学位论文-—mg2×125560wd采煤机摇臂的结构设计.doc

MG2125/560-WD采煤机摇臂的结构设计毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院（系）： 大学工学院机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化设计(论文)题目：MG2125/560-WD采煤机摇臂的结构设计专业负责人: 指导教师: 2009 年 1 月 2 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102,为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述我国是产煤大国，煤炭也是我国最主要的能源，是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。煤炭工业的机械化是指采掘、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，采煤机是现在最主要的采煤机械。采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。双滚筒采煤机综合了国内外薄煤层采煤机的成功经验，是针对我国具体国情而设计的新型大功率薄煤层采煤机。20世纪40年代初，英国和苏联相继研制出来了链式采煤机。这种采煤机是用截链落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。可提高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成综合机械化采煤设备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤机采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能日益完善，生产率和可靠性进一步提高。工矿自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已经在采煤机上得到应用。采煤工作主要包括：落煤、装煤、支护、和运输等几个工序。采煤机械是机械化采煤工作面的主要设备之一，它完成落煤和装煤两个工序。现代的采煤机械一般采用滚筒式采煤机和刨煤机。双筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒采煤机多用于较薄的煤层中。双滚筒采煤机在中厚和厚煤层中使用较多。双滚筒采煤机的组成部分：电动机、牵引部、牵引锚链、截割部、减速器、摇臂、螺旋滚筒、挡煤板、底托架、电缆、喷雾装置。滚筒采煤机的工作原理：第四代采煤机研发成功后，现在采煤机的设计基本上传承了他们的特点，随着机械电子的飞速发展，对采煤机产生了很大的影响，现在采煤机是集电子系统，液压系统，机械传动系统于一身的复杂的系统。在机械传动部分现代的采煤机去掉了以前采煤机的的托架，全部采用双滚筒设计。滚筒采煤机的特点：1.使用范围广滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；2调高方便，免开缺口；3功率大、生产率高、工作可靠；4操作方便并有完善的保护、监测系统5向标准化、系列化、通用化发展。但是滚筒采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的煤的块度小，粉尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。 实际生产要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量,每种采煤机都有几种滚筒直径供选择,滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度,由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定,对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的,其影响因素较多,如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等,没有准确的计算公式,一般取采煤机电机功率消耗的10%25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比.滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等等优点得到了飞跃的发展。采煤机主要技术参数：1、适用煤层 采高0.85-1.6m 倾角30 煤质硬度f3 2、生产能力 最大理论生产能力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、摆线齿轮、销排无链牵引 最大牵引力：20t 牵引速度：0-5.5m/min 5、电动机 牵引电机 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1本设计的目的及意义。2总传动方案设计（传动原理与机构）。3总传动参数计算。4齿轮啮合参数、强度、几何参数计算。5轴的结构设计及强度计算。6轴承的选型设计。7其它零部件的结构设计。