掘進(jìn)機(jī)截割部設(shè)計(jì)

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1、各部件的結(jié)構(gòu)型式的確定 2.121 切割機(jī)構(gòu) (3)行星減速器 主要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。太陽(yáng)輪與行星輪相嚙合, 此行星輪通過兩個(gè)軸承裝在星輪軸上，兩端裝有孔用彈性擋圈，星輪裝在第一級(jí)行星架相 應(yīng)的軸孔內(nèi)，內(nèi)輪與箱體組成一體并與行星輪嚙合帶動(dòng)第一級(jí)行星架，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)減速 第二級(jí)的太陽(yáng)輪與第一級(jí)行星架為漸開縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽(yáng)輪與第二行星輪嚙合，此行 星輪裝在第二級(jí)的輪軸，此輪軸裝在第二級(jí)行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。這里內(nèi)輪與減速器殼體組 成一體與行星輪嚙合，此星輪不僅自轉(zhuǎn)還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)減速器。 圖2-1 EBZ200E掘進(jìn)機(jī)的截割部行星減速器

2、結(jié)構(gòu) EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mi ne Mach in ery Co. Ltd. 截割機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步確定 電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT477-1996YBI系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇，確定截割功 率為 200kw，額定電壓 AC1140 /660 V，轉(zhuǎn)速 1500rpm 表2-2電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)[13] 功率/kW 效率/% 功率因數(shù) / cos 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最小轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 冷卻水流 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 量/ m3 h 1 額定轉(zhuǎn)矩 200 92

3、 3懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 截割部的組成 掘進(jìn)機(jī)截割部主要由截割電動(dòng)機(jī)、截割機(jī)構(gòu)減速器、截割頭、懸臂筒組成。見圖 3-1. 截割部是掘進(jìn)機(jī)直接截割煤巖的裝置，其結(jié)構(gòu)型式、截割能力、運(yùn)轉(zhuǎn)情況直接影響掘進(jìn)機(jī) 的生產(chǎn)能力、掘進(jìn)效率和機(jī)體的穩(wěn)定性，是衡量掘進(jìn)機(jī)性能的主要因素和指標(biāo)。因此，工 作部的設(shè)計(jì)是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 1截割頭 2 伸縮部 3 截割減速機(jī) 4 截割電機(jī) 圖3-1 縱軸式截割部 截割部電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇 切割電機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)工作條件選取，由設(shè)計(jì)要求可知，所設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可截割硬度 為小于85Mpa的中硬巖，查表2-1可知應(yīng)該選取功率為200KW的截割

4、電動(dòng)機(jī)。電機(jī)動(dòng)力經(jīng) 傳動(dòng)系統(tǒng)傳向截割頭進(jìn)行截割，且機(jī)體為焊接結(jié)構(gòu)，前端與行星減速器相聯(lián)，后端聯(lián)接回 轉(zhuǎn)臺(tái)。電機(jī)輸出力矩，通過花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過內(nèi)花套 鍵與截割頭相聯(lián)，把力（矩）傳遞到割頭上，截割頭以此方式進(jìn)行工作。 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)方式為電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給減速器的輸入軸，減 速器輸出軸通過聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸，主軸帶動(dòng)截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳動(dòng)類型的設(shè)計(jì) 由于行星齒輪傳動(dòng)具有多分流傳動(dòng)、低壓力嚙合、作用力平衡和運(yùn)行多變性等一系列 特點(diǎn)，所以在同等工作條件下與定軸齒輪傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)具有外形尺寸小，重量 輕、傳動(dòng)效率高、工作可

5、靠和同軸傳動(dòng)等許多突出優(yōu)點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外縱軸式掘進(jìn)機(jī)的截割 結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)均采用行星齒輪傳動(dòng)，以期在提高承載能力、效率和可靠性的同時(shí)，盡可能 地減輕重量、縮小外廓尺寸、降低制造成本。要求傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，并滿足一 定的強(qiáng)度要求和減速比要求。因此，這種工作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置多采用行星齒輪傳動(dòng)，以滿 足以上要求。 如果采用一級(jí)減速，則傳動(dòng)比太大，導(dǎo)致齒輪結(jié)構(gòu)很難滿足現(xiàn)實(shí)要求，因此，決定采 用2級(jí)齒輪減速。齒輪系的選取有定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩種。由于懸臂采用內(nèi)伸縮式，電 動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、的減速器相對(duì)于軸向是固定的，從傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等考慮，采 用雙級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)布置圖 3-1

