中厚煤層采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)【牽引部的整體設(shè)計(jì)以及行走箱】

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Design of a large number of products through reference information and guidance to the guidance of teachers, analysis of typical Shearer in the past, thick seam mining in the hydraulic part of the existing problems, and use various methods to improve balance many important parameters of the traction will eventually be ground Hydraulic devices powered gear running on the track in the basic form, Shearer will walk a straight line movement of very stable. This article is about the overall design of the Department of traction, as well as the design of walking box, walking on the main shaft, gears and bearings, such as the selection and selection and improvement measures, Power Traction and walking mechanism is mainly confirmed. Traction is also available on the Department of the overall transmission ratio of the transmission system of calculation. Finally, the Department of traction for the production and use of the practical problems encountered in the settlement of the issue and mentioned a number of requests and suggestions to help users better use of machinery. Design Manual difficult to express in the local also has drawings to illustrate. Key words: Shearer; traction Department; walking box; traction; 3 目錄 1 緒 論 .4 1.1 采煤機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 .4 1.2 中國煤炭開采的重要性 .5 1.3 設(shè)計(jì)意義 .5 2 牽引部的整體方案設(shè)計(jì) .7 2.1 牽引形式的選擇 .7 2.2 牽引機(jī)構(gòu)的選擇 .10 2.2.1 鏈牽引機(jī)構(gòu) .10 2.2.2 無鏈牽引機(jī)構(gòu) .10 2.3 牽引部的組成及特點(diǎn) .12 2.4 牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和動力設(shè)計(jì)方案的確定 .14 2.4.1 牽引部與行走箱一體設(shè)計(jì) .14 2.4.2 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì) .14 2.5 此種設(shè)計(jì)對牽引部的要求 .15 2.6 牽引阻力的確定 .16 2.7 減速機(jī)構(gòu)的選用 .17 2.7.1 減速器的概述 .17 2.7.2 主要減速器特點(diǎn)比較及選擇 .17 2.8 潤滑方式及齒輪油的確定 .18 2.9 密封形式的確定 .19 3 牽引部的主要技術(shù)參數(shù)及動力設(shè)計(jì) .20 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3.1 液壓馬達(dá)的選取 .20 3.2 牽引機(jī)構(gòu)傳動方案的設(shè)計(jì) .20 3.2.1 傳動比的計(jì)算 .20 3.2.2 確定齒輪模數(shù)和齒數(shù) .22 3.2.3 確定各軸輸入扭矩、轉(zhuǎn)速、輸入功率 .23 3.3 齒輪變位計(jì)算 .24 3.3.1 計(jì)算馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪的齒輪變位系數(shù) .25 3.3.2馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪尺寸計(jì)算 .26 3.4 馬達(dá)齒輪校核 .27 3.5 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 .30 3.5.1 中心齒輪軸設(shè)計(jì)校核 .30 4 行星輪設(shè)計(jì)及計(jì)算 .36 4.1 齒輪材料、熱處理工藝和制造工藝的選定 .36 4.2 確定各主要參數(shù) .37 4.3 幾何尺寸計(jì)算 .39 4.4 嚙合要素驗(yàn)算 .40 4.5 齒輪強(qiáng)度校核 .41 5 行走箱的設(shè)計(jì) .47 5.1 直齒輪傳動設(shè)計(jì) .47 5.1.1 齒輪設(shè)計(jì) .47 5.1.2 齒輪的變位及尺寸計(jì)算 .50 5.1.3 齒輪接觸強(qiáng)度修正校核 .53 5.1.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 .53 5.2 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承的選型與壽命的計(jì)算 .55 5 5.2.1 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .55 5.2.2 軸承的選型及壽命的計(jì)算 .58 5.3 牽引部機(jī)箱體的設(shè)計(jì)思路 .59 6 安裝、檢測維修與故障處理 .61 6.1 采煤機(jī)牽引部的安裝與調(diào)試 .61 6.2 牽引部的維修與檢修 .61 6.2.1 牽引部的維護(hù) .61 6.2.2 牽引部的檢修 .62 6.3 采煤機(jī)牽引部的故障分析和處理 .63 6.3.1 故障分析處理的原則依據(jù) .63 6.3.2 處理故障的步驟 .63 6.3.3 常見故障分析與處理 .64 6.3.4 磨損檢測 .66 7 總結(jié) .67 致謝 .68 參考文獻(xiàn) .69 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1、緒 論 1.1 采煤機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 目前國內(nèi)使用的采煤機(jī)械主要是可調(diào)高的雙牽引部液壓采煤機(jī)，這 種經(jīng)過改進(jìn)的液壓牽引采煤機(jī)，可追溯到長臂截煤機(jī)，是早期用于煤層 底部掏槽的采煤機(jī)械。最早的滾筒采煤機(jī)是在截煤機(jī)的基礎(chǔ)上，將減速 箱部分改成允許安裝一根水平軸和截割滾筒而演變成的。這種滾筒采煤 機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開采機(jī)械化的基礎(chǔ)。早期的滾筒采 煤機(jī)主要存在 2 個問題， （1）截煤滾筒的安裝高度不能在使用中調(diào)整（即所謂的固定滾筒） ， 對煤層厚度及變化適應(yīng)性差； （2）截煤滾筒的裝煤效果不佳（即所謂的圓形滾筒） ，限制了采煤 機(jī)生產(chǎn)率的提高。