中厚煤層采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)【牽引部的整體設(shè)計(jì)以及行走箱】,牽引部的整體設(shè)計(jì)以及行走箱,中厚煤層采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)【牽引部的整體設(shè)計(jì)以及行走箱】,煤層,采煤,牽引,設(shè)計(jì),整體,總體,以及,行走 1 摘要 本文是新型采煤機(jī)牽引部整體設(shè)計(jì)的說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)通過(guò)參考大量產(chǎn) 品資料和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，分析以往典型采煤機(jī)在中、厚煤層開(kāi)采中的 液壓部分存在的問(wèn)題，利用多種方法改進(jìn)，權(quán)衡許多重要參數(shù)最終將牽 引部定為由液壓裝置提供動(dòng)力，齒輪在軌道上行走的基本形式，將采煤 機(jī)的直線行走運(yùn)動(dòng)性能十分穩(wěn)定。 本文主要是關(guān)于牽引部的整體設(shè)計(jì)以及行走箱的設(shè)計(jì)，主要闡述行 走箱各軸、齒輪以及軸承等的選型及選型和改進(jìn)措施，其中以動(dòng)力傳動(dòng) 與行走機(jī)構(gòu)的確定為主。還有關(guān)于牽引部的總體傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比的計(jì) 算。最后，為牽引部的生產(chǎn)和使用中遇到的實(shí)際問(wèn)題以及問(wèn)題的解決提 了一些要求和建議，幫助用戶能更好的使用機(jī)器。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中不易表 達(dá)出來(lái)的地方還配有圖紙來(lái)說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；牽引部；行走箱；牽引機(jī)構(gòu)； 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 Abstract Shearer traction in this paper is the new Department of the overall design of brochures. Design of a large number of products through reference information and guidance to the guidance of teachers, analysis of typical Shearer in the past, thick seam mining in the hydraulic part of the existing problems, and use various methods to improve balance many important parameters of the traction will eventually be ground Hydraulic devices powered gear running on the track in the basic form, Shearer will walk a straight line movement of very stable. This article is about the overall design of the Department of traction, as well as the design of walking box, walking on the main shaft, gears and bearings, such as the selection and selection and improvement measures, Power Traction and walking mechanism is mainly confirmed. Traction is also available on the Department of the overall transmission ratio of the transmission system of calculation. Finally, the Department of traction for the production and use of the practical problems encountered in the settlement of the issue and mentioned a number of requests and suggestions to help users better use of machinery. Design Manual difficult to express in the local also has drawings to illustrate. Key words: Shearer; traction Department; walking box; traction; 3 目錄 1 緒 論 .4 1.1 采煤機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) .4 1.2 中國(guó)煤炭開(kāi)采的重要性 .5 1.3 設(shè)計(jì)意義 .5 2 牽引部的整體方案設(shè)計(jì) .7 2.1 牽引形式的選擇 .7 2.2 牽引機(jī)構(gòu)的選擇 .10 2.2.1 鏈牽引機(jī)構(gòu) .10 2.2.2 無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) .10 2.3 牽引部的組成及特點(diǎn) .12 2.4 牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力設(shè)計(jì)方案的確定 .14 2.4.1 牽引部與行走箱一體設(shè)計(jì) .14 2.4.2 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì) .14 2.5 此種設(shè)計(jì)對(duì)牽引部的要求 .15 2.6 牽引阻力的確定 .16 2.7 減速機(jī)構(gòu)的選用 .17 2.7.1 減速器的概述 .17 2.7.2 主要減速器特點(diǎn)比較及選擇 .17 2.8 潤(rùn)滑方式及齒輪油的確定 .18 2.9 密封形式的確定 .19 3 牽引部的主要技術(shù)參數(shù)及動(dòng)力設(shè)計(jì) .20 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3.1 液壓馬達(dá)的選取 .20 3.2 牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) .20 3.2.1 傳動(dòng)比的計(jì)算 .20 3.2.2 確定齒輪模數(shù)和齒數(shù) .22 3.2.3 確定各軸輸入扭矩、轉(zhuǎn)速、輸入功率 .23 3.3 齒輪變位計(jì)算 .24 3.3.1 計(jì)算馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪的齒輪變位系數(shù) .25 3.3.2馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪尺寸計(jì)算 .26 3.4 馬達(dá)齒輪校核 .27 3.5 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 .30 3.5.1 中心齒輪軸設(shè)計(jì)校核 .30 4 行星輪設(shè)計(jì)及計(jì)算 .36 4.1 齒輪材料、熱處理工藝和制造工藝的選定 .36 4.2 確定各主要參數(shù) .37 4.3 幾何尺寸計(jì)算 .39 4.4 嚙合要素驗(yàn)算 .40 4.5 齒輪強(qiáng)度校核 .41 5 行走箱的設(shè)計(jì) .47 5.1 直齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) .47 5.1.1 齒輪設(shè)計(jì) .47 5.1.2 齒輪的變位及尺寸計(jì)算 .50 5.1.3 齒輪接觸強(qiáng)度修正校核 .53 5.1.4 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 .53 5.2 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承的選型與壽命的計(jì)算 .55 5 5.2.1 花鍵軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 .55 5.2.2 軸承的選型及壽命的計(jì)算 .58 5.3 牽引部機(jī)箱體的設(shè)計(jì)思路 .59 6 安裝、檢測(cè)維修與故障處理 .61 6.1 采煤機(jī)牽引部的安裝與調(diào)試 .61 6.2 牽引部的維修與檢修 .61 6.2.1 牽引部的維護(hù) .61 6.2.2 牽引部的檢修 .62 6.3 采煤機(jī)牽引部的故障分析和處理 .63 6.3.1 故障分析處理的原則依據(jù) .63 6.3.2 處理故障的步驟 .63 6.3.3 常見(jiàn)故障分析與處理 .64 6.3.4 磨損檢測(cè) .66 7 總結(jié) .67 致謝 .68 參考文獻(xiàn) .69 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 1、緒 論 1.1 采煤機(jī)械的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)使用的采煤機(jī)械主要是可調(diào)高的雙牽引部液壓采煤機(jī)，這 種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的液壓牽引采煤機(jī)，可追溯到長(zhǎng)臂截煤機(jī)，是早期用于煤層 底部掏槽的采煤機(jī)械。