900kw電牽引采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)含6張CAD圖

900kw電牽引采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)含6張CAD圖,kw,牽引,采煤,設(shè)計(jì),cad 摘 要 900kw電牽引采煤機(jī)是一種大功率無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)，該采煤機(jī)適用于緩傾斜的中硬煤層，它與刮板輸送機(jī)液壓支架等配套使用，該采煤機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)采用直齒傳動(dòng)系統(tǒng)，在能夠承受足夠載荷的情況下，節(jié)約成本，降低維護(hù)的難度。 本次設(shè)計(jì)中主要是針對(duì)采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)，為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求是以MGTY400/900-3.3D型電牽引采煤機(jī)的牽引部為設(shè)計(jì)對(duì)象，采煤機(jī)的牽引部主要是由牽引機(jī)構(gòu)和牽引部傳動(dòng)裝置組成，其中傳動(dòng)裝置中的減速箱是由兩級(jí)直齒輪減速以及兩級(jí)行星齒輪減速組成，其主要作用是將電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速降低從而使扭矩增大，最后驅(qū)動(dòng)行走部帶動(dòng)采煤機(jī)沿著工作面前進(jìn) 。設(shè)計(jì)任務(wù)主要有首先初步確定方案，確定了方案之后查閱各種資料對(duì)牽引部的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，完成關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)減速箱的齒輪、軸、軸承、花鍵等零部件的選型和校核以及完成了摩擦制動(dòng)器、行走箱、牽引部減速箱的設(shè)計(jì)等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該正確的利用設(shè)計(jì)手冊(cè)，實(shí)事求是的計(jì)算，確保計(jì)算中數(shù)字的準(zhǔn)確性，培養(yǎng)我們獨(dú)立思考認(rèn)真解決問(wèn)題的能力，以此來(lái)達(dá)到此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的。 關(guān)鍵詞：采煤機(jī)：牽引部：減速箱：齒輪：行星輪  Abstract MG400/900-WD shearer is a kind of high-power chainless electric haulage shearer, which is suitable for medium-hard coal seams with gentle inclination, and it is used together with scraper conveyor hydraulic support and so on. The mechanical transmission adopts a straight-toothed transmission system, which can save costs and reduce the difficulty of maintenance when it can withstand sufficient loads. In this design, the design of the hauling section of the shearer is mainly used. The traction section of the shearer is mainly composed of a traction mechanism and a traction section transmission device. The gear box in the transmission device is decelerated by two-stage spur gears and has two stages. The planetary gears are decelerated and their main function is to reduce the output speed of the motor to increase the torque. Finally, the driving unit drives the shearer to advance along the working surface. The design task is mainly to first determine the program, determine the program after consulting various data on the traction drive system design, gearbox, shaft, bearings, splines and other parts of the gearbox selection and verification, etc. In the design process, the design manual should be used correctly and the calculation of seeking truth from facts should be done to ensure the accuracy of the numbers in the calculations. We must cultivate our ability to think independently and solve problems in a serious manner so as to achieve the purpose of this graduation project. Keywords: shearer： traction ：section gearbox ：gear ：planetary gear  目 錄 摘 要 i Abstract ii 1 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 采煤機(jī)概述 2 1.3 采煤機(jī)的發(fā)展史 3 1.3.1 國(guó)外采煤機(jī)的發(fā)展歷程 3 2 900kw電牽引采煤機(jī)概述 6 2.1 900kw電牽引采煤機(jī)選用 6 2.2 采煤機(jī)的概述 7 2.3 采煤機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù) 7 2.4 采煤機(jī)的設(shè)計(jì)目的 9 3 MG400/900-WD電牽引采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì) 9 3.1 牽引部的概述 9 3.2 確定采煤機(jī)牽引部的傳動(dòng)方案 10 3.2.1 設(shè)計(jì)的原則 10 3.2.2 傳動(dòng)方案的確定 11 3.2.3 牽引部電動(dòng)機(jī)的選用 12 3.2.4 牽引部傳動(dòng)比的分配 13 3.2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、功率和扭矩的計(jì)算 14 3.3 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 16 3.3.1 高速級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 16 3.3.2 低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì) 25 3.4 NGW型二級(jí)行星齒輪減速器 34 3.4.1 高速級(jí)設(shè)計(jì) 34 3.4.2 低速級(jí)計(jì)算 42 3.5 軸的設(shè)計(jì) 50 3.5.1 惰輪軸的設(shè)計(jì) 50 3.5.2 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 50 3.5.3 Ⅱ軸的設(shè)計(jì) 55 3.5.4 Ⅲ軸的設(shè)計(jì) 58 3.5.5 高速級(jí)行星軸組的校核 59 3.5.6 低速級(jí)行星軸組的校核 60 3.6 花鍵的校核 61 3.6.1 軸Ⅰ與電機(jī)之間花鍵校核 61 3.6.2 軸Ⅲ與齒輪之間花鍵的校核 62 4. 