中厚煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)論文

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I采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)計(jì)算摘要采煤機(jī)是一種電牽引大功率采煤機(jī)，該機(jī)機(jī)身矮，裝機(jī)功率大，所有電機(jī)橫向布置，機(jī)械傳動(dòng)都是直齒傳動(dòng)，電機(jī)、行走箱驅(qū)動(dòng)輪組件等均可從老塘側(cè)抽出，故傳動(dòng)效率高，容易安裝和維護(hù)。本說(shuō)明書(shū)主要介紹了采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)計(jì)算。采煤機(jī)截割部主要是由四級(jí)齒輪傳動(dòng)組成，截割部電機(jī)放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)由三級(jí)直齒圓柱齒輪和一級(jí)行星輪系的傳動(dòng)，最后驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。截割部采用四行星單浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，減小了結(jié)構(gòu)尺寸，采用大角度彎搖臂設(shè)計(jì)，加大了過(guò)煤空間，提高了裝煤效果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)截割部的軸、傳動(dòng)齒輪、軸承和聯(lián)接用的花鍵等部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核和選用。本說(shuō)明書(shū)主要針對(duì)主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度校核進(jìn)行了敘述和介紹。此外，還對(duì)采煤機(jī)的使用與維護(hù)進(jìn)行了說(shuō)明，以便能更好的發(fā)揮該采煤機(jī)的性能，達(dá)到最佳工作效果。關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；截割部；行星輪系；齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 本課題研究意義為了提高工作面的生產(chǎn)效益, 世界主要采煤國(guó)均紛紛致力于發(fā)展大型先進(jìn)的綜采設(shè)備, 取得了顯著的效果, 綜采工作面的生產(chǎn)能力和效益均大幅度提高。我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)煤炭需求大幅度增加,年產(chǎn)超 600 萬(wàn) t 高產(chǎn)高效工作面得到快速發(fā)展,大功率采煤機(jī)的市場(chǎng)需求日益增加。電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)的飛速發(fā)展,為開(kāi)發(fā)集電力電子、信息采集、微機(jī)控制及智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于一身的大采高重型電牽引采煤機(jī)創(chuàng)造了條件。我國(guó)在 90 年代初致力發(fā)展高產(chǎn)高效工作面,開(kāi)發(fā)了日產(chǎn)7000t 綜采成套設(shè)備, 但能真正實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的工作面依然較少, 主要原因是受采煤機(jī)生產(chǎn)能力的限制, 高產(chǎn)高效工作面要求采煤機(jī)具有高可靠性、大截割功率、大牽引力、大牽引速度, 并能較快發(fā)現(xiàn)故障和處理故障。大功率采煤機(jī)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的散熱條件,并具有靈活的操作性。設(shè)計(jì)搖臂要充分考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,滾筒要針對(duì)采煤工作面地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì),具有很強(qiáng)的過(guò)斷層能力,電氣設(shè)計(jì)必須考慮過(guò)斷層強(qiáng)烈沖擊的影響。采煤機(jī)要有適當(dāng)?shù)闹亓靠箾_擊;同時(shí)要有足夠的牽引力過(guò)斷層。采煤機(jī)功率大,發(fā)熱量大,必須充分考慮各部件的散熱問(wèn)題。為了適應(yīng)采煤工況要求,必須實(shí)現(xiàn)機(jī)載交流變頻,“一拖一”方式平衡牽引,并開(kāi)發(fā)保護(hù)、監(jiān)測(cè)功能齊全、運(yùn)行可靠的程序。為使采煤機(jī)可靠運(yùn)行,必須解決機(jī)器聯(lián)結(jié)的松動(dòng)問(wèn)題,除部件間用螺栓緊固外,采用多個(gè)高強(qiáng)度長(zhǎng)螺桿和液壓螺母組合將機(jī)身三大段聯(lián)結(jié)起來(lái)形成一個(gè)剛性整體。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大功率大采高電牽引采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)以及我國(guó)厚煤層的開(kāi)采情況,分析大采高綜采工作面的生產(chǎn)能力和煤質(zhì)硬度與所需的采煤機(jī)截割功率、滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度、牽引- 1 -功率、調(diào)高油缸推拉力等采煤機(jī)主要性能參數(shù)的關(guān)系,在可行性、可靠性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較,并考慮與已有采煤機(jī)部分元部件的互換,最后確定設(shè)計(jì)MG400 /940-WD 型電牽引采煤機(jī)?？