900kw電牽引采煤機牽引部設(shè)計含6張CAD圖
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附錄
外文文獻(xiàn)
Gears
Gears are vital factors in machinery ,which are uses to transmit power or motion from one shaft to another .They may be used only to transmit motion from one part of a machine to another,or they may be used to change the speed or the torque of one shaft with with relation to another.One of the first mechanism invented using gears wad the clock.In fact,a clock is little more than a train of gears.Considerable study and research have been made on gears in recent years because of their wide use under exacting conditions.They have to transmit heavier loads and run at high speeds than ever before.The engineers and the machinists all consider gearing the prime element in nearly all classes of machinery.
Super Gears
Spur gears will be considered first for several reasons.In the first place ,they are simplest and the least expensive of gears and they may be used to transmit power between parallel shafts,also,spur gears definitions are usually applicable to other types .It is important go understand the following definitions,since they are important factors in the design of any equipment utilizing gears.
Diametric Pitch
The number of teeth per inch of pitch cirle diameter .The diameter pitch is usually an integer .A small number for the pitch implies a large tooth size.Meshing spur gears must have the same diameter pitch .The speed ratio is based on the fact that meshing gears may have different-sized pitch circles and hence different number of teeth.
Circular Pitch
The distance from a point on one tooth to the corresponding point on an adjacent tooth ,measrued along the pitch circle.This is a liner dimension and thus bas liner units.
Pitch Circle
The circle on which the ratio of the gear set is based,when two gears are meshing ,the two pitch circles must be exactly tangent if the gears are to function properly.The tangency point is known as the pitch point.
Pressure Angle
The angle between the line of action and a line perpendicular to the centerlines of the two gears in mesing .Pressure Angles for spur gears are usually 14.5 or 20 degrees,although other values can be used.Meshing gears must have the same pressure angles.In the case of a rack,the teeth have the straight sides inclined at an angle corresponding to the pressure angle.
Base Circle
A circle tangent to the line of action (or pressure line ) .The base circle is the imaginary circle about which an involutes cure is developed .Most spur gears follow an involutes cure from the base circle to the top of the tootch,this cure can be visualized by observing a point on a taut cord an it is unwound from a cylinder .In a gear ,the cylinder is the best circle.
Addendum
The radial distance form the pitch circle to the top of the tooth .
Dedendum
The radial distance from file pitch circle to the root of the tooth.
Clearance
The difference between the addendum and the addendum.
Face Width
The width of the tooth measured axially.
Face
The surface between the pitch circle and the top of the tooth.
Flank
The surface between the pitch circle and the bottom of the tooth.
Helical Gears
These gears have their tooth element at an angle or helix to the axis of the gear.They are more difficult and expensive to make than spur gears,but are quieter and stronger. They may be used to transmit power between parallel shafts at an angle to each in the same or different planes.
Herringbone Gears
A herringbone gear is equivalent to a right-hand and a left-hand helical gear placed side by side.Because of the angle of the tooth,helical gears create considerable side thrust on the shaft. A herringbone gear corrects this thrust by neutralizing it ,allowing the use of a small thrust bearing instead of a large one and perhaps eliminating one altogether.Often a central groove is made round the gear for ease in machining.
Bevel Gears
