150kN-1.43m.min-12m固定卷揚式啟閉機設(shè)計說明書

XXXX廣東某水庫溢洪道2×150kN-1.43m/min-12m固定卷揚式啟閉機設(shè)計（論文）任務(wù)書Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：固定式卷揚啟閉機設(shè)計Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容：對電機、鋼絲繩，滑輪、減速器、制動器、聯(lián)軸器的選型。對開式齒輪、中間軸、卷筒的設(shè)計，本設(shè)計綜合運用了各個科目的內(nèi)容，在符合一定要求的情況下能實現(xiàn)開啟工作。啟閉機能完成規(guī)定的啟閉工作，本設(shè)計主要運用了比較法進行全程設(shè)計，借鑒前人的經(jīng)驗和導(dǎo)師同學(xué)的幫助完成本次設(shè)計。Ⅲ、進度安排：2014年10月20日～2013年11月9日（3周）：選擇題目，收集材料，聯(lián)系落實畢業(yè)實習(xí)單位，填寫畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書；2014年11月10日～2013年12月7日（4周）：布置任務(wù)，明確目標(biāo)、制定計劃，確定初步畢業(yè)設(shè)計方案；2014年12月8日～2015年1月4日（4周）：深化初步方案，結(jié)合畢業(yè)實習(xí)加深對畢業(yè)設(shè)計方案的認識；2015年1月5日～2015年1月16日（2周）：學(xué)生畢業(yè)設(shè)計方案進一步完善；2015年1月17日～2015年3月1日（6周）：繼續(xù)前期工作；2015年3月2日～2015年5月17日（11周）：學(xué)生全部返校，進行畢業(yè)設(shè)計計算、繪圖，編制畢業(yè)設(shè)計說明書，完成畢業(yè)設(shè)計工作任務(wù)（2015年3月30日～2015年4月5日接受學(xué)校畢業(yè)設(shè)計期中檢查）；2015年5月18日～2015年5月31日（2周）：畢業(yè)成果預(yù)提交、修改、評閱、答辯。Ⅳ、主要參考資料：1編寫組主編《水電站機電設(shè)計手冊（金屬結(jié)構(gòu)二）》水利電力出版，19882楊可楨主編《機械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）》高等教育出版社，20063陳立德主編《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》高等教育出版社，20074劉鴻文主編《材料力學(xué)》上下冊北京高等教育出版社，19995孫桓主編《機械原理》北京高等教育出版社，20016邱宣懷主編《機械設(shè)計手冊》第四版高等教育出版社，20027編寫組主編《實用機械設(shè)計手冊》下冊機械工業(yè)出版社，19928張琳娜主編《精度設(shè)計與質(zhì)量控制基礎(chǔ)》中國計量出版社，20009晏群主編《機械制圖》上下冊機械工業(yè)出版社，200810錢珊主編《CAD/CAM軟件應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社，200710馮清秀主編《機電傳動控制》華中科技大學(xué)出版社，201111孫桓主編《機械原理》第六版高等教育出版社，200012哈工大主編《理論力學(xué)》上下冊高等教育出版社，199613華中理工主編《畫法幾何及機械制圖》第四版高等教育出版社，198814鄧文英主編《金屬工藝學(xué)》上下冊第四版高等教育出版社，1999指導(dǎo)教師：（簽名：），年月日學(xué)生姓名：（簽名：），專業(yè)年級：系負責(zé)人審核意見（從選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、是否結(jié)合科研或工程實際、綜合訓(xùn)練程度、內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核）：專業(yè)負責(zé)人簽字：，年月日摘要卷揚式啟閉機是用鋼索或鋼索滑輪組作吊具與閘門相連接，通過齒輪傳動系統(tǒng)使卷揚筒繞、放鋼索從而帶動升降的機械、也叫做鋼絲繩固定式卷揚機。它構(gòu)造較簡單易于制造,維護檢修方便,廣泛應(yīng)用于各種類型閘門的啟閉。卷揚式啟閉機分為單吊點和雙吊點兩種。雙吊點卷揚式啟閉機是通過連接軸將兩個單吊點的啟閉機連接在一起進行同步運行，可做成一邊驅(qū)動或兩邊驅(qū)動。卷揚式啟閉機通常是一扇閘門用一臺啟閉設(shè)備，安裝在高出閘門槽頂部的閘墩上。中國已生產(chǎn)并投入運行的卷揚式啟閉機容量已達到：啟門力6000kN、啟閉行程30m,及啟門力4000kN、啟閉行程120m。引水口工程作為水利樞紐工程的重要組成部分，是為解決城市供水和工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉的大型引水工程。工程主要包括進水口、引水隧洞和出水分水樞紐。固定卷揚啟閉機設(shè)置在進水口高程的閘室內(nèi)，用于啟閉進水口事故閘門。該機采用展開式布置，閘門工作方式為動水閉門，靜水啟門。關(guān)鍵詞：啟閉機；卷揚；工程水利ABSTRACTHoistisacableorropepulleyblocksfortheslingandthegateisconnectedbyageartransmissionsystem,thewindingspool,putcabletodriveliftingmachinery,alsocalledwireropefixedhoist.Itsstructureissimpleandeasytomanufacture,convenientmaintenance,hoistiswidelyusedinvarioustypesofgate.Hoistisdividedintosinglepointliftinganddualliftingpointtwo.Doublesuspensionhoistisconnectedviashafttwosinglehangingpointhoistconnectedtogetherbysynchronousoperation,canbemadewhiledrivingorbothdrive.HoistisusuallyagatewithaTaiqiclosedequipment,installedinthehighpieronthetopofthegateslot.HoistingChinesehasproductionandoperationofthehoistcapacityhasreached:openthedooropeningandclosingforce6000kN,30m,and4000kN,openingthedooropeningandclosingstroke120m.Diversionprojectasanimportantpartofwaterconservancyproject,isusedtosolvetheproblemofcity.Largewaterdiversionprojectwaterandindustrialwater,agriculturalirrigation.Theprojectmainlyincludeswaterinlet,waterdiversiontunnelandthewaterproject.Fixedhoistisarrangedatthewaterinletelevationchamber,usedtoopenandclosetheintakeemergencygate.Thismachineadoptsexpansionlayout,gatewayofworkingforhydrodynamichydrodynamicclosed,openingthedoor.Keywords:hoist；Engineering；WaterConservancy目錄摘要IABSTRACTII目錄III緒論1第1章設(shè)計概況21.1畢業(yè)設(shè)計（論文）題目21.2畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容21.3概況2第2章啟閉機組成與特性及工作原理32.1啟閉機的組成與特性32.2啟閉機的工作原理4第3章啟閉機選型及方案設(shè)計5第4章啟閉機主要零部件設(shè)計計算74.1設(shè)計計算工況及啟閉機工作級別的確定74.2電動機選型設(shè)計計算74.3制動器選型設(shè)計計算104.4減速器選型計算114.5開式齒輪副設(shè)計計算114.6鋼絲繩選型計算154.7卷筒設(shè)計計算164.8啟閉機設(shè)計成果27第5章啟閉機設(shè)計成果主要技術(shù)參數(shù)29總結(jié)30致謝31主要參考文獻32附錄一33附錄二39緒論卷揚式啟閉機是用繩索和鋼索滑輪組作吊具與閘門連接，對發(fā)電防洪，灌溉，航運起著重要的作用。