小功率采煤机毕业设计说明书.doc

摘 要 我国煤炭中薄煤层储量丰富，对小功率采煤机的需求量也比较大。而炮采安全性比 较低，生产率也比较低；综采对设备要求较高，而且投资费用比较大。所以对中薄煤层 来说开发适应高档普采的采煤机是非常必要的，而 mg300/700-wd 型采煤机正是针对中 薄煤层适应高普而进行的设计。 mg300/700-wd 型采煤机的截割部机械传动由三级直齿传动和一级行星机传动实现， 且末级采用太阳轮浮动形式的行星传动。采取摇臂结构形式以增大滚筒的过煤空间进而 提高装煤效率，并对各级齿轮及相应的传动轴进行了设计计算和相应的校核，结果满足 设计要求。 关键词： 采煤机 截割部 行星机构 abstract in the present coal mine of our country,the thin reserves of coal seam are still rich ,are larger for the demand of the small-power machine of coal mining.and cannon pick safety comparison little,productivity is also low;zong pick for equipment requirement higher,and investment cost is compared.so for in thin coal seam development meet the high general machine of coal mining is very necessary.the machine ofmg300/700-wd model of coal mining only aim at in thin coal seam meet the high general design and that goes on. the section of the machine of mg300/700-wd model of coal mining cut department mechanical transmission from 3 level directly tooth transmission and a level planet machine transmission realization,and end level adopts the planet transmission of the floating form of sun gear.adopt to rocker arm configuration with the coal space of increase cylinder and then raising pack coal efficiency， and for different levels gear and corresponding power transmission shaft design calculation and corresponding school nucleus,as a result,satisfy design requirement. key words： shearer coal cutting part planet organization 目 录 1 绪论 1 1.1 我国采煤机 30 多年的发展进程1 1.1.1 20 世纪 70 年代是我国综合机械化采煤起步阶段.1 1.1.2 20 世纪 80 年代是我国采煤机发展的兴旺时期.1 1.1.3 20 世纪 90 年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代.2 1.2 国际上电牵引采煤机的技术发展状况3 1.3 国内电牵引采煤机的发展状况 .4 2 总体方案的确定.5 2.1mg300/700-wd 型采煤机简介.5 2.1.1 概述.5 2.1.2 主要技术参数.5 2.1.3 结构特点.6 2.2 摇臂结构设计方案的确定.6 2.3 截割部电动机的选择.6 2.4 传动方案的确定.7 2.4.1 传动比的确定 7 2.4.2 传动比的分配 7 3 传动系统的设计 9 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定.9 3.2 齿轮设计及强度效核 .11 3.3 轴的设计及强度效核 19 3.3.1 先确定轴 .19 3.3.2 轴 4 的设计及强度效核25 3.3.3 惰一轴的设计30 4 行星传动机构的设计过程 .31 5 采煤机的使用与维护 .48 5.1 采煤机使用过程中常见故障与处理48 5.2 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 .49 5.3 采煤机轴承的维护及漏油的防治50 5.4 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径52 5.5 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策 .54 总结 .57 参考文献58 外文翻译.59 英文翻译59 中文翻译 .65 致 谢 69 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 0 页 1 绪论 1.1 我国采煤机 30 多年的发展进程 1.1.1 20 世纪世纪 70 年代是我国综合机械化采煤起步阶段年代是我国综合机械化采煤起步阶段 20 世纪 70 年代初期，煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面 配套的 md-150 型双滚筒采煤机，另一方面改进普采配套的 dy100 型、dy150 型单滚筒 采煤机；70 年代中后期，制造出 mls3-170 型双滚筒采煤机。