矿井提升绞车减速器设计.docx

摘 要
提升绞车作为煤矿等相关产业用作升降物料和人员之用，也可作为小型竖井的提升设备。
减速器是用来匹配转速和传递转矩的机械装置，通常用运输、化学工业、装卸物质和造船工业中应用比较广泛。
在机械系统中，润滑系统占有很重要的地位，也是一个非常重要的环节。其作用是：提升绞车工作的时候，它会通过不间断地向主轴承、减边器轴承和啮合齿面压送润滑油，以达到轴承与各个齿轮之间能够良好的工作。
提升绞车的主轴也是传动的主要部件。主轴在工作时应当承受工作过程中的外负荷，以至于不发生残余变形和过量的弹性变形，同时还要保证一定的使用寿命。
关键词：减速器；齿轮；轴承；主轴；润滑

Abstract

Key words: hoist；reducer；coupling；spindle

目 录
摘 要 I
Abstract II
前言 1
1 矿井提升绞车 2
1．1 矿井提升绞车的用途和发展概况 2
1．2 矿井提升绞车的工作原理及分类 4
1．3 矿井提升绞车的主要组成部分和各部分的用途 6
2 减速器 13
2．1 减速器的工作原理及发展趋势 13
2．2 固定轴线式减速器特点及分类 15
2．3 行星减速器及其它类型减速器介绍 20
3 电机的选择与传动装置动力参数的计算 23
3．1 电机的选择 23
3．2 传动装置的动力参数计算 24
4 减速器齿轮的设计计算 27
4．1 高速轴齿轮的设计计算 27
4．2 低速轴齿轮（斜齿轮）的设计计算 32
5 减速器轴的设计计算 38
5．1 高速轴的设计计算 38
5．2 减速器中间轴的设计计算 38
5．3 低速轴的设计计算 38
6 减速器其它零件的选择与计算 44
6．1 轴承的选择 44
6．2 键联接的选择和验算 45
6．3 联轴器的选择 46
6．4 润滑及密封 47
7 结论 48
致谢 49
参考文献 50

前言
矿山提升绞车是工矿企业中几种大型固定的机械之一。在生产的过程中，其任务就是通过井筒提升煤炭，矿石，下放材料，器械，升降人员和设备。矿井提升绞车经历了许多年的发展，从最初的蒸汽型到现在的交变频型，从最初的单绳缠绕到现在的多绳，双绳缠绕式。在我国古代就发明了类似提升绞车的工具，新中国成立后，我们国家建立了自己的提升绞车制造业，不断向前发展。
国外矿井提升绞车也有很多年的发展历史。随着科学的不断进步，各项应用新技术也在逐渐推广和使用。现在我国可以成批生产各种现在大型化的矿山提升设备，无论是从设计，制造，控制等方面还是质量以及各种零部件的后续保障，都已经达到国际先进水平。减速器做为提升绞车重要的组成部分，占有相当重要的地位。
本文主要针对提升绞车减速器进行设计，减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩。常安装在箱体内成为独立部件。通过这次设计就是专门针对提升绞车减速器的传动结构形式进行的，可以了解减速器的功用和结构，提升绞车所使用的减速器的形式。

