4457矿井提升绞车传动装置设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4457矿井提升绞车传动装置设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,矿井,提升,晋升,绞车,传动,装置,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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1 矿井提升绞车传动装置设计 学 生：刘旭东 指导老师：莫亚武 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 摘要： 本文针对 提升机， 系统地分析矿井提升绞车的传动装置部分，根据传动系统的组成元素及设计方法合理地设计出相应的传动系统。并进行主轴装置、半联轴器、减速调速器的结构设计。 本文针对矿山机械的特殊要求重点设计减速器，主轴部件。主要包括了提升机的选型和计算，提升机减速器设计，联轴器的选择，提升机主轴装置设计计算和校核，最后完成提升机整体设计。 关键词： 提升机；单绳摩擦；联轴器；减速器；主轴设计 , 10128, In on K of to of of of to of in 前言 我国是个能源大国，也是矿山机电设备制造和使 用大国。从 20 世纪 50 年代仿造第一台矿井提升机以来，至今已设计制造、使用了近 600 多台。随着社会需求和现代技术的高速发展，矿山工业企业亟待生产设备及设施的机械化、电气化、现代化。而矿山工业的提升机是咽喉设备，产品不断更新换代，老产品运行年深日久，原本落后的结构问题暴露突出，故障增多，严重影响矿山的安全运转，抑制了矿山工业的高速发展，给国2 民经济带来了不良的影响。 随着国内矿井生产量的日新月异的提高，对提高提升机的安全性、可靠性、生产效率以及整机自动化运行水平， 降低操作者及维护人员的劳动强度、处理设备事故的速度与对策等，成了迫切要求。 本次设计是关于 绳缠绕式矿井提升机的设计，在本次 设计中将大学四年所学习的材料力学，理论力学，机械制造，机械设计，机械制图等知识进行了一次综合的运用。本次设计不仅是对大学所学知识的总结和巩固而且为以后进入社会参见工作积累了一定的经验，本次设计是个难得的学习机会。 在毕业设计过程中，通过上网查资料，图书馆借书，我逐步认识了矿井提升机的工作原理和基本构造，为我能够圆满完成设计任务奠定了良好的基础。另外我要特别感谢这次毕业设计的指导老师， 莫亚武 老师不仅给我提供了矿井提升机的相关资料而且给了我不少有用 2 文献综述 井提升机的任务及其地位 煤炭是我国的主要能源，又是重要的化工原料。煤炭被誉为黑色金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油的日渐枯竭，必然走向衰败，而煤炭因为储量巨大，加之科学技术的飞速发展，煤炭气化等新技术日趋成熟，并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生活中的无法代替的能源之一。我国既是煤炭生产大国又是消费大国，而根据我国的国情，在我国一次性能源结构中，煤炭所占的比重一直是 70以上，在今后相当长的时期内，煤炭仍然是我国的主要能源，故煤炭对我国 的重要性不言而喻。随着我国经济的不断改革开放，煤炭工业必将高速持续地向前发展 1。 矿井提升是煤炭生产过程中必不可少的重要生产环节。从井下采煤工作面采出的煤炭，只有通过矿井提升设备运到地面，才能加以利用。可以说，矿井提升是矿井生产的“咽喉”，其设备在工作中一旦发生故障，将直接影响生产，甚至造成人身伤亡。此外，矿井提升系统的耗电量很大，一般占矿井生产总耗电量的 50 因此，合理选择维护使用这些设备，使之安全可靠、经济高效地运转，对保证矿井安全高效的生产，对提高煤炭企业的经济效益都具有重要的现实意义 。由于矿井提升设备是在并下巷道内和井简内工作，空间受到限制，故要求它们结构紧凑，外部尺寸尽量小；又因工作地经常变化，因而要求其中的许多设备应便于移置；因为井下有瓦斯、煤尘、淋水、潮湿等特殊工作条件，还要求设备应防爆、耐腐蚀等。