中厚煤层采煤机截割部设计.docx

《中厚煤层采煤机截割部设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中厚煤层采煤机截割部设计.docx（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1 绪论1.1 概述煤炭在我国有着很大的储量，是当今社会最主要的能源物质之一，是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。原始的采煤方式由于规模小，技术落后，大部分都是人工挖掘运输，发生事故率极高。机械化采煤的出现使这一现象得到了很大的改观。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中采掘包括采煤和掘进巷道。随着采煤机械化的发展，采煤机作为实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一，已经取得了长足的发展。1.2 采煤机械简介1.2.1 采煤机定义采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统，工作环境恶劣，如

2、果出现故障将会导致整个采煤工作的中断，造成巨大的经济损失。随着煤炭工业的发展，采煤机的功能越来越多，其自身的结构、组成愈加复杂，因而发生故障的原因也随之复杂。其功能是落煤和装煤。1.2.2 采煤机的类型及主要组成采煤机有不同的分类方法：按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和链式采煤机；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引采煤机；按牵引部位置可分为内牵引和外牵引；按牵引部动力可分为机械牵引、液压牵引与电牵引；按工作机构位置可分为额面式与侧面式；还可以按层厚和倾角来分类。现代采煤机基本上都使用模块化设计，采用多电机横向布置，结构取消了螺旋伞齿轮，各主要部件通过高强度液压螺栓联接，之间没有动力传递，结构简

3、单，传动效率高，传动可靠，维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高，不会出现断链事故工作更安全。 采煤机主要分锯削式、刨削式、钻削式和铣削式四种： 1锯削式采煤机即截煤机，靠安装在循环运动的截链上的截齿深入煤壁截煤。机械化掏槽的机器，用以增加爆破自由面，提高爆破效率，有圆盘式、截杆式和截链式三种。钢丝绳两端分别固定在锚柱和截煤机的绳筒上。工作时绳筒转动，将截煤机拉向前进，速度为0.251.1m/min。牵引钢丝绳长25m，每前进2025m需移置锚柱。截煤机不能直接落煤，在工作面上需增加爆破落煤的工序，已被滚筒采煤机代替。2刨削式采煤机即刨煤机，靠刨刀的往复运动刨削破煤。

4、 3钻削式采煤机靠钻头边缘的刀齿钻入煤体，由钻头中部的破煤刀齿将中部的煤体破碎。 4铣削式采煤机靠滚筒上的截齿旋转铣削破煤。20世纪初开始应用截煤机；40年代出现了深截式联合采煤机；50年代初期出现了浅截式滚筒采煤机，生产能力和对顶板的适应性都有很大提高，60年代研制成双滚筒采煤机，使生产情况得到进一步改善。中国在1949年以前很少用机械采煤。50年代开始使用截煤机和深截式联合采煤机，60年代开始使用浅截式滚筒采煤机，70年代初在一些矿区开始使用浅截式双滚筒采煤机，机采产量不断提高。70年代以来，采煤机不断改进,如采用大功率水冷电机来提高生产能力,开采厚度较大的坚硬煤层；采用粗齿滚筒提高块煤率

5、；采用无链牵引减少机械事故并适应长工作面多台采煤机同时作业等。采煤机主要由电动机、截割部、牵引部、辅助装置等组成。电动机给采煤机提供动力,截割部完成落煤、装煤,牵引部使机器行走,辅助装置包括喷雾装置、防滑装置、拖拽电缆装置等,用来保证采煤机安全,可靠地工作。如下图1-1所示：1.2.3 采煤机械化的发展机械化采煤开始于上世纪40年代，是随着采煤机械（采煤机和刨煤机）的出现而开始的。40年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，联邦德国生产了刨煤机，使工作面落煤，装煤实现了机械化。但是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，所以生产率受到一定的限制。50年代初期，英国