6、 o 圖 3-6 傳動(dòng)系統(tǒng) Fig 3-6 The transmission system 截割電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)、中心輪、行星輪、內(nèi)齒輪、中心輪、行星輪和聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)切 割頭進(jìn)行切割。 中心輪固定在懸臂主軸上，行星輪與之嚙合，同時(shí)又與一個(gè)內(nèi)齒輪嚙合，內(nèi)齒輪固定在箱 體上。 使減速器的強(qiáng)度能滿足電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和動(dòng)載荷，即使電動(dòng)機(jī)過載以至停止，減速 器也不至于出現(xiàn)機(jī)械故障。若減速器的強(qiáng)度不能滿足電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，必須設(shè)過載保護(hù) 裝置，如安全銷、壓緊彈簧、液壓或摩擦聯(lián)軸器等。 4 截割部減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 電機(jī)選擇 截割速度 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，截割頭轉(zhuǎn)速 n= 46r/min 截割功率

7、 根據(jù)所截割煤巖的特性、工作機(jī)構(gòu)的類型，參照類似工作條件、工作范圍的國(guó)內(nèi)外各 種掘進(jìn)機(jī)，來選定截割電機(jī)功率。 表 4-1 我國(guó)主流掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)性能表 Table of mainly performance of roadheader in China 技術(shù)參數(shù) AM50 S-100 EBJ-120TP EBZ200TY S150J ELMB-75C EBJ-200SH 斷面/ m2 6?18 8?23 8?18 9?21 9?23 6?17 8?24 可截割硬度 /MPa 60 70 60 80 80 70 80 ?100 機(jī)重/t 2

8、7 36 53 總功率/kW 174 145 190 250 205 130 314 截割功率 /kW 100 100 120 200 150/80 75 200 適應(yīng)坡度/ (°) 16 16 16 16 16 16 16 系統(tǒng)壓力 /MPa 16 16 16 23 16 16 16 外形尺寸 xx xx xx xx xx xx xx /mx mx m 生產(chǎn)廠家 淮南 佳木斯 太原分院 太原分院 佳木斯南京晨光 上海分院 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，截割硬度小于 85Mpa選擇截割功率為200kW

9、。 選擇電機(jī) 根據(jù)截割功率選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為： YBUD-200鬲爆電動(dòng)機(jī) 其主要性能數(shù)據(jù)如下： 表4-1 型號(hào) 額定 同 滿 功率 步 載 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 速 速 YBUD-200 200KW 150 146 0 0 r/m r/m in in 截割減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)性能要求：傳動(dòng)比大，輸入軸與輸出軸具有同軸性，選用行星齒輪傳動(dòng)。 因傳動(dòng)比較大，采用兩級(jí)行星傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖 4-2 : 27 — 一一 —— TTT —I- 圖4-1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)

10、圖 Fig 4-1 The diagram of tran smissi on system 行星減速器主要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。太陽(yáng)輪與行 星輪相嚙合，此行星輪通過兩個(gè)軸承裝在星輪軸上，兩端裝有孔用彈性擋圈，星輪裝在第 一級(jí)行星架相應(yīng)的軸孔內(nèi)，內(nèi)輪與箱體組成一體并與行星輪嚙合帶動(dòng)第一級(jí)行星架，實(shí)現(xiàn) 第一級(jí)減速⑺。 第二級(jí)的太陽(yáng)輪與第一級(jí)行星架為漸開縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽(yáng)輪與第二行星輪嚙合，此行 星輪裝在第二級(jí)的輪軸，此輪軸裝在第二級(jí)行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。這里內(nèi)輪與減速器殼體組 成一體與行星輪嚙合，此星輪不僅自轉(zhuǎn)還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)減速器。 為了盡量減

