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中國礦業(yè)大學2008屆本科生畢業(yè)設計 第96頁
1 概述
1.1調度絞車的簡介
調度絞車是通過兩級行星輪系及所采用的浮動機構完成絞車的減速和傳動。通過控制電機的正反轉及操縱兩個剎車閘的不同剎緊狀態(tài)實現(xiàn)絞車卷筒的正轉、反轉和停轉，從而實現(xiàn)對重物的牽引、下放和停止三種工作狀態(tài)。深度指示器通過指示器的齒輪與卷筒上內(nèi)齒輪的嚙合帶動與指示器相聯(lián)的絲杠的旋轉，達到顯示深度的目的。絞車內(nèi)部各轉動部分均采用滾動軸承，運轉靈活。絞車是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設備（見起重機械），又稱卷揚機。絞車可以單獨使用，也可作為起重、筑路和礦井提升等機械中的組成部件，因操作簡單、繞繩量大、移置方便而廣泛應用。
調度絞車是礦山生產(chǎn)系統(tǒng)中最常用的機電設備。絞車在工作過程中普遍存在的一個問題就是鋼絲繩在絞車滾筒上纏繞不均,出現(xiàn)咬繩、壓繩等現(xiàn)象。尤其是使用了一段時間后的舊鋼絲繩,嚴重時鋼絲繩只集中纏繞在滾筒的一側進而跳出滾筒導致重大事故,對于牽引距離較長的絞車這個問題尤其突出。調度絞車的工作往往是間歇性的,當完成一次牽引任務繩段載荷去掉后,繩頭呈自由狀態(tài),鋼絲繩會因自身彈力作用使纏繞在滾筒上的鋼絲繩松圈而出現(xiàn)亂繩現(xiàn)象,同樣會影響絞車的正常工作。針對小絞車提升運輸中出現(xiàn)的上述問題,研制開發(fā)適用于平巷以及巷道起伏…
調度絞車護繩裝置，屬于礦山用調度絞車裝置技術領域。以往絞車僅在滾筒后部設置護繩板，操作人員違章處理容易發(fā)生鋼絲繩纏傷操作人員事故。該實用新型的技術方案為：支架上設置有軸套、上滑套管和下滑套管；上護繩架的垂直架在上滑套管內(nèi)，其水平架上套有上滑轉輪；下護繩架的垂直架在下滑套管內(nèi)，其水平架上套有下滑轉輪；彈簧一端固定在下護繩架上，其另一端固定在支架上；支架下端固定在鐵板固定座上；上護罩兩端分別連接軸套和護繩板。它的優(yōu)點是：該裝置有效的解決了絞車滾筒的部分封閉和纏繩質量差引起的安全問題，在一定程度上減少了絞車鋼絲繩跑偏、亂繩等故障的發(fā)生。?
絞車有手動和電動兩類。手動絞車的手柄回轉的傳動機構上裝有停止器(棘輪和棘爪)，可使重物保持在需要的位置。裝配或提升重物用的手動絞車還應設置安全手柄和制動器。手動絞車一般用在起重量小、設施條件較差或無電源的地方。
電動絞車廣泛用于工作繁重和所需牽引力較大的場所。單卷筒電動絞車的電動機經(jīng)減速器帶動卷筒，電動機與減速器輸入軸之間裝有制動器。為適應提升、牽引和回轉等作業(yè)的需要，還有雙卷筒和多卷筒裝置的絞車。
例如，安裝在直升機上的救援設備，主要功用是將人或物吊起、放下，自有動力，可控制，直升機在保持高度懸停時，通過絞車手的控制可收放鋼索將人或物吊起放下。絞車的電器設備具有防爆性能，可用于煤塵及瓦斯的礦井中。
絞車的運輸方式可選用火車或汽車托運?？刹捎冒b箱或敞車托運。若敞車托運應有防雨和固定設施，以防受潮濕和碰撞磕傷絞車。
????絞車貯存應存放在干燥的無腐蝕性氣體的庫房內(nèi)，露天存放應有防潮、防雨、防銹設施。以防絞車部件及面漆受損。
1.2用途及適用范圍
礦用調度絞車性能特點：具有隔爆性能、設計合理、操作方便用途和特點。
JD系列調度絞車，主要用于煤礦井下和其他礦山在傾角度小于30度的巷道中拖運礦車及其它輔助搬運工作，也可用于回采工作面和掘進工作面裝載站上調度編組礦車。本絞車嚴禁用于提升和載人。
JD型絞車均用行星齒輪傳動，絞車具有結構緊湊、剛性好、效率高、安裝移動方便、起動平穩(wěn)、操作靈活、制動可靠、噪音低等特點。絞車的電氣設備具有防爆性能，可用于有煤塵及瓦斯的礦井。
?JD型調度絞車的電氣設備有兩種，一種為防爆，另一種為非防爆的，前一種可用于有煤塵及瓦斯的礦井中。
絞車的電機具有防爆性能，其他配套電器設備由用戶自備，但必須選用
上個月在有效期內(nèi)的《礦用產(chǎn)品安全標志證書》的產(chǎn)品，以適用在有瓦斯（甲烷）及煤塵爆炸危險的礦井中使用。
使用環(huán)境和工作條件
1）環(huán)境溫度為；環(huán)境相對濕度不超過；海拔高度以下。