6、、联邦德国相继生产了滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，大大推进了采煤机械化的发展。由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒，不能实现调高，因而限制了采煤机械的适用范围，我们称这种固定滚筒的采煤机为第一代采煤机。因此，50年代各国的采煤机械化的主流还只是处于普通水平。虽然在1954年英国已经研制出了液压自移式支架，但是由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善，综采技术仅仅处于开始试验阶段。60年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整的问题，扩大了采煤机的适用范围；特别是1964年第三代采煤机双摇臂采煤机的出现，进一步解决了工作面自开缺口问题；再加上液压支架和可

7、弯曲刮板输送机的不断完善，滑行刨的研制成功等，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性高效、高产 、安全和经济，因此各国竞相采用综采技术。进入70年代，综采机械化得到了进一步发展和提高，综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率为7501000KW，生产率达1500T/H的刮板输送机，以及工作阻力达1500KN的强力液压支架等。1970年采煤机无链牵引系统的研制成功以及1976年出现的第四代采煤机电牵引采煤机，大大改善了采煤机的性能，并扩大了它的使用范围。目前，各主要产煤国家已基本上实现了采煤机械化。衡量一个国家采煤机械化水平的指标

8、是采煤机械化程度和综采机械化程度。采煤机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到高效、高产、安全、经济；向遥控及自动控制发展，并逐步过渡到无人工作面采煤；提高单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制厚、薄及急倾斜等难采煤层的机械设备。 1.2.4 机械化采煤的类型长壁采煤工作面的采煤过程主要包括：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空区五个工序，按照这些工序来分有两种机械化采煤方式：1普通机械化采煤（普采）利用采煤机械（刨煤机或采煤机）来实现落煤和装煤，工作面输送机运煤，并用单体液压（或金属磨擦）支柱及金属铰接梁来支护顶板的采煤法称普通机械化采煤。 普采工作面的采煤工艺过程

9、如下：采煤机的滚筒进入下切口，然后由下向上采煤；随采煤机之后，清理顶煤、挂顶梁；在采煤机后面清出新轨道，并在距采煤机10 15 m处开始推移刮板输送机。2综合机械化采煤（综采）用大功率采煤机来实现落煤装煤，刮板输送机运煤，自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤法称综合机械化采煤。综采工作面主要是三机配合。如图1-2所示：图1-2 三机配合图1.采煤机2.刮板输送机3.液压支架综采工作面的采煤工艺过程如下：（1）采煤机自工作面一端开始向另一端采煤；（2）随着采煤机向前牵引，紧接着移动液压支架，以便及时支护顶板；（3）在采煤机后面一定距离处，推移工作面刮板输送机。1.2.5

10、 采煤机的发展趋势近几年来，在高新技术牵动下，高效综采装备的研制开发取得了重大进展。美国JOY公司、德国DBT公司和Eichoff公司等世界采矿机械制造商在较短时期内推出了新一代综采设备，在整体结构设计、技术性能、生产能力指标等方面有创新性突破。纵观以上国内外采煤机技术现状，可以判断未来采煤机主要技术特征是：大功率、电牵引、高效可靠、安全环保、自动化、智能网络化。1）提升牵引速度和加大装机功率是增产提效的必要手段在煤炭生产企业努力实施增产提效的目标要求，采煤机生产能力是提高综采工作面的产量的决定因数之一。目前无论是厚煤层开采，还是薄煤层开采，增产提效是一个永恒的话题。对于大采高采煤工艺而言，提

11、高产量的直接而有效的办法就是提高采煤机有效的采煤时间。在长壁回采工作面设计长度逐渐增加的趋势下，提升采煤机牵引速度和加大总装机功率是一种最有效的手段。即截割功率大，滚筒转数低，牵引速度高，窄截深切割。采用这种技术一方面可提高采煤机产量和块煤率。另一方面，采用窄截深斜切进刀法，缩短输送机弯曲段溜槽长度和采煤机进刀周期，由此提升了在一个长壁工作面回采周期内的采煤机有效采煤时间。对于薄煤层采煤工艺而言，因薄煤层地质构造复杂，加大装机功率和加大截割深度，可以直接提升薄煤层采煤机的过断层能力和开采能力，从而提升薄煤层回采工作面的产量和效率。2）1140V电压等级的多形态电牵引技术从目前发展的三种电磁滑差