11、小減速器體積和重量，將行星減速器的外殼與兩級(jí)行星傳動(dòng)的內(nèi)齒圈設(shè)計(jì) 成一體。這種結(jié)構(gòu)使得低速級(jí)和高速級(jí)的內(nèi)齒圈齒數(shù)相等， 整個(gè)輪系中齒輪的模數(shù)也相等。 傳動(dòng)比的分配 確定總傳動(dòng)比并根據(jù)傳動(dòng)比分配理論分配各級(jí)傳動(dòng)比 ，并選擇齒輪齒數(shù) i 總=n0 / n =1460/46= 高速級(jí)的傳動(dòng)比： i,= .1.35 i 6.546 低速級(jí)的傳動(dòng)比： i i2 4.849 ii 各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 按指導(dǎo)書表確定各零件效率?。? 聯(lián)軸器效率聯(lián)= 齒輪嚙合效率 齒=（齒輪精度為7級(jí)） 滾動(dòng)軸承效率承= 滾筒效率 卷筒 = 開式齒輪嚙合效率 開齒 = 0 軸（電動(dòng)

12、機(jī)軸）： P0=Pr =200kw n 0 =1460r/min T0 = 0n0 = x 200X 10‘/1460=軸： Pi= P 0 X 聯(lián)=p° X 聯(lián)=200X = 98kw n1=1460r/min T1=XP 1 /n 1 =X 198X 103/1460=軸： P2 =P-i X 12 =p0 X 齒 x 承=200xx = n2= n1/i 1=1460/=min T2=X P2/ n 2=XX 103/=軸： P3=P2X 23 = P 2 X 齒 X 承 =XX= n3 = n2/i2==min T3=XP3/ n 3 =X X 103/=

13、 4.2.3 齒輪部分設(shè)計(jì) 4.2.3.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) (1)選擇齒輪材料: 太陽(yáng)輪選用45#鋼 調(diào)質(zhì)處理HRC仁5—62 行星輪選用45#鋼 調(diào)質(zhì)處理HRC2=5—62 (2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算： 齒寬系數(shù) d ,查教材表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取 d 齒輪齒數(shù)的選擇： 傳動(dòng)比條件： Z3/乙扁1 同心條件(各齒輪模數(shù)相同)： Z3 Zi 2Z2 均布條件(N為整數(shù))： (Zi Z3)/k N 鄰接條件： (Zi Z2)/si n(180：/k) z 2h「 根據(jù)以上四個(gè)條件選擇 Z1=21 Z2=57 Z3=135 k=3

14、 實(shí)際傳動(dòng)比u=Z3/Z計(jì)仁 傳動(dòng)比誤差 u/u= () /= 誤差在5%內(nèi)，合適 1)確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)， 比照公式：Vt (0.013 0.022)n。3 po / n。 (4-1 ) 估取圓周速度Vt=6.08m/s,參考教材表8-14，8-15選取II公差組7級(jí) 2)太陽(yáng)輪分度圓直徑d1, 由下式得： d1 32KT1?U 1（ZE?ZH?Z ）2 （ 4-2） \ d u [ H ] a齒寬系數(shù) d : 查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取 d = b太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)矩T1 : T 1 = c 載荷系數(shù) K : K=K AKVK K （ 4-3） 使用系數(shù)

15、KA : 查表得KA = 動(dòng)載荷系數(shù)匚： 查表得Kv = 齒向載荷分布系數(shù) K : 查表取K =1 齒間載荷分配系數(shù)K :由下式及其 =0得 11 1 1 [1.88 3.2( )]cos =[ 旦表并插值得 乙 Z2 20 80 K = 則載荷系數(shù)K的初值K K = XX 1 X = d彈性系數(shù)ZE : 查表取得Ze=. N / mm2 e節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)（ 0,X1 X2 0）:根據(jù)條件查圖可得Zh = f重合度系數(shù)Z : 查表（ 0），取Z = g許用接觸應(yīng)力［h ]：[H ] Hlim1 ? ZN ? Zw / SH (4-4

16、) 接觸疲勞極限應(yīng)力 Hlim1 , Hlim 2，查表可得 Hlim1 =570N/mm 2 H“m2=460N/mm 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N : N1 60njLh 60 1460 300 8 5 1.05 1010 N2 N1 /u =1.05 1010 /7.429 =X 109 則查表得出接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)Zn1,Zn2 （不允許有點(diǎn)蝕），ZN1 Zn2 1 硬化系數(shù)Zw : 根據(jù)設(shè)計(jì)條件查圖可取Zw=1 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) S,按照一般可靠度查SHmir=―,取S=, 2 [H1] =570X 1 X 1/=518N/mm 2

