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1、某越野车绞盘设计-毕业设计 毕业设计 论文 此毕业设计有图 请联系 357930861题 目 某越野车绞盘设计 学院名称 指导教师 职 称 班 级 学 号 学生姓名 毕业设计论文开题报告题目 学 专 业 车辆工程 学生姓名 指导教师 研究的现状及其意义研究现状汽车绞盘有很多种主要有电动绞盘机械式PTO绞盘油压PTO绞盘油压绞盘等其中电动绞盘最受欢迎也最为人们所熟悉研究意义汽车容易陷入沙滩泥泞和雪地这些路面为了增加越野车的自救能力人们研制出了绞盘绞盘是一种利用自身动力发动机旋转通过另外一端的固定或者牵引的钢绳或者特殊索带把陷在困境中的汽车拉出来的一种工具是越野车必备的工具之一 周松鹤徐烈烜 哈尔
2、滨工业大学理论力学教研室杨可桢唐文初指导教师签名 年 月 日工作小组审查意见工作小组组长签名 年 月 日某越野车绞盘设计摘要作为越野车重要自救设备之一绞盘担任着发生意外情况时重要自救设备的功能可在雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中进行自救和施救随着国民自驾出游的人数的与日俱增绞盘成了这些人不可缺少的工具绞盘将更加普及的运用到各种车型上本论文在简述现有绞盘的形式与发展状况越野车绞盘的功能进行描述后以北京JEEP牧马人车型为对象对该越野车绞盘进行整体设计主要包括对动力方案设计选择传动系统设计与校核工作装置部件的计算选用等并对润滑系统和越野车维护保养做了介绍关键词越野车绞盘设计传动系统设计The
3、winch design an off-road vehicleAbstractAs one of the important self-help equipment SUV winch as an accident when important self-help equipment function can save in the snow swamp desert beach muddy road and other harsh environments and rescue With the development of national self-driving grow with
4、each passing day the number of trips winch has become an indispensable tool for these people The winch will be more popular in the use of the various models In this paper the form and the development status of the existing winch off-road vehicle winch illustrates the function taking Beijing JEEP Wra
5、ngler models as the object the overall design of the rover winch including the dynamic scheme design drive system design and verification the working device component selection and calculation the lubrication system and off-road vehicle maintenance is introducedKey words Off-road vehicle capstan des
