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中國礦業(yè)大學成人教育學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 函授站（點） 本部 專業(yè)年級 機械電子工程 學生姓名 胡智斌 任務下達時期：2016 年 6 月 22日 設計（論文）日期：2016年6月23日 至 2016年12月2日 設計（論文）題目： YBCS3-400(A)型交流電牽引采煤機截割部設計 指導教師簽字： 中國礦業(yè)大學成人教育學院 畢業(yè)設計(論文)指導教師評閱書 指導教師評語(包含①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內容的理論依據和技術方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）； 建議成績： 　 指導教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學成人教育學院 畢業(yè)設計(論文)答辯及綜合成績 函授站(點) 專業(yè)年級 學生姓名 說明書 頁 圖紙 張 其它材料 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 第 71 頁 成人教育學院本科畢業(yè)設計 畢業(yè)設計 （說明書） 姓 名： 胡智斌 學 號： 001150572 學 院： 中國礦業(yè)大學成人教育學院 專 業(yè)： 機械電子 　 設計題目： 采煤機截割部設計 指導教師： 鮑久圣 職 稱： 博士 教授 2016 年 9 月 目錄 Abstract 3 1 概述 1 1.1對設計題目的分析 1 1.1.1 設計思路的提出 1 1.1.2設計藍圖 1 1.1.3選取采煤機的搖臂完成傳動和結構的設計 2 1.1.4牽引行走部 3 1.1.5截割部、行走部電機的選用 4 1.1.6搖臂減速箱 4 1.2采煤機的概況 4 1.2.1采煤機的類型 4 1.2.2采煤機的主要組成 4 1.2.3滾筒采煤機的工作原理 5 1.2.4采煤機的進刀方法 5 1.3采煤機的發(fā)展趨勢 5 2 設計過程 6 2.1整機功率的安排 6 2.2搖臂減速器傳動比的安排 6 2.3搖臂減速箱的具體結構 6 2.3.1殼體 6 2.3.2一軸 6 2.3.3第一級減速惰輪組 7 2.3.4二軸 7 2.3.5第二級減速惰輪 7 2.3.6中心齒輪組 7 2.3.7一級行星減速器 7 2.3.9中心水路 7 2.3.10離合器 7 2.4各軸的轉速 7 2.5各軸的功率 8 2.6截割部齒輪的設計計算 8 2.6.1第一級減速圓柱直齒輪的設計計算 8 2.6.2第二級減速圓柱直齒輪的設計計算 17 2.6.3一級行星減速器的設計計算 27 2.7截割部軸的設計及校核以及軸承的選用和校核 42 2.7.1齒輪軸 42 2.7.2第一級惰輪軸 46 2.7.3二軸齒輪 49 2.7.4第二級惰輪軸 53 2.7.5第三級惰輪軸（第二級惰輪軸相同） 57 2.7.6中心齒輪軸 57 2.8截割部花鍵連接強度校核 60 2.8.1電動機輸出軸與齒輪嚙合處的花鍵 60 2.8.2二軸處與齒輪嚙合的花鍵 61 2.8.3中心輪與太陽輪嚙合處的花鍵 62 2.8.4一級行星減速器機架太陽輪嚙合處的花鍵 62 2.8.5方法蘭與行星減速器機架嚙合處的花鍵 63 參考文獻 65 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．66 摘要 本文描述了中煤層電牽引采煤機整機方案設計以及截割部的設計過程。 中煤層電牽引采煤機可用于煤層厚度為2-4m、煤質中硬的緩傾斜煤層。與傳統(tǒng)的縱向布置的單電機采煤機相比，該采煤機將截割電機直接安裝在截割部殼體內，齒輪減速裝置全部集中在截割部殼體及行星減速器內，取消了螺旋傘齒輪、固定減速箱、搖臂回轉套等結構，使其結構更簡單、緊湊，可靠性更高。 截割部是采煤機直接落煤、裝煤的部分，其消耗的功率約占整個采煤機功率的80%-90%，主要由截割部殼體、截割電機、齒輪減速裝置、滾筒等組成。該采煤機的截割部采用四級傳動；前三級為直齒傳動，第四級為行星傳動。二級傳動的圓柱齒輪為可換齒輪，使輸出轉速可根據不同的煤質硬度在兩檔速度內選取。截割部采用了三個惰輪軸，使采煤機能夠滿足截割高度對截割部長度的要求。設計將截割部行星減速器和滾筒直接聯(lián)結，取消了安裝在滾筒上的截齒，使結構簡單、可靠。 關鍵詞：采煤機， 截割部， 結構， 設計 Abstract This brochure describes the type of hydraulic shearer traction unit program design and cutting the Department of Design and calculation process. traction Shearer hydraulic seam thickness can be used for 2-4 m, Hard coal to the gently inclined seam. With the traditional vertical layout of the single-motor compared to Shearer, Shearer will be the ranging-arm installed directly in the cutting of the shell, gear device