掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

I 摘 要 隨著煤炭行業(yè)機(jī)械化程度的加快 煤炭行業(yè)以前只是重視采煤的機(jī)械化 大多數(shù)的煤炭行業(yè)很少有在掘進(jìn)方面有較大的投入和研究 這樣就造成了采掘 速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)拓速度 此時(shí)怎樣來(lái)提高出煤量 開(kāi)拓的機(jī)械化就顯得極其重 要了 作為我國(guó)主要能源的煤炭資源在開(kāi)采上日趨機(jī)械化的同時(shí) 迫切需要擁 有先進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)械 掘進(jìn)機(jī)的研制成功標(biāo)志著我國(guó)的煤炭行業(yè)已達(dá)到世界的先 進(jìn)水平 掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分 按照掘進(jìn)機(jī)截割部的總體 動(dòng) 力部分 傳動(dòng)部分以及執(zhí)行部分的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)截割部的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì) 時(shí) 動(dòng)力部分做選型計(jì)算 傳動(dòng)部分的行星減速機(jī)構(gòu)做具體的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 執(zhí)行部分只對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 設(shè)計(jì)對(duì)于提高和改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)工作 性能 發(fā)展我國(guó)大口徑全斷面掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)業(yè)以及進(jìn)一步提高我國(guó)的盾構(gòu)研發(fā)能力 改善研發(fā)條件具有重大戰(zhàn)略意義 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 掘進(jìn)機(jī) 截割臂 行星減速器 II Abstract With the accelerating of coal industry the degree of mechanization mining coal industry is the importance before the most mechanized excavating in coal industry has rarely have large investment and research thus causing the mining speed than develop how to improve the speed of coal development of a mechanized appears very important As our main source of energy in the exploitation of coal resources in the increasingly urgent need mechanized excavating the advanced mechanical swinging the successful development of the coal industry China has reached the advanced world level Determing cutting mechanism is the main component the product in accordance with the overall determing cutting parts power transmission part and the part the part of the design thought for the design of determing cutting In the design selection of part transmission parts of planetary gearhead institutions do specific design calculation and test execution part only design calculation of actuators and checking Design for improvement in China the development work performance swinging big caliber whole section roadheader industry and further enhance our shield developing capability improve development condition with the strategic significance Key words roadheader cutting arm planetary gear drive III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒論 1 1 1 掘進(jìn)機(jī)的作用和分類 1 1 1 1 掘進(jìn)機(jī)在煤礦領(lǐng)域中的作用 1 1 1 2 掘進(jìn)機(jī)的分類 1 1 2 國(guó)內(nèi)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2 1 2 1 國(guó)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2 1 2 2 國(guó)內(nèi)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 3 1 3 論文的主要研究?jī)?nèi)容及意義 5 第 2 章 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力裝置的選擇 6 2 1 掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇 6 2 1 1 整體形式選擇 6 2 1 2 截割頭布置方式選擇 6 2 1 3 縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 7 2 2 截割部的設(shè)計(jì)參數(shù) 8 2 3 截割部的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2 4 截割部對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 9 2 5 截割電動(dòng)機(jī)的選擇 10 第 3 章 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的傳動(dòng)裝置 11 IV 3 1 二級(jí)行星減速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3 1 1 二級(jí)行星減速器齒輪傳動(dòng)比的分配 11 3 1 2 二級(jí)行星減速器高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 13 3 1 3 二級(jí)行星減速器低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 27 3 2 二級(jí)行星減速器輸入輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 3 2 1 二級(jí)行星減速器輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 3 2 2 二級(jí)行星減速器輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 44 3 3 二級(jí)行星減速器軸承的校核 46 3 3 1 二級(jí)行星減速器齒輪用軸承的選擇和校核 46 3 3 2 二級(jí)行星減速器輸入輸出軸用軸承的選擇 