Bevel gears are used to connect shafts, which are not parallel to each other.Usually the shafts are 90 deg.To each other, but they may be more or less than 90 deg.The two meshing gears may have the same number of teeth for the purpose of changing direction of motion only,or they may have a different number of teeth for the purpose of changing both speed and direction .The faces of the teeth lie on the surface of the frustum of a cone,therefore the teeth elements are not parallel to each other it can be seen that this lack of parall Racks
A rack is a gear with an infinite radius,or a gear with its perimeter stretched out into a straight line.It is used to change reciprocating motion to rotary motion or vice versa.A lathe rack and pinion is a good example of this mechanism.
Various materials are used in manufacturing gears .Usually,the materials selected depends on the method used for making the gear and the application to which it will be put.Gears can be cast,cut,or extruded.Typical materials include cast iron,cast steel,plain carbon steel,alloy steel aluminum,phosphor bronze,laminated phonetics,and nylon.
elism creates a machining problem so that two passes with a tool must be made.The tooth elements may be straight or spiral ,so that we have plain anti spiral evel gears.
Worm and Worm Gears
A worm-and-worm-gear combination is used chiefly where it is desired to obtain a high gear reduction in a limited space,normally the worm drivers the worm gear and is not reversible ,that is to say,the worm gear can not drive the worm.Most worms can be rotated in either direction,clockwise or counterclockwise.
中文翻譯
齒輪
齒輪是機器中的動力元件,用來傳遞軸與軸之間的運動及動力。它們可能僅被用來傳遞運動,即機器的一個部分到另一個部分,或者被用來改變軸與軸之間相對速度和轉(zhuǎn)矩,第一個被發(fā)現(xiàn)用齒輪的機器是鐘表,事實上,鐘表的齒輪與火車上的齒輪相比是非常小的。由于齒輪在實際環(huán)境中的廣泛應(yīng)用,人們在齒輪的應(yīng)用方面進(jìn)行了許多的研究和調(diào)查?，F(xiàn)在,齒輪傳動比起以前來不得不傳遞很重的載荷,和在高速度下運轉(zhuǎn)。目前工程師和機械師都在考慮存在于機械中的這種因素。
直齒圓柱齒輪
直齒圓柱齒輪被作為傳動中的首選有許多原因。它們是最簡單也是最廉價的，并且它們可以被用作傳動平行軸之間的力，還有它的概念同于其它類型的齒輪，以下的幾個定義是非常重要的，因為，它們在設(shè)計任何與齒輪有關(guān)的方面都是非常重要的。
徑節(jié)
節(jié)圓直徑單位距離上的齒數(shù)，徑節(jié)通常是一個整數(shù)。小小的一段齒距包括了許多的齒形。直齒圓柱齒輪嚙合的條件是必須有相同的徑節(jié)，齒輪的傳動比決定于嚙合齒輪的不同的節(jié)圓和不同數(shù)目的齒數(shù)。
齒距
沿著節(jié)圓從齒上的一點到臨近齒上對應(yīng)相同的另一點的距離，這是一個線尺寸和線性單位。
節(jié)圓
作為齒輪比率設(shè)定基礎(chǔ)的圓。若要是互相嚙合的齒輪正常運行，則兩節(jié)圓必須精確相切。
壓力角
運動方向與垂直于兩嚙合齒輪中心線的直線所形成的夾角。對于直齒圓柱齒輪壓力角為14.5度或20度，因此可以有許多的用途，相嚙合的齒輪必須有相同的壓力角。對于齒條，齒相對于直邊有與壓力角相同的傾斜角度。
基圓
與運動方向相切（或與壓力角方向相切）的圓?；鶊A是產(chǎn)生漸開線所假想的圓。許多直齒圓柱齒輪都是漸開線從基圓到齒頂，當(dāng)繃緊繩索從一個圓柱體展開時，仔細(xì)觀察繩索上某點的運動，即可想象出此段漸開線的形狀。在齒輪中，基圓是最主要的圓。
齒頂高
從節(jié)圓到齒頂?shù)膹较蚓嚯x；
齒根高
從節(jié)圓到齒底的徑向距離；
間隙
齒頂高與齒根高之間的不同；
面寬
齒在軸向的寬度；
面
節(jié)圓和齒頂之間的表面；
齒腹
節(jié)圓和齒底之間的表面；
斜齒輪
這些齒輪的齒相對于齒輪軸線由一個角度或螺旋角度，它們比直齒圓柱齒輪的制造更難，造價更昂貴，但是它們傳動無噪音并且可靠。它們可以用來在相同或不同平面中構(gòu)成一定角度的相兩軸之間的力的傳遞；
人字形齒輪
人字形齒輪是在齒輪兩邊有相同數(shù)量在左旋和右旋形的齒輪。由于齒輪有角度，齒輪制造時需要考慮軸受到的軸向力，人字形齒輪是用平衡的方法來抵消軸向推力的，固而允許選用輕系列軸承取代重系列軸承，甚至可以完全取消軸承，通常在切削加工中在齒輪的周圍有一個中心槽來抵消；
錐齒輪
錐齒輪用作互相不平行的軸之間的連接；
通常軸之間的夾角是90度，但它們比90多或少，相嚙合的兩齒輪僅改變運動方向，或者為改變速度具有不同的齒數(shù)，齒的表面沿著圓錐的表面，圓頭齒之間不相互平行，它就使得在機械加工中產(chǎn)生類似的問題及必須要一套夾具。齒輪的線可能是直的或螺旋的，因此有平直的錐齒和螺旋的錐齒。
蝸桿和蝸輪
蝸桿蝸輪機構(gòu)主要用作有限空間需較小齒輪的體積的情況。通常蝸桿為主動件并且不能顛倒，也就是說，蝸輪不能作為主動件。許多蝸桿能左右移動，轉(zhuǎn)動為順時針或逆時針；
齒條
齒條是有無窮半徑的齒輪或是邊緣隨著直線擴展的齒輪，它被用來往復(fù)運動改變?yōu)槁菪\動或反過來，車床齒條和小齒輪是這種機器的最好例子。
各種材料被用于制造齒輪。通常被選用的材料取決于齒輪的制造與齒輪將來的實現(xiàn)用途，齒輪能被鑄，軋或擠壓出來。材料類型包括：鑄鐵碳素鋼，合金鋼，鋁，青銅，尼龍。
摘 要
900kw電牽引采煤機是一種大功率無鏈電牽引采煤機，該采煤機適用于緩傾斜的中硬煤層，它與刮板輸送機液壓支架等配套使用，該采煤機的機械傳動采用直齒傳動系統(tǒng)，在能夠承受足夠載荷的情況下，節(jié)約成本，降低維護(hù)的難度。
本次設(shè)計中主要是針對采煤機牽引部的設(shè)計，為滿足設(shè)計要求是以MGTY400/900-3.3D型電牽引采煤機的牽引部為設(shè)計對象，采煤機的牽引部主要是由牽引機構(gòu)和牽引部傳動裝置組成，其中傳動裝置中的減速箱是由兩級直齒輪減速以及兩級行星齒輪減速組成，其主要作用是將電動機輸出的轉(zhuǎn)速降低從而使扭矩增大，最后驅(qū)動行走部帶動采煤機沿著工作面前進(jìn) 。設(shè)計任務(wù)主要有首先初步確定方案，確定了方案之后查閱各種資料對牽引部的傳動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，完成關(guān)鍵部件的設(shè)計計算，完成關(guān)鍵零件的設(shè)計計算，對減速箱的齒輪、軸、軸承、花鍵等零部件的選型和校核以及完成了摩擦制動器、行走箱、牽引部減速箱的設(shè)計等，在設(shè)計過程中應(yīng)該正確的利用設(shè)計手冊，實事求是的計算，確保計算中數(shù)字的準(zhǔn)確性，培養(yǎng)我們獨立思考認(rèn)真解決問題的能力，以此來達(dá)到此次畢業(yè)設(shè)計的目的。
關(guān)鍵詞：采煤機：牽引部：減速箱：齒輪：行星輪
Abstract
