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目 錄 1 緒論 ..........................................................1 1.1 我國(guó)采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 ................................1 1.1.1 20 世紀(jì) 70 年代是我國(guó)綜合機(jī)械化采煤起步階段 .............1 1.1.2 20 世紀(jì) 80 年代是我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期 ...............1 1.1.3 20 世紀(jì) 90 年代至今是我國(guó)電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)代 .........2 1.2 國(guó)際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r ..........................4 1.3 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r ...............................5 2 總體方案的確定 .................................................6 2.1MG300/700-WD 型采煤機(jī)簡(jiǎn)介 ...................................6 2.1.1 概述 ...................................................6 2.1.2 主要技術(shù)參數(shù) ...........................................7 2.1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ...............................................7 2.2 搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 .....................................7 2.3 截割部電動(dòng)機(jī)的選擇 .........................................7 2.4 傳動(dòng)方案的確定 .............................................8 2.4.1 傳動(dòng)比的確定 ...........................................8 2.4.2 傳動(dòng)比的分配 ...........................................9 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ...............................................11 3.1 各級(jí)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 ............................11 3.2 齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 ........................................13 3.3 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 ......................................23 3.3.1 先確定Ⅲ軸 ............................................23 3.3.2 軸 4 的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 ..................................29 3.3.3 惰一軸的設(shè)計(jì) ..........................................35 4 行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程 .......................................37 5 采煤機(jī)的使用與維護(hù) ...........................................57 5.1 采煤機(jī)使用過(guò)程中常見(jiàn)故障與處理 ............................57 5.2 大功率采煤機(jī)截割部溫升過(guò)高現(xiàn)象及解決方法 ..................58 5.3 采煤機(jī)軸承的維護(hù)及漏油的防治 ..............................59 5.4 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的改進(jìn)途徑 ............................61 5.5 硬齒面齒輪的疲勞失效及對(duì)策 ................................65 總結(jié) ...........................................................68 參考文獻(xiàn) .......................................................69 致 謝 .........................................................70 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 1 頁(yè) 1 緒論 1.1 我國(guó)采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 1.1.1 20 世紀(jì) 70 年代是我國(guó)綜合機(jī)械化采煤起步階段 20 世紀(jì) 70 年代初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干， 研制出綜采面配套的 MD-150 型雙滾筒采煤機(jī)，另一方面改進(jìn)普采配套的 DY100 型、DY150 型單滾筒采煤機(jī)；70 年代中后期，制造出 MLS3-170 型 雙滾筒采煤機(jī)。20 世紀(jì) 70 年代我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)： 1．裝機(jī)功率小 例如，MLS3-170 型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 170KW；KD-150 型雙滾 筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 150KW；DY-100 和 DY-150 型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功 率 100KW 和 150KW。 2．有鏈牽引，輸出牽引力小 此時(shí)期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動(dòng)，傳遞牽 引力小，牽引力在 200KN 以下。 3．牽引速度低 由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計(jì)的牽引力功率較小，牽引速度 一般不超過(guò) 6m /min 。 4．自開(kāi)切口差 由于雙滾筒采煤機(jī)搖臂短,又都是有鏈牽引,很難割透兩端頭,且容易留下 三角煤,故需要人工清理,單滾筒采煤機(jī)更是如此. 5．工作可靠性較差 我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱,元部件質(zhì)量較差,反映在采煤機(jī)的壽命普遍較低, 特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。 1.1.2 20 世紀(jì) 80 年代是我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期 20 世紀(jì) 70 年代后期，我國(guó)總共引進(jìn) 143 套綜采成套設(shè)備。