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中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
姓 名： 王 鵬 學(xué) 號(hào)：14030339
學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)題目： 大型耙斗裝巖機(jī)設(shè)計(jì)
專 題：
指導(dǎo)教師： 李建平 職 稱：高級(jí)工程師
2007年 6 月 15 徐州
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 機(jī)自03-7 學(xué)生姓名 王 鵬
任務(wù)下達(dá)日期： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 年 月 日至 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 大型耙斗裝巖機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：
主要內(nèi)容
主要技術(shù)參數(shù)
生產(chǎn)能力 140 m3 /h
耙斗容積 0.9 m3
牽引力 45KN
適用巷道 凈斷面積 ﹥16m2
凈高 ﹥2.8m
具體要求如下：
1、要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙3張零號(hào)圖紙；
2、按學(xué)校統(tǒng)一要求打印、裝訂設(shè)計(jì)說(shuō)明書，說(shuō)明書正文七十頁(yè)左右；
3、中英文摘要400字；
4、參考文獻(xiàn)20篇左右。
院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字：
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書
評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：
年 月 日
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī)
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 問 題
正 確
基本
正確
有一般性錯(cuò)誤
有原則性錯(cuò)誤
沒有
回答
答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)：
答辯委員會(huì)主任簽字：
年 月 日
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)：
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：
年 月 日
摘 要
本文針對(duì)我國(guó)西北地區(qū)礦井的特點(diǎn)，為了適應(yīng)大斷面斜井快速掘進(jìn)的要求，從而解決裝載速度不能滿足掘進(jìn)速度要求的矛盾，進(jìn)行了耙斗裝巖機(jī)的整機(jī)設(shè)計(jì)。論文中以耙斗裝巖機(jī)的生產(chǎn)率和鋼絲繩的牽引力為已知條件，通過(guò)大量的計(jì)算、推理和論證，基本完成了耙斗裝巖機(jī)的減速器、工作滾筒、空程滾筒等主要部件的設(shè)計(jì)工作。其中工作滾筒和空程滾筒的傳動(dòng)部分采用行星齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成，具有操作省力、靈活，調(diào)整簡(jiǎn)便，事故少，維修工作量小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在吸取成型產(chǎn)品生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)和選用了耙斗裝巖機(jī)的臺(tái)車、操作機(jī)構(gòu)、剎車機(jī)構(gòu)、耙齒和料槽等部件，繼而最終完成了整臺(tái)耙斗裝巖機(jī)的設(shè)計(jì)工作，此外本文還總結(jié)了耙斗裝巖機(jī)的操作方法以及使用和維護(hù)注意事項(xiàng)。
此裝巖機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。不僅可用在平巷裝巖，還可以用在30度以下上山或下山巷道裝巖，以及拐變或90度拐彎的巷道，并且還能進(jìn)行掘進(jìn)工序的平行作業(yè)，提高掘進(jìn)速度，是實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)械化的一種主要機(jī)械設(shè)備。
關(guān)鍵詞：耙斗裝巖機(jī); 滾筒; 行星齒輪
ABSTRACT
In order to meet the demand of the scraper loader the big cross section slant hole high-speed driving tunneling speed, then solve the contradiction of the loading speed not to be able to satisfy the tunneling speed, this article in allusion to the characteristic of our country northwest area mine pit, pays attention studies and the transformation loads the machinery a scraper loader. in this paper, take the scraper loader’s productivity and the steel wire’s traction as the datum, through the massive computations, the inference and the proof, basically completed the scraper loader the reduction gear, the work drum, the spatial regulation drum and so on the majo`ccident little maintain work, at the same time, on the basic of shaping the absorption the product production and experience of using, design and select the rake to fight part and so on charging machine trolley, operating mechanism, brake mechanism, rabble blade and material trough, subsequently, complete the design work of the scraper loader, in addition, the author also summarized operating procedure of the scraper loader and the attentions which must be paid when using and maintaining the scraper loader.