20 世紀(jì) 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)等先后 對采煤機(jī)的截割滾筒做出兩項(xiàng)改進(jìn)。一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其 高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性；二是把圓形滾筒改進(jìn)成螺旋 葉片截煤滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項(xiàng)改進(jìn)使?jié)L筒式采煤機(jī)成 為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)。在滾筒采煤機(jī)發(fā)展的同時，還研制出用刨削 方式落煤的刨煤機(jī)、以鉆削方式落煤的鉆削式采煤機(jī)，以及螺旋鉆式采 煤機(jī)。現(xiàn)代滾筒采煤機(jī)均為可調(diào)高搖臂滾筒采煤機(jī)，其發(fā)展是從有鏈到 無鏈；由機(jī)械牽引到液壓牽引再到電牽引；由單機(jī)縱向布置驅(qū)動到多機(jī) 橫向布置驅(qū)動；由單滾筒到雙滾筒，且向大功率、遙控、遙測、智能化 發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高，工況自動監(jiān)測、 故障診斷以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已在采煤機(jī)上得 到應(yīng)用。 7 1.2 中國煤炭開采的重要性 從資源上看，我國富煤貧油，一次能源以煤為主。在探明的化石能 源中，煤炭占 94.3%，石油天然氣僅占 5.7%；其中煤炭探明可采儲量 1145 億噸，按同等發(fā)熱量計(jì)算，相當(dāng)于目前已探明石油和天然氣總和 的 17 倍。煤炭提供了 78%的發(fā)電能源、70%的化工原料和 60%民用商品 能源；國家的資源條件決定了我國在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，只能選 擇以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)。 從經(jīng)濟(jì)上來看，煤炭與其他能源相比具備明顯的優(yōu)勢，按同等發(fā)熱 量比較，煤炭價格僅相當(dāng)于石油的 1/3，電里的 1/7,天然氣的 1/4，對 于我國這樣一個經(jīng)濟(jì)上還欠發(fā)達(dá)的國家來說，煤炭是我國目前最經(jīng)濟(jì)、 最現(xiàn)實(shí)的能源。 從環(huán)保來看，煤炭通過發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，經(jīng)過潔凈加工后可減少煤 的硫分、灰分，通過潔凈燃燒可顯著減排大量的 SO2和一定量的 CO2， 通過轉(zhuǎn)化可把煤變?yōu)榍鍧嵉囊后w、氣體燃料，使煤炭得到清潔的利用。 因此可以說，未來的煤炭工業(yè)將完全有可能是一個潔凈的新型的工業(yè)。 從需求前景來看，我國人均能源消費(fèi)量不足世界人均能源消費(fèi)水平 （2.4 噸標(biāo)準(zhǔn)煤）的一半，僅為發(fā)達(dá)國家的 1/10-1/5。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和 人民生活水平的不斷提高，將使得我國人均能源消費(fèi)量和能源消費(fèi)總量 長期保持著高增長態(tài)勢。預(yù)計(jì)“十一五”期間，我國煤炭需求量年均增 長增長 2000 萬噸左右，到 2010 年煤炭需求總量將超過 12 億噸。 1.3 設(shè)計(jì)意義 面對煤炭需求量的不斷增加，采煤的機(jī)械化和自動化是煤炭工業(yè)高 產(chǎn)高效，增強(qiáng)競爭力的必有之路。機(jī)械化作業(yè)對于提高勞動生產(chǎn)率，改 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 善勞動條件和環(huán)境，降低工人的勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)有著非常 積極的意義。而且隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)場對安全可靠的采煤機(jī) 的需求顯得非常的迫切。 9 2、牽引部的整體方案設(shè)計(jì) 采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的重要組成部件，它不但負(fù)擔(dān)采煤機(jī)的 移動和非工作時的調(diào)動，而且牽引速度的大小直接影響工作機(jī)構(gòu)的效率 和質(zhì)量，并對整機(jī)的生產(chǎn)能力和工作性能產(chǎn)生很大影響。因此，此設(shè)計(jì) 應(yīng)首先確定牽引部的整體方案。 牽引部包括牽引機(jī)構(gòu)及傳動裝置兩部分。牽引機(jī)構(gòu)是直接移動機(jī)器 的裝置，它分為鋼繩牽引、鏈牽引及無鏈牽引等幾種。傳動裝置是用來 驅(qū)動牽引機(jī)構(gòu)的，按傳動類型有機(jī)械傳動、液壓傳動及電傳動等幾種。 傳動裝里位于采煤機(jī)上的稱為內(nèi)牽引，位于工作面兩端的稱為外牽引。 大部分采煤機(jī)都采用內(nèi)牽引，只有在某些薄煤層采煤機(jī)中，為了充分利 用電動機(jī)功率來割煤并縮短機(jī)身，才采用外牽引。 2.1 牽引形式的選擇 采煤機(jī)牽引部傳動裝置的功用是將電動機(jī)的能量傳到主動鏈輪或驅(qū) 動輪，并滿足牽引部的要求?，F(xiàn)有的牽引部傳動裝置分為機(jī)械牽引、液 壓牽引、電氣牽引三種。 1機(jī)械牽引 具有純機(jī)械傳動裝置的牽引部簡稱機(jī)械牽引。其特點(diǎn)是工作可靠， 但只能有級調(diào)速且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前己很少應(yīng)用。 這種機(jī)械牽引系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)調(diào)速、停止、換向、保護(hù)過載等，軸和 齒輪非常多，外加離合器、制動閘等，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且在工作時， 能得到的工作速度非常有限。因此不采用此種牽引裝置。 2液壓牽引 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 液壓傳動的牽引部具有無級調(diào)速特性，且換向、停止、過載保護(hù)易 于實(shí)現(xiàn)，及實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載自動調(diào)運(yùn)，保護(hù)系統(tǒng)比較完善，因而獲得廣泛 應(yīng)用。其缺點(diǎn)是：油液容易污染，致使零部件容易損壞，使用壽命較低。 牽引部都采用容積調(diào)速，并且都采用變量泵一定量馬達(dá)系統(tǒng)。其主 回路有開式系統(tǒng)及閉式系統(tǒng)兩種。 （1）開式系統(tǒng) 液壓泵從油箱吸油，向液壓缸或液壓馬達(dá)供油， 其回油直接回油箱的主回路稱為開式系統(tǒng)。開始系統(tǒng)主要配備換向閥、 安全閥、和采用變量主液壓泵，就可以實(shí)現(xiàn)牽引部換向、安全保護(hù)和調(diào) 速的基本功能。 換向閥和安全閥都附設(shè)在液壓馬達(dá)的殼體上。整流閥組則附設(shè)在液 壓泵內(nèi)，所以液壓系統(tǒng)的外部管路很簡單，在液壓泵和液壓馬達(dá)之間只 有一根軟管，安裝比較方便。 開式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)較簡單散熱條件好；其缺點(diǎn)是需要大量的 油池，油池中的臟物和空氣較容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)，使系統(tǒng)受到污染，使 得工作條件惡化，并且工作時的穩(wěn)定性差，不適合傳動要求高的機(jī)械中。 （2）閉式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng)中主液壓泵排出的油直接向液壓馬達(dá)供 應(yīng)，而液壓馬達(dá)的回油又直接返回主液壓泵的吸油口，大部分油液進(jìn)行 著油液的內(nèi)循環(huán)，由于： 1）壓力的作用，每個液壓元件均有泄漏損失，因此，液壓馬達(dá)排 出的油量就不夠主液壓泵所吸入的吸油量，會造成主液壓泵的吸空； 2）主回路油液量減少，油液不斷的循環(huán)工作，摩擦發(fā)熱，使系統(tǒng) 油溫不斷升高，油液粘度降低，液膜變薄而且強(qiáng)度降低，從而使各元件 的工作條件惡化，容易磨損 11 3）主回路建立不起所需的背壓，因此主回路必須增加補(bǔ)油和熱交 換回路，這樣的主回路系統(tǒng)才能正常的工作，因此閉式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為 復(fù)雜。 在閉式系統(tǒng)中，油箱容積較小、結(jié)構(gòu)緊湊；由于油液不同空氣接觸 且油管中的壓力高于大氣壓力，空氣和污染物不易進(jìn)入系統(tǒng)；主回路低 壓側(cè)低壓側(cè)因有一部分背壓，故運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)；通常閉式系統(tǒng)均采用雙 向變量液壓泵，其換向和調(diào)速均由主泵控制因而沒有過剩的流量，效率 較高，所以閉式系統(tǒng)適于大功率和換向頻繁的設(shè)備，液壓牽引采煤機(jī)的 牽引部就經(jīng)常采用此種牽引系統(tǒng)將液壓系統(tǒng)采 3電氣牽引 用可控硅整流器供給直流電，即電子控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)牽引直 流電動機(jī)調(diào)速的牽引部稱為電牽引。具有電牽引部的采煤機(jī)稱為電牽引 采煤機(jī)，它是 1976 年開始發(fā)展起來的新一代采煤機(jī)。牽引電動機(jī)可以 是他激直流電機(jī)，也可以是串激直流機(jī)。 要想改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，可以通過以下方法達(dá)到： (1)保持激磁電流 JB不變(在額定值)，即磁通 不變，采用可控硅 觸發(fā)電路來改變電扼電壓 U，可以得到恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速段； (2)保持電樞電壓不變(額定位)，而減小激磁電流 IB(即減小磁通 )，使轉(zhuǎn)矩減小，速度增大，以得到恒功率調(diào)速段。當(dāng)然也可以同時 用調(diào)節(jié)電樞電壓與磁場強(qiáng)度的辦法來達(dá)到調(diào)速。 電牽引采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速性能好；因采用固體元件，所以抗 污染能力強(qiáng)，除電刷和整流子外無易損件，因而壽命和效率高，維修工 作量??；因電子控制的響應(yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)、檢測和顯示； 結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)身長度可大大縮短，提高廠采煤機(jī)的通過性能和開砍口效 率。所有這些優(yōu)點(diǎn)，使液壓牽引大為遜色。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 盡管電氣牽引裝置存在很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)還不太成 熟，在井下很難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榫峦咚沟拇嬖谑褂秒姎庋b置受到一定的 限制，所以本設(shè)計(jì)不采用電牽引方式。 綜上所述本設(shè)計(jì)采用液壓閉式系統(tǒng)作為采煤機(jī)的牽引形式。 2.2 牽引機(jī)構(gòu)的選擇 2.2.1 鏈牽引機(jī)構(gòu) 鏈牽引機(jī)構(gòu)包括礦用圓環(huán)鏈、鏈輪和鏈接頭三種形式。 鏈傳動的缺點(diǎn)且鏈速不均勻。當(dāng)平環(huán)進(jìn)入嚙合區(qū) 角范圍內(nèi)時， 鏈輪與平環(huán)開始嚙合，鏈輪窩稽推功平環(huán)，牽引速度變化很快。因此工 作時很不穩(wěn)定，不宜用于采煤機(jī)的牽引裝置中。 必須指出，采用緊夠裝置時，應(yīng)保證其有足夠的行程或壓縮量，避 免松邊緊鏈裝置在工作過程中因收縮頂死而呈剛件固定。為此，應(yīng)當(dāng)估 計(jì)采煤機(jī)工作時牽引鏈中的最大的彈性伸長量。 2.2.2 無鏈牽引機(jī)構(gòu) 1無鏈牽引的優(yōu)缺點(diǎn) 隨著采煤機(jī)向強(qiáng)力、重型化及大傾角的方向發(fā)展，其電動機(jī)功率已 逐漸增大到 450 一 750kw，牽引力己達(dá)到 400 一 600KN。對于這樣大的 牽引力，目前的圓環(huán)鏈傳動的強(qiáng)度已不能滿足實(shí)際需要，牽引鏈極易拉 斷，而且拉斷時，牽引鏈儲存的巨大彈性能被釋放，將造成嚴(yán)重傷害。 因此，七十年代以來，無鏈牽引采煤機(jī)得到了大力發(fā)展。無鏈牽引機(jī)構(gòu) 取消了固定在工作面兩端的牽引鏈而采用采煤機(jī)上的驅(qū)動輪與輸送機(jī) 上的齒條等相嚙合的方式來移動機(jī)器。無鏈牽引具有一系列優(yōu)點(diǎn)： (1)采煤機(jī)移動平穩(wěn)、振動小，因而載荷均勻，延長了機(jī)器的使用 13 壽命，故障率也大大減少 。 (2)可利用無鏈雙牽引傳動將牽引力提高到 400 一 600kN，以適應(yīng) 采煤機(jī)在大傾角(最大達(dá) 54)條件下工作，利用制動器還可使機(jī)器的 防滑問題得到解決。 (3)可以實(shí)現(xiàn)工作面多臺采煤機(jī)同時工作，提高工作面產(chǎn)量。 (4)嚙合效率高，可將牽引力有效地用在割煤上。因它沒有原來鏈 牽引的鏈條通過三個鏈輪時產(chǎn)生的圍繞折曲嚙合合損失，所以噪聲也有 降低。 (5)消除了牽引鏈帶來的斷鍍、反鏈敲缸等事故，大大提高了安全 性。 無鏈牽引的缺點(diǎn)是： 1）對輸送機(jī)的彎曲和起伏不平的要求較高，對煤層地質(zhì)條件變化 的適應(yīng)件較差，叛及輸送機(jī)起伏太大，會影響無鏈牽引機(jī)構(gòu)的嚙合，造 成傳動件的損壞事故。 2）無鏈牽引機(jī)構(gòu)使機(jī)道寬度增加了約 100mm，所以提高了支架控 頂能力的要求。 因此，此采煤機(jī)的牽引結(jié)構(gòu)采用無鏈牽引。 2 無鏈牽引機(jī)構(gòu)的分類 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有 20 多種無鏈牽引機(jī)構(gòu)，但歸結(jié)起來可分為三類： (1)驅(qū)動輪齒條系統(tǒng) 利用牽引部上的驅(qū)動輪直接或經(jīng)齒軌輪 與固定在輸送機(jī)上的齒條相嚙合而移動采煤機(jī)。這種無鏈牽引機(jī)構(gòu)的強(qiáng) 度高，傳力大，可獲得大的牽引力；可以單牽引或雙牽引傳動，雙牽引 時同一主泵供給相互獨(dú)立的傳動裝置，使?fàn)恳υ龃笠槐?，但牽引速?減小一倍；齒條或齒軌的撓曲性好，可以適應(yīng)輸送機(jī)的彎曲和起伏；傳 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 動系統(tǒng)中設(shè)有制動裝置，機(jī)器停止?fàn)恳磿r制動，以防機(jī)器下滑；系統(tǒng) 既可以裝在檔煤板側(cè)，也可以裝在鏟煤板側(cè)，以適應(yīng)不同的需要。所以， 驅(qū)動輪齒條系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的無鏈牽引機(jī)構(gòu)。 (2)傳動鏈一齒軌系統(tǒng) 這種牽引機(jī)構(gòu)是通過驅(qū)動齒輪經(jīng)齒軌輪與 鋪設(shè)在輸送機(jī)上的圓柱排銷式齒軌嚙合而使采煤機(jī)移動的，其結(jié)構(gòu)如 2-1 所示。