采煤机截割部减速器设计.doc

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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流采煤机截割部减速器设计【精品文档】第 23 页MGYB 2X125型采煤机截割部减速器的设计摘 要：采煤机是煤炭采掘的重要设备，是实现煤炭生产机械化和现代化的重要设备之一。因此，它对提高煤炭的采掘效率有着重要的影响。目前，采煤机的设计技术已经发展的相当完善，但是在国内采煤机技术和国外相比依然还比较落后。本次设计主要是对采煤机截割部的减速器进行设计和改进，主要的内容有采煤机研究的背景，以及减速器设计的时候总传动方案、传动参数的设计。并且主要计算了齿轮、轴和行星机构等零部件。在本次的设计过程中发现了很多问题，也解决了很多问题。通过对减速器的不断改进，使得采煤

2、机的性能得到了很大的提高，从而更好的尾煤炭工业服务，使我国的经济发展更加迅速。关键词： 采煤机；截割部；齿轮；行星轮MG2125/250-WD Drum shearer cutting the Department of DesignAbstract：Coal mining machine is the important equipment in coal mining, is one of the important equipment to achieve coal production mechanization and modernization. Therefore, it has

3、 important effects on the improvement of the efficiency of coal mining. At present, the design of coal mining machine has developed quite perfect, but compared with domestic coal mining machine technology and abroad is still relatively backward. This design is mainly on the cutting part of shearer r

4、educer design and improvement, the main contents of the research on Shearer background, design and the design of reducer of the total transmission scheme, the transmission parameters. And the gear, shaft and other parts of the planet mechanism. Many of the problems found in the process of design, bu

5、t also solve a lot of problems. Through the continuous improvement of the reducer, the performance of the shearer has been greatly improved, the tail coal industry services so as to better, make the economy of our country develop more quickly.Key words： Shearer； Cutting Unit； Gear； Planetary Gear目录第

6、1章 绪论11.1课题研究背景11.1.1采煤机的发展。11.1.2滚筒式采煤机的优点21.1.3采煤机主要技术参数、分类和组成21.2课题研究意义31.3设计的主要内容3第2章 总体传动方案的确定42.1传动方案介绍42.1.1方案一：采用直齿圆柱齿轮传动42.1.2方案二：采用直齿锥齿轮传动42.2传动方案的比较及确定5第3章 总传动参数的计算63.1分配传动比63.1.1分配的原则63.1.2传动比数63.2确定各轴的功率P63.2.1确定各轴输入功率63.2.2确定各轴输入转矩7第4章 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算84.1.齿轮的设计及计算84.1.1.齿轮的设计和加工工艺84.1

7、.2校核齿轮齿面的接触疲劳强度10第5章 轴及轴承设计125.1轴的计算与校核125.1.1选择轴的材料、许用应力、最小直径的确定125.1.2轴的结构设计与计算135.1.3轴的计算和校核145.2轴承的选用与校核195.2.1轴承类型的选择195.2.2当量动载荷P的计算195.2.3额定动载荷C的计算19第6章 行星机构的设计及校核216.1初步计算齿轮的主要参数216.1.1周转轮系数类型的选择与传动比的计算216.1.2确定行星机构的齿数和模数226.1.3变动系数、变位系数、啮合角的计算226.2行星齿轮的几何尺寸的计算246.3齿轮强度验算：256.3.1 A-C传动计算256.

8、3.2 C-B传动的计算28结 论31致 谢32参考文献33第1章 绪论1.1课题研究背景煤炭是我国最主要的能源之一，它保证了我国国民经济飞速增长。煤炭工业机械化是指采掘、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，采煤机是最主要的采煤机械。采煤机是集机械、液压和电气为一体的大型设备。采煤机的工作环境复杂，一旦出现故障将会造成巨大的经济损失。煤炭工业的快速发展，导致了采煤机的功能也越来越多。因此它的结构也变的越来越复杂，这导致了采煤机出现故障的原因也变的复杂。双滚筒采煤机引进了国内外薄煤层采煤机的设计经验，为我国煤炭工业的快速发展做出了贡献1。采煤工作主要包括：

