930KW電牽引采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)含8張CAD圖
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外文資料
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.
中文譯文
齒輪
齒輪是機(jī)器中的動力元件,用來傳遞軸與軸之間的運(yùn)動及動力。它們可能僅被用來傳遞運(yùn)動,即機(jī)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(jī)器是鐘表,事實(shí)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(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)。目前工程師和機(jī)械師都在考慮存在于機(jī)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?yàn)?，它們在設(shè)計(jì)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(diǎn)到臨近齒上對應(yīng)相同的另一點(diǎn)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(yùn)行，則兩節(jié)圓必須精確相切。
壓力角：運(yùn)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(yùn)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(diǎn)的運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jī)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(kuò)展的齒輪，它被用來往復(fù)運(yùn)動改變?yōu)槁菪\(yùn)動或反過來，車床齒條和小齒輪是這種機(jī)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(shí)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。
930KW電牽引采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)
摘 要
930KW采煤機(jī)是一種大功率無鏈電牽引采煤機(jī)，該采煤機(jī)適用于緩傾斜的中硬煤層，它與刮板輸送機(jī)液壓支架等配套使用，該采煤機(jī)的機(jī)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(jì)中主要是針對采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)，采煤機(jī)的牽引部主要是由牽引機(jī)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(jī)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(jī)沿著工作面前進(jìn) 。設(shè)計(jì)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(jì)，對減速箱的齒輪、軸、軸承、花鍵等零部件的選型和校核等，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該正確的利用設(shè)計(jì)手冊，實(shí)事求是的計(jì)算，確保計(jì)算中數(shù)字的準(zhǔn)確性，培養(yǎng)我們獨(dú)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(jì)的目的。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)：牽引部：減速箱：齒輪：行星輪
930KW electric traction shearer traction department design
Abstract
The shearer is a kind of high-power chain 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
1概述 1
1.1 引言 1
1.2 電牽引采煤機(jī)概況 1
1.2.1 電牽引采煤機(jī)基本情況 1
1.2.2 電牽引采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn) 2
1.3 電牽引采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀 3
1.3.1 國內(nèi)電牽引采煤機(jī)現(xiàn)狀 3
1.3.2 國外電牽引采煤機(jī)現(xiàn)狀 3
1.4 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 4
1.5 采煤機(jī)的組成 4
1.6 本次采煤機(jī)的設(shè)計(jì)目的 5
2 牽引部的設(shè)計(jì) 6
2.1 牽引部簡述 6
2.2 牽引部傳動方案的確定 6
2.2.1 設(shè)計(jì)原則 6
2.2.2 傳動方案的選擇 7
2.2.3 主要技術(shù)參數(shù) 9
2.2.4 電動機(jī)的選擇 9
2.2.5 傳動比的分配 10
2.3 牽引部傳動計(jì)算 11
2.3.1 各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩 11
2.3.2 齒輪1和齒輪2的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 13
2.3.3 齒輪3和齒輪4的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 18
2.3.4 齒輪5和齒輪6的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 24
2.4 牽引部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
2.4.1 第一級行星齒輪的計(jì)算 32
2.4.2 第二級行星齒輪的計(jì)算 38
3 強(qiáng)度校核 45