驅(qū)動輪和中間傳動輪都是擺線齒廓，后者采用長齒以適應(yīng)排 銷的起伏。 排銷的安裝方式可以分為固定式與滑動式是兩種，固定式排銷用螺 栓固定在齒軌座的長孔中，以保證中部槽水平偏轉(zhuǎn)。齒軌座用螺栓固定 在中部槽上?；瑒邮戒N排分為兩種，一種是將銷排安裝在輸送機(jī)導(dǎo)向槽 中，它可以沿導(dǎo)向滑動，但滑動量受到導(dǎo)向槽的擋塊限制，并靠間隙來 保證其水平和垂直偏轉(zhuǎn)；另一種是將排銷的卡套安裝在導(dǎo)向管上，使排 銷能沿輸送機(jī)方向在導(dǎo)向管上滑動，為限制動量，導(dǎo)向管上也有擋塊。 這種系統(tǒng)可利用原采煤機(jī)改裝，但因傳動鏈強(qiáng)度低、移動速度不均、 磨損大和效率低而應(yīng)用不多。法國 SIRUS400 型采煤機(jī)采用這種系統(tǒng)， 但驅(qū)動鏈輪用水平鏈輪，傳動鏈采用圓環(huán)鏈。 (3)液壓缸推進(jìn)系統(tǒng) 利用兩個液壓缸交替推移前進(jìn)而使機(jī)器移動。 工作時，一個液壓缸的卡爪夾緊導(dǎo)軌，該缸進(jìn)油使活塞桿伸出推動機(jī)器 前移；另一卡爪松開，活塞桿收回，難備下次推移。這種系統(tǒng)雖可簡化 牽引部結(jié)構(gòu)，但是斷續(xù)運(yùn)動，卡爪和導(dǎo)軟磨損大。 因此本設(shè)計(jì)采用齒輪銷排式無鏈牽引機(jī)構(gòu)如圖 2-1 所示。 2.3 牽引部的組成及特點(diǎn) 牽引機(jī)構(gòu)由牽引部和行走箱組成，其中牽引部由機(jī)殼、牽引馬達(dá)、 液壓制動器、馬達(dá)齒輪軸、惰輪組、牽引軸、中心齒輪組、行星減速器 15 及油微側(cè)標(biāo)尺等主要零部件組成。行走箱由機(jī)殼、驅(qū)動輪、行走輪組成。 該牽引部有以下特點(diǎn)： （1）牽引力大，是機(jī)器重量的 1.4 倍。 （2）制動器采用液壓制動，制動力大，使采煤機(jī)在較大傾角條件 下采煤時，有了可靠的防滑措施。 （3）采用雙極行星減速機(jī)構(gòu)，減速比大，結(jié)構(gòu)簡單。行星減速器 采用四行星輪減速機(jī)構(gòu)使軸承的壽命和齒輪的強(qiáng)度大，可靠性高。行星 減速機(jī)構(gòu)為雙浮動機(jī)構(gòu)即太陽輪、行星架浮動，以補(bǔ)償制造和安裝誤差， 使各行星輪均勻承擔(dān)載荷。 （4）平滑靴支撐耳及油缸連接耳的設(shè)計(jì)均考慮了升高機(jī)面高度的 配合要求，使機(jī)器適應(yīng)面更廣。 （5）行走箱與牽引部獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)，使采煤機(jī)可以在改變行走箱 的條件下改變機(jī)面高度，以適應(yīng)不同的采高。 （6）滑輪回轉(zhuǎn)中心與行走輪中心軸同軸，保證行走輪與銷軌的正 常嚙合。 （7）左右兩個牽引部采用對稱設(shè)計(jì)。 （8）機(jī)殼設(shè)計(jì)采用可焊鑄銅制造，強(qiáng)度高。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 2-1 齒輪銷排式無鏈牽引機(jī)構(gòu) 2.4 牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和動力設(shè)計(jì)方案的確定 2.4.1 牽引部與行走箱一體設(shè)計(jì) 牽引部與行走箱設(shè)計(jì)在一個箱體內(nèi)部，既不利于防塵，同時制造出 的機(jī)箱的總體積也較大，不便于維修，互換性比較差。最重要的是這種 箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜質(zhì)量過于集中，對軌道的壓力過于集中。 2.4.2 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì) 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)對配不同槽寬的運(yùn)輸機(jī) 或不同的牽引形式時只需要改變行走箱，其他主機(jī)箱不變，配套適應(yīng)性 強(qiáng)。兩個牽引部和行走箱左右對稱分布在兩側(cè)，由兩個液壓馬達(dá)分別經(jīng) 牽引不減速驅(qū)動實(shí)現(xiàn)雙牽引。采用現(xiàn)在國內(nèi)不常使用的銷軌式牽引系統(tǒng)， 17 導(dǎo)向滑靴和行走輪中心合一騎在運(yùn)輸機(jī)銷軌上，一是保證采煤機(jī)不掉道， 同時還能保證行走輪和銷軌柱銷有較好的嚙合性能。 因此，箱體設(shè)計(jì)采用牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)。 2.5 此種設(shè)計(jì)對牽引部的要求 （1）足夠大的牽引力 為在困難條件下割煤，采煤機(jī)應(yīng)有足夠大的牽 引力。 常見采煤機(jī)牽引力如表 21。 表 2-1 采煤機(jī)牽引力的參數(shù)匹配（單位為 KW/KN） 采煤機(jī)電動機(jī)功 率 50 100 150 200 300 牽引力 100 100120 160180 200220 250300 由于無鏈牽引采煤機(jī)可用在大傾角( )中，因而一般采用雙405 牽引傳動。采用這種雙牽引，牽引力較上定位增大一倍，但牽引速度降 低一倍。目前采煤機(jī)的最大牽引力達(dá) 2310kN。 （2）總傳動比大 牽引速度一般為 v90 一 10mmin，因此傳動 裝置的總傳動比應(yīng)大于 300。 （3）總傳動比要能在工作過程中隨時調(diào)節(jié)，并且最好能無級調(diào)節(jié)， 這是因?yàn)檠毓ぷ髅婷嘿|(zhì)的變化及夾矸、硬夾雜物的分布是隨機(jī)的，必須 根據(jù)煤質(zhì)軟硬來調(diào)節(jié)牽引速度的大小。 （4）要在電功機(jī)轉(zhuǎn)向不變的條件下能反向牽引和停止?fàn)恳?采煤 機(jī)上行、下行割煤時，電動機(jī)方向是一定的，為改變牽引方向，傳動鏈 中應(yīng)有相應(yīng)措施；為避免電動機(jī)帶負(fù)荷起動，采煤機(jī)停機(jī)前應(yīng)先停止?fàn)?引，使主油位回到零位。此外，在更換齒輪和滾筒凋高、調(diào)斜等操作中， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 常需要采煤機(jī)停止?fàn)恳瑫r又要開動電動機(jī)來供油并使?jié)L筒轉(zhuǎn)動這 就要求牽引部設(shè)置離合器及調(diào)速手把的正確零位位置。 （5）牽引部應(yīng)有可靠、完善的自動調(diào)速系統(tǒng)和完善的保護(hù)裝置 應(yīng) 根據(jù)電動機(jī)負(fù)荷、牽引力大小來實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速及過載保護(hù)，還應(yīng)設(shè)置油 濕、油質(zhì)保護(hù)和防止機(jī)器下滑的裝置。 （6）操作方便 牽引部應(yīng)有手動操作、離機(jī)操作及自動調(diào)度等裝 置。 （7）零部件應(yīng)有高的強(qiáng)度和可靠性：顯然本引部只消耗采脫機(jī)裝 機(jī)功率的 1015%，但因牽引速度低，牽引力大，零部件受力大，所以 必須要有足夠的強(qiáng)度和可靠性。 2.6 牽引阻力的確定 牽引阻力是采煤機(jī)沿工作面割煤時需要克服的移動阻力。以雙滾筒 無鏈鏈牽引采煤機(jī)上行采煤為例，說明本引阻力的確定。采煤機(jī)騎在刮 板輸送機(jī)上靠兩個滑靴 A、B 支承在工作面例槽華上，兩個滑靴 C、D 支 承在采空區(qū)測槽幫上，并靠導(dǎo)向管導(dǎo)向。牽引鏈兩端固定在張緊裝置上， 后者固定在輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾上。采煤機(jī)上行割煤時，滾筒上作用的 外阻力有：推進(jìn)阻力、垂直底板阻力、及側(cè)向力。根據(jù)滾筒上每個齒的 受力情況，不難確定以上諸力的大小和作用位置。在外力及機(jī)器員力的 作用下，四個滑靴 A、B、C 及 D 上的支撐反力和相應(yīng)的摩擦力，它們可 根據(jù)空間力系求得。 因滾筒側(cè)向力較小，且對牽引阻力影響不大，故在計(jì)算時忽略不計(jì)。 