This harrowing bucket loading grab has the characteristics of high efficiency, simple structure and wide applicable range. It can used for loading not only in horizontal way, but also in inclined way with a angle of inclination which is less than 30 to go up or down, in crooked way or 90 crooked way. It can also do the parallel operation of driving procedures, quicken the driving speed, so it is a main machinery equipment to achieve the mechanization of driving way.
Key word: scraper loader； drum； planet gear.
目 錄
1緒論 ……………………………………………………………………………1
1.1裝載機(jī)械概述………………………………………………………………1
1.2裝載機(jī)械的發(fā)展……………………………………………………………2
1.3 本設(shè)計(jì)的意義………………………………………………………………3
2耙斗裝巖機(jī)工作原理及總體方案設(shè)計(jì)………………………………………3
2.1耙斗裝巖機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)概述………………………………………3
2.2耙斗裝巖機(jī)使用方法……………………………………………………5
3 基本尺寸的確定…………………………………………………………… 7
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………………7
3.2基本尺寸的確定…………………………………………………………9
3.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)確定……………………………………… 10
4 減速器設(shè)計(jì)………………………………………………………………… 12
4.1齒輪傳動(dòng)計(jì)算 ………………………………………………………… 12
4.1.1高速級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算……………………… 12
4.1.2低速級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 ……………………15
4.2軸的確定與校核…………………………………………………………20
4.3軸承與鍵的選擇及校核……………………………………………… 29
4.4減速器箱體及零部件的設(shè)計(jì)………………………………………… 31
5 工作滾筒設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 34
5.1 行星減速器設(shè)計(jì)……………………………………………………… 34
5.1.1 齒輪傳動(dòng)計(jì)算………………………………………………… 34
5.1.2 行星齒輪減速器主要零件設(shè)計(jì)……………………………… 46
5.2 卷筒設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 50
6 空程滾筒設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 52
7 耙斗裝巖機(jī)零部件的確定………………………………………………… 61
8 耙斗裝巖機(jī)下井安裝、維護(hù)……………………………………………… 64
附錄…………………………………………………………………………… 66
結(jié)論…………………………………………………………………………… 68
致謝…………………………………………………………………………… 69
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………… 70
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)07屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 71 頁(yè)
1 緒 論
用鉆眼爆破法掘進(jìn)巷道時(shí),工作面爆破后碎落下來(lái)的煤巖需要裝載到運(yùn)輸設(shè)備中運(yùn)離工作面,實(shí)現(xiàn)這一功能的設(shè)備統(tǒng)稱為裝載機(jī)械。
1.1裝載機(jī)械概述:
裝載機(jī)械按行走方式分為軌輪式、履帶式、輪胎式和雪橇式。按作業(yè)過(guò)程的特點(diǎn)分為間隙動(dòng)作式和連續(xù)動(dòng)作式兩大類。間隙動(dòng)作式是工作機(jī)構(gòu)攝取物料時(shí)間隙動(dòng)作的裝載機(jī),主要有耙斗裝載機(jī)、后卸式鏟斗裝載機(jī)和側(cè)卸式鏟斗裝載機(jī)等三種形式。連續(xù)動(dòng)作的裝載機(jī)主要有扒爪裝載機(jī)、立爪裝載機(jī)、扒立爪裝載機(jī)、圓盤式裝載機(jī)和振動(dòng)式裝載機(jī)等。
扒立爪裝載機(jī)由于該機(jī)采用兩套工作機(jī)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為保證機(jī)體的縱向平衡，須加長(zhǎng)機(jī)身和質(zhì)量，導(dǎo)致設(shè)備在井下調(diào)動(dòng)的靈活性降低。
挖斗裝載機(jī):WZ160型挖斗裝碴機(jī)為軌輪式，是吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)研制的一種新型、高效、節(jié)能的工程機(jī)械。該機(jī)適用于礦山、鐵路隧道、水工涵洞、國(guó)防工程等部門?？蛇B續(xù)進(jìn)行挖掘、扒取巖碴、運(yùn)輸?shù)剿笫降V車和其它轉(zhuǎn)載設(shè)備。這一連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程具有裝載平穩(wěn)、控取范圍大、不會(huì)灑料、高效、連續(xù)性等特點(diǎn)。WZ160挖斗裝碴機(jī)都采用了電—液—機(jī)傳動(dòng)。其行走和巖碴的刮板運(yùn)輸為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。工作機(jī)構(gòu)的大臂、小臂、回轉(zhuǎn)油缸、挖斗的運(yùn)動(dòng)全部由液壓油缸驅(qū)動(dòng)。集中的液壓操縱臺(tái)控制著液壓系統(tǒng)的工作。液壓系統(tǒng)的合理布局使維修方便，電氣和液壓系統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)能使該機(jī)能連續(xù)平穩(wěn)地工作。該機(jī)適用于3m╳2.8m（寬╳高）以上的巷道斷面。工作場(chǎng)地水位低于軌面，要求工作面排水情況良好。為使整機(jī)在巷道墻壁的距離不小于1000mm，地面軌道應(yīng)平整，不應(yīng)下沉，工作環(huán)境溫度5～40oC。該機(jī)一般以裝載塊度在750mm╳800mm以上，寬度為7.5m、4.5m、3m等系列型號(hào)機(jī)型，以滿足不同施工條件的需要。同時(shí)，此設(shè)備主電機(jī)、控制柜及相應(yīng)的電控元件可防爆產(chǎn)品，使之能應(yīng)用于防爆要求的施工環(huán)境。