12、调速、交流变频调速和开关磁阻调速等三种主要电牵引技术分析，为了满足我国未来高效集约化煤炭生产的要求，电牵引技术将在上述的三种调速技术的基础上进一步向中高电压发展。发展1140V电压等级的电牵引技术，不仅可以简化采煤机牵引的电力拖动系统的结构，而且进一步提升采煤机的牵引功率和牵引力，尤其在薄煤层采煤机整机结构的优化。3）高电压的采煤机供电系统随着采煤机总装机功率的加大，电动机直径和供电电缆直径在采煤机总体设计中逐渐成为一个主要问题。目前大采高电牵引采煤机总装机功率达到了2000kW以上，薄煤层采煤机的总装机功率也达到了550kW以上，因此，提升工作面的供电电压是必然趋势。4）大截齿的高强度块煤截

13、割机构目前我国螺旋滚筒的设计能力已有飞速的发展，接近了国际同行业的技术水平，但是由于元部件的制造工艺不成熟和稳定性差，国产强力镐型螺旋滚筒的使用寿命（过煤量）仅为120150万吨（截割硬质煤体）或250万吨（截割软质煤体），而国外的螺旋滚筒使用寿命在截割硬质煤体时已达到了200250万吨。其差距主要表现在镐型截齿刀头脱落，齿座的定位孔间隙变大引起截齿丢失，及螺旋叶片磨损。这些失效直接引起采煤机工况的恶化，加剧所截割的煤体或岩体对采煤机传动系统的冲击。这样不仅降低了螺旋滚筒的使用寿命，也降低了采煤机的开采效率。同时目前国内生产的螺旋滚筒最大直径为2240，而46m厚煤层开采需要直径2500或27

14、00的螺旋滚筒。随着采煤机功率的增加和生产能力的提高，采煤机工作机构滚筒载荷也将提升。为了提高采煤机的破煤效率和块煤率，发展大截齿技术是有效提高滚筒的过煤能力的发展。5）基于记忆截割的采煤机自适应控制系统随着安全高效采煤工作面的发展，为了提高采煤工作面开采效率、煤质质量控制和采煤作业的安全性，从而要求采煤机滚筒的开采高度进行自动控制。采煤机自动调高技术研究已有半个世纪的历史，经历了红外线测试技术、振动测试技术和记忆截割技术的试验和实践，目前我国引进的国外采煤机主要采用基于记忆截割技术的采煤机自动调高控制。长期以来我国在该技术一直处在这些技术的比较分析研究阶段。我国是一个煤炭生产大国，提高煤炭开

15、采效率和提升作业安全是煤炭机械行业的两大任务，采煤机开采自适应控制技术也是采煤机械技术发展的趋势。采煤机自适应控制技术是实现我国无人化的综采工作面的关键技术，记忆截割技术又是该技术的突破口。6）基于网络的采煤机故障分析的智能技术目前采煤机故障表现方式是“黑洞现象”，并无过程记录。在多种综合因数影响造成的采煤机故障，现场实际判断较难。在无故障发生的过程记录条件下，无法判断引起故障结果的最初原因。采煤机信息处理处于“信息孤岛”状态。为了提高电牵引采煤机可靠性和自动化程度，通过增加故障诊断功能，早期发现引起故障的隐患和及时处理，防止采煤机故障扩大引起的工作面停产。7）基于网络化、模块化的分布式采煤机

