10噸液壓卷揚機絞車設(shè)計

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10噸液壓卷揚機設(shè)計 Design of 10t Hydraulic Hoist 設(shè)計題目： 10噸液壓卷揚機設(shè)計 學生姓名： 學院名稱： 專業(yè)名稱： 班級名稱： 學 號： 指導教師： 教師職稱： 完成時間： 長 摘 要 這次設(shè)計是對液壓絞車工作的原理、環(huán)境以及特點進行分析，結(jié)合實際情況，經(jīng)過仔細觀察，設(shè)計了液壓絞車的整體結(jié)構(gòu)，對組成成分進行選擇、計算和標定。這個絞車由進口液壓馬達、常閉多片式制動器、離合器、卷筒、進口平衡閥、支承軸和機架等部件組成。具有緊湊、小體積、小重量、美觀等結(jié)構(gòu)特點，具有安全性好、效率高、低速穩(wěn)定性好、噪音低、操作可靠等眾多結(jié)構(gòu)特點，可以相當平穩(wěn)在開始和結(jié)束工作中轉(zhuǎn)動，帶離合器的絞車可適用于鐵道機車和汽車起重機、船舶、油田鉆采、地質(zhì)勘探、煤礦、港口等各種起重設(shè)備中實現(xiàn)自由下放工況。 關(guān)鍵詞：液壓絞車；計算；校核；閥組 Abstract This design is to analyze the working principle，the working environment and the working characteristic of the hydraulic winch，and union reality，after the careful observation，I design the overall construction，and choose，compute and examine the various parts of the hydraulic winch. The winch is made up of the import hydraulic motor，import balancing valve，the brake of many pieces，coupling，reel，supporting axle and rack . Also we may design the valve group for the distributor of the motor，like with balancing valve，high-pressured shuttle valve，velocity modulation cross valve or other performance valve groups. The characteristic of the construction is compact ，small，light，beautiful and so on，the characteristic of the performance is safe，the high efficiency，the big start torque，the best low-speed stability characteristic，the low noise，the reliable operation. The winch is quite steadily in the work of promotion and relaxation ，The winch with the coupling also may release the things free ，It is popular to the railroad locomotive ，the auto hoist，the ships， the oil field of drills picks，the geological prospecting，the coal mine，the harbor and the each kind of hoisting equipment. Keywords: Hydraulic winch; Computation; Examination; Valve group 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外文獻綜述 1 第二章 卷揚機的總體設(shè)計 3 2.1 基本結(jié)構(gòu) 3 2.1.1 卷揚機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析 3 2.2 工作原理 8 2.2.1工作過程 8 2.2.2動力 8 2.3卷筒的設(shè)計 10 2.3.1卷筒的分類和特點 10 2.3.2卷筒的尺寸 10 2.3.3卷筒強度校核 13 第三章 卷揚機液壓系統(tǒng)設(shè)計 14 3.1 液壓系統(tǒng)傳動方案 14 3.2 元件計算 15 3.2.1液壓馬達 15 3.2.2液壓閥 18 第四章 卷揚機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 4.1軸。 19 4.1.1 軸的材料 19 4.1.2 軸的工作能力的計算 19 4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 4.2 離合器 23 4.2.1 特點 23 4.2.2 參數(shù)計算 23 4.3鋼絲繩固定裝置 27 4.3.1繩槽的選擇 27 4.3.2鋼絲繩 29 4.4軸承的選擇 29 4.4.1軸承的選型 29 4.5聯(lián)軸器的選型 31 4.5.1聯(lián)軸器選型 31 4.5.2聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩校核 32 參考文獻 33 致 謝 34 技術(shù)資料附錄 第1章 緒論 1.1 研究背景及意義 在中國的煤炭較深，地面煤層少，煤層穩(wěn)定性差。