MG400940-WD型电牵引采煤机设计

1、MG400 /940-WD型电牵引采煤机设计摘要采煤机是一种电牵引大功率采煤机，该机机身矮，装机功率大，所有电机横向 布置，机械传动都是直齿传动，电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出，故传 动效率高，容易安装和维护。本说明书主要介绍了采煤机截割部的设汁汁算。采煤机截割部主要是山四级齿轮 传动组成，截割部电机放在摇臂内横向布置，电动机输出的动力经山三级直齿圆柱齿 轮和一级行星轮系的传动，最后驱动滚筒旋转。截割部釆用四行星单浮动结构，减小 了结构尺寸，采用大角度弯摇臂设计，加大了过煤空间，提高了装煤效果。在设汁过程中，对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部件进行了设 计计算、强度校核和

2、选用。本说明书主要针对主要部件的设计计算和强度校核进行了 叙述和介绍。此外，还对采煤机的使用与维护进行了说明，以便能更好的发挥该采煤机的性能, 达到最佳工作效果。关键i司：釆煤机；截割部；行星轮系；齿轮传动设计AbstractThe type mining machine is that a kind of electricity draws the high-power mining machine, this machine fuselage is low, Installation is large in power, all electrical machineries are fix

3、ed up horizontally, mechanical drive is all the transmission of straight tooth, electrical machinery, walk case drive wheel package etc. can take from old pool side out, so the transmission is high in efficiency, easy to install and safeguard.Calculate in design which cuts the cutting department of

4、main introduction mining machine of this manual. It is made up of a moderate breeze gear wheel transmission that the type mining machine cuts the cutting department, cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm, the power that the motor outputs

5、leans on a round of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth, urge the cylinder to rotate finally. Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary forms, have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve

6、 the rocker arm to design, have strengthened the space of coal, have improved the coal result of puttingIn the course of designing, to cutting the axle of the cutting department, gear wheel of the transmission, parts such as the bearing and spline linking using, etc have designed to calculate, the i

7、ntensity is checked and selected for use This manual mainly designs for main part one calculating to check with the intensity have narrated and introducedIn addition returning use for mining machine and maintenance proves, In order to be able to good full play performance of person who should mine,

8、reach the best working result.Keyword: Mining machine ； the cutting department ； A department of planet : Gear wheel of the transmission DesignII第一章绪论1 1本课题研究意义为了提高工作面的生产效益，世界主要采煤国均纷纷致力于发展大型先进的综 采设备，取得了显著的效果，综釆工作面的生产能力和效益均大幅度提高。我国经济 的快速发展对煤炭需求大幅度增加，年产超600万t高产高效工作面得到快速发展, 大功率采煤机的市场需求日益增加。电力电子技术、微电子技术

9、、计算机计术的飞速 发展，为开发集电力电子、信息采集、微机控制及智能监测系统于一身的大采高重型 电牵引采煤机创造了条件。我国在90年代初致力发展高产高效工作面，开发了日产 7000t综釆成套设备，但能真正实现高产高效的工作面依然较少，主要原因是受釆 煤机生产能力的限制，高产高效工作面要求采煤机具有高可幕性、大截割功率、大牵 引力、大牵引速度，并能较快发现故障和处理故障。大功率采煤机应有足够的强度和良好的散热条件，并具有灵活的操作性。设讣摇 臂要充分考虑结构强度，滚筒要针对采煤丄作面地质条件进行设计，具有很强的过断 层能力，电气设计必须考虑过断层强烈冲击的影响。采煤机要有适当的重量抗冲击; 同时

10、要有足够的牵引力过断层。釆煤机功率大，发热量大,必须充分考虑各部件的散热 问题。为了适应釆煤工况要求，必须实现机载交流变频，“一拖一”方式平衡牵引，并 开发保护、监测功能齐全、运行可靠的程序。为使采煤机可靠运行，必须解决机器联 结的松动问题，除部件间用螺栓紧固外，采用多个高强度长螺杆和液压螺母组合将机 身三大段联结起来形成一个刚性整体。根据国内外大功率大釆高电牵引采煤机的主要技术参数和性能指标以及我国厚煤层的开采情况，分析大采高综采工作面的生产能力和煤质硬度与所需的釆煤机截割功率、滚筒直径、滚筒转速、牵引速度、牵引功率、 调高油缸推拉力等采煤机主要性能参数的关系，在可行性、可黑性、先进性和经济