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰,胡征,景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国 谢去病 王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智 孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文题目学士(或硕士、博士)学位论文. 出版地：出版者，出版年份例如：6 陈异. 纳米粒子形貌控制研究. 硕士学位论文. 北京：中国科学院, 2002电子文献 主要责任者. 电子文献题名电子文献的出处或可获地址. 发表或更新日期例如：7 王明亮. 关于中国学术期刊标准化数据库系统工程的进展. 1998-08-16专利 专利所有者. 专利名称. 专利国别：专利号，日期.例如：8 姜锡洲.一种温热外敷药制备方案. 中国专利：881056073，1989-07-26.摘 要: 采煤机是煤炭工业的重要机械，近几年随着煤炭工业的发展，采煤机向着重型化方向发展。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，并且在实际的设计过程中，不断地发现问题解决问题，使产品的性能得到进一步提高，从而更好的适应煤炭工业的发展。关键词: 采煤机；截割部；齿轮；行星轮XIII目 录第1章 绪论11.1课题研究背景11.2课题研究意义61.3设计的主要内容6第2章 总体传动方案的确定72.1传动方案介绍72.2传动方案的比较及确定8第3章 总传动参数的计算93.1分配传动比93.2确定各轴的功率P10第4章 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算124.1.齿轮的设计及计算124.2齿轮零件结构图21第5章 轴及轴承设计225.1轴的计算与校核225.2轴承的选用与校核30第6章 花键的选择和校核326.1.花键的类型、材料、以及尺寸的选择326.2花键的连接强度的校核32第7章 行星机构的设计及校核337.1初步计算齿轮的主要参数337.2几何尺寸计算377.3齿轮强度验算：38第8章 润滑与密封468.1传动件的润滑 468.2滚动轴承的润滑468.3润滑剂的选择468.4减速器的密封468.5箱盖的密封47结 论48参考文献49致 谢50山西大同大学工学院2009届本科毕业设计说明书第1章 绪论1.1课题研究背景我国是产煤大国，煤炭也是我国最主要的能源，是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。煤炭工业的机械化是指采掘、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，采煤机是现在最主要的采煤机械采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。双滚筒采煤机综合了国内外薄煤层采煤机的成功经验，是针对我国具体国情而设计的新型大功率薄煤层采煤机。4采煤工作主要包括：落煤、装煤、支护、和运输等几个工序。采煤机械是机械化采煤工作面的主要设备之一，它完成落煤和装煤两个工序。现代的采煤机械一般采用滚筒式采煤机和刨煤机。双筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。单滚筒采煤机多用于较薄的煤层中。双滚筒采煤机在中厚和厚煤层中使用较多。双滚筒采煤机的组成部分：电动机、牵引部、牵引锚链、截割部、减速器、摇臂、螺旋滚筒、挡煤板、底托架、电缆、喷雾装置。近年来国内外双滚筒采煤机发展的类型和品种很多，概括起来有以下几方面的特点。1.滚筒调高范围大，用于中厚煤层可以一关键作用要全高，并能适应煤层厚度变化和底板起伏不平的条件。目前中厚煤层双滚筒采煤机的最大采高可达5m。薄煤层双滚筒采煤机的采高可低至0.8m。2.采煤机运行到工作面两端时，滚筒可以截到工作面端头。甚至伸到顺槽内，因而可以自开工作面两端的切口。3.采煤机的功率大，机械强度高，能截割各种硬度的煤，并可截割夹矸层和部分顶岩石，目前薄煤层双滚筒采煤机的电动机功率达150200KW，中厚煤层采煤机装有一台或两台150375KW的电动机。4.采煤机具有较大的牵引速度，因而生产能力高。目前双滚筒采煤机截煤时的牵引速度可达56m/min,调动牵引速度最大为1018m/min.采煤机的小时生产能力可达6001000t .5.采煤机具有比较完善的保护装置。多数采煤机的牵引部装有自动调速装置，既可以充分发挥机器的效能，又可有效地防止机器过载，提高了工作的可靠性。6.机器操作方便，除手把操纵外，一般还可在机身适宜部位使用按钮操纵。有的采煤机装有无线电操纵装车，司机可在离机10m左右的地方操纵机器。7.附属装置日趋完善，如装设有拖电缆、降尘冷却、牵引链张紧、防滑和大块煤破碎等装置。由于采煤机的功率和强度增大，因而机器的质量和尺寸也相应增大，目前双滚筒采煤机的质量一般为1525t，最大的已超过30t，机器长度可达10m或更多，这给井下搬运、安装和使用带来一定的困难。此外，随着机器性能的提高和完善，结构日益复杂，使用的零部件和元件也更为精密，特别是其中的液压传动和电气控制装置对使用和维护的要求较高，因而只有提高工人和管理人员的技术水平，才能充分发挥设备的效能。41.1.1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。这种采煤机是用截链落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。