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中國礦業(yè)大學2007屆本科生畢業(yè)設計 第95頁
1 概述
1.1型煤發(fā)展方向
1.1.1發(fā)展型煤產(chǎn)業(yè)的重要性
???? 我國的礦物能源資源中，以煤最為豐富，全國第二次煤田預測資料數(shù)據(jù)顯示，埋深在l000m以內(nèi)的煤炭總資源量為26000億t。中國是世界上少數(shù)幾個一次能源以煤為主的國家之一。我國每年僅以燃燒方式消耗的煤就達11億t,占煤炭年總產(chǎn)量的80％左右。在一次能源消費構(gòu)成中，煤約占75％，而其中全國的工業(yè)鍋爐(約40萬臺)、工業(yè)窯爐(16萬座)年耗煤量就達4億t，占直接燃燒方式耗煤量的1／3還多。以上數(shù)據(jù)表明，煤炭是中國一次能源的支柱。據(jù)有關(guān)資料介紹，我國一次能源的資源結(jié)構(gòu)中，煤炭與石油、天然氣、水電及核電等相比，在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢．將探明的一次能源保有儲量折算為標煤計，煤炭占90％以上。據(jù)一雜志介紹，全球陸地能源中，目前探明的石油和天然氣儲量在2020年前將基本開采殆盡，個別地區(qū)也至多延續(xù)到2060年，探明的鈾儲量也將在2030年前開采完畢。所以很多專家認為，在未來的相當長時間內(nèi)中國以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)不會有較大改變。
??? ?煤炭是我國一次能源的主要支柱，但煤炭資源又是有限的且不可再生的礦物資源，因此煤炭工業(yè)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路。煤炭工業(yè)走可持續(xù)發(fā)展道路是指在確保為國民經(jīng)濟各行各業(yè)提供品質(zhì)潔凈、數(shù)量充足的煤炭、煤制品的同時，要提高煤炭資源的利用率，保護我們賴以生存的地球大氣環(huán)境免受污染。型煤技術(shù)在近期內(nèi)是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的重要組成部分。
1.1.2型煤產(chǎn)業(yè)及技術(shù)的現(xiàn)狀
???? 過去人們對型煤的認識很浮淺，沒有從防治污染、發(fā)展工業(yè)、提高經(jīng)濟效益的高度上去認識它的重要性。我國工業(yè)型煤的生產(chǎn)是從50年代開始的，當時只能生產(chǎn)粘土煤球、紙漿煤球。60年代后，由于化肥廠生產(chǎn)的需要，氣化型煤得到開發(fā)，把無煙煤粉成型用于中、小化肥廠造氣，替代無煙塊煤?！鞍宋濉逼陂g，國家把型煤列為重點科研攻關(guān)項目，進行了大量的實驗研究，型煤產(chǎn)業(yè)開始發(fā)展起來。從這時起，山西才開始起步研究，開發(fā)、生產(chǎn)型煤。近兩年內(nèi)，從省會太原市到各地區(qū)都紛紛行動起來，研究型煤技術(shù)、設備、工藝、粘結(jié)劑等，并建了一些生產(chǎn)線。據(jù)不完全統(tǒng)計，全省有100余家型煤廠家，研制出的粘結(jié)劑也有150多種，型煤產(chǎn)品銷售到山西、山東、天津等地，用于化肥廠造氣和工業(yè)鍋爐、窯爐及民用燃燒。但由于粘結(jié)劑技術(shù)還不過關(guān)、機械設備還不配套、生產(chǎn)規(guī)模小等原因，致使型煤產(chǎn)業(yè)沒有大規(guī)模地發(fā)展起來。
??? ?我國型煤技術(shù)從民用型煤技術(shù)開始逐步發(fā)展，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化，技術(shù)達到國際水平，工業(yè)燃料型煤日臻完善，工業(yè)原料型煤(氣化型煤)已有很大進展。“九五”型煤技術(shù)攻關(guān)項目共12個子課題，從基礎(chǔ)理論、成型工藝參數(shù)、粘結(jié)劑和添加劑的優(yōu)化選擇、合理的工藝設計、成套設備的選型改進與研制、計量定量的研制、型煤后處理以及型煤的質(zhì)量控制指標和檢測方法研究等一系列成套型煤技術(shù)進行系統(tǒng)研究。這一攻關(guān)項目完成后將會大大提高我國工業(yè)型煤技術(shù)水平，逐步實現(xiàn)工業(yè)型煤的產(chǎn)業(yè)化、商品化。
1.2國內(nèi)外型煤發(fā)展概況
能源與環(huán)境是當今世界的熱門課題，它不僅影響本國人民的生存與發(fā)展，也將對人類賴以生存和發(fā)展的地球產(chǎn)生影響。因此，中國在21世紀的能源發(fā)展既要保持需求、資源、財力等之間的平衡，也要保持能源生產(chǎn)、消費和生態(tài)之間的平衡。