因為煤礦的管理和開采水平落后，機械設(shè)備自動化不足和人員操作水平低導致了煤礦安全，事故都經(jīng)常發(fā)生。盡管中國對煤炭安全問題的關(guān)注有所增加，人數(shù)的確下降了，但死亡率仍然遠超過主要的煤炭生產(chǎn)國。煤礦安全事故的頻繁發(fā)生，不僅對大多數(shù)礦工的生命安全有威脅，還對社會的和平發(fā)展也有威脅。在煤礦災(zāi)害統(tǒng)計中，中國70％的人員傷亡不是因地雷災(zāi)害而直接死亡，但隨后因窒息而死，缺少急救設(shè)備，缺乏食物和水等。受傷的人，只要搶救及時，無數(shù)的新鮮生命就會持續(xù)。由于該國高度重視地雷災(zāi)害的救援，越來越多的救援方法開始出現(xiàn)?，F(xiàn)在有并行救援和垂直鉆孔兩個進行救援的主要方式。 液壓卷揚機的意義： （1）現(xiàn)有的應(yīng)急救援設(shè)備簡單，多是臨時的，安全性相對欠缺，尚未形成系統(tǒng)。本文的研究是液壓絞車的一種新的研究方法，是后續(xù)工作。中國的發(fā)展完善了礦山應(yīng)急救援體系。 （2）液壓絞車也是多繩絞車。目前，關(guān)于多口油井的研究很少，限制了大容量、超深井的開發(fā)。 1.2 國內(nèi)外文獻綜述 在2010年Robinson等人在智利的北部銅金礦中發(fā)生倒塌事件方氏事故，使33名正在工作的年輕礦工被困井中，隨后各方開始展救援時，一臺重31噸的鉆井設(shè)備鉆了一個直徑為10厘米的孔?？梢韵蚓逻\送食物，水和通訊設(shè)備，并且進行測試通過這個孔，將其擴展到66厘米的救援通道中，最后通過“ Phoenix 2”救援艙進行救援L設(shè)備完成搶救。救援過程持續(xù)了69天，所有33名礦工均獲救。這是垂直的救援系統(tǒng)首次正式參加了實戰(zhàn)。 2015年，謝韜所在的三一重工提出了一種與鉆探救援垂直的起重裝置。作者指出，鉆井救援技術(shù)搶救被困人員首先要解決的問題是快速準確地將被困人員定位在地下，進行高效鉆探。 2016年，勘查院研發(fā)新型應(yīng)急救援起重設(shè)備。主要部件包括：礦山救援車平臺，組裝好的可移動式救援起重井架和礦山救援艙，該礦山救援車的平臺配備了車載升降設(shè)備底座和救援升降設(shè)備，該設(shè)備使用電機驅(qū)動起重系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用雙PLC，控制穩(wěn)定可靠，突破了救援室的防側(cè)傾功能和防過放功能救援室的功能可以為被救人員提供更多的安全保護救援艙中的人員。井架采用單獨的井架，并且井架需要由外部車輛安裝和拆卸。當?shù)V山發(fā)生重大安全事故時，可以將礦山救援提升系統(tǒng)送至事故現(xiàn)場，快速有效地進行礦山救援，大大加快了整體救援速度，提高了被困人員的生命財產(chǎn)安全。 第二章 卷揚機的總體設(shè)計 2.1 基本結(jié)構(gòu) 2.1.1 卷揚機構(gòu)結(jié)構(gòu)方案及分析 2.1.1.1 非液壓式卷揚機構(gòu)方案比較 卷揚機構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置的基本類型為平行軸型和同軸型。兩種基本類型分為單卷軸和雙卷軸。下面使幾種常見的： 圖2.1 并軸布置單卷筒卷揚機構(gòu) 圖2.1為并軸式單卷筒卷揚機構(gòu)，他們的卷筒軸與原動機軸線平行布置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。 鼓軸和減速器輸出軸之間的連接是提升機構(gòu)設(shè)計中的一個重要問題。圖2.1（a）和（b）所示的方案是將卷軸安裝在減速器輸出軸的延長線上。在機械上，這三個支點的靜態(tài)固定軸對軸承力矩的彎曲有減小。但是，這種結(jié)構(gòu)安裝精度高，不便組裝卷軸組和減速器。減速器無法獨立組裝和調(diào)試，很難更換軸承。但是，其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，適合中小型工程機械的起重機構(gòu)。 如圖2.1（c）和（d）所示，卷軸組和減速器的輸出均得到補償。圖2.1（c）減速器的輸出軸通過齒輪聯(lián)軸器連接至滾筒，并直接將動力傳遞至滾筒。圖2.1（d）十字滑塊聯(lián)軸器連接卷軸和減速機的輸出軸，卷軸的右端延伸到減速機輸出軸上聯(lián)軸器一半的中心孔，結(jié)構(gòu)緊湊，在制造和安裝上具有很好的組合性。 雙鼓卷繞機構(gòu)的平行軸布置（圖2.2），兩級齒輪減速器驅(qū)動使液壓馬達安裝在主鼓和輔助鼓。兩個卷盤分別裝有離合器和制動器。通過液壓控制系統(tǒng)的控制，主，輔助卷盤可以獨立運行，并且可以降低重力。 圖2.2 并軸布置雙卷筒卷揚機構(gòu) 2.1.1.2卷軸與減速機輸出軸連接基本原理 卷軸與減速器輸出軸之間的連接設(shè)計的基本原理是： 1.嘗試避免使用多支點靜態(tài)固定軸。由于多個軸承點復(fù)雜且軸的安裝精度不容易保證。 2.優(yōu)選在減速機的輸出端直接驅(qū)動卷盤的連接方法，以使卷盤軸不傳遞扭矩，盡可能避免卷軸彎曲和扭曲的組合動作，以減小軸的直徑。 3.使組織具有良好的總體組成小組，以方便制造，安裝，調(diào)試和維護。 4.結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠。 5.線盤組和減速器的輸出軸優(yōu)先通過補償連接，因此在安裝過程中可以進行組裝。 