52 第 4 章 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 54 4 1 截割頭軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 54 4 2 截割頭軸用軸承的選擇和校核 60 結(jié)論 62 致謝 63 參考文獻(xiàn) 64 V CONTENTS Abstract II Chapter 1 Introduction 1 1 1 The role of TBM and classification 1 1 1 1 Boring machine in the role of the field 1 1 1 2 Boring machine classification 1 1 2 Domestic and foreign roadheader status and development trend 2 1 2 1 Foreign roadheader status and development trend 2 1 2 2 Domestic roadheader status and development trend 3 1 3 The main research content and meaning 5 Chapter 2 Rdadheader cutting unit of the strucure and the choice of power plant 6 2 1 Mechanism design of cutting selection 6 2 1 1 Select the whole form 6 2 1 2 Cutting head lay out option 6 2 1 3 Longitudinal cantilever structure and composition of TBM 7 2 2 Cutting part of the design parameters 8 2 3 Cutting the overall structure of the department of design 8 2 4 Cutting the request of thedepartment of motor 9 VI 2 5 Selection of cutting motor 10 Chapter 3 Roadheader gear cutting unit 11 3 1 Stage planetary gear design and calculation 11 3 1 1 Two level planetary gear design and calculation 11 3 1 2 Two high level planetary gear reducer design calculation and verification 13 3 1 3 Two low level planetary gear reducer design calculation and verification 27 3 2 Two evel planetary reducer design and calculation of input and output shaft 40 3 2 1 Two level planetary reducer input shaft design calculation 40 3 2 2 Two level planetary reducer output shaft design calculation 44 3 3 Two level planetary reducer bearing checking 46 3 3 1 Two level planetary gear selection and check with the bearing 46 3 3 2 Two level planetary reducer output shaft 52 Chapter 4 Roadheader cutting arm of the design calculation 54 4 1 The cutting head design calculation and verification 54 4 2 The cutting head shaft bearings selection and verification 60 Conclusions 62 Thanks 63 References 65 1 第 1 章 緒論 1 1 掘進(jìn)機(jī)的作用和分類 1 1 1 掘進(jìn)機(jī)在煤礦領(lǐng)域中的作用 掘進(jìn)機(jī)主要由行走機(jī)構(gòu) 工作機(jī)構(gòu) 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)組成 隨著 行走機(jī)構(gòu)向前推進(jìn) 工作機(jī)構(gòu)中的切割頭不斷破碎巖石 并將碎巖運(yùn)走 有安全 高效和成巷質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn) 但造價(jià)大 構(gòu)造復(fù)雜 損耗也較大 掘進(jìn)機(jī)的主要功能是剝落煤巖 能掘出不同的巷道斷面尺寸 在給定所掘巷道 的地質(zhì)情況下 有較高的生產(chǎn)率 掘進(jìn)機(jī)在井下不但用于巷道的掘進(jìn) 在對(duì)一 些特殊的煤和煤巖也起到采掘作用 并且在截割過(guò)程中動(dòng)載荷小 生成的粉塵 少 比能耗低 取代了人工鉆眼放炮的原始掘進(jìn)方法 掘進(jìn)機(jī)自身攜帶裝載 轉(zhuǎn)載以及獨(dú)立的行走機(jī)構(gòu) 提高了井下的工作環(huán)境 工作效率和井下安全系數(shù) 1 1 1 2 掘進(jìn)機(jī)的分類 掘進(jìn)機(jī)可按下列幾種方式進(jìn)行分類 1 按所掘斷面的形狀 分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī) 2 2 按截割頭的布置方式 分為橫軸式和縱軸式 3 按掘進(jìn)對(duì)象 分為煤巷 煤 巖巷和全巖巷掘進(jìn)機(jī) 4 按礦井類型 分為豎井 斜井和平硐掘進(jìn)機(jī) 5 按懸臂形式 分為單臂式 雙臂式和三臂式掘進(jìn)機(jī) 3 2 1 2 國(guó)內(nèi)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1 2 1 國(guó)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 早在上世紀(jì) 30 年代 德國(guó) 前蘇聯(lián) 英國(guó) 美國(guó)就開(kāi)始了煤礦巷道掘進(jìn) 機(jī)的研制 但巷道掘進(jìn)機(jī)得到較廣泛工業(yè)性應(yīng)用還是在第二次世界大戰(zhàn)之后 1948 年 匈牙利開(kāi)始研制 F 系列煤巷掘進(jìn)機(jī) 當(dāng)時(shí)是為了適應(yīng) 房柱式 開(kāi) 采的需要 1949 年生產(chǎn)的 F2 型掘進(jìn)機(jī) 是世界上的第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī) 不 過(guò)當(dāng)時(shí)還未能實(shí)現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的全部功能 1951 年匈牙利研制了采用履帶 行走機(jī)構(gòu)的 F4 型懸臂式掘進(jìn)機(jī) 這種機(jī)型除采用橫軸截割方式和調(diào)動(dòng)靈活的 履帶行走機(jī)構(gòu)外 還采用了鏟板和星輪裝載機(jī)構(gòu) 并采用了刮板運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)物 料 這種機(jī)型已具備了現(xiàn)代懸臂掘進(jìn)機(jī)的雛形 F 系列掘進(jìn)機(jī)是目前懸臂式橫 軸掘進(jìn)機(jī)的原始機(jī)型 1971 年奧地利 ALPINE 公司在匈牙利 F 系列掘進(jìn)機(jī)的 基礎(chǔ)上 研制了 AM 50 型掘進(jìn)機(jī) 并在此基礎(chǔ)上逐步形成了 AM 系列掘進(jìn) 機(jī) 1972 年德國(guó)引進(jìn) AM 50 型掘進(jìn)機(jī)在半煤巖巷中使用 在此基礎(chǔ)上 EICKHOFF 公司自行研制出 EV II 