????我國一次能源以煤為主的格局在相當長的時期內(nèi)難以改變，未來能源環(huán)境問題突出。展望能源科技和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能達到的水平，在相當長的時期內(nèi)新能源和再生能源、水電和核電的發(fā)展與推廣尚不足以影響煤炭的主導地位。這種以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)的主要制約因素是大氣污染物排放量超過可接受的水平。出路在于發(fā)展以煤炭高效、潔凈利用為宗旨的潔凈煤技術(shù)。型煤是以煤炭高效潔凈利用為宗旨的潔凈煤技術(shù)之一。國內(nèi)外在型煤技術(shù)的研究、開發(fā)及應用方面取得了一定的進展。
1.2.1國外型煤概況
????許多國家如德、日、前蘇聯(lián)、美、英、法、韓國等，都設有型煤研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠。在褐煤成型、型焦生產(chǎn)、鍋爐和機車型煤應用等方面，取得了許多成果。
????早在1877年，德國就在萊葸礦區(qū)建成第一個褐煤磚廠。1979年東德生產(chǎn)褐煤磚4880萬t，西德617萬t，在黑水泵褐煤基地建立了l100萬t／年的型煤廠。德國除褐煤無粘結(jié)劑高壓成型外，還采用三種熱壓成型工藝生產(chǎn)型焦，建有年產(chǎn)150萬t以上的熱壓型焦廠?？甓鞴?KOPPERN)制造的對輥成型機，其生產(chǎn)能力達150t／h，是世界上單機生產(chǎn)能力最高的。
????日本30年代從德國引進型煤技術(shù)，建成年產(chǎn)31．5萬t的型煤廠，供鐵路機車使用。1971年機車型煤用量占用煤總量的79％，型煤廠有36座。1975年鐵路實現(xiàn)電氣化后，型煤技術(shù)轉(zhuǎn)向冶金、化工和民用等方面，成立了型煤研究室，保留21個型煤廠，總能力為140萬t／年。日本研制成功的點火蜂窩煤和煤球，只要一根火柴就能點燃，使用十分方便。日本開發(fā)的輥壓造粒機，成型壓力可達2t／cm4～4t／cm2，生產(chǎn)的無煙燃料生物質(zhì)型煤，含水量低，省去了干燥工序。
????英國自“倫敦煙霧事件”后，研究開發(fā)了多種型煤工藝，制取無煙燃料供家庭炊事或取暖，成功地解決了煤煙污染。英國還有型焦生產(chǎn)廠，年產(chǎn)能力達100萬t，采用3種熱壓成型工藝生產(chǎn)型焦。
美國采用FMC型焦工藝，用非煉焦煤制取冶金用焦，在懷俄明州建有研究基地和生產(chǎn)廠，研究了世界150個煤種，其中50個煤種已在中試廠生產(chǎn)出型煤產(chǎn)品。美國還生產(chǎn)燒烤型煤，以木炭和煤為主要原料壓制成型，供旅游野炊用。美國的燒烤用型煤每年銷量為74萬～80萬t，少量從澳大利亞進口。
????法國1861年就建有型煤廠，1976年生產(chǎn)能力達400萬t。目前有6個型煤廠，粘結(jié)劑采用煙煤瀝青或石油瀝青，型煤經(jīng)熱處理后成為無煙燃料。
????韓國擁有240家蜂窩煤廠，日產(chǎn)量達5萬余t，供取暖和炊事，1985年銷售量為2300萬t，預測到2000年將發(fā)展到3300萬t，而市場需求量約4400萬t，仍有缺口。
????國外型煤早已有成熟的技術(shù)，聯(lián)合國能源組織把型煤視為節(jié)能減污的有效途徑予以推廣。70年代石油危機后，型煤科研工作進一步得到重視，1969～1980年型煤發(fā)明專利每年為13項，1980～1983年增加到每年70多項。1989年亞太經(jīng)互會在菲律賓召開了主題為“型煤開發(fā)與環(huán)境效益”的煤炭利用專家會議。1992年聯(lián)合國召開環(huán)境與發(fā)展大會提出，在以煤炭為主要能源的國家，發(fā)展型煤是減少大氣污染、促進經(jīng)濟發(fā)展的重要途徑。
????1963年世界型煤產(chǎn)量達到頂峰。隨著石油、天然氣、核電、水電、新能源及再生能源的產(chǎn)量不斷增加，工業(yè)發(fā)達國家減少了煤炭能源的用量，只占全部能源的20％～25％，重點轉(zhuǎn)向粉煤流化床鍋爐的研究，減少了型煤的用量。
1.2.2 國內(nèi)型煤概況
???? 國外的型煤生產(chǎn)多采用無粘結(jié)劑高壓成型工藝或熱壓成型工藝，原因是所用原料多為變質(zhì)程度較輕的褐煤。我國的煤炭變質(zhì)程度較深．宜采用粘結(jié)劑低壓成型，既可簡化成型工藝，也可降低生產(chǎn)成本。
??? ?60年代，為解決小化肥焦炭和無煙塊煤供應不足的問題，國內(nèi)開發(fā)了多種型煤工藝，生產(chǎn)的型煤提供了全國化工業(yè)60％的原料。目前，廣泛采用石灰碳化煤球造氣的化肥廠，全國約建有800套粉煤成型裝置。?紙漿廢液粘土煤球和棒狀型煤，已在氮肥廠及其他行業(yè)的煤氣發(fā)生爐、工業(yè)窯爐推廣應用。
???? 70年代北京煤化所開發(fā)的腐植酸煤球已用于10余家小化肥廠；研究開發(fā)的優(yōu)質(zhì)化肥造氣用型煤，在韶山氨肥廠進行了造氣工業(yè)性試驗，所用粘結(jié)劑來源廣、價廉、對煤種適應性強，且基本不增加灰分，型煤質(zhì)量好。該種型煤用于生產(chǎn)燃氣的混合煤氣發(fā)生爐也很理想，湖南漣邵和寧夏大武口正籌建年產(chǎn)5萬t的生產(chǎn)線。北京煤化所研制鈣系復合粘結(jié)劑煤泥防水煤球，已成功地用于水煤氣兩段爐氣化，為我國每年生產(chǎn)的幾千萬噸煤泥的有效利用開辟了新的途徑。