最早的滾筒采煤機(jī)是在截煤機(jī)的基礎(chǔ)上，將減速 箱部分改成允許安裝一根水平軸和截割滾筒而演變成的。這種滾筒采煤 機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開(kāi)采機(jī)械化的基礎(chǔ)。早期的滾筒采 煤機(jī)主要存在 2 個(gè)問(wèn)題， （1）截煤滾筒的安裝高度不能在使用中調(diào)整（即所謂的固定滾筒） ， 對(duì)煤層厚度及變化適應(yīng)性差； （2）截煤滾筒的裝煤效果不佳（即所謂的圓形滾筒） ，限制了采煤 機(jī)生產(chǎn)率的提高。20 世紀(jì) 60 年代，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和前蘇聯(lián)等先后 對(duì)采煤機(jī)的截割滾筒做出兩項(xiàng)改進(jìn)。一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其 高度，完全解決對(duì)煤層賦存條件的適應(yīng)性；二是把圓形滾筒改進(jìn)成螺旋 葉片截煤滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項(xiàng)改進(jìn)使?jié)L筒式采煤機(jī)成 為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)。在滾筒采煤機(jī)發(fā)展的同時(shí)，還研制出用刨削 方式落煤的刨煤機(jī)、以鉆削方式落煤的鉆削式采煤機(jī)，以及螺旋鉆式采 煤機(jī)?，F(xiàn)代滾筒采煤機(jī)均為可調(diào)高搖臂滾筒采煤機(jī)，其發(fā)展是從有鏈到 無(wú)鏈；由機(jī)械牽引到液壓牽引再到電牽引；由單機(jī)縱向布置驅(qū)動(dòng)到多機(jī) 橫向布置驅(qū)動(dòng)；由單滾筒到雙滾筒，且向大功率、遙控、遙測(cè)、智能化 發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高，工況自動(dòng)監(jiān)測(cè)、 故障診斷以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已在采煤機(jī)上得 到應(yīng)用。 7 1.2 中國(guó)煤炭開(kāi)采的重要性 從資源上看，我國(guó)富煤貧油，一次能源以煤為主。在探明的化石能 源中，煤炭占 94.3%，石油天然氣僅占 5.7%；其中煤炭探明可采儲(chǔ)量 1145 億噸，按同等發(fā)熱量計(jì)算，相當(dāng)于目前已探明石油和天然氣總和 的 17 倍。煤炭提供了 78%的發(fā)電能源、70%的化工原料和 60%民用商品 能源；國(guó)家的資源條件決定了我國(guó)在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，只能選 擇以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)。 從經(jīng)濟(jì)上來(lái)看，煤炭與其他能源相比具備明顯的優(yōu)勢(shì)，按同等發(fā)熱 量比較，煤炭?jī)r(jià)格僅相當(dāng)于石油的 1/3，電里的 1/7,天然氣的 1/4，對(duì) 于我國(guó)這樣一個(gè)經(jīng)濟(jì)上還欠發(fā)達(dá)的國(guó)家來(lái)說(shuō)，煤炭是我國(guó)目前最經(jīng)濟(jì)、 最現(xiàn)實(shí)的能源。 從環(huán)保來(lái)看，煤炭通過(guò)發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，經(jīng)過(guò)潔凈加工后可減少煤 的硫分、灰分，通過(guò)潔凈燃燒可顯著減排大量的 SO2和一定量的 CO2， 通過(guò)轉(zhuǎn)化可把煤變?yōu)榍鍧嵉囊后w、氣體燃料，使煤炭得到清潔的利用。 因此可以說(shuō)，未來(lái)的煤炭工業(yè)將完全有可能是一個(gè)潔凈的新型的工業(yè)。 從需求前景來(lái)看，我國(guó)人均能源消費(fèi)量不足世界人均能源消費(fèi)水平 （2.4 噸標(biāo)準(zhǔn)煤）的一半，僅為發(fā)達(dá)國(guó)家的 1/10-1/5。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和 人民生活水平的不斷提高，將使得我國(guó)人均能源消費(fèi)量和能源消費(fèi)總量 長(zhǎng)期保持著高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。預(yù)計(jì)“十一五”期間，我國(guó)煤炭需求量年均增 長(zhǎng)增長(zhǎng) 2000 萬(wàn)噸左右，到 2010 年煤炭需求總量將超過(guò) 12 億噸。 1.3 設(shè)計(jì)意義 面對(duì)煤炭需求量的不斷增加，采煤的機(jī)械化和自動(dòng)化是煤炭工業(yè)高 產(chǎn)高效，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的必有之路。機(jī)械化作業(yè)對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 善勞動(dòng)條件和環(huán)境，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)有著非常 積極的意義。而且隨著煤炭工業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安全可靠的采煤機(jī) 的需求顯得非常的迫切。 9 2、牽引部的整體方案設(shè)計(jì) 采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的重要組成部件，它不但負(fù)擔(dān)采煤機(jī)的 移動(dòng)和非工作時(shí)的調(diào)動(dòng)，而且牽引速度的大小直接影響工作機(jī)構(gòu)的效率 和質(zhì)量，并對(duì)整機(jī)的生產(chǎn)能力和工作性能產(chǎn)生很大影響。因此，此設(shè)計(jì) 應(yīng)首先確定牽引部的整體方案。 牽引部包括牽引機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置兩部分。牽引機(jī)構(gòu)是直接移動(dòng)機(jī)器 的裝置，它分為鋼繩牽引、鏈牽引及無(wú)鏈牽引等幾種。傳動(dòng)裝置是用來(lái) 驅(qū)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)的，按傳動(dòng)類型有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)及電傳動(dòng)等幾種。 傳動(dòng)裝里位于采煤機(jī)上的稱為內(nèi)牽引，位于工作面兩端的稱為外牽引。 大部分采煤機(jī)都采用內(nèi)牽引，只有在某些薄煤層采煤機(jī)中，為了充分利 用電動(dòng)機(jī)功率來(lái)割煤并縮短機(jī)身，才采用外牽引。 2.1 牽引形式的選擇 采煤機(jī)牽引部傳動(dòng)裝置的功用是將電動(dòng)機(jī)的能量傳到主動(dòng)鏈輪或驅(qū) 動(dòng)輪，并滿足牽引部的要求。現(xiàn)有的牽引部傳動(dòng)裝置分為機(jī)械牽引、液 壓牽引、電氣牽引三種。 1機(jī)械牽引 具有純機(jī)械傳動(dòng)裝置的牽引部簡(jiǎn)稱機(jī)械牽引。其特點(diǎn)是工作可靠， 但只能有級(jí)調(diào)速且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前己很少應(yīng)用。 這種機(jī)械牽引系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)調(diào)速、停止、換向、保護(hù)過(guò)載等，軸和 齒輪非常多，外加離合器、制動(dòng)閘等，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且在工作時(shí)， 能得到的工作速度非常有限。因此不采用此種牽引裝置。 2液壓牽引 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 液壓傳動(dòng)的牽引部具有無(wú)級(jí)調(diào)速特性，且換向、停止、過(guò)載保護(hù)易 于實(shí)現(xiàn)，及實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)運(yùn)，保護(hù)系統(tǒng)比較完善，因而獲得廣泛 應(yīng)用。其缺點(diǎn)是：油液容易污染，致使零部件容易損壞，使用壽命較低。 牽引部都采用容積調(diào)速，并且都采用變量泵一定量馬達(dá)系統(tǒng)。其主 回路有開(kāi)式系統(tǒng)及閉式系統(tǒng)兩種。 （1）開(kāi)式系統(tǒng) 液壓泵從油箱吸油，向液壓缸或液壓馬達(dá)供油， 其回油直接回油箱的主回路稱為開(kāi)式系統(tǒng)。