牽引部的總體 63 4.1 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 63 4.2 牽引電動(dòng)機(jī) 63 4.3 液壓制動(dòng)器 65 4.4 滑靴組架 66 4.5 調(diào)高油缸 66 5 采煤機(jī)的安裝及使用維護(hù) 66 5.1 采煤機(jī)的安裝 66 5.2 采煤機(jī)的使用及維護(hù) 68 5.3 采煤機(jī)的安全操作 69 6 小結(jié) 70 7 致謝 78 參考文獻(xiàn) 79 v 1 緒論 1.1 概述 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)進(jìn)程的發(fā)展，機(jī)械化滲透到各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)中，使得生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)精度大幅度的提高。煤炭是我國(guó)更是我省重要的能源，采煤綜合機(jī)械化對(duì)于加快采煤效率，加速我國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)，采煤綜合機(jī)械化開(kāi)采效率高、成本低、還能減輕工人的體力勞動(dòng)，減少對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)，采煤機(jī)及配套設(shè)備可以直接進(jìn)行井下開(kāi)采工作，因此采煤機(jī)在開(kāi)采工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化采煤不僅產(chǎn)量大、效率高、成本低、而且能減輕笨重的體力勞動(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。 國(guó)內(nèi)從90年代初已逐步停止研究開(kāi)發(fā)液壓牽引采煤機(jī)，將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向電牽引采煤機(jī)，電牽引替代液壓牽引，交流調(diào)速代替直流調(diào)速已成為國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展方向。當(dāng)今采煤機(jī)特點(diǎn)有：裝機(jī)功率不斷增加，為了滿(mǎn)足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤且高強(qiáng)度、高性能的需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機(jī)，其裝機(jī)功率（包括截割功率和牽引功率）均在不斷加大，新型電牽引采煤機(jī)總功率已達(dá)1500－2000kW，裝備了以微型電子計(jì)算機(jī)為核心的電控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的信息處理技術(shù)和傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，牽引電機(jī)功率90－110kW，最大牽引力達(dá)到800kN以上，最大牽引速度達(dá)到30米/分以上，設(shè)備生產(chǎn)能力達(dá)到了3000噸/小時(shí)以上。電機(jī)橫向布置總體結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，近年來(lái)，我國(guó)基本停止了截割電機(jī)縱向布置采煤機(jī)的研制，新研制的采煤機(jī)中已廣泛采用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步發(fā)展中高壓供電系統(tǒng)，隨著采煤機(jī)裝機(jī)功率和截割電機(jī)功率的大幅度提高，為減少輸電線路損耗，提高供電質(zhì)量和電機(jī)工作性能，在中高電壓供電系統(tǒng)及設(shè)備研究方面進(jìn)行了大量工作。1000kW左右的電牽引采煤機(jī)已采用3300V供電系統(tǒng)及設(shè)備?？刂葡到y(tǒng)日趨完善，采煤機(jī)電氣控制功能逐步齊全，可靠性不斷提高，在通用性、互換性和集成化等方面有較大進(jìn)步，開(kāi)發(fā)出了可靠的防爆全中文界面的PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)功能，以及故障記憶和診斷功能。滾筒截深不斷增大，目前已由630mm增至800mm～1000mm。采煤機(jī)的可靠性將成為國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)越來(lái)越重要的性能指標(biāo)，通過(guò)上述研究，提高交流電牽引采煤機(jī)的可靠性、安全性、可維護(hù)性、自動(dòng)性程度及設(shè)備的可利用率，為實(shí)現(xiàn)順槽以及地面控制奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)，使我國(guó)電牽引采煤機(jī)研制技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為我國(guó)雙高綜采工作面和雙高礦井的建設(shè)，提供技術(shù)先進(jìn)、性能可靠的滾筒采煤機(jī)為我們今后努力的方向。 1.2 采煤機(jī)概述 采煤機(jī)主要是由電動(dòng)機(jī)、截割部、牽引部、操作控制系統(tǒng)以及附屬裝置等四大部分組成。 （1）電動(dòng)機(jī)是為采煤機(jī)提供動(dòng)力的裝置。 （2）采煤機(jī)的截割部主要是由搖臂、減速箱、滾筒和弧形擋板等組成，截割部的作用主要是進(jìn)行傳遞動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層的截割以及破碎等主要功能，截割部上裝有截齒能夠?qū)⒚禾繌拿簩由掀扑橄聛?lái)以及具備裝煤的功能。 （3）采煤機(jī)牽引部主要由兩大部分組成分別是牽引機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)裝置，其主要作用是對(duì)牽引采煤機(jī)沿著工作面前進(jìn)以完成工作過(guò)程中的采煤作業(yè)以及停車(chē)時(shí)的調(diào)動(dòng)作業(yè)。 （4）操作控制系統(tǒng)主要是由單片機(jī)、變頻器以及遙控系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠在震動(dòng)、粉塵、瓦斯等礦山環(huán)境下作業(yè)。 （5）采煤機(jī)的附屬裝置： ①調(diào)高和調(diào)斜裝置，調(diào)高裝置能夠在采煤過(guò)程中適應(yīng)煤層的厚度來(lái)調(diào)節(jié)搖臂高度，調(diào)斜是能夠適應(yīng)底板沿著煤層走勢(shì)的起伏變化，而使得采煤機(jī)沿著縱軸擺動(dòng)的動(dòng)作。 ②噴霧降塵裝置主要有內(nèi)噴霧和外噴霧兩種，噴霧降塵裝置的作用是將水經(jīng)過(guò)加壓后通過(guò)噴嘴以霧狀的形式擴(kuò)散出來(lái)，將粉塵與工作人員有效的隔離開(kāi)，達(dá)到了降塵的效果，同時(shí)還可以對(duì)電動(dòng)機(jī)，牽引部整體進(jìn)行降溫，確保機(jī)器的正常工作。 ③當(dāng)采煤工作面的傾角大于采煤機(jī)的自鎖傾角時(shí)，為了防止在采煤過(guò)程中以及停車(chē)時(shí)發(fā)生滑車(chē)等事故，所以必須安裝有防滑裝置，確保工作過(guò)程的安全。 ④電纜拖移裝置是用來(lái)將電纜和水管等放在電纜拖移鏈中，使得電纜盒水管能夠隨著采煤機(jī)的移動(dòng)而移動(dòng)，避免了對(duì)電纜和水管的拖拽。 1.3 采煤機(jī)的發(fā)展史 1.3.1 國(guó)外采煤機(jī)的發(fā)展歷程 采煤機(jī)在開(kāi)采煤炭資源中起著極為重要的作用，采煤機(jī)的機(jī)械化才真正代表著采煤技術(shù)的發(fā)展。 機(jī)械化采煤始于上世紀(jì)40年代初期，當(dāng)時(shí)工業(yè)較為發(fā)達(dá)的蘇聯(lián)與英國(guó)先后研制出了第一代機(jī)械化采煤機(jī)，第一代采煤機(jī)牽引部采用鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，耗能大，采煤效率低，由于工作面輸送機(jī)不能自移，生產(chǎn)效率較低對(duì)資源的浪費(fèi)也比較大。 50年代初期，工業(yè)的進(jìn)步推動(dòng)了采煤機(jī)機(jī)械化的發(fā)展，英國(guó)和德國(guó)開(kāi)創(chuàng)了滾筒采煤機(jī)的先河，同時(shí)也生產(chǎn)出了單體液壓支柱以及可彎曲刮板輸送機(jī)等與采煤機(jī)配套使用的機(jī)械設(shè)備，當(dāng)時(shí)自移式液壓支架技術(shù)正在研發(fā)，但是還沒(méi)有正式投產(chǎn)，因此當(dāng)時(shí)的綜采技術(shù)尚在起步階段。 20世紀(jì)60年代發(fā)展了綜合采煤技術(shù)。