小功率采煤机设计说明书

1、 PAGE68 / NUMPAGES73摘要我国煤炭中薄煤层储量丰富，对小功率采煤机的需求量也比较大。而炮采安全性比较低，生产率也比较低；综采对设备要求较高，而且投资费用比较大。所以对中薄煤层来说开发适应高档普采的采煤机是非常必要的，而MG300/700-WD型采煤机正是针对中薄煤层适应高普而进行的设计。MG300/700-WD型采煤机的截割部机械传动由三级直齿传动和一级行星机传动实现，且末级采用太阳轮浮动形式的行星传动。采取摇臂结构形式以增大滚筒的过煤空间进而提高装煤效率，并对各级齿轮与相应的传动轴进行了设计计算和相应的校核，结果满足设计要求。关键词： 采煤机 截割部 行星机构Abstrac

2、tIn the present coal mine of our country,the thin reserves of coal seam are still rich ,are larger for the demand of the small-power machine of coal mining.And cannon pick safety comparison little,productivity is also low;Zong pick for equipment requirement higher,and investment cost is compared.So

3、for in thin coal seam development meet the high general machine of coal mining is very necessary.The machine ofMG300/700-WD model of coal mining only aim at in thin coal seam meet the high general design and that goes on.The section of the machine of MG300/700-WD model of coal mining cut department

4、mechanical transmission from 3 level directly tooth transmission and a level planet machine transmission realization,and end level adopts the planet transmission of the floating form of sun gear.Adopt to rocker arm configuration with the coal space of increase cylinder and then raising pack coal eff

5、iciency， And for different levels gear and corresponding power transmission shaft design calculation and corresponding school nucleus,as a result,satisfy design requirement.Keywords： Shearer Coal cutting part Planet organization目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc1694043851 绪论 PAGEREF _Toc169404385

6、h 1HYPERLINK l _Toc1694043861.1我煤机30多年的发展进程 PAGEREF _Toc169404386 h 1HYPERLINK l _Toc1694043871.1.1 20世纪70年代是我国综合机械化采煤起步阶段 PAGEREF _Toc169404387 h 1HYPERLINK l _Toc1694043881.1.2 20世纪80年代是我煤机发展的兴旺时期 PAGEREF _Toc169404388 h 1HYPERLINK l _Toc1694043891.1.3 20世纪90年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代 PAGEREF _Toc16940438

7、9 h 2HYPERLINK l _Toc1694043901.2 国际上电牵引采煤机的技术发展状况 PAGEREF _Toc169404390 h 3HYPERLINK l _Toc1694043911.3国电牵引采煤机的发展状况 PAGEREF _Toc169404391 h 4HYPERLINK l _Toc1694043922总体方案的确定 PAGEREF _Toc169404392 h 5HYPERLINK l _Toc1694043932.1MG300/700-WD型采煤机简介 PAGEREF _Toc169404393 h 5HYPERLINK l _Toc1694043942.

8、1.1概述 PAGEREF _Toc169404394 h 5HYPERLINK l _Toc1694043952.1.2主要技术参数 PAGEREF _Toc169404395 h 5HYPERLINK l _Toc1694043962.1.3结构特点 PAGEREF _Toc169404396 h 6HYPERLINK l _Toc1694043972.2摇臂结构设计方案的确定 PAGEREF _Toc169404397 h 6HYPERLINK l _Toc1694043982.3截割部电动机的选择 PAGEREF _Toc169404398 h 6HYPERLINK l _Toc169

9、4043992.4传动方案的确定 PAGEREF _Toc169404399 h 7HYPERLINK l _Toc1694044002.4.1 传动比的确定 PAGEREF _Toc169404400 h 7HYPERLINK l _Toc1694044012.4.2 传动比的分配 PAGEREF _Toc169404401 h 7HYPERLINK l _Toc1694044023 传动系统的设计 PAGEREF _Toc169404402 h 9HYPERLINK l _Toc1694044033.1各级传动转速、功率、转矩的确定 PAGEREF _Toc169404403 h 9HYP

10、ERLINK l _Toc1694044043.2 齿轮设计与强度效核 PAGEREF _Toc169404404 h 11HYPERLINK l _Toc1694044053.3轴的设计与强度效核 PAGEREF _Toc169404405 h 19HYPERLINK l _Toc1694044063.3.1 先确定轴 PAGEREF _Toc169404406 h 19HYPERLINK l _Toc1694044073.3.2轴4的设计与强度效核 PAGEREF _Toc169404407 h 25HYPERLINK l _Toc1694044083.3.3惰一轴的设计30HYPERLI

11、NK l _Toc1694044094 行星传动机构的设计过程31HYPERLINK l _Toc1694044105 采煤机的使用与维护 PAGEREF _Toc169404410 h 48HYPERLINK l _Toc1694044115.1采煤机使用过程中常见故障与处理 PAGEREF _Toc169404411 h 48HYPERLINK l _Toc1694044125.2 大功率采煤机截割部温升过高现象与解决方法 PAGEREF _Toc169404412 h 49HYPERLINK l _Toc1694044135.3采煤机轴承的维护与漏油的防治50HYPERLINK l _T

