采煤机牵引部的设计【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 答辩无忧，值得下载！ 摘要 采煤机是机械化采煤作业的主要设备之一，牵引部是采煤机的重要部件。采煤机的牵引方式有机械牵引、液压牵引和电牵引，现在电牵引采煤机已经成为了市场上的主要产品。 本设计的目的是设计出强度满足理论要求、结构符合实际情况的 682型电牵引采煤机牵引部。在本设计中，首先对牵引部进行了传动装置的总体设计与相关运动参数的计算，然后依据有关公式和标准，对各级齿轮传动、轴与轴承分别进行了设计和校核，主要是对行星结构的相关齿轮、轴和轴承进行了计算。 最后的计算结果表明：本设计得到的牵引部中的全部齿轮，行星结构中的行星轴、太阳轮、行星结构中的轴承的结构是合理的，强度也是符合安全要求的，可以投入生产和在煤矿生产中使用。 关键词：采煤机；牵引部；行星轮系 李杰：采煤机牵引部设计 2 is of of is an s of on of is to of in of 82In of of of in at of by of in of of s is is in be he of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 目录 前言 . 1 1 682 电牵引采煤机牵引部的总体设计 . 8 动方案 . 8 步确定传动级数与分配传动比 . 9 动级数的确定 . 9 动比的分配 . 9 2 传动参数计算 . 10 动效率计算 . 10 轴转速计算 . 11 轴输入功率 . 11 算各轴输入转矩 . 12 3 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算 . 13 轮类型的选择 . 13 轮材料的选择 . 13 轮传动的设计 . 13 一级齿轮传动的设计 . 14 二级齿轮传动的设计 . 20 三级齿轮传动的设计 . 26 星齿轮传动的设计 . 32 李杰：采煤机牵引部设计 4 4 轴的结构设计及强度计算 . 39 布估算轴径及轴结构设计 . 39 轴的估算 . 39 轴的估算 . 39 轴的估算 . 41 轴的估算 . 42 星轴的估算 . 45 星轴强度校核计算 . 45 许用弯曲应力计算 . 46 安全系数校核法计算 . 48 5 轴承的选型及寿命计算 . 51 承的类型选择 . 51 承的校核计算 . 51 6 技术经济分析 . 54 结 论 . 55 致 谢 . 56 参考资料 . 57 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 前言 采煤机是机械化采煤作业的主要设备之一，其功能是落煤和装煤。 采煤机一般由牵引部、截割部、滚筒、摇臂、电控箱、滑靴和附属装置等部分组成（见图 1）。其中，牵引部通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引 链相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的重要部件。 123456图 1 采煤机结构示意图 煤机牵引部担负着移动采煤机，使工作机构连续落煤或调动机器的任务。牵引部包括牵引机构及传动装置两部分。牵引机构是直接移动机器的装置，有链牵引和无链牵引两种类型。传动装置用来驱动牵引机构并实现牵引速度的调节。传动装置有机械传动、液压传动和电传动等类型，分别称为机械牵引、液压牵引和电 牵引。 机械牵引是指全部采用机械传动装置的牵引部。其特点是工作可靠，但只能是有级调速，结构复杂，目前已经很少使用；液压牵引是利用液压传动来驱动的牵引部。液压传动的牵引部可以实现无级调速，变速、换向和停机等操作比较方便，保护系统比较完善，并且能随负载变化自动地调节牵引速度；电牵引采煤机（图 2）是对专门驱动牵引部的电动机调速从而调节牵引速度的采煤机。 李杰：采煤机牵引部设计 6 123 4567图 2 电牵引采煤机示意图 牵引采煤机是将交流电输入可控硅整流、控制箱 1 控制直流电动机 2 调速，然后经齿轮减速装置 3带动驱动轮 4使机器移动。两个滚筒 7分别用交流电动机 5 经摇臂 6来驱动。由于截割部电动机 5 的轴线与机身纵轴线垂直，所以截割部机械传动系统与液压牵引的采煤机不同，没有锥齿轮传动。