????吉林梅河口玻璃廠用褐煤煤球造氣，氣化指標優(yōu)于褐煤塊煤。合肥煤氣公司用工業(yè)廢液加改性粘土做粘結(jié)劑，研制了氣化型煤，在阜新3．3m兩段爐上，進行了低負荷試驗，其質(zhì)量有待進一步改進。鞍山熱能研究院曾對冷壓成型熱氧處理工藝進行研究，以焦油或焦油渣作粘結(jié)劑，在熱氧化處理溫度為160度～350度條件下生產(chǎn)氣化型煤。
????工業(yè)型煤的開發(fā)與應用遠不及民用型煤。目前，工業(yè)型煤的應用僅限于小氮肥廠的碳化煤球和小高爐型焦，生產(chǎn)規(guī)模亦不大；工業(yè)鍋爐、機車、窯爐用型煤在示范或商業(yè)性示范階段，雖然在礦區(qū)和城市建了許多型煤廠，但生產(chǎn)成本高，難以維持正常生產(chǎn)。工業(yè)型煤年產(chǎn)量約2200萬t，其技術(shù)還有一些不足，特別是粘結(jié)劑的開發(fā)還很薄弱。
1.3對輥成型機的發(fā)展概況
1.3.1對輥成型機的發(fā)展展狀況
對輥式輥壓成型機于19世紀下半葉在歐洲誕生。第一臺能夠成功運轉(zhuǎn)的輥壓成型機在1870年末期由比利時的Loiseau制造并被安裝在美國的里奇蒙得港的一家成型廠。然而，大多數(shù)早期的其他開發(fā)工作已在歐洲展開，并且在19世紀末在比利時、法國和德國巳達到非常高的應用水平。表1表明了在德國產(chǎn)煤區(qū)硬煤成型的發(fā)展情況，從1900年一1910年的10年間其輥壓成型機數(shù)量成倍增長，到1910年達到243臺，年產(chǎn)型煤400萬t。
???? 德國哈汀根／魯爾的KOPPERN公司是從1898年開始制造輥壓成型機并至今仍在從事這項業(yè)務的為數(shù)不多的公司之一，該公司1901年制造出了它的第一臺用于硬煤成型的輥壓成型機。該機有一套旋轉(zhuǎn)布料裝置以穩(wěn)定兩個成型輥的人料，兩個成型輥由安裝在軸中心的寬大而堅固的正齒輪維持同步，兩個分離的壓輥具有相同的尺寸(直徑650mm，寬度280mm)。這樣一臺機器其壓輥轉(zhuǎn)速為6．5rpm，每h可生產(chǎn)6t相對小一些的(15～50)g用于家庭取暖的硬煤型煤。
在20世紀20年代早期，德國硬煤成型開始滑坡，二戰(zhàn)結(jié)束后煤炭成型又產(chǎn)生短期的復蘇，大型的成型機被投入使用。例如，在1956年，l／3的成型機的產(chǎn)量是]910年的成型機產(chǎn)量的2倍以上。此后不久，石油和天然氣在許多加熱用途方面顯然取代了煤炭，尤其是家庭取暖，因而在生產(chǎn)的煤炭成型廠的數(shù)量急劇萎縮。今天，在工業(yè)化國家里，大多數(shù)常規(guī)的煤炭成型廠業(yè)已停業(yè)并被拆除，其結(jié)果是，許多提供煤炭輥壓成型機的公司破產(chǎn)或開始生產(chǎn)其他用途的成型設備，但是，KOPPERN公司作為一個杰出的供應商，至今仍在積極從事設計和制造輥壓成型機以及型煤設備。
1.3.2對輥成型機的成型機理
???? 煤炭的常規(guī)成型使用熱塑性粘結(jié)劑和塑性相當好的人料，在物料進入輥壓成型機的給料器之前，由混合物料散出的揮發(fā)物排放到臥式螺旋運輸中。適度溫熱、可塑的煤和粘結(jié)劑的混合物的成型，更確切地講是使其具有一定的外形而僅僅是使其致密，因此，所需的單位壓力相對較低。例如所用的壓力除以輥寬被描述為kN／cm，因此使用較小的軸承和使用較寬壓輥的成型機也有很大的生產(chǎn)能力。由于成型和型煤質(zhì)量隨壓輥的直徑增加而改善，機器的輥徑一般大于750mm，通常為l000mm或1400mm。決定型煤形狀的球窩是用電化學研磨法(ECM)加工的。這種加工技術(shù)可以任意選擇壓模的形狀和大小。
粉煤成型,將6mm以下煤粉在機械外加粘結(jié)劑或快速加熱到膠質(zhì)狀態(tài)下加壓成具有一定形狀、盡寸、特定物理化學性能和不同用途產(chǎn)品的工藝過程。粉煤成型的產(chǎn)品稱型煤。傳統(tǒng)的粉煤成型是將粉煤加工成幾何形狀、尺寸和機械強度相近、貯存后質(zhì)量保持穩(wěn)定和型煤?，F(xiàn)代粉煤成型主要是“改變”粉煤的物理化學性質(zhì)，使之成為優(yōu)質(zhì)的工業(yè)原料和潔凈的能源。現(xiàn)代粉煤成型以煤化學和煤的機械加工工藝學為基礎(chǔ)，以燃燒理論、煤的技術(shù)、傳熱學原理和環(huán)保工程等為指導，以工業(yè)鍋爐和窯爐等相關(guān)行業(yè)的設備特性和工藝原理為依據(jù)。
???? 成型機理：煤炭成型時，粘結(jié)劑與煤粒之間的作用是一個復雜的物理化學過程。不僅與粘結(jié)劑和煤炭本息的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且和成型條件密切相關(guān)。由于煤具有以非極性表面為主，煤表面有一定粗糙度和孔隙、潤濕性差且疏水性強、成型時可利用煤本身的粘結(jié)性或外粘結(jié)劑，采用適宜的成型粒度、水分在一定的壓力作用下，克服煤的彈性，使煤粒之間互相靠近，產(chǎn)生塑性變形，并被此粘結(jié)成型。
??? ?成型工藝:成型原料性質(zhì)有同，成型時需要采用不同的成型工藝。煤炭成型按成型的工藝條件分為冷壓成型、熱壓成型和球團成型。
???? 冷壓成型是在型煤配合料溫度低于100℃的條件下成型的工藝，包括無粘結(jié)劑成型和粘結(jié)劑成型兩種工藝。是粉煤成型 的主要方法。型煤配合料是由粉煤、粘結(jié)劑和添加劑按比例配合成性能符合成型要求的物料。