世界主要采 煤機(jī)生產(chǎn)國(guó)如英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、波蘭、日本等都進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，其技術(shù) 也展示在中國(guó)人的面前，為我們深入了解外國(guó)技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了 條件，同時(shí)通過(guò) 20 世紀(jì) 70 年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失 敗的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，確立了我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁(yè) 解決難采煤層的問(wèn)題是 20 世紀(jì) 80 年代重大課題之一：具體的課題是 薄煤層綜合機(jī)械化成套設(shè)備的研制：大傾角綜采成套設(shè)備的研制：“三硬” 、 “三軟”4．5m 一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開(kāi)采問(wèn)題， 短煤臂采煤機(jī)的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，20 世紀(jì) 80 年代自行開(kāi)發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有 50 余種， 是我國(guó)采煤機(jī)收獲的年代，基本滿(mǎn)足我國(guó)各種煤層開(kāi)采的需要，大量依靠 進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。20 世紀(jì) 80 年代采煤機(jī)的發(fā)展有如下特點(diǎn)： 1．重視采煤機(jī)系列的開(kāi)發(fā)，擴(kuò)大使用范圍 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)的采煤機(jī)，一種類(lèi)型只有一個(gè)品種，十分單一，覆 蓋面小，很難滿(mǎn)足不同煤層開(kāi)采需要。20 世紀(jì) 80 年代起重視系列化采煤機(jī) 的開(kāi)發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同 功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于 用戶(hù)配件的管理。采煤機(jī)系列化是 20 世紀(jì) 80 年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出 的特點(diǎn)。 2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高 總結(jié) 20 世紀(jì) 70 年代采煤機(jī)開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，元部件的可靠性直接 決定采煤機(jī)開(kāi)發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī) 的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn) 技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)，以德國(guó)齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期目的，解決了低速 重載齒輪早失效的問(wèn)題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達(dá) 的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在 20 世紀(jì) 80 年代中期，把斜軸 泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機(jī)構(gòu)等都列入重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。 3．無(wú)鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全 在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時(shí)，無(wú)鏈牽引技術(shù)傳入中國(guó)，德國(guó)艾柯夫公 司的銷(xiāo)軌式無(wú)鏈牽引和英國(guó)安德森公司的齒軌式無(wú)鏈牽引占絕大多數(shù)，而 且技術(shù)成熟。為此，我國(guó)研制采煤機(jī)的無(wú)鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)組的結(jié)構(gòu)上靠 攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機(jī)更是如此。無(wú)鏈牽引使采煤機(jī)工作平穩(wěn)， 使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶(hù)的廣泛歡迎，大功率采煤機(jī) 都采用無(wú)鏈牽引系統(tǒng)。 1.1.3 20 世紀(jì) 90 年代至今是我國(guó)電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)代 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效， 提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢(shì)在必行，此 采煤機(jī)開(kāi)發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁(yè) （1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機(jī)：最具代表性的機(jī)型是 MG2X400－W 型采煤機(jī)。 （2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)的研制從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi) 始起步，20 世紀(jì) 90 年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流兩種技術(shù) 途徑。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，交流變頻調(diào)速技術(shù)在中厚煤層采煤機(jī)中推 廣使用，上海分院先后開(kāi)發(fā)成功 MG200/500-WD、 MG200/450- BWD、 MG250/600-WD、 MG400/920-WD 和 MG450/1020-WD 等采煤機(jī)， 變頻調(diào)速箱可以是機(jī)載，也可以是非機(jī)載。另外派生出 8 種機(jī)型，都已投 入使用，取得較好的效果。太原礦山機(jī)械廠(chǎng)在引進(jìn)英國(guó) Electra1000 直流電 牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出 MG400/900-WD 和 MG250/600-WD 型兩種 電牽引采煤機(jī)，雞西煤機(jī)廠(chǎng)、遼源煤機(jī)廠(chǎng)也開(kāi)發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。 國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先 進(jìn)國(guó)家的 I 采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實(shí)力的礦務(wù)局，在 裝備高產(chǎn)高效工作面時(shí)，把目光移到國(guó)外，進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。 如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國(guó)的 7LS、6LS 電牽引采煤機(jī)；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引 進(jìn)德國(guó)的 SL-500 型和日本的 MCLE-DR102 型交流電牽引采煤機(jī)，但由于 價(jià)格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90 年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)如下： 1．