机械毕业设计（论文）-桥式转载机的设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第82页1 概述全套图纸，加1538937061.1转载机的发展概况桥式转载机是综合机械化采煤工作面运输系统配套设备中的重要组成部分,在工作面运输巷中接受工作面刮板输送机卸下的煤流,不停顿地转运到可伸缩带式输送机上去.桥式转载机与工作面刮板输送机机头部同步推移,保证工作面采煤机连续采煤,实现综采工作面的高产高效作业。桥式转载机是一种特殊结构的刮板输送机,其动力传动系统及驱动装置与刮板输送机相似,其机身有一个坡道段和一段拱桥结构,可在带式输送机机尾段上面搭接。在后退式采煤工作面运输巷中,当转载机推移到其拱桥段全部与带式输送机机尾段搭接叠的极限位置时,可伸缩带式输送机缩短一个搭接长度,带式输送机的机尾部移置到转载机卸载机头下方,转载机又可随工作面的推进而向前推移。1.2国内外转载机的技术特点及趋势过去一般认为,与综合机械化采煤工作面设备配套的桥式转载机,应是与工作面刮板输送机选用同样元部件组成的短的刮板输送机.随着综合机械化采煤工艺的发展及综采设备使用经验的积累和丰富,目前已明确认识到,桥式转载机的功能与工作面刮板输送机有许多不同, 其结构形式、运行参数及元部件选用均应有所区别。近年来与长壁式综采工作面设备配套的桥式转载机有一些新的设计观念和技术发展： 输送能力高于工作面刮板输送机。桥式转载机的链速比较快，溜槽应较宽，可运货载断面应较大。其溜槽两侧均可安装挡板，其输送能力应高于工作面刮板输送机，以便将工作面刮板输送机卸下的短时高峰煤流负载及时转运出去。一方面可避免工作面刮板输送机底链带回煤，另一方面可使工作面运出的峰谷不均的煤流逐步均匀化，以便在通过破碎机或卸入带式输送机时比较均衡平稳，不致造成堆积外溢。 边双链结构，刮板加密布置。桥式转载机较工作面刮板输送机的长度和运距短许多，一般为2550cm，目前JOY公司新研制的转载机长度达到87m；其机身无横向弯曲段，故其刮板链条受力显著小于工作面刮板输送机，常选用规格与工作面刮板输送机相同或稍小的圆环链及较小结构尺寸的刮板，从而节省了钢材、动力、也降低了机头、机尾的高度。为提高转运块煤的边双链或准边双链布置形式。特制刮板，间距较小，加密布置；链速较高，一般为1.41.6m/s。美国长避式综采工作面运输巷桥式转载机链速大多较工作面刮板输送机链速高20%30% ，一般为1.51.8m/s,最高到1m/s。 溜槽宽度较大，机身联接强固，桥式转载机溜槽一般较工作面刮板输送机溜槽宽度大。目前国内外高产高效工作面运输巷桥式转载机溜槽宽度多在1m左右，两侧配装加厚侧挡板，接口与溜槽接口错开，使机身联接强固，可承受较长坡道段和拱桥段弯矩以为破碎机的附加载荷。英国道梯柯公司为运量2500t/h工作面刮板输送机配套的桥式转载机，配套的可伸缩带式输送机带宽为1.5m，带速为3m/s，储带长度可达230m。强有力的整体推移设备，高产高效综采工作面卸式刮板输送机机头部与桥式转载机机尾上下交联为一体，整体推移，需要一套强有力的推移设备。一般是用工作面端头支架的强力液压千斤顶扒工作面刮板输送机机头部和桥式转载机机发展部，同时用运输巷中的液压锚固支柱的千斤顶拉转载机机身。这些动作既可以由工作面端头支架的控制阀组集中操作，也可以分设阀组同步操作。履带自行机构。 为了更方便灵活地推移转载机、破碎机、和可伸缩带式转送机机尾，近年来美国、澳大利亚长壁综采工作面运输巷中已开始使用履带自行式转载机，将破碎机也装在转载机履带上，统称为破碎给煤机；可利缩带式输送机机尾也装上自行履带。利用采煤工作面液压支架的乳化液泵站供液或单带电动机、液压泵供液来驱动履带行走。转载机是与大型综采工作面设备配套使用的顺槽输送、转载设备，完成把工作面输送机送来的煤输送、转运到后续皮带输送设备上的任务,并提供相应的连接手段。设计要求与ZY2300 皮带机自移机尾配套，以实现在2.3 m范围内整体移动而不必拆移皮带机。与ZY2300 皮带机自移机尾配合可更方便地调节皮带机，增强了皮带机与转载机配合的协调性。该转载机与GZ1000/3000 型输送机配套使用，运量可达4000 t/h，技术先进，工作可靠，是大型综采配套设备的优秀机型。