該設(shè)備是專為固定卷揚式啟閉機，啟閉能力為2×150KN，其設(shè)計起升高度（揚程）為12m，它結(jié)構(gòu)是一個相對簡單的，容易解決，它被廣泛應(yīng)用在各種門的使用，絞車，提升機安裝雙吊點吊裝，目前的最低點固定式升降卷揚式啟閉機的起重能力。該提升機使用兩個纏繞卷軸，卷筒容繩量不大。它被配置來驅(qū)動雙類型，它是通過連接兩個單軸起吊點，運行，或者可以沿側(cè)運行時，由于基體的結(jié)構(gòu)中，并獲得其它類型的安排相比增加了運行的單根整體尺寸。設(shè)計選擇合適的滑輪和繩索;接下來是卷筒裝置，我的重點是在這部分的設(shè)計在這個過程如下：在大致確定的安排的組成和結(jié)構(gòu)，以及對我的基本參數(shù)，開式齒輪和圓柱軸的設(shè)計細節(jié)軸選擇和驗證，并力求滿足這種設(shè)計，技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)合理，節(jié)省材料，根據(jù)要求，并降低成本。這里的驅(qū)動部件和安全裝置。密切相關(guān)的設(shè)計和生產(chǎn)，人們的生活，這就是我們設(shè)計具有很強的現(xiàn)實意義。南水北調(diào)工程是水利工程的重要組成部分，是解決城市和工業(yè)供水，農(nóng)業(yè)灌溉的大型引水工程，工程主要包含進水口，引水隧道和出水分水樞紐，卷揚式固定啟閉機設(shè)置在進水口高程的閘室內(nèi)，用于進水口事故閘門，在我們的設(shè)計之際已接近尾聲，我們的知識考試和審查很強的理論基礎(chǔ)，必將在今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。我們的主要參考“水利水電工程啟閉機設(shè)計”水利電力出版的《水電站機電設(shè)計手冊（金屬結(jié)構(gòu)二）》”等相關(guān)的設(shè)計手冊和標(biāo)準設(shè)計的，因為我們只有有限的理論知識，缺乏經(jīng)驗是無可避免的會出現(xiàn)一些錯誤，還請各位指導(dǎo)老師做出指正。第一章設(shè)計概況1.1畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：廣東某水庫溢洪道2×150kN-1.43m/min-12m固定卷揚式啟閉機1.2畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容：對電機、鋼絲繩，滑輪、減速器、制動器、聯(lián)軸器的選型。對開式齒輪、中間軸、卷筒的設(shè)計，本設(shè)計綜合運用了各個科目的內(nèi)容，在符合一定要求的情況下能實現(xiàn)開啟工作。啟閉機能完成規(guī)定的啟閉工作，本設(shè)計主要運用了比較法進行全程設(shè)計，借鑒前人的經(jīng)驗和導(dǎo)師同學(xué)的幫助完成本次設(shè)計。1.4概況：某水庫溢洪道共3孔，設(shè)有3扇雙吊點平面鋼閘門。一門一機配備1臺2×150kN固定卷揚式啟閉機，擔(dān)負3扇閘門的啟閉工作。啟閉機主要由電動機、制動器、減速器、開式齒輪副、聯(lián)軸器、同步軸、卷筒、滑輪組、鋼絲繩、附屬裝置以及機架等組成。啟閉機系統(tǒng)簡圖如圖2-1-1所示，現(xiàn)場安裝啟閉機設(shè)備主要參數(shù)列于表2-1-1。表1-4-1現(xiàn)場安裝啟閉機設(shè)備主要參數(shù)啟閉機型式QP2×150kN雙吊點固定卷揚式啟閉機額定容量2×150kN啟門速度1.43m/min起升高度12m吊點距8m第二章啟閉機組成與特性及工作原理2.1啟閉機的組成與特性固定卷揚式啟閉機主要滑輪組、卷筒組、驅(qū)動機構(gòu)及安全保護裝置等部分組成。單吊點啟閉機將所有部件都布置在一個機架上。雙吊點啟閉機通常將兩個滑輪組和兩個卷筒組對稱地布置在兩個分離的機架上，并用機械措施來實現(xiàn)同步。驅(qū)動機構(gòu)即可布置在分離機架上而形成分別驅(qū)動或單側(cè)驅(qū)動，也可布置在單獨機架上而形成集中驅(qū)動。啟閉機上一般不宜采用單聯(lián)滑動組，因為單聯(lián)滑動組在提起或下放閘門過程中，會使閘門產(chǎn)生水平位移，從而引起閘門晃動。雙聯(lián)滑輪組在工作時無此現(xiàn)象發(fā)生，而且其中的平衡滑輪常被用來操縱過負荷切斷裝置。為使啟閉機與閘門的連接牢固可靠，通常用銷軸將動滑輪的夾板與閘門或吊桿的吊耳串在一起，再用止軸板將銷軸固定。為了降低速度和使定滑輪能布置在卷筒與電動機軸之間起見，傳動機構(gòu)常采用一只標(biāo)準的封閉式兩級減速機另加一對傳動比較大的開式齒輪，其齒輪裝于減速機出力軸的端部，大齒輪則于卷筒連接。啟閉機由三相交流起重用電動機驅(qū)動。起重容量在40tf以下的啟閉機，除所裝的電動機外，尚可在電動機或減速機軸的另一端增設(shè)手搖機構(gòu)。電動機軸上所裝的的制動器應(yīng)采用常閉式，以便閘門能在不同開度作短暫的停留。固定卷揚式啟閉機上的安全保護裝置主要有過負荷切斷裝置和上下行程限位器。啟閉機的容許超載值一般定為不得大于額定起重容量的10%。因此，在實際負載達到額定起重量的110%時，過負荷切斷裝置應(yīng)自動切斷電源，使電動機停止轉(zhuǎn)動。上下行程限位一般采用行程開關(guān)或主令控制器，并常與高度指示裝置做成一體。在中、高揚程的啟閉機上，卷筒上的鋼繩一般采用雙層或多層卷繞，也有將卷筒直徑加大或?qū)⒒喗M倍率減小而仍用單層卷繞的情況。2.2啟閉機的工作原理由電動機通過帶動制動輪聯(lián)軸器和減速器帶動開式齒輪和卷筒轉(zhuǎn)動，卷筒上鋼絲繩又通過滑動輪和平衡滑輪實現(xiàn)吊具的升降。第三章啟閉機選型及方案設(shè)計水利水電工程啟閉機常用的型式有固定卷揚式、螺桿式、液壓式以及移動式啟閉機。每一種類型的啟閉機都有各自的優(yōu)缺點，以及各自的適用范圍。卷揚式啟閉機有下列優(yōu)點：由于卷揚式啟閉機通過了減速箱和減速齒輪的減速，其減速程序多、速比大。有時則又通過了滑輪組作倍率放大，因此可以獲得較大的啟門力，適用于較大孔口尺寸和水頭的閘門。鋼絲繩纏繞在繩鼓上，一般纏繞單層，也可纏繞多層。因此卷揚式啟閉機的行程實際上不受限制，便于開啟具有較大行程的閘門或深孔閘門。鋼絲繩的受力方向可以適當(dāng)擺動，也可以通過附加埋置的轉(zhuǎn)向滑輪改變其受力方向。因此閘門與啟閉機的配合，具有較大的靈活性。在采用電動時，啟閉的速度鉸快，適用于事故閘門和經(jīng)常啟閉的閘門。卷揚式啟閉機有下列缺點：由于鋼絲繩只能承受抗力，故只能用于開啟閘門，而對閘門的關(guān)閉沒有任何幫助。卷揚式啟閉機沒有自鎖作用，不論采用手搖或電動，必須附有可靠的制動裝置.若閘門在啟閉過程中途停留，必須依靠制功或鎖錠，否則會因自重而墜落，不夠安全.另外，鋼絲繩及滑輪組如長期在水中工作，鋼絲繩易生銹慨維護困難。同時，在鋼絲繩松弛而啟動時，有時會在滑輪處產(chǎn)生掉槽卡住等現(xiàn)象。綜合考慮各型啟閉機的優(yōu)缺點、本工程的實際狀況以及啟閉機設(shè)計參數(shù)要求，最終確定本工程啟閉機設(shè)計方案為雙吊點固定卷揚式啟閉機。啟閉機傳動系統(tǒng)為電動機通過帶制動輪彈性柱銷聯(lián)軸器，傳動兩級斜齒圓柱齒輪減速器，帶動一級開式齒輪副，驅(qū)動卷筒，通過2倍率滑輪組，實現(xiàn)閘門啟閉功能。啟閉機左右傳動系統(tǒng)對稱布置，單電機驅(qū)動，左右傳動系統(tǒng)之間設(shè)中間軸聯(lián)接，以保持閘門左右吊點之間同步啟閉。啟閉機主要由電動機、制動器（帶彈性柱銷聯(lián)軸器）、齒輪減速器、開式齒輪副、齒輪聯(lián)軸器、中間傳動器、卷軸、鋼絲繩、手動裝置、閘門開度指示及行程控制裝置等組成。