此外，矿井提升设备是一大型的综合机3 械 电气设备，其成本和耗电量比较高，所以，在新矿井的设计和老矿井的改建设计中，确定合理的提升系统时，必须经过多方面的技术经济比较，结合矿井的具体条件，在保证提升设备在选型和运转两个方面都合理的前提下，要求提升设备具有良好的经济性。 井提升机的 发展历程 绕式提升机的发展状况 缠绕式提升机的发展是为适应我国矿山建设的需要，国产提升机大致可分为仿苏、改进及自行设计等三个阶段。 19531958 年期间生产仿苏产品 列提升机； 列提升机是 19581966年期间生产的仿苏改进产品； 列提升机是 1971 年 7 月开始生产的自行设计产品，后又改为 列，是已成批生产的新型矿井提升机。时至今日，中信公司生产的产品最齐全， ， 等 2。 个系列提升机的主要特点 A. 矿井提升机 1.)主轴装置采用铸铁法兰盘； 2.)调绳装置为手动蜗轮蜗杆式； 3.)制动器为角移式； 4.)液压传动装置为手动杠杆控制的三通阀和电磁铁控制的四通阀； 5.)深度指示器为机械牌坊式； 6.)减速器为渐开线人字齿轮减速器 。 A）型矿井提升机 1.)调绳装置为电动蜗轮蜗杆式； 2.)制动器为综合式，改善了闸瓦的磨损情况； 3.)液压传动装置为手动控制的低压电液调节阀和电磁铁控制的安全三通阀，操纵省力，易于实现自动化和半自动化控制； 4.)减速器采用圆弧人字形齿轮减速器；提高承载能力并减轻了重量。 C. 矿井提升机 1)滚筒为焊接结构，重量轻； 2.)采用液压齿轮式快速调绳装置，调绳省力省时； 3.)采用圆盘制动系统（包括圆盘式制动器和液压站两部分），此种系列具有以下的优点： （ 1）安全性较高； 4 （ 2）制动力矩可调性好； （ 3）惯性小、动作快、灵敏性强； （ 4）结构紧凑、外形尺寸小、重量轻； （ 5）通用性好； （ 6）安装、使用及维护比较简单； 4.)采用圆弧齿轮减速器，提高了承载能力，减轻了重量； 5.)采用了圆盘深度指示器。 列矿井提升机与 A）系列比较，有以下的优点： （ 1）提升能力平均提高 25%，重量平均减轻 25%， （ 2）采用了一些新技术、新结构，如：盘式制动器、液压站、快速调绳装置、微拖动装置等 （ 3）通用化程度高。 D. 列矿井提升机 采用 500 型双力线中心驱动减速器，结构紧凑，传动平稳，噪音小。并采用双列向心滚动轴承，传动效率高，在实际工作中厂家建议传动效率 取 滚筒为整体焊接结构（ 2m 提升机可根据用户要求，供应分割的 焊接滚筒和制动盘），采用滚动轴承支座。双滚筒提升机的主轴装置，具有液压操纵的、在结构上作了改进的齿轮离合器，调绳操作时间仅司机一人即可完成，节省了时间和人力； 配有自整角机传动的圆盘深度指示器（ 2m 提升机若用户要求时，可以改供给牌坊式深度指示器）；制动器为综合式的液压开启的盘式制动器；采用集中控制的操纵台。 井提升机的类型和工作原理 井提升机的类型及其特点 提升机是矿井提升设备的主要组成部分，目前我国生产及使用的矿井提升机，按其滚筒的构造特点可分为三大类，即单绳缠绕式、多绳摩擦式及内装式提升机。矿井提升机拥有诸多特点 3，如： 安全性：所谓安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升设备在矿山生产中所占的地位十分重要，其运转的安全性，不仅直接影响整个矿井的生产，而且还涉及人员的生命安全。因此各国都对矿井提 升设备提出了极严格的要求。在我国这些规定包括在煤矿安全规程 中。 可靠性：所谓可靠性，是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。矿井提升设备所担负的任务 十分艰巨，不仅每年要把数十万吨到数百万吨的煤炭和矿石从井下5 提升到地面，而且还要完成其他辅助工作。矿井提升设备是周期动作式输送设备，需要频繁地起动和停车，工作条件苛刻，其机械电气设备设计必须可靠。 经济性：矿井提升设备是矿山大型设备之一，功率大，耗电多，大型矿井提升机的功率超过 1000此矿井提升设备的造价以及运转费用，也就成为影响矿井生产技术经济指标的重要因素之一。合理的选择，正确的使用和维护具有重要的经济意义。 井提升机的工作原理 按工作原理的不同，矿井提升机可分为两类，如图 1 所示。 