17、[H2] 460X 1 X 1/=418N/mm 所以太陽(yáng)輪分度圓直徑di的設(shè)計(jì)初值dit為 d1t 73.49mm 2 1.81 71950? 4 1(189.8?2.5?0.87)2 01 ' ~4~( 418 ) 齒輪模數(shù) m : m= dQ Z1=2仁 取m=4 太陽(yáng)輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值： d ' 1t Z1m=21 X4=84mm 圓周速度 v: v d '1t n1 / 60000 84 1460/60000 6.42m/s 與估取值vt 6.08m/s相近，對(duì)K/取值影響不大，不必修正KV 所以可以取定： K v=K/t=，K=K= 太陽(yáng)輪分度圓

18、直徑d1: d 1=d '1t =84mm 行星輪分度圓直徑 d2: d 2=mZ=4X 57=228mm 中心距a : 齒寬b: a= m(乙乙)4(21 57) 160mm 2 2 b d ? d1tmin 0?5 73.49 36.74mm,取 37 行星輪齒寬 b2 : b 2=b=37mm 太陽(yáng)輪齒寬 b1: b 1=bz+(5--10) 取 b1=45 內(nèi)齒圈分度圓直徑：d3=mZ=4X 135=540mm 低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) (1)選擇齒輪材料: 行星輪選用45#鋼 調(diào)質(zhì)處理HRC2=5—62 （2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：

19、齒寬系數(shù) d ,查教材表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取 d 齒輪齒數(shù)的選擇： 傳動(dòng)比條件： Z3/乙扁1 同心條件（各齒輪模數(shù)相同）： Z3 Zi 2Z2 均布條件（N為整數(shù)）： （Zi Z3）/k N 鄰接條件： （Zi Z2）/si n（180：/k） z 2h； 根據(jù)以上四個(gè)條件選擇 Z1=29 Z2=53 Z3=135 k=3 實(shí)際傳動(dòng)比u=Z3/Z計(jì)仁 傳動(dòng)比誤差 u/u=（）/= (4-5) (4-6) (4-7) 齒間載荷分配系數(shù)K : 由下式及其 =0得 誤差在5%內(nèi)，合適 1) 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)比照公式： vt (0.0

20、13 0.022)n23 p2/n2 估取圓周速度Vt=s,參考教材表8-14 , 8-15選取II公差組7級(jí) 2) 太陽(yáng)輪分度圓直徑d1, 由下式得： 』2KT2 u 1 ZE?ZH?Z 2 d2 3 ― ?—( E [ H]) V d u [ h] a齒寬系數(shù)d : 查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取 d = b太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)矩T2 : T 2 = m c載荷系數(shù)K : K=K aKvK K 使用系數(shù)Ka : 查表得Ka = 動(dòng)載荷系數(shù)Kv : 查表得Kv = 齒向載荷分布系數(shù)K : 查表取K =1 11 1 1 [1.88 3.2(-久問=[亦80查表

21、并插值得 K 則載荷系數(shù)K的初值Kt K = XX 1X = d彈性系數(shù)ZE : 查表取得ZE=. N / mm [H2] 460X 1 X 1/=418N/mm 所以太陽(yáng)輪分度圓直徑d1的設(shè)計(jì)初值d1t為 2 1.81 7287860?5.5 1(189.8?2.5?0.87)2 勺 0.8 ' 5.5( 418 ) e節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)（ 0,X1 X2 0）:根據(jù)條件查圖可得Z h = f重合度系數(shù)Z : 查表（ 0），取Z = g許用接觸應(yīng)力[ H ] : [ H ] Hlim1 ?ZN ?Zw/ Sh (4-8) 接觸疲勞極限應(yīng)力 Hl

22、im1 , H“m2，查表可得 小盲=570N/mm H阮 2 2 =460N/mm 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N : N1 60njLh 60 197.32 300 8 5 1.42 108 N2 N1 /u =1.42 108/5.5 = X 107 則查表得出接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)Zn1,Zn2 （不允許有點(diǎn)蝕）,Zn1 Zn2 1 硬化系數(shù)Zw： 根據(jù)設(shè)計(jì)條件查圖可取Zw=1 接觸強(qiáng)度安全系數(shù)S,按照一般可靠度查SHmin=―,取S=, 2 d2t 113.8mm [H1] =570X 1 X 1/=518N/mm 齒輪模數(shù) m : m= d2t/Z2=29= 取