20 世纪 70 年代我国采煤机 的发展有以下特点： 1装机功率小 例如，mls3-170 型双滚筒采煤机，装机功率 170kw；kd-150 型双滚筒采煤机，装 机功率 150kw；dy-100 和 dy-150 型单滚筒采煤机，装机功率 100kw 和 150kw。 2有链牵引，输出牵引力小 此时期的采煤机牵引方式都是圆环链轮与牵引链轮啮合传动，传递牵引力小，牵引 力在 200kn 以下。 3牵引速度低 由于受液压元部件可靠性的限制，设计的牵引力功率较小，牵引速度一般不超过 6m /min 。 4自开切口差 由于双滚筒采煤机摇臂短,又都是有链牵引,很难割透两端头,且容易留下三角煤,故需 要人工清理,单滚筒采煤机更是如此. 5工作可靠性较差 我国基础工业比较薄弱,元部件质量较差,反映在采煤机的寿命普遍较低,特别是液压元 部件的损坏比较严重。 1.1.2 20 世纪世纪 80 年代是我国采煤机发展的兴旺时期年代是我国采煤机发展的兴旺时期 20 世纪 70 年代后期，我国总共引进 143 套综采成套设备。世界主要采煤机生产国如 英国、德国、法国、波兰、日本等都进入中国市场，其技术也展示在中国人的面前，为 我们深入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件，同时通过 20 世纪 70 年代自行研制 采煤机的实践，获得了成功和失败的经验与教训，确立了我国采煤机的发展方向，即仿 制和自行研制并举。 解决难采煤层的问题是 20 世纪 80 年代重大课题之一：具体的课题是薄煤层综合机 械化成套设备的研制：大倾角综采成套设备的研制：“三硬” 、 “三软”45m 一次采全 高综采设备的研制：解决短工作面的开采问题，短煤臂采煤机的研制。 据初步统计，20 世纪 80 年代自行开发和研制的采煤机品种有 50 余种，是我国采煤 机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返 了。20 世纪 80 年代采煤机的发展有如下特点： 1重视采煤机系列的开发，扩大使用范围 20 世纪 70 年代开发的采煤机，一种类型只有一个品种，十分单一，覆盖面小，很难 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 满足不同煤层开采需要。20 世纪 80 年代起重视系列化采煤机的开发工作，一种功率的采 煤机可以派生出多种机型，主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用，这样不仅扩大 了工作面的适应范围，而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是 20 世纪 80 年代采煤 机发展中非常突出的特点。 2元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高 总结 20 世纪 70 年代采煤机开发中的经验教训，元部件的可靠性直接决定采煤机开 发的成功率，所以功关内容为：主电机的攻关，以解决烧机的现象；齿轮攻关，从选择 材质上，热处理工艺上着手，学习国内外先进技术成功经验，以德国齿轮为目标进行攻 关，达到预期目的，解决了低速重载齿轮早失效的问题：液压系统和液压元部件的攻关， 主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作的可靠性，在 20 世纪 80 年代中期，把斜 轴泵、斜轴马达、阀组和调速机构等都列入重点攻关内容。 3无链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全 在引进大功率采煤机的同时，无链牵引技术传入中国，德国艾柯夫公司的销轨式无 链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数，而且技术成熟。为此，我国研 制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢。仿制和引进技术生产的采煤机更是如 此。无链牵引使采煤机工作平稳，使用安全，承受的牵引力大，因此，得到用户的广泛 欢迎，大功率采煤机都采用无链牵引系统。 1.1.3 20 世纪世纪 90 年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代 进入 20 世纪 90 年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面 单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，此采煤机开发研制围绕高产 高效的要求进行，其主要方向是： （1）大功率高参数的液压牵引采煤机：最具代表性的机型是 mg2x400w 型采煤 机。 （2）高性能电牵引采煤机：电牵引采煤机的研制从 20 世纪 80 年代开始起步，20 世 纪 90 年代全面发展，电牵引的发展存在直流和交流两种技术途径。进入 20 世纪 90 年代 后，交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用，上海分院先后开发成功 mg200/500-wd、mg200/450-bwd、mg250/600-wd、mg400/920-wd 和 mg450/1020- wd 等采煤机，变频调速箱可以是机载，也可以是非机载。另外派生出 8 种机型，都已投 入使用，取得较好的效果。太原矿山机械厂在引进英国 electra1000 直流电牵引全套技术 的基础上，开发出 mg400/900-wd 和 mg250/600-wd 型两种电牵引采煤机，鸡西煤机厂、 辽源煤机厂也开发了交流电牵引采煤机。 国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但在性能和可靠性上与世界先进国家的 i 采煤 机相比，还存在较大的差距，所以一些有实力的矿务局，在装备高产高效工作面时，把 目光移到国外，进口国外先进电牵引采煤机。如神府华能集团引进美国的 7ls、6ls 电牵 引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的 sl-500 型和日本的 mcle-dr102 型交流电牵 引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少，90 年代采煤机技术发展的特点如下： 1多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流 我国开发的电牵引采煤机，一般都采用横向布置。各大部件由单独的电动机驱动， 传动系统彼此独立，无动力传递，结构简单，拆装方便，因而有取代电动机纵向布置的 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 趋势。 2我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小 在装机功率方面，我国的液压牵引采煤机装机功率达到 800kw，电牵引采煤机装机 功率达到 1020kw，其牵引功率为 2x50kw，可满足高产高效工作面对功率的要求。在 牵引力和牵引速度方面，电牵引的最大牵引力已达到 700kn，最大牵引速度达 1256m/min,微处理机的工矿监测、故障显示、无线电离机控制等方面已达到较高技术水 平。 3液压紧固技术的开发研究取得成功 采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素，而且解决难度较大，液压 螺母和专用超高压泵，在电牵引采煤机中得到推广应用，防松效果显著，基本解决采煤 机连接可靠性的问题。 回顾这 30 多年我国采煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路， 也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从 20 世纪 70 年代主要靠进口采 煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个 了不起的进步。 1.2 国际上电牵引采煤机的技术发展状况 80 年代以来, 世界各主要产煤国家, 为适应高产高效综采工作面发展和实现矿井集 约化生产的需要, 积极采用新技术, 不断加速更新滚筒采煤机 的技术性能和结构, 相继研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤机。其中, 最具代 表的是英国安德森的eiect ra 系列, 德国艾柯夫的sl 系列, 美 国乔依的ls 系列和日本三井三池的mcl e2dr 系列电牵引采煤机。这些采煤机, 体现了 当今世界电牵引采煤机的最新发展方向。 德国艾柯夫公司, 整机结构特点为机身3 段式, 两边传动部分为铸造箱体结构, 中间电气 部分为焊接框架结构, 摇臂为分体联结, 左右对称通用, 可满足不同的配套要求; 牵引部 电气传动系统采用两直流电机他激并列, 电枢采用微机控制, 励磁采用串联, 既能满足四 象限运行, 又能满足双牵引, 趋于负载均衡, 目前正全力发展交流电牵引。美国乔依公司 从3ls7ls , 机身为3 段焊接结构形式, 摇臂为分体联结、左右通用, 牵引部电气传动系 统为2电机串激串联, 目前已开始投入使用7ls 交流电牵引采煤机。日本三井三池公司 rd101101 和rd102102 均为交流电牵引采煤机, 其结构形式为以前的截割电机布置在机 身的传统结构形式, 机械传动和联结相当复杂。 总结这些国家电牵引采煤机的技术发展有如下几个特点: (1) 装机功率和截割电动机功率有较大幅度增加 为了适应高产高效综采工作面快速割 煤的需要, 不论是厚、中厚和薄煤层采煤机, 均在不断加大装机功率(包括截割功率和牵引 功率) 。