这种截割部兼作摇臂的结构可使机器的长度缩短。 随着我国高产高效采煤工作面的不断发展 ,电牵引采煤机已经有逐步取代液压牵引采煤机的趋势。电牵引采煤机技术先进、可靠性好 ,是直接以电动机作为驱动减速箱的原动力 ,因而要求减速箱有较大的速比 ,同时受工作面空间条件限制 ,要求传动装置尺寸小。因此 ,电牵引采煤机无论牵引部或截煤部均在最后输出级采用行星机构。行星齿轮传动具有结构紧凑、单级传动比大、承载能力强、效率高等优点 ,在采掘运机械的传动系统中得到了广泛的应用。行星齿轮传动机构的常用类型有 23中 2传动功率范围不受限制 ,在采掘运机械传动系统中应用最为广泛。现代采煤机牵引部机械传动系统中的前 2 级或前 3 级传动机构中 ,虽然各类型采煤机有所不同 ,但其末级传动却全都采用行 星齿轮传动。采煤机工作环境恶劣 ,载荷变化大 ,常拌有冲击载荷且安装空间限制较严格 ,故对行星齿轮传动机构设计要求较高。 行星齿轮机构传动具有以下特点： (1)结构紧凑 ,重量轻 ,体积小； (2)传动比较大； (3)传动效率高； (4)运动平稳 ,抗冲击和震动的能力较强。采煤机行星轮系设计难度比较大，它的设计好坏直接关系到采煤机牵引部能否正常运行，对设计提出了很高的要求和挑战。 从小的方面来讲，采煤机牵引部的研究及行星轮的设计可以尽可能减少行星机构和牵引部的体积，以适应井下狭小有限的工作空间。有利于增强采煤机的工作能力、增强 采煤机在井下恶劣环境中的适应能力。从大的方面来讲，不仅有利于提高煤矿生产效率和改进买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 采煤技术，发展先进生产力，促进经济腾飞和发展。也可以提高产品的竞争能力，为生产企业带来可观的经济收益。 李杰：采煤机牵引部设计 8 1 682 电牵引采煤机牵引部的总体设计 动方案 采煤机牵引部由电动机和传动装置组成，其中传动装置包括传动件（齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动）和支撑件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在牵引部中占很大比重，其性能和质量对牵引部的工作影响也很大。因此合理设计传 动方案具有重要意义。在本设计的传动件的选择中，由于带传动和链传动不适合井下繁重的工作要求和恶劣的工作环境，而蜗杆传动的传动效率低、功率损失大，因此传动件全部采用齿轮传动。 满足牵引部性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。 对于该牵引部，有下面两种传动方案可供选择。如图 1 如图 1a），该方案的特点是： 构较分散； 齿轮 ，锥齿轮 的制作加 工 难度较大； 维护 困难。 如图 1b），该方案的特点是： 构紧凑； 工和组装容易，维护方便； 方便。 经过比较，本牵引部的设计决定采用传动方案 b。 图 1牵引方案图 -1 a） b） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 步确定传动级数与分配传动比 动级数的确定 本设计已知总传动比为 参考其他相近类型采煤机牵引部的设计，确定 牵引部齿轮传动为四级传动，其中前三级为圆柱齿轮传动，最后一级为行星轮传动。传动简图见图 1中， 0 轴为电动机轴（输入轴）， 5轴为输出轴。 图 1动简图 -2 传动比的分配 从总体考虑，传动比按照“前小后大”的原则分配，可以得到： 01i=1， 12i =3i=4i=5i= （ 1 李杰：采煤机牵引部设计 10 2 传动参数计算 为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速和转矩（或功率）。如将牵引部传动装置各轴由高速到低速依次定位 0 轴（电动机轴）、 1 轴、 2 轴、 3 轴、 4 轴、 5 轴（输出轴）（见图 2以及 01i、 12i 、为相邻两轴间的传动比； 01、 12 、为相邻两轴间的传动效率； 0P、 1P 、为各轴的输入功率（ 0T、 1T 、为各轴的输入转矩（ N ； 0n、 1n 、为各轴的转速（ r/, 则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到各轴的运动和动力参数。 