23、 m=4 太陽(yáng)輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值： d ' it Zim=29X 4=116mm 圓周速度 v: v d'1t n2/60000 120 197.32/60000 1.24m/s 與估取值vt 1.29m/s相近，對(duì)KV取值影響不大，不必修正KV 所以可以取定： K v=KVt=， K=K= 太陽(yáng)輪分度圓直徑d1: d 1=d'1t=116mm 行星輪分度圓直徑 d2: d 2=mZ=4X 53=212mm 中心距a : a= m(Z1 Z2) 4(29 53) a= 2 2 164 mm 齒寬b: b d ? d1tmin °?5 113.8 56.9

24、mm，取 57 行星輪齒寬 b2 : b 2=b=57mm 太陽(yáng)輪齒寬 b1: b 1=b+(5--10) 取 b1=65mm 內(nèi)齒圈分度圓直徑： d 3=mZ=4X 135=540mm 軸設(shè)計(jì)及校核 輸入軸、中間空心軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩作用而無(wú)彎矩作用，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)只需 按照許用轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算出最小軸徑，然后按照軸上零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要再對(duì)軸 進(jìn)行校核計(jì)算 輸入軸: 材料 40Cr ( A 100.7^98) 功率 P 158.4KW 轉(zhuǎn)速 n 1460r/min (4-9) 輸出軸: 材料 40Cr ( A 100

25、.7^98) 功率 P 143.14KW 轉(zhuǎn)速 n 36r/min (4-10) [p !143 14 d輸出 A3 n 100 3 36 158?4 中間空心軸 材料 40Cr ( A 100.7^98) 功率 P 150.58KW 轉(zhuǎn)速 n 197.32 r/min 蟲 0.53 1.03 100 110 93.59 1.03 108.7 (4-11 ) (4-12) (4-13) 行星輪軸 行星輪軸不僅承受嚙合作用力對(duì)其施加的載荷，而且還要承受行星齒輪的離心力對(duì) 其施加的載荷。 圖4-2齒輪運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 The diagram of gea

26、r's load 行星輪c作用于中心輪a的切向力： 高速級(jí)： Fca1 2000Ta1 2000 1036.11 7771 N （4-14） np1d al 3 88.89 2000Ta2 7287.86 低速級(jí)： F ca2 2000 24987 n P2da2‘ 3 194.44 中心輪a作用于行星輪c 的切向力： 高速級(jí)： Fac1 Fca1 -7771 （4-15）  低速級(jí)： Fac2 Fca2 24987 內(nèi)齒輪 b 作用于行星輪 c 的切向力：

27、 高速級(jí)： Fbc1 Fac1 -7771 （4-16） 低速級(jí)： Fbc2 Fac2 24987 轉(zhuǎn)臂 x 作用于行星輪 c 的切向力： 高速級(jí)： Fxc1 2Fac1 15542 （4-17 ） 低速級(jí)： Fxc2 2Fac2 49974 轉(zhuǎn)臂 x 所受的作用力： 高速級(jí)： Fcx1 Fxc1 15542 （4-18） 低速級(jí)： Fcx2 Fxc2 49974 內(nèi)齒輪 b 所受的切向力： 高速級(jí)： Fcb1 Fbc1 7771 （4-19 ） 低速級(jí)： Fcb2

28、 Fbc2 24987 嚙合作用力載荷為中心輪 a 和內(nèi)齒輪 b 作用于行星輪 c 的切向力之和： 低速級(jí)： F 嚙合 2 Fac2 F bc2 2 Fac2 49974 離心力： 高速級(jí)： Fli 6.73 10 11d"bnjrx。 198 (4-21 ) 低速級(jí)： Fli 6.73 10 11dfbn；rx o 73 (4-22) 兩種作用力在同一平面內(nèi)，方向垂直，其合力為: 高速級(jí)： Fd - F嚙合12 F離心12 15543 低速級(jí)： Fc2 - F嚙合2 F離心2 49975 行星輪軸最可