11、性 等方面进行比较，并考虑与已有采煤机部分元部件的互换，最后确定设计MG400 /940-WD型电牵引采煤机。总体结构如（图1） o右行走中间（控制）箱农I司；（破碎机图1-a1.2内电牵引采煤机的技术特点及发展趋势1. 2. 1釆煤机的技术特点（1）电牵引采煤机已成为国内采煤机的研究重点国内从90年代初已逐步停止研究开发液压牵引采煤机将研究重点转向电牵引采 煤机;通过交流、直流电牵引采煤机的对比研究，已基本确定以交流变频调速电牵引 采煤机为今后电牵引采煤机的发展方向。电牵引替代液圧牵引，交流调速代替直流调 速已成为国内采煤机的发展方向。（2）装机功率不断增加为了满足高产高效综采工作面快速割煤

12、对采煤机的高强度、高性能需要，不论是 厚、中厚煤层还是薄煤层采煤机，其装机功率（包括截割功率和牵引功率）均在不断加 大，最大已达1020KW,其中截割电机功率达450KW,牵引电机功率达2X50KW。（3）牵引速度和牵引力不断增大电牵引采煤机最大牵引速度已达14. 5m/min,牵引力已普遍增大到450600KN。（4）电机横向布置总体结构发展迅速近年来，我国基本停止了截割电左尼纵向布置采煤机的研制，新研制的采煤机中 已广泛采用了多电机驱动横向布置的总体结构。（5）控制系统日趋完善采煤机电气控制功能逐步齐全，可靠性不断提高，在通用性互换性和集成化等方 面已有较大进步；开发了可靠的防爆全中文界面

13、的PLC控制系统，实现了运行状态的 监控、监测功能，以及故障记忆和诊断功能;研制成功井下无线电离机控制并得到推 广使用。（6）滚筒截深不断增大目前已由630mm增至800mm,预计今后可能增至1000mm。（7）采煤机的可靠性将成为国产采煤机越来越重要的性能指标随着高产高效矿井的建设和发展，要求采煤工作面逐步达到日产700010000t 水平。采煤机及其系统的可靠性将成为影响矿井原煤产量关键因素越来越受到重视， 成为中国采煤机越来越巫要的综合性能指标。1. 2. 2采煤机的发展趋势电牵引采煤机经过25年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已 集中釆用了当今世界最先进的科学技术成为具有

14、人工智能的高自动化机电设备代替 液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下：（1）电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。（2）结构形式向多电机驱动横向布置发展。（3）监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。（4）性能参数向大功率、高参数发展。（5）综合性能向高可靠性和高利用率发展。国内电牵引采煤机研制方向与国际发展基本一致经过近15年的研究，已取得较 大进展但离国际先进水平特别是在监控技术及可幕性方面尚有较大差距，必须进行大 量的技术和试验研究。1 3总体方案的确定1. 3. 1采煤机类型滚筒采煤机的类型很多，可按滚筒数訂、行走机构形式、行走驱动装置的调速传 动方式、行走部布

15、置位置、机身与工作面输送乳汁机配合导向方式、总体结构布置方 式等分类。按滚筒数口分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒釆煤机应用最普遍。按行走 机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引釆煤机。按行走驱动装置的调速方式分机 械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采 煤机）。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合 导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向 布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机 横向布置在摇臂上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。

16、按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。1. 3. 2采煤机的组成采煤机主要山电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成（如图l-b）。电动机：是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵 引部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。牵引部：通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链3相啮合，使釆煤 机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的行走机构。左、右截割部减速箱：将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮，驱动滚 筒6旋转。1 一电动机必一牵引部丿3奉引链;4一稅割部减速箱）5辭16-滾筒;7孤形苦煤板j8底托知1淆載订1调高油

17、缸山一调斜油価12拖统装E13 电气控制箱图1-b双滚筒采煤机滚筒：是釆煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有 截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚 筒一侧装有弧形挡煤板7,它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。底托架：是固定和承托整台采煤机的底架，通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在 刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机 的可幕导向。调高油缸：可使摇臂连同滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜油缸：用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割 要求。电气控制箱：内部装有各种电控元件，用