图 2动简图 -1 已知01i=1， 12i =3i=4i=5i=动效率计算 取齿轮联轴器的效率为 轮传动的效率为 承的效率为 星减速器的效率为 01= 12 = 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 23= 34= 45= 轴转速计算 已知0n=1500r/算各轴转速如下 115000101 r/ r/ r/ r/ r/轴输入功率 已知0P=额P=30算各轴输入功率如下 （ 2 0 7 （ 2 （ 2 9 2 （ 2 9 6 （ 2 李杰：采煤机牵引部设计 12 算各轴输入转矩 1 9 1 0 0 01 5 0 0060 （ 2 1 8 3 4 0 1 0 0 0010101 N （ 2 4 1 0 2 0 3 4 0 0121212 N （ 2 1 4 7 3 0 0 0 2 0 0232323 （ 2 6 3 8 3 1 0 7 3 0 0 0343434 （ 2 3 4 7 4 4 3 0 8 3 1 0 0454545 （ 2 运动和动力参数计算结果整理于表 2 表 2轴运动和动力参数 号 0 1 2 3 4 5 输入功率（ 30 入转矩（ N 191000 183400 410200 1473000 6383100 34744300 转速（ r/ 1500 1500 630 165 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 3 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算 轮类型的选择 齿轮传动应满足下列两项基本要求： 1、 传动平稳 要求瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动噪声； 2、 承载能力高 要求在尺寸小、 重量轻的前提下，轮齿的强度高、耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿等失效现象。 根据这两点要求，再考虑工作环境和加工难度的因素，选择齿轮类型为标准圆柱直齿轮。 轮材料的选择 齿轮材料应具备下列基本条件： 1、 齿面具有足够的硬度，以获得较高的抗点蚀、抗磨粒磨损、抗胶合和抗塑性流动的能力； 2、 在变载荷和冲击载荷下有足够的弯曲疲劳强度； 3、 具有良好的加工和热处理工艺性； 4、 价格较低。 在本设计中，齿轮材料选用优质碳素合金钢 18渗碳淬火，渗碳层深度 面硬度为 58 62在同类材料中其性能最优越，热处理后的性能指标很高 ,但价格较高。 轮传动的设计 在本设计中，齿轮设计遵循的思路是，首先对分度圆直径和齿宽进行初步计算，接着通过计算确定齿轮精度等级、齿数 z、模数 m、分度圆直径 d 和中心距 a 等齿轮参数，然后对齿轮分别进行齿面接触疲劳强度验算和齿根弯曲疲劳强度验算，以确定齿轮设计是否符合强度要求。最后，在验算无误、符合要求的情况下，进行总结和计算，得出齿轮的基本参数和几何尺寸。 李杰：采煤机牵引部设计 14 下列计算中， 1代表小齿轮， 2代表大齿轮。 一级齿轮传动的设计 已知： i=12i =1T = 1T =183400 N 1n =1n =1500 r/ 初步尺寸设计 初步计算时的许用接触应力 H 为 H （ 3 式 中 齿轮材料的接触疲劳极限 。 由图 ，可得 1= 2=1500 入 上式 ，可得 1500=1350 步计算小齿轮直径 1d 为 3 211 1 （ 3 式中 系数，查表 ，可得0； 1T 小齿轮转矩， 1T =183400 N d 齿宽系数，查表 ，可得d= u 齿数比， u =12zz=i= H 初步计算的初用接触许用接触应力， H =1350 代入各数值，计算可得 3 211 1 =3 2 5 8 3 4 0 090 =67 1d =116 齿轮参数计算 初取齿数 1z =30，则 2z = 130=71 （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ m= 11 116/30= （ 3 查表 ，取 m=4，则 1z = 116/4=29 2z = 129=69 可得实际分度圆直径 d、中心距 11 29 116 （ 3 22 69 276 （ 3 2 )6929(42 )( 21 196 （ 3 