型掘進(jìn)機(jī) 并在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為 EVA 系列掘進(jìn)機(jī) 1973 年 WESTFALIA 公司研制成功了 WAV 170 和 WVA 200 型掘進(jìn)機(jī) 并在此基礎(chǔ)上發(fā)展為 WVA 系列掘進(jìn)機(jī) F 系列 AM 系列和 WVA 系列掘進(jìn)機(jī)均采用的是橫軸截割機(jī)構(gòu) 7 1956 年前蘇聯(lián)生產(chǎn)了首臺(tái) IIK 3 型縱軸懸臂式掘進(jìn)機(jī) 在 8m2斷面下煤 巷中使用 IIK 3 型掘進(jìn)機(jī)是目前縱軸懸臂式掘進(jìn)機(jī)的雛形 1960 1964 年 英國(guó)從前蘇聯(lián)引進(jìn)了 IIK 3 型掘進(jìn)機(jī) 進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn) 同時(shí)開(kāi)始了懸臂式 掘進(jìn)機(jī)的研制 1963 年 DOSCO 公司在 IIK 3 型掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上 通過(guò)改變 截割頭截齒配置和更換電氣系統(tǒng) 研制成了 MK II 型和 MK II A 型掘進(jìn)機(jī) 并逐步發(fā)展成為 DOSCO 系列掘進(jìn)機(jī) 1968 年 德國(guó) EICKHOFF 公司在引進(jìn) 的 DOSCO 掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上研制出了 EV 100 型掘進(jìn)機(jī) 后來(lái)德國(guó) PAURAT 公司又研制出了 ET 系列掘進(jìn)機(jī) 使縱軸懸臂式掘進(jìn)機(jī)逐步形成系列化 1966 年 日本三井三池機(jī)械制造公司在前蘇聯(lián) IIK 3 型和英國(guó) DOSCO 掘進(jìn)機(jī)的 基礎(chǔ)上研制成功了 S 系列掘進(jìn)機(jī) 到上世紀(jì) 70 年代后期 S 系列掘進(jìn)機(jī)已逐 步形成系列化 8 3 經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展 目前 國(guó)外掘進(jìn)機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)有 英國(guó) 德國(guó) 俄羅斯 奧地利 日本等國(guó)所生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)已被廣泛用于硬度 f 低于 8 半煤巖 的采準(zhǔn)巷道掘進(jìn) 并擴(kuò)大到巖巷 重型機(jī)不移位截割斷面達(dá) 35 42m2 多數(shù) 機(jī)型能在縱向 16 橫向 8 的斜坡上可靠工作 截割功率在 132 300kW 機(jī)重在 50 100t 切割巖石硬度 f 為 12 部分機(jī)型截割速度已降至 1m s 以下 牽引速度采用負(fù)載反饋調(diào)節(jié) 以適應(yīng)不同巖石硬度 一些機(jī)型除設(shè)有后支撐外 還在履帶前后安裝了卡爪式液壓扎腳機(jī)構(gòu) 以便在切割巖石時(shí)錨固定位 機(jī)電 一體化已成為掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 新推出的掘進(jìn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向和斷面監(jiān)控 電動(dòng)機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié) 離機(jī)遙控操作及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷 部分掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn) PLC 控制 實(shí)現(xiàn)回路循環(huán)檢測(cè) 9 1 2 2 國(guó)內(nèi)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用始于 20 世紀(jì)60 年代 以 30 50kW 的小功率掘進(jìn)機(jī)為主 研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗(yàn)階段 80 年代初期 我國(guó)淮南煤機(jī)廠 現(xiàn)重組為凱盛重工 引進(jìn)了奧地利奧鋼聯(lián) 公司 AM50 型掘進(jìn)機(jī) 佳木斯煤機(jī)廠 現(xiàn)隸屬于國(guó)際煤機(jī) 引進(jìn)了日本三 井三池制作所 S 100 型掘進(jìn)機(jī) 通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn) 消化 吸收 推動(dòng)了我國(guó)綜掘機(jī)械化的發(fā)展 但當(dāng)時(shí)引進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)技術(shù)屬于70 年代的 水平 設(shè)備功率小 機(jī)重輕 破巖能力低及可靠性差 僅適合在條件較好 的煤巷中使用 加之國(guó)產(chǎn)機(jī)制造缺陷 在使用中暴露了很多問(wèn)題 國(guó)內(nèi)進(jìn) 一步加強(qiáng)對(duì)引進(jìn)機(jī)型的消化吸收工作 積極研制開(kāi)發(fā)了適合我國(guó)地質(zhì)條件 和生產(chǎn)工藝的綜合機(jī)械化掘進(jìn)裝備 經(jīng)過(guò)近 30 年的消化吸收和自主研發(fā) 目前 我國(guó)已形成年產(chǎn) 1000 余臺(tái)的掘進(jìn)機(jī)加工制造能力 研制生產(chǎn)了 20 多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī) 其截割功率從 30kW 到200kW 初步形成系列化產(chǎn) 品 尤其是近年來(lái) 我國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了以EBJ 120TP 型掘進(jìn)機(jī)為代表的替 代機(jī)型 在整體技術(shù)性能方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 基本能夠滿足國(guó)內(nèi)半 煤巖掘進(jìn)機(jī)市場(chǎng)的需求 半煤巖掘進(jìn)機(jī)以中型和重型機(jī)為主 能截割巖石 硬度為 f 6 8 截割功率在 120kW 以上 機(jī)重在 35t 以上 煤礦現(xiàn)用主 流半煤巖巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)以煤科總院太原研究院院生產(chǎn)的EBJ 120TP 型 4 EBZ160TY 型及佳木斯煤機(jī)廠生產(chǎn)的 S150J 型三種機(jī)型為主 占半煤巖 掘進(jìn)機(jī)使用量的 80 以上 90年代初至今為自主研發(fā)階段 這一階段中型懸 臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟 重型掘進(jìn)機(jī)大批出現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與加工制 造水平已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn) 并且具備了根據(jù)礦井條件實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的能力 9 我國(guó)的 懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展主要受英國(guó) DOSCO 日本三井三池 S 系列型掘進(jìn)機(jī)的影響 目前主要以縱軸懸臂式為主 同時(shí)由于吸收奧地利 AM 系列型掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn) 