机械毕业设计（论文）-机械式俯采采煤机设计（全套图纸）.pdf

湖南科技大学本科生毕业设计 摘摘 要要 本设计的课题是薄煤层采煤机的机械结构设计，内容主要是针对薄煤层和复合煤层 采煤工作面，进行采煤机的截煤部、牵引部等部件的设计计算，进而得到采煤机的整体 结构。设计出的截煤机具有结构合理、性能可靠、操作简便、安全防爆、移动调向方便、 效率高等优点。我国薄煤层开采在许多矿井中都面临着很多的问题，随着矿井可采储量 的日益枯竭，薄煤层的开采问题已越来越突出。 本设计根据机械设计手册，对切割部箱体进行装配图的绘制，切割部伞齿轴的 设计计算，滚筒的设计计算等。对薄煤层采煤工作面进行采煤机设备设计，包括对截割 部、牵引部等部分的设计计算，在薄煤层采煤系统的设计计算中，确定出采煤机的整体 结构，并绘制采煤机的零件图、总装图。 关键词关键词：俯采式采煤机；截割部；结构设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 湖南科技大学本科生毕业设计 Abstract The main content of this paper is designing of thin seam coal Shearer with mechanical structure. The content is mainly directed against and compound seam mining in thin seam Work surfaces .Design and calculation the cutting unit and the hydraulic unit. Already designed shearer advantage for Reasonable structure, reliable performance, easy to operate, safe and explosion- proof, High efficiency. Problems have become increasingly prominent for mining thin seam, with the depletion of the workable reserves, thin Seam coal mining problem has become increasingly prominent. By the Machinery Handbook，painted the assembly drawing of the cutting pat box, Designed the pinion gears of the cutting unit and the rotary drum. Determine the overall structure of Shearer Drawing Shearers part and Assembly Drawing. Keyword: Mechanistic shearer, Cutting unit，Constructional design 湖南科技大学本科生毕业设计 目目 录录 第一章 前言 . - 1 - 1.1 国内情况 . - 1 - 1.2 国外情况 . - 1 - 1.3 发展趋势 . - 2 - 1.4 采煤机的类型及各自特点 . - 2 - 1.5 采煤机的主要组成部分及作用 . - 2 - 1.6 采煤机工作原理 . - 3 - 第二章 机械式俯采采煤机总体方案设计 . - 4 - 2.1 设计参数 . - 4 - 2.2 总体机构方案设计 . - 7 - 2.2.1 整机组成 . - 7 - 2.2.2 电动机的选取 . - 7 - 2.2.3 传动方案的确定及分配 . - 8 - 第三章 机械式俯采采煤机截割部结构设计 . - 9 - 3.1 截割部概述 . - 9 - 3.2 截割部传动计算 . - 10 - 3.2.1 传动效率： . - 10 - 3.2.2 各轴转速的计算 . - 10 - 3.2.3 各轴功率计算 . - 10 - 3.2.4 各轴扭矩计算 . - 10 - 湖南科技大学本科生毕业设计 3.2.5 数据汇总 . - 10 - 3.3 联轴器的选型 . - 11 - 3.3.1 联轴器功能的介绍 . - 11 - 3.3.2 凸缘联轴器的设计 . - 11 - 3.4 离合器的选型 . - 12 - 3.4.1 离合器的功能介绍 . - 12 - 3.4.2 机械式离合器的设计 . - 13 - 3.5 滚筒及其截齿的设计 . - 15 - 3.5.1 滚筒功能的介绍 . - 15 - 3.5.2 螺旋滚筒主要参数计算 . - 15 - 3.5.3 截齿的配置形式 . - 16 - 3.6 滚动轴承的选型 . - 17 - 3.6.1 滚动轴承的概述 . - 17 - 3.6.2 滚动轴承的设计计算 . - 19 - 第四章 牵引部结构设计 . - 23 - 4.1 牵引部概述 . - 23 - 4.2 电动机的选择 . - 24 - 4.3 牵引部传动计算 . - 24 - 4.3.1 各级传动转速、转矩、功率 . - 25 - 4.4 牵引部蜗轮的设计计算 . - 27 - 4.5 牵引部的安装与调试 . - 27 - 第五章 结论 . - 29 - 参考文献 . - 30 - 致 谢 . - 31 - 湖南科技大学本科生毕业设计 湖南科技大学本科生毕业设计 - 1 - 第一章第一章 前言前言 1.1 国内情况国内情况 采煤机是机械化采煤的主要机械设备，它承担着装煤和落煤的任务。现在普遍使用 的主要有滚筒式采煤机和刨煤机两种。滚筒式采煤机对各个煤层的适应能力较强，对于 较复杂的顶板条件有较强的适应能力，因而滚筒式采煤机具有广泛的用处。 我国采煤机的轴承、 齿轮、 电机、 滚筒等主要部件的设计及其寿命均低于国外水平。 我国自主研发的采煤机不能保证经常处于正常状态，不能预报诊断故障，而且大部分不 具有监控、诊断保护等功能，我国采煤机的一次采出量同国外还有很大差距。 1.2 国外情况国外情况 近年来,国外采煤机的技术特点主要表现在以下几个方面: (1)牵引方式的采用牵引方式的采用 液压牵引的采煤机在国外已不占主导地位，由于电牵引采煤机的优点，国外目前新 开发的大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。 (2)装机总功率不断增大装机总功率不断增大 国外采煤机的功率在不断提高，牵引力和牵引速度也大幅提高，目前大功率电牵引 采煤机的牵引速度普遍达到 15-25m/min， 牵引力达到 757kN 以上。 采用大截深滚筒已成 为提高采煤机生产能力的重要途径。 （3）交流变频成为调速的主流方式）交流变频成为调速的主流方式 由于交流变频调速牵引系统具有可靠性高、技术先进，维护管理简单等特点，近几 年发展很快，交流牵引逐步替代直流牵引，成为今后电牵引采煤机的发展方向。采用 2 个变频器分别拖动 2 台牵引电机的牵引系统成为电牵引技术发展的又一个特点。 （4）普遍采用中高压供电）普遍采用中高压供电 80 年代以来,由于装机功率大幅度提高,工作面长度达到 300m。整个工作面容 量超过 5000kW。为提高供电质量和电机性能,减少输电线路损耗，新一代大功率电牵引 采煤机乎都采用中高压供电。 （5）监控保护系统的智能化）监控保护系统的智能化 湖南科技大学本科生毕业设计 - 2 - 现代电牵引采煤机均具有智能化监控、监测和保护系统,可实现交互式人机对话、 无线电遥控、远近控制、工况监测及状态显示、健康(故障)诊断及预警、数据采集存储 及传输、自动调高、自动控制等多种功能,可以保证采煤机最低的维护量和最高的利用 率;并能够实现与液压支架、工作面输送机的信息交互和联动控制等功能。 1.3 发展趋势发展趋势 今后采煤机械化发展方向是： 首先应该对采煤机的机械设备进行品行、质量、适应程度、可靠性、寿命及适应程 度加以分析。 在一些关键部件以及总体性能、 功能、 适应范围还有待进一步提高和完善。 其次应开发或增强电控系统的监控功能，不断完善各类采煤机设备，达到高效、安 全、经济、高产，向自动化及遥控方向发展，逐步过渡到无人工作面开采；提高单机的 可靠性，并使之标准化、系列化和通用化；对于开采薄、厚及急倾斜等难采煤层的机械 化设备应投入大量研发精力，力求解决上述问题；解决端头技术瓶颈，研制工作面连接 处与工作面巷道的设备，以进一步提高安全性和工作面产量。 再次，重点研发电牵引采煤机，因其更容易实现监控和自动化控制。还可以实现采 煤机制造精度高，实现搞工作效率，便于显示工况参数和故障显示。 1.4 采煤机的类型及各自特点采煤机的类型及各自特点 （1）按滚筒数可分为单滚筒采煤机和双滚筒采煤机。）按滚筒数可分为单滚筒采煤机和双滚筒采煤机。 单滚筒采煤机机身较短，质量较轻，适宜在煤层起伏变化不大的条件下工作； 双滚筒采煤机调高范围较大，生产率较高，可在多种煤层地质条件下工作。 （2）按煤层厚度可分为厚煤层采煤机，中厚煤层采煤机和薄煤层采煤机）按煤层厚度可分为厚煤层采煤机，中厚煤层采煤机和薄煤层采煤机。 厚煤层采煤机机身几何尺寸大，调高范围大，采高大于 3.5m； 中厚煤层采煤机机身几号尺寸较大，调高范围较大，采高为 1.3-3.5m； 薄煤层采煤机机身几号尺寸较小，调高范围较小，采高为小于 1.3m。 （3）按牵引方式可分为机械牵引采煤机、液压牵引采煤机和电牵引采煤机。）按牵引方式可分为机械牵引采煤机、液压牵引采煤机和电牵引采煤机。 机械牵引采煤机操作简单，维护检修方便，适应性强； 液压牵引采煤机控制、操作方便、可靠、功能齐全，适用范围广； 电牵引采煤机控制、操作方便、传动效率高，适应各种地质条件。 1.5 采煤机的主要组成部分及作用采煤机的主要组成部分及作用 采煤机主要由以下四个部分组成： 湖南科技大学本科生毕业设计 - 3 - 01.牵引部牵引部 由牵引传动装置和牵引机构组成，分为链牵引和无链牵引两类。牵引传动装置主要 用来传递或转换能量；牵引部主要作用是对采煤机进行必要的过载保护。 02.截割部截割部 截割部包括固定减速箱、挡煤板、滚筒和摇臂减速箱等，主要用于落煤和装煤。 03.电气系统电气系统 为采煤机提供动力，并对采煤机实行过载保护和控制采煤机工作。 04.辅助装置辅助装置 主要起各种辅助作用，同上述三部分构成完整的采煤功能体系，以实现高效，安全 地采煤。 1.6 采煤机采煤机工工作作原理原理 采煤机的割煤是通过螺旋滚筒的旋转和安装在滚筒上的截齿截入煤壁，对煤壁进行 切割实现的。 采煤机的装煤是通过滚筒螺旋叶片的螺旋面进行装载的，将从煤壁上割下的煤运 出，在利用叶片外缘将煤抛到刮板输送机溜槽内运走。 湖南科技大学本科生毕业设计 - 4 - 第二章第二章 机械式俯采采煤机总体方案设计机械式俯采采煤机总体方案设计 2.1 设计参设计参数数 （1）滚筒的）滚筒的直径直径 max HD= （2.1） 式中： 螺旋滚筒装煤效率；对小直径滚筒，=0.590.63；对大直径滚筒， =0.560.59。 Hmax采高，计算时取最大采高，煤层取 1.0m。 则：D =0.61.0=0.6m （2）滚筒的截）滚筒的截深深 初步确定采煤机截深为 B=0.5m。 （3）滚筒的）滚筒的转转速速 60000 nD Vj = （2.2） 式中，D选定的滚筒直径，600mm； n选定的滚筒转速，80r/min。 则： )/(512 . 2 6000 8060014 . 3 60000 sm nD Vj= = = 根据上述验算结果，截割速度为 2.512m/s 。 （4）采煤机）采煤机生产生产率率 采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。 采 煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等 因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。 1）理论生产理论生产率率 在给定条件下，以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率，理论生产率 Q 的 计算公式为： 60 q QHBv = （2.3） 式中，Q理论生产率，t/h； H 工作面平均采高，m； 湖南科技大学本科生毕业设计 - 5 - B 滚筒有效截深，m； q v 给定条件下可能的最大牵引速度，m/min；根据 37Kw 割煤机的参数可知， q v 的范围为 00.85m/min； 煤的密度，一般为 1.31.4t/m 3。 则：Q=601.00.50.651.35=26.325t/h 采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据，是由工作条件、机器工 况和结构参数确定的。在实际工作中，只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产 能力时，采煤机才能达到给定的理论生产率。 2）技术生产率）技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作，如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障 所花费时间后的生产率称为技术生产率，技术生产率 Q 的计算公式为： 1 QQk t = （2.4） 式中： Q技术生产率，/ t h； 1 k 采煤机技术上可能达到的连续工作系数，一般 1 k =0.5 0.7。 