12、oc1694044145.4煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 PAGEREF _Toc169404414 h 52HYPERLINK l _Toc1694044155.5 硬齿面齿轮的疲劳失效与对策 PAGEREF _Toc169404415 h 54HYPERLINK l _Toc169404416总结 PAGEREF _Toc169404416 h 57HYPERLINK l _Toc169404417参考文献 PAGEREF _Toc169404417 h 58外文翻译.59英文翻译.59中文翻译.65HYPERLINK l _Toc169404418致691 绪论1.1我煤机30多年的发

13、展进程1.1.1 20世纪70年代是我国综合机械化采煤起步阶段20世纪70年代初期，煤炭科学研究总院分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机，另一方面改进普采配套的DY100型、DY150型单滚筒采煤机；70年代中后期，制造出MLS3-170型双滚筒采煤机。20世纪70年代我煤机的发展有以下特点： 1装机功率小 例如，MLS3-170型双滚筒采煤机，装机功率170KW；KD-150型双滚筒采煤机，装机功率150KW；DY-100和DY-150型单滚筒采煤机，装机功率100KW和150KW。 2有链牵引，输出牵引力小 此时期的采煤机牵引方式都是圆环链轮与牵引链轮啮合传动

14、，传递牵引力小，牵引力在200KN以下。 3牵引速度低 由于受液压元部件可靠性的限制，设计的牵引力功率较小，牵引速度一般不超过6m /min 。 4自开切口差 由于双滚筒采煤机摇臂短,又都是有链牵引,很难割透两端头,且容易留下三角煤,故需要人工清理,单滚筒采煤机更是如此. 5工作可靠性较差 我国基础工业比较薄弱,元部件质量较差,反映在采煤机的寿命普遍较低,特别是液压元部件的损坏比较严重。1.1.2 20世纪80年代是我煤机发展的兴旺时期20世纪70年代后期，我国总共引进143套综采成套设备。世界主要采煤机生产国如英国、德国、法国、波兰、日本等都进入中国市场，其技术也展示在中国人的面前，为我们深

15、入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件，同时通过20世纪70年代自行研制采煤机的实践，获得了成功和失败的经验与教训，确立了我煤机的发展方向，即仿制和自行研制并举。 解决难采煤层的问题是20世纪80年代重大课题之一：具体的课题是薄煤层综合机械化成套设备的研制：大倾角综采成套设备的研制：“三硬”、“三软”45m一次采全高综采设备的研制：解决短工作面的开采问题，短煤臂采煤机的研制。据初步统计，20世纪80年代自行开发和研制的采煤机品种有50余种，是我煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。20世纪80年代采煤机的发展有如下特点：1重视采煤机系列的开发，扩大使

16、用围20世纪70年代开发的采煤机，一种类型只有一个品种，十分单一，覆盖面小，很难满足不同煤层开采需要。20世纪80年代起重视系列化采煤机的开发工作，一种功率的采煤机可以派生出多种机型，主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用，这样不仅扩大了工作面的适应围，而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是20世纪80年代采煤机发展中非常突出的特点。2元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高总结20世纪70年代采煤机开发中的经验教训，元部件的可靠性直接决定采煤机开发的成功率，所以功关容为：主电机的攻关，以解决烧机的现象；齿轮攻关，从选择材质上，热处理工艺上着手，学习国外先进技术成功经验，以德国齿轮为目标进行

17、攻关，达到预期目的，解决了低速重载齿轮早失效的问题：液压系统和液压元部件的攻关，主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作的可靠性，在20世纪80年代中期，把斜轴泵、斜轴马达、阀组和调速机构等都列入重点攻关容。3无链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全在引进大功率采煤机的同时，无链牵引技术传入中国，德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数，而且技术成熟。为此，我国研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢。仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。无链牵引使采煤机工作平稳，使用安全，承受的牵引力大，因此，得到用户的广泛欢迎，大功率采煤机都采用无链牵引系统。1.1.3

18、 20世纪90年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代进入20世纪90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，此采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是：（1）大功率高参数的液压牵引采煤机：最具代表性的机型是MG2X400W型采煤机。（2）高性能电牵引采煤机：电牵引采煤机的研制从20世纪80年代开始起步，20世纪90年代全面发展，电牵引的发展存在直流和交流两种技术途径。进入20世纪90年代后，交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用，分院先后开发成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/6

19、00-WD、MG400/920-WD和MG450/1020-WD等采煤机，变频调速箱可以是机载，也可以是非机载。另外派生出8种机型，都已投入使用，取得较好的效果。矿山机械厂在引进英国Electra1000直流电牵引全套技术的基础上，开发出MG400/900-WD和MG250/600-WD型两种电牵引采煤机，鸡西煤机厂、煤机厂也开发了交流电牵引采煤机。国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但在性能和可靠性上与世界先进国家的I采煤机相比，还存在较大的差距，所以一些有实力的矿务局，在装备高产高效工作面时，把目光移到国外，进口国外先进电牵引采煤机。如神府华能集团引进美国的7LS、6LS电牵引采煤机；兖州矿