6、ign drive system design目 录概述1 11国内外绞盘应用现状 12现有绞盘形式及分类 2越野车绞盘的主要用途性能特点及设计要求421 越野车绞盘的主要用途422 越野车绞盘的主要性能及设计要求5 3某越野车绞盘系统设计831 越野车绞盘设计参数及要求12 32越野车绞盘输入动力方案选择21 33 动力装置的设计计算 25 331 电动机的工作条件 25 332 电动机的选择与校验 2734 传动装置的设计计算 29 341确定总的传动比 29 342 多级复合轮系减速器的设计计算 30 343 齿轮模数的确定以及强度校核29 344 轴的设计轴上零件的选用以及强度校核29
7、35 工作装置的设计计算与选择 4 351 钢丝绳 4 352 卷筒 16 4润滑系统与保养方法介绍22 41润滑系统4 42保养方法4总结44参考文献45谢辞47译文附页48概述正如德国BOSCH公司的经验理念名言科技成就生活之美科技正以超凡的速度改变着我们生活的各方各面汽车船舶等交通工具的出现让我们对距离有了新的理解以前遥不可及的地方变成了近在咫尺地球变成了地球村然而有时候我们的钢铁移动盒子也会遇到麻烦事比如陷入到泥泞或沼泽中这种情况就需要我们对一些特殊交通工具加上自救装置绞盘就是汽车的一种自我保护及自救装置绞盘是具有垂直安装的绞缆筒在动力驱动下能卷绕但不储存绳索的机械也指转动轴线与甲板垂
8、直的绞车是车辆船只的自我保护及牵引装置可在雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中进行自救和施救并可在其它条件下进行清障拖拉物品安装设施等作业是军警石油水文环保林业交通公安边防消防及其它户外运动不可缺少的安全装置主要用于越野汽车农用汽车ATV全地形车游艇消防救援车道路清障车以及其它专用汽车特种车辆如图1 越野车绞盘为绞盘的实物图图1 越野车绞盘11国内外绞盘应用现状汽车绞盘是一种利用自身动力发动机旋转通过另外一端的固定或者牵引的钢绳或者特殊索带把陷在困境中的汽车拉出来的一种工具是越野车必备的工具之一绞盘在国外相对来说应用和受欢迎程度相对来说要比国内要高毕竟只有越野爱好者和改装车爱好者才对其有兴趣世
9、界级专业绞盘有中国T- 美国warn 澳大利亚tjm等三家公司基本上平分市场按绞盘原动力的不同主要有以下六种 电动绞盘电动绞盘是最常见的绞盘依靠车辆自身的电力系统驱动绞盘优点可以在车辆死火的情况下基本正常使用是其他绞盘无法比拟的尤其对于水多的地区有很大优势安装简单可以实现多位置安装及迅速移位缺点不能维持长时间的使用车辆自身电力系统局限性自身易发热等原因大部分电动绞盘能提供的驱动力较小只能向一个方向施加力量安装于车前只能向前拉安装于后部只能向后拉PTO绞盘使用分动箱输出动力为动力源POWER TAKE OFF优点能持续提供较大的拉力单次使用时间长不存在发热问题可以提供多方向拉力是军用车辆或严肃的
10、高性能越野最佳选择缺点必须使用发动机动力即在发动机因进水等原因无法工作时无法使用分动箱失去绞盘方向驱动力时无法使用油压绞盘使用车辆的动力助力转向系统为其动力源使用助力转向泵提供源动力优点安装方便由于其外部固定部分基本实现了通用化甚至在野外即可实现互换驱动力界于电动和PTO绞盘之间发生高温机会极其少见缺点和PTO绞盘一样必须使用发动机驱动力即必须保持发动机转动且一旦动力转向系统出现故障则无法使用车轮绞盘是一种比较新的绞盘系统即由车轮轴提供驱动力原理是使用大部分越野车轮的6颗固定螺丝中的4颗以固定绞盘优点安装拆卸极其简便和换轮胎是一个步骤重量极轻比任何一种其他绞盘都轻不会被前悬带来致命的额外重量价
11、格便宜可提供前后双方向拉力缺点由于其力量点是轮轴所以位置太低造成部分条件下无法使用而且也必须使用发动机动力手动绞盘气动绞盘按其用途不同可以分为ATV绞盘越野绞盘卡车绞盘工业绞盘等根据某些行业的特性还有防水绞盘防爆绞盘等分类越野运动是一种极限运动是富有活力与激情的挑战运动总的来说越野可以分为三类汽车越野摩托越野自行车越野越野汽车作为越野运动的承载工具除了其非凡的动力性能高强度要求外其自救设施对于户外越野运动来说也尤为重要绞盘就是一种重要的自救牵引设备随着中国经济的迅速发展和人民生活水平的显著提高中国的汽车需求在不断扩大有相关部门统计2005年中国的汽车需求量为640万台预计到今年将接近1500万