则：Qt=26.3250.7=18.428t/h 3）实际生产率）实际生产率 实际使用中，考虑了工作中发生的所有类型的停机状况，如处理输送机和支架的故 障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算： 2m QQk= （2.5） 式中， m Q 实际生产率，/ t h； 2 k 采煤机在实际工作中的连续工作系数，一般 2 k =0.6 0.65。 则：Qm=26.3250.65=17.111t/h （5）采煤机允许的最大牵引速度）采煤机允许的最大牵引速度 牵引速度是采煤机的一个重要参数，牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容 量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长；从另一方面讲，牵引 速度加大后，切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体，造成截割阻力的急剧上升。 采煤机最大牵引速度计算： maxq V =1000/ )7 . 0(mnl （2.6） 式中， maxq V 牵引速度，m/min； n滚筒转速，r/min； m 每条截线上的齿数，一般取 13； 湖南科技大学本科生毕业设计 - 6 - l滚筒的齿长若未知，可近似取刀型截齿l=65100mm； 镐型 截齿l=6080mm。 则：min/92.101000/380657 . 0 max mVq=）（ 根据小型割煤机的牵引速度为 00.55/minm，取最大牵引速度为 0.55/minm。 （6）采煤机功率）采煤机功率 1）预计装机功率）预计装机功率 采煤机的装机功率： 6 . 3 vBH60 N wmax 0 maxH q = （2.7） 式中，Hw采煤机截煤的单位能耗，MJ/m 3；一般取H w=1.14.4，硬煤及韧性煤取 上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取2.3。 则：KWN167 . 9 6 . 3 0 . 255 . 0 0 . 15 . 060 0 = = 2）截割功率）截割功率 采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80%85%；故采煤机截割功率： Nj=（0.80.85）N0=0.859.167=7.792kW 3）牵引和）牵引和辅助辅助功率功率 牵引和辅助装置消耗装机功率的15%20%，其中，牵引系统消耗的功率占到90%以 上，故采煤机牵引功率： Nq=0.9（0.150.2）N0=0.90.29.167=1.651kW 辅助装置功率： Nf=0.1（0.150.2）N0=0.10.29.167=0.183kW 4）装机功率）装机功率 上述计算结果，要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功 率： N= Nj+ Nq+ Nf=7.792+1.651+0.183=9.625kW 采煤机的装机容量是由生产能力决定的，生产能力为 120 t/a 时，装机容量约 9.625kW。 采煤机的生产能力正比于采高，因此也可以根据采高估计装机容量的大小。对于硬 煤，装机功率应加大一倍。 （7）采煤机牵引）采煤机牵引力力 湖南科技大学本科生毕业设计 - 7 - 采煤机的牵引力与装机容量关系密切，装机功率 150kW 时，牵引力为 160180kN； 装机容量 300kW 时，牵引力达 250300kN。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质 量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关，很难精 确计算，一般用经验公式确定。 P=（1.11.3）N （2.8） 式中，P牵引力，kN； N采煤机装机容量，kW。 则：P=1.39.625=12.512kN 根据上述计算结果，确定采煤机的主要参数如下：总装机功率 30kW，截深不小于 500mm，采深 1.0m，生产能力不小于 120t/a，牵引方式为钢绳内牵引，牵引力不小于 12.512kN。 2.2 总体机构方案设计总体机构方案设计 图 2.1 俯采式采煤机方案图 1.牵引部 2.电动动力 3.传动箱 4.攉煤板 5.