930KW电牵引采煤机牵引部设计含8张CAD图
930KW电牵引采煤机牵引部设计含8张CAD图,kw,牵引,采煤,设计,cad
外文资料Gears Gears are vital factors in machinery ,which are uses to transmit power or motion from one shaft to another .They may be used only to transmit motion from one part of a machine to another,or they may be used to change the speed or the torque of one shaft with with relation to another.One of the first mechanism invented using gears wad the clock.In fact,a clock is little more than a train of gears.Considerable study and research have been made on gears in recent years because of their wide use under exacting conditions.They have to transmit heavier loads and run at high speeds than ever before.The engineers and the machinists all consider gearing the prime element in nearly all classes of machinery.Super Gears Spur gears will be considered first for several reasons.In the first place ,they are simplest and the least expensive of gears and they may be used to transmit power between parallel shafts,also,spur gears definitions are usually applicable to other types .It is important go understand the following definitions,since they are important factors in the design of any equipment utilizing gears.Diametric Pitch The number of teeth per inch of pitch cirle diameter .The diameter pitch is usually an integer .A small number for the pitch implies a large tooth size.Meshing spur gears must have the same diameter pitch .The speed ratio is based on the fact that meshing gears may have different-sized pitch circles and hence different number of teeth.Circular Pitch :The distance from a point on one tooth to the corresponding point on an adjacent tooth ,measrued along the pitch circle.This is a liner dimension and thus bas liner units.Pitch Circle :The circle on which the ratio of the gear set is based,when two gears are meshing ,the two pitch circles must be exactly tangent if the gears are to function properly.The tangency point is known as the pitch point.Pressure Angle :The angle between the line of action and a line perpendicular to the centerlines of the two gears in mesing .Pressure Angles for spur gears are usually 14.5 or 20 degrees,although other values can be used.Meshing gears must have the same pressure angles.In the case of a rack,the teeth have the straight sides inclined at an angle corresponding to the pressure angle.Base Circle:A circle tangent to the line of action (or pressure line ) .The base circle is the imaginary circle about which an involutes cure is developed .Most spur gears follow an involutes cure from the base circle to the top of the tootch,this cure can be visualized by observing a point on a taut cord an it is unwound from a cylinder .In a gear ,the cylinder is the best