1 矿井提升绞车

1．1 矿井提升绞车的用途和发展概况
矿井提升绞车作为矿山的重要设备之一，是联系井下与地面的主要运输工具。
矿井提升绞车主要用于煤矿等类似产业中提升煤炭、矿石，升降人员、下放材料、工具和设备。所以如何选用合适的矿井提升绞车是件很重要的事。
矿井提升绞车应具备如下几大重要特点：
（1） 安全性
安全第一，是每个层次的生产工作中最为重要的。安全性，就是不能发生突然事故。由于矿井提升绞车在矿山生产中十分重要，其安全性，不仅影响整个矿井的生产，而且还涉及工作人员的生命安全。
（2） 可靠性
可靠性，是指能够可靠地连续长期运转而不需在短期内检修。矿井工作夜以继日的不断工作，工作量也非常巨大。良好的可靠性也是很重要的因素。
（3） 经济性
功率大，耗电多是提升设备的主要影响经济的因素。所以提升设备的造价和工作性能，对其生产经济有很大的关联。
矿井提升绞车已有很长的发展历史，在我国古代就发明了类似提升记得工具设备古代的封建社会，解放前期战争，使得工业得不到发展。解放后，我国建立了自己的提升绞车制造业，并且不断发展。现在我国可以成批生产各种现在大型化的矿山提升设备，无论是从设计，制造，控制等方面还是质量以及各种零部件的后续保障，都已经达到国际先进水平。
国外矿井提升绞车的发展也有几百年的历史了。从蒸汽提升机到第一台单绳摩擦型，之后的多绳型，提升设备的发展也在日新月异。新的科学技术，新的应用技能，都在帮助这其快速，高效的发展。此外，提升设备的各项具体技术也都有飞速的发展。新型的制动装置，提升所用的钢丝绳，自动化控制等，都在不断地创新。从而达到更高效，自动化的发展。
1．2 矿井提升绞车的工作原理及分类
按照其工作原理的不同，分为单绳缠绕式和多绳摩擦式两种不同的类型。
单绳缠绕式提升绞车的工作原理如图1—1所示。详细介绍来说，用一根比较粗的钢丝绳在卷筒上下缠绕，然后实现容器的提升和下放。在工作面中，提升绞车都安装在地面的专门提升绞车房里。图1—1所示为单绳缠绕式单卷筒提升绞车，卷筒的上方安装固定好两根比较粗的钢丝绳，然后使缠绕在上面的两根钢丝绳缠绕的方向相反。安装好之后，当电动机经过减速器的时候，带动卷筒旋转。从图中可以看出，其卷筒上下缠绕需要卷筒本身具有一定的缠绕表面积，这样可以缠绕钢丝绳根据情况的不同而安装的钢丝绳的长度。单绳缠绕式的工作性能，规格等都是通过其缠绕的表面积不同而确定的。
多绳摩擦提升绞车如图1-2所示，根据如图所示，可以看出，其工作原理与单绳型不同。多绳型的上面所用的钢丝绳不用固定缠绕在卷筒上面，而是垂直搭放的形状在主导轮的摩擦衬垫上面的。从图中可以看出，其工作的时候，钢丝绳拉近的程度为正压力紧压在衬垫上面的。在钢丝绳悬挂的两端为提升时所用的容器，在这个容器的下面还有平衡尾绳。多绳摩擦式的特点也是通过其摩擦力而进行工作的。在提升绞车工作的时候，钢丝绳以其一定的正压力紧紧的压在摩擦衬垫的上面，然后主动轮由电动机带动通过减速器带动想朝着某方向转动的时候，钢丝绳和摩擦衬垫之间便会有很大的摩擦力产生，从而使钢丝绳在摩擦力的作用之下，跟着主动轮一起上升或下降，然后实现容器的上升或下降工作。一般来说，多绳型大多用于矿井比较深的工作面和运输，提升量比较大的工作面。
通过单绳缠绕式和多绳摩擦式两种类型不同的提升机介绍和分析其工作的原理，我们可以根据其不同的结构性能特点，分别应用在不同的矿井之中。在我们国家大多矿井比较浅，这样为了节省，以及实用性，单绳型仍然是主要的工具设备。在碰到大型矿井，深度比较深的矿井，应该选用多绳型提升机。所以说我们要根据情况的不同再选择使用的设备，不要为了节省，方便而造成不必要的事故发生。
还有根据不同的出发点，矿井提升设备还可以有以下的几种分法：
（1） 按用途划分为：
主井提升设备，提升煤炭或矿物；副井提
升设备，完成辅助提升任务。
（2） 按提升绞车类型划分为：缠绕式提升绞车
和摩擦式提升设备，这两个都可以用作主井的提升或副井的提升。
（3） 按拖动方式划分为：交流提升设备和
直流提升设备。
（4） 按井筒的角度划分为：立井式提升设
备、斜井式提升设备。