由于原先經(jīng)驗(yàn)的積累，以及自移式液壓支架的研發(fā)較成熟，給綜采技術(shù)的發(fā)展提供了很大的進(jìn)步，60年代初期生產(chǎn)出了第二代采煤機(jī)，第二代采煤機(jī)解決了在第一代采煤機(jī)中不能調(diào)整采高的難題，將滾筒安裝在搖臂上，使得開(kāi)采范圍變大，對(duì)資源充分地利用，提高了開(kāi)采的效率，也提高了采煤機(jī)對(duì)地形的適應(yīng)能力。1964年，第三代采煤機(jī)問(wèn)世，該采煤機(jī)采用雙搖臂滾筒，進(jìn)一步提高了開(kāi)采效率。隨著采煤機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其配套設(shè)備的研發(fā)也進(jìn)一步的完善，其中可彎曲刮板輸送機(jī)以及自移式液壓支架的技術(shù)的進(jìn)一步完善，把綜采技術(shù)推向了一個(gè)更高的水平，當(dāng)時(shí)的綜采技術(shù)使得開(kāi)采更加高效，便捷，高產(chǎn)，安全。 20世紀(jì)70年代，由于之前綜采技術(shù)的不斷發(fā)展展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)使得綜采機(jī)械受到各國(guó)的青睞，在此基礎(chǔ)上綜采技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，開(kāi)始向高效、大功率以及對(duì)各種地形的適應(yīng)性等方向發(fā)展。70年代初期適用于大功率，大傾角采煤機(jī)的無(wú)鏈牽引系統(tǒng)問(wèn)世。1976年德國(guó)生產(chǎn)出了第四代采煤機(jī)，該采煤機(jī)采用的牽引方式為電牽引，采煤機(jī)的牽引方式完成了機(jī)械牽引，液壓牽引到電牽引的變革，電牽引調(diào)速方便，適應(yīng)性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，廣泛的應(yīng)用到采煤機(jī)牽引系統(tǒng)。 1976年West Germany Ekoff公司研發(fā)出了世界上第一臺(tái)直流電牽引采煤機(jī)，該采煤機(jī)的型號(hào)為EDW-150-2L。該采煤機(jī)就是電牽引與采煤機(jī)的第一次結(jié)合，它顯示出了電牽引的優(yōu)越性，使得開(kāi)采效率高、產(chǎn)量大、安全系數(shù)高、故障率小，充分得到煤炭行業(yè)的認(rèn)可，接下來(lái)美國(guó)Joy（久益）公司研發(fā)出了1LS直流電牽引采煤機(jī)，后來(lái)隨著采煤機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼研發(fā)出了2LS、3LS、4LS等系列，目前我國(guó)引進(jìn)的7LS6是LS系列中性能最完善、采高范圍最大以及裝機(jī)功率最大的采煤機(jī)。隨后多數(shù)國(guó)家都將電牽引應(yīng)用到采煤機(jī)中。日本三井三池在1986年研制出了世界上第一臺(tái)交流電牽引采煤機(jī)，該采煤機(jī)的型號(hào)為MCL400-DR6868。 各國(guó)對(duì)采煤機(jī)研究的順序都是先研發(fā)直流電牽引采煤機(jī)，技術(shù)較為成熟之后發(fā)展交流調(diào)速電牽引采煤機(jī)。其中直流電牽引能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速平穩(wěn)，能夠適應(yīng)傾角較大的工作面，能夠四象限運(yùn)行，能夠能滿(mǎn)足恒扭矩-恒功率的要求，但是直流電牽引度過(guò)載負(fù)載小，機(jī)身外形尺寸大，而交流電牽引調(diào)速方便、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠度高過(guò)載能力大。因此交流電牽引以及交流伺服系統(tǒng)為后來(lái)采煤機(jī)發(fā)展的方向。 (2)國(guó)內(nèi)采煤機(jī)發(fā)展歷程 我國(guó)于上世紀(jì)八十年代從德國(guó)、英國(guó)、波蘭等引進(jìn)了液壓采煤機(jī)，便開(kāi)始發(fā)展采煤機(jī)技術(shù)，開(kāi)始自己研發(fā)創(chuàng)新，在90年代初期我國(guó)掌握了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的交流變頻電牽引采煤技術(shù)，2005年我國(guó)初步掌握了大采高和大功率擦煤機(jī)技術(shù)，并進(jìn)行研發(fā)。目前我國(guó)已經(jīng)研制生產(chǎn)出了MGTY（太原）系列和MG（西安）交流變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)等，是我國(guó)采煤機(jī)電牽引技術(shù)更進(jìn)一步的走向成熟。隨著采煤機(jī)技術(shù)的發(fā)展，與采煤機(jī)排條的設(shè)備也相應(yīng)的發(fā)展起來(lái)，如掘進(jìn)機(jī)械、支護(hù)設(shè)備、供電設(shè)備等都得到了很快的發(fā)展。今后采煤機(jī)的發(fā)展方向?yàn)椋圆擅簷C(jī)為主體同時(shí)發(fā)展其配套設(shè)備，使得開(kāi)采工作達(dá)到高產(chǎn)、高效、經(jīng)濟(jì)、安全的目的，使得操作向智能化方向發(fā)展，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最后達(dá)到無(wú)人工作采煤，提高采煤機(jī)對(duì)各種地形的適應(yīng)性，完善采煤機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高采煤行業(yè)的發(fā)展。 從我國(guó)引進(jìn)國(guó)外技術(shù)到自行研發(fā)生產(chǎn)，我國(guó)采煤機(jī)技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在國(guó)際采煤機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)具有舉足輕重的作用自主研發(fā)出了開(kāi)采范圍1.1～1.5的滾筒式采煤機(jī)系列產(chǎn)品，采煤機(jī)的有些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先地位，縱觀我國(guó)采煤機(jī)市場(chǎng)與國(guó)外擁有先進(jìn)生產(chǎn)水平的采煤機(jī)制造商對(duì)比，我國(guó)的采煤機(jī)械質(zhì)量還存在一些如下的問(wèn)題： ①采煤機(jī)械的某些零部件的加工精度不夠高致使采煤機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性較差，使得在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。 ②中國(guó)最先是引進(jìn)國(guó)外的采煤機(jī)技術(shù)，然后對(duì)其技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)然后漸漸的深入研究，因此還沒(méi)有抓住采煤機(jī)的核心技術(shù)，因此我國(guó)在這方面還需要進(jìn)一步的發(fā)展。 ③產(chǎn)品的制造工藝以及檢測(cè)手段不夠先進(jìn)，由于加工設(shè)備的落后導(dǎo)致加工出來(lái)的零件達(dá)不到所需要的精度值。 ④產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念差距較大，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家大多是追求技術(shù)應(yīng)用，而忽視了理論基礎(chǔ)的研究，但是在國(guó)外注重的是理論基礎(chǔ)的研究，在制造產(chǎn)品的同時(shí)注重理論設(shè)計(jì)的支撐。 在采煤機(jī)行業(yè)我國(guó)于具有先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家還有一定的差距，為了趕上并超出發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的技術(shù)，我們需要從最根本的理論開(kāi)始研究，是采煤機(jī)技術(shù)的核心掌握在我們手中，從機(jī)器的材料、制造工藝、加工方法以及裝配等一系列的研究都重視起來(lái)，才能夠在采煤機(jī)行業(yè)有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。 2 900kw電牽引采煤機(jī)概述 2.1 900kw電牽引采煤機(jī)選用 MGTY400/900-3.3D型電牽引采煤機(jī)是一種多電機(jī)橫向布置，采用機(jī)載式交流變頻無(wú)極調(diào)速的強(qiáng)力鏈軌牽引新型電牽引采煤機(jī)。 