毕业设计（论文）-采煤机摇臂低速区轴承故障分析（全套图纸三维）.pdf

毕业设计说明书 题目名称题目名称： 采煤机摇臂低速区轴承振动特性与故障分析采煤机摇臂低速区轴承振动特性与故障分析 院系名称院系名称： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 班班 级级： 学学 号号： 学生姓名学生姓名： 指导教师指导教师： 2015 年年 5 月月 1 摘摘 要要 机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响 着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展 的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多 的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下， 对采煤机摇臂低速区轴承进行改良和优化是当务之急。有大型采煤机设备 企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业， 充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动 或不当操作设备的现象等。国内采煤机摇臂低速区轴承的研发及制造要与 全球号召的低效经济、安全稳定主题保持一致。采煤机摇臂低速区轴承的 发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本次设计的题目是采煤机摇臂低速区轴承振动特性与故障分析，在设 计过程中，主要对采煤机摇臂低速去轴承结构方案的确定和相关组件的计 算和设计，重点完成了采煤机摇臂低速区轴承振动特性与故障分析。首先， 完成了对摇臂减速器的传动比分配，转速及传递功率的计算，其次，完成 2 了采煤机摇臂壳体内一轴、二轴、三轴、四轴、五轴和各轴传动齿轮的设 计及校核，简单介绍了行星轮系的装配关系确定和强度校核。再次，重点 对摇臂低速区轴承的振动特性进行详细分析。最后，对采煤机摇臂低速区 轴承进行了三维建模，有限元分析。 关键词：机械工业；采煤机摇臂低速区轴承；设计；有限元分析； 3 Abstract With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right atcompressedneceengththdirectionprocedurework. The inverted pendulum is a typical high order system, with multi variable, non- linear, strong- coupling, fleet and absolutely instable. It is representative as an ideal model to prove new control theory and techniques. During the control p rocess, pendulum can effectively reflect many key problems such as equanimity, robust, follow- up and track, therefore.This paper studies a control method of do uble inverted pendulum . First of all, the mathematical model of the double inver ted pendulum is established, then make a control design to double inverted pend ulum on the mathematical model, and determine the system performance index weightmatrix , by using genetic algorithm in order to attain the system state fee dback control matrix. Finally, the simulation of the system is made by . Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Fout degrees of freedom. 4 目目 录录 1 绪论 . 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1.2 采煤机械化的发展与趋势 . 1.3 本课题研究的内容 . 2 摇臂整体方案确定 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 2.1 采煤机的分类 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 2.2 采煤机的工作原理 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 2.3 摇臂具体结构设计方案的确定 . 12 3 传动系统设计 . 15 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定 . 15 3.2 齿轮设计及强度效核 . 17 3.3 行星齿轮的计算 . 1 3.3.1 配齿计算 . 2 错误！未定义书签错误！未定义书签。 3.3.2 几何尺寸计算 . 2 错误！未定义书签错误！未定义书签。 3.3.3 装配条件验算 . 26 3.4 行星轴的设计计算 . 27 3.4.1 初算轴的最小直径 . 28 3.4.2 输入轴的设计 . 28 3.4.3 输出轴的设计 . 29 3.5 轴的设计校核与轴承选用 . 46 3.5.1轴的设计及强度效核 . 46 3.5.2轴的设计及强度效核 . 50 5 3.6 轴承的寿命校核 . 55 结论 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签错误！未定义书签。 6 1 绪论绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识 是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技 术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术， 提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太 特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代 末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业 合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济 效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低 资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一 个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完 全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精 美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游 和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬 件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人 工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创 