图 1 矿井提升机按工作原理的分类 he to of 国目前广泛使用的有单绳缠绕式和多绳摩擦轮式两种，以下就重点介绍此两种提升机的工作原理。 图 2 双筒缠绕式矿井提升机 单绳缠绕式提升机的工作原理 6 缠绕式提升机的主要部件有主轴、卷筒 主轴承 调绳离合器、减速器、深度指示器和制动器。示意图如图 3 所示。 单绳缠绕式提升机是较早出现的一种类型，工作原理比较简单，就是将钢丝绳的一端固定在提升机的卷筒上，另一端绕过井架上的天轮与提升容器相连接，利用两个卷筒上钢丝绳的缠绕方向的不同，当提升机转动时，使两个容器一个上升一个下降，以完成提升任务，这种提升机在我国矿山中广泛使用。 图 3 缠绕式矿井提升机 多绳摩擦式提升机的工作原理 多绳摩擦式提升机的主要部件有主轴、主导轮、主轴承、车槽装置、减速器、深度指示器、制动装置及导向轮。由于使用了数根钢丝绳代替一根钢丝绳，钢丝绳的直径变小，摩擦轮虽变为摩擦筒（亦称主导轮）而稍有加宽，但其直径亦变小。由于多绳不易在同一时间内断裂，故较为安全，多绳摩擦式提升机的结构图示如图 4。 由于开采深度的增加，需要缠在卷筒上的提升钢丝绳变长，因而矿井提升机的卷筒宽度加大，这带来了一系列问题，如提升机主轴太长、绳弦偏角太大、机器加重而使转动惯量加大等。为了解决这个矛盾，德国人 出将钢丝绳搭在摩擦轮上， 利用摩擦衬垫与钢丝绳之间的摩擦力来带动钢丝绳运动。与卷筒缠绕式相比，摩擦轮的宽度显著地变窄了，同时由于跨度变小，提升机主轴的直径与长度均有所降低，结果显著地减轻了机器的重力，而且由于回转力矩的减少，亦将降低提升电动机的容量。 7 图 4 多绳摩擦式矿井提升机 of 绳摩擦提升机的结构特点是与它的动力传递原理以及安装特点密切相关的。即由于它是靠摩擦力来传递动力的，它必须有较高摩擦系数的衬垫，为了保持几根绳的绳槽处的深 浅相同，即各绳的摩擦半径相同，需设切槽装置，为了补偿钢丝绳蠕动或滑动对深度指示器指示位置的影响，设置了深度指示器自动调零装置，为了在使用圆尾绳时尾绳可以松捻而避免打结，在罐笼底部下方设有尾绳悬挂装置。摩擦提升依靠衬垫与钢丝绳之间的摩擦力来传递动力，因此其工作可靠性就在于提升钢丝绳与安在主导轮上的摩擦衬垫之间是否产生滑动，即是否有足够的摩擦力。 3 矿山提升绞车整体方案设计 整体传动装置的设计 传动装置用来传递原动机的运动和动力、变换其运动形式以满足工作的需要，是机器的重要组成部分。根据绞车在煤矿和其他矿井倾斜巷道或小型竖井提升、运送物料的用途，且要用于煤矿井下需防爆的场合，结合其要求满足的参数：两班制工作，使用期 10 年，连续单向运行，载荷较平稳；卷筒直径 1000丝绳的静张力 20速 s，允许误差为 5%。可初步确定其传动装置，传动装置由隔爆电动机、减速调速器、主轴装置、联轴器、卷筒四部分组成。 主轴装置由大齿轮 、 制动支轮、卷筒、主轴和轴承座等组成；卷筒上设有木衬，可减少钢丝绳的磨损。减速调速器 （行星齿轮传动调速器）中减速与调速结合为一体；内有斜齿圆柱齿轮和行星齿轮， 第一级传动为圆柱齿轮传动，第二级传动为行星齿轮传动，行星齿轮传动中，中心齿轮紧固在齿轮轴的端部与行星齿轮啮合，行星齿轮与固装在内齿轮架上的内齿轮啮合，与行星齿轮连为一体的行星架的输出端紧固着内齿圈，有输出轴穿过中空的外伸轴，输出轴的前端固装有半齿联轴器，半齿联轴器与内8 齿圈构成齿轮联轴器；该行星齿轮传动装置结构简单、调速性能好、成本低，且高效节能，既可用于矿井提升，也可用于其它的场合。该 减速调速器密封严密，润油良好，更换润滑油方便。 电动机 采 用三相隔爆异步电动机， 属于无级调速，转矩大，转差功率小，启动电流和换 档电流冲击小，中高速运行振动小，制动安全可靠，对再生能量处理得力 ，斜井提升机运行中调速连续，不容易掉道， 效率高。 绞车电 动 机作为电动机的过程，即正常的逆变过程。该过程主要由整流、滤波和正常逆变三大部分组成，其中正常逆变过程是其核心部分，它改变电机定子的供电频率，从而改变输出电压，起到调速作用。绞车电机作为发电机的过程，即能量回馈过程。该过程主要由整流、回馈逆变和输出滤波三部分组成，回馈逆变部分是整个回馈过程的核心部分，该部分实现回馈逆变输出电压相位与电网电压相位的一致。由于回馈逆变输出的是调制波，为保证逆变 的正常工作，通过输出滤波部分，使该系统的可靠性更加稳定。 