MG400/900-WD shearer is a kind of high-power chainless electric haulage shearer, which is suitable for medium-hard coal seams with gentle inclination, and it is used together with scraper conveyor hydraulic support and so on. The mechanical transmission adopts a straight-toothed transmission system, which can save costs and reduce the difficulty of maintenance when it can withstand sufficient loads.
In this design, the design of the hauling section of the shearer is mainly used. The traction section of the shearer is mainly composed of a traction mechanism and a traction section transmission device. The gear box in the transmission device is decelerated by two-stage spur gears and has two stages. The planetary gears are decelerated and their main function is to reduce the output speed of the motor to increase the torque. Finally, the driving unit drives the shearer to advance along the working surface. The design task is mainly to first determine the program, determine the program after consulting various data on the traction drive system design, gearbox, shaft, bearings, splines and other parts of the gearbox selection and verification, etc. In the design process, the design manual should be used correctly and the calculation of seeking truth from facts should be done to ensure the accuracy of the numbers in the calculations. We must cultivate our ability to think independently and solve problems in a serious manner so as to achieve the purpose of this graduation project.
Keywords: shearer： traction ：section gearbox ：gear ：planetary gear
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 采煤機概述 2
1.3 采煤機的發(fā)展史 3
1.3.1 國外采煤機的發(fā)展歷程 3
2 900kw電牽引采煤機概述 6
2.1 900kw電牽引采煤機選用 6
2.2 采煤機的概述 7
2.3 采煤機的設(shè)計參數(shù) 7
2.4 采煤機的設(shè)計目的 9
3 MG400/900-WD電牽引采煤機牽引部的設(shè)計 9
3.1 牽引部的概述 9
3.2 確定采煤機牽引部的傳動方案 10
3.2.1 設(shè)計的原則 10
3.2.2 傳動方案的確定 11
3.2.3 牽引部電動機的選用 12
3.2.4 牽引部傳動比的分配 13
3.2.5 傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、功率和扭矩的計算 14
3.3 圓柱齒輪的設(shè)計 16
3.3.1 高速級圓柱齒輪的設(shè)計 16
3.3.2 低速級齒輪的設(shè)計 25
3.4 NGW型二級行星齒輪減速器 34
3.4.1 高速級設(shè)計 34
3.4.2 低速級計算 42
3.5 軸的設(shè)計 50
3.5.1 惰輪軸的設(shè)計 50
3.5.2 軸Ⅰ的設(shè)計 50
3.5.3 Ⅱ軸的設(shè)計 55
3.5.4 Ⅲ軸的設(shè)計 58
3.5.5 高速級行星軸組的校核 59
3.5.6 低速級行星軸組的校核 60
3.6 花鍵的校核 61
3.6.1 軸Ⅰ與電機之間花鍵校核 61
3.6.2 軸Ⅲ與齒輪之間花鍵的校核 62
4. 牽引部的總體 63
4.1 機械傳動系統(tǒng) 63
4.2 牽引電動機 63
4.3 液壓制動器 65
4.4 滑靴組架 66
4.5 調(diào)高油缸 66
5 采煤機的安裝及使用維護(hù) 66
5.1 采煤機的安裝 66
5.2 采煤機的使用及維護(hù) 68
5.3 采煤機的安全操作 69
6 小結(jié) 70
7 致謝 78
參考文獻(xiàn) 79
v
1 緒論
1.1 概述
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，機械化滲透到各個領(lǐng)域的生產(chǎn)中，使得生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)精度大幅度的提高。煤炭是我國更是我省重要的能源，采煤綜合機械化對于加快采煤效率，加速我國煤炭行業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，采煤綜合機械化開采效率高、成本低、還能減輕工人的體力勞動，減少對煤炭資源的浪費，采煤機及配套設(shè)備可以直接進(jìn)行井下開采工作，因此采煤機在開采工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化采煤不僅產(chǎn)量大、效率高、成本低、而且能減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。
國內(nèi)從90年代初已逐步停止研究開發(fā)液壓牽引采煤機，將研究重點轉(zhuǎn)向電牽引采煤機，電牽引替代液壓牽引，交流調(diào)速代替直流調(diào)速已成為國內(nèi)采煤機的發(fā)展方向。當(dāng)今采煤機特點有：裝機功率不斷增加，為了滿足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤且高強度、高性能的需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機，其裝機功率（包括截割功率和牽引功率）均在不斷加大，新型電牽引采煤機總功率已達(dá)1500－2000kW，裝備了以微型電子計算機為核心的電控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)和傳感技術(shù)，實現(xiàn)了機電一體化，牽引電機功率90－110kW，最大牽引力達(dá)到800kN以上，最大牽引速度達(dá)到30米/分以上，設(shè)備生產(chǎn)能力達(dá)到了3000噸/小時以上。電機橫向布置總體結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，近年來，我國基本停止了截割電機縱向布置采煤機的研制，新研制的采煤機中已廣泛采用了多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步發(fā)展中高壓供電系統(tǒng)，隨著采煤機裝機功率和截割電機功率的大幅度提高，為減少輸電線路損耗，提高供電質(zhì)量和電機工作性能，在中高電壓供電系統(tǒng)及設(shè)備研究方面進(jìn)行了大量工作。1000kW左右的電牽引采煤機已采用3300V供電系統(tǒng)及設(shè)備。控制系統(tǒng)日趨完善，采煤機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有較大進(jìn)步，開發(fā)出了可靠的防爆全中文界面的PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了運行狀態(tài)的監(jiān)控、監(jiān)測功能，以及故障記憶和診斷功能。滾筒截深不斷增大，目前已由630mm增至800mm～1000mm。采煤機的可靠性將成為國產(chǎn)采煤機越來越重要的性能指標(biāo)，通過上述研究，提高交流電牽引采煤機的可靠性、安全性、可維護(hù)性、自動性程度及設(shè)備的可利用率，為實現(xiàn)順槽以及地面控制奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)，使我國電牽引采煤機研制技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國雙高綜采工作面和雙高礦井的建設(shè)，提供技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的滾筒采煤機為我們今后努力的方向。