装机功率大都在1000kw 左右, 单个截割电机功率都在375kw以上, 最高达 600kw。直流电牵引功率最大达2 56kw , 交流电牵引功率最大达2 60kw。 (2) 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型 世界各主要采煤机厂商20 世纪80 年代都已把重点转向开发电牵引采煤机, 如德国艾柯 夫公司是最早开发电牵引采煤机的, 80 年代中后期基本停止生产液压牵引采煤机, 研制出 edw 系列电牵引采煤机, 90 年代又研制成功交流直流两 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 用的sl300 , sl400 , sl500 型采煤机。美国乔依公司70 年代中期开始开发多电机驱动的 直流电牵引采煤机, 80 年代先后推出3ls , 4ls 和6ls 3 个 新机型, 其电控系统多次改进, 更趋完善。英国安德森公司80 年代中期先后开发了el ectra1000和el ectra 薄煤层电牵引采煤机。日本三井三池公司80 年代中期着手开 发高起点交流电牵引采煤机, 最具代表的是mcl e2dr101101 , mdl e2dr102102 采煤 机, 为国际首创。法国萨吉姆公司 在90 年代也已研制成功panda2e 型交流电牵引采煤机。交流电牵引近几年发展很快, 由 于技术先进,可靠性高、简单, 有取代直流电牵引的趋势。自日 本80 年代中期研制成功第1 台交流电牵引采煤机,至今除美国外, 其它国家如德国、英国、 法国等都先后研制成功交流电牵引采煤机, 是今后电牵引采 煤机发展的新目标。 (3) 牵引速度和牵引力不断增大 液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/ min 左右, 而 实际可用割煤速度为4 5m/ min , 不适应快速割煤需要。电牵引采煤机牵引功率成倍增 加, 最大牵引速度达1520m/ min , 美国18m/ min 的牵引速度很普遍,美国乔依公司的1 台经改进的4ls 采煤机的牵引速度高达2815m/ min。由于采煤机需要快速牵引割煤, 滚筒 截深的加大和转速的降低, 又导致滚筒进给量和推进力的加大, 故要求采煤机增大牵引力, 目前已普遍加大到450600kn , 现正研制最大牵引力为1000kn 的采煤机。 (4) 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展 70 年代中期仅有美国的ls 系列采煤机、西德edw215022l22w 型采煤机采用多电 机驱动, 机械传动系统彼此独立, 部件之间无机械传动, 取消了锥齿轮传动副和复杂通轴, 机械结构简单, 装拆方便。目前, 这类采煤机既有电牵引, 也有液压牵引, 既有中厚煤层 用大功率, 也有薄煤层的, 有取代传统的截割电动机纵向布置的趋势。 (5) 滚筒的截深不断增大 牵引速度的加快,支架随机支护也相应跟上, 使机道空顶时间 缩短,为加大采煤机截深创造了条件。10 年前滚筒采煤机截深大都是630 700mm , 现 已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美国正在考虑采用1500mm 截深的可能性。 (6) 普遍提高供电电压 由于装机功率大幅度提高, 为了保证供电质量和电机性能, 新 研制的大功率电牵引采煤机几乎都提高供电电压, 主要有2300v , 3300v , 4160v 和 5000v。美国现有长壁工作面中, 45 %以上的电牵引采煤机供电电压为2300v。 (7) 有完善的监控系统 包括采用微处理机控制的工况监测、数据采集、故障显示的自 动控制系统; 就地控制、无线电随机控制, 并已能控制液压 支架、输送机动作和滚筒自动调高。 (8) 高可靠性 据了解美国使用的el ectra 1000 型采煤机的时间利用率可达95 %98 % ,采煤量350 万t 以上,最高达1000 万t 。 1.3 国内电牵引采煤机的发展状况 我国从20 世纪80 年代末期, 煤科总院上海分院与波兰合作研制开发了我国第1 台mg3442pwd薄 煤层强力爬底板交流电牵引采煤机, 在大同局雁崖矿使用取得成功。借助mg3442pwd 电牵引采煤机 的电牵引技术, 对液压牵引采煤机进行技术更新。第1 台mg300/ 6802wd 型电牵引采煤机是在鸡西 煤矿机械厂生产的mg300 系列液压牵引采煤机的基础上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晋华宫矿 开始使用。与此同时, 在太原矿山机器厂生产的am2500 液压牵引采煤机上应用交流电牵引调速装置 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 改造mg375/8302wd 型电牵引采煤机。截止目前, 我国已形成5 个电牵引采煤机生产基地, 鸡西煤矿 机械厂、太原矿山机器厂、煤炭科学研究总院上海分院、辽源煤矿机械厂生产交流电牵引采煤机, 西 安煤矿机械厂则生产直流电牵引采煤机。 