對無鏈牽引采煤機(jī)通常按傾角 18來確定牽引力，所以在傾角 16-18時，必須設(shè)置液壓安全絞車；對無鏈牽引采煤機(jī)，則應(yīng)按 19 最大傾角來選擇牽引力和相應(yīng)的制動力矩。鏈牽引采煤機(jī)靠牽引部主動 鏈輪纏繞兩端固定在輸送機(jī)上的牽引鏈而移動。牽引鏈一邊緊一邊松。 為了順利吐鏈并消除卡鏈?zhǔn)鹿?，松動鏈必須靠緊鏈裝置來保證一定的頂 緊力。牽引部產(chǎn)生的牽引力應(yīng)大于牽引阻力，并應(yīng)滿足 （2-21P 1） 式中 P 2-牽引鏈緊邊植力； P1-牽引鏈松邊拉力。 而鏈牽引的牽引力則由實(shí)際工作的情況可以靈活設(shè)計(jì)與并且改動要 比鏈牽引容易的多。 2.7 減速機(jī)構(gòu)的選用 2.7.1 減速器的概述 減速器是原動件和工作機(jī)之間的獨(dú)立閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速 和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)械的需要。減速器的種類很多，按照傳動 的形式的不同可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星減速器；按照齒輪 傳動的級數(shù)又可分為單級和多級減速器，按照傳動的形式又可分為展開 式，分流式和同軸式減速器。這里僅討論齒輪傳動、蝸桿傳動以及由他 們組成的減速器。若按傳動和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來劃分，這類減速器主要有六種， 他們分別是：齒輪減速器、蝸桿減速器、行星減速器、蝸桿齒輪減速器 及齒輪蝸桿減速器、擺線針輪減速器、諧波齒輪減速器。這六種減速器 均有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用時只需結(jié)合所需傳動功率、轉(zhuǎn)速、傳動比、工 作條件和機(jī)器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄中或相關(guān)手冊上選擇 即可。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 2.7.2 主要減速器特點(diǎn)比較及選擇 1 齒輪減速器的特點(diǎn) 齒輪減速器的特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長，維護(hù)簡便， 應(yīng)用范圍較廣，此類減速器按其齒輪的級數(shù)可分為單級、兩級、三級和 多級的；按其軸在空間的布置可分為立式與臥式；按其運(yùn)動簡圖的特點(diǎn) 可分為展開式、同軸式和分流式等。 2 蝸桿減速器 蝸桿減速器的特點(diǎn)是在外廓尺寸不太大的情況下，可獲得較大的傳 動比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率比較低。其中，應(yīng)用最廣的是單級 蝸桿減速器，兩級蝸桿減速器則應(yīng)用較少。 3 行星減速器 行星減速器由于具有減速比大、體積小、重量輕。效率高等優(yōu)點(diǎn)在 很多情況下可代替二級、三級以及普通齒輪減速器和蝸桿減速器。參照 機(jī)械設(shè)計(jì)書中表 18-4 可知：行星齒輪的結(jié)構(gòu)可以使?fàn)恳康恼w 尺寸減小，重量減輕，盡管制造精度較高，機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜但是由于牽引 部要的動力傳動要求結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)牽引部傳動裝置的要求，結(jié)合減速 器的效率、外廓尺寸和質(zhì)量等要求，我們綜合分析比較，我們參照機(jī) 械設(shè)計(jì)書中表 18-1、18-2、18-3、18-4，四個表中各種減速器的適 用場合、推薦的傳動比以及使用特點(diǎn)，牽引部的減速機(jī)構(gòu)采用兩級行星 減速器作。 2.8 潤滑方式及齒輪油的確定 良好的潤滑對于采煤機(jī)的使用壽命和傳動效率有著很重要的要求。 目前，國內(nèi)外采煤機(jī)減速器的潤滑方式有三種：飛濺潤滑、強(qiáng)迫潤滑和 定期注油或脂潤滑。目前大多數(shù)的采煤機(jī)均采用飛濺潤滑。飛濺潤滑的 21 潤滑強(qiáng)度高工作零件散熱快，而主要優(yōu)點(diǎn)是簡單，對潤滑油雜質(zhì)和粘度 降低較不敏感，并且要求搖臂的結(jié)構(gòu)簡單。較小的齒輪靠較大的齒輪帶 油并送到嚙合處進(jìn)行潤滑。軸承是靠足夠的油面高度或?yàn)R油潤滑的。當(dāng) 傳動零件轉(zhuǎn)速相當(dāng)高時，這種方法可以使位于不同水平面的傳動件得到 良好的潤滑。綜合考慮潤滑的要求和攪動產(chǎn)生的能耗，本設(shè)計(jì)采用飛濺 潤滑，注油高度為距機(jī)殼上平面 290mm320mm，在牽引部頂端設(shè)有油 位側(cè)標(biāo)尺，可觀察油面高度，每周檢查一次，根據(jù)實(shí)際情況更換新油。 齒輪油的選用，齒輪傳動系統(tǒng)的用油與所受的載荷、油池的散熱條 件有著密切的關(guān)系，減速器的傳動件一般都進(jìn)行滲碳淬火或滲氨，考慮 一般牽引截割速度為 7.75m/s 左右，因此根據(jù)文獻(xiàn)8選用 N220 工業(yè)極 壓齒輪油作為牽引部內(nèi)的齒輪的潤滑油。 2.9 密封形式的確定 對密封裝置的要求主要有： （1）在一定壓力下，具有良好的密封性； （2）相對運(yùn)動件間，因密封引起的壓力應(yīng)較小； （3）結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低、壽命長，使用維護(hù)簡便。 采煤機(jī)牽引部采用的密封件主要有 O 型密封圈、墊圈、旋轉(zhuǎn)唇形密 封、無骨架密封、迷宮密封和浮動密封這五種。因?yàn)辇X輪的潤滑裝置采 用采用飛濺潤滑，因此對于箱體的密封要求很高，因此，在惰輪軸及軸 承蓋的安裝時使用 O 形圈進(jìn)行密封；而在螺栓連接面使用矩形橡膠墊圈 密封；在一般的軸孔相對運(yùn)動處采用旋轉(zhuǎn)唇形密封和無骨架密封；在行 星機(jī)構(gòu)輸出軸處同時使用迷宮密封和浮動密封，以上密封裝置均能滿足 采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)要求。故按以上的密封裝置對牽引部進(jìn)行密封。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3、牽引部的主要技術(shù)參數(shù)及動力設(shè)計(jì) 以知條件： 牽引方式： 液壓調(diào)速齒輪銷排式無鏈雙牽引 最大牽引力: 400KN 牽引速度： 07.7m/min 總減速比： 143 設(shè)計(jì)為每天兩班，每班 8 小時，每年工作 300 天，預(yù)期壽命 5 年。 3.1 液壓馬達(dá)的選取 驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速： 1057./min43nri 牽引部機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)要求由于工作面狹窄，不安全因素多，負(fù)載變 化大，采煤機(jī)牽引速度低， （一般都小于 10r/min） ，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求， 牽引速度的大小約為 7.7r/min。液壓馬達(dá)由泵箱設(shè)計(jì)提供，采用 EATON54 型定量斜盤式軸向柱塞馬達(dá)。 該馬達(dá)的主要技術(shù)參數(shù)： 理論排量： 389.1/cmr 允許最大轉(zhuǎn)速：3720r/min 實(shí)際使用轉(zhuǎn)速：約 1105r/min 允許最大工作壓力：41.5MPa 實(shí)際工作壓力：20.7MPa 23 3.2 牽引機(jī)構(gòu)傳動方案的設(shè)計(jì) 3.2.1 傳動比的計(jì)算 以知總傳動比 (3-143ei 1)確定各級傳動比： (1)各級傳動比應(yīng)在合理范圍內(nèi)； (2)應(yīng)該使大齒輪大致相近，以便有相同的浸油深度，保證各級齒 輪傳動具有良好的飛濺； (3)設(shè)計(jì)的齒輪應(yīng)該防止發(fā)生干涉。 