图1.1 工作面布置示意图1采煤机 2液压支架 3传送带输送机 4转载机 5刮板输送机 6主进液管7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端头支架 11单体液压支柱1.3转载机组成 转载机包括主体部分和配套装置。主体部分包括机头、机尾、过渡槽、中部槽、调节槽、刮板链等，而配套装置包括底托架、采煤机导向装置、盘式紧链器和电气控制系统等,如图1.2所示。1机头、机尾机头主要包括机头架、链轮、链器、舌板、盲轴和传动装置。机头安装在机头底的采空侧，盲轴安在煤壁侧托架上并与机头过渡槽相边接。传动装置安在机头架。机尾的结构与机头基本相同，其不同之处在于增加了导向体装置，主要用来使机尾架的上链便于引入中部槽。机头架机头架是用来支承装配传动装置、链轮组件、盲轴、过渡槽及其它附属装置的焊接构件。它是由中板组件、侧板组件、底板、过渡板等厚钢板部件焊接而成的。在机头架中间焊有两个75定位销，用以与机头过渡槽相连机头架与机尾架完全相同，可互换安装使用。链轮链轮是输送机的主要部件，是以带动刮板链。链轮滚筒要承受整个机器的最大力矩。链轮的链轮体为整体锻件，其两端焊有滚筒。链轮为7齿双链式。滚筒的内孔安有内花链，而滚筒两端面有迷宫槽，以防煤粉进入传动件内。滚筒一端与减速器输出轴相配合，而其另一端则与盲轴相配合。安装链轮时应清除花链的防锈层，擦洗干净并涂上黄油后再与减速器与盲轴连接。链轮安装完毕后，应检查转动是否蹩劲轴的盲花链安在箱体的两个滚动轴承上，箱体用来支承滚动轴承和滚动轴承的润滑油池。安装盲轴时，先擦洗花链，涂上黄油，然后将其安装在机头架的煤壁侧。花链轴插入链轮一端的花链孔内。当更换链轮时，只将盲轴拆下即可，而不必拆卸减速器。使用前应利用量油尺检查盲轴中的油位和迷宫环上的注油孔通道。盲轴中的油量约为4L。利用注油枪通过油环注入黄油，直到为宫环挤出新鲜黄油为止。盲轴的迷宫轴承盖与链轮端部之间迷宫环上的黄油只起密封作用。而不起润滑作用。盲轴上的透气塞用于平衡内部的压力，因此，必须经常保持清洁。传动装置传动装置包括减速器、液力偶合器、联接罩和电动机等。减速器该转载机减速器为锥齿轮圆柱直齿轮三级减速器，由各轴组件和箱体等组成。所有齿轮和轴承是用稀油润滑油润滑，箱体内有主油池和辅助油池。辅助油池设在第一轴承处。用于润滑等一轴轴承。当减速器第一轴向上倾斜安装时，通过输助油池保证第一轴承处的润滑。输助油池内的润滑油是借助于主油池内的齿轮旋转时飞溅得到的。在减整器内还设有水冷装置，以防止减速器工作时过热。当减速器连运转时，冷却装置供水量为8L/min。当环境温度20时，减速器表现温度不应超过90，最高不得超过100。减速器开始运动250H之后，必须更换润滑油。注入新油之后，每转2000h时必须更换。如更换时间未动，发现油中的异物含量超过2%或金属磨料超过0.5% ，或油中的含水量超过2%，则应及时更换。主油池的油位应每周检查一次，透气塞每周必须检查，必要时应清洗干净。减速器输出轴处的迷宫盖均与链轮的一端迷宫相配合。此处迷宫上使用黄油是为了密封，不是为了润滑。因此利用油枪通过油环可注入任何一种黄油。注入黄油时应从迷宫处挤出新鲜黄油为准，每班注油一次。减速器维修时应注意圆弧齿轮中如果有一个损坏，应成对更换，因圆弧齿轮是配对加工制造的。如果条件不允许，应把原来的未损坏齿轮和需换上的析齿轮涂上磨料一起研磨。研磨后标上同一号码，再进行安装才可保证修理好的减速器不出故障。联接罩联接罩用来保护高速旋转的液力偶合器和弹性联轴器以及联接减速器和电动机，以防止液力偶合器易熔合金保护塞熔化时向外喷油，并作为盘式紧链器制动装置的重要部件。联接罩上装有盖板的作口用来向液力偶合器内注油和更换易熔合金保护塞，另一侧装置有散热盖的开口用来防止液力偶合器过热，因此，这些孔应始终畅通，以防止浮煤堵塞。当停车后打开液力偶合器时，因油漫无边际过高可能喷出热油将人烧伤，这一点在操作中应加以注意。 图 2 转载机示意图1.4 限矩型液力联轴器的选择图 3液力耦合器图中:1.注油塞、 2.泵轮、 3.后半连轴节、4.O型圈、5.垫圈、6.紧固螺栓7.前半连轴节、8.弹性块、9.外壳、10.