傮w結(jié)構(gòu)如(圖 1) 。圖 1-a1.2 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)⑴ 電牽引采煤機(jī)已成為國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的研究重點(diǎn)國(guó)內(nèi)從 90 年代初已逐步停止研究開(kāi)發(fā)液壓牽引采煤機(jī)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向電牽引采煤機(jī);通過(guò)交流、直流電牽引采煤機(jī)的對(duì)比研究，已基本確定以交流變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。電牽引替代液壓牽引，交流調(diào)速代替直流調(diào)速已成為國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展方向。⑵ 裝機(jī)功率不斷增加- 2 -為了滿足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤對(duì)采煤機(jī)的高強(qiáng)度、高性能需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機(jī)，其裝機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率)均在不斷加大，最大已達(dá) 1020KW，其中截割電機(jī)功率達(dá) 450KW，牽引電機(jī)功率達(dá)2×50KW。⑶ 牽引速度和牽引力不斷增大電牽引采煤機(jī)最大牽引速度已達(dá) 14.5m/min，牽引力已普遍增大到450～600KN。⑷ 電機(jī)橫向布置總體結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速近年來(lái)，我國(guó)基本停止了截割電左尼縱向布置采煤機(jī)的研制，新研制的采煤機(jī)中已廣泛采用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)。⑸ 控制系統(tǒng)日趨完善采煤機(jī)電氣控制功能逐步齊全，可靠性不斷提高，在通用性互換性和集成化等方面已有較大進(jìn)步；開(kāi)發(fā)了可靠的防爆全中文界面的 PLC 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)功能，以及故障記憶和診斷功能;研制成功井下無(wú)線電離機(jī)控制并得到推廣使用。⑹ 滾筒截深不斷增大目前已由 630mm 增至 800mm，預(yù)計(jì)今后可能增至 1000mm。⑺ 采煤機(jī)的可靠性將成為國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)越來(lái)越重要的性能指標(biāo)隨著高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)和發(fā)展，要求采煤工作面逐步達(dá)到日產(chǎn) 7000 ～10000t 水平。采煤機(jī)及其系統(tǒng)的可靠性將成為影響礦井原煤產(chǎn)量關(guān)鍵因素越來(lái)越受到重視，成為中國(guó)采煤機(jī)越來(lái)越重要的綜合性能指標(biāo)。- 3 -1.2.2 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)電牽引采煤機(jī)經(jīng)過(guò) 25 年的發(fā)展，技術(shù)已趨成熟。新一代大功率電牽引采煤機(jī)已集中采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成為具有人工智能的高自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備代替液壓牽引已成必然。技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可簡(jiǎn)要?dú)w結(jié)如下:⑴ 電牽引系統(tǒng)向交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)發(fā)展。⑵ 結(jié)構(gòu)形式向多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置發(fā)展。⑶ 監(jiān)控技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、工作面系統(tǒng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。⑷ 性能參數(shù)向大功率、高參數(shù)發(fā)展。⑸ 綜合性能向高可靠性和高利用率發(fā)展。國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)研制方向與國(guó)際發(fā)展基本一致經(jīng)過(guò)近 15 年的研究，已取得較大進(jìn)展但離國(guó)際先進(jìn)水平特別是在監(jiān)控技術(shù)及可靠性方面尚有較大差距，必須進(jìn)行大量的技術(shù)和試驗(yàn)研究。1.3 總體方案的確定1.3.1 采煤機(jī)類(lèi)型 滾筒采煤機(jī)的類(lèi)型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速傳動(dòng)方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送乳汁機(jī)配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類(lèi)。按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。