2.1.1.3 液壓卷揚機構(gòu)的分類 絞車機構(gòu)的多種工作速度是通過控制多泵合流以及液壓馬達的串聯(lián)和并聯(lián)或使用可變液壓馬達來實現(xiàn)的，達到了輕載高速和重載低速。 液壓傳動的舉升機構(gòu)有以下形式： 由于使用的液壓馬達類型不同，液壓提升機構(gòu)可以分為兩種形式：高速液壓馬達變速器和低速高扭矩馬達變速器。 圖2.3 液壓卷揚機構(gòu)布置方案(一) 2.1.1.4 液壓式行星齒輪傳動卷揚機構(gòu)布置方案 液壓多速卷揚機構(gòu)有許多布置方案： 液壓卷揚機構(gòu)布置方案 兩個和三個方案是一個類型。因為行星減速機安裝在卷盤上，所以體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。但是，因為繞線輪中空間位置的限制，多以要求安裝精度高，零件加工困難，軸承的選擇困難且不便維護。它們之間的區(qū)別在于制動器的安裝位置，第二種方案似乎具有良好的對稱性。 計劃4明顯小于計劃2和計劃3，并且結(jié)構(gòu)更緊湊。但是除了第二和第三方案中的問題之外，它還具有非常差的制動器和液壓馬達的散熱性，并且也非常不方便維修和調(diào)試。 液壓卷揚機構(gòu)布置方案 第二，第三和第四方案均同軸布置。即使液壓馬達和閥芯軸在同一中心線上，組裝時也必須確保指定的同心度。 2.1.1.5 設(shè)計方案 馬達排量為520ml/r，工作壓力為16.5MP，所以使用低速大扭矩方案，不用減速器。如（圖2.8）所示，此方案整體體積小，結(jié)構(gòu)較緊湊。 卷揚機由馬達、制動器、離合器、卷筒、支承軸、平衡閥和機架等組成。如圖： 2.1.5.6 卷揚機構(gòu)方案設(shè)計的注意 除了仔細考慮上述問題外，起重機構(gòu)方案的設(shè)計還必須適當處理以下事項。 1.當總傳動比為分配機構(gòu)時，水平差不應(yīng)太大。通常，可以采用逐漸減小從原動機到鼓的傳動比的分配方法。 2.應(yīng)盡可能選擇卷軸直徑的最小允許值，隨著卷軸直徑的增大，扭矩和傳動比增大，以至于機構(gòu)擴大。 3.對于具有多個更換工作裝置的機器，卷軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠提供快速的更換措施，例如分體式組合卷軸。 4.滑輪組的放大倍數(shù)對機構(gòu)有很大影響。因此，滑輪組的放大率不應(yīng)太大。 通常，在提升負載時，滑輪組的放大倍數(shù)應(yīng)為2，當放大倍數(shù)為3?6時，負載較大時，放大倍數(shù)應(yīng)大于8。 2.2 工作原理 2.2.1工作過程 卷揚機構(gòu)是周期性作業(yè)：啟動加速（0→a）、穩(wěn)定運動（a→b）、制動減速（b→c）三個過程（圖2.1）。 2.2.2動力 卷揚機構(gòu)起動或停止時，除了作用在機構(gòu)上的載荷除靜力外，還有作加速運動產(chǎn)生的動載荷。 1．起動過程 卷揚機構(gòu)帶載提升時，載荷從靜止狀態(tài)加到穩(wěn)定速度v的過程稱為起升起動。此時，懸掛載荷的鋼絲繩拉力（圖3.2a）為： （1） 式中 ——起升載荷； ——加速運動產(chǎn)生的慣力。 重物升降動力分析 （a）起升起動；（b）起升制動；（c）下降起動；（d）下降制動 2、起升制動過程 從恒速到靜止提升機構(gòu)減速稱為提升制動。鋼絲繩的張力懸吊在重物上（圖3.2b）。因為減速運動產(chǎn)生的慣力與提升載荷的方向相反，所以鋼絲繩的張力減小。 3.下降過程 從靜止加速到恒定速度稱為下降開始過程（圖3.2c）。此時，慣性方向與負載方向相反，因此鋼絲繩的張力減小，即 4.下降的制動過程 當卷揚機驅(qū)動懸掛的負載以恒定速度下降時，將制動器制動，將負載從恒定速度減速到精致的過程稱為向下制動過程（圖3.2d）。此時，由于慣性力的方向與提升載荷的方向一致，因此，鋼絲繩的張力增大。 總而言之，兩個最不利的工作過程是起升機構(gòu)的啟動和下降制動。 只有這樣，移動物體才能在規(guī)定時間內(nèi)平穩(wěn)停止。 公式中：-提升機構(gòu)帶動負載勻速運動時的靜阻力矩； -起升機構(gòu)起停時的最大慣性阻力。 顯然，以上兩個工作過程是確定提升機原動機和制動器性能以及計算機構(gòu)零件強度的基礎(chǔ)。 2.3卷筒的設(shè)計 在提升機構(gòu)中纏繞鋼絲繩的組件。常用的卷盤組類型為齒輪連接盤類型，外圍大齒輪類型，短軸類型和內(nèi)部行星齒輪類型。 齒輪連接的盤式卷盤組是一個封閉的驅(qū)動器，具有良好的分組，并且卷盤軸不承受扭矩。它是當前橋式起重機卷盤組的典型結(jié)構(gòu)。缺點是，在維護過程中，卷軸需要沿軸向向外移動。 外圍大齒輪卷盤組通常用于傳輸速度比高而速度低的情況。通常，它是一種開放式傳動裝置，卷軸僅承受彎矩。 行星減速器放置在卷軸的內(nèi)腔中。結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，但是對制造和組裝的精度要求很高，并且維護不便。它通常用于結(jié)構(gòu)要求。在M5以下的緊湊型工人階級中。 根據(jù)纏繞在繞線輪上的鋼絲繩的層數(shù)，它分為單層繞線輪和多層繞線輪。由于這種設(shè)計的纏繞層數(shù)為三層，因此使用了多層卷軸。根據(jù)將鋼絲繩纏繞到卷盤中的情況，將其分為單個卷盤（將鋼絲繩分支纏繞到卷盤中）和雙卷盤（將兩個鋼絲繩分支同時纏繞到卷盤中） ）。單個卷軸可被纏繞成單層或多層，而雙卷軸通常被纏繞成單層。當提升高度大時，為了減小雙卷軸的長度，存在在卷軸周圍同軸地布置兩個多層或平行地布置同步裝置的示例。 多層繞線輪可以減少繞線輪的長度，并使機構(gòu)緊湊，但鋼絲繩的磨損會加速，因此不應(yīng)使用工作水平高于M5的機構(gòu)。 