啟閉機系統(tǒng)簡圖如下圖3.1所示圖3-1-1啟閉機系統(tǒng)簡圖第四章啟閉機主要零部件設(shè)計計算啟閉機設(shè)計計算主要是對電動機、制動器、減速器、開式齒輪副、鋼絲繩等主要零部件進行選型設(shè)計計算和強度設(shè)計計算。啟閉機設(shè)計計算主要依據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）和《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》。4.1設(shè)計計算工況及啟閉機工作級別的確定本工程啟閉機設(shè)計要求為：總工作小時數(shù)：不大于1600h（按1600h考慮）；起吊荷載：有時起吊最大工作荷載，一般起吊中等荷載的啟閉機。《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）規(guī)定，啟閉機的工作級別按照啟閉機主起升機構(gòu)的利用等級和載荷狀態(tài)確定。根據(jù)設(shè)計要求，本工程啟閉機的利用等級為T2級，載荷狀態(tài)為L2。根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），利用等級為T2級、載荷狀態(tài)為L2的啟閉機，其工作級別為Q1—輕級。因此，確定本工程啟閉機的工作級別為Q1—輕級。相應(yīng)地，啟閉機負載持續(xù)率取為。4.2電動機選型設(shè)計計算根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）要求，啟閉機電動機選用起重及冶金用電動機，一般選擇JZ型或JZR型。本工程啟閉機電動機選擇JZ型。電動機選型設(shè)計計算按靜功率選型計算，按過載能力校驗。4.2.1電動機靜功率選型計算選型計算公式為：（4-2-1）式中：—電動機靜功率計算值，kW；—起升荷載，取為啟閉機的額定容量，N；；—啟門速度，m/s。；—起升機構(gòu)的效率，按左起升機構(gòu)效率計算；—啟閉機額定負載持續(xù)率工況下電動機的額定功率，kW。為啟閉機起升系統(tǒng)各傳動件傳動效率的乘積，按下式確定：（4-2-2）式中：—電動機輸出軸端彈性銷聯(lián)軸器的傳動效率，??；—減速器的傳動效率，取；—開式齒輪副的傳動效率，?。弧硗驳膫鲃有?，取；—滑輪組的傳動效率，取。將上述各值代入式4-2-2，得：電動機靜功率選型計算參數(shù)及選型計算結(jié)果列于表4-2-1。表4-2-1電動機靜功率選型計算參數(shù)及計算結(jié)果F啟（N）V(m/s)PC（kW）3000000.02380.8158.6啟閉機額定負載持續(xù)率工況下電動機的額定功率。電動機額定參數(shù)為負載持續(xù)率時的參數(shù)。因此，應(yīng)將所需要的電動機負載持續(xù)率工況下的額定功率轉(zhuǎn)換為負載持續(xù)率時的額定功率，進行選型。其轉(zhuǎn)計算公式為：（4-2-3）式中：—所需要的電動機在負載持續(xù)率時的額定功率，；—所需要的電動機在負載持續(xù)率時的額定功率，。計算得據(jù)此，選擇負載持續(xù)率時的額定功率為的電動機。選擇型號為YZ160L-6型電動機，其額定轉(zhuǎn)速為4.2.2電動機過載能力校驗過載校驗公式為：（4-2-4）式中：—電動機過載功率校驗值，kW；H—系數(shù)，H=2.2；m—電動機個數(shù)，m=1；—基準負載持續(xù)率時，電動機轉(zhuǎn)矩許用過載倍數(shù)，。其余符號意義及取值同前。電動機過載功率校驗參數(shù)及校驗成果列于表4-2-2。表4-2-2電動機過載能力校驗參數(shù)及校驗結(jié)果Pn（kW）HF啟（N）V(m/s)mPm（kW）8.62.23000000.023812.40.8157.9計算結(jié)果，。電動機過載能力滿足要求。4.2.3電動機選型計算成果電動機選型計算成果型號、額定功率及額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)列于表4-2-3。表4-2-3電動機選型計算成果電動機型號負載持續(xù)率FC（%）額定功率(kW)額定轉(zhuǎn)速(r/min)YZ160L-625138704.3制動器選型設(shè)計計算根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）要求，啟閉機制動器選擇塊式制動器，一般選擇電磁型塊式制動器或液壓型塊式制動器。本工程啟閉機制動器選擇TJ型電磁塊式制動器。制動器選型設(shè)計計算按額定制動力矩選型計算。選型計算公式為：（4-3-1）式中：—制動器的額定制動力矩，N?m；—制動器的工作最大載荷，N?m。取為電動機的額定力矩。計算時，電動機功率以最大功率（8.6kW）代入，有：則：制動器型號為TJ2-300，。據(jù)此，選擇額定制動力矩為的為TJ2-300型電磁塊式制動器。制動器選型計算成果型號、制動輪直徑及額定制動力矩等參數(shù)列于表4-3-1。表4-3-1制動器選型計算成果制動器型號制動輪直徑（mm）額定制動力矩(Nm)TJ2-300?3005004.4減速器選型計算根據(jù)減速器承載能力進行減速器選型。啟閉機電動機額定功率為11kW。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，2×150kN等級、滑輪組倍率為2倍的啟閉機，選配Z2-35型、ZL-35型、ZSY180-50-I或JZQ-350型定型減速器。本工程選用ZSY180-50-I型兩級漸開線斜齒圓柱齒輪分流式減速器，傳動比為50，高速級齒輪副為雙聯(lián)齒輪副。減速器承載能力滿足啟閉機安全運行要求。減速器選型成果：高速級齒輪副為雙聯(lián)齒輪的ZSY180-50-I型兩級漸開線斜齒圓柱齒輪分流式減速器，傳動比為50。4.5開式齒輪副設(shè)計計算根據(jù)開式齒輪副齒輪的齒根彎曲疲勞強度以及齒輪副齒面接觸疲勞強度設(shè)計開式齒輪副。開式齒輪副齒輪為直齒圓柱齒輪，大齒輪為鑄造加工齒輪，小齒輪為鍛造加工齒輪。因為啟閉機開式齒輪副安裝空間無限制，考慮到性能可靠性及加工經(jīng)濟性，開式齒輪副采用軟齒面設(shè)計。據(jù)此，大齒輪材質(zhì)選用ZG45B，熱處理為正火+回火；小齒輪材質(zhì)選用45鋼，熱處理為調(diào)質(zhì)。齒輪副大、小齒輪齒面硬度及許用應(yīng)力分列如下：大齒輪齒硬度：HB217-286；小齒輪齒硬度：HB241-262.大齒輪許用應(yīng)力：=120MPa，=800MPa；小齒輪：=190MPa，=1200MPa。對應(yīng)于軟齒面齒輪副傳動，采用齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，齒面接觸疲勞強度校核。4.5.1齒輪副齒輪齒根彎曲強度設(shè)計計算根據(jù)啟閉機傳動系統(tǒng)傳動比分配，確定大小齒輪的齒數(shù)分別為87和17；根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，2×150kN啟閉機開式齒輪副模數(shù)取值為m=10mm或m=12mm。本工程確定開式齒輪副模數(shù)取m=10mm。初步確定齒輪副嚙合齒寬B=110mm。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》中的齒輪設(shè)計計算公式，驗證齒輪參數(shù)取值是否滿足彎曲應(yīng)力要求。齒根彎曲疲勞應(yīng)力計算公式如下：（4-5-1）式中：—彎曲應(yīng)力計算值，MPa；—齒輪模數(shù)，mm。；—嚙合齒寬，mm。；—齒形系數(shù)。大齒輪為0.439，小齒輪為0.301；—磨損系數(shù)。根據(jù)啟閉機實際工況，取磨損系數(shù)為；—速度系數(shù)，，為齒輪節(jié)圓上的圓周速度，m/s。；—齒輪材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa。大、小齒輪均為120MPa。—齒輪所傳遞的圓周力，N。根據(jù)SL41-2011，開式齒輪所傳遞的圓周力取為額定啟門力傳遞至開式齒輪副所承受圓周力的1～1.2倍，復(fù)核計算時取值為1.2倍。按下式計算：（4-5-2）式中：—卷筒半徑，。；—大齒輪分度圓半徑，。；—卷筒傳動效率。??