MG700-WD型采煤机截割部的设计计算【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 本次设计的主要目的是对 采煤机截割部的设计计算。采煤机截割部主要是由四级齿轮传动组成，截割部电机放在摇臂内横向布置，电动机输出的动力经由三级直齿圆柱齿轮和行星轮系的传动，最后驱动滚筒旋转。 本此设计结果对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部件进行了设计计算、强度校核和选用，主要部件的设计计算和强度校核进行了叙述和介绍。本次设计认真完成了对 关键词 ：截割部；行星轮系；传动齿轮 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of is of is of in on by of of of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . . 1 章 绪论 . 1 研究目的和意义 . 1 国内外发展情况 . 1 第 2章 方案比较论证 .方案对比 . 4 研究设计方案 . 6 第 3 章 截割部的设计及计算 . 7 摇臂尺寸的确定及电动机的规格 . 7 总传动比及传动比的分配 . 8 总传动比的确定 . 8 传动比的分配 . 8 截割部传动计算 . 10 各级传动转速、功率、转矩 . 10 截割部齿轮设计计算 . 12 截割部行星机构的设计计算 . 27 轴的设计及校核 . 36 轴承的寿命校核 . 45 花键的强度校核 . 46 结 论 . 48 致 谢 . 49 参考文献 . 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . I . 1 . 1 . 1 . 4 . 6 on . 7 to . 7 . 8 of . 8 of . 8 of . 10 of . 10 . 12 of . 27 . 36 . 45 . 46 . 48 . 49 . 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 采煤机截割部研究目的和意义 随着采煤机械化的发展，采煤机是现在最主要的采煤机械，本次设计是对中厚煤层采煤机截割部进行设计，其目的在于更加详细的掌握了采煤机截割部传动系统，从而来更好的优化采煤机截割部的传动系统，提高工作效率并且能够对于发现的问题得到很好的解决， 锻炼了自己发现问题、分析问题、解决问题的能力，为以后的实际工作打下了良好的 基础。煤机截割部作为采煤机的主体，其结构和各部件的选择直接影响到采煤机的工作效率和采煤量，所以说对采煤机截割部的设计是非常重要的。 国内外发展情况 世界上第 1 台采煤机是原苏联于 1952 年生产并开始使用的 ,我国于 1952 年购进并使用 ,与此同时 ,鸡西煤矿机械厂即开始进行仿制工作 ,于 1954年制造出我国第 1 台深截式采煤机 ,即顿巴斯 - 1型采煤康拜因 ,随后批量生产。在顿巴斯 - 1 型采煤康拜因的基础上 ,经过研究、改进和完善 ,设计制造了多种型式的采煤康拜因 ,这一时期的采煤机称为中国第 1 代采煤机 1。 20 世纪 60 年代初 ,在顿巴斯 - 1 型采煤康拜因的基础上 ,我国开始自行研制生产采煤机 ,1964 年生产出 64 型 ,1968 年生产出 80 型浅截式单滚筒采煤机 ,成为我国第 2 代采煤机。我国第 2 代采煤机的特点是截割部滚筒采用摇臂调高 ,牵引机构也为钢丝绳牵引 ,通过应用证明 ,采用钢丝绳牵引 ,绳筒磨损严重 ,使用寿命短 ,同时牵引力较小 ,容易拉断而导致伤人和机器下滑事故。该类型采煤机采用了液压传动 ,具有无级调速和过载保护等特点2。 我国于 20 世纪 60 年代末 70 年代初开始研制第 3 代采煤机即双滚筒采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 煤机。 1975 年生产的 170 型采煤机 ,实现了滚筒采煤机由单滚筒向双滚筒的飞跃。 170 型采煤机的 2 个可调高滚筒放在采煤机的两端 ,利用摇臂调高。牵引机构采用圆环链牵引 ,提高了牵引力 ,但不适应大倾角采煤3。 1983 年研制生产的大功率无链牵引双滚筒采煤机 ,采用了三头螺旋滚筒 , 滚筒转速有所降低 ; 牵引机构采用齿轮 - 销轨式 , 传动平稳 , 消除了链牵引的缺点 ,机器的使用寿命延长 ,增设了副牵引部和可靠的液压制动装置 ,可用于大倾角 (40 50 ) 煤层而不需要设防滑安全绞车 ,提高了工作效率 ,加大了生产能力。 炭科学研究总院 、新汶矿业集团联合研制完成的。