2）周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫和二氧化碳等不得超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量。
1.3本文所做的基本工作
1）設計完成總體裝配圖設計；
2）設計完成主減速器裝配圖設計；
3）完成主要傳動組件、零件的工作圖設計；
4）編寫主要零件的加工工藝；
5）編寫完成整體設計計算說明書。
2 調度絞車的總體設計
2.1設計參數(shù)
最大牽引力：；容繩量：
平均速度：
2.2結構特征與工作原理
絞車由下列主要部分組成。電動機、卷筒、行星齒輪傳動裝置、剎車裝置和機座。
絞車在結構上采用兩級行星齒輪傳動，分別布置在主軸的兩端，主軸貫穿滾筒，左端支承在左支架上，右端支承在右支架上，電動機采用法蘭盤固定在左支架上。
絞車的傳動系統(tǒng)見附圖：
圖2.1 JD─0.5型調度絞車傳動系統(tǒng)圖
1─左側行星輪架 2─主軸 3─右側行星輪架
JD-0.5型調度絞車采用兩級行星齒輪傳動，分別安裝在滾筒的兩側，、、為左側行星齒輪，、、為右側行星齒輪。電動機軸上裝有電機齒輪（太陽輪），它帶動左側行星齒架1上的行星齒輪旋轉，由于電動機齒輪是固定旋轉的，所以，行星齒輪除作自轉外，還要圍繞電動機齒輪公轉，因此，帶動左側行星輪架1旋轉，從而使固定在行星輪架上、通過滾筒中心的主軸2旋轉，裝在主軸上的齒輪（太陽輪）也旋轉，于是帶動右側行星輪架3上的行星齒輪轉動，此時有如下三種情況：
1）如果將左側制動閘剎住，右側工作閘松開，此時滾筒被剎住，行星
輪架3與滾筒相連接，也不旋轉，行星齒輪不作公轉只作自轉，同時帶動內(nèi)齒輪空轉（此為停止狀態(tài)）；
2）如果將左側制動閘松開，右側工作閘剎住，內(nèi)齒輪停止不轉，行
星齒輪除作自轉外，還要作公轉，帶動行星輪架3轉動，滾筒與行星輪架相連接，也旋轉起來，即可進行牽引（此為工作狀態(tài)）；
3）如果兩側閘都松開，行星輪架3呈浮動狀態(tài)，牽引繩可以帶動滾筒
反向松繩（此為下放狀態(tài)）。
2.3選擇電動機
2.3.1電動機輸出功率的計算
已知：
最大拉力：
最低繩速：
則： (2.1)
根據(jù)傳動方案圖2.1可得：
總傳動效率
式中： 軸承的效率為；
行星輪傳動效率為。
2.3.2確定電動機的型號
按公式(2.1)可計算出電動機的輸出功率：
電動機所需的額定功率與電動機輸出功率之間有以下的關系：
(2.2)
其中：─用以考慮電動機和工作機的運轉等外部因素引起的附加動載荷而引入的系數(shù)，取
由式(2.2)可計算出額定功率：
圓整取 。
同時，絞車井下使用，條件比較惡劣，要求電動機必須具有防爆功能，查《機械零件設計手冊》，得到電動機的型號：。
額定功率；
實際轉速；
；
；
；
其外形尺寸：；
電機中心高度：；
電動機軸直徑長度：。
3 滾筒及其部件的設計
3.1鋼絲繩的選擇
選擇鋼絲繩時，應根據(jù)使用條件和鋼絲繩的特點來考慮。我國提升鋼絲繩多用同向捻繩，至于是左捻還是右捻，我國的選擇原則是：繩的捻向與繩在卷筒上的纏繞螺旋線方向一致。我國單繩纏繞式提升機多為右螺旋纏繞，故應選右捻繩，目的是防止鋼絲繩松捻；多繩摩擦提升為了克服繩的旋轉性給容器導向裝置造成磨損，一般選左、右捻各一半。
此處，還應考慮如下因素：
1）在井筒淋水大，水的酸堿度較高且處于出風井中的提升鋼絲繩，因腐蝕嚴重，應選用鍍鋅鋼絲繩；
2）以磨損為主要損壞原因時，如斜井提升，采區(qū)上、下山運輸?shù)?，應選用外層鋼絲繩較粗的鋼絲繩，如，或三角股等；
3）以彎曲疲勞為主要損壞原因時，應優(yōu)先選用線接觸式或三角股鋼絲繩，如，等。
4）用于高溫和有明火的地方，如煤礦矸石山等，應選用金屬繩芯鋼絲繩。
由于調度絞車是用以調度車輛的一種絞車，常用于井下采區(qū)、煤倉用裝車站調度室、牽引礦車，濕度較大，酸堿度很高，為了增加鋼絲繩的搞腐蝕能力，延長它的使用壽命。因此選擇鍍鋅鋼絲繩。因為鍍鋅以后，對于防腐蝕及防銹有很好的效果。
鋼絲繩的安全系數(shù)取，則鋼絲繩所能承受的拉力需滿足以下的要求：
其中：
則：
查《礦井運輸提升》表2-2（2）
選擇：繩
股
繩纖維芯，鋼絲繩表面鍍絡。
其主要參數(shù)如下：
鋼絲繩直徑：
鋼絲直徑：
鋼絲總斷面面積：
