采煤機(jī)截割部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、采煤機(jī)截割部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 摘 要 我國(guó)是一個(gè)產(chǎn)煤大國(guó),煤炭也是我國(guó)最主要的能源,是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展,采煤機(jī)成為現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。在我國(guó),中、厚煤層資源分布廣泛,煤質(zhì)好。但機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展速度相對(duì)緩慢,隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開(kāi)采增多,提高采煤機(jī)的工作效率也越來(lái)越重要。而采煤機(jī)截割部對(duì)于整臺(tái)采煤機(jī)非常重要,因?yàn)榻馗顧C(jī)構(gòu)是采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤的主要部件。 說(shuō)明書(shū)主要論述了采煤機(jī)截割部機(jī)械主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。截割部傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用的是電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力經(jīng)由三級(jí)直齒圓柱齒輪和行星機(jī)構(gòu)減速,最后帶動(dòng)螺旋滾筒,實(shí)現(xiàn)采煤。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)截割部機(jī)械主傳動(dòng)

2、結(jié)構(gòu)中的齒輪、軸和軸承進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核和選用,使采煤機(jī)的截割部機(jī)械主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最終滿足需要。 關(guān)鍵詞:采煤機(jī);截割機(jī)構(gòu);截割部;行星機(jī)構(gòu)Abstract China is a country with great coal. coal is Chinas main energy, also,it is the guarantee of our country national economy rapid growth of the important matter foundation. With the development of integrated mechanization

3、 coal mining machine, now the main coal mining machinery. In our country, in a widely distributed resource, thick coal seam, coal quality is good. But the mechanization mining technology relatively slow pace of development, with a large number of coal mines in the thick coal seam mining resources, i

4、ncrease work efficiency, enhances the coal mining machine is more and more important. The shearer cutting unit for a mining machine is very important, because the cutting mechanism of shearer is achieved, the main components of coal on coal?The manual discusses the design and calculation of the main

5、 drive of the shearer cuttingthe Department of Mechanical structure. The cutting unit drive design uses the motoroutput power through three spur gear and planetary bodies slow down, and finally drivenspiral roller to achieve the coal. Structure of the cutting unit mechanical main drive gears, shafts

6、 and bearings in the design process, design calculations, strength check and selection, and ultimately meet the needs of the shearer cutting unit mechanical structural design of the main driveKey words:Shearer; Cutting agency;Cutting Unit;Planetary bodies目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 研究目的和意義11.2 國(guó)內(nèi)外采煤

7、機(jī)的發(fā)展及趨勢(shì)11.2.1 國(guó)外采煤機(jī)的發(fā)展概況11.2.2 國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展概況21.3 研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo)31.4 研究的主要內(nèi)容3第2章 采煤機(jī)截割部的方案設(shè)計(jì)42.1 采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)方案的制定42.2 采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)方案的確定5第3章 截割部主傳動(dòng)參數(shù)確定63.1 截割部電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及電動(dòng)機(jī)選型63.1.1 截割部裝機(jī)功率的計(jì)算63.1.2 電動(dòng)機(jī)的選型73.2 截割部總傳動(dòng)比的計(jì)算分配及動(dòng)力參數(shù)的確定83.2.1 總傳動(dòng)比的確定83.2.2 傳動(dòng)比的分配83.2.3 各軸轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定93.3 齒輪參數(shù)計(jì)算103.3.1 確定第一對(duì)嚙合齒輪的參數(shù)103.3.2 確定第二對(duì)

8、嚙合齒輪的參數(shù)123.3.3 確定第三對(duì)嚙合齒輪的參數(shù)153.3.4 確定行星齒輪的參數(shù)173.4 軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)213.4.1 截一軸尺寸的確定213.4.2 截二軸尺寸的確定223.4.3 截三軸尺寸的確定23第4章 強(qiáng)度校核254.1 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的校核計(jì)算254.1.1 第一對(duì)齒輪的強(qiáng)度校核254.1.2 行星輪系校核274.2 軸的強(qiáng)度校核314.3 軸承的選擇以及壽命計(jì)算344.4 軸上漸開(kāi)線花鍵的強(qiáng)度計(jì)算34結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39CONTENTS AbstractChapter 1 Introduction11.1 Research purpose and signif

9、icance of study11.2 Domestic and foreign development and trend of coal mining machine 11.2.1 Overview of the development of foreign Shearer 11.2.2 The domestic development situation of coal mining machine 2 1.3 Research / design goals 31.4 The main content of the research 3Chapter 2 Shearer cutting

10、unit design 42.1 Enactment of the shearer cutting unit for Scheme determination42.2 Shearer cutting unit design scheme 5Chapter 3 Cutting the Department of main transmission parameters 63.1 Cutting the Department of Motor power calculation and motor selection 63.1.1 Cutting the calculation of the in

11、stalled power 63.1.2 Selection of motor 73.2 Calculate the distribution of the cutting unit total transmission ratio and dynamicparameters to determine the 83.2.1 The total transmission ratio 83.2.2 Distribution of the transmission ratio 83.2.3 The shaft speed, power, torque identification 93.3 Gear