circle.Addendum:The radial distance form the pitch circle to the top of the tooth .Dedendum:The radial distance from file pitch circle to the root of the tooth.Clearance:The difference between the addendum and the addendum.Face Width:The width of the tooth measured axially.Face :The surface between the pitch circle and the top of the tooth.Flank :The surface between the pitch circle and the bottom of the tooth.Helical Gears :These gears have their tooth element at an angle or helix to the axis of the gear.They are more difficult and expensive to make than spur gears,but are quieter and stronger. They may be used to transmit power between parallel shafts at an angle to each in the same or different planes.Herringbone Gears:A herringbone gear is equivalent to a right-hand and a left-hand helical gear placed side by side.Because of the angle of the tooth,helical gears create considerable side thrust on the shaft. A herringbone gear corrects this thrust by neutralizing it ,allowing the use of a small thrust bearing instead of a large one and perhaps eliminating one altogether.Often a central groove is made round the gear for ease in machining.Bevel Gears :Bevel gears are used to connect shafts, which are not parallel to each other.Usually the shafts are 90 deg.To each other, but they may be more or less than 90 deg.The two meshing gears may have the same number of teeth for the purpose of changing direction of motion only,or they may have a different number of teeth for the purpose of changing both speed and direction .The faces of the teeth lie on the surface of the frustum of a cone,therefore the teeth elements are not parallel to each other it can be seen that this lack of parall Racks A rack is a gear with an infinite radius,or a gear with its perimeter stretched out into a straight line.It is used to change reciprocating motion to rotary motion or vice versa.A lathe rack and pinion is a good example of this mechanism.Various materials are used in manufacturing gears .Usually,the materials selected depends on the method used for making the gear and the application to which it will be put.Gears can be cast,cut,or extruded.Typical materials include cast iron,cast steel,plain carbon steel,alloy steel aluminum,phosphor bronze,laminated phonetics,and nylon.elism creates a machining problem so that two passes with a tool must be made.The tooth elements may be straight or spiral ,so that we have plain anti spiral evel gears.Worm and Worm GearsA worm-and-worm-gear combination is used chiefly where it is desired to obtain a high gear reduction in a limited space,normally the worm drivers the worm gear and is not reversible ,that is to say,the worm gear can not drive the worm.Most worms can be rotated in either direction,clockwise or counterclockwise.