造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越 来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促 进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和 手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智 能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制， 7 反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消 除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更 高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识 总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学 科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二 十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分 支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大 战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有， 一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查 看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块 的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑 的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二 十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域， 对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和 必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看 看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综 合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综 合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术， 有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 1.2 采煤机械化的发展与趋势 机械化采煤开始于上世纪 40 年代， 是随着采煤机械 （采煤机和刨煤机） 的出现而开始的。40 年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，联邦德国 生产了刨煤机，使工作面落煤，装煤实现了机械化。但是当时的采煤机都 是链式工作机构，能耗大、效率低，加上工作面输送机不能自移，所以生 产率受到一定的限制。 50 年代初期，英国、联邦德国相继生产了滚筒采煤机、可弯曲刮板输 送机和单体液压支柱，大大推进了采煤机械化的发展。由于当时采煤机上 的滚筒是死滚筒，不能实现调低，因而限制了采煤机械的适用范围，我们 称这种固定滚筒的采煤机为第一代采煤机。因此，50 年代各国的采煤机械 化的主流还只是处于普通水平。虽然在 1954 年英国已经研制出了液压自移 8 式支架，但是由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善，综采技术仅仅处 于开始试验阶段。 60 年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤 机的出现， 解决了采低调整的问题， 扩大了采煤机的适用范围； 特别是 1964 年第三代采煤机双摇臂采煤机的出现，进一步解决了工作面自开缺口 问题；再加上液压支架和可弯曲刮板输送机的不断完善，滑行刨的研制成 功等，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤 的优越性低效、低产 、安全和经济，因此各国竞相采用综采技术。 进入 70 年代，综采机械化得到了进一步发展和提低，综采设备开始向 大功率、低效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率 为 7501000KW，生产率达 1500T/H 的刮板输送机，以及工作阻力达 1500KN 的强力液压支架等。1970 年采煤机无链牵引系统的研制成功以及 1976 年出现的第四代采煤机电牵引采煤机，大大改善了采煤机的性能， 并扩大了它的使用范围。 目前，各主要产煤国家已基本上实现了采煤机械化。衡量一个国家采 煤机械化水平的指标是采煤机械化程度和综采机械化程度。 采煤机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到低效、 低产、安全、经济；向遥控及自动控制发展，并逐步过渡到无人工作面采 煤；提低单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制厚、薄及 急倾斜等难采煤层的机械设备。 1.3 本课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对采煤机摇臂低速区轴承振动特性进 行分析和计算，在设计过程中，了解 SolidWorks 的各种功能。 SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司 的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts） 内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实 体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 SolidWorks 三维机械设计软件至 今已经拥有位于全球的办事处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进 行销售与分销该产品。1997 年，Solidworks 被法国达索（Dassault 9 Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks 软 件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业 中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有 数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得 十七项国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力 和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全 面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效 地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀 眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三 亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商 和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续 独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司。