12、 parameters for calculation 103.3.1 Determine the parameters of the first pair of meshing gears 103.3.2 Determine the parameters of the second pair of meshing gears 123.3.3 Determine the parameters of the third pair of meshing gears 153.3.4 To determine the parameters of the planetary gear 173.4 Axi

13、s component structure design 213.4.1 Cut-off one axis to determine the size 213.4.2 Cut-off two axes to determine the size 223.4.3 Cut-off three-axis to determine the size 23Chapter 4 Strength Check 254.1 Check Calculation of gear drive strength 254.1.1 The first pair of the strength of the gear che

14、ck 254.1.2 Department of checking of planetary gear 274.2 Axis strength check 314.3 Bearing selection and life span 344.4 Axis involute flower bond strength calculation 34Conclusions 37Acknowledgements 38References 39第1章 緒論1.1 研究目的和意義 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,對(duì)能源的需求量將會(huì)日益增加。而作為我國(guó)傳統(tǒng)能源的煤炭是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要能源保障。我國(guó)目前煤礦

15、對(duì)于一些中、厚煤層,由于技術(shù)的原因開(kāi)采不到位,因此對(duì)中、厚煤層采煤機(jī)的需求量很大。所以說(shuō)研制開(kāi)發(fā)中、厚煤層采煤機(jī)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益。而目前我國(guó)的中、厚煤層采煤機(jī)并不能滿足實(shí)際工況的需要,其中一個(gè)主要的原因是由于其截割部的設(shè)計(jì)并不是很完善,而該設(shè)計(jì)正是在這樣一個(gè)背景下進(jìn)行的,對(duì)中、厚煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)就是為了滿足實(shí)際工況的需求,使其發(fā)揮更大的作用。 為適應(yīng)中、厚煤層的開(kāi)采,研究設(shè)計(jì)MG300/700-WD型采煤機(jī),它采用了當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的一些比較先進(jìn)的技術(shù),如變頻調(diào)速,機(jī)載操作站操作和無(wú)線電離機(jī)遙控操作等等,可以說(shuō)是代表了當(dāng)前世界的一流水平,在國(guó)內(nèi)投入使用,設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),檢測(cè)及有關(guān)參數(shù)的顯

16、示使用中文。這款采煤機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)及使用,能大大的提高采煤的效率,對(duì)降低工人工作強(qiáng)度,提高年產(chǎn)量都有很大的幫助。采煤機(jī)截割部主要由箱體、原電機(jī)、輸出軸、減速部分、除塵及冷卻系統(tǒng),潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。采煤機(jī)截割部承擔(dān)截煤和裝煤任務(wù),是采煤機(jī)的主要部件之一。通過(guò)對(duì)截割部設(shè)計(jì)的完善,從整體上提高我國(guó)對(duì)中、厚煤層開(kāi)采的效率。 1.2 國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)的發(fā)展及趨勢(shì)1.2.1 國(guó)外采煤機(jī)的發(fā)展概況 20世紀(jì)40年代末,美國(guó)利諾斯公司首先在裝煤機(jī)機(jī)身上安裝了一個(gè)可擺動(dòng)的落煤截割頭,實(shí)現(xiàn)了割煤、落煤和裝煤工序的機(jī)械化連續(xù)作業(yè),這就形成了采煤機(jī)的雛形。按照落煤機(jī)構(gòu)來(lái)劃分,采煤機(jī)的發(fā)展大體經(jīng)歷三個(gè)階段:第一階段,20世紀(jì)

17、40年代,以利諾斯公司的CM28H型和久益機(jī)械制造公司的3JCM型和6CM型為代表的截鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī),主要用于開(kāi)采煤炭、鉀堿礦、鋁土礦、頁(yè)巖以及永凍土等。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力低,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝煤效果差。第二階段,50年代,以久益公司的8CM 型為代表的擺動(dòng)式截割頭采煤機(jī),生產(chǎn)能力較高,裝煤效果較好,但機(jī)器工作時(shí)振動(dòng)大,維護(hù)費(fèi)用高。第三階段,60年代至今,滾筒式連續(xù)采煤機(jī)高速發(fā)展,并日趨成熟。從80年代開(kāi)始,隨著開(kāi)采工藝的發(fā)展和開(kāi)采條件的提高,采煤機(jī)不斷向大功率、多功能、系列化和自動(dòng)化方向發(fā)展,使其適用性和智能性增強(qiáng),逐漸成為先進(jìn)產(chǎn)煤大國(guó)的主要采煤設(shè)備。第三代滾筒式連續(xù)采煤機(jī),集破煤、落煤、裝運(yùn)、行走、