1.2 采煤機概述
采煤機主要是由電動機、截割部、牽引部、操作控制系統(tǒng)以及附屬裝置等四大部分組成。
（1）電動機是為采煤機提供動力的裝置。
（2）采煤機的截割部主要是由搖臂、減速箱、滾筒和弧形擋板等組成，截割部的作用主要是進(jìn)行傳遞動力，以實現(xiàn)對煤層的截割以及破碎等主要功能，截割部上裝有截齒能夠?qū)⒚禾繌拿簩由掀扑橄聛硪约熬邆溲b煤的功能。
（3）采煤機牽引部主要由兩大部分組成分別是牽引機構(gòu)和傳動裝置，其主要作用是對牽引采煤機沿著工作面前進(jìn)以完成工作過程中的采煤作業(yè)以及停車時的調(diào)動作業(yè)。
（4）操作控制系統(tǒng)主要是由單片機、變頻器以及遙控系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠在震動、粉塵、瓦斯等礦山環(huán)境下作業(yè)。
（5）采煤機的附屬裝置：
①調(diào)高和調(diào)斜裝置，調(diào)高裝置能夠在采煤過程中適應(yīng)煤層的厚度來調(diào)節(jié)搖臂高度，調(diào)斜是能夠適應(yīng)底板沿著煤層走勢的起伏變化，而使得采煤機沿著縱軸擺動的動作。
②噴霧降塵裝置主要有內(nèi)噴霧和外噴霧兩種，噴霧降塵裝置的作用是將水經(jīng)過加壓后通過噴嘴以霧狀的形式擴散出來，將粉塵與工作人員有效的隔離開，達(dá)到了降塵的效果，同時還可以對電動機，牽引部整體進(jìn)行降溫，確保機器的正常工作。
③當(dāng)采煤工作面的傾角大于采煤機的自鎖傾角時，為了防止在采煤過程中以及停車時發(fā)生滑車等事故，所以必須安裝有防滑裝置，確保工作過程的安全。
④電纜拖移裝置是用來將電纜和水管等放在電纜拖移鏈中，使得電纜盒水管能夠隨著采煤機的移動而移動，避免了對電纜和水管的拖拽。
1.3 采煤機的發(fā)展史
1.3.1 國外采煤機的發(fā)展歷程
采煤機在開采煤炭資源中起著極為重要的作用，采煤機的機械化才真正代表著采煤技術(shù)的發(fā)展。
機械化采煤始于上世紀(jì)40年代初期，當(dāng)時工業(yè)較為發(fā)達(dá)的蘇聯(lián)與英國先后研制出了第一代機械化采煤機，第一代采煤機牽引部采用鏈?zhǔn)絺鲃訖C構(gòu)，耗能大，采煤效率低，由于工作面輸送機不能自移，生產(chǎn)效率較低對資源的浪費也比較大。
50年代初期，工業(yè)的進(jìn)步推動了采煤機機械化的發(fā)展，英國和德國開創(chuàng)了滾筒采煤機的先河，同時也生產(chǎn)出了單體液壓支柱以及可彎曲刮板輸送機等與采煤機配套使用的機械設(shè)備，當(dāng)時自移式液壓支架技術(shù)正在研發(fā)，但是還沒有正式投產(chǎn)，因此當(dāng)時的綜采技術(shù)尚在起步階段。
20世紀(jì)60年代發(fā)展了綜合采煤技術(shù)。由于原先經(jīng)驗的積累，以及自移式液壓支架的研發(fā)較成熟，給綜采技術(shù)的發(fā)展提供了很大的進(jìn)步，60年代初期生產(chǎn)出了第二代采煤機，第二代采煤機解決了在第一代采煤機中不能調(diào)整采高的難題，將滾筒安裝在搖臂上，使得開采范圍變大，對資源充分地利用，提高了開采的效率，也提高了采煤機對地形的適應(yīng)能力。1964年，第三代采煤機問世，該采煤機采用雙搖臂滾筒，進(jìn)一步提高了開采效率。隨著采煤機技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其配套設(shè)備的研發(fā)也進(jìn)一步的完善，其中可彎曲刮板輸送機以及自移式液壓支架的技術(shù)的進(jìn)一步完善，把綜采技術(shù)推向了一個更高的水平，當(dāng)時的綜采技術(shù)使得開采更加高效，便捷，高產(chǎn)，安全。
20世紀(jì)70年代，由于之前綜采技術(shù)的不斷發(fā)展展現(xiàn)出的優(yōu)勢使得綜采機械受到各國的青睞，在此基礎(chǔ)上綜采技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，開始向高效、大功率以及對各種地形的適應(yīng)性等方向發(fā)展。70年代初期適用于大功率，大傾角采煤機的無鏈牽引系統(tǒng)問世。1976年德國生產(chǎn)出了第四代采煤機，該采煤機采用的牽引方式為電牽引，采煤機的牽引方式完成了機械牽引，液壓牽引到電牽引的變革，電牽引調(diào)速方便，適應(yīng)性強，壽命長，廣泛的應(yīng)用到采煤機牽引系統(tǒng)。
1976年West Germany Ekoff公司研發(fā)出了世界上第一臺直流電牽引采煤機，該采煤機的型號為EDW-150-2L。該采煤機就是電牽引與采煤機的第一次結(jié)合，它顯示出了電牽引的優(yōu)越性，使得開采效率高、產(chǎn)量大、安全系數(shù)高、故障率小，充分得到煤炭行業(yè)的認(rèn)可，接下來美國Joy（久益）公司研發(fā)出了1LS直流電牽引采煤機，后來隨著采煤機技術(shù)的發(fā)展，相繼研發(fā)出了2LS、3LS、4LS等系列，目前我國引進(jìn)的7LS6是LS系列中性能最完善、采高范圍最大以及裝機功率最大的采煤機。隨后多數(shù)國家都將電牽引應(yīng)用到采煤機中。日本三井三池在1986年研制出了世界上第一臺交流電牽引采煤機，該采煤機的型號為MCL400-DR6868。
各國對采煤機研究的順序都是先研發(fā)直流電牽引采煤機，技術(shù)較為成熟之后發(fā)展交流調(diào)速電牽引采煤機。其中直流電牽引能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速平穩(wěn)，能夠適應(yīng)傾角較大的工作面，能夠四象限運行，能夠能滿足恒扭矩-恒功率的要求，但是直流電牽引度過載負(fù)載小，機身外形尺寸大，而交流電牽引調(diào)速方便、體積小、重量輕、運行可靠度高過載能力大。因此交流電牽引以及交流伺服系統(tǒng)為后來采煤機發(fā)展的方向。
(2)國內(nèi)采煤機發(fā)展歷程
我國于上世紀(jì)八十年代從德國、英國、波蘭等引進(jìn)了液壓采煤機，便開始發(fā)展采煤機技術(shù)，開始自己研發(fā)創(chuàng)新，在90年代初期我國掌握了當(dāng)時先進(jìn)的交流變頻電牽引采煤技術(shù)，2005年我國初步掌握了大采高和大功率擦煤機技術(shù)，并進(jìn)行研發(fā)。目前我國已經(jīng)研制生產(chǎn)出了MGTY（太原）系列和MG（西安）交流變頻調(diào)速電牽引采煤機等，是我國采煤機電牽引技術(shù)更進(jìn)一步的走向成熟。隨著采煤機技術(shù)的發(fā)展，與采煤機排條的設(shè)備也相應(yīng)的發(fā)展起來，如掘進(jìn)機械、支護(hù)設(shè)備、供電設(shè)備等都得到了很快的發(fā)展。今后采煤機的發(fā)展方向為，以采煤機為主體同時發(fā)展其配套設(shè)備，使得開采工作達(dá)到高產(chǎn)、高效、經(jīng)濟、安全的目的，使得操作向智能化方向發(fā)展，減輕工作人員的勞動強度，最后達(dá)到無人工作采煤，提高采煤機對各種地形的適應(yīng)性，完善采煤機故障檢測系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高采煤行業(yè)的發(fā)展。
從我國引進(jìn)國外技術(shù)到自行研發(fā)生產(chǎn)，我國采煤機技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過了半個世紀(jì)的發(fā)展，在國際采煤機領(lǐng)域已經(jīng)具有舉足輕重的作用自主研發(fā)出了開采范圍1.1～1.5的滾筒式采煤機系列產(chǎn)品，采煤機的有些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先地位，縱觀我國采煤機市場與國外擁有先進(jìn)生產(chǎn)水平的采煤機制造商對比，我國的采煤機械質(zhì)量還存在一些如下的問題：
①采煤機械的某些零部件的加工精度不夠高致使采煤機的運行穩(wěn)定性較差，使得在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生較大的噪音。
