机械毕业设计（论文）-JTK矿用提升绞车的设计【全套图纸】.doc

第61页中国矿业大学2009届本科生毕业设计 1 概论全套图纸，加1538937061.1 引言煤炭是当前我国能源的主要组成部分之一，是国民经济保持高速增长的重要物质基础和保障。由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的3050年内，世界范围内新能源、可再生能源及核电的发展尚不能普遍取代矿物燃料。因此，在相当时期内矿物燃料仍将是人类的主要能源。随着现代科学技术的快速发展，尤其是世界经济对能源的旺盛需求，世界煤炭开采技术也得到迅猛地发展。20世纪末期以来，先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，实现了采掘机械化2和自动化控制，做到了矿井的高产高效生产。机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原材料消耗的有效技术措施。矿井辅助运输作为矿井运输的重要组成部分之一，在矿山生产中也占有重要地位，尤其是现代化矿井对此更应高度重视。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运搬、提升的机械化。其中运搬包括运搬和辅助运搬。绞车就是辅助运搬的其中一种。我国绞车的发展大致分为三个阶段。20世纪50年代主要是仿制设计阶段；60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。矿井辅助运输的特点是：井下运输设备在巷道中工作，由于受井下巷道空间的限制，因而运输设备结构应紧凑，尺寸应尽量小；运输线路随工作地点的延伸（缩短）或迁移而经常变化；运输线路水平和倾斜互相交错连接；工作地点分散，使得运输线路环节多、分支多；待运物料品种繁多，形状各异；井下巷道受空间限制，有沼气和煤尘，需用防爆设备。辅助运输的上述特点，决定了辅助运输设备的类型具有多样性，除了过去常用的矿用绞车、调度绞车、电机车和一般的矿车、平板车、材料车外，目前许多先进的辅助运输设备，如单轨吊车、卡轨车、粘着齿轨机车、无轨运输车等都已在大量使用。利用这些设备不仅有效地解决了井下辅助运输工作中的难题，而且大大提高了辅助运输的效率。尽管目前已经基本解决了煤矿辅助运输机械化的问题，但是运输环节任然是构成采煤功耗的最主要因素。为了进一步提高工效、降低成本，还需对整个运输系统进行改革，从技术、安全、经济各方面谋求最合理的解决方案。国外主要产煤国对辅助运输存在的主要问题及其发展途径的看法是一致的，即降低辅助运输的劳动强度和提高辅助运输设备的效率。主要研究和发展方向有以下几个：井下材料、设备和人员的运输设备的研制，特别注意采区辅助运输设备的研制；对于供料地点到井下用户运输线路中转载点最少的运输系统和设备的研制；对辅助材料不经转载直接运到用户的合理组织和最佳运输路线方案的研制；完善运输辅助材料的有轨运输设备，增加专用的辅助运输设备；为扩大自行矿车的使用范围，必须改进它的结构，减小外形尺寸，提高通过能力和研制不污染矿井大气的动力源；进一步完善单轨吊车和卡轨车，使其具有更大的适应性。我国绞车的诞生是从20世纪50年代开始的，初期主要仿制日本和苏联的绞车。60年代进入了自行设计阶段，到了70年代，随着技术的逐渐成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的阶段。但与国外水平相比，我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能、三化水平（参数化、标准化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。国外矿用绞车发展趋势有以下几个特点：1）标准化系列化；2）体积小、重量轻、结构紧凑；3）高效节能；4）寿命长、低噪音；5）一机多能、通用化高f、大功率；6）外形简单、平滑、美观、大方。