3.1 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)與校核 45
3. 2 對Ⅱ軸的軸承校核 49
3.3 對Ⅱ軸平鍵的校核 50
3.3.1 鍵Ⅱ的校核 50
3.3.2 鍵Ⅰ的校核 50
3.4 花鍵連接的強(qiáng)度校核 51
4 牽引部的總體 52
4.1 機(jī)械傳動系統(tǒng) 52
4.2 牽引電動機(jī) 52
4.3 液壓制動器 53
4.4 滑靴組架 54
4.5 調(diào)高油缸 54
4.6 與電控箱的連接部位 55
5 采煤機(jī)的使用和維護(hù) 55
5.1 采煤機(jī)的維護(hù) 55
5.2 采煤機(jī)軸承的維護(hù)及漏油的防治 57
結(jié)束語 60
參考文獻(xiàn) 61
致 謝 67
1概述
1.1 引言
機(jī)械化采煤開始于二十世紀(jì)40年代，是隨著采煤機(jī)械的出現(xiàn)而開始的。40年代初期，英國、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，德國生產(chǎn)了刨煤機(jī)，使工作面落煤、裝煤實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。但當(dāng)時的采煤機(jī)都是鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)，能耗大、效率低，加上工作面輸送機(jī)不能自移，所以限制了采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高。
我國屬于薄煤層較多的國家， 而長期以來薄煤層的開采速度遠(yuǎn)不如中厚煤層， 且受工作面空間的限制，薄煤層一直是礦井開采的薄弱環(huán)節(jié)。 牽引部作為采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的重要組成部件，它不但擔(dān)負(fù)采煤機(jī)工作時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。
1.2 電牽引采煤機(jī)概況
在煤礦開采的過程中，電牽引采煤機(jī)作為煤礦開采所使用的重要設(shè)備之一，對實(shí)現(xiàn)煤礦的順利開采和作業(yè)安全具有重要的作用。從總體來看，我國電牽引采煤機(jī)在近些年來有了長足的進(jìn)步和發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國家相比依然存在不足。所以，在電牽引采煤機(jī)研究和使用的過程中，應(yīng)該不斷進(jìn)行技術(shù)補(bǔ)充和完善，提高電牽引采煤機(jī)的整體水平[12]。
1.2.1 電牽引采煤機(jī)基本情況
在煤炭開采的過程中，采煤機(jī)作為必需設(shè)備之一，發(fā)揮了重要的作用。具體而言，采煤機(jī)的工作原理主要是通過旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)實(shí)施破煤作業(yè)，之后把煤炭裝入到輸送機(jī)或者運(yùn)輸煤炭的設(shè)備上，由此完成采煤機(jī)的工作，所以采煤機(jī)是一個復(fù)雜的大型綜合系統(tǒng)。電牽引采煤機(jī)作為采煤機(jī)的一種，是目前國內(nèi)外煤礦開采中使用最為廣泛的采煤機(jī)器，電牽引采煤機(jī)有利于實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化和現(xiàn)代化。我國電牽引采煤機(jī)開始出現(xiàn)于二十世紀(jì)八十年代，直到二十世紀(jì)九十年代電牽引采煤機(jī)的樣機(jī)才正式問世，目前在我國煤礦開采的過程中正在逐步使用電牽引采煤機(jī)，并且獲得了更高的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2.2 電牽引采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)
隨著近些年來電牽引采煤機(jī)技術(shù)研究的不斷發(fā)展，既促進(jìn)了電牽引采煤機(jī)在煤礦開采中的應(yīng)用，同時也有利于實(shí)現(xiàn)我國煤礦采煤機(jī)的現(xiàn)代化和機(jī)械化。目前電牽引采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾方面：電牽引采煤機(jī)的裝機(jī)功率增強(qiáng)，機(jī)器性能參數(shù)提高?？傮w來看，電牽引采煤機(jī)的總裝機(jī)功率達(dá)到了1000kW以上，甚至SL1000的總裝機(jī)功率達(dá)到了2600kW，電牽引采煤機(jī)的牽引功率達(dá)到了80kW以上，并且最大的采煤機(jī)牽引功率達(dá)到了300kW；其次，單臺電牽引采煤機(jī)的裝機(jī)功率大部分都在400kW以上，多數(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了600kW的水平；此外，電牽引采煤機(jī)與傳統(tǒng)采煤機(jī)相比，牽引速度快而且牽引力也不斷提高，其它性能參數(shù)的提高還包括截割功率變大，采煤機(jī)的支架實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)支護(hù)的效果，且滾筒的截深變大。
電牽引采煤機(jī)需要中高壓進(jìn)行供電，電牽引采煤機(jī)主要是依靠電能進(jìn)行牽引和工作，并且電牽引采煤機(jī)的裝機(jī)功率不斷加大，工作面增長到300m。對工作電源的質(zhì)量提出了更高的要求。在實(shí)際工作中，為了降低輸電線路的電能損耗，保證電牽引采煤機(jī)得到高質(zhì)量的供電和電機(jī)性能，因而大多使用中高壓供電。一般情況下，中高壓供電的等級包括2300V、3300V、4160V、5000V等類型。
電牽引采煤機(jī)的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化。目前帶電牽引采煤機(jī)都配置了智能化的監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互對話、工程監(jiān)測、無線控制以及傳輸任務(wù)，智能化的實(shí)現(xiàn)可以提高我國采煤機(jī)的整體水平，使電牽引采煤機(jī)的維護(hù)工作量達(dá)到最小，同時利用率最高，電牽引采煤機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)與工作面輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備的信息交互和聯(lián)動控制。