中文译文齿轮 齿轮是机器中的动力元件,用来传递轴与轴之间的运动及动力。它们可能仅被用来传递运动,即机器的一个部分到另一个部分,或者被用来改变轴与轴之间相对速度和转矩,第一个被发现用齿轮的机器是钟表,事实上,钟表的齿轮与火车上的齿轮相比是非常小的。由于齿轮在实际环境中的广泛应用,人们在齿轮的应用方面进行了许多的研究和调查。现在,齿轮传动比起以前来不得不传递很重的载荷,和在高速度下运转。目前工程师和机械师都在考虑存在于机械中的这种因素。直齿圆柱齿轮:直齿圆柱齿轮被作为传动中的首选有许多原因。它们是最简单也是最廉价的,并且它们可以被用作传动平行轴之间的力,还有它的概念同于其它类型的齿轮,以下的几个定义是非常重要的,因为,它们在设计任何与齿轮有关的方面都是非常重要的。径节:节圆直径单位距离上的齿数,径节通常是一个整数。小小的一段齿距包括了许多的齿形。直齿圆柱齿轮啮合的条件是必须有相同的径节,齿轮的传动比决定于啮合齿轮的不同的节圆和不同数目的齿数。齿距:沿着节圆从齿上的一点到临近齿上对应相同的另一点的距离,这是一个线尺寸和线性单位。节圆:作为齿轮比率设定基础的圆。若要是互相啮合的齿轮正常运行,则两节圆必须精确相切。压力角:运动方向与垂直于两啮合齿轮中心线的直线所形成的夹角。对于直齿圆柱齿轮压力角为14.5度或20度,因此可以有许多的用途,相啮合的齿轮必须有相同的压力角。对于齿条,齿相对于直边有与压力角相同的倾斜角度。基圆:与运动方向相切(或与压力角方向相切)的圆。基圆是产生渐开线所假想的圆。许多直齿圆柱齿轮都是渐开线从基圆到齿顶,当绷紧绳索从一个圆柱体展开时,仔细观察绳索上某点的运动,即可想象出此段渐开线的形状。在齿轮中,基圆是最主要的圆。齿顶高:从节圆到齿顶的径向距离。齿根高:从节圆到齿底的径向距离。间隙:齿顶高与齿根高之间的不同。面宽:齿在轴向的宽度。面:节圆和齿顶之间的表面。齿腹:节圆和齿底之间的表面。斜齿轮:这些齿轮的齿相对于齿轮轴线由一个角度或螺旋角度,它们比直齿圆柱齿轮的制造更难,造价更昂贵,但是它们传动无噪音并且可靠。它们可以用来在相同或不同平面中构成一定角度的相两轴之间的力的传递。人字形齿轮:人字形齿轮是在齿轮两边有相同数量在左旋和右旋形的齿轮。由于齿轮有角度,齿轮制造时需要考虑轴受到的轴向力,人字形齿轮是用平衡的方法来抵消轴向推力的,固而允许选用轻系列轴承取代重系列轴承,甚至可以完全取消轴承,通常在切削加工中在齿轮的周围有一个中心槽来抵消。锥齿轮:锥齿轮用作互相不平行的轴之间的连接。通常轴之间的夹角是90度,但它们比90多或少,相啮合的两齿轮仅改变运动方向,或者为改变速度具有不同的齿数,齿的表面沿着圆锥的表面,圆头齿之间不相互平行,它就使得在机械加工中产生类似的问题及必须要一套夹具。齿轮的线可能是直的或螺旋的,因此有平直的锥齿和螺旋的锥齿。蜗杆和蜗轮:蜗杆蜗轮机构主要用作有限空间需较小齿轮的体积的情况。通常蜗杆为主动件并且不能颠倒,也就是说,蜗轮不能作为主动件。许多蜗杆能左右移动,转动为顺时针或逆时针。齿条:齿条是有无穷半径的齿轮或是边缘随着直线扩展的齿轮,它被用来往复运动改变为螺旋运动或反过来,车床齿条和小齿轮是这种机器的最好例子。各种材料被用于制造齿轮。通常被选用的材料取决于齿轮的制造与齿轮将来的实现用途,齿轮能被铸,轧或挤压出来。材料类型包括:铸铁碳素钢,合金钢,铝,青铜,尼龙。 930KW电牵引采煤机牵引部设计摘 要930KW采煤机是一种大功率无链电牵引采煤机,该采煤机适用于缓倾斜的中硬煤层,它与刮板输送机液压支架等配套使用,该采煤机的机械传动采用直齿传动系统,在能够承受足够载荷的情况下,节约成本,降低维护的难度。本次设计中主要是针对采煤机牵引部的设计,采煤机的牵引部主要是由牵引机构和牵引部传动装置组成,其中传动装置中的减速箱是由两级直齿轮减速以及两级行星齿轮减速组成,其主要作用是将电动机输出的转速降低从而使扭矩增大,最后驱动行走部带动采煤机沿着工作面前进 。设计任务主要有首先初步确定方案,确定了方案之后查阅各种资料对牵引部的传动系统进行设计,对减速箱的齿轮、轴、轴承、花键等零部件的选型和校核等,在设计过程中应该正确的利用设计手册,实事求是的计算,确保计算中数字的准确性,培养我们独立思考认真解决问题的能力,以此来达到此次毕业设计的目的。关键词:采煤机:牵引部:减速箱:齿轮:行星轮 930KW electric traction shearer traction department designAbstractThe shearer is a kind of high-power chain 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 录1概述11.1 引言11.2 电牵引采煤机概况11.2.1 电牵引采煤机基本情况11.2.2 电牵引采煤机的技术特点21.3 电牵引采煤机的技术现状31.3.1 国内电牵引采煤机现状31.3.2 国外电牵引采煤机现状31.4 采煤机的发展趋势41.5 采煤机的组成41.6 本次采煤机的设计目的52 牵引部的设计62.1 牵引部简述62.2 牵引部传动方案的确定62.2.1 设计原则62.2.2 传动方案的选择72.2.3 主要技术参数92.2.4 电动机的选择92.2.5 传动比的分配102.3 牵引部传动计算112.3.1 各级传动转速、功率、转矩112.3.2 齿轮1和齿轮2的设计及强度效核132.3.3 齿轮3和齿轮4的设计及强度效核182.3.4 齿轮5和齿轮6的设计及强度效核242.4 牵引部行星机构的设计计算312.4.1 第一级行星齿轮的计算322.4.2 第二级行星齿轮的计算383 强度校核453.1 轴的设计与校核453. 2 对轴的轴承校核493.3 对轴平键的校核503.3.1 键的校核503.3.2 键的校核503.4 花键连接的强度校核514 牵引部的总体524.1 机械传动系统524.2 牵引电动机524.3 液压制动器534.4 滑靴组架544.5 调高油缸544.6 与电控箱的连接部位555 采煤机的使用和维护555.1 采煤机的维护555.2 采煤机轴承的维护及漏油的防治57结束语60参考文献61致 谢671概述1.1 引言机械化采煤开始于二十世纪40年代,是随着采煤机械的出现而开始的。