參考重力：
鋼絲繩公稱抗拉強度：
鋼絲破斷拉力總和：
3.2滾筒的設計計算
3.2.1滾筒直徑
式中，─鋼絲繩直徑，
則：
取
3.2.2滾筒寬度
滾筒的寬度直接影響到最終產(chǎn)品的寬度，因此它的寬度必然要有最大值的限制，即不能太寬。滾筒的寬度太窄的話，那么與減速器裝配起來后，就會顯得不協(xié)調。所以滾筒的寬度不能隨便確定，而最好是在畫圖的過程中把它定下來，這樣有利于整體的配合。讓人看起來協(xié)調、美觀、大方。根據(jù)總裝圖，我們定下來的滾筒寬度為。
3.2.3滾筒的外徑
滾筒的容繩量，我們設定為，據(jù)以上設計可知，每一層纏繞的圈數(shù)：
每一圈所纏繞的長度：
∴ 鋼絲繩的纏繞層數(shù)為
則:滾筒的外徑：
式中，─為鋼絲繩直徑，
∴
取外徑，可算出最大速度。
轉速
由于，即
可得，同已知的最高速度一樣，所以符合條件。
4 行星齒輪傳動概論
齒輪傳動在各種機器和機械設備中已獲得了較廣泛的應用。例如，起重機械、工程機械、冶金機械、建筑機械、石油機械、紡織機械、機床、汽車、飛機、火炮、船舶和儀器、儀表中均采用了齒輪傳動。在上述各種機器設備和機械傳動裝置中，為了減速、增速和變速等特殊用途，經(jīng)常采用一系列互相嚙合的齒輪組成的傳動系統(tǒng)，在《機械原理》中，便將上述的齒輪傳動系統(tǒng)稱之為輪系。
4.1行星齒輪傳動的定義
輪系可由各種類型的齒輪副組成。由錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿蝸輪組成的輪系，稱之為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。下面我們主要討論的是平面輪系的設計問題。
根據(jù)齒輪系運轉時其筆順齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動分為兩大類型。
1）普通齒輪傳動（定軸輪系）
當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱為定軸輪系）。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均互相平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副或一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳動（空間齒輪傳動）。
2）行星齒輪傳動（行星輪系）
當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪。
行星齒輪傳動按其自由度的數(shù)目可分為以下幾種。
（1）簡單行星齒輪傳動 具有一個自由度（W=1）的行星齒輪傳動。對于簡單行星齒輪傳動，只需要知道其中一個構件的運動后，其余各構件的運動便可確定。
（2）差動行星齒輪傳動 具有兩個自由度（W=2）的行星齒輪傳動，即它是具有三個可動外接構件（a、b和x）的行星輪系。對于差動行星齒輪傳動，必須給定兩個構件的運動后，其余構件的運動才能確定。。
在行星齒輪傳動中作行星運動的齒輪，稱為行星齒輪（簡稱為行星輪）。換而言之，在齒輪系中，凡具有自轉和公轉的齒輪，則稱為行星輪。僅有一個齒圈的行星，稱為單齒圈行星輪；帶有兩個齒圈的行星輪稱為雙齒圈行星輪。
在行星齒輪傳動中，支承行星輪并使它得到公轉的構件，稱為轉臂（又稱為行星架），用符號x表示。轉臂x繞之旋轉的幾何軸線，稱為主軸線。在行星齒輪傳動中，與行星齒輪相嚙合的，且其軸線又與主軸線重合的齒輪，稱為中心輪；外齒中心輪用符號a或b表示，內(nèi)齒中心輪用符號b或e表示。最小的外齒中心輪a又可稱為太陽輪。而將固定不動的（與機架連接的）中心輪，稱為支持輪。
在行星齒輪傳動中，凡是其旋轉軸線與主軸線相重合，并承受外力矩的構件，稱為其本構件。換言之，所謂基本構件就是在空間具有固定旋轉軸線的受力構件；其中也可能是固定構件。而差動行星齒輪傳動就是具有三個運動基本構件的行星齒輪傳動。在其三個基本構件中，若將內(nèi)齒輪固定不動，則可得到應用廣泛的，輸入件為中心輪或轉臂，輸出件為轉臂或中心輪的行星齒輪傳動。仿上，當中心輪a固定不動時，則可得到輸入件為內(nèi)齒輪b或轉臂x，輸出件為轉臂x或內(nèi)齒輪b的行星齒輪傳動。當轉臂x固定不動時，則可得到所有齒輪細線均固定不動的普通齒輪傳動，即定軸齒輪傳動。由于該定軸齒輪傳動騍原來行星齒輪傳動的轉化機構，故又稱之為準行星齒輪傳動。