??? ?無粘結(jié)劑成是不用粘結(jié)劑的成型工藝，按成型壓力大小可分為低壓成型、中壓成型和高壓成型。成型壓力小于50MPa的成型叫低壓成型，主要用于生產(chǎn)無煙煤濕棒作合成氨原料，也用于含泥頁巖的煤成型，這種成型方法未獲廣泛應用；成型壓力為50~100MPa的成型叫中壓成型，主要供無煙煤和泥炭配型叫高壓成型，主要用于年輕褐煤或中年褐煤的成型，是成熟的成型方法。粘結(jié)劑成型是在成型過程中外加粘結(jié)劑等添加劑的成型工藝。所使用的粘結(jié)劑包括有機物粘結(jié)劑、無機物粘劑和復合物粘結(jié)劑。包括物理成型和化學成型兩種。物理成型是粘結(jié)劑在成型過程中只起粘結(jié)作用?；瘜W成型是粘結(jié)劑在成型和型煤固結(jié)過程中發(fā)生化學變化而起粘結(jié)作用，為石灰碳酸化型煤的成型方法。
???? 熱壓成型是利用型煤配合料在高速加熱到大量形成膠質(zhì)體的溫度，膠質(zhì)體作粘結(jié)劑，在出現(xiàn)塑性變形進以膠質(zhì)體作粘結(jié)劑加壓成型的工藝。這種成型方法多用來生產(chǎn)型焦。
??? ?球團法成型是在粘結(jié)劑和水的作用下，型煤配合料無需加壓力，在圓盤式或滾筒式球團成型機中滾動成型。成型產(chǎn)品是球團。
2.基本參數(shù)的確定
2.1選擇電動機
2.1.1選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機，為臥式封閉結(jié)構(gòu)。
2.1.2選擇電動機的容量
輥子轉(zhuǎn)速：n=8~10r/min
輥子圓周速度：v=0.4~0.5m/s
ω=nπ/30 v=ωr
r= ==478mm
輥輪周長：L===3001.84mm
型煤比重：1.35g/cm
型球體積：50×50×32=80000 mm
單個煤球重量為：G==0.108kg
型球分布個數(shù)N：N==540 個
規(guī)定每個型球間隔為: 5.5mm
輥子寬度：50×10+505×11+2×50=649.5mm
總成型壓力：F=30×64.95=1948.5KN
輥子承受的合力矩：M=Fe
=1948.5×50=97425Nm
工作機所需的功率：
P=
式中 T=97425Nm n=10 r/min 代入上式得
P=KW
電動機所需功率：P=P/η
從電動機到輥輪主軸之間的傳動裝置的總效率：
η=ηηηη
式中 η=0.95 V帶傳動效率
η=0.99 聯(lián)軸器效率
η=0.98 軸承效率
η=0.97 齒輪傳動效率
代入上式得
η=0.95×0.99×0.98×0.97
=0.73
=P/η
=102.0157/0.73
=139.75kw
選擇電動機額定功率P≥P，根據(jù)傳動系統(tǒng)圖和推薦的傳動比合理范圍，V帶傳動的傳動比2~4
單級圓柱齒輪傳動比 3~6
所以選擇Y315M2-4電動機，額定功率160kw,滿載轉(zhuǎn)速1490 r/min。
2.2計算傳動裝置的總傳動比并分配各級傳動比
2.2.1傳動裝置的總傳動比
===149
2.2.2分配各級傳動比
該傳動裝置中使用的是三級圓柱齒輪減速器，考慮到以下原則：
1）使各級傳動的承載能力大致等（齒面接觸強度大致相等）
2）使減速器能獲得最小外形尺寸和重量
3）使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑最為簡便
選擇三級圓柱齒輪減速器的傳動比為49.6，根據(jù)經(jīng)驗高速級傳動比為低速級傳動比的1.3~1.4倍,因此粗略分配各級齒輪傳動比如下:
=4.78 =3.67 =2.83
輥輪的直徑為956mm,兩輥輪這間的間隙取1mm,所以兩輥輪的中心距為957mm 。則V帶傳動的傳動比為3。
3.V帶設計計算
3.1確定計算功率
根據(jù)工作情況 查表12-12選擇工況系數(shù)
設計功率
3.2選擇帶型
根據(jù)和 選擇開口傳動15N窄V帶(有效寬度制)
3.3確定帶輪基準直徑
小帶輪的基準直徑 參考表12-19和圖12-4取
傳動比 =3
取彈性滑動系數(shù)
大帶輪基準準直徑
取標準值
實際轉(zhuǎn)速
實際傳動比
3.4驗算帶的速度
3.5初定中心距
取
3.6確定基準長度
由表12-10選取相應基準長度
3.7確定實際軸間距
安裝時所需最小軸間距
張緊或補償伸長所需最大軸間距
3.8驗算小帶輪包角
3.9單根V帶的基本額定功率
根據(jù)和 由表12-17m查得15N型窄V帶?？紤]傳動比的影響，額定功率的增量由表12-17m查得
3.10V帶的根數(shù)
由表12-13查得
由表12-16查得
根
取9根
3.11單根V帶的預緊力
由表12-14查得m=0.2kg/m
=655.3 N
3.12帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
小帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
由Y315M-2-4電動機可知，其軸伸直徑，長度，故帶輪軸孔直徑應取，轂長應小于.
由表12-22查得，小帶輪結(jié)構(gòu)為實心輪
由V帶的實際傳動比，對減速器的傳動比進行重新分配。
傳動裝置總傳動比
V帶傳動傳動比