12、台相当于目前全球汽车需求总量的四分之一汽车多了绞盘机的使用量也会随之上升此外以前普通国民对绞盘的认识十分的稀少在他们的生活中根本不会在意有没有这样一个小家伙然而近年来国民自驾出游的人数也与日俱增绞盘成了这些人不可缺少的工具因此对于这一课题的研究具有良好的研究前景和积极的意义21 越野车绞盘的主要用途越野车绞盘是一种重要的自救牵引设备其主要功能就是当越野车陷入雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中时利用绞盘输出牵引动力将越野车摆脱恶劣环境中绞盘组成如图2 绞盘部件图所示图2 绞盘部件图1中继变速器 中继变速器从遥控器上接受信号其内部是能够改变马达方向的整机电路2马达 这一部件中有一个直流电马达图中
13、所示绞盘模型中有一个冷却扇防止绞盘过热3绞索引导器 如果需要使用绞索以一定角度工作这个引导器能将绞索直接引向鼓轮如果带一个滚子则称为滚子绞索引导器4绞索鼓轮 绞索鼓轮和绞索缠绕的缸体一样由电动马达带动通过遥控器按钮可以改变其方向重型绞盘的绞索较重因此鼓轮也较大5离合器 离合器负责开关绞索鼓轮它由一个简单的手柄控制6遥控器 这个遥控器使你能从远处控制绞索这里展示的是最常见的型号有一根线与绞盘相连市场上也有无线形的遥控器22 越野车绞盘的主要性能及设计要求简单地说绞盘内部的工作机制是从汽车来的电力首先带动马达而后马达带动鼓轮转动鼓轮又带动主动轴主动轴再带动行星齿轮进而产生强大的扭力随后扭力被传回到
14、鼓轮鼓轮便带动绞盘马达和减速器之间有一个离合器能通过一个把手来开关制动单元在鼓轮内当绞索绷紧时鼓轮就自动锁住图3 越野车绞盘模型图越野车绞盘设计主要需考虑以下两点1绞盘的牵引力是用磅来定值的可以通过换算来转换成吨或公斤最好选择磅数高的绞盘因为受困中的车辆的重量常常要远高于日常的车重不要牵引超过绞盘牵引力的物体2绞盘的钢缆缠绕在卷轴上的圈数越多外圈的拉力越小而卷轴长的绞盘可以减少缠绕的圈数来增加外圈的牵引力同一绞盘使用较短的钢缆要比较长的钢缆的外圈牵引力更大本次设计将以北京JEEP中的牧马人做参考设计该越野车型的绞盘系统31 越野车绞盘设计参数及要求设计参数如下车型北京JEEP牧马人系列整车吨位
15、1920Kg北京JEEP牧马人系列车型如图4所示图4 北京JEEP 牧马人车型设计要求 当四轮中任一轮子或两前后轮同时陷入泥泞中到轮轴中心位置时改越野车绞盘能实施自救对传动系统中的重要零部件进行强度校核 32越野车绞盘输入动力方案选择 在12现有绞盘形式及分类中叙述到绞盘的形式有多种所以对应的输入动力有多种其中PTO绞盘 绞盘牵引力N 牵引速度ms电动机的效率估算牵引力 F Gsin 牵引力与水平夹角最小值 15 G 19200Nm v 005ms 查手册得 095代入数据得 Pw 80KW又电动机所需输出功率为P 93KW查得其中 086根据小功率电机的选用和应用技术初选电动机的型号为Y16
16、0L-6在额定工作制即JC 100时功率为11KW转速为970rmin34 传动装置的设计计算341 确定总传动比1如图所示绞盘工作时齿轮3固定不动则式中齿轮1的转速单位为rmin 行星架的转速单位rmin 齿轮3的转速单位为rmin图5 传动系统简图代入数据计算得 -又有 -先定各齿轮的齿数为 18 72 162且各齿轮的模数均相等将数据代入式中有则 97rmin代入式中有 定 22则 取 230则 342 多级复合轮系减速器的设计计算第一级行星减速器的总传动比为 第二级定轴减速器的总传动比为 则总的传动比为 所以减速器的传动误差为显然所以齿数设计合理343齿轮模数的确定以及强度校核1齿轮1