29、能的失效形式是剪斷，應(yīng)校核其剪切應(yīng)力 材料40Cr 40^52 高速級(jí)： 4Fc1 4 15543 2 2 5.5 d1 3.14 60 低速級(jí)： 4Fc2 4 49975 2 2 6.37 d2 3.14 100 (4-23) 軸承設(shè)計(jì)及校核 在結(jié)構(gòu)要求很緊湊時(shí)?可選用無(wú)內(nèi)圈和外圈的滾針軸承，此時(shí)滾道就是行星輪孔壁和 行星軸表面。 由于掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)行星減速器的外廓尺寸受到極大的限制，行星齒輪直徑太小 其軸承的選用便是要解決的難題之一。 根據(jù)上述限制條件，一般要選擇內(nèi)外徑之差如此小的軸承，通常會(huì)首先選用滾針軸承 或滑動(dòng)軸承可是采用滾針軸承雖能滿足尺寸方

30、面的要求，但在承受強(qiáng)烈沖擊及重負(fù)荷的工 況下，其使用壽命不能滿足可靠性方面的要求。而滑動(dòng)軸承因偏載、潤(rùn)滑等問題，同樣保 證不了可靠性要求。為了解決這一難題，在該機(jī)的設(shè)計(jì)中采用了另一種形式，即用行星齒 輪內(nèi)孔充當(dāng)軸承滾子的外圈滾道，行星軸圓柱面充當(dāng)本軸承滾子的內(nèi)圈滾道，在內(nèi)外滾道 間充填短圓柱滾子，與行星齒輪、行星軸等共同組成行星齒輪軸承。 在該軸承的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了以下幾個(gè)方面 : 1）結(jié)構(gòu)。短圓柱滾子安裝在齒輪內(nèi)孔和軸之間閥。在圓周上排列著的短圓柱滾子問 設(shè)有保持架，在軸向方向因有多排短圓柱滾子，排與排之間設(shè)有鋁青銅制成的隔環(huán)，防止 排與排間的運(yùn)動(dòng)干涉。 2）潤(rùn)滑。由于良好的潤(rùn)滑可以

31、減小摩擦 ，降低發(fā)熱，使行星齒輪軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)．延 長(zhǎng)其使用壽命。當(dāng)多排圓柱滾子披密集地安裝在行星齒輪孔及軸之間，處于中間排的短圓 柱滾子潤(rùn)滑比較困難。在行星齒輪齒根處鉆幾個(gè)直通至排與排之間的小孔，小孔的個(gè)數(shù)視 短圓柱滾子排數(shù)而定．小孔座均勻分布在齒輪圓周上。 3）精度。由于行星齒輪內(nèi)孔充當(dāng)軸承外滾道，行星軸表面充當(dāng)軸承內(nèi)滾道，因此對(duì) 行星齒輪內(nèi)孔及軸的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度等要求較高，均按滾動(dòng)軸承的精度 標(biāo)準(zhǔn)予 以考慮。另外 ，尺寸公差的給出除參照標(biāo)準(zhǔn)推薦值外，還同時(shí)考慮短圓柱滾子、 廂環(huán)、擋環(huán)等相關(guān) 件的尺寸精度 ，并通過計(jì)算確定，最終還要滿足滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于 滾子軸承軸向游隙和

32、徑向游隙的要求。 4) 材料及熱處理。該軸承中與短圓柱滾子相接觸的行星齒輪和軸表面，除具有高的 加工質(zhì)量外，還要有很高的熱處理硬度?同時(shí)為兼顧齒輪和軸對(duì)高強(qiáng)度的要求?因此在選 擇材料時(shí)，通常采用高強(qiáng)度滲碳淬火鋼?如 18Cr2N4W 20Cr2N4A等?這類鋼材除具有很 高的強(qiáng)度，而且通過滲碳淬火，可使?jié)B碳表面達(dá)到 HRC58-63。 花鍵設(shè)計(jì)及校核 花鍵設(shè)計(jì)及校核 花鍵聯(lián)結(jié)為多齒工作，承載能力高，對(duì)中性好，導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中小， 對(duì)軸穀的削弱小。 矩形花鍵加工方便，可用磨削方法獲得較高的精度。按齒數(shù)和齒高不同規(guī)定有輕、中 兩個(gè)系列。應(yīng)用廣泛。一般用于輕載和中載。