40年代初期,英国、苏联相继生产了采煤机,德国生产了刨煤机,使工作面落煤、装煤实现了机械化。但当时的采煤机都是链式工作机构,能耗大、效率低,加上工作面输送机不能自移,所以限制了采煤机生产率的提高。我国属于薄煤层较多的国家, 而长期以来薄煤层的开采速度远不如中厚煤层, 且受工作面空间的限制,薄煤层一直是矿井开采的薄弱环节。 牵引部作为采煤机的行走机构是采煤机的重要组成部件,它不但担负采煤机工作时的移动和非工作时的调动,而且牵引速度的大小直接影响工作机构的效率和质量,并对整机的生产能力和工作性能产生很大影响。1.2 电牵引采煤机概况在煤矿开采的过程中,电牵引采煤机作为煤矿开采所使用的重要设备之一,对实现煤矿的顺利开采和作业安全具有重要的作用。从总体来看,我国电牵引采煤机在近些年来有了长足的进步和发展,但是与发达国家相比依然存在不足。所以,在电牵引采煤机研究和使用的过程中,应该不断进行技术补充和完善,提高电牵引采煤机的整体水平12。1.2.1 电牵引采煤机基本情况在煤炭开采的过程中,采煤机作为必需设备之一,发挥了重要的作用。具体而言,采煤机的工作原理主要是通过旋转的结构实施破煤作业,之后把煤炭装入到输送机或者运输煤炭的设备上,由此完成采煤机的工作,所以采煤机是一个复杂的大型综合系统。电牵引采煤机作为采煤机的一种,是目前国内外煤矿开采中使用最为广泛的采煤机器,电牵引采煤机有利于实现煤矿生产的机械化和现代化。我国电牵引采煤机开始出现于二十世纪八十年代,直到二十世纪九十年代电牵引采煤机的样机才正式问世,目前在我国煤矿开采的过程中正在逐步使用电牵引采煤机,并且获得了更高的经济效益。1.2.2 电牵引采煤机的技术特点随着近些年来电牵引采煤机技术研究的不断发展,既促进了电牵引采煤机在煤矿开采中的应用,同时也有利于实现我国煤矿采煤机的现代化和机械化。目前电牵引采煤机的技术特点主要有以下几方面:电牵引采煤机的装机功率增强,机器性能参数提高。总体来看,电牵引采煤机的总装机功率达到了1000kW以上,甚至SL1000的总装机功率达到了2600kW,电牵引采煤机的牵引功率达到了80kW以上,并且最大的采煤机牵引功率达到了300kW;其次,单台电牵引采煤机的装机功率大部分都在400kW以上,多数已经实现了600kW的水平;此外,电牵引采煤机与传统采煤机相比,牵引速度快而且牵引力也不断提高,其它性能参数的提高还包括截割功率变大,采煤机的支架实现了随机支护的效果,且滚筒的截深变大。电牵引采煤机需要中高压进行供电,电牵引采煤机主要是依靠电能进行牵引和工作,并且电牵引采煤机的装机功率不断加大,工作面增长到300m。对工作电源的质量提出了更高的要求。在实际工作中,为了降低输电线路的电能损耗,保证电牵引采煤机得到高质量的供电和电机性能,因而大多使用中高压供电。一般情况下,中高压供电的等级包括2300V、3300V、4160V、5000V等类型。电牵引采煤机的监控保护系统实现智能化。目前带电牵引采煤机都配置了智能化的监控保护系统,以此实现人机交互对话、工程监测、无线控制以及传输任务,智能化的实现可以提高我国采煤机的整体水平,使电牵引采煤机的维护工作量达到最小,同时利用率最高,电牵引采煤机还可以实现与工作面输送机、液压支架等设备的信息交互和联动控制。1.3 电牵引采煤机的技术现状1.3.1 国内电牵引采煤机现状13就国内目前所使用的采煤机情况而言,大部分煤矿开采所使用的采煤机是液压牵引采煤机,但随着煤矿开采难度的不断加深,并且液压牵引采煤机也存在一定的技术局限性,使液压牵引采煤机已经不能满足煤矿开采的需要,所以推广电牵引采煤机是十分必要的。在国外发达国家,电牵引采煤机已经得到了广泛普及和使用。由此可知,电牵引采煤机在采煤技术和使用性能方面都有着很大的优势,逐步实现液压牵引采煤机到电牵引采煤机的进步非常必要。我国常见的几种电牵引采煤机:MGTY300710-1.1D电牵引采煤机。由太原矿山机器集团有限公司研制,这种电牵引采煤机拥有先进的技术和良好的质量,牵引功率适宜,适用的领域比较广泛,在目前来看,处于我国电牵引采煤机的前沿,具有高效、高产的优点。这种电牵引采煤机应用了系统设计,适用范围比较广,电机的功率可以由使用者任意选择,采煤机的电视、牵引箱等可以进行左右互换,而且此设备的关键元件都是来自发达国家,继而增强了采煤机的整体性能;MG150/345WDK交流电牵引采煤机。由山东能源机械集团有限公司研制,这种采煤机适用于煤层厚度为0.91.9 m的煤层,利用开关磁阻进行调速,使用高强度的液压螺栓连接采煤机机身的各个部分,从而使采煤机简便易操作,便于拆装。此外,采煤机的电控使用模块结构,利用快速接插的形式,并且具有防潮、防震的优良性能,适用的采高范围为0.91.9 m,角度在35以内。1.3.2 国外电牵引采煤机现状15早在二十世纪七十年代,美国的JOY公司就已经研制出1LS多电机横向布置的直流电牵引采煤机,之后又研发出了2LS到6LS等多电机横向布置直流电牵引采煤机,JOY公司的Ultratrac2000型强力销轨无链牵系统,增加了销轨的节距和宽度,而且利用了锻造销排技术,有利于实现交互式人机通讯。德国作为世界机械制造最为发达的国家之一,Eickhoff公司早在1976年就研发出了直流电牵引采煤机,同时不再进行液压牵引采煤机的研制工作,之后广泛开展了电牵引采煤机的研发和利用。世界发达国家已经广泛使用并且大力研究电牵引采煤机技术,取得了重大的成果,并且实现了科技成果与社会生产的有效结合,使电牵引采煤机广泛投入到煤矿生产中去。1.4 采煤机的发展趋势电牵引采煤机经过25年的发展,技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术成为具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下:电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。结构形式向多电机驱动横向布置发展。监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。性能参数向大功率、高参数发展。综合性能向高可靠性和高利用率发展。国内的电牵引采煤机研制方向与国际发展方向基本一致,在经过近15年的研究,已经取得较大进展,但离国际先进水平特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大的差距,必须进行大量的技术和试验研究。