针对国外的情况我们应讥采取以下措施：1）制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能；2）完善测试手段，重点放在产品性能检测；3）技术引进和更新换代相结合；4）组织专业化生产，争取在较短时间内达到先进国家的水平。1.2 绞车结构分析1）按驱动机构分（1）手摇式绞车手摇式绞车用于人工，体积小，重量轻，移动方便，结构简单。但人工效率低，安全性差，一般只用作辅助作业，或在回收金属支柱时使用。（2）风动绞车风动绞车拉力大，重量轻，适用于我国西南地区的超级瓦斯矿，但是风动绞车成本较高，使用范围受到限制。（3）电动绞车电动绞车使用范围最广，目前各制造厂生产的多为电动绞车。2）按滚筒结构分（1）缠绕式滚筒缠绕式滚筒具有一定的容绳量，操作简单，使用范围广，但体积和重量都比较大，现在生产的绞车以采用缠绕式滚筒的为最多。（2）摩擦式滚筒摩擦式滚筒多制成双曲线型，靠滚筒上的几圈钢丝绳与滚筒的摩擦力带动钢丝绳进行工作，滚筒量不受限制，也不存在排绳子问题，解决了“咬绳现象，这种绞车尚在试验中。（3）链条滚筒链条滚筒即用缠绕链条来进行工作。因链条较重，不宜太长，如某厂生产的三吨轻便回柱绞车，链条仅有6m，因此，使用这种回柱绞车的极少。3）按传动机构分（1）普通蜗杆蜗轮传动淮南煤矿机械厂1952年生产的HJ-14型绞车，第一级为普通蜗杆蜗轮传动，再经过二级圆柱齿轮带动滚筒。采用蜗杆蜗轮传动机械效率低，虽具有结构结实耐用的优点，但体积重量都很大，搬运困难，不适于井下狭窄环境和经常移动的特点，故此绞车已不再生产。（2）圆弧面蜗杆传动现在生产的各种绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为，机器体积和重量都相应减少。1.3绞车的发展概况现在矿山所用绞车都是由建筑卷扬机发展而来的，所以我们有必要先谈谈建筑卷扬机的发展，从而了解整个矿用绞车的发展历程。我国在很久以前的古代，就知道采用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高工作效率。但由于旧中国的工业落后，劳动力便宜，所以在物料的提升和搬运过程中大都是靠工人的肩挑背扛，而绞车只有在一些大型企业中才被使用，应用很少，而且所适用的绞车也均为国外生产，国内基本没有生产绞车的厂家。我国的绞车生产是解放后才开始的，已有近60年的历史。50年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划的需要，绞车的生产被提到了日程上。原沈阳国泰机器厂（阜新矿山机械厂前身）等成批仿制了两种绞车，一种为日本的JIS8001型动力绞车，它是一种原动机为电动机，传动形式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快速绞车；另一种是按苏联图纸制造的1011型和1012型普通蜗杆传动、电控慢速绞车。随着生产的发展，到了60年代，绞车的生产和使用越来越多。为了协调生产，主要绞车生产厂家（阜新矿山机械厂、天津卷扬机厂、山西机器厂、宝鸡起重运输机厂等）组成了卷扬机行业组织，隶属于第一机械工业部矿山机械行业下。为了发展绞车的生产，行业组织了相关厂家的人员对全国绞车的生产和应用情况进行了调查。在调查的基础上，开始自行设计和制造新的卷扬机，先后试制了0.5t、1t、3t电动卷扬机，但由于对当时各厂家的生产能力估计不足，无法推广。从70年代起，我国绞车的生产进入了技术提高、品种增多、定性生产的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上，1973年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了绞车基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速绞车的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手扳刹车带制动。