17、2和3的设计 选定齿轮类型精度等级材料和热加工方法减速器所有齿轮均采用标准直齿圆柱齿轮由于绞盘为一般工作机器工作转速较低所有选用的齿轮精度为7级齿轮1的材料为38CrMoAlA齿轮2的材料为40Cr齿轮3的材料为45钢 齿轮1采用调质处理热加工后硬度不低于280HBS齿轮2也采用调质处理热加工硬度不低于240HBS齿轮3也采用调质处理热加工硬度不低于200HBS两者材料的硬度差保持在4060HBS之间 按齿面接触疲劳强度设计由公式 由于该绞盘为中级工作类型查设计手册选取载荷系数 11电机正常工作时输出扭矩为其中为电机的额定功率为电机的满载转速代入数据计算有由于齿轮1作悬臂布置查机械设计手册取齿
18、宽系数 09由设计手册查的材料弹性影响系数 160 由设计手册查得各齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数 减速器每天工作8各小时每年300天工作寿命10年 其中为齿轮1的转速j为齿轮每转一圈同一齿面的啮合次数代入数据计算有 60而 将 930rmin代入计算可得 3643rmin且有 那么 60由 0知 0由机械设计手册查得两齿轮的接触疲劳寿命系数 092 097计算大小齿轮的接触疲劳许用应力取失效概率为1安全系数S 11有计算计算齿宽b 计算圆周速度计算载荷系数根据 395 ms7级精度查设计手册的动载荷系数对于直齿轮有由于小齿轮相对支撑作非对称布置查得 132 124则 m按实际载荷系数
19、校正所得的分度圆直径n计算模数m 按齿根弯曲疲劳强度设计由公式由设计手册查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限由设计手册查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S 13则计算载荷系数KK 查取齿形系数查取应力校正系数计算大小齿轮的并加以比较1齿轮 2齿轮 3齿轮显然3齿轮的数值较大h计算模数m对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算 所得的模数大于由齿根弯曲疲劳强度所算得的模数而实际情况中齿轮丧失工作能力主要为齿根折断因此以齿根弯曲疲劳强度设计为准考虑到模数小的齿轮加工困难装配不便所以取模数为m 3mm i计算齿宽bb 取齿轮1的宽度为名 称代 号齿轮1齿轮2齿轮3齿 数Z1872162模
20、 数mmm3压力角202020分度圆直径dmm54216486齿顶高mm33375齿根高mm3753753齿全高hmm675675675齿顶圆直径mm602224785齿根圆直径mm4652085492齿距pmm942齿厚smm471齿槽宽emm471顶隙cmm075中心距amm135j该对齿轮的几何尺寸如下表 2齿轮45和6的设计 选定齿轮类型精度等级材料和热加工方法a 减速器所有齿轮均采用标准直齿圆柱齿轮b 由于绞盘为一般工作机器工作转速较低所有选用的齿轮精度为7级c 齿轮4的材料为38CrMoAlA齿轮5的材料为40Cr齿轮6的材料为45钢d 齿轮4采用调质处理热加工后硬度不低于280H
21、BS齿轮5也采用调质处理热加工硬度不低于240HBS齿轮6也采用调质处理热加工硬度不低于200HBS两者材料的硬度差保持在4060HBS之间 按齿面接触疲劳强度设计由公式 由于该绞盘为中级工作类型查设计手册选取载荷系数 11齿轮4传递的扭矩为但对于齿轮4而言载荷有2条流向所以齿轮5上单个齿实际传递的扭矩为查机械设计手册取齿宽系数 11由设计手册查的材料弹性影响系数 170 由设计手册查得大小齿轮的接触疲劳强度极限为 计算应力循环次数 由机械设计手册查得两齿轮的接触疲劳寿命系数 09计算大小齿轮的接触疲劳许用应力取失效概率为1安全系数S 11有计算计算齿宽b 计算圆周速度计算载荷系数根据 035