2.3.1卷筒的分類和特點 2.3.2卷筒的尺寸 1． 卷筒名義直徑D （2） 式中——卷筒直徑比，由表選取; ——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）（mm）; ——鋼絲繩直徑(mm); 根據(jù)卷揚機工作級別M5選用=25，根據(jù)已知得=8mm,把數(shù)值代入式中得 =（25-1）*8=192mm 根據(jù)所得的數(shù)據(jù)選卷筒名義直徑=200mm。 卷筒最小直徑的計算： Dmin=hd （3） 式中 Dmin——滑輪的最小直徑 mm: d——鋼絲繩直徑 mm; h——系數(shù)值； 根據(jù)機構(gòu)工作級別為F Dmin=18×8=144 D＞Dmin （4） 卷筒直徑符合條件。 2． 卷筒長度L 多層卷繞卷筒L，由下式 （5） （6） 式中——多層卷繞鋼繩總長度（mm）； 根據(jù)已知卷筒容繩量為27m，所以=27m， 把數(shù)據(jù)代入式中得 =195.52mm 取多層卷繞卷筒長度=200mm。 3.繩槽的選擇 一般在單層繞線輪上切出導向螺旋槽。正常情況下，使用標準凹槽。當存在危險時或高速機構(gòu)，請使用深槽。 過去，為了減少鋼絲繩的磨損，建議多層纏繞鼓的表面光滑。為了將來每一層鋼絲繩的整齊纏繞將帶螺旋槽的滾筒多層纏繞時，繩槽可確保第一層鋼絲繩排列整齊。產(chǎn)生的鋼絲繩磨損遠大于開槽的鋼絲繩。 帶鋼絲繩槽的單層纏繞雙滾筒可以沒有肋，因為鋼絲繩的兩端固定在滾筒的兩端。為了防止鋼絲繩從卷筒中脫出，在多層繞線輪兩端應(yīng)設(shè)置固定肋，并且其高度應(yīng)高于最外面的鋼絲繩。 （1）繩槽半徑根據(jù)下式 （7） 取R=0.5d 把數(shù)值代入得 R=0.5×8=4.4mm 繩槽節(jié)距P=d+（2～4）mm （8） 取P=8+2=10mm 繩槽深度h=（0.25～0.4）d （9） 取h=0.35d=0.35×8=2.8 圖2.4 繩槽的放大示意圖 （2）卷筒上有螺旋槽部分長 （10） 式中——=，卷筒計算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑（mm）； ——1.5，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取2； 把數(shù)據(jù)代入式中得 =167.8mm 由此可取 =170mm。 （3）繩槽表面精度：2級——值12.5。 4、卷筒壁厚 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計算式子： mm （11） 把數(shù)值代入式中有 =0.02D+8=12mm 故選用=12mm。 2.3.3卷筒強度校核 鋼絲繩拉卷筒時，有壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)，最大的是壓縮應(yīng)力。當時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的，只計算壓應(yīng)力即可。當時，要考慮彎曲應(yīng)力。 本設(shè)計卷筒的直徑=200mm，=200mm， 。 筒壁內(nèi)表面有最大壓應(yīng)力，壓應(yīng)力按下式計算： （12） 式中——卷筒壁壓應(yīng)力（MPa）； ——鋼絲繩最大靜拉力（N）； ——應(yīng)力減小系數(shù)，一般??； ——多層卷繞系數(shù)； ——許用壓應(yīng)力，對鑄鐵，為鑄鐵抗壓強度極限，對鋼，為鋼的屈服極限。 取，按表取，根據(jù)已知卷筒底層拉力1100kgf，可算得，把各數(shù)代入式中： =121.36MP 根據(jù)所計算的結(jié)果查得卷筒的材料為球墨鑄鐵，其抗壓強度極限，，=121.36MP<,因此材料選用合格。 第3章 卷揚機液壓系統(tǒng)設(shè)計 3.1 液壓系統(tǒng)傳動方案 3.1.1液壓系統(tǒng)的類型 液壓系統(tǒng)有多種，見表1.1。 表1-1 液壓系統(tǒng)的分類 3.1.2擬定絞車液壓系統(tǒng)圖 系統(tǒng)的工作原理及其特點簡要說明如下：（見圖1.1） 絞車液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序 工 況 電磁鐵 1YA 2YA 3YA 滿載卷揚上升 - + - 空包下放 + - - 停止 - - + 圖1.1 3.2 元件計算 3.2.1液壓馬達 液壓馬達不是正在使用的泵的反向操作。它具有更高的效率和更大的速度范圍。它可以沿正反方向運行，長時間承受頻繁的沖擊，承受較大的徑向載荷。應(yīng)根據(jù)負載扭矩，轉(zhuǎn)速，布局類型和工作條件來選擇馬達類型。 3.2.1.1 選擇馬達 液壓馬達工作壓力為16.5MP，總排量520ml/r，初選型號JMQ—23型低速大扭矩葉片馬達，參數(shù)見（表5—1）。 型號 排量 （ml/r） 壓力 （Mp） 轉(zhuǎn)速（r/min） 效率 轉(zhuǎn)矩（N/m） JMQ—23 604 額定 最高 額定 最高 容積效率 總效率 1440 16 20 75 400 0.95 0.85 3.2.1.2 驗算 （1） 滿載起升輸出功率 （kw） （13） 式中——起升載荷動載系數(shù)，取=1.15~1.3； ——額定起升載荷（N） ——物品起升速度（m/s） ——機械總效率，初步計算時，取0.8~0.85。 額定起升載荷根據(jù)下式計算 （14） 式中——鋼絲繩自由端拉力（N）； ——滑輪組倍率。 根據(jù)已知=10787.7N。一般當起升載荷時，滑輪組倍率宜取2，時，倍率取3~6，載荷量更大時，倍率可取8以上。