1.3 電牽引采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀
1.3.1 國內(nèi)電牽引采煤機(jī)現(xiàn)狀[13]
就國內(nèi)目前所使用的采煤機(jī)情況而言，大部分煤礦開采所使用的采煤機(jī)是液壓牽引采煤機(jī)，但隨著煤礦開采難度的不斷加深，并且液壓牽引采煤機(jī)也存在一定的技術(shù)局限性，使液壓牽引采煤機(jī)已經(jīng)不能滿足煤礦開采的需要，所以推廣電牽引采煤機(jī)是十分必要的。
在國外發(fā)達(dá)國家，電牽引采煤機(jī)已經(jīng)得到了廣泛普及和使用。由此可知，電牽引采煤機(jī)在采煤技術(shù)和使用性能方面都有著很大的優(yōu)勢，逐步實(shí)現(xiàn)液壓牽引采煤機(jī)到電牽引采煤機(jī)的進(jìn)步非常必要。
我國常見的幾種電牽引采煤機(jī)：①M(fèi)GTY300710-1.1D電牽引采煤機(jī)。由太原礦山機(jī)器集團(tuán)有限公司研制，這種電牽引采煤機(jī)擁有先進(jìn)的技術(shù)和良好的質(zhì)量，牽引功率適宜，適用的領(lǐng)域比較廣泛，在目前來看，處于我國電牽引采煤機(jī)的前沿，具有高效、高產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。這種電牽引采煤機(jī)應(yīng)用了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，適用范圍比較廣，電機(jī)的功率可以由使用者任意選擇，采煤機(jī)的電視、牽引箱等可以進(jìn)行左右互換，而且此設(shè)備的關(guān)鍵元件都是來自發(fā)達(dá)國家，繼而增強(qiáng)了采煤機(jī)的整體性能；②MG150/345－WDK交流電牽引采煤機(jī)。由山東能源機(jī)械集團(tuán)有限公司研制，這種采煤機(jī)適用于煤層厚度為0.9～1.9 m的煤層，利用開關(guān)磁阻進(jìn)行調(diào)速，使用高強(qiáng)度的液壓螺栓連接采煤機(jī)機(jī)身的各個部分，從而使采煤機(jī)簡便易操作，便于拆裝。此外，采煤機(jī)的電控使用模塊結(jié)構(gòu)，利用快速接插的形式，并且具有防潮、防震的優(yōu)良性能，適用的采高范圍為0.9～1.9 m,角度在35o以內(nèi)。
1.3.2 國外電牽引采煤機(jī)現(xiàn)狀[15]
早在二十世紀(jì)七十年代，美國的JOY公司就已經(jīng)研制出1LS多電機(jī)橫向布置的直流電牽引采煤機(jī)，之后又研發(fā)出了2LS到6LS等多電機(jī)橫向布置直流電牽引采煤機(jī)，JOY公司的Ultratrac2000型強(qiáng)力銷軌無鏈牽系統(tǒng)，增加了銷軌的節(jié)距和寬度，而且利用了鍛造銷排技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)交互式人機(jī)通訊。德國作為世界機(jī)械制造最為發(fā)達(dá)的國家之一，Eickhoff公司早在1976年就研發(fā)出了直流電牽引采煤機(jī)，同時不再進(jìn)行液壓牽引采煤機(jī)的研制工作，之后廣泛開展了電牽引采煤機(jī)的研發(fā)和利用。世界發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛使用并且大力研究電牽引采煤機(jī)技術(shù)，取得了重大的成果，并且實(shí)現(xiàn)了科技成果與社會生產(chǎn)的有效結(jié)合，使電牽引采煤機(jī)廣泛投入到煤礦生產(chǎn)中去。
1.4 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢
電牽引采煤機(jī)經(jīng)過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)展趨勢可簡要?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)動橫向布置發(fā)展。
⑶監(jiān)控技術(shù)向自動化、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。
國內(nèi)的電牽引采煤機(jī)研制方向與國際發(fā)展方向基本一致，在經(jīng)過近15年的研究，已經(jīng)取得較大進(jìn)展,但離國際先進(jìn)水平特別是在監(jiān)控技術(shù)及可靠性方面尚有較大的差距，必須進(jìn)行大量的技術(shù)和試驗(yàn)研究。
1.5 采煤機(jī)的組成
采煤機(jī)主要由電動機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖1-1）。
電動機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動兩個截割部和牽引部。采煤機(jī)的電動機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動機(jī)的尺寸。
牽引部：通過其主動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，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：將電動機(jī)的動力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂5的齒輪，驅(qū)動滾筒6旋轉(zhuǎn)。
滾筒：是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片，其上裝有截齒。
如圖1-1 雙滾筒采煤機(jī)
底托架：是固定和承托整臺采煤機(jī)的底架，通過其下部四個滑靴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)兩個滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以此保證采煤機(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)。
1.6 本次采煤機(jī)的設(shè)計(jì)目的