開(kāi)始系統(tǒng)主要配備換向閥、 安全閥、和采用變量主液壓泵，就可以實(shí)現(xiàn)牽引部換向、安全保護(hù)和調(diào) 速的基本功能。 換向閥和安全閥都附設(shè)在液壓馬達(dá)的殼體上。整流閥組則附設(shè)在液 壓泵內(nèi)，所以液壓系統(tǒng)的外部管路很簡(jiǎn)單，在液壓泵和液壓馬達(dá)之間只 有一根軟管，安裝比較方便。 開(kāi)式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)較簡(jiǎn)單散熱條件好；其缺點(diǎn)是需要大量的 油池，油池中的臟物和空氣較容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)，使系統(tǒng)受到污染，使 得工作條件惡化，并且工作時(shí)的穩(wěn)定性差，不適合傳動(dòng)要求高的機(jī)械中。 （2）閉式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng)中主液壓泵排出的油直接向液壓馬達(dá)供 應(yīng)，而液壓馬達(dá)的回油又直接返回主液壓泵的吸油口，大部分油液進(jìn)行 著油液的內(nèi)循環(huán)，由于： 1）壓力的作用，每個(gè)液壓元件均有泄漏損失，因此，液壓馬達(dá)排 出的油量就不夠主液壓泵所吸入的吸油量，會(huì)造成主液壓泵的吸空； 2）主回路油液量減少，油液不斷的循環(huán)工作，摩擦發(fā)熱，使系統(tǒng) 油溫不斷升高，油液粘度降低，液膜變薄而且強(qiáng)度降低，從而使各元件 的工作條件惡化，容易磨損 11 3）主回路建立不起所需的背壓，因此主回路必須增加補(bǔ)油和熱交 換回路，這樣的主回路系統(tǒng)才能正常的工作，因此閉式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為 復(fù)雜。 在閉式系統(tǒng)中，油箱容積較小、結(jié)構(gòu)緊湊；由于油液不同空氣接觸 且油管中的壓力高于大氣壓力，空氣和污染物不易進(jìn)入系統(tǒng)；主回路低 壓側(cè)低壓側(cè)因有一部分背壓，故運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)；通常閉式系統(tǒng)均采用雙 向變量液壓泵，其換向和調(diào)速均由主泵控制因而沒(méi)有過(guò)剩的流量，效率 較高，所以閉式系統(tǒng)適于大功率和換向頻繁的設(shè)備，液壓牽引采煤機(jī)的 牽引部就經(jīng)常采用此種牽引系統(tǒng)將液壓系統(tǒng)采 3電氣牽引 用可控硅整流器供給直流電，即電子控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)牽引直 流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的牽引部稱為電牽引。具有電牽引部的采煤機(jī)稱為電牽引 采煤機(jī)，它是 1976 年開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的新一代采煤機(jī)。牽引電動(dòng)機(jī)可以 是他激直流電機(jī)，也可以是串激直流機(jī)。 要想改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)以下方法達(dá)到： (1)保持激磁電流 JB不變(在額定值)，即磁通 不變，采用可控硅 觸發(fā)電路來(lái)改變電扼電壓 U，可以得到恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速段； (2)保持電樞電壓不變(額定位)，而減小激磁電流 IB(即減小磁通 )，使轉(zhuǎn)矩減小，速度增大，以得到恒功率調(diào)速段。當(dāng)然也可以同時(shí) 用調(diào)節(jié)電樞電壓與磁場(chǎng)強(qiáng)度的辦法來(lái)達(dá)到調(diào)速。 電牽引采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速性能好；因采用固體元件，所以抗 污染能力強(qiáng)，除電刷和整流子外無(wú)易損件，因而壽命和效率高，維修工 作量?。灰螂娮涌刂频捻憫?yīng)快，所以易于實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)、檢測(cè)和顯示； 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)身長(zhǎng)度可大大縮短，提高廠采煤機(jī)的通過(guò)性能和開(kāi)砍口效 率。所有這些優(yōu)點(diǎn)，使液壓牽引大為遜色。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 盡管電氣牽引裝置存在很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中技術(shù)還不太成 熟，在井下很難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榫峦咚沟拇嬖谑褂秒姎庋b置受到一定的 限制，所以本設(shè)計(jì)不采用電牽引方式。 綜上所述本設(shè)計(jì)采用液壓閉式系統(tǒng)作為采煤機(jī)的牽引形式。 2.2 牽引機(jī)構(gòu)的選擇 2.2.1 鏈牽引機(jī)構(gòu) 鏈牽引機(jī)構(gòu)包括礦用圓環(huán)鏈、鏈輪和鏈接頭三種形式。 鏈傳動(dòng)的缺點(diǎn)且鏈速不均勻。當(dāng)平環(huán)進(jìn)入嚙合區(qū) 角范圍內(nèi)時(shí)， 鏈輪與平環(huán)開(kāi)始嚙合，鏈輪窩稽推功平環(huán)，牽引速度變化很快。因此工 作時(shí)很不穩(wěn)定，不宜用于采煤機(jī)的牽引裝置中。 必須指出，采用緊夠裝置時(shí)，應(yīng)保證其有足夠的行程或壓縮量，避 免松邊緊鏈裝置在工作過(guò)程中因收縮頂死而呈剛件固定。為此，應(yīng)當(dāng)估 計(jì)采煤機(jī)工作時(shí)牽引鏈中的最大的彈性伸長(zhǎng)量。 2.2.2 無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) 1無(wú)鏈牽引的優(yōu)缺點(diǎn) 隨著采煤機(jī)向強(qiáng)力、重型化及大傾角的方向發(fā)展，其電動(dòng)機(jī)功率已 逐漸增大到 450 一 750kw，牽引力己達(dá)到 400 一 600KN。對(duì)于這樣大的 牽引力，目前的圓環(huán)鏈傳動(dòng)的強(qiáng)度已不能滿足實(shí)際需要，牽引鏈極易拉 斷，而且拉斷時(shí)，牽引鏈儲(chǔ)存的巨大彈性能被釋放，將造成嚴(yán)重傷害。 因此，七十年代以來(lái)，無(wú)鏈牽引采煤機(jī)得到了大力發(fā)展。無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) 取消了固定在工作面兩端的牽引鏈而采用采煤機(jī)上的驅(qū)動(dòng)輪與輸送機(jī) 上的齒條等相嚙合的方式來(lái)移動(dòng)機(jī)器。無(wú)鏈牽引具有一系列優(yōu)點(diǎn)： (1)采煤機(jī)移動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小，因而載荷均勻，延長(zhǎng)了機(jī)器的使用 13 壽命，故障率也大大減少 。 (2)可利用無(wú)鏈雙牽引傳動(dòng)將牽引力提高到 400 一 600kN，以適應(yīng) 采煤機(jī)在大傾角(最大達(dá) 54)條件下工作，利用制動(dòng)器還可使機(jī)器的 防滑問(wèn)題得到解決。 (3)可以實(shí)現(xiàn)工作面多臺(tái)采煤機(jī)同時(shí)工作，提高工作面產(chǎn)量。 (4)嚙合效率高，可將牽引力有效地用在割煤上。因它沒(méi)有原來(lái)鏈 牽引的鏈條通過(guò)三個(gè)鏈輪時(shí)產(chǎn)生的圍繞折曲嚙合合損失，所以噪聲也有 降低。 (5)消除了牽引鏈帶來(lái)的斷鍍、反鏈敲缸等事故，大大提高了安全 性。 無(wú)鏈牽引的缺點(diǎn)是： 1）對(duì)輸送機(jī)的彎曲和起伏不平的要求較高，對(duì)煤層地質(zhì)條件變化 的適應(yīng)件較差，叛及輸送機(jī)起伏太大，會(huì)影響無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)的嚙合，造 成傳動(dòng)件的損壞事故。 2）無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)使機(jī)道寬度增加了約 100mm，所以提高了支架控 頂能力的要求。 因此，此采煤機(jī)的牽引結(jié)構(gòu)采用無(wú)鏈牽引。 2 無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)的分類 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已有 20 多種無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)，但歸結(jié)起來(lái)可分為三類： (1)驅(qū)動(dòng)輪齒條系統(tǒng) 利用牽引部上的驅(qū)動(dòng)輪直接或經(jīng)齒軌輪 與固定在輸送機(jī)上的齒條相嚙合而移動(dòng)采煤機(jī)。