因此，。 把數(shù)值代入到式子中得： =21575.4N 物品提升速度按下式計算 （15） 式中——鋼絲繩線速度（m/min） 由已知得=60m/min，把數(shù)值代入得：=0.5m/s 根據(jù)需要選取=1.3，機械總效率取=0.85，卷筒機械效率=0.97，=0.5m/s， =21575.4N，把數(shù)據(jù)代入式中得： =17.009kw （2） 滿載起升時液壓馬達輸出扭矩 （16） 式中——減速器傳動比； ——鋼繩在卷筒上的卷繞層數(shù)=3。 把所有數(shù)值代入式子中得： =1004.845 所選用的馬達的額定轉(zhuǎn)矩為=1440，因為 ，所以選用的馬達轉(zhuǎn)矩符合要求。 （3） 計算液壓馬達的轉(zhuǎn)速和輸入油量 根據(jù) （17） 式中各符號同以前的式子。 把數(shù)值代入式中得： =176.43 r/min 計算馬達的輸入油量用下式 （18） 式中——液壓馬達的排量（ml/r）； ——液壓馬達容積效率。 馬達的排量根據(jù)已知得=520 ml/r， 根據(jù)下式計算： （19） 式中——液壓馬達總效率； ——液壓馬達機械效率。 根據(jù)表查得取0.85，取0.9。 把數(shù)代入式中得： =0.95 把所計算的數(shù)據(jù)代入式中得： = 選用的液壓馬達轉(zhuǎn)速范圍為r/min，由于計算得=88.5 r/min，符合。 3.2.2液壓閥 根據(jù)已知的馬達的排量、工作壓力和計算所得的泵的流量選用型平衡閥，所代表的意義和閥的外型結(jié)構(gòu)見（圖3.1）和（圖3.2）。 圖3.1 型號所代表的意義 液壓閥的外型結(jié)構(gòu) 第四章 卷揚機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1軸。 4.1.1 軸的材料 采用45號鋼并采用正火處理。 4.1.2 軸的工作能力的計算 1、軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 由于軸通過聯(lián)軸器和馬達直接相連，故 ， （20） 式中——馬達的額定轉(zhuǎn)矩（）； ——馬達的額定轉(zhuǎn)速（）。 把數(shù)值代入式中得： 2、軸上的力 軸只受扭矩作用 圖8.1 本設(shè)計軸的裝配方案 圖8.2軸的載荷分析圖 3、初步確定軸的最小直徑 根據(jù)式子 （21） 式中——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 （）； ——軸所受的扭矩（） ——軸的抗扭截面系數(shù)（）； ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）； ——軸傳遞的功率（）； ——計算截面處軸的直徑（mm）； ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（）。 由上式得軸的直徑 = （22） 根據(jù)軸的選用材料查表得=，把數(shù)據(jù)代入式中得 =52.47mm 對于直徑的軸如有多個鍵槽時，應(yīng)增大為，故=59.03mm。 輸出軸的最小直徑顯然是安裝離合器處軸的直徑，為了使所選的軸的直徑與離合器的孔徑及液壓馬達的軸徑相適應(yīng)，選取d=60mm。 5、校核強度 （23） 式中——軸的計算應(yīng)力（）； M——軸所受的彎矩（）； T——軸所受的扭矩（）； W——軸的抗彎截面系數(shù)（）； ——折合系數(shù)； ——彎曲應(yīng)力。 軸只受扭矩的作用因此，由下式計算： （24） 軸的抗彎截面系數(shù)依照（圖8.3）計算： （25） 把數(shù)帶入式中計算得： 其中b=18，t=5.6 = 折合系數(shù)當扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，把計算的值和已知的值代入式中得： 根據(jù)軸的材料按表選=255。因此，故安全。 4.1.3 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1.3.1 擬定零件裝配 裝配方案為摩擦片離合器、軸承、軸承端蓋、支架、卷筒轂、卷筒按從左到右的方向裝配。 4.1.3.2軸各段直徑和長度 （1）轉(zhuǎn)矩和最小孔徑為60mm的多片式摩擦離合器，選取最小軸徑=60mm，與軸配合的轂孔長度l=70mm，所以取=153mm。 （2）選擇滾動軸承，因為軸承同時受有徑向力和軸向力，所以用角接觸球軸承，由設(shè)計手冊中初步選取7313C，所以取=65mm，=32mm。 （3）由卷筒轂的寬度及軸承定位需要一定的軸肩，取=84mm，=47mm。同時根據(jù)卷筒的寬度和卷筒轂的寬度取=92mm，=136mm，同理=84mm，=45mm。 （4）根據(jù)選擇的多盤式摩擦制動器及在軸上安裝的位置選取=80mm，=166mm。 （5）根據(jù)軸承取=65mm，=34mm。 4.1.3.3 軸上零件周向定位 卷筒輪轂的鍵由設(shè)計手冊查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，鍵長32mm，輪轂與軸的配合公差為H8/f7，離合器與軸聯(lián)接，選用平鍵18mm×11mm×63mm，離合器與軸配合為H8/f7，制動器與軸連接，選用平鍵22mm×12mm×70mm、制動器與軸配合為H8/f7。 4.2 離合器 4.2.1 特點 離合器是一種通過各種操縱方式，實現(xiàn)主從動部分在同軸線上傳遞運動和動力時具有接合或分離功能的裝置。 按要求，本設(shè)計采用機械操縱式多片圓盤摩擦離合器，屬摩擦式離合器。 