SolidWorks 三维机械 设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成 为全球装机量最大、 最好用的软件。 资料显示， 目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、 模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布 于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上， 每年来自全球 4， 300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比， 10 SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越 来越多的工程师和设计者使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。Solidworks 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技 术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特点。使得 SolidWorks 三维软件 成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户 提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案， 从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所见 到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便又通俗易懂的 软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者， 乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世界上第一 个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发展 潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公 司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项 的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微 机平台 CAD 系统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大 奖，其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此， SolidWorks 所遵循的易用、 稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明， 使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由 于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明 星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千 万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。 公司原来的风险投资商和股东， 以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世 界纪录。 并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作， 成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维机械设计软件也 成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 11 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为 全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、 模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布 于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上， 每年来自全球 4， 300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明 了越来越多的工程师使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国，包括麻省理工学院（MIT） 、斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔 滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京 航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用 SolidWorks 进行教学。 Solidworks 软件功能强大， 组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得 SolidWorks 成为领先 的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减 少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的 功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用， 并且 SolidWorks 公司对中 国市场重点开发，日后 SolidWorks 应用将会更加完善，更加普遍。通过前 文对 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分 析，如建模，装配，工程图，力学分析等。 12 2 摇臂具体结构设计方案的确定摇臂具体结构设计方案的确定 2.1 采煤机的分类 采煤机有不同的分类方法：按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和 链式采煤机；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引采煤机；按牵引部位置 可分为内牵引和外牵引；按牵引部动力可分为机械牵引、液压牵引与电牵 引；按工作机构位置可分为额面式与侧面式；还可以按层厚和倾角来分类。 现在我们所说的采煤机主要是指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可 靠性高，效率高，所以现在使用很广泛。 滚筒采煤机的组成如图 2.1 所示。现代采煤机基本上都使用模块化设 计，采用多电机横向布置，结构取消了螺旋伞齿轮，各主要部件通过高强 度液压螺栓联接，之间没有动力传递，结构简单，传动效率高，传动可靠， 维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高， 不会出现断链事故工作更安全。 图 2.1 双滚筒采煤机 2.2 采煤机的工作原理 双滚筒采煤机工作时， 前滚筒割顶煤， 后滚筒割底部煤并清理浮煤。（双 滚筒采煤机的工作原理如图 2.2 所示）因此双滚筒采煤机沿工作面牵引一 次，可以进一次刀；返回时，又可以进一刀，即采煤机往返一次进两次刀， 13 这种采法称为双向采煤法。 