16、电气控制系统未来我国采煤机电气控制技术将发展DSP技术和ARM技术的综合集成技术。目前我国在一些高端采煤机开发上已经应用了DSP技术和模块化、网络分布式技术。随着采煤机技术发展，我国将研发出一套具有自主知识产权的采煤机模块化、网络分布式的控制系统。即系统将按功能划分模块，采煤机产品的控制系统可以根据用户需求，通过不同的模块组成不同自动化程度的控制系统。这些模块包括：中央处理器模块、传感中心模块、网络通讯模块、记忆截割控制模块、故障分析模块、安全检测控制模块、工作面三机联动控制模块。在信号处理芯片上，将会采用DSP芯片和ARM芯片，前者具有很强的实时性，后者具有很强的功能性，ARM芯片组成的嵌入

17、式系统不仅可以运行操作系统，而且具备众多的网络通讯接口和视频信号处理功能。这些功能将为采煤机远程控制技术发展提供良好的基础。8）基于采煤机械产品寿命周期的现代设计分析技术现代工业设计技术已实现了基于变量的参数化模型技术、基于动态导航和智能型知识检索技术、基于网络通讯的协同技术、虚拟仿真技术等；同时与PDM产品数据管理、企业资源计划、协同商务系统等企业信息化系统有机结合，已经成为现代企业的产品全生命周期的信息创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案。虚拟设计制造技术是当今非常活跃的、前沿的研究领域，是先进设计制造技术的发展方向。它为企业提供了提高产品竞争力的一种手段。为产品提供了从设计、工艺、

18、制造、装配、分析、检测及维护的全过程的仿真，是企业实现制造业信息化的强有力工具。基于计算机中生成的产品虚拟原型，进行虚拟装配、虚拟制造、虚拟试验、动态仿真和有限元分析，这些技术的应用可以提高产品的设计质量，减少售后服务费用；优化加工工艺过程，用最佳的工艺方案加工出合格的产品；缩短了产品的研制周期，又节省了试验费用；在工程机械虚拟设计制造技术的发展过程中，实现信息与模型共享、保持数据的统一、提高信息转换的效率、缩短设计生成周期、提高产品设计质量、保证产品使用可靠性是行业中亟待解决的问题。采用现代设计和分析方法是提升采煤机的设计可靠性的必要手段。采掘机械可靠性工程分析涉及到零部件的静强度、接触强度

19、和疲劳强度分析、热平衡传导、振动分析和运动学与动力学分析。而这些分析都要基于统一数据接口的产品数字化模型，为此，需要解决：基于统一数据接口的三维实体数字样机研发平台技术；煤及岩切割过程的接触分析与采掘机械工作载荷确定、采掘机械整体结构动力学分析、采掘机械的强度和疲劳分析与优化、采掘机械的可靠性系统分析技术、建立基于煤岩特性的采掘机械载荷数据库和采掘机械模型库等技术。通过上述研究，提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础，使我国电牵引采煤机研制技术达到了国际20世纪90年代末期的先进水平，为我国双高综采工作面和双高矿井的

20、建设，提供了技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。总之，矿山机械在经济建设、科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用，属于国民经济的支柱行业。矿山机械制造业是国家建立独立工业体系的基础，也是衡量一个国家工业实力的重要标志。根据国家重点支持能源、交通和原材料等基础工业发展的产业政策，矿山机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持，以得到进一步发展和提高，为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、高效设备，满足国民经济发展对能源和原材料的需要。2 设计过程2.1 采煤机参数计算采煤机参数主要包括：生产率、截深、滚筒直径、机面高度、采高、调高范围、卧底量、牵引速度、牵引力

21、、截割速度以及装机功率等。2.1.1 采高采高对采煤机的生产率、工作机构的调高范围、机身尺寸、电动机尺寸、过机空间及过煤空间高度等都有影响。(1) 平均采高平均采高主要用于计算工作面产量，采高式中煤层平均厚度，(2) 最大采高最大采高用于计算采煤机理论生产率和滚筒直径，其计算方法有2 种：根据开采煤层的最大厚度来计算：根据液压支架的最大结构高度来计算。此处采用第一种方法。最大采高式中煤层最大厚度，；采煤机卧底量，一般取2.1.2 工作机构参数(1) 滚筒直径螺旋滚筒直径式中螺旋滚筒装煤效率。对小直径滚筒， ；对大直径滚筒， 则 圆整取 (2) 截割深度截齿的最大切削厚度截齿的平均切削量式中截齿