則三級減速器的傳動比為
根據(jù)計算可知三級圓柱齒輪減速器的傳動比為47.6，根據(jù)經(jīng)驗高速級傳動比為低速級傳動比的1.3~1.4倍,因此粗略分配各級齒輪傳動比如下:
=3.95 =3.674 =3.28
4.基本參數(shù)計算
4.1各軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
4.2各軸功率
Ⅰ軸 = =
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
4.3各軸轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
5.減速器設計計算
5.1 I軸齒輪設計計算
5.1.1選擇齒輪材料
小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
齒輪的疲勞極限應力按中等質(zhì)量（MQ）要求從圖14-32和圖14-24中查得
參考我國試驗數(shù)據(jù)（表14-45）后，將適當降低：
5.1.2初定齒輪主要參數(shù)
按齒根彎曲疲勞強度估算齒輪尺寸，計算模數(shù)
按表14-34，并考慮傳動比，選用小齒輪齒數(shù)=20，
大齒輪齒數(shù)
圓整取 =79
按表14-33，選齒寬系數(shù)
由圖14-14查得大小齒輪的復合齒形系數(shù)（時）
由于輪齒單向受力，齒輪的許用彎曲應力
由于，故按小齒輪的抗彎強度計算模數(shù)
取標準模數(shù)。
則齒輪中心距
由于單件生產(chǎn)，不必取標準中心距，取。
準確的螺旋角
工作齒寬
為了保證，取。
齒輪圓周速度
按此速度查表14-78，齒輪精度選用8級即可，但為了提高傳動質(zhì)量,降低噪聲.采用滲碳淬火后磨齒工藝,取齒輪精度8-7-7（GB10095-1988）
校核重合度
縱向重合度 （圖14-8）
端面重合度 （圖14-3）
總重合度
5.1.3校核齒面接觸疲勞強度
分度圓上的切向力
由表14-39查得使用系數(shù)
動載荷系數(shù)
式中 （表14-40）
齒數(shù)比
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式
齒向載荷分布系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)，根據(jù)
查表14-43 得
節(jié)點區(qū)域系數(shù)，按和
查圖14-11 得
材料彈性系數(shù)
查表14-44 得
重合度系數(shù) 查圖14-12 得
螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得
由于可取
計算接觸強度強度安全系數(shù)
式中各系數(shù)的確定
計算齒面應力循環(huán)數(shù)
按齒面不允許出現(xiàn)點蝕，查圖14-37 得壽命系數(shù)
潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得
齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得
尺寸系數(shù) 按，查圖14-40 得
將以上數(shù)據(jù)代入計算式
由表14-49，按一般可靠度要求，選用最小安全系數(shù)。
和均大于，故安全。
表 1 Ⅰ軸齒輪基本參數(shù)
幾何尺寸
分度圓直徑
d
d=mZ
160
632
齒頂高
ha
ha=ha*m
8
8
齒根高
hf
hf=(ha*+c*)m
10
10
齒全高
h
hf=(2ha*+c*)m
18
18
齒頂圓直徑
da
da=(2ha*+Z)m
176
176
齒根圓直徑
df
da=(z-2ha*-2c*)m
140
612
基圓直徑
db
db=dcosa=mzcosa
150.4
593.9
齒距
p
p=3.14m
25.12
25.12
齒厚
s
s=3.14m/2
12.56
12.56
齒槽寬
e
s=3.14m/2
12.56
12.56
基圓齒距
pb
pb=pcosa
23.6
23.6
法向齒距
pn
pn=pb=cosa
23.6
23.6
頂隙
c
c=c*m
2
2
嚙合
計算
中心距
a
a=(d2+d1)
396
396
傳動比
i12
i12=Z2/Z1
3.95
3.95
5.2Ⅱ軸齒輪設計計算
5.2.1選擇齒輪材料
小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
齒輪的疲勞極限應力按中等質(zhì)量（MQ）要求從圖14-32和圖14-24中查得
參考我國試驗數(shù)據(jù)（表14-45）后，將適當降低：
5.2.2 初定齒輪主要參數(shù)
按齒根彎曲疲勞強度估算齒輪尺寸，計算模數(shù)
按表14-34，并考慮傳動比，選用小齒輪齒數(shù)=21，
大齒輪齒數(shù) 選77
按表14-33，選齒寬系數(shù)
由圖14-14查得大小齒輪的復合齒形系數(shù)（時）
由于輪齒單向受力，齒輪的許用彎曲應力
由于，故按小齒輪的抗彎強度計算模數(shù)
取標準模數(shù)。
則齒輪中心距
由于單件生產(chǎn)，不必取標準中心距，取。
齒輪分度圓直徑
工作齒寬
為了保證，取。
齒輪圓周速度