1. 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)中掌握煤礦機(jī)械在設(shè)計(jì)過程中的步驟及其注意事項(xiàng)，初步掌握解決煤礦機(jī)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(jì)手冊等資料，設(shè)計(jì)采煤機(jī)牽引部，再設(shè)計(jì)過程中對采煤機(jī)械的設(shè)計(jì)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。
2 牽引部的設(shè)計(jì)
2.1 牽引部簡述
采煤機(jī)牽引部的功能是為采煤機(jī)在采煤過程中提供動力，是采煤機(jī)能夠沿著采煤工作面前進(jìn)以實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)。牽引部的傳動裝置的作用就是通過減速器將電動機(jī)的速度降低從而增大扭矩達(dá)到牽引采煤機(jī)前進(jìn)的目的，此次設(shè)計(jì)采用的是電牽引，能夠通過調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度來改變牽引速度，電牽引與液壓牽引和機(jī)械牽引有以下幾個優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，也不會受溫度變化的影響，同時電牽引也克服了機(jī)械牽引不能實(shí)現(xiàn)無級變速的缺點(diǎn)，它還具有效率高、壽命長、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)，還能使采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸減小，因此采用電牽引。
牽引機(jī)構(gòu)與牽引裝置使采煤機(jī)沿著采煤工作面移動。牽引機(jī)構(gòu)安裝于采煤機(jī)的內(nèi)部為內(nèi)牽引，安裝于采煤機(jī)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(jī)構(gòu)已經(jīng)逐漸取代了有鏈牽引機(jī)構(gòu)。
2.2 牽引部傳動方案的確定
2.2.1 設(shè)計(jì)原則
在設(shè)計(jì)過程中的要求有：
1. 傳動比要求大。在此次設(shè)計(jì)中電機(jī)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，選擇可以調(diào)速的電機(jī)，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(jī)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(jī)在工作過程中的故障率，采煤機(jī)應(yīng)該設(shè)計(jì)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(jī)的不同轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)次功能。
5. 能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)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(qiáng)度，滿足工作要求，盡量減少采煤機(jī)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(jī)在井下工作的環(huán)境，由于采煤機(jī)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。
2.2.2 傳動方案的選擇
根據(jù)此次設(shè)計(jì)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2-1為該方案的機(jī)構(gòu)簡圖。
圖2-1 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(shí)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，如下圖2-2。
圖2-2 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(shí)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(jī)構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、承載能力大、運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且能夠大大降低傳動的級數(shù)，因此此次設(shè)計(jì)中選方案三為最終方案。
2.2.3 主要技術(shù)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備：
采高（m）：1.6～3.5；
適應(yīng)傾角：≤35°；
截深：800mm；
滾筒直徑：1.8m；
電壓：3300V
牽引形式 ：齒輪—銷軌電牽引；
裝機(jī)功率：930KW；
2.2.4 電動機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)要求牽引部功率為55KW，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的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對安全，而且電機(jī)工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，效率高。所以選擇三相鼠籠異步防爆電動機(jī)，型號為YB2-250M-4-55；其主要參數(shù)如下：
額定功率：55KW；
額定電壓：380V；
滿載電流：69A；
額定轉(zhuǎn)速：1480r/min；
滿載效率：0.926；
滿載功率因數(shù)：0.88；
接線方式：Y；
質(zhì)量：530KG；
冷卻方式：水冷
該電動機(jī)輸出軸上帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機(jī)將輸出的動力傳遞給齒輪減速機(jī)構(gòu)。
2.2.5 傳動比的分配
在進(jìn)行多級傳動系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時，傳動比分配是一個重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比的確定有如下原則：