22、相对齿座的径向外伸量，一般取则 (3) 截深截深是采煤机一次循环的推进量，为了顶板管理和劳动组织的方便，截深应略小于液压支架推移千斤顶的行程，这样便于调整支架。目前采煤机的截深有：0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9及1.0 m等几种。这里取 (4) 滚筒转速根据给出的参数，滚筒转速为(5) 截割速度截割速度是指截齿齿尖的速度，截割速度代入数据求得2.1.3 牵引速度牵引速度分最大截煤牵引速度、实际截煤牵引速度和空车调动牵引速度3 种。采煤机的最大截煤牵引速度求得2.1.4 理论生产率理论生产率又称最大生产率，是在给定条件下以最大参数运行的生产率，采煤机的理论生产率原封煤密度,取采

23、煤机的理论生产率是选择与之配套的刮板输送机的重要依据。2.1.5 装机功率(1) 预计装机功率采煤机的装机功率式中采煤机截煤的单位能耗， ；一般取，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。2.1.6 截割功率采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的80 %85 %；故采煤机截割功率2.2 电动机的选择由上面计算出的截割功率得选取功率为的电动机，查相关机电产品，在这里选取了由抚顺煤机厂制造的YBCS-900矿用隔爆型三相异步电动机。截割电动机为矿用隔爆型三相异步电动机，用于环境温度小于40有甲烷或爆炸性煤尘工作面。横向安装在采煤机摇臂上，中间空心轴上的内花键与细长柔性扭矩轴相联，外壳水套冷却。电

24、动机主要参数如下表：表2-1 截割电动机的技术参数表型号YBCS-900工作制S1功率 （kW）900接法Y极数4绝缘等级H额定电压 (V)3300冷却方式水套冷却额定电流 (A)180冷却水量50频率 (Hz)50冷却水压3.5转速 (r/min)1488外形尺寸88010902.3 摇臂减速器传动比的安排总传动比等于截割电动机的转速与滚筒的转速比值：电动机转速： 滚筒转速： 总传动比： 2.3.1 传动比分配由于采煤机结构的特殊性，对于厚煤层型采煤机一般使用两级圆柱直齿轮减速，带两级2KH负号行星齿轮减速。行星齿轮传动应该安排在最后一级较合理，既可利用滚了筒滚毂内的空间，又可以减少前面圆柱

25、直齿轮的传动比和尺寸。行星齿轮减速级传动比：初步估算第一级行星齿轮减速级传动比为查表得可取：，初步估算第二级行星齿轮减速级传动比为查表得可取：，两级圆柱齿轮传动总传动比：为了有效利用空间，同时尽可能的使所设计的采煤机机身高度较小，传动比应从高速级向低速级递减即，在初步设计时可按：进行选取。所以初步估取两级圆柱齿轮传动的传动比分别为：2.3.2 截割部的传动系统（图2-1）截割机电动机的输出轴是带花键的空心轴，通过细长柔性扭矩轴与链轮Z1相连，电动机输出转矩通过齿轮Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7、Z8传到行星减速器，行星减速器的行星架将动力传给行星减速器，行星减速器的行星架输出，将动力

26、传给方形联接套，最后传到截割滚筒。2.3.3 摇臂减速箱及其组成摇臂减速箱由壳体、轴组、行星减速器、内外喷雾装置等组成。直摇臂壳体采用整体铸钢结构，外壳有一焊接的冷却水套，水套上面装有六只喷嘴，用于外喷雾降尘。轴组件结构，轴承的轴向间隙应保持在0.5-1.0mm之间。轴组件为惰性轮，主要由心轴、轴承、偏心套、齿轮等组成，靠心。轴组件结构，轴承的轴向间隙保持在0.5-1.0mm之间。、组成摇臂齿轮传动第一级，也是变速级。、轴组件为相同结构的惰轮组，只起传动作用。主要由心轴、轴承、距离套、齿轮的组成，靠心轴与壳体台阶定位。轴组件结构，轴承的轴向间隙应保持在0.5-1.0mm之间。内喷雾供水装置结构