4.2.2 參數(shù)計算 4.2.2.1 轉(zhuǎn)矩 摩擦式離合器 （26） 式中——離合器的計算轉(zhuǎn)矩； ——離合器的理論轉(zhuǎn)矩； ——工作情況系數(shù)； ——離合器接合頻率系數(shù)； ——滑動速度系數(shù)。 根據(jù)以前求得=1004.85，按表取，=1，=1.35，把數(shù)值代入式中得： =930.412 4.2.2.2 圓盤摩擦片的主要尺寸關(guān)系 圖7.1 圓盤摩擦片尺寸圖 摩擦片內(nèi)徑 套裝式 干式 （27） 濕式 （28） 式中——為軸的直徑（mm）。 由已知得=60mm，代入式中得=110mm 摩擦面外徑 （29） 把數(shù)據(jù)代入式中得=220mm 摩擦片數(shù)目 （30） 式中——摩擦面對數(shù)修正系數(shù) ——摩擦系數(shù)； ——摩擦面的壓力 ； （31） 按表取0.91，按表查得=0.2，=，把以前計算的各值代入式中得： =5.45 取z=6。 4.2.2.3 轉(zhuǎn)矩 摩擦面的摩擦轉(zhuǎn)矩對（圖7.2）所示的摩擦盤為 （32） 式中A——摩擦器的總摩擦面積 ； （33） ——摩擦面數(shù)； 、——摩擦盤工作面的內(nèi)、外半徑 mm； ——當量摩擦半徑 mm （34） 圖7.2 摩擦盤尺寸關(guān)系 根據(jù)前面計算=92mm，=136mm，=15，把數(shù)值代入式中得： = =82.5mm 按表查得=0.2，=，把取的數(shù)據(jù)和計算的數(shù)據(jù)代入式中得： 離合器的計算轉(zhuǎn)矩通過計算得，由上式計算得摩擦轉(zhuǎn)矩。，合格。 4.2.3.4 壓力的計算 a．壓緊力 （35） 式中m——摩擦面對數(shù)，（為摩擦片數(shù)）。 其他符號見以前式子。 按前面計算得，=82.5mm，=0.2，m=6-1=5，把數(shù)據(jù)代入到式子中得： = b．摩擦工作面的平均壓力 （36） 式中——摩擦面的寬度 mm，。 （37） 經(jīng)計算得，把各項數(shù)值代入式中得： 0.32 根據(jù)，因為，所以校驗合格。 4.3鋼絲繩固定裝置 4.3.1繩槽的選擇 過去，為了減少鋼絲繩的磨損，建議多層纏繞鼓的表面光滑。光滑的卷盤很容易使鋼絲繩的多層纏繞無序而無序。產(chǎn)生的鋼絲繩磨損遠大于開槽的鋼絲繩。 帶鋼絲繩槽的單層纏繞雙滾筒可以沒有肋，因為鋼絲繩的兩端固定在滾筒的兩端。為了防止鋼絲繩從卷筒中脫出，在多層繞線輪兩端應(yīng)設(shè)置固定肋，并且其高度應(yīng)高于最外面的鋼絲繩。 （1）繩槽半徑根據(jù)下式 （38） 取R=0.5d 把數(shù)值代入得 R=0.5×8=4.4mm 繩槽節(jié)距P=d+（2～4）mm （39） 取P=8+2=10mm 繩槽深度h=（0.25～0.4）d （40） 取h=0.35d=0.35×8=2.8 圖4.1繩槽的放大示意圖 （2）卷筒上有螺旋槽部分長 （41） 式中——=，卷筒計算直徑，由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑（mm）； ——1.5，為固定鋼絲繩的安全圈數(shù)。取2； 把數(shù)據(jù)代入式中得 =167.8mm 由此可取 =170mm。 （3）繩槽表面精度：2級——值12.5。 4、卷筒壁厚 初步選定卷筒材料為鑄鐵卷筒，根據(jù)鑄鐵卷筒的計算式子： mm （42） 把數(shù)值代入式中有 =0.02D+8=12mm （43） 故選用=12mm。 5、鋼絲繩允許偏角 鋼絲繩繞進或繞出卷筒時，不大于3.5o；光面卷筒和多層繞卷鋼絲繩不大于 2o；布置卷繞系統(tǒng)時不大于5o。 4.3.2鋼絲繩 鋼絲繩的直徑為已知d=10mm 4.4軸承的選擇 1）軸承必須能夠承受一定的載荷，額定載荷必須足夠大，并具有一定的強度和剛度。 2）支撐軸承時，軸承和軸頸之間的摩擦力必須很小，以減小旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦力，以提高精度要求。 3）軸承的摩擦扭矩必須盡可能小。 軸承的類型和特性 經(jīng)過大量的查詢和數(shù)據(jù)比較，我們最終選擇了滾動軸承作為支撐輪對的軸承。滾動軸承是標準件，由專業(yè)的工廠生產(chǎn)。 4.4.1軸承的選型 軸承的作用是支撐軸。 滾動軸承的類型的選擇載荷與額定壽命的關(guān)系曲線如下： P為當量動載荷； L10為P作用下的額定壽命。 當載荷為額定動載荷C時： （44） 所以： （45） 所以： （46） 根據(jù)條件，檢查《簡明機械設(shè)計手冊》表14-15中常用機械設(shè)備軸承的預(yù)期使用壽命。根據(jù)生產(chǎn)需要，每天工作8小時。滿負荷使用的機械（例如機床和工程機械）軸承的預(yù)期使用壽命為： Lh = 20000-30000h 軸承承受徑向載荷和軸向載荷，選擇角接觸球軸承?？杀硨Ρ郴蛎鎸γ姘惭b，適用于徑向和軸向載荷的組合作用。它可以限制一個方向上的軸向位移。軸承的摩擦系數(shù)小，價格低。適用于高剛性和高速度的軸。 固定端軸承的計算和驗證 根據(jù)要求，角接觸球軸承的主要選擇是70000AC。檢查第9版“機械設(shè)計”中的表13-5。判斷系數(shù)e = 0.68，最大軸向載荷大約等于軸承的軸向載荷 Fm ＝ Fa ＝ 15N。 軸承上的徑向載荷約為15000N，即 Fr = 15000N。 求出比例： Fa / Fr = 0.015。 該比率遠小于角接觸球軸承的最小判斷系數(shù)e = 0.38 等效動載荷P計算： （47） 查《機械設(shè)計》第九版表13-6,載荷系數(shù)=1.0-1.2，取=1.2。 則 =1.2*（1*15000）=18000N。 