1．3 矿井提升绞车的主要组成部分和各部分的用途
矿井提升绞车作为一个完整的机械——电气机组，它的组成部分包括：工作机构；制动系统；润滑系统；观测和操纵系统；拖动、控制和自动保护装置；辅助部分。
下面扼要介绍一下各个部分的用途。
一、 工作机构
工作机构主要是主轴装置和主轴承等，它的作用是：
（1）缠绕或搭放提升钢丝绳；

（2）承受各种正常载荷（包括固定静载荷和工作载荷），并将此载荷经过轴
承传给基础；
（3）当提升水平变化时，根据不同的形式，调整主要的绳索的钢丝绳的长度。当然，这个条件对应的只是单绳式，对其它型设备不可用。
所以说，主轴装置是比较重要的，它需要保护很多其内在零部件的 刚度和强度。
按照规定来说，设备的主轴装置的零部件，如卷筒等应该符合其规定的比值和相应的要求：
对于地面设备：
，
对于井下提升设备：
，
（对于围包角的多绳摩擦式提升绞车，）
式中 D ——提升绞车卷筒或主导轮名义直径（毫米）；
——钢丝绳直径（毫米）；
——钢丝直径（毫米）。
单绳缠绕式提升绞车主轴装置的卷筒外面设有木衬。木衬的作用是作为钢丝绳的软垫，在其上钢丝绳不会发生过度变形。木衬应用柞木、水曲柳或榆木等制作。松木不适于作木衬，因为它在横过纤维的压力作用下，经常开裂，使用寿命仅为几个星期。木衬每块的长度与卷筒宽度相等，其厚度应该大于或等于所用钢丝绳的直径两倍的值数，一般为100毫米左右（对于直径大于50毫米的钢丝绳，以采用150毫米为宜），每块的宽度在150~200毫米之间，断面成扇形。固定卷筒木衬的螺钉头，应沉入木衬厚度三分之一以上；当全部木衬固定完以后，应用木塞沾胶水将螺钉头塞死，并须用木榍将木衬夹缝添满。使用中的木衬，当因磨损使螺钉头的沉入深度尚存10毫米时，即应重新更换。
卷筒木衬必须刻制绳槽，其尺寸关系如下式所示：
（毫米）
式中 A——沟槽的深度（毫米）。
两相邻沟槽的中心距t可参照下式计算：
（毫米）
单绳缠绕式提升绞车的主轴装置分单卷筒（以下简称单筒）和双卷筒（以下简称双筒）两种。双筒提升绞车有两个卷筒，即固定卷筒和游动卷筒，在游动卷筒里面设有调绳装置。其主要的作用为：需要更换提升水平所用的钢丝绳的长度的时候，借用装置让涌动卷筒和主轴相分开，然后就可以转动固定卷筒，从而调整钢丝绳所用长度。结束的时候，借用调绳装置使游动卷筒与主轴连接上，然后就可以让提升机恢复正常的工作了。
二、 制动系统
制动系统分为制动器和液压传动装置两个部分。
制动器的作用是：
（1） 当提升绞车在突发情况或停止正在工作的时候，能够即时稳定的闸住正在运作的机器或者其他设备。
（2） 当需要下放所需物品或者减速时，能够对提升绞车及其设备相应的控制住。
（3） 当发生事故的时候，或者遇到紧急的事情，能让工作的绞车安全迅速停车，从而减少事故的严重性。

液压传动装置的作用：
液压传动装置通过控制制动器的工作，和为制动器的能源动力装置，根据工作所需要的情况，来实现工作制动和安全制动。按照规定要求，液压传动装置需要满足以下要求：
（1 ）工作制动和安全制动时，制动力矩不得小于提升或下放载荷最大静力距的三倍，
即：

式中 ——制动力矩（公斤米）
——提升绞车实际使用时的最大静力矩（公斤米）。
（2 ）当游动卷筒与主轴脱开时，制动系统作用在一个卷筒上的制动力矩应
大于或等于空容器和钢丝重量在一个卷筒上所造成的静力矩的1.2倍，即：