；—滑輪組傳動效率。取。代入各值，求得。開式齒輪副齒輪彎曲強度設(shè)計計算參數(shù)值及計算結(jié)果列于表4-5-1。表4-5-1開式齒輪副齒輪彎曲強度設(shè)計計算參數(shù)及計算結(jié)果Ym(mm)B(mm)(N)rc(MPa)(MPa)大齒輪0.4391011043538.81.00.97312092.7小齒輪0.301190135.1復(fù)核計算結(jié)果，大、小齒輪齒根彎曲應(yīng)力均小于各自的許用應(yīng)力，并且有一定裕度，表明齒輪副所選參數(shù)滿足彎曲強度要求。4.5.2齒輪副齒面接觸疲勞強度校核根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，齒面接觸疲勞強度校核計算公式為：（4-5-3）式中：—接觸應(yīng)力計算值，MPa；B—嚙合齒寬，mm。B=110mm；d1—齒輪副小齒輪節(jié)圓直徑，mm。d1=170mm；—齒輪副傳動比。；—齒輪副材料的許用齒面接觸應(yīng)力，MPa。取齒輪副中許用接觸應(yīng)力較小者，即；—齒輪傳遞圓周力的疲勞計算基本荷載，N。根據(jù)SL41-2011，齒輪傳遞圓周力的疲勞計算基本荷載取為額定啟門力傳遞至該齒輪所受的圓周力的0.6~1倍，復(fù)核計算時取值為0.6倍，。開式齒輪副齒面接觸疲勞強度復(fù)核計算參數(shù)值及計算結(jié)果列于表4-5-2。表4-5-2開式齒輪副齒面接觸疲勞強度復(fù)核計算參數(shù)及計算結(jié)果(N)B(mm)d1(mm)(MPa)(MPa)21769.41101705.11800624.7復(fù)核計算結(jié)果，齒輪副齒面接觸應(yīng)力小于其許用應(yīng)力，并且有一定裕度，表明齒輪副所選參數(shù)滿足接觸強度要求。4.5.3開式齒輪副設(shè)計成果綜合以上齒輪副齒根彎曲疲勞及齒面接觸疲勞強度計算結(jié)果，確定開式齒輪副設(shè)計成果如下：（1）大齒輪采用鑄造加工，材質(zhì)為ZG45B，正火+回火處理，齒面硬度HB197-218；小齒輪采用鍛造加工，材質(zhì)為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241-262；（2）大齒輪齒數(shù)為87；小齒輪齒數(shù)為17；（3）齒輪副模數(shù)為10mm，嚙合齒寬為110mm。4.6鋼絲繩選型計算鋼絲繩選型設(shè)計計算按鋼絲繩強度進行選型。根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）要求，啟閉機用鋼絲繩選用GB8918-2006（參考舊國標(biāo)GB1102-1974取值）6×19或6×37纖維繩芯鋼絲繩，鋼絲繩公稱抗拉強度（）在、、、、等5個強度等級之中選擇。本工程啟閉機用鋼絲繩選擇公稱抗拉強度的6×19纖維繩芯鋼絲繩。鋼絲繩強度選型計算公式為：（4-6-1）式中：—所選鋼絲繩的破斷拉力，N；—鋼絲繩強度要求值，N；—鋼絲繩最小安全系數(shù)，啟閉機的工作級別為Q1級，根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），取；—鋼絲繩最大工作靜拉力，根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），取為額定啟門力分攤至各鋼絲繩所受拉力的1.2倍。即要求所選鋼絲繩的破斷拉力。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，選用公稱抗拉強度、鋼絲繩直徑為?20mm、結(jié)構(gòu)為6×19股的纖維繩芯鋼絲繩。查鋼絲繩國家標(biāo)準GB1102-1974，、?20mm、6×19股纖維繩芯鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和。則其破斷拉力即所選鋼絲繩的破斷拉力為257125N，大于鋼絲繩實際所需要的破斷拉力204545.5N，并且留有適度的安全裕度。鋼絲繩選型設(shè)計計算成果：選用公稱抗拉強度、直徑?20mm、結(jié)構(gòu)6×19股的纖維繩芯鋼絲繩。4.7卷筒設(shè)計計算卷筒設(shè)計計算包括結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度設(shè)計等兩部分。卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計包括卷筒長度、卷筒與開式齒輪的聯(lián)接以及卷筒支承設(shè)計等。卷筒強度設(shè)計包括卷筒壁強度、卷筒軸強度、卷筒與開式齒輪副大齒輪聯(lián)接強度以及壓板螺栓強度設(shè)計計算等項內(nèi)容。4.7.1卷筒結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），2×150kN級啟閉機，卷筒直徑為?400mm。根據(jù)工程實際情況及啟閉機設(shè)計參數(shù)（額定啟門速度）、傳動系統(tǒng)配置情況，啟閉機采用兩倍率滑輪組、雙吊點、雙支雙繞鋼絲繩牽引方式。卷筒結(jié)構(gòu)如圖4-7-1所示。圖4-7-1卷筒結(jié)構(gòu)示意圖卷筒長度設(shè)計參看圖4-7-1，卷筒長度L由下式確定：（4-7-1）式中：—卷筒長度，mm；—單側(cè)繞繩部分長度，mm；—雙繞卷筒中間預(yù)留空間，mm。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，??；—卷筒左右兩邊聯(lián)接長度，mm。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，取。單側(cè)繞繩部分長度由下式確定：（4-7-2）式中：—繩槽節(jié)距，mm。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，由鋼絲繩直徑?20mm，確定出；—鋼絲繩纏繞圈數(shù)。由下式確定：（4-7-3）式中：—預(yù)繞圈數(shù)，根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，??；—工作圈數(shù)，mm。由下式確定：（4-7-4）式中：—啟閉機揚程（起升高度），m。由設(shè)計參數(shù)，；—滑輪組倍率。由設(shè)計選型，；—卷筒名義直徑m。由設(shè)計選型，。帶入計算得：取據(jù)此確定出單側(cè)繞繩部分長度。最終確定出卷筒長度。卷筒長度設(shè)計成果：卷筒長度其它結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計1、卷筒左右支臂長度、根據(jù)實際結(jié)構(gòu)，確定。2、卷筒與開式齒輪副大齒輪聯(lián)接螺栓分布圓直徑考慮卷筒直徑、大齒輪結(jié)構(gòu)尺寸以及螺栓安裝扳手空間，根據(jù)實際結(jié)構(gòu)，確定。4.7.2卷筒強度設(shè)計卷筒壁厚設(shè)計根據(jù)卷筒抗壓強度，設(shè)計卷筒壁厚δ。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊——金屬結(jié)構(gòu)（二）》，卷筒材質(zhì)取為HT20-40，其抗壓強度，許用壓應(yīng)力根據(jù)卷筒實際所受鋼絲繩壓應(yīng)力小于、等于卷筒材質(zhì)允許壓應(yīng)力的原則設(shè)計卷筒壁厚。設(shè)計計算公式如下：（4-7-5）式中：A—與鋼絲繩在卷筒上的纏繞層數(shù)有關(guān)的多層纏繞系數(shù)。鋼絲繩在卷筒上為單層纏繞，A=1；δ—卷筒壁厚，mm；t—卷筒繩槽節(jié)距，mm。t=22mm；—許用壓應(yīng)力，MPa。；—鋼絲繩的最大拉力，N。根據(jù)（SL41-2011），鋼絲繩的最大拉力為額定啟門力分攤至各鋼絲繩所受拉力的1～1.2倍，設(shè)計計算時取為1.2倍，則：。據(jù)此確定出卷筒壁厚考慮到卷筒鑄造工藝等因素，取卷筒壁厚卷筒壁厚設(shè)計成果：卷筒壁厚卷筒軸設(shè)計計算卷筒軸長度為兩端支承長度。根據(jù)軸的彎曲應(yīng)力設(shè)計卷筒軸直徑。