提升绞车的传动简图如下： 1)主动齿轮 2)行星架 3)行星轮 4)内齿轮 5)被动齿轮 6)太阳轮 7)传动小齿轮 8)传动大齿轮 9)行星轮轴 图 5 提升绞车的传动简图 4 of 提升绞车的结构简图如下： （ 1）底座；（ 2）主轴部分；（ 3）深度指示器；（ 4）离合器箱；（ 5）紧急制动器 （ 6）离合制动器；（ 7）联轴器；（ 8）电动机；（ 9）工作制动器 图 6 提升绞车的结构简图 of 动机的选择 电动机是常用的原动机，具体结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确定具体型号。 （ 1）电动机的类型：按工作要求和条件选取 列隔爆型三相异步电动机；电动机型号有： 。电动机型号的含义如下图示 : 图 7 电动机型号含义图 0 （ 2）选择电动机的容量 由绞车工作的要求，可得卷筒的转速 卷筒的转速为 ： 6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0 / 2 5 / m i m m m （ 1） 卷筒所需功率 为： 2 0 0 0 0 1 . 3 / 261 0 0 0 1 0 0 0sF v N m sP k W （ 2） 由系统的转动机构简图和性能，查 5表得：齿轮转动效率 筒效率 承效率 轴器的效率 总效率 为： 6 6 50 . 9 7 0 . 9 6 0 . 9 8 0 . 9 9 0 . 7 1 6 电动机的输出功率为： / 2 6 / 0 . 7 1 6 3 6 . 3 1 k W k W 由上面的计算结果查机械设计手册 6择 2 2 8 0 6型 电动机，其额定功率为： 45P ，满载转速为 9 8 0 / m 。 绞车传动装置的初步设计 传动比的分配 （ 1） 根据系统结构，计算总转动比为： / 9 8 0 / 2 5 3 9 . 4ki n n 分别 取 齿轴、 齿轮齿数 为：1 25Z ，2 36Z ，3 98Z ，4 98Z ；5 40Z ，6 45Z ；7 18Z ，8 125Z ；9 24Z ，10 30Z 。 则实际转动比 为：1 2 1/ 3 6 / 2 5 1 . 4 4i Z Z 2 3 2/ 9 8 / 3 6 2 . 7 2i Z Z 3 4 3/ 9 8 / 9 8 1 . 0 0i Z Z 4 6 5/ 4 5 / 4 0 1 . 1 3i Z Z 5 8 7/ 1 2 5 / 1 8 6 . 9 4i Z Z 6 1 0 9/ 3 0 / 2 4 1 . 2 5i Z Z 实际总转动比1 2 3 4 5 6 1 . 4 4 2 . 7 2 1 . 0 0 . 1 3 6 . 9 4 1 . 2 5 3 8 . 4 0i i i i i i i 传 动比误差 / 3 9 . 4 3 8 . 4 0 / 3 9 . 4 2 . 6 6i i i i 传动比误差符合要求。 （ 2） 输入级轴转速1 9 8 0 / m i 则： 当绞车调速轮空转时： 2 1 1/ ( 9 8 0 / m i n ) / 1 . 4 4 6 8 1 / m i nn n i r r 11 3 2 2/ ( 6 8 1 / m i n ) / 2 . 7 2 2 5 0 / m i nn n i r r 4 3 3/ ( 2 5 0 / m i n ) / 1 . 0 0 2 5 0 / m i nn n i r r 当绞车调速轮不转动时： 5 1 4/ ( 9 8 0 / m i n ) / 1 . 1 3 8 6 7 / m i nn n i r r 6 5 5/ ( 8 6 7 / m i n ) / 6 . 9 4 1 2 5 / m i nn n i r r 由上可知：在无级调速过程中，绞车卷筒的转速范围为： 0125r/ 则绞车实际的绳 速为： / 6 0 0 0 0 2 4 1 0 0 0 6 0 0 0 0 1 . 2 6 m / s 1 . 3 ( 1 0 . 0 5 ) m / sv n D （ 3） 符合实际要求 。 计算减速调速器中各轴的功率和转矩 电动机轴的输出 功率 3 6 rP 6 6 49 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 6 . 3 1 / 9 8 0 3 5 . 