1.各級傳動的傳動比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過所允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點(diǎn)，使減速器獲得最小外形。
2.各級傳動間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應(yīng)便于安裝。
3.使各級傳動的承載能力接近相等，也就是要達(dá)到等強(qiáng)度。
4.使各級傳動中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。
5.設(shè)計(jì)過程中計(jì)算好中心距，防止齒輪在運(yùn)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(jì)多級減速器時，應(yīng)該合理的分配其傳動比。
由于采煤機(jī)在工作過程中常有過載和沖擊載荷，維修比較困難，空間限制又比較嚴(yán)格，故對行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動比。
設(shè)計(jì)采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖2-3所示：
a太陽輪 b內(nèi)齒圈 c行星輪 h行星架
圖2-3 NGW型行星機(jī)構(gòu)
該行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪c、行星架h等組成。傳動時，內(nèi)齒圈b固定不動，太陽輪a為主動輪，行星架h上的行星輪c繞自身的軸線ox—ox轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動行星架h回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線ox—ox是轉(zhuǎn)動的。
這種型號的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳動功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)牽引部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減速機(jī)構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動比一般為2.1～13.7。當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動件，行星架x為從動件時，傳動比的推薦值為2.7～9。所以這里先定行星減速機(jī)構(gòu)傳動比：i，i。
根據(jù)前述多級減速齒輪的傳動比分配原則及齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17為依據(jù)，初定齒數(shù)及各級傳動比為：i=z/z=2.84，i=z/z=2.13，i=1.36。
2.3 牽引部傳動計(jì)算
2.3.1 各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩
1.各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：從電動機(jī)出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸。
Ⅰ軸 nr/min
Ⅱ軸 n= n/ i=1480/2.84=521.1 r/min
Ⅲ軸 n= n/ i=521.1/2.13 =244.6 r/min
Ⅳ軸 n= n/ i=243/6.3=38.83r/min
Ⅴ軸 n= n/ i=38.83/4.5=8.63 r/min
2.各軸功率計(jì)算：
Ⅰ軸 =55×0.99×0.98=53.36kW
Ⅱ軸 .=53.36×0.98×0.97=50.72kW
Ⅲ軸 P=P=50.72×0.98×0.97=48.21 kW
Ⅳ軸 P=P= 48.21×0.98×0.97=45.83kW
Ⅴ軸 P=P=45.83×0.98×0.97=43.57 kW
式中 ——聯(lián)軸器效率 =0.99
——閉式圓柱齒輪效率 =0.97
——軸承效率 =0.98
——花鍵傳動效率 0.97
3.各軸扭矩計(jì)算:
Ⅰ軸 T=9550Nm
Ⅱ軸 T=9550Nm
Ⅲ軸 T=9550Nm
Ⅳ軸 T=9550Nm
Ⅶ軸 T=9550Nm
將上述計(jì)算結(jié)果列入下表：
軸號
輸出功率
P（kW）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
輸出轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
傳動比
Ⅰ軸
53.36
1480
344.32
2.84
2.13
6.3
Ⅱ軸
50.72
521.1
929.526
Ⅲ軸
48.21
244.6
1882.28
Ⅳ軸
45.83
38.83
11270.74
4.5
Ⅴ軸
43.57
8.63
48214.774
1.36
表2-1
2.3.2 齒輪1和齒輪2的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
齒輪1和2是一級圓柱齒輪傳動的兩個齒輪，齒輪1是高速小齒輪，齒輪2是低速大齒輪
1.選擇齒輪材料
兩個齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度。
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對軸承為非對稱布置，?。?．8
小輪齒數(shù)： =25
惰輪齒數(shù)： ＝i=71
齒數(shù)比 ： ＝/=71/25
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：T=233211Nm
載荷系數(shù)：由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：＝1．75
動載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
取 ＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
?。?.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
取
則載荷系數(shù)的初值
=1.75 =2.541
彈性系數(shù)：
查表得
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)知