這種無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)的強(qiáng) 度高，傳力大，可獲得大的牽引力；可以單牽引或雙牽引傳動(dòng)，雙牽引 時(shí)同一主泵供給相互獨(dú)立的傳動(dòng)裝置，使?fàn)恳υ龃笠槐?，但牽引速?減小一倍；齒條或齒軌的撓曲性好，可以適應(yīng)輸送機(jī)的彎曲和起伏；傳 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)有制動(dòng)裝置，機(jī)器停止?fàn)恳磿r(shí)制動(dòng)，以防機(jī)器下滑；系統(tǒng) 既可以裝在檔煤板側(cè)，也可以裝在鏟煤板側(cè)，以適應(yīng)不同的需要。所以， 驅(qū)動(dòng)輪齒條系統(tǒng)是目前應(yīng)用最多的無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)。 (2)傳動(dòng)鏈一齒軌系統(tǒng) 這種牽引機(jī)構(gòu)是通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪經(jīng)齒軌輪與 鋪設(shè)在輸送機(jī)上的圓柱排銷式齒軌嚙合而使采煤機(jī)移動(dòng)的，其結(jié)構(gòu)如 2-1 所示。驅(qū)動(dòng)輪和中間傳動(dòng)輪都是擺線齒廓，后者采用長(zhǎng)齒以適應(yīng)排 銷的起伏。 排銷的安裝方式可以分為固定式與滑動(dòng)式是兩種，固定式排銷用螺 栓固定在齒軌座的長(zhǎng)孔中，以保證中部槽水平偏轉(zhuǎn)。齒軌座用螺栓固定 在中部槽上?；瑒?dòng)式銷排分為兩種，一種是將銷排安裝在輸送機(jī)導(dǎo)向槽 中，它可以沿導(dǎo)向滑動(dòng)，但滑動(dòng)量受到導(dǎo)向槽的擋塊限制，并靠間隙來(lái) 保證其水平和垂直偏轉(zhuǎn)；另一種是將排銷的卡套安裝在導(dǎo)向管上，使排 銷能沿輸送機(jī)方向在導(dǎo)向管上滑動(dòng)，為限制動(dòng)量，導(dǎo)向管上也有擋塊。 這種系統(tǒng)可利用原采煤機(jī)改裝，但因傳動(dòng)鏈強(qiáng)度低、移動(dòng)速度不均、 磨損大和效率低而應(yīng)用不多。法國(guó) SIRUS400 型采煤機(jī)采用這種系統(tǒng)， 但驅(qū)動(dòng)鏈輪用水平鏈輪，傳動(dòng)鏈采用圓環(huán)鏈。 (3)液壓缸推進(jìn)系統(tǒng) 利用兩個(gè)液壓缸交替推移前進(jìn)而使機(jī)器移動(dòng)。 工作時(shí)，一個(gè)液壓缸的卡爪夾緊導(dǎo)軌，該缸進(jìn)油使活塞桿伸出推動(dòng)機(jī)器 前移；另一卡爪松開(kāi)，活塞桿收回，難備下次推移。這種系統(tǒng)雖可簡(jiǎn)化 牽引部結(jié)構(gòu)，但是斷續(xù)運(yùn)動(dòng)，卡爪和導(dǎo)軟磨損大。 因此本設(shè)計(jì)采用齒輪銷排式無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)如圖 2-1 所示。 2.3 牽引部的組成及特點(diǎn) 牽引機(jī)構(gòu)由牽引部和行走箱組成，其中牽引部由機(jī)殼、牽引馬達(dá)、 液壓制動(dòng)器、馬達(dá)齒輪軸、惰輪組、牽引軸、中心齒輪組、行星減速器 15 及油微側(cè)標(biāo)尺等主要零部件組成。行走箱由機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)輪、行走輪組成。 該牽引部有以下特點(diǎn)： （1）牽引力大，是機(jī)器重量的 1.4 倍。 （2）制動(dòng)器采用液壓制動(dòng)，制動(dòng)力大，使采煤機(jī)在較大傾角條件 下采煤時(shí)，有了可靠的防滑措施。 （3）采用雙極行星減速機(jī)構(gòu)，減速比大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。行星減速器 采用四行星輪減速機(jī)構(gòu)使軸承的壽命和齒輪的強(qiáng)度大，可靠性高。行星 減速機(jī)構(gòu)為雙浮動(dòng)機(jī)構(gòu)即太陽(yáng)輪、行星架浮動(dòng)，以補(bǔ)償制造和安裝誤差， 使各行星輪均勻承擔(dān)載荷。 （4）平滑靴支撐耳及油缸連接耳的設(shè)計(jì)均考慮了升高機(jī)面高度的 配合要求，使機(jī)器適應(yīng)面更廣。 （5）行走箱與牽引部獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)，使采煤機(jī)可以在改變行走箱 的條件下改變機(jī)面高度，以適應(yīng)不同的采高。 （6）滑輪回轉(zhuǎn)中心與行走輪中心軸同軸，保證行走輪與銷軌的正 常嚙合。 （7）左右兩個(gè)牽引部采用對(duì)稱設(shè)計(jì)。 （8）機(jī)殼設(shè)計(jì)采用可焊鑄銅制造，強(qiáng)度高。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 圖 2-1 齒輪銷排式無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) 2.4 牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力設(shè)計(jì)方案的確定 2.4.1 牽引部與行走箱一體設(shè)計(jì) 牽引部與行走箱設(shè)計(jì)在一個(gè)箱體內(nèi)部，既不利于防塵，同時(shí)制造出 的機(jī)箱的總體積也較大，不便于維修，互換性比較差。最重要的是這種 箱體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜質(zhì)量過(guò)于集中，對(duì)軌道的壓力過(guò)于集中。 2.4.2 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì) 牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)配不同槽寬的運(yùn)輸機(jī) 或不同的牽引形式時(shí)只需要改變行走箱，其他主機(jī)箱不變，配套適應(yīng)性 強(qiáng)。兩個(gè)牽引部和行走箱左右對(duì)稱分布在兩側(cè)，由兩個(gè)液壓馬達(dá)分別經(jīng) 牽引不減速驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)雙牽引。采用現(xiàn)在國(guó)內(nèi)不常使用的銷軌式牽引系統(tǒng)， 17 導(dǎo)向滑靴和行走輪中心合一騎在運(yùn)輸機(jī)銷軌上，一是保證采煤機(jī)不掉道， 同時(shí)還能保證行走輪和銷軌柱銷有較好的嚙合性能。 因此，箱體設(shè)計(jì)采用牽引部和行走箱獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)。 2.5 此種設(shè)計(jì)對(duì)牽引部的要求 （1）足夠大的牽引力 為在困難條件下割煤，采煤機(jī)應(yīng)有足夠大的牽 引力。 常見(jiàn)采煤機(jī)牽引力如表 21。 表 2-1 采煤機(jī)牽引力的參數(shù)匹配（單位為 KW/KN） 采煤機(jī)電動(dòng)機(jī)功 率 50 100 150 200 300 牽引力 100 100120 160180 200220 250300 由于無(wú)鏈牽引采煤機(jī)可用在大傾角( )中，因而一般采用雙405 牽引傳動(dòng)。采用這種雙牽引，牽引力較上定位增大一倍，但牽引速度降 低一倍。目前采煤機(jī)的最大牽引力達(dá) 2310kN。 （2）總傳動(dòng)比大 牽引速度一般為 v90 一 10mmin，因此傳動(dòng) 裝置的總傳動(dòng)比應(yīng)大于 300。 （3）總傳動(dòng)比要能在工作過(guò)程中隨時(shí)調(diào)節(jié)，并且最好能無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)， 這是因?yàn)檠毓ぷ髅婷嘿|(zhì)的變化及夾矸、硬夾雜物的分布是隨機(jī)的，必須 根據(jù)煤質(zhì)軟硬來(lái)調(diào)節(jié)牽引速度的大小。 （4）要在電功機(jī)轉(zhuǎn)向不變的條件下能反向牽引和停止?fàn)恳?采煤 機(jī)上行、下行割煤時(shí)，電動(dòng)機(jī)方向是一定的，為改變牽引方向，傳動(dòng)鏈 中應(yīng)有相應(yīng)措施；為避免電動(dòng)機(jī)帶負(fù)荷起動(dòng)，采煤機(jī)停機(jī)前應(yīng)先停止?fàn)?引，使主油位回到零位。此外，在更換齒輪和滾筒凋高、調(diào)斜等操作中， 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 常需要采煤機(jī)停止?fàn)恳瑫r(shí)又要開(kāi)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)供油并使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)這 就要求牽引部設(shè)置離合器及調(diào)速手把的正確零位位置。 （5）牽引部應(yīng)有可靠、完善的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)和完善的保護(hù)裝置 應(yīng) 根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷、牽引力大小來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速及過(guò)載保護(hù)，還應(yīng)設(shè)置油 濕、油質(zhì)保護(hù)和防止機(jī)器下滑的裝置。 （6）操作方便 牽引部應(yīng)有手動(dòng)操作、離機(jī)操作及自動(dòng)調(diào)度等裝 置。 （7）零部件應(yīng)有高的強(qiáng)度和可靠性：顯然本引部只消耗采脫機(jī)裝 機(jī)功率的 1015%，但因牽引速度低，牽引力大，零部件受力大，所以 必須要有足夠的強(qiáng)度和可靠性。 2.6 牽引阻力的確定 牽引阻力是采煤機(jī)沿工作面割煤時(shí)需要克服的移動(dòng)阻力。以雙滾筒 無(wú)鏈鏈牽引采煤機(jī)上行采煤為例，說(shuō)明本引阻力的確定。采煤機(jī)騎在刮 板輸送機(jī)上靠?jī)蓚€(gè)滑靴 A、B 支承在工作面例槽華上，兩個(gè)滑靴 C、D 支 承在采空區(qū)測(cè)槽幫上，并靠導(dǎo)向管導(dǎo)向。牽引鏈兩端固定在張緊裝置上， 后者固定在輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾上。采煤機(jī)上行割煤時(shí)，滾筒上作用的 外阻力有：推進(jìn)阻力、垂直底板阻力、及側(cè)向力。根據(jù)滾筒上每個(gè)齒的 受力情況，不難確定以上諸力的大小和作用位置。在外力及機(jī)器員力的 作用下，四個(gè)滑靴 A、B、C 及 D 上的支撐反力和相應(yīng)的摩擦力，它們可 根據(jù)空間力系求得。 因滾筒側(cè)向力較小，且對(duì)牽引阻力影響不大，故在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)。 對(duì)無(wú)鏈牽引采煤機(jī)通常按傾角 18來(lái)確定牽引力，所以在傾角 16-18時(shí)，必須設(shè)置液壓安全絞車；對(duì)無(wú)鏈牽引采煤機(jī)，則應(yīng)按 19 最大傾角來(lái)選擇牽引力和相應(yīng)的制動(dòng)力矩。鏈牽引采煤機(jī)靠牽引部主動(dòng) 鏈輪纏繞兩端固定在輸送機(jī)上的牽引鏈而移動(dòng)。牽引鏈一邊緊一邊松。 為了順利吐鏈并消除卡鏈?zhǔn)鹿?，松?dòng)鏈必須靠緊鏈裝置來(lái)保證一定的頂 緊力。牽引部產(chǎn)生的牽引力應(yīng)大于牽引阻力，并應(yīng)滿足 （2-21P 1） 式中 P 2-牽引鏈緊邊植力； P1-牽引鏈松邊拉力。 而鏈牽引的牽引力則由實(shí)際工作的情況可以靈活設(shè)計(jì)與并且改動(dòng)要 比鏈牽引容易的多。 2.7 減速機(jī)構(gòu)的選用 2.7.1 減速器的概述 減速器是原動(dòng)件和工作機(jī)之間的獨(dú)立閉式傳動(dòng)裝置，用來(lái)降低轉(zhuǎn)速 和增大轉(zhuǎn)矩以滿足各種工作機(jī)械的需要。減速器的種類很多，按照傳動(dòng) 的形式的不同可分為齒輪減速器，蝸桿減速器和行星減速器；按照齒輪 傳動(dòng)的級(jí)數(shù)又可分為單級(jí)和多級(jí)減速器，按照傳動(dòng)的形式又可分為展開(kāi) 式，分流式和同軸式減速器。這里僅討論齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及由他 們組成的減速器。若按傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)劃分，這類減速器主要有六種， 他們分別是：齒輪減速器、蝸桿減速器、行星減速器、蝸桿齒輪減速器 及齒輪蝸桿減速器、擺線針輪減速器、諧波齒輪減速器。這六種減速器 均有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，使用時(shí)只需結(jié)合所需傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比、工 作條件和機(jī)器的總體布置等具體要求，從產(chǎn)品目錄中或相關(guān)手冊(cè)上選擇 即可。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 2.7.2 主要減速器特點(diǎn)比較及選擇 1 齒輪減速器的特點(diǎn) 齒輪減速器的特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)便， 應(yīng)用范圍較廣，此類減速器按其齒輪的級(jí)數(shù)可分為單級(jí)、兩級(jí)、三級(jí)和 多級(jí)的；按其軸在空間的布置可分為立式與臥式；按其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的特點(diǎn) 可分為展開(kāi)式、同軸式和分流式等。 2 蝸桿減速器 蝸桿減速器的特點(diǎn)是在外廓尺寸不太大的情況下，可獲得較大的傳 動(dòng)比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率比較低。其中，應(yīng)用最廣的是單級(jí) 蝸桿減速器，兩級(jí)蝸桿減速器則應(yīng)用較少。 3 行星減速器 行星減速器由于具有減速比大、體積小、重量輕。效率高等優(yōu)點(diǎn)在 很多情況下可代替二級(jí)、三級(jí)以及普通齒輪減速器和蝸桿減速器。參照 機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)中表 18-4 可知：行星齒輪的結(jié)構(gòu)可以使?fàn)恳康恼w 尺寸減小，重量減輕，盡管制造精度較高，機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜但是由于牽引 部要的動(dòng)力傳動(dòng)要求結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)牽引部傳動(dòng)裝置的要求，結(jié)合減速 器的效率、外廓尺寸和質(zhì)量等要求，我們綜合分析比較，我們參照機(jī) 械設(shè)計(jì)書(shū)中表 18-1、18-2、18-3、18-4，四個(gè)表中各種減速器的適 用場(chǎng)合、推薦的傳動(dòng)比以及使用特點(diǎn)，牽引部的減速機(jī)構(gòu)采用兩級(jí)行星 減速器作。 2.8 潤(rùn)滑方式及齒輪油的確定 良好的潤(rùn)滑對(duì)于采煤機(jī)的使用壽命和傳動(dòng)效率有著很重要的要求。 目前，國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)減速器的潤(rùn)滑方式有三種：飛濺潤(rùn)滑、強(qiáng)迫潤(rùn)滑和 定期注油或脂潤(rùn)滑。目前大多數(shù)的采煤機(jī)均采用飛濺潤(rùn)滑。飛濺潤(rùn)滑的 21 潤(rùn)滑強(qiáng)度高工作零件散熱快，而主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，對(duì)潤(rùn)滑油雜質(zhì)和粘度 降低較不敏感，并且要求搖臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。較小的齒輪靠較大的齒輪帶 油并送到嚙合處進(jìn)行潤(rùn)滑。軸承是靠足夠的油面高度或?yàn)R油潤(rùn)滑的。當(dāng) 傳動(dòng)零件轉(zhuǎn)速相當(dāng)高時(shí)，這種方法可以使位于不同水平面的傳動(dòng)件得到 良好的潤(rùn)滑。綜合考慮潤(rùn)滑的要求和攪動(dòng)產(chǎn)生的能耗，本設(shè)計(jì)采用飛濺 潤(rùn)滑，注油高度為距機(jī)殼上平面 290mm320mm，在牽引部頂端設(shè)有油 位側(cè)標(biāo)尺，可觀察油面高度，每周檢查一次，根據(jù)實(shí)際情況更換新油。 齒輪油的選用，齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的用油與所受的載荷、油池的散熱條 件有著密切的關(guān)系，減速器的傳動(dòng)件一般都進(jìn)行滲碳淬火或滲氨，考慮 一般牽引截割速度為 7.75m/s 左右，因此根據(jù)文獻(xiàn)8選用 N220 工業(yè)極 壓齒輪油作為牽引部?jī)?nèi)的齒輪的潤(rùn)滑油。 2.9 密封形式的確定 對(duì)密封裝置的要求主要有： （1）在一定壓力下，具有良好的密封性； （2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)件間，因密封引起的壓力應(yīng)較小； （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低、壽命長(zhǎng)，使用維護(hù)簡(jiǎn)便。 采煤機(jī)牽引部采用的密封件主要有 O 型密封圈、墊圈、旋轉(zhuǎn)唇形密 封、無(wú)骨架密封、迷宮密封和浮動(dòng)密封這五種。因?yàn)辇X輪的潤(rùn)滑裝置采 用采用飛濺潤(rùn)滑，因此對(duì)于箱體的密封要求很高，因此，在惰輪軸及軸 承蓋的安裝時(shí)使用 O 形圈進(jìn)行密封；而在螺栓連接面使用矩形橡膠墊圈 密封；在一般的軸孔相對(duì)運(yùn)動(dòng)處采用旋轉(zhuǎn)唇形密封和無(wú)骨架密封；在行 星機(jī)構(gòu)輸出軸處同時(shí)使用迷宮密封和浮動(dòng)密封，以上密封裝置均能滿足 采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)要求。故按以上的密封裝置對(duì)牽引部進(jìn)行密封。