可提高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成综合机械化采煤设备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤机采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能日益完善，生产率和可靠性进一步提高。工矿自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已经在采煤机上得到应用。41.1.2滚筒采煤机的特点4 1.使用范围广滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；2.调高方便，免开缺口；3.功率大、生产率高、工作可靠；4.操作方便并有完善的保护、监测系统5.向标准化、系列化、通用化发展。但是滚筒采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的煤块度小，粉尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。采煤机的实际生产能力、采高、截深、截割速度、牵引速度、牵引力和功率等参数在选型时必须确定。 实际生产要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量,每种采煤机都有几种滚筒直径供选择,滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度,由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定,对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的,其影响因素较多,如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等,没有准确的计算公式,一般取采煤机电机功率消耗的10%25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比.滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等等优点得到了飞跃的发展。1.1.3采煤机主要技术参数：1.适用煤层 采高0.85-1.6m 倾角30 煤质硬度f3 2.生产能力 最大理论生产能力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、摆线齿轮、销排无链牵引 最大牵引力：20t 牵引速度：0-5.5m/min 5.电动机 牵引电机1.1.4机械化的采煤的类型4长壁采煤工作面的采煤过程主要包括：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空去五个工序，按照这些工序来分有两种机械化采煤方式：普通机械化采煤（普采）：利用采煤机械（刨煤机或采煤机）来实现落煤和装煤，工作面输送机运煤，并用单体液压（或金属磨擦）支柱及金属铰接梁来支护顶板的采煤法称普通机械化采煤。综合机械化采煤（综采）：用大功率采煤机来实现落煤装煤，刮板输送机运煤，自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤法称综合机械化采煤（如图1-1所示）。1.1.5采煤机的分类和组成采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类，可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；现在我们所说的采煤机主要是指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可靠性高，效率高，所以现在有很广泛的使用。滚筒采煤机的组成如图1-2 所示。1.1.6采煤机与刨煤机的比较4刨煤机是仅次于滚筒采煤机而应用的较多的一种采煤机械。它们两者的特点区别在于：1.刨煤机较采煤机截深浅，它能有效的利用煤壁的压酥作用，刨下的煤块大，能耗低，产生的粉尘少，但是也正因为如此它的产量较采煤机而言低了很多；2.刨煤机传动装置位于输送机两端，刨头靠输送机导向，因此包头可做的很矮，适合在薄煤层开采；3.刨煤机的使用条件壁采煤机高，故使用范围受到一定限制，特别是硬煤，粘煤不宜用刨煤机；4.刨煤机调整采高较困难，因为刨头高度不能随时调整，所以要求不能粘顶及厚度不能过大；5.刨煤机不能自开缺口，工作面两端需人工开缺口，工作量大；6.刨煤机消耗在刨头与输送机及底板之间的摩擦功率大，用于采煤的有效功率占采煤机械总功率较小。滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等等优点得到了飞跃的发展。1.1.7滚筒采煤机的工作原理第四代采煤机研发成功后，现在采煤机的设计基本上传承了他们的特点，随着机械电子的飞速发展，对采煤机产生了很大的影响，现在采煤机是集电子系统，液压系统，机械传动系统于一身的复杂的系统。在机械传动部分现代的采煤机去掉了以前采煤机的的托架，全部采用双滚筒设计。41.2课题研究意义采煤机是煤炭工业的重要机械，近几年随着煤炭工业的发展，采煤机向着重型化方向发展。