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中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 刘晓亮 学 号： 03030852 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械工程及自动化 设计题目： 中煤层采煤机截割部设计 专 题： 指导教师： 杨寅威 职 称： 副教授 2007 年 6 月 25 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 机电学院 专业年级 机械工程及自动化 学生姓名 刘晓亮 任务下达日期： 2007年 3月 5 日毕业设计日期： 2007年 3月 26 日 至 2007 年 6 月 25日毕业设计题目： 中煤层采煤机截割部设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求： 参考参数截割部功率： 180KW 滚筒截深： 650MM采高范围： 1.33.0MM 适应煤质硬度：f2.5煤层倾角： Y25 电动机转速： 1460转/分滚筒转速： 45-50转/分顶板中等稳定、地板起伏不大液压无链牵引 设计要求1、完成采煤机总体方案设计2、截割部传动及结构设计3、完成截割部的组件、零件工作图设计院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要在参考国内外有关中厚煤层采煤机的情况下，完成了截割电机功率为180KW总装机功率为450KW的截割式滚筒液压牵引采煤机的整机方案设计及对采煤机截割部进行了重点设计。主机身采用整体结构形式，取消了长螺柱及传统意义上的螺栓联接；此结构简单、可靠，且尺寸小，大大的降低了采煤机的机身高度。截割部采用四级传动前三级为直齿传动，第四级为行星传动。在前三级的直齿传动利用直齿传动设计的一般原理，设计出适合截割部的齿轮传动依次分为截一轴系，惰一轴系，截二轴系，截三轴系，惰二轴系；采用了两个惰轴系是本设计的创新点，它即满足了传动强度的要求又满足了截割高度对截割部长度的要求。在第四级行星传动中，用运2KH行星减速器设计的原理，设计出适合截割部的一级2KH型行星减速器，并将它和滚筒直接联结，大大简化了截割部的设计，节省了材料、空间。此外对截割部上的其它部分如离合器，内喷雾系统也进行了详细设计及校合。关键词：采煤机 截割部 行星轮减速器ABSTRACTReference to the domestic and international thick seam Shearer circumstances, Cutting completed the electrical power of 180 KW total installed power of 450 KW of cutting-cylinder hydraulic traction Shearer Whole program design and right shearer cutting focus of the Department of Design. Host overall body structure, eliminating a long stud, and the traditional sense of the bolt; This structure is simple, reliable, and small size, greatly reducing the height of Shearers fuselage. Cutting Part 4 used to drive before three straight tooth drive, the fourth level of planetary transmission. The former three straight drive gear teeth through the direct transmission of the general design principles, designed for cutting the Department of Gear were divided into a closed shaft, the shaft an inert, as of two shaft, up 3 shaft, and inert two shafts; using two inert shaft is the innovation in design, It is a drive to meet the strength to meet the demands of the cutting height on the cutting Minister degree requirements. In the fourth grade planetary transmission, and use Win two KH planetary reducer design principle, designed for cutting the Department of a two-KH planetary reducer, and it will directly link drum, greatly simplified the cutting of the design, saving materials and space. In addition to cutting the Department of the other parts such as clutch, which spray system also carried out a detailed design and a calibration.Keywords： Shearer;Cutting Department;Planetary gear reducer 中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第 82页绪论1.1引言我国是产煤大国，煤炭也是我国最主要的能源，是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中采掘包括采煤和掘进巷道。随着采煤机械化的发展，采煤机是现在最主要的采煤机械。1.2采煤机械概述1.2.1采煤机械化的发展20世纪40年代初，英国和苏联相继研制出来了链式采煤机。这种采煤机是用截链落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。可提高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成综合机械化采煤设备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤机采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能日益完善，生产率和可靠性进一步提高。工矿自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已经在采煤机上得到应用。1.2.2机械化采煤的类型 长壁采煤工作面的采煤过程主要包括：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空去五个工序，按照这些工序来分有两种机械化采煤方式：1） 普通机械化采煤（普采）：利用采煤机械（刨煤机或采煤机）来实现落煤和装煤，工作面输送机运煤，并用单体液压（或金属磨擦）支柱及金属铰接梁来支护顶板的采煤法称普通机械化采煤。