也有部分掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)為橫軸截割方式 10 然而 國(guó)內(nèi)目前巖巷施工仍以鉆爆法為主 重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)用于大斷 面巖巷的掘進(jìn)在我國(guó)處于試驗(yàn)階段 但國(guó)內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐步朝向高產(chǎn) 高效 安全方向發(fā)展 煤礦技術(shù)設(shè)備正在向重型化 大型化 強(qiáng)力化 大功率和 機(jī)電一體化發(fā)展 新集能源股份公司 新汶礦業(yè)集團(tuán) 淮南礦業(yè)集團(tuán)及平 頂山煤業(yè)集團(tuán)公司等企業(yè)先后引進(jìn)了德國(guó)WAV300 奧地利 AHM105 英國(guó) MK3 型重型懸臂式掘進(jìn)機(jī) 全巖巷重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)代表了巖巷掘 進(jìn)技術(shù)今后的發(fā)展方向 雖然三一重裝去年推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)EBZ200H 型硬巖掘進(jìn)機(jī) 但國(guó)產(chǎn)重型掘進(jìn)機(jī)與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的差距除總體性能參數(shù) 偏低外 在基礎(chǔ)研究方面也比較薄弱 適合我國(guó)煤礦地質(zhì)條件的截割 裝 運(yùn)及行走部載荷譜沒(méi)有建立 沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)理論依據(jù) 計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真 等方面還處于空白 在元部件可靠性 控制技術(shù) 在截割方式 除塵系統(tǒng) 等核心技術(shù)方面有較大差距 隨著煤礦采掘機(jī)械化的不斷發(fā)展 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展具有以下趨勢(shì) 1 適用范圍不斷擴(kuò)大 2 可靠性不斷提高 3 增加機(jī)器的截割能力 提高工作穩(wěn)定性 4 機(jī)電一體化趨勢(shì)明顯 5 采掘錨綜合機(jī)組出現(xiàn) 12 5 1 3 論文的主要研究?jī)?nèi)容及意義 隨著煤炭行業(yè)機(jī)械化程度的加快 煤炭行業(yè)以前只是重視采煤的機(jī)械化 大多數(shù)的煤炭行業(yè)很少有在掘進(jìn)方面有較大的投入和研究 這樣就造成了采掘 速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開(kāi)拓速度 此時(shí)怎樣來(lái)提高出煤量 開(kāi)拓的機(jī)械化就顯得極其重 要了 13 懸臂式掘進(jìn)機(jī)具有掘進(jìn)速度快 巷道成形好 便于與其他設(shè)備配套使用在 綜掘工作面以及成本較為合理等優(yōu)點(diǎn) 因而被廣泛應(yīng)用 近年來(lái)掘進(jìn)機(jī)不僅廣 泛用于煤及軟巖巷道的掘進(jìn) 在中等硬度的半煤巖巷道掘進(jìn)中也獲得良好的技 術(shù)經(jīng)濟(jì)效果 14 據(jù)初步統(tǒng)計(jì) 目前我國(guó)統(tǒng)配煤礦巷道掘進(jìn)工作中 綜掘機(jī)械化平均僅占 10 左右 而前蘇聯(lián) 英 德等主要采煤國(guó)在六十年代末就已達(dá)到這一水平 與此不成比例的是 我國(guó)綜采機(jī)械化的發(fā)展卻相當(dāng)快 煤礦高產(chǎn)高效的要求是 二者比例協(xié)調(diào) 為了適應(yīng)綜采機(jī)械化的發(fā)展 保持采掘比例協(xié)調(diào) 綜掘機(jī)械化 程度厄待提高 因此全面提高國(guó)產(chǎn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)性能 也成為迫切要求 15 本文簡(jiǎn)單介紹了懸臂式掘進(jìn)機(jī)的分類 特點(diǎn)和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展應(yīng)用狀況 詳 細(xì)說(shuō)明了掘進(jìn)機(jī)截割部的組成 工作原理和傳動(dòng)過(guò)程 并對(duì)截割部減速器的選 擇和設(shè)計(jì)計(jì)算有一個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)和掌握 同時(shí)對(duì)截割部相關(guān)的零部件以及 它們的工作原理 選用方式和本身的特性有一定的了解 6 第 2 章 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力裝 置的選擇 2 1 掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇 2 1 1 整體形式選擇 本次設(shè)計(jì)采用懸臂式方案設(shè)計(jì) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)具有掘進(jìn)速度快 巷道成形 好 工作穩(wěn)定可靠 便于與其它設(shè)備配套使用應(yīng)用在綜掘工作面等優(yōu)點(diǎn) 隨著 我國(guó)煤礦采掘機(jī)械的迅速發(fā)展 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性在一定程度上 也有了很大的提高 目前 我國(guó)自主研發(fā)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)足以滿足現(xiàn)代煤礦掘 進(jìn)的需要 4 2 1 2 截割頭布置方式選擇 方案一 掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)采用橫軸式截割頭 橫軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)一般用于軟巖掘進(jìn) 橫軸式截割頭的截割性能好 橫軸式截割頭的頭體多為厚鋼板的組焊結(jié)構(gòu)或者 螺釘連接結(jié)構(gòu) 由左右對(duì)稱的兩個(gè)半球體組成 截割頭體是通過(guò)漲套式聯(lián)軸器 同減速器的輸出軸相連 可起到過(guò)載保護(hù)作用 橫軸式截割頭結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 截割頭掏槽時(shí)橫軸式的推進(jìn)方式與截割力方向基本一致 必須用較大的進(jìn)給力 如果用行走機(jī)構(gòu)進(jìn)給掏槽 則應(yīng)加大行走功率 而且最大截割深度最大不能超 過(guò)2 3的截割直徑 這不便于挖柱窩 橫軸式截割頭在掘進(jìn)巷道時(shí)在工作面某 一位置沿巷道掘進(jìn)方向切進(jìn)一定深度 然后截割頭上下左右擺動(dòng)擴(kuò)大截割范圍 實(shí)現(xiàn)對(duì)全工作面的截割 但要注意點(diǎn)是由于橫軸式截割頭的結(jié)構(gòu)所限 不容許 完全做垂直擺動(dòng)截割 否則兩截割頭中間部分將觸媒 增大工作阻力 7 方案二 掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)采用縱軸式截割頭 縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)采用二級(jí)行星齒輪 傳動(dòng) 它的特點(diǎn)是同軸傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)緊湊 傳遞功率大 傳動(dòng)效果好 在推進(jìn)過(guò) 程中方向幾乎垂直截割方向 因而只需較小的進(jìn)給力 而且截割深度可由幾厘 米到整個(gè)截割頭長(zhǎng)度任選 在巷道掘進(jìn)中縱軸截割頭可以朝任何方向擺動(dòng) 因 而可以選擇巖層較弱 阻力最小的方向截割 同時(shí)還能掘出平整的巷道 5 縱 軸式截割頭在掘進(jìn)巷道時(shí)截割頭首先要鉆進(jìn)工作面一定深度 