履帶挖斗裝載機(jī)（扒渣機(jī)）:LWL-180E履帶式挖斗裝載機(jī)是一種連續(xù)生產(chǎn)高效率的裝載機(jī)。主要適用于鐵路隧道、公路隧道及礦山、水利、國(guó)防等工程的裝載作業(yè)，(隧洞斷面必須為3x3m以上的大、中型巷道)。該機(jī)采用LW180E型軌輪式挖斗裝載機(jī)上獨(dú)特的反鏟系統(tǒng)(包括鏟斗、小臂、大臂、動(dòng)臂)來(lái)扒取(挖掘)巖石，并通過(guò)自身的刮板運(yùn)輸機(jī)構(gòu)進(jìn)行輸送到自卸汽車、梭式礦車或其它運(yùn)礦設(shè)備中去。該機(jī)采用全液壓傳動(dòng)，先導(dǎo)閥操作，工作平穩(wěn)，沖擊力小，其主要液壓件可根據(jù)用戶要求使用進(jìn)口產(chǎn)品。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠，可在潮濕有積水的巷道里工作，可以全斷面裝巖，不留死角，并且可以開挖巷道兩邊的水溝。無(wú)需人工輔助清底裝巖。
1.2裝載機(jī)械的發(fā)展
20世紀(jì)初,美、英等國(guó)開始使用裝載機(jī)代替手工業(yè)。50年代,裝載機(jī)已大量推廣并發(fā)展成若干品種,其中使用最多的是后卸式裝載機(jī)和扒爪裝載機(jī), 我國(guó)于50年代初使用使用后卸式裝載機(jī)和扒爪裝載機(jī)60年代研制把斗裝載機(jī),70年代研制成功側(cè)卸式裝載機(jī),與鑿巖巖臺(tái)車配套使用。裝載機(jī)械的發(fā)展與掘進(jìn)斷面的大小及被裝物料的特性密切相關(guān)。隨著掘進(jìn)斷面的增大,在大斷面巷道中多采用側(cè)卸式鏟斗裝載機(jī),且向大功率、大容量方向發(fā)展。此外,正探索裝載機(jī)械向一機(jī)多能方面發(fā)展,如在裝載機(jī)上增加鉆臂等。
1.3選題意義：
采煤機(jī)的裝備水平是煤礦技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。采煤機(jī)械的選用取決于煤層的賦予條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機(jī)械的技術(shù)發(fā)展又促進(jìn)了采煤方法和采煤工藝的更新。
隨著采煤工作面綜合機(jī)械化程度的提高，要求巷道的掘進(jìn)速度加快，以保證采掘比例協(xié)調(diào)和礦井的高產(chǎn)穩(wěn)步。
國(guó)內(nèi)平巷掘進(jìn)廣泛采用鉆眼爆破法掘進(jìn)設(shè)備。為提高掘進(jìn)機(jī)械化水平，除選用適用、可靠的單項(xiàng)設(shè)備外，還必須考慮設(shè)備的配套，以形成機(jī)械化作業(yè)線。其主要形式之一就是以耙斗裝載機(jī)為主的機(jī)械化作業(yè)線：氣腿式鑿巖機(jī)鉆鑿炮孔，耙斗裝載機(jī)把巖石耙入轉(zhuǎn)載機(jī)或礦車，巷道支護(hù)采用錨桿安裝機(jī)和混凝土噴射機(jī)。該作業(yè)線實(shí)現(xiàn)鑿孔和裝載平行作業(yè)，爆破后先把迎頭的巖石迅速扒出，即能進(jìn)行鑿巖作業(yè)，與此同時(shí)可將尾輪懸掛在左、右?guī)蜕线M(jìn)行鑿巖作業(yè)，縮短了掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間，在國(guó)內(nèi)煤礦廣泛使用。
由于采煤機(jī)械裝備水平日益提高，要求巷道掘進(jìn)速度相應(yīng)加快，小型耙斗裝巖機(jī)已不能滿足這一要求，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)率、工作工況等的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)出了大型耙斗裝巖機(jī)。它對(duì)巷道的適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格低廉、生產(chǎn)率高、工作可靠、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。
2 耙斗裝巖機(jī)工作原理及總體方案設(shè)計(jì)
2.1裝巖機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)概述。
PB系列耙斗裝巖機(jī)
PB系列耙斗裝巖機(jī)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。用于巷道掘進(jìn)中配合礦車進(jìn)行裝巖。不僅可以在30度以下上山、下山巷道裝巖，還可以進(jìn)行掘進(jìn)工序的平行作業(yè)，提高掘進(jìn)速度，是實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)器化的主要機(jī)械設(shè)備之一。型號(hào)組成及含義如下:
耙斗裝巖機(jī)如圖2-1所示,是通過(guò)絞車的兩滾筒，分別牽引主繩、尾繩，使耙斗作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，耙斗把巖石扒進(jìn)料槽，自料槽尾部的卸料口卸料入礦車，從而實(shí)現(xiàn)裝巖。
???? 耙斗裝巖機(jī)主要由固定楔、耙礦滑輪、耙斗、傳動(dòng)部分、（包括操縱機(jī)構(gòu)、臺(tái)車、絞車）導(dǎo)向輪，料槽、進(jìn)料槽、前擋板、連接槽、中接槽、卸料槽以及電氣部分等組成，各主要部件的功用和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述如下：
圖2-1
1、固定楔 2、尾輪 3、鋼絲繩 4、耙斗 5、礦車 6、軌道
7、導(dǎo)向輪 8、絞車 9、操縱機(jī)構(gòu) 10、 臺(tái)車 11、擋板
12、簸箕口 13、升降裝置 14、中間槽 15、卸載槽
各主要部件的功能如下:
1固定楔－固定在迎頭上，用以懸掛耙礦滑輪。固定楔分硬巖固定楔、軟巖固定楔兩種，前者用于硬巖，后者主要用于軟巖，也可用于硬巖。硬巖固定楔由一個(gè)楔體和一個(gè)緊楔組成；軟巖固定楔則由一個(gè)緊楔和一個(gè)楔部帶錐套的鋼絲繩環(huán)組成。軟巖固定楔比硬巖固定楔長(zhǎng)一些。
2、耙礦滑輪－掛在固定楔上，用以引導(dǎo)尾繩，使耙斗返回迎頭。它主要由側(cè)板、繩輪、心軸、吊鉤零件組成。
3、耙斗－在主繩、尾繩的牽引下，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，扒取巖石。根據(jù)平斜巷道角度，可調(diào)耙斗前端與鋼繩連接的高度，以改變耙斗傾角，使之適用于平巷或斜巷。耙齒磨損后可調(diào)換。每臺(tái)裝巖機(jī)配有耙斗一個(gè)。
4、操縱機(jī)構(gòu)－由兩組操縱桿、拉桿、連桿、調(diào)整螺桿等組成，調(diào)整螺桿的一端與絞車閘帶相連，通過(guò)操縱桿控制閘帶的開合，對(duì)絞車的兩個(gè)滾筒進(jìn)行分別的操縱。
5、絞車－由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)及兩個(gè)行星滾筒及兩組制動(dòng)器組成。兩組制動(dòng)器實(shí)際上起著兩組離合器的作用。分別對(duì)兩個(gè)滾筒進(jìn)行控制。 工作時(shí)，剎緊工作滾筒的閘帶，使內(nèi)齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，行星齒輪在太陽(yáng)輪的帶動(dòng)下沿內(nèi)齒輪滾動(dòng)，從而借行星輪回帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，牽引耙斗。
圖2-2