22、 ms7级精度查设计手册的动载荷系数对于直齿轮有由于小齿轮相对支撑作非对称布置查得 125 120则 m按实际载荷系数校正所得的分度圆直径n计算模数m 按齿根弯曲疲劳强度设计由公式由设计手册查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限 由设计手册查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S 12则计算载荷系数KK 查取齿形系数查取应力校正系数计算大小齿轮的并加以比较小齿轮4 大齿轮5 大齿轮6显然大齿轮的数值较大h计算模数对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算 所得的模数大于由齿根弯曲疲劳强度所算得的模数而实际情况中齿轮丧失工作能力主要为齿根折断因此以齿根弯曲疲劳强度设计为准考虑到模数小的齿轮加
23、工困难装配不便所以取模数为m 3mm i计算齿宽bb 取齿轮4的宽度为j该对齿轮的几何尺寸如下表名 称代 号齿轮4齿轮5齿轮6齿 数Z22104230模 数mmm3压力角20分度圆直径dmm66312690齿顶高mm33375齿根高mm3753753齿全高hmm675675675齿顶圆直径mm723186825齿根圆直径mm5853045696齿距pmm942齿厚smm471齿槽宽emm471顶隙cmm075中心距amm189523 轴的设计轴上零件的选用以及强度校核 1轴的设计以及强度校核轴的结构及其轴上零件的布置如下图所示图6 轴1绞盘在正常工作的情况下轴1所受的轴向力为N 考虑到卷筒以及
24、钢丝绳的自重取 8300N由受力模型可计算得N则 N轴的近似受力模型如下图所示图7 轴1的受力示意图其中为轴的横截面上的剪力M为轴横截面上的弯矩T为轴的扭矩那么轴所受的最大弯曲应力为轴所受的最大扭转切应力为选取轴1的材料为45号钢其许用弯曲应力为 65Mpa许用扭转切应力 35Mpa轴上的联轴器为TL6型弹性套柱销联轴器标记为TL6联轴器轴上的弹性挡圈均为A型轴用弹性挡圈标记为 轴用弹性挡圈 GBT 8941-1986 40轴上所用的轴承均为6008型轴承标记为 深沟球轴承 6008 GBT276-1994轴上的键为普通A型平键标记为 GBT 1096 键 2轴的设计以及强度校核轴的结构及其轴
25、上零件的布置如下图所示图8 轴2 F为绞盘提升重物时作用于轴上的外力为支持对轴的作用力为卷筒内部零件在绞盘工作时作用于轴的力有 8300 84 197 联立得F1 582236N F2 24776N轴的近似受力模型如下图所示图9 轴2的受力示意图那么轴所受的最大弯曲应力为轴所受的最大扭转切应力为选取轴3的材料为 38 siMnMo 其许用弯曲应力为 115Mpa许用扭转切应力为 68 Mpa 35 工作装置的设计计算与选择351 钢丝绳钢丝绳是拉力机械中使用最为广泛的传动挠性件其优点是卷绕性好承载能力大自重轻运行时平稳无噪音适于高速传动弹性好强度高过载能力强工作时一般不会发生突然断裂比较可靠因
26、而获得广泛应用a钢丝绳的材料及制造钢丝绳是由许多直径为052mm高强钢丝绕编而成钢丝的材料通常采用优质碳素钢其含碳量约为015018含硫磷量不大于003拉伸强度极限通常为14002000N特殊情况下可达2400N拉力机中使用16001800N的较适宜根据不同的使用目的其结构和绕编方式各不相同绞盘采用双重绕钢丝绳b钢丝绳的种类 钢丝绳根据不同的结构和编绕方式而有不同种类1钢丝绳的捻绕次数1单绕绳 图3-1所示单绕绳是由若干层钢丝绳依次围绕一根钢芯绕制而成这种钢丝绳的构造最简单其特点是刚性大挠曲性差不宜用作拉力绳可用作拉力机的桅索拉索和架空索道的承载索等 2 3三绕绳 图3-3所示三绕绳是把双绕绳
