s150型掘进机截割部减速器结构设计可行性论证报告

黑龙江科技大学本科毕业设计可行性论证报告设计题目S150型掘进机截割部减速器结构设计院系名称机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机设091班姓名张晓晨学号13指导教师赵存友近年，在我国煤矿中，薄煤层回采巷道需要开掘围岩，中厚煤层回采巷道随着单工作面产量的迅速提高，也需通过开掘围岩来加大巷道断面，以保证设备运输等方面的要求，因此，重型掘进机的研究成为国家重点攻关项目。而掘进机中截割部减速器的作用是将电动机的运动和动力传递到截割头。由于截割头工作时承受较大的冲击载荷，因此要求减速器有高的可靠性和较强的过载能力；其箱体作为悬臂的一部分，应有较大的刚性，连接螺栓应有可靠的防松装置；减速器最好能实现变速，以适应煤岩硬度的变化，增强机器的适应能力。根据不同掘进机种类选择正确适当的传动方式是很关键的。减速器的类型很多，不同类型的减速器有不同的特点，选择减速器类型时，应该根据各类减速器的特点进行选择。常用减速器有1单级圆柱齿轮减速器轮齿可做成直尺、斜齿或人字齿。直齿用于速度较低或负荷较轻的传动；斜齿或人字齿用于速度较高或负荷较重的传动。箱体通常用铸铁做成，有时也采用焊接结构或铸钢件。轴承通常采用滚动轴承，只在重型或特高速时，才采用滑动轴承2两级圆柱齿轮减速器展开式结构简单，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此，轴应设计得具有较大的刚度。高速级齿轮布置在远离转矩的输入端，这样轴在转矩作用下产生的扭转变形，将能减弱轴在弯矩作用下产生弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象，适用于载荷比较平稳的场合。高速级可做成斜齿，低速级可做成直齿或斜齿。而同轴式减速器长度较短，两对齿轮浸入油中深度大致相等，但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力难以充分利用；中间轴较长，刚性差，沿齿宽分布不均匀；仅能有一个输入和输出轴端，限制了传动布置的灵活性。3单级锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动，可做成卧式或立式。由于锥齿轮制造较复杂，仅在传动布置需要时才采用。4圆锥圆柱齿轮减速器特点用单级锥齿轮减速器。锥齿轮应布置在高速级，以使锥齿轮的尺寸不致过大，否则加工困难。锥齿轮可做成直齿、斜齿或曲线齿，圆柱齿轮可做成直齿或斜齿。5蜗杆减速器分为蜗杆下置式和蜗杆上置式。下置式啮合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑也较方便。但当蜗杆圆周速度太大时，油的搅动损失较大。而上置式装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承的润滑不太方便，需采取特殊的结构措施。根据以上几种常用的减速器，为S150型掘进机截割部减速器设计以下三种方案方案一圆锥圆柱齿轮传动运动简图如下圆锥齿轮可以改变力矩的方向即可以把横向运动转为竖直运动。径向尺寸小，结构紧凑，重量轻，节约材料，主要用于传递运动，常用于航空。但减速器轴向尺寸及重量较大；高级齿轮的承载能力不能充分利用。在制造方面，圆锥齿轮主要通过铣、刨的加工方式加工，其中铣有铣床铣齿、铣齿机铣齿；刨主要有伞齿刨。另外还有螺旋伞齿铣、伞齿磨床等。而圆柱齿轮最简单高效的加工方法是用滚刀在滚齿机上加工。此外，还有插齿、刨齿等工艺方法。高精度齿轮需要采用剃齿或磨齿工艺。方案二二级圆柱齿轮传动运动简图如下圆柱齿轮则只能在一个空间内转换运动。优点1、电动机与减速器是通过皮带进行传动的，在同样的张紧力下，三角皮带较平带传动能产生更大的摩擦力，而且三角皮带允许的中心中距较平带大，传动平稳，结构简单，使用维护方便，价格低廉。故在第一级（高速级）采用三角皮带传动较为合理，这样还可以减轻电动机因过载产生的热量，以免烧坏电机，当严重超载或有卡死现象时，皮带打滑，可以起保护电机的作用。（2）、斜齿圆柱齿轮较直齿圆柱齿轮传动平稳，承载能力大、噪音小，能减轻振动和冲击，若设计时旋向选择合理，可减轻轴的负荷，延长使用寿命，故此减速器的两对齿轮均采用斜齿圆柱齿轮传动。（3）、高速级齿轮布置在远离扭矩输入端，这样可以减小轴在扭矩作用下产生的扭转变形，以及弯曲变形引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象。（4）、采用斜齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮较直齿圆柱齿轮传动平稳，承载能力大、噪音小，能减轻振动和冲击，若设计时旋向选择合理，可减轻轴的负荷，延长使用寿命，故此减速器的两对齿轮均采用斜齿圆柱齿轮传动。缺点（1）、皮带传动稳定性不够好，不能保证精确的传动比，外廓尺寸较大。（2）、齿轮相对轴和轴承不能对称分布，因而对轴的要求更高，给制造带来一定麻烦。