回程時(shí)，松開工作滾筒的閘帶，剎緊空載滾筒的閘帶，依上述原理，尾繩把耙斗牽回扒巖處。由于二個(gè)滾筒中齒輪齒數(shù)不同，二個(gè)滾筒轉(zhuǎn)數(shù)也就不同。空載滾筒比工作滾筒有較高的轉(zhuǎn)速。為防止停車后滾筒慣性轉(zhuǎn)動(dòng)而引起鋼絲繩起圈亂繩，在兩個(gè)滾筒的邊緣還安有兩組輔助剎車。絞車的傳動(dòng)如圖2-2所示。
6、臺(tái)車－由車架、車輪、彈簧碰頭（木碰頭）等組成，它是裝巖機(jī)的機(jī)架及同行走部，它承載裝巖機(jī)的全部重量。在臺(tái)車安裝絞車、操縱機(jī)構(gòu)，并安有支撐中間槽的支架和支柱、臺(tái)車前后部掛有四套卡軌器，作為固定裝置。
7、導(dǎo)向輪－安裝在裝巖機(jī)的后部，用以引導(dǎo)、改變鋼絲繩的方向。它由側(cè)板、繩輪、心軸、滾筒軸承等組成，并采用防塵結(jié)構(gòu)。
8、撐腳－安裝在卸料槽尾部?jī)蓚?cè)，用以支撐槽子尾部使之穩(wěn)定和調(diào)整高度。它主要由梯形左右扣螺桿和螺母等零件組成。
9、進(jìn)料槽、中間槽、卸料槽－是容納扒取物的部分，耙斗扒取的巖石依次通過(guò)進(jìn)料槽、卸料槽，自卸料槽底部的卸料口卸入礦車。中間槽安裝在臺(tái)車的支架和支柱上，而進(jìn)料槽、卸料槽則分別在其前后與之銜接。進(jìn)料槽的中部安有升降裝置，以調(diào)節(jié)簸箕口的高低，簸箕口前兩側(cè)裝有擋板，引導(dǎo)耙斗進(jìn)入槽子。中間槽有兩個(gè)彎曲部，為考慮磨損及易于更換，彎曲部裝有可拆卸的耐磨弧形板。卸料槽后部安有彈簧碰頭，起緩沖作用。
10、雙滑輪－只有拐彎巷道裝巖時(shí)使用，掛在巷道拐彎處引導(dǎo)主繩和尾繩，主要由側(cè)板、心軸、滾動(dòng)軸承、吊鉤及兩個(gè)繩輪組成，配備雙滑輪，能擴(kuò)大裝巖機(jī)的使用范圍。
11、裝巖機(jī)的電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備均采用防爆式的。其電壓為380(660)V。
2.2裝巖機(jī)使用方法
放炮后，先在迎頭上部打好眼，或自用剩余炮眼安好固定楔，兩種固定楔的固定和拆卸方法有所不同，固定硬巖楔時(shí)先將帶圓環(huán)的楔體放眼中，再將緊楔扦入并敲緊；拆卸時(shí)，用錘敲擊楔體端部，使楔體松動(dòng)，抽出緊楔，然后抽出楔體。
固定軟巖楔時(shí)先把鋼絲繩套環(huán)帶套的一端放入鉆好的眼中，再把緊楔扦入并敲緊。拆卸時(shí)，用錘橫向敲打緊楔的端部，使楔子松動(dòng)，先抽出緊楔，再把鋼絲繩抽出。安好固定楔后，便可把耙礦滑輪掛在楔體的圓環(huán)上。耙礦滑輪的懸掛位置隨巷道情況而定，一般懸掛在迎頭巖堆上面800-1000毫米高度處為佳，為減少輔助勞動(dòng)，提高機(jī)械裝巖率，應(yīng)視巖石堆積情況而左右移動(dòng)懸掛位置，以扒清中央和兩側(cè)的巖石。在懸掛和取下耙礦滑輪時(shí)，宜先將絞車滾筒邊緣的輔助剎車彈簧松開，以便人工能輕松地拉動(dòng)鋼絲繩，便于懸掛。待耙礦滑輪懸掛好后，再將彈簧復(fù)位或調(diào)節(jié)到合適壓力。
????安好耙礦滑輪并經(jīng)過(guò)有關(guān)的安全檢查，便可啟動(dòng)電機(jī)開始裝巖作業(yè)。工作時(shí)，拉緊工作滾筒的操縱桿，工作滾筒便牽引耙斗，扒取巖石，沿槽子卸入礦車，然后松開工作滾筒操縱桿，拉緊空載滾筒操縱桿，使空斗回到迎頭，重復(fù)扒巖動(dòng)作，連扒2-3次便可裝滿一礦車。如后面配有箕斗，則可在中間槽和卸料槽之間加接中間接槽，改變卸料口位置使箕斗裝滿。
耙斗裝巖機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是可用于傾斜巷道裝巖，但在坡度較大時(shí)，除使用原有的卡軌器外，還應(yīng)增設(shè)阻車裝置，加強(qiáng)防滑措施和安全保護(hù)。為保證較高的生產(chǎn)率及便于鋪設(shè)軌道，裝巖機(jī)工作時(shí)離迎頭最遠(yuǎn)不宜超過(guò)15米。為避免放炮時(shí)機(jī)器受損，機(jī)器離迎頭一般不小于6米。裝巖機(jī)在斜巷中移動(dòng)時(shí)，應(yīng)利用提升絞車進(jìn)行以保安全。
3大型耙斗裝巖機(jī)基本尺寸的確定
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
已知：生產(chǎn)率 140/h
以90B型耙斗裝巖機(jī)為例進(jìn)行以下設(shè)計(jì)：
技術(shù)參數(shù)：
一次耙?guī)r能力： 0.9
主繩牽引速度范圍： 0.97~1.23m/s
尾繩牽引速度范圍： 1.34~1.8m/s
工作距離： 6~15m
軌距： 600(900)mm
絞車牽引力： 2690㎏
鋼絲繩直徑： 17mm
電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YBB-45-4
功率 45KW
電壓 380V或660V
轉(zhuǎn)速 1480r/min
絞車形式： 行星齒輪雙滾筒絞車
外形尺寸(mm)： 9496×2452×2403
3.1.1生產(chǎn)率要求計(jì)算：
1、確定一次行程所用時(shí)間t：
t=++
— 重載行程時(shí)間；
— 空載行程時(shí)間；
— 間隙時(shí)間。
2、初定技術(shù)參數(shù)：
主繩牽引速度：=1.2m/s;
尾繩牽引速度: =1.64m/s;
間隙時(shí)間: =9s:
工作距離： L = 8m.
3、一次行程所用時(shí)間t：
t = ++
=++9 = 20.54s
裝滿系數(shù)：0.9
則：生產(chǎn)率Q = 3600/20.54 × 0.9 × 0.9 = 141.93/h
滿足生產(chǎn)率要求。
3.1.2主繩牽引力計(jì)算：
耙斗的運(yùn)行阻力主要是耙斗自重及斗內(nèi)物料質(zhì)量沿巷道傾斜方向的分力和各種摩擦力。
空耙斗返回行程的運(yùn)行阻力為：
= G (cosа±sinа )
耙斗裝滿物料后的運(yùn)行阻力為：
= G (cosа±sinа ) + Q (cosа±sinа )
式中：G — 耙斗質(zhì)量；
Q — 耙斗內(nèi)物料質(zhì)量；
а — 巷道傾角，sinа 項(xiàng)在向上牽引是取“+”；
— 耙斗對(duì)巷道地板的摩擦系數(shù)，可取0.4~0.6；
— 耙斗內(nèi)物料對(duì)巷道的班的摩擦系數(shù)，可取0.6~0.8；
— 綜合考慮鋼絲繩在巷道地板、溜槽、及導(dǎo)向滑輪上的摩擦阻力耙斗扒取物料的阻力系數(shù)；
耙斗重量的確定：
耙斗的長(zhǎng)度、寬度和高度應(yīng)保持適當(dāng)?shù)谋壤侠肀仁? ：1.5 ：1。
設(shè)耙斗高度為A,
2A × 1.5A × A = 0.9
解得：A = 0.67m
則耙斗的長(zhǎng)度為1.34m。
耙斗的重量
= 1.34 × 100 × 5 × 10 = 7000N
耙斗內(nèi)物料重量的確定：
扒取硬巖和大塊物料時(shí)，一般為5-6㎏/cm;扒取軟巖和松散細(xì)塊物料時(shí)，一般為3-4㎏/cm。
物料重量
= 1720 × 0.9 × 10 = 15460N
則： = 15460 × （0.7cos30° + sin30°）= 17.1KN
= 1.5 × 7000 × (0.5 cos30° + sin30°) = 9.8KN
主繩牽引力F：
F = + = 17.1 + 9.8 = 26.9KN
3.1.3電動(dòng)機(jī)確定：
根據(jù)主繩牽引力與牽引速度，所需電機(jī)功率為：
P = = = 37.55KW
根據(jù)井下工作狀況，選用YBB-45-4型電動(dòng)機(jī)。
=1480r/min
3.2 確定基本尺寸