該采煤機(jī)型號(hào)：MGTY400/900-3.3D 型號(hào)含義：M—采煤機(jī) G—滾筒式 400/900—截割電機(jī)功率（Kw）/裝機(jī)總功率（Kw） 3.3—供電電壓（3300V） D—電牽引 1.2 組成 采煤機(jī)由搖臂，滾筒，牽引傳動(dòng)箱，外牽引，泵站，高壓箱，控制箱，調(diào)高油缸，主機(jī)架，輔助部件，電器系統(tǒng)及附件等部件組成，整機(jī)外形見(jiàn)下圖1-1。 1.截割滾筒2.搖臂3.電氣系統(tǒng)及其附件4.外牽引5.牽引傳動(dòng)箱 6.泵站7.輔助部件8.高壓控制箱9.牽引控制箱10.主機(jī)架11.調(diào)高油缸 圖1.1整機(jī)外形  2.2 采煤機(jī)的概述 1 特點(diǎn) 采煤機(jī)主要特點(diǎn)是總體結(jié)構(gòu)為多電機(jī)橫向布置，牽引方式為機(jī)載式交流變頻無(wú)級(jí)調(diào)速銷(xiāo)軌式無(wú)鏈牽引，電源電壓為3300伏，單電纜供電，以計(jì)算機(jī)操作、控制并能中文顯示運(yùn)行狀態(tài)、故障檢測(cè)。下面是該機(jī)型一些與其它機(jī)型不同之處以及其本身的特點(diǎn)： (1)主機(jī)架為分體框架式焊接結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度大、剛性好，各部件的安裝均可單獨(dú)進(jìn)行，部件間沒(méi)有動(dòng)力傳遞和連接，該機(jī)上所有切割反力、牽引力、采煤機(jī)的限位、導(dǎo)向作用力均由主機(jī)架承受。 （2）牽引采用銷(xiāo)軌式無(wú)鏈牽引系統(tǒng)，牽引力大，工作平穩(wěn)可靠，使采煤機(jī)能適應(yīng)底板起伏較大的工作面。 （3）采用機(jī)載式交流變頻無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，提高了牽引速度和牽引力。 （4）采用計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，對(duì)運(yùn)行狀態(tài)隨時(shí)檢測(cè)顯示，顯示內(nèi)容全部中文顯示，適應(yīng)國(guó)內(nèi)煤礦使用。 MG400/900-WD型電牽引采煤機(jī)是采用YBQYS-40型防爆三相異步電動(dòng)機(jī)，由多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并采用側(cè)抽式結(jié)構(gòu)的新型采煤機(jī)。該采煤機(jī)的型號(hào)為MG400/900-WD該型號(hào)的含義為 M—采煤機(jī) G—滾筒式 400/900—400含義為截割電機(jī)功率、900含義為裝機(jī)總功率（kW） W—牽引機(jī)構(gòu)為無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) D—傳動(dòng)裝置為電牽引傳動(dòng)裝置 該采煤機(jī)主要由四大部分組成其分別是電動(dòng)機(jī)、牽引部、截割部以及附屬裝置。 2.3 采煤機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)  下表即為采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)參數(shù)表2.1 序號(hào) 名稱(chēng) 參數(shù) 1 采高范圍m 2.2～3.5 2 機(jī)面高度mm 1593 3 適應(yīng)煤層傾角 ≤25° 4 適應(yīng)煤層硬度 f≤4 5 裝機(jī)總功率KW 900 6 供電源電壓V 3300 7 搖臂長(zhǎng)度mm 2168 8 搖臂擺角 上擺角度(°) 32.92° 下擺角度(°) 23.13° 9 截 割 電 機(jī) 功率KW 2×300 轉(zhuǎn)速r/min 1480 電壓V 3300 冷卻方式 水冷 10 滾筒轉(zhuǎn)速r/min 32.7 11 截割速度m/S 3.1 12 滾筒直徑mm 1800 13 滾筒截深mm 800 14 降塵方法 內(nèi)、外噴霧 15 牽引形式 交流變頻無(wú)級(jí)調(diào)速銷(xiāo)排式無(wú)鏈牽引 16 調(diào)速范圍Hz 3～50～83 17 牽引傳動(dòng)比 310.5 18 截割傳動(dòng)比 41.45 19 牽 引 電 機(jī) 功率kw 2×40 轉(zhuǎn)速r/min 0～1472～2455 電壓V 380 冷卻方式 水冷 20 牽引速度m/min 0～9～15 21 牽引力KN 350～580 22 牽引中心距mm 6320 23 搖臂回轉(zhuǎn)中心距mm 7520 24 滾筒最大中心距mm 11858 25 主機(jī)架長(zhǎng)度mm 8125 26 泵 站 電 機(jī) 功率kw 20 轉(zhuǎn)速r/min 1465 電壓V 380 冷卻方式 水冷 27 調(diào)高泵額定壓力MPa 20 28 調(diào)高泵排量ml/r 20.9 29 制動(dòng)器壓力MPa 2 30 最大臥底量mm 250 31 總重t 52 32 運(yùn)輸機(jī)型號(hào)：SGZ880、630  2.4 采煤機(jī)的設(shè)計(jì)目的 1. 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的應(yīng)用與鞏固，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中掌握煤礦機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中的步驟及其注意事項(xiàng)，初步掌握解決煤礦機(jī)械在生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題，為以后的工作打下基礎(chǔ)。 2.根據(jù)題目給出的條件，通過(guò)傳動(dòng)方案的制定，正確的使用設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料，獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)采煤機(jī)牽引部，再設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)采煤機(jī)械的設(shè)計(jì)又一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)和掌握，以及培養(yǎng)認(rèn)真思考問(wèn)題的習(xí)慣和學(xué)會(huì)尋找解決問(wèn)題的方法。 研究目標(biāo): 根據(jù)所給設(shè)計(jì)參數(shù)和工作環(huán)境的要求，進(jìn)行采煤機(jī)牽引部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求和工作要求。 研究?jī)?nèi)容: 總體設(shè)計(jì)完整、圖紙表達(dá)清晰、標(biāo)注采用國(guó)家最新標(biāo)準(zhǔn)；完成整機(jī)裝配圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)方案確定最優(yōu)化；完成部件圖設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；完成零件圖設(shè)計(jì) (1)完成電牽引滾筒采煤機(jī)牽引部總裝配結(jié)構(gòu)圖繪制； (2)完成電牽引滾筒采煤機(jī)牽引部關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)圖繪制（包括齒輪組件）； (3)完成電牽引滾筒采煤機(jī)牽引部零件圖繪制（包括傳動(dòng)軸的零件加工圖等的設(shè)計(jì)）。 3 MG400/900-WD電牽引采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì) 3.1 牽引部的概述 采煤機(jī)牽引部的功能是為采煤機(jī)在采煤過(guò)程中提供動(dòng)力，是采煤機(jī)能夠沿著采煤工作面前進(jìn)以實(shí)現(xiàn)采煤作業(yè)中標(biāo)的移動(dòng)或停車(chē)時(shí)得調(diào)動(dòng)作業(yè)，而影響采煤機(jī)工作的質(zhì)量和效率的直接因素就是牽引速度的大小和穩(wěn)定性，所以說(shuō)牽引部是采煤機(jī)中的重要部件。 牽引部主要由兩大部分組成，分別是牽引部傳動(dòng)裝置和牽引機(jī)構(gòu)。