多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流 我國(guó)開(kāi)發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨(dú)的 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，無(wú)動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，因 而有取代電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。 2．我國(guó)采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小 在裝機(jī)功率方面，我國(guó)的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 800KW，電牽 引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 1020KW，其牽引功率為 2X50KW，可滿(mǎn)足高產(chǎn)高 效工作面對(duì)功率的要求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力 已達(dá)到 700KN，最大牽引速度達(dá) 12．56m/min,微處理機(jī)的工礦監(jiān)測(cè)、故障 顯示、無(wú)線(xiàn)電離機(jī)控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。 3．液壓緊固技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究取得成功 采煤機(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動(dòng)是影響工作可靠性的重要因素，而且解決難 度較大，液壓螺母和專(zhuān)用超高壓泵，在電牽引采煤機(jī)中得到推廣應(yīng)用，防 松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問(wèn)題。 回顧這 30 多年我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引 進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從 20 世紀(jì) 70 年代主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來(lái)滿(mǎn)足我國(guó)生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國(guó)產(chǎn) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁(yè) 采煤機(jī)占我國(guó)整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。 1.2 國(guó)際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 80 年代以來(lái), 世界各主要產(chǎn)煤國(guó)家, 為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展 和實(shí)現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)的需要, 積極采用新技術(shù), 不斷加速更新滾筒采煤機(jī) 的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu), 相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機(jī)。 其中, 最具代表的是英國(guó)安德森的Eiect ra 系列, 德國(guó)艾柯夫的SL 系列, 美 國(guó)喬依的LS 系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列電牽引采煤機(jī)。這些 采煤機(jī), 體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機(jī)的最新發(fā)展方向。 德國(guó)艾柯夫公司, 整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為機(jī)身3 段式, 兩邊傳動(dòng)部分為鑄造箱體結(jié) 構(gòu), 中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu), 搖臂為分體聯(lián)結(jié), 左右對(duì)稱(chēng)通用, 可滿(mǎn) 足不同的配套要求; 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩直流電機(jī)他激并列 , 電樞采 用微機(jī)控制, 勵(lì)磁采用串聯(lián), 既能滿(mǎn)足四象限運(yùn)行, 又能滿(mǎn)足雙牽引, 趨于 負(fù)載均衡, 目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國(guó)喬依公司從3LS～7LS , 機(jī)身 為3 段焊接結(jié)構(gòu)形式, 搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用, 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)為 2電機(jī)串激串聯(lián), 目前已開(kāi)始投入使用7LS 交流電牽引采煤機(jī)。日本三井三 池公司RD101101 和RD102102 均為交流電牽引采煤機(jī), 其結(jié)構(gòu)形式為以前 的截割電機(jī)布置在機(jī)身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式, 機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜。 總結(jié)這些國(guó)家電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn): (1) 裝機(jī)功率和截割電動(dòng)機(jī)功率有較大幅度增加 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采 工作面快速割煤的需要, 不論是厚、中厚和薄煤層采煤機(jī), 均在不斷加大裝 機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率) 。裝機(jī)功率大都在1000kW 左右, 單個(gè) 截割電機(jī)功率都在375kW以上, 最高達(dá)600kW 。直流電牽引功率最大達(dá) 2 ×56kW , 交流電牽引功率最大達(dá)2 ×60kW 。 (2) 電牽引采煤機(jī)已取代液壓牽引采煤機(jī)而成為主導(dǎo)機(jī)型 世界各主要采 煤機(jī)廠(chǎng)商20 世紀(jì)80 年代都已把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)電牽引采煤機(jī), 如德國(guó)艾柯 夫公司是最早開(kāi)發(fā)電牽引采煤機(jī)的, 80 年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引 采煤機(jī), 研制出EDW 系列電牽引采煤機(jī) , 90 年代又研制成功交流直流兩 用的SL300 , SL400 , SL500 型采煤機(jī)。美國(guó)喬依公司70 年代中期開(kāi)始開(kāi)發(fā) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流電牽引采煤機(jī), 80 年代先后推出3LS , 4LS 和6LS 3 個(gè) 新機(jī)型, 其電控系統(tǒng)多次改進(jìn), 更趨完善。英國(guó)安德森公司80 年代中期先 后開(kāi)發(fā)了EL ECTRA1000和EL ECTRA 薄煤層電牽引采煤機(jī)。日本三井三 池公司80 年代中期著手開(kāi)發(fā)高起點(diǎn)交流電牽引采煤機(jī), 最具代表的是MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤機(jī), 為國(guó)際首創(chuàng)。法國(guó)薩吉姆公司 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁(yè) 在90 年代也已研制成功Panda2E 型交流電牽引采煤機(jī)。