噸鑿井絞車設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、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。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。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)

2、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35一、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)41.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1.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JZ-25/1300B鑿井絞車的基本參數(shù)參 數(shù)數(shù)值單位鋼絲繩最大靜張力250KN卷筒容繩量1

3、300m第一層鋼絲繩速度快速0.075m/s慢速0.038m/s卷筒規(guī)格直徑1000mm寬度1500mm鋼絲繩直徑40mm鋼絲繩纏繞層數(shù)9電動(dòng)機(jī)型號(hào)YR280M-8功率55KW轉(zhuǎn)數(shù)725r/min電壓380V絞車質(zhì)量15726Kg外型尺寸3912×3623×2500mm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

4、線式電動(dòng)機(jī)。絞車一般是半露天工作環(huán)境，防護(hù)等級選IP23。2、功率及轉(zhuǎn)速確定電機(jī)功率由下確定：式中 F主鋼絲繩最大靜拉力N V卷筒上第一層鋼絲繩速度m/s 傳動(dòng)效率D、d分別為卷筒直徑、鋼絲繩直徑 mm f為鋼絲繩纏繞層數(shù)查自GB/T15112-2007鑿井絞車滾珠軸承效率：滾柱軸承效率：彈性聯(lián)軸器效率：十字滑塊聯(lián)軸器效率：變速齒輪效率：開式齒輪效率：蝸桿副效率：將各式代入上式因此，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：裕度足夠。（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)

5、和減速器的外廓尺寸、重量、潤滑等很多方面。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：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：總傳動(dòng)比計(jì)算得出，當(dāng)確定后也就確定了。而減速器傳動(dòng)比又由變速齒輪傳動(dòng)比和蝸桿付傳動(dòng)比組成，即其中由渦輪承載能力確定，隨之確定具體計(jì)算如下：電機(jī)轉(zhuǎn)速：卷筒轉(zhuǎn)速： （快速）理論總傳動(dòng)比理論值（1）（2）開式齒輪傳動(dòng)比i1 開式齒輪參數(shù)（3）減速機(jī)傳動(dòng)比i2實(shí)際選?。海?）蝸桿付傳動(dòng)比（2）變速齒輪傳動(dòng)比快速 慢速 故 （3）實(shí)際傳動(dòng)比傳動(dòng)誤差：（計(jì)算法）快速：慢速：說明：根據(jù)以往實(shí)際

6、使用和檢測情況，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)測值不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。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)=1.05纏繞層數(shù)10這時(shí)容量其中：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)代入上式纏繞8層時(shí)的最大外徑最外層距最大外圓距離結(jié)論：

7、卷筒可纏下1300m鋼絲繩并且卷筒外沿單邊有130mm距離。2、卷筒強(qiáng)度計(jì)算當(dāng)時(shí)，按下式計(jì)算A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 mm卷筒壁厚 mmyp許用壓力 Mpa鋼 屈服張度選取 代入公式故卷筒強(qiáng)度合格（二）、開式齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算此級齒輪按彎曲強(qiáng)度確定齒輪模數(shù)按下式計(jì)算系數(shù) 直齒輪取K載荷系數(shù) 載荷平穩(wěn)取小齒輪的扭矩 大齒輪的扭矩為137750Nm小齒輪的扭矩為復(fù)合齒形系數(shù) 齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 齒寬系數(shù) 取小齒輪齒數(shù) 許用齒根應(yīng)力 齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值45#鋼調(diào)質(zhì)取將以上數(shù)值代入上式根據(jù)使用安全重要性應(yīng)準(zhǔn)許將上值增大20% ，圓整后選取選取開式齒輪模數(shù)20

8、（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（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)：當(dāng)鋼絲繩靠近制動(dòng)輪一端時(shí)：（4）.軸上固定載荷分配于主軸各輪轂作用點(diǎn)上的力（1）.主軸自重主軸單位長度重量（2）.卷筒自重（3）.大齒輪自重（4）.制動(dòng)輪自重因此：附加于C點(diǎn)上的力 因此：附加于D點(diǎn)上的力2.主軸受力分

9、析及彎矩圖：當(dāng)鋼絲繩靠近大齒輪時(shí)：水平面：支反力： 彎矩：垂直面：支反力：彎矩：合成彎矩：當(dāng)鋼絲繩靠近制動(dòng)輪時(shí)：水平面：支反力： 彎矩：垂直面：支反力：彎矩：合成彎矩：3、主軸軸徑計(jì)算：由以上計(jì)算知危險(xiǎn)截面彎矩為：主軸材料為45#鋼、調(diào)質(zhì)處理由于C處有鍵槽，增加10%選?。?，均能滿足強(qiáng)度要求四、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，因此下面對其進(jìn)行校核計(jì)算。列表計(jì)算如下：項(xiàng)目數(shù)值單位m7mma255.5mmZ129Z244d1203mmd2308mmb6