20、业集团公司引进德国的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少，90年代采煤机技术发展的特点如下：1多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流我国开发的电牵引采煤机，一般都采用横向布置。各大部件由单独的电动机驱动，传动系统彼此独立，无动力传递，结构简单，拆装方便，因而有取代电动机纵向布置的趋势。2我煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小在装机功率方面，我国的液压牵引采煤机装机功率达到800KW，电牵引采煤机装机功率达到1020KW，其牵引功率为2X50KW，可满足高产高效工作面对功率的要求。在牵引力和牵引速度方面，电牵引的最大牵引

21、力已达到700KN，最大牵引速度达1256m/min,微处理机的工矿监测、故障显示、无线电离机控制等方面已达到较高技术水平。3液压紧固技术的开发研究取得成功采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素，而且解决难度较大，液压螺母和专用超高压泵，在电牵引采煤机中得到推广应用，防松效果显著，基本解决采煤机连接可靠性的问题。回顾这30多年我煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路，也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个了不起的进步。1.2 国际上电牵引采煤机的技术发展

22、状况80 年代以来, 世界各主要产煤国家, 为适应高产高效综采工作面发展和实现矿井集约化生产的需要, 积极采用新技术, 不断加速更新滚筒采煤机的技术性能和结构, 相继研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤机。其中, 最具代表的是英德森的Eiect ra 系列, 德国艾柯夫的SL 系列, 美国乔依的LS 系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列电牵引采煤机。这些采煤机, 体现了当今世界电牵引采煤机的最新发展方向。德国艾柯夫公司, 整机结构特点为机身3 段式, 两边传动部分为铸造箱体结构, 中间电气部分为焊接框架结构, 摇臂为分体联结, 左右对称通用, 可满足不同的配套要求; 牵引部电气传动系

23、统采用两直流电机他激并列, 电枢采用微机控制, 励磁采用串联, 既能满足四象限运行, 又能满足双牵引, 趋于负载均衡, 目前正全力发展交流电牵引。美国乔依公司从3LS7LS , 机身为3 段焊接结构形式, 摇臂为分体联结、左右通用, 牵引部电气传动系统为2电机串激串联, 目前已开始投入使用7LS 交流电牵引采煤机。日本三井三池公司RD101101 和RD102102 均为交流电牵引采煤机, 其结构形式为以前的截割电机布置在机身的传统结构形式, 机械传动和联结相当复杂。总结这些国家电牵引采煤机的技术发展有如下几个特点:(1) 装机功率和截割电动机功率有较大幅度增加为了适应高产高效综采工作面快速割

24、煤的需要, 不论是厚、中厚和薄煤层采煤机, 均在不断加大装机功率(包括截割功率和牵引功率) 。装机功率大都在1000kW 左右, 单个截割电机功率都在375kW以上, 最高达600kW。直流电牵引功率最大达2 56kW , 交流电牵引功率最大达2 60kW。(2) 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型世界各主要采煤机厂商20 世纪80 年代都已把重点转向开发电牵引采煤机, 如德国艾柯夫公司是最早开发电牵引采煤机的, 80 年代中后期基本停止生产液压牵引采煤机, 研制出EDW 系列电牵引采煤机, 90 年代又研制成功交流直流两用的SL300 , SL400 , SL500 型采煤机。美

25、国乔依公司70 年代中期开始开发多电机驱动的直流电牵引采煤机, 80 年代先后推出3LS , 4LS 和6LS 3 个新机型, 其电控系统多次改进, 更趋完善。英德森公司80 年代中期先后开发了EL ECTRA1000和EL ECTRA 薄煤层电牵引采煤机。日本三井三池公司80 年代中期着手开发高起点交流电牵引采煤机, 最具代表的是MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤机, 为国际首创。法国萨吉姆公司在90 年代也已研制成功Panda2E 型交流电牵引采煤机。交流电牵引近几年发展很快, 由于技术先进,可靠性高、简单, 有取代直流电牵引的趋势。自日本80 年代中期研

26、制成功第1 台交流电牵引采煤机,至今除美国外, 其它国家如德国、英国、法国等都先后研制成功交流电牵引采煤机, 是今后电牵引采煤机发展的新目标。(3) 牵引速度和牵引力不断增大液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/ min 左右, 而实际可用割煤速度为4 5m/ min , 不适应快速割煤需要。电牵引采煤机牵引功率成倍增加, 最大牵引速度达1520m/ min , 美国18m/ min 的牵引速度很普遍,美国乔依公司的1 台经改进的4LS 采煤机的牵引速度高达2815m/ min。由于采煤机需要快速牵引割煤, 滚筒截深的加大和转速的降低, 又导致滚筒进给量和推进力的加大, 故要求采煤机增大牵引力,