卷筒軸材質(zhì)取為45鋼，正火處理，根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，取其屈服點；根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011）的規(guī)定，卷筒軸按靜強度復(fù)核，，為強度安全系數(shù)，取，則軸得許用彎曲應(yīng)力取值如下：.1卷筒軸彎矩計算卷筒軸的結(jié)構(gòu)及受力分析，如圖4-7-2所示。Pz—卷揚總成（包括卷筒、大齒輪、卷筒軸等）的重量；Pt—大齒輪圓周力；Pr—大齒輪徑向力；Smax—鋼絲繩的最大拉力；Pa1、Pb1—鋼絲繩、卷筒、大齒輪等在卷筒軸上的作用力；Pay、Paz、Pby、Pbz—A、B處軸承在Y軸方向、Z軸方向的支承力；L1、L2—卷筒左右支臂長度；L3—卷筒長度。圖4-7-2卷筒軸結(jié)構(gòu)及受力分析圖卷筒軸尺寸及外載荷（鋼絲繩拉力、卷揚總成重量）列于表4-7-1。表4-7-1卷筒軸尺寸及外載荷卷筒軸直徑d(mm)卷揚總成重量Pz(N)鋼絲繩拉力Smax(N)L1(mm)L2(mm)L3(mm)1600注45000×21801801556注：卷揚總成（大齒輪、卷筒）重量相比于鋼絲繩拉力，忽略不計。大齒輪嚙合力、計算如下：大齒輪圓周力由前文計算得：大齒輪徑向力對卷筒軸進行受力分析，確定出卷筒軸所受各力的大小，列于表4-7-2。表4-7-2卷筒軸受力分析成果單位：NPayPazPa1Pb1PrPbyPbz40705.01488.7450001461.215846.85756.214358.1根據(jù)表4-7-2中各力值，作出卷筒軸彎矩圖，如圖4-7-3。圖7-2卷筒軸彎矩圖（單位N?m）由彎矩圖4-7-3可知，卷筒軸合成彎矩最大點位于A1點處，按合成彎矩公式計算卷筒軸的最大合成彎矩，其值為7128.7N?m。.2卷筒軸直徑計算根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，按彎曲強度計算，卷筒軸直徑設(shè)計計算公式如下：（4-7-6）式中：d—設(shè)計計算截面直徑，mm；—計算截面的最大合成彎矩，N?m。N?m；—軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa。。計算得，圓整為。.3卷筒軸設(shè)計計算成果：卷筒軸設(shè)計計算成果如下：（1）卷筒軸材質(zhì)選用45鋼，正火處理；（2）卷筒軸直徑；（3）卷筒軸長度卷筒與開式齒輪副大齒輪的聯(lián)接設(shè)計根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，啟閉機卷筒與開式齒輪副大齒輪采用螺栓聯(lián)接。在分布圓周上均布6只聯(lián)接螺栓。由前文設(shè)計，確定出聯(lián)接螺栓均布圓周直徑。根據(jù)聯(lián)接螺栓的剪應(yīng)力及擠壓應(yīng)力，設(shè)計確定螺栓直徑。根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，聯(lián)接螺栓取材可以是Q235鋼或45鋼。本工程選取聯(lián)接螺栓材質(zhì)為Q235。相應(yīng)地，許用剪切應(yīng)力取為，許用擠壓應(yīng)力取為。.1按聯(lián)接螺栓剪應(yīng)力設(shè)計選擇螺栓規(guī)格卷筒與開式齒輪副大齒輪之間通過鉸制孔以螺栓直接聯(lián)接，螺栓剪應(yīng)力設(shè)計計算簡圖如圖4-7-4所示。圖4-7-4聯(lián)接螺栓剪應(yīng)力設(shè)計計算簡圖根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，聯(lián)接螺栓剪應(yīng)力設(shè)計計算公式為：（4-7-7）式中：—螺栓光桿部分直徑，mm；—螺栓聯(lián)接傳遞的扭矩，N?m，N?m；n—螺栓個數(shù)，n=6；—聯(lián)接螺栓分布直徑，mm。；—螺栓的許用剪應(yīng)力，MPa。。計算得，圓整取聯(lián)接螺栓規(guī)格為。.2按聯(lián)接螺栓擠壓應(yīng)力復(fù)核根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊—金屬結(jié)構(gòu)（二）》，聯(lián)接螺栓擠壓應(yīng)力復(fù)核計算公式為：（4-7-8）式中：L—螺栓聯(lián)接中螺栓傳遞扭矩部分的長度，L=30mm；—螺栓的許用擠壓應(yīng)力，取。其余符號意義同前。計算得聯(lián)接螺栓擠壓應(yīng)力聯(lián)接螺栓擠壓應(yīng)力滿足要求。.3聯(lián)接螺栓設(shè)計計算成果（1）聯(lián)接螺栓材質(zhì)選用Q235；（2）聯(lián)接螺栓為6只，均布在以卷筒軸心線為中心的圓周上；（3）聯(lián)接螺栓規(guī)格為M16，聯(lián)接部分長度為30mm。鋼絲繩端頭壓板螺栓設(shè)計計算按壓板螺栓的拉應(yīng)力設(shè)計計算螺栓規(guī)格。根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），鋼絲繩端頭壓板螺栓材質(zhì)選為Q235，其許用拉應(yīng)力；壓板槽形為圓弧形，取鋼絲繩在卷筒上的包角。壓板螺栓設(shè)計計算簡圖如圖4-7-5所示。圖4-7-5壓板螺栓復(fù)設(shè)計計算簡圖根據(jù)《水利水電工程啟閉機設(shè)計規(guī)范》（SL41-2011），壓板螺栓拉應(yīng)力計算按下式進行：（4-7-9）式中：d—螺栓直徑，mm；Smax—鋼絲繩最大拉力，N，；n—壓板螺栓數(shù)量，n=6；L—摩擦力作用的力臂，mm，取L=60mm；—許用拉應(yīng)力，MPa。據(jù)此確定出壓板螺栓規(guī)格為M16，長度為80mm。壓板螺栓設(shè)計成果：螺栓材質(zhì)Q235，螺栓規(guī)格M16×80。4.7.3卷筒設(shè)計計算成果（1）卷筒材質(zhì)HT20-40；（2）卷筒長度；（3）卷筒壁厚；（4）卷筒軸材質(zhì)45鋼，卷筒軸直徑，卷筒軸長度；（5）卷筒聯(lián)接螺栓材質(zhì)Q235鋼，螺栓規(guī)格M16×45；（5）鋼絲繩端頭壓板螺栓材質(zhì)Q235鋼，螺栓規(guī)格M16×80。4.8啟閉機設(shè)計成果4.8.1電動機（1）電動機型號YZ160L-6；（2）電動機額定功率（負載持續(xù)率FC25%）13kW；（3）電動機額定轉(zhuǎn)速870(r/min)。4.8.2制動器（1）制動器型號TJ2-300；（2）制動輪直徑?300mm；（3）額定制動力矩500Nm。4.8.3減速器（1）減速器型式兩級漸開線斜齒圓柱齒輪分流式減速器；（2）減速器型號ZSY180-50-I；（3）減速器傳動比50。4.8.4開式齒輪副（1）大齒輪鑄造加工，材質(zhì)為ZG45B，正火+回火處理，齒面硬度HB197-218；小齒輪鍛造加工，材質(zhì)為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度HB241-262；（2）大、小齒輪齒數(shù)87/17；（3）齒輪副模數(shù)10mm，嚙合齒寬110mm。4.8.5鋼絲繩(1)鋼絲繩結(jié)構(gòu)型式6×19+1股的纖維繩芯鋼絲繩；（2）鋼絲繩公稱抗拉強度；（3）鋼絲繩直徑?20mm。4.8.6卷筒（1）卷筒材質(zhì)HT20-40；（2）卷筒長度；（3）卷筒壁厚；（4）卷筒軸材質(zhì)45鋼，卷筒軸直徑，卷筒軸長度；（5）卷筒聯(lián)接螺栓材質(zhì)Q235鋼，螺栓規(guī)格M16×45；（5）鋼絲繩端頭壓板螺栓材質(zhì)Q235鋼，螺栓規(guī)格M16×80。第五章啟閉機設(shè)計成果主要技術(shù)參數(shù)啟閉機設(shè)計成果主要技術(shù)參數(shù)啟閉機型式QP2×150kN雙吊點固定卷揚式啟閉機額定容量2×150kN啟門速度1.43m/min起升高度12m吊點距8m電動機型號YZ160L-6額定電壓/電流380V/29A功率13kW轉(zhuǎn)速870rpm制動器型號TJ2-300制動力矩500N?m減速器型號ZSY180-50-I傳動比50開式齒輪副齒數(shù)比87/17分別按45鋼調(diào)質(zhì)、ZG45B正火+回火取值模數(shù)10mm滑輪組倍率2卷筒直徑Ф400mm鋼絲繩規(guī)格6×19+1-Ф20-185（強度）總結(jié)畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生涯當(dāng)中一個重要環(huán)節(jié)通過了本學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計使我從各個方面都受到了機械設(shè)計的訓(xùn)練，對啟閉機的有關(guān)各個零部件有機的結(jié)合在一起得到了深刻的認識。