该采煤机采用滚筒式采煤机发展趋势的多电机横向布置 ,液压牵引系统打破常规 ,采煤机牵引部泵箱把长期使用的“湿腔”布置分离液压元件改为“干腔”布置 ,实现了采煤机液压系统的创新。该机在同类采煤机设计中达到了国内先进水平 4。 国内于 1976 年研制出第 1 台电牵引采煤机。 1991 年 ,由煤炭科学研究总院上海分院与波兰科玛克公司合作 ,研制成功我国第 1 台采用交流变频调速的 薄煤层强力爬底板电牵引采煤机 ,性能良好 ,电牵引采煤机成为我国第 4 代采煤机。 2005 年煤炭科学研究总院上海分院又开发出总装机功率达 1 815 后 ,更大功率的电牵引采煤机 2215 - 问世 ,该型采煤机的控制达到了国际先进水平 ,是目前国内功率最大的采煤机。如果采用长摇臂 ,最大采高可达到创记录的 6 m ,该型采煤机完全能够满足国内煤矿高产高效工作面的生产需要 5。 20世纪 40年代初，英国和苏联相继研制出来了链式采煤机。这种采煤机是用截链落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。 50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础6。 可提高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成综合机械化买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 采煤设 备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤机采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自 70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能日益完善，生产率和可靠性进一步提高。 近年来，由于长壁综采的发展，采煤机开采的产量有所回落，但 1999 年产煤量为 吨，仍占井工煤炭总产量的 53%。在美国，采煤机掘进平均班进尺 60 米，日产煤 2000 吨，有些高产工作面日进尺可达 100 米，月产量达 10 万吨 道掘进 主要靠悬臂式掘进机，但自从 80 年代后期使用连续采煤机开采取得良好的效益以来，用采煤机掘进已经成为英国煤巷掘进的主要方法之一，约占总掘进量的 65。南非和澳大利亚两国根据各自的煤层地质条件，在传统的房柱式开采基础上成功地开发出了旺格维利和西格玛两种短壁采煤方法 ，扩大了采煤机的应用范围，提高了资源回收率 7。其中，南非全国约有 230 多台采煤机用于房柱式开采，其产量约占井工总产量的 90 40 多年的历史，效果显著，其中有 5 个工作面一直保持 200 万吨的年产量 。另外，印度和加拿大等国家使用采煤机进行短壁开采，也取得了很好的经济效益 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 第 2 章 方案比较论证 方案对比 方案一： 电动机 固定减速箱 摇臂 滚筒。这种传动方式的特点是传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸出，支承可靠，强度和刚度好 。如下图所示1电动机； 2固定减速箱； 3摇臂； 4滚筒； 图 案二： 电动机 摇臂 行星齿轮传动 滚筒。这种传动方式的电动机轴与滚筒轴平行，取消了容易损坏的锥齿轮，使传动更加简 单，而且调高范围大，机身长度小。新的电牵引采煤机 普遍 都采取这种传动方式 8。如下图所示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1电动机； 2摇臂； 3行星齿轮传动； 4滚筒； 图 案一中传动比基本满足要求，但是截割部整体体积比方案二要大，且此方案一中齿轮数过多，装配维修等方面都不方便，传动平稳性上也不如方案二。 综合考虑，在结构体积、传动平稳性、安装维修、传动比大小、经济适用等方面，选择方案二更为合适。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 研究设计方案 本采煤机截割部传动方式为 :电动机 摇臂 行星齿轮传动 滚筒。 该截割部采用销轴与牵引部联结，截割电机横向布置在摇臂上 ， 图中 6 分别表示齿轮齿数。