按行走機(jī)構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無(wú)鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速方式- 4 -分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)（通常簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引采煤機(jī)） 。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機(jī)。按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割（主）電動(dòng)機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割（主）電動(dòng)機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。1.3.2 采煤機(jī)的組成 采煤機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖 1-b） 。電動(dòng)機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動(dòng)力部分，它通過(guò)兩端輸出軸分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)截割部和牽引部。采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動(dòng)機(jī)的尺寸。牽引部：通過(guò)其主動(dòng)鏈輪與固定在工作面輸送機(jī)兩端的牽引鏈 3 相嚙合，使采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。左、右截割部減速箱：將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂 5 的齒輪，驅(qū)動(dòng)滾筒 6 旋轉(zhuǎn)。圖 1-b 雙滾筒采煤機(jī)- 5 -滾筒：是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤(pán)及螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機(jī)中。為提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板 7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來(lái)回翻轉(zhuǎn) 180°。底托架：是固定和承托整臺(tái)采煤機(jī)的底架，通過(guò)其下部四個(gè)滑靴 9 將采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)的槽幫上，其中采空區(qū)側(cè)兩個(gè)滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以保證采煤機(jī)的可靠導(dǎo)向。調(diào)高油缸：可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機(jī)的采高。調(diào)斜油缸：用于調(diào)整采煤機(jī)的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平時(shí)的截割要求。電氣控制箱：內(nèi)部裝有各種電控元件，用于采煤機(jī)的各種電氣控制和保護(hù)。此外，為降低電動(dòng)機(jī)和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機(jī)設(shè)有專(zhuān)門(mén)的供水系統(tǒng)。采煤機(jī)的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi)，并由采煤機(jī)拉動(dòng)在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開(kāi)。 1.4 截割部結(jié)構(gòu)及技術(shù)特征1.4.1 截割部傳動(dòng)方式確定截割部傳動(dòng)裝置的功用：是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到滾筒上，以滿足滾筒工作的需要。同時(shí)，傳動(dòng)裝置還應(yīng)適應(yīng)滾筒調(diào)高的要求，使?jié)L筒保持適當(dāng)?shù)墓ぷ鞲叨?。由于截割消耗采煤機(jī)總功率的 80％～90％，因此要求設(shè)計(jì)出的截割部傳動(dòng)裝置具有高的強(qiáng)度、剛度和可靠性，良好的潤(rùn)滑密封、散熱條件和高的傳動(dòng)效率。采煤機(jī)截割部都采用齒輪傳動(dòng)，常見(jiàn)的傳動(dòng)方式有以下幾種(圖 1-c)：- 6 -圖 1-c 截割部傳動(dòng)方式1－電動(dòng)機(jī)；12－固定減速箱；3－搖臂；4－滾筒；5－行星齒輪傳動(dòng)； 6－泵箱；7－機(jī)身及牽引部⑴ 電動(dòng)機(jī)—固定減速箱—搖臂—滾筒(圖 1-c(a))。這種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是傳動(dòng)簡(jiǎn)單，搖臂從固定減速箱端部伸出，支承可靠，強(qiáng)度和剛度好。但搖臂下降的最低位置受輸送機(jī)限制，故臥底量較小。DY-150、BM-100 型采煤機(jī)均采用這種傳動(dòng)方式。⑵ 電動(dòng)機(jī)—固定減速箱—搖臂—行星齒輪傳動(dòng)—滾筒(圖 1-c(b))。