4.2行星齒輪傳動符號
在行星齒輪傳動中較常用的符號如下。
——轉速，以每分鐘的轉數(shù)來衡量的角速度，。
——角速度，以每秒弧度來衡量的角速度，。
——齒輪a的轉速，。
——內(nèi)齒輪b的轉速，。
——轉臂x的轉速，。
——行星輪c的轉速，。
——內(nèi)齒輪b與中心輪a的齒數(shù)比。
——內(nèi)齒輪b固定，即,中心輪a輸入，轉臂x輸出時的行星齒輪傳動的傳動比。
4.3行星齒輪傳動的特點
行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設置在同一主軸上。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動,而作為各種機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器和和變速裝置.尤其是對于那些要求體積小、質量小、結構緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應用。
行星齒輪傳動的主要特點如下。
1）體積小，質量小，結構緊湊，承載能力大 由于行星齒輪傳動具有功率分流和各中心輪的周圍均勻地分布著數(shù)個行星輪來共同分擔載荷，從而使得每個齒輪所承受的負荷較小，并允許這些齒輪采用較小的模數(shù)。此外，在結構上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質量小，結構非常緊湊，且承載能力大。一般，行星齒輪傳動的外廓尺寸和質量約為普通齒輪傳動的（即在承受相同的載荷條件下）。
2）傳動效率高 由于行星齒輪傳動結構的對稱性，即它具有數(shù)個勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達到提高傳動效率的作用。在傳動類型選擇恰當、結構布置合理的情況下，其效率值可達。
3）傳動比較大，可以實現(xiàn)運動的合成與分解 只要適當選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。在僅作為傳遞運動的行星齒輪傳動中，其傳動比可達到幾千。應該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結構緊湊、質量小、體積小等許多優(yōu)點。而且，它還可以實現(xiàn)運動的合成與分解以及實現(xiàn)各種變速的復雜的運動。
4）運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強 由于采用了數(shù)個結構相同的行星輪，均勻地分布中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉臂的慣性力相互了解。同時，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動的運動平穩(wěn)，抵抗沖擊和振動的能力較強，工作較可靠。
總之，行星齒輪傳動具有質量小、體積小、傳動比大及效率高（類型選項用得當）等優(yōu)點。因此，行星齒輪傳動現(xiàn)已廣泛地應用于工程機械、礦山機械、冶金機械、起重運輸機械、輕工機械、石油化工機械、機床、機器人、汽車、坦克、火炮、飛機、輪船、儀器、和儀表各方面。行星傳動不僅適用于高轉速、大功率，而且在低速大轉矩的傳動裝置上也已獲得了應用。它幾乎可適用于一切功率和轉速范圍，故目前行星傳動技術已成為世界各國機械傳動發(fā)展的重點之一。
隨著行星傳動技術的迅速發(fā)展，目前，高速漸開線行星齒輪傳動裝置所傳遞的功率已達到，輸出轉矩已達到。據(jù)有關資料介紹，人們認為目前行星齒輪傳動技術的發(fā)展方向如下。
（1）標準化、多品種 目前世界上已有50多個漸開線行星齒輪傳動系列設計；而且還演化出多種型化的行星減速器、差速器和行星變速器等多品種的產(chǎn)品。
（2）硬齒面、高精度 行星齒輪傳動機構中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學熱處理。齒輪制造精度一般均在6級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。