截齿 2.2.1 整整机组成机组成 采煤机的组成部分包括截割部、牵引部、电气系统和辅助装置。 2.2.2 电电动动机的机的选取选取 电动机的选择范围包括：电动机的型式、种类、额定电压、容量、额定转速及各种 项经济指标。 湖南科技大学本科生毕业设计 - 8 - 电动机分为交流电动机和直流电动机。 由于本设计的防爆电机功率为 50kw， 滚筒转 速为 50-95.4p m r.则选定 Y(IP44)J02 型电动机，此为封闭式笼型感应电动机。因其具 有防灰尘、铁屑或其他飞扬物件进入电机内部的功能，可用于矿山机械。 2.2.3 传动方案的确定及分配传动方案的确定及分配 传动装置的总传动比 45.18 80 1467 n n i w m = 总 45.18 iiiii4321 = 齿齿齿齿总 二级圆柱尺寸减速的推荐传动比范围是60i8，单级行星齿轮减速器的传动比范 围是 10i8，暂定二级圆柱齿轮的传动比为8 i = 直齿 ，两级行星齿轮减速器的传动比 为15 i = 行星 。 对展开二级齿轮减速器的圆柱齿轮减速部分传动比分配如下： 50 . 1 73 . 1 i i 2 1 = = 对二级行星减速机构，查机械设计手册（第 3 卷），采煤机截割部中行星减速 器的传动比为 4-6.重新分配齿轮减速器的传动比： 5 . 4 0 . 5 i i = = C 从电动机出发，各轴依次命名为轴 1(接电动机)、轴 2(伞齿轴)、轴 3(花键轴)、轴 4（太阳轮轴）、轴 5。 湖南科技大学本科生毕业设计 - 9 - 第三章第三章 机械式俯采采煤机截割部结构设计机械式俯采采煤机截割部结构设计 3.1 截割部截割部概述概述 （1）采煤机截割部功率消耗大并承受很大的冲击载荷和负载，所以，要求截割部 传动装置有较高的刚度、强度和可靠性，具有良好的密封、润滑、较高的传动效率等。 （2）截煤机的）截煤机的传动传动方式方式 采煤机截割部大多采用齿轮传动，主要有以下几种传动方式： 01.电动机-机头减速箱-摇臂减速箱-滚筒 02.电动机-机头减速箱-摇臂减速箱-行星齿轮传动-滚筒 03.电动机-机头减速箱-滚筒 04.电动机-摇臂减速箱-行星齿轮传动-滚筒 方案一的特点是：传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸出，支承可靠，齿轮系传动 稳定，易于安装，但卧底量较小，不适合中厚煤层开采。因此，此方案不宜采用。 方案二的特点是：在滚筒内装了行星传动，简化了传动系统，但筒壳增大了，结构 不够紧凑，所以此方案也不宜采用。 方案三的特点是：采用独立摇臂，其本身就是个单独的减速箱，进出油口都密封。 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，取消了螺旋伞齿轮和结构 复杂的通轴，传动简单，调高范围大，结构紧凑，较为适合。 方案四的特点是：电动机轴与滚筒轴平行，取消了承载大、易损坏的锥齿轮，使截 割部更为简化。采用这种传动方式可以获得较大的调高范围，并使采煤机机身长度进一 步缩短。 （3）截割部）截割部传动传动特点特点 01.传动装置中必须装有锥齿轮，电动机轴线与滚筒轴线垂直。 02.在切割部中设有安全保险销，因其承受很大的冲击载荷，可以保护传动零件。 03.截割部中的摇臂内部装有一串惰轮，可以扩大调高范围。 04.截割部必须设有离合器，可以保障采煤机调动或检修时将滚筒与电动机脱开， 因此采煤机的电动机驱动牵引部。 （4）截割部的）截割部的润滑润滑 截割部因为传递大功率而发热严重，其课题温度达到 100 摄氏度，因此其传动装置 的润滑尤其重要。 最常用的润滑方法是飞溅润滑。 湖南科技大学本科生毕业设计 - 10 - 3.2 截割部传动计算截割部传动计算 3.2.1 传动效传动效率率： 花键效率 1 =0.98 轴承效率 2 =0.99 圆柱直齿轮传动效率 3 =0.99 单级行星齿轮传动效率 4 =0.9 3.2.2 各各轴转轴转速的速的计算计算 轴 1 min1476r/ 1 = 电动机 nn 轴 3 minr/18.85373. 