18、電液系統(tǒng)及輔助裝置為一體,達(dá)到了很高的制造水平。 隨著技術(shù)的成熟,一些集電子電力,微電子,信息管理以及計(jì)算機(jī)智能技術(shù)與一體的大功率電牽引采煤機(jī)被開(kāi)發(fā)研制出來(lái),其性能參數(shù)優(yōu),可靠性強(qiáng),自動(dòng)化程度高,操作方便,控制靈敏,監(jiān)控保護(hù)及檢測(cè)功能完善1。1.2.2 國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展概況 從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始,我國(guó)進(jìn)入了采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期,在廣泛吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí),不斷的實(shí)踐創(chuàng)新,銳意進(jìn)取,重視采煤機(jī)成系列的開(kāi)發(fā),不斷礦大使用范圍,同時(shí)推廣使用無(wú)連牽引,是采煤機(jī)工作更平穩(wěn),使用更更安全。在九十年代,電牽引技術(shù)逐漸成熟,多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流,為提高生產(chǎn)效率立下了汗馬功勞

19、。隨著科技的進(jìn)步,開(kāi)發(fā)高產(chǎn)高效礦井綜合配套設(shè)備已成為我國(guó)煤炭科技發(fā)展的主流:大功率、大截深電牽引采煤機(jī)被廣泛的開(kāi)發(fā)和使用,一些世界前沿的先進(jìn)技術(shù)也被用到了采煤機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用中,如變頻技術(shù),遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)線遙控等等,為更好的服務(wù)我國(guó)煤礦事業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1991年,煤炭科學(xué)總院上海分院與波蘭合作,在國(guó)內(nèi)率先研制成功了我國(guó)第一臺(tái)交流變頻調(diào)速技術(shù)的薄煤層爬底板采煤機(jī)后,上海分院又先后研制成功了截割電機(jī)縱向布置的交流電牽引采煤機(jī)、截割電機(jī)橫向布置的適用于中厚和較薄煤層的交流電牽引采煤機(jī),并成功應(yīng)用于晉城、淮南、徐州、大同等礦務(wù)局11 。采煤機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在,隨著各項(xiàng)技術(shù)的掌握,我國(guó)將在以下方面進(jìn)行攻關(guān)研

20、究,力爭(zhēng)趕上世界先進(jìn)水平: 1大功率、大截深電牽引采煤機(jī)的進(jìn)一步研究 2大功率采煤機(jī)的工況監(jiān)制,故障診斷于控制系統(tǒng)的研究 3為最大限度的利用我國(guó)能源,著力研制發(fā)展薄煤層采掘機(jī)械 4應(yīng)用高新技術(shù),嚴(yán)格管理,提高可靠性在電牽引采煤機(jī)的研制領(lǐng)域,我國(guó)雖然取得了一些客觀的成績(jī),但與目前與國(guó)外先進(jìn)的采煤機(jī)相比,再總體參數(shù)性能方面尚有較大差距,某些關(guān)鍵部件的性能、功能、適用范圍還亟待完善和提高,尤其是線監(jiān)控、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸與采煤機(jī)自動(dòng)控制、傳感器等智能化技術(shù)和機(jī)械部件的可靠性、壽命與國(guó)外的相比差距很大,此外,我國(guó)在采煤機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)、加工制造和材質(zhì)性能上與國(guó)外先進(jìn)水平也有較大的差距。因此,

21、為提高產(chǎn)品質(zhì)量,采煤機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)尚需加大研究力度12 。1.3 研究/設(shè)計(jì)的目標(biāo) 對(duì)MG300/700-WD型采煤機(jī)截割部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)幾種設(shè)計(jì)方案的比較分析,選擇最優(yōu)方案,使其結(jié)構(gòu)更緊湊,更合理。在煤層開(kāi)采時(shí),能夠使采煤機(jī)安全、可靠、高效生產(chǎn)。 設(shè)計(jì)目標(biāo):采高H1.8m;截深J0.8m;滾筒直徑1800;適應(yīng)傾角45;滾筒轉(zhuǎn)速n39.67r/min;年生產(chǎn)量達(dá)到500萬(wàn)噸。1.4 研究的主要內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)主要研究以下內(nèi)容:采煤機(jī)截割部的傳動(dòng)方案的制定;采煤機(jī)截割部電機(jī)型號(hào)的確定;采煤機(jī)截割部傳動(dòng)比的確定;各級(jí)動(dòng)力學(xué)計(jì)算,包括扭矩、轉(zhuǎn)速、功率與效率; 傳動(dòng)比的分配及各齒輪齒數(shù)

22、、模數(shù)的確定;行星機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算;各軸組件的設(shè)計(jì);齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核; 軸承的選型與壽命計(jì)算;鍵的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核。第2章 采煤機(jī)截割部的方案設(shè)計(jì)2.1 采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)方案的制定 綜合參考國(guó)內(nèi)外各種采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)方案,同時(shí)類(lèi)比相似型號(hào)的采煤機(jī)的截割部傳動(dòng)方案,初步定出滾筒式采煤機(jī)截割部若干傳動(dòng)方案如下: 方案一如圖2-1,該方案?jìng)鲃?dòng)方式:電機(jī)?固定減速箱?搖臂?滾筒。(圖2-1)1-電動(dòng)機(jī) 2-固定減速箱 3-搖臂 4-滾筒 方案二(如圖2-2),此方案?jìng)鲃?dòng)方式為:電機(jī)?固定減速箱?行星齒輪傳動(dòng)?滾筒。(圖2-2) 1-電動(dòng)機(jī) 2-固定減速箱 3-搖臂 4-行星齒輪 5-滾筒 (圖2-3)