1.5 采煤机的组成 采煤机主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成(如图1-1)。电动机:是滚筒采煤机的动力部分,它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电动机都是防爆的,而且通常都采用定子水冷,以缩小电动机的尺寸。牵引部:通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链3相啮合,使采煤机沿工作面移动,因此,牵引部是采煤机的行走机构。 左、右截割部减速箱:将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮,驱动滚筒6旋转。滚筒:是采煤机落煤和装煤的工作机构,滚筒上焊有端盘及螺旋叶片,其上装有截齿。如图1-1 双滚筒采煤机底托架:是固定和承托整台采煤机的底架,通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上,其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导向管上,以此保证采煤机的可靠导向。调高油缸:可使摇臂连同滚筒升降,以调节采煤机的采高。调斜油缸:用于调整采煤机的纵向倾斜度,以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱:内部装有各种电控元件,用于采煤机的各种电气控制和保护。1.6 本次采煤机的设计目的1. 本次毕业设计是专业知识的应用与巩固,是对所学知识的全面总结。在此次毕业设计中掌握煤矿机械在设计过程中的步骤及其注意事项,初步掌握解决煤矿机械在生产中遇到的问题,为以后的工作打下基础。2.根据题目给出的条件,通过传动方案的制定,正确的使用设计手册等资料,设计采煤机牵引部,再设计过程中对采煤机械的设计又一个整体的认识和掌握,以及培养认真思考问题的习惯和学会寻找解决问题的方法。2 牵引部的设计2.1 牵引部简述采煤机牵引部的功能是为采煤机在采煤过程中提供动力,是采煤机能够沿着采煤工作面前进以实现采煤作业中标的移动或停车时得调动作业,而影响采煤机工作的质量和效率的直接因素就是牵引速度的大小和稳定性,所以说牵引部是采煤机中的重要部件。牵引部主要由两大部分组成,分别是牵引部传动装置和牵引机构。牵引部的传动装置的作用就是通过减速器将电动机的速度降低从而增大扭矩达到牵引采煤机前进的目的,此次设计采用的是电牵引,能够通过调节电动机的速度来改变牵引速度,电牵引与液压牵引和机械牵引有以下几个优点,电牵引克服了液压牵引会由于液压油的污染而导致传动效率降低的缺点,也不会受温度变化的影响,同时电牵引也克服了机械牵引不能实现无级变速的缺点,它还具有效率高、寿命长、维护工作量小的特点,还能使采煤机的结构简单,外形尺寸减小,因此采用电牵引。牵引机构与牵引装置使采煤机沿着采煤工作面移动。牵引机构安装于采煤机的内部为内牵引,安装于采煤机的工作面两端为外牵引。一般情况下都为内牵引,而且随着生产的进步,产量的增大,适用于大功率和大倾角的无链牵引机构已经逐渐取代了有链牵引机构。2.2 牵引部传动方案的确定2.2.1 设计原则在设计过程中的要求有:1. 传动比要求大。在此次设计中电机转速最大可以达到2455r/min,而牵引速度最大为15m/s,则传动比会达到163.3,减速级数应该在35级,如此大的传动比就需要多级减速,因此减速箱的体积就会增大,从而使得制造成本加大,为了减小体积,选择可以调速的电机,这样传动比就可以相对的减小。2. 有足够大的牵引力。由于采煤机特殊的工作环境,在井下需要有很大的牵引力来驱动行走箱前进而顺利工作。3. 有完善的制动系统来确保安全。为了降低采煤机在工作过程中的故障率,采煤机应该设计有检测与诊断故障的系统。4. 能够实现减速器无极调速。在井下工作时,负载会随着煤层环境的变化而变化。因此需要减速器能够达到无极调速的目的,可以采用电机的不同转速来实现次功能。5. 能够实现正反转。可以通过电动机的正反转来实现此要求,并且配合制动器的选用来减小减速器在正反转过程中带来的冲击。6. 减速器各个零件在选材过程中应该保证足够的强度,满足工作要求,尽量减少采煤机的故障率,从而降低维护成本,提高企业生产率。7. 牵引部的减速器中应该设有惰轮。这是为了保证牵引部有适当的长度。8. 考虑到采煤机在井下工作的环境,由于采煤机工作环境的特殊性,因此牵引部的稳定性就显得很重要。9. 在满足以上要求的情况下,尽可能的使结构简单,操作简便,是零部件标准化系列化,以便维护修理。2.2.2 传动方案的选择根据此次设计的要求,提出了以下几种解决方案方案一采用四级圆柱齿轮减速器。方案二采用两级圆柱齿轮减速以及一级行星齿轮减速,下图2-1为该方案的机构简图。图2-1 方案二方案三采用两级直齿轮与两级行星齿轮减速相结合来实现减速的目的,并安装有惰轮来调节中心距使得个零件之间不会互相干涉,如下图2-2。图2-2 方案三以上一共提出了三种方案,牵引部减速器的传动比达到了200左右,因此不适合选用圆柱齿轮传动,圆柱齿轮传动会使得减速器的体积增大,加大成本,因此不选择方案一;在方案二中选用了行星齿轮传动充分发挥了其体积小传动比大的优势,使得整体体积大大减小。但是还存在的问题是,由于没有惰轮,可能会出现零件之间的干涉,故不选用方案二。在方案三种选用了采用两级直齿轮与两级行星齿轮减速相结合来实现减速的目的,并安装有惰轮来调节中心距使得个零件之间不会互相干涉,同时,行星齿轮机构具有体积小、结构紧凑、传动效率高、承载能力大、运行稳定、抗冲击能力强等优点。并且能够大大降低传动的级数,因此此次设计中选方案三为最终方案。2.2.3 主要技术参数主要技术参数及配套设备:采高(m):1.63.5;适应倾角:35;截深:800mm;滚筒直径:1.8m;电压:3300V牵引形式 :齿轮销轨电牵引;装机功率:930KW;2.2.4 电动机的选择设计要求牵引部功率为55KW,根据矿井电机的具体工作环境情况,电机必须具有防爆和电火花的安全性,以保证在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中绝对安全,而且电机工作要可靠,启动转矩大,过载能力强,效率高。