18、于采煤机的各种电气控制和保护。此外，为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，釆煤机设有专门 的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置内，并山采煤机拉动在工作面输送 机的电缆槽中卷起或展开。1.4截割部结构及技术特征1. 4.1截割部传动方式确定截割部传动装置的功用：是将电动机的动力传递到滚筒上，以满足滚筒工作的需 要。同时，传动装置还应适应滚筒调高的要求，使滚筒保持适当的工作高度。山于截 割消耗采煤机总功率的80%90%,因此要求设计出的截割部传动装置具有高的强 度、刚度和可靠性，良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。采煤机截割部都采用齿轮传动，常见的传动方式有以下儿种（图1-

19、c）：(V) AM-SCOJZ(d) 5LSJZ图l-C截割部传动方式1 一电动机；12固泄减速箱：3 摇臂：4一滚简:5行星齿轮传动：6泵箱；7 机身及牵引部（1）电动机一固定减速箱一摇臂一滚筒（图l-c（a）o这种传动方式的特点是传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸岀，支承可鼎，强度和刚度好。但摇臂下降的最低位 置受输送机限制，故卧底量较小。DY-150、BM-100型采煤机均采用这种传动方式。（2）电动机一固定减速箱一摇臂一行星齿轮传动一滚筒（图l-c（b）o这种方式在 滚筒内装了行星传动，故前儿级传动比减小，简化了传动系统，但筒壳尺寸却增大了， 故这种传动方式适用于中厚煤层釆煤机，如在ML

20、S3 -170、MXA-300、AM-500和MG系列等型釆煤机中釆用。（3）电动机一减速箱一滚筒（图l-c（c）o这种传动方式取消了摇臂，靠曲电动机、 减速箱和滚筒组成的截割部来调高（称为机身调高），使齿轮数大大减少，机壳的强度、 刚度增大，且调高范围大，采煤机机身也可缩短，有利于釆煤机开缺口工作。（4）电动机一摇臂一行星齿轮传动一滚筒（图l-c（d）o这种传动方式的电动机轴与滚筒轴平行，取消了容易损坏的锥齿轮，使传动更加简单，而且调高范围大，机身 长度小。新的电牵引采煤机都釆取这种传动方式。对比以上传动方式，我设计的截割部传动方式为：电动机一摇臂一行星齿轮传动滚筒（如图l-d）o该截割部采

21、用销轴与牵引部联结，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，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通 轴。-图1-d截割部传动系统图该截割部有以下特点：1）电机横向布置，机械传动都是直齿传动故传动效率高，容易安装和维护。2）截割电机采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定、左右 摇臂的升降，急停等操作均山设在机身两端操作站的按钮进行控制，操作简单、方便。3）液压系统设计合理，釆用集成阀块结构，管路少，连接可靠；经常调整的阀 设在液压箱体外，便于检修和更换。4）截割机械传动链设有扭矩轴过载保护装置，并可设有强制润滑冷却系统，提 高了传动件，支承件的使用寿命。5）

22、截割部采用四行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度 弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大6）调高油缸与调高液压锁采用分离布置，液压锁置于壳体空腔内，打开盖板即 可取出液压锁，方便井下查找故障和更换调高油缸、液压锁等维修工作。1.4,2电动机的选择山设计要求知，截割部功率为400KW,根据矿井电机的具体工作环境悄况，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，而且电机工作要可黑，启动转矩大，过载能力强，效率高。所以选择三相鼠 笼异步防爆电动机，型号为YBCS4-400,其主要参数如下：额定功率：400KW；额定电压：33OO

23、V；满载电流：98A；额定转速：1470r/min；满载效率:0.915：绝缘等级：H；满载功率因数：0.85；接线方式：Y;质量：1150Kg；冷却方式：外壳水冷该电动机输出轴上带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的 齿轮减速机构。第二章传动参数的确定2. 1总传动比的计算本次设计选用YBCS4-400（带离合）防爆型异步电动机，电机功率为400KW,转速nm =1470 r/min，滚筒转速 = 35/7 min。根据上述就可以求出总的传动比_电机输入转速 总滚筒输出转速= 1470r/min_42o传动比较大时通常采用多级传动，若传动装 35/7 min置由多级串联而成,