②中國最先是引進(jìn)國外的采煤機技術(shù)，然后對其技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)然后漸漸的深入研究，因此還沒有抓住采煤機的核心技術(shù)，因此我國在這方面還需要進(jìn)一步的發(fā)展。
③產(chǎn)品的制造工藝以及檢測手段不夠先進(jìn)，由于加工設(shè)備的落后導(dǎo)致加工出來的零件達(dá)不到所需要的精度值。
④產(chǎn)品的設(shè)計理念差距較大，國內(nèi)的生產(chǎn)廠家大多是追求技術(shù)應(yīng)用，而忽視了理論基礎(chǔ)的研究，但是在國外注重的是理論基礎(chǔ)的研究，在制造產(chǎn)品的同時注重理論設(shè)計的支撐。
在采煤機行業(yè)我國于具有先進(jìn)技術(shù)的國家還有一定的差距，為了趕上并超出發(fā)達(dá)國家在這方面的技術(shù)，我們需要從最根本的理論開始研究，是采煤機技術(shù)的核心掌握在我們手中，從機器的材料、制造工藝、加工方法以及裝配等一系列的研究都重視起來，才能夠在采煤機行業(yè)有更長遠(yuǎn)的發(fā)展。
2 900kw電牽引采煤機概述
2.1 900kw電牽引采煤機選用
MGTY400/900-3.3D型電牽引采煤機是一種多電機橫向布置，采用機載式交流變頻無極調(diào)速的強力鏈軌牽引新型電牽引采煤機。
該采煤機型號：MGTY400/900-3.3D
型號含義：M—采煤機
G—滾筒式
400/900—截割電機功率（Kw）/裝機總功率（Kw）
3.3—供電電壓（3300V）
D—電牽引
1.2 組成
采煤機由搖臂，滾筒，牽引傳動箱，外牽引，泵站，高壓箱，控制箱，調(diào)高油缸，主機架，輔助部件，電器系統(tǒng)及附件等部件組成，整機外形見下圖1-1。
1.截割滾筒2.搖臂3.電氣系統(tǒng)及其附件4.外牽引5.牽引傳動箱
6.泵站7.輔助部件8.高壓控制箱9.牽引控制箱10.主機架11.調(diào)高油缸
圖1.1整機外形
2.2 采煤機的概述
1 特點
采煤機主要特點是總體結(jié)構(gòu)為多電機橫向布置，牽引方式為機載式交流變頻無級調(diào)速銷軌式無鏈牽引，電源電壓為3300伏，單電纜供電，以計算機操作、控制并能中文顯示運行狀態(tài)、故障檢測。下面是該機型一些與其它機型不同之處以及其本身的特點：
(1)主機架為分體框架式焊接結(jié)構(gòu)，其強度大、剛性好，各部件的安裝均可單獨進(jìn)行，部件間沒有動力傳遞和連接，該機上所有切割反力、牽引力、采煤機的限位、導(dǎo)向作用力均由主機架承受。
（2）牽引采用銷軌式無鏈牽引系統(tǒng)，牽引力大，工作平穩(wěn)可靠，使采煤機能適應(yīng)底板起伏較大的工作面。
（3）采用機載式交流變頻無級調(diào)速系統(tǒng)，提高了牽引速度和牽引力。
（4）采用計算機控制，系統(tǒng)簡單可靠，對運行狀態(tài)隨時檢測顯示，顯示內(nèi)容全部中文顯示，適應(yīng)國內(nèi)煤礦使用。
MG400/900-WD型電牽引采煤機是采用YBQYS-40型防爆三相異步電動機，由多臺電動機驅(qū)動并采用側(cè)抽式結(jié)構(gòu)的新型采煤機。該采煤機的型號為MG400/900-WD該型號的含義為
M—采煤機
G—滾筒式
400/900—400含義為截割電機功率、900含義為裝機總功率（kW）
W—牽引機構(gòu)為無鏈牽引機構(gòu)
D—傳動裝置為電牽引傳動裝置
該采煤機主要由四大部分組成其分別是電動機、牽引部、截割部以及附屬裝置。
2.3 采煤機的設(shè)計參數(shù)
下表即為采煤機牽引部的設(shè)計參數(shù)表2.1
序號
名稱
參數(shù)
1
采高范圍m
2.2～3.5
2
機面高度mm
1593
3
適應(yīng)煤層傾角
≤25°
4
適應(yīng)煤層硬度
f≤4
5
裝機總功率KW
900
6
供電源電壓V
3300
7
搖臂長度mm
2168
8
搖臂擺角
上擺角度(°)
32.92°
下擺角度(°)
23.13°
9
截
割
電
機
功率KW
2×300
轉(zhuǎn)速r/min
1480
電壓V
3300
冷卻方式
水冷
10
滾筒轉(zhuǎn)速r/min
32.7
11
截割速度m/S
3.1
12
滾筒直徑mm
1800
13
滾筒截深mm
800
14
降塵方法
內(nèi)、外噴霧
15
牽引形式
交流變頻無級調(diào)速銷排式無鏈牽引
16
調(diào)速范圍Hz
3～50～83
17
牽引傳動比
310.5
18
截割傳動比
41.45
19
牽
引
電
機
功率kw
2×40
轉(zhuǎn)速r/min
0～1472～2455
電壓V
380
冷卻方式
水冷
20
牽引速度m/min
0～9～15
21
牽引力KN
350～580
22
牽引中心距mm
6320
23
搖臂回轉(zhuǎn)中心距mm
7520
24
滾筒最大中心距mm
11858
25
主機架長度mm
8125
26
泵
站
電
機
功率kw
20
轉(zhuǎn)速r/min
1465
電壓V
380
冷卻方式
水冷
27
調(diào)高泵額定壓力MPa
20
28
調(diào)高泵排量ml/r
20.9
29
制動器壓力MPa
2
30
最大臥底量mm
250
31
總重t
52
32
運輸機型號：SGZ880、630
2.4 采煤機的設(shè)計目的
1. 本次畢業(yè)設(shè)計是專業(yè)知識的應(yīng)用與鞏固，是對所學(xué)知識的全面總結(jié)。在此次畢業(yè)設(shè)計中掌握煤礦機械在設(shè)計過程中的步驟及其注意事項，初步掌握解決煤礦機械在生產(chǎn)中遇到的問題，為以后的工作打下基礎(chǔ)。
2.根據(jù)題目給出的條件，通過傳動方案的制定，正確的使用設(shè)計手冊等資料，獨立地進(jìn)行設(shè)計采煤機牽引部，再設(shè)計過程中對采煤機械的設(shè)計又一個整體的認(rèn)識和掌握，以及培養(yǎng)認(rèn)真思考問題的習(xí)慣和學(xué)會尋找解決問題的方法。
研究目標(biāo): 根據(jù)所給設(shè)計參數(shù)和工作環(huán)境的要求，進(jìn)行采煤機牽引部的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使之能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計要求和工作要求。
研究內(nèi)容: 總體設(shè)計完整、圖紙表達(dá)清晰、標(biāo)注采用國家最新標(biāo)準(zhǔn)；完成整機裝配圖紙設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化；完成部件圖設(shè)計及傳動系統(tǒng)設(shè)計；完成零件圖設(shè)計
(1)完成電牽引滾筒采煤機牽引部總裝配結(jié)構(gòu)圖繪制；
(2)完成電牽引滾筒采煤機牽引部關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)圖繪制（包括齒輪組件）；
(3)完成電牽引滾筒采煤機牽引部零件圖繪制（包括傳動軸的零件加工圖等的設(shè)計）。
3 MG400/900-WD電牽引采煤機牽引部的設(shè)計
3.1 牽引部的概述
采煤機牽引部的功能是為采煤機在采煤過程中提供動力，是采煤機能夠沿著采煤工作面前進(jìn)以實現(xiàn)采煤作業(yè)中標(biāo)的移動或停車時得調(diào)動作業(yè)，而影響采煤機工作的質(zhì)量和效率的直接因素就是牽引速度的大小和穩(wěn)定性，所以說牽引部是采煤機中的重要部件。
牽引部主要由兩大部分組成，分別是牽引部傳動裝置和牽引機構(gòu)。牽引部的傳動裝置的作用就是通過減速器將電動機的速度降低從而增大扭矩達(dá)到牽引采煤機前進(jìn)的目的，此次設(shè)計采用的是電牽引，能夠通過調(diào)節(jié)電動機的速度來改變牽引速度，電牽引與液壓牽引和機械牽引有以下幾個優(yōu)點，電牽引克服了液壓牽引會由于液壓油的污染而導(dǎo)致傳動效率降低的缺點，也不會受溫度變化的影響，電牽引也克服了機械牽引不能實現(xiàn)無級變速的缺點，它還具有效率高、壽命長、維護(hù)工作量小、還能使采煤機的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸減小，因此采用電牽引。
牽引機構(gòu)與牽引裝置使采煤機沿著采煤工作面移動。牽引機構(gòu)安裝于采煤機的內(nèi)部為內(nèi)牽引，安裝于采煤機的工作面兩端為外牽引。一般情況下都為內(nèi)牽引，而且隨著生產(chǎn)的進(jìn)步，產(chǎn)量的增大，適用于大功率和大傾角的無鏈牽引機構(gòu)已經(jīng)逐漸取代了有鏈牽引機構(gòu)。
3.2 確定采煤機牽引部的傳動方案
3.2.1 設(shè)計的原則
在設(shè)計過程中的要求有：
（1）傳動比要求大。在此次設(shè)計中電機轉(zhuǎn)速最大可以達(dá)到2455r/min，而牽引速度最大為15m/s，則傳動比會達(dá)到163.3，減速級數(shù)應(yīng)該在3～5級，如此大的傳動比就需要多級減速，因此減速箱的體積就會增大，從而使得制造成本加大，為了減小體積，英愛選擇可以調(diào)速的電機，這樣傳動比就可以相對的減小。