所以选择三相鼠笼异步防爆电动机,型号为YB2-250M-4-55;其主要参数如下:额定功率:55KW;额定电压:380V;满载电流:69A;额定转速:1480r/min;满载效率:0.926;满载功率因数:0.88;接线方式:Y;质量:530KG;冷却方式:水冷该电动机输出轴上带有渐开线花键,通过该花键电机将输出的动力传递给齿轮减速机构。2.2.5 传动比的分配在进行多级传动系统总体设计时,传动比分配是一个重要环节,能否合理分配传动比,将直接影响到传动系统的外阔尺寸、重量、结构、润滑条件、成本及工作能力。多级传动系统传动比的确定有如下原则:1.各级传动的传动比一般应在常用值范围内,不应超过所允许的最大值,以符合其传动形式的工作特点,使减速器获得最小外形。2.各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称;各传动件彼此间不应发生干涉碰撞;所有传动零件应便于安装。3.使各级传动的承载能力接近相等,也就是要达到等强度。4.使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等,从而使润滑比较方便。5.设计过程中计算好中心距,防止齿轮在运行过程中发生干涉。6.常用二级齿轮减速器传动比的分配。设计多级减速器时,应该合理的分配其传动比。由于采煤机在工作过程中常有过载和冲击载荷,维修比较困难,空间限制又比较严格,故对行星齿轮减速装置提出了很高要求。因此,这里先确定行星减速机构的传动比。设计采用NGW型行星减速装置,其工作原理如下图2-3所示:a太阳轮 b内齿圈 c行星轮 h行星架图2-3 NGW型行星机构该行星齿轮传动机构主要由太阳轮a、内齿圈b、行星轮c、行星架h等组成。传动时,内齿圈b固定不动,太阳轮a为主动轮,行星架h上的行星轮c绕自身的轴线oxox转动,从而驱动行星架h回转,实现减速。运转中,轴线oxox是转动的。这种型号的行星减速装置,效率高、体积小、重量轻、结构简单、制造方便、传动功率范围大,可用于各种工作条件。因此,它用在采煤机牵引部最后一级减速是合适的,该型号行星传动减速机构的使用效率为0.970.99,传动比一般为2.113.7。当内齿圈b固定,以太阳轮a为主动件,行星架x为从动件时,传动比的推荐值为2.79。所以这里先定行星减速机构传动比:i,i。根据前述多级减速齿轮的传动比分配原则及齿轮不发生根切的最小齿数为17为依据,初定齿数及各级传动比为:i=z/z=2.84,i=z/z=2.13,i=1.36。2.3 牵引部传动计算2.3.1 各级传动转速、功率、转矩1.各轴转速计算:从电动机出来,各轴依次命名为、轴。轴 nr/min轴 n= n/ i=1480/2.84=521.1 r/min轴 n= n/ i=521.1/2.13 =244.6 r/min轴 n= n/ i=243/6.3=38.83r/min轴 n= n/ i=38.83/4.5=8.63 r/min2.各轴功率计算:轴 =550.990.98=53.36kW轴 .=53.360.980.97=50.72kW轴 P=P=50.720.980.97=48.21 kW轴 P=P= 48.210.980.97=45.83kW轴 P=P=45.830.980.97=43.57 kW式中 联轴器效率 =0.99闭式圆柱齿轮效率 =0.97轴承效率 =0.98花键传动效率 0.973.各轴扭矩计算:轴 T=9550Nm轴 T=9550Nm轴 T=9550Nm轴 T=9550Nm轴 T=9550Nm将上述计算结果列入下表:轴号输出功率P(kW)转速n(r/min)输出转矩T/(Nm)传动比轴53.361480344.322.842.136.3轴50.72521.1929.526轴48.21244.61882.28轴45.8338.8311270.744.5轴43.578.6348214.7741.36表2-12.3.2 齿轮1和齿轮2的设计及强度校核齿轮1和2是一级圆柱齿轮传动的两个齿轮,齿轮1是高速小齿轮,齿轮2是低速大齿轮1.选择齿轮材料两个齿轮都选用20GrMnTi渗碳淬火2.按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度。小轮分度圆直径,由式得齿宽系数:查表按齿轮相对轴承为非对称布置,取08小轮齿数: =25惰轮齿数: i=71齿数比 : /=71/25传动比误差 误差在范围内小轮转矩:T=233211Nm载荷系数:由文献1式(854)得使用系数:175动载荷系数:在推荐值1.051.4取 12齿向载荷分布系数: 在推荐值1.01.2 取1.1齿间载荷分配系数:在推荐值1.01.2 取则载荷系数的初值 =1.75 =2.541弹性系数:查表得 节点影响系数:可知:重合度系数: Z=0.89许用接触应力:由式接触疲劳极限应力:查文献知=1430N=1430N应力循环次数:由式N=60njL得N=60njL=60N= N/i=/2.84=2.795 则 查文献1图870得接触强度得寿命系数=1 ,(不许有点蚀)硬化系数:查文献1图871及说明 1接触强度安全系数:查文献1表827,按较高可靠度查S=11.5, 取故的设计初值为d =66.587mm齿轮模数: m=d/Z=66.587/25=2.66 查表 取m=4mm高速小齿轮1分度圆直径的参数圆整值d1:d1=25mm低速大齿轮2分度圆直径: d=mZ=4mm中心距 : =m/2(Z+ Z)=192mm 齿宽: b=0.8mm圆整 b=54mm齿宽: 小轮齿宽: =60齿根弯曲疲劳强度校核计算由文献1式 齿形系数: 查文献 小轮Y=2.62 大轮Y=2.222应力修正系数: 查文献 小轮Y=1.59大轮Y=1.752重合度 =1.675重合度系数:由式=0.25+0.75/1.675=0.698许用弯曲应力:由式 弯曲疲劳极限:查图弯曲寿命系数:查图 尺寸系数:查图安全系数:查表 S=1.5则公式: =107.69=93.62检验合格2.3.3 齿轮3和齿轮4的设计及强度校核齿轮3和4是二级圆柱齿轮传动的两个齿轮,齿轮3是高速小齿轮,齿轮4是低速大齿轮,同时也是惰轮。