我国近期开发的电牵引采煤机有以下特点: (1) 多电机驱动横向布置电牵引采煤机。截割电机横向布置在摇臂上, 取消了螺旋伞齿 轮和结构复杂的通轴。 (2) 总装机功率、牵引功率大幅度提高, 供电电压(对单个电机400kw 及以上) 由 1140v 升至3300v , 保证了供电质量和电机性能。 (3) 电牵引采煤机以交流变频调速牵引装置占主导地位, 部分厂商同时也研制生产直流 电牵引采煤机。 (4) 主机身多分为3 段, 取消了底托架, 各零部件设计、制造强度大大提高, 部件间用 高强度液压螺母联接, 拆装方便, 提高了整机的可靠性。 (5) 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高。在通用性、互换性和集成 型方面迈进了一大步, 功能逐步齐全, 无线电随机控制研制成功, 数字化、微机的电控装 置已进入试用阶段。 (6) 在横向布置的截割电机上, 设计使用了具有弹性缓冲性能的扭矩轴,改善了传动件的 可靠性, 对提高采煤机的整体可靠性和时间利用率起到了积极作用。 (7) 耐磨滚筒及镐形截齿的研究, 推进了我国的滚筒及截齿制造技术,开发研制的耐磨滚 筒,可适用于截割f = 34 的硬煤。具有使用中轴向力波动小,工作平稳性好,块煤率高,能耗 低等优点。 2 总体方案的确定 2.1mg300/700-wd 型采煤机简介 2.1.1 概述概述 mg300/700-wd 型机载交流电牵引采煤机，该机装机功率 700kw，截割功率 2300kw,牵引功率 82kw。 该采煤机使用的电气控制箱符合矿用电气设备防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤层 爆炸危险的矿井中使用，并可在海拔不超过 2000m、周围介质温度不超过40或低于 10、不足以腐蚀和破坏绝缘的气体与导电尘埃的情况下使用。 2.1.2 主要技术参数主要技术参数 该机的主要技术参数如下： 1适应煤层 采高范围：1.93.7m 煤层倾角：35 度 煤层硬度：中硬或硬煤层 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 2总体 额定转速：40r/min 机面高度：1457 mm 摇臂摆动中心距：2541mm 2.1.3 结构特点结构特点 mg300/700-wd 型采煤机采用多电机横向布置方式，截割部用销轴与牵引部联结， 左、右牵引部及中间箱采用高强度液压螺栓联结，在中间箱中装有泵箱、电控箱、水阀 和水分配阀。该机具有以下特点： 1截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置 结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。 2主机身分为三段，即左牵引部、中间控制箱、右牵引部，采用高度液压螺栓联 结，结构简单可靠、拆装方便。 2.2 摇臂结构设计方案的确定 由于煤层地质条件的多样性，煤炭生产需要多种类型和规格的采煤机。利用通用部 件，组装成系列型号的采煤机，可以给生产带来很多方便。系列化、标准化和通用化是 采掘机械发展的必然趋势。所以，这里把左右摇臂设计成对称结构。 2.3 截割部电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 3002kw，即每个截割部功率为 300kw。根据矿下 电机的具体工作情况，要有防爆和电火花的安全性，以保证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。据此选 择由抚顺厂生产的三相鼠笼异步防爆电动机 ybc3300,其主要参数如下： 额定功率：300kw； 额定电压：1140v 额定电流：206a; 额定转速：1470r/min 额定功率：50hz; 绝缘等级： h 接线方式：y 工作方式：s1 质量： 1502kg 冷却方式：外壳水冷 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 该电机总体呈圆形，其示意图及外形主要尺寸如图 1 所示： 该电动机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。 2.4 传动方案的确定 2.4.1 传动比的确定传动比的确定 滚筒上截齿的切线速度，称为截割速度，它可由滚筒的转速和直径计算而的，为了 减少滚筒截割产生的细煤和粉尘，增大块煤率，滚筒的转速出现低速化的趋势。滚筒转 速对滚筒截割和装载过程影响都很大；但对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割 速度而不是滚筒转速。 总传动比 总 i 7536 40 1470 滚 总 n n i 电动机转速 r/minn 滚筒转速 r/min 滚 n 2.4.2 传动比的分配传动比的分配 在进行多级传动系统总体设计时，传动比分配是一个重要环节，能否合理分配传动 比，将直接影响到传动系统的外阔尺寸、重量、结构、润滑条件、成本及工作能力。