24、则必须使各级传动比的乘积和总传动比相等。2. 2传动比的分配1. 分配原则1）山高速级至低速级逐渐增大传动比。山于该截割部要求传动比大，空间体积 小，如果在高速级分配较大传动比，随着传动比和模数的增大，齿轮的直径将变得很 大，不宜满足空间体积的要求。2）通过总体预算具体分配各级传动比。山于分配传动比时首先要考虑总体设计 结构，然后在给定的中心矩范圉内分配各级传动比，因而必须先进行总体预算，并经 过不断的调整，最后得到合适的传动比。2.传动比数值表级数_级二级三级四级传动比i応=177山=6/45 = 2.24行星=6实际分配后的总传动比:=1.77x1.76x2.24x641.92. 3确定各

25、轴的转速n、功率P、转矩T1）确定各轴转速nnx =办电机=1470 r/minn2 =厲=1470r/min5 =/-/! =1470/1.77 = 830 r/minn4 = n3/i2 = 830/1.76 = 472 r/minn5 =“4=472 r/minw6 =715/4 =472/2.238 = 211 r/min吗=心i行h =211/6 = 35 r/min2）确定各轴输入功率p片=400 kW/ =/ =400 kW呂= x 口 x 仏=400x0.97 x 0.99 = 384 kW片=A x x % = 384 x 0.97 x 0.99 = 369 kW乙=C =

26、369 kWA = A x a x “2 = 369 x 0.97 x 0.99 = 354 kW好=4=354 kW式中：也一齿轮啮合效率，巾=0.97;轴承效率，= 0.993）确定各轴输入转矩T-io -7； = 9550= 9550 x- = 2590 N - m1N、14707； =7； =2590 Nm 7； = 9550 A = 9550x = 4379 Nm3 N.830p369T4 =9550= 9550x = 7500 N-m4 N44727；=7；=7500NmT（、= 9550 昱=9550 x = 16000 N m M2117 = 9550昱=9550 x = 96

27、000 N m 心35第三章齿轮啮合参数及强度计3.1齿轮的初步设计及强度校核本截割部所用的齿轮为渐开线直齿圆柱齿轮，可根据弯曲强度计算确定模数来进 行初步设计计算，参考文献1来进行计算及校核。3.1. 1第一级减速齿轮传动设计计算及强度校核1. 选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到传递功率较大，并且是井下设备，要求结构紧凑，使用寿命长，111表6-2,选齿轮材料用2OCM“77，表面渗碳淬火，齿面硬度56 - 62 HRC.煤矿机械齿轮传动，对齿轮精度无特别要求，选齿轮为7级精度。对闭式齿轮传动，高速级转速较高，为提高传动平稳性，降低动载荷，以齿轮较多为好，一般取小齿轮齿数为204

28、0 ,现取勺=22,传动比/13=1.77 ,则$ =心=1.77 x22 = 38.94 ,则取整为 = 392. 设计计算闭式硬齿面齿轮传动，承载能力一般取决于弯曲强度，故先按弯曲强度设计，验算接触强度。山式（6-15）有确定式中各项数值：因载荷有较重冲击，由表6-3查得Ka=1.5,故选初载荷系数Kt=2T. = 9.55x0也=9.55x 106- = 2.59xlO6 N-mm1叫1470由式(6-7),1.88-3丄+丄cos0,计算端面重合度色=1.65L I勺j丿.由式(6-13), K =0.25 + = 0.25 + = 0.761.65ill表6-6,选取0孑=0.6由图

29、6-19,由图6-20查得嗚=2.72=1.57怙=2.393=1-63由式(6-12)有件=60g厶=60xl470xlx(2x8x300xl5) = 6.35xl09-6.35W.59 廿人 1.77由图 6-21 查得 Kvl=0.85, rv3=0.86；取 Sin=l25山图6-22d按齿面硬度均值60HRC,在ML线上查得刃呗=0恤3 =525 Mpaan = 亦齐| = 2-Mpa = 357 Mpa Fmin125H_ bp伽必乜 F3 _ e Fmin竺叫T69.6咖1 25=1 = 0.012心 3572f$1=F=0-0105取堆半吐=0.012,设计齿轮模数:将确定后的

30、各项数值代入设计公式，求得:2x2x2.59x2x0.7 god.69 切06x222龙皿屮1 x6.69x22xl470,=11.32 m/s60x100060x1000由图6-7查得K、. = l19由图6-10查得 Kq = 112由表6-4查得 心=12则 K = KK、KZ=L5x9xl2xl2 = 239山表6-1,选取第二系列标准模数 m = l齿轮主要儿何尺寸:-13 -= mz =7x22 = 154 nund3 = mz3 =7x39 = 273 mm =仝(勺 + 乙3)= (22 + 39) = 213.5 mm2 2b =必i = 0.6xl54 = 92.4 mm