1)选择齿轮材料两个齿轮都选用20GrMnTi渗碳淬火2)按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度 小轮分度圆直径,由式得齿宽系数:查表按齿轮相对轴承为非对称布置,取08小轮齿数: =38大齿数: i=80.94整取 =81齿数比 /=81/38传动比误差 误差在范围内小轮转矩: T=629600Nmm载荷系数:由文献1式(854)得使用系数:查表 175动载荷系数: 在推荐值1.051.4 12齿向载荷分布系数: 在推荐值1.01.2 1.1齿间载荷分配系数:在推荐值1.01.2 则载荷系数的初值 =1.75 =2.541 弹性系数: 查表 节点影响系数: 可知:重合度系数: Z=0.89许用接触应力:由式接触疲劳极限应力: 查文献=1430N =1430N应力循环次数:由式N=60njL得N=60njL=60N= N/i=/2.13=1.312 则 查文献1图870得接触强度得寿命系数Z= Z=1硬化系数:查文献1图871及说明 1接触强度安全系数:查文献1表827,按较高可靠度查S=11.5, 取故的设计初值为d =95.33mm齿轮模数: m=d/Z3=95.33/38=2.51 查表 取m=4mm小齿轮3分度圆直径的参数圆整值d3:d3=38大齿轮4分度圆直径: d4=mZ4=4中心距 : =m/2(Z3+ Z4)=238mm 齿宽: b=0.8mm惰轮齿宽: b4 = b小轮齿宽: =82mm齿根弯曲疲劳强度校荷计算由文献1式 齿形系数: 查文献 小轮Y=2.43 大轮Y=2.202应力修正系数: 查文献 小轮Y=1.652大轮Y=1.771重合度 =1.66重合度系数:由式=0.25+0.75/1.66=0.701许用弯曲应力:由式 弯曲疲劳极限: 查图弯曲寿命系数: 查图 尺寸系数: 查图安全系数: 查表 S=1.7=581/358.24=581/358.24则公式:=194.86=175.442合格2.3.4 齿轮5和齿轮6的设计及强度校核齿轮5和齿轮6是行走机构的两个传动齿轮,齿轮6最后输出链轮。计算过程及说明:1)选择齿轮材料 两个齿轮都选用20GrMnTi调质2)按齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级,按估取圆周速度 小轮分度圆直径,由式得齿宽系数:查表按齿轮相对轴承为非对称布置,取08小轮齿数: =17惰轮齿数: i=23.18圆整 =23齿数比 : /=23/17传动比误差 误差在范围内小轮转矩: T=34025640N载荷系数: 由文献1式(854)得 使用系数: 查表 1动载荷系数: 在推荐值1.051.4 12齿向载荷分布系数: 在推荐值1.01.2 1.1齿间载荷分配系数:在推荐值1.01.2 =1.1则载荷系数的初值 =1 =1.45 弹性系数: 查表 节点影响系数: 可知:重合度系数: Z=0.89许用接触应力:由式接触疲劳极限应力:查文献=1430N=1430N应力循环次数:由式N=60njL得N=60njL=60N2= N/i=/1.36=3.39 则 查文献1图870得接触强度得寿命系数Z=1.04Z=1.06硬化系数:查文献1图871及说明 1接触强度安全系数:查文献1表827,按较高可靠度查S=11.5, 取故的设计初值为d =275.335mm齿轮模数: m=d / Z5 =275.335/17=16.1 查表 取m=16mm小齿轮5分度圆直径:d5=17大齿轮6分度圆直径: d6=mZ=16中心距 : =m/2(Z5+ Z6)=320mm 齿宽: b=0.8mm 圆整b=220齿轮6齿宽: b6 = b小轮齿宽: =226mm齿根弯曲疲劳强度校荷计算由文献1式 齿形系数: 查文献 小轮Y=2.97 大轮Y=2.69应力修正系数: 查文献 小轮Y=1.52大轮Y=1.575重合度 =1.554重合度系数:由式=0.25+0.75/1.554=0.732许用弯曲应力:由式 弯曲疲劳极限:查图 弯曲寿命系数:查图 尺寸系数:查图安全系数:查表 S=1.5则公式: 得:=595425=595/210=328.177=319.621效验合格 最后行走轮选用30GrMnMo作为材料,齿数为9,模数为44,分度圆直径d=396。2.4 牵引部行星机构的设计计算配齿计算这里采用2K-H型行星传动机构, 该种机构要正确啮合,必须满足四个条件:1. 传动比条件:当中心轮a输入时,设给定的传动比为,内齿圈的齿数为Zb,中心轮的齿数为Za,则上述三个量满足满足下列关系: =1+Zb/Za (2)同轴条件:为保证行星轮g同时与中心轮a,太阳轮b实现正确啮合,对于圆柱齿轮行星传动机构,要求外啮合副的中心距与内啮合副的中心距相等,即=。对于标准传动或高度变位传动,有=可得: 在标准传动中,外啮合齿轮副的接触强度远低于内啮合齿轮的接触强度,为适当调节内外啮合齿轮副的接触强度,常采用角度变位传动,外啮合齿轮副通常采用大啮合角的正传动,;内啮合齿轮副一般采用小啮合角的正传动或负传动,这样整个行星传动的接触强度可提高30%,采用角变度传动时,外啮合和内啮合的中心距分别为: 由以上两式可得: 以上三式中 分度圆压力角;外啮合齿轮副的啮合角; 内啮合齿轮副的啮合角(3)装配条件:为保证各行星齿轮均匀分布在中心轮的周围,而且能准确的装入两中心轮的齿间实现正确啮合,则必须满足两中心轮的齿数和与行星轮的数目的比值为整数,即:(整数)亦可表示为: (4)邻接条件:行星机构在运动的过程中,行星轮之间不能发生干涉,即要保证两行星轮的中心距L大于两行星轮齿顶圆半径之和,即: 或表示为: 对于标准传动或高度变位传动有: 将以上两式代入式(3-5)得: 依据上述四个条件,初步确定太阳轮,内齿圈以及行星轮的齿数。2.4.1 第一级行星齿轮的计算已知:输入功率48.21KW,转速244.6r/min,输出转速=38.83r/min1 齿数选择:查手册当i1=6.3时,Za=17,Zc=28,Zb=71,采用不等角度变位齿轮啮合。