慢速绞车的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器）、电磁铁制动结构。这两种基型一直到今天还在生产。为了适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了JB926-74建筑卷扬机形式与基本参数和JB1803-76建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。随着部标准的颁布，使绞车有了大发展的基础。为了满足经济发展的需要，各厂家相继生产了20t和32t绞车。从70年代末开始，我国实行了改革开放政策，国民经济大发展，作为国民经济的动力，煤炭产业现代化和机械化的要求日益强烈，许多产品逗进行了防爆改造，从而进入到煤矿井下，其中绞车是最成功的一种产品，JD系列的调度绞车和JH系列的回柱绞车至今还在大量的生产，是矿山井下，运输调度不可替代的机械设备。但这种设备的自动化的程度不高，无法实现无人值守的自动操作，往往由于绞车操作工的操作失误或精神不集中造成安全生产事故。矿山绞车的发展是伴随着煤炭产业发展，九十年代中后期，是我国煤炭生产的一个低潮，矿用绞车的发展十分缓慢，没有什么新的结构，产品出现。但是，2000年以后，国际油价居高不下，煤炭再一次被人们所重视，煤炭价格一路上涨，绞车等一系列的矿山机电产品需求量剧增，促进了绞车的发展，这一时期绞车品种增加，自动化水平增加，新结构、新功能不断出现，但是仍然具有一定的技术瓶颈，即自动控制设备的防爆问题。现在，变频调速技术和PLC控制技术十分的成熟，但是，也只是在矿井的主井和副井的提升系统中得到了最广泛的最成熟的应用。然而，自动化和数字化是矿井发展的必然趋势，为了实现这一目的，矿山设备的自动化和数字化是实现这一目的的基础。本设计也力求用最成熟的PLC控制技术，实现矿井水仓的无人值守，达到牵引绞车能够根据水位自动提升和下降泵房的目的，探索一条能够实现绞车自动化控制的路径。1.4 JTK型提升绞车的简介提升绞车是通过减速器来完成绞车的减速和传动。通过控制电机的电流的大小来控制绞车的升降速度。深度指示器通过指示器的齿轮与卷筒上内齿轮的啮合带动与指示器相联的丝杠的旋转，达到显示深度的目的。绞车内部各转动部分均采用滚动轴承，运转灵活。绞车是用卷筒缠绕钢丝绳或链条以提升或牵引重物的轻小型起重设备（见起重机械），又称卷扬机。绞车可以单独使用，也可作为起重、筑路和矿井提升等机械中的组成部件，因操作简单、绕绳量大、移置方便而广泛应用。绞车有手动和电动两类。手动绞车的手柄的传动机构上装有停止器(棘轮和棘爪)，可使重物保持在需要的位置。装配或提升重物用的手动绞车还应设置安全手柄和制动器。手动绞车一般用在起重量小、设施条件较差或无电源的地方。电动绞车广泛用于工作繁重和所需牵引力较大的场所。单卷筒电动绞车的电动机经减速器带动卷筒，电动机与减速器输入轴之间装有制动器。为适应提升、牵引和回转等作业的需要，还有双卷筒和多卷筒装置的绞车。例如，安装在直升机上的救援设备，主要功用是将人或物吊起、放下，自有动力，可控制，直升机在保持高度悬停时，通过绞车手的控制可收放钢索将人或物吊起放下。绞车的电器设备具有防爆性能，可用于煤尘及瓦斯的矿井中。绞车的运输方式可选用火车或汽车托运。可采用包装箱或敞车托运。若敞车托运应有防雨和固定设施，以防受潮湿和碰撞磕伤绞车。绞车贮存应存放在干燥的无腐蚀性气体的库房内，露天存放应有防潮、防雨、防锈设施。以防绞车部件及面漆受损。JTK提升绞车的特点：结构紧凑，操作维修方便，安装可靠，适用于中小型矿山适用。采用块式制动器。1.5 用途及适用范围JTK矿用提升绞车用于倾斜巷道运送物料或作其他辅助托运工具，小型竖井做提升和下放物料及升降人员之用。