3 8 1 0 n N m m （ 4） 齿 轴的输入功率1 6 6 41 1 19 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 5 . 9 5 / 9 8 0 3 5 . 0 3 1 0T P n N m m （ 5） 二 轴 的 输入功率2速轮不转动时）： 222 1 1 3 3 5 . 9 5 0 . 9 7 0 . 9 8 3 3 . 4 9P P k W 6 6 52 2 29 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 3 . 4 9 / 8 6 7 3 . 6 9 1 0T P n N m m （ 6） 减速调速器中 各 齿轮的设计 齿轮传动是应用最广泛的一种传动形式，其传动的主要优点是：传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑，齿轮的设计主要围绕传动平稳和承载能力高这两个基本要求进行的。 （ 1）齿轴上的齿轮和行星齿轮的设计 该对齿轮是直齿轮啮合传动。齿轴上的齿轮材料选用 40行调质处理和齿部淬火处理；行星齿轮选用 40料，进行高频淬火处理。查机械设计手册得：齿轴上的齿轮齿面硬度为 2，齿轮采用 8 级精度，齿面粗糙度为 星齿轮采用 8 级精度，齿面硬度为 0， 齿面粗糙度为 齿轮的初步设计：根据齿轮的初步分析和后述的尺寸确定，绘制两齿轮如图 8： 按齿面接触疲劳强度设计： 齿轮转矩为 ： 1 r 4 3 6 . 3 1 0 . 9 9 3 5 . 9 5P P k W 12 6 6 51 1 19 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 5 . 9 5 / 9 8 0 3 . 5 0 3 1 0T P n N m m （ 7） 图 8 齿轮和行星齿轮 表 得： 载荷系数 ；齿轮的齿数122 5 , 3 6；由于 齿轮传动对称布置，且齿面为软齿面 ， 取 。 查表得l i m 1 560H M P a ，l i m 2 530H M P a ， 1， * 1， * 齿轮的寿命为： 齿轴上 齿轮 的 应力循环次数 为： 8116 0 6 0 9 8 0 1 1 0 3 6 0 1 6 3 3 . 8 6 1 0kN n j L （ 8） 行星齿轮的 应力循环次数 为： 882 1 1/ 3 3 . 8 6 1 0 / 1 . 4 4 2 3 . 5 2 1 0N N i 接触疲劳寿命系数 为： 0 . 0 2 0 . 0 2661 813 1 0 3 1 0 1 . 0 23 3 . 8 6 1 0 0 . 0 2 0 . 0 2662 823 1 0 3 1 0 1 . 12 3 . 5 2 1 0 （ 9） 许用接触应力：H 1 l i m 1 1 / 5 6 0 1 . 0 2 / 1 5 7 1 . 2H N M P a 2 2 l i m 2 / 5 3 0 1 . 1 / 1 5 8 3H N S M P a （ 10） 查 5表 10：齿形系数122 . 2 0 , 2 . 6 5F a F ； 修正系数 ：121 . 7 8 , 1 . 5 9比较 ： 1112 . 2 0 1 . 7 8 0 . 0 0 6 7 2 5 8 3F a S 13 2222 . 6 5 1 . 5 9 0 . 0 0 7 3 8 5 7 1 . 2F a S 2 2 1 121 F a S a F a S Y Y，应按 行星架上 齿轮的 齿面接触 疲劳强度进行计算。 51 331221 1 . 1 1 0 4 . 3 6 3 . 5 0 37 6 . 4 3 7 6 . 4 3 9 0 . 2 3 1 3 . 3 6 5 7 1 . 2 ud m （ ）（ 11） 模数：11/ 9 0 . 2 3 / 2 5 3 . 6 1m d Z 查表得 ： 标准模数 为 4m 分度圆的直径：11 4 2 5 1 0 0d m Z m m 22 4 3 6 1 4 4d m Z m m 齿顶高： * 1 4 4h m m m 齿根高： *( ) ( 1 0 . 2 5 ) 4 5h c m m m 齿全高： *( 2 ) ( 2 1 0 . 