exclusively on cutting Shell and planetary reducer, the abolition of the spiral bevel gears, gear box fixed, Rocker rotating sets of structures, their structure is simpler, more compact and higher reliability. Ranging-arm of the shearer is directly charged coal, the coal loaded, its about the power consumption of the entire power shearer 80% -90%, mainly by cutting Shell, cutting electrical, Gear and drum components. The shearer cutting unit used four drive; Before three straight tooth drive, the fourth level of planetary transmission. 2 Drive Gear to be for the gears, enabling the output speed can be based on different coal hardness in two tranches within the selected speed. Cutting the Department has adopted a three lazy axle, to meet the shearer cutting height on the ranging-arm degree requirements. Designed to be cutting planetary reducer and drum direct link, canceled installed in the drum Pick, simple and reliable. Keywords: shearer, ranging-arm,structure,design 71 1 概述 1.1對設計題目的分析 1.1.1 設計思路的提出 在目前的國內采煤機市場，不管從研發(fā)、設計、制造還是使用方面中厚煤層所使用的重型采煤機都占據著主導的地位，也正是這種龐大的市場優(yōu)勢使得中厚煤層采煤機在技術上日趨成熟，而且有著非常大的改進刷新速度，目前國內生產這種類型采煤機的大型企業(yè)有西安煤礦機械廠、雞西煤礦機械廠、佳木斯煤礦機械廠等，其中以西安煤礦機械廠設計制造的交流電牽引采煤機為典型代表，2004年中國能源集團旗下的進出口設備公司出口俄羅斯的成套綜采設備中，采煤機就選用的是西安煤機廠的交流電牽引采煤機，該機型在國內也有著廣泛的應用，其優(yōu)越的性能得到了各大礦的好評。其成功的設計思想和理念給了我很大的震撼，也給我的這次畢業(yè)設計提出了一個基本的框架和藍圖，所以我的設計以此為啟發(fā)、也以此為依據展開。 1.1.2設計藍圖 1.1.2.1整機的設計方案 主要技術特征 項目 數(shù)據 單位 最大計算生產能力 ?2500 t/h 采高 ? 1.80～3.76 m 裝機功率 ? 2×400+2×55+20 kW 供電電壓 ? 3300 v 滾筒直徑 ? φ1800, φ2000 mm 截深 ? 800 mm 牽引力 ? 680～410 kN 牽引速度 ? 0～8.3～13.8 m/min 滅塵方式 ? 內處噴霧 ? 拖電纜方式 ? 自動拖纜 ? 主機外形尺寸 ?14400×2292×1535 mm 主機重量 ? 60 t 最大不可拆卸尺寸 ? 3070×1200×1000 mm 最大不可拆卸重量 ? 7.0 t 1.1.2.2主要結構特點 1、整機為多電機橫向布置，框架式結構，機身由三段組成，無底托架。三段機身采用液壓拉杠聯(lián)結，所有部件均可從老塘側抽出。 2、采用直搖臂，左右可互換，左右牽引部對稱，結構完全相同。 3、用二臺交流電機牽引，電氣拖動系統(tǒng)為一拖一。 4、電氣系統(tǒng)具有四象限運行的能力，可用于大傾角工作面。 5、采用水冷式變頻器，技術領先，可靠性高，體積小。 6、采用PLC控制，全中文液晶顯示系統(tǒng)。 7、具有簡易智能監(jiān)測，系統(tǒng)保護功能齊全，查找故障方便。 8、具有手控、電控、遙控操作方式。 1.1.2.3用途及適用條件 該機型的采煤機是一種多電機驅動，電機橫向布置，交流變頻調速無鏈 雙驅動電牽引采煤機?？傃b機功率930kW，機面高度1535mm，適用于采高1.80～3.76m，煤層傾角≤40°的中厚煤層綜采工作面，要求煤層頂板中等穩(wěn)定，底板起伏不大，不過于松軟，煤質硬或中硬，能截割一定的矸石夾層。工作面長度以150～200m為宜。 1.1.3選取采煤機的搖臂完成傳動和結構的設計 1、搖臂處其動力通過兩級直齒圓柱齒輪減速和兩級行星齒輪減速傳給輸出軸，再由方法蘭驅動滾筒旋轉，搖臂減速箱設有離合裝置、冷卻裝置、潤滑裝置、噴霧降塵裝置等，搖臂減速箱殼體與一連接架鉸接后再與牽引部機殼鉸接，搖臂和滾筒之間采用方榫連接。 2、截割部的機械傳動 截割電機的空心軸通過扭矩軸花鍵與一軸軸齒輪連接，將動力傳入搖臂減速箱，在通過二級圓柱直齒齒輪和三級惰輪組傳遞到二級行星減速器，末級的行星減速器的行星架出軸漸開線花鍵連接驅動滾筒。 圖1 1.1.4牽引行走部 牽引行走部包括固定箱和型走箱兩大部分組成。固定箱內有三級直齒傳動和一級行星傳動。