1.6 本文所做的基本工作1）设计完成总体装配图设计；2）设计完成主减速器装配图设计；3）完成主要传动组件、零件的工作图设计；4）编写主要零件的加工工艺；5）编写完成整体设计计算说明书。2 绞车的计算基础2.1绞车工作级别划分的理论基础010实验材料零件0图2.1 应力-循环次数曲线绞车工作级别的理论基础是零件疲劳理论和迈内尔的线性累积损伤假说。我们知道，金属材料或零部件在变应力作用下，近似应力-循环次数的试验曲线（曲线）,如图2.1所示。由图2.1可知，2.1 (2.2)按迈内尔理论，零件损伤可按下式计算 (2.3)当时，零件损坏。设为，中的最大值，则公式2.3可改写为 (2.4)令应力循环系数 (2.5)则 (2.6)如果保持，不变，并以，代替，以及以代替，同时公式2.6中的和均保持不变，则上式载荷具有相同的应力循环系数，因此公式2.3可改写为 (2.7)如果足够大，则可达到，零件随即损坏。称时的为临界应力，并以表示，则有 (2.8)公式中的与材料、零件特性、应力类型及等因素有关，这些因素决定了和值，此外还和总循环次数和应力循环系数有关。公式2.8为临界状态，它是划分工作级别的基础表达式。2.2绞车的工作级别与类别绞车根据载荷状态和利用等级分为A1A8八个工作级别。其目的就是为了合理地设计，制造和使用绞车，提高零部件的三化水平，取得满意的技术经济效果。2.2.1利用等级利用等级是表示绞车使用的频繁程度，以其在设计寿命期内应完成的总工作循环次数表征。而一个工作循环是指从一个载荷准备提拉时开始到下一个载荷准备提拉时为止的全过程。绞车的寿命一般不少于5年，在这个期间内依据工作频繁程度的不同，总工作循环数可分为8个利用等级，见表2.1表2.1绞车利用等级利用等级总的工作循环次数说明U0U1U2U3不经常使用U4经常轻闲使用U5经常中等使用U6有时繁忙使用U7繁忙使用2.2.2载荷状态载荷状态表示绞车钢丝绳受拉力作用的轻重与频繁程度，它与整个使用寿命期限内钢丝绳每次承受的拉力与额定拉力之比（）和钢丝绳每次承受拉力作用下的工作循环次数和总工作循环次数之比（）有关。表达这种关系的图形称为载荷谱，见图2.2.图2.2 典型载荷谱0.110.40.10.40.5轻0a）0.16710.7330.20.1670.5中00.4670.167b）10.40.40.5重0c)10.80.90.5特重0d)载荷谱系数可用下式计算 (2.9)式中 载荷谱系数； 钢丝绳承受的第个拉力，（）；钢丝绳承受的额定拉力（）；在钢丝绳拉力作用下的工作循环次数，；总的工作循环次数，；由应力换算成载荷的耐久曲线指数，此处取。绞车的载荷状态可根据钢丝绳承受的拉力（载荷）大小和频繁程度，按名义载荷谱系数分为四级，见表2.2。表2.2载荷状态载荷状态名义载荷谱系数当量拉力系数说明Q1(轻)0.125通常承受1/3的额定拉力，很少承受额定拉力时使用Q2(中)0.25通常承受（1/32/3）的额定拉力，有时承受额定拉力时使用Q3(重)0.5通常承受2/3以上额定拉力时使用，较多承受额定拉力时使用Q4(特重)1.0频繁地承受额定拉力或者鱼额定拉力相近时使用在表2.2说明栏中的内容选择一个适合的载荷谱系数确定载荷状态。如果钢丝绳的在拉力作用下的时间为，可以得出当量拉力系数，按以下公式计算 (2.10)式中 当量拉力系数； 作用下的时间；，根据载荷谱系数的分级可以得出相应的当量拉力系数。2.2.3绞车工作级别的划分按利用等级和载荷状态的不同，可将绞车分为A1A8八个工作级别，见表2.3。表2.3绞车工作级别每日平均使用时间h0.250.250.50.5112244881616使用寿命期限内的总使用时间h40040080080016001600320032006400640012500125002500025000利用等级U0U1U2U3U4U5U6U7载荷Q1(轻)A1A2A3A4A5A6A7Q2(中)A1A2A3A4A5A6A7A8状态Q3(重)A2A3A4A5A6A7A8Q4(特重)A3A4A5A6A7A8绞车按工作级别和用途可分为四种类型，见表2.4。