涡轮、11.轴、12.螺栓、13.油封14. 油封、15.密封圈盖、16.轴承、17.轴承、18.热保护塞限矩型液力耦合器是一种动力式液力传动元件、由于它效率高，结构简单，能够带动负载平稳起动，改善起动性能，提高起动能力；具有过载保护作用；能隔离扭振和冲击；在多台电机传动链中均衡各电机的负荷；并减小电网的冲击电流；所以在矿山机械、化学工业、冶金工业、食品、建筑、交通等部分得到了广泛应用。 YOX型主要由主动部分和被动部分组成。主动部分包括后辅室、前半联轴节、后半连轴节、弹性块、泵轮和外壳。从动部分主要包括轴和涡轮。主动部分与原动机联接，被动部分与工作机联接。原动机的扭矩通过联轴器中的工作液体来传递，泵轮将原动机的机械能转变为工作液体的动能，涡轮又将工作液体的动能变为机械能，通过输出轴驱动负载，泵轮和涡轮之间没有机械联系。表 液力耦合器的主要技术参数国家标准 型 号 输入转速 r/min 传递功率范围 N （ KW ） 过载系数 效率 外形尺寸 最大输入孔径 及长度（ mm ） 最大输出孔径 及长度（ mm ） 充油量（ L ） 重量 （ kg ） D A d1max d2max L1max L2max YOX600 1500 200-360 2-2.5 0.96 695 490 100/210 115/210 16.8 33.6 185 1.4.1液力联轴器的工作液体动装置中齿轮、轴承、操纵件的润滑冷却剂和液压控制系统的工作介质。因此，目前在一般的液力联轴器和传动装置中几乎都采用油作为工作液体，并根据具体的结构情况和使用条件来选择油的品种。对所用油的要求一般有：1、适当的粘性和润滑性能。为了减少摩擦，提高液力元件的性能，一般油的粘度v100=58vst。2、温度变化时油的粘性变化要小，即粘温性能要好。一般要求油的粘度指数在90以上，或v50/v1004.5。在严寒地区户外使用时，还要求凝点低。3、良好的抗泡沫性能。产生泡沫会引起传递功率急剧下降、降低传动效率、换挡失灵、冷却效果下降和油品加速老化等。4、有较高的闪点。工作油的闪点温度应比液力联轴器工作时油温高2030。5、有高的抗氧化安全性，酸度低。6、 有尽可能大的油的重度。使液力元件传递功率增大。2总体方案的确定 桥式转载机是与综采工作面设备配套使用顺槽输送、转载设备，完成把工作面输送机送来的煤输送、转运到后续皮带输送上的任务，并提供相应的连接手段。21结构与传动系统传动系统方案如图所示:图传动系统结构 该机构由行走部、机头传动部、中部槽、刮板链、机尾、挡板、拉移装置和闸盘紧链器等部分组成。配套电气设备隔爆电动机和真空磁力启动器。1、行走部 行走部安装在转载机的机头下面，通过铰接梁的定位轴与机头传动部的过度槽架相连接。卸料挡板的车轮及车架的车轮骑在带式输送机机尾的导轨上，使转载机能够沿着导轨移动，转载机与带式输送机的重叠长度随转载机的移动而改变。当转载机随工作面的推进而移到11.4m时,可将带式输送机的皮带缩短一次,机头传动部通过铰接梁可在水平和垂直方向上摆动10,以适应地面起伏和可伸缩带式输送机机尾的偏摆。行走部上装有缓冲装置，以使从机头卸下的大快煤，通过缓冲装置上的缓冲板滑到式输送机上，防止损坏皮带。左右卸料挡板是为防止煤落在带式输送机外面而设置的。2、机头传动部 机头传动部是本转载机的动力部分。该传动部由电动机、液力偶合器、连接罩、闸盘紧链器、减速器、齿轮联轴器、连接垫架、链轮组件、拨链器、舌板、机头架、过渡架等组成。3、机头架和过渡架 机头架和过渡架除用4个M24螺栓和6个M20螺栓连接外，在过渡架端面有两个65mm定位销，以加强过渡架连接强度及安装精度。过渡架底版91孔用于插入行走部铰接梁的销轴，使机头部的质量通过行走部小车作用于两条轨道上。在过渡架的中板上有两个34孔，紧链时卡链器的两销轴插入此空内，起固定卡链器作用。4、凸、凹槽为了使转载机的机头与可伸缩带式输送机搭接，保证有足够的搭接长度和空间，由凹槽把地面水平段的中部槽引向爬坡，然后通过凸槽把爬10的中部槽引向水平架桥段，使中部槽与安装在行走部上的机头过渡架相连接，形成转载机机头与带式输送机机尾搭接的空间。 凸凹槽的结构与中部槽的结构基本相同，只是各自弯曲10，并在槽帮钢中板弯曲段堆焊耐磨材料，以增加耐磨性。