9、落煤、装煤、支护、和运输等几个工序。双筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒采煤机多用于开采较薄的煤层.双滚筒采煤机多用于中厚和厚煤层。双筒采煤机的类型和种类很多，它的特点概括起来有以下几点。1.滚筒调高范围大。2.可以自开工作面两端的切口，人工工作量降低。.3.功率大，机械强度高，能截割各种硬度的煤。4.生产能力高，每小时可生产6001000t。5.采煤机具有比较完善的保护装置。6.机器操作方便，有手把操纵和按钮操纵，有的还可以无线电操纵。7.附属装置日趋完善。1.1.1采煤机的发展。20世纪40年代初，英国和苏联相继研制出来了链式采煤机，它的工作效率低。同一时期德国研制出了刨煤机。50年代初

10、，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机。这种采煤机与可弯曲输送机配套，为机械化采煤的发展奠定了基础。这种采煤机有两个缺点：一是截煤滚筒高度不能随意调整，因此对煤层厚度的应变能力差；二是将截煤滚筒换成螺旋叶片截煤滚筒，可以极大地提高装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机实现现代化采煤机械的基础1。可以把滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成一个综合的机械化采煤系统。这个系统使煤炭生产进入安全、高产、高效和可靠的现代化发展阶段。因此，综合机械化采煤设备一定会成为各国地下采煤设备的发展方向。上世纪70年代以来，综合机械化采煤设备正在朝着遥控、遥测、大功率的方向发展。采煤机的性能日益完善，

11、生产率提高，可靠性也得到改善。现在的综合机械化采煤系统结合了自动监测、故障诊断、数据处理和数显等监控技术。1.1.2滚筒式采煤机的优点1.对于煤层的地质条件要求不高，对煤粘顶、煤层厚变化大、底板起伏不平、有落差不大的断层煤层条件的要求也不高。2.调高方便，免开缺口。3.功率大、生产率高、工作可靠。4.操作方便并且有完善的保护和监测系统。5.向着标准化、系列化、通用化发展。滚筒采煤机的缺点：结构复杂，价格昂贵，煤块度小，粉尘多，能消耗大。滚筒采煤机由于适应性强，产量大，机械化程度高，截割效率高等优点，使它得到快速发展。1.1.3采煤机主要技术参数、分类和组成1.适用煤层，采高h=0.85-1.6

12、m，倾角30，煤质硬度f3。2.生产能力，最大生产能力528t/h，经济生产能力249t/h。3.截割部滚筒转速：75.62rpm 滚筒直径：850、1000、1200 调高方式：液压调高。4.牵引部，牵引方式：液压无级调速、销排无链式牵引、摆线齿轮。最大牵引力为20t，牵引速度：0-5.5m/min。5.电动机，牵引电机。1采煤机的采煤的种类长壁采煤机的采煤过程：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空去五个工序。按照这些工序可分为普通机械化采煤、综合机械化采煤两种采煤方式。采煤机的分类和组成采煤机一般按照工作机构分类，可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；滚筒式采煤机适用范围广，生产率高，

13、可靠性高，因此被广泛使用2。1.2课题研究意义随着煤炭工业的快速发展，采煤机正朝着重型化方向发展。本设计主要是对采煤机截割部减速器进行完善和改进，特别是对减速器的承载能力进行提高。在实际的设计过程中，发现了很多问题，这样使产品的性能得到进一步提高，从而使煤炭工业的发展更加迅速。1.3设计的主要内容设计的主要内容包括设计的目的，设计的意义，总传动方案设计，总传动参数的计算，齿轮啮合参数、强度、几何参数计算，轴的结构设计及强度计算、轴承的选型设计，其它零部件的结构设计。第2章 总体传动方案的确定2.1传动方案介绍2.1.1方案一：采用直齿圆柱齿轮传动1.方案如图2-1所示.图 2-1 方案一2.方