表2.4绞车分类类别工作级别说明举例A1A4 不经常使用，轻或中等载荷状态的快速和慢速绞车工程安装A3A5 经常中等使用，中等载荷状态的快速绞车垂直或倾斜吊运，水平拽引，牵引A4A6 有时经常频繁使用，中等载荷状态的快速绞车与井字架、人字架和桅杆等配合使用垂直吊运A6A8 经常频繁使用，重级载荷状态的快速和慢速绞车斜坡拽引、牵引、冷拉钢筋、冲抓、拉桩3 JTK提升绞车的总体设计3.1设计总则1）煤矿生产，安全第一。2）面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求。3）既考虑到运搬为主要用途，又考虑到运搬、调度、回柱等一般用途。4）贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。5）技术比较先进，并要求多用途。、3.2设计参数最大牵引力：F=15KN；容绳量：L=560m；绳速：V=1.71-1.75m/s；寿命：t5000h；卷筒：D=1600mm，B=1200mm。3.3传动系统该绞车传动系统图如3-1，电机经过弹性联轴器，带动减速器高速轴，由低速轴输出转矩，经齿轮联轴器将转矩传至主轴装置，从而带动卷筒转动。3.3.1主要组成部分及结构特征该绞车主要由电动机、弹性联轴器、减速器、齿轮联轴器、卷筒、主轴装置、深度指示器、块式制动器等部分组成。其外形图如图3-1。1、主轴装置主轴装置主要由主轴、卷筒、制动轮、卷筒侧板、轴承座等零部件组成。主轴与制动轮、卷筒侧板采用平键连接，主轴轴承采用滚动轴承结构，轴承选用双列向心球面滚子轴承，结构简单，安装维护方便，并能提高设备的传动效率，降低了图3-1 JTK型提升绞车传动系统图1电机 2弹性注销联轴器 3NGW行星齿轮减速器4齿轮联轴器 5卷筒电耗。结构见图见3-2。2、制动系统制动系统由安全、工作制动器两部分组成。安全制动器采用电力液压推动器制动，当绞车过载，断电或其它原因引起电流增大时都会通过电控的限流热段电器装置使绞车电机及电力液压推动器电机断电，此时安全制动装置进行紧急刹车，起到安全制动的目的，工作制动采用直流电力液压推动器，通过调节电流大小实现制动。3、联轴器部分电机与减速器之间的连接采用标准弹性柱销联轴器，结构简单，重量轻、承载能力大。减速器与主轴装置采用齿式联轴器，承载能力大，工作可靠。图3-2 主轴装置4、减速器减速器采用NGW行星齿轮减速器，该减速器有体积小、质量轻、结构紧凑、承载能力高、传动比大、传动效率高、工作可靠等优点。5、深度指示器 深度指示器由发送装置的齿轮传动将卷筒的转动传给发送自整角机，再由导线连接接收自整角机，通过自整角机带动指示针，指示提升容器的停止位置。3.4选择电动机3.4.1电动机输出功率的计算已知：最大拉力：F=15KN 最低绳速： 则: (2.1) 根据传动方案图2.1可得：总传动效率 式中： 弹性柱销联轴器的效率为； NGW行星齿轮减速器效率为； 齿轮联轴器的效率为0.98； 轴承的效率为0.98。3.4.2确定电动机的型号按公式(2.1)可计算出电动机的输出功率： 电动机所需的额定功率与电动机输出功率之间有以下的关系： (2.2)其中：用以考虑电动机和工作机的运转等外部因素引起的附加动载荷而引入的系数，取由式(2.2)可计算出额定功率： 则取。查机械零件设计手册，得到电动机的型号：。额定功率；实际转速；其外形尺寸：；电机中心高度：；电动机轴直径长度：。4 滚筒及其部件的设计计算4.1钢丝绳的选择提升钢丝绳是矿井提升设备的一个重要组成部分，提升钢丝绳选择是否合理是关系到提升设备安全可靠性和经济性的重要环节，应引起足够的重视。选择钢丝绳时，应根据使用条件和钢丝绳的特点来考虑。我国提升钢丝绳多用同向捻绳，至于是左捻还是右捻，我国的选择原则是：绳的捻向与绳在卷筒上的缠绕螺旋线方向一致。