計(jì)算總傳動(dòng)比及分配：
一、計(jì)算總傳動(dòng)比
卷筒轉(zhuǎn)速n；
鋼絲繩直徑17mm
卷筒內(nèi)徑d;
d = 17 × 19 =323mm 取d = 330mm
工作滾筒轉(zhuǎn)速
= = = 69.9r/min
空程滾筒轉(zhuǎn)速
= = = 95.2r/min
總傳動(dòng)比i
= / = 1480/69.9 = 21.17
= / = 1480/95.2 = 15.54
二、傳動(dòng)比分配：
減速器傳動(dòng)比初定： = 4.77
則：工作滾筒行星輪傳動(dòng)比：
= / = 21.17/4.77 = 4.4348
空程滾筒行星輪傳動(dòng)比：
= / = 15.54/4.77 = 3.257
3.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)確定
一、減速器傳動(dòng)比：
要求高低速級(jí)的大齒輪浸入油中深度大致相近且，其中為前級(jí)傳動(dòng)比，為后級(jí)總傳動(dòng)比。
由式 =
=
=1.946 ~ 2.136
取= 2 則 = 2.385
二、減速器各軸轉(zhuǎn)速：
= 1480 r/min
= / = 1480/2 = 740 r/min
= / = 379 r/min
= / = 310 r/min
式中 —— 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速；
—— 高速軸轉(zhuǎn)速；
——過(guò)渡軸轉(zhuǎn)速；
——低速軸轉(zhuǎn)速。
三、減速器各軸實(shí)際功率：
= 37.55KW
= = 37.55 ×0.98 ×0.98 = 36 KW
= = 36 × 0.98 ×0.98 = 35.1 KW
= = 35.1 × 0.98 × 0.99 = 33.67 KW
式中 ——電機(jī)輸出功率；
——高速軸功率；
——過(guò)渡軸功率；
—— 低速軸功率；
—— 齒輪傳動(dòng)效率；
—— 球軸承傳動(dòng)效率；
———滾子軸承傳動(dòng)效率。
四、減速器各軸輸出轉(zhuǎn)矩：
= 9550 ×/ = 9550 × 37.55/1480 = 242.3
= 9550 ×/ = 9550 × 36/740 = 464.6
= 9550 ×/=9550 × 35.1/379 = 884
= 9550 ×/ = 9550 × 33.67/310 = 1037
4 減速器設(shè)計(jì)
4.1齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.1.1高速級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算：
⑴選擇齒輪材料
查表8-17
小齒輪選擇調(diào)質(zhì) =245～275HBS
大齒輪選擇正火 =210～240HBS
⑵按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪精度等級(jí) Ⅱ公差組8級(jí)
按=（0.012～0.021）估取圓周速度
=9.5m/s,參考表8-14，表8-15選取
小輪分度圓直徑，由式8-77得
寬度系數(shù)查表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置取值。=0.45
小輪齒數(shù)在推薦值20～40中取 =20
大輪齒數(shù) =i=2×20 =40
齒數(shù)比
傳動(dòng)比誤差
小輪轉(zhuǎn)矩 =9.55×P/ =292.3×Nmm
載荷系數(shù) K
使用系數(shù) 查表8-20 =1.0
動(dòng)載荷系數(shù)查圖8-57的初植 =1.24
齒向載荷分布系數(shù)查圖8-60 =1.2
齒間載荷分配系數(shù)的初值在推薦值
（β=7°～20°）中初選 =13°
由式（8-55）、（8-56）的為
=+=
=
=1.60+0.588 =2.188
查表8-21得=1.36
載荷系數(shù)=1.0×1.24×1.21×1.36 =2.04
彈性系數(shù) =189.8
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查圖8-64 =2.44
重合度系數(shù)查圖8-65 =0.78
螺旋角系數(shù) = =0.99
許用接觸應(yīng)力
由式（8-69）得=
接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69 =570N/
=460N/
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式（8-70）得
=60njLh=60×1480×1×(8×300×8) =1.7×h
則查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)（不允許有點(diǎn)蝕）
硬化系數(shù)查圖8-71及說(shuō)明： =1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查表8-27，按一般可靠度查 =1.1
=1.0~1.1
=570×1×1/1.1 =518N/
=460×1×1/1.1 =418N/
故的設(shè)計(jì)初值為
133mm
法面模數(shù)
=cosβ/=133cos13/20 = 6.5查表8-3取 =7
中心距a=(+)/(2cosβ)=7×(20+40)/(2×cos13°)
=215.5mm ?。? a =216mm
分度圓螺旋角β=
= β=13.5°
小輪分度圓直徑的計(jì)算值
=/ cosβ=7×20/ cos13.5° =143.978mm
圓周速度v
V = /60000=3.14×143.978×1480/60000=11m/s
與估取值相差不大，不必修正
取==1.27 =1.27
齒間載荷分配系數(shù)
=+=
=1.59+0.69 =2.28
查表8-21得 =1.36
小輪分度圓直徑==144mm =144mm
大輪分度圓直徑=/ cosβ
=7×40/cos13.5° = 288mm
齒寬b==0.45×142=63.9
大輪齒寬= b = 64mm
小輪齒寬=+（5 ~ 10） = 70mm
⑶按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由式（8-78）
=
齒形系數(shù)
Z = = = 21.75
Z = Z·u = 21.75×2 = 43.51
查圖8-67 得 Y，Y Y=2.76
Y=2.38
應(yīng)力修正系數(shù)Y查圖8-68得 Y=1.56
Y=1.67
重合度系數(shù)Y由式（8-78）中說(shuō)明得：
Y = 0.25 + 0.75/
= 0.25 + 0.75/1.59 Y= 0.69
螺旋角系數(shù)Y由式（8-78）得
Y= 1- · = 1 – 0.69 × Y= 0.92
許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）
=·Y·Y/ S
彎曲疲勞極限查圖8-72 =460N/mm
=390N/mm
彎曲壽命系數(shù)Y查圖8-73 Y = Y = 1
尺寸系數(shù)Y 查圖8-74 Y = 1
安全系數(shù)S 查表8-72 S = 1.6
則
=·Y·Y/ S=460×1×1/1.6 =287.5 N/mm
=·Y·Y/ S=390×1×1/1.6 =243.8 N/mm故
= 2.761.560.69 =42.2 N/mm
= 2.381.670.69 =42.6 N/mm
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