交流電牽引近幾年 發(fā)展很快, 由于技術(shù)先進(jìn),可靠性高、簡(jiǎn)單, 有取代直流電牽引的趨勢(shì)。自日 本80 年代中期研制成功第1 臺(tái)交流電牽引采煤機(jī),至今除美國(guó)外, 其它國(guó)家 如德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等都先后研制成功交流電牽引采煤機(jī), 是今后電牽引采 煤機(jī)發(fā)展的新目標(biāo)。 (3) 牽引速度和牽引力不斷增大 液壓牽引采煤機(jī)的最大牽引速度為8m/ min 左右, 而實(shí)際可用割煤速度為4 ～5m/ min , 不適應(yīng)快速割煤需要。電 牽引采煤機(jī)牽引功率成倍增加, 最大牽引速度達(dá)15～20m/ min , 美國(guó)18m/ min 的牽引速度很普遍,美國(guó)喬依公司的1 臺(tái)經(jīng)改進(jìn)的4LS 采煤機(jī)的牽引速 度高達(dá)2815m/ min。由于采煤機(jī)需要快速牽引割煤, 滾筒截深的加大和轉(zhuǎn)速 的降低, 又導(dǎo)致滾筒進(jìn)給量和推進(jìn)力的加大, 故要求采煤機(jī)增大牽引力, 目 前已普遍加大到450～600kN , 現(xiàn)正研制最大牽引力為 1000kN 的采煤機(jī)。 (4) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā)展 70 年代中期僅有美國(guó)的LS 系列采煤機(jī)、西德EDW215022L22W 型采 煤機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng), 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立, 部件之間無(wú)機(jī)械傳動(dòng), 取消 了錐齒輪傳動(dòng)副和復(fù)雜通軸, 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 裝拆方便。目前, 這類(lèi)采煤機(jī) 既有電牽引, 也有液壓牽引, 既有中厚煤層用大功率, 也有薄煤層的, 有取 代傳統(tǒng)的截割電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。 (5) 滾筒的截深不斷增大 牽引速度的加快,支架隨機(jī)支護(hù)也相應(yīng)跟上, 使 機(jī)道空頂時(shí)間縮短,為加大采煤機(jī)截深創(chuàng)造了條件。10 年前滾筒采煤機(jī)截深 大都是630 ～ 700mm , 現(xiàn)已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美國(guó)正 在考慮采用1500mm 截深的可能性。 (6) 普遍提高供電電壓 由于裝機(jī)功率大幅度提高, 為了保證供電質(zhì)量和 電機(jī)性能, 新研制的大功率電牽引采煤機(jī)幾乎都提高供電電壓, 主要有 2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美國(guó)現(xiàn)有長(zhǎng)壁工作面中, 45 %以上的電牽 引采煤機(jī)供電電壓為≥2300V。 (7) 有完善的監(jiān)控系統(tǒng) 包括采用微處理機(jī)控制的工況監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、 故障顯示的自動(dòng)控制系統(tǒng); 就地控制、無(wú)線(xiàn)電隨機(jī)控制 , 并已能控制液壓 支架、輸送機(jī)動(dòng)作和滾筒自動(dòng)調(diào)高。 (8) 高可靠性 據(jù)了解美國(guó)使用的EL ECTRA 1000 型采煤機(jī)的時(shí)間利用 率可達(dá)95 % ～ 98 % ,采煤量 350 萬(wàn)t 以上,最高達(dá)1000 萬(wàn)t 。 1.3 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)從20 世紀(jì)80 年代末期, 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開(kāi)發(fā)了我國(guó)第1 臺(tái) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁(yè) MG3442PWD薄煤層強(qiáng)力爬底板交流電牽引采煤機(jī), 在大同局雁崖礦使用取得成功。 借助MG3442PWD 電牽引采煤機(jī)的電牽引技術(shù) , 對(duì)液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新。第 1 臺(tái)MG300/ 6802 WD 型電牽引采煤機(jī)是在雞西煤礦機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的MG300 系列液壓牽 引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晉華宮礦開(kāi)始使用。與此同時(shí), 在太原礦山機(jī)器廠(chǎng)生產(chǎn)的AM2500 液壓牽引采煤機(jī)上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造 MG375/8302WD 型電牽引采煤機(jī)。截止目前, 我國(guó)已形成5 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地, 雞西煤礦機(jī)械廠(chǎng)、太原礦山機(jī)器廠(chǎng)、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機(jī)械廠(chǎng)生 產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī), 西安煤礦機(jī)械廠(chǎng)則生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。 我國(guó)近期開(kāi)發(fā)的電牽引采煤機(jī)有以下特點(diǎn): (1) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置電牽引采煤機(jī)。截割電機(jī)橫向布置在搖臂上, 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 (2) 總裝機(jī)功率、牽引功率大幅度提高, 供電電壓(對(duì)單個(gè)電機(jī)400kW 及 以上) 由1140V 升至3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機(jī)性能。 (3) 電牽引采煤機(jī)以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位, 部分廠(chǎng)商同時(shí) 也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。 (4) 主機(jī)身多分為 3 段, 取消了底托架, 各零部件設(shè)計(jì)、制造強(qiáng)度大大提 高, 部件間用高強(qiáng)度液壓螺母聯(lián)接, 拆裝方便, 提高了整機(jī)的可靠性。 (5) 電控技術(shù)研究和采煤機(jī)電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、 互換性和集成型方面邁進(jìn)了一大步, 功能逐步齊全, 無(wú)線(xiàn)電隨機(jī)控制研制成 功, 數(shù)字化、微機(jī)的電控裝置已進(jìn)入試用階段。 (6) 在橫向布置的截割電機(jī)上, 設(shè)計(jì)使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸,改 善了傳動(dòng)件的可靠性, 對(duì)提高采煤機(jī)的整體可靠性和時(shí)間利用率起到了積極 作用。 (7) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究, 推進(jìn)了我國(guó)的滾筒及截齒制造技術(shù),開(kāi)發(fā) 研制的耐磨滾筒,可適用于截割f = 3～4 的硬煤。具有使用中軸向力波動(dòng)小, 工作平穩(wěn)性好,塊煤率高,能耗低等優(yōu)點(diǎn)。 2 總體方案的確定 2.1MG300/700-WD 型采煤機(jī)簡(jiǎn)介 2.1.1 概述 MG300/700-WD 型機(jī)載交流電牽引采煤機(jī)，該機(jī)裝機(jī)功率 700KW，截 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁(yè) 割功率 2×300KW,牽引功率 82KW。 