10、0mmu1.5171.55Z查圖14-1-19得0.915n1720r/min精度等級8-8-7 GB/T10095-1988材料45# HB240260接上表受力（分度圓圓周力）Nb638N/mm21、接觸強(qiáng)度校核項(xiàng)目代號(hào)項(xiàng)目公式及說明結(jié)果單位工況系數(shù)查表1.25動(dòng)載系數(shù)1.2端面載荷分配系數(shù)查表14-1-102得1.1齒向載荷分布系數(shù)齒輪經(jīng)過仔細(xì)跑合，故取11節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)查圖14-1-16得2.5彈性系數(shù)查表14-1-105得189.8壽命系數(shù)查圖8-39得1.15潤滑系數(shù)選用V50=100厘沲礦物油潤滑油，查圖8-40得1速度系數(shù)查圖8-40得0.98光潔度系數(shù)根據(jù)查圖8-42得0.86

11、工作硬化系數(shù)大小齒輪都為軟齒面1重合度系數(shù)查圖14-1-19得0.915齒輪的接觸應(yīng)力345.9N/mm2項(xiàng)目代號(hào)項(xiàng)目公示及說明結(jié)果單位接觸強(qiáng)度計(jì)算尺寸系數(shù)查表14-1-109得1.0實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限由圖14-1-23得720N/mm2極限齒輪的接觸疲勞極限697.8N/mm2安全系數(shù)2.02最小安全系數(shù)查表8-1211.25結(jié)論接觸強(qiáng)度校核通過2、彎曲疲勞強(qiáng)度校核項(xiàng)目代號(hào)項(xiàng)目公式及說明結(jié)果單位端面載荷分配系數(shù)由圖8-34，根據(jù)，得再由表8-120，按8級精度即得齒形系數(shù)由圖8-44查得壽命系數(shù)由圖8-124查得調(diào)質(zhì)鋼的，應(yīng)力集中系數(shù)由圖8-49，、查得即可尺寸系數(shù)由圖8-50查0.99

12、螺旋角系數(shù)查圖8-46得1項(xiàng)目代號(hào)項(xiàng)目公式及說明結(jié)果單位齒輪的彎曲應(yīng)力N/mm2齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限查圖8-47170N/mm2齒輪的彎曲極限應(yīng)力N/mm2安全系數(shù)最小安全系數(shù)查表8-1211.5結(jié)論彎曲強(qiáng)度校核通過（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：滾柱軸承效率：彈性聯(lián)軸器效率：十字滑塊：變速齒輪效率：蝸桿副效率：開式齒輪效率：圓錐齒輪效率：絞車的負(fù)荷功率：傳動(dòng)效率：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) 絞車工作平穩(wěn)、無沖擊，選取工作狀況系數(shù) 蝸桿副專用設(shè)備加工，并做足包含運(yùn)轉(zhuǎn)，選取加工質(zhì)量系數(shù) 渦輪材料為，選取渦輪材料 蝸桿的計(jì)算功率：蝸桿副傳動(dòng)比：電

13、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：變速齒輪速比：蝸桿轉(zhuǎn)數(shù)：蝸桿副中心距：按，中心距查取蝸桿許用功率，選取蝸桿裕度：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。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2. 軸的受力分析：支反力及彎矩如下圖：水平面：垂直面：合成彎矩：當(dāng)量彎矩： 3. 軸徑計(jì)算：C截面軸徑按下式計(jì)算：將 代入上式：取C截面的軸徑為155.4. 軸的結(jié)構(gòu)：由以上計(jì)算及使用要求，確定軸的結(jié)構(gòu)：六、安全制動(dòng)器計(jì)算安全制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖：F圓周力 NT制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 NmD制動(dòng)輪直徑 m摩擦因數(shù)，取0.4制動(dòng)輪包角，取270°查閱圖紙相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算可得：所以，查圖可知實(shí)際重錘質(zhì)量197kg，所以，故制動(dòng)安全。參考：機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，第四版6-324七、十字滑塊聯(lián)軸器的選擇計(jì)算聯(lián)軸器的強(qiáng)度.驗(yàn)算通槽與凸榫側(cè)面比壓：式中：計(jì)算扭矩 h滑塊凸榫的厚度 Dd滑塊外