行走箱內有驅動輪、行走輪和導向滑靴。牽引電機輸出的動力經過減速后，傳到行走箱的行走輪，與刮板輸送機銷軌相嚙合，使采煤機行走。導向滑靴通過銷軌對采煤機進行導向，保證行走輪與銷軌正常嚙合。 為使采煤機能在較大傾角條件下安全工作，在固定箱內設有液壓制動器，能可靠防滑。該牽引行走部有如下特點： 1、 采用銷軌牽引，承載能力大，導向好，拆裝、維修方便； 2、采用雙浮動、四行星輪行星減速機構，軸承壽命和齒輪的強度裕度大，可靠性高； 3、導向滑靴回轉中心與行走輪中心同軸，保證行走輪與銷軌的正常嚙合。 圖2 1.1.5截割部、行走部電機的選用 截割部：選取型號為YBCS3—400(A)的礦用隔爆型三相交流異步電動機。 行走部：選取型號為YB280M-4的礦用隔爆型三相交流異步電動機。 1.1.6搖臂減速箱 有殼體、一軸、第一級減速惰輪組、二軸、第二級惰輪組、中心齒軸輪組、一級行星減速器、中心水路、離合器等組成。 1.2采煤機的概況 1.2.1采煤機的類型 采煤機有不同的分類方法，按工作機構可分為滾筒式、鉆削式和鏈式采煤機；按牽引部位置可分為內牽引和外牽引；按牽引部動力可分為機械牽引、液壓牽引和電牽引；按工作機構位置可分為額面式和側面式；還可以按層厚、傾角來進行分類。 1.2.2采煤機的主要組成 電動機是采煤機的動力部分，它通過兩端出軸驅動滾筒和牽引部。牽引部通過其主動輪與固定在工作面前方的軌道相嚙合，使采煤機沿工作面移動，因此牽引部是采煤機的行走機構；左、右截割部減速箱將電動機的動力經齒輪減速傳到搖臂的齒輪，以驅動滾筒；滾筒式采煤機直接進行落煤和裝煤的機構，稱為采煤機的工作機構。滾筒上焊接有端盤及螺旋葉片，其上裝有截煤用的截齒，由螺旋葉片將落下的煤裝到刮板輸送機種，為了提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒側裝有弧形擋煤板，它可以根據不同的采煤方向來回翻轉180°；底托架用來固定整個采煤機，底托架內的調高油缸用來使搖臂升降，以調整采煤機的采高；采煤機的電纜和供水管靠托纜裝置來夾持，并由采煤機托著在工作面輸送機的電纜槽中移動；電氣控制箱內裝有各種電控元件，以實現(xiàn)各種控制及電氣保護；為降低電動機和牽引部的溫度來提供噴霧降塵用水，采煤機上還設有專門的供水系統(tǒng)和內噴霧系統(tǒng)。 1.2.3滾筒采煤機的工作原理 單滾筒采煤機的滾筒一般位于采煤機下端，以使?jié)L筒割落下來的煤不經機身下部運走，從而可降低采煤機機面高度，單滾筒采煤機上行工作時，滾筒割頂部煤并把落下的煤裝入刮板輸送機，同時跟機懸掛鉸接頂梁，割完工作面全長后，將弧形擋煤板翻轉180°；接著，機器下行工作，滾筒割底部煤及裝煤，并隨之推移工作面輸送機。這種采煤機沿工作面往返一次進一刀的采煤法叫單向采煤機；雙滾筒采煤機工作時，前滾筒割頂部煤，后滾筒割底部煤，因此雙滾筒采煤機沿工作面牽引一次，可以進一刀，返回時，又可以進一刀，即采煤機往返一次進二刀，這種采煤法稱為雙向采煤法；必須指出，為了使?jié)L筒落下的煤能裝入刮板輸送機，滾筒上螺旋葉片的螺旋方向必須與滾筒旋轉方向相適應；對順時針旋轉的滾筒，螺旋葉片方向必須右旋；逆時針旋轉的滾筒，其螺旋葉片方向必須左旋?；蛘咝蜗蟮貧w結為“左轉左旋，右轉右旋”，即人站在采空區(qū)側從上面看滾筒，截齒向左的用左旋滾筒，向右的用右旋滾筒。 1.2.4采煤機的進刀方法 1、端部斜切法 2、中部斜切法 3、正切進刀法 1.3采煤機的發(fā)展趨勢 電牽引采煤機仍然是采煤機的發(fā)展方向，液壓牽引采煤機制造進度高，在井下易被污染，因而維修困難，使用費用高，效率和可靠性則較低。德國Eickhoff公司于1976年制造出了世界上第一臺電牽引采煤機，在隨后的20年中，美國、日本、法國、英國等都大力研制并發(fā)展了電牽引采煤機。電牽引采煤機具有良好的牽引特性、可用于大傾角煤層、運行可靠、適用壽命長、反應靈敏、動態(tài)特性好、效率高、結構簡單、有完善的檢測和顯示系統(tǒng)。因此，電牽引采煤機是今后的發(fā)展方向，近年來綜采高產高效的世界記錄都是由電牽引采煤機創(chuàng)造的。 2 設計過程 2.1整機功率的安排 設計機型的總裝機功率為930KW，其中左右搖臂處各設一個功率為400KW的礦用隔爆型三相交流異步電動機，左右牽引部各設一個功率為55KW的礦用隔爆型三相交流異步電動機，液壓部分的泵用電機采用一個功率為20KW的礦用隔爆型三相交流異步電動機。 2.2搖臂減速器傳動比的安排 根據采煤機械手冊，總裝機功率在930KW左右的重型采煤機滾筒的轉速沒有一個確定的數(shù)值，只要在25～40r/min之間都可以滿足所需的要求，再根據搖臂減速箱的結構安排，參考西安煤礦機械廠的交流電牽引采煤機選取總的傳動比為49，當電機的轉速為1472r/min時，滾筒的轉速為： n=1472÷49 =30 符合要求 2.3搖臂減速箱的具體結構 2.3.1殼體 采取直搖臂形式，用ZG25Mn材料鑄造成整體，并在殼體內腔殼體表面設置有八組冷卻水管； 2.3.2一軸 軸齒輪、軸承、端蓋、密封座、銅套、密封件等組成，與截割電機空心軸以花鍵軸聯(lián)接的扭矩軸通過INT/E×T16Z×5m×30p×6H/6h花鍵與一軸軸齒輪相聯(lián)； 2.3.3第一級減速惰輪組 齒輪、軸承、距離墊、擋圈組成，先成組裝好，再與惰輪軸一起裝入殼體； 2.3.4二軸 軸齒輪、齒輪、軸承、端蓋、距離墊、密封圈等組成； 2.3.5第二級減速惰輪 由齒輪、軸承、擋圈、墊等組成，先成組裝好，再與惰輪軸一起裝入殼體； 2.3.6中心齒輪組 由軸齒輪、太陽輪、兩個軸承座、兩個NCF2940V軸承和四個骨架油封等組成，太陽輪通過花鍵與軸齒輪相聯(lián)并將動力傳給第一級行星減速器； 2.3.7一級行星減速器 內齒圈、行星架、太陽輪、行星輪及輪軸、行星輪軸承、兩個距離墊，該行星減速器為三個行星輪結構，太陽輪浮動，行星架靠兩個銅質距離墊軸向定位，徑向有一定的配合間隙，因而行星架徑向也有一定的浮動量； 2.3.9中心水路 有水管和一些接頭組成； 2.3.10離合器 離合手把、壓蓋、轉盤、推桿軸、扭矩軸等組成。 