传动机构简图如下所示 图 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 第 3 章 截割部的设计及计算 臂尺寸的确定及电动机的规格 根据已知 ： 最大采高 大摆角为 45 ，设采煤机行走部高度为 1m，滚筒直径 图 计 算示意图，其中 a 和 d 之和为采高 b 和 45 ， d 为行走部高度， c 为截割部总长度，减去滚筒半径即为摇臂长度 计算出采煤机摇臂的长度为 2452 动机为 抚顺厂生产的三相鼠笼异步防爆电动机， 电动机 型号为买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 截割部功率为 300该 电 动 机具有防爆和电火花的安全性，在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中绝对安全，而且电机工 作要可靠，启动转矩大，过载能力强，效率高。 电动机为 抚顺厂生产的三相鼠笼异步防爆电动 9机，其主要参数如下： 额定功率： 300 额定电压： 1140V； 额定 电流： 206A； 额定转速： 1472r/ 质量： 1502 冷却方式：外壳水冷 电动机 的总体呈圆形， 输出轴上带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。 传动比及传动比的分配 总传动比的确定 已知 ： 电动机转速为 1472 r/筒转速为 40r/传动比 ： 836401 47 2 滚总 n 电动机转速 滚n 滚筒转速 传动比的分配 1. 使各级传动承载能力接近相等（一般指齿面接触强度）。 2. 使各级传动大齿轮浸入油中深度大致相等，以使润滑简便。 3. 使减速器获最小外形尺寸和重量 10。 采煤机截割部对于行星减速装置的要求比较高，所以先确定行星减速装买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 置的传动比， 工作原理如下图所示： a 太阳轮 b 内齿圈 c 行星轮 x 行星架 图 机构由太阳轮、行星轮、行星架、内齿圈等部件组成。传动时，太阳轮带动行星轮转动，行星轮带动行星架转动，在这个过程中内齿圈固定不动，通过行星架回转来实现减速。 此行星减速器 体积小、质量小，结构紧凑 、 承载能力大 ； 传动效率高 ； 传动比较大 ； 运动平稳、抗冲击和振动的能力较强 、传动比一为 1。采煤机截割部行星减速机构的传动比一般为 4 6 所以选择行星机构传动比 5.5总 定各级传动比为： ,i ,i 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 采煤机截割部四级减速传 动比的总误差为： 1 51 2 36 36 8 在误差允许范围 5内，符合标准 截割部传动计算 各级传动转速、功率、转矩 1. 各轴功率计算： 轴 30031 97 轴 2971212 288.2 轴 81223 279.6 轴 931234 68.6 轴 58 轴 2581256 50.3 轴 031267 40.4 轴 031278 30.9 中 1滚动轴承效率 1=闭式圆柱齿轮效率 2=花键效率 3=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 2. 各轴转速计算 ： 从电动机出来，各轴依次命名为 、 、 、 、 、 、 轴。 轴 14721 n r 轴 m in/ 4 7 23 n轴 5/234 r轴 m i n/ 6/346 3. 各轴扭矩计算 : 轴 955 0955 0111 轴 95509550112 6 91 4 7 2 8 轴 955 0955 0333 轴 95509550444 7 6 8 轴 95509550777 轴 95509550888 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 割部齿轮设计计算 这里主要是根据查阅的相关书籍和资料，借鉴以往采煤机截割部传动系统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数、转速、传动的功率、转矩以及各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进行初步确定，具体计算过程级计算结果如下：统的设计经验初步确定各 级传动中齿轮的齿数、转速、传动的功率、转矩以及各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进行初步确定，截割部齿轮的设计及强度效核，具体计算过程及计算结果如下：第一级齿轮的模数可根据电动机的最大转矩按表初选 m=5 1. 