23、 1-電動(dòng)機(jī) 2-搖臂減速箱 3-行星齒輪 4-滾筒 方案三(如圖2-3),傳動(dòng)方式為:電動(dòng)機(jī)?搖臂?行星齒輪傳動(dòng)?滾筒。2.2 采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)方案的確定 方案一的特點(diǎn)是:傳動(dòng)簡(jiǎn)單,搖臂從固定減速箱端部伸出,支承可靠,齒輪系傳動(dòng)穩(wěn)定,易于安裝,但臥底量較小,不適合中厚煤層開(kāi)采。因此,此方案不宜采用。 方案二的特點(diǎn)是:在滾筒內(nèi)裝了行星傳動(dòng),簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng),但筒殼增大了,結(jié)構(gòu)不夠緊湊,所以此方案也不宜采用。 方案三的特點(diǎn)是:采用獨(dú)立搖臂,其本身就是個(gè)單獨(dú)的減速箱,進(jìn)出油口都密封。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,取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸,傳動(dòng)簡(jiǎn)單,調(diào)高范圍大,結(jié)構(gòu)緊湊

24、,較為適合。 綜上所述,此次設(shè)計(jì)方案確定為方案三。第3章 截割部主傳動(dòng)參數(shù)確定3.1 截割部電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及電動(dòng)機(jī)選型3.1.1 截割部裝機(jī)功率的計(jì)算設(shè)計(jì)目標(biāo):1.采高H1.8m(約等于滾筒直接D); 2.截深J0.8m; 3.采煤機(jī)機(jī)寬小于B1.5m; 4.設(shè)計(jì)年產(chǎn)量M500萬(wàn)噸; 5.滾筒轉(zhuǎn)數(shù)n小于40r/min。采煤機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)力Q856.2t/h 由文獻(xiàn)1知, Q(t/h)式中 J?滾筒有效截深,m; H?采煤機(jī)的平均采高,m; ?采煤機(jī)的最大工作牽引速度,m/min; ?塊煤的比重率(t/),1.35t/。 Q856.2t/h算得m/min7.5m/min螺旋滾筒的截割功率采用單位生

25、產(chǎn)力所消耗的能量的方法來(lái)計(jì)算,即 kW式中 ?采煤機(jī)截割總功率,kW;?采煤機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)率,648;?截割比能耗,?功率利用系數(shù),單機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)取1,分別驅(qū)動(dòng)時(shí)取0.8;?功率水平系數(shù),自動(dòng)調(diào)速時(shí)取0.95,手動(dòng)調(diào)速時(shí)取0.85;?后滾筒的工作條件系數(shù),一般取0.8;如果每層截割阻抗不同于基煤層,則: 式中 ?截割比能耗,0.52;?不同截割阻抗,取值范圍為240360N/mm,則取值300;A?相同截割阻抗,取值范圍為180240N/mm,則取值 210。則 kW600kW式中 ?截割部的總傳動(dòng)效率。3.1.2 電動(dòng)機(jī)的選型 采煤機(jī)截割部的截割功率為3002kW,即每個(gè)截割部的功率為300kW。根

26、據(jù)礦下電機(jī)的具體工作情況,要有防爆和防電火花的安全性,以保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的客氣中絕對(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。據(jù)此選擇由遼寧撫順電機(jī)廠生產(chǎn)的三相鼠籠式異步防爆電動(dòng)機(jī):YBC3-300。該型號(hào)電動(dòng)機(jī)帶有離合器,電動(dòng)機(jī)輸出軸帶有花鍵,通過(guò)花鍵傳遞動(dòng)力。其技術(shù)參數(shù)如下: 額定功率:300kW 額定電壓:1140V 額定電流:206A 額定轉(zhuǎn)速:1476r/min 額定頻率:50Hz 絕緣等級(jí):H 接線方式:Y 工作方式:S 重量:1502kG 冷卻方式:外殼水冷3.2 截割部總傳動(dòng)比的計(jì)算分配及動(dòng)力參數(shù)的確定3.2.1 總傳動(dòng)比的確定 總傳動(dòng)比等于截割電