27、，由接头座、水封、距离环、套、供水管、高压软管、铰接接头、铰接螺栓、接头、通水座、轴承、油封、副水封主水封等组成。内喷雾供水通过接头座与喷雾冷却系统的相应管路相通，经不锈钢送水管，煤壁侧高压软水管与滚筒的内喷雾供水口相联，进入滚筒叶片水道。行星减速器结构，分两部分。行星减速器，行星减速器，均为四行星轮减速器机构。图2-1 截割部传动系统图2.4 各轴的转速I轴齿轮的转速：由于与电机相连所以III轴的转速：V轴的转速：第二级行星减速器太阳轮的转速：2.5 各轴的功率I轴齿轮的功率：III轴齿轮的功率：V轴齿轮的功率：第二级行星减速器太阳轮的功率：2.6截割部齿轮的设计计算2.6.1 第一级减速圆

28、柱直齿轮的设计计算1）选择齿轮材料查机械手册： 小齿轮选用18Cr2Ni4WA调质 惰轮选用20CrMnTi调质 大齿轮选用18Cr2Ni4WA调质2）按齿面接触疲劳强度的设计计算确定齿轮传动精度等级，按= (0.0130.022) 估计圆周速度，参考机械设计手册，得等级精度为II公差组6小轮分度圆直径，查机械手册得：齿宽系数查表按齿轮相对轴承为对称布置，得小轮齿数 在推荐值2040中选大轮齿数 圆整取齿数比 传动比误差 误差在5%范围内，所以符合要求小轮转矩 由公式得 载荷系数 由公式得使用系数 查表得动载荷系数 查表得齿向载荷分布系数 查表得齿间载荷分配系数 由公式及=0得查表并插值求得则

29、载荷系数的初值 弹性系数 查表得节点影响系数 查表得（=0，x1=0.2568、x2=0.2529）重合度系数 由推荐值0.85-0.92，取许用接触应力 由公式接触疲劳极限应力查图得应力循环次数由公式得：则查表得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）硬化系数查表及说明得按接触强度安全系数 查表，按较高可靠强度取则 的设计初值为齿轮模数 查表取 小齿轮分度圆直径的参数圆整值圆周速 与估计值 很相近，对值影响不大，故不必修正，小齿轮分度圆直径大齿轮分度圆直径中心矩齿宽大齿轮齿宽小齿轮齿宽3）考虑到摇臂的长度以及大小齿轮的直径，在大小齿轮间加一级惰轮由于要分别和大小齿轮啮合传递扭矩，所以模数必须和大

30、小齿轮的模数相同都取9，惰轮的齿数按推荐值取，变位系数取，也采用圆柱直齿渐开线齿形。4）齿根弯曲疲劳强度校核计算由公式齿形系数 查表得 小轮 大轮 2.38应力修正系数 查表得 小轮 =1.575 大轮 =1.67重合度系数 由公式 = =0.7许用弯曲应力 由式 弯曲疲劳极限 查表得= =弯曲寿命系数 查表得=1尺寸系数 查表得=1安全系数 查表得=1.6则 =110011/1.6=687.5 N/mm2 66011/1.6=412.5 N/mm2故 所以齿根弯曲强度满足要求。5）其他尺寸的计算 惰轮分度圆直径：齿根圆直径：齿顶圆直径：6）结构设计小齿轮的结构设计：考虑到齿轮直接和电动机的输