2.4各軸的轉速 一軸齒輪的轉速：由于與電機相連所以 二軸的轉速： 中心輪組的轉速： 一級行星減速器太陽輪的轉速： 2.5各軸的功率 一軸齒輪的功率： 二軸齒輪的功率： 中心輪組的功率： 一級行星減速器太陽輪的功率： 2.6截割部齒輪的設計計算 2.6.1第一級減速圓柱直齒輪的設計計算 1、選擇齒輪材料 查機械手冊：小齒輪選用18Cr2Ni4WA調質 惰輪選用20CrMnTi調質 大齒輪選用18Cr2Ni4WA調質 2、按齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按vt=(0.013～0.022) n11估計圓周速度vt=17.15m/s,參考機械設計工程學［Ⅰ］中的表8-14，表8-15選取 小輪分度圓直徑d1,查機械手冊得 齒寬系數(shù)查表按齒輪相對軸承為對稱布置，取=0.4 小輪齒數(shù)Z1 在推薦值20～40中選Z1=28 大輪齒數(shù)Z2 Z2=i·Z1=1.43×28=40.04圓整取Z2=40 齒數(shù)比u= Z2/ Z1=40/28 傳動比誤差△u/u △u/u=(1.43-1.428)/1.43=0.001誤差在±5%范圍內，所以符合要求 小輪轉矩T1 由公式得T1=9550P/n =9550×392.04/1472 =2546.926KN·m 載荷系數(shù)K 由公式得 使用系數(shù) 查表得=2 動載荷系數(shù) 查表得=1.3 齒向載荷分布系數(shù) 查表得=1 齒間載荷分配系數(shù) 由公式及β=0得 εγ=εα= = =1.68 查表并插值得=1.1 則載荷系數(shù)的初值 = =2.0×1.3×1×1.1 =2.86 彈性系數(shù) 查表得=189.8 節(jié)點影響系數(shù) 查表得（β=0，x1=0.2568、x2=0.2529）=2.4 重合度系數(shù) 查表得（）=1.0 許用接觸應力 由公式得 接觸疲勞極限應力查圖得=1650N/mm2 =1300 N/mm2 應力循環(huán)次數(shù)由公式得：N1=60njLh =60×1472×1×(24×300×8) =5.08×109 N2=N1/u =5.08×109/1.428 =3.56×109 則查表得接觸強度的壽命系數(shù)、（不允許有點蝕） ==1 硬化系數(shù)查表及說明得 =1 按接觸強度安全系數(shù) 查表，按較高可靠強度=1.25～1.3取 =1.2 則 =1650×1×1/1.2 =1375 N/mm2 =1300×1×1/1.2 =1083 N/mm2 d1的設計初值d1t為 ≥223.578mm 齒輪模數(shù)m m=d1t/Z1 =223.578/28 =7.89 查表取m=8 小齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值=Z1m =28×8 =224mm 圓周速 與估計值vt=17.15m/s 很相近，對值影響不大，不必修正 =t=1.3, 小齒輪分度圓直徑 大齒輪分度圓直徑 中心矩 齒寬 大齒輪齒寬 小齒輪齒寬 3、考慮到搖臂的長度以及大小齒輪的直徑，在大小齒輪間加一級惰輪組。由于要分別和大小齒輪嚙合傳遞扭矩，所以模數(shù)必須和大小齒輪的模數(shù)相同都取8，惰輪的齒數(shù)按推薦值取，變位系數(shù)取，也采用圓柱直齒漸開線齒形。 4、齒根彎曲疲勞強度校核計算 由公式 齒形系數(shù) 查表得 小輪 2.3 大輪 2.2 應力修正系數(shù) 查表得 小輪 =1.725 大輪 =1.755 重合度系數(shù) 由公式 = 許用彎曲應力 由式 彎曲疲勞極限 查表得=1100N/mm2 =660 N/mm2 彎曲壽命系數(shù) 查表得==1 尺寸系數(shù) 查表得=1 安全系數(shù) 查表得=1.6 則 =1100×1×1/1.6=687.5 ＝660×1×1/1.6=412.5 故 287.96 N/mm2≤ 193.16N/mm2≤ 所以齒根彎曲強度足夠 5、 其他尺寸的計算 已知參數(shù)： 計算參數(shù)：嚙合角 按如下公式計算 中心矩變動系數(shù) 按如下公式計算 中心矩 按如下公式計算 齒高變動系數(shù) 按如下公式計算 齒頂高 按如下公式計算 齒根高 按如下公式計算=（+-x）m 齒全高 =（2+-）m 齒頂圓直徑 =d1±2 齒根圓直徑 =d1-2 一齒輪軸與第一級惰輪嚙合傳動的相關參數(shù)的計算值： 嚙合角 = 中心矩變動系數(shù) =0.5025 中心矩 =272.02mm 齒高變動系數(shù) =0.0243 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 =208.10mm 大齒輪與第一級惰輪嚙合傳動的相關參數(shù)的計算值： 嚙合角 = 中心矩變動系數(shù) = 0.4963 中心矩 = 319.97mm 齒高變動系數(shù) = 0.0266 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 = 304.22mm 注：其他的大、小齒輪參數(shù)一樣。 