27、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與滾筒的轉(zhuǎn)速的比值,滾筒的轉(zhuǎn)速依據(jù)總體參數(shù)的性能要求而定,考慮調(diào)換齒輪對(duì),滾筒的轉(zhuǎn)速通常有2-4種可供選擇。采煤機(jī)截割電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1476r/min,滾筒的轉(zhuǎn)速一般在20r/min-100r/min(直徑大轉(zhuǎn)速小),截割部主傳動(dòng)比的總傳動(dòng)比約為。 總傳動(dòng)比: 式中 ?電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min; ?滾筒轉(zhuǎn)速,r/min。3.2.2 傳動(dòng)比的分配 對(duì)與采煤機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性,一般需要3-5級(jí)減速。對(duì)于大功率中、厚煤層采煤機(jī),采用2Z-X負(fù)號(hào)行星齒輪傳動(dòng)時(shí),可能只需要三級(jí)減速。行星齒輪傳動(dòng)安排在最后一級(jí)較合理,即可利用滾筒筒轂內(nèi)的空間,又可減小前各級(jí)齒輪的傳動(dòng)比和尺寸。 由于采煤機(jī)工作過(guò)程

28、中常有過(guò)載和沖擊載荷,維修比較困難,空間限制又比較嚴(yán)格,故對(duì)行星齒輪減速裝置提出了很高的要求。因此,先確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。2K-H行星減速裝置的使用效率為0.970.99;其傳動(dòng)比一般為2.813.7。當(dāng)內(nèi)齒圈固定,以太陽(yáng)輪為主動(dòng)件,行星架為從動(dòng)件時(shí),傳動(dòng)比推薦值為39。采煤機(jī)的截割部的行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比一般為56。這里定行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為:5.714。 采煤機(jī)機(jī)身高度嚴(yán)格限制,每級(jí)傳動(dòng)比34。根據(jù)多級(jí)減速齒輪傳動(dòng)比的分配原則和搖臂的具體結(jié)構(gòu),初定各級(jí)傳動(dòng)比為:1.79,1.58,2.29。3.2.3 各軸轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定圖3-1 搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)圖 從電動(dòng)機(jī)出來(lái),各軸依次命名為:、

29、軸。1. 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算: 軸:r/min 軸:r/min 軸:r/min 軸:r/min 軸:r/min2. 各軸功率計(jì)算: 軸:kW 軸:kW 軸:kW 軸:kW 軸:kW 軸:kW 軸:kW 軸: 上式中:軸承效率,齒輪效率,花鍵效率。3. 各軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算: 軸: 軸: 軸: 軸: 軸: 表3-1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表編號(hào)功率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)矩()傳動(dòng)比軸29714761921.61.79軸279.56824.63237.7軸271.23521.94963.11.58軸247.7227.910379.72.29軸240.3239.6757853.75.7143.3 齒輪參數(shù)計(jì)算3.3

30、.1 確定第一對(duì)嚙合齒輪的參數(shù)傳動(dòng)比1.79輸入功率N297kW直齒圓柱齒輪材料選擇:低碳高級(jí)合金鋼20CrMnTi,7級(jí)精度,滲碳淬火處理,齒面硬度為5662HRC。初步確定齒數(shù)為:,。 1按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒輪c分度圓直徑小齒輪分度圓直徑的初算公式為 mm 3-1式中 ?算式系數(shù),對(duì)于鋼對(duì)鋼的齒輪副,直齒輪傳動(dòng)766,查參考文獻(xiàn)2表14-1-75; ?載荷系數(shù),取2; ?嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩,;由表3-1得1921.6;?試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,;查查參考文獻(xiàn)2 圖14-1-24,且取和中的較小值,1500; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。 ?許用接觸應(yīng)力, MPa

31、 ; ?小齒輪齒寬系數(shù),查表14-1-79取0.8; ?齒數(shù)比,即;將上述值代入公式中3-1得 2按齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)m 根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度,可按下列公式估算齒輪的模數(shù)。 mm 3-2式中 ?螺旋角系數(shù),對(duì)于直齒輪查參考文獻(xiàn)2表14-1-78,; ?復(fù)合齒形系數(shù),; ?齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值,由參考文獻(xiàn)2圖8.4.2(8), MPa ; ?齒根應(yīng)力,單向受力 MPa。mm 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算所得的小齒輪分度圓直徑mm,可計(jì)算小齒輪模數(shù)mm,比較彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果,取模數(shù)中的較大值,所以mm,在傳動(dòng)過(guò)程中對(duì)齒輪的強(qiáng)度要求高,可以適當(dāng)增大,取mm。 3. 齒輪幾何計(jì)算表 3-

32、2 齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算公式結(jié)果分度圓直徑mmmm標(biāo)準(zhǔn)中心距mm端面壓力角齒頂高mm齒根高mm齒高mm齒頂圓直徑mmmm齒根圓直徑mmmm齒寬mmmm3.3.2 確定第二對(duì)嚙合齒輪的參數(shù)傳動(dòng)比1.58輸入功率N279.56kW直齒圓柱齒輪材料選擇:低碳高級(jí)合金鋼20CrMnTi,7級(jí)精度,滲碳淬火處理,齒面硬度為5662HRC。初步確定齒數(shù)為:,。 1按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒輪c分度圓直徑小齒輪分度圓直徑的初算公式為 mm3-1式中 ?算式系數(shù),對(duì)于鋼對(duì)鋼的齒輪副,直齒輪傳動(dòng)766,查參考文獻(xiàn)2表14-1-75; ?載荷系數(shù),取2; ?嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩,;由表3-1得3237.7;?