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.84=2.795
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
=1 ,(不許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=66.587mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=66.587/25=2.66
查表 取m=4mm
高速小齒輪1分度圓直徑的參數(shù)圓整值d1：
d1=25mm
低速大齒輪2分度圓直徑：
d=mZ=4mm
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=192mm
齒寬：
b=0.8mm
圓整 b=54mm
齒寬：
小輪齒寬：
=60
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.62
大輪Y=2.222
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.59
大輪Y=1.752
重合度 =
=1.675
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.675
=0.698
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.5
則公式:
[]
==107.69
==93.62
檢驗(yàn)合格
2.3.3 齒輪3和齒輪4的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
齒輪3和4是二級圓柱齒輪傳動的兩個齒輪，齒輪3是高速小齒輪，齒輪4是低速大齒輪，同時也是惰輪。
1)選擇齒輪材料
兩個齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=38
大齒數(shù)：
＝i=80.94
整取 =81
齒數(shù)比
＝/=81/38
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=629600Nmm
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1．75
動載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
則載荷系數(shù)的初值
=1.75
=2.541
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.13=1.312
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
Z= Z=1
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=95.33mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z3=95.33/38=2.51
查表 取m=4mm
小齒輪3分度圓直徑的參數(shù)圓整值d3：
d3=38
大齒輪4分度圓直徑：
d4=mZ4=4
中心距 ：
=m/2(Z3+ Z4)=238mm
齒寬：
b=0.8mm
惰輪齒寬：
b4 = b
小輪齒寬：
=82mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.43
大輪Y=2.202
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.652
大輪Y=1.771
重合度 =
=1.66
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.66
=0.701
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.7
[]
[]=581/358.24
[]=581/358.24
則公式:
==194.86
==175.442
合格
2.3.4 齒輪5和齒輪6的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
齒輪5和齒輪6是行走機(jī)構(gòu)的兩個傳動齒輪，齒輪6最后輸出鏈輪。
計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
兩個齒輪都選用20GrMnTi調(diào)質(zhì)
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對軸承為非對稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=17
惰輪齒數(shù)：
＝i=23.18
圓整 =23
齒數(shù)比 ：
＝/=23/17
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=34025640N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1
動載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
=1.1
則載荷系數(shù)的初值
=1
=1.45
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N2= N/i=/1.36=3.39
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
Z=1.04
Z=1.06
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=275.335mm
齒輪模數(shù)：
m=d / Z5 =275.335/17=16.1
查表 取m=16mm
小齒輪5分度圓直徑：
d5=17
大齒輪6分度圓直徑：
d6=mZ=16
中心距 ：
=m/2(Z5+ Z6)=320mm
齒寬：
b=0.8mm
圓整b=220
齒輪6齒寬：
b6 = b
小輪齒寬：
=226mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.97
大輪Y=2.69
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.52
大輪Y=1.575
重合度 =
=1.554
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.554
=0.732