6、結構設計 小齒輪的結構設計：考慮到齒輪直接和電動機的輸出軸相連，因此采用內設花鍵與電動機的扭矩軸連接， 圖3  大齒輪的結構： 圖4  第一級惰輪的結構： 圖5 2.6.2第二級減速圓柱直齒輪的設計計算 2.6.2.1選擇齒輪材料 查機械手冊：小齒輪選用18Cr2Ni4WA調質 大齒輪選用18Cr2Ni4WA調質 2.6.2.2按齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按vt=(0.013～0.022) 估計圓周速度=14.26m/s,參考機械設計工程學［Ⅰ］中的表8-14，表8-15選取齒輪的公差組為7級 小輪分度圓直徑d1,查機械手冊得 齒寬系數(shù)查表按齒輪相對軸承為非對稱布置，取=0.3 小輪齒數(shù)Z3 在推薦值20～40中選Z3=27 大輪齒數(shù)Z4 Z4=i·Z3=1.45×27=39.15圓整取Z4=40 齒數(shù)比u= Z2/ Z1=40/27 傳動比誤差△u/u △u/u=(1.48-1.45)/1.48=0.020誤差在±5%范圍內，所以符合要求 小輪轉矩T3 由公式得T3=9550P/n3 =9550×376.476/1029 =3494.019KN·mm 載荷系數(shù)K 由公式得 使用系數(shù) 查表得=2.2 動載荷系數(shù) 查表得=1.4 齒向載荷分布系數(shù) 查表得=1.08 齒間載荷分配系數(shù) 由公式及β=0得 εγ=εα= = =1.68 查表并插值得=1.1 則載荷系數(shù)的初值 = =2.2×1.4×1.08×1.1 =3.65 彈性系數(shù) 查表得=189.8 節(jié)點影響系數(shù) 查表得（β=0，x3=0.2662、x4=0.2611）=2.35 重合度系數(shù) 查表得（）=0.856 許用接觸應力 由公式得 接觸疲勞極限應力查圖得=1650N/mm2 =1300 N/mm2 應力循環(huán)次數(shù)由公式得：N3=60njLh =60×1029×1×(24×300×8) =3.56×109 N4=N3/u =3.56×109/1.48 =2.41×109 則查表得接觸強度的壽命系數(shù)、（不允許有點蝕） ==1 硬化系數(shù)查表及說明得 =1 按接觸強度安全系數(shù) 查表，按較高可靠強度=1.25～1.3取 =1.2 則 =1650×1×1/1.2 =1375 N/mm2 =1300×1×1/1.2 =1083 N/mm2 D3的設計初值d3t為 ≥267.46mm 齒輪模數(shù)m m=d3t/Z3 =267.46/27 =9.906 查表取m=10 小齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值=Z3m =27×10 =270mm 圓周速 與估計值vt=14.26m/s 很相近，對值影響不大，不必修正 =t=1.4, 小齒輪分度圓直徑mm 大齒輪分度圓直徑mm 中心矩 齒寬 考慮到受內部花鍵的影響取 大齒輪齒寬mm 小齒輪齒寬mm 1、 考慮到搖臂的長度以及大小齒輪的直徑，在大小齒輪間加二級惰輪組。 由于要分別和大小齒輪嚙合傳遞扭矩，所以模數(shù)必須和大小齒輪的模數(shù)相同都取10，惰輪的齒數(shù)按推薦值取，變位系數(shù)取，也采用圓柱直齒漸開線齒形。 2、齒根彎曲疲勞強度校核計算 由公式 齒形系數(shù) 查表得 小輪 2.1 大輪 2.063 應力修正系數(shù) 查表得 小輪 =1.85 大輪 =1.855 重合度系數(shù) 由公式 = 許用彎曲應力 由式 彎曲疲勞極限 查表得=1100N/mm2 =660 N/mm2 彎曲壽命系數(shù) 查表得==1 尺寸系數(shù) 查表得=1 安全系數(shù) 查表得=1.6 則 =1100×1×1/1.6=687.5 ＝660×1×1/1.6=412.5 故 241.44N/mm2≤ 164.99N/mm2≤ 所以齒根彎曲強度足夠 3、其他尺寸的計算 已知參數(shù)： 計算參數(shù)：嚙合角 按如下公式計算 中心矩變動系數(shù) 按如下公式計算 中心矩 按如下公式計算 齒高變動系數(shù) 按如下公式計算 齒頂高 按如下公式計算 齒根高 按如下公式計算=（+-x）m 齒全高 =（2+-）m 齒頂圓直徑 =d1±2 齒根圓直徑 =d1-2 二齒輪軸與第二級惰輪嚙合傳動的相關參數(shù)的計算值： 嚙合角 = 中心矩變動系數(shù) = 0.5069 中心矩 = 305.06mm 齒高變動系數(shù) = 0.0229 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 = 254.10mm 第三級惰輪與第二級惰輪嚙合傳動的相關參數(shù)的計算值： 嚙合角 = 中心矩變動系數(shù) = 0.4926 中心矩 = 334.926mm 齒高變動系數(shù) = 0.0346 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 中心齒輪與第三級惰輪嚙合傳動的相關參數(shù)的計算值： 嚙合角 = 中心矩變動系數(shù) = 0.5055 中心矩 = 370.055mm 齒高變動系數(shù) = 0.0192 齒頂高 齒根高 齒全高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 = 380.22mm 注：其他的大、小齒輪參數(shù)一樣。 