由于知識有限，雖然經(jīng)過自己多加研究和琢磨，但這次的課程設(shè)計還是存在許多問題，發(fā)現(xiàn)理論知識學(xué)的一點也不牢固，比如由于齒輪參數(shù)的選擇不是恰當(dāng)好處，導(dǎo)致齒輪很大，手繪圖紙的生疏以致視圖的規(guī)劃位置不很恰當(dāng)。同時我相信，通過這次的實踐發(fā)現(xiàn)的問題，能使我重視并解決這些問題，大學(xué)學(xué)過的許多專業(yè)知識自己沒有系統(tǒng)的整理和消化，很多簡單的知識點要重新看書才能回憶起來，這樣很嚴重拖慢了自己的設(shè)計速度和影響自己比畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量，因為是先計算后畫圖再改正這樣就不容易發(fā)現(xiàn)錯誤，所以自己走了很多彎路，在設(shè)計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機械設(shè)計課程及其他課程的理論知識和應(yīng)用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力。通過這次設(shè)計之后，我想會對以后自己獨立設(shè)計打下一個良好的基礎(chǔ)，在以后的設(shè)計中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動更穩(wěn)定精確的設(shè)備。致謝此刻，這次畢業(yè)設(shè)計的最終完成，最首先應(yīng)該要感謝是我們的秦戰(zhàn)生老師的精心指導(dǎo)和大力幫助。一方面是因為他很關(guān)注并且了解我們設(shè)計的進度，另一方面他還提出了很多寶貴的意見，我在此向秦戰(zhàn)生老師致以深深的感謝！同時也獲得同組同學(xué)的各種支持與幫助，我在這也謝謝大家!首先非常感謝導(dǎo)師給我們開設(shè)的這個課題，這為我以后從事機械方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝，沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。首先，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師秦戰(zhàn)生老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計過程中給了大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。秦戰(zhàn)生老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L(fēng)以及和藹可親的態(tài)度給我留下了深刻的印象。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。再次對秦戰(zhàn)生老師表示衷心的感謝。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于也到結(jié)尾了。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的能力有了很大的提高，比如獨立思考的能力、分析問題的能力、合作精神、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進步。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師在學(xué)習(xí)期間對我的嚴格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。另外，我還要感謝大學(xué)四年和我一起走過的同學(xué)朋友對我的關(guān)心與支持，與他們一起學(xué)習(xí)、生活，讓我在大學(xué)期間生活的很充實，給我留下了很多難忘的回憶。

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附錄一：中文譯文：啟閉機卷筒軸承的摩擦與潤滑現(xiàn)在看來，有很多這種情況，許多學(xué)生在被問到關(guān)于摩擦的問題時，往往都沒引起足夠的重視，甚至是忽視它。實際上，摩擦從某種程度上說，存在于任何兩個相接觸并有相對運動趨勢的部件之間。而摩擦這個詞，本身就意味著，兩個或兩個以上部件的阻止相對運動趨勢。在一個機器中，運動部件的摩擦是有害的，因為它降低了機械對能量的充分利用。由它引起的熱能是一種浪費的能量。因為不能用它做任何事情。還有，它還需要更大的動力來克服這種不斷增大的摩擦。熱能是有破壞性的。因為它產(chǎn)生了膨脹。而膨脹可以使得軸承或滑動表面之間的配合更緊密。如果因為膨脹導(dǎo)致了一個足夠大的積壓力，那么，這個軸承就可能會卡死或密封死。另外，隨著溫度的升高，如果不是耐高溫材料制造的軸承，就可能會損壞甚至融化。在運動部件之間會發(fā)生很多摩擦，如1.啟動摩擦2.滑動摩擦3.轉(zhuǎn)動摩擦啟動摩擦是兩個固體之間產(chǎn)生的傾向于組織其相對運動趨勢的摩擦。當(dāng)兩個固體處于靜止?fàn)顟B(tài)時，這兩個零件表面的不平度傾向于相互嵌入，形成楔入作用，為了使這些部件“動”起來。這些靜止部件的凹谷和尖峰必須整理光滑，而且能相互抵消。這兩個表面之間越不光滑，由運動造成的啟動摩擦（最大靜摩擦力）就會越大。因為，通常來說，在兩個相互配合的部件之間，其表面不平度沒有固定的圖形。一旦運動部件運動起來，便有了規(guī)律可循，滑動就可以實現(xiàn)這一點。兩個運動部件之間的摩擦就叫做滑動摩擦。啟動摩擦通常都稍大于滑動摩擦。轉(zhuǎn)動摩擦一般發(fā)生在轉(zhuǎn)動部件和設(shè)備上，這些設(shè)備“抵觸”極大的外作用力，當(dāng)然這種外力會導(dǎo)致部件的變形和性能的改變。在這種情況下，轉(zhuǎn)動件的材料趨向于堆積并且強迫運動部件緩慢運動，這種改變就是通常所說的形變?？梢允狗肿舆\動。當(dāng)然，最終的結(jié)果是，這種額外的能量產(chǎn)生了熱能，這是必需的。因為它可以保證運動部件的運動和克服摩擦力。由運動部件的表面不平度的楔入作用引起的摩擦可以被部分的克服，那就需要靠兩表面之間的潤滑。但是，即使是非常光滑的兩個表面之間也可能需要一種物質(zhì)，這種物質(zhì)就是通常所說的潤滑劑，它可以提供一個比較好的、比較薄的油膜。這個油膜使兩個表面分離，并且組織運動部件的兩個表面的相互潛入，以免產(chǎn)生熱量使兩表面膨脹，又引起更近的接觸。減小摩擦的另一種方式是用不同的材料制造軸承和轉(zhuǎn)動零件。可以拿黃銅軸承、鋁合金和含油軸承合金做例子進行解釋。也就是說用軟的或硬的金屬組成表面。含油軸承合金是軟的。這樣當(dāng)軸承在油中浸泡過以后，因為毛細管的作用，將由帶到軸承的各個表面。這種類型的軸承把它的潤滑劑帶到應(yīng)力最大的部位。對運動部件潤滑以減小摩擦，應(yīng)力和熱量，最常用的是油、脂、還有合成劑。每一種潤滑劑都有其各自不同的功能和用途。兩個運動部件之間的運動情況決定了潤滑劑的類型的選擇。潤滑劑的分布也決定了系統(tǒng)的選擇。在低速度運動的部件，一個油溝足以將所需要的數(shù)量的潤滑劑送到相互運動的表面。第二種通用的潤滑方法是飛濺潤滑系統(tǒng)，在每個周期內(nèi)這個系統(tǒng)內(nèi)一些零件經(jīng)過潤滑劑存儲的位置，帶起足夠的潤滑油，然后將其散布到所有的運動零件上。這種系統(tǒng)用于草坪修剪機中發(fā)動機的曲軸箱，對曲軸、連桿和活塞等零件進行潤滑。在工業(yè)裝置中，常用的有一種潤滑系統(tǒng)是壓力系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中，一個機器上的一個泵，可以將潤滑劑帶到所有的軸承表面。并且以一種連續(xù)的固定的速度和數(shù)量。