牽引部的傳動(dòng)裝置的作用就是通過(guò)減速器將電動(dòng)機(jī)的速度降低從而增大扭矩達(dá)到牽引采煤機(jī)前進(jìn)的目的，此次設(shè)計(jì)采用的是電牽引，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度來(lái)改變牽引速度，電牽引與液壓牽引和機(jī)械牽引有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，電牽引克服了液壓牽引會(huì)由于液壓油的污染而導(dǎo)致傳動(dòng)效率降低的缺點(diǎn)，也不會(huì)受溫度變化的影響，電牽引也克服了機(jī)械牽引不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的缺點(diǎn)，它還具有效率高、壽命長(zhǎng)、維護(hù)工作量小、還能使采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸減小，因此采用電牽引。 牽引機(jī)構(gòu)與牽引裝置使采煤機(jī)沿著采煤工作面移動(dòng)。牽引機(jī)構(gòu)安裝于采煤機(jī)的內(nèi)部為內(nèi)牽引，安裝于采煤機(jī)的工作面兩端為外牽引。一般情況下都為內(nèi)牽引，而且隨著生產(chǎn)的進(jìn)步，產(chǎn)量的增大，適用于大功率和大傾角的無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)已經(jīng)逐漸取代了有鏈牽引機(jī)構(gòu)。 3.2 確定采煤機(jī)牽引部的傳動(dòng)方案 3.2.1 設(shè)計(jì)的原則 在設(shè)計(jì)過(guò)程中的要求有： （1）傳動(dòng)比要求大。在此次設(shè)計(jì)中電機(jī)轉(zhuǎn)速最大可以達(dá)到2455r/min，而牽引速度最大為15m/s，則傳動(dòng)比會(huì)達(dá)到163.3，減速級(jí)數(shù)應(yīng)該在3～5級(jí)，如此大的傳動(dòng)比就需要多級(jí)減速，因此減速箱的體積就會(huì)增大，從而使得制造成本加大，為了減小體積，英愛(ài)選擇可以調(diào)速的電機(jī)，這樣傳動(dòng)比就可以相對(duì)的減小。 （2）有足夠大的牽引力。由于采煤機(jī)特殊的工作環(huán)境，在井下需要有很大的牽引力來(lái)驅(qū)動(dòng)行走箱前進(jìn)而順利工作。 （3）有完善的制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)確保安全。為了降低采煤機(jī)在工作過(guò)程中的故障率，采煤機(jī)應(yīng)該設(shè)計(jì)有檢測(cè)與診斷故障的系統(tǒng)。 （4）能夠?qū)崿F(xiàn)減速器無(wú)極調(diào)速。在井下工作時(shí)，負(fù)載會(huì)隨著煤層環(huán)境的變化而變化。因此需要減速器能夠達(dá)到無(wú)極調(diào)速的目的，可以采用電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)次功能。 （5）能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)。可以通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)此要求，并且配合制動(dòng)器的選用來(lái)減小減速器在正反轉(zhuǎn)過(guò)程中帶來(lái)的沖擊。 （6）減速器各個(gè)零件在選材過(guò)程中應(yīng)該保證足夠的強(qiáng)度，滿(mǎn)足工作要求，盡量減少采煤機(jī)的故障率，從而降低維護(hù)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)率。 （7）牽引部的減速器中應(yīng)該設(shè)有惰輪。這是為了保證牽引部有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。（8）考慮到采煤機(jī)在井下工作的環(huán)境，由于采煤機(jī)工作環(huán)境的特殊性，因此牽引部的穩(wěn)定性就顯得很重要。 （9）在滿(mǎn)足以上要求的情況下，盡可能的使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，是零部件標(biāo)準(zhǔn)化系列化，以便維護(hù)修理。 3.2.2 傳動(dòng)方案的確定 根據(jù)此次設(shè)計(jì)的要求，提出了以下幾種解決方案 方案一 采用四級(jí)圓柱齒輪減速器。 方案二 采用兩級(jí)圓柱齒輪減速以及一級(jí)行星齒輪減速，下圖為該方案的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-1； 圖3-1 方案二 方案三 采用兩級(jí)直齒輪與兩級(jí)行星齒輪減速相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的目的，并安裝有惰輪來(lái)調(diào)節(jié)中心距使得個(gè)零件之間不會(huì)互相干涉，簡(jiǎn)圖如圖3-2； 圖3-2方案三 以上一共提出了三種方案，牽引部減速器的傳動(dòng)比達(dá)到了200左右，因此不適合選用圓柱齒輪傳動(dòng)，圓柱齒輪傳動(dòng)會(huì)使得減速器的體積增大，加大成本，因此不選擇方案一；在方案二中選用了行星齒輪傳動(dòng)充分發(fā)揮了其體積小傳動(dòng)比大的優(yōu)勢(shì)，使得整體體積大大減小。但是還存在的問(wèn)題是，由于沒(méi)有惰輪，可能會(huì)出現(xiàn)零件之間的 的干涉，故不選用方案二。在方案三種選用了采用兩級(jí)直齒輪與兩級(jí)行星齒輪減速相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的目的，并安裝有惰輪來(lái)調(diào)節(jié)中心距使得個(gè)零件之間不會(huì)互相干涉，同時(shí)，行星齒輪機(jī)構(gòu)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、承載能力大、運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。并且能夠大大降低傳動(dòng)的級(jí)數(shù)，因此此次設(shè)計(jì)中選方案三為最終方案。 3.2.3 牽引部電動(dòng)機(jī)的選用 設(shè)計(jì)要求牽引部的功率為40kw，我們根據(jù)礦井電機(jī)的具體工作環(huán)境，采用的電機(jī)應(yīng)該具備防爆和防電火花的特性，以保證在井下有爆炸危險(xiǎn)的煤層氣和瓦斯等氣體的空氣中作業(yè)的安全性，而且電機(jī)應(yīng)該工作可靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，負(fù)載能力強(qiáng)，所以采用防爆異步電動(dòng)機(jī)，最終考慮各方面因素，選取的電動(dòng)機(jī)的性能以及主要參數(shù)如下 該電機(jī)采用隔爆型式是礦用隔爆型，其防爆標(biāo)志為Exdl。 主要技術(shù)參數(shù)如下表3-1； 表3-1電機(jī)參數(shù) 型號(hào) YBQYS-40B 工作表 功率(KW) 40 接法 Y 極數(shù) 4 絕緣等級(jí) F 額定電壓(V) 380 冷卻方式 水套 額定電流(A) 76 冷卻水量（L/min) 20 頻率() 50 冷卻水壓(MPa) ≤1.5 轉(zhuǎn)速(r/min) 0～1472～2455 外形尺寸 3.2.4 牽引部傳動(dòng)比的分配 各級(jí)傳動(dòng)比的分配原則 分配各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比是機(jī)械設(shè)計(jì)中的首要問(wèn)題，分配傳動(dòng)比過(guò)程中需要注意： （1）各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)該在推薦范圍內(nèi)，通過(guò)查表2-1[3]得圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比推薦值為3～6，最大值為10,最后選擇的傳動(dòng)比不應(yīng)該超過(guò)其最大值，從而充分發(fā)揮它的性能，而且使結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該使各級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)合理，尺寸均勻、協(xié)調(diào)。 （3）在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該可能使減速箱的外形尺寸緊湊、質(zhì)量輕，以達(dá)到節(jié)約材料，降低成本的目的。 （4）在設(shè)計(jì)減速箱過(guò)程中，應(yīng)該使得大齒輪的直徑相近，這樣會(huì)使得齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中達(dá)到很好的潤(rùn)滑效果 。 (5)設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算好中心距，防止齒輪在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生干涉。 (6)常用二級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比的分配。設(shè)計(jì)多級(jí)減速器時(shí)，應(yīng)該合理的分配其傳動(dòng)比。各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)減速器的傳動(dòng)比都有規(guī)定，下面是直齒圓柱齒輪傳動(dòng)比的分配方法 ： 對(duì)于兩級(jí)臥式圓柱齒輪減速器，為了在運(yùn)行過(guò)程中能夠很好的潤(rùn)滑，高速級(jí)傳動(dòng)比i1和低速級(jí)傳動(dòng)比i2可按如下方法分配： 展開(kāi)式和分流式：i1=1.1～1.5i2 同軸式：i1=i2 總傳動(dòng)比：i=147710=147.7 傳動(dòng)比的分配：在本方案中采用二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)以二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)減速的目的。在兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)中根據(jù)i1=1.1～1.5i2初步選定i1=3.44，i2=2.55，在行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表14-5-3[2]可知，單級(jí)傳動(dòng)比的最大推薦值為13.7，故此次設(shè)計(jì)中應(yīng)該用兩級(jí)行星輪減速，兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)中分別選擇i1=i2=4.1通過(guò)查表14-5-5得i1=4.5，i2=4.0，通過(guò)計(jì)算得傳動(dòng)比誤差系數(shù)不超過(guò)允許的誤差范圍4%，完全符合要求。 NGW型行星機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如3-3所示； 圖3-3 行星機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3.2.5 傳動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、功率和扭矩的計(jì)算 1）各軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算 Ⅰ軸 n1=1477 r/min Ⅱ軸 n2=14773.44=429.36r/min Ⅲ軸 n3=429.362.55=168.38r/min Ⅳ軸 n4=168.384.5=37.42r/min Ⅴ軸 n5=37.424=9.36r/min 2）功率計(jì)算P Ⅰ軸 P1=Pη2=40×0.99=39.600kW Ⅱ軸 P2=P1η1η2=39.600×0.97×0.99=38.027kW Ⅲ軸 P3=P2η1η2=38.027×0.97×0.99=36.518kW Ⅳ軸 P4=P3η2η3=36.518×0.99×0.98=35.430kW Ⅴ軸 P5=P4η2η3=35.430×0.99×0.98=34.374kW 表3-2 機(jī)械傳動(dòng)的效率概略值 類(lèi)別 代號(hào) 效率 圓柱齒輪傳動(dòng)（閉式） η1 0.96～0.98（0.97） 軸承（滾動(dòng)軸承） η2 0.98～0.995（0.99） 行星機(jī)構(gòu)的效率 η3 0.97～0.99（0.98） （3）各軸的扭矩計(jì)算 Ⅰ軸 T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256.046N·mm Ⅱ軸 T2=9550×P2n2=9550×38.028429.36=845.834N·mm Ⅲ軸 T3=9550×P3n3=9550×36.518168.38=2071.190N·mm Ⅳ軸 T4=9550×P4n4=9550×35.43037.42=9042.130N·mm Ⅴ軸 T5=9550×P5n5=9550×34.3709.36=35067.682N·mm 各軸的轉(zhuǎn)速功率扭矩匯總?cè)鐖D表3-3； 軸 輸出功率/MPa 轉(zhuǎn)速/r/min 輸出轉(zhuǎn)矩/ N·mm Ⅰ 39.600 1477 256.046 Ⅱ 38.028 429.36 845.834 Ⅲ 36.518 168.38 2071.190 Ⅳ 35.430 37.42 9042.130 Ⅴ 34.374 9.36 35067.682 表3-3轉(zhuǎn)速功率扭矩計(jì)算值匯總 3.3 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 3.3.1 高速級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 1.選用高速級(jí)齒輪的傳動(dòng)類(lèi)型、齒數(shù)、模數(shù)、材料以及精度等級(jí) （1）按所選定的方案如圖3-2，減速箱的高速級(jí)傳動(dòng)采用圓柱齒輪傳動(dòng)，取壓力角為20°。 （2）本次設(shè)計(jì)中采煤機(jī)牽引部減速箱為通用的減速器，通過(guò)表10-6[1]查得該減速箱采用8級(jí)精度。 （3）選擇材料。通過(guò)表10-1[1]，將小齒輪以及大齒輪的材料選定為20CrMnTi（調(diào)質(zhì)）齒面硬度為300HBS。 （4）預(yù)先取小齒輪的齒數(shù)為z1=25，通過(guò)傳動(dòng)比計(jì)算得大齒輪齒數(shù)z2=u z1=3.44×25=86，取z2=86。 2．根據(jù)齒輪的接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）通過(guò)式《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（10-11）[1]計(jì)算出小齒輪分度圓直徑，即d1t≥32KHtT1?du+1uZHZEZεσH2 1）確定上述公式中的各參數(shù)值 ①將KHt試選為1.3； ②Ⅰ軸（小齒輪）傳遞的轉(zhuǎn)矩。 T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256.046N·mm ③由于軸承相對(duì)于小齒輪作非對(duì)稱(chēng)布置，通過(guò)表10-7[1]查得齒寬系數(shù)為?d=0.7。 ④由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-20[1]查得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)為ZH=2.5。 ⑤由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-5[1]查得材料系數(shù)為ZE=189.8MPa12。 ⑥通過(guò)式《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（10-9）[1]計(jì)算重合度系數(shù)為Zε αa1=arccosZ1cosαZ1+2ha* =arcos25cos20°25+2×1= 29.531° αa2=arccosZ2cosαZ2+2ha* =arccos86cos20°86+2×1=23.361° εα=Z1tanαa1-tanα'+Z2tanαa2-tanα'2π =25tan29.531°-tan20°+Z2tan23.316 °-tan20°2π=1.732 Zε=4-εα3=4-1.7323=0.871 ⑦計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力σH 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-25d[1]查得大齒輪和小齒輪的接觸疲勞極限都為σHlim1=σHlim2=1000Mpa。 通過(guò)式（10-15）[1]計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N1=60n1jLh=60×1477×1×2×8×300×15=6.381×109 N2=N1u=6.381×109/3.44=1.855×109 通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-23[1]查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90、KHN2=0.93。 