4.1.2低速級(jí)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算：
⑴選擇齒輪材料
查表8-17
小齒輪選擇調(diào)質(zhì) =245～275HBS
大齒輪選擇正火 =210～240HBS
⑵按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪精度等級(jí) Ⅱ公差組8級(jí)
按=（0.012～0.021）估取圓周速度
=6m/s,參考表8-14，表8-15選取
小輪分度圓直徑，由式8-77得
寬度系數(shù)查表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置取值。=0.8
小輪齒數(shù)在推薦值20～40中取 =20
大輪齒數(shù) =i·=2.385×20 =48
齒數(shù)比 u=2.4
傳動(dòng)比誤差 ﹪
誤差在±5﹪ 范圍內(nèi) 合適
小輪轉(zhuǎn)矩 =9.55×P/ =464.6×Nmm
載荷系數(shù) K
使用系數(shù) 查表8-20 =1.0
動(dòng)載荷系數(shù)查圖8-57的初植 =1.22
齒向載荷分布系數(shù)查圖8-60 =1.22
齒間載荷分配系數(shù)的初值在推薦值
（β=7°～20°）中初選 =13°
由式（8-55）、（8-56）的為
=+=
=
=1.50+2.35 =3.85
查表8-21得=1.39
載荷系數(shù)=1.0×1.22×1.22×1.39 =2.0
彈性系數(shù) =189.8 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查圖8-64 =2.45
重合度系數(shù)查圖8-65 =0.78
螺旋角系數(shù) = =0.99
許用接觸應(yīng)力
由式（8-69）得=
接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69 =570N/
=460N/
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式（8-70）得
=60njLh=60×1480×1×(8×300×8) =1.7×h
則查圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)（不允許有點(diǎn)蝕）
硬化系數(shù)查圖8-71及說(shuō)明： =1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查表8-27，按一般可靠度查 =1.1
=1.0~1.1
=570×1×1/1.1 =518N/
=460×1×1/1.1 =418N/
故的設(shè)計(jì)初值為
134.4mm
法面模數(shù)
=cosβ/=134.4cos13/20 = 6.55查表8-3取 =7
中心距a=(+)/(2cosβ)=7×(20+48)/(2×cos13°)
=244.26mm ?。? a =245mm
分度圓螺旋角β=
= β=13.7°
小輪分度圓直徑的計(jì)算值
=/ cosβ=7×20/ cos13.7° =144mm
圓周速度v
V = /60000=3.14×144×740/60000=5.58m/s
與估取值相差不大，不必修正
取==1.22 =1.22
齒間載荷分配系數(shù)
=+=1.5+2.35=3.85
查表8-21得 =1.39
載荷系數(shù)K K=2.0
小輪分度圓直徑==144mm =144mm
大輪分度圓直徑=/ cosβ
=7×48/cos13.7° =346mm
齒寬b==0.8×144=115
大輪齒寬= b = 115mm
小輪齒寬=+（5 ~ 10） = 120mm
⑶按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
由式（8-78）
=
齒形系數(shù)
Z = = = 21.8
Z = Z·u = 21.8×2 = 52
查圖8-67 得 Y，Y Y=2.8
Y=2.35
應(yīng)力修正系數(shù)Y查圖8-68得 Y=1.56
Y=1.7
重合度系數(shù)Y由式（8-78）中說(shuō)明得：
Y = 0.25 + 0.75/
= 0.25 + 0.75/1.5 Y= 0.72
螺旋角系數(shù)Y由式（8-78）得
Y= 1- · = 1 – 0.69 × Y= 0.73
許用彎曲應(yīng)力由式（8-71）
=·Y·Y/ S
彎曲疲勞極限查圖8-72 =460N/mm
=390N/mm
彎曲壽命系數(shù)Y查圖8-73 Y = Y = 1
尺寸系數(shù)Y 查圖8-74 Y = 1
安全系數(shù)S 查表8-72 S = 1.6
則
=·Y·Y/ S=460×1×1/1.6 =287.5 N/mm
=·Y·Y/ S=390×1×1/1.6 =243.8 N/mm 故
= 2.81.560.72 0.86 =41 N/mm
= 2.351.700.720.86 =39.7N/mm
齒根彎曲強(qiáng)度足夠。
標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪幾何尺寸統(tǒng)計(jì)表4-1:
名稱
代號(hào)
計(jì)算公式
齒輪Ⅰ
齒輪Ⅱ
齒輪Ⅲ
齒輪Ⅳ
齒輪Ⅴ
基
本
參
數(shù)
法向模數(shù)
—————
7
7
7
7
7
齒數(shù)
Z
—————
20
40
20
39
48
法向壓力角
a
—————
20°
齒頂高系數(shù)
—————
1
頂隙系數(shù)
—————
0.25
螺旋角
β
—————
13.5°
13.7°
基圓柱螺旋角
tan=tanβ·cosa
12.67°
12.86°
幾何尺寸
分度圓直徑
d
d = mz/cosβ
144
288
144
280
336
齒頂高
=·
7
齒根高
=(+)
8.75
齒全高
h
h = +
15.75
齒頂圓直徑
=d+2
158
302
158
395
350
齒根圓直徑
=d-2
126.5
270.5
126.5
263.5
318.5
基圓直徑
=dcos
134.9
269.7
134.9
263
314
端面壓力角
tan=
20.52°
20.5°
嚙合尺寸
中心距
a
a =1/2(d1+d2)
216
212
308
4.2軸的確定與校核
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)形狀要根據(jù)軸上零件的裝配方案確定，不同的裝配方案會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)形狀。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置并易于裝拆；軸要有良好的制造工藝性，并盡量減小軸的應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度。
一、高速軸 ：
為避免零件沿軸向或周向發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，要對(duì)零件進(jìn)行定位和固定。軸向使用平鍵固定；軸承利用軸套和端蓋作軸向定位和固定，利用軸承內(nèi)圈與軸的過(guò)渡配合保證周向固定；齒輪的軸向定位使用軸套和軸肩，周向采用平鍵固定。
(1)確定軸的最小直徑：
選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算軸的最小直徑,查文獻(xiàn)[5]表4-2,取A=115,可得；
式中：--扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力, N/；
P—軸傳遞的轉(zhuǎn)矩, ；
n--軸的轉(zhuǎn)速, r/min；