33、漸開線花鍵受載時(shí)齒上有徑向分力，能起自動(dòng)定心的作用，使各齒載荷作用均勻，強(qiáng) 度高，壽命長(zhǎng)，加工工藝與齒輪加工相同，易獲得較高的精度和互換性。用于載荷較大， 定心精度要求高，以及尺寸較大的聯(lián)結(jié)。齒根有平齒根和圓齒根，漸開線有標(biāo)準(zhǔn)壓力角 30°、。和45°。30。壓力角花鍵應(yīng)用廣泛，既適用于傳遞運(yùn)動(dòng)，又適用于傳遞動(dòng)力，不 僅適用于固定聯(lián)結(jié)，而且適用于滑動(dòng)和浮動(dòng)聯(lián)結(jié)， 45°花鍵適用于固定聯(lián)結(jié)，通常用于傳 動(dòng)精度要求不太高的結(jié)構(gòu)上，?；ㄦI介于上述兩者之間，常用于聯(lián)軸器。 聯(lián)軸器花鍵： 壓力角 d 37.5，Z 20 m 2.5 大徑尺寸 Dee m(Z 0.9) 66.15 強(qiáng)度校核：一般

34、的花鍵聯(lián)結(jié)只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度和耐磨性計(jì)算。對(duì)于靜聯(lián)結(jié)，其主要失效 形式是齒面壓潰，偶爾也會(huì)發(fā)生齒根被折斷，對(duì)于動(dòng)聯(lián)結(jié)，主要的失效形式是工作面的過 度磨損。本次設(shè)計(jì)的花鍵都是靜聯(lián)結(jié)，其強(qiáng)度條件為： pp (4-24) 2T Zhld 2 1046.58 p 0.8 20 0.9 3.5 40 20 2.5 °021 pp 滿足強(qiáng)度 輸出軸花鍵: 選用壓力角D 30 20 m 2.5大徑尺寸Dee m(Z 1) 52.5 強(qiáng)度校核 2 37970.81 0.8 29 3.5 66 29 3.5 0.046 pp滿足強(qiáng)度

35、 低速太陽(yáng)輪花鍵 根據(jù)結(jié)構(gòu)，高速級(jí)轉(zhuǎn)臂與低速級(jí)太陽(yáng)輪聯(lián)結(jié)的外花鍵與低速級(jí)太陽(yáng)輪設(shè)計(jì)成一體，所 以該花鍵聯(lián)結(jié)的尺寸參照太陽(yáng)輪的尺寸，只進(jìn)行強(qiáng)度校核。 p 2 7287.86 0.18 pp 滿足強(qiáng)度 0.8 29 4 48 29 4 聯(lián)軸器的選擇 輸入端聯(lián)軸器的選擇 (4-25) 計(jì)算轉(zhuǎn)矩：Tc K?T K ?9550-pw Tn Nm 查表知K=. TC K ?T K?9550巴 *9550**200/1460= n 根據(jù)工作情況要求，決定高速軸I與電動(dòng)機(jī)軸之間選用彈性柱銷聯(lián)軸器。按 [1]表 4-2-22查聯(lián)軸器型號(hào)為：HL5聯(lián)軸器55 142 GB5014-85

36、輸出端聯(lián)軸器的選擇 計(jì)算轉(zhuǎn)矩：TC K ?T K?9550旦 Tn Nm n 查表知K=. TC K ?T K?9550 匹 *9550*36= n 根據(jù)工作情況要求，低速軸V與工作機(jī)主軸之間需要選用三個(gè)漲套聯(lián)軸器。漲套聯(lián)軸 器是靠正壓力產(chǎn)生漲緊力，而通過漲緊力產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭矩。漲套聯(lián)軸器除具有傳遞 扭矩大、對(duì)中性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)之外，還可起緩沖和過載保護(hù)作用。 所以選用Z18型脹緊聯(lián)結(jié)套。標(biāo)記為：乙8型脹緊聯(lián)結(jié)套120X 112 ;其基本尺寸為 表4-2 d D i L Mt Ft dt n Ma Pt G 基 本 尺 寸 額定 螺母 脹套與軸結(jié)合 重量 負(fù)載 面上壓力 mm KN dt n N/mm2 kg 120 165 100 112 673 M12 15 145 165