這種方式在滾筒內(nèi)裝了行星傳動(dòng)，故前幾級(jí)傳動(dòng)比減小，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)，但筒殼尺寸卻增大了，故這種傳動(dòng)方式適用于中厚煤層采煤機(jī)，如在 MLS3 -170、MXA-300、AM-500 和 MG 系列等型采煤機(jī)中采用。⑶ 電動(dòng)機(jī)—減速箱—滾筒(圖 1-c(c))。這種傳動(dòng)方式取消了搖臂，靠由電動(dòng)機(jī)、減速箱和滾筒組成的截割部來(lái)調(diào)高(稱(chēng)為機(jī)身調(diào)高)，使齒輪數(shù)大大減少，機(jī)殼的強(qiáng)度、剛度增大，且調(diào)高范圍大，采煤機(jī)機(jī)身也可縮短，有利于采煤機(jī)開(kāi)缺口工作。⑷ 電動(dòng)機(jī)—搖臂—行星齒輪傳動(dòng)—滾筒(圖 1-c(d))。這種傳動(dòng)方式的電動(dòng)機(jī)- 7 -軸與滾筒軸平行，取消了容易損壞的錐齒輪，使傳動(dòng)更加簡(jiǎn)單，而且調(diào)高范圍大，機(jī)身長(zhǎng)度小。新的電牽引采煤機(jī)都采取這種傳動(dòng)方式。對(duì)比以上傳動(dòng)方式，我設(shè)計(jì)的截割部傳動(dòng)方式為:電動(dòng)機(jī)—搖臂—行星齒輪傳動(dòng)—滾筒（如圖 1-d） 。該截割部采用銷(xiāo)軸與牽引部聯(lián)結(jié)，截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂和機(jī)身連接沒(méi)有動(dòng)力傳遞，取消了縱向布置結(jié)構(gòu)中的螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅴ Ⅵ圖 1-d 截割部傳動(dòng)系統(tǒng)圖該截割部有以下特點(diǎn)：1) 電機(jī)橫向布置,機(jī)械傳動(dòng)都是直齒傳動(dòng)故傳動(dòng)效率高，容易安裝和維護(hù)。2) 截割電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)控制外，其余控制如牽引速度調(diào)整、方向設(shè)定、左右搖臂的升降，急停等操作均由設(shè)在機(jī)身兩端操作站的按鈕進(jìn)行控制，操作簡(jiǎn)單、方便。- 8 -3) 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，采用集成閥塊結(jié)構(gòu)，管路少，連接可靠；經(jīng)常調(diào)整的閥設(shè)在液壓箱體外，便于檢修和更換。4) 截割機(jī)械傳動(dòng)鏈設(shè)有扭矩軸過(guò)載保護(hù)裝置，并可設(shè)有強(qiáng)制潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)，提高了傳動(dòng)件，支承件的使用壽命。5) 截割部采用四行星單浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，承載能力大，減小了結(jié)構(gòu)尺寸。采用大角度彎搖臂設(shè)計(jì)，加大過(guò)煤空間，提高裝煤效果，臥底量大6) 調(diào)高油缸與調(diào)高液壓鎖采用分離布置，液壓鎖置于殼體空腔內(nèi)，打開(kāi)蓋板即可取出液壓鎖，方便井下查找故障和更換調(diào)高油缸、液壓鎖等維修工作。 1.4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇由設(shè)計(jì)要求知，截割部功率為 400KW，根據(jù)礦井電機(jī)的具體工作環(huán)境情況，電機(jī)必須具有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對(duì)安全，而且電機(jī)工作要可靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，效率高。所以選擇三相鼠籠異步防爆電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 YBCS4─400,其主要參數(shù)如下：額定功率：400KW； 額定電壓：3300V ；滿載電流：98A； 額定轉(zhuǎn)速： 1470r/min；滿載效率：0.915； 絕緣等級(jí)： H；滿載功率因數(shù)：0.85； 接線方式：Y；質(zhì)量： 1150Kg； 冷卻方式：外殼水冷該電動(dòng)機(jī)輸出軸上帶有漸開(kāi)線花鍵，通過(guò)該花鍵電機(jī)將輸出的動(dòng)力傳遞給搖臂的齒輪減速機(jī)構(gòu)。- 9 -第二章 傳動(dòng)參數(shù)的確定2.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算本次設(shè)計(jì)選用 YBCS4-400(帶離合)防爆型異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率為 400KW，轉(zhuǎn)速 ，滾筒轉(zhuǎn)速 。根據(jù)上述就可以求出總的傳動(dòng)比1470mn?/inr35wn?/minr。傳動(dòng)比較大時(shí)通常采用多級(jí)傳動(dòng)，若傳動(dòng)裝1470/i235ri?總 電 機(jī) 輸 入 轉(zhuǎn) 速滾 筒 輸 出 轉(zhuǎn) 速置由多級(jí)串聯(lián)而成，則必須使各級(jí)傳動(dòng)比的乘積和總傳動(dòng)比相等。2.2 傳動(dòng)比的分配1．分配原則1）由高速級(jí)至低速級(jí)逐漸增大傳動(dòng)比。由于該截割部要求傳動(dòng)比大，空間體積小，如果在高速級(jí)分配較大傳動(dòng)比，隨著傳動(dòng)比和模數(shù)的增大，齒輪的直徑將變得很大，不宜滿足空間體積的要求。2）通過(guò)總體預(yù)算具體分配各級(jí)傳動(dòng)比。