27、 目前已普遍加大到450600kN , 现正研制最大牵引力为1000kN 的采煤机。(4) 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展70 年代中期仅有美国的LS 系列采煤机、西德EDW215022L22W 型采煤机采用多电机驱动, 机械传动系统彼此独立, 部件之间无机械传动, 取消了锥齿轮传动副和复杂通轴, 机械结构简单, 装拆方便。目前, 这类采煤机既有电牵引, 也有液压牵引, 既有中厚煤层用大功率, 也有薄煤层的, 有取代传统的截割电动机纵向布置的趋势。(5) 滚筒的截深不断增大牵引速度的加快,支架随机支护也相应跟上, 使机道空顶时间缩短,为加大采煤机截深创造了条件。10 年前滚筒采煤机截深大

28、都是630 700mm , 现已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美国正在考虑采用1500mm 截深的可能性。(6) 普遍提高供电电压由于装机功率大幅度提高, 为了保证供电质量和电机性能, 新研制的大功率电牵引采煤机几乎都提高供电电压, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美国现有长壁工作面中, 45 %以上的电牵引采煤机供电电压为2300V。(7) 有完善的监控系统包括采用微处理机控制的工况监测、数据采集、故障显示的自动控制系统; 就地控制、无线电随机控制, 并已能控制液压支架、输送机动作和滚筒自动调高。(8) 高可靠性据了解美国使用的EL

29、 ECTRA 1000 型采煤机的时间利用率可达95 %98 % ,采煤量350 万t 以上,最高达1000 万t 。1.3国电牵引采煤机的发展状况我国从20 世纪80 年代末期, 煤科总院分院与波兰合作研制开发了我国第1 台MG3442PWD薄煤层强力爬底板交流电牵引采煤机, 在局雁崖矿使用取得成功。借助MG3442PWD 电牵引采煤机的电牵引技术, 对液压牵引采煤机进行技术更新。第1 台MG300/ 6802WD 型电牵引采煤机是在鸡西煤矿机械厂生产的MG300 系列液压牵引采煤机的基础上改造成功, 并于1996 年7 月在晋华宫矿开始使用。与此同时, 在矿山机器厂生产的AM2500 液压

30、牵引采煤机上应用交流电牵引调速装置改造MG375/8302WD 型电牵引采煤机。截止目前, 我国已形成5 个电牵引采煤机生产基地, 鸡西煤矿机械厂、矿山机器厂、煤炭科学研究总院分院、煤矿机械厂生产交流电牵引采煤机, 煤矿机械厂则生产直流电牵引采煤机。我国近期开发的电牵引采煤机有以下特点:(1) 多电机驱动横向布置电牵引采煤机。截割电机横向布置在摇臂上, 取消了螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。(2) 总装机功率、牵引功率大幅度提高, 供电电压(对单个电机400kW 与以上) 由1140V 升至3300V , 保证了供电质量和电机性能。(3) 电牵引采煤机以交流变频调速牵引装置占主导地位, 部分厂商同

31、时也研制生产直流电牵引采煤机。(4) 主机身多分为3 段, 取消了底托架, 各零部件设计、制造强度大大提高, 部件间用高强度液压螺母联接, 拆装方便, 提高了整机的可靠性。(5) 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高。在通用性、互换性和集成型方面迈进了一大步, 功能逐步齐全, 无线电随机控制研制成功, 数字化、微机的电控装置已进入试用阶段。(6) 在横向布置的截割电机上, 设计使用了具有弹性缓冲性能的扭矩轴,改善了传动件的可靠性, 对提高采煤机的整体可靠性和时间利用率起到了积极作用。(7) 耐磨滚筒与镐形截齿的研究, 推进了我国的滚筒与截齿制造技术,开发研制的耐磨滚筒,可适用于截割f

32、 = 34 的硬煤。具有使用中轴向力波动小,工作平稳性好,块煤率高,能耗低等优点。2总体方案的确定2.1MG300/700-WD型采煤机简介2.1.1概述 MG300/700-WD型机载交流电牵引采煤机，该机装机功率700KW，截割功率2300KW,牵引功率82KW。该采煤机使用的电气控制箱符合矿用电气设备防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤层爆炸危险的矿井中使用，并可在海拔不超过2000m、周围介质温度不超过40或低于10、不足以腐蚀和破坏绝缘的气体与导电尘埃的情况下使用。2.1.2主要技术参数该机的主要技术参数如下：适应煤层采高围：1.93.7m煤层倾角：35度煤层硬度：中硬或硬煤层总体额定转速

33、：40r/min机面高度：1457 mm摇臂摆动中心距：2541mm2.1.3结构特点 MG300/700-WD型采煤机采用多电机横向布置方式，截割部用销轴与牵引部联结，左、右牵引部与中间箱采用高强度液压螺栓联结，在中间箱中装有泵箱、电控箱、水阀和水分配阀。该机具有以下特点： 1截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。 2主机身分为三段，即左牵引部、中间控制箱、右牵引部，采用高度液压螺栓联结，结构简单可靠、拆装方便。2.2摇臂结构设计方案的确定 由于煤层地质条件的多样性，煤炭生产需要多种类型和规格的采煤机。利用通用部件，组装成系列