图 2.2 双滚筒采煤机工作原理 为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机， 滚筒上的螺旋叶片螺旋方向必 须与滚筒旋转方向相适应：对顺时针旋转（人站在采空侧看）的滚筒，螺 旋叶片方向必须右旋；逆时针旋转的滚筒，其螺旋叶片方向必须左旋。或 者形象的归结为“左转左旋；右转右旋” ，即人站在采空区从上面看滚筒， 截齿向左的用左旋滚筒，向右的用右旋滚筒。 双滚筒采煤机有自开缺口的能力，当采煤机割完一刀后，需要重新将滚 筒切入一个截深，这一过程称为进刀。常用的进刀方式有两种： 1端部斜切法 利用采煤机在工作面两端约 2530m 的范围内斜切进刀称端部斜切进 刀法； 2中部斜切法（半工作面法） 利用采煤机在工作面中部斜切进刀称为中部斜切法。 2.3 摇臂具体结构设计方案的确定 采煤机是煤矿综采工作中的关键机械设备之一，大功率、高强度、高 可靠性是现代采煤机发展方向。然而作为采煤机可靠性最为薄弱环节，摇 臂齿轮箱频繁出现机械故障，据统计，近年来其平均故障率占采煤机故障 率的 34.2%，已严重制约着采煤机开机率的提高，影响到煤矿综合采集作业 14 的均衡生产。齿轮箱主要有齿轮、轴、轴承和机架四个部分组成。本课论 文只从采煤机摇臂高速区轴承振动特性与故障分析方面进行简单讨论研 究。本文在查找大量资料的基础之上，首先针对课题研究的背景、意义及 国内外研究现状进行分析论述，找到采煤机摇臂高速区故障诊断的难点及 特点及现有方法的不足，再通过对摇臂齿轮箱安装、运行工况进行分析， 详细分析其结构、常见故障模式，研究高速区轴承振动故障机理。由于煤 矿井下生产环境恶劣，摇臂齿轮箱安装特殊性，由于实际问题限制，以仿 真软件对工况进行模拟仿真来代替在现场检测在目前国内采煤机市场，中 厚煤层重型采煤机在研发、设计、制造和使用方面中占据着主导地位，中 厚煤层采煤机技术日益成熟，有着广阔的提升空间。目前国内生产这类型 采煤机的大型企业有西安煤矿机械厂、鸡西煤矿机械厂、佳木斯煤矿机械 厂等，其中以鸡西煤矿机械厂设计生产的 MG160/390-WD 型电牵引采煤机也 是典型代表，该机在国内有着广泛的应用，得到众多煤矿的好评。本设计 是在其成功的设计思想和理念基础上，对其摇臂进行设计，分析高速区轴 承振动与三维建模。 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，摇臂减速箱完全互换，只是摇臂壳体分左右。 为加长摇臂，扩大调低范围，摇臂内常装有若干惰轮，致使截割部齿数较 多。同时由于行星齿轮为多齿啮合，传动比大，效率低，可减小齿轮模数， 故末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。 （1） 壳体：采取直臂形式，用 ZG25Mn 材料铸造，并在壳体内腔表面设置 有八组冷却水管。 （2）轴 ：轴齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成，通过以 花键联接的扭矩轴与截割电机联接。 15 （3）：为惰轮组，轴齿轮，轴承，端盖，密封件，密封座组组成。 （4）轴：齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成。 （5）轴：齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成。 （6）轴：齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成。 （7）轴：惰轮组，轴齿轮，轴承，端盖，密封件，密封座组组成。太阳 轮通过花键联接将动力传递给行星减速器。 （8）行星减速器：太阳轮，行星轮，内齿圈，行星架和轮轴，轴承，套筒 组成。该行星减速器有三个行星轮系，太阳轮浮动，行星架靠两个套筒轴 向定位，径向有一定的配合间隙。 （9）中心水路：水管和接头组成。 （10）离合器：离合手把，压盖，转盘，推杆轴，扭矩轴等组成。 3 传动系统设计传动系统设计 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定 . 求输出轴上的功率 P3，转速 3 n ，转矩 3 T P3=41.4KW 3 n =72r/min 3 T = 6 5.49 10 N mmg . 求作用在齿轮上的力 已知低速级大齿轮的分度圆直径为 2 d =327 mm而 Ft= 32 2/Td = 64 2 5.49 10 /3273.36 10= (2-1) 40 tan/cos3.36 10tan20 /cos12.35812511 o rtn FFN= (2-2) 16 Fa= Fttan = 4 3.36 10 tan12.3587362N=gN (2-3) 圆周力 Ft，径向力 Fr及轴向力 Fa的方向如图示: . 初步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为 45 钢,调质处理,取112= o A 3 3 min 3 92 o P dAmm n = (2-4) 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 d,为了使所选的轴与联 轴器吻合,故需同时选取联轴器的型号 选取1.3 a K = 63 3 1.3 5.49 107.13 10 caa TK TN m=g (2-5) 因为计算转矩小于联轴器公称转矩,所以 选取 HL8 型弹性套柱销联轴器其公称转矩为 10000Nm,半联轴器的孔径 1 1 95,95.212. 167 dmmdmmLmm Lmm = = 故取半联轴器的长度半联轴器 与轴配合的毂孔长度为 . 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,-轴段左端需要制出 一轴肩,故取-的直径103dmm = ;右端用轴端挡圈定位,按轴 端直径取挡圈直径mmD50=半联轴器与轴配合的轮毂孔长度 为 了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 故-的长度 应比 略短一些,现取 12 165L= 初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用 单列圆锥磙子轴承.参照工作要求并根据103dmm = ,由轴承产品 目录中初步选取 0 基本游隙组 标准精度级的单列圆锥磙子轴承 32021 型 对于选取的单列圆锥磙子轴承其尺寸为的 105 160 35dDB=,故105ddmm = = ;而 35lmm = . 左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位.由手册上查得 32021 型轴承定 位轴 肩高度0.07 ,5,115hdhmmd = 取因此mm, 17 取安装齿轮处的轴段110dmm = ;齿轮的左端与左轴承之间采用套 筒定 位.已知齿轮毂的宽度为 110mm,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮, 此轴段应略短于轮毂宽度,故取100lmm = . 齿轮的右端采用轴肩定位, 轴肩高 7.5,取125dmm = .轴环宽度hb4 . 1,取 b=20mm. 轴承端盖的总宽度为 48mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定) . 根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与 半联轴器右端面间的距离20lmm= ,故取68lmm = . 取齿轮距箱体内壁之距离 a=16mm,两圆柱齿轮间的距离 c=20mm. 考虑到箱体的铸造误差,在确定滚动轴承位置时,应距箱体内壁一段距离 s, 取 s=8mm,已知圆椎磙子轴承宽度 33mm 高速齿轮轮毂长 L=64mm,则 (7570)(338 165)62lTsammmm =+ +=+ += (2- 6) (56820 16248)68 lLscall mmmm =+ + + =+ += (2- 7) 至此,已初步确定了轴的各端直径和长度. 