我国单绳缠绕式提升机多为右螺旋缠绕，故应选右捻绳，目的是防止钢丝绳松捻；多绳摩擦提升为了克服绳的旋转性给容器导向装置造成磨损，一般选左、右捻各一半。此处，还应考虑如下因素：1）在井筒淋水大，水的酸碱度较高且处于出风井中的提升钢丝绳，因腐蚀严重，应选用镀锌钢丝绳；2）以磨损为主要损坏原因时，如斜井提升，采区上、下山运输等，应选用外层钢丝绳较粗的钢丝绳，如，或三角股等；3）以弯曲疲劳为主要损坏原因时，应优先选用线接触式或三角股钢丝绳，如，等。4）用于高温和有明火的地方，如煤矿矸石山等，应选用金属绳芯钢丝绳。钢丝绳的安全系数取，则钢丝绳所能承受的拉力需满足以下的要求：其中： 则： 查矿井运输提升表2-2（2）选择：绳 股 绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。其主要参数如下：钢丝绳直径： 钢丝直径： 钢丝总断面面积： 参考重力： 钢丝绳公称抗拉强度： 钢丝破断拉力总和：4.2滚筒的设计计算4.2.1滚筒主要参数卷筒示意图滚筒直径：滚筒宽度：滚筒的外径：滚筒壁厚度：滚筒的容绳量: 第一层钢丝绳芯的直径为 第一层滚筒的钢丝绳长度为 第二层钢丝绳芯的直径为 第二层滚筒的钢丝绳长度为 滚筒的容绳量: 5 减速器设计计算5.1总传动比计算1. 卷筒轴转速：2. 总传动比：3. 确定减速器 根据传动比和传动方案的需要，选用行星齿轮减速器。它与普通齿轮减速器相比，具有许多突出的优点，已成为世界各国机械传动发展的重点。行星齿轮减速器具有体积小、质量轻、结构紧凑、传动比大、传递效率大、承载能力高、工作可靠等主要优点。由于行星齿轮具有很多突出的优点，目前已被广泛应用于轻工机械、纺织机械、工程机械、石油化工机械、矿山冶炼机械、起重运输机械等方面。根据设计计算值，选用二级NGW型行星减速器。如图5-15.2减速器设计计算5.2.1 高速级计算1. 传动比分配根据系列设计要求，令低速级传动的传动比固定，且取，则高速级传动比2. 行星轮数目 根据机械手册查询及传动比，取图5.1 二级NGW型行星减速器3. 配齿计算 太阳轮和行星轮的材料采用,表面渗碳淬火处理，表面硬度为58-60HRC，试验齿轮齿面接触疲劳极限 ,试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮 行星轮 齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为6级。内齿圈的材料为,调质处理，硬度为。试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的弯曲疲劳极限，齿形的终加工为插齿，精度为7级。太阳轮齿数 式中取；内齿圈齿数行星轮齿数4. 载荷不均衡系数 高速级采用行星架浮动的均载机构，取 5. 齿轮模数 中心距计算公式式中 齿数比为； 综合系数，； 太阳轮单个齿轮传递的转矩； 齿宽系数为0.5； 。 则 模数 取 则 6. 几何尺寸 太阳轮： 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 行星轮：分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 内齿圈： 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 7. 啮合要素验算1) a-c传动断面重合度顶圆齿形曲径 太阳轮 行星轮 断面啮合长度 端面重合度 2) c-b传动断面重合度顶圆齿形曲径 行星轮 内齿圈 断面啮合长度 端面重合度 8. 