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，并且在实际的设计过程中，不断地发现问题解决问题，使产品的性能得到进一步提高，从而更好的适应煤炭工业的发展。1.3设计的主要内容设计的主要内容包括设计的目的及意义、总传动方案设计（传动原理与机构）、总传动参数计算、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73页 共 86 页第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.方案特点2 （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。传动机构中圆柱直齿轮传动效率可达98%，从而整个机构的传动效率将很高。（4）空间结构较为简单，经济性好。各齿轮轴线均采用平行布置，因而空间结构较为简单，有利于生产加工，制造成本较低。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.方案特点2（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。由于在结构方面要求输入输出轴线平行，机构中增加了锥齿轮传动，齿轮轴线将出现空间交错，因而使机构的复杂程度加大。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，因而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分配传动比电动机是最常用的原动机，具有结构简单、工作可靠、控制简单和维护方便等优点。另外，电动机产品型号已标准化、系列化，装机功率也可根据用户的实际需求去选择. 33.1.1分配原则11.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。由于该机构要求传动比大，空间体积小，如果在高速级分配较大传动比，随着传动比和模数的增大，齿轮的直径将变得很大，不宜满足空间体积的要求。2.通过总体初步预算具体分配各级传动比。由于分配传动比时首先要考虑结构的要求，必须在给定的中心矩范围内分配传动比，因而必须先进行总体预算，并经过不断的调整，最后经过指导老师审核后确定。3.1.2传动比数 (3-1) 式中: n1主动轮的转速,r/min;n2从动轮的转速,r/min。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 P3 (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T (3-3)式中：PN输入功率；nN转速。代入参数得各轴的输出转矩为： 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.选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数1 3 5 9考虑到传动功率较大,较大井下设备,要求结构紧凑,使用奉命长.由机械设计手册查得，选大小齿轮材料用场20GrMnTi,渗碳、表面淬火，齿面硬度60-62HRC。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Z7=23，则Z8=39。取，实际传动比i= Z8/ Z71.7（因为硬齿面弯曲强度是薄弱环节，应取较少齿数比保证具有大模数m，提高轮齿抗弯能力） 按齿根弯曲疲劳强度设计对闭式硬齿齿面齿轮传动，承受能力一般取决于弯曲强度，故先按弯曲强度设计，验算接触强度。m由下式确定。 (4-1) 式中：K载荷系数； K=KAKVKK； (4-2)KA使用系数，其值由表4-1取KA=2。KV动载系数，其值由图4-2查取。K齿向载荷分部系数；K齿间载荷分配系数；T转 矩，N/mm；Y 重合度系数； (4-3)YFa齿形系数，其值由图4-1查取。YSa修正系数；d 齿宽系数；其值由表4-2取d=0.5。F许用弯曲应力；表4-1 使用系数KA 表4-2 齿宽系数d齿轮相对轴承的位置齿面硬度硬齿面软齿面对称布置0.40.90.81.4非对称布置0.30.60.61.2悬臂布置0.20.50.30.6故可初选载荷系数Kt=1.50。由式3-3得小齿轮转矩：T5=9.55106212.78/439.69 Nmm=4.62106 Nmm 由公式4-3可得： 由图4-1查得： YFa7=2.8，YSa7=1.56 ，Ysa8=1.67图4-1 外齿轮的齿形系数由公式N=60njLh (4-4)式中：n齿轮的转速，r/min;j齿轮每转一转同一齿面的次数；Lh齿轮的工作寿命，h。将各参数代入式4-4得：N7=60n5jLh=60439.691（2830015）=1.90109 按齿面硬度均值61HRC，由图4-3、4-4查得YN7=0. 89，YN8=0.90图4 -2 动载系数图4-3 齿轮的弯曲疲劳极限图4-4 弯曲强度的寿命系数取SFlim=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)由图4-3按齿面硬度均值51HRC,在ML线上查得Flim1= 2=700MPa (4-5)式中: Flim齿轮弯曲疲劳极限;SFlim齿轮弯曲疲劳强度;YN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:修正系数mt 由图可知：K=1.07K=1. 