1 /1476/ 113 =inn 3.2.3 各各轴轴功率功率计算计算 轴 1 kW 720.300.980.98750 2 11 = 电动机 PP 轴 2 kW 705.970.990.99720.3 3212 =PP 轴 3 kW 23.7160.990.990.9897.705 32123 =PP 轴 4 kW 88.5760.990.9923.716 3234 =PP 轴 5 644.78kW0.990.99657.88 3245 =PP 3.2.4 各各轴扭矩计算轴扭矩计算 轴 1： Nm48.466014760/9550 x720.3 1 =T 轴 2： Nm76.456714767/9550 x705.9 2 =T 轴 3 Nm36.51373/853.189550 x671.2 3 =T 轴 4 Nm93.763618.8538/9550 x657.8 4 =T 轴 5 Nm22.721218.8538/9550 x644.7 5 =T 3.2.5 数数据汇据汇总总 将以上数据列于下表 3.1 中 轴号 转速n(r/min) 输出功率 P(kW) 输出扭矩 T(N.m) 传动比 1 1476 720.30 4660.48 1.73 1.50 2 1476 705.97 4567.76 湖南科技大学本科生毕业设计 - 11 - 3 853.18 671.23 7513.36 4 853.18 657.88 7636.93 4.5 5 853.18 644.78 7212.22 5.0 3.3 联轴器的选型联轴器的选型 3.3.1 联轴器联轴器功能的功能的介绍介绍 联轴器用于联接两轴或轴和回转件，在传递运动中和动力过程同回转儿而不脱开的 装置。 联轴器按性能可以分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器虽不具有补偿性能， 但是结构简单、容易制造、少量维护、成本低廉等特征，所以仍有其广泛的应用范围。 本课题设计中选用的是凸缘联轴器，此联轴器工作可靠、结构简单、装拆方便，传 递转矩大，刚性好。但是两周精度较低时，会引起较大的附加载荷，本联轴器适用于中 精度良好的传动。制造精度高时，也能用于高速传动。具有补偿两轴相对位移，缓冲和 减振以及安全防护等功能。 3.3.2 凸缘联轴器凸缘联轴器的的设计设计 本联轴器应用范围非常广泛，它工作可靠，结构简单，装拆方便，传递转矩大，可 以联接不同直径的两轴，也可以联接圆锥形轴。 3.3.2.1 凸缘联轴器凸缘联轴器的主要的主要尺寸关尺寸关系系 联轴器的外径 mm320804d)55 . 2(=D 联轴器的长度 mm L 280805 . 3d)45 . 2( 0 = 螺栓中心分布圆直径 mmmmd D 1901080210)5 . 38 . 1 ( 0 =+=+= 半联轴器凸缘端面接触处的内径 mm12210804 . 1mm10d4 . 1 1 =+=+= D 半联轴器凸缘的厚度 mm16802 . 0d25. 0-1 . 0b=）（ 螺栓直径 mm81080125 . 0 d125 . 0 d3 = 螺栓数量 4n = 查机械设计手册（第 4 册）表 29.2-5 得，选择 YL13 型号的凸缘联轴器，材质 为钢材。 3.3.2.2 凸缘联轴器凸缘联轴器的的强强度度计算计算 （1）满足传递转矩所需满足传递转矩所需要的要的螺栓预紧力螺栓预紧力 F 湖南科技大学本科生毕业设计 - 12 - N nD F D T )( 4 1 e + = 机械设计手册 （第 4 册）表 29.2-7 （3.1） （2）螺栓联接螺栓联接的的强强度度条件条件 d 2 . 5 2 1 = F 2 mm/N 机械设计手册 （第 4 册）表 29.2-8 （3.2） 以上二式中 Te - 联轴器的计算转矩 mmN D - 半联轴器图圆的外径 mm D1 - 两半联轴器凸缘端面接触处的内径 mm - 摩擦系数，一般可取 0.1-0.2 - 螺 栓 材 料 的 许 用 应 力 ， 对45钢 控 制 预 紧 力 时 ， 可 取 2 mm/240N= 经过计算可以得出： NF14.25 15 . 0 6)122320( 25004 = + = 11.47 109414 . 3 14.252 . 5 42 = = 满足强度校核要求。 3.4 离合器离合器的的选选型型 3.4.1 离合器离合器的功能的功能介绍介绍 （1）离合器离合器的功用的功用与与分类分类 离合器是一种可以通过各种操纵方式，实现主从动部分在同轴线上传递运动和动力 时具有接合或分离功能的装置。 离合器可以实现相对运动或者停止运动，还可以改变传动件的工作状态，也可以控 制传递转矩的安全保护装置等。 按照离合器接合元件传动的工作原理，可将其分为嵌合式离合器和摩擦式离合器。 （2）离合器离合器的要的要求求 01.平稳无冲击，离合迅速，分离彻底； 02.重量轻，结构简单，外形尺寸小，效率高； 03.使用寿命长，散热条件好； 04.制造容易，操纵方便。 （3）对离合器对离合器的的影响因素影响因素 湖南科技大学本科生毕业设计 - 13 - 01.原动机的运动特性； 02.接合元件的性质； 03.原动机的受载特性； 04.操纵方式； 05.环境条件。 3.4.2 机械式离合器的设计机械式离合器的设计 （一）牙嵌式离合器的设计计算（一）牙嵌式离合器的设计计算 （1）离合器传递的最大转矩）离合器传递的最大转矩 mmNZT pc 8 . 0 （3.3） 式中 p Z - 轴的抗扭截面模量 3 mm ， 3 p d2 . 0=Z d - 轴直径 mm - 轴材料的许用切应力 2 mm/N，可取 =50 2 mm/N 经过计算的，mm64000202 . 0508 . 050d2 . 08 . 0 33 c =NT （2）离合器的结合力和脱开力）离合器的结合力和脱开力 N d D D T T mC C )tan( 2 1 m （3.4） 式中 c T - 离合器的计算转矩 mmN m D - 牙分布的圆周平均直径 mm 2 1 m DD D + = （3.5） 1 ,DD - 牙的外径和内径 1 - 滑键连接的摩擦系数，一般取 0.15-0.17 - 牙面摩擦角，一般取 5-6 - 牙面倾斜角 上式中“+”用于计算接合力，“-”用于计算脱开力 经过计算可得出，接合力NF9442)5610tan(15 . 0 20 34 34 128000 =+= 脱开力NF3702-)5610tan(-15 . 0 20 34 34 128000 =+= （3）牙牙的自的自锁条件锁条件 d Dm 1 tan + （3.6） 湖南科技大学本科生毕业设计 - 14 - 式中 - 牙面摩擦系数， 1 . 0tan= 经过计算得出 255 . 0 20 34 15 . 0 10tan+=+ 0.10.087tan5 255 . 0 18 . 0 = + 与自锁条件不符，则应该取6= （4）牙嵌离合器牙嵌离合器的主要的主要尺寸关尺寸关系系 离合器外径 4022d)32(=D 离合器内径 28407 . 0)75 . 0 7 . 0( 1 =DD 牙宽度 6 2 2840 2 b 1 = = = DD 牙高度 0 . 365 . 0) 15 . 0(=bh 牙在中径处高度 2 . 1 5 2 h2=h 操纵环槽宽度 4 . 22 . 12h3-2a=）（ 操纵环槽外径 32408 . 0)85 . 0 75 . 0 ( 2 =DD （二二）齿齿式式离合器离合器的的设计计算设计计算 齿式离合器的强度计算 5 . 1 2 p e p Dzbm T = 2 mm/N （3.7） 式中 e T - 离合器的计算转矩 mmN D - 齿轮的分度圆直径 mm Z - 齿数 m - 齿轮模数 mm - 载荷分布不均匀系数，可取 0.7-0.8 p - 轮齿材料工作表面的许用压力 2 mm/N 对经过热处理的齿面，可取 47-70 2 mm/N b - 内齿轮的齿宽 mm， 可取 b=（0.1-0.2）D 查机械设计手册（第 4 册）表 29.2-8 可得，Z=5 m=20 参照牙嵌离合器得，D=40 则上式可计算得出：30303 1075 . 0 6205405 . 1 45002 p 6- = = 2 mm/N 湖南科技大学本科生毕业设计 - 15 - 3.5 滚筒及其截齿的设计滚筒及其截齿的设计 3.5.1 滚筒功能的滚筒功能的介绍介绍 滚筒是采煤机关键部件，其主要功能是实现落煤和装煤任务。 它所消耗的功率占整机功率的 80%-90%， 对螺旋滚筒的要求是粉尘少， 装煤效果好， 截煤比能耗低，采出量大。 图 3.1 滚筒示意图 3.5.2 螺旋螺旋滚筒主要滚筒主要参参数数计算计算 （一）滚筒（一）滚筒直径直径的的确定确定 mmmHD6006 . 00 . 16 . 0 max = （二二）滚筒）滚筒宽宽度度 B 滚筒宽度是指滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离，也就是采煤的截深。 取 B=0.5m （三三）螺旋叶片头螺旋叶片头数数 Z 导程为螺线旋转一周的轴向距离，螺距 S 即为相邻两轴线之间的轴向距离。 L=ZS，通常螺旋叶片头数为 Z=4，本设计中选用 Z=2 （四四）螺旋叶片螺旋叶片的的旋向旋向 湖南科技大学本科生毕业设计 - 16 - 由于本设计中滚筒瞬时针旋转，则叶片也应向右旋。 （五）滚筒的转速（五）滚筒的转速 n 前文中已经确定滚筒转速为 n=80rpm。 