2 5 ) 4 9ah h c m m m 齿 宽：1 0 . 6 1 0 0 6 0db d m m 故： 取2 60b 则12 3 6 3b b m m 取11 110d m m，22 153d m m，21 90d 心距：120 . 5 0 . 5 4 2 5 3 6 1 2 2a m Z Z m m m m （ ） （ ）（ 2）行星齿轮和内齿轮的设计 该对齿轮也是直齿轮啮合传动。内齿轮材料选用 进行退火处理再进行调质处理；查机械设计手册得：内齿轮齿面硬度为 50，齿轮采用 8 级精度，齿面粗糙度为 前所述，行星齿轮齿数2 36Z ，模数为 4m 。 齿轮的初步设计：根据齿轮的初步分析和后述的尺寸确定，绘制这两个齿轮的草图 9 如下示： 按齿面接触疲劳强度设计： 齿轮转矩为 ： 6 6 51 1 19 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 5 . 9 5 / 9 8 0 3 . 5 0 3 1 0T P n N m m 查 5表 10载荷系数 ；齿轮的齿数233 6 , 9 8；由于 齿轮传动对称布置，且齿面为软齿面 ， 取 1d 。 查表得l i m 2 530H M P a ，l i m 3 530H M P a ， 1， * 1， * 14 图 9 行星齿轮和内齿轮 轮的寿命为： 内齿轮的 应力循环次数 为： 883 2 2/ 2 3 . 5 2 1 0 / 2 . 7 2 8 . 6 5 1 0N N i 接触疲劳寿命系数 为： 0 . 0 2 0 . 0 2662 823 1 0 3 1 0 1 . 12 3 . 5 2 1 0 0 . 0 2 0 . 0 2663 833 1 0 3 1 0 0 . 9 78 . 6 5 1 0 许用接触应力：2 2 l i m 2 / 5 3 0 1 . 1 / 1 5 8 3H N H M P a 3 3 l i m 3 / 0 . 9 7 5 3 0 / 1 5 1 4H N H M P a 查表得：齿形系数32 . 6 5 , 2 . 8 7F a F 修正系数 ：231 . 5 9 , 1 . 2 8比较 ： 2222 . 6 5 1 . 5 9 0 . 0 0 7 2 3 5 8 3F a S 3332 . 8 7 1 . 2 8 0 . 0 0 7 1 5 5 1 4F a S 2 2 3 323 F a S a F a S Y Y，应按 行星架上 齿轮的 齿面接触 疲劳强度进行计算。 二者啮合传动，由于配对的齿轮要求模数相同，故：内齿轮的模数 4m 。 分度15 圆的直径：22 4 3 6 1 4 4d m Z m m 33 4 9 8 3 9 2d m Z m m 齿顶高： * 1 4 4h m m m 齿根高： *( ) ( 1 0 . 2 5 ) 4 5h c m m m 齿全高： *( 2 ) ( 2 1 0 . 2 5 ) 4 9ah h c m m m 取3 88b 31 385d m m，32 440d m m，33 448d m m由于二者为行星传动，其中心线之间的距离仍为如前所述的 中心距： 122a （ 3）行星架上的齿轮和二轴上的齿轮的设计 该对齿轮是斜齿轮啮合传动。二者都选用 料，进行退火处理和调质处理。查 6得：二者都采用 8 级精度，齿面粗糙度为 星架上的齿轮齿面硬度为2，二轴上的齿轮齿面硬度为 0。 齿轮的初步设计：根据齿轮的初步分析和后述的尺寸确定，按比例绘制这两个齿轮的草图如下示： 图 10 齿轮 齿根弯曲疲劳强度设计： 行星架上的 齿轮转距 为： 6 6 41 1 19 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 5 . 9 5 / 9 8 0 3 5 . 0 3 1 0T P n N m m 该对齿轮为 硬齿轮齿面，非对称安装，齿轮 齿数分别为 ：564 0 , 4 5。 查表得： 齿宽系数 ， 使用系数 ，动载系数 ，齿向载荷分布系数 ，按齿面硬化，斜齿轮， / 1 0 0 / b N m m， ； * 1 ， * ， 16 载荷系数 为： 1 . 2 5 1 . 0 2 1 . 1 4 1 . 2 2 . 