b=d 1d=116=40.6 1b =2b =40 3 齿面接触疲劳强度验算 圆周速度 1 0 0 060 1 5 0 01 1 61 0 0 060 11 s （ 3 由齿轮的圆周速度 v，查表 ，选取齿轮精度为 7级， 名义圆周力为 1 1 61 8 3 4 0 02211 （ 3 实际圆周力要综合考虑各种因素的影响，为 （ 3 K= 3 式中 K 载荷系数 ； 使用系数，查表 ，可得 动载系数，由图 ，可得 齿间载荷分配系数，查表 ,先求 李杰：采煤机牵引部设计 16 1 1 61 8 3 4 0 02211 （ 3 40 3 1 6 K c o 合度系数 因00 N/表，得 齿向载荷分布系数，查表 2 2，得 32110 =29256 +310 56 = 总工作时间为000 h，应力循环次数 81 0 063016060 hL 7812 L 求得应力循环系数 由图 ，可得接触寿命系数 许用接触应力 H 为 m Z 式中 齿轮材料的接触疲劳极限，已知 1= 2=1500 接触寿命系数，已知1 接触最小安全系数，由表 ，可得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 代入各数值，计算 可得 0 0m i Z=1500 0 0m i i Z=1636 际接触应力 H 为 式中 弹性系数，查表 ，可得 节点区域系数 ，查表 ，可得 Z 重合度系数，通过计算，可得Z= K 载荷系数， K= K 1. 2 代入各数值，计算可得 0 20 =913 论： H 100 N/面重合度 c o 1 1 合度系数 因00 N/表，得 齿向载荷分布系数，查表 2 2，得 32110 =210090 +310 90 = 总工作时间为000 h，应力循环次数 71 0 016516060 hL 7712 L 求得应力循环系数 由图 ，可得接触寿命系数 许用接触应力 H 为 m Z 式中 齿轮材料的接触疲劳极限，已知 1= 2=1500 接触寿命系数，已知1 接触最小安全系数，由表 ，可得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 代入各数值，计算可得 0 0m Z=1636 0 0m i i Z=1705 际接触应力 H 为 式中 弹性系数，查表 ，可得 节点区域系数，查表 ，可得 Z 重合度系数，通过计算，可得Z= K 载荷系数， K= K 1. 2 代入各数值，计算可得 =1099 论： H 100 N/面重合度 c o 合度系数 因00 N/表，得 齿向载荷分布系数，查表 2 2，得 32110 =29696 +310 96 = 总工作时间为000 h，应力循环次数 71 0 hL 7712 L 求得应力循环系数 由图 ，可得接触寿命系数 许用接触应力 H 为 m Z 式 中 齿轮材料的接触疲劳极限，已知 1= 2=1500 李杰：采煤机牵引部设计 36 接触寿命系数，已知1 接触最小安全系数，由表 ，可得 代入各数值，计算可得 i Z=1650 0 0m i i Z=1664 际接触应力 H 为 式中 弹性系数，查表 ，可得 节点区域系数，查表 ，可得 Z 重合度系数，通过计算，可得Z= K 载荷系数， K= K 1. 2 代入各数值，计算可得 9 5 7 7 51 4 92 =1259 论： H S=面足够安全 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 5 轴承的选型及寿命计算 轴承是支撑轴颈的部件，有时也用来支撑轴上的回转零件。 按照承受载荷的方向，轴承可分为径向轴承和推力轴承两类。轴承上的反作用力与轴中心线垂直的称为径向轴承；与轴中心线方向一致的称为推力轴承。 根据轴承 工作的摩擦性质，又可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两类。在采煤机牵引部设计的轴承选择中，轴承全部选用滚动轴承。 承的类型选择 选择滚动轴承类型时，必须考虑下列因素： 1、轴承所受载荷的大小和方向（径向、轴向或既有径向又有轴向的联合载荷）； 2、轴承载荷的性质（固定、变动或冲击载荷）； 3、工作环境（温度和湿度等）和轴承转速； 4、对轴承刚性的要求（要求预紧以增加轴承部件的刚度）； 5、调心性能的要求 (轴中心线和壳体孔中心线不同心度的大小 )； 6、轴向位移的要求（固定 支承或游动支承）； 7、要求轴承工作时振动小、噪声低和安装维修方便等。 