然后橫向擺動(dòng)截 割 達(dá)到巷道邊界后 沿垂直方向截割一定高度 在水平擺動(dòng)截割 如此循環(huán) 往復(fù) 直到完成對(duì)全工作面的截割 本次設(shè)計(jì)采用縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì) 2 1 3 縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)主要由截割機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)臺(tái) 液壓系統(tǒng) 行走 機(jī)構(gòu) 電氣系統(tǒng) 后支撐和轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)等組成 截割頭是由截割機(jī)構(gòu)上的電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng) 行走 裝載 運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載的動(dòng)力則是由安裝在本體部的電動(dòng)機(jī)和液壓馬 達(dá)提供 截割臂的上下 左右擺動(dòng) 鏟板起落 后支撐支地和伸縮部伸縮都是 由液壓油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的 6 12345678 1 截割機(jī)構(gòu) 2 裝載機(jī)構(gòu) 3 回轉(zhuǎn)臺(tái) 4 液壓系統(tǒng) 5 行走機(jī)構(gòu) 6 后支撐 7 電氣系統(tǒng) 8 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu) 圖 1 1 縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī) 8 2 2 截割部的設(shè)計(jì)參數(shù) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的初始設(shè)計(jì)參數(shù) 截割頭轉(zhuǎn)速 rpm44 截割頭擺動(dòng)速度 m min05 1 截割頭平均直徑 m65 0 截割頭所受徑向力 N150000 r F 截割頭所受軸向力 N100000 x F 截割深度 m8 0 經(jīng)濟(jì)截割硬度 MPa70 2 3 截割部的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部主要由截割頭組件 截割臂 二級(jí)行星減速器和電動(dòng) 機(jī)組成 電動(dòng)機(jī)選用掘進(jìn)機(jī)專用電動(dòng)機(jī) 減速器采用 NGW 型二級(jí)行星減速器 它 具有結(jié)構(gòu)緊湊 體積和質(zhì)量小 傳動(dòng)比范圍大 效率高 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 噪聲低 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 傳動(dòng)功率范圍大而且軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn) 截割臂的上下 左右動(dòng)作是由截割部與回轉(zhuǎn)臺(tái)間的兩個(gè)伸縮油缸完成的 截割功率是由電動(dòng)機(jī)輸出的功率經(jīng)減速器后 傳遞到截割臂 截割臂主軸 上花鍵與截割頭相連接 將功率輸出 9 1234 5 1 截割頭組件 2 截割臂 3 減速器 4 聯(lián)軸器 5 電動(dòng)機(jī) 圖 2 1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部 2 4 截割部對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 懸臂式掘進(jìn)機(jī)是一種主要應(yīng)用于煤炭行業(yè)的掘進(jìn)設(shè)備 因此在選擇截割電 動(dòng)機(jī)時(shí) 首先要考慮截割電動(dòng)機(jī)的防爆性能 而且掘進(jìn)機(jī)的截割電動(dòng)機(jī)在工作 過(guò)程中 大多數(shù)情況為空載起動(dòng) 當(dāng)遇到軟巖或夾石時(shí) 會(huì)有較大的阻力矩 因此要求電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較大的最大轉(zhuǎn)矩 當(dāng)遇到截割阻力矩較大的情況時(shí) 轉(zhuǎn)為 低速操作 而且掘進(jìn)機(jī)的截割電動(dòng)機(jī)是截割部不可缺少的一部分 除須符合 的有關(guān)規(guī)定外 其外形機(jī)殼結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度 連接方式 冷卻方法以3836GB 及防塵防水程度都必須滿足掘進(jìn)機(jī)作業(yè)的要求 10 2 5 截割電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)艾克霍夫公司實(shí)驗(yàn)資料可得 對(duì)于的煤巖取 5 f 3 h mkW4 H 利用能耗法比能耗的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算截割功率N 2 1 LDvHN H 60 式中 比能耗 H 3 h mkW4 H 截割頭擺動(dòng)速度 H v m min05 1 H v 截割深度 Lm8 0 L 截割頭平均直徑 Dm65 0 D kW04 13165 0 8 005 1460 N 根據(jù)計(jì)算得知 選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的功率為 再根據(jù)表 2 1 對(duì)電動(dòng)機(jī)135kW 的技術(shù)要求中 選用 YBUS3 135 型掘進(jìn)機(jī)專用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī) 表2 1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù) 型號(hào) 功率 kW 額定 電壓 V 轉(zhuǎn)速 rpm 效率 功率 因數(shù) 額定 轉(zhuǎn)矩 冷卻 方式 工 作 制 絕緣 等級(jí) 重 量 kg YBUS 3 135 135 12 2 660 114 0 970 95 5 0 96 0 870 852 0外殼 水冷 S2H170 0 11 第 3 章 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的傳動(dòng)裝置 3 1 二級(jí)行星減速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 1 二級(jí)行星減速器齒輪傳動(dòng)比的分配 從掘進(jìn)機(jī)的工作條件考慮 選用 NGW 型行星齒輪減速器 它具有結(jié)構(gòu)緊 湊 體積和質(zhì)量小 傳動(dòng)比范圍大 效率高 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 噪聲低 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 傳動(dòng)功率范圍大而且軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn) 減速器采用漸開(kāi)線圓柱直 齒輪 高速軸與電動(dòng)機(jī)直接相連 電動(dòng)機(jī)功率 輸入轉(zhuǎn)速kW135 p 輸出轉(zhuǎn)速 970rpm 1 n3 67rpm4 2 n 圖 3 1 截割部減速器傳動(dòng)原理圖 1 總傳動(dòng)比 12 2 1 21 22 67 43 970 2 1 n n i 2 各級(jí)傳動(dòng)比 NGW 型兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可利用圖 3 2 進(jìn)行分配 圖中 和 i 分別為高速級(jí)傳動(dòng)比和總傳動(dòng)比 i 用角標(biāo) 