1 9 8A V K K K ,齿形系数；设螺旋角 15 , 55 33 20 2 2 . 1 7c o s c o s 1 5V 66 33102 1 1 0 . 9 2c o s c o s 1 5V 则行星架上 齿轮的形位系数5 ， 二轴上 齿轮 的 形位系数6 ， 查图得 ：行星架上 齿轮 的 应力修正系数5 ， 二轴上 齿轮 的 应力修正系数5 ； 2 0 6 9；5/ 0 8Z，6/ 0 . 0 0 8 2Zt a n t a n 2 0t a n 0 . 3 7 6 8c o s c o s 1 5 （ 12） 代入齿轮齿数，得 ： 5 ，6 ， 0 . 7 6 0 . 8 3 6 1 . 5 9 6 。 由5s i n 0 . 3 1 8 t a n 0 . 3 1 8 0 . 4 2 0 t a n 1 5 0 . 8 5 2m 查得重合度系数 ， 。弯曲疲劳许用应力 ： F L X S （ 13） 查取材料弯曲疲劳极限应力56 1500F L i m F L i m ，齿轮的寿命为： 行星架上齿轮应力循环次数 为： 8516 0 6 0 9 8 0 1 1 0 3 6 0 1 6 3 3 . 8 6 1 0hN n t 二轴上 齿轮应力循环次数 8626 0 6 0 8 6 7 1 1 0 3 6 0 1 6 2 9 . 9 6 1 0hN n t 0 . 0 2 0 . 0 2665 853 1 0 3 1 0 0 . 93 3 . 8 6 1 0 0 . 0 2666 863 1 0 3 1 0 0 . 9 3 02 9 . 9 6 1 0 查 8取尺寸系数 ， 2。弯曲疲劳强度安全系数 。 17 565 5 0 0 0 . 9 1 2 7 2 01 . 2 5F L i m N X S Y M P 666 5 0 0 0 . 9 3 0 1 2 7 4 41 . 2 5F L i m N X S Y M P 比较 5552 . 7 5 1 . 5 6 0 . 0 0 5 9 6 7 2 0F a S ， 6662 . 1 8 1 . 8 1 0 . 0 0 5 3 7 4 4F a S 6 6 5 565 F a S a F a S Y Y应按 行星架上 齿轮的弯曲疲劳强度进行计算。 41 332212 2 2 . 1 9 8 3 5 . 0 3 1 0 2 . 7 5 1 . 5 6 0 . 7 1 0 . 8 7 6 . 7 8 0 . 5 2 0 7 2 0F a S 取标准模 数 7。 由公式 得： 56 1 7 4 0 4 5 7 6 0 . 5 32 c o s 2 c o s 1 5 Za m m （ 14） 圆整 后 取中心距 为： 761a 56 7 4 0 4 5 0 . 9 6 52 2 7 6 1 ，与原假设相近。 二者 分度圆的直径 分别为： 557 4 0 283c o s c o s 1 5 . 1 6m m 66 7 4 5 317c o s c o s 1 5 . 1 6m m 齿顶高： *( ) (1 0 . 3 ) 7 9a n a n n nh h x m m m 齿根高： *( ) ( 1 0 . 2 5 0 . 3 ) 7 6 . 6 5f a n nh h c x m m m 齿 宽：5 0 . 3 5 2 8 3 1 0 0db d m m 取51 145d m m，52 190d m m，53 230d m m，54 297d m m；61 100d m m，62 150d m m，63 205d m m，64 262d m m，65 331d m m算主轴装置中轴的功率和转矩 18 主 轴 的 输入功率3速轮不转动时）： 3 2 1 3 3 3 . 4 9 0 . 9 7 0 . 9 8 3 1 . 8 4P P k W 6 6 63 3 39 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 1 . 8 4 / 1 2 5 2 . 4 3 1 0T P n N m m 轴装置中齿轮的设计 该对齿轮为结合齿和大齿轮，是直齿轮啮合传动。结合齿材料选用 45 号钢，进行高频淬火处理；大齿轮选用 料，先进行退火处理再进行齿部淬火处理。