將安全系數(shù)S取為1.3，由式（10-14）得 σH1=KHN1σHlim1S=0.90×10001.3=692.307MPa σH2=KHN2σHlim2S=0.93×10001.3=715.384MPa 有機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)可得，在齒輪工作過(guò)程中，接觸疲勞應(yīng)力小的先發(fā)生點(diǎn)蝕、磨損等失效形式，因此選取σH1、σH2中較小的值作為這一對(duì)齒輪傳動(dòng)副的接觸疲勞許用應(yīng)力。即 σH=σH1=692.307MPa （2）試算小齒輪的分度圓直徑 d1t≥32KHtT1?du+1uZHZEZεσH2=32×1.3×2560460.73.44+13.442.5×189.8×0.871692.3072=75.911mm （3）調(diào)整小齒輪的分度圓直徑 （1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH ①計(jì)算小齒輪的圓周速度v。 v=πd1tn160×1000=π×75.911×147760×1000=5.871m/s ②計(jì)算小齒輪的齒寬b。 b=?dd1t=0.7×75.911=53.138mm ③通過(guò)表10-2[1]考慮到采煤機(jī)的井下工作環(huán)境查得使用系數(shù)KA=1.75 ④根據(jù)圖10-8[1]查得動(dòng)載荷系數(shù)為Kv=1.18。 由下述公式計(jì)算的齒輪的圓周力為： Ft1=2T1d1t=2×25604675.911=6745N KAFt1b=1.75×6745/53.138=222.165N/m>100N/m ⑤通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表10-3[1]得齒間載荷分配系數(shù)KHα=1.2。 齒輪的精度為8級(jí)精度、軸承相對(duì)于小齒輪的布置為非對(duì)稱(chēng)布置，通過(guò)表10-4[1]插值法查得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.421。 最后將各個(gè)系數(shù)帶入到公式中得： KH=KAKvKHαKHβ=1.75×1.18×1.2×1.421=3.521 （2）算出實(shí)際載荷系數(shù)之后帶入到式（10-12）[1]可得小齒輪的分度圓直徑如下 d1=d1t3KHKHt=75.911×33.5211.3=105.814mm 計(jì)算出小齒輪的分度圓直徑之后帶入到下式計(jì)算得出小齒輪的模數(shù)得 m=d1z1=105.814/25=4.232mm 3.按齒輪的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》式（10-7）[1]試算小齒輪的模數(shù)，即 mt≥32KFtT1Yε?dz12YFaYsaσF 通過(guò)計(jì)算、查表得出式（10-7）中的各參數(shù)的數(shù)值 ①首先將KFt試選為1.3。 通過(guò)式（10-5）[1]計(jì)算得重合度系數(shù)。 Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.723=0.685 ②通過(guò)查表計(jì)算出YFaYsaσF 通過(guò)《機(jī)械手冊(cè)》圖10-17[1]查得齒形系數(shù)為YFa1=2.65、YFa2=2.22。 通過(guò)圖10-18[1]查得應(yīng)力修正系數(shù)為Ysa1=1.59、Ysa2=1.779。 因?yàn)榇簖X輪以及小齒輪的材料都選用為20CrMnTi,通過(guò)圖10-24d[1]查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限都是σFlim1=σFlim2=920MPa。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-22[1]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85、KFN2=0.88。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-14）[1]得 σF1=KFN1σFlim1S=0.85×9201.4MPa=558.571MPa σF2=KFN2σFlim2S=0.88×9201.4MPa=578.286MPa YFa1Ysa1σF1=2.65×1.59558.571=0.00754 YFa2Ysa2σF2=2.22×1.775578.268=0.00681 因?yàn)樾↓X輪的YFaYsaσF大于大齒輪，所以取YFaYsaσF=YFa1Ysa1σF1=0.00754。 試算模數(shù) mt≥32KFtT1Yε?dz12YFaYsaσF =32×1.3×256046×0.6850.7×2522.65×1.59558.571=1.988mm （2）調(diào)整齒輪模數(shù) （1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF ①圓周速度v d1=mtz1=1.988×25=49.7mm v=πd1n160×1000=π×49.7×147760×1000=3.844m/s ②寬b b=?dd1=0.7×49.7=34.79mm ③高比b/h h=2ha*+c*m=2×1+0.251.988=4.473mm bh=34.794.473=7.78 ④通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-8[1]查得動(dòng)載荷系數(shù)為Kv=1.11。 ⑤由 Ft1=2T1d1=2×25604649.7=10303.661N KAFt1b=1.75×10303.661/34.79=503.482N/m>100N/m ⑥通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-3[1]查得齒間載荷分配系數(shù)為KFα=1.0。 ⑦通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表10-4[1]采用插值法查得KHβ=1.419，與之前計(jì)算的 bh=7.78相結(jié)合，查圖10-13[1]，得到KFβ=1.36。 將上述數(shù)據(jù)都帶入到載荷系數(shù)公式中得到載荷系數(shù)為 KF=KAKvKFαKFβ =1.75×1.11×1.0×1.36=2.6418 （3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》式（10-13）[1]可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù) m=mt3KFKFt=1.988×32.64181.3=2.518mm 由之前的計(jì)算結(jié)果可知，通過(guò)齒輪的兩種失效形式來(lái)設(shè)計(jì)齒輪，兩者計(jì)算的模數(shù)有所差異，根據(jù)接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù)要比按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模數(shù)要大，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)可知，齒輪的模數(shù)主要是由于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的，所以取模數(shù)為2.891mm并將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=4mm。由兩種方法設(shè)計(jì)的分度圓直徑也有所差異，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)得，分度圓直徑主要是取決于齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度，故取小齒輪的分度圓直徑為d=105.814mm。然后計(jì)算出小齒輪齒數(shù)z1=d1m=105.8144=26.4453將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取z1=27，故大齒輪齒數(shù)z2=uz1=3.44×27=92.88,將其圓整為z2=94，z1與z2互為質(zhì)數(shù)。通過(guò)上述方法，同時(shí)考慮到了齒輪的接觸強(qiáng)度和齒輪的彎曲強(qiáng)度，滿(mǎn)足了這兩個(gè)條件就可以盡可能的延長(zhǎng)齒輪的失效期限，在節(jié)約材料的前提下，提高了齒輪的使用壽命。 