在牵引部的传动装置中，由于传动件齿轮全部为直齿圆柱齿轮而没有斜齿轮，轴承只承受径向力而基本不承受轴向力，因此牵引部中用到的轴承基本全部采用圆柱滚子轴承和向心球轴承。在行星结构中，由于采用了太阳轮浮动机构，需要有自动调心的功能，因此在行星结构中，行星轴上的轴承和行星架尾端的轴承选用调心滚子轴承。 承的校核计算 决定轴承尺寸时，要针对主要失效形式进行必要的计算。一般工作条件的回转滚动轴承，应进行接触疲劳寿命计算和静强度计算；对于摆 动或转速较低的轴承，只需作静强度计算；高速轴承由于发热而造成的粘着磨损、烧伤常是突出矛盾，除进行寿命计算外，还需核验极限转速。在本设计的轴承校核计算中，对轴承进行接触疲劳寿命计算和静强度计算。 李杰：采煤机牵引部设计 52 12232； 22213E； 33948cc/ 5星结构示意图 he of 图 5星结构中，一共有圆柱滚子轴承 92232、调心滚子轴承 222133948cc/种轴承，其中，轴承 22213E 受力，需要校核，而由于各行星轮作用在轴上的总力为 0，所以轴承 92232和 23948cc/需进行校核。 轴承 22213 表 5轴承 22213E 校核 -1 2213 E 代号 名称 单位 计算公式 计算结果 n 转速 r 支反力 N 6 6 4 902121 额定动载荷 N 查表 216000 N 查表 176000 P 当量动载荷 N 59841 工作期限 h 5000 h 3103105 9 8 4 12 1 6 0 0 6 7 01 6 6 7 0 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 许用安全系数 13.5 3324517600000 论： L ， S ， 轴承强度符合要求 。 李杰：采煤机牵引部设计 54 6 技术经济分析 电牵引采煤机就是用可以调速的直流电动机来驱动牵引部，调速 、 换向 、 保护和监视均由电气系统完成，具有调速方便 、 调速范围大 、 调速特性好等特点。机械传动部分大为简化，体积和重量可以相应缩小和减轻（采煤机总重量比液压牵引采煤机减轻约 1/3） ；效率高（比液压牵引部提高 7 10%）；可使截割部的功 率增加 10 15%。使加工容易，布置简单，所以在现在的实际生产中电牵引采煤机将逐渐取替液压牵引采煤机成为采煤业的主力装置。 任何产品的设计都要从总体结构的方案设计开始，采煤机设计也不例外。在整个方案设计阶段，由于新材料，新制造工艺和基础理论研究成果的不断出现，因此，人们要根据信的技术水平和研究成果设计出更经济 、 更实用 、 更方便的采煤机，电牵引采煤机已经成为近代采煤业的一种发展趋势和主力设备，所以对电牵引采煤机的深入的设计和研究是一项艰巨和深远的任务。 从小的方面来讲，采煤机牵引部的研究及行星轮的设计可以尽可能 减少行星机构和牵引部的体积，以适应井下狭小有限的工作空间。有利于增强采煤机的工作能力、增强采煤机在井下恶劣环境中的适应能力。从大的方面来讲，不仅有利于提高煤矿生产效率和改进采煤技术，发展先进生产力，促进经济腾飞和发展。也可以提高产品的竞争能力，为生产企业带来可观的经济收益 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 答辩无忧，值得下载！ 结 论 电牵引采煤机具有调速方便 、 调速范围大 、 调速特性好等特点。机械传动部分大为简化，体积和重量可以相应缩小和减轻（采煤机总重量比液压牵引采煤机减轻约 1/3）；效率高（比液压牵引部提高 7 10%）；可使截割 部的功率增加 10 15%， 随着我国高产高效采煤工作面的不断发展 ,电牵引采煤机已经有逐步取代液压牵引采煤机的趋势。 在 对 682 型电牵引采煤机的牵引部进行的设计中，首先 进行了传动装置的总体设计与相关运动参数的计算， 然后 对齿轮、轴、轴承分别进 行了设计与校核，重点针对行星结构的相关齿轮、轴和轴承进行了计算。 最后的计算结果表明，设计得到的牵引部中的全部齿轮，行星结构中的行星轴、太阳轮以及行星结构中的轴承的结构是合理的，强度是符合安全要求的，可以投入生产并在煤矿生产中使用。 李杰：采煤机牵引部设计 56 致 谢 我的毕业论文是在 贾胜德 老师的指导下