齿轮 1 和 3 的设计及强度效核计算过程及说明 (1) 选择齿轮材料 查文献 12， 表 8个齿轮都选用 20碳淬火 (2) 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 31 1 1( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ) /tv n p n估取圆周速度14 ，参考文献 12 表 8 14，表 8 15选取公差组 6 级 小轮分度圆直径 1d ，由式文献 12（ 8 64） 得 3 211 )(12 齿宽系数d：查文献 12 表 8 23按齿轮相对轴承为非对称 布 置，取d 0 6 小轮齿数 1Z ： 1Z =20 大 轮齿数 2Z ： 2Z 齿数比 u ： u 7/ 12 传动比误差 误差在 %3 范围内合适 小轮转矩： T=m 载荷系数 K ：由文献 12 式（ 8 54） 得 A 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 使用系数 查文献 12 表 8 20 1 75 动载荷系数文献 12 图 8 57 1 12 齿向载荷分布系数K： 查文献 12 图 8 60 K 间载荷分配系数K： 由文献 12 式 (8 55)及 0 co s)/1/1(21 = 查文献 12 表 8 21并插值 则载荷系数 K 的初值 1 . 7 5 1 . 1 1 1 . 0 8 1 . 0 =性系数 查文献 12 表 8 2 1 8 9 . 8 N / m 节点影响系数 查文献 12 图 820 , 0 重合度系数Z：查文献 12 图 8 65 0许用接触疲劳极限应力21 、： 查文献 12 图 8 69 21 1 4 5 0 N / m i m 22 1 4 5 0 N / m i m 接触应力 H ：由文献 12 式 698 得 H 应力循环次数：由文献 12 式 708 得 )1030020(21 4 7 260601 hn j 912 则查文献 12 图 8 70得接触强度得寿命系数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 12(不许有点蚀 ) 硬化系数Z：查文献 12 图 8 71及说明Z 1 接触强度安全系数 查文献 12 表 8 27，按高可靠度查 S 221 11 4 5 0 故1 3 21 ) 9 2 6 8 7 轮模数 m ： 0/11 12 表 8 3 小齿分度圆直径的参数圆整值1809201 mZ 周速度 0 0 0/ 0 0 0/11 与估取 14很相近，对必修正K 轮分度圆直径：1 大 轮分度圆直径 ： 3 3 337922 心距 72092 21 i td 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 大 轮齿宽：2105 小轮齿宽： 10521 110 3) 齿根弯曲疲劳强度效荷计算 由文献 12 式 668 1 12 齿形系数12 图 8 67 小轮 Y：查文献 12 图 8 68 小轮 重合度系数Y：由文献 12 式 8 67 0 . 2 5 0 . 7 5 /Y=09 许用弯曲应力 F ：由文献 12 式 8 71 i 弯曲疲劳极限查文献 12 图 8 72 21 8 5 0 N / m i m 22 8 5 0 N / m i m 弯曲寿命系数文献 12 图 8 73 121 文献 12 图 8 74 1全系数 查文献 12 表 8 27 2则 121 1 1 /F L i m N X S 2/11850 = 2425 92 68 F 12 8 F 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 9 2 68 7 F 22 0 齿根弯曲强度满足 4) 齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 d ： 20911 37922 齿顶高 9 8921 8 0211 aa ff ff 920co 0co dd 220co 3co dd p ： 齿厚 s ： 齿槽宽 e： 基圆齿距： s 隙： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 2 齿轮 4 和齿轮 5 的设计及强度效核如下 (1) 选择齿轮材料 查文献 12 表 8 两个齿轮都选用 20碳淬火 (2) 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 31 3 3( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ) /tv n p n估取圆周速度9 ，参考文献 12 表 8 14，表 8 15选取公差组 7 级 小轮分度圆直径3d，由式文献 16（ 8 64） 得 3 233 )(12 齿宽系数d：查文献 12 表 8 23按齿轮相对轴承为非对称布置，取d0 6 小齿轮齿数3Z： 3Z=27 大齿轮齿数 4Z ： 4Z = Z 41 齿数比 u ： u 27/41/34 动比误差 误差在 %3 范围内 合适 小轮转矩： ：由文献 12 式（ 8 54） 得 A 使 用系数 查文献 12 表 8 20 K 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 动载荷系数文献 12 图 8 57 ： 查文献 12 图 8 60 K 间 载 荷 分 配 系 数K： 由 文 献 12 式 (8 55) 及 0 得 co s)/1/1(43 6 8 查文献 12 表 8 21并插值 的初值 Z ： 查文献 12 表 8 2 1 8 9 . 