、A—考慮了彎矩影響的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力和設(shè)計(jì)系數(shù)，見表4-2;取A=118,則：
軸的直徑要與軸承配合同時(shí)為安全起故取d1 = 50 mm
(2)求軸上的轉(zhuǎn)矩:
= 9550 ×/ = 9550 × 36/740 = 464.6
(3)求作用在齒輪上的力:
①軸上大齒輪Ⅱ的分度圓直徑為
=
圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:
== =3226.4N
==1207.7N
=·tanβ=3226.4×tan13.5°=774.6N
②軸上小齒輪Ⅲ的分度圓直徑為
=
圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:
== =6452.8N
==2415.3N
=·tanβ=6452.8×tan13.5°=1549.2N
(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①擬定方案如圖4-1所示。
②按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
軸段①的直徑由以上求得，考慮到齒輪3端面與箱內(nèi)壁的距離(16mm)及軸承(d=50mm)的寬度19mm，取軸段①的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=41mm。
軸段②的直徑應(yīng)該略大于軸段①的直徑，以便制出軸肩，易于齒輪的裝拆，故取d2=53mm 。長(zhǎng)度應(yīng)小于齒輪寬度以便齒輪軸向定位，取L2=118mm。
軸段③用于兩齒輪軸向定位，軸肩高度h應(yīng)大些，取h=2.5mm, 則d3=58mm。根據(jù)需要取軸段③的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3=15mm。
圖4-1
軸段④的確定方法與軸段②的確定方法相似，所以取軸段④的直徑為d4=53mm，寬度應(yīng)小于齒輪2的寬度，取L4=63mm。
同一軸上的兩個(gè)軸承通常取相同類型和內(nèi)徑，所以軸段⑤與軸段①的確定方法相同取d5=50mm，取L5=40mm 。
軸的基本形狀確定之后，需要根據(jù)裝配和制造工藝要求，對(duì)軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。軸的鍵槽寬度、圓角應(yīng)盡量采用相同的尺寸，并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；為了去掉毛刺和便于裝配零件，軸段端部為倒角形式。
(5)軸的強(qiáng)度校核
ⅰ求軸的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。再確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),從手冊(cè)中查取值。
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,B和C截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險(xiǎn)截面。其數(shù)值、、M、T及的計(jì)算如圖4-2:(L1=78mm,L2=107mm,L3=50mm)
1、支反力:
以A為支點(diǎn):
L1 + (L1+L2+L3) = (L1+L2)
6452.8×78××235=3226.4×185
解得: = 398N = 398N
則: = +-=6452.8+398-3226.4=3624.4N =3624.4N
L1++(L1+L2+L3)= (L1+L2)-
2415.3×78+111.5×72+224.4=1207.7×185-774.6×144
解得: =-838N =-838N
則: =+-=2415.3-812.9-1207.7=369.6N = 369.6N
2、 彎矩和
=·L1=3711×72.9=282700N·mm
=·L3=484.6×44.9=19900N·mm
=-·L1=394.7×72.9=-287740N·mm
=-=-774.6×144=-111542N·mm
=+=-399200N·mm
=·L3=-838×50=-41900N·mm
==-=111542N·mm
=+=69.6N·m
3、合成彎矩M
==488.9N·m
==72.4N·m
扭矩T=464.6 N·m
4、當(dāng)量彎矩
圖4-2
===562.8 N·m
===288N·m
ⅱ校核軸的強(qiáng)度
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。查文獻(xiàn)[5]表4-1得=650N/,則[]=0.09～0.1即58～65 N/,軸的計(jì)算應(yīng)力為
=45.0N/
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,該軸滿足強(qiáng)度要求。
二、過(guò)渡軸
(1)根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算軸的最小直徑；
軸的最小直徑要與軸承配合，故取d = 50 mm
(2)求軸上的轉(zhuǎn)矩:
= 9550 ×/=9550 × 35.1/379 = 884
(3)求作用在齒輪上的力:
軸上齒輪的分度圓直徑為
=
圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:
== =6314N
==2365.4N
=·tanβ=6314×tan13.7°=1539N
(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①擬定方案如圖4-3所示：
圖4-3
為了便于箱體的鑄造，取過(guò)渡軸的總長(zhǎng)與高速軸的總長(zhǎng)相等。
②按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
軸段①的直徑由以上求得，考慮到齒輪3端面與箱內(nèi)壁的距離(16mm)及軸承(d=50mm)的寬度23mm以及與上一級(jí)齒輪嚙合要求,取軸段①的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=41mm。
軸段②的直徑應(yīng)該略大于軸段①的直徑，以便制出軸肩，易于齒輪的裝拆，故取d2=53mm 。長(zhǎng)度應(yīng)小于齒輪寬度以便齒輪軸向定位，取L2=118mm。
軸段④的確定方法與軸段①的確定方法基本相似，不同之處為,不考慮齒輪端面與箱壁的距離,所以取軸段④的直徑為d4=53mm，寬度為所配合軸承的寬度，取L4=23mm。
軸段③用于齒輪與軸承的軸向定位，軸肩高度h應(yīng)大些，取h=3mm, 則直徑d3=59mm。其長(zhǎng)度L3=277-L1-L2-L4=95mm。
軸的基本形狀確定之后，需要根據(jù)裝配和制造工藝要求，對(duì)軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。軸的鍵槽寬度、圓角應(yīng)盡量采用相同的尺寸，并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；為了去掉毛刺和便于裝配零件，軸段端部為倒角形式。
(5)軸的強(qiáng)度校核
ⅰ求軸的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。再確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),從手冊(cè)中查取值。