5、档板、底板该转载机与锤式破碎机配套时，挡板有架桥挡板、爬坡挡板等。从头至尾均与中部槽组成三面封闭的“”行槽。除调整档板和加高挡板外，其他挡板都有定位块，限制挡板与溜槽之间的相对位置。挡板用M27特殊螺栓固定在中部槽上，除出入口挡板和调整挡板外，其余挡板都跨接在两节中部槽之间。当拧紧挡板之间的M30连接螺栓时，可使挡板和中部槽形成刚性体，因为架桥挡板具有足够的强度，促使架桥段和爬坡段不至于下落塌腰。转载机各段底部都用底板封死，以防止回煤到转载机外，底板用M20螺栓与挡板连接。底板由接口板和底板组成。安装时应焊有接口，板一端指向机头。6、调整垫该转载机带有8块调整垫和两块斜垫。调整垫可根据挡板的组装情况，安装在从机头开始的1、2或3、4节架桥挡板之间，以及爬坡挡板1、2之间，用以调整挡板安装时的累积误差，以保证中部槽之间有一定的间隙。斜垫必须装在两块凸槽挡板之间，使架桥段和爬坡段凸起，以防止由于动力作用而使悬空部分下落塌腰。 7、机尾 机尾由机尾架、滚筒组件、机尾罩等组成。机尾架是由两侧板、中板、凸端头以及固定拨链器的横梁等组成。上槽帮弯曲段焊有耐磨金属材料。 滚筒组件由两个滚筒轮和一个滚筒轴焊接而成，由两套滚动轴承架在轴承座上。滚筒组件的注油和注油量均与链轮组件相同。拉移装置 该转载机主要利用拉移装置中的拉移千斤顶带动破碎机和转载机向前移动。拉移装置包括拉移圆环链、拉移千斤顶和卡链体。拉移千斤顶一端通过销轴与破碎机相连接，另一端通过卡链体与拉移圆环链连接。拉移圆环链一端有一大链环，能够将圆环链穿入套在锚固柱上。拉移圆环链是由1864mm圆环链和1864锯齿式接链环组成，其破断力不小于35t。使用时两边牵引链长度相同。拉移千斤顶是内回油双作用液压缸，在活塞杆上有供液口。拉移千斤顶是利用安装在挡板上的操纵阀来控制的。拉移装置的液压系统的工作液是由工作面支架泵供给。压力液由泵站经球形截止阀、操纵阀组进入拉移千斤顶，低压液经操纵阀通过低压回路回到泵站。操纵阀固定在架桥挡板的阀架上。拆装拉移装置液压系统时应注意下列事项：必须按液压系统和液压系统原理图安装；安装液压管路时，煤粉等赃物不得进入系统内；安装后应进行试操作，并检查各接头处有无渗漏现象。如果有异常现象，则应查明原因，及时排除故障，必要时更换液压件。拆卸时应将所有管路连接孔和胶管两端用塞子堵住，以免进入赃物。 （二）传动系统 机头传动部的电动机经液力偶合器、减速器带动机头的链轮、链轮带动绕过机头链轮、机尾滚筒的刮板链，刮板链沿着运煤方向把中部槽内的煤运到卸载端。21主要技术参数该机的主要技术参数如下：出厂长度（m） 25输送量 t/h1100刮板链速 m/s 1液力耦合器：型号 YOX600额定功率（） 160工作液体 22号汽轮机油注油量 () 16.8减速器速比 30.67刮板链:型式 双边链 圆环链规格() 2286破断负荷() 61刮板间距() 516爬坡角度() 102.2电动机的选择设计要求功率为160KW，根据矿井电机的具体工作环境情况，电机必须具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。所以选择矿用防爆电动机，型号为KBY680160 ；其主要参数如下：功率：160kW转速：1470电压：1140V2.3总传动比及传动比的分配要求：（1）查阅有关资料，完成桥式转载机总体方案的设计。（2）完成总体传动及结构设计。（3）大功率减速器整体设计。（4）传动主要部件、组件、零件图设计。（5）编写完成设计计算说明书。2.3.1总传动比的确定总传动比2.3.2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。多级传动系统传动比的确定有如下原则：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。初定齿数及各级传动比为:3 传动系统的设计3.1 各级传动转速、功率、转矩的的确定各轴转速计算：从电动机出来，各轴依次命名为、轴。轴 轴 轴 轴 各轴功率计算：轴 轴 轴 轴 式中 滚动轴承效率 =0.99闭式圆柱齿轮效率 =0.97 键效率 =0.99各轴扭矩计算:轴 轴 轴 轴 将上述计算结果列入下表（表.）