14、案一的特点（1）能保证瞬时传动比的恒定。（2）传动较平稳，冲击和噪声小。（3）传动效率较高。（4）空间结构比较简单，经济性好。2.1.2方案二：采用直齿锥齿轮传动1.方案如图2-2所示。图 2-2 方案二2.方案二的特点（1）锥齿轮传动平稳，承载能力强，但其设计和制造较复杂。（2）圆锥齿轮传动振动和噪声都比较大。（3）空间结构较为复杂。2.2传动方案的比较及确定通过对两传动方案的优缺点进行比较，方案一整体结构简单，承载能力较大，传动效率较高，空间体积较小，生产加工性较好，因此综合考虑各方面因素，选定方案一为最终的设计方案。第3章 总传动参数的计算3.1分配传动比电动机的优点有：结构简单、控制简

15、单、维护方便和工作可靠性高等。另外，电动机产品型号已经系列化、标准化，装机功率可以根据实际需要选择。33.1.1分配的原则1.高速级分配较小传动比，由高速级至低速级逐渐增大传动比。2.通过总体初步预算具体分配各级传动比。33.1.2传动比数 (3-1)式中： 主动轮的转速 从动轮的转速总传动比 3.2确定各轴的功率P已知：输入转速。3.2.1确定各轴输入功率 (3-2)式中：轴承效率，齿轮啮合效率。 代入参数得各轴的输出功率为：3.2.2确定各轴输入转矩 (3-3)式中：输入功率； 转速。代入参数得各轴的输入转矩为：第4章 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算4.1.齿轮的设计及计算4.1.1.齿

16、轮的设计和加工工艺考虑到传动功率较大，要求结构紧凑，使用寿命长。可查得，选大小齿轮材料为20GrMnTi，渗碳、表面淬火，齿面硬度60-62HRC。4煤矿机械齿轮传动，对齿轮精度无特别要求，选齿轮为8级精度。选小齿轮齿数，实际传动比则取，按齿根弯曲疲劳强度设计闭式硬齿齿面的承受能力一般取决于弯曲强度，所以先计算弯曲强度，然后在验算接触强度。m由公式确定 (4-1) 式中：K载荷系数； (4-2)使用系数，取。 动载系数，取齿向载荷分部系数。 齿间载荷分配系数。T转 矩； 重合度系数； (4-3)齿形系数，取修正系数。 齿宽系数；取。5许用弯曲应力。故可初选载荷系数=1.50。由式3-3得小齿轮

17、转矩：由公式4-3可得：得：， ，由公式 (4-4)式中：n齿轮的转速；齿轮每转一转同一齿面的次数； 齿轮的工作寿命h.将各参数代入式4-4得：按照齿面硬度均值61HRC，取取=1.25(弯曲疲劳强度计算的最小安全系数按一般可靠度要求取)按齿面硬度均值51HRC，在ML线上查得 (4-5)式中 齿轮弯曲疲劳极限； 齿轮弯曲疲劳强度；弯曲强度的寿命系数；将各参数代入式4-5得 取设计齿面模数：将确定后的各项数值代入式4-1求得：又因为： 将参数代入式4-2得：为制造方便，取与前面齿轮模数一致：m=8取4.1.2校核齿轮齿面的接触疲劳强度 (4-6)式中：弹性系数，其值取：。节点区域系数，其值取：

18、。接触强度重合系数，其值取：。5按不允许出现点蚀，取得： 可知，按照齿轮齿面硬度均值51HRC，在MQ和ML线中间查出取，则 ： (4-7)式中：齿轮的接触疲劳极限齿轮接触疲劳强度， 接触强度的寿命系数；5将各参数代入式4-14得：将确定出的各项数值代入式2-17得即20GrMnTi满足接触强度要求第5章 轴及轴承设计5.1轴的计算与校核轴主要用来支承作旋转运动的零件，如齿轮、带轮，以传递运动和动力。根据设计要求，设计的具体步骤、内容如下：5.1.1选择轴的材料、许用应力、最小直径的确定轴的材料选用20CrMnTi，渗碳淬火。查表可知轴经过渗碳处理，它的硬度为6062HRC；弯曲疲劳强度，剪切