（2）有足夠大的牽引力。由于采煤機特殊的工作環(huán)境，在井下需要有很大的牽引力來驅(qū)動行走箱前進(jìn)而順利工作。
（3）有完善的制動系統(tǒng)來確保安全。為了降低采煤機在工作過程中的故障率，采煤機應(yīng)該設(shè)計有檢測與診斷故障的系統(tǒng)。
（4）能夠?qū)崿F(xiàn)減速器無極調(diào)速。在井下工作時，負(fù)載會隨著煤層環(huán)境的變化而變化。因此需要減速器能夠達(dá)到無極調(diào)速的目的，可以采用電機的不同轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)次功能。
（5）能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^電動機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)此要求，并且配合制動器的選用來減小減速器在正反轉(zhuǎn)過程中帶來的沖擊。
（6）減速器各個零件在選材過程中應(yīng)該保證足夠的強度，滿足工作要求，盡量減少采煤機的故障率，從而降低維護(hù)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)率。
（7）牽引部的減速器中應(yīng)該設(shè)有惰輪。這是為了保證牽引部有適當(dāng)?shù)拈L度。（8）考慮到采煤機在井下工作的環(huán)境，由于采煤機工作環(huán)境的特殊性，因此牽引部的穩(wěn)定性就顯得很重要。
（9）在滿足以上要求的情況下，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，是零部件標(biāo)準(zhǔn)化系列化，以便維護(hù)修理。
3.2.2 傳動方案的確定
根據(jù)此次設(shè)計的要求，提出了以下幾種解決方案
方案一
采用四級圓柱齒輪減速器。
方案二
采用兩級圓柱齒輪減速以及一級行星齒輪減速，下圖為該方案的機構(gòu)簡圖如圖3-1；
圖3-1 方案二
方案三
采用兩級直齒輪與兩級行星齒輪減速相結(jié)合來實現(xiàn)減速的目的，并安裝有惰輪來調(diào)節(jié)中心距使得個零件之間不會互相干涉，簡圖如圖3-2；
圖3-2方案三
以上一共提出了三種方案，牽引部減速器的傳動比達(dá)到了200左右，因此不適合選用圓柱齒輪傳動，圓柱齒輪傳動會使得減速器的體積增大，加大成本，因此不選擇方案一；在方案二中選用了行星齒輪傳動充分發(fā)揮了其體積小傳動比大的優(yōu)勢，使得整體體積大大減小。但是還存在的問題是，由于沒有惰輪，可能會出現(xiàn)零件之間的 的干涉，故不選用方案二。在方案三種選用了采用兩級直齒輪與兩級行星齒輪減速相結(jié)合來實現(xiàn)減速的目的，并安裝有惰輪來調(diào)節(jié)中心距使得個零件之間不會互相干涉，同時，行星齒輪機構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、承載能力大、運行穩(wěn)定、抗沖擊能力強等優(yōu)點。并且能夠大大降低傳動的級數(shù)，因此此次設(shè)計中選方案三為最終方案。
3.2.3 牽引部電動機的選用
設(shè)計要求牽引部的功率為40kw，我們根據(jù)礦井電機的具體工作環(huán)境，采用的電機應(yīng)該具備防爆和防電火花的特性，以保證在井下有爆炸危險的煤層氣和瓦斯等氣體的空氣中作業(yè)的安全性，而且電機應(yīng)該工作可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，負(fù)載能力強，所以采用防爆異步電動機，最終考慮各方面因素，選取的電動機的性能以及主要參數(shù)如下
該電機采用隔爆型式是礦用隔爆型，其防爆標(biāo)志為Exdl。
主要技術(shù)參數(shù)如下表3-1；
表3-1電機參數(shù)
型號
YBQYS-40B
工作表
功率(KW)
40
接法
Y
極數(shù)
4
絕緣等級
F
額定電壓(V)
380
冷卻方式
水套
額定電流(A)
76
冷卻水量（L/min)
20
頻率()
50
冷卻水壓(MPa)
≤1.5
轉(zhuǎn)速(r/min)
0～1472～2455
外形尺寸
3.2.4 牽引部傳動比的分配
各級傳動比的分配原則
分配各個傳動機構(gòu)的傳動比是機械設(shè)計中的首要問題，分配傳動比過程中需要注意：
（1）各級傳動機構(gòu)的傳動比應(yīng)該在推薦范圍內(nèi)，通過查表2-1[3]得圓柱齒輪傳動的傳動比推薦值為3～6，最大值為10,最后選擇的傳動比不應(yīng)該超過其最大值，從而充分發(fā)揮它的性能，而且使結(jié)構(gòu)緊湊。
（2）在設(shè)計過程中應(yīng)該使各級傳動的結(jié)構(gòu)合理，尺寸均勻、協(xié)調(diào)。
（3）在設(shè)計過程中應(yīng)該可能使減速箱的外形尺寸緊湊、質(zhì)量輕，以達(dá)到節(jié)約材料，降低成本的目的。
（4）在設(shè)計減速箱過程中，應(yīng)該使得大齒輪的直徑相近，這樣會使得齒輪在運轉(zhuǎn)過程中達(dá)到很好的潤滑效果 。
(5)設(shè)計過程中計算好中心距，防止齒輪在運行過程中發(fā)生干涉。
(6)常用二級齒輪減速器傳動比的分配。設(shè)計多級減速器時，應(yīng)該合理的分配其傳動比。各類標(biāo)準(zhǔn)減速器的傳動比都有規(guī)定，下面是直齒圓柱齒輪傳動比的分配方法 ：
對于兩級臥式圓柱齒輪減速器，為了在運行過程中能夠很好的潤滑，高速級傳動比i1和低速級傳動比i2可按如下方法分配：
展開式和分流式：i1=1.1～1.5i2
同軸式：i1=i2
總傳動比：i=147710=147.7
傳動比的分配：在本方案中采用二級圓柱齒輪傳動以二級行星齒輪傳動來實現(xiàn)減速的目的。在兩級圓柱齒輪傳動中根據(jù)i1=1.1～1.5i2初步選定i1=3.44，i2=2.55，在行星齒輪傳動系統(tǒng)中，通過《機械設(shè)計手冊》查表14-5-3[2]可知，單級傳動比的最大推薦值為13.7，故此次設(shè)計中應(yīng)該用兩級行星輪減速，兩級行星齒輪傳動中分別選擇i1=i2=4.1通過查表14-5-5得i1=4.5，i2=4.0，通過計算得傳動比誤差系數(shù)不超過允許的誤差范圍4%，完全符合要求。
NGW型行星機構(gòu)簡圖如3-3所示；
圖3-3 行星機構(gòu)簡圖
3.2.5 傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、功率和扭矩的計算
1）各軸的轉(zhuǎn)速計算
Ⅰ軸 n1=1477 r/min
Ⅱ軸 n2=14773.44=429.36r/min
Ⅲ軸 n3=429.362.55=168.38r/min
Ⅳ軸 n4=168.384.5=37.42r/min
Ⅴ軸 n5=37.424=9.36r/min
2）功率計算P
Ⅰ軸 P1=Pη2=40×0.99=39.600kW
Ⅱ軸 P2=P1η1η2=39.600×0.97×0.99=38.027kW
Ⅲ軸 P3=P2η1η2=38.027×0.97×0.99=36.518kW
Ⅳ軸 P4=P3η2η3=36.518×0.99×0.98=35.430kW
Ⅴ軸 P5=P4η2η3=35.430×0.99×0.98=34.374kW
表3-2 機械傳動的效率概略值
類別
代號
效率
圓柱齒輪傳動（閉式）
η1
0.96～0.98（0.97）
軸承（滾動軸承）
η2
0.98～0.995（0.99）
行星機構(gòu)的效率
η3
0.97～0.99（0.98）
（3）各軸的扭矩計算
Ⅰ軸
T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256.046N·mm
Ⅱ軸
T2=9550×P2n2=9550×38.028429.36=845.834N·mm
Ⅲ軸
T3=9550×P3n3=9550×36.518168.38=2071.190N·mm
Ⅳ軸
T4=9550×P4n4=9550×35.43037.42=9042.130N·mm
Ⅴ軸
T5=9550×P5n5=9550×34.3709.36=35067.682N·mm
各軸的轉(zhuǎn)速功率扭矩匯總?cè)鐖D表3-3；
軸
輸出功率/MPa
轉(zhuǎn)速/r/min
輸出轉(zhuǎn)矩/ N·mm
Ⅰ
39.600
1477
256.046
Ⅱ
38.028
429.36
845.834
Ⅲ
36.518
168.38
2071.190
Ⅳ
35.430
37.42
9042.130
Ⅴ
34.374
9.36
35067.682
表3-3轉(zhuǎn)速功率扭矩計算值匯總
3.3 圓柱齒輪的設(shè)計
3.3.1 高速級圓柱齒輪的設(shè)計