34、型号的采煤机，可以给生产带来很多方便。系列化、标准化和通用化是采掘机械发展的必然趋势。所以，这里把左右摇臂设计成对称结构。2.3截割部电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为3002KW，即每个截割部功率为300KW。根据矿下电机的具体工作情况，要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。据此选择由厂生产的三相鼠笼异步防爆电动机YBC3300,其主要参数如下： 额定功率：300KW； 额定电压：1140V 额定电流：206A; 额定转速：1470r/min 额定功率：50HZ; 绝缘等级： H 接线方式：Y 工

35、作方式：S1 质量： 1502KG 冷却方式：外壳水冷该电机总体呈圆形，其示意图与外形主要尺寸如图1所示：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摇臂的齿轮减速机构。2.4传动方案的确定2.4.1 传动比的确定 滚筒上截齿的切线速度，称为截割速度，它可由滚筒的转速和直径计算而的，为了减少滚筒截割产生的细煤和粉尘，增大块煤率，滚筒的转速出现低速化的趋势。滚筒转速对滚筒截割和装载过程影响都很大；但对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。总传动比电动机转速 r/min滚筒转速 r/min2.4.2 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

36、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、成本与工作能力。多级传动系统传动比的确定有如下原则：图2 NWG行星机构1各级传动的传动比一般应在常用值围，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，即要达到等强度。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。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

37、确定行星减速机构的传动比。本次设计采用NWG型行星减速装置，其原理如图2所示： 该行星齿轮传动机构主要由太阳轮a、齿圈b、行星轮g、行星架x等组成。传动时，齿圈b固定不动，太阳轮a为主动轮，行星架x上的行星轮g面绕自身的轴线oxox转动，从而驱动行星架x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、传动功率围大，可用于各种工作条件。因此，它用在采煤机截割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。如图27所示，当齿圈b固定，以太阳轮a为主动件，行星架g为从动件时，传动

38、比的推荐值为2.79。查阅文献4,采煤机截割部行星减速机构的传动比一般为46。这里定行星减速机构传动比则其他三级减速机构总传动比36.755.747=6.39由于采煤机机身高度受到严格限制，每级传动比一般为根据前述多级减数齿轮的传动比分配原则和摇臂的具体结构，初定各级传动比为：以此计算，四级减速传动比的总误差为：1562295747）367502在误差允许围5，合适。3 传动系统的设计 图3 截割部传动系统图3.1各级传动转速、功率、转矩的确定各轴转速计算： 从电动机出来，各轴依次命名为、轴。轴 min轴 轴 轴 各轴功率计算：轴 0.99=297轴 0.980.99=288.15轴 0.98

39、0.99=279.56轴 0.980.990.99=271.23轴 0.980.990.99=263.15轴 0.980.99=255.31轴 0.980.990.99=247.70轴 0.980.990.99=240.32各轴扭矩计算:轴 轴 轴 轴 轴 将上述计算结果列入下表,供以后设计计算使用运动和动力参数编号功率/kW转速n/(rmin)转矩T/(Nm)传动比轴29714701929.51.79轴279.56821.23251.1轴271.23526.434920.41.56轴247.70229.8810290.32.29轴240.32229.889983.715.7473.2 齿轮设

40、计与强度效核这里主要是根据查阅的相关书籍和资料，借鉴以往采煤机截割部传动系统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数、转速、传动的功率、转矩以与各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进行初步确定，具体计算过程级计算结果如下：统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数、转速、传动的功率、转矩以与各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进行初步确定，截割部齿轮的设计与强度效核，具体计算过程与计算结果如下：齿轮1惰轮2的设计与强度校核。计算过程与说明计算结果 1)选择齿轮材料查文献1表8-17 齿轮选用20CrMnTi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，参考文献1表814，

41、表815选取小轮分度圆直径，由式（864）得齿宽系数查文献1表823按齿轮相对轴承为非对称布置，取06小轮齿数惰轮齿数1.9219=36.48 取37齿数比=1.95传动比误差 误差在围小轮转矩载荷系数 由式12.5得使用系数动载荷系数 查图12.9得初值齿向载荷分布系数齿间载荷分配系数 由式855与得 1.883.2(1/19+1/34)=1.625查表821并插值 1 则载荷系数的初值 弹性系数 查表12.10189.8节点影响系数 查图864重合度系数许用接触应力 由式得接触疲劳极限应力 查图869应力循环次数由式得则 查图12.18得接触强度得寿命系数硬化系数 查图871与说明 接触强