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.5
則公式:
[]
得：
[]=595425
[]=595/210
==328.177
==319.621
效驗(yàn)合格
最后行走輪選用30GrMnMo作為材料，齒數(shù)為9，模數(shù)為44，分度圓直徑d==396。
2.4 牽引部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
配齒計(jì)算
這里采用2K-H型行星傳動機(jī)構(gòu), 該種機(jī)構(gòu)要正確嚙合，必須滿足四個條件：
1. 傳動比條件：當(dāng)中心輪a輸入時，設(shè)給定的傳動比為，內(nèi)齒圈的齒數(shù)為Zb，中心輪的齒數(shù)為Za，則上述三個量滿足滿足下列關(guān)系：
=1+Zb/Za
(2)同軸條件：為保證行星輪g同時與中心輪a,太陽輪b實(shí)現(xiàn)正確嚙合，對于圓柱齒輪行星傳動機(jī)構(gòu)，要求外嚙合副的中心距與內(nèi)嚙合副的中心距相等，即=。對于標(biāo)準(zhǔn)傳動或高度變位傳動，有
=
可得：
在標(biāo)準(zhǔn)傳動中，外嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于內(nèi)嚙合齒輪的接觸強(qiáng)度，為適當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)外嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度，常采用角度變位傳動，外嚙合齒輪副通常采用大嚙合角的正傳動，；內(nèi)嚙合齒輪副一般采用小嚙合角的正傳動或負(fù)傳動，，這樣整個行星傳動的接觸強(qiáng)度可提高30%，采用角變度傳動時，外嚙合和內(nèi)嚙合的中心距分別為：
由以上兩式可得：
以上三式中 —分度圓壓力角；—外嚙合齒輪副的嚙合角;
—內(nèi)嚙合齒輪副的嚙合角
(3)裝配條件：為保證各行星齒輪均勻分布在中心輪的周圍，而且能準(zhǔn)確的裝入兩中心輪的齒間實(shí)現(xiàn)正確嚙合，則必須滿足兩中心輪的齒數(shù)和與行星輪的數(shù)目的比值為整數(shù)，即：
（整數(shù)）
亦可表示為：
(4)鄰接條件：行星機(jī)構(gòu)在運(yùn)動的過程中，行星輪之間不能發(fā)生干涉，即要保證兩行星輪的中心距L大于兩行星輪齒頂圓半徑之和，即：
或表示為：
對于標(biāo)準(zhǔn)傳動或高度變位傳動有：
將以上兩式代入式(3-5)得：
依據(jù)上述四個條件，初步確定太陽輪，內(nèi)齒圈以及行星輪的齒數(shù)。
2.4.1 第一級行星齒輪的計(jì)算
已知：輸入功率48.21KW,
轉(zhuǎn)速244.6r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=38.83r/min
1 齒數(shù)選擇：
查手冊當(dāng)i1=6.3時，，Za=17，Zc=28，Zb=71，采用不等角度變位齒輪嚙合。
預(yù)選嚙合角： =(24-26)°,=（18-20）°,=25°
2 材料選擇及熱處理方式
(1)太陽輪與行星輪： 選用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度58～62HRC
查表選取: σHlim=1300MPa,σFlim=700MPa
(2)內(nèi)齒輪： 選用35CrMoV調(diào)質(zhì)，表面硬度250～280HBS
3 a-c齒輪按接觸強(qiáng)度
初算按式
（1）齒輪副配對材料對傳動尺寸的影響系數(shù)取=1
（2）計(jì)算齒數(shù)比
（3）接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)
（4）輸入轉(zhuǎn)矩
設(shè)載荷不均勻系數(shù) =1.15
在一對a-c傳動中，小輪（太陽輪）傳遞轉(zhuǎn)矩
（5）計(jì)算齒寬系數(shù) 取 故
（6）計(jì)算 MPa
（7）初定中心距，代入強(qiáng)度計(jì)算公式
= mm
= 135.4 mm
取=136 mm
（8）計(jì)算模數(shù)m
mm
取標(biāo)準(zhǔn)值
（9）未變位時中心距a
（10）中心距變動系數(shù)
=
=0.755
(11)實(shí)際中心距
取
4 a-c齒輪傳動的主要尺寸
（1）實(shí)際中心距變動系數(shù)Y
（2）實(shí)際嚙合角
（3）總變位系數(shù)
（4）分配變位系數(shù)，查圖2-1（b）知合適，可分變位系數(shù)如下
，
齒高變動系數(shù)
(6)太陽輪a的主要尺寸
m
=
= 110 mm
取=48mm
（7）行星輪c的主要尺寸
m
=
= 214.62mm
5 b-c齒輪傳動的主要尺寸
6 內(nèi)齒圈b的主要尺寸
mm
mm
7 驗(yàn)算a-c齒輪傳動的接觸強(qiáng)度
（1）圓柱齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：“+”-外嚙合，“-”-內(nèi)嚙合
（2）計(jì)算
式中：
（3）確定參數(shù)
查的：所選齒輪精度為
（4）確定參數(shù)
查表得：2.15
（5）計(jì)算 將以上各個數(shù)值代入接觸應(yīng)力計(jì)算公式，得
（6）驗(yàn)算結(jié)果
滿足要求
8 輪齒抗彎強(qiáng)度校核
（1）齒根應(yīng)力計(jì)算公式
由于行星輪c受對稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其承受能力較低，應(yīng)按該齒輪計(jì)算，根據(jù)相關(guān)資料可查得：
代入上述各值
（2）驗(yàn)算
滿足要求
9 b-c齒輪傳動的接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度
由于b-c齒輪時內(nèi)嚙合傳動，承載能力高于外嚙合傳動，故不再進(jìn)行驗(yàn)算
2.4.2 第二級行星齒輪的計(jì)算
已知：輸入功率45.83KW
轉(zhuǎn)速38.83r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=8.63r/min
1 齒數(shù)選擇
查手冊當(dāng)i1=4.5時，，Za=17，Zc=21，Zb=61，采用不等角度變位齒輪嚙合。
預(yù)選嚙合角： =(24-26)°，=（18-20）°，=25.2°
2 材料選擇及熱處理方式
(1) 太陽輪與行星輪： 選用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度58～62HRC