1.選用高速級齒輪的傳動類型、齒數(shù)、模數(shù)、材料以及精度等級
（1）按所選定的方案如圖3-2，減速箱的高速級傳動采用圓柱齒輪傳動，取壓力角為20°。
（2）本次設(shè)計中采煤機牽引部減速箱為通用的減速器，通過表10-6[1]查得該減速箱采用8級精度。
（3）選擇材料。通過表10-1[1]，將小齒輪以及大齒輪的材料選定為20CrMnTi（調(diào)質(zhì)）齒面硬度為300HBS。
（4）預(yù)先取小齒輪的齒數(shù)為z1=25，通過傳動比計算得大齒輪齒數(shù)z2=u z1=3.44×25=86，取z2=86。
2．根據(jù)齒輪的接觸強度設(shè)計
（1）通過式《機械設(shè)計手冊》（10-11）[1]計算出小齒輪分度圓直徑，即d1t≥32KHtT1?du+1uZHZEZεσH2
1）確定上述公式中的各參數(shù)值
①將KHt試選為1.3；
②Ⅰ軸（小齒輪）傳遞的轉(zhuǎn)矩。
T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256.046N·mm
③由于軸承相對于小齒輪作非對稱布置，通過表10-7[1]查得齒寬系數(shù)為?d=0.7。
④由《機械設(shè)計手冊》圖10-20[1]查得節(jié)點區(qū)域系數(shù)為ZH=2.5。
⑤由《機械設(shè)計手冊》表10-5[1]查得材料系數(shù)為ZE=189.8MPa12。
⑥通過式《機械設(shè)計手冊》（10-9）[1]計算重合度系數(shù)為Zε
αa1=arccosZ1cosαZ1+2ha*
=arcos25cos20°25+2×1= 29.531°
αa2=arccosZ2cosαZ2+2ha*
=arccos86cos20°86+2×1=23.361°
εα=Z1tanαa1-tanα'+Z2tanαa2-tanα'2π
=25tan29.531°-tan20°+Z2tan23.316 °-tan20°2π=1.732
Zε=4-εα3=4-1.7323=0.871
⑦計算接觸疲勞許用應(yīng)力σH
由《機械設(shè)計》圖10-25d[1]查得大齒輪和小齒輪的接觸疲勞極限都為σHlim1=σHlim2=1000Mpa。
通過式（10-15）[1]計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60n1jLh=60×1477×1×2×8×300×15=6.381×109
N2=N1u=6.381×109/3.44=1.855×109
通過《機械設(shè)計手冊》圖10-23[1]查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90、KHN2=0.93。
將安全系數(shù)S取為1.3，由式（10-14）得
σH1=KHN1σHlim1S=0.90×10001.3=692.307MPa
σH2=KHN2σHlim2S=0.93×10001.3=715.384MPa
有機械設(shè)計知識可得，在齒輪工作過程中，接觸疲勞應(yīng)力小的先發(fā)生點蝕、磨損等失效形式，因此選取σH1、σH2中較小的值作為這一對齒輪傳動副的接觸疲勞許用應(yīng)力。即
σH=σH1=692.307MPa
（2）試算小齒輪的分度圓直徑
d1t≥32KHtT1?du+1uZHZEZεσH2=32×1.3×2560460.73.44+13.442.5×189.8×0.871692.3072=75.911mm
（3）調(diào)整小齒輪的分度圓直徑
（1）計算實際載荷系數(shù)KH
①計算小齒輪的圓周速度v。
v=πd1tn160×1000=π×75.911×147760×1000=5.871m/s
②計算小齒輪的齒寬b。
b=?dd1t=0.7×75.911=53.138mm
③通過表10-2[1]考慮到采煤機的井下工作環(huán)境查得使用系數(shù)KA=1.75
④根據(jù)圖10-8[1]查得動載荷系數(shù)為Kv=1.18。
由下述公式計算的齒輪的圓周力為：
Ft1=2T1d1t=2×25604675.911=6745N
KAFt1b=1.75×6745/53.138=222.165N/m>100N/m
⑤通過《機械設(shè)計手冊》查表10-3[1]得齒間載荷分配系數(shù)KHα=1.2。
齒輪的精度為8級精度、軸承相對于小齒輪的布置為非對稱布置，通過表10-4[1]插值法查得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.421。
最后將各個系數(shù)帶入到公式中得：
KH=KAKvKHαKHβ=1.75×1.18×1.2×1.421=3.521
（2）算出實際載荷系數(shù)之后帶入到式（10-12）[1]可得小齒輪的分度圓直徑如下
d1=d1t3KHKHt=75.911×33.5211.3=105.814mm
計算出小齒輪的分度圓直徑之后帶入到下式計算得出小齒輪的模數(shù)得
m=d1z1=105.814/25=4.232mm
3.按齒輪的彎曲強度設(shè)計
（1）通過《機械設(shè)計手冊》式（10-7）[1]試算小齒輪的模數(shù)，即
mt≥32KFtT1Yε?dz12YFaYsaσF
通過計算、查表得出式（10-7）中的各參數(shù)的數(shù)值
①首先將KFt試選為1.3。
通過式（10-5）[1]計算得重合度系數(shù)。
Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.723=0.685
②通過查表計算出YFaYsaσF
通過《機械手冊》圖10-17[1]查得齒形系數(shù)為YFa1=2.65、YFa2=2.22。
通過圖10-18[1]查得應(yīng)力修正系數(shù)為Ysa1=1.59、Ysa2=1.779。
因為大齒輪以及小齒輪的材料都選用為20CrMnTi,通過圖10-24d[1]查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限都是σFlim1=σFlim2=920MPa。
由《機械設(shè)計手冊》圖10-22[1]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85、KFN2=0.88。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-14）[1]得
σF1=KFN1σFlim1S=0.85×9201.4MPa=558.571MPa
σF2=KFN2σFlim2S=0.88×9201.4MPa=578.286MPa
YFa1Ysa1σF1=2.65×1.59558.571=0.00754
YFa2Ysa2σF2=2.22×1.775578.268=0.00681
因為小齒輪的YFaYsaσF大于大齒輪，所以取YFaYsaσF=YFa1Ysa1σF1=0.00754。
試算模數(shù)
mt≥32KFtT1Yε?dz12YFaYsaσF
=32×1.3×256046×0.6850.7×2522.65×1.59558.571=1.988mm
（2）調(diào)整齒輪模數(shù)
（1）計算實際載荷系數(shù)KF
①圓周速度v
d1=mtz1=1.988×25=49.7mm
v=πd1n160×1000=π×49.7×147760×1000=3.844m/s
②寬b
b=?dd1=0.7×49.7=34.79mm
③高比b/h
h=2ha*+c*m=2×1+0.251.988=4.473mm
bh=34.794.473=7.78
④通過《機械設(shè)計手冊》圖10-8[1]查得動載荷系數(shù)為Kv=1.11。
⑤由
Ft1=2T1d1=2×25604649.7=10303.661N
KAFt1b=1.75×10303.661/34.79=503.482N/m>100N/m
⑥通過《機械設(shè)計手冊》表10-3[1]查得齒間載荷分配系數(shù)為KFα=1.0。
⑦通過《機械設(shè)計手冊》表10-4[1]采用插值法查得KHβ=1.419，與之前計算的 bh=7.78相結(jié)合，查圖10-13[1]，得到KFβ=1.36。
將上述數(shù)據(jù)都帶入到載荷系數(shù)公式中得到載荷系數(shù)為
KF=KAKvKFαKFβ
=1.75×1.11×1.0×1.36=2.6418
（3）由《機械設(shè)計手冊》式（10-13）[1]可得按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)
m=mt3KFKFt=1.988×32.64181.3=2.518mm
