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中北大学毕业设计开题报告学生姓名：王会云学号：06020141X39学院、系：信息商务学院专业：机械设计制造及其自动化设计题目：绞车减速器设计指导教师:魏秀业副教授2009年3月16日毕业设计开题报告一．课题背景及目的：本课题是关于双速绞车减速器的设计，绞车可以单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。绞车主要技术指标有额定负载、支持负载、绳速、容绳量绞车具有以下特点：通用性高、结构紧凑、体技校、重量轻、起重大、使用转移方便，被广泛应用于建筑、水利工程、林业、矿山、码头等的物料升降或平拖，还可作现代化电控自动作业线的配套设备。而“双速”，是指该种绞车具有快，慢两种速度，快速用于放绳，慢速牵引力大，快速牵引力小，因此能够适应各种特殊情况的工作条件，使用范围更广。其关键技术是采用了两个双联齿轮、一个内齿轮圈和一个滑移齿轮所形成的齿轮传动和联结传动的传动变换系统，简称为‘齿一联’传动变换系统。该传动系统可实现快速和慢速很大的速度比，可容易地实现各种工况条件下所要求的双速要求。本课题的设计目的是了解和掌握现有双速绞车的结构及其工作原理，对减速器进行传动方案的设计,对主要零件轴、齿轮进行结构设计，对其他零件进行结构和选型设计，对其关键部件进行强度计算分析和校核，二．国内外双速绞车现状及发展:（1）由于历史原因，我国的机械工业发展的很慢，很多的起重，矿井提升都是依靠大量的基本原始人力实现的。如日本侵华时期大势掠夺我国矿产资源，他们当时投入很大力气研制出了较先进的绞车等煤矿设备，所以日本的绞车技术水平至今还比我国高一个档次。[1]前苏联(包括现在的俄罗斯)因为地大物博，矿产资源丰富，并且长期重视科学教育工作，他们的绞车技术也很先进，我国解放初期的设备主要是通过仿造苏联的设备制造的，存在着技术水平落后、工作效率低下、使用寿命短，使用不方便等问题。随着我国经济和科技的进步，很多大型工程的建设的开展，机械制造技术突飞猛进，我国的绞车设备已经能够做到自主研发，自主生产。我国综合机械化技术正向高产量、大功率、重型化的趋势发展，但搬运设备却没有相应地更新开发，延误了综合开采设备搬运的工期，特别是在端头支架受压的情况下。现在大型液压支架单台重量已达30多吨，而液压支架等综采设备在采煤工作面的撤移与运输仍然使用回柱绞车等老式设备，因为牵引力小、容绳量少、钢丝绳细等不适应综采工作面的工况要求。在实际生产中，因缺乏合适设备，只能采用两台绞车合拉或接力，生产效率低、出力不均衡、设备损坏多，并且由于负载大、钢丝绳细、容易出现断绳，存在安全隐患[1]。（3）1988年，李炳文从绞车的薄弱环节着手，走遍华东、华北、华中等几十家煤矿和矿山机械生产企业，经过一年多的辛勤探索，1990年发明了”齿一联”传动的双速多用绞车并获国‘家专利，被同行专家评价为：国内外首创，达世界领先水平。[2]别小看这个发明，论使用寿命和工作效率，双速多用绞车比原有设备提高3倍，节能达到60％。而且，新型绞车结构紧凑合理、体积小、重量轻，使用灵活方便，很受大型起重作业欢迎，效益显著。（4）传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。[2]（毕业设计开题报告三．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：3.1研究或解决的问题课题要求在分析双速绞车减速器工作原理的基础上,对减速器进行传动方案的设计,对主要零件轴、齿轮进行结构设计，对其他零件进行结构和选型设计。进行齿轮的设计:包括材料选择、参数计算、强度计算及校核；轴的设计：包括结构设计并作出轴的计算简图、强度校核；轴承的选用及其他零件的结构设计。3.2研究手段（1）双速绞车传动系统的传动原理及示意图通过对收集文献资料的学习与总结，理清双速绞车减速器的传动原理，初步作出双速绞车减速器的传动示意图（如下图）双速绞车减速器两个不同的转速图双速绞车减速器的传动原理：低速时，滑移齿轮处于二周上部，通过一轴上的圆锥齿轮与二轴上的圆锥齿轮先啮合（一级传动），功率由1轴传递到2轴直接相连的滑移齿轮上，再由其传递到与其相啮合的三轴上的双联齿轮（实现耳机传动），三轴双联齿轮把功率传递给二轴双联齿轮（实现三级传动），再传给三轴上的腹板齿轮（实现四级传动），最终由四轴输出，并实现低速级的四级传动：高速时，扳动离合器手柄，使滑移齿轮与其下部二轴双联齿轮上的内啮圈相啮合，从而通过二三轴上的双联齿轮相啮合来输送功率，实现高速级的二级传动。3.2传动方案的设计：1.原始数据：电动机型号YB180L-6电机功率15KW电动机转速970r/min减速器低速速比40.5275减速器高速速比6.2052.传动比的分配：传动比的分配原则主要是：是减速器的外廓尺寸尽量小：使各级大齿轮的尺寸应基本一致和保证较好的润滑条件等。本设计先从高速入手，综合考虑各个因素，可初步定出高速级时的各级传动比：高速级时的各级传动比为：i1=3:；i2=1.8；i3=1.2低速级时的各级传动比为：i2=3；i2=11.3；i3=1.23.3齿轮的设计齿轮的设计从两个方面来考虑：（1）按照齿面解除疲劳强度进行计算及核算：（2）按照齿根弯曲强度进行计算及核算。