31、出轴相连，因此采用内设花键与电动机的扭矩轴连接。图2-2小齿轮的结构图2-3大齿轮的结构图2-4第一级惰轮结构1) 选择齿轮材料查机械手册：大齿轮选用18Cr2Ni4WA调质 惰轮选用20CrMnTi调质小齿轮选用18Cr2Ni4WA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=(0.0130.022) 估计圆周速度=11m/s,参考机械设计手册选取齿轮的公差组为7级小轮分度圆直径,查机械手册得齿宽系数查表按齿轮相对轴承为非对称布置，取=0.5小轮齿数 在推荐值2040中选=25大轮齿数 齿数比u= / = 1.56传动比误差u/u u/u=(1.56-1.56)/1.56=0

32、.007 误差在5%范围内，所以符合要求小轮转矩 由公式得=9550=载荷系数K 由公式得使用系数 查表得=1.75动载荷系数 查表得=1.1齿向载荷分布系数 查表得=1.1齿间载荷分配系数 由公式及=0得 =1.68查表并插值求得=1则载荷系数的初值 = =1.751.11.11 =2.12弹性系数 查表求得=189.8节点影响系数 查表求得（=0，x3=0.2662、x4=0.2611）=2.35重合度系数 查表得（）=0.85许用接触应力 由公式得接触疲劳极限应力查图求得=1650N/mm2 =1300 N/mm2应力循环次数由公式求得：N3=605211(243008)=N4=N3/u

33、 =3.2109/1.56 =2.5109则查表求得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀） =1硬化系数查表及说明得 =1按接触强度安全系数 查表，按较高可靠强度=1.251.3取 =1.2则 =165011/1.2 =1375 N/mm2 =130011/1.2 =1083 N/mm2的设计初值为 齿轮模数 查表取小齿轮分度圆直径的参数圆整值 =2510 =圆周速度 = =与估计值vt=11m/s 很相近，对值影响不大，不必修正=t=1.1 小齿轮分度圆直径=大齿轮分度圆直径中心矩 齿宽 考虑到受内部花键及齿轮强度的影响取大齿轮齿宽 小齿轮齿宽 3) 考虑到摇臂的长度以及大小齿轮的直径，在大小

34、齿轮间加三级惰轮组。由于要分别和大小齿轮啮合传递扭矩，所以模数必须和大小齿轮的模数相同都取10，惰轮的齿数按推荐值取，变位系数取，也用圆柱直齿渐开线齿形。4) 齿根弯曲疲劳强度校核计算由公式齿形系数 查表求得 小轮 2.62 大轮 2.39应力修正系数 查表求得 小轮 =1.59 大轮 =1.67重合度系数 由公式 =0.7许用弯曲应力 由公式 弯曲疲劳极限查表求得=1100N/mm2 =660 N/mm2弯曲寿命系数查表求得 =1尺寸系数 查表求得=1安全系数 查表求得=1.3则 =110011/1.3=846.2 N/mm2 66011/1.3=507.7 N/mm2故 2 所以齿根弯曲强

35、度足够5) 其他尺寸的计算惰轮分度圆直径：齿根圆直径： 齿顶圆直径：注：其他的大、小齿轮参数一样。6) 结构设计 图2-5三轴齿轮结构图2-6中心轮组齿轮结构图2-7第二级惰齿轮结构2.6.3 第一级行星减速器的设计计算1) 选择行星传动的类型为2K-HA。2) 选择齿轮的材料及热处理内齿圈选用40Cr调质，硬度为HB=256。太阳轮和行星轮均选用18Cr2Ni4WA，渗碳淬火，齿面硬度为：太阳轮HRC=60；行星轮HRC=58。3) 此传动采用直齿圆柱齿轮，精度等级为8-7-8，齿面光洁度。4) 采用太阳轮a浮动的均载机构，各行星轮间载荷分配不均匀系数的数值取为：=1.1（计算接触强度）；=