（3）高轉速、大功率 行星齒輪傳動機構在高速傳動中，如在高速汽輪中已獲得日益廣泛的應用，其傳動功率也越來越大。
（4）大規(guī)格、大轉矩 在中低速、重載傳動中，傳遞大轉矩的大規(guī)格的行星齒輪傳動已有了較大的發(fā)展。行星齒輪傳動的缺點是：材料優(yōu)質、結構復雜、制造和安裝較困難人們對行星傳動技術進一步深入地了解和掌握以及對國外行星傳動技術的引進和消化吸收，從而使其傳動結構和均載方式都不斷完善，同時生產(chǎn)工藝水平也不斷提高。因此，對于它的制造安裝問題，目前已不再視為一件什么困難的事情。實踐表明，在具有中等技術水平的工廠里弄也是完全可以制造出較好的行星齒輪傳動減速器。
應該指出，對于行星齒輪傳動的設計者，不僅應該了解其優(yōu)點，而且應該在自己的設計工作中，充分地發(fā)揮其優(yōu)點，且把其缺點降低到最低的限度。從而設計出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動裝置。
5 減速器設計
5.1總傳動比及傳動比分配
5.1.1總傳動比
(5.1)
式中，為電動機轉速
為滾筒轉速
據(jù)滾筒及其部件設計，滾筒直徑
則
所以，總傳動比
在傳遞動力時,行星輪數(shù)目越多越容易發(fā)揮行星齒輪傳動的優(yōu)點,但是行星數(shù)目的增加會使其載荷均衡困難,而且由于鄰接條件限制又會減小傳動比的范圍.因而在設計行星齒輪傳動時,通常采用 3個或4個,特別是3個行星輪。取行星輪的數(shù)目為3。
因為行星輪數(shù)目，傳動范圍只有，故選用兩級行星齒輪傳動機構。
5.1.2傳動比分配
多級行星齒輪傳動的傳動比分配原則是各級傳動之間等強度，并希望獲得最小的外廓尺寸，在兩級NGW型行星齒輪傳動中，用角標表示高速級參數(shù)，表示低速級參數(shù)。設高速級和低速級外嚙合齒輪材料，齒面硬度相同，則；取行星輪數(shù)目；對于兩級NGW型行星齒輪傳動，可使低速級內(nèi)齒輪分度圓直徑與高速級內(nèi)齒輪分度圓直徑之比接近于，之比值用表示，通常令，并取；取載荷不均勻系數(shù)；取齒寬系數(shù)。
兩級NGW型行星齒輪傳動的傳動比分配可利用圖17.2-4《機械設計手冊》，圖中和分別為高速級及總的傳動比，可按下式計算
式中 ——行星輪數(shù)目；
——齒寬系數(shù)；
——載荷不均勻系數(shù)見表17.2-16；查《機械設計手冊》
——接觸強度的齒向載荷分布系數(shù)；
——動載系數(shù)；
——接觸強度的壽命系數(shù)；
——工作硬化系數(shù)；
——計算齒輪的接觸疲勞極限，取值查第16篇第2章。查《機械設計手冊》
、、的比值，可用類比法進行試湊，或取三項比值的乘積等于。
取
如全部齒輪硬度，可取。
∴
由公式(5.1)可計算出E值：
再使用圖17.2-4《機械設計手冊》,即可查出NGW型兩級行星齒輪傳動的傳動比分配，圖中和分別為高速級及總的傳動比，如果最后標得的值大于，則取。
由圖17.2-4，查得
那么低速級傳動比。
5.2高速級計算
5.2.1配齒計算
確定齒數(shù)應滿足的條件：
行星齒輪傳動各齒輪齒數(shù)的選擇，除去應滿足漸開線圓柱齒輪齒數(shù)的選擇，還須滿足其傳動比條件、同心條件、裝配條件和鄰接條件。
通常電動滾筒中取行星輪數(shù)目，過多會使其載荷均衡困難，過少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動的優(yōu)點，由于距可能達到的傳動比極限值較遠，所以可不檢驗鄰接條件。
各輪齒數(shù)按公式
進行配齒計算，計算中根據(jù)并適當調整，使等于整數(shù)，再求出，應盡可能取質數(shù)，并使整數(shù)。
則
這些符合取質數(shù)，/整數(shù)，/整數(shù)，且及 無公約數(shù)，整數(shù)的NGW型配齒要求。
5.2.2變位方式及變位系數(shù)的選擇
在漸開線行星齒輪傳動中，合理采用變位齒輪可以獲得如下效果：獲得準確的傳動化、改善嚙合質量和提高承載能力，在保證所需傳動比前提下得到合理的中心距、在保證裝配及同心等條件下使齒數(shù)的選擇具有較大的靈活性。