關(guān)于潤滑，還有許多其他的系統(tǒng)，針對各種類型的潤滑劑，對不同類型的運動零件是有效的。由于設(shè)備或裝置的速度、壓力和工作要求的提高，現(xiàn)代工業(yè)比以前任何時候都更注重選用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?。盡管潤滑的主要目的之一是為了減小摩擦力，任何可以控制兩個滑動表面之間摩擦和磨損的物質(zhì)，不管是液體還是固體或氣體，都可以歸類于潤滑劑。潤滑的種類無潤滑滑動。經(jīng)過精心處理的、去除了所有外來物質(zhì)的金屬在相互滑動時會粘附或熔接到一起。當(dāng)達不到這么高的純凈度時，吸附在表面的氣體、水蒸氣、氧化物和污染物就會降低摩擦力并減小粘附的趨勢，但通常會產(chǎn)生嚴重的磨損，這種現(xiàn)象被稱為“無潤滑”摩擦或者叫做干摩擦。流體膜潤滑。在滑動面之間引入一層流體膜，把滑動表面完全隔離開，就產(chǎn)生了流體膜潤滑。這種流體可能是有意引入的。例如汽車主軸承中的潤滑油；也可能是無意中引入的，例如在光滑的橡膠輪胎和潮濕的路面之間的水。盡管流體通常是油、水和其他很多種類的液體，它可以是氣體。最常用的氣體是空氣。為了把零件隔離開，潤滑膜中的壓力必須和作用在滑動面上的負荷保持平衡。如果潤滑膜中的壓力是由外源提供的，這種系統(tǒng)稱為流體靜壓潤滑。如果滑動表面之間的壓力是由于滑動面本身的形狀和運動所共同產(chǎn)生的，這種系統(tǒng)就稱為流體動壓力潤滑。邊界潤滑。處于無潤滑滑動和流體膜潤滑之間的潤滑被稱為邊界潤滑。它可以被定為這樣一種潤滑狀態(tài)，在這種狀態(tài)中，表面之間的摩擦力取決于表面的性質(zhì)和潤滑劑中的其他性質(zhì)。邊界潤滑包括大部分潤滑現(xiàn)象，通常在機器的啟動和停止時出現(xiàn)。固體潤滑。當(dāng)普通潤滑劑沒有足夠的承受能力或者不能在溫度極限下工作時，石墨和二硫化鉬這一類固體潤滑劑得到廣泛應(yīng)用。但潤滑劑不僅僅以脂肪、粉末和油脂這樣一些為人們所熟悉的形態(tài)出現(xiàn)，在一些精密的機器中，金屬也通常作為滑動面。潤滑劑的作用盡管潤滑劑主要是用來控制摩擦和磨損的，它們能夠而且通常也確實起到許多其他的作用，這些作用隨其用途不同而不同，但通常相互之間是有關(guān)系的。控制摩擦力?；瑒用嬷g潤滑劑的數(shù)量和性質(zhì)對所產(chǎn)生的摩擦力有很大的影響。例如，不考慮熱和磨損這些相關(guān)因素，只考慮兩個油膜潤滑表面見的摩擦力，它能比兩個同樣表面，但沒有潤滑時小200倍。在流體潤滑狀況時，摩擦力與流體黏度成正比。一些諸如石油衍生物這類潤滑劑，可以有很多黏度，因此能夠滿足范圍寬廣的功能要求。在邊界潤滑狀態(tài)，潤滑劑黏度對摩擦力的影響不象其化學(xué)性質(zhì)的影響那么顯著。磨損控制。磨蝕、腐蝕與固體和固體之間的接觸就會造成磨損。適當(dāng)?shù)臐櫥瑒⒛軒椭朔鲜鎏岬降囊恍┠p現(xiàn)象。潤滑劑通過潤滑膜來增加滑動面之間的距離，從而減輕磨料污染物和表面不平度造成的損傷，因此，減輕了磨損和由固體與固體之間接觸造成的磨損?？刂茰囟?。潤滑劑通過減小摩擦和將產(chǎn)生的熱量帶走來降低溫度。其效果取決于潤滑劑的用量和外部冷卻措施。冷卻劑的種類也會在較小的程度上影響表面的溫度?？刂聘g。潤滑劑在控制表面腐蝕方面有雙重作用。當(dāng)機器閑置不工作時，潤滑劑起到防腐劑的作用。當(dāng)機器工作時，潤滑劑通過給被潤滑零件涂上一層可能含有添加劑，能使腐蝕性材料中和的保護膜來控制腐蝕。潤滑劑控制腐蝕的能力與潤滑劑保留在金屬表面的潤滑膜的厚度和潤滑劑的化學(xué)成分有直接的關(guān)系。其他作用除了減小摩擦外，潤滑劑還經(jīng)常有其他的用途。其中的一些用途如下所述。傳遞動力。潤滑劑被廣泛用來作為液壓傳動中的工作液體。絕緣。在象變壓器和配電裝置這些特殊用途中，具有很高介電常數(shù)的潤滑劑起電絕緣材料的作用。為了獲得最高絕緣性能，潤滑劑中不能含有任何雜質(zhì)和水分。減振。在象減振器這樣的能量傳遞裝置中和在承受很高的間隙載荷的齒輪這樣的機器零件的周圍，潤滑劑被作為減振液使用。密封。潤滑脂通常還有一個特殊作用，就是形成密封層以防止?jié)櫥瑒┩鉃a和污染物進入。潤滑的目的就是為了，減小摩擦力，降低能量損耗，減少機器的熱量產(chǎn)生。熱量就是因為表面的相互間的相對運動造成的。潤滑劑可以是任何一種物質(zhì)，這樣的物質(zhì)被填充到發(fā)生相對運動的兩個表面之間，實現(xiàn)這一目的。大部分的潤滑劑是液體，比如說，油，脂，合成劑等。但它們有時也可能是固體，用在干軸承上，有的用在旋轉(zhuǎn)基體的軸承上，或者也可能是氣體，如空氣等，它是用在空氣軸承上。在潤滑劑和潤滑表面之間這種化學(xué)的和物質(zhì)的相互滲入作用，就是為了提供給機器一個良好的工作狀態(tài)。對潤滑劑邊界的理解，往往是比較硬的，而且是流動的、非常薄的一層帖附在被潤滑的表面。這些表面通常是要發(fā)生相對滑動。有些人推斷，按這種理解，液體的這種化學(xué)合成是十分重要的，它們提出了這樣的詞“邊界潤滑”，邊界潤滑是和流體潤滑相對的另一種潤滑。關(guān)于潤滑的五種不同的潤滑形式主要有：（1）無潤滑潤滑劑。（2）流體膜潤滑。（3）干潤滑。（4）邊界潤滑。（5）固體潤滑。無潤滑潤滑劑是指軸承的工作表面被一種相對比較厚的液體潤滑劑分隔開，于是阻止了金屬表面的直接接觸，這樣得到的這種穩(wěn)定性就可以用一種理論來解釋：潤滑液在外壓力下工作的理論，盡管這只是一種可能。但確實需要在任何時候都得提供的足夠充分。這種擠壓力是運動表面本身施加給潤滑劑而產(chǎn)生的，當(dāng)然這仍然是一種可能。這種由運動表面產(chǎn)生的擠壓力產(chǎn)生了必要的壓力來分隔工作表面來抵抗加在軸承上的載荷。所以，這種潤滑也可以被叫做液體潤滑。還有一種潤滑方式，那是一種特別的潤滑劑，它有時是空氣或水，當(dāng)加在軸承上的外載荷足夠高時，它就會以一種比較厚的狀態(tài)分隔開相互相對運動的工作表面。所以，不象上面的那種潤滑方式，并不需要兩種工作表面一定發(fā)生相對運動。第三種潤滑方式是一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是，一種潤滑劑是用在發(fā)生相對轉(zhuǎn)動的工作表面之間。比如說齒輪或者是滾動軸承。從數(shù)學(xué)上的解釋就需要接觸壓力和流體機械的理論。軸承不得不在較高的溫度下工作的時候，固體潤滑劑例如合成物等，必須被使用，因為通常使用的潤滑油在這種情況下都不能工作。目前，在這方面的研究正在實施，為了尋找到合成軸承的材料，并且有低損耗和小的熱量產(chǎn)生的性能。在有的軸承上，搖桿旋轉(zhuǎn)或在軸承上轉(zhuǎn)動，相對運動就是滑動。在一個自鎖的軸承裝置中，這種相對運動就是轉(zhuǎn)動。其他的裝置也可能是旋轉(zhuǎn)或滑動。齒輪的齒嚙合是轉(zhuǎn)動與相對滑動的合成?；钊窍鄬τ趧傮w的滑動，所有的這些應(yīng)用都需要潤滑劑來減小摩擦，降低能耗，減少熱量的產(chǎn)生。在有些軸承的應(yīng)用領(lǐng)域是不太成熟的。有些有連接桿的軸承，比如說汽車發(fā)動機上的，必須在幾千度高的高溫下和各種不同性質(zhì)的載荷下工作。這種軸承用在汽輪發(fā)動設(shè)備上可以說是穩(wěn)定性接近100%。還有另一種極端的情況，在有些軸承有幾千種應(yīng)用，應(yīng)對各種不同的載荷。其他的輔助設(shè)施就相對不重要了。需要的是一個簡單的、容易安裝的軸承。需要很少的甚至是不需要潤滑劑。在這種情況下，有的軸承并不是最好的選擇，因為成本和相近的公差。最近在軸承材料上的研究已有了一定的突破。隨著對潤滑的研究的知識的積累，設(shè)計出有良好工作狀況和較高的穩(wěn)定性的軸承已不是很遙遠了。