齿轮强度验算1) a-c传动a) 确定计算负载名义转矩 名义圆周力b) 应力循环次数式中 太阳轮相对于行星架的转速, (r/min) 寿命期内要求传动的总运转时间， (h) t=5000(h)c) 接触强度计算许用接触应力 式中 接触疲劳极限， 接触强度寿命系数， 应力循环次数接触强度安全系数，-润滑油膜系数，-齿面工作硬化系数， -尺寸系数， 则 计算接触应力 式中-使用系数， ；-动载荷系数，；-齿向载荷分布系数，；-齿间载荷分布系数，；-节点处计算接触应力的基本值； 式中节点区域系数， ；弹性系数， ；重合度系数， ；螺旋角系数， ；齿数比， ； 则 接触强度的计算安全系数 则 计算结果，a-c接触强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。 d) 弯曲强度计算齿根应力 齿根应力基本值 则 许用齿根应力 式中 试验齿轮的修正系数，； 弯曲强度的寿命系数，； 相对齿根圆角敏感系数，； 相对齿根表面状况系数，； 弯曲强度寿命系数，； 最小安全系数，；则 弯曲强度的计算安全系数 计算结果，a-c弯曲强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。2) c-b传动a) 名义切向力b) 应力循环次数式中 太阳轮相对于行星架的转速, (r/min) 寿命期内要求传动的总运转时间， (h) t=5000(h)c) 接触强度计算许用接触应力 式中 寿命系数， 接触疲劳极限， 应力循环次数最小安全系数，-润滑油膜系数，-齿面工作硬化系数， -尺寸系数， 则 计算接触应力 式中-使用系数， ；-动载荷系数，；-齿向载荷分布系数，；-齿间载荷分布系数，；-节点处计算接触应力的基本值； 式中节点区域系数， ；弹性系数， ；重合度系数， ；螺旋角系数， ；齿数比， ； 则 接触强度的计算安全系数 则 计算结果，c-b接触强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。d) 弯曲强度计算齿根应力 齿根应力基本值 许用齿根应力 式中 试验齿轮的修正系数，； 弯曲强度的寿命系数，； 相对齿根圆角敏感系数，； 相对齿根表面状况系数，； 弯曲强度寿命系数，； 最小安全系数，；则 弯曲强度的计算安全系数 计算结果，c-b弯曲强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。5.2.2 高速级计算1. 传动比分配 2. 行星轮数目 根据机械手册查询及传动比，取3. 配齿计算 太阳轮和行星轮的材料采用,表面渗碳淬火处理，表面硬度为58-60HRC，试验齿轮齿面接触疲劳极限 ,试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮 行星轮 齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为6级。内齿圈的材料为,调质处理，硬度为。试验齿轮的接触疲劳极限试验齿轮的弯曲疲劳极限，齿形的终加工为插齿，精度为7级。a 太阳轮齿数式中取；b 内齿圈齿数 c 行星轮齿数 4. 载荷不均衡系数 高速级采用行星架浮动的均载机构，取 5.齿轮模数 中心距计算公式 式中 齿数比为；综合系数，；太阳轮单个齿轮传递的转矩； 齿宽系数为0.5； 。则 模数 取 则 6. 几何尺寸太阳轮：分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 行星轮：分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 内齿圈： 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 7. 啮合要素验算1) a-c传动断面重合度 顶圆齿形曲径 太阳轮 行星轮 断面啮合长度 端面重合度 2) c-b传动断面重合度顶圆齿形曲径 行星轮 内齿圈 断面啮合长度 端面重合度 8. 