方案三二级行星齿轮传动运动简图如下行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，当它们的零件材料和机械性能、制造精度、工作条件等均相同时，前者具有一系列突出的优点，因此它常被用作减速器、增速器、差速器和换向机构以及其他特殊用途。行星齿轮传动的主要特点如下1体积小、重量轻、结构紧凑，传递功率大、承载能力高。由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构非常紧凑。再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的0205（即在承受相同的载荷条件下）。2传动比大，可以实现运动的合成与分解只要适当选择行星传动的类型及配齿方案，便可利用少数几个齿轮而得到很大的传动比。在不作为动力传动而主要用以传递运动的行星机构中，其传动比可达到几千。应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可以保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。此外，行星齿轮传动由于它的三个基本构件都可以转动，故可实现运动的合成与分解，以及有级和无级变速传动等复杂的运动。3传动效率高由于行星齿轮传动采用了对称的分流传动结构，即它具有数个均匀分布的行星齿轮，使作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力相互平衡，有利于提高传动效率。在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率可达097099。4运动平稳。抗冲击和振动的能力较强。由于采用数个相同的行星轮，均匀分布于中心轮周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。总之，行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高（类型选用得当）等优点，它几乎可适用于一切功率和转速范围。在具备这些优点的同时，行星齿轮传动也存在一些缺点，如结构形式比定轴齿轮传动复杂；对制造质量要求较高；由于体积小、散热面积小导致油温升高，故要求严格的润滑与冷却装置等。S150型掘进机的工况特点及要求，如下1低速重载小体积由于国内外掘进机均向着重型化方向发展，其截割机构传递的功率相应地也越来越大，但是截割机构外形尺寸却没有随功率的增加而成比例的增加。特别是一般掘进机因其工作特点所致，截割臂的外形多设计呈宝塔状，即越靠近截割头动力输出端，其外形尺寸越小。因此，处于截割臂前端的传动，在设计上因尺寸问题而受到极大的限制。2冲击负荷大掘进机是通过截割头完成截割煤岩的，因破碎机理所致，当截割煤岩时，煤岩的反作用力使截割头承受着强大的截割阻力和冲击负荷。由于截割机构的传动为刚性传动，势必使截割阻力和冲击负荷毫无保留地传递至齿轮、轴、轴承等传动件上。3载荷变化大截割时，由于受被截割无聊软硬不匀，牵引速度和截割深度的影响，载荷始终处于大幅度波动之中，而其载荷又不易被测定，因此掘进机尚无准确的载荷谱供设计参考。4高可靠性我国越来越重视掘进设备的可靠性，相应地制定了一套试验检测标准和规范，如新设计掘进机的减速器必须进行性能试验和耐久性试验，截割减速器的耐久性试验为连续满载运行1000H。综上所述，二级行星传动可实现同轴传动，速比大，结构紧凑，传动功率大，多用于纵轴式截割头；圆锥圆柱齿轮传动的结构简单，能承受大的冲击载荷，易实现机械过载保护，多用于横轴式截割头；圆柱齿轮传动可实现截割头的二级转速，但减速箱的结构复杂，体积和重量较大。再根据S150型掘进机的工况和特点，各方面证明选用行星齿轮减速器是合理的，目前市场上的掘进机截割部也多用行星齿轮减速器。世界各先进工业国，经由工业化、信息化时代，正在进入知识化时代，行星齿轮传动在设计上日趋完善，制造技术不断进步，使行星齿轮传动已达到了较高水平。我国与世界先进水平虽存在明显差距，但随着改革开放带来设备引进、技术引进，在消化吸收国外先进技术方面取得长足的进步。目前，行星齿轮传动正向以下几个方向发展1向高速大功率及低速大转矩的方向发展；在这类产品的设计与制造中需要急需解决均载、平衡、密封、润滑、零件材料与热处理及高效率、长寿命、可靠性等一系列设计制造技术问题。2向无级变速行星齿轮传动发展，实现无极变速就是让行星齿轮传动中三个基本构件都转动并传递功率，这只要对原行星机构中固定的构件附加一个转动3向复合式行星齿轮传动发展；4向少齿差行星齿轮传动方向发展；5制造技术的发展方向。而我国也将很大的注意力放在了自主研发新型产品上，再加之不断向国外优秀研发和生产技术学习，我们有理由相信我国掘进机及整个制造业都会有大幅度的进步和突破。参考文献1孙九如,徐蒙良,卢维东采掘机械中国矿业大学出版社2004102522662谢锡春，李晓豁矿山机械与设备中国矿业大学出版社2009157833潘玮EBJ160重型掘进机截割机构行星减速器的设计煤矿机械199910124王喜胜悬臂式掘进机截割回路主要液压参数的确定煤矿机械1999（10）35刘继高，傅龙进大功率横轴式掘进机截割部减速器的设计煤矿机械20111020216王