多 动1 ybc3-300 动动动动动动动动 沉孔深20 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 级传动系统传动比的确定有如下原则： 图 2 nwg 行星机构 1各级传动的传动比一般应在常用值范围内，不应超过所允许的最大值，以符合其 传动形式的工作特点，使减速器获得最小外形。 2.各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称；各传动件彼此间不应发生干涉碰撞；所 有传动零件应便于安装。 3使各级传动的承载能力接近相等，即要达到等强度。 4使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等，从而使润滑比较方便。 由于采煤机在工作过程中常有过载和冲击载荷，维修比较困难，空间限制又比较严 格，故对行星齿轮减速装置提出了很高要求。因此，这里先确定行星减速机构的传动比。 本次设计采用 nwg 型行星减速装置，其原理如图 2 所示： 该行星齿轮传动机构主要由太阳轮 a、内齿圈 b、行星轮 g、行星架 x 等组成。 传动时，内齿圈 b 固定不动，太阳轮 a 为主动轮，行星架 x 上的行星轮 g面绕自身的轴 线 oxox 转动，从而驱动行星架 x 回转，实现减速。运转中，轴线 oxox 是转动的。 这种型号的行星减速装置，效率高、体积小、重量轻、结构简单、制造方便、传动 功率范围大，可用于各种工作条件。因此，它用在采煤机截割部最后一级减速是合适的， 该型号行星传动减速机构的使用效率为 0.970.99,传动比一般为 2.113.7。如图 27 所示，当内齿圈 b 固定，以太阳轮 a 为主动件，行星架 g 为从动件时，传动比的推 荐值为 2.79。查阅文献4,采煤机截割部行星减速机构的传动比一般为 46。这里定 行星减速机构传动比 747. 5 b ag i 则其他三级减速机构总传动比 36.755.747=6.39 总 ii b ag i x-行星架 图2 nwg行星机构 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 由于采煤机机身高度受到严格限制，每级传动比一般为根据前述多级减数; 43 j i 齿轮的传动比分配原则和摇臂的具体结构，初定各级传动比为： ,79 . 1 1 i,56 . 1 2 i29 . 2 3 i 以此计算，四级减速传动比的总误差为： 1562295747）36750279 . 1 75.36( 在误差允许范围 5内，合适。 3 传动系统的设计 截割部传动系统图 图 3 截割部传动系统图 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定 各轴转速计算： 从电动机出来，各轴依次命名为、轴。 轴 min1470 1 n/r 轴 min/ 2 . 82179 . 1 /1470 3 rn 轴 43.52656 . 1 / 2 . 821/ 234 inn min/r 轴 min/88.22929 . 2 /43.526/ 346 rinn 各轴功率计算： 轴 0.99=297300 31 ppkw 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 轴 0.980.99 =288.15297 2 1212 pp 2 kw 轴 0.980.99=279.5615.288 1223 ppkw 轴 0.980.990.99=271.2356.279 31234 ppkw 轴 0.980.990.99=263.1523.271 31245 ppkw 轴 0.980.99=255.3115.263 1256 ppkw 轴 0.980.990.99=247.7031.255 31267 ppkw 轴 0.980.990.99=240.3270.247 31278 ppkw 各轴扭矩计算: 轴 95509550 1 1 1 n p tmn 5 . 1929 1470 297 轴 95509550 3 3 3 n p tmn 1 . 3251 2 .821 56.279 轴 95509550 4 4 4 n p tmn 4 . 4920 43.526 23.271 轴 95509550 7 7 7 n p tmn 3 . 10290 8 . 229 7 .247 轴 95509550 8 8 8 n p tmn 71.9983 88.229 3 . 10290 将上述计算结果列入下表,供以后设计计算使用 运动和动力参数 编号功率/kw转速 n/(rmin) 1 转矩 t/(nm) 传动比 轴 29714701929.5 轴 279.56821.23251.1 1.79 轴 271.23526.434920.41.56 轴 247.70229.8810290.32.29 轴 240.32229.889983.715.747 3.2 齿轮设计及强度效核 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 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 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： 齿轮 1 惰轮 2 的设计及强度校核。 