8 N / m 节点影响系数 查文献 12 图 820 , 0 重合度系数Z：查文献 12 图 8 65 0许用接触应力 H ：由文献 12 式 698 得 H 接触疲劳极限应力43 、查文献 12 图 8 69 231450 241450 应力循环次数：由文献 12 式 708 得 )103 0 020( 560603 hn j 9934 则 查文献 12 图 8 70得接触强度得寿命系数43 Z ,(不许有点蚀 ) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 硬化系数Z：查文献 12 图 8 71及说明Z 1 接触强度安全系数 查文献 12 表 8 27 ， 取 S 243 11 4 5 0 故3 2) 6 9( 3 5 5 7 6 3 齿轮模数 m ： 4 查文献 12 表 8 3小齿分度圆直径的参数圆整值 27833 t=216周速度 v ： s/ 0 0 0/ 52 1 0 0 0/31 t与估取 s/m9 K d 小轮分度圆直径： 3大轮分度圆直径： 841844 中心距 a： 12782 43 b ： i td 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 大齿轮轮齿宽： 小轮齿宽： 10543 35 3) 齿根弯曲疲劳强度效荷计算 由文献 12 式 668 3 32 齿形系数文献 12 图 8 67 小轮 Y：查文献 12 图 8 68小轮 重合度系数Y：由文献 12 式 8 67 0 . 2 5 0 . 7 5 /Y 许用弯曲应力 F ：由文献 12 式 8 71 i 弯曲疲劳极限查文献 12 图 8 72 2350 N 2450 N 弯曲寿命系数文献 12 图 8 73 143 文献 12 图 8 74 1S ：查文献 12 表 8 27 2则 3F 4F333 42 52/1185 0 2N/买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 3 5 57 6 F 32 9 F35 576 F 42 0 F （ 4) 齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 d ： 627833 841844 * 18h m =8根高 * 1 0 . 2 5 8h c m =2顶圆直径 2822 1 6233 aa 4823 2 8244 aa 61022 1 6233 ff ff 220co 6co dd 820co 8co dd p ： 2 5 . 1 2 m 齿厚 s ： / 2 1 2 . 5 6 m 齿槽宽 e： / 2 1 2 . 5 6 m 基圆齿距： c o s 2 5 . 1 2 c o s 2 0 = 法向齿距：隙： 3. 齿轮 6 和 9 的设计及强度效核，具体计算过程和计算结果如下 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 (1) 选择齿轮材料 查文献 12 表 8 两个齿轮都选用 20碳淬火 (2) 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 34 4 4( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ) /tv n p n估取圆周速度 6m/，参考文献 12 表 8 14，表 8 15 选取公差组 8 级 小轮分度圆直径5d，由式文献 12（ 8 64） 得 3 245 )(12 齿宽系数d：查文献 12 表 8 23按齿轮相 对轴承为非对称布置，取 d 轮齿数5Z： 195 齿数6Z： 56 u ： u 19/45/56 动 比误差 误差在 %3 范围内 齿轮转矩： 24 / 载荷系数 K ： 由文献 12 式（ 8 54） 得 A 使用系数 查文献 12 表 8 20 1 75 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 动载荷系数文献 12 图 8