按此速度查表14-78，齒輪精度選用8級即可，齒輪精度8-7-7（GB10095-1988）
校核重合度
縱向重合度 （圖14-8）
端面重合度 （圖14-3）
總重合度
5.2.3校核齒面接觸疲勞強度
分度圓上的切向力
由表14-39查得使用系數(shù)
動載荷系數(shù)
式中 （表14-40）
齒數(shù)比
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式
齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分配系數(shù)，根據(jù)
查表14-43 得
節(jié)點區(qū)域系數(shù)，按和
查圖14-11 得
材料彈性系數(shù)
查表14-44 得
重合度系數(shù) 查圖14-12 得
螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得
由于可取
計算接觸強度強度安全系數(shù)
式中各系數(shù)的確定
計算齒面應力循環(huán)數(shù)
按齒面不允許出現(xiàn)點蝕，查圖14-37 得壽命系數(shù)
潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得
齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得
尺寸系數(shù) 按，查圖14-40 得
將以上數(shù)據(jù)代入計算式
由表14-49，按一般可靠度要求，選用最小安全系數(shù)。
和均大于，故安全。
表 2 Ⅱ軸齒輪基本參數(shù)
幾何尺寸
分度圓直徑
d
d=mZ
210
770
齒頂高
ha
ha=ha*m
10
10
齒根高
hf
hf=(ha*+c*)m
12.5
12.5
齒全高
h
hf=(2ha*+c*)m
22.5
22.5
齒頂圓直徑
da
da=(2ha*+Z)m
230
790
齒根圓直徑
df
da=(z-2ha*-2c*)m
185
745
基圓直徑
db
db=dcosa=mzcosa
197.3
723.6
齒距
p
p=3.14m
31.4
31.4
齒厚
s
s=3.14m/2
15.7
15.7
齒槽寬
e
s=3.14m/2
15.7
15.7
基圓齒距
pb
pb=pcosa
29.5
29.5
法向齒距
pn
pn=pb=cosa
29.5
29.5
頂隙
c
c=c*m
2.5
2.5
嚙合
計算
中心距
a
a=(d2+d1)
490
490
傳動比
i12
i12=Z2/Z1
3.67
3.67
5.3Ⅲ軸齒輪設計計算
5.3.1選擇齒輪材料
小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC 56~62
齒輪的疲勞極限應力按中等質(zhì)量（MQ）要求從圖14-32和圖14-24中查得
參考我國試驗數(shù)據(jù)（表14-45）后，將適當降低：
5.3.2 初定齒輪主要參數(shù)
按齒根彎曲疲勞強度估算齒輪尺寸，計算模數(shù)
按表14-34，并考慮傳動比，選用小齒輪齒數(shù)=21，
大齒輪齒數(shù) 取56
按表14-33，選齒寬系數(shù)
由圖14-14查得大小齒輪的復合齒形系數(shù)（時）
由于輪齒單向受力，齒輪的許用彎曲應力
由于，故按小齒輪的抗彎強度計算模數(shù)
按表14-2，取標準模數(shù)。
則齒輪中心距
由于單件生產(chǎn)，不必取標準中心距，取。
準確的螺旋角
工作齒寬
為了保證，取。
齒輪圓周速度
按此速度查表14-78，齒輪精度選用8級即可，齒輪精度8-7-7（GB10095-1988）
校核重合度
縱向重合度 （圖14-8）
端面重合度 （圖14-3）
總重合度
5.3.3 校核齒面接觸疲勞強度
分度圓上的切向力
由表14-39查得使用系數(shù)
動載荷系數(shù)
式中 （表14-40）
齒數(shù)比
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算式
齒向載荷分布系數(shù)
齒向載荷分配系數(shù)，根據(jù)
查表14-43 得
節(jié)點區(qū)域系數(shù)，按和
查圖14-11 得
材料彈性系數(shù)
查表14-44 得
重合度系數(shù) 查圖14-12 得
螺旋角系數(shù) 查圖14-13 得
由于可取
計算接觸強度強度安全系數(shù)
式中各系數(shù)的確定
計算齒面應力循環(huán)數(shù)
按齒面不允許出現(xiàn)點蝕，查圖14-37 得壽命系數(shù)
潤滑油膜影響系數(shù) 查表14-47 得
齒面工作硬化系數(shù) 按圖14-39 查得
尺寸系數(shù) 按，查圖14-40 得
將以上數(shù)據(jù)代入計算式
由表14-49，按一般可靠度要求，選用最小安全系數(shù)。
和均大于，故安全。
表3 Ⅲ軸齒輪基本參數(shù)
幾何尺寸
分度圓直徑
d
d=mZ
272
896
齒頂高
ha
ha=ha*m
16
16
齒根高
hf
hf=(ha*+c*)m
20
20
齒全高
h
hf=(2ha*+c*)m
36
36
齒頂圓直徑
da
da=(2ha*+Z)m
304
928
齒根圓直徑
df
da=(z-2ha*-2c*)m
224
848
基圓直徑
db