由于分配傳動(dòng)比時(shí)首先要考慮總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，然后在給定的中心矩范圍內(nèi)分配各級(jí)傳動(dòng)比，因而必須先進(jìn)行總體預(yù)算，并經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)整，最后得到合適的傳動(dòng)比。2．傳動(dòng)比數(shù)值表級(jí)數(shù) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 四級(jí)傳動(dòng) 13.7i?341.76i?452.i?6i?行 星- 10 -比 i實(shí)際分配后的總傳動(dòng)比： 1.762.41.9i???總2.3 確定各軸的轉(zhuǎn)速 n、功率 P、轉(zhuǎn)矩 T1）確定各軸轉(zhuǎn)速 n 1470 r/mi?電 機(jī)2nn31/470/.83 r/ini?42.62 mn?5=7 r/in63.821 r/inni?7//635 ?行 星2）確定各軸輸入功率 P 140 kW2 ?31240.97384 kWP????438.69 569 kW?61230.79354 kP????74 k式中： - 11 -－齒輪嚙合效率， ;1?10.97??－軸承效率， .223）確定各軸輸入轉(zhuǎn)矩 T1140950259 Nm7PTN????21 ?3384950379 0T????4465 Nm2PN?5470T??663549160 2???77509 NmPTN??第三章 齒輪嚙合參數(shù)及強(qiáng)度計(jì)3.1 齒輪的初步設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核本截割部所用的齒輪為漸開(kāi)線直齒圓柱齒輪，可根據(jù)彎曲強(qiáng)度計(jì)算確定模數(shù)來(lái)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算，參考文獻(xiàn)[1]來(lái)進(jìn)行計(jì)算及校核。3.1.1 第一級(jí)減速齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核1. 選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)- 12 -考慮到傳遞功率較大，并且是井下設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由表 6-2，選齒輪材料用 ，表面滲碳淬火，齒面硬度 。20CrMnTi 56~2HRC煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，選齒輪為 7 級(jí)精度。對(duì)閉式齒輪傳動(dòng)，高速級(jí)轉(zhuǎn)速較高，為提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，降低動(dòng)載荷，以齒輪較多為好，一般取小齒輪齒數(shù)為 ，現(xiàn)取 ，傳動(dòng)比 ，則204:12z?13.7i?，則取整為31.7238.94zi???39z2．設(shè)計(jì)計(jì)算閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。由式（6-15）有 ??132FaSdKTYmz??????????:確定式中各項(xiàng)數(shù)值：因載荷有較重沖擊，由表 6-3 查得 ，故選初載荷系數(shù)1.5A?2tK?66611 409.509.52.97pTn?????Nm?由式（6-7） ， ，計(jì)算端面重合度13.8cosz????????????????? 1.65???由式（6-13） ， 0.750.75.2.2.6Y????由表 6-6，選取 .6d?由圖 6-19，由圖 6-20 查得12.7FaY?1.57SaY?3.93.6由式（6-12）有- 13 -??916014702830156.0hNnjL?????9931.5.i?由圖 6-21 查得 ， ；10.8NY3.6N取 min.25FS?由圖 6-22d 按齒面硬度均值 60HRC，在 ML 線上查得 lim1li352F??Mpa??lim11n0.85372FNYMpaS???li33mn.69.F?pa??12.7150.2aSFY???:2.396.aS取 ，設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：??140.2FaSY??:將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得： ??611332 22.5910.7126.9tFaStdKTYmz??????????????: m修正 ：t16.921470.3260tznv????/ms由圖 6-7 查得 .vK?由圖 6-10 查得 1.2?由表 6-4 查得 .?則 1.59.21.39AvK????- 14 -332.96.7.1ttKm???m由表 6-1，選取第二系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 7齒輪主要幾何尺寸： 172154dmz??m393????13721.52az???，取 10.6549.db??m39Bm196?3.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ??12HEHKTuZbd??????:由表 6-5 查得 188E?Mpa由圖 6-14 查得 2.5HZ由圖 6-13 查得 0.89?由圖 6-15,按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 10.87NZ?30.89NZ?由圖 6-16e，按齒面硬度均值 60HRC，在 MQ 和 ML 線中間查出1400lim1H??li3Mpa取 inS則 ??lim1li1n28HNZ?:pali3li3mn46HS?M將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得- 15 -??62.39510.7182.507124H H? ????????接觸強(qiáng)滿足。4.