式中 ——当游动卷筒与主轴脱开时，制动系统在一个卷筒上所造成的制动力矩（公斤米）；
——当游动卷同与主轴脱开时，空容器和钢丝绳重量在一个卷筒上所造成的静力矩（公斤米）
（3）制动系统应保证下放重物时安全制动的减速度不小于1.5，提升重物时的减速度不大于5。
（4）工作制动和安全制动不应同时重合以免产生过大的制动力矩。
（5）安全制动时，制动器空行程时间不得大于0.5秒。
（6）对于多绳摩擦式提升绞车，安全制动时的减速度不应使钢丝绳在主导轮摩擦衬垫上产生滑动。
液压传动装置是矿井提升绞车整个控制系统的心脏部分。液压传动装置的结构和性能直接影响到整个机器的控制性能。
三、 机械传动系统
机械传动系统分为减速器和联轴器。
（1）减速器的作用：矿井提升绞车主轴的转数由于受提升速度的限制，其工作的情况在
10～60r/min之间；当用作拖动的电动机的转数，一般在480～960r/min之间。
（2 ）联轴器作用是设备工作的时候，通过连接绞车的用作旋转的部分，然后传递所需的动力。
四、 润滑系统
润滑系统的作用是：在提升绞车工作时，不间断地向主轴承、减速器轴承和啮
合齿面压送润滑油，以保证轴承和齿轮能良好的工作。润滑系统必须与自动保护系统和主电动机联锁：即润滑系统失灵时（如润滑油压力过高或过低、轴承温升过高等），主电动机断电，提升绞车进行安全制动。启动主电动机之前，必须先开动润滑油泵，以确保机器在充分润滑的条件下工作。
五、 观测和操纵系统
观测和操纵系统包括斜面操纵台、深度指示器和测速发电机装置。
深度指示器的作用是：
（1） 指示提升容器的运行位置；
（2） 容器接近井口卸载位置和井底停车场时，发出减速信号；
（3） 当提升绞车超速和过卷时，进行限速和过卷保护；
（4） 对于多绳摩擦式提升绞车，深度指示器还应能自动调零，以消除由于钢
丝绳在主导轮摩擦衬垫上滑动、蠕动和自然伸长等所造成的指示误差。
六、 拖动、控制和自然保护系统
拖动、控制和自动保护系统包括拖动电动机和微拖动电动机、电气控制系统
和自动保护系统。
矿井提升绞车根据交直流拖动系统的不同可分别采用三相绕线式感应电动机或直流电动机。矿井提升绞车的电气控制系统，分交流和直流两大类。
矿井提升绞车自动保护系统的作用是：在司机不参与的情况下，发生故障时能自动将主电动机断开并同时进行安全制动而实现对系统的保护。
自动保护系统应具有如下性能：
（1）提升绞车超速时包括等速和减速阶段的超速）自动对系统进行保护；
（2）提升容器过卷时自动对系统进行保护；
（3）制动油欠压或超压时自动对系统进行保护；
（4）润滑油欠压或超压时自动对系统进行保护；
（5）闸瓦磨损超过规定值时自动对系统进行保护；
（6）轴承温升过高和制动油温升过高时自动对系统进行保护；
（7）电动机过电流或失压（断电）时自动对系统进行保护。
根据上述各项自动保护作用的要求，自动保护可为提升绞车运行过程中的自动保护和一次提升结束时的自动保护。
2 减速器
减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速器是用来降低角速度和增大转矩的机械装置，特别在装卸材料、运输、冶金、化学工业、造船工业和现在机械中应用极为广泛。
2．1 减速器的工作原理及发展趋势
减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。
齿轮减速器是把机械传动中的动力机（主动机）与工作机（从动机）联接起来，通过不同齿形和齿数的齿轮以不同级数传动，实现定传动比减速（或增速）的机械传动装置，减速时称减速器（增速时称为增速器）。选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，传动效率，承载能力，质量，价格等，选择最适合的减速器。
20世纪70－80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。通用减速器的发展趋势如下：
（1）高水平、高性能。圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。
（2）积木式组合设计。基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。
（3）型式多样化，变型设计多。摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。
促使减速器水平提高的主要因素有：
（1）理论知识的日趋完善，更接近实际（如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等）。
（2）采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。
（3）结构设计更合理。
（4）轴承质量和寿命提高。
（5）润滑油质量提高。
自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130－70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。
20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40－50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。
改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179－60的8－9级提高到GB10095－88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4－5级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大的作用。
我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器的功率已达42000kW ，齿轮圆周速度达150m/s以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。
减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。
2．2 固定轴线式减速器特点及分类
固定轴线式减速器器简称普通减速器，这类减速器种类很多，应用最广。
根据传动类型可分：齿轮减速器、蜗杆和齿轮减速器、蜗杆减速器。
根据齿轮形状不同可分为：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器。
根据传动的级数可分为：单级减速器、多级减速器。
根据轴的空间位置可分为：卧式减速器、立式减速器。
根据圆柱齿轮的轮齿形状可分为：渐开线齿轮减速器、圆弧齿轮减速器。
根据传动布置的型式可分为：展开式减速器、同轴式减速器、分流式减速器等。
值得指出的是实际设计工作中，如无特殊必要应尽量选用标准减速器，只有当对外廓尺寸有严格限制、传动功率特大或特小，才须设计非标准型的减速器。
单级圆柱齿轮减速器：