：轴号输出功率P（kW）转速n()输出转矩T/(Nm)传动比轴147.551470958.573.357轴137.44437.892997.453.235轴128.02135.369032.142.283轴119.2547.9523753.2 第一级锥齿轮传动设计计算3.2.1 选择齿轮材料查齿轮传动设计手册 表2-53 两个齿轮都选用20GrMnMo渗碳淬火材料是齿轮承载能力的基础，合理选择齿轮材料，可以使其有足够长的使用寿命，满足性能要求，保证传动系统的可靠性。我国多采用低碳高级合金钢20GrMnMo和30CrMnTi等材料制作采煤机齿轮，采用表面渗碳和调质处理，渗碳层设计深度可为0.5。对于较低速级齿轮，最好采用具有较高冲击韧性的低碳镍铬合金钢，如20Cr2Ni4WA、18Cr2Ni4WA等。查齿轮手册，大小齿轮材料均选用20GrMnMo热处理方法：渗碳淬火低温回火大齿轮表面硬度：HRC6062小齿轮表面硬度：HRC5860心部硬度：HRC3540；屈服强度：许用接触应力 由式6-6，=1572N/mm2 =1572N/mm接触疲劳极限 查图6-4接触强度寿命系数ZN 应力循环次数N 由式6-7 N1= = N1= N2= N1/i=N2= 查图6-5得、=1 =1.05接触强度最小安全系数=1则 许用弯曲应力 由式6-12, 弯曲疲劳极限 查图6-7, 弯曲强度度寿命系数 查图6-8YN1=YN2=1弯曲强度尺寸系数 查图6-9YX=1弯曲强度最小安全系数=1.4则 785.7N/mm 785.7N/mm3.2.2 按齿根的弯曲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，参考文献表2-53，选取 公差组8级小轮分度圆直径，由式文献1（864）得齿宽系数：查表6.9按齿轮相对轴承为非对称布置，取0.50小轮齿数： =17大齿轮齿数 齿数比 ： 传动比误差 误差在范围内小轮转矩： =9.55载荷系数：使用系数：查表6.3 动载荷系数： 由推荐值1.051.4 12齿向载荷分布系数： 由推荐值1.01.21.1则载荷系数的初值 材料弹性系数： 查表6.4 节点影响系数： 查图6-3故89.08mm 齿轮模数m =按表6.6圆整=5小轮大端分度圆直径 =85小轮平均分度直径 圆周速度=5.695齿宽 圆整3.2.3 齿面的接触疲劳强度校核齿轮接触强度校核公式为 当量齿数 齿行系数 查表6.5 小轮 =2.84 大轮 =2.26应力修正系数 查表6.6 小轮 =1.54 大轮 =1.74故=1257=11303.2.4 齿轮几何尺寸的计算大端分度圆直径 分度圆锥角 切向变位系数 荐用值见图156 径向变位系数 小齿轮 当=0.42 大齿轮 齿顶高 =7 齿根高齿高 齿根圆直径大端分度圆齿厚S 小齿轮=m()= =11.3大齿轮 =4.4锥距R R=148.7小轮大端顶圆直径 =109.58大轮大端顶圆直径选择齿轮材料，确定许用应力由齿轮传动手册 表2-53 两个齿轮都选用20GrMnMo渗碳淬火HRC 60623.3 第二级直齿圆柱齿轮传动设计计算II轴输入的功率：P=137KWII轴转速：n=438r/min传动比：i=3.2353.3.1 选择齿轮材料查齿轮手册，大小齿轮材料均选用20GrMnMo热处理方法：渗碳淬火低温回火大齿轮表面硬度：HRC6062小齿轮表面硬度：HRC5860心部硬度：HRC3540；屈服强度：许用接触应力 由式6-6，接触疲劳极限 查图6-4 =1572N/mm2=1572N/mm接触强度寿命系数ZN 应力循环次数N 由式6-7 = = = =查图6-5得、=1=1.05接触强度最小安全系数=1则 =1572N/mm =1650.6N/mm2许用弯曲应力 由式6-12, 弯曲疲劳极限 查图6-7, 弯曲强度度寿命系数 查图6-8= =1弯曲强度尺寸系数 查图6-9 =1弯曲强度最小安全系数 =1.4则 3.3.2 按齿根的弯曲疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，采用直齿圆柱齿轮传动按（0.0130.22）估取圆周速度3 