42、度安全系数 查表827，按可靠度查 取故的设计初值为=121.9齿轮模数 取m=8 查表83小齿分度圆直径的参数圆整值圆周速度与估取很相近，对取值影响不大，不必修正1.11， 小轮分度圆直径 惰轮分度圆直径 中心距 齿宽 取 惰轮齿宽 小轮齿宽 取9齿根弯曲疲劳强度效荷计算由式齿形系数 查图12.21 小轮 大轮应力修正系数 查图868 小轮大轮重合度系数,由式867许用弯曲应力由式12.91 弯曲疲劳极限 查图12.23弯曲寿命系数 查图12.24尺寸系数 查图12.25安全系数 查表12.14则4. 齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚

43、 中心距 取整HRC 5662公差组6级06=19371.95合适1751111.1212.18189.82.50.791152mm2.18152mm2.82.44=1.54=1.630.982 齿轮1和惰轮2的设计与强度效核 齿轮4和齿轮5设计与强度效核：1)选择齿轮材料查文献1机械设计手册表8-17 齿轮4选用20CrMnTi渗碳淬火 齿轮5选用45钢调质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，参考文献1表12.6，精度等级7级。表12.9选取小轮分度圆直径，由式（864）得齿宽系数查文献1表12.13按齿轮相对轴承为非对称布置，取06小轮齿数大轮齿数圆整取齿数

44、比传动比误差 误差在围小轮转矩载荷系数 由式（854）得使用系数 查表820动载荷系数 查图857得初值齿向载荷分布系数 查图860 齿向载荷分配系数 由式855与得 1.883.2(1/23+1/36)=1.66查表12.10并插值 1.1 则载荷系数的初值 弹性系数 查表12.12189.8 节点影响系数 查图864重合度系数 查图12.10许用接触应力 由式得接触疲劳极限应力 查图869应力循环次数由式得则 查图12.18得接触强度得寿命系数硬化系数 查图12.19与说明 接触强度安全系数 按高可靠度查 取故的设计初值为齿轮模数 取小齿分度圆直径的参数圆整值圆周速度与估取很相近，对取值影

45、响不大，不必修正1.18， 小轮分度圆直径 惰轮分度圆直径 中心距 齿宽 惰轮齿宽 小轮齿宽 齿根弯曲疲劳强度效荷计算由式齿形系数 查图12.21 小轮 大轮应力修正系数 查图12.22 小轮大轮重合度系数,由式12.8许用弯曲应力由式871 弯曲疲劳极限 查图12.23c弯曲寿命系数 查图12.24尺寸系数 查图12.25安全系数 查表12.14则(4)齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 中心距 取整齿轮6和惰轮7的几何尺寸计算：齿轮几何尺寸计算：分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 中心距 取整HR

46、C 5662HBS 245275公差组7级06=23411.78合适1.751.181.121.1189.82.50.781190mm2.682.39=1.57=1.680.982惰轮8和齿轮9的几何尺寸计算：齿轮几何尺寸计算：分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 中心距 取整 由于齿轮的强度效核方法都是相似的，因而对其它齿轮的强度效核过程安排在设计说明书以外的篇幅中进行，并全部强度验算合格。3.3轴的设计与强度效核3.3.1 先确定轴 1.选择轴的材料 选取轴的材料为45钢，调质处理 2.轴径的初步估算 由表4-2取A115， 可得图4 截轴3示意图 3.

47、求作用在齿轮上的力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： 4.轴的结构设计 1）拟定轴向定位要求确定各轴段直径和长度段安装调心滚子轴承。轴承型号22217，尺寸取轴段直径 取齿轮距箱体壁距离轴承距箱体壁则：段做成齿轮轴,轴段长度段取齿轮右端轴肩高度采用花键轴.轴段长段用于装轴承，选用调心滚子轴承22218，尺寸，取轴段直径轴段长。 2）轴上零件的周向定位 齿轮3采用花键联结，花键适用于载荷较大和定心精度要求较高的静联接和动联接，它的键齿多，工作面总接触面积大，承载能力高，它的键布置对称，轴、毂受力均匀，齿槽浅，应力集中较小，对轴和轮毂的消弱小。 轴承与轴

48、的周向定位采用过渡配合保证的，因此轴段直径公差取为.轴端倒角 5.轴的强度效核： 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图： 2） 求支反力： 水平面：垂直面：3） 计算弯矩，绘弯矩图 水平弯矩：图（b）所示 垂直面弯矩：图（c）所示合成弯矩：图（d）所示 4) 扭矩： 5） 计算当量弯矩：图（f）所示 显然D处为危险截面，故只对该处进行强度效核 轴的材料为45钢，调质处理，查表41得由得 取6.安全系数效核计算： 1）确定参数 由前述计算可知： 抗扭截面模量： 2）计算应力参数 弯曲应力幅 因弯矩为对称循环，故弯曲平均应力 扭剪应力幅 因转矩为脉动循环，故扭剪平均应力3）确定影响系数 轴的材料为4