特点：齿轮可制成直齿、斜齿和人字齿。直齿用于速度低（）负荷轻的传动，斜齿或人字齿用于速度较高（v=25～50m/s）负荷较重的传动。箱体通常用滚动轴承。I不宜过大，但如大齿轮直接固结在机器上的情况例外（如旋转起重机的回转机构）。
展开式两级圆柱齿轮减速器：

高速级一般用斜齿，低速级用直齿。结构简单，但齿轮相对于轴承不对称，受力后沿齿宽载荷分布不均，要求轴有较大的刚度，高速级齿轮布置在原离转矩的输入端，以减弱载荷沿齿宽分布不均匀的现象，建议用于载荷比较平稳的场合。
分流式两级圆柱齿轮减速器：

特点：高速级用斜齿，低速级用人字齿或直齿，结构较复杂，但低速级齿轮相对于轴承对称分布，载荷沿齿宽分布较均匀，轴承受载也较均匀，能获得较小的外廓尺寸。结构上要能保证两分流级各半地承担负荷，所以齿轮采用等螺旋角不同向斜齿，轴承组合设计应使轴能沿轴向自由游动，建议用于变载荷场合。
同轴式两级圆柱齿轮减速器：

特点：减速器的长度较短，但轴向尺寸较大。当两级大齿轮的浸油深度大致相同时，高速级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑困难；中间轴较长，刚度较差，加剧了载荷沿齿宽分布的不均匀性；仅能有一个输入轴端和输出轴端，限制了传动布置的灵活性。
单级圆锥齿轮减速器：

特点：为保证两齿轮有稳定的相互位置，均采用滚动轴承，并从结构上保证进行调整。用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动中，可能制成卧式和立式，由于圆锥齿轮制造较困难，仅在布置需要时加以采用。
两级圆锥——圆柱齿轮减速器：

特点：特点与单级圆锥齿轮相同，圆锥齿轮应设在高速级，以使圆锥齿轮尺寸不致太大，利于加工，圆锥齿轮做成直齿时；做成圆弧齿时，圆柱齿轮可制成直齿或斜齿。
三级展开式圆锥——圆柱齿轮减速器：

特点: 为保证齿轮有稳定的相互位置，均采用滚动轴承，并从结构上保证进行调整。用于输入轴和输出轴两轴线垂直相交的传动中，可能制成卧式和立式，圆锥齿轮应设在高速级，以使圆锥齿轮尺寸不致太大，利于加工，圆锥齿轮做成直齿时；做成圆弧齿时，圆柱齿轮可制成直齿或斜齿。
单级蜗杆下置式蜗杆减速器：

特点：蜗杆布置在蜗轮的下面，啮合处冷却和润滑条件均较好，同时蜗杆轴承的润滑也较方便，但当蜗杆圆周速度太高时搅油损失增大，一般用于蜗杆圆周速度较小的场合。（）。
单级蜗杆下置式蜗杆减速器：