變位齒輪有高變位和角變位，兩者在漸開線行星齒輪傳動中都有應用。高變位主要用于消除根切和使相嚙合齒輪的滑動比及彎曲強度大致相等。角變位主要用于更靈活地選擇齒數(shù)，拼湊中心距，改善嚙合特性及提高承載能力。由于高變位的應用在某些情況下受到限制，因此角變位在漸開線行星齒輪傳動中更為廣泛的應用。
常用行星齒輪傳動的變位方法及變位系數(shù)可按表13-5-13及13-5-4、圖
13-5-5和圖13-5-6確定。參考《機械零件設計手冊》
此行星齒輪傳動采用的變位方式為高變位；
表13-5-13《機械零件設計手冊》詳細說明了高變位的系數(shù)的選擇的情況:
（1） 太陽輪負變位，行星輪和內(nèi)齒輪正變位。即：
和按圖13-5-4及圖13-5-5確定。選《機械零件設計手冊》
（2） 太陽輪正變位，行星輪和內(nèi)齒輪負變位。即：
和按圖13-5-4及圖13-5-5確定。選《機械零件設計手冊》
由于，故
查得，
5.2.3按接觸強度初算A-C傳動的中心距和模數(shù)
輸入轉距
因傳動中有一個或兩個基本構件浮動動作為均載機構，且齒輪精度低
于6級，所以取載荷不均勻系數(shù)
。
在一對A-C傳動中，小齒輪（太陽輪）傳遞的扭矩
全面硬齒面的外嚙合，在對稱，中等沖擊載荷時：精度采用8-7-7 GB/T100951-2001。使用的綜合系數(shù)
考慮電動滾筒加工和使用的實際條件，取。齒數(shù)比
太陽輪和行星輪的材料用40Cr鋼表面的影響系數(shù)。調質處理后HBS240285，取。
齒寬系數(shù)（GB10098—88）線偏斜可以忽略因齒面硬度HB>350，則取。
按接觸強度初算中心距公式：
(5.2)
由公式(5.2)可計算出中心距（內(nèi)嚙合用“－”號）:
求模數(shù)
1）計算A-C傳動的實際中心距和嚙合角取模數(shù)（漸開線齒輪標準模數(shù)（GB1357-87）），則實際中心距
因為直齒輪高變位，則
所以嚙合角
2）計算C-B傳動的中心距和嚙合角
實際中心距：
因為中心距變動系數(shù)，所以嚙合角
。
5.2.4幾何尺寸計算
按高變位齒輪傳動的幾何計算A、C、B三輪的集合尺寸。
1）分度圓直徑
2）齒頂高
式中 ；
。
3）齒根高
4）齒高
5）齒頂圓直徑
6）齒根圓直徑
7）齒寬：
查《機械設計手冊》表13-1-79,即：齒寬系數(shù)的推薦范圍表。
查表得：，取
太陽輪齒寬： ；
行星輪齒寬：
取 ；
內(nèi)齒輪齒寬：。
5.2.5驗算A-C傳動的接觸強度和彎曲強度
1）動載系數(shù)和速度系數(shù)
動載系數(shù)和速度系數(shù)按齒輪相對于行星架的圓周速度，查圖13-1-18(或按表13-1-90和表13-1-84計算)和圖13-1-28(或按表13-1-107計算)求出。查看《機械設計手冊》。
和所用的圓周速度用相對于行星架的圓周速度：
動載系數(shù)
是用來考慮齒輪副在嚙合過程中，因基節(jié)誤差、齒形誤差而引起的內(nèi)
部附加動載荷對輪齒受載的影響。
對于圓柱齒輪傳動，可取
也可用公式算出：
速度系數(shù)由《機械設計手冊》查得
2）齒向載荷分布系數(shù)、
對于不重要的行星齒輪行動，齒輪強度計算中的齒向載荷分布系數(shù)、可用《機械設計手冊》的傳動齒輪第一章來確定；對于重要的行星齒輪傳動，應考慮行星傳動的特點，用下述方法確定。
彎曲強度計算時：
接觸強度計算時：
式中 和——齒輪相對于行星架的圓周速度及大齒輪齒面硬度 對及的影響系數(shù)（圖13-5-12）;查看《機械設計手冊》
——齒寬和行星輪數(shù)目對和的影響系數(shù)。對于圓柱直齒或人字齒輪行星傳動，如果行星架剛性好，行星輪對稱布置或者行星輪采用調位軸承，因而使太陽輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計時，值由圖13-5-13查取。查看《機械設計手冊》
如果NGW型和NW型行星齒輪傳動的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小于或等于時，可取。
由圖13-5-13查得：
由圖13-5-12查得：，
彎曲強度計算時：
接觸強度計算時：
可見算出來的數(shù)值有點偏高。
另外在NGW型和NW型行星齒輪傳動的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小于或等于1時，可取。