参考表6.7，表6.8选取公差组8级小轮分度圆直径 由式6-5得齿宽系数 查表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置0.8小轮齿数 在推荐值2040中选29大轮齿数 齿数比 传动比误差=0 误差在范围内合适小轮转距 =9.55=9.55 =2.9910载荷系数：使用系数：查表6.3 1动载荷系数： 由推荐值1.051.4 12 齿向载荷分布系数： 由推荐值1.01.21.1则载荷系数的初值 K=1.32 材料弹性系数： 查表6.4 节点影响系数：2.5重合度系数 由推荐值0.850.92=0.87故齿轮模数 =139.9/29 =5小轮分度圆直径 =145圆周速度=2.29标准中心距 齿宽 大轮齿宽 小轮齿宽 3.3.3 齿面的接触疲劳强度校核由式6-10 齿形系数 查表6.5 小轮 大轮 应力修正系数 查表6.5 小轮 大轮 重合度 =1.69重合度系数0.69故 齿根弯曲强度满足3.3.4 齿轮几何尺寸的计算大轮分度圆直径根圆直径 顶圆直径 3.4第三级直齿圆柱齿轮传动设计计算3.4.1选择齿轮材料材料是齿轮承载能力的基础，合理选择齿轮材料，可以使其有足够长的使用寿命，满足性能要求，保证传动系统的可靠性。我国多采用低碳高级合金钢20GrMnMo和30CrMnTi等材料制作采煤机齿轮，采用表面渗碳和调质处理，渗碳层设计深度可为0.5。对于较低速级齿轮，最好采用具有较高冲击韧性的低碳镍铬合金钢，如20Cr22Ni4WA、18Cr22Ni4WA等。查齿轮手册，大小齿轮材料均选用20GrMnMo热处理方法：渗碳淬火低温回火大齿轮表面硬度：HRC6062小齿轮表面硬度：HRC5860心部硬度：HRC3540；屈服强度：接触应力 由式6-6，接触疲劳极限 查图6-4=1572N/mm2=1572N/mm 接触强度寿命系数ZN 应力循环次数N 由式6-7 N1= = N2= N1/i=查图6-5得、=1=1.05接触强度最小安全系数=1则 =1572N/mm2 =1650.6N/mm2许用弯曲应力 由式6-12, 弯曲疲劳极限 查图6-7, 弯曲强度度寿命系数 查图6-8YN1=YN2=1弯曲强度尺寸系数 查图6-9YX=1弯曲强度最小安全系数=1.4则 3.4.2 按齿根的弯曲疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，采用直齿圆柱齿轮传动按（0.0130.22）估取圆周速度3 参考表6.7，表6.8选取公差组9级。小轮分度圆直径 由式6-5得齿宽系数 查表6.9，按齿轮相对轴承为非对称布置0.8 小轮齿数 在推荐值2040中选28大轮齿数 齿数比 传动比误差=0 误差在范围内合适小轮转距 =9.55=9.55 =9.0310载荷系数使用系数查表6.3，1动载荷系数： 由参考文献机械设计推荐值1.051.4 12齿向载荷分布系数： 由推荐值1.01.21.1则载荷系数的初值 K=1.32 材料弹性系数： 查表6.4 节点影响系数： 2.5重合度系数 由推荐值0.850.92=0.87故齿轮模数 =139.9/28=5小轮分度圆直径 =140圆周速度=0.99标准中心距 齿宽 大轮齿宽 小轮齿宽 3.4.3 齿面的接触疲劳强度校核由式6-10 齿形系数 查表6.5 小轮 大轮 应力修正系数 查表6.5 小轮 大轮 重合度 =1.64重合度系数0.71故 齿根弯曲强度满足3.4.4 齿轮几何尺寸的计算大轮分度圆直径根圆直径 顶圆直径 4 传动轴的结构设计与校核轴是机器中的重要零件，各种作旋转运动的零件都必须安装在轴上，才能进行运动和动力的传递。因此轴的功能是支承旋转零件及传递运动和动力。轴的材料种类很多，要根据强度、刚度和耐磨性等要求，选择材料种类和热处理方式。轴的常用材料是碳素钢和合金钢。碳素钢价格较低，对应力集中敏感性小，通常使用碳素钢，最常用的是45号钢，不太重要或受力较小的轴可以使用Q235等钢材。合金钢毕碳素钢具有更高的机械强度和优良的热处理性能，但对应力集中较为敏感，对于受力较大又要减小轴的尺寸和重量，或者需要提高轴颈的耐磨性，或者在高温、腐蚀等条件下工作的轴，可以采用合金钢。