根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,B和C截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險(xiǎn)截面。其數(shù)值、、M、T及的計(jì)算如圖4-4:(L1=78mm,L2=157mm )
1、支反力:
以A為支點(diǎn):
水平支反力:L1 = (L1+L2)
6314.3×78=×235
解得: = 2095.8N = 2095.8N
則: = -=6314.3-2095.8=4218.5N =3624.4N
垂直支反力: R+(L1+L2)=L1
1539×140+(78+157)=2365.4×78
解得:=-197.2N =-197.2N
則: =-=2365.4+197.2N =2562.6N
2、彎矩和
=-·L1=3624.4×78=-329000N·mm
=-·L1=2562.6×78=-199880N·mm
=R+=1539×140-199880=15500N·mm
3、合成彎矩M
==350.2N·m
==329.4N·m
ⅱ校核軸的強(qiáng)度
軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。查文獻(xiàn)[5]表4-1得=650N/,則[]=0.09～0.1即58～65 N/,軸的計(jì)算應(yīng)力為
=28.0N/<[]
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,該軸滿足強(qiáng)度要求。
圖4-4
4.3軸承與鍵的選擇及校核
軸承是用于支承軸及軸上零件實(shí)現(xiàn)正常工作的一種部件。按照摩擦性質(zhì)的不同,軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。軸承的發(fā)展已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,與滑動(dòng)軸承相比,具有摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便,易于互換等優(yōu)點(diǎn)。因此應(yīng)用廣泛,在機(jī)械的許多領(lǐng)域取代了滑動(dòng)軸承;其缺點(diǎn)是抗沖擊能力差,工作時(shí)產(chǎn)生噪聲,壽命也不及液體滑動(dòng)摩擦軸承。
軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì),是選擇軸承類型的主要依據(jù)。由于滾子軸承中的主要元件間是線接觸,易用于承受較大的載荷,承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸,宜于承受較輕或中等載荷。由于減速器內(nèi)采用斜齒輪傳動(dòng),軸向力較大, 經(jīng)驗(yàn)算:球軸承不能滿足要求,因而選用圓錐滾子軸承。能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷,內(nèi)外圈可分離,軸承游隙可在安裝時(shí)調(diào)整。通常成對(duì)使用,對(duì)稱安裝。
高速軸用軸承:由軸的直徑選用軸承型號(hào)為7510E,主要性能參數(shù)為:=84.8KN
Y=1.43,e=0.42。以下計(jì)算用公式及查表參考文獻(xiàn)[5]
1、計(jì)算軸承支反力受力圖如圖4-5所示:
圖4-5
①水平支反力 =3624.4N
=398N
垂直支反力 =369.6N
=-838N
②合成支反力 =3643.2N
=927.7N
2、軸承的派生軸向力
由式5-9 =1273.8N
=324N
3、軸承所受軸向載荷
==744.6N
因=774.6+324=1106N
499N
4、軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
①因=1273.8/3643.2=0.35
e, 查表5-12, ,
=0.4×927.7+1.43×499=1084.7N
5、軸承壽命
因>,故應(yīng)按計(jì)算:由表5-9,表5-10查得: 按式5-5
=2.1×h
由以上計(jì)算可知,該軸承滿足要求。
根據(jù)高速軸的直徑,參考文獻(xiàn)[3],選取鍵的尺寸為:
B×H×L=16×10×100
受力圖如圖 4-6所示:
圖 4-6
假設(shè)擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的 ,此時(shí)擠壓強(qiáng)度條件是:
式中 k —鍵與輪轂槽(或軸槽)的接觸高度,mm,k=h/2,h為鍵高;
l —鍵的工作長(zhǎng)度,mm,A型:l=L-b.
—許用擠壓應(yīng)力,N/,鍵的材料一般采用抗拉強(qiáng)度極限 的精拔鋼制造,常用材料為45鋼。查文獻(xiàn)[5]表2-21取
代入數(shù)據(jù)得:
由以上計(jì)算可知:鍵的選用滿足強(qiáng)度要求。
4.4減速器箱體及主要零部件的設(shè)計(jì)
4.4.1減速器箱體結(jié)構(gòu)
箱體是減速器的一個(gè)重要零件,它用于支持和固定減速器中的各種零件,并保證傳動(dòng)件的嚙合精度,使箱體內(nèi)零件具有良好的潤(rùn)滑和密封。箱體的形狀較為復(fù)雜,其重量約占整臺(tái)減速器的一半,所以箱體結(jié)構(gòu)對(duì)減速器的工作性能,加工工藝,材料消耗,重量及成本等有很大影響。
箱體結(jié)構(gòu)與受力均較復(fù)雜,目前尚無(wú)成熟的計(jì)算方法。所以箱體各部分尺寸一般按照經(jīng)驗(yàn)公式在減速器裝配草圖的設(shè)計(jì)和繪制過(guò)程中確定。
減速器鑄造箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系參考文獻(xiàn)[3]表5-1,圖5-5,圖5-6:
箱體壁厚 =0.025a+△8 取=16mm
地腳螺栓直徑=0.036a+12 =24mm
地腳螺栓數(shù)目n(a>250mm) n=6
軸承端蓋螺釘直徑d1=(0.4～0.5) d1=10mm
視孔蓋螺釘直徑d2=(0.3～0.4) d2=8mm
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離△2= △2=16mm
大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁間距離△11.2 △1=18mm
各螺栓與外箱壁和凸緣邊緣的距離參考文獻(xiàn)[3]表5-1.
4.4.2軸承蓋的結(jié)構(gòu)和尺寸
軸承蓋用于固定軸承,調(diào)整軸承間隙及承受軸向載荷,多用鑄鐵制造。結(jié)構(gòu)形式分為在凸緣式和嵌入式。凸緣式軸承蓋調(diào)整軸承間隙方便,密封性能好,應(yīng)用廣泛。嵌入式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但座孔中須削環(huán)行槽,加工麻煩。在此使用凸緣式端蓋,如圖4-7所示:
圖4-7
=D+(2～2.5); =+(2.5～3); =1.2
=(0.85～0.9)D; =-(2.5～3);
當(dāng)軸承外徑D=90mm時(shí):
=1.2=1.2×10=12mm
=D+(2～2.5)=90+(2～2.5)×10=110～115mm 取=115mm
=+(2.5～3)=115+(2.5～3)×10=140～145mm =140mm
=(0.85～0.9)D=(0.85～0.9)×90=75.5～81mm =76mm
=-(2.5～3)=115-(2.5～3)×10=85～90 =90mm
當(dāng)取D=120mm時(shí):
=1.2=1.2×10=12mm
=D+(2～2.5)=120+(2～2.5)×10=140～150mm 取=150mm
=+(2.5～3)=150+(2.5～3