31、,取毘=93 mm B = 96 nun3.校核齿面接触疲劳强度山表6-5查得 ZE = 188 JA伽由图6-14查得 Z/y = 2.5由图6-13查得 Z, =0.89由图6-15,按不允许出现点蚀，查得ZiV1=0.87ZiV3=0.89由图6-16e,按齿面硬度均值60HRC,在MQ和ML线中间査出6伽】=6伽3 = 1400呦则0问厂=_1218 Mpaminb”|im3 =-bE3%3 _246 咖min取SH min=1将确定出的各项数值代入接触强度校核公式，得=188x2.5x0.87x/2x239x259xl0& 177匚?V 93x154,1.77= 1212vb接触强满

32、足。4.校核齿跟弯曲疲劳强度-14 -%=晋嗚爲=bm Z亠2篤覽辔皿宀心皿咖计算应力2x239x259xl()6x0793x72x39刁严严纽乙3hm z3x 2.39x1.63 = 189.9讣算弯曲应力o-l =oi2Ly; =221x0.85 = 357 MpaL h min 1-2511J 图 6-22 (d)查得 Trnm = 525 Mpa弯曲疲劳强度满足。3.1. 2第二级减速齿轮传动设计计算及强度校核1. 选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到传递功率较大，并且是井下设备，要求结构紧凑，使用寿命长，山表6-2, 选齿轮材料用20CrMnTi,表面渗碳淬火，齿面硬度56

33、62 HRC .煤矿机械齿轮传动，对齿轮精度无特别要求，选齿轮为7级精度。对闭式齿轮传动，高速级转速较高，为提高传动平稳性，降低动载荷，以齿轮较 多为好，一般取小齿轮齿数为20-40 ,现取z4 = 25 ,传动比/34 = 1.76 ,则 Z5 =爲=1 76 x 25 = 44 o2闭式硬齿面齿轮传动，承载能力一般取决于弯曲强度，故先按弯曲强度设计,验算接触强度。山式（6-15）有确定式中各项数值:-15 -因载荷有较重冲击，山表6-3查得Ka=15,故选初载荷系数Kt=27； = 9.55x 1 = 9.55xlO6 = 4.379xlO6 N-mm3 5830由式(6-7), s= 1

34、.88-3.2丄+丄cos0,计算端面重合度=1.68 L 詁 zj由式(6-13), K =025 + = 0.25 + = 0.7 sa1.68由表6-6,选取必=0 4山图6-19,山图6-20查得= 1.674=1.59% =2.36由式(6-12)有M =60 丿厶=60x830x1x(2x8x300x15) = 3.58x1()93.58x10-=2Q4xlQ95 i 1.76由图 6-21 査得 YN4 = 0.89 ,人5=0.90；111图6-22d按齿面硕度均值60HRC,在ML线上查得刁向4 =刁叭=525 Mpa0柑=勿ltn木=口；(律炯=373.8 Mpa Spmi

35、n1250朽=%几=心；(9(加“ =378 MpaFmin1257%.MT2.61x1.57 ccz= 0.01093742.36x1.67 门八=0.0104378-16 -取窖脸= 0.0109,设计齿轮模数:将确定后的各项数值代入设汁公式，求得:x 0.0109 8.1 nunj2x2x4379xg07V 0.4X25,修正“:zrx8.1x25x830 门,v =丄一 =8.1 mis60x100060x1000由图6-7查得 K、. = 1.17由图6-10查得 心=103山表6-4查得 Ka =1.2则 K = K，KK“Ka =1.5x17xl03xl2 = 2 in = m,

36、 3- = & 1 x 寸冷册加=8.23 nun山表6-1,选取第一系列标准模数 m = 8齿轮主要儿何尺寸:4 = 8 x 25 = 200 mmd5 = mz5 =8x44 = 352 mma =包 + 乞)=(25 + 44) = 276 mm2 2b = i/ddA = 0.4x 200 = 80 nun ,取 B5 =86 nun B4 = 80 mm3. 校核齿面接触疲劳强度l2KT2ul V hd2 * u山表6-5查得 ZE = 188 JMw由图6-14查得Z=25由图6-13查得乙=0.87苗图6-15,按不允许岀现点蚀，查得ZV4=0.86ZiV5=0.88山图6-16