2） 综合机械化采煤（综采）：用大功率采煤机来实现落煤装煤，刮板输送机运煤，自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤法称综合机械化采煤。综采工作面主要是三机配合：如下图1-1所示：1.3采煤机简述1.3.1采煤机的分类和组成采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类，可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；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，所以现在有很广泛的使用。滚筒采煤机的组成如图1-2 所示：1.3.2滚筒采煤机的工作原理第四代采煤机研发成功后，现在采煤机的设计基本上传承了他们的特点，随着机械电子的飞速发展，对采煤机产生了很大的影响，现在采煤机是集电子系统，液压系统，机械传动系统于一身的复杂的系统。在机械传动部分现代的采煤机去掉了以前采煤机的的托架，全部采用双滚筒设计。1.3.3滚筒采煤机的特点1.使用范围广滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；2调高方便，免开缺口；3功率大、生产率高、工作可靠；4操作方便并有完善的保护、监测系统5向标准化、系列化、通用化发展。但是滚筒采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的煤的块度小，粉尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。1.3.4采煤机与刨煤机的比较刨煤机是仅次于滚筒采煤机而应用的较多的一种采煤机械。它们两者的特点区别在于：1、刨煤机较采煤机截深浅，它能有效的利用煤壁的压酥作用，刨下的煤块大，能耗低，产生的粉尘少，但是也正因为如此它的产量较采煤机而言低了很多；2、刨煤机传动装置位于输送机两端，刨头靠输送机导向，因此包头可做的很矮，适合在薄煤层开采；3、刨煤机的使用条件壁采煤机高，故使用范围受到一定限制，特别是硬煤，粘煤不宜用刨煤机；4、刨煤机调整采高较困难，因为刨头高度不能随时调整，所以要求不能粘顶及厚度不能过大；5、刨煤机不能自开缺口，工作面两端需人工开缺口，工作量大；6、刨煤机消耗在刨头与输送机及底板之间的摩擦功率大，用于采煤的有效功率占采煤机械总功率较小。滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等等优点得到了飞跃的发展。1.4 MG180/435W型采煤机1.4.1MG180/435W型薄煤层液压牵引采煤机（以下简称MG180/435-W采煤机），为多电机横向布置液压无链牵引采煤机，该机装机总功率435KW，截割功率2 X 180KW，牵引功率45KW，采用液压无级调速系统来控制采煤机牵引速度。MG180/435W采煤机，主机身采用整体结构形式，取消了长螺柱及传统意义上的螺栓联接。此结构简单、可靠，且尺寸小，大大的降低了采煤机的机身高度，适用薄煤层开采。多电机驱动采用横向布置形式，拆装方便。在主机箱中部横向装有牵引电机，通过牵引机构为采煤机提供300KN的牵引力。主机箱分为四个隔腔，从左到右分别为左固定箱、电控部分、液压泵箱和右固定箱。采煤机控制面板位于电控隔腔内，除油马达外，所有液压元件都安装在液压泵箱内。液压调高手把设在主机箱右侧，控制采煤机左、右摇臂的升降。1.4.2主要用途及适用范围MG180/435W型薄煤层液压牵引采煤机适用于采高0.85-2.0m，倾角小于或等于35度，煤质中硬或中硬以下，含有少量夹矸的长壁式工作面。1.4.3型号的组成及其代表的含义1.4.4使用环境条件1、 可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤矿安全规程中所规定的安全含量的矿井中使用。2、 海拔高度小于200m。3、 周围介质温度不超过40摄氏度、不低于-10摄氏度。4、 环境温度为25摄氏度时，周围空气湿度不大于97。5、 周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。1.4.4.5安全警示1、该产品必须取得矿用产品安全标志后方可下井使用。2、该产品的电控腔急接线腔的箱盖严禁在带电的情况下打开。该产品在箱盖的显著位置已标有“严禁带电开盖”的字样。3、用的隔离开关“QS”严禁带电离合。4、该产品的电路严禁乱拆乱调。5、该产品开机前必须先通水，后开机，当喷雾泵站停止供水时，应立即停止电机运行。6、随时注意冷却水路中的安全阀，如产生释放现象，应及时检查原因。7、定期检查清洗水阀内的过滤器。8、随时注意各喷嘴运行情况，如有堵塞，应及时疏通。9、定期检查喷雾泵站至采煤机输水管各连接口是否密合，不得有渗透水现象。 采煤机截割部的设计1、截割电动机的选择电机型号： YBC180额定功率（kw）： 180 kw额定电压（V）： 1140 V额定电流（A）： 112 A额定转速（r.p.m）： 1480 r.p.m外形尺寸（mm）： 693550615电动机的转距： T= 2、传动比分配2.1、总传动比。总传动比等于截割电动机的转速与滚筒的转速比值:电动机转速： 1460转/分 滚筒转速： 45-50转/分总传动比： 即：总传动比在 32.44-29.2 之间2.2、传动比分配。对于采煤机结构的特殊性（如机厚及其约束），MG1中厚煤层型采煤机一般使用3级圆柱直齿轮减速，带2KH负号行星齿轮减速。行星齿轮传动安排在最后一级较合理，既可利用滚筒滚毂内的空间，又可减少前面圆柱直齿轮的传动比和尺寸。采煤机机身高度受到严格限制，每级圆柱直齿轮传动比一般为，行星齿轮。行星齿轮减速级传动比：初步估算行星齿轮减速级传动比为.5查表得可取：14，64，25， 三级圆柱齿轮传动系总传动比： 即：传动比在 5.24-5.823 之间为有效利用空间，同时尽可能使所设计的采煤机机身高度较小，传动比应从高速级向低速级递增，在初步设计时可按由公式：，3 、直齿轮模数齿数第一级直齿轮传动：由：T2000 根据刘春生著滚筒式采煤机理论涉及基础第104页中齿轮模数的选择，第一级齿轮模数为 : 6 取： 考虑到齿轮直径的大小需加一惰轮 取：第二级直齿轮传动：由于 取 m=7 取： 第三级直齿轮传动：由于 取 m=8 取： 考虑到齿轮直径的大小需加一惰轮 ：取：即： 第一级： m=6 第二级： m=7 第三级： m=8 行星齿轮：14，64，25 4 、 传动装置的运动参数计算4.1、各轴转速的计算。第一轴的转速：第二轴的转速： 第三轴的转速： 第五轴的转速： 第六轴的转速： 4.2、各轴的扭矩。电机轴的扭矩：第一轴的扭矩： 第二轴的扭矩： 第三轴的扭矩： 第四轴的扭矩： 第五轴的扭矩： 第六轴的扭矩： 行星齿轮单独计算、校核5 、 圆柱直齿齿轮设计及校核 5.1圆柱直齿齿轮1设计及校核 已知参数： m=6 B=(812)m取：B=72 材料为 淬火渗碳5.1.