2)求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C為: = 18391.4 N 。 因為軸承Cr大于額定載荷值C 所以選型合格。 3)選擇軸承型號: 查《簡明機械設(shè)計手冊》表14-40深溝球軸承（摘自GB/T276-1994和GB/T5868-2003），選擇:6208型軸承，軸承內(nèi)徑40，軸承Cr =25.5KN。 4.5聯(lián)軸器的選型 聯(lián)軸器有很根據(jù)滾珠絲杠的軸徑選擇聯(lián)軸器。下表2-8中列出的聯(lián)軸器的性能是錐形銷套聯(lián)軸器的主要選擇。 4.5.1聯(lián)軸器選型 表聯(lián)軸器性能 類別 聯(lián)軸器名稱 轉(zhuǎn)矩范圍N.mm 軸徑范圍mm 最高轉(zhuǎn)速r/min 特點及應(yīng)用說明 固定式 套筒聯(lián)軸器 圓錐銷 3~4000 平鍵 71~5000 半圓鍵 8~450 花鍵 150~12500 4~100 20~100 10~35 25~102 一般小于等200~250 剛性 凸緣聯(lián)軸器（GB/T5843—2003） 10~20000 10~180 13000~2300 套筒 夾殼聯(lián)軸器 （HG5—213—1965） 85~9000 30~110 900~380 聯(lián)軸器 緊箍夾殼聯(lián)軸器 180~12500 30~110 900~380 主要選擇d = 6mm爪形套筒聯(lián)軸器，聯(lián)軸器型號為ST20C6-6 d=6mm的圓錐銷套筒聯(lián)軸器數(shù)據(jù) d 公稱轉(zhuǎn)矩（Nm） D L d1XL1 d2XL2 6 3.0 20 30 6X12 6X12 4.5.2聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩校核 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩計算公式見式(2.15)： （48） 式中：K——工作情況系數(shù) P——輸出功率（kw） T——理論轉(zhuǎn)矩N.m ——計算轉(zhuǎn)矩N.m N——工作轉(zhuǎn)速r/mi n 則聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩：(考慮動載荷及過載,取聯(lián)軸器工作情況系數(shù)K=1.5)： （49） = 所以經(jīng)計算可以確定選則的聯(lián)軸器合適。 參考文獻 [1]張質(zhì)文,虞和謙,王金諾,包起帆主編.起重機設(shè)計手冊.北京:中國鐵道出版社,1997 [2]顏榮慶,李自光,賀尚紅主編.現(xiàn)代工程機械液壓與液力系統(tǒng).北京:人民交通出版社，2008 [3]成大先主編.機械設(shè)計手冊.第四版.北京:化學工業(yè)出版社，2012 [4]徐灝主編.機械設(shè)計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2013 [5]章日晉主編.機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2008 [6]吳宗澤主編.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社,2012 [7]北京有色冶金設(shè)計研究總院主編.機械設(shè)計手冊.第三版.北京:化學工業(yè)出版社,2012 [8]汝元功,唐照民主編.機械設(shè)計手冊.北京:高等教育出版社，2012 [9]花家壽編.新型聯(lián)軸器與離合器.上海:上海科學技術(shù)文獻出版社,2008 [10]機械控制系統(tǒng)設(shè)計/中國機械工程學會,中國機械設(shè)計大典編委會.中國機械設(shè)計大典.南昌:江西科學技術(shù)出版社,2013  致 謝 為期三個月的緊張而充實的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)結(jié)束。我在這個項目中學到了很多東西。畢業(yè)設(shè)計對我們每個大學生都非常重要。它不僅是對我們四年來在大學學習的各個學科知識的全面應(yīng)用，而且是對將我們學到的知識運用到實踐中的檢驗。通過這個畢業(yè)設(shè)計，我重新訪問了大學的課程，例如機械制圖，理論力學，機械設(shè)計，液壓傳動和氣動傳動等專業(yè)知識，還涉及了一些以前從未深入了解的知識，從而拓寬了我的視野，并增加知識，進一步鞏固他們所學到的知識，并為畢業(yè)后進入社會工作崗位奠定一定的基礎(chǔ)。 在液壓絞車的設(shè)計過程中，除了運用我以前學到的專業(yè)知識外，我還查閱了大量相關(guān)材料，使我對這一領(lǐng)域有一定的了解和理解，并掌握了查找的基本技能。信息。在設(shè)計過程中，他所學的理論知識第一次被實際應(yīng)用到實踐中，從而可以在實踐中對其進行檢驗。我學會了如何面對設(shè)計中的各種問題，如何分析并最終解決問題。并培養(yǎng)了我的卓越，科學嚴謹和認真對待問題的工作精神，鍛煉了我的創(chuàng)造能力和獨立解決問題的能力。 在老師老師的全力指導下，畢業(yè)設(shè)計可以如此順利地完成，老師提出了許多寶貴的建議，糾正了許多錯誤，并使設(shè)計更加合理和完美。同時，學生們也提出了很多建議和幫助，在此向師生表示深切的謝意！ 