表示高速級(jí)參數(shù) 表示低速級(jí)參數(shù) 設(shè)高速級(jí)與低速級(jí)外嚙合 齒輪材料 齒面硬度相同 則 limlimHH 1 B B d d B 式中 低速級(jí)內(nèi)齒輪的分度圓直徑 BII d 高速級(jí)內(nèi)齒輪的分度圓直徑 BI d 22 22 WNHVcds WNHVcds ZZKKKC ZZKKKC A 式中 中間變量 A 行星輪數(shù)目 ssC C3 s C5 s C 分度圓的齒寬系數(shù) dd 2 1 d d 齒面工作硬化系數(shù) WW ZZ WW ZZ 載荷分布系數(shù) cCk K cc KK 13 接觸強(qiáng)度的載荷系數(shù) HH KK2 2 2 NHV NHV ZKK ZKK 422 11 3 5 A 414 88 ABE 3 4 5 6 7 8 1020304050 E 124 iI i 圖 3 2 兩級(jí) NGW 型傳動(dòng)比分配 由圖 3 2 可得18 5 i 29 4 18 5 21 22 i i i 3 1 2 二級(jí)行星減速器高速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 1 配齒計(jì)算 14 查表 3 1 選擇行星輪數(shù)目取 由于距可能達(dá)到的傳動(dòng)比3 S C18 5 B AX i 極限較遠(yuǎn) 所以可以不檢驗(yàn)鄰接條件 確定各齒輪齒數(shù) 按文獻(xiàn) 16 行星減速器齒輪傳動(dòng)的配齒公式進(jìn)行計(jì)算 n C Zi s A B AX ASB ZnCZ 2 1 ABC ZZZ 式中 行星減速器高速級(jí)減速比 B AX i18 5 B AX i 行星減速器高速級(jí)中心輪齒數(shù) A Z 整數(shù) n19 n 行星減速器高速級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù) B Z 行星減速器高速級(jí)行星輪齒數(shù) C Z 19 3 18 5 A Z 11 A Z 4611319 B Z 5 17 1146 2 1 C Z 表 3 1 行星輪數(shù)目與傳動(dòng)比的關(guān)系 行星輪數(shù)目 s C 傳動(dòng)比范圍 15 B AX iNGW 32 1 13 7 42 1 6 5 52 1 4 7 采用不等角變位 可取或17 C Z18 C Z 若取 則 由文獻(xiàn) 16 可查出適用的預(yù)計(jì)嚙 18 C Z98 0 1811 1846 CA CB ZZ ZZ j 合角在 到 的范圍內(nèi) 若取 20 AC 23 CB 3021 AC 24 CB 17 C Z 則 適用的預(yù)計(jì)嚙合角在 到04 1 1711 1746 CA CB ZZ ZZ j 3023 AC 4017 CB 的范圍內(nèi) 3026 AC 21 CB 取時(shí) 不符合不等角變位的選擇條件 且各齒輪齒數(shù)間存在公因18 C Z 數(shù) 應(yīng)取且符合公因數(shù)條件 預(yù)取 17 C Z 3026 AC 2 按齒面接觸強(qiáng)度初算傳動(dòng)的中心距和模數(shù)CA 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩 I T n P T9550 3 2 式中 電動(dòng)機(jī)功率 PkW135 P 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 nrpm970 n mN1329 970 135 9550 T 16 在對(duì)傳動(dòng)中 中心輪傳遞的轉(zhuǎn)矩CA A T c s A K C T T 式中 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩 TmN1329 T 行星輪個(gè)數(shù) s C3 s C 載荷不均勻系數(shù) 由文獻(xiàn) 16 查得 c K15 1 c K mN50915 1 3 1329 A T 齒數(shù)比 5 1 11 17 A C Z Z u 中心輪和行星輪的材料用滲碳淬火 中心輪和行星輪齒面硬度均CrMo20 為 則試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 HRC63 56 2 lim N mm1500 H 中心輪的許用接觸應(yīng)力 limlimHXWRVNHHP SZZZZZ 式中 計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 N Z1 N Z 速度系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 V Z9 0 V Z 粗糙度系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 R Z1 R Z 工作硬化系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 W Z1 W Z 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 X Z1 X Z 計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù) 根據(jù)文獻(xiàn) 17 查得 limH S1 lim H S 17 2 mmN13509 01500 HP 按文獻(xiàn) 16 中齒面強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算中心距 3 3 3 2 1 HPa A a u KT uAa 式中 鋼對(duì)鋼配對(duì)的齒輪副常系數(shù) a A483 a A 齒數(shù)比 u 5 1 u 載荷系數(shù) 由文獻(xiàn) 16 查得 K 8 1 K 齒寬系數(shù) a 7 0 a 許用接觸應(yīng)力 HP 2 mmN1350 HP mm46 94 13505 17 0 5098 1 15 1483 3 2 a 齒輪模數(shù) mm7 6 1711 46 9422 CA zz a m 圓整后取模數(shù) mm8 m 傳動(dòng)未變位時(shí)的中心距CA mm112 1711 2 8 2 CAAC ZZ m a 按預(yù)取嚙合角 可得傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù) 3026 AC aCA 1 cos cos 2 1 AC CAAC ZZ 式中 標(biāo)準(zhǔn)壓力角 20 18 704 01 3026cos 20cos 1711 2 1 AC 則傳動(dòng)的實(shí)際中心距CA mm63 1178704 0 112 maa ACAC 圓整后取實(shí)際中心距 mm118 a 3 計(jì)算傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角CA AC AC 傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù) CA AC m aa AC AC 式中 圓整后的實(shí)際中心距 amm118 a 傳動(dòng)未變位時(shí)的中心距 AC aCA mm112 AC a 75 0 8 112118 AC 傳動(dòng)的嚙合角CA AC 89191164 0 20cos 118 112 coscos a aAC AC 15326 AC 4 計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)CA 3 4 tan2 invinv ZZx AC CAAC 式中 嚙合角的漸開(kāi)線函數(shù) AC inv 037958 0 AC inv 標(biāo)準(zhǔn)壓力角的漸開(kāi)線函數(shù) inv01508 0 inv 19 88 0 72794 0 01508 0 037958 0 1711 AC x 利用文獻(xiàn) 16 校核 在許用區(qū)內(nèi) AC x AC x 根據(jù)文獻(xiàn) 16 分配變位系數(shù) 得 515 0 A x 365 0 515 0 88 0 AACC xxx 5 計(jì)算傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角BC CB CB 傳動(dòng)的未變位時(shí)的中心距BC