计算过程及说明计算结果 1)选择齿轮材料 查文献 1 表 8-17 齿轮选用 20crmnti 渗碳淬火 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 估取圆周速度，参 3 111 /)022 . 0 013 . 0 (npnvtsmvt/12 考文献 1 表 814，表 815 选取 小轮分度圆直径，由式（864）得 1 d 3 21 1 ) ( 12 h he d zzz u ukt d 齿宽系数查文献 1 表 823 按齿轮相对轴承为非对 d 称布置，取06 d 小轮齿数 1 z 惰轮齿数 1.9219=36.48 取 37 2 z 2 z 齿数比 =1.95u 19 37 2 1 z z u 传动比误差 误差在范围内6 . 1 95 . 1 95 . 1 92 . 1 u u %3 小轮转矩mmnt 958200 1 载荷系数 由式 12.5 得k kkkkk va 使用系数 a k 动载荷系数 查图 12.9 得初值 v k vt k 齿向载荷分布系数 k 齿间载荷分配系数 由式 855 及得 k0 hrc 5662 smvt/12 公差组 6 级 06 d =19 1 z 37 2 z 1.95u 合适 175 a k 111 vt k 1.12 k 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 cos)/1/1 (2 . 388. 1 21 zz 1.883.2(1/19+1/34)=1.625 查表 821 并插值 1 k 则载荷系数的初值 k t k18 . 2 112 . 1 11 . 1 75 . 1 弹性系数 查表 12.10 e z 189.8 e z 2 /mmn 节点影响系数 查图 864 h z 0,0 21 xx 重合度系数 z 79 . 0 3 4 z 许用接触应力 由式得698 h hhhlim szz/ 接触疲劳极限应力 2 1lim /1450mmn h 查图 869 2 2lim /1450mmn h 应力循环次数由式得708 10 11 107 . 11630020214806060 h jlnn 9 10 1 2 1072. 8 95 . 1 107 . 1 u n n 则 查图 12.18 得接触强度得寿命系数 9 . 0 2 n z 85 . 0 1n z 硬化系数 查图 871 及说明 z 接触强度安全系数 查表 827，按可靠度查 h s 取6 . 15 . 1 hlim s6 . 1 h s 2 21 /25.9066 . 1/111450mmn hh 故的设计初值为 1 d t d1 1 k 2.18 t k 189.8 e z 2 /mmn 2.5 h z 0.79 z 2 1 /1450mmn hlim 2 2 /1450mmn hlim 10 1 107.1n 9 2 1072 . 8 n 85 . 0 1n z 9 . 0 2 n z 1 z 6 . 1 h s 8m 152mm t d1 smv/77.11 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页 =121.9 3 2 1 25.906 79 . 0 5 . 2 8 . 189 92 . 1 192 . 1 6 . 0 95820018. 22 t d 齿轮模数 取 m=8 查表 83 48 . 6 19/ 9 . 121/ 11 zdm t 小齿分度 圆 直径的参数圆整值 t d1mmmz152 1 圆周速度 vsm nd v t /77.11 60000 148015214 . 3 60000 11 与估取很相近，对取值影响不大，不必修正smv/12 v k v k 1.11， vtv kk1 . 2 t kk 小轮分度圆直径 t dd 11 惰轮分度圆直径 mmmzd296837 22 中心距 a 224 2 37198 2 21 zzm a 齿宽 取 b 2 . 911526 . 0 1 db d 96b 惰轮齿宽 96 2 bb 小轮齿宽 取 9105996 21 bb 齿根弯曲疲劳强度效荷计算 3 由式 668 fsff yyy mbd kt 1 1 2 齿形系数 查图 12.21 小轮 f y 1f y 大轮 2f y 应力修正系数 查图 868 小轮 s y 1s y 大轮 2s y 重合度系数,由式 867 y 71 . 0 617 . 1 /75 . 0 25 . 0 /75 . 0 25 . 0 y 许用弯曲应力由式 12.91 f fxnflimf syy/ 11. 1 v k 2.18 t k 152mm t d1 mmd296 2 224a 96 2 b 105 2 b 2.8 1f y 2.44 2f y =1.54 1s y =1.63 2s y 71 . 0 y 2 1 /850mmn flim 2 2 /850mmn flim 85 . 0 1n y87 . 0 2 n y 0.98 x y 2 f s 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页 齿轮 1 和惰轮 2 的设计及强度效核 弯曲疲劳极限 查图 12.23 flim 弯曲寿命系数 查图 12.24 n y 尺寸系数 查图 12.25 x y 安全系数 查表 12.14 f s 则 2 11121 / 5 . 