該采煤機(jī)使用的電氣控制箱符合礦用電氣設(shè)備防爆規(guī)程的要求，可在 有瓦斯或煤層爆炸危險(xiǎn)的礦井中使用，并可在海拔不超過(guò) 2000m、周?chē)?質(zhì)溫度不超過(guò)＋40℃或低于－10℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導(dǎo)電 塵埃的情況下使用。 2.1.2 主要技術(shù)參數(shù) 該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下： 1．適應(yīng)煤層 采高范圍：1.9~3.7m 煤層傾角：≤35 度 煤層硬度：中硬或硬煤層 2．總體 機(jī)面高度：1457 mm 搖臂擺動(dòng)中心距：2541mm 2.1.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) MG300/700-WD 型采煤機(jī)采用多電機(jī)橫向布置方式，截割部用銷(xiāo)軸與 牽引部聯(lián)結(jié)，左、右牽引部及中間箱采用高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，在中間箱 中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機(jī)具有以下特點(diǎn)： 1．截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂和機(jī)身連接沒(méi)有動(dòng)力傳遞，取 消了縱向布置結(jié)構(gòu)中的螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 2．主機(jī)身分為三段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高 度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、拆裝方便。 2.2 搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 由于煤層地質(zhì)條件的多樣性，煤炭生產(chǎn)需要多種類(lèi)型和規(guī)格的采煤機(jī)。 利用通用部件，組裝成系列型號(hào)的采煤機(jī)，可以給生產(chǎn)帶來(lái)很多方便。系 列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是采掘機(jī)械發(fā)展的必然趨勢(shì)。所以，這里把左右搖 臂設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 8 頁(yè) 2.3 截割部電動(dòng)機(jī)的選擇 由設(shè)計(jì)要求知，截割部功率為 300×2KW，即每個(gè)截割部功率為 300KW。根據(jù)礦下電機(jī)的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以 保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對(duì)安全;而且電機(jī)工作要可靠， 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，效率高。據(jù)此選擇由撫順廠(chǎng)生產(chǎn)的三相鼠籠異 步防爆電動(dòng)機(jī) YBC3─300, 其主要參數(shù)如下： 額定功率：300KW； 額定電壓：1140V 額定電流：206A; 額定轉(zhuǎn)速：1475P/m 額定功率：50HZ; 絕緣等級(jí)： H 接線(xiàn)方式：Y 工作方式： S1 質(zhì)量： 1502KG 冷卻方式：外殼水冷 該電機(jī)總體呈圓形，其示意圖及外形主要尺寸如圖 1 所示： 該電動(dòng)機(jī)輸出軸上帶有漸開(kāi)線(xiàn)花鍵，通過(guò)該花鍵電機(jī)將輸出的動(dòng)力傳 遞給搖臂的齒輪減速機(jī)構(gòu)。 動(dòng)1 YBC3-0 動(dòng)沉 孔 深 20 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 9 頁(yè) 2.4 傳動(dòng)方案的確定 2.4.1 傳動(dòng)比的確定 滾筒上截齒的切線(xiàn)速度，稱(chēng)為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計(jì) 算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速 出現(xiàn)低速化的趨勢(shì)。滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)滾筒截割和裝載過(guò)程影響都很大；但對(duì)粉 塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。 總傳動(dòng)比 總i 7536401．＝＝＝ 滾總 nI ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min ——滾筒轉(zhuǎn)速 r/min滾 2.4.2 傳動(dòng)比的分配 在進(jìn)行多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)比分配是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能否 合理分配傳動(dòng)比，將直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑 條件、成本及工作能力。多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的確定有如下原則： 1．各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)所允許的最大 值，以符合其傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)，使減速器獲得最小外形。 2.各級(jí)傳動(dòng)間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱(chēng)；各傳動(dòng)件彼此間不應(yīng)發(fā)生 干涉碰撞；所有傳動(dòng)零件應(yīng)便于安裝。 3．使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強(qiáng)度。 4．使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^ 方便。 由于采煤機(jī)在工作過(guò)程中常有過(guò)載和沖擊載荷，維修比較困難，空間 限制又比較嚴(yán)格，故對(duì)行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先 確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 10 頁(yè) 本次設(shè)計(jì)采用 NWG 型行星減速裝置，其原理如圖 2 所示： 該行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪 a、內(nèi)齒圈 b、行星輪 g、行星 架 x 等組成。傳動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒圈 b 固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪 a 為主動(dòng)輪，行星架 x 上的行星輪 g—面繞自身的軸線(xiàn) ox—ox 轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)行星架 x 回轉(zhuǎn)，實(shí) 現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線(xiàn) ox—ox 是轉(zhuǎn)動(dòng)的。 這種型號(hào)的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制 造方便、傳動(dòng)功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)截 割部最后一級(jí)減速是合適的，該型號(hào)行星傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的使用效率為 0.97～0.99,傳動(dòng)比一般為 2.1～13.7。如圖 2－7 所示，當(dāng)內(nèi)齒圈 b 固定， 以太陽(yáng)輪 a 為主動(dòng)件，行星架 g 為從動(dòng)件時(shí)，傳動(dòng)比的推薦值為 2.7～9。 