蜗杆布置在蜗轮的上面，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承的润滑困难。
两级蜗杆减速器：

特点：可获得很大的传动比，且结构紧凑，但传动效率较低。为使高速级和低速级传动浸油深度大致相等，应使高速级中心距约等于低速级中心距的一半，即。
齿轮——蜗杆减速器：

有齿轮传动在高速级和蜗杆传动在高速级两种型式，前者结构紧凑，后者传动效率较高。[6]
2．3 行星减速器及其它类型减速器介绍
行星减速器较同传动比的普通减速器具有重量轻外廓尺寸小、结构紧凑等优点，这是因为行星减速器都是分流式传动。其缺点是结构复杂，制造安装都比较困难。我国已制订了NGW型行星齿轮减速器的标准（JB1799——76），可供参考。
除普通减速器、行星减速器外，近年来还发展了一些比较新型的减速器，如谐波传动减速器，摆线针轮减速器等，同时还制订了相应的系列标准或草案，设计时可参阅有关手册及资料。
我们熟知的齿轮绝大部分都是转动轴线固定的齿轮。例如机械式钟表，上面所有的齿轮尽管都在做转动，但是它们的转动中心往往通过轴承安装在机壳上，因此，它们的转动轴都是相对机壳固定的，因而也被称为"定轴齿轮"。有定必有动，对应地，有一类不那么为人熟知的称为"行星齿轮"的齿轮，它们的转动轴线是不固定的，而是安装在一个可以转动的支架上。行星齿轮除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着蓝色的支绕其它齿轮的轴线转动。绕自己轴线的转动称为"自转"，绕其它齿轮轴线的转动称为"公转"，就象太阳系中的行星那样，因此得名。 也如太阳系一样，成为行星齿轮公转中心的那些轴线固定的齿轮被称为"太阳轮"， 在一个行星齿轮上、或者在两个互相固连的行星齿轮上通常有两个啮合点，分别与两个太阳轮发生关系。如右图中，灰色的内齿轮轴线与红色的外齿轮轴线重合，也是太阳轮。
轴线固定的齿轮传动原理很简单，在一对互相啮合的齿轮中，有一个齿轮作为主动轮，动力从它那里传入，另一个齿轮作为从动轮，动力从它往外输出。也有的齿轮仅作为中转站，一边与主动轮啮合，另一边与从动轮啮合，动力从它那里通过。
在包含行星齿轮的齿轮系统中，情形就不同了。由于存在行星架，也就是说，可以有三条转动轴允许动力输入/输出，还可以用离合器或制动器之类的手段，在需要的时候限制其中一条轴的转动，剩下两条轴进行传动，这样一来，互相啮合的齿轮之间的关系就可以有多种组合：
动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮输出，行星架通过刹车机构刹死；
动力从其中一个太阳轮输入，从行星架输出，另外一个太阳轮刹死；
动力从行星架输入，从其中一个太阳轮输出，另外一个太阳轮刹死；
动力分别从两个太阳轮输入，合成后从行星架输出；
动力分别从行星架和其中一个太阳轮输入，合成后从另外一个太阳轮输出；
动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮和行星架分两路输出；
动力从行星架输入，分两路从两个太阳轮输出；
。 在设计机械传动装置时，常采用由多种传动型式混合组成的传动系统，如果选择得当，可以得到较高的传动质量标准。在这种情况下，由于低速段的尺寸和重量是整个传动尺寸和重量的组成部分，因此在选择低速段的传动型式时，应尽可能选用承载能力高的传动型式。

3 电机的选择与传动装置动力参数的计算
3．1 电机的选择
所需电机的功率：山西电机厂75KW-8，提升最大速度=2.0m/s,则

传动滚筒的转速：

3．2 传动装置的动力参数计算
总传动比的计算
已知电机的转速为739r/min,提升主轴的转速为27.3r/min,则有

=
1．分配传动比：
减速器总的传动比取27，取两级齿轮减速器高速传动比：
=
则低速级传动比： =
2．传动装置的运动及动力参数计算：
式中：——电动机输出功率，KW
——电动机轴的满载转速，r/min
——电动机轴的输出转矩，N·m
i ——传动比
——传动效率
计算各轴的转矩：
0轴：电动机的主轴
=75KW
=739
=9.55×75×103/739=969 KN·m
Ⅰ轴（减速器的高速轴）
=75×0.995×0.99=73.88KW