预选啮合角: =(24-26),=(18-20),=25 2 材料选择及热处理方式(1)太阳轮与行星轮: 选用20CrMnTi渗碳淬火,齿面硬度5862HRC查表选取: Hlim=1300MPa,Flim=700MPa(2)内齿轮: 选用35CrMoV调质,表面硬度250280HBS3 a-c齿轮按接触强度初算按式 (1)齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数取=1 (2)计算齿数比 (3)接触强度使用的综合系数(4)输入转矩 设载荷不均匀系数 =1.15 在一对a-c传动中,小轮(太阳轮)传递转矩(5)计算齿宽系数 取 故(6)计算 MPa(7)初定中心距,代入强度计算公式 = mm = 135.4 mm取=136 mm(8)计算模数m mm 取标准值(9)未变位时中心距a (10)中心距变动系数 =0.755(11)实际中心距取4 a-c齿轮传动的主要尺寸(1)实际中心距变动系数Y(2)实际啮合角 (3)总变位系数(4)分配变位系数,查图2-1(b)知合适,可分变位系数如下,齿高变动系数(6)太阳轮a的主要尺寸 m = = 110 mm取=48mm(7)行星轮c的主要尺寸m= 214.62mm 5 b-c齿轮传动的主要尺寸 6 内齿圈b的主要尺寸 mmmm7 验算a-c齿轮传动的接触强度(1)圆柱齿轮接触应力计算公式 式中:“+”-外啮合,“-”-内啮合(2)计算 式中:(3)确定参数查的:所选齿轮精度为 (4)确定参数查表得:2.15 (5)计算 将以上各个数值代入接触应力计算公式,得(6)验算结果 满足要求8 轮齿抗弯强度校核(1)齿根应力计算公式 由于行星轮c受对称循环的弯曲应力,其承受能力较低,应按该齿轮计算,根据相关资料可查得: 代入上述各值 (2)验算 满足要求9 b-c齿轮传动的接触强度和抗弯强度由于b-c齿轮时内啮合传动,承载能力高于外啮合传动,故不再进行验算2.4.2 第二级行星齿轮的计算已知:输入功率45.83KW转速38.83r/min,输出转速=8.63r/min1 齿数选择查手册当i1=4.5时,Za=17,Zc=21,Zb=61,采用不等角度变位齿轮啮合。预选啮合角: =(24-26),=(18-20),=25.2 2 材料选择及热处理方式(1) 太阳轮与行星轮: 选用20CrMnTi渗碳淬火,齿面硬度5862HRC查表选取 Hlim=1300MPa, Flim=700MPa(2) 内齿轮: 选用35CrMoV调质,表面硬度250280HBS3 a-c齿轮按接触强度初算按式 (1)齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数取=1 (2)计算齿数比 (3)接触强度使用的综合系数(4) 输入转矩 设载荷不均匀系数 =1.15 在一对a-c传动中,小轮(太阳轮)传递转矩(5)计算齿宽系数 取 故 取(6)计算 MPa(7)初定中心距,代入强度计算公式 = =161.2取=162(8)计算模数 取标准值(9)未变位时中心距a (10)中心距变动系数 =0.73(11)实际中心距 取4 a-c 齿轮传动的主要尺寸(1)实际中心距变动系数Y(2)实际啮合角 (3)总变位系数(4)分配变位系数,可分变位系数如下,齿高变动系数(6)太阳轮a的主要尺寸 = =177.228 取=78mm(7)行星轮c的主要尺寸 =212.94 5 b-c齿轮传动的主要尺寸 6 内齿圈b的主要尺寸 7 验算a-c齿轮传动的接触强度(1)圆柱齿轮接触应力计算公式 式中:“+”-外啮合,“-”-内啮合(2)计算 式中:(3)确定参数查的:所选齿轮精度为 (4)确定参数查得:2.15 (5)计算 将以上各个数值代入接触应力计算公式,得(6)验算结果 得 ,不满足要求,所以太阳轮和行星轮选用20CrNi2MoA,内齿圈选用20CrMnTi8 轮齿抗弯强度校核(1)齿根应力计算公式 由于行星轮c受对称循环的弯曲应力,其承受能力较低,应按该齿轮计算,根据相关资料可查得: 代入上述各值 (2)验算 满足要求9 b-c齿轮传动的接触强度和抗弯强度由于b-c齿轮时内啮合传动,承载能力高于外啮合传动,故不再进行验算3 强度校核轴的结构设计包括轴的形状、轴的径向尺寸和轴向尺寸。轴的结构设计是在初估轴颈基础上进行的。为了满足设计要求,保证轴上零件的定位和规定,便于装配,并有良好的加工工艺性,所以选择阶梯轴形。装滚动轴承的定位轴肩尺寸应查有关的安装尺寸。为便于装配及减小应力集中,有配合的轴段直径变化处做成引导锥。在一根轴上的轴承一般都取一样型号,使轴承孔尺寸相同,可一次镗孔,保证精度。3.1 轴的设计与校核(1) 计算作用在齿轮上的力轴上的转矩轴上大齿轮分度圆直径为: 圆周力,径向力和轴向力的大小如下小轮分度圆直径为: 圆周力,径向力和轴向力的大小如下 (2) 确定轴的最小直径选取轴的材料为45号钢,调质处理。按文献2式8-2初估轴的最小直径 查文献2表8.6 取A=115,得(3)轴的结构设计根据轴的轴向定位要求已知轴上零件的装配方案和他们之间的径向配合尺寸等参数来确定出轴上各轴段的直径和长度,已经轴上零件的周向定位,最后确定轴上圆角和倒角尺寸。下图3-1为轴的示意图:图3-1 轴示意图从左往右:第一段: 根据轴的最小直径,取,装圆锥滚子轴承,选用尺寸为 ,该段轴长为轴承宽度和轮毂宽度和齿轮定位套筒宽度之和 第二段: 为齿轮定位的轴肩 第三段: 第四段: 装轴承 (4)轴的强度校核:首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。因此得、 、 。设向上为正反方向1)求轴承的反力水平面:垂直面:2)求齿宽中点处的弯矩水平面弯矩: 垂直面弯矩: 合成弯矩: 扭矩 按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩 取折合系数 则齿宽中点处当量弯矩 轴的材料为40Cr,调质处理。由表8.2查得,由表8.9查得材料许用应力 轴的计算应力为 该轴满足强度要求4)根据轴的结构图和轴的受力分析,可以做出轴的计算受力简图,以及轴的弯矩图和扭矩图 图3-23. 2 对轴的轴承校核式中 n轴承内外圈的相对速度;C轴承的额定载荷; P轴承承受的当量载荷; Ft温度系数;寿命系数,取.对二轴的轴承NU 216E 尺寸为 进行寿命计算主要性能参数: 1 计算轴承支反力(1)采用在轴的校核中的数据水平面:垂直面:(2)合成支反力 (3)轴承的当量动载荷 轴承工作是有轻微冲击,由表10-6 载荷系数(4)轴承的寿命查文献2由式12-7 轴承寿命 因 故应按计算,由表10.3 取温度系数 通过计算,两个轴承的寿命合格。3.3 对轴平键的校核3.3.1 键的校核1 选用平键键 GB/T1096-2003 2 强度校核按文献 由式子3-1 式中传递的转矩,;轴径 ,mm;键的高
收藏