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3、牽引部的主要技術(shù)參數(shù)及動(dòng)力設(shè)計(jì) 以知條件： 牽引方式： 液壓調(diào)速齒輪銷排式無(wú)鏈雙牽引 最大牽引力: 400KN 牽引速度： 07.7m/min 總減速比： 143 設(shè)計(jì)為每天兩班，每班 8 小時(shí)，每年工作 300 天，預(yù)期壽命 5 年。 3.1 液壓馬達(dá)的選取 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速： 1057./min43nri 牽引部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求由于工作面狹窄，不安全因素多，負(fù)載變 化大，采煤機(jī)牽引速度低， （一般都小于 10r/min） ，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求， 牽引速度的大小約為 7.7r/min。液壓馬達(dá)由泵箱設(shè)計(jì)提供，采用 EATON54 型定量斜盤式軸向柱塞馬達(dá)。 該馬達(dá)的主要技術(shù)參數(shù)： 理論排量： 389.1/cmr 允許最大轉(zhuǎn)速：3720r/min 實(shí)際使用轉(zhuǎn)速：約 1105r/min 允許最大工作壓力：41.5MPa 實(shí)際工作壓力：20.7MPa 23 3.2 牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 3.2.1 傳動(dòng)比的計(jì)算 以知總傳動(dòng)比 (3-143ei 1)確定各級(jí)傳動(dòng)比： (1)各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在合理范圍內(nèi)； (2)應(yīng)該使大齒輪大致相近，以便有相同的浸油深度，保證各級(jí)齒 輪傳動(dòng)具有良好的飛濺； (3)設(shè)計(jì)的齒輪應(yīng)該防止發(fā)生干涉。 因此，參考文獻(xiàn)10初選傳動(dòng)比：采煤機(jī)身高度受到嚴(yán)格控制，一 般齒輪傳動(dòng)每級(jí)傳動(dòng)比小于 4，行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為 4-6，初定時(shí)： 120%3ji 首先，參考其他采煤機(jī)的參數(shù)，結(jié)合本機(jī)的特點(diǎn)，采用兩級(jí)直齒輪 和兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)減速，確定各級(jí)傳動(dòng)比分配如下： 直齒輪減速：i 1=1.25 i2=3.5 行星機(jī)構(gòu)減速：i 3=5.75 i4=5.75 傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 3-1 所示 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 3-1 傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 3.2.2 確定齒輪模數(shù)和齒數(shù) 前二級(jí)直齒輪的齒數(shù)估算，為了防止過(guò)多的嚙合，盡量考慮選用配 對(duì)的齒輪不存在公約數(shù)，同時(shí)參考無(wú)錫采煤機(jī)廠的采煤機(jī)，選取實(shí)數(shù)如 下： 第一級(jí)傳動(dòng)：Z 1=37,Z2=47 第二級(jí)傳動(dòng)：Z 3=22,Z4=76 估算一軸的轉(zhuǎn)矩為 T1=252.1720.99=249.65Nm，因此根據(jù)文獻(xiàn)10， 根據(jù)轉(zhuǎn)矩查表選取第一級(jí)的模數(shù)為 4mm，第二級(jí)模數(shù)為 5mm。 然后，估算齒數(shù)及中心距，考慮到箱體壁厚，及箱體內(nèi)部空間結(jié)構(gòu) 和保持箱體體積等因素，發(fā)現(xiàn)必須在第一級(jí)和第二級(jí)之間加入惰輪，參 25 考其他采煤機(jī)的設(shè)計(jì)，和以上設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，加入惰輪，惰輪的模 數(shù)保持和第一級(jí)模數(shù)一致，取模數(shù)為 4mm。 3.2.3 確定各軸輸入扭矩、轉(zhuǎn)速、輸入功率 由公式 (2-2) 1mni 各軸輸入轉(zhuǎn)速： 1n05r/in（ ） 21()87.1/.rmi 230()5./in.4ni 43 18.2/i.7ri 54()5/min.ni 各軸的輸入功率： 0225.170/629.18NTnKW馬 達(dá) 198.馬 達(dá) 花 鍵（ ） 23d .0齒 輪 軸 承（ ） 2 .0927KN齒 輪 軸 承（ 3） 2376.W齒 輪 軸 承（ 4） 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 4326.90825.6KWN4（ 5） 53（ 6） 各軸的轉(zhuǎn)矩： 55109.9.02.18.7PT Nmn102.7.49.6花 鍵 3d51202.齒 輪 軸 承 2 321i.798.51NT m齒 輪 軸 承329845.04齒 輪 軸 承434i0.30.5573126.8NT m 以上部分計(jì)算對(duì)于以后的設(shè)計(jì)是個(gè)參考，因此不在說(shuō)明書(shū)中詳細(xì)列 出。有些計(jì)算在說(shuō)明書(shū)外進(jìn)行。對(duì)于各軸的轉(zhuǎn)速和傳遞功率在以后的計(jì) 算中也將進(jìn)行驗(yàn)算。行星機(jī)構(gòu)的齒數(shù)重載行星減速器設(shè)計(jì)中的配齒計(jì)算 這種確定。 3.3 齒輪變位計(jì)算 已知： 137z2347z*1ah*0.25C1234m 27 3.3.1 計(jì)算馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪的齒輪變位系數(shù) 選擇機(jī)械手冊(cè)（第三卷） 中的齒根和齒面承載能力大的 P7 線， 按 ，得出12374z0.97x 按表 14-1-10 計(jì)算12()tan.28invivz 查表得 37 中心距變動(dòng)系數(shù) y 12cos(1)0.947z 中心距 a11()45.6mym 因此取中心距 5.64 總變位系數(shù) x12()taniviz 代入各參數(shù)得 0.8 由 及 決定坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)點(diǎn)引與其他相鄰1237z94732y 的 線與 s 線，過(guò) 做垂線，有 得：l1z1z10.48x 所以 20.9748.9x 齒頂變位系數(shù) y12()7.21xy 計(jì)算惰輪與牽引齒輪的計(jì)算方法大致與上面相同，由于說(shuō)明書(shū)篇幅 的原因，具體計(jì)算在說(shuō)明書(shū)外進(jìn)行。得牽引齒輪變位系數(shù) ，30.x0.4y 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 3.3.2 馬達(dá)齒輪、惰輪及牽引齒輪尺寸計(jì)算 （1）馬達(dá)齒輪 節(jié)圓直徑 137418dzm 齒頂高 *()5.2ahxym 齒根高 110fC 齒頂圓直徑 29.6aad 齒根圓直徑 1148ffhm （2）惰輪 節(jié)圓直徑 237dz 齒頂高 *22()5.ahxy 齒根高 2 04fCm 齒頂圓直徑 218.aad 齒根圓直徑 29ffh （3）牽引齒輪 節(jié)圓直徑 34718dzm 齒頂高 *33()5.0ahxym 齒根高 3 6fC 齒頂圓直徑 32198.aad 齒根圓直徑 30ffhm 29 3.4 馬達(dá)齒輪校核 因?yàn)轳R達(dá)齒輪與牽引軸齒輪之見(jiàn)有惰輪存在，而惰輪沒(méi)傳動(dòng)比， 只改變傳動(dòng)方向。相當(dāng)于馬達(dá)齒輪與牽引軸齒輪傳動(dòng)。 計(jì)算過(guò)程中參考的公式和數(shù)據(jù)圖表編號(hào)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 。 齒輪強(qiáng)度校核公式： 12.5tHEKFuZbd （3-1） 其中： 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 MPaH 材料的彈性影響系數(shù) EZ12MPa 載荷系數(shù)K 齒輪正常工作力 NtF 齒輪傳動(dòng)比u 齒輪齒寬 mb d 齒輪分度圓直徑 m （1）選定齒輪類型，精度等級(jí)及材料 1）按齒輪傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）采煤機(jī)為一般機(jī)器、速度不高，故選用 7 級(jí)精度。 3）材料選擇：馬達(dá)齒輪材料選用 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS。牽引軸齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS,兩者材料硬 度差為 40HBS。 （2）馬達(dá)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 由上面可知 =252.17Nm0T 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 （3）由表 10-7 選取齒輪系數(shù) 1d （4）由表 10-6 查得材料彈性影響系數(shù) =189.8EZ12MPa （5）計(jì)算圓周速度 v 3.147058.6/606dnms （6）計(jì)算齒高 1mz （7）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)v8.56/s 1.05VK 又因直齒輪，得 1HFK 由表 10-2 查得使用系數(shù) .A 再由 7 精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，查得1.4HK 故動(dòng)載荷系數(shù) 1.051.47.8AVHK (8) 工作力 12tTFd 齒輪傳動(dòng)比 u=1.25 （9）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 9160105283051.0hnjLMPa 9921.7Pai 取疲勞壽命系數(shù) 10.HNK20.5HN (10)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 31 由查取齒面硬度小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，lim160HMPa 大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限 lim250HMPa 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，得 1li.964NHKS 2lim2052.5Pa 取 、 中的最小值，即 =522.5MPa1HH 將上面數(shù)據(jù)代入式（3-1）中，得 12.5tHEKFuZbd .483051.2.9563.5MPa 故滿足要求 由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)得，目前設(shè)計(jì)一般使用的齒輪傳動(dòng)時(shí)，通常只 按保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度兩個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算。 而由實(shí)踐得知，在閉式齒輪傳動(dòng)中，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為 主。開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，按理應(yīng)根據(jù)保證齒面抗磨損及齒根抗 折斷能力兩準(zhǔn)則進(jìn)行計(jì)算，但如前所述，對(duì)齒面抗磨損能力的計(jì)算方 法迄今尚不夠完善，故對(duì)開(kāi)式（半開(kāi)式）齒輪傳動(dòng)，目前僅以保證齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。故馬達(dá)齒輪保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度即 可滿足要求。 其他齒輪的齒輪校核方法同上，因此不在說(shuō)明書(shū)具體說(shuō)明。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 圖 3-4 馬達(dá)齒輪軸件圖 3.5 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 3.5.1 中心齒輪軸設(shè)計(jì)校核 中心齒輪輸入轉(zhuǎn)速為 n=251.8r/min，傳遞功率為 P=26.39kW，設(shè) 計(jì)為實(shí)心軸，軸的兩肩對(duì)稱的布置兩個(gè)支撐軸承。 （1）求輸出軸轉(zhuǎn)矩 66633 2.399.5109.510108PT Nmn （2）求作用在齒輪上的力 中心軸齒輪分度圓直徑 376530dmz 圓周力 3tF321028tTN 33 徑向力 3rF3tan5263tan0195.6r N 該齒輪為直齒輪，不受徑向力作用。如圖所示： 圖 3.5.1 齒輪軸受力分析 （3）確定齒輪軸的最小直徑 mind 軸的材料為 45 鋼，滲碳淬火處理。有以下公式估算： 33330950950.2.2rrPPdAn 式中， ，查表得 45 鋼 為 2545MPa，30.rAr 故 為 126103，取 =103 得00 3min26.9148.5dm 所以為保證強(qiáng)度，取最小軸承 55mm。 （4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸一段用于安裝擋圈，以便定位，取長(zhǎng)度為 12mm 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 軸二段用于安裝中心齒輪，來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩并提供支持力，取長(zhǎng)度為 100mm，軸肩長(zhǎng)為 5mm。 軸三段為齒輪軸，傳遞轉(zhuǎn)矩，總長(zhǎng)為 84mm，總長(zhǎng)為 250mm。 故取 135Lm240365Lm 如圖 3.5.2 所示 圖 3.5.2 中心齒輪組 （5）軸的強(qiáng)度校核 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，支反力計(jì)算 水平面 3125632457tSFLN 32108tg 垂直面 312 95.638947rnFLN 321.012.6rm 35 各軸載荷分布如圖 3.5.3 所示 圖 3.5.3 軸的載荷分析圖 計(jì)算彎矩 和HMV 4245609.81sFLNm 13.Vn 計(jì)算合成彎矩 M 2224459.8103.5810.10HV Nm 扭矩 T6Nm 彎妞合成強(qiáng)度 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 2222 14ca MTTWW 抗彎截面系數(shù) 333430.1.62.87102dm 軸的材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，故查得其彎曲許用應(yīng)力 ，又因扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取1270MPa 0.6 得 2256141.04.10.87ca MPa 所以滿足強(qiáng)度要求。 37 圖 3.5.4 中心齒輪軸件圖 其他齒輪軸的設(shè)計(jì)校核過(guò)程同上，在此不在具體說(shuō)明。計(jì)算部分 在說(shuō)明書(shū)外進(jìn)行。其具體尺寸如下： 惰輪：軸一段與箱體連接，用于固定和支持惰輪軸。其長(zhǎng)為 35mm，直 徑為 38mm。 軸二段上安裝著兩個(gè)軸承和墊片，這段軸長(zhǎng)為 50mm，直徑為 45mm。 軸三段也與箱體相連，長(zhǎng)為 60mm，軸肩高為 5mm。 牽引軸：軸一段上安裝有軸套，其長(zhǎng)為 52mm，直徑為 85mm。 軸二段上有外花鍵，花鍵小徑為 102mm，大經(jīng)為 108mm，長(zhǎng)為 40mm，并有 10 個(gè)花鍵齒。 軸三段是齒輪軸，前端還安裝著軸承。齒輪軸齒頂圓直徑為 115mm，齒根圓直徑為 103.75mm，長(zhǎng)為 100mm。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 39 4、行星輪設(shè)計(jì)及計(jì)算 行星減速器采用雙級(jí)行星減速機(jī)構(gòu) 2K-H，兩級(jí)采用相同結(jié)構(gòu)，相 同減速比，兩級(jí)行星架均采用太陽(yáng)輪和行星輪浮動(dòng)方式，這樣與利于配 件的更換且這種雙浮動(dòng)結(jié)構(gòu)具有良好的均載特性，受力時(shí)可自動(dòng)補(bǔ)償偏 載，使各齒輪受力均勻，有利于提高零件的壽命。 由于是雙行星機(jī)構(gòu)，且兩級(jí)結(jié)構(gòu)相同，所以在這里只計(jì)算受轉(zhuǎn)矩大 的第二級(jí)，第二級(jí)合格則第一級(jí)一定合格，下面就進(jìn)行第二級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算。 已知： 輸入轉(zhuǎn)速 1054.2/min.23.7nr 輸入功率 輸出轉(zhuǎn)速15.86Nkw.75/i 計(jì)算過(guò)程中參考的公式和數(shù)據(jù)圖表編號(hào)根據(jù)行星機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 。 4.1 齒輪材料、熱處理工藝和制造工藝的選定 太陽(yáng)輪和行星輪；材料為 ，表面滲碳淬火處理，表面硬2418CrNiWA 度 5862HRC，試驗(yàn)齒面接觸疲勞極限 。lim10HMP 試驗(yàn)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度極限： 太陽(yáng)輪 li45FA 行星輪 lim3 齒形為漸開(kāi)線直齒，最終加工為磨齒，精度為 7 級(jí) 內(nèi)齒圈：材料為 ，調(diào)質(zhì)處理，硬度 262302HBS42CrMo 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 lim50HPA 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限 li28F 齒輪終加工為插齒，精度為 7 級(jí)。