19、疲劳强度；抗拉强度，许用弯曲应力。4 5按照轴的弯曲许用切应力，初步计算轴的最小直径已知输出轴： 由表查得， 取，按公式得， (5-1)式中：轴的横截面积， （5-2）轴传递的功率KW； 轴的转速；将各参数代入式5-1可得：为了使轴与齿轮配合紧密，因此在轴的外伸端开有花键槽，考虑到键槽对轴强度的削弱，所以直径应增大5%7%，初定轴的最小直径.5.1.2轴的结构设计与计算根据轴系结构，结合尺寸分析确定，按比例绘制轴的草图如下，图5-1 轴的结构图轴的结构设计轴的结构设计主要有三项内容：（1）各轴段径向尺寸的确定；（2）各轴段轴向长度的确定；（3）其它尺寸（如键槽、圆角、倒角，退刀槽等）的确定。1

20、.轴向、径向尺寸的确定如上草图所示，从轴段开始，逐段选取相邻轴段的直径.AB段起定位固定作用，它与轴承内径相互配合，考虑到安装方便，根据轴的标准直径系列和轴承内径系列共同决定，取，所以选用轴承代号为21320。由表查得其基本尺寸为，最小安装尺寸为起定位作用，按轴的标准直径系列，取BC=35mm，CD=70mm，用于固定大齿轮。在DE30mm， 起定位作用即为小齿轮部分，将作为分度圆的直径，即，EF=110。，轴的总长为L=349mm。52.确定轴上的圆角和倒角尺寸参照表，各轴肩处的圆角和倒角的尺寸为C=2.5 mm5.1.3轴的计算和校核根据图5-1所示，可以确定出轴的支承距离，因此根据齿轮宽

21、度中点所在的截面C的、及的值进行轴的校核。1画出轴的计算简图(图5-2a)将轴上的作用力分为水平方向和竖直方向的两个分力进行计算。取集中力作用为零件宽度的中点处。对于支反力的位置，随轴承类型和分布方式的不同而定。62计算轴上的受力(图5-2b)转矩： 第齿轮切向力： (5-3)式中： T小齿轮传递的名义转矩；d1小齿轮分度圆直径mm；各参数代入上式可得： 径向力： (5-4)式中：分度圆压力角。各参数代入上式得：第齿轮切向力：径向力：3计算支反力水平面上 （负号表与假设方向相反）垂直面上的力 （负号表与假设方向相反）4计算轴的弯矩，并画出弯矩图（a）水平面上（b）垂直面上弯矩图和受力图如图5-

22、2c、5-2e.（c）合成弯矩(图5-2f)取水平面上的弯矩值较大的进行轴的校核。图5-25.计算并画当量弯矩图转矩按脉动变化计算，取=0.6得：所以 （5-5）式中：当量弯距， （5-6）M合成弯矩； 应力折算系数。T转矩； W轴的抗弯截面系数，将各参数代入式5-1得：由于只校核轴上所承受的最大弯矩和扭矩的截面的强度。由公式5-2得：所以轴的强度足够。6.按疲劳强度的安全系数校核(1）判断危险截面：危险载截面是弯矩和转矩较大、截面面积较小、应力集中的截面。所以只校核齿轮轴左端面截面。(2）齿轮轴左端面截面处疲劳强度安全系数校核：抗弯截面系数：抗扭截面系数：合成弯矩：转矩：弯曲应力幅：弯曲平均

23、应力：扭转切应力幅：扭转平均切应力：(3)计算综合影响系数：1）轴肩圆角引起的有效应力集中系数和，由， 由图得： 由轴精车加工 取表面质量系数：4按公式计算可得综合影响系数值为：2）截面左侧附近由于键槽引起的有效应力集中系数是和取： 故得综合影响系数值为：取上面综合影响系数和中的较大值，故 轴的材料为20CrMnTi，取弯曲等效系数，扭转等效系数只考虑弯矩作用的安全系数，由公式得：只考虑转矩作用的安全系数，由式得：由式计算安全系数：取，所以齿轮轴左截面安全。5.2轴承的选用与校核5.2.1轴承类型的选择考虑到工作转速、经济性的要求，故选用调心滚子轴承。5.2.2当量动载荷P的计算根据轴的直径d