3）求齒間載荷分配系數(shù)及
先求端面重合度：
式中
則
因為是直齒齒輪，總重合度
節(jié)點區(qū)域系數(shù)：
式中
∴
彈性系數(shù)：
接觸強度計算的重合度系數(shù)：
接觸強度計算的螺旋角系數(shù)：
接觸強度計算的壽命系數(shù)：
因為當量循環(huán)次數(shù)，則 。
最小安全系數(shù)：取=1
潤滑劑系數(shù)，考慮用N46機械油作為潤滑冷卻劑，取=0.93。
粗糙度系數(shù)：取。
齒面工作硬化系數(shù)：取=1。
接觸強度計算的尺寸系數(shù)：=1
4）A-C傳動接觸強度驗算
計算接觸應力：
許用接觸應力：
其強度條件：
則
計算結果，A-C接觸強度通過。用40Cr鋼（40MnB鋼）調質后表面淬火，安全可靠。
5）A-C傳動彎曲強度驗算
齒根應力為：
(5.3)
式中，——齒形系數(shù)，考慮當載荷作用于齒項時齒形對彎曲應力的影響，與齒數(shù)、變位系數(shù)有關，與模數(shù)無關。標準齒輪齒形系數(shù)可查表6-5《機械設計》課本。
——應力修正系數(shù)，考慮齒根過渡曲線處的應力集中及其他應力對齒根應力的影響，與齒數(shù)、變位系數(shù)有關，與模數(shù)無關。標準齒輪應力修正系數(shù)可查表6-5《機械設計》課本。
——重合度系數(shù)，是將載荷作用于齒頂時的齒根彎曲應力折算為載
荷作用在單齒對嚙合區(qū)上界點時齒根彎曲應力的系數(shù)，
相嚙合的大、小齒輪，由于其齒數(shù)不同，兩輪的和不相等，故它們的彎曲應力一般是不相等的，而且，當大、小齒輪的材料及熱處理不同時，其許用應力也不相等，所以進行輪齒的彎曲疲勞強度校核時，大、小齒輪應分別計算。
由表6-5查得：小輪：
大輪：
小輪：
大輪：
重合度系數(shù)
式中，——螺旋角系數(shù)；
因為是直齒輪，所以取=1
由公式(5.3)計算：
考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應力
由強度條件
即
則 (5.4)
式中，——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)，由于斷齒破壞比點蝕破壞具有更嚴重的后果，所以通常設計時，彎曲強度的安全系數(shù)應大于接觸強度的安全系數(shù)，，取
由公式(5.4)計算出齒根最大應力：
由《機械設計》課本查?。?0Cr調質、表面淬火。A-C傳動改用材質后，彎曲強度驗算也通過。（參考圖6-3查?。?
5.2.6驗算C-B傳動大接觸強度和彎曲強度
1）根據(jù)A-C傳動的來確定C-B傳動的接觸應力，因為C-B傳動為內(nèi)嚙合，，所以
2）核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞極限
由，，即：
式中，——接觸強度計算的最小安全系數(shù)，通常
取
則
45號鋼調，則內(nèi)齒輪用45號鋼調質鋼，調質硬度，接觸強度符合要求。
3）彎曲強度的驗算
只對內(nèi)齒輪進行驗算，計算齒根應力，其大小和A-C傳動的外嚙合一樣，即
由強度條件
得
45號鋼調，所以C-B傳動中的內(nèi)齒輪彎曲強度符合要求。
5.3低速級計算
5.3.1配齒計算
由高速級計算得，由于距可能達到的傳動比極
限值較遠，所以可不檢驗鄰接條件。
各輪齒數(shù)按公式
進行配齒計算，計算中根據(jù)并適當調整，使等于整數(shù)，再求出，
應盡可能取質數(shù)，并使整數(shù)。
則
這些條件符合取質數(shù)，/整數(shù)，/整數(shù)，且 及無公約數(shù)，整數(shù)的NGW型配齒要求，而且不是質數(shù)，以便于加工。速比誤差。
5.3.2變位方式及變位系數(shù)的選擇
在漸開線行星齒輪傳動中，合理采用變位齒輪可以獲得如下效果：獲得準確的傳動化、改善嚙合質量和提高承載能力，在保證所需傳動比前提下得到合理的中心距、在保證裝配及同心等條件下使齒數(shù)的選擇具有較大的靈活性。變位齒輪有高變位和角變位，兩者在漸開線行星齒輪傳動中都有應用。高變位主要用于消除根切和使相嚙合齒輪的滑動比及彎曲強度大致相等。角變位主要用于更靈活地選擇齒數(shù)，拼湊中心距，改善嚙合特性及提高承載能力。由于高變位的應用在某些情況下受到限制，因此角變位在漸開線行星齒輪傳動中更為廣泛的應用。