mm1161746 2 8 2 CBCB ZZ m a 25 0 8 116118 m aa CB CB 923765627 0 20cos 118 116 coscos a aCB CB 023122 CB 6 計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)BC 3 5 tan2 invinv ZZx CB CBCB 式中 嚙合角的漸開(kāi)線函數(shù) CB inv 02171 0 CB inv 265 0 72794 0 01508 0 02171 0 1746 CB x 63 0 365 0 265 0 CCBB xxx 7 幾何尺寸計(jì)算 幾何尺寸計(jì)算公式由表 3 2 計(jì)算各個(gè)齒輪分度圓直徑 20 mm88118 AA mZd mm368468 BB mZd mm136178 CC mZd 式中 分別是中心輪 內(nèi)齒輪和行星輪的分度圓直徑 CBA ddd mm 計(jì)算各個(gè)齒輪齒頂高 齒頂高變位系數(shù) 13 0 75 0 365 0 515 0 ACCAAC xx 015 0 25 0 365 0 63 0 CBCBCB xx 計(jì)算傳動(dòng)時(shí)中心輪和行星輪齒頂高 CA mxhh ACAaaA 式中 齒頂高系數(shù) a h1 a h 齒輪模數(shù) mmm8 m mm08 11813 0 515 0 1 aA h mm88 9813 0365 01 mxhh ACCaaC 計(jì)算傳動(dòng)時(shí)行星輪和內(nèi)齒輪齒頂高 BC mm8 108015 0 365 0 1 mxhh CBCaaC mm96 48015 0 365 01 mxhh CBBaaB 由于在行星傳動(dòng)中 行星輪主要與中心輪嚙合 而與內(nèi)齒輪的嚙合精度不 21 要求太高 所以選 mm8 10 aC h 計(jì)算各個(gè)齒輪的齒根高 3 6 mxchh AafA 式中 齒根系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值 c25 0 c 齒輪模數(shù) mmm8 m mm88 5 8515 0 25 0 1 fA h mm04 15863 025 01 mxchh BafB mm08 7 8365 0 25 0 1 mxchh CafC 表3 2 齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算公式及說(shuō)明 項(xiàng)目代號(hào) 直齒輪 外嚙合 內(nèi)嚙合 分度圓直徑d 22 11 mzd mzd 齒頂高變動(dòng)系數(shù)y yxxy 12 齒頂高 a h myxhh myxhh aa aa 22 11 齒根高 f h mxchh mxchh af af 22 11 22 齒高h(yuǎn) 222 111 fa fa hhh hhh 外嚙合 222 111 2 2 aa aa hdd hdd 齒頂圓直徑 內(nèi)嚙合 a d 222 111 2 2 aa aa hdd hdd 齒根圓直徑 f d 222 111 2 2 ff ff hdd hdd 各個(gè)齒輪的齒頂圓直徑 mm16 11008 112882 aAaA hdd mm08 35896 423682 aBaB hdd mm 6 157 8 1021362 aCaC hdd 各個(gè)齒輪的齒根圓直徑 mm24 7688 5 2882 fAfA hdd mm08 39804 1523682 fBfB hdd mm84 12108 7 21362 fCfC hdd 計(jì)算齒輪的齒寬 中心輪齒寬 mm 6 61887 0 AdA db 23 圓整后取中心輪齒寬 mm50 A b 行星輪齒寬 mm40 C b 內(nèi)齒輪齒寬 mm166 B b 8 驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度CA 1 中心輪齒面接觸強(qiáng)度校核 中心輪輸入轉(zhuǎn)矩 3 7 n p T9550 式中 電動(dòng)機(jī)功率 PkW135 P 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) nrpm970 n mN1329 970 135 9550 T 端面內(nèi)分度圓上的名義切向力 d T F 2 3 1 式中 中心輪輸入轉(zhuǎn)矩 TmN1329 T 中心輪的分度圓直徑 dmm88 d N10068 88 13292 3 1 F 中心輪齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算 HA HA ZZZKKKK u u bd F EHHHVA 2 1 1 式中 端面內(nèi)分度圓上的名義切向力 FN10068 F 分度圓直徑 dmm88 d 24 齒寬 bmm50 b 齒數(shù)比 u5 1 u 使用系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 A K75 1 A K 動(dòng)載系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 V K1 V K 齒向載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 H K525 1 H K 齒間載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 H K2 1 H K 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 H Z8 1 H Z 彈性系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 E Z 8 189 E Z 重合度系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 Z9 0 Z 9 0 8 1898 12 1525 1 175 1 5 1 15 1 5088 10068 2 1 HA 2 mmN1068 中心輪許用齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算 HP HP limlimHXWRVNH SZZZZZ 2 mmN13509 01500 HPHA 13501068 安全系數(shù) lim 126 1 10681350 HHAHP SSH 中心輪齒面強(qiáng)度符合要求 2 中心輪齒根彎曲強(qiáng)度校核 25 中心輪齒根應(yīng)力的計(jì)算 FA 3 8 bmYYYKKKFK eSFFFVAFA 式中 端面內(nèi)分度圓上的名義切向力 FFN10068 齒寬 bbmm50 模數(shù) mmmm8 使用系數(shù) A K75 1 A K 動(dòng)載系數(shù) V K1 V K 載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F K88 1 F K 載荷分配系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F K2 1 F K 齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F Y75 2 F Y 修正系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 S Y7 1 S Y 重合度系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 e Y35 1 e Y 35 1 7 175 2 2 188 1 175 1 850 10068 FA 2 mmN 2 627 中心輪許用齒根應(yīng)力的計(jì)算 FP limlimFXRreltreltstFFP SYYYY 式中 彎曲疲勞極限 limF 2 lim mmN500 F 應(yīng)力修正系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 st Y2 st Y 26 敏感系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 relt Y 1 relt Y 表面系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 Rrelt Y1 1 Rrelt Y 