查表選取 σHlim=1300MPa， σFlim=700MPa
(2) 內(nèi)齒輪： 選用35CrMoV調(diào)質(zhì)，表面硬度250～280HBS
3 a-c齒輪按接觸強(qiáng)度
初算按式
（1）齒輪副配對材料對傳動尺寸的影響系數(shù)取=1
（2）計(jì)算齒數(shù)比
（3）接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)
（4） 輸入轉(zhuǎn)矩
設(shè)載荷不均勻系數(shù) =1.15
在一對a-c傳動中，小輪（太陽輪）傳遞轉(zhuǎn)矩
（5）計(jì)算齒寬系數(shù) 取 故
取
（6）計(jì)算 MPa
（7）初定中心距，代入強(qiáng)度計(jì)算公式
=
=161.2
取=162
（8）計(jì)算模數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)值
（9）未變位時中心距a
(10)中心距變動系數(shù)
=
=0.73
(11)實(shí)際中心距
取
4 a-c 齒輪傳動的主要尺寸
（1）實(shí)際中心距變動系數(shù)Y
（2）實(shí)際嚙合角
（3）總變位系數(shù)
（4）分配變位系數(shù)，可分變位系數(shù)如下
，
齒高變動系數(shù)
(6)太陽輪a的主要尺寸
=
=177.228
取=78mm
（7）行星輪c的主要尺寸
=
=212.94
5 b-c齒輪傳動的主要尺寸
6 內(nèi)齒圈b的主要尺寸
7 驗(yàn)算a-c齒輪傳動的接觸強(qiáng)度
（1）圓柱齒輪接觸應(yīng)力計(jì)算公式
式中：“+”-外嚙合，“-”-內(nèi)嚙合
（2）計(jì)算
式中：
（3）確定參數(shù)
查的：所選齒輪精度為
（4）確定參數(shù)
查得：2.15
（5）計(jì)算 將以上各個數(shù)值代入接觸應(yīng)力計(jì)算公式，得
（6）驗(yàn)算結(jié)果
得 ，不滿足要求，所以太陽輪和行星輪選用20CrNi2MoA,內(nèi)齒圈選用20CrMnTi
8 輪齒抗彎強(qiáng)度校核
（1）齒根應(yīng)力計(jì)算公式
由于行星輪c受對稱循環(huán)的彎曲應(yīng)力，其承受能力較低，應(yīng)按該齒輪計(jì)算，根據(jù)相關(guān)資料可查得：
代入上述各值
（2）驗(yàn)算
滿足要求
9 b-c齒輪傳動的接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度
由于b-c齒輪時內(nèi)嚙合傳動，承載能力高于外嚙合傳動，故不再進(jìn)行驗(yàn)算
3 強(qiáng)度校核
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括軸的形狀、軸的徑向尺寸和軸向尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初估軸頸基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
為了滿足設(shè)計(jì)要求，保證軸上零件的定位和規(guī)定，便于裝配，并有良好的加工工藝性，所以選擇階梯軸形。裝滾動軸承的定位軸肩尺寸應(yīng)查有關(guān)的安裝尺寸。為便于裝配及減小應(yīng)力集中，有配合的軸段直徑變化處做成引導(dǎo)錐。在一根軸上的軸承一般都取一樣型號，使軸承孔尺寸相同，可一次鏜孔，保證精度。
3.1 Ⅱ軸的設(shè)計(jì)與校核
（1） 計(jì)算作用在齒輪上的力
軸上的轉(zhuǎn)矩
軸上大齒輪分度圓直徑為：
圓周力，徑向力和軸向力的大小如下
小輪分度圓直徑為：
圓周力，徑向力和軸向力的大小如下
（2） 確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。
按文獻(xiàn)2式8-2初估軸的最小直徑 查文獻(xiàn)2表8.6 取A=115，得
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)軸的軸向定位要求已知軸上零件的裝配方案和他們之間的徑向配合尺寸等參數(shù)來確定出軸上各軸段的直徑和長度，已經(jīng)軸上零件的周向定位，最后確定軸上圓角和倒角尺寸。
下圖3-1為軸的示意圖：
圖3-1 軸示意圖
從左往右：
第一段： 根據(jù)軸的最小直徑，取,裝圓錐滾子軸承，選用尺寸為 ,該段軸長為軸承寬度和輪轂寬度和齒輪定位套筒寬度之和
第二段： 為齒輪定位的軸肩
第三段：
第四段： 裝軸承
(4)軸的強(qiáng)度校核：
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖。因此得、 、 。設(shè)向上為正反方向
1）求軸承的反力
水平面：
垂直面：
2）求齒寬中點(diǎn)處的彎矩
水平面彎矩：
垂直面彎矩：
合成彎矩：
扭矩
按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩 取折合系數(shù) 則齒寬中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表8.2查得，由表8.9查得材料許用應(yīng)力
軸的計(jì)算應(yīng)力為
該軸滿足強(qiáng)度要求
4）根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖和軸的受力分析，可以做出軸的計(jì)算受力簡圖，以及軸的彎矩圖和扭矩圖
圖3-2
3. 2 對Ⅱ軸的軸承校核
式中 n－軸承內(nèi)外圈的相對速度；C－軸承的額定載荷；
P－軸承承受的當(dāng)量載荷; Ft－溫度系數(shù)；
ε－壽命系數(shù)，取ε＝.
對二軸的軸承NU 216E 尺寸為 進(jìn)行壽命計(jì)算
主要性能參數(shù)：
1 計(jì)算軸承支反力
(1)采用在軸的校核中的數(shù)據(jù)
水平面：
垂直面：
(2)合成支反力
(3)軸承的當(dāng)量動載荷
軸承工作是有輕微沖擊，由表10-6 載荷系數(shù)
(4)軸承的壽命
查文獻(xiàn)2由式12-7 軸承壽命
因 故應(yīng)按計(jì)算，由表10.3 取溫度系數(shù)
通過計(jì)算，兩個軸承的壽命合格。
3.3 對Ⅱ軸平鍵的校核
3.3.1 鍵Ⅰ的校核
1 選用平鍵
鍵 GB/T1096-2003
2 強(qiáng)度校核
按文獻(xiàn)２ 由式子3-1
式中?。瓊鬟f的轉(zhuǎn)矩,;
－軸徑 ，mm;
鍵的高
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