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） =0.87载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15 动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.05 齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =926.6 校核公式： 齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 11318N/mm显然：5.1.2 齿根弯曲疲劳强度的计算、校核 校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.68应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.58重合度系数,由式8-67 = =347.83许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600 弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.2圆柱直齿齿轮2设计及校核 已知参数： m=6 B=(812)m取：B=72材料为 淬火渗碳5.2.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） =0.86载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.05齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =811.1 校核公式： 齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.1 齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 1 1450N/mm显然：5.2.2齿根弯曲疲劳强度的计算、校核 校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.45应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.65重合度系数,由式8-67 = =302.8许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600 弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.3圆柱直齿齿轮3设计及校核 已知参数： m=6 B=(812)m取：B=72 材料为 淬火渗碳5.3.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） =0.86载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75 齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.0齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =766.8 校核公式：齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.1齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 11450N/mm显然：5.3.2 齿根弯曲疲劳强度的计算、校核校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.35应力修正系数，查机械设计工程学图8-6 取： 1.65重合度系数,由式8-67 = =290.4许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600 弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.4圆柱直齿齿轮4设计及校核 已知参数： m=7 B=(812)m取：B=84 材料为淬火渗碳5.4.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） 载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75 齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.0齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =1016.7 校核公式：齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.0 齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 11318N/mm显然：5.4.2 齿根弯曲疲劳强度的计算、校核 校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.65应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.58重合度系数,由式8-67 = =357.1许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600 弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.5圆柱直齿齿轮5设计及校核 已知参数： m=6 B=(812)m取：B=90mm 材料为 淬火渗碳 5.5.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） 载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.0齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =758.5 校核公式： 齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.1 齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 11450N/mm显然：5.5.2 齿根弯曲疲劳强度的计算、校核 校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.65应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.58重合度系数,由式8-67 = =357.4许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.6圆柱直齿齿轮6设计及校核 已知参数： m=8 B=(812)m取：B=100 材料为 淬火渗碳5.6.1接触疲劳强度计算、校核校核公式： 弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） 载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75 齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.0齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.1 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.424 =979.8 校核公式： 齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.1 齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 1 