尺寸系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 X Y98 0 X Y 安全系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 limF S2 1 lim F S 2 198 0 1 112500 FP 2 mmN898 FPFA 898 2 672 安全系數(shù) 2 143 1 2 672898 lim FFAFP SSF 中心輪齒根強(qiáng)度符合要求 3 行星輪齒面接觸強(qiáng)度校核 行星輪齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算 HC 3 9 HC ZZZKKKK u u bd F EHHHVA 2 1 1 式中 分度圓直徑 dmm136 d 齒寬 bmm40 b 齒向載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 H K3 1 H K 齒間載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 H K0 1 H K 重合度系數(shù) 由文獻(xiàn)查得 17 Z1 Z 27 1 8 1898 113 1175 1 5 1 15 1 40136 10068 2 1 HC 2 mmN896 行星輪許用齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算 HP HP limlimHXWRVNH SZZZZZ 2 mmN13509 01500 HPHC 1350896 安全系數(shù) lim 151 1 8961350 HHCHP SSH 所以行星輪齒面強(qiáng)度符合要求 4 行星輪齒根彎曲強(qiáng)度校核 行星輪齒根應(yīng)力的計(jì)算 FC 3 10 bmYYYKKKFK eSFFFVAFC 式中 齒寬 bbmm40 載荷分布系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F K55 1 F K 載荷分配系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F K0 1 F K 齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 F Y5 2 F Y 修正系數(shù) 由文獻(xiàn) 17 查得 S Y72 1 S Y 35 1 72 1 5 20 155 1 175 1 840 10068 FC 2 mmN 4 495 28 行星輪許用齒根應(yīng)力的計(jì)算 FP limlimFXRreltreltstFFP SYYYY 2 198 0 1 112500 2 mmN898 FPFC 898 4 495 安全系數(shù) 2 181 1 4 495898 lim FFCFP SSF 所以行星輪齒根強(qiáng)度符合要求 9 根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度確定內(nèi)齒輪材料 2 lim N mm533 9 0 9 0 8 1898 12 1525 175 1 5 1 15 1 5088 10068 1 XWRVN EHHHVA H ZZZZZ ZZZKKKK u u db F 根據(jù)選用內(nèi)齒輪材料為并進(jìn)行表面淬火和氮化 表面硬度 limH CrMo20 達(dá)即可 HB280 240 10 驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度BC 傳動(dòng)中齒輪為內(nèi)嚙合 由于 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)的承載能力主要BC 取決于外嚙合 故傳動(dòng)的校核可以省略 BC 3 1 3 二級(jí)行星減速器低速級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 1 配齒計(jì)算 根據(jù)表 3 1 取 由于距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限較遠(yuǎn) 所5 S C29 4 B AX i 以可以不檢驗(yàn)鄰接條件 確定各齒輪齒數(shù) 按文獻(xiàn) 16 行星減速器齒輪傳動(dòng)的配齒公式進(jìn)行計(jì)算 29 3 11 n C Zi s A B AX ASB ZnCZ 2 1 ABC ZZZ 式中 行星減速器低速級(jí)減速比 B AX i29 4 B AX i 行星減速器低速級(jí)中心輪齒數(shù) A Z 整數(shù) n12 n 行星減速器低速級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù) B Z 行星減速器低速級(jí)行星輪齒數(shù) C Z 12 5 29 4 A Z 14 A Z 4614512 B Z 16 1446 2 1 C Z 采用不等角變位 可取或16 C Z15 C Z 若取 則 由文獻(xiàn) 16 可查出適用的預(yù)計(jì) 16 C Z1 1614 1646 CA CB ZZ ZZ j 嚙合角在 到 的范圍內(nèi) 若取 20 AC 3018 CB 24 AC 24 CB 則 預(yù)計(jì)適用嚙合角在 15 C Z069 1 1514 1546 CA CB ZZ ZZ j 25 AC 30 到 的范圍內(nèi) 2014 CB 30 AC 2522 CB 若取 與各齒輪齒數(shù)之間不應(yīng)存在公因數(shù)相違背 應(yīng)取 16 C Z15 C Z 且與公因數(shù)相符 預(yù)取 3028 AC 2 按接觸強(qiáng)度初算傳動(dòng)的中心距和模數(shù)CA 低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)速 3 12 i n n 式中 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速 nrpm970 n 高速級(jí)減速比 i18 5 i rpm26 187 18 5 970 n 低速級(jí)輸入功率 PP 式中 電動(dòng)機(jī)輸入功率 PkW135 P 型行星齒輪傳動(dòng)效率 NGW96 0 kW 6 12996 0 135 P 低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩 n P T9550 式中 低速級(jí)輸入功率 PkW 6 129 P 31 低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)速 nrpm26 187 n mN6609 26 187 6 129 9550 T 在對(duì)傳動(dòng)中 中心輪傳遞的轉(zhuǎn)矩CA c s A K C T T 式中 低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩 TmN6609 T 載荷不均勻系數(shù) 由文獻(xiàn) 16 查得 c K15 1 c K 行星輪數(shù)目 s C5 s C mN07 152015 1 5 6609 A T 齒數(shù)比 1 1 14 15 A C Z Z u 中心輪和行星輪的材料用滲碳淬火 中心輪和行星輪齒面硬度均CrMo20 為 則試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 HRC63 56 2 lim N mm1500 H 許用接觸應(yīng)力 HP limlimHXWRVNH SZZZZZ 2 mmN1500 式中 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 limH 2 lim N mm1500 H 計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) N Z1 N Z 速度系數(shù) V Z1 V Z 32 粗糙度系數(shù) R Z1 R Z 工作硬化系數(shù) W Z1 W Z 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) X Z1 X Z 計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù) limH S1 lim H S 根據(jù)文獻(xiàn) 16 齒面