24、=95mm，优先选用21320型号的调心滚子轴承。由于，取（中等冲击）计算轴承所承受的径向力：径向载荷为：当量动载荷 (5-23)式中：载荷系数，其值查表可得；载荷所承受径向载荷；X径向动载荷系数；5将各参数代入上式得：因为5.2.3额定动载荷C的计算根据式公式 (5-7)式中：P当量动载荷N； n轴承转速；寿命指数，球轴承，滚子轴承；基本额定寿命 载荷系数对于调心滚子轴承来说=3所以额定动载荷所选轴承额定动载荷CC第6章 行星机构的设计及校核6.1初步计算齿轮的主要参数太阳轮和行星轮：材料为表面渗碳淬火 硬度57-61HRC面接触疲劳极限齿轮齿根弯曲疲劳极限：太阳轮行星轮内齿轮：材料为42C

25、rMo表面渗碳淬火取行星轮数目为3。4 7 6.1.1周转轮系数类型的选择与传动比的计算根据所给条件选择下列类型：图6-1 2KH型计算行星机构的传动比 (7-1)根据表得知，单级传动比最大为13.7，故该HGW型号行星齿轮病患须采用一级行星传动。6.1.2确定行星机构的齿数和模数为提高设计效率，一般不必自行配齿，只须首先将分配比适当调整即可直接查表确定齿数，本题中只需取即可，这样总传动比误差为0.98%，远小于一般减速器实际传动比允许的误差4%，符合要求。7查表取，已知 所以 输入转矩：设载荷不均匀系数在对A-C传动中，小轮、太阳轮传递的转矩为齿数比太阳轮和行星轮的材料选用20CrMnTi，

26、并且都经过渗碳淬火处理；齿面硬度要求为太阳轮5963HRC，行星轮5358HRC；，许用接触应力9取齿宽系数 载荷系数K2.0按齿面接触强度计算中心距：模数： (7-2)式中：a中心距；太阳轮的齿数；行星轮的齿数；将参数代入上式得：取模数m=86.1.3变动系数、变位系数、啮合角的计算为提高啮合齿轮的承载能力，将减少一个齿，改为33并进行不等角变位，则AC传未变位时的中心距为：根据系数：预取啮合角则AC传动中心距变动系数为则中心距： (7-11)式中：A-C中心距；A-C传动中心变动系数；m齿轮模数；将各参数代入式中得：取实际中心距用图校核 和 均在施用区域内，因此根据，实际，纵坐标上1.6处

27、向左作水平直线与号斜线U1.21.6相交，其交点向上作垂直线，与横坐标的交点即为太阳轮的变位系数。7所以行星轮变位系数为 C-B传动未变位时的中心距为则 6.2行星齿轮的几何尺寸的计算按公式分别计算A、C、B齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、基圆直径等.分度圆： 齿顶圆： 齿根圆： 基圆直径： 齿顶系数：太阳、行星轮 内齿轮=0.8顶隙系数：=0.25(内齿轮)太阳轮： 行星轮： 内齿轮： 齿宽：6.3齿轮强度验算：6.3.1 A-C传动计算1.确定计算负荷名义转距： T=9264.8Nm名义圆周力：2.应力循环次数 3.确定强度计算中的各种系数使用系数取：=1.75动负荷系数取：=1.05齿向载

28、荷分布系数： （7-3）式中：计算接触强度时运转初期，取计算接触强度时跑合影响系数，取计算弯曲强度时运转初期齿向载荷分布系数，取计算弯曲强度时跑合影响系数，取与均载系数有关的系数，与均载系数有关的系数，5 7将各参数值代入公式得：齿间载荷分布系数 及因为：精度六级4.齿数比 5.计算接触应力基本值 （7-4）式中：节点区域系数，可知弹性系数，取；重合度系数，5将各参数代入式中得：6.弯曲应力： （7-5）式中：重合度系数， 螺旋角系数，取=1，=1；齿形系数，=2.2；应力修正，取=1.6；=1.0将各参数代入式得：7.接触应力8.许用接触应力 (7-6)式中：寿命系数， 取；尺寸系数，取=0