db=dcosa=mzcosa
252.5
842
齒距
p
p=3.14m
50.24
50.24
齒厚
s
s=3.14m/2
25.12
25.12
齒槽寬
e
s=3.14m/2
25.12
25.12
基圓齒距
pb
pb=pcosa
47.21
47.21
法向齒距
pn
pn=pb=cosa
47.21
47.21
頂隙
c
c=c*m
4
4
嚙合
計算
中心距
a
a=(d2+d1)
584
584
傳動比
i12
i12=Z2/Z1
3.28
3.28
6 減速器軸的設計計算
根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布局和裝配方案，如圖示
6.1Ⅰ軸的設計計算
6.1.1選擇軸的材料
該軸選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學性能由表21-1查得
由表21-23查得
6.1.2初步估算軸的的直徑
取最小軸徑為79mm
6.1.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設計
圖 1
①初步選擇滾動軸承
根據(jù)軸的受力，選取30000型圓錐滾子軸承，為了便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為22217型，其尺寸為，定位軸肩高度
②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ軸段為d=79mm圓柱形軸伸，查表21-9，d=79mm的軸伸長。Ⅱ軸段直徑為，根據(jù)減速器與軸承端蓋的結(jié)構(gòu)，確定端蓋總寬度為，。Ⅲ軸段安裝軸承，由于圓柱形軸伸的原因，采用雙列軸承，取，。Ⅳ軸段長度，。Ⅴ軸段軸肩長度，按齒輪距箱體內(nèi)壁這距離取，考慮到箱體的鑄造誤差，滾動軸承應距箱體內(nèi)壁，取，，。Ⅵ軸安裝軸承，，
6.1.4軸的受力分析
①作出軸的計算簡圖
②軸受外力的計算
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
③求支反力
在水平面內(nèi)的支反力
由得
在垂直面內(nèi)的支反力
由得
彎矩和
合成彎矩M =1885473Nmm
=505357Nmm
扭矩T T=304958Nmm
④軸的強度計算
ⅰ按彎扭合成強度條件計算
當量彎矩
安全
圖 2
6.1.5軸的強度計算
ⅰ按彎扭合成強度條件計算
當量彎矩
安全
ⅱ按安全系數(shù)校核計算
截面D為危險截面，其應力幅為
式中 W為抗彎截面系數(shù)
考慮彎矩作用時的疲勞強度
6.2Ⅱ軸的設計計算
根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布局和裝配方案，如圖示
6.2.1選擇軸的材料
選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學性能由表21-1查得
由表21-23查得
6.2.2初步估算軸的的直徑
取軸徑為130mm
6.2.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設計
①初步選擇滾動軸承
根據(jù)軸的受力，選取30000型圓錐滾子軸承，為了便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為30226型，其尺寸為。
②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ軸段安裝軸承，取，。Ⅱ軸段安裝齒輪，齒輪左端采用套筒定位，右端使用軸肩定位。取軸段直徑，齒輪寬度為112mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪，軸段長度應略短于齒輪輪轂寬度取。Ⅲ軸段軸環(huán)，。Ⅳ軸段為齒輪軸寬度取,。Ⅴ軸段安裝軸承，，
圖 3
6.2.4軸的受力分析
軸受外力的計算
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
③求支反力
在水平面內(nèi)的支反力
由得
在垂直面內(nèi)的支反力
由得
彎矩和
合成彎矩M =1927566Nmm
=2196153Nmm
扭矩T T=1145207Nmm
6.2.5軸的強度計算
ⅰ按彎扭合成強度條件計算
當量彎矩
安全
ⅱ按安全系數(shù)校核計算
截面D為危險截面，其應力幅為
圖 4
式中 W為抗彎截面系數(shù)
考慮彎矩作用時的疲勞強度
6.3 Ш軸的設計計算
根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布局和裝配方案，如圖示
6.3.1選擇軸的材料
選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學性能由表21-1查得
由表21-23查得
6.3.2初步估算軸的的直徑
取軸徑為200mm
6.3.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設計
①初步選擇滾動軸承
根據(jù)軸的受力，選取30000型圓錐滾子軸承，為了便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為30240型，其尺寸為。