3.5.3 截齿的配置形式截齿的配置形式 截齿是采煤机直接参与落煤的工具，其几何尺寸和质量直接影响采煤机能耗、生产 率和工况。 滚筒上截齿的合理的排列，可以大大的降低截煤能耗，提高割煤效率，能够使滚筒 受力平稳，减小振动。 （一）截齿的种类（一）截齿的种类 截齿一般分为扁形截齿和镐形截齿。本设计中采用的是扁形截齿。 图 3.2 扁形截齿示意图 湖南科技大学本科生毕业设计 - 17 - 图 3.3 截齿在滚筒上的排列方式 （二）截齿的失效形式及其寿命（二）截齿的失效形式及其寿命 截齿的失效形式主要有弯曲，磨损，折断，掉合金，丢失等，其中磨损是截齿失效 的主要形式。 3.6 滚滚动轴动轴承承的的选选型型 3.6.1 滚动轴承的概述滚动轴承的概述 （一）滚动轴承的分类（一）滚动轴承的分类 深沟球轴承 推力球轴承 圆锥滚子轴承 角接触球轴承 图 3.4 常用滚动轴承类型 湖南科技大学本科生毕业设计 - 18 - （二）滚动轴承代号（二）滚动轴承代号 图 3.5 滚动轴承代号示意图 （三）滚动轴承的工作特性（三）滚动轴承的工作特性 01.负荷能力 在外形尺寸相同的条件下，滚动轴承的负荷能力为球轴承的 3 倍左右。 滚动轴承应满足外载荷的要求，还要尽量发挥轴承本身的负荷能力。 02.速度特性 03.摩擦特性 04.调心性 05.运转精度 06.振动噪声特性 （四）滚动轴承的类型选择（四）滚动轴承的类型选择 有以下几点选择原则： （1）负荷较小，转速较低，选装精度要求较高时，用球轴承 （2）负荷较大，转速较低，用滚子轴承 （3）径向和轴向负荷都较大时，转速高用角接触球轴承；若转速不高，用圆锥滚 子轴承 （4）径向负荷比径内负荷大得多时，转速较低时，用两种不同类型轴承组合，分 别承受轴向及径内负荷 （五）滚动轴承的失效形式（五）滚动轴承的失效形式 滚动轴承正常失效形式为内外圈滚道的点蚀破坏。轴承点蚀破坏后，运转过程中常 出现强烈的振动、发热和噪声现象。 除此之外，轴承还有其他的失效形式。例如，润滑不足；装配不当使得轴承卡死， 胀破内圈和挤碎内外圈，一般情况下这些失效形式都是可以避免的。 湖南科技大学本科生毕业设计 - 19 - 3.6.2 滚动轴承的设计计算滚动轴承的设计计算 （一）本设计中滚动轴承类型的选择应考虑的问题：（一）本设计中滚动轴承类型的选择应考虑的问题： （1）承受载荷情况 轴承应该能够承受较大的载荷 （2）尺寸的限制 轴承的径向尺寸要求并非有严格的限制 （3）转速的限制 轴承适应较小的转速 （4）调心性要求 满足一般的调心要求即可 （二）轴承配置（二）轴承配置 两轴承配置形式一般分为以下几种： （1）背对背排列 （2）面对面排列 （3）串联排列 （三）轴承的配合（三）轴承的配合 有以下几种配合种类： （1）负荷方向旋转的套圈与外壳或者轴，应该选用过盈配合或者是过渡配合 （2）负荷方向固定的套圈与外壳或者轴，应该选用间隙配合或者是过渡配合 （3）承受重负荷的轴承，应选用较大的过盈量 （四）公差等级的选择（四）公差等级的选择 与轴承配合的外壳孔或者是轴的公差等级与轴承精度有关。与 G 级别的精度的轴承 配合的轴，公差等级为 IT6，外壳精度为 IT7。 （五）滚动轴承的计算（五）滚动轴承的计算 （1）滚动轴承的疲劳寿命基本规律）滚动轴承的疲劳寿命基本规律 k AL R n 1 lg= （3.8） 式中 R - 使用概率 n L - 与 R 相对应的轴承寿命 n=（1-R）x100 A - 常数 湖南科技大学本科生毕业设计 - 20 - K - 威布尔分布形状参数，滚子轴承 8 9 k = 一般情况下计算中取 R=0.9，称为基本额定寿命。 （2）预期寿命取hL13000 , h =，轴的跨度不大，所以采用两端单项固定，暂时选定 30311 型圆锥滚子轴承，其内孔直径 d=30mm，基本额定静载荷KNC 5 . 11 or =,基本额定 动载荷KNC 5 . 19 r= 图 3.6 轴承的受力分析 计算项目 计算内容 计算结果 轴向外载荷 轴承径向载荷 附加轴向力判断 系数 e or C Fa e 确定X,Y值 19.310 a =FN NFRH76.1367 1= NF NF NF RV RV RH 90.887 50.361 15 . 6 2 1 2 = = = 22 2 1 2 11r 50.36176.1367+=+= RVRH FFF 22 2 2 2 22r 92.88715 . 6 +=+= RVRH FFF 027 . 0 10 5 . 11/19.310 3 a =）（ or C F 由插值法可得， eFF r =219 . 0 73.