4 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算出齒輪的分度圓直徑 d1=z1m=27×4=108mm d2=z2m=94×4=376mm （2）計(jì)算出齒輪副的中心距 a=d1+d22=108+3762=242mm （3）計(jì)算齒寬 b=?dd1=0.7×108=75.6mm 在節(jié)約材料的前提下為了保證齒輪的傳動(dòng)強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)一般會(huì)將小齒輪的齒寬加寬（5-10)mm，計(jì)算得b1=b+5~10mm=76+5~10=81~86mm，取小齒輪的齒寬為b1=85mm，而大齒輪的齒寬為計(jì)算出的齒寬，取b2=76mm。 以上只對(duì)齒輪副進(jìn)行了理論上的計(jì)算，到實(shí)際的制造安裝還差一定的距離，在制造安裝過(guò)程中由于制造精度等因素的影響設(shè)計(jì)出來(lái)的中心距不方便制造。所以在實(shí)際過(guò)程中需要通過(guò)改變齒輪的齒數(shù)、調(diào)整齒輪副的傳動(dòng)比以及采用齒輪邊為的方法使得中心距圓整便于機(jī)械制造。在此次設(shè)計(jì)中采用的是使齒輪變位的方法對(duì)中心距進(jìn)行圓整至a'=245mm。在變位過(guò)程中z1、z2、m、α、b等參數(shù)保持不變，在變位時(shí)應(yīng)該使得變位系數(shù)和在圖10-21a[1]中推薦的合理工作范圍之內(nèi)。 將齒輪變位后，應(yīng)當(dāng)重新齒輪副的各個(gè)尺寸然后進(jìn)行校核強(qiáng)度，以滿(mǎn)足齒輪的工作需求。 （1）計(jì)算變位系數(shù)和 ①計(jì)算變位之后各參數(shù)。 α'=arccosacosαα'=arccos242×cos20°245=21.846° zΣ=z1+z2=27+94=121 xΣ=x1+x2=invα'-invαzΣ2tanα=inv21.846°-inv20°×1212×tan20°=0.0196-0.0149×1212×tan20°=0.781 y=a'-am=245-2424=0.75 ?y=xΣ-y=0.781-0.750=0.031 通過(guò)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-21a可得，當(dāng)前的變位系數(shù)使綜合性能好。 ②分配變位系數(shù)x1、x2。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-21b可知，坐標(biāo)點(diǎn)zΣ2，xΣ2=60.5,0.0155位于L10、L11之間。沿著這兩條線作射線然后從橫坐標(biāo)z1、z2處向上引垂線，垂線交與射線兩點(diǎn)，取這兩個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)分別為x1=0.200、x2=-0.250。 （2）按齒輪輪齒的接觸強(qiáng)度核算 按（10-10）[1]公式計(jì)算 σH=2KHT1?dd13·u+1u·zHzEzε<σH 查表或計(jì)算上述公式中的各個(gè)數(shù)據(jù)和校核查表以及計(jì)算公式與之前設(shè)計(jì)過(guò)程中的相同，故直接給出查表內(nèi)容以及計(jì)算結(jié)果 KH=KAKvKHαKHβ=1.75×1.18×1.2×1.421=3.521 軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩 T1=9550×P1n1=9550×39.6001477=256046N·mm 齒寬系數(shù)?d=0.7 d1=108mm；u=3.44；zH=2.4；zE=189.8MPa12 αa1=arccosZ1cosαZ1+2ha* =arccos27cos20°27+2×1=28.968° αa2=arccosZ2cosαZ2+2ha* =arccos94cos20°94+2×1=23.056° εα=Z1tanαa1-tanα'+Z2tanαa2-tanα'2π =27tan28.968°-tan20°+94tan23.056 °-tan20°2π=1.737 zε=4-εα3=4-1.7373=0.868 將上列數(shù)據(jù)帶入（10-10）公式中計(jì)算 σH=2KHT1?dd13·u+1u·zHzEzε=2×3.521×2560460.7×1043·3.44+13.44·2.4×189.8×0.868=679.747MPa<692.307MPa=σH 齒面接觸強(qiáng)度核算達(dá)到要求。 （3）齒輪彎曲強(qiáng)度核算 按（10-6）[1]公式計(jì)算 σF=2KFT1YFa1Ysa1Yε?dm3z2 先計(jì)算《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（10-6）[1]公式中的各參數(shù) 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF ①圓周速度v。 d1=mtz1=4×27=108mm v=πd1n160×1000=π×108×147760×1000=8.352m/s ②齒寬b。 b=?dd1=0.7×108=75.6mm ③寬高比b/h h=2ha*+c*m=2×1+0.25×4=9 bh=75.69=8.4 ④通過(guò)圖10-8[1]查得動(dòng)載系數(shù)為Kv=1.19。 ⑤由Ft1=2T1d1=2×256046108=4741N KAT1d1=1.75×4741138=109.745N/mm>100N/mm 查表10-3[1]得齒間載荷分配系數(shù)KFα=1.0。 ⑥由表10-4[1]采用插值法查得KHβ=1.4405，結(jié)合 bh=8.4查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13[1]，得KFβ=1.40 由式（10-5）[1]計(jì)算重合度系數(shù)； Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.737=0.682 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-17[1]查得齒形系數(shù)YFa1=2.17、YFa2=2.07。 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖10-18[1]查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.83、Ysa2=1.94。 ?d=0.7 m=4，z=27 m=4，z=94 KF=KAKvKFαKFβ=1.75×1.19×1.0×1.36=2.832 σF1=2KF1T1YFa1Ysa1Yε?d1m3z12=2×2.832×256046×1.83×2.17×0.6821×33×272=199.5MPa<σF1 σF2=2KF2T1YFa2Ysa2Yε?d2m3z22=2×3.399×256046×2.07×1.94×0.6821×33×942=20.01MPa<σF2 齒根彎曲強(qiáng)度核算通過(guò)，而且小齒輪抵抗彎曲疲勞失效的能力強(qiáng)于大齒輪。 6.主要設(shè)計(jì)結(jié)論 齒數(shù)z1=27、z2=94，模數(shù)m=4mm，壓力角α=20 °，變位系數(shù)x1=0.200、x2=-0.250，中心距a=245mm，齒寬b1=85mm、b2=76mm。小齒輪和小齒輪都選用20CrMnTi（滲碳淬火），齒輪按8級(jí)精度設(shè)計(jì)。  表3-4高速級(jí)齒輪計(jì)算值匯總 項(xiàng)目 代號(hào) 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 分度圓直徑 d d=mz d1=4×27=108mm d2=4×94=376mm 基圓直徑 db db=dcosα db1=101.49mm db2=353.32mm 中心距變動(dòng)系數(shù) y y=a'-am y=0.75 齒頂高 ha ha1=ha*+x1-Δym ha1=4.676mm ha2=ha*+x2-Δym ha2=2.880mm 齒根高 hf hf1=ha*+c*-x1m hf1=4.200mm hf2=ha*+c*-x2m hf2=6.000mm 齒頂圓直徑 da1 da1=d1+2ha1 da1=117.352mm da2=d2+2ha2 da2=381.76mm 齒根圓直徑 df df1=d1-2hf1 df1=99.600mm df2=d2-2hf2 df2=364.000mm 3.3.2 低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì) 選用低速級(jí)齒輪的傳動(dòng)類(lèi)型、齒數(shù)、模數(shù)、材料以及精度等級(jí) （1）傳動(dòng)方案如圖3-2所示，取壓力角為20°。 （2）減速器為一般工作機(jī)器，參考表10-6，選用8級(jí)精度本次設(shè)計(jì)中采煤機(jī)牽引部減速箱為通用的減速器，通過(guò)表10-6[1]查得該減速箱采用8級(jí)精度。 （3）選擇材料。通過(guò)表10-1[1]，將小齒輪以及大齒輪的材料選定為20CrMnTi，作調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為300HB