可算得齿轮的模数及分度圆直径，并对模数进行圆整，从而定出分度圆的具体直径。完成这些后，也是从这两方面入手对所设计的齿轮进行强度校核，最终得出合适且安全的直齿轮圆柱齿轮3.4轴的设计（1）由于该输送绞车减速器四级时，三转矩教二级大得多，故按照四级设计三轴。因该轴为低速轴，承载及扭矩都较大，故选取轴的材料为40Cr，调质处理，鉴于轴上的齿轮有些尺寸较大，且轴承载也较大，根据参考书目可定出该轴的最小直径，同时考虑到轴的轴向定位和周向定位。（2）轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下的因素：轴在机器中的安装位置及其形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及其分布情况；轴的加工工艺等。3.5轴承的选用选用轴承时，首先是选择轴承的类型。由于该轴上的轴承所受载荷为径向载荷，轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差，轴承力可能发生弯曲或倾斜，所以选用调心滚子轴承。由于该段轴承允许的内圈对外圈轴线的倾斜量最大，故双联齿轮左侧齿轮选用外圈无挡边的双列圆柱滚子轴承。因轴承主要受较大的径向力，故该段轴上的的其他轴承均选为调心滚子轴承。初步定出轴承类型及型号之后，对其进行校核。3.6其他零件的结构设计其他零件部件包括一些标准件（螺栓，螺母，弹性挡圈和油毡封圈等）和非标准件，如轴套，轴承端盖等，根据相关参考书的建议值和公式选取确定，然后进行强度校核。3.7减速器箱体设计减速器的箱体是支持和固定轴及轴上零件并保证传动精度的重要零件，其重量一般约占减速器总重量的40％~50％，因此，箱体结构对减速器的性能、制造工艺、材料消耗、重量和成本等影响很大，设计时务必综合考虑，认真对待。减速器箱体的设计要点如下：1、箱体应具有足够的刚度（1）轴承座上下设置加强筋。（2）轴承座房设计凸台结构。凸台的设置可使轴承座旁的联接螺栓靠近座孔，以提高联接的刚性。3.8计算机的辅助设计在做课题设计时，会用到计算机对于数据的计算，参考。还有双速绞车减速器传动示意图；轴零件图;齿轮零件图A，其他必要的零件图的绘制。4．毕业设计课题工作进度计划：起迄日期工作内容2008年3月1日~3月10日3月11日~3月20日3月21日~4月10日4月11日~5月10日5月11日~5月25日5月26日~6月15日6月16日~6月25日了解双速绞车减速器结构、工作原理，准备开题；完成开题报告;进行传动方案的设计，进行速比；进行齿轮的设计:包括材料选择、参数计算、强度计算及校核；轴的设计：包括结构设计并作出轴的计算简图、强度校核完成毕业设计说明书的撰写;毕业设计答辩。参考文献：【1】李炳文《双速多用绞车》中国矿业大学1990年06月13日【2】魏效玲张亚春张艳伟.《减速器设计方案决策方法研究》，《中国机械工程》2007年09期【3】吴宗泽：罗圣国著《机械设计课程设计手册》第三版高等教育出版社2006.5【4】陈功，刘翠娟，张昆《吴鸿业双速多用绞车传动CAD系统的研究与实现》(1．中国矿业大学，江苏徐州221008；2．南京航空航天大学CAD／CAM工程研究中心，南京210016)【5】吴鸿业等主编《机械传动装置设计手册》机械工业出版社1994【6】陈功，刘翠娟．双速多用绞车传动CAD系统的研究与实现．煤矿机械，2005(3)【7】陈功，聂如春，李炳文双速多用绞车传动系统优化算法研究及实现(中国矿业大学，江苏徐州)【8】李瑞琴主编.《机械原理》.第一版.国防工业出版社.2008【9】濮良贵纪名刚主编.第八版.机械设计.高等教育出版社.2006【10】刘子建，叶南海．现代CAD基础及其运用技术．长沙：湖南大学出版社，2005【11】谭昕，陈定方，张争艳著.齿轮减速箱动态特性分析与结构优化设计《装备制造技术》2010年第1期1【12】】NAFEMS．AFiniteElementPrimer．Dept．ofTradeandIndustry，1986【13】Segerlind，L．J—AppliedFiniteElementAnalysis．2nddition．JohnWiley，1984【14】WooChulKim，MichaelChapp.MICROPLANETARYREDUCTIONGEARUSINGSURFACE-MICROMACHINING.Berkeley,CA,U.S.A：UniversityofCaliforniaatBerkeley，2001【15】Singer,I．M．andThorpe，J．A．LectureNotesOnelementaryTopologyandGeometry，Springer—Verlag，l967【16】MechanicalDynamics．INC．ADAMS／SolveTMFunctionExpressions?Novl5，1994．毕业设计开题报告指导教师意见：指导教师：年月日所在系审查意见：该报告介绍了双速绞车减速器的背景、意义和研究现状，提出了研究该问题的基本思路，所提研究方案具有一定的可行性，达到了机械设计制造及其自动化专业本科毕业设计的目标，符合有关开题报告的基本要求。同意开题系主任：年月日