37、e,按齿面硬度均值60HRC,在MQ和ML线中间查出 6伽4 =弘环=1400取 S“min=l则0恤厂円曲Zn4_232 MwH minbim5 =工叭Z“5 _1246励min将确定出的各项数值代入接触强度校核公式，得-m /2x2.1x4.379x1061.76 + 1wb = 188x2.5xO.87x Jx=1227 1232 MnaV 80x2001.76接触强满足。4 校核齿跟弯曲疲劳强度计算应力2x2lx4379xl00786x82x25x 2.61x1.57 =297.6 Mpa2x2x4379x106x0780 x 82 x 44x 2.36x1.67 = 225.2Mpa

38、计算弯曲应力可尸=J :yn =丄4 x 0.89 = 373.8 Mpa Fmin 125由图 6-22 (d)查得 crFlim = 525 Mpa-18 -弯曲疲劳强度满足。3.1. 3三级减速齿轮传动设计及计算1. 选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到传递功率较大，并且是井下设备，要求结构紧凑，使用寿命长，由表6-2,选齿轮材料用20CrMnTi,表面渗碳淬火，齿面硬度5662 HRC 煤矿机械齿轮传动，对齿轮精度无特别要求，选齿轮为7级精度。对闭式齿轮传动，高速级转速较高，为提高传动平稳性，降低动载荷，以齿轮较 多为好，一般取小齿轮齿数为20 - 40 ,现取z6=21 ,

39、传动比4=2.24,则 勺=九6 =2.238x21 = 46.998,圆整为分=47。2闭式硬齿面齿轮传动，承载能力一般取决于弯曲强度，故先按弯曲强度设计,验算接触强度。山式（6-15）有确定式中各项数值:因载荷有较重冲击，山表6-3查得位,=15,故选初载荷系数=2T4 = 9.55x 10&仏=9.55xlO6 = 7.5xl06 A(-mm4472-z、由式(6-7),邑=1.88-3.2丄+丄COS0,计算端面重合度心=1.66 LI 乙6)由式(6-13), Ye =0.25 + = 0.25 + = 0.7sa1.66由表6-6,选取必=6由图6-19,由图6-20查得= 2.7

40、5= 1.56-19 -= 2.34匚=165宙式(6-12)有A6 =60/?4;4 =60 x 472xlx(2x8x300xl5) = 2.04xl09 /Vl = 4x10L = 911x1()88 i 2.238由图 6-21 査得 KV6=0.89, rY8=0.90；取Spmhl=l256怙6乙6Spmin525x0.891.25Mpa = 373.S Mpa111图6-22d按齿面硬度均值60HRC,在ML线上查得=丐叭=525 Mpar n cr, .525x0.90 小“ *b “ = =Mpa = 378 MpaL 山 Smin1.25YF,.YSa. 2.75x1.56

41、护严= 0.0115叽 3742.34x1.65 门小“严严=0.0103%378取窖蟲=00115,设计齿轮模数：将确定后的各项数值代入设计公式，求得:2x2x75xl()6x070.5x212xO.0115 7修正“:60x1000x9.7x21x47260x1000= 5.03 mis由图6-7查得K、. = l19山图6-10查得 Kp = 1.06-20 -由表6-4查得 心=12则 K = KAKxKpKa = 1.5x14x 1 06x 1.2 2.18由表6-1,选取第一系列标准模数匸10齿轮主要儿何尺寸:6 = /wz6 = 10x21 = 210 mm心= 10x47 =

42、470 mm = (Z6 + Zjj) = (21 + 47) = 340 rum2 2b =必& = 6x210 = 126 mm 9 取B8 = 126 min B6 = 130 mm3. 校核齿而接触疲劳强度=Z0 厶山表6-5查得 Z = 188 JA伽由图6-14查得 Z/y = 2.5由图6-13查得 Z, =0.87由图6-15,按不允许出现点蚀，查得ZiV6 = 0.95 ZiV8 = 1.03由图6-16e,按齿面硬度均值60HRC,在MQ和ML线中间査出6伽6 =巧伽8 = 1400切疋则0漏6=也产1330min-21 -11 min将确定出的各项数值代入接触强度校核公式