在低于200的工作温度下，合金钢和碳素钢的弹性模量相差不大，因此，使用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。热处理可以明显提高轴的强度（特别是疲劳强度）和耐磨性，因此要根据工作条件选用合适的热处理方式。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位及制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形状和尺寸。工作能力计算是通过强度、刚度和振动稳定性计算，保证轴具有足够的工作能力和可靠性。大多数的轴只需进行强度计算，防止断裂和塑性变形；对于刚度要求较高的轴（如机床主轴）才进行刚度计算，避免发生过大的变形；对于高速转动的轴还要进行振动稳定性计算，避免发生共振。轴的设计步骤通常是先拟定轴上零件装配方案，然后装配和制造要求，确定轴的结构形状和尺寸，最后进行轴的强度校核，必要时进行刚度计算或振动稳定性计算。提高轴的强度措施：1改善轴的受力状况轴上零件的安装位置、轴的结构对轴的受力影响很大，设计轴时应该充分加以考虑。当轴上有两个以上的零件输出扭矩，应该将输入扭矩的零件尽量布置在轴的中间，而不是布置在轴的一端，这样可以显著降低轴上的最大转矩。2、减小应力集中大多数轴是在变应力条件下工作的，主要失效形式为疲劳破坏。轴的截面变化处（如轴肩、键槽等）及过盈配合产生的应力集中是引起疲劳破坏的主要因素，因此设计轴的结构时，应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。合金钢对应力集中较为敏感，设计时更应加以注意。为减少应力集中，应尽量避免在轴上特别是应力较大不为处钻孔、开槽或加工螺纹。轴肩处应采用圆角过渡，并且圆角不宜过小。当依靠轴肩定位的零件圆角半径很小时，为增大轴肩的圆角半径，可采用内凹圆角或隔离环过渡。轴的表面质量对疲劳强度也有显著影响，因为轴表面的加工刀痕也是应力集中源，疲劳裂纹常发生在表面粗糙的部位，所以必须合理确定表面粗糙度。此外，对轴进行表面热处理（渗碳淬火、高频淬火等）和表面强化处理（碾压、喷丸等），也可以提高轴的疲劳强度。3、轴的结构工艺性轴的基本形状确定后，需要根据装配和制造工艺要求，对轴的细部结构进行合理设计。例如，为了减少装夹工件的时间，同一轴上的键槽应布置在同一母线上；为了减少道具种类，轴的键槽宽度、圆度、退到草和砂轮槽等应尽量采用相同的尺寸，并符合有关的标准；为了去掉毛刺和便于装配零件，轴段端部应该倒角；过盈配合零件装入端通常要加工出导向锥面；磨削处应有砂轮越程槽，车削螺纹处应有退刀槽。4.1 输入轴的结构设计4.1.1 确定轴的最小直径轴的结构设计包括轴的形状、轴的径向尺寸和轴向尺寸。轴的结构设计是在初估轴颈基础上进行的。为了满足设计要求，保证轴上零件的定位和规定，便于装配，并有良好的加工工艺性，所以选择阶梯轴形。装滚动轴承的定位轴肩尺寸应查有关的安装尺寸。为便于装配及减小应力集中，有配合的轴段直径变化处做成引导锥。在一根轴上的轴承一般都取一样型号，使轴承孔尺寸相同，可一次镗孔，保证精度。4.1.2减速器高速轴I的设计考虑I轴与电机伸轴用液力耦合器联接，因为电机的轴伸直径为dD=48，查表选取联轴器规格根据轴上零件布置，装拆和定位需要该轴各段尺寸如图所示初步估算轴的直径图4.1 轴的结构图1)选择轴的材料选用20CrMnMo,渗碳淬火，热处理后轴的强度5662HRC,由手册得b=1080N/mm2,s=835N/mm2,-1=480N/mm2,-1=300, 0=98, -1=100, +1=216计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响。由式8-2 查表8.6 取A=1072)、作用在轴上(图4.1)的圆周向力和径向力,轴向力的大小：=2T1/d1=2958570/85=22554=tana/cos=22554tan20o/cos16.6o=8565圆锥齿轮所受的圆周力和径向力,轴向力的大小:=2T1/dm=2958570/285=6726=tanacos=6726tan20o*cos63.44o=1094轴段（1）左端联接限矩型液力联轴器，如图所示图联轴器的联接尺寸为181，取减速器伸出轴段部分的长度为190；与联轴器联接的孔径为18，因此取轴段（1）的直径为45。