②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ軸段安裝軸承，取，。Ⅱ軸段安裝齒輪，齒輪左端采用套筒定位，右端使用軸肩定位。取軸段直徑，齒輪寬度為200mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪，軸段長度應略短于齒輪輪轂寬度取。Ⅲ軸段軸環(huán)，。Ⅳ軸段為齒輪軸寬度取,。Ⅴ軸段安裝軸承，，
圖 5
6.3.4軸的受力分析
軸受外力的計算
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
③求支反力
在水平面內(nèi)的支反力
由得
在垂直面內(nèi)的支反力
由得
彎矩和
合成彎矩M =6320768Nmm
=5937115Nmm
扭矩T T=6761183Nmm
6.3.5軸的強度計算
按彎扭合成強度條件計算
當量彎矩
安全
ⅱ按安全系數(shù)校核計算
截面D為危險截面，其應力幅為
式中 W為抗彎截面系數(shù)
圖 6
考慮彎矩作用時的疲勞強度
6.4Ⅳ軸的設計計算
根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布局和裝配方案，如圖示
6.4.1 選擇軸的材料
選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，其力學性能由表21-1查得
由表21-23查得
6.4.2初步估算軸的的直徑
取軸徑為280mm
6.4.3軸上零部件的選擇和軸的結(jié)構(gòu)設計
①初步選擇滾動軸承
根據(jù)軸的受力，選取30000型圓錐滾子軸承，為了便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑。初選滾動軸承為32956型，其尺寸為。
②根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
Ⅰ軸段安裝軸承，取，。Ⅱ軸段安裝齒輪，齒輪左端采用套筒定位，右端使用軸肩定位。取軸段直徑，齒輪寬度為192mm,為了全套筒端面可靠地壓緊齒輪，軸段長度應略短于齒輪輪轂寬度取。Ⅲ軸段軸環(huán)，。Ⅳ軸段不作安裝，僅為結(jié)構(gòu)需要。，。Ⅴ軸段為安裝軸承及齒輪，，。
圖 7
6.4.4軸的受力分析
軸受外力的計算
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
③求支反力
在水平面內(nèi)的支反力
由得
在垂直面內(nèi)的支反力
由得
彎矩和
合成彎矩M =10130482Nmm
扭矩T T=12472300Nmm
6.4.5軸的強度計算
ⅰ按彎扭合成強度條件計算
當量彎矩
安全
圖 8
ⅱ按安全系數(shù)校核計算
截面D為危險截面，其應力幅為
式中 W為抗彎截面系數(shù)
考慮彎矩作用時的疲勞強度
7 減速器鍵的校核
7.1 I軸鍵的校核
I軸的伸出軸d=79mm,選用圓頭普通平鍵（C型），b=25mm,h=14mm,L=160mm,I軸傳遞的扭矩T=304958Nmm.當鍵用45鋼制造時,主要失效形式為壓潰,通常只進行擠壓強度計算.
=
合格
7.2Ⅱ軸鍵的校核
II軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接，軸徑為d=136mm，選用選用圓頭普通平鍵（C型），b=40mm,h=22mm,L=100mm,II軸傳遞的扭矩T=1145207Nmm.
=
合格
7.3Ⅲ軸鍵的校核
Ⅲ軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接，軸徑為d=206mm，選用選用圓頭普通平鍵（C型），b=50mm,h=28mm,L=185mm,II軸傳遞的扭矩T=4000518Nmm.
=
合格
7.4Ⅳ軸鍵的校核
Ⅴ軸的鍵用于齒輪和軸的聯(lián)接，軸徑為d=286mm，選用選用圓頭普通平鍵（A型），b=63mm,h=32mm,L=180mm,Ⅴ軸傳遞的扭矩T=12472300Nmm.
=
合格
8 減速器軸承的校核
8.1驗算Ⅰ軸承壽命
①計算軸承支反力
合成支反力
②軸承的派生軸向力
③軸承所受的軸向載荷
④軸承的當量動載荷
，
，
⑤軸承壽命
因，故按計算 查得，
8.2驗算Ⅱ軸承壽命
①計算軸承支反力
合成支反力
②軸承的派生軸向力
③軸承所受的軸向載荷
④軸承的當量動載荷
，
⑤軸承壽命
因，故按計算 查得，
8.3驗算Ⅲ軸承壽命
①計算軸承支反力
合成支反力
②軸承的派生軸向力
③軸承所受的軸向載荷
④軸承的當量動載荷
，
⑤軸承壽命
因，故按計算 查得，
8.4驗算Ⅳ軸承壽命
①計算軸承支反力
合成支反力
②軸承的派生軸向力
③軸承所受的軸向載荷
④軸承的當量動載荷
，
⑤軸承壽命
因，故按計算 查得，
9.減速器箱體設計計算
9.1 箱體設計
箱體是減速器的重要組成部件。它是傳動零件的基座，應具有足夠的強度和剛度。由于本設計中沖擊載荷不大，箱體采用灰鑄鐵鑄造箱體。為了便于軸系零件的安裝和拆卸，箱體制成沿軸心線水平剖分式。上箱蓋和下箱座用普通螺栓聯(lián)接成一整體。軸承座的聯(lián)接螺栓應盡量靠近軸承座孔，座旁的凸臺應有足夠的承托面，并保證旋緊螺栓時需要的扳手空間。為了保證箱體有足夠的剛度，在軸承座附近加支承肋。為了保證