常用行星齒輪傳動的變位方法及變位系數(shù)可按表13-5-13及13-5-4、圖13-5-5和圖13-5-6確定。參考《機械零件設計手冊》
此行星齒輪傳動采用的變位方式為高變位；
表13-5-13《機械零件設計手冊》詳細說明了高變位的系數(shù)的選擇的情
況:
1） 太陽輪負變位，行星輪和內(nèi)齒輪正變位。即：
和按圖13-5-4及圖13-5-5確定。選《機械零件設計手冊》
2） 太陽輪正變位，行星輪和內(nèi)齒輪負變位。即：
和按圖13-5-4及圖13-5-5確定。選《機械零件設計手冊》
由于，故
查得，
5.3.3按接觸強度初算A-C傳動的中心距和模數(shù)
低速級輸入扭距：
因傳動中有一個或兩個基本構件浮動動作為均載機構，且齒輪精度低于
6級，所以取載荷不均勻系數(shù)
。
在一對A-C傳動中，小齒輪（太陽輪）傳遞的扭矩
全面硬齒面的外嚙合，在對稱，中等沖擊載荷時：精度采用8-7-7 GB/T100951-2001。使用的綜合系數(shù)。
考慮電動滾筒加工和使用的實際條件，取。齒數(shù)比
太陽輪和行星輪的材料和高速級一樣，改用40Cr調質處理，齒面硬度HRS240285，取。
齒寬系數(shù)（GB10098—88）線偏斜可以忽略因齒面硬度HB>350，
則取 。
按接觸強度初算中心距公式：
計算中心距（內(nèi)嚙合用“－”號）:
求模數(shù)
1）計算A-C傳動的實際中心距和嚙合角取模數(shù)（漸開線齒輪標準模數(shù)（GB1357-87）），則實際中心距
因為直齒輪高變位，則
所以嚙合角
2）計算C-B傳動的中心距和嚙合角
實際中心距：
因為中心距變動系數(shù)，所以嚙合角。
5.3.4幾何尺寸計算
按高變位齒輪傳動的幾何計算A、C、B三輪的集合尺寸。
1）分度圓直徑
2）齒頂高
式中，
。
3）齒根高
4）齒高
5）齒頂圓直徑
6）齒根圓直徑
7）齒寬：
查《機械設計手冊》表13-1-79,即：齒寬系數(shù)的推薦范圍表。
查表得：，取
太陽輪齒寬：
取 ；
行星輪齒寬：
取 ；
內(nèi)齒輪齒寬：。
5.3.5驗算A-C傳動的接觸強度和彎曲強度
1）動載系數(shù)和速度系數(shù)
動載系數(shù)和速度系數(shù)按齒輪相對于行星架的圓周速度
，查圖13-1-18(或按表13-1-90和表13-1-84計算和圖13-1-28(或按表13-1-107計算)求出。查看《機械設計手冊》
和所用的圓周速度用相對于行星架的圓周速度：
動載系數(shù)
是用來考慮齒輪副在嚙合過程中，因基節(jié)誤差、齒形誤差而引起的內(nèi)
部附加動載荷對輪齒受載的影響。
對于圓柱齒輪傳動，可取
也可用公式算出：
取 ；
速度系數(shù)由《機械設計手冊》查得
2）齒向載荷分布系數(shù)、
對于不重要的行星齒輪行動，齒輪強度計算中的齒向載荷分布系數(shù)、可用《機械設計手冊》的傳動齒輪第一章來確定；對于重要的行星齒輪傳動，應考慮行星傳動的特點，用下述方法確定。
彎曲強度計算時：
接觸強度計算時：
式中，和——齒輪相對于行星架的圓周速度及大齒輪齒面硬度 對及的影響系數(shù)（圖13-5-12）;查看《機械設計手冊》
——齒寬和行星輪數(shù)目對和的影響系數(shù)。對于圓柱直齒或人字齒輪行星傳動，如果行星架剛性好，行星輪對稱布置或者行星輪采用調位軸承，因而使太陽輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計時，值由圖13-5-13查取。查看《機械設計手冊》
如果NGW型和NW型行星齒輪傳動的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小于或等于時，可取。
由圖13-5-13查得：
由圖13-5-12查得：，
彎曲強度計算時：
接觸強度計算時：
可見算出來的數(shù)值有點偏高。
另外在NGW型和NW型行星齒輪傳動的內(nèi)齒輪寬度與行星輪分度圓直徑的比值小于或等于1時，可取。
3）求齒間載荷分配系數(shù)及
先求端面重合度：
式中
則
因為是直齒齒輪，總重合度
節(jié)點區(qū)域系數(shù)：
式中，
∴
彈性系數(shù)：
接觸強度計算的重合