4、 結構設計 小齒輪的結構設計：考慮到齒輪直接和電動機的輸出軸相連，因此采用內設花鍵與電動機的扭矩軸連接， 二軸齒輪 圖6  中心輪組齒輪結構： 圖7  第二級惰輪的結構： 圖8 2.6.3一級行星減速器的設計計算 2.6.3.1內容摘要 　行星齒輪減速機主要傳動結構為：行星輪，太陽輪，外齒圈。 行星減速機因為結構原因，單級減速最小為3，最大一般不超過10，常見減速比為：3.4.5.6.8.10，減速機級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機有4級減速。相對其他減速機，行星減速機具有高剛性、高精度(單級可做到1分以內)、高傳動效率(單級在97%-98%)、高的扭矩/體積比、終身免維護等特點。因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉速，提升扭矩，匹配慣量。 行星減速機額定輸入轉速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關，減速機越大，額定輸入轉速越小)以上，工業(yè)級行星減速機輸出扭矩一般不超過2000Nm，特制超大扭矩行星減速機可做到10000Nm以上。工作溫度一般在-25℃到100℃左右，通過改變潤滑脂可改變其工作溫度。 因搭配伺服電機所以背隙等級(弧分)相當重要，不同背隙等級價格差異相當大，行星減速機可做多齒箱連結最高減速比達100000。 　　減速機齒輪傳動圓周速度不超過10米/秒。輸入軸轉速不高于1500轉/分。減速機工作環(huán)境溫度-40℃-+45℃。減速機可用正、反兩向運轉。 　　主要傳動結構為:行星輪，太陽輪，外齒圈。行星減速機因為結構原因，單級減速最小為3，最大一般不超過10，常見減速比為：3.4.5.6.8.10，減速機級數(shù)一般不超過3，但有部分大減速比定制減速機有4級減速。 相對其他減速機，行星減速機具有高剛性，高精度(單級可做到1分以內)。高傳動效率(單級在97%-98%)，高的扭矩/體積比，終身免維護等特點。 因為這些特點，行星減速機多數(shù)是安裝在步進電機和伺服電機上，用來降低轉速，提升扭矩，匹配慣量。減速機額定輸入轉速最高可達到18000rpm(與減速機本身大小有關，減速機越大，額定輸入轉速越小)以上，工業(yè)級行星減速機輸出扭矩一般不超過2000Nm，特制超大扭矩行星減速機可做到10000Nm以上。工作溫度一般在-25℃到100℃左右，通過改變潤滑脂可改變其工作溫度。 級數(shù)：行星齒輪的套數(shù)。由于一套星星齒輪無法滿足較大的傳動比，有時需要2套或者3套來滿足擁護較大的傳動比的要求。由于增加了星星齒輪的數(shù)量，所以2級或3級減速機的長度會有所增加，效率會有所下降。 回程間隙：將輸出端固定，輸入端順時針和逆時針方向旋轉，使輸入端產生額定扭矩+-2%扭矩時，減速機輸入端有一個微小的角位移，此角位移就是回程間隙。單位是“分”，就是一度的六十分之一，也有人稱之為背隙。 全部傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分。在輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個稱為轉臂的滾柱軸承，形成H機構、兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道，并由擺線輪與針齒輪上一組環(huán)形排列的針齒相嚙合，以組成齒差為一齒的內嚙合減速機構，（為了減小摩擦，在速比小的減速機中，針齒上帶有針齒套）。 當輸入軸帶著偏心套轉動一周時，由于擺線輪上齒廓曲線的特點及其受針齒輪上針齒限制之故，擺線輪的運動成為既有公轉又有自轉的平面運動，在輸入軸正轉周時，偏心套亦轉動一周，擺線輪于相反方向轉過一個齒從而得到減速，再借助W輸出機構，將擺線輪的低速自轉運動通過銷軸，傳遞給輸出軸，從而獲得較低的輸出轉速。 行星減速機廣泛應用于回轉機構，輥壓機，斗輪機，檔板傳送帶機，分離機，曝氣機，行走驅動減速機，鋼帶旋轉碾磨機，回轉窯等。P系列行星齒輪減速機有超過27種規(guī)格可供選擇，其包括有2或3級行星輪，可以與不同種類的初級齒輪結合。一級齒輪可以是斜齒輪、錐齒輪或者是斜齒和直齒的結合。高質量的加工精度和對行星輪保持架進行有限元分析優(yōu)化了行星輪和其他接觸部分表面的負載分布，P系列行星齒輪減速機采用模塊化設計，可根據客戶要求進行變化組合，減速機采用漸開線行星齒輪傳動，合理利用內、外嚙合、功率分流，箱體采用球墨鑄鐵，大大提高了箱體的鋼性及抗震性，齒輪均采用滲碳淬火處理，得到高硬耐磨表面，齒輪熱處理后全部磨齒，降低了噪音，提高了整機的效率和使用壽命。因此具有重量輕、體積小、傳動比范圍大、效率高、運轉平穩(wěn)、噪聲低適應性強等特點。P系列行星齒輪減速機廣泛應用于冶金、礦山、起重運輸、電力、能源、建筑建材、輕工、交通等工業(yè)部門。 減 速 比：25～4000r/min（與、R、K系列組合可達到更大速比） 輸出轉矩：高至2600000Nm 電機功率：0.4-12934kW 安裝形式：底腳安裝、法蘭安裝、 扭力臂安裝。 出軸方式：實心軸 漸開線花鍵實心軸 漸開線花鍵空心軸 星輪減速機屬于漸開線行星齒輪傳動范疇，具有體積小，重量輕，承載能力大，效率高，壽命長，傳動平穩(wěn)，允許高速輸入等優(yōu)點，適用于礦山、冶金、電力、起重運輸、橡膠、水泥、造紙、鍋爐、建筑等行業(yè)的機械傳動。是我國一項專利發(fā)明產品。星輪減速機充分運用有效圓的設計原理，通過多排齒嚙合來實現(xiàn)均衡受力，采用合金鋼硬齒面和高性能組合的滾動星輪，連續(xù)滾動地傳遞轉矩和和轉速。