查閱文獻(xiàn)[4],采煤機(jī)截割部行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比一般為 4～6。這里定行 星減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比 74.5?bagi 則其他三級(jí)減速機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比 ÷ 36.75÷5.747=6.39總Ibagi 由于采煤機(jī)機(jī)身高度受到嚴(yán)格限制，每級(jí)傳動(dòng)比一般為 根據(jù);4~3?ji 前述多級(jí)減數(shù)齒輪的傳動(dòng)比分配原則和搖臂的具體結(jié)構(gòu)，初定各級(jí)傳動(dòng)比 為： -行 星 架 圖 NWG行 星 機(jī) 構(gòu) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 11 頁(yè) ,79.1?i ,56.12?i 29.3?i 以此計(jì)算，四級(jí)減速傳動(dòng)比的總誤差為： ×1．56×2．29×5．747）÷36．75＝0．2‰.536(?? 在誤差允許范圍 5﹪內(nèi)，合適。 3 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 截 割 部 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 圖 3.1 各級(jí)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算： 從電動(dòng)機(jī)出來(lái)，各軸依次命名為 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。 Ⅰ軸 min1470?n/r 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 12 頁(yè) Ⅲ軸 min/2.8179./1403rn? Ⅳ軸 43.562i＝ i/r Ⅵ軸 89./356/346＝ 各軸功率計(jì)算： Ⅰ軸 ×0.99=297031??η＝ PkW Ⅱ軸 ×0.98×0.99 =288.1529712ηη＝ 2k Ⅲ軸 ×0.98×0.99 =279.565.83?ηη＝ Ⅳ軸 ×0.98×0.99×0.99=271.2363124?ηηη＝ P kW Ⅴ軸 ×0.98×0.99×0.99=263.152.75??ηηη＝ Ⅵ軸 ×0.98×0.99=255.315126ηη＝ k Ⅶ軸 ×0.98×0.99×0.99=247.7031.37???ηηη＝ P Ⅷ軸 ×0.98×0.99×0.99=240.32704128ηηη＝ kW 各軸扭矩計(jì)算: Ⅰ軸 ×9511?nTmN??5.192 Ⅲ軸 ×033P?.3.867 Ⅳ軸 ×9544?nTmN??4.920.1 Ⅶ軸 ×077P?3.8.74 Ⅷ軸 ×9588?nT mN??2.94.21 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 13 頁(yè) 將上述計(jì)算結(jié)果列入下表,供以后設(shè)計(jì)計(jì)算使用 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 編號(hào) 功率/kW 轉(zhuǎn)速 n/(r·min )1? 轉(zhuǎn)矩 T/(N·m) 傳動(dòng)比 Ⅰ軸 297 1470 1929.5 Ⅲ軸 279.56 821.2 3251.1 1.79 Ⅳ軸 271.23 526.43 4920.4 1.56 Ⅶ軸 247.70 229.88 10290.3 2.29 Ⅷ軸 240.32 229.88 427494.2 5.747 3.2 齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 這里主要是根據(jù)查閱的相關(guān)書(shū)籍和資料，借鑒以往采煤機(jī)截割部傳動(dòng) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定各級(jí)傳動(dòng)中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)的功率、轉(zhuǎn) 矩以及各級(jí)傳動(dòng)的效率，進(jìn)而對(duì)各級(jí)齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，具體計(jì)算過(guò) 程級(jí)計(jì)算結(jié)果如下：統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定各級(jí)傳動(dòng)中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、 傳動(dòng)的功率、轉(zhuǎn)矩以及各級(jí)傳動(dòng)的效率，進(jìn)而對(duì)各級(jí)齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確 定，截割部齒輪的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核，具體計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果如下： 齒輪 1 和惰輪 2 的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明 計(jì)算結(jié)果 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn) 1 表 8-17 齒輪選用 20GrMnTi 滲碳淬火 2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按 估311/)02.~.(npvt? 取圓周速度 ，參考文獻(xiàn) 1 表 8－14，表 8－15 選smvt/13? 取 小輪分度圓直徑 ，由式（8－64）得1d3 211 )][(2HEdZukT??????? 齒寬系數(shù) 查文獻(xiàn) 1 表 8－23 按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱(chēng)布 HRC 56~62smvt/3? 公差組 6 級(jí) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 14 頁(yè) 置，取 ＝0．6d? 小輪齒數(shù) 1Z 惰輪齒數(shù) ＝ 34.0122???197.1Zi 齒數(shù)比 ＝u/34/ 傳動(dòng)比誤差 誤差在 范圍內(nèi)0/??%? 小輪轉(zhuǎn)矩 mNT?1924 載荷系數(shù) 由式（8－54）得K??KKVA??? 使用系數(shù) 查表 8－20A 動(dòng)載荷系數(shù) 查圖 8－57 得初值VVt 齒向載荷分布系數(shù) 查圖 8－60?K 齒間載荷分配系數(shù) 由式 8－55 及 得?0????? cos)]/1(2.381[2Z??? ＝[1.88－3.2(1/19+1/34)]=1.617 查表 8－21 并插值 ＝1?K 則載荷系數(shù) 的初值 .2?t 108.75.?t 彈性系數(shù) 查表 8－22EZ ＝189.8E2/mN 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖 8－64H 0,021??x? 重合度系數(shù) 查圖 8－65?Z???? 許用接觸應(yīng)力 由式 得69? ＝0．6d? =191Z ＝342 ＝1.79u 合適 ＝1．75A ＝1．11Vt ＝1.08?K ＝1?.2?tK ＝189.8EZ2/mN ＝2.5H ＝0.897? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 15 頁(yè) ＝??H?HLimSZ/?? 接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖 8－6921Limi?、 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 得??708?)1032(14601 ???hnjLN 92 .5.//u 則 查圖 8－70 得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121?NZ 硬化系數(shù) 查圖 8－71 及說(shuō)明 ?Z 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－27，按高可靠度查HS 取6.1~5?HLimS.??? 