4162/98 . 0 1850/mmnsyy fxnflimff 1 2 1 /17.10071 . 0 54 . 1 8 . 2 8152105 95820018. 22 ff mmn 2 2 2 /89.5171 . 0 63 . 1 47 . 2 829696 95820018 . 2 2 ff mmn 4. 齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 d198 11 mzd 378 22 mzd 齿顶高 a hmmmhh aa 881 * 齿根高 f h825 . 0 1 * * mchh af 齿顶圆直径 a d821522 11 aa hdd 822962 22 aa hdd 齿根圆直径 f d1021522 11 ff hdd 1022962 22 ff hdd 基圆直径 b d 20cos152cos 11 ddb 20cos296cos 22 ddb 齿距 pmmmp12.25 齿厚 smmms56.122/ 中心距 取整amma224 2 1 /03.354mmn f 2 2 /4 .362mmn f 2 1 /17.100mmn f 2 2 /89.51mmn f mmd152 1 mmd296 2 mmha8 mmhf10 mmda168 1 mmda312 2 mmdf132 1 mmdf276 2 mmdb8 .142 1 mmdb15.278 2 mmp12.25 mms56.12 mma224 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 14 页 齿轮 4 和齿轮 5 设计及强度效核： 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 15 页 1)选择齿轮材料 查文献 1机械设计手册表 8-17 齿轮 4 选用 20crmnti 渗 碳淬火 齿轮 5 选用 45 钢调质 2)按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按估 3 333 /)022. 0013 . 0 (npnvt 取圆周速度，参考文献 1 表 12.6，精度等级 7 级。smvt/9 表 12.9 选取 小轮分度圆直径，由式（864）得 1 d 3 21 1 ) ( 12 h he d zzz u ukt d 齿宽系数查文献 1 表 12.13 按齿轮相对轴承为非对称布 d 置，取06 d 小轮齿数 4 z 大轮齿数 圆整取 5 z 5 z412377 . 1 42 zi 齿数比 uu23/41/ 45 zz 传动比误差 误差在范围内003 . 0 /uu%5 小轮转矩mmnt1714700 4 载荷系数 由式（854）得k kkkkk va 使用系数 查表 820 a k 动载荷系数 查图 857 得初值 v k vt k 齿向载荷分布系数 查图 860 k 齿向载荷分配系数 由式 855 及得 k0 cos)/1/1 (2 . 388. 1 54 zz 1.883.2(1/23+1/36)=1.66 查表 12.10 并插值 1.1 k 则载荷系数的初值 k1 . 108 . 1 18 . 1 75 . 1 t k 弹性系数 查表 12.12 e z hrc 5662 hbs 245275 smvt/9 公差组 7 级 06 d =23 4 z 41 5 z 1.78u 合适 1.75 a k 1.18 vt k 1.12 k 1.1 k 5 . 2 t k 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 16 页 189.8 e z 2 /mmn 节点影响系数 查图 864 h z 0,0 21 xx 重合度系数 查图 12.10 z0 许用接触应力 由式得698 h hhhlim szz/ 接触疲劳极限应力 查图 869 54hlimhlim 、 应力循环次数由式得708 960001 8 . 7706060 4 h njln 99 15 105 . 277 . 1 /1044. 4/unn 则 查图 12.18 得接触强度得寿命系数 1 21 nn zz 硬化系数 查图 12.19 及说明 z 接触强度安全系数 按高可靠度查 取 h s6 . 15 . 1 hlim s 6 . 1 h s 2 21 /25.9066 . 1/111450mmn hh 故的设计初值为 4 d t d4 7 .165 25.906 78. 05 . 2 8 . 189 77 . 1 177 . 1 6 . 0 17147005 . 22 3 2 4 t d 齿轮模数 取mmzdm t 26 . 8 23/190/ 44 小齿分度圆直径的参数圆整值 t d4923 4 mz 圆周速度 v60000/ 8 . 77020714 . 3 60000/ 34 ndv t 与估取很相近，对取值影响不大，不必修正smvt/9 v k 1.18， vtv kk5 . 2 t kk 小轮分度圆直径 t dd 44 189.8 e z 2 /mmn 2.5 h z 0.78 z 2