齿轮强度验算1) a-c传动a) 确定计算负载名义转矩 名义圆周力b) 应力循环次数式中 太阳轮相对于行星架的转速, (r/min) 寿命期内要求传动的总运转时间， (h) t=5000(h)c) 接触强度计算许用接触应力 式中 接触疲劳极限， 接触强度寿命系数， 应力循环次数接触强度安全系数，-润滑油膜系数，-齿面工作硬化系数， -尺寸系数， 则 计算接触应力 式中-使用系数， ；-动载荷系数，；-齿向载荷分布系数，；-齿间载荷分布系数，；-节点处计算接触应力的基本值； 式中节点区域系数， ；弹性系数， ；重合度系数， ；螺旋角系数， ；齿数比， ； 则 接触强度的计算安全系数 则 计算结果，a-c接触强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。d) 弯曲强度计算齿根应力 齿根应力基本值 许用齿根应力 式中 试验齿轮的修正系数，； 弯曲强度的寿命系数，； 相对齿根圆角敏感系数，； 相对齿根表面状况系数，； 弯曲强度寿命系数，； 最小安全系数，；则 弯曲强度的计算安全系数 计算结果，a-c弯曲强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。2) c-b传动a) 名义切向力b) 应力循环次数式中 太阳轮相对于行星架的转速, (r/min) 寿命期内要求传动的总运转时间， (h) t=5000(h)c) 接触强度计算许用接触应力 式中 寿命系数， 接触疲劳极限， 应力循环次数最小安全系数，-润滑油膜系数，-齿面工作硬化系数， -尺寸系数， 则 计算接触应力 式中-使用系数， ；-动载荷系数，；-齿向载荷分布系数，；-齿间载荷分布系数，；-节点处计算接触应力的基本值； 式中节点区域系数， ；弹性系数， ；重合度系数， ；螺旋角系数， ；齿数比， ； 则 接触强度的计算安全系数 则 计算结果，c-b接触强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。d) 弯曲强度计算齿根应力 齿根应力基本值 许用齿根应力 式中 试验齿轮的修正系数，； 弯曲强度的寿命系数，； 相对齿根圆角敏感系数，； 相对齿根表面状况系数，； 弯曲强度寿命系数，； 最小安全系数，；则 弯曲强度的计算安全系数 计算结果，c-b弯曲强度通过。用调质后表面淬火，安全可靠。6 传动轴的设计计算6.1 传动装置运动参数的计算6.1.1各轴转速计算高速级行星架轴转速： 低速级行星架轴转速： 式中，电动机转动，； 高速级传动比； 低速级传动比。6.1.2 各轴功率计算高速级行星架轴功率： 低速级行星架轴功率： 式中，轴承的效率为； 两级行星轮系传动效率为。 注:两级行星轮的传动比相等，并且它们之积为。6.1.3各轴扭矩计算高速级行星轮轴扭矩：低速级行星轮轴扭矩： 卷筒主轴扭矩： 各轴转速、功率、扭矩列表（见表6.1）轴 号转 速输出功率输出扭矩传动比效 率电机轴74075967.9高速级行星轮轴69.956866.30.99低速级行星轮轴23.6765.1262655.54.960.99 表6.1 各轴转速、功率、扭矩列表6.2高速轴的设计计算6.2.1计算作用在齿轮上的力转矩 输出轴上行星轮分度圆直径圆周力径向力轴向力各力方向如图6.2和图6.3所示。6.2.2初步估算轴的直径选取45号钢作为轴的材料，调质处理由式计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响根据轴的材料查得则 取 图6.1 轴的结构图6.2.3确定轴的结构方案左、右轴承从轴的右端装入，靠轴肩定位。太阳轮做成齿轮轴。最右侧两轴承靠套和弹性挡圈以定位，最右端轴承靠圆螺母以定位。轴的结构如图6.1所示。6.2.4确定各轴段直径和长度段 轴通过键于联轴器相连且是过盈配合连接，则，。段 轴为了定位联轴器，取一定的轴肩高，则该轴段直径，长度。段 轴为了方便安装轴套，则，。段 轴承是以轴肩高来定位的，则，。段 该段轴，。段 该段为齿轮轴。6.2.5确定轴承及齿轮