因此，參考文獻(xiàn)10初選傳動比：采煤機(jī)身高度受到嚴(yán)格控制，一 般齒輪傳動每級傳動比小于 4，行星機(jī)構(gòu)的傳動比為 4-6，初定時： 120%3ji 首先，參考其他采煤機(jī)的參數(shù)，結(jié)合本機(jī)的特點(diǎn)，采用兩級直齒輪 和兩級行星機(jī)構(gòu)減速，確定各級傳動比分配如下： 直齒輪減速：i 1=1.25 i2=3.5 行星機(jī)構(gòu)減速：i 3=5.75 i4=5.75 傳動系統(tǒng)的傳動簡圖如圖 3-1 所示 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 3-1 傳動系統(tǒng)的傳動簡圖 3.2.2 確定齒輪模數(shù)和齒數(shù) 前二級直齒輪的齒數(shù)估算，為了防止過多的嚙合，盡量考慮選用配 對的齒輪不存在公約數(shù)，同時參考無錫采煤機(jī)廠的采煤機(jī)，選取實(shí)數(shù)如 下： 第一級傳動：Z 1=37,Z2=47 第二級傳動：Z 3=22,Z4=76 估算一軸的轉(zhuǎn)矩為 T1=252.1720.99=249.65Nm，因此根據(jù)文獻(xiàn)10， 根據(jù)轉(zhuǎn)矩查表選取第一級的模數(shù)為 4mm，第二級模數(shù)為 5mm。 然后，估算齒數(shù)及中心距，考慮到箱體壁厚，及箱體內(nèi)部空間結(jié)構(gòu) 和保持箱體體積等因素，發(fā)現(xiàn)必須在第一級和第二級之間加入惰輪，參 25 考其他采煤機(jī)的設(shè)計(jì)，和以上設(shè)計(jì)中遇到的問題，加入惰輪，惰輪的模 數(shù)保持和第一級模數(shù)一致，取模數(shù)為 4mm。 3.2.3 確定各軸輸入扭矩、轉(zhuǎn)速、輸入功率 由公式 (2-2) 1mni 各軸輸入轉(zhuǎn)速： 1n05r/in（ ） 21()87.1/.rmi 230()5./in.4ni 43 18.2/i.7ri 54()5/min.ni 各軸的輸入功率： 0225.170/629.18NTnKW馬 達(dá) 198.馬 達(dá) 花 鍵（ ） 23d .0齒 輪 軸 承（ ） 2 .0927KN齒 輪 軸 承（ 3） 2376.W齒 輪 軸 承（ 4） 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 4326.90825.6KWN4（ 5） 53（ 6） 各軸的轉(zhuǎn)矩： 55109.9.02.18.7PT Nmn102.7.49.6花 鍵 3d51202.齒 輪 軸 承 2 321i.798.51NT m齒 輪 軸 承329845.04齒 輪 軸 承434i0.30.5573126.8NT m 以上部分計(jì)算對于以后的設(shè)計(jì)是個參考，因此不在說明書中詳細(xì)列 出。有些計(jì)算在說明書外進(jìn)行。對于各軸的轉(zhuǎn)速和傳遞功率在以后的計(jì) 算中也將進(jìn)行驗(yàn)算。行星機(jī)構(gòu)的齒數(shù)重載行星減速器設(shè)計(jì)中的配齒計(jì)算 這種確定。 3.3 齒輪變位計(jì)算 已知： 137z2347z*1ah*0.25C1234m 27 3.3.1 計(jì)算馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪的齒輪變位系數(shù) 選擇機(jī)械手冊（第三卷） 中的齒根和齒面承載能力大的 P7 線， 按 ，得出12374z0.97x 按表 14-1-10 計(jì)算12()tan.28invivz 查表得 37 中心距變動系數(shù) y 12cos(1)0.947z 中心距 a11()45.6mym 因此取中心距 5.64 總變位系數(shù) x12()taniviz 代入各參數(shù)得 0.8 由 及 決定坐標(biāo)點(diǎn)通過點(diǎn)引與其他相鄰1237z94732y 的 線與 s 線，過 做垂線，有 得：l1z1z10.48x 所以 20.9748.9x 齒頂變位系數(shù) y12()7.21xy 計(jì)算惰輪與牽引齒輪的計(jì)算方法大致與上面相同，由于說明書篇幅 的原因，具體計(jì)算在說明書外進(jìn)行。得牽引齒輪變位系數(shù) ，30.x0.4y 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 3.3.2 馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪尺寸計(jì)算 （1）馬達(dá)齒輪 節(jié)圓直徑 137418dzm 齒頂高 *()5.2ahxym 齒根高 110fC 齒頂圓直徑 29.6aad 齒根圓直徑 1148ffhm （2）惰輪 節(jié)圓直徑 237dz 齒頂高 *22()5.ahxy 齒根高 2 04fCm 齒頂圓直徑 218.aad 齒根圓直徑 29ffh （3）牽引齒輪 節(jié)圓直徑 34718dzm 齒頂高 *33()5.0ahxym 齒根高 3 6fC 齒頂圓直徑 32198.aad 齒根圓直徑 30ffhm 29 3.4 馬達(dá)齒輪校核 因?yàn)轳R達(dá)齒輪與牽引軸齒輪之見有惰輪存在，而惰輪沒傳動比， 只改變傳動方向。相當(dāng)于馬達(dá)齒輪與牽引軸齒輪傳動。 計(jì)算過程中參考的公式和數(shù)據(jù)圖表編號根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 。 齒輪強(qiáng)度校核公式： 12.5tHEKFuZbd （3-1） 其中： 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 MPaH 材料的彈性影響系數(shù) EZ12MPa 載荷系數(shù)K 齒輪正常工作力 NtF 齒輪傳動比u 齒輪齒寬 mb d 齒輪分度圓直徑 m （1）選定齒輪類型，精度等級及材料 1）按齒輪傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動 2）采煤機(jī)為一般機(jī)器、速度不高，故選用 7 級精度。 3）材料選擇：馬達(dá)齒輪材料選用 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS。牽引軸齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS,兩者材料硬 度差為 40HBS。 （2）馬達(dá)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由上面可知 =252.17Nm0T 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 （3）由表 10-7 選取齒輪系數(shù) 1d （4）由表 10-6 查得材料彈性影響系數(shù) =189.8EZ12MPa （5）計(jì)算圓周速度 v 3.147058.6/606dnms （6）計(jì)算齒高 1mz （7）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級精度，查得動載荷系數(shù)v8.56/s 1.05VK 又因直齒輪，得 1HFK 由表 10-2 查得使用系數(shù) .A 再由 7 精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，查得1.4HK 故動載荷系數(shù) 1.051.47.8AVHK (8) 工作力 12tTFd 齒輪傳動比 u=1.25 （9）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 9160105283051.0hnjLMPa 9921.7Pai 取疲勞壽命系數(shù) 10.HNK20.5HN (10)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 31 由查取齒面硬度小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，lim160HMPa 大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim250HMPa 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 1li.964NHKS 2lim2052.5Pa 取 、 中的最小值，即 =522.5MPa1HH 將上面數(shù)據(jù)代入式（3-1）中，得 12.5tHEKFuZbd .483051.2.9563.5MPa 故滿足要求 由機(jī)械設(shè)計(jì)書得，目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動時，通常只 按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 而由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為 主。