Ⅱ轴（减速器的中间轴）

Ⅲ轴（减速器的低速轴）

Ⅳ轴（传动滚筒轴）

传动参数的数据表

电机轴
轴1
轴2
轴3
滚动轴4
功率P/kW
75
73.88
71.68
69.54
68.16
转矩T/( N·m)
969
954.7
5595
24264
23783
转速n/(r/min)
739
739
122.35
27.3
27.3
传动比i
27
6.04
4.47
1.0
效率η
0.92
0.97
0.97
0.99
4 减速器齿轮的设计计算
4．1 高速轴齿轮的设计计算
已知：P1=73.88 KW n=739 r/min T1=954.7KN·m =6.04
1） 1 选料，因无特殊要求
查表 小齿轮选用45钢，调质 =217~255
大齿轮选用45钢，正火 =162~217
2 确定齿轮传动精度等级
Vt=(0.012~0.021)n1
估算圆周速度=4.72 m/s 根据下表，选取7级

2）按齿面接触疲劳强度设计计算
小齿轮分度圆直径

d1
非对称布置由教材《机械设计》表10-7 =1
选择齿轮齿数：
小齿轮齿数=25 取
大齿轮齿数Z2=i Z1=6.04×25=151
齿数比u=
传动比误差
误差在5%范围内，合适。
载荷系数K：K=
使用系数KA 由教材《机械设计》表10-2 取KA =1.5
动载荷系数KV 查图教材《机械设计》表10-8取初值-
齿向载荷分布系数 由教材《机械设计》表10-4插值法差得8级精度，小齿轮相对支撑非对称布置 =1.42
齿间载荷分配系数的初值t在推荐值

1.705+1.433=3.138
查表，得 取1.2
则载荷系数K的初值Kt=1.5×1.2×1.42×1.2=3
弹性系数ZE查表取
节点影响系数ZH（x1=x2=0）取2.47
重合度系数 取0.76
螺旋角系数=0.99
许用接触应力得：
=бFlim·Zn·Zw/sH
接触疲劳极限应力бFlim1бFlim2 取：

应力循环次数：N1=60njLh
N1=60njLh=
N2= N1/u=/6.04=
式中：n——齿轮转速，r/min
j——齿轮每一转，同一齿面的啮合次数
——齿轮的设计寿命，h
——齿面工作硬化系数，选取1
接强度的寿命系数：
接触强度安全系数SH查表得 一般性可靠取

故d1的设计初值d1t为：

法面模数mn
查表取准值=8 mm
中心距：

圆整取715mm
分度圆螺旋角β

β=
小齿轮分度圆直径的计谋值d1t’ ：
d1t’=
圆周速度：
V=
与估取Vt接近，对KV取值影响不大，不必修正KV取KV=KVt=1.2
齿间载荷系数：

=1.730+1.692=3.422
查表Kα得1.2
载荷系数K=1.5×1.2×1.42×1.2=3
小齿轮分度圆直径d1
取d1=d1t‘
大齿轮分度圆直径 d2=mnZ2/cosβ=
齿宽b=
取小齿宽b1=b 圆整
则大齿宽mm
3） 按齿根弯曲强度校核计算：

齿形系数YFa ：

得小齿轮YFa1 取2.54
大齿轮YFa2 取2.13
应修正系数,查图得 YSa2 =1.82
重合度系数：
螺旋角系数Yβ
许用弯曲应力
弯曲寿命极限：
弯曲寿命系数YN YN1=YN2=1
尺寸系数Yx 取1
安全系数SF 取1.25
则=368