27、作为股再由几股拧成绳这种钢丝绳挠性特别好但由于制造复杂且钢丝较细容易磨损折断一般不用 图10 点接触股 图11 双绕绳 图12 三绕绳2钢丝绳的捻制方法1顺绕绳 图3-4a所示钢丝绳绕成股与股绕成绳的方向相同这种钢丝绳挠性好表面光滑使用寿命长但容易自行松散和扭转因此它只能用于经常保持张紧状态的地方如小车运行机构的牵引绳2交绕绳 图3-4b所示钢丝绳绕成股与股绕成绳的方向相反其挠性与使用寿命都较顺绕绳差但由于股与绳的扭转趋势相反克服了扭转和易松散的缺陷故在拉力机中使用较广3混绕绳 图3-4c所示即一半顺绕一半交绕因工艺复杂应用少图13 钢丝绳的绕向a顺绕绳b交绕绳c混绕绳3股的形状1圆股绳 图3
28、-3所示钢丝绳中的股为圆形制造方便一般常用2异形股绳 图3-5所示钢丝绳中的股呈三角形椭圆形及扁圆形等这种钢丝绳与滑轮槽和卷筒槽接触良好使用寿命长但制造复杂 图14 异型股钢丝绳a三角股钢丝绳b椭圆股钢丝绳c扁股钢丝绳3多股不扭转绳 图3-6所示钢丝绳中各相邻层股的捻向相反这种钢丝绳在卷筒上接触表面较大抗挤压强度高寿命长而且受力时其自由端不会发生旋转特别适宜于用作起升高度特大的自升式塔式拉力机的起升钢丝绳图15 不扭转钢丝绳的构造与抗扭机理a4种多层不扭转钢丝绳构造示意图 b不扭转钢丝绳内外层绳股的捻向及其抗扭特性形成的机理示意图4钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态 1点接触钢丝绳 绳股中各层钢丝直
29、径均相同而内外各层钢丝的节距不同因而相互交叉形成点接触缺点是接触应力高表面粗糙易破断使用寿命低但因其制造工艺简单价格低廉但现逐渐被线接触钢丝绳索代替2线接触钢丝绳 绳股由不同直径的钢丝绕制而成通过断面几个尺寸的适当配置使每一层钢丝的节距均相等并使外层钢丝位于内层钢丝绳之间的沟槽内内外层钢丝互相接触在一条螺旋线上形成线接触这种钢丝绳消除了点接触钢丝绳所具有的二次弯曲应力可降低工作时总的弯曲应力承载能力高而且挠性好耐腐蚀使用寿命长在拉力机得到了日益广泛的应用线接触钢丝绳根据绳股断面的结构又可分为三种形式西尔型 图17a所示又称外粗式代号为X这种钢丝绳股中外层钢丝粗内层钢丝细同一层钢丝的直径相同其特
30、点是耐磨性好但挠性较差瓦林吞型 图17b所示又称粗细式代号为W这种钢丝绳股的外层由不同直径的钢丝组成配置的细钢丝同时保持与三根相邻钢丝接触其断面填充系数高挠性好承载能力大是拉力机常用的形式填充型 图17c所示代号为T在股中内外层钢丝形成的沟槽中填充细钢丝断面填充系数高增加了承载能力3点线接触钢丝绳 图18所示这是一种混合结构的钢丝绳如图所示其外面为西尔型里面是是点接触图17 线接触股 图18 点线接触绳c 钢丝绳的选用钢丝绳的选择包括钢丝绳结构型式的选择和钢丝绳直径的确定1钢丝绳结构型式的选择绕经滑轮组和卷筒的机构工作钢丝绳应优先选用线接触钢丝绳在腐蚀性环境中应采用镀锌钢丝绳钢丝绳的性能和强度
31、应满足机构安全工作的要求一般情况下单根的钢丝绳右捻和左捻在使用上并无区别但由于穿绕双联滑轮组时要求使用右捻以使之正确的卷绕于同一卷筒上顺向捻的钢丝绳表面较平整也较柔软具有良好的抗弯曲疲劳性能因此比较耐用其缺点是绳股容易松开绳头必须扎紧悬吊重物时容易旋转极易卷曲扭结故在吊装中不宜采用交互捻钢丝绳与顺向捻钢丝绳相反虽耐用程度较差但是使用方便一般采用W型耐磨性能较高由于钢丝绳捻绕方向的不同其特点和采用范围也有所不同为了使用上的方便避免使用过程中钢丝绳扭转纠缠故在拉力机滑轮组等起吊装置中多采用交互捻的钢丝绳为合适2钢丝绳直径的确定根据国际标准则ISO4308-I1986和我国拉力机设计规范GB3811