附錄: DATE=DD-MM-YY - 01-06-16 TIME=HH:MM - 19:51) (MCX FILE - F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.MCX-5) (NC FILE - F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.NC) (MATERIAL - ALUMINUM MM - 2024) ( T5 | 2. BALL ENDMILL | H5 ) ( T2 | 8. BULL ENDMILL 1. RAD | H2 ) ( T1 | 25. FLAT ENDMILL | H1 ) ( T3 | 8. FLAT ENDMILL | H3 ) ( T4 | 9.8 DRILL | H4 ) N100 G21 N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90 ( 匯入原始文件名稱 = F:\MASTERCAM出程序\10-03-01-001.MC9 ) N104 T5 M6 N106 G0 G90 G54 X-33.411 Y-87.9 A0. S3819 M3 N108 G43 H5 Z35.915 N110 Z15.915 N112 G1 Z10.915 F152.8 N114 X-33.407 Z10.961 F305.5 N116 X-33.338 Z11.465 N118 X-33.204 Z12.508 N120 X-33.19 Z12.592 N122 X-33.164 Z12.715 N124 X-33.146 Z12.836 N126 X-33.137 Z12.881 N128 X-33.014 Z13.411 N130 X-32.833 Z14.25 N132 X-32.812 Z14.332 N134 X-32.749 Z14.537 N136 X-32.704 Z14.724 N138 X-32.691 Z14.769 N140 X-32.527 Z15.262 N142 X-32.315 Z15.953 N144 X-32.287 Z16.033 N146 X-32.175 Z16.313 N148 X-32.087 Z16.571 N150 X-32.078 Z16.595 N152 X-31.881 Z17.044 N154 X-31.651 Z17.616 N156 X-31.62 Z17.684 N158 X-31.446 Z18.029 N160 X-31.308 Z18.339 N162 X-31.287 Z18.381 N164 X-31.082 Z18.752 N166 X-30.857 Z19.198 N168 X-30.816 Z19.272 N170 X-30.568 Z19.674 N172 X-30.366 Z20.035 N174 X-30.342 Z20.074 N176 X-30.136 Z20.376 N178 X-29.926 Z20.717 N180 X-29.879 Z20.787 N182 X-29.547 Z21.236 N184 X-29.271 Z21.636 N186 X-29.244 Z21.673 N188 X-29.052 Z21.905 N190 X-28.87 Z22.151 N192 X-28.817 Z22.217 N194 X-28.386 Z22.707 N196 X-28.034 Z23.13 N198 X-28.003 Z23.164 N200 X-27.841 Z23.328 N202 X-27.696 Z23.492 N204 X-27.637 Z23.553 N206 X-27.086 Z24.082 N208 X-26.664 Z24.503 N210 X-26.63 Z24.534 N212 X-26.51 Z24.634 N214 X-26.412 Z24.728 N216 X-26.349 Z24.785 N218 X-25.627 Z25.368 N220 X-25.173 Z25.744 N222 X-25.136 Z25.771 N224 X-25.072 Z25.817 N226 X-25.029 Z25.852 N228 X-24.961 Z25.902 N230 X-23.84 Z26.66 N232 X-23.574 Z26.842 N234 X-23.483 Z26.898 N236 X-22.002 Z27.726 N238 X-21.839 Z27.808 N240 X-21.43 Z27.99 N242 X-20.352 Z28.477 N244 X-20.202 Z28.532 N246 X-20.095 Z28.578 N248 X-20.071 Z28.587 N250 X-19.557 Z28.76 N252 X-18.704 Z29.062 N254 X-18.623 Z29.087 N256 X-18.436 Z29.136 N258 X-18.269 Z29.191 N260 X-18.224 Z29.204 N262 X-17.71 Z29.326 N264 X-16.983 Z29.516 N266 X-16.9 Z29.534 N268 X-16.625 Z29.581 N270 X-16.381 Z29.637 N272 X-16.336 Z29.646 N274 X-15.847 Z29.715 N276 X-15.229 Z29.821 N278 X-15.145 Z29.832 N280 X-14.783 Z29.863 N282 X-14.461 Z29.907 N284 X-14.415 Z29.911 N286 X-13.972 Z29.933 N288 X-13.454 Z29.977 N290 X-13.39 Z29.981 N292 X-12.5 Z30. 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