43、，得/=188x2.5xO.87x6x2&2x2-18x7-5x16x1=10031330 2.238接触强满足。4. 校核齿跟弯曲疲劳强度计算应力burz62x2.18x7.5x106x0.7130x102 x 21x 2.75x1.56 = 359.7Mpabm z8= 2x2.18x7.5x10x0.7 x 2 34x1 65 = 149 2 126x102x47汁算弯曲应力0厂严誇|心9 = 373.8刑F min由图6-22 (d)查得 刃伽=525 Mpa弯曲疲劳强度满足。3.1.4 级减速中惰轮轴的齿轮设计计算及校核1.选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到传递功率较大，

44、并且是井下设备，要求结构紧凑，使用寿命长，山表6-2, 选齿轮材料用20CrMnTi,表面渗碳淬火，齿面硬度5662 HRC 煤矿机械齿轮传动，对齿轮精度无特别要求，选齿轮为7级精度。已知惰轮齿数为39,且与齿轮1啮合，因此其模数m=7。惰轮所受应力为交变 应力,且 P2 = 400 KW , n2 = 1470 r/min -22 -则= mz9 =7x39 = 273 mm* =213.5 mmm(z+z2) _ 7x(22 + 39)2 22. 校核齿面接触疲劳强度= ZEZlfZel2KT2 ul q bdf=154 mm ,由 4. 1. 1 的计算可知 A： = 2.39, 7；

45、=2.59x10% w = 1.77, Z?=96 mm , % =165, “2 = =3.59x109由表 6-5 查得 ZE = 188 jMpa由图6-14查得Z?/ = 2.5由图6-13查得Z, =0.89山图6-15,按不允许出现点蚀，查得ZV2=0.89由图6-16e,按齿面硬度均值60HRC,在MQ和ML线中间査出巧伽2 =1400咖=1则C加丛1 = 1246咖SH min将确定出的各项数值代入接触强度校核公式，得b =啄20.87，淫至1可 = 1220V 96X15421.77L J/接触强满足。4. 校核齿跟弯曲疲劳强度讣算应力-23 -由4. 1. 1的计算可知=0

46、.7,岭辺=272, YSa2 = .5793x7 x39% = 2K7产 岭丿& = 2 x 2.39 乂 2 1 ()匕()7 %巧% 1.57 = 208.2 Mpa hi?rz2 *“计算弯曲应力由图 6-22 (d)查得 7 =140+ 2x(1 + 0.4 - 0.08)x10 = 166.4 行星轮c的尺寸de = zcm = 27x10 = 270 =dc + 2(/7； + 兀-Av)w = 270+2x(1 + 0.4-0.08)x10 = 296.4 齿轮宽度 b = 04 = 0.5x270 = 135 mm3. b-c齿轮传动主要尺寸的确定未变位的中心距a = _ m

47、 = xl0 = 215 mm22中心距变动系数尸 =2m5 = -0.28m10按=41 及y =-0.28,查图 12-2 得 Av =0.015变位系数和 七=y + Av =-0.28 + 0.015 = -0.265-27 -内齿轮变位系数 Xb =丘+兀=-0.265 + 0.4 = 035a258“arccoscos a=arccoscos 20a254.64啮合角 = 178内齿轮的尺寸dh = Zbin = 70x10 = 700 mmdah = dh -2(/?； + xb-Av)m = 700-2x(1-0.135 +0.015)x10 = 682.4 mm或 % = 2

48、j总+3血几+入抒cos a =2700cos 20 =328.89 mm2九严71Z,-2.924(1-切=0.171x27 -2.924x(l-0.4)xl0=28.626 mm则心，=2328.892 +(212.2sinl7.8 +28.626)： =683.84 nun应取 dab = 683.84 mm4. 太阳轮。的材料为20CrMnTi,渗碳后表面淬火HRC = 5862,行星轮c的材 料与热处理同太阳轮。试验齿轮的接触极限接触应力bnm=135OMw，试验齿轮的 弯曲疲劳极限应力rFIim = 350 Mpa。按表12-19中的接触强度校核公式:x KAKvKfKa x ZEZHZe -93=1.29 mlsKv 根据片=心 x(-r)_ 0.14x(22.09-3.67)2需甌6及7级精度，査图35得K03岛根据b/d】 =163/324 = 0.5,查图12-16a得心=107K住按7级精度查表1221得心=1Z两轮皆为铸钢，查表1222得Z=188丽莎Z 按0 = 0及怛 = ().4 + 04=00195 查图 1217 得乙彳=2.22