內齒輪1通過件9與輸出軸l2緊固聯(lián)接并由件1O和件14支承于機座13的內孔中，緊固環(huán)l用于軸向定位和密封；兩個技術參數(shù)完全相同的行星齒輪2交錯180~同時與內齒輪1嚙合；滾動星輪由星輪軸3及裝在上面的4個滾動軸承16及襯套組合而成，其中間兩個軸承套裝在行星齒輪軸承孔中；偏心套7上裝有兩個軸承l(wèi)7，分別套裝在行星齒輪2的中心孔中；輸入軸7用軸承8和6支承。產品原理是：當輸入軸7旋轉時，通過偏套上的軸承17推動行星齒輪2運動，由于行星架通過星輪座4緊固于機座13的端部，于是行星齒輪在滾動星輪和偏心套的共同作用下只能作公轉運動并推動滾動星輪作自傳運動，行星齒輪與內齒輪嚙合，從而推動內齒輪及其緊固環(huán)聯(lián)接的輸出軸12作減速后的自轉運動。 行星輪傳動產品與機械傳動產品相比具有以下優(yōu)勢： 1、傳動效率高：采用高嚙合效率的齒形參數(shù)和滾動星輪連續(xù)滾動地傳動轉矩、轉速，所以具有傳動效率高的特點。單級傳動比在71以下效率可達95％以上，串聯(lián)擴大級傳動比在600以下效率可達93％以上，兩級串聯(lián)傳動比在1000以下效率可達90％。 2、速比范圍大：傳動比級差小，分級多，便于用戶合理選用。一級減速時傳動比為17～8O，分28級；串聯(lián)擴大級傳動比為75--600，分37級；兩級串聯(lián)傳動比為475~5000，分42級；根據需要尚可在4-25000之間任選傳動比。 3、承載能力高，結構緊湊：星輪減速器充分利用有效圓的設計原理，采用合金鋼特制硬齒面，特別適合重載連續(xù)傳動，承載能力可達76N·m／kg；傳動轉矩范圍為0．098～1029KN·m；傳動功率范圍為0．25-2000KW。 4、傳動平穩(wěn)噪聲低：星輪減速器傳動過程中為多排齒嚙合，運轉件為滾動形式，使之運轉非常平穩(wěn)，可靠。 5、轉速高，壽命長：星輪減速器由于精確的結構參數(shù)和熱平衡設計，同時采用優(yōu)質材料和特殊工藝，多數(shù)品種允許輸入轉速可高達3000rpm，擴大了目前減速器系列產品使用范圍；并目采用高承載能力滾動軸承組合的多排滾動星輪和多排齒嚙合。 2.6.3.1.1減速器相關產業(yè)(產品)市場狀況 目前，隨著我國經濟市場化程度逐年提高，生產主體的性質更加多元化，可檢索到的統(tǒng)計資料主要是部分大型國有企業(yè)的數(shù)據，因此每年使用減速器的準確數(shù)據很難統(tǒng)計，只能通過查找相關的網絡評論和調研過程中收集的各方數(shù)據進行測算、互相印證。 破碎粉磨機械行業(yè)：據破碎粉磨設備專業(yè)委員會秘書長介紹，不含水泥、電力、建材行業(yè)用戶，全國市場年需求量為14億元。起重機械行業(yè)：全國工程起重機行業(yè)主要生產企業(yè)有20多家，工程起重行業(yè)從1999年走出低谷，連續(xù)4年持續(xù)增長，據行業(yè)17個生產企業(yè)統(tǒng)計，2002年產值和銷售收八超過33億。令據哈爾濱工程機械廠廠長介紹，全國每年汽車起重機市場約為40-50億元，港口起重機的年需求量為600臺，單價150萬左右，產值約lO億元。輸送機械行業(yè)：全國有帶式輸送機200萬臺，其中鍋爐上煤40萬臺，煤礦120萬臺，火力發(fā)電廠167座，每廠平均輸送距離3000米，折合1萬臺，建材水泥廠6000個，平均每廠50臺，共計30萬臺，港口碼頭(不含卸船機、散貨裝船機)約1萬臺。 1、市場需求預測 大傳動轉矩的一種傳動裝置，是一種工業(yè)基礎件，大多數(shù)機械設備配有該產品。我國是工業(yè)大國，機械工業(yè)設備持有量和每年新增產量很大，其配套的減速器品種、規(guī)格和數(shù)量則隨之增大。據不完全統(tǒng)計，2006年減速器的市場需求量在500億元以上，廣泛使用在機械、電力、采油、礦山、冶金、船舶、航空等幾乎所有領域。星輪減速機以其優(yōu)良自勺J陛能，至少可替代現(xiàn)有80％以上規(guī)格品種的傳統(tǒng)減速器，尤其是重型減速器，目前國內年需求量約1千臺左右，年市場額約在40-50億元。很多場合設備需要大功率低速運行，由于沒有可靠的減速方法，往往需要采用多極同步電機，如采用星輪減速機配套，就可以替代價格昂貴、耗能大的同步電機運行?？梢娦禽啘p速機不但能以其優(yōu)異的性能替代原有減速器，還可以在一些原不使用減速器的地方開拓了新的使用領域，所以是極具發(fā)展前途的。目前，星輪減速器已經進入國內電力、水利、冶金、建材、煤礦、破碎、起重、重型機械等各個行業(yè)，憑借高新技術的優(yōu)勢牢固站穩(wěn)市場，并有部分產品隨主機出口。星輪減速機作為高端產品，其獨到之處是國內同行業(yè)廠家無可比擬的。從星輪減速機已經開發(fā)的市場分析，市場潛力巨大。如：電力行業(yè)。我國現(xiàn)有發(fā)電能力2億多千瓦，風機、水泵、磨煤機等大耗電量設備共有數(shù)萬臺，假如每年改造200臺，就需要100多年。每臺按50萬元計算，年產值1億元左右，而每年新增同類設備也需要幾百臺。 2、風力發(fā)電行業(yè) 風力發(fā)電作為潔凈能源、可再生能源、低成本能源而得到世界各國的普遍重視，尤其是發(fā)達國家由于一系列技術問題的解決，這幾年發(fā)展更快。風力發(fā)電機組的核心是增速器，目前大部分還依賴進口，開發(fā)國產增速器迫在眉踺。星輪減速機具備了風力發(fā)電增速器所要求的技術指標及性能，適合用于風力發(fā)電增速器。它的開發(fā)與研制一定會加快我國風力發(fā)電設備的國產化，有力的推動風力發(fā)電的發(fā)展。 