29、.96； 速度系数，取；粗糙度系数，取； 工作硬化系数，取；润滑系数，取；5 将各参数代入上式得：9.许用弯曲应力： （7-7）式中： 试验齿轮的应力修正系数，；寿命系数，取；相对齿跟圆角敏感系数，取；齿面表面状况系数；尺寸系数，取；5 8将各参数代入式得： a-c传动合格6.3.2 C-B传动的计算1.确定计算负荷名义圆周力：2.应力循环次数3.确定强度计算中的各种系数使用系数 取：动负荷系数取：齿向载荷分布系数：式中：接触强度时运转初期，取跑合影响系数 ，取齿向载荷分布系数，取计算弯曲强度时跑合影响系数，取与均载系数有关的系数，与均载系数有关的系数，5齿间载荷分布系数 及因为： 精度 六级

30、取：节点区域系数可得弹性系数，取由 取：5载荷作用与齿顶的应力修正系数取：重合度系数、螺旋角系数 取： 4.齿数比 5.计算接触应力6.弯曲应力的基本值：7.弯曲应力： 8.确定计算许用接触应力时各种参数寿命系数，得； 润滑系数，取；速度系数，取； 粗糙度系数，取；工作硬化系数，取； 尺寸系数，取；5 89.许用接触应力10.确定计算许用弯曲应力的各种参数试验齿轮的应力修正系数； 寿命系数，取；相对齿跟圆角敏感系数，取：；齿面表面状况系数，； 尺寸系数，取：；5 7 811.许用弯曲应力b-c传动合格结 论在史老师的认真辅导下，我完成了对MGYB 2X125型采煤机截割部减速器的设计，该设计主

31、要分为以下几个部分，现对以下各个部分的计算过程和计算结果进行分析和总结。总体结构的设计部分，在多次分析和改进之后，经过史老师的审核，总体结构的设计符合设计要求，减速器的总体设计通过设计要求。轴的设计，对轴的弯曲强度进行计算和校核。校核的结果表明：轴的强度达到标准。因此传动轴安全，轴的设计也满足了设计要求。齿轮的传动部分，对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度进行计算。结果表明齿面接触强度和齿根弯曲强度全都满足了设计要求。因此齿轮部分达到设计要求。行星轮系部分，通过对装配条件、同心条件和邻接条件进行校核，校核结果表明三个条件全都满足设计要求，行星轮系可以正常运行。因此，通过对各个部分的校核结果进行

32、分析，MGYB 2X125型采煤机截割部减速器设计达到设计标准。在设计过程中，通过具体的设计研究计算，我学到了很多机械行业的基本知识，也得到了宝贵的实践经验，使我的综合设计能力有了很大的提高，受益匪浅。通过这次毕业设计，巩固、加深了在大学期间所学习知识，培养了我综合运用各门课程知识和创新意识的能力。致 谢本设计是在史老师的悉心指导和关心下完成的。这次的设计史老师给了我很多的帮助，这次的设计让我学会了很多的东西，并且取得的成绩每一点都是史老师给我的。在毕业设计中，我学到了很多东西，特别是老师严谨的教学态度以及那渊博的知识深深的影响着我，不论是学习还是生活上，都将会对我以后的人生产生很大的影响。在

33、这里我对本次设计过程帮助过我的老师表示衷心的感谢。大学四年即将结束，我非常感谢这四年内曾经培养教育过我的老师，感谢机械工程学院的所有老师，以及关心、帮助过我的同学，是他们让我的大学时光不留遗憾，在此我衷心希望内蒙古民族大学越办越好。最后，我衷心的感谢参与答辩的各位老师。参考文献1 张勇涛 李英 采煤机截割部结构优化 煤矿机械 期刊 20122 李波 软岩巷道设计施工中应注意的几个问题 煤矿安全 期刊 20063 赵武 金海 采煤机截割部传动系统动态特性分析 机械传动 期刊 20084 孙九如 徐蒙良 采掘机械 中国矿业大学出版社 19905 谭庆昌 赵洪志 机械设计 高等教育出版社 20046 李宜民 宫能平 理论力学 中国矿业大学出版社 19967 郭生龙 电牵引采煤机截割部摇臂瞬态动力响应分析 煤炭机械 期刊 20138 曹艳丽 尚伟 连续采煤机截割部力学性能 辽宁工程技术大学学报 期刊 2013