221 /5.906.1/40mN?? 故 的設(shè)計(jì)初值 為dtd8.1625.9068787.16.093 21 ????????????t 齒輪模數(shù) 查表 8－3mZdmt /36/?? 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值 ＝td19??Z 圓周速度 v 60/147.0/1nt? 與估取 很相近，對(duì) 取值影響不大，不必修正smt/3?VKVK ＝1.11， t 1.2?t 21/450mNHLim??2i91058.??21NZ ＝1?6.?HS9?m ＝171mmtd1sv/2.3.?VK1md713062? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 16 頁(yè) 小輪分度圓直徑 td1? 惰輪分度圓直徑 306492??mZ 中心距 a????5.281?? 齒寬 b 109.67.0min1???td? 惰輪齒寬 2?b 小輪齒寬 ??~51? 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算??3 由式 68???FSFFYmbdKT????????12 齒形系數(shù) 查圖 8－67 小輪?Y1 大輪 2?FY 應(yīng)力修正系數(shù) 查圖 8－68 小輪?S 1S 大輪 2? 重合度系數(shù) ,由式 8－67?Y71.06./7502./75.02. ??????? 許用彎曲應(yīng)力 由式 8－71 ??F???FxNFLimSY/?? 彎曲疲勞極限 查圖 8－72Lim 彎曲壽命系數(shù) 查圖 8－73NY 238?a102bm5? ＝2.861?FY ＝2.472 =1.541?S =1.632Y71.0??21/85mNLim?20i?1 21NY ＝1x ＝2FS 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 17 頁(yè) 齒輪 4 和齒輪 5 設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核： 尺寸系數(shù) 查圖 8－74xY 安全系數(shù) 查表 8－27FS 則?? 2/98.015/1121 ????FXNLimF SY???147.86.97540. FmN?? ??? 22 /92.1.03.231. FF ?? 4. 齒輪幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 d91??mZ 342 齒頂高 ahha*? 齒根高 f ????925.01??mcf 齒頂圓直徑 ad721aad 36?h 齒根圓直徑 f 25.11??ff 022ffd 基圓直徑 bd??cos7cos1?b ??2362 齒距 pmp.8? 齒厚 s14/?s 中心距 圓整a.23 ??21/5.46mNF??221/9.F27mN?d306?mh a9f25.1da8?m342f1df5.82?mb7601. 2p8?s13.4ma2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 18 頁(yè) 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn) 1 表 8-17 齒輪 5 選用 20GrMnTi 滲碳淬火 齒輪 4 選用 45 鋼調(diào)質(zhì) 2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按 估3/)02.~1.(npvt? 取圓周速度 ，參考文獻(xiàn) 1 表 8－14，表 8－15 選smvt/9? 取 小輪分度圓直徑 ，由式（8－64）得1d3 211 )][(2HEdZukT??????? 齒寬系數(shù) 查文獻(xiàn) 1 表 8－23 按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱(chēng)布 置，取 ＝0．6d 小輪齒數(shù) 4Z 大輪齒數(shù) ＝ 35.88 圓整取55???2356.142Zi 齒數(shù)比 ＝u// 傳動(dòng)比誤差 誤差在 范圍內(nèi)03./??%? 小輪轉(zhuǎn)矩 mNT?2514 載荷系數(shù) 由式（8－54）得K??KKVA??? 使用系數(shù) 查表 8－20A 動(dòng)載荷系數(shù) 查圖 8－57 得初值VVt 齒向載荷分布系數(shù) 查圖 8－60 ?K 齒向載荷分配系數(shù) 由式 8－55 及 得?0????? cos)]/1/(2.381[54Z??? HRC 56～62 HBS 245～275smvt/9? 公差組 7 級(jí) ＝0．6d? =234Z ＝365 ＝1.565u 合適 ＝1.75A ＝1.18Vt ＝1.08?K 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 19 頁(yè) ＝[1.88－3.2(1/23+1/36)]=1.65 查表 8－21 并插值 ＝1.1?K 則載荷系數(shù) 的初值 1.08.175??t 彈性系數(shù) 查表 8－22EZ ＝189.8E2/mN 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖 8－64H 0,021??x? 重合度系數(shù) 查圖 8－65?Z???? 許用接觸應(yīng)力 由式 得69? ＝??H?HLimS/?? 接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖 8－6954Limi?、 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 得??708?)1032(1.604 ???hnjLN 9915 8.56/.2/ ?u 則 查圖 8－70 得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121?NZ 硬化系數(shù) 查圖 8－71 及說(shuō)明 ?Z 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－27，按高可靠度查HS 取6.1~5?HLimS.??? 221 /5.906.1/40mN?? 故 的設(shè)計(jì)初值 為4dtd ＝1.1?K45.2?t ＝189.8EZ2/mN ＝2.5H ＝0.87?24/570mNHLim??1i94056.2??18 21NZ ＝1?6.?HS ＝207mmtd4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 20 頁(yè)23.0825.90678156.6.0321453 24 ????????????td 齒輪模數(shù) 查表 8－3mZdmt 3/20/4?? 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值 ＝td4??Z 圓周速度 v 60/2.17.6/34?nt? 與估取 很相近，對(duì) 取值影響不大，不必修正smt/9?VK ＝1.18， VtK5.2?t 小輪分度圓直徑 td4 惰輪分度圓直徑 34695?mZ 中心距 a????5.224??? 齒寬 b 13.086.min1??td? 惰輪齒寬 55b 小輪齒寬 ??~4?? 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算??3 由式 68???FSFFYmbdKT???????42 齒形系數(shù) 查圖 8－67 小輪?Y4 大輪 5?FY 應(yīng)力修正系數(shù) 查圖 8－68 小輪?S 4S 大輪 5? 9?mdt074sv/18.?VK452md0735?.26amb15?30 4 ＝2.714?FY ＝2.455 =1.584?S =1.645Y7.0?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 21 頁(yè) 重合度系數(shù) ,由式 8－67?Y65.1/702./75.02. ?????? 許用彎曲應(yīng)力 由式 8－71 ??F???FxNFLimSY/??? 彎曲疲勞極限 查圖 8－72Lim 彎曲壽命系數(shù) 查圖 8－73NY 尺寸系數(shù) 查圖 8－74x 安全系數(shù) 查表 8－27FS 則 ?? 2/9.0157/144 ?????XNFLimY855Fi S??424 /14.7..290713.2 FF mN???? 525 /9..06415.4. FF??? (4)齒輪幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 d2394?mZ 65? 