32、-83的规定拉力机用钢丝绳可以按下述两种方法确定钢丝绳的直径1按选择系数C确定钢丝绳直径d mm d C式中 C选择系数 m m S钢丝绳最大工作静拉力 N 选择系数C的取值与机构工作级别有关见表3-1表3-1 C值和N值选择表机构工作级别选择系数C值安全系数n钢丝公称抗拉强度N155017001850M1M30093008900854M400990095009145M50104010000965M60114010901066M70123011801137M801400134012892按安全系数n选择钢丝绳直径n式中 所选钢丝绳的整绳破断拉力 N 钢丝绳最大工作静拉力 N n 安全系数按表3
33、-1选取根据拉力吊装常用数据手册表1-8初选定钢丝绳型式637其中 6371用于滑车组中即绳子承受弯曲时采用作为穿绕滑车组拉力绳等6191用作缆绳拉索即用于钢绳不受弯曲或可能槽受磨损的地方3钢丝绳校核根椐吊装工艺计算近似公式及应用可知钢丝绳的容许拉力由下式有 nN其中钢丝绳破断拉力如P采用破断拉力总和则须乘以折减系数n钢丝绳的安全系数钢丝绳的安全系数主要由使用的工作性质而定并考虑了材质的不均匀性局部弯折以及受冲击等因素由拉力施工规范HGJ201-83和拉力机械安全规程GB6067-85等有关资料中已有规定当用于张拉即拖拉绳时n35当作为滑车组串绕绳或称跑绳走绳即卷扬机绞车牵引绳时手动n45电动
34、n5当作为捆绑吊索时n 68在有护绳轮圆形吊耳或曲率半径较大时可采用低限同时还要考虑吊索分支数的多少吊索根数多受力后每一个分支不易串动均匀则应取上限由整条钢丝绳破断拉力与钢丝绳全部钢丝绳破断接力总和的关系知 式中 整条钢丝绳的破断拉力 钢丝绳全部钢丝的破断拉力总和 钢丝绳捻制折减系数对于6371的钢丝绳 082全部钢丝的破断拉力总和为认为钢丝的材质是均匀的 式中 钢丝的抗拉强度N 钢丝绳的净截面面积由机械安全手册公式5-12可知净截面面积占毛截面面积的47则 047式中 047折减系数钢丝绳毛截面面积为 0785式中 d钢丝绳公称直径mm由上述几式可得整条钢丝绳的破断拉力为 0470785 0
35、369对于6371的钢丝绳 03025如上一章所述滑轮组采用省力滑轮组中的单联滑轮组即绕入卷筒的绳索分支数为1根 1那么该滑轮组的传动倍率其中为滑轮组中承载绳索的分支数由于该滑轮组的重量相对于提升重物的重量较轻所以在计算中忽略不计在传动过程中定滑轮由轴承与支撑相连考虑到传动过程中轴承的效率和卷筒与钢丝绳之间的摩擦取滑轮组的传动效率为则钢丝绳所承受的最大静拉力为式中 G所提升物体的重力 Q钢丝绳吊斗的重力查拉力机械设计手册知该拉力机为中级工作类型取安全系数n 70由 n有 2105267 14736842N代入上式可得 d 因抗拉强度未有明确要求故可选择为1550 N的钢丝绳则有d 1773mm
36、圆整为标准规格取定d 20mm公称抗拉强度为1550MPa满足要求故钢丝绳的标记为 钢丝绳 637-20-155-光-右交 GB1102-74352 卷筒a卷筒的构造卷筒是卷绕和容纳钢丝绳的部件通过对钢丝绳的收放可把原动机的驱动力传递给钢丝绳并将原动机的回转运动变为直线运动卷筒一般由三部分组成即筒壳支轮及支环筒壳是卷筒的直接承载部件支轮是支撑筒壳和传力的部件支环是为了增加筒壳的稳定性1卷筒的形式卷筒的形状一般为圆柱形特殊要求的卷筒也有制成圆锥形或曲线形的在拉力机械中主要是采用圆柱形的钢丝绳卷筒按钢丝绳在卷筒上卷绕层数可分为单层卷绕卷筒和多层卷绕卷筒单层卷绕卷筒表面通常切有螺旋形绳槽钢丝绳依次排
37、列其内绳槽节距比钢丝绳直径稍大绳槽半径也比钢丝绳半径稍大这样既增加了钢丝绳与卷筒的接触面积又可防止在卷绕过程中相邻钢丝绳间的相互摩擦从而延长钢丝绳的使用寿命卷筒绳槽尺寸已有标准可查阅相关手册多层卷绕卷筒容绳量大主要用于起升高度很大卷筒长度又受到限制的绞盘构采用尺寸较小的多层卷绕卷筒对于减小机构尺寸十分有利多层卷绕的卷筒多采用不带螺旋槽的光面卷筒卷筒的两端必须带有侧板以防钢丝绳侧向滑移侧板的高度应比最外层钢丝绳高出125d但多层卷绕卷筒的钢丝绳所受的挤压力大相互间摩擦力大钢丝绳寿命降低也容易产生乱绳现象此外当卷绕层数较多时在绳索张力不变的情况下卷筒的载荷力矩将随卷筒上钢丝绳层数的多少而变化从而使