36、1.15（计算弯曲强度）5) 行星轮个数的确定：，由此查表得行星轮的个数为=4。6)确定各轮的齿数： 首先试选太阳轮a的齿数=21,则=4.9521=103.95同时考虑“转配条件”，故取=83,即 中心齿轮圆整后数,其传动误差i甚少，对动力传动完全适用；其次计算行星轮g的名义齿数值 取，选取高变位齿轮传动，所以7) 强度计算a) 外齿轮副a-g的强度计算A. 计算中心距 由公式 中各参数的数值计算如下：齿数比 齿宽系数 查表取为： 材料系数 查表得 =189.8 节点啮合系数 查表求得=2.37转矩T1 根据公式 = 载荷系数由公式 工作情况系数 查表求得动载荷系数 查表求得载分布系数 查表

37、求得 ，故 许用接触应力 按下式计算： 齿轮材料的接触疲劳强度极限查表求得 =23HRC 对太阳轮a =2360=1380 对行星轮g =2358=1334 安全系数取为 =1.2 齿面光洁度系数 查表求得 =1.0 速度系数 查表求得 =1 接触寿命系数 由公式 其中应力循环系数 = 对太阳轮a =30=1.47 对行星轮g =30=1.28 齿轮的应力循环次数按下式计算对太阳轮a为 对行星轮g为 按每天工作24小时，每年工作300天，使用寿命10年，计算得t=2430010=72000 (h)根据传动比 及 可计算得 故太阳轮a的循环次数为 行星轮g的循环次数为 因，故取 于是求得太阳轮a

38、的许用接触应力： 行星轮g的许用接触应力： 计算时应取较小的将以上各值代入按接触强度计算的中心距圆整中心距，取工作中心距B. 确定齿轮模数m根据BG1357-87，取m=8C. 确定变位系数、 因工作中心距 则标准中心距 比较，故外齿轮副a-g要采用正变位齿轮传动（正传动） 按下式计算啮合角 计算求得啮合角 总变位系数为 按滚切的外齿轮副变位系数的线图差得各齿轮变位系数的分配求得 ，D. 校核接触强度根据公式 按，查表求得 小齿轮分度圆直径为 =4.854 所以重新取 ，那么将所求的各值代入接触强度校核公式 =所以接触强度满足要求E. 校核弯曲强度弯曲强度的校核公式 许用弯曲应力安下式计算 查

39、表齿根弯曲疲劳强度极限为 =750因行星轮g在该传动中是公用齿轮系双向受载荷，故应取 =7500.8=600安全系数取为 =1.75 尺寸系数为=1弯曲寿命系数 因齿轮的应力循环次数Nl均大于4106，所以取YN=1对太阳轮a 对行星轮g 根据载荷分布系数公式 查表取 ， =1.2 则 从而载荷系数为 转矩T= 齿形系数查表得 太阳轮a =2.08 行星轮g =1.98 齿根应力集中系数查表得 太阳轮a =1.83 行星轮g =1.97 将求得的各值代入弯曲强度校核公式得 太阳轮a的齿根弯曲应力=274.65 行星轮g的齿根弯曲应力=281.454 查图得 0.3 =1+（1.02-1）0.3

40、=1 1.41=1.4许用接触应力 对于内齿圈b,齿轮材料的接触疲劳强度疲劳极限 查表求得 =2HB+70=2265+70=600因为内齿轮副的实际承载能力低于计算结果，当时应将降低8%，即内齿轮b的接触疲劳极限为=6000.92=552（N/mm2） 安全系数 取为=1.1，=1.2，=1内齿轮b的应力循环基数 内齿轮b轮齿的应力循环次数按下面公式计算 129.392472000=1.677 因,则=1 于是内齿轮b的许用接触应力将求得的值代入接触强度的校核公式C. 校核弯曲强度 弯曲强度的校核公式为许用弯曲应力按下式计算 查表齿根弯曲疲劳强度极限有 =1.8HB=1.8265=477（N/mm2）=1，=1，=1.75， 查表得 ， 于是 扭矩为 取内齿轮b的齿形系数为 =1.96 应力集中系数为