3.2 齿轮设计 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,思路如下：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： 3.2.1 齿轮齿轮 2 和齿轮和齿轮 3（惰轮（惰轮 1）的设计）的设计 （1）选择齿轮材料及热处理 1 初步计算 （1）材料选择 因传动尺寸已经在图纸上面有注明，批量较小，故小齿轮用 40Cr(调 18 质） ，硬度 241HB286HB，平均取为 280HB，大齿轮用 45 钢（调质） ，硬度 229HB286HB,平均取为 240HB。选齿轮精度为 7 级。 （2）节锥角的计算 1 cot=i （3.11） 1 06222266 . 1 cotcot o =arciarc （3.12） 2 54676706222290 ooo = （3.13） 由文献2表 3314 可知， 8 . 15062222cos 20sin 12 cos sin 2 2 1 2 min = = oa a h z （3.14） 式中， a h 齿顶高系数， 1= a h 。 取小齿轮齿数 30 1= z ， 8 . 493066 . 1 12 = izz （3.15） 取大齿轮齿数 50 2 =z 。 （3）根据工作条件的要求，大端模数为 12=m （3.16） （4）齿轮分度圆的直径 3603012 11 = mzd mm 19 （3.17） 6005012 22 = mzd mm （3.18） （5）锥距 86.349 2 600 2 360 22 222 2 2 1 = + = + = dd R mm （3.19） （6）齿轮齿顶、齿根圆直径 由文献3表 910 可知， 齿顶高 12121 * =mhh aa mm （3.20） 齿顶圆直径 382062222cos122360cos2 111 =+=+= o aa hdd mm （3.21） 610546767cos122600cos2 222 =+=+= o aa hdd mm （3.22） 齿根高 ()() 4 . 14122 . 01 * =+=+=mchh af mm （3.23） 齿轮基圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm dd mm （3.24） 20 ()()52828 . 0 5 . 016005 . 01 22 = Rm dd mm （3.25） （7）齿宽 由文献2表 3314 可知， ， 96.9786.34928 . 0 =Rb R mm （3.26） （8）节圆周速度 48.10 1060 55636014 . 3 1060 33 11 = = = nd v m/s （3.27） 其他齿轮的计算后的结果图纸上面已经有注明。 3.2.2 齿轮齿轮 4 和齿轮和齿轮 5 设计及强度效核设计及强度效核 （1）选择齿轮材料 小齿轮 4 选用 20GrMnTi 渗碳淬火，齿面硬度 59HRC；大齿轮 5 用 20Gr 渗碳淬火，齿面硬度 59HRC （2)按齿面弯曲强度设计计算 齿宽系数取 a 0.4 载荷系数取 K=1.6 小轮转矩T=2241.11mN 许用接触应力 minlim/HHHP S= 按表 16.2-33，取= minH S1.2 3.31208 .21 1450 32 = HH 2 /mmN 查图 6-8 aFF MP370 3lim2lim =，= F S1.5 21 = F F FF S 2lim 32 .51 370 =246.67 a MP 取齿数 4 Z=40 4 Z=301.85=74 取 5 Z =74 实际传动比（即齿数比） 2 u=1.85 查图 6-7 得齿形系数= 4F Y2.45，= 5F Y2.26 = 4 4 F F Y 0.0093， = 5 5 F F Y 0.0092 取较大者，即前者 模数 m () 3 2 2 4 4 1 4 zu Y KT a F F + 代入数据得 m4.2,取 m=5 中心距 a ()() 285 2 74405 2 54 = + = + = ZZm a 齿宽 b b=a a 0.4285=114 小齿轮一般比大齿轮齿宽多 5-10mm 取120 4 =b 114 5 =b （3)验算齿面接触强度 2 4 ) 1 335 aub KTu H + = （ ,代入数据得= H 737.43 a MP H （4)齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 d 4 d=m 4 Z=540=200 55 mZd =574=370 齿顶低 a h 齿根低 f h 525. 01 * +=+= mc a h f h =6.25 齿顶圆直径 a d 522002 44 +=+= aa hdd=210 523702 55 +=+= aa hdd=380 22 齿根圆直径 f d 5.2622002 44 = ff hdd=187.5 5.2623702 55 = ff hdd=357.5 齿宽 b 120 4 =b, 114 5 =b 中心距a a=285 3.2.3 齿轮齿轮 6 和齿轮和齿轮 7（惰轮）设计及强度校核（惰轮）设计及强度校核 （）校核齿面接触疲劳强度 （1）接触应力的计算 由文献4表395 可知，齿面接触应力计算公式，即 u u bd KT ZZ R EHH 1 )5 . 01 ( 2 2 22 1 1 + = （3.28） 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 电动机驱动，载荷平稳，由文献4表25可知，取1= A K 平均分度圆直径 ()()95.31328 . 0 5 . 013605 . 01 11 = Rm ddmm 平均分度圆圆周速度 14 . 9 60000 55695.31314 . 3 60000 11 = = nd v m m m/s 由文献4 图45（a）可知，按7405 . 2 100 3014 . 9 100 1 = zvm ，得24 . 1 = V K； 由文献4 图75（b）可知，按272 . 0 360 96.97 1 = d b ，齿轮悬臂布置， 21 . 1 = K； 由文献4表45可知，1 . 1= K； 65 . 1 1 . 121 . 1 24 . 1 1= K KKKK VA 由文献1表610可知，弹性系数 8 . 189= E Z； 23 节点区域系数 49 . 2 20cos20sin 2 cossin 2 = oo H Z 计算得， () 32.106 66 . 1 166 . 1 5 . 0136096.97 1026 . 9 65 . 1 2 8 . 18949 . 2 2 2 2 5 = + = R H MPa （1） 接触疲劳强度的许用应力 由文献4 表285 可知，许用接触应力计算公式，即 LVRWXN H H HP ZZZZ S min lim = （3.29） 确定公式内的各计算数值 小齿轮的接触疲劳强度极限600 1lim = H MPa 最小安全系数0 . 1 min = H S 由文献1，10-13可知，计算应力循环系数 8 11 10461 . 9 24365513606060= h jLnN 由文献1 图 10-19 可知，查得接触疲劳寿命系数 87 . 0 1 = N Z， 尺寸系数1= X Z 工作硬化系数，按11 . 1 1700 130 2 . 1= = HBS ZW 润滑油膜影响系数，85 . 0 = LVR Z 计算得， 24 7 . 44385 . 0 1 . 1187 . 0 1 600 = HP MPa （3）由于32.106= H MPa 7 . 443= HP MPa，故安全。 （）校核齿根弯曲疲劳强度 （1）齿根应力的计算 由文献4表555 可知，弯曲应力计算公式，即 SF R F YY mbd KT 2 1 1 )5 . 01 ( 2 = （3.30） 确定公式内的各计算数值 由文献1表510可知， 85 . 2 1 = F Y， 由文献1表510可知， 54 . 1 1 = S Y， 计算得， () 85.4254 . 1 85 . 2 28