校核齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 61112 2.39510.721.537.6FFasKTYbmz???????Mpa61332 2.9510.72391.68.93FFasYbz? ??pa計(jì)算彎曲應(yīng)力??limn520.83571FNYS???Mpa由圖 6-22（d）查得 lim2F?彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。3.1.2 第二級(jí)減速齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核1. 選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)考慮到傳遞功率較大，并且是井下設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由表 6-2，選齒輪材料用 ，表面滲碳淬火，齒面硬度 。20CrMnTi 56~2HRC煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，選齒輪為 7 級(jí)精度。對(duì)閉式齒輪傳動(dòng)，高速級(jí)轉(zhuǎn)速較高，為提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，降低動(dòng)載荷，以齒輪較多為好，一般取小齒輪齒數(shù)為 ，現(xiàn)取 ，傳動(dòng)比 ，則204?425z?341.76i?。 541.76254zi???2. 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，- 16 -驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。由式（6-15）有 ??324FaSdKTYmz??????????:確定式中各項(xiàng)數(shù)值：因載荷有較重沖擊，由表 6-3 查得 ，故選初載荷系數(shù)1.5AK?2tK?66633 3849.5109.510.790pTn?????Nm?由式（6-7） ， ，計(jì)算端面重合度45.2cosz????????????????? 1.68???由式（6-13） ， 0.70.7.5168Y????由表 6-6，選取 .4d?由圖 6-19，由圖 6-20 查得42.6FaY?41.59SaY?5.3.67由式（6-12）有 ??9436080123015.80hNnjL?????99547i?由圖 6-21 查得 ， ；40.8NY50.N取 min1.25FS?由圖 6-22d 按齒面硬度均值 60HRC，在 ML 線上查得 lim4li52F??Mpa??lim644n0.8937.8125FNYMpaS???pali55mn.F?- 17 -??42.61570.934FaSY???:58aSF取 ，設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：??40.19aSY??:將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得： ??63432 224.7910.1098.5tFaStdKTYmz??????????????: m修正 ：t438.125308.1606tznv????/ms由圖 6-7 查得 .7vK由圖 6-10 查得 1.03??由表 6-4 查得 .2?則 1.57.0312.AvK????338.8.2ttmm由表 6-1，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 8?齒輪主要幾何尺寸： 48250dmz??m543????4582762az???，取 40.db??m58Bm480?3. 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度- 18 -??21HEHKTuZbd??????:由表 6-5 查得 188E?Mpa由圖 6-14 查得 2.5HZ由圖 6-13 查得 0.87?由圖 6-15,按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 40.86NZ?50.8NZ?由圖 6-16e，按齒面硬度均值 60HRC，在 MQ 和 ML 線中間查出1400lim4H??li5取 in1S則 ??lim4li4n123HNZ?:Mpali5li5mn6HS?將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得 62.1437901.182.50727138H????????Mpa接觸強(qiáng)滿足。4.校核齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 63442 2.143790.21.579.685FFasKTYbmz???????Mpa63552 2.143790.231.6725.8FFasYbz? ??pa計(jì)算彎曲應(yīng)力- 19 -??limn520.8937.1FNYS????Mpa由圖 6-22（d）查得 lim52F?彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。3.1.3 三級(jí)減速齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)及計(jì)算1. 選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)考慮到傳遞功率較大，并且是井下設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由表 6-2，選齒輪材料用 ，表面滲碳淬火，齒面硬度 。20CrMnTi 56~2HRC煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，選齒輪為 7 級(jí)精度。