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 4.2 確定各主要參數(shù) 1傳動(dòng)比 i 5.7baHi 2行星輪數(shù) pn4p 3載荷不均衡系數(shù) 采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)K1.5pK 4配齒計(jì)算 對(duì)與一般的行星機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，不需要太精確的傳動(dòng)，所 以在此用簡(jiǎn)便法進(jìn)行配齒。 根據(jù)強(qiáng)度，傳動(dòng)齒輪平穩(wěn)性確定太陽(yáng)輪為 14az 試湊 圓整后取 y=80145.798baHyiz 由傳動(dòng)比條件： ()806baHaizy 有裝配條件： 24pMn ()401262bbaHag azizy 計(jì)算實(shí)際傳動(dòng)比： 615.74bbaaiz 傳動(dòng)比誤差： 5.70.2u 因?yàn)?，合適。% 故 14az6b2gz40z 5齒輪模數(shù) m、中心距 a 計(jì)算8.aTN 41 158.4160.7apTkNmn 由材料性質(zhì)可得 limHMPA 為齒寬系數(shù)，取 0.7d 綜合系數(shù) k=2.4 u 為齒數(shù)比， 261.8574u 參考行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 ，初算中心距。 132lim48.()dHkTauu32.460.7.(157)1.458m 模數(shù) m 21.5.9abz 取 m=6mm 0()6(142)02abzm 太陽(yáng)輪分度圓直徑 8adm 6計(jì)算變位系數(shù) （1）a-g 傳動(dòng) 齒合角： 018coscsos20ag 2.64ag 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 變位系數(shù)： ()2tangazxivin 401.6420.85tiiv 中心距變動(dòng)系數(shù)： 6ym 齒頂降低系數(shù)： .85.x 分配變位系數(shù)： 因?yàn)?，故020.285ax （2）g-b 傳動(dòng) 同上可得 0gx.bgx 4.3 幾何尺寸計(jì)算 分度圓 dmz 齒頂圓 *2()ahxy 齒根圓 f c 基圓 cosbd 其中，齒頂高系數(shù)：太陽(yáng)輪、行星輪 內(nèi)齒輪*1ha*0.4ha 頂隙系數(shù)：太陽(yáng)輪、行星輪 內(nèi)齒輪0.4c25c 代入以上式子計(jì)算 太陽(yáng)輪： 1468dm 2(0.5.8)9.4a m )67f 84cos78.9bd 43 行星輪： 2615dm (0.85)167.9a m 42f 156cos216.bd 內(nèi)齒輪： 39m (0.850.8)3.a m 6212419fd 39cos37b 4.4 嚙合要素驗(yàn)算 1a-g 傳動(dòng)端面重合度 a （1）頂圓齒形曲率半徑 22abad 太陽(yáng)輪 22198.47.9.4a m 行星輪 2226.13.6a （2）端面嚙合長(zhǎng)度 *12(sin)aatg 其中“ ”號(hào)正號(hào)為外嚙合，負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合 為端面節(jié)圓嚙合角，直齒輪*t *2140tag 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 44 則 29.4(3.6120sin4)28.79ga m （3）端面重合度 acos8.79cos1.62360ant 2g-b 傳動(dòng)端面重合度 具體計(jì)算同上，得 cos.47cos01.962antg 4.5 齒輪強(qiáng)度校核 太陽(yáng)輪與行星輪的結(jié)構(gòu)校核方法類似，因此在此只校核太陽(yáng)輪， 而行星輪的校核在說(shuō)明書(shū)外進(jìn)行。 1- a-g 傳動(dòng)校核 （1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 160.7TNm 名義圓周力 2160.7382544FNd （2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 4./inanr.275/min61Hbari4.36.4/ian860365(2801).20HapNt 其中， 為太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架轉(zhuǎn)速，t 為壽命內(nèi)要求傳動(dòng)總運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)間。 45 （3）確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù) 1）使用系數(shù) 原動(dòng)機(jī)工作特性有輕微沖擊，故取Ak 1.6Ak 2）動(dòng)負(fù)載系數(shù) v 由 450az3825460.15.rFb .1/6Hadnvms 由上查表得 .0vk 3）齒向載荷分布系數(shù) 、HFk 01()Hwek FFFk 其中： 計(jì)算接觸強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，0Hk 得 1.27(0.7)d 計(jì)算彎曲強(qiáng)度時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)初期的齒向載荷分布系數(shù)，0Fk 得 .(14)bm 計(jì)算接觸強(qiáng)度的跑合影響系數(shù)Hwk 0.652(0.6/,450)vsHB 計(jì)算接觸強(qiáng)度的跑合影響系數(shù)Fwk .82(.1/,)vms 與均載荷系數(shù)有關(guān)的系數(shù) 取Hek 0.68Hek0.7Hek 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 46 與均載荷系數(shù)有關(guān)的系數(shù) 取Fek 0.89Fek0.85Fek 則 1(.27)0.6571.25Hk 84F 4）齒間載荷分布系數(shù) 因?yàn)?，精度為六級(jí)，硬齒面直齒1.632547.6/8AtkNmb 輪。查表 5-9 得 0HaFk 5）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 計(jì)算公式： 2cos()inbtHtaz 其中：直齒輪 0b 為端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪ta 2140tag 為端面壓力角 直齒輪t t 代入式中得 2 2coscos2.38()in(0)in14btHtaz 6）彈性系數(shù) 由表 5-10 查得 189.EzMPa 7）載荷作用齒頂時(shí)齒形系數(shù) 因?yàn)?和 ，由表 5-8 和圖 5-11，查得4az10.25x 3.15FaY 8）載荷作用齒頂時(shí)的修正系數(shù) 47 由表 5-11 和表 5-20 得 1.675SaY 9）重合度系數(shù) 40.893az .75.2.1aY 10）螺旋角系數(shù) 得0coszz 得12Y1Y 11)齒輪齒數(shù)比 216.8574zu 12）彎曲應(yīng)力的基本值 0HAvHPk 736.51.02.8196.3MPa 0tFFasYbm 824.67.2 13）齒根彎曲應(yīng)力 081.2.0145.02.5FAvFk MPa 14）確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力 時(shí)的各種系數(shù)HP a壽命系數(shù) 由圖 5-19 得84.LN.NTz b潤(rùn)滑系數(shù) 因 和 20/Ymslim140HPa 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 48 由圖 5-14 查得： 0.16/vms c速度系數(shù) 因 和 lim14020HMPa 由 5-15 查得 .9Yz d工作硬化系數(shù) 因大小齒輪均為硬齒面，且齒面1.69.zRum 由圖 5-17 取 1wz e粗糙度系數(shù) 因 和齒面 ，lim20HMPa9.6zRum 由圖 5-16 查得 .9Rz f尺寸系數(shù) 由圖 5-18 查得 1xz 15）許用接觸應(yīng)力 lim40.3961248.HPNTwxz MPa 16）接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 128.5963HPS 17)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力的各種參數(shù) a試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù) 2.0STY b壽命系數(shù) 因 所以查圖 5-25 得 9.13aN0.9NTY c相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù) 由 ，查圖 5-22 得 1.675Sa0.9reltY d齒根表面狀況系數(shù) 有齒根 .3.8zRm 查圖 5-23 得 0.925RrcltY 49 e尺寸系數(shù) 1.051.050.95xYm 18）許用彎曲應(yīng)力 limFPSTNreltRcxY 4502.90.250.974.6MPa 19）彎曲強(qiáng)度安全系數(shù) 7.61.3452FP 2g