33、試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,;查查參考文獻(xiàn)2 圖14-1-24,且取和中的較小值,1500; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。 ?許用接觸應(yīng)力, MPa ; ?小齒輪齒寬系數(shù),查表14-1-79取; ?齒數(shù)比,即;將上述值代入公式中3-1得 2按齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)m 根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度,可按下列公式估算齒輪的模數(shù)。 mm3-2式中 ?螺旋角系數(shù),對(duì)于直齒輪查參考文獻(xiàn)2表14-1-78,; ?復(fù)合齒形系數(shù),查參考文獻(xiàn)3表7-9; ?齒形系數(shù); ?應(yīng)力矯正系數(shù); ?齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值,由參考文獻(xiàn)2圖8.4.2(8), MPa ; ?齒根應(yīng)力,單向受力 MPa。mm 按齒面接

34、觸強(qiáng)度計(jì)算所得的小齒輪分度圓直徑mm,可計(jì)算小齒輪模數(shù)mm,比較彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果,取模數(shù)中的較大值,所以mm,在傳動(dòng)過(guò)程中對(duì)齒輪的強(qiáng)度要求高,可以適當(dāng)增大,取mm。 齒輪幾何計(jì)算表 3-3 齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算公式結(jié)果分度圓直徑mmmm標(biāo)準(zhǔn)中心距mm端面壓力角齒頂高mm齒根高mm齒高mm齒頂圓直徑mmmm齒根圓直徑mmmm齒寬mmmm3.3.3 確定第三對(duì)嚙合齒輪的參數(shù)傳動(dòng)比2.29輸入功率N271.23kW直齒圓柱齒輪材料選擇:低碳高級(jí)合金鋼20CrMnTi,7級(jí)精度,滲碳淬火處理,齒面硬度為5662HRC。初步確定齒數(shù)為:,。 1按齒面接觸強(qiáng)度初算小齒輪c分度圓直徑小齒輪分度圓

35、直徑的初算公式為 mm 3-1式中 ?算式系數(shù),對(duì)于鋼對(duì)鋼的齒輪副,直齒輪傳動(dòng)766,查參考文獻(xiàn)2表14-1-75; ?載荷系數(shù),取2; ?嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩,;由表3-1得4963.1;?試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,;查查參考文獻(xiàn)2 圖14-1-24,且取和中的較小值,1500; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。 ?許用接觸應(yīng)力, MPa ; ?小齒輪齒寬系數(shù),查表14-1-79取; ?齒數(shù)比,即;將上述值代入公式中3-1得 2按齒根彎曲強(qiáng)度初算齒輪模數(shù)m根據(jù)齒根彎曲強(qiáng)度,可按下列公式估算齒輪的模數(shù)。mm 3-2式中 ?螺旋角系數(shù),對(duì)于直齒輪查參考文獻(xiàn)2表14-1-78,;

36、 ?復(fù)合齒形系數(shù),查參考文獻(xiàn)3表7-9; ?齒形系數(shù); ?應(yīng)力矯正系數(shù); ?齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度的基本值,由參考文獻(xiàn)2圖8.4.2(8), MPa ; ?齒根應(yīng)力,單向受力MPa。mm 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算所得的小齒輪分度圓直徑mm,可計(jì)算小齒輪模數(shù)mm,比較彎曲強(qiáng)度與接觸強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果,取模數(shù)中的較大值,所以mm,在傳動(dòng)過(guò)程中對(duì)齒輪的強(qiáng)度要求高,可以適當(dāng)增大,取mm。 3. 齒輪幾何計(jì)算表 3-4 齒輪參數(shù)名稱代號(hào)計(jì)算公式結(jié)果分度圓直徑mmmm標(biāo)準(zhǔn)中心距mm端面壓力角齒頂高mm齒根高mm齒 高mm齒頂圓直徑mmmm齒根圓直徑mmmm齒寬mmmm3.3.4 確定行星齒輪的參數(shù) 1配齒計(jì)算: 初

37、選,采用一級(jí)2Z-X型行星減速機(jī)構(gòu)。 根據(jù),按文獻(xiàn)2表14-5-3選取行星輪數(shù)目。 根據(jù)齒數(shù)強(qiáng)度及傳動(dòng)平穩(wěn)性及參考文獻(xiàn)2表14-5-5確定太陽(yáng)輪齒數(shù) 為21。 根據(jù)下列條件試湊值: a傳動(dòng)比條件: b裝配條件:(整數(shù)) c同心條件:120(偶數(shù)) 計(jì)算內(nèi)齒圈及行星齒輪齒數(shù)和: 對(duì)角變位齒輪傳動(dòng),式中,?行星齒輪減少值,當(dāng)()為偶數(shù)時(shí),。 預(yù)計(jì)嚙合角和:查參考文獻(xiàn)2圖14-5-4,按,得;。 通過(guò)角變位后,既不增大該行星傳動(dòng)的徑向尺寸,又可以改善A-C嚙合齒輪副的傳動(dòng)性能。 2接觸強(qiáng)度處算中心距和模數(shù)輸入轉(zhuǎn)矩 小輪(太陽(yáng)輪)的轉(zhuǎn)矩:式中,?載荷步均勻系數(shù),由文獻(xiàn)2表14-5-18得,;齒數(shù)比:

38、38/211.81 太陽(yáng)輪和行星輪的材料用20CrMnTi滲碳淬火,齒面硬度58-62HRC太陽(yáng)輪和56-58HRC行星輪 取齒寬系數(shù),載荷系數(shù);mm則mm模數(shù):mm取 3計(jì)算齒輪的幾何尺寸 (1) 計(jì)算實(shí)際中心距:未變位是的中心距: mm初算中心距變位系數(shù): 計(jì)算中心距并取圓整值:212.408mm圓整后mm實(shí)際中心距變位系數(shù):計(jì)算嚙合角:計(jì)算總變位系數(shù): 分配變位系數(shù),查參考文獻(xiàn)2圖14-1-4分配得 (2) 傳動(dòng)計(jì)算:計(jì)算未變位時(shí)的中心距: mm計(jì)算中心距變位系數(shù): 計(jì)算嚙合角: 計(jì)算總變位系數(shù): 計(jì)算 (3) 齒輪的幾何尺寸:分度圓直徑: mm mm mm節(jié)圓直徑: mm mm mm基

39、圓直徑: mm mm mm齒頂圓直徑: mm mm mm齒根圓直徑:mm mm (4) 計(jì)算齒頂圓壓力角: (5) 端面重合度: 3.4 軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1 截一軸尺寸的確定 1初算軸徑 齒輪軸的一端帶有內(nèi)漸開(kāi)線花鍵,通過(guò)漸開(kāi)線花鍵與電機(jī)輸出軸相聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩,為了提高齒輪軸可靠性,齒輪軸的材料選擇為20CrMnTi。 3-3式中 ?軸傳遞的功率,; ?軸的轉(zhuǎn)速,; ?與軸的材料及相應(yīng)的值有關(guān)的系數(shù)。查文獻(xiàn)3表9-1得118。將上述數(shù)據(jù)代入公式3-5得 mm 2確定軸的直徑和長(zhǎng)度1段: ,;2段: ,;3段: ,;4段: ,。初步確定出軸的形狀如圖3-2:3-2 截一軸3.4.2 截二軸尺

40、寸的確定 1. 初算軸徑 齒輪軸的材料選擇為20CrMnTi。 3-3式中 ?軸傳遞的功率,; ?軸的轉(zhuǎn)速,; ?與軸的材料及相應(yīng)的值有關(guān)的系數(shù)。查文獻(xiàn)3表9-1得118。將上述數(shù)據(jù)代入公式3-5得 2. 確定軸的直徑和長(zhǎng)度1段: ,;2段: ,;3段: ,;4段: ,。初步確定出軸的形狀如圖3-3:3-3 截二軸3.4.3 截三軸尺寸的確定 1. 初算軸徑 齒輪軸的材料選擇為20CrMnTi。 3-3式中 ?軸傳遞的功率,; ?軸的轉(zhuǎn)速,; ?與軸的材料及相應(yīng)的值有關(guān)的系數(shù)。查文獻(xiàn)3表9-1得118。將上述數(shù)據(jù)代入公式3-5得 2. 確定軸的直徑和長(zhǎng)度1段: ,;2段: ,;3段: ,;4段

41、: ,。初步確定出軸的形狀如圖3-2:3-3 截三軸第4章 強(qiáng)度校核4.1 齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度的校核計(jì)算4.1.1 第一對(duì)齒輪的強(qiáng)度校核 1齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算 1 齒面接觸應(yīng)力 在齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪中,其齒面接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算,即 4-1 4-2 4-3式中 ?使用系數(shù),查文獻(xiàn)2表14-1-8得1.35; ?動(dòng)載系數(shù),查文獻(xiàn)3圖7.11得1.2; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)1.254; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),查文獻(xiàn)2表14-1-102得, ?小輪和大輪單對(duì)齒嚙合系數(shù),由文獻(xiàn)2表14-1-104得,; ?計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值,;?端面內(nèi)分度圓上的名義切向力,; ?小齒輪分度圓直

42、徑,133mm;b?工作齒寬,指齒輪副中較小齒寬, ?齒數(shù)比,即; ?節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù); ?彈性系數(shù),查表14-1-105得,189.8; ?螺旋度系數(shù),直齒輪,1; ?重合度系數(shù);由圖14-1-19得,; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-14-24-3得 2 許用接觸應(yīng)力 4-4式中 ?試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,1500;?計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù),查表14-1-110得,1.5; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù),查表14-1-106得 ; ?潤(rùn)滑劑系數(shù); ?速度系數(shù); ?粗糙度系數(shù);查表14-1-108得, ?工作硬化系數(shù),查圖14-1-30得1.2; ?接觸強(qiáng)度計(jì)