=312
故：

齿根弯曲强度足够。
4．2 低速轴齿轮（斜齿轮）的设计计算
已知：P2=71.68KW n2=122.35r/min T2=5595×103 N·m i=4.47
1）选料，因无特殊要求：
小齿轮选用45钢，调质
大齿轮选用45钢，正火
2）按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动精度等级：
Vt=(0.012~0.021)n2估算圆周速度=4.5m/s ，查表选取7级
小齿轮分度圆直径：

d1
非对称布置，=1
选择齿轮齿数：
小齿轮齿数取25
大齿轮齿数Z2=i Z1=4.47×25=112
齿数比u=
传动比误差。 误差在5%范围内，合适。
载荷系数K K=
使用系数KA 查表取1.25
动载荷系数KV 查图得初值取1.17
齿向载荷分布系数 查图取1.07
齿间载荷分配系数的初值t在推荐值

=1.7224+1.1233=2.8454
取
则载荷系数K的初值Kt=
弹性系数ZE查表取
节点影响系数ZH（x1=x2=0）取2.47
重合度系数取0.76
螺旋角系数=0.99
许用接触应力得=бFlim·Zn·Zw/sH
接触疲劳极限应力бFlim1бFlim2取，
应力循环次数：
N1=60njLh=
N2= N1/u=
接强度的寿命系数
硬氏系数取1
接触强度安全系数SH查表一般性可靠取1.1

故d1的设计初值d1t为：

=277mm
法面模数mn ： mn=d1tcosβ/Z1=
取标准值mn 为12
中心距： a=mn(Z1+Z2)/(2cosβ)= 835mm
圆整取835mm
分度圆螺旋角β:
β=cos-1[mn(Z1+Z2)/2a]=cos-1[12(25+112)/2835=10.1o
小齿轮分度圆直径的计谋值d1t’ ：
d1t’=
圆周速度：V
与估取Vt=5.0mm接近，对KV取值影响不大，不必修正KV取KV=KVt=1.24
齿间载荷系数：

Kα 取1.25
载荷系数K=
小齿轮分度圆直径d1
取d1=d1t‘
大齿轮分度圆直径d2=mnZ2/cosβ=12×112/cos10.1o =2844mm
齿宽b=
取小齿宽圆整
则大齿宽mm
3） 按齿根弯曲强度校核计算：

齿形系数：
取小齿轮YFa1为2.64， 大齿轮YFa2为2.2
应修正系数, ，
重合度系数
螺旋角系数Yβ
许用弯曲应力
弯曲寿命极限取，
弯曲寿命系数YN ：YN1=YN2=1
尺寸系数Yx 取1
安全系数SF 取1.25
则=368
=312
故：

齿根弯曲强度足够。

5 减速器轴的设计计算
5．1 高速轴的设计计算
（1）选择轴的材料
因为小齿轮直径较小，需制成齿轮轴结构，故轴与齿轮的材料与热处理应一致，即为45#钢，调质处理。
（2）选择联轴器与估算轴的最小外伸直径
减速器通过联轴器与电机相联接，所以通选择联轴器来确定轴的外伸最小直径。电机额定功率P0为512kw,I满载转速n0=960r/min
选择联轴器,确定联轴器外伸轴孔直径：
Tc=KAT0=2.3×969000N·m=2228700≤
n0=960r/min

选择联轴器TL13型,确定外伸轴直径d1=120mm
初选角接触球轴承7030C。
5．2 减速器中间轴的设计计算
（1）选用45钢，调质处理
（2）初估轴的最小直径

由于中间轴的轴承内径不小于高速轴的轴承内径，所以取d2=152mm
初选7040C型轴承。
5．3 低速轴的设计计算
（1）选择轴的材料：
选用45钢，正火处理
（2）初估轴的最小直径：

所以取输出轴的最小直径d3=240mm
（3）选择联轴器，确定联轴器的外伸段直径
Tc=KAT3=
确定外伸段直径d3=240mm，选择联轴器ZLZ18型，轴孔直径为260mm，Y型，长度为410mm。
（4）轴的强度校核
计算轴上的作用力：
输出轴齿轮上的转矩为T3=24264N·mm
齿轮分度圆直径d=305mm
齿轮上的圆周力Ft==3.6710N
齿轮的径向力Fr=N
齿轮的轴向力Fa=N
对于7248C型角接触球轴承，查得a=134mm。[7]
求支反力：
水平面：RH1=1.3N RH2=N
垂直面：RV1=N RV2=N
弯矩MH MV
M1H=N·mm M2H=N·mm
M1