1450N/mm显然：5.6.2齿根弯曲疲劳强度的计算、校核校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.64应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.60重合度系数,由式8-67 = =453.6许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98 安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即 合格5.7圆柱直齿齿轮7为惰轮 可直接校核齿轮85.8圆柱直齿齿轮8设计及校核 已知参数： m=8 B=(812)m取：B=110mm材料为 淬火渗碳5.8.1接触疲劳强度计算、校核校核公式：弹性系数，查机械设计工程学图8-64取： 节点影响系数，查机械设计工程学图8-65 取：重合度系数 ，（） 载荷系数 K， 使用系数,查机械设计工程学表8-20 取：=1.75 齿间载荷分配系数，查机械设计工程学表8-21 取：=1.15动载荷系数， 查机械设计工程学图8-57 取：=1.05齿向载荷分布系数，查机械设计工程学图8-60 取：=1.02 K=1.75*1.15*1.05*1.02=2.324 =712.35 校核公式： 齿面接触疲劳极限应力，查表得： 齿面接触强度的安全系数，查机械设计工程学表8-27 取 ：1.1 齿面接触强度的寿命系数，查机械设计工程学图8-70 取： 1.1 齿面工作硬化系数，查机械设计工程学图8-71取： 1 1450N/mm显然：5.8.2 齿根弯曲疲劳强度的计算、校核校核公式：齿形系数，查机械设计工程学图8-67 取： 2.4应力修正系数，查机械设计工程学图8-68 取： 1.67重合度系数,由式8-67 = =406.7许用弯曲应力，由式8-71 弯曲疲劳极限，查机械设计工程学图8-72 取：=600 弯曲寿命系数，查机械设计工程学图8-73 取： =1 尺寸系数 ，查机械设计工程学图8-74 取： = 0.98安全系数，查机械设计工程学图8-27 取： 则即0.5 取 2）g-b传动啮合角 因为 ： 所以：=23.6232345变位系数和：中心距变位系数y：齿顶降低系数：分配变位系数：=0.560.5 取:7.1.2 几何尺寸计算 分度圆： 齿顶圆： 基圆直径： 齿顶系数：太阳、行星轮 =1 内齿轮=0.8顶隙系数：内齿轮 =0.25太阳轮： 行星轮： 内齿轮： 齿宽：b=60mm 7.1.3啮合要素验算 1、a-g传动端面重合度1）顶圆齿形曲率半径 = 太阳轮：行星轮：2）端面啮合长度 端面节圆啮合角直齿轮：=23.6232345端面重合度 = 7.1.3.2g-b传动端面重合度1）顶圆齿形曲率半径 = 太阳轮：行星轮：2）端面啮合长度 端面节圆啮合角直齿轮：=23.6232345端面重合度 =7.1.4齿轮强度验算： 1a-g传动1）确定计算负荷 名义转距： T=2347 名义圆周力：2）应力循环次数 3）确定强度计算中的各种系数 使用系数 查行星齿轮设计表5-6 取：=1.75 动负荷系数 取：=1.05 齿向载荷分布系数： 计算接触强度时运转初期 查 行星齿轮设计图5-2 取：=1.1计算接触强度时跑合影响系数 查行星齿轮设计图5-5取：=0.60计算弯曲强度时运转初期齿向载荷分布系数 查行星齿轮设计图5-4 取：=1.10计算弯曲强度时跑合影响系数查行星齿轮设计图5-5 取：=0.9与均载系数有关的系数 =0.7与均载系数有关的系数 =0。85 齿间载荷分布系数 及 因为： 精度 六级查行星齿轮设计表 5-5 取：=1.0节点区域系数 可查行星齿轮设计表 5-5 弹性系数可查行星齿轮设计表 5-13 由=14 查行星齿轮设计表 5-8 图 5-11 取：=2.2载荷作用与齿顶的应力修正系数 取：=1.6重合度系数 螺旋角系数 取：=1 =14）齿数比 5）计算接触应力基本值 ： 6）接触应力： 7）弯曲应力的基本值： 8）弯曲应力： 9）确定计算许用接触应力时各种参数 寿命系数 查行星齿轮设计图 5-19 润滑系数：查行星齿轮设计图 5-14 取：=1.03 速度系数：查行星齿轮设计图5-15 取：=0.9 粗糙度系数：查行星齿轮设计图5-16 取：=0.90 工作硬化系数：查行星齿轮设计图5-17 取：=1尺寸系数：查行星齿轮设计图5-18 取：=0.9610）许用接触应力 11）接触强度安全系数12）确定计算许用弯曲应力的各种参数 试验齿轮的应力修正系数 寿命系数：查行星齿轮设计图5-19取： 相对齿跟圆角敏感系数：查行星齿轮设计图5-19取： 齿面表面状况系数=0.925 尺寸系数：查行星齿轮设计图5-24取：13）许用弯曲应力： 弯曲强度安全系数 合格7.2g-b传动1）确定计算负荷 名义圆周力：2）应力循环次数 3）确定强度计算中的各种系数 使用系数 查行星齿轮设计表5-6 取：=1.75 动负荷系数 取：=1.05 齿向载荷分布系数： 计算接触强度时运转初期 查 行星齿轮设计图5-2 取：=1.2计算接触强度时跑合影响系数 查行星齿轮设计图5-5取：=0.31计算弯曲强度时运转初期齿向载荷分布系数 查行星齿轮设计图5-4 取：=1.10计算弯曲强度时跑合影响系数查行星齿轮设计图5-5 取：=0.5与均载系数有关的系数 =0.7与均载系数有关的系数 =0。85 齿间载荷分布系数 及 因为： 精度 六级查行星齿轮设计表 5-5 取：=1.0节点区域系数 可查行星齿轮设计表 5-5 弹性系数可查行星齿轮设计表 5-13 由=14 查行星齿轮设计表 5-8 图 5-11 取：=2.053载荷作用与齿顶的应力修正系数 取：=2.75重合度系数 螺旋角系数 取：=1 =14）齿数比 5）计算接触应力基本值 ： 6）接触应力： 7）弯曲应力的基本值： 8）弯曲应力： 9）确定计算许用接触应力时各种参数 寿命系数 查行星齿轮设计图 5-19 润滑系数：查行星齿轮设计图 5-14 取：=1.04 速度系数：查行星齿轮设计图5-15 取：=0.92粗糙度系数：查行星齿轮设计图5-16 取：=0.80 工作硬化系数：查行星齿轮设计图5-17 取：=1.11尺寸系数：查行星齿轮设计图5-18 取：=0.9610）许用接触应力 11）接触强度安全系数12）确定计算许用弯曲应力的各种参数 试验齿轮的应力修正系数 寿命系数：查行星齿轮设计图5-19取： 相对齿跟圆角敏感系数：查行星齿轮设计图5-19取： 齿面表面状况系数=0.925 尺寸系数：查行星齿轮设计图5-24取：13）许用弯曲应力： 弯曲强度安全系数 合格1. 行星轮轴直径的确定： 行星轮与行星架之间的间隙 则跨距 行星轮转壁中的配合 选H7/h6 危险截面的弯距： N/mm 选用45钢调质 安全系数S=2.5固行星轮轴直径：取：7.2输出轴直径及轴承的确定： 输出轴直径选用合金钢t=45MPa 取：选择轴承 在行星轮上安装两个调心滚子轴承 每个轴承径向载荷 选 调心滚子轴承21308 40x90x23 参数： 当量动载荷P= 合格 输出轴轴承不受径向工作载荷 按尺寸结构要求确定 选滚子轴承 200x340x90 行星架轴承选 8 、 花键的设计及校核8.1输入轴上的的花键 已知：D=152mm 选用圆柱直齿渐开线花键查机械设计手册： 取 校核公式： P： 动连接压力强度 ： 载荷分配不均系数，一般取 H： 花键工作高度 h=1。0m l： 花键工作长度 ：许用挤压应力强度 查机械设计工程学下表2-23 取： 显然 合格 8.2轴三上的花键 已知：d=152mm 选用圆柱直齿渐开线花键查机械设计手册： 取 校核公式： P： 动连接压力强度 ： 载荷分配不均系数，一般取 H： 花键工作高度 h=1。