43、算的尺寸系數(shù),查表14-1-109得1.0。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-4得 3 強(qiáng)度條件 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件:大、小齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力,即 由于以上的計(jì)算滿足此條件,所以滿足強(qiáng)度條件。4.1.2 行星輪系校核 1行星輪系A(chǔ)-C副齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算 1 齒面接觸應(yīng)力 在齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪中,其齒面接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算,即 4-1 4-2 4-3式中 ?使用系數(shù),查文獻(xiàn)2表14-1-8得1.35; ?動(dòng)載系數(shù),查文獻(xiàn)3圖7.11得1.2; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù),由文獻(xiàn)3表7-8得,1.337; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),查文獻(xiàn)2表

44、14-1-102得, ?小輪和大輪單對(duì)齒嚙合系數(shù),由文獻(xiàn)2表14-1-104得,; ?計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值,;?端面內(nèi)分度圓上的名義切向力,; ?小齒輪分度圓直徑,147mm;b?工作齒寬,指齒輪副中較小齒寬, ?齒數(shù)比,即; ?節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù); ?彈性系數(shù),查表14-1-105得,189.8; ?螺旋度系數(shù),直齒輪,1; ?重合度系數(shù);由圖14-1-19得,; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-14-24-3得 2 許用接觸應(yīng)力 4-4式中 ?試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,1500;?計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù),查表14-1-110得,1.1; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系

45、數(shù),查表14-1-106得 ; ?潤(rùn)滑劑系數(shù); ?速度系數(shù); ?粗糙度系數(shù); 查表14-1-108得, ?工作硬化系數(shù),查圖14-1-30得1.2; ?接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù),查表14-1-109得1.0。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-4得 3 強(qiáng)度條件 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件:大、小齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力,即 由于以上的計(jì)算滿足此條件,所以滿足強(qiáng)度條件。 2行星輪系C-B副齒面接觸強(qiáng)度的校核計(jì)算 1 齒面接觸應(yīng)力 在齒輪傳動(dòng)的嚙合齒輪中,其齒面接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算,即 4-1 4-2 4-3式中 ?使用系數(shù),查文獻(xiàn)2表14-1-8得1.35; ?動(dòng)載系數(shù),查文

46、獻(xiàn)3圖7.11得1.2; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù),由文獻(xiàn)3表7-8得,1.150; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù),查文獻(xiàn)2表14-1-102得, ?小輪和大輪單對(duì)齒嚙合系數(shù),由文獻(xiàn)2表14-1-104得,; ?計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值,;?端面內(nèi)分度圓上的名義切向力,; ?小齒輪分度圓直徑,266mm;b?工作齒寬,指齒輪副中較小齒寬, ?齒數(shù)比,即; ?節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù); ?彈性系數(shù),查表14-1-105得,189.8; ?螺旋度系數(shù),直齒輪,1; ?重合度系數(shù);由圖14-1-19得,; 式中,“+”號(hào)用于外嚙合,“-”用于內(nèi)嚙合。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-14-24-3得 2 許用接觸應(yīng)

47、力 4-4式中 ?試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限,1500;?計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù),查表14-1-110得,1.1; ?計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù),查表14-1-106得 ; ?潤(rùn)滑劑系數(shù); ?速度系數(shù); ?粗糙度系數(shù); 查表14-1-108得, ?工作硬化系數(shù),查圖14-1-30得1.2; ?接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù),查表14-1-109得1.0。將以上數(shù)據(jù)代入公式4-4得 3 強(qiáng)度條件 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件:大、小齒輪的計(jì)算接觸應(yīng)力中的較大值均應(yīng)不大于其相應(yīng)的許用接觸應(yīng)力,即 由于以上的計(jì)算滿足此條件,所以滿足強(qiáng)度條件。4.2 軸的強(qiáng)度校核截一齒輪軸校核 1. 齒輪軸的受力分析 齒輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩: 1921.6 齒輪的圓周力: N 齒輪的徑向力: N 求支反力:這里根據(jù)材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)把軸兩端的軸承簡(jiǎn)化為固定鉸支座進(jìn)行受力分析。 計(jì)算水平面內(nèi)的支反力:如圖4-2所示由, N N 計(jì)算垂直平面內(nèi)的支反力與彎矩: 同理,根據(jù)和的值為零,可以求出: N N 合成支反力: N N 2計(jì)算彎矩、轉(zhuǎn)矩,并畫(huà)彎矩圖 1 彎矩: 齒輪的作用力在水平平面的彎矩:圖4-2-a 齒輪的作用力在垂直平面的彎矩:圖4-2-b 由于齒輪作用在D處截面的最大合成彎矩:圖4-2-c2 轉(zhuǎn)矩: 圖4-2-d 綜上確定危險(xiǎn)截面為處,此處彎矩