升设备的基础理论，确定合理的提升方式及运转参数，改造现有提升设备，采用最新技术、最新工艺、使其不断体积小、质量轻，提升能力大，运行准确可靠和高度集中化自动化方向发展。 我国是机械制造大国，绝不会落后于其他国家在矿山卷扬机方面的设计和 制造。 本课题应达到的要求 机械零件的设计是整个机器设计工作中的一项重要的具体内容，因此，必须从机器整体出发来考虑零件的设计。 设计零件的步骤通常包括：选择零件的类型；确定零件上的载荷；零件失效分析；选择零件的材料；通过承载能力计算初步确定零件的主要尺寸；分析零部件的结构合理性；作出零件工作图和装配图。 对一些由专门工厂大批生产的标准件主要是根据机器工作要求和承载能力计算，在标准中合理选择。 研究此项任务，一方面可以对我这几年来所学知识的一个检测，也是对我以后工作能力的提高，在此次毕业设计中运用到了机械 设计、机械制图、互换性、材料、机械原理及工程力学等多学科知识。 通过合理的设计减速器传动装置，使卷扬机能够在特定的工作环境下满足正常的工作要求。 本文需要解决的问题包括： (1)怎样提高传动效率的问题； (2)对传动系统各零部件的设计计算； (3)卷扬机减速器各机械部分的结构设计。 无锡太湖学院学士学位论文 4 2 选定设计方案 根据设计任务书，该传动方案的设计包括原动机和传动装置两部分。 原动机的选择 设计要求：动力源为三相交流电故原动机选用电动机。 传动装置的选择 传动系统方案设计是机器总体设计的主要组成部分，传动装 置的重量和成本通常在整台机器中占很大的比重，机器工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。 因此传动系统方案设计的优劣，对机器的工作性能、工作可靠性、外廓尺寸、重量、制造成本、运转费用等均有一定程度的影响，合理拟订传动方案具有重要意义。 合理的传动系统方案，除了应满足工作机性能要求、适合工况条件及工作可靠外，还应使传动系统结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、效率高及便于使用和维护等。 要同时满足这许多要求常常是困难的，在进行传动系统方案设计时应统筹兼顾、保证重点。 电动机 输出转速较高，并且输出不稳定，同时在运转故障或严重过载时可能烧坏电动机，所以要有一个过载保护装置。 可能选用的有：带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动。 设计方案有如下两种： 图 方案一 ：蜗杆传动类型 蜗杆传动是在空间交错的两轴之间传递运动和动力的一种机构，两轴交错的夹角可为任意值，常用的为 90 度，这种传动由于具有下述特点，故应用颇为广泛。 (1)当使用单头蜗杆时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过了一个齿距，因而能实现大的传动比。 在动力传动中，一般传动比 I=580； 在分度机构或手动机构中，传动比 可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。 由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。 (2)在杆蜗传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。 (3)当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动更具有自锁性。 (4)蜗杆传动与螺旋 齿轮传动相似，在 啮合处有相对滑动。 当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的磨擦和磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。 因此磨矿山绞车 TP 环面蜗杆减速器的设计 5 损较大；当蜗杆传动具有自锁性时，效率仅为 左右。 同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮，以便与钢制的蜗杆配对组合成减磨性良好的滑动摩擦剂。 图 方案二 ：圆柱齿轮传动类型 齿轮是任意一个有齿的机械元件，它能利用它的齿与另一个有齿元件连续啮合，从而将运动传递给后者，或者从后者接受运动。 齿轮副是由两个相互啮合的齿轮组成的基本机构，两齿轮轴线相对位置不变，并各绕其自身的轴线转动。 齿轮副是线接触的高副。 齿轮传动是利用齿轮副来传递运动和 (或 )动力的一种机械传动。 齿轮副的一对齿轮的齿依次交替地接触，从而实现一定规律的相对运动的 过程和形态称为啮合。 齿轮传动是现代机械中应用最广的一种机械传动形式。 在工程机械、矿山机械、冶金机械、各种机床及仪器、仪表工业中被广泛地用来传递运动和动力。 齿轮传动除传递回转运动外 ,也可以用来把回转运动转变为直线往复运动 (如齿轮齿条传动 )。 与摩擦轮传动、带传动和链传动等比较，齿轮传动具有如下优点 ： (1)能保证瞬时传动比的恒定，传动平稳性好，传递运动准确可靠。 (2)传递的功率和速度范围大。 传递的功率小至低于 lW (如仪表中的齿轮传动 )，大至5l04kW(如蜗轮发动机的减速器 )，甚至高达 ll05kW。 其 传动时圆周速度可达至 300m/s。 (3)传动效率高。 一般传动效率为 ～。 (4)结构紧凑，工作可靠，寿命长。 设计正确、制造精良、润滑维护良好的齿轮传动，可使用数年乃至数十年。 齿轮传动也存在以下不足 ： ① 制造和安装精度要求高，工作时有噪声。 ② 齿轮的齿数为整数，能获得的传动比受到一定的限制，不能实现无级变速。 ③ 中心距过大时将导致齿轮传动机构结构庞大、笨重，因此，不适宜中心距较大的场合。 链传动与齿轮传动虽然传动效率高，但会引起一定的振动，且缓冲吸震能力差，也没有过载保护；带传动平稳性好、 噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也比较低，但是传动效率较低，传动比也不恒定，寿无锡太湖学院学士学位论文 6 命短而蜗杆传动虽然效率低，没有缓冲吸振和过载保护的能力，制造要求精度高，但还是比较符合本设计的要求，所以采用蜗杆传动。 此外，蜗杆传动与齿轮传动相比，传动比更大，传动平稳噪音小，同等传动比下结构更紧凑，容易实现自锁。 综上所述，本设计选取方案一蜗杆传动类型。 根据要求设计单级蜗杆减速器，传递路线为：电动机 —联轴器 —减速器 —联轴器 —滚筒。 根据设计要求可知，该蜗杆的圆周路线 V≤45ms，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式，采用。