38、机构载荷力矩不稳定图20 钢丝绳卷筒 图21 焊接卷筒a螺旋槽卷筒b光面卷筒按制作方式可分为铸造卷筒图20和焊接卷筒图212卷筒的材料和制造铸造卷筒一般采用不低于HT200的灰铸铁铸造重要的卷筒可用不低于QT450-10的球墨铸铁铸造采用铸钢时应不低于ZG230-450铸钢卷筒并不能使壁厚减少很多且工艺复杂成本高因而较少采用焊接卷筒主要用于大直径的卷筒多用Q235钢板弯成筒形焊接而成小直径的卷筒也可采用无缝钢管制造焊接卷筒与铸造卷筒相比自重可以大大减轻也适用于单件生产b卷筒的失效形式及其原因卷筒筒壳的损坏是矿井绞盘普遍存在的问题卷筒的失效形式主要有卷筒筒壳的损坏是指筒壳在工作过程中产生较大的变
39、形并在局部地方开裂以致不能正常工作卷筒筒壳的开裂形式有 见图22 沿筒壳圆周方向局部开裂 占多数 沿卷筒的法兰盘 也称丈轮 或支环处局部开裂 占多数 沿焊缝开裂或开焊沿筒壳上螺钉孔周围开裂沿筒壳轴线方向局部开裂 占少数 等等图22 筒壳的裂纹形式示意图沿筒壳圆周方向局部开裂 沿焊缝或支环外局部开裂造成筒壳变形和开裂的主要原因有理论计算中的误差过大结构设计上的某些不合理加工装配上的缺陷使用利维护上的不合理钢板材质上的缺陷等等所以对于每一个具体的筒壳开裂问题应对下列情况进行分析 产品的技术性能结构形式和有关的设计计算资料 加工装配质量和安装质量 产品使用的历史情况和现状特别是使用过程中的负荷变化情
40、况如未满负荷使用的时间满负荷使用的时间是否有超负荷使用的现象超负荷程度和使用时间的长短非常载荷出现的次数 设备在使用过程中的维护情况筒壳在开裂前的征兆 如变形和发响等 和开裂过程等等333卷筒的计算1卷筒的几何尺寸单层绕卷筒表面通常切出导向螺旋槽绳槽分标准槽与深槽两种形式一般情况都采用标准槽当钢丝绳有脱槽危险例如抓斗起升机构卷筒钢丝绳向上引出的卷筒以及高速机构中采用深槽图23卷筒槽形本次设计采用光筒不用开槽卷筒的名义直径DD hd式中 D卷筒名义直径d钢丝绳直径 h与机构工作级别和钢丝绳结构相关的系数本次设计选取h 18则有 D 1820 360mm取D 700mm卷筒的长度L图24 卷筒长度
41、示意图单层单联卷筒式中H拉力机最大起升高度m为滑轮组倍率 钢丝绳附加安全圈数一般取153圈 卷筒的计算直径钢丝绳截面中心距即 Dd多层卷绕卷筒 矿井绞盘械设备公式3-7式中无绳槽的卷筒端部尺寸按需要定 固定绳尾所需长度3P中间光滑部分长度 n卷绕层数 错绳圈数取24圈 平均缠绕直径 绳圈间的间隙取23mm但应保证不咬绳本次设计针对的是工作于越野车上绞盘工作环境狭小必须尽量减小自身的体积故采用多层卷绕所以先选6层考虑到钢丝绳在卷筒上排列可能不均匀应将卷筒长度增加10则有L 400mm3卷筒的厚度 钢卷筒d 铸造卷筒002D61012mm本次设计采用铸造卷筒故有 0025008 18mmc钢丝绳在
42、卷筒上的固定纲丝绳在卷筒上的固定必须十分可靠便于检查和装拆避免在固定处使钢丝绳受到过分的弯曲目前采用的固定方法有以下几种用压板固定利用压板和螺栓同定绳尾这种方法构造简单装拆方便便了观察和检查安全可靠目前最常用在用于多层绕时一般采用图21的形式用长板条固定 图22 在铸造卷筒的筒体上留有固定钢丝绳绳尾用的穿孔在孔内装上凸头板条板条下面有纵向绳槽板条用螺钉压紧这种方法可使卷筒缩短但是卷筒构造复杂用楔子固定图23钢丝绳绕在楔子上并与楔子一起装入卷筒的楔孔内在钢丝绳拉力作用下被楔紧楔子的斜度般为1415以满足自锁条件这种方法卷筒构造复杂不便于钢丝绳更换但可以用于多层绕 图25 钢丝绳在卷筒上的固定 4润滑系统与保养方法介绍41润滑系统润滑系统是保证运动设备正常工作所必不可少的辅助装置通过润滑可以减少零部件运动中的磨损提高剥壳机的使用寿命保证剥壳机的剥壳率降低能量消耗减少维修费用润滑系统有两种分类方法按照所采用的润滑剂种类可分为稀油