轴段（2）上装有单列圆锥滚子轴承，外力在两支点外作用，安装选用反安装结构，能使轴的支撑有较高的刚度。轴承间隙是靠轴上的圆螺母来调整的，轴上要加工螺纹。为了调节圆锥齿轮的轴向位置，把一对轴承放在同一个套杯中，套杯则装在外壳的座孔中，通过增减套杯端面与外壳之间的垫片厚度即可使圆锥齿轮轴的位置发生改变，从而调整锥齿轮啮合的接触区。3)、单列圆锥滚子轴承的特性：1、额定动载荷比1.52.5，能限制轴和外壳在一个方向上的轴向位移；2、在径向载荷作用下会产生附加轴向力，一般成对使用，对称安装；3、能承受较大的径向负荷和单向的轴向负荷，极限转速较低；4、内外圈可分离，轴承游隙可在安装时调整，适用于转速不太高，轴的刚性较好的场合。选择轴承代号为32905 T=12 d25 D=42由此确定轴段（2）的直径为50，长度为51。轴段（3）装有套筒用于调整齿轮的轴向尺寸，为了提高轴的强度和刚度，应尽量缩短轴承与传动件的距离。小锥齿轮选用悬臂式，以便于装配。为使轴的刚度较好，取两轴承支点跨距。由轴承接触角的大小确定轴承的支点，选取轴段（3）的长度为80，直径为54。轴段（4）装有单列圆锥滚子轴承，选用反安装结构，左端由套筒定位，右端由挡油环定位，确定轴段（4）的直径为60，长度为65。键的长度为38。4)、轴的强度校核根据轴的计算作出轴的弯距图、扭矩图和当量弯矩图，如下页图支反力： 水平面： RH1=3707 N，RH2=6780 N 垂直面： RV1=465N，RV2=1559 N弯矩MH和MV B点：水平面： MH=363204 垂直面： MV=59055D点： 垂直面： MV=49588合成弯矩M扭矩T T=958570当量弯矩 Mca由式满足受力分析图：如图所示图4.3 轴的计算简图4.2 轴的结构设计4.2.1 确定轴的最小直径中间轴为齿轮轴结构，选取轴的材料为20CrMnTi，渗碳、淬火、回火 处理。初估轴的最小直径，可得拟定轴上零件的装配方案如图4.4所示图4.4 轴的结构图4.2.2 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度为使传动件在轴上的固定可靠，应使轮毂的宽度略大于与之配合轴段的长度，以使其他零件顶住轮毂，而不是顶在轴肩上轴段（1）装有单列圆锥滚子轴承，轴的外力在支点间作用，选用正安装能使轴段支承具有良好的刚性，可用端盖下的垫片来调整轴承的间隙。选择轴承代号为32319 T=71.5 d95 D=200轴承的右端装有挡油环来调整轴向间隙。轴段（1）的长度为180，直径为60。轴段（2）装有弧齿圆锥齿轮，选用简支式支承，该支承结构结构简单，支承刚性好。锥齿轮的轴向长度为60，选取轴的直径为60，长度为145。轴段（3）为齿轮轴结构部分，尺寸由齿轮3的决定。轴段（4）装有单列圆锥滚子轴承，根据轴承的尺寸确定该轴段的直径为60，长度为70。作用在轴上(图示1)的圆周向力和径向力,轴向力的大小：=2T2/d1=22997450/145=41344=tana/cos=41344tan20o/cos16.6o=15702圆锥齿轮所受的圆周力和径向力,轴向力的大小:=2T1/dm=22997450/330=18166=tanacos=18166tan20ocos63.44o=2956 b轴的强度校核根据轴的计算作出轴的弯距图、扭矩图和当量弯矩图，如下页图支反力： 水平面： RH1=7136 ，RH2=6454 垂直面： RV1=10851N，RV2=7806 N弯矩MH和MV B点：水平面： MH=1613500 D点： 垂直面： MV=121520垂直面： MV=628080合成弯矩M扭矩T T=2997450当量弯矩 Mca由式满足受力分析图图 4.5 轴的计算简图4.3轴的结构设计4.3.1确定轴的最小直径轴的材料为20CrMnTi，渗碳、调质处理。初估轴的最小直径，可得拟定轴上零件的装配方案如图4.6所示。图4.6 轴的结构图4.3.2 按轴向定