開式（半開式）齒輪傳動，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗 折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對齒面抗磨損能力的計(jì)算方 法迄今尚不夠完善，故對開式（半開式）齒輪傳動，目前僅以保證齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。故馬達(dá)齒輪保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度即 可滿足要求。 其他齒輪的齒輪校核方法同上，因此不在說明書具體說明。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 圖 3-4 馬達(dá)齒輪軸件圖 3.5 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 3.5.1 中心齒輪軸設(shè)計(jì)校核 中心齒輪輸入轉(zhuǎn)速為 n=251.8r/min，傳遞功率為 P=26.39kW，設(shè) 計(jì)為實(shí)心軸，軸的兩肩對稱的布置兩個支撐軸承。 （1）求輸出軸轉(zhuǎn)矩 66633 2.399.5109.510108PT Nmn （2）求作用在齒輪上的力 中心軸齒輪分度圓直徑 376530dmz 圓周力 3tF321028tTN 33 徑向力 3rF3tan5263tan0195.6r N 該齒輪為直齒輪，不受徑向力作用。如圖所示： 圖 3.5.1 齒輪軸受力分析 （3）確定齒輪軸的最小直徑 mind 軸的材料為 45 鋼，滲碳淬火處理。有以下公式估算： 33330950950.2.2rrPPdAn 式中， ，查表得 45 鋼 為 2545MPa，30.rAr 故 為 126103，取 =103 得00 3min26.9148.5dm 所以為保證強(qiáng)度，取最小軸承 55mm。 （4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸一段用于安裝擋圈，以便定位，取長度為 12mm 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 軸二段用于安裝中心齒輪，來傳遞轉(zhuǎn)矩并提供支持力，取長度為 100mm，軸肩長為 5mm。 軸三段為齒輪軸，傳遞轉(zhuǎn)矩，總長為 84mm，總長為 250mm。 故取 135Lm240365Lm 如圖 3.5.2 所示 圖 3.5.2 中心齒輪組 （5）軸的強(qiáng)度校核 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)作出軸的計(jì)算簡圖，支反力計(jì)算 水平面 3125632457tSFLN 32108tg 垂直面 312 95.638947rnFLN 321.012.6rm 35 各軸載荷分布如圖 3.5.3 所示 圖 3.5.3 軸的載荷分析圖 計(jì)算彎矩 和HMV 4245609.81sFLNm 13.Vn 計(jì)算合成彎矩 M 2224459.8103.5810.10HV Nm 扭矩 T6Nm 彎妞合成強(qiáng)度 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 2222 14ca MTTWW 抗彎截面系數(shù) 333430.1.62.87102dm 軸的材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，故查得其彎曲許用應(yīng)力 ，又因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取1270MPa 0.6 得 2256141.04.10.87ca MPa 所以滿足強(qiáng)度要求。 37 圖 3.5.4 中心齒輪軸件圖 其他齒輪軸的設(shè)計(jì)校核過程同上，在此不在具體說明。計(jì)算部分 在說明書外進(jìn)行。其具體尺寸如下： 惰輪：軸一段與箱體連接，用于固定和支持惰輪軸。其長為 35mm，直 徑為 38mm。 軸二段上安裝著兩個軸承和墊片，這段軸長為 50mm，直徑為 45mm。 軸三段也與箱體相連，長為 60mm，軸肩高為 5mm。 牽引軸：軸一段上安裝有軸套，其長為 52mm，直徑為 85mm。 軸二段上有外花鍵，花鍵小徑為 102mm，大經(jīng)為 108mm，長為 40mm，并有 10 個花鍵齒。 軸三段是齒輪軸，前端還安裝著軸承。齒輪軸齒頂圓直徑為 115mm，齒根圓直徑為 103.75mm，長為 100mm。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 39 4、行星輪設(shè)計(jì)及計(jì)算 行星減速器采用雙級行星減速機(jī)構(gòu) 2K-H，兩級采用相同結(jié)構(gòu)，相 同減速比，兩級行星架均采用太陽輪和行星輪浮動方式，這樣與利于配 件的更換且這種雙浮動結(jié)構(gòu)具有良好的均載特性，受力時可自動補(bǔ)償偏 載，使各齒輪受力均勻，有利于提高零件的壽命。 由于是雙行星機(jī)構(gòu)，且兩級結(jié)構(gòu)相同，所以在這里只計(jì)算受轉(zhuǎn)矩大 的第二級，第二級合格則第一級一定合格，下面就進(jìn)行第二級設(shè)計(jì)計(jì)算。 已知： 輸入轉(zhuǎn)速 1054.2/min.23.7nr 輸入功率 輸出轉(zhuǎn)速15.86Nkw.75/i 計(jì)算過程中參考的公式和數(shù)據(jù)圖表編號根據(jù)行星機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 4.1 齒輪材料、熱處理工藝和制造工藝的選定 太陽輪和行星輪；材料為 ，表面滲碳淬火處理，表面硬2418CrNiWA 度 5862HRC，試驗(yàn)齒面接觸疲勞極限 。lim10HMP 試驗(yàn)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限： 太陽輪 li45FA 行星輪 lim3 齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為 7 級 內(nèi)齒圈：材料為 ，調(diào)質(zhì)處理，硬度 262302HBS42CrMo 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 lim50HPA 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限 li28F 齒輪終加工為插齒，精度為 7 級。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 4.2 確定各主要參數(shù) 1傳動比 i 5.7baHi 2行星輪數(shù) pn4p 3載荷不均衡系數(shù) 采用太陽輪浮動的均載機(jī)構(gòu)K1.5pK 4配齒計(jì)算 對與一般的行星機(jī)構(gòu)傳動，不需要太精確的傳動，所 以在此用簡便法進(jìn)行配齒。 根據(jù)強(qiáng)度，傳動齒輪平穩(wěn)性確定太陽輪為 14az 試湊 圓整后取 y=80145.798baHyiz 由傳動比條件： ()806baHaizy 有裝配條件： 24pMn ()401262bbaHag azizy 計(jì)算實(shí)際傳動比： 615.74bbaaiz 傳動比誤差： 5.70.2u 因?yàn)?