對(duì)閉式齒輪傳動(dòng)，高速級(jí)轉(zhuǎn)速較高，為提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，降低動(dòng)載荷，以齒輪較多為好，一般取小齒輪齒數(shù)為 ，現(xiàn)取 ，傳動(dòng)比 ，則204?621z?462.i?，圓整為 。862.3146.98zi???7z2. 閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于彎曲強(qiáng)度，故先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接觸強(qiáng)度。由式（6-15）有 ??4326FaSdKTYmz??????????:確定式中各項(xiàng)數(shù)值：因載荷有較重沖擊，由表 6-3 查得 ，故選初載荷系數(shù)1.5AK?2tK?66644 399.510.5107.042pTn?????Nm?由式（6-7） ， ，計(jì)算端面重合度68.8cosz????????????????? 1.6???由式（6-13） ， 0.750.75.2.2.1Y????- 20 -由表 6-6，選取 0.6d??由圖 6-19，由圖 6-20 查得62.75FaY?61.5SaY8.348.?由式（6-12）有 ??9640672130152.40hNnjL?????98838i?由圖 6-21 查得 ， ；60.NY80.9N取 min1.25FS?由圖 6-22d 按齒面硬度均值 60HRC，在 ML 線上查得 lim6li852F??Mpa??lim66n0.8937.8125FNYMpaS???pali88mn.F???62.75160.534aSFY???:838aS取 ，設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：??60.15FaSY??:將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得： ??646332 27.510.159.7tFaStdKTYmz??????????????:修正 ：t- 21 -639.72145.03010tmZnv????/ms由圖 6-7 查得 .vK由圖 6-10 查得 1.6??由表 6-4 查得 .2?則 1.54.0612.8AvK????3389.79.2ttm?由表 6-1，選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 10m?齒輪主要幾何尺寸： 6102dmz???847m????681023402az???，取 6.6db??8126Bm6130?3. 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ??321HEHKTuZbd??????:由表 6-5 查得 188E?Mpa由圖 6-14 查得 2.5HZ由圖 6-13 查得 0.87?由圖 6-15,按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 60.95NZ?81.03NZ?由圖 6-16e，按齒面硬度均值 60HRC，在 MQ 和 ML 線中間查出1400lim6H??li8Mpa- 22 -取 min1HS?則 ??li6li6mn130NHZ??:Mpali8li8n42HS?將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得 62.18750.381182.50703H????????Mpa接觸強(qiáng)滿足。4.校核齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力 64662 2.18750.751.639.73FFasKTYbmz???????Mpa64882 2.1750.341.659.2FFasYbz? ??pa計(jì)算彎曲應(yīng)力??limn520.8937.1FNYS???Mpa由圖 6-22（d）查得 lim52F?彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。3.1.4 一級(jí)減速中惰輪軸的齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核1. 選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)考慮到傳遞功率較大，并且是井下設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由表 6-2，選齒輪材料用 ，表面滲碳淬火，齒面硬度 。20CrMnTi 56~2HRC- 23 -煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，選齒輪為 7 級(jí)精度。已知惰輪齒數(shù)為 39，且與齒輪 1 嚙合，因此其模數(shù) m＝7。惰輪所受應(yīng)力為交變應(yīng)力，且 , 。240P?KW2470n?/minr則 739admz?????12213.5????2.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 ??21HEHKTuZbd??????:由 4.1.1 的計(jì)算可知 , , ， ，.39?62.510?.7u?96bm154d?， ，m.65???21.N由表 6-5 查得 188EZMpa由圖 6-14 查得 .5H?由圖 6-13 查得 0.89?由圖 6-15,按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 20.89NZ?由圖 6-16e，按齒面硬度均值 60HRC，在 MQ 和 ML 線中間查出lim2140H??Mpa取 inS則??lim22n146HNZS??:pa將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得 ??62.39510.7182.5071204H H? ????????- 24 -接觸強(qiáng)滿足。4.