2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B2=100mm, B1=100+(510)m=110mm4.1.2校核齿面接触疲劳强度1 3 (4-6)式中：ZE弹性系数，其值由表4-3取：ZE=189.8。ZH节点区域系数，其值由图4-6取：ZH=2.5。Z接触强度重合系数，其值由图4-7取：Z=0.89。表 4-3弹性系数图4-5 节点区域系数图4-6 接触强度重合系数按不允许出现点蚀，查表得：ZN7=1.0 ZN8=0.9由图4-7，按齿面硬度均值51HRC，在MQ和ML线中间查出。取SHmin=1,.图4-7 齿轮的接触疲劳极限则 : (4-7)式中:Hlim齿轮的接触疲劳极限,其值由图4-7查取。SHlim齿轮接触疲劳强度,ZN接触强度的寿命系数;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4.2齿轮零件结构图齿轮的零件结构如图所示。图4-8 齿轮结构图第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选择轴的材料确定许用应力1 3 9轴的材料选用20CrMnTi，渗碳淬火。查表得：硬度为渗碳6062HRC， 抗拉强度 b=1100MPa， 弯曲疲劳强度 -1=525MPa，剪切疲劳强度-1=300MPa，许用弯曲应力-1=75MPa。5.1.2按弯曲许用切应力，初估轴的最小直径1 3已知输出轴: P5212.78 KWN5=439.69 r/minT5=4621.55 Nm由表查得A0=103126, 取A0=110，按公式得, (5-1)式中：AO轴的横截面积， （5-2）P1轴传递的功率，KW；n1轴的转速，r/min;将各参数代入式5-1可得： 为了使轴与齿轮相配合，故在轴的外伸端开花键槽，应增大轴颈以考虑键槽对轴强度的削弱,则直径应增大5%7%， d186.36(1+5%)=90.678 初定轴的最小直径d1=100。5.1.3轴得初步设计根据轴系结构分析要点，结合尺寸确定，按比例绘制轴的草图，考虑到小齿轮分度圆直径与轴的直径差距不大的情况，采用齿轮轴的结构方案，如图5-1所示。图5-1 轴的结构图5.1.4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.轴向、径向尺寸的确定如上草图所示，从轴段dAB=100mm开始，逐段选取相邻轴段的直径。起定位固定作用，AB= 47 mm,与轴承内径相配合，考虑安装方便和其配合，结合轴的标准直径系列并符合轴承内径系列，取dAB=100 mm，选定轴承代号为21320。由表查得其基本尺寸为dABDB=10021547，最小安装尺寸为114 mm。dBC起定位作用，按轴的标准直径系列，取BC=35mm,dBC =105 mm。CD=70mm,dCD=125mm,用于固定大齿轮。在DE30mm,dDE130mm, 起定位作用。dEF即为小齿轮部分，将dEF作为分度圆的直径，即dEF=161mm,EF=110。dFG=dDE=130mm，dGH =dAB=100mm，轴的总长为L=349mm。2.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 mm5.1.5按弯扭合成强度进行轴得计算和强度校核1 5 6 9 10由所确定的结构图5-1所示可确定出简支梁的支承距离由图5-1可知L1=71mm，L2=122.5mm，L3=88.5mm，据此求出齿轮宽度中点所在的截面C的MH、MV、M及Mca的值，来进行轴的校核。1画出轴的计算简图(图5-2a)为了方便计算将轴上的作用力分解为水平方向上和竖直方向的两个分力来进行计算。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. 2计算轴上的受力(图5-2b)转矩：=2515.60Nmm=4621.55Nmm第齿轮切向力： (5-3)式中: T小齿轮传递的名义转矩,n/mm;d1小齿轮分度圆直径，mm;各参数代入上式可得：=31250N 径向力：F=tan (5-4)式中：分度圆压力角，=20。各参数代入上式得：F=tan=31250tan20=11374N 第齿轮切向力：=57410.6N 径向力：Fr7=Ft7tan=57410.6tan20=20895.7N3计算支反力（a）水平面上 FH1=5394.9NFH2=-31525.5N（负号表与假设方向相反）（b）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MH1=FH1L1=8394.971=80844NmmMH2=FH2L3=-31525.588.5=-2790006.75Nmm（b）垂直面上MV1=FV1L1=1952.671=229472Nmm MV2=FV2L2=-7397.688.5=-654687.6Nmm弯矩图和受力图如图5-2c、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：T1=0.62515.6103Nmm=1509103Nmm 所以 （5-5） 式中：Me当量弯距，； （5-6）M合成弯矩；应力折算系数， =0.6。T转矩；W轴的抗弯截面系数, mm3,计算公式见有参考；将各参数代入式5-1得： 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩及扭矩的截面的强度。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(