查机械设计手册得：结合齿齿面硬度为 2，齿轮采用 7 级精度，齿面粗糙度为 齿轮采用 7 级精度，齿面硬度为 0，齿面粗糙度为 根据齿轮的初步分析和后述的尺寸确定，绘制这两个齿轮的简图如下示： 图 11 结合齿和大齿轮 a 齿面接触疲劳强度设计： 齿轮转矩为： 6 6 63 3 39 . 5 5 1 0 / 9 . 5 5 1 0 3 1 . 8 4 / 1 2 5 2 . 4 3 1 0T P n N m m 查表 得： 载荷系数 ；齿轮的齿数781 8 , 1 2 5；由于齿轮传动对称布置，且齿面为软齿面，取 1d 。 查表得l i m 7 560H M P a ，l i m 8 530H M P a ， 1， * 1， * 齿轮的寿命为： 结合齿的 应力循环次数 为： 8766 0 6 0 1 2 5 1 1 0 3 6 0 1 6 4 . 3 2 1 0kN n j L 大齿轮的 应力循环次数 为： 888 7 5/ 4 . 3 2 1 0 / 6 . 9 4 0 . 6 2 2 1 0N N i 接触疲劳寿命系数 为： 0 . 0 2 0 . 0 2667 873 1 0 3 1 0 0 . 9 14 . 3 2 1 0 19 0 . 0 2 0 . 0 2668 883 1 0 3 1 0 2 . 0 40 . 6 2 2 1 0 许用接触应力：H 7 l i m 7 7 / 5 6 0 0 . 9 1 / 1 5 0 9 . 6H N M P a 8 8 l i m 8 / 5 3 0 2 . 0 4 / 1 1 0 8 1 . 1H N S M P a 查表得：齿形系数82 . 2 0 , 2 . 6 5F a F ； 修正系数 ：781 . 7 8 , 1 . 5 9比较 7772 . 2 0 1 . 7 8 0 . 0 0 7 6 8 5 0 9 . 6F a S ， 8882 . 6 5 1 . 5 9 0 . 0 0 3 9 5 1 0 8 1 . 1F a S 7 7 8 878 F a S a F a S Y Y应按 结合齿 的 齿面接触 疲劳强度进行计算。 53 332221 1 . 1 1 0 2 4 . 3 3 . 5 0 37 6 . 4 3 7 6 . 4 3 1 7 1 . 3 6 1 3 . 3 6 5 7 1 . 2 ud m （ ） 模数：27/ 1 7 1 . 3 6 / 1 8 9 . 5 2m d Z 查表得：标准模数为 10m 分度圆的直径：77 1 0 1 8 1 8 0d m Z m m 88 1 0 1 2 5 1 2 5 0d m Z m m ； 齿顶高： * 1 1 0 1 0h m m m 齿根高： *( ) ( 1 0 . 2 5 ) 1 0 1 2 . 5h c m m m 齿全高： *( 2 ) ( 2 1 0 . 2 5 ) 1 0 2 2 . 5ah h c m m m 齿 宽：7 1 1 8 0 1 8 0db d m m 故 ： 取7 180b 则87 3 5 2 1 5b b m m 取71 85d 72 110d m m，73 200d m m； 81 120d m m，82 200d m m，83 815d m m，84 870d m m，85 1060d m m，86 1160d m m，87 1200d m m，88 1270d m m中心距：780 . 5 0 . 5 1 0 1 8 1 2 5 7 1 5a m Z Z m m m m （ ） （ ）速调速器中轴的设计 轴主要用来支承零件作旋转运动，以传递运动和动力。本绞车传动装置总共有三20 根轴，根据设计要求，具体的设计步骤和内容如下： （ 1） 齿轴的设计 选择轴的材料及确定许用应力：该轴选用 40料，进行调质处理和齿部淬火处理。查表得：取 640B M P a , 1 1 0 P a 。 按弯曲许用切应力计算，初估轴的最小直径： 查 表 得： 取 110C , 4 0 M ， 由下 式得 ： 1133 331 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 3 6 . 6 30 . 2 0 . 2 m mn n
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