齒頂高 ahha1* 齒根高 f ????925.0???mcf 齒頂圓直徑 ad724aad 35h 24/570mNLim??8i154?NY ＝0.98x ＝2FS??24/3.79mNF??51624/.25/9.1mN?d207 435?mha9f2.1da54?m36f.184 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 22 頁(yè) 齒根圓直徑 fd25.10724???ffhd 35ff 基圓直徑 b ?coscos4?b ???205d 齒距 pmp6.28? 齒厚 s134/s 中心距 圓整a5.7? 齒輪 6 和惰輪 7 的幾何尺寸計(jì)算： 齒輪幾何尺寸計(jì)算： 分度圓直徑 d146?mZ 287? 齒頂高 ahmha* 齒根高 f ????145.0??cf 齒頂圓直徑 ad2386?aad 97h 齒根圓直徑 f 5.176??ff 237?ffd 基圓直徑 bd?0cos8cos6?b ??97 齒距 pmp.43?? 齒厚 ss821/ 中心距 圓整a5 mdf5.3215?b94.5mp268?s13.4a0md2386?9 7ha14mf5.?da2637mf6?df4207 b36m57?p9.4s821a35? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 23 頁(yè) 惰輪 8 和齒輪 9 的幾何尺寸計(jì)算： 齒輪幾何尺寸計(jì)算： 分度圓直徑 d28148??mZ 399 齒頂高 ahmha* 齒根高 f ????1425.0???cf 齒頂圓直徑 ad3928aad 69h 齒根圓直徑 f 5.178???ff 249ffd 基圓直徑 bd?0cos3cos8?b ???569 齒距 pmp.4? 齒厚 ss821/ 中心距 圓整a69? md3928?546ha1mf.7?da35849mf208?d f519b378m.9?p64s8.21a9? 由于齒輪的強(qiáng)度效核方法都是相似的，因而對(duì)其它齒輪的強(qiáng)度效核過(guò) 程安排在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以外的篇幅中進(jìn)行，并全部強(qiáng)度驗(yàn)算合格。 3.3 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 3.3.1 先確定Ⅲ軸 1.選擇軸的材料 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 2.軸徑的初步估算 由表 4－2 取 A＝115， 可得 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 24 頁(yè)mnpAd3.802.15679331 ?????截 軸 示 意 圖 3.求作用在齒輪上的力 Ⅲ軸上大齒輪分度圓直徑為： mZd306?＝Ⅲ 圓周力 ，徑向力 和軸向力 的大小如下tFr?FNdTt 2149306523??ntr 730tana3 ?? 小輪分度圓直徑為： md24 NdTFt 6.31075243?? ntr 9.4320tan.a??? 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 25 頁(yè) 1）擬定軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 Ⅰ段安裝調(diào)心滾子軸承。軸承型號(hào) 3517，尺寸36508???BDd 取軸段直徑 md1 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離 軸承距箱體內(nèi)壁 則：,10??,5ms?sBL5361???? Ⅱ段做成齒輪軸,軸段長(zhǎng)度 mL2 Ⅲ段取齒輪右端軸肩高度 采用花鍵軸.軸段長(zhǎng),4h?mL1783? Ⅳ段用于裝軸承，選用調(diào)心滾子軸承 3518，尺寸 ，取軸段直徑 軸段長(zhǎng)4069??BDd ,903md? 。l5140?? 2）軸上零件的周向定位 齒輪 3 采用花鍵聯(lián)結(jié)，花鍵適用于載荷較大和定心精度要求較高 的靜聯(lián)接和動(dòng)聯(lián)接，它的鍵齒多，工作面總接觸面積大，承載能力高， 它的鍵布置對(duì)稱(chēng)，軸、轂受力均勻，齒槽淺，應(yīng)力集中較小，對(duì)軸和 輪轂的消弱小。 軸承與軸的周向定位采用過(guò)渡配合保證的，因此軸段直徑公差取 為 .6K 軸端倒角 ??452 5.軸的強(qiáng)度效核： 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖： 2） 求支反力： 水平面： ??????NFFRttHB 8.17490638/316843 ??????? NRHBttA2.754?? aT()901638 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 26 頁(yè) 垂直面： ??????NFFRrrVB 6409138/316)8(43 ??????? NRVBrA.274? 3） 計(jì)算彎矩，繪彎矩圖 水平彎矩：圖（b）所示 mRMHAC ?????6.295483.75683 NBD1701490 垂直面彎矩：圖（c）所示 VAC ???????3.298.27683 mRMBD5140409 合成彎矩：圖（d）所示 mNCHVC ?????? 6703.6293.2722 DD 19858140 4) 扭矩： mNT?35 mN????? 9626.0? 5） 計(jì)算當(dāng)量彎矩：圖（f）所示 MCa ??732??TCa ????206537195602左 mNDD ?.84822?左 mNa ?右 顯然 D 處為危險(xiǎn)截面，故只對(duì)該處進(jìn)行強(qiáng)度效核 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表 4－1 得 2/650B?? 由 得 ?????WMDa 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 27 頁(yè) 取??2/65~81.09. mNB?????2/60mN??3333 .917..2dW?? <2/5.8.916754NMDa?????2/60N?? 6.安全系數(shù)效核計(jì)算： 1）確定參數(shù) 由前述計(jì)算可知： mT?1.325 NMDa?784 3.96W in/213rn 抗扭截面模量： 3336.1825497.0.6md?????? 2）計(jì)算應(yīng)力參數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 2/5.8mNa? 因彎矩為對(duì)稱(chēng)循環(huán)，故彎曲平均應(yīng)力 0? 扭剪應(yīng)力幅 23 /9.861254WTa??? 因轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)，故扭剪平均應(yīng)力 2/.mNa?? 3）確定影響系數(shù) 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 4－1 查得 ， 212/30,/650mNNB????? 2/5?? 軸肩圓角處得有效應(yīng)力集中系數(shù) ??K, 根據(jù) 9.85/6./dr 071D 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 28 頁(yè) 由表 4－5 經(jīng)插值可得： 02.??k36.1??k 尺寸系數(shù) 、??? 根據(jù)軸截面為圓截面查圖 4－18 得： ＝0.75 =0.85???? 表面質(zhì)量系數(shù) 、 ??? 根據(jù) 和表面加工方法為精車(chē)，查圖 4－19，得2/650mNB??? ＝ ＝0.88。材料彎曲扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) 、? ??? 取 ＝0.1 ＝0.5 =0.05???? 可得： 24.501.3.280.1 ???????maKS?? 3.9..651??a??? ??8.1~582.43.124.2 ??????SSSC?? 所以強(qiáng)度足夠。 3.3.2 軸 4 的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核 1.選擇軸的材料 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 2.軸徑的初步估算 由表 4－2 取 A＝115， 可得mnpAd2.93.5671341 ????? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2007 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 29 頁(yè)軸 四 示 意 圖 3.求作用在齒輪上的力 Ⅳ軸上大