49、5钢，调质处理，由表41查得， 轴肩圆角处得有效应力集中系数 根据由表45经插值可得：尺寸系数、 根据轴截面为圆截面查图418得：0.75 =0.85表面质量系数、根据和表面加工方法为精车，查图419，得0.88。材料弯曲扭转的特性系数、 取0.1 0.5=0.05可得：所以强度足够。3.3.2轴4的设计与强度效核 1.选择轴的材料 选取轴的材料为45钢，调质处理 2.轴径的初步估算 由表42取A115， 可得 图5 截轴4示意图 3.求作用在齿轮上的力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： 4.轴的结构设计 1）拟定轴向定位要求确定各轴段直径和长度段安

50、装调心滚子轴承。轴承型号21320*，尺寸取轴段直径 取齿轮距箱体壁距离轴承距箱体壁则：段做成齿轮轴，取轴段直径轴段长度段用于装轴承，选用调心滚子轴承21320*，尺寸，取轴段直径该段采用渐开线花键来安装齿轮，该轴段长 2）轴上零件的周向定位 齿轮5采用渐开线花键联结，花键适用于载荷较大和定心精度要求较高的静联接和动联接，它的键齿多，工作面总接触面积大，承载能力高，它的键布置对称，轴、毂受力均匀，齿槽浅，应力集中较小，对轴和轮毂的消弱小。 轴承与轴的周向定位采用过渡配合保证的，因此轴段直径公差取为.轴端倒角 5.轴的强度效核： 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图3：2） 求支反力： 水平面：

51、垂直面：3） 计算弯矩，绘弯矩图 水平弯矩：图（b）所示 垂直面弯矩：图（c）所示合成弯矩：图（d）所示 4) 扭矩： 5） 计算当量弯矩：图（f）所示 显然C右处为危险截面，故只对该处进行强度效核 轴的材料为45钢，调质处理，查表41得由得 取6.安全系数效核计算： 1）确定参数 由前述计算可知： 抗扭截面模量： 2）计算应力参数 弯曲应力幅 因弯矩为对称循环，故弯曲平均应力 扭剪应力幅 因转矩为脉动循环，故扭剪平均应力3）确定影响系数 轴的材料为45钢，调质处理，由表41查得， 轴肩圆角处得有效应力集中系数 根据由表45经插值可得：尺寸系数、 根据轴截面为圆截面查图418得：0.75 =0

52、.85表面质量系数、根据和表面加工方法为精车，查图419，得0.75,0.85。材料弯曲扭转的特性系数、 取0.1 0.5=0.05可得：所以强度足够。3.3.3惰一轴的设计 由于心轴不传递转矩,转矩法估算直径在这里不再适用,采用经验法估算心轴的直径,轴径与中心距的关系为:初取,经受力分析在确定轴的直径.该心轴分三段,从右端起: 轴段1:该轴段直接安装在摇臂壳体上,起支撑作用.取其直径,为使该轴有足够的支撑强度,取其长度。 轴段2:该段安装轴承,轴承外圈支承着惰轮。取其直径,这里选择调心滚子轴承21320*,以使其自动补偿轴和外壳中心线的相对偏斜,轴承的主要尺寸为:两轴间有一长为10的距离套对

53、其进行周向定位,该轴的长度。 轴段3:为了对轴承进行定位,取其直径,由于箱体的厚度,为了保证惰轮与截一轴的齿轮正确啮合,取该段的长度。1.轴的受力分析,因为此轴为心轴,仅受弯矩作用.圆周力:选用45钢调质处理HBS=，因为心轴只受弯矩作用，其危险截面在轴的中间，的双支点梁，可以认为轴沿整个跨度承受均布载荷因为相差无几，其径向力抵消后与圆周力相比可以忽略，所以弯矩为：抗弯截面模量：许用弯曲应力所以该轴强度合格。4 行星传动机构的设计过程电牵引采煤机是直接以电动机作为驱动减速箱的原动力, 因而要求减速箱有较大的速比, 同时受工作面空间条件限制, 要求传动装置尺寸小。因此, 电牵引采煤机无论牵引部或

54、截煤部均在最后输出级采用行星机构。行星传动结构紧凑、速比大。行星传动的优点是动力分流, 功率流数取决于行星轮个数。因此, 电牵引采煤机用的行星机构大多设计成4 个行星轮, 以降低每一行星轮的负载, 但对行星架与齿轮的加工精度要求更高。为减小加工安装误差所产生的偏载和弹性变形、惯性力、摩擦力等妨碍载荷均匀分布的因素, 把太阳轮作成无支承的浮动件(单浮动) , 通过渐开线花键与前一级齿轮联接, 花键侧隙则满足了浮动量的要求。或设计成双浮动(太阳轮、齿圈浮动)、三浮动结构(太阳轮、齿圈、行星架浮动)。这些均载措施结构简单、浮动灵敏、反力矩小, 有效地补偿各种误差, 使行星轮间的载荷均衡分配。行星轮与