由之前的計算結(jié)果可知，通過齒輪的兩種失效形式來設(shè)計齒輪，兩者計算的模數(shù)有所差異，根據(jù)接觸強度設(shè)計的模數(shù)要比按彎曲強度設(shè)計的模數(shù)要大，通過機械設(shè)計基礎(chǔ)知識可知，齒輪的模數(shù)主要是由于齒根彎曲疲勞強度所決定的，所以取模數(shù)為2.891mm并將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4mm。由兩種方法設(shè)計的分度圓直徑也有所差異，通過機械設(shè)計知識得，分度圓直徑主要是取決于齒輪的接觸疲勞強度，故取小齒輪的分度圓直徑為d=105.814mm。然后計算出小齒輪齒數(shù)z1=d1m=105.8144=26.4453將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取z1=27，故大齒輪齒數(shù)z2=uz1=3.44×27=92.88,將其圓整為z2=94，z1與z2互為質(zhì)數(shù)。通過上述方法，同時考慮到了齒輪的接觸強度和齒輪的彎曲強度，滿足了這兩個條件就可以盡可能的延長齒輪的失效期限，在節(jié)約材料的前提下，提高了齒輪的使用壽命。
4 幾何尺寸計算
（1）計算出齒輪的分度圓直徑
d1=z1m=27×4=108mm
d2=z2m=94×4=376mm
（2）計算出齒輪副的中心距
a=d1+d22=108+3762=242mm
（3）計算齒寬
b=?dd1=0.7×108=75.6mm
在節(jié)約材料的前提下為了保證齒輪的傳動強度，在設(shè)計過程中會一般會將小齒輪的齒寬加寬（5-10)mm，計算得b1=b+5~10mm=76+5~10=81~86mm，取小齒輪的齒寬為b1=85mm，而大齒輪的齒寬為計算出的齒寬，取b2=76mm。
以上只對齒輪副進(jìn)行了理論上的計算，到實際的制造安裝還差一定的距離，在制造安裝過程中由于制造精度等因素的影響設(shè)計出來的中心距不方便制造。所以在實際過程中需要通過改變齒輪的齒數(shù)、調(diào)整齒輪副的傳動比以及采用齒輪邊為的方法使得中心距圓整便于機械制造。在此次設(shè)計中采用的是使齒輪變位的方法對中心距進(jìn)行圓整至a'=245mm。在變位過程中z1、z2、m、α、b等參數(shù)保持不變，在變位時應(yīng)該使得變位系數(shù)和在圖10-21a[1]中推薦的合理工作范圍之內(nèi)。
將齒輪變位后，應(yīng)當(dāng)重新齒輪副的各個尺寸然后進(jìn)行校核強度，以滿足齒輪的工作需求。
（1）計算變位系數(shù)和
①計算變位之后各參數(shù)。
α'=arccosacosαα'=arccos242×cos20°245=21.846°
zΣ=z1+z2=27+94=121
xΣ=x1+x2=invα'-invαzΣ2tanα=inv21.846°-inv20°×1212×tan20°=0.0196-0.0149×1212×tan20°=0.781
y=a'-am=245-2424=0.75
?y=xΣ-y=0.781-0.750=0.031
通過以上計算的數(shù)據(jù)查《機械設(shè)計手冊》圖10-21a可得，當(dāng)前的變位系數(shù)使綜合性能好。
②分配變位系數(shù)x1、x2。
由《機械設(shè)計手冊》圖10-21b可知，坐標(biāo)點zΣ2，xΣ2=60.5,0.0155位于L10、L11之間。沿著這兩條線作射線然后從橫坐標(biāo)z1、z2處向上引垂線，垂線交與射線兩點，取這兩個點的縱坐標(biāo)分別為x1=0.200、x2=-0.250。
（2）按齒輪輪齒的接觸強度核算
按（10-10）[1]公式計算
σH=2KHT1?dd13·u+1u·zHzEzε<σH
查表或計算上述公式中的各個數(shù)據(jù)和校核查表以及計算公式與之前設(shè)計過程中的相同，故直接給出查表內(nèi)容以及計算結(jié)果
KH=KAKvKHαKHβ=1.75×1.18×1.2×1.421=3.521
軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩
T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256046N·mm
齒寬系數(shù)?d=0.7
d1=108mm；u=3.44；zH=2.4；zE=189.8MPa12
αa1=arccosZ1cosαZ1+2ha* =arccos27cos20°27+2×1=28.968°
αa2=arccosZ2cosαZ2+2ha* =arccos94cos20°94+2×1=23.056°
εα=Z1tanαa1-tanα'+Z2tanαa2-tanα'2π
=27tan28.968°-tan20°+94tan23.056 °-tan20°2π=1.737
zε=4-εα3=4-1.7373=0.868
將上列數(shù)據(jù)帶入（10-10）公式中計算
σH=2KHT1?dd13·u+1u·zHzEzε=2×3.521×2560460.7×1043·3.44+13.44·2.4×189.8×0.868=679.747MPa<692.307MPa=σH
齒面接觸強度核算達(dá)到要求。
（3）齒輪彎曲強度核算
按（10-6）[1]公式計算
σF=2KFT1YFa1Ysa1Yε?dm3z2
先計算《機械設(shè)計手冊》（10-6）[1]公式中的各參數(shù)
1）計算實際載荷系數(shù)KF
①圓周速度v。
d1=mtz1=4×27=108mm
v=πd1n160×1000=π×108×147760×1000=8.352m/s
②齒寬b。
b=?dd1=0.7×108=75.6mm
③寬高比b/h
h=2ha*+c*m=2×1+0.25×4=9
bh=75.69=8.4
④通過圖10-8[1]查得動載系數(shù)為Kv=1.19。
⑤由Ft1=2T1d1=2×256046108=4741N
KAT1d1=1.75×4741138=109.745N/mm>100N/mm 查表10-3[1]得齒間載荷分配系數(shù)KFα=1.0。
⑥由表10-4[1]采用插值法查得KHβ=1.4405，結(jié)合
bh=8.4查《機械設(shè)計》圖10-13[1]，得KFβ=1.40
由式（10-5）[1]計算重合度系數(shù)；
Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.737=0.682
由《機械設(shè)計手冊》圖10-17[1]查得齒形系數(shù)YFa1=2.17、YFa2=2.07。
由《機械設(shè)計手冊》圖10-18[1]查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.83、Ysa2=1.94。
?d=0.7
m=4，z=27
m=4，z=94
KF=KAKvKFαKFβ=1.75×1.19×1.0×1.36=2.832
σF1=2KF1T1YFa1Ysa1Yε?d1m3z12=2×2.832×256046×1.83×2.17×0.6821×33×272=199.5MPa<σF1
σF2=2KF2T1YFa2Ysa2Yε?d2m3z22=2×3.399×256046×2.07×1.94×0.6821×33×942=20.01MPa<σF2
齒根彎曲強度核算通過，而且小齒輪抵抗彎曲疲勞失效的能力強于大齒輪。
6.主要設(shè)計結(jié)論
齒數(shù)z1=27、z2=94，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20 °，變位系數(shù)x1=0.200、x2=-0.250，中心距a=245mm，齒寬b1=85mm、b2=76mm。小齒輪和小齒輪都選用20CrMnTi（滲碳淬火），齒輪按8級精度設(shè)計。
表3-4高速級齒輪計算值匯總
項目
代號
計算公式
計算結(jié)果
分度圓直徑
d
d=mz
d1=4×27=108mm
d2=4×94=376mm
基圓直徑
db
db=dcosα
db1=101.49mm
db2=353.32mm
中心距變動系數(shù)
y
y=a'-am
y=0.75
齒頂高
ha
ha1=ha*+x1-Δym
ha1=4.676mm
ha2=ha*+x2-Δym
ha2=2.880mm
齒根高
hf
hf1=ha*+c*-x1m
hf1=4.200mm
hf2=ha*+c*-x2m
hf2=6.000mm
齒頂圓直徑
da1
da1=d1+2ha1
da1=117.352mm
da2=d2+2ha2
da2=381.76mm
齒根圓直徑
df
df1=d1-2hf1
df1=99.600mm
df2=d2-2hf2
df2=364.000mm
3.3.2 低速級齒輪的設(shè)計
選用低速級齒輪的傳動類型、齒數(shù)、模數(shù)、材料以及精度等級
（1）傳動方案如圖3-2所示，取壓力角為20°。
（2）減速器為一般工作機器，參考表10-6，選用8級精度本次設(shè)計中采煤機牽引部減速箱為通用的減速器，通過表10-6[1]查得該減速箱采用8級精度。
（3）選擇材料。通過表10-1[1]，將小齒輪以及大齒輪的材料選定為20CrMnTi，作調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為300HB
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