附錄二：外文文獻原文：AndthefrictionandlubricationclosedmachinerollerbearingInmanyoftheproblemthusfar,thestudenthasbeenaskedtodisregardorneglectfriction.Actually,frictionispresenttosomedegreewhenevertwopartsareincontactandmoveoneachother.Thetermfrictionreferstotheresistanceoftwoormorepartstomovement.Frictionisharmfulorvaluabledependinguponwhereitoccurs.frictionisnecessaryforfasteningdevicessuchasscrewsandrivetswhichdependuponfrictiontoholdthefastenerandthepartstogether.Beltdrivers,brakes,andtiresareadditionalapplicationswherefrictionisnecessary.Thefrictionofmovingpartsinamachineisharmfulbecauseitreducesthemechanicaladvantageofthedevice.Theheatproducedbyfrictionislostenergybecausenoworktakesplace.Also,greaterpowerisrequiredtoovercometheincreasedfriction.Heatisdestructiveinthatitcausesexpansion.Expansionmaycauseabearingorslidingsurfacetofittighter.Ifagreatenoughpressurebuildsupbecausemadefromlowtemperaturematerialsmaymelt.Therearethreetypesoffrictionwhichmustbeovercomeinmovingparts:(1)starting,(2)sliding,and(3)rolling.Startingfrictionisthefrictionbetweentwosolidsthattendtoresistmovement.Whentwopartsareatastateofrest,thesurfaceirregularitiesofbothpartstendtointerlockandformawedgingaction.Toproducemotionintheseparts,thewedge-shapedpeaksandvalleysofthestationarysurfacesmustbemadetoslideoutandovereachother.Therougherthetwosurfaces,thegreaterisstartingfrictionresultingfromtheirmovement.Sincethereisusuallynofixedpatternbetweenthepeaksandvalleysoftwomatingparts,theirregularitiesdonotinterlockoncethepartsareinmotionbutslideovereachother.Thefrictionofthetwosurfacesisknownasslidingfriction.Asshowninfigure,startingfrictionisalwaysgreaterthanslidingfriction.Rollingfrictionoccurswhenrollerdevcesaresubjectedtotremendousstresswhichcausethepartstochangeshapeordeform.Undertheseconditions,thematerialinfrontofarollertendstopileupandforcestheobjecttorollslightlyuphill.Thischangingofshape,knownasdeformation,causesamovementofmolecules.Asaresult,heatisproducedfromtheaddedenergyrequiredtokeepthepartsturningandovercomefriction.Thefrictioncausedbythewedgingactionofsurfaceirregularitiescanbeovercomepartlybytheprecisionmachiningofthesurfaces.However,eventhesesmoothsurfacesmayrequiretheuseofasubstancebetweenthemtoreducethefrictionstillmore.Thissubstanceisusuallyalubricantwhichprovidesafine,thinoilfilm.Thefilmkeepsthesurfacesapartandpreventsthecohesiveforcesofthesurfacesfromcominginclosecontactandproducingheat.Anotherwaytoreducefrictionistousedifferentmaterialsforthebearingsurfacesandrotatingparts.Thisexplainswhybronzebearings,softalloys,andcopperandtiniolitebearingsareusedwithbothsoftandhardenedsteelshaft.Theiolitebearingisporous.Thus,whenthebearingisdippedinoil,capillaryactioncarriestheoilthroughthespacesofthebearing.Thistypeofbearingcarriesitsownlubricanttothepointswherethepressuresarethegreatest.Movingpartsarelubricatedtoreducefriction,wear,andheat.Themostcommonlyusedlubricantsareoils,greases,andgraphitecompounds.Eachlubricantservesadifferentpurpose.Theconditionsunderwhichtwomovingsurfacesaretoworkdeterminethetypeoflubricanttobeusedandthesystemselectedfordistributingthelubricant.Onslowmovingpartswithaminimumofpressure,anoilgrooveisusuallysufficienttodistributetherequiredquantityoflubricanttothesurfacesmovingoneachother.Asecondcommonmethodoflubricationisthesplashsysteminwhichpartsmovinginareservoiroflubricantpickupsufficientoilwhichisthendistributedtoallmovingpartsduringeachcycle.Thissystemisusedinthecrankcaseoflawn-mowerenginestolubricatethecrankshaft,connectingrod,andpartsofthepiston.Alubricationsystemcommonlyusedinindustrialplantsisthepressuresystem.Inthissystem,apumponamachinecarriesthelubricanttoallofthebearingsurfacesataconstantrateandquantity.Therearenumerousothersystemsoflubricationandaconsiderablenumberoflubricantsavailableforanygivensetofoperatingconditions.Modernindustrypaysgreaterattentiontotheuseoftheproperlubricantsthanatprevioustimebecauseoftheincreasedspeeds,pressures,andoperatingdemandsplacedonequipmentanddevices.Althoughoneofthemainpurposes