0m l： 花键工作长度 ：许用挤压应力强度 查机械设计工程学下表2-23 取： 显然 合格 8.3轴四上的花键 已知：d=116mm 选用圆柱直齿渐开线花键查机械设计手册： 取 校核公式： P： 动连接压力强度 ： 载荷分配不均系数，一般取 H： 花键工作高度 h=1。0m l： 花键工作长度 ：许用挤压应力强度 查机械设计工程学下表2-23 取： 显然 合格8.4输出轴上的花键 已知：d=116mm 选用圆柱直齿渐开线花键查机械设计手册： 取 校核公式： P： 动连接压力强度： 载荷分配不均系数，一般取 H： 花键工作高度 h=1。0m l： 花键工作长度 ：许用挤压应力强度 查机械设计工程学下表2-23 取： 显然 合格 参考文献1 王洪欣，李木，刘秉忠. 机械设计工程学1. 徐州：中国矿业大学出版社20012 唐大放，冯晓宁，杨现卿. 机械设计工程学2. 徐州：中国矿业大学出社，20013 张永茂,马卫东. 中文版AutoCAD 2005实战指导.北京：中国铁道出版社，20054 成大先等. 机械设计手册第三版.北京：化学工业出版社，19925 吴宗泽. 机械设计师手册上册.北京：机械工业出版社，20026 吴宗泽. 机械设计师手册下册.北京：机械工业出版社，20027 吴宗泽,罗胜国. 机械设计课程设计手册第二版. 北京：高等教育出版社，19928 吴宗泽. 机械设计实用手册第二版.北京：机械工业出版社，20039 束德林.金属材料性能.北京:机械工业出版社,199910 李宜民，王慕龄，宫能平. 理论力学. 徐州：中国矿业大学出版社，1996。11 单辉祖. 材料力学. 北京：高等教育出版社，200412 甘永立. 几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社，2001。13 何新铭. 机械制图. 北京：高等教育出版社，199714 中国矿业大学机械制图教材编写组.画法几何及机械制图. 徐州：中国矿业大学出版社，200215 机械零部件手册 选型.设计.指南。余梦生，吴宗泽。机械工业出版社199516 机械设计手册电子版3.017 刘小年等.机械设计制图简明手册.机械工业出版社，200018 施高义等.联轴器.北京:人民邮电出版社19 马先贵.润滑与密封.北京:机械工业出版社20 O.Simon,P.Guigon,Interaction between feeding and compaction during lactose compaction in a laboratory roll press,Kona 18(2000)131-13821 O.Simon,P.Guigon,Correlation between powder packing properties and roll pressed compact heterogeneity, 7th Internatioal Symposium on Agglomeration,May,29-31,Albi,2001 翻译英文DSP Control of Electro-Hydraulic Servo ActuatorsRichard Poley DSP Field ApplicationsABSTRACTHydraulic actuators are characterized by their ability to impart large forces at high speeds and are used in many industrial motion systems. In applications where good dynamic performance is important it is common to contain the actuator in a servo loop comprising a feedback transducer and electronic controller. The majority of electronic servo-controllers used in these systems are analogue based implementations of the well-known PID type. However, the requirement to implement advanced control strategies has led to an increased interest in the use of digital signal processors (DSPs) in this field. One design approach which merits special consideration is the use of computer simulation software to model the hydraulic plant and electronic servo-controller, and to generate and test embedded code for the target DSP. This application report discusses some of the issues involved in controlling linear hydraulic actuators, and the suitability of the TMS320C28x DSP for such systems.1 IntroductionThe range of applications for electro-hydraulic servo systems is diverse, and includes manufacturing systems, materials test machines, active suspension systems, mining machinery, fatigue testing, flight simulation, paper machines, ships and electromagnetic marine engineering, injection moulding machines, robotics, and steel and aluminium mill equipment. Hydraulic systems are also common in aircraft, where their high power-to-weight ratio and precise control makes them an ideal choice for actuation of flightsurfaces.Although electrical motors are sometimes used in many of these applications, motion control systems requiring either very high force or wide bandwidth are often addressed more efficiently with electro-hydraulic rather than electromagnetic means. In general, applications with bandwidths of greater than about 20 Hz or control power greater than about 15 kW, may be regarded as suitable for servo-hydraulic techniques.Apart from the ability to deliver higher forces