55、齿圈一般设计成薄壁轮缘。行星轮轮缘的变形对安装在行星轮孔中轴承的滚动体间的载荷分布会发生影响, 由此获得可提高轴承寿命的最佳间隙。齿圈轮缘的柔性变形, 同样也有利于行星轮间的载荷分配均匀, 并降低啮合时的动载荷。以下参考现代机械传动手册 机械工业已知：输入功率247.70kW,转速=229.88kW，输出转速=40r/min 1齿轮材料热处理工艺与制造工艺的选定 太阳轮和行星轮的材料为20CrNi2MoA，表面渗碳淬火处理，表面硬度为5761HRC。因为对于承受冲击重载荷的工件，常采用韧性高淬透性大的18Cr2Ni4W和20CrNi2Mo等高级渗碳钢，经热处理后，表面有高的硬度与耐磨性，心部又

56、具有高的强度与良好的韧性和很低的缺口敏感性。试验齿轮齿面接触疲劳极限MPa试验齿轮齿根弯曲疲劳极限：太阳轮：行星轮：齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为6级。齿圈的材料为42CrMo，调质处理，硬度为262302HBS.试验齿轮的接触疲劳极限：试验齿轮的弯曲疲劳极限：齿形的终加工为插齿，精度为7级。2确定各主要参数：行星机构总传动比：i=5.747，采用一级NGW型行星减速机构。行星轮数目, 根据表2.9-3与传动比i，取。载荷不均衡系数，采用太阳轮浮动和行星架浮动的均载机构，取=1.15配齿计算 太阳轮齿数 式中取 c=20（整数） 齿圈齿数 行星轮齿数 a-c齿轮接触强度初步计算按表义

57、14-1-60中的公式计算中心距式中 /14=1.786综合系数为2.2太阳轮单个齿传递的转矩齿宽系数为0.7 代入: 模数 取则取 (6) 计算变位系数 1)a-c传动 A实际中心距变动系数yB实际啮合角C总变位系数D分配变位系数：和取综合性能较好区. 取 （见机械传动装置设计手册上册） 则:齿顶降低系数2) c-b传动啮合角， 式中，变位系数和中心距变动系数齿顶降低系数分配变位系数 3.几何尺寸计算分度圆 齿顶圆 齿根圆 基圆直径 齿顶高系数 太阳轮，行星轮 齿轮顶隙系数 太阳轮，行星轮 齿轮代入上组公式计算如下：太阳轮行星轮 齿轮太阳轮，齿宽b 由表2.5-12,取 则取 4.啮合要素验

58、算 a-c传动端面重合度 A.齿顶圆齿形曲径 太阳轮行星轮 B.端面啮合长度 式中“”号正号为外啮合，负号为啮合； 端面节圆啮合角 直齿轮 则 C.端面重合度.c-b端面重合度 A.顶圆齿形曲径 由上式计算得 行星轮 齿轮 B.端面啮合长度C. 端面重合度5.齿轮强度验算(1).a-c传动（以下为相啮合的小齿轮（太阳轮）的强度计算过程，太阳轮（行星轮）的计算方法一样。）.确定计算负荷 名义转矩名义圆周力.应力循环次数式中 太阳轮相对于行星架的转速, ；寿命期要求传动的总运转时间，。.确定强度计算中的各种系数 A.使用系数 根据对截割部使用负荷的实测与分析，取（较大冲击） B.动负荷系数 因为

59、和 可根据圆周速度： 和 由图2.4-4查得6级精度时： C.齿向载荷分布系数 由表2.4-8查得渗碳淬火齿轮 ： 由表2.4-9，由表2.4-8查得， 根据和由图2.4-5查得 式中： D.齿间载荷分布系数 因 由图2.4-6查得 E.节点区域系数 式中，直齿轮端面节圆啮合角 直齿轮端面压力角，直齿轮 F.弹性系数 由表2.4-11查得 （钢钢）G.齿形系数根据和，由图2.4-14查 H.应力修正系数 由图2.4-18,查得 I.重合度系数 J.螺旋角系数 因 得 得.齿数比，.接触应力的基本值.接触应力.弯曲应力的基本值.齿根弯曲应力.确定计算许用接触应力时的各种系数 A.寿命系数 因，由

60、图2.4-7,得 B.润滑系数 因和 由图2.4-9查得 C.速度系数 因 由图2.4-10 查得 D.粗糙硬化系数 因和 由图2.4-11查得 E.工作硬化系数 大小齿轮均为硬齿面 F.尺寸系数 由表2.4-15 查得.许用接触应力.接触强度安全系数.确定计算许用弯曲应力时的各种系数 A试验齿轮的应力修正系数 B.寿命系数 因 查图2.4-8得 C.相对齿根圆角敏感系数 因,由图2.4-20查得 D.齿根表面状况系数 E.尺寸系数，由表2.4-16得.许用弯曲应力.弯曲强度安全系数. c-b传动 本节仅列出相啮合的大齿轮（齿轮）的强度计算过程，小齿轮（行星轮）的强度较高，帮计算从略。.名义切