3、重型機械行業(yè) 星輪減速機具有優(yōu)良的性價比，可完全替代進口產品。如上海路橋建設公司、沈陽重型機械廠出口的重型機械已配上星輪減速機。上海路橋建設公司在重型板喂機、破碎機均采用星輪減速機，對整個重機行業(yè)采用星輪減速機起到了樣板示范作用。 4、礦山、采掘、港口行業(yè) 星輪減速機已經廣泛使用在礦山、采掘、港口行業(yè)，并成功替代國外產品，現(xiàn)場應用效果非常好。 5、斗輪機改造 每年有四百臺左右的斗輪機減速器需要更換，如全部占領市場，可年產生效益—億元以上，憑借現(xiàn)在的技術實力和價格質量優(yōu)勢以及目前市場開拓形勢，達到這個目標是完全可能的。據調查和業(yè)內人士預測，目前國內需求總量為500億元年，企業(yè)數(shù)量約4000家，減速器市場的競爭十分激烈，但星輪減速機憑借高新技術的優(yōu)勢已經站有國內市場的一席之地，并有部分產品出口。 2.6.3.1.2結論 星輪減速機是我國的一項獨創(chuàng)發(fā)明，是具有國際先進水平的高新機械傳動產品，是對傳統(tǒng)傳動機械工業(yè)的一場革命。由于其具有傳統(tǒng)產品無可比擬的技術優(yōu)勢，該產品很快地進入市場替代傳統(tǒng)產品，取代進口產品，已取得很好的社會效益和經濟效益，具有極其可觀的發(fā)展前景。 2.6.3.2整體計算設計 整個設計過程中有輸出轉速40r/min，電壓380v，功率200KW。額定轉速1000r/min ，輸出轉速40r/min，一級行星齒輪減速器加一級斜齒輪動載荷系數(shù)K=2，使用系數(shù)1.5，載荷分配系數(shù) 1.4，其他系數(shù)1.3——1.5、 齒輪材料：合金鋼40CrMo 軸40CrNi β=13到15度 圓弧齒輪，可以 根據公式求出力矩大小為1.91x106 有轉速可以求出速比為1:23 根據公式D=扭矩/（0.2*材料的應力），最后開三次方根，可以求出輸入扭矩為57.5，固直徑取60. 輸出直徑為168.5，取170即可。 2.6.3.3軸的選擇 軸的選擇各圓周線的形狀、大小及圓周線之間的距離均無變化；各圓周線繞軸線轉動了不同的角度。 所有縱向線仍近似地為直線，只是同時傾斜了同一角度 g 。扭轉變形的平面假設：圓軸扭轉時，橫截面保持平面，并且只在原地發(fā)生剛性轉動。 在平面假設的基礎上，扭轉變形可以看作是各橫截面像剛性平面一樣，繞軸線作相對轉動，由此可以得出： 扭轉變形時，由于圓軸相鄰橫截面間的距離不變，即圓軸沒有縱向變形發(fā)生，所以橫截面上沒有正應力。 扭轉變形時，各縱向線同時傾斜了相同的角度；各橫截面繞軸線轉動了不同的角度，相鄰截面產生了相對轉動并相互錯動，發(fā)生了剪切變形，所以橫截面上有切應力。 據靜力平衡條件，推導出截面上任一點的切應力計算公式 式中， t r 為橫截面上任一點的切應力（ MPa ）； M T 為橫截面上的扭矩（ N mm ）； r 為欲求應力的點到圓心的距離（ mm ）； I r 為截面對圓心的極慣性矩（ mm 4 ）。 圓軸扭轉時，橫截面邊緣上各點的切應力最大( r= R )，其值為 式中，Wp 為抗扭截面系數(shù)（ mm 3 ） ??? 極慣性矩與抗扭截面系數(shù)表示了截面的幾何性質，其大小與截面的形狀和尺寸有關。 實心軸Solid Shaft 設直徑為D，則 對于階梯軸，因為抗扭截面系數(shù) W p 不是常量，最大工作應力 t max 不一定發(fā)生在最大扭矩M Tmax 所在的截面上。要綜合考慮扭矩M T 和抗扭截面系數(shù)W p ，按這兩個因素來確定最大切應力 t max 。 扭角Angle of Twist ——圓軸扭轉時，任意兩橫截面產生的相對角位移。 扭角 f 是扭轉變形的變形度量。 兩橫截面相距越遠，它的扭角就越大。 等直圓軸的扭角 f 的大小與扭矩M T及軸的長度L成正比，與橫截面的極慣性矩I p 成反比，引入比例常數(shù)G f為扭角（rad）；G為材料的切變模量(GPa)。如果兩截面之間的扭矩值 有變化，或軸徑不同，則應分段計算出相應各段的扭角，然后疊加。 等直圓軸的剛度條件：最大單位長度扭角小于或等于許用單位長度扭角。 2.6.3.4齒輪的設計 1、選用齒輪類型，精度，材料及齒數(shù) （a）選直齒圓柱齒輪傳動，材料HT250，硬度170~241HBS （b）此傳動為一般齒輪傳動，故取精度為8級。 （c） 選取齒輪齒數(shù)Z=55。 2、按齒面接觸強度設計 （a）由機械設計計算公式進行計算，即 （3-14） 確定公式內的各計算數(shù)值 1〉試選載荷系數(shù) 2〉計算齒輪傳遞的轉矩 （3-15） 3〉由表機械設計表（10-7）選取齒寬系數(shù)。 4〉由機械設計表（10-6）查得材料的彈性影響系數(shù) 5〉由機械設計圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。 6〉計算應力循環(huán)次數(shù) （3-16） 7〉由機械設計圖10-19查得接觸疲勞壽命，。 8〉計算接觸疲勞許用應力。 取失效概率為%，安全系數(shù)S=1，由機械設計式（10—12）得 （3-17） （3-18） （b） 計算 1〉試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值 （3-19） 2〉計算圓周速度v （3-20） 3〉計算齒寬b 4〉計算齒寬和齒高之比b/h 模數(shù) 齒高 b/h=79.27/5.9515.10 5〉計算載荷系數(shù) 根據，7級精度。由機械設計圖10-8查得動載荷系數(shù)