at fast speeds, servo-hydraulic systems offer several other benefits over their electrical counterparts. For example, hydraulic systems are mechanically “stiffer”, resulting in higher machine frame resonant frequencies for a given power level, higher loop gain and improved dynamic performance. They also have the important benefit of being self-cooled since the driving fluid effectively acts as a cooling medium carrying heat away from the actuator and flow control components. Unfortunately hydraulic systems also exhibit several inherent non-linear effects which can complicate the control problem.The vast majority of electronic closed loop controllers are based on simple analogue circuit designs offering robust, low cost implementations of the well known PID control strategy. This approach works well in systems with simple topology and limited bandwidth. However the growing use of complex control strategies, coupled with the need to support enhanced features such as data-logging and digital communications, has led to increased interest in the use of digital processors for control of hydraulic servo-systems. Nowhere is this more apparent than in the field of mechanical test equipment, where the use of a programmable digital processor allows the same servo controller to be used with a wide range of hydraulic systems.This application report reviews some of the issues facing the hydraulic control engineer and discusses the suitability of high-speed DSPs for control of servo-hydraulic systems. The application report begins with an evaluation of the DSP for use in electro-hydraulic servo-controllers, and introduces the TMS320C28x family: a DSP platform optimized for digital control applications. Section 3 describes the principal components of the hydraulic system. In Section 4, mathematical models for the various plant elements are developed and using Simulink. Section 5 presents a case study of a hydraulic control system and deals with fitting real data to the model to validate its behavior. The application report concludes with a brief summary and discussion of the application and design process.2 The C2000 DSP for Digital Control2.1 The Benefits of DSP for Digital ControlEmbedded digital controllers offer several important benefits to the electronic design engineer, including: immunity from errors arising from component tolerance, thermal drift and aging improved noise immunity ability to modify and store control parameters ability to easily implement digital communications system fault monitoring and diagnostic capabilities data logging capability ability to perform automated calibrationThe performance of a high quality hydraulic actuator is very dependant on the servo-controller. DSPs lend themselves well to implementing real-time control algorithms, and have been widely used in high-performance digital controllers for many years.In addition to the benefits above, a DSP allows the engineer to: implement advanced control strategies, including multi-variable and complex control algorithms using modern intelligent methods such as neural networks and fuzzy logic. perform adaptive control, in which the algorithm dynamically adapts itself to match variations in system behavior. implement complex topologies such as multi-axis control where synchronization of multiple force