校核齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力由 4.1.1 的計(jì)算可知 , ,0.7Y??2.Fa21.57SaY?622223950.208.FFasKTbmz????? Mpa計(jì)算彎曲應(yīng)力??limn520.83571FNYS???Mpa由圖 6-22（d）查得 lim2F?彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。3.1.5 三級(jí)減速中惰輪軸的齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核1. 選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)、齒輪齒數(shù)考慮到傳遞功率較大，并且是井下設(shè)備，要求結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，由表 6-2，選齒輪材料用 ，表面滲碳淬火，齒面硬度 。20CrMnTi 56~2HRC煤礦機(jī)械齒輪傳動(dòng)，對(duì)齒輪精度無(wú)特別要求，選齒輪為 7 級(jí)精度。已知惰輪齒數(shù)為 40，且與齒輪 6 嚙合，因此其模數(shù) m＝10。惰輪所受應(yīng)力為交變應(yīng)力，且 , 。5369P?KW5472n?/minr則 710admz?????603522????2.校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度- 25 -??21HEHKTuZbd??????:由 4.1.3 的計(jì)算可知 , , , , .8?647.510?Nm:2.38u?10b, ,6102d??m.6??962.由表 6-5 查得 188EZMpa由圖 6-14 查得 2.5H?由圖 6-13 查得 0.89?由圖 6-15,按不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕，查得 20.95NZ?由圖 6-16e，按齒面硬度均值 60HRC，在 MQ 和 ML 線中間查出lim2140H??Mpa取 inS則 ??lim72n130HNZ?:pa將確定出的各項(xiàng)數(shù)值代入接觸強(qiáng)度校核公式，得 ??652 2 241.18750.38182.50743HE HKTuZbd?? ?????? ??: :接觸強(qiáng)滿足。4.校核齒跟彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力由 4.1.3 的計(jì)算可知 , ,0.7Y??2.5Fa21.6SaY?652721807.594.84FFasKTbmz????? Mpa計(jì)算彎曲應(yīng)力- 26 -??limn520.83571FNYS????Mpa由圖 6-22（d）查得 lim2F?彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。3.2 行星減速機(jī)構(gòu)的齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核行星傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)比較具有重量輕、體積小、傳動(dòng)比大及效率高等優(yōu)點(diǎn);缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造比困難。行星減速器的重量與體積僅為普通減速器的。由于行星傳動(dòng)具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用日益廣泛。1/26:本次設(shè)計(jì)選用 NGW 型行星傳動(dòng)，簡(jiǎn)圖如下圖所示：本行星輪設(shè)計(jì)、校核和結(jié)構(gòu)均參考文獻(xiàn)[2]、[3]1. 齒數(shù)的選擇由式(16-6) （ ， ）代入上式得 baxizCS??6baxi4S?624azC??則 ， 為 2 的倍數(shù)， 即可為整數(shù)，今取 2azC?aZ 1az(61)5470b??- 27 -按式（16-7 ）,行星輪預(yù)選齒數(shù) ' 7014282bacz???2. 齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定ac?為減小傳動(dòng)的尺寸，采用角變位。由 ，查圖 12-6，取' '1428acz????0.8x??按式（16-15 ） 取021x????按式（16-14 ） '87cz?142ac???根據(jù) 及 查圖 12-3 得齒高變動(dòng)系數(shù)0.8x?Z0.8y??中心距變動(dòng)系數(shù) 0.8.72yx???中心距 （取 ）41' .1.22zma?????m10?嚙合角 ' ' 246rcos[]arcos[cs0]24.85.a????由 及 按圖 12-7 查得20.5z??.4x?，.a 0.84.cax????太陽(yáng)輪 的尺寸140adzm??*2()1402(.408)16.4ayhx?????????行星輪 的尺寸c2710cdzm??*()270(1.408)1296.4acacyhx?????????齒輪寬度 0.53dcb?m- 28 -3. 齒輪傳動(dòng)主要尺寸的確定bc?未變位的中心距 702152bczam????m中心距變動(dòng)系數(shù) ' 8y?按 及 ，查圖 12-2 得41Z??0.28?0.15y??變位系數(shù)和 .28.26yx?????內(nèi)齒輪變位系數(shù) 0.65.40135bc?嚙合角 ' 'arcosaroscs27.8.b???????????????????內(nèi)齒輪 的尺寸 701bdzm???m*2()702(1.350.1)682.4aabyhx????????m或 minsi)abbbcdr????式中 70os238.92b????min0.17.941cczx???????.2.0.1??8.6則 ??223.91.sin7.8.683.4abd????? m應(yīng)取 68.4abm4．太陽(yáng)輪 的材料為 ，滲碳后表面淬火 ，行星輪 的20CrMnTi 58~62HRC?c