，合適。% 故 14az6b2gz40z 5齒輪模數(shù) m、中心距 a 計(jì)算8.aTN 41 158.4160.7apTkNmn 由材料性質(zhì)可得 limHMPA 為齒寬系數(shù)，取 0.7d 綜合系數(shù) k=2.4 u 為齒數(shù)比， 261.8574u 參考行星傳動設(shè)計(jì)與計(jì)算 ，初算中心距。 132lim48.()dHkTauu32.460.7.(157)1.458m 模數(shù) m 21.5.9abz 取 m=6mm 0()6(142)02abzm 太陽輪分度圓直徑 8adm 6計(jì)算變位系數(shù) （1）a-g 傳動 齒合角： 018coscsos20ag 2.64ag 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 變位系數(shù)： ()2tangazxivin 401.6420.85tiiv 中心距變動系數(shù)： 6ym 齒頂降低系數(shù)： .85.x 分配變位系數(shù)： 因?yàn)?，故020.285ax （2）g-b 傳動 同上可得 0gx.bgx 4.3 幾何尺寸計(jì)算 分度圓 dmz 齒頂圓 *2()ahxy 齒根圓 f c 基圓 cosbd 其中，齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪 內(nèi)齒輪*1ha*0.4ha 頂隙系數(shù)：太陽輪、行星輪 內(nèi)齒輪0.4c25c 代入以上式子計(jì)算 太陽輪： 1468dm 2(0.5.8)9.4a m )67f 84cos78.9bd 43 行星輪： 2615dm (0.85)167.9a m 42f 156cos216.bd 內(nèi)齒輪： 39m (0.850.8)3.a m 6212419fd 39cos37b 4.4 嚙合要素驗(yàn)算 1a-g 傳動端面重合度 a （1）頂圓齒形曲率半徑 22abad 太陽輪 22198.47.9.4a m 行星輪 2226.13.6a （2）端面嚙合長度 *12(sin)aatg 其中“ ”號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合 為端面節(jié)圓嚙合角，直齒輪*t *2140tag 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 44 則 29.4(3.6120sin4)28.79ga m （3）端面重合度 acos8.79cos1.62360ant 2g-b 傳動端面重合度 具體計(jì)算同上，得 cos.47cos01.962antg 4.5 齒輪強(qiáng)度校核 太陽輪與行星輪的結(jié)構(gòu)校核方法類似，因此在此只校核太陽輪， 而行星輪的校核在說明書外進(jìn)行。 1- a-g 傳動校核 （1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 160.7TNm 名義圓周力 2160.7382544FNd （2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 4./inanr.275/min61Hbari4.36.4/ian860365(2801).20HapNt 其中， 為太陽輪相對于行星架轉(zhuǎn)速，t 為壽命內(nèi)要求傳動總運(yùn) 轉(zhuǎn)時間。 45 （3）確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 1）使用系數(shù) 原動機(jī)工作特性有輕微沖擊，故取Ak 1.6Ak 2）動負(fù)載系數(shù) v 由 450az3825460.15.rFb .1/6Hadnvms 由上查表得 .0vk 3）齒向載荷分布系數(shù) 、HFk 01()Hwek FFFk 其中： 計(jì)算接觸強(qiáng)度時運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，0Hk 得 1.27(0.7)d 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，0Fk 得 .(14)bm 計(jì)算接觸強(qiáng)度的跑合影響系數(shù)Hwk 0.652(0.6/,450)vsHB 計(jì)算接觸強(qiáng)度的跑合影響系數(shù)Fwk .82(.1/,)vms 與均載荷系數(shù)有關(guān)的系數(shù) 取Hek 0.68Hek0.7Hek 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 46 與均載荷系數(shù)有關(guān)的系數(shù) 取Fek 0.89Fek0.85Fek 則 1(.27)0.6571.25Hk 84F 4）齒間載荷分布系數(shù) 因?yàn)?，精度為六級，硬齒面直齒1.632547.6/8AtkNmb 輪。查表 5-9 得 0HaFk 5）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 計(jì)算公式： 2cos()inbtHtaz 其中：直齒輪 0b 為端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪ta 2140tag 為端面壓力角 直齒輪t t 代入式中得 2 2coscos2.38()in(0)in14btHtaz 6）彈性系數(shù) 由表 5-10 查得 189.EzMPa 7）載荷作用齒頂時齒形系數(shù) 因?yàn)?和 ，由表 5-8 和圖 5-11，查得4az10.25x 3.15FaY 8）載荷作用齒頂時的修正系數(shù) 47 由表 5-11 和表 5-20 得 1.675SaY 9）重合度系數(shù) 40.893az .75.2.1aY 10）螺旋角系數(shù) 得0coszz 得12Y1Y 11)齒輪齒數(shù)比 216.8574zu 12）彎曲應(yīng)力的基本值 0HAvHPk 736.51.02.8196.3MPa 0tFFasYbm 824.67.2 13）齒根彎曲應(yīng)力 081.2.0145.02.5FAvFk MPa 14）確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 時的各種系數(shù)HP a壽命系數(shù) 由圖 5-19 得84.LN.NTz b潤滑系數(shù) 因 和 20/Ymslim140HPa 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 48 由圖 5-14 查得： 0.16/vms c速度系數(shù) 因 和 lim14020HMPa 由 5-15 查得 .9Yz d工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面1.69.zRum 由圖 5-17 取 1wz e粗糙度系數(shù) 因 和齒面 ，lim20HMPa9.6zRum 由圖 5-16 查得 .9Rz f尺寸系數(shù) 由圖 5-18 查得 1xz 15）許用接觸應(yīng)力 lim40.3961248.HPNTwxz MPa 16）接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 128.5963HPS 17)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力的各種參數(shù) a試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù) 2.0STY b壽命系數(shù) 因 所以查圖 5-25 得 9.13aN0.9NTY c相對齒根圓角敏感系數(shù) 由 ，查圖 5-22 得 1.675Sa0.9reltY d齒根表面狀況系數(shù) 有齒根 .3.8zRm 查圖 5-23 得 0.925RrcltY 49 e尺寸系數(shù) 1.051.050.95xYm 18）許用彎曲應(yīng)力 limFPSTNreltRcxY 4502.90.250.974.6MPa 19）彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) 7.61.3452FP 2g