patterns is required. perform diagnostic monitoring, including frequency spectrum analysis to identify mechanical vibrations and predict failure modes. efficiently implement high-order digital filters including sharp cut-off notch filters to remove energy that would otherwise excite resonant modes and possibly lead to instability. reduce system cost by taking advantage of a rich integrated peripheral set to minimize component count and board size.The use of digital controllers is sometimes avoided on the expectation that the user is obliged to invest time in learning new programming languages, and will face difficulties in testing and de-bugging the code. The Texas Instruments C28x DSP platform includes a high performance C compiler and an extensive set of software libraries to minimize development effort.Recent developments in simulation software also enable designers to model fixed-point digital processors, and to automatically generate optimized source code which may be compiled and run on the target processor directly from the simulation environment. This “hardware-in-the-loop” approach enables the control algorithms generated by the model to be executed on a real target processor such as the C28x during simulation, and increases the level of design confidence. The ease with which control algorithms can be created and modified in this manner can save months of development time and leads to earliererror detection compared with traditional hand coding methods.2.2 The TMS320C28x DSP FamilyThe choice of processor to implement a given control algorithm is influenced by many factors. The most basic and obvious is that the device must be able to compute the control algorithm swiftly enough to keep up with the real-time demands of the system. In many cases, such as the simple PID controller, the control task is relatively simple, but to implement more complex control strategies and in cases where additional processor tasks are to be performed, more CPU bandwidth is required and it is desirable to select a processor which is optimized to perform real-time computations. A multi-bus architecture and rich instruction set makes DSPs well suited to executing demanding real-time control algorithms. The TMS320C28x family from Texas Instruments represents the state-of-the-art in control DSPs and is the ideal architecture for digital control applications.Figure 1. Block Diagram of the TMS320F280x DSP FamilyThe TMS320C28x DSP incorporates a high-performance 32-bit fixed-point DSP core, featuring a low latency interrupt mechanism, highly efficient instruction set including “atomic” instructions, and an execution pipeline for high-speed code execution from internal flash memory. The C28x has on-chip ROM and RAM memory blocks, and a rich set of integrated peripherals including a high speed A/D converter, several serial ports, and multiple PWM generation units.Several optimized libraries are available for the C28x platform, including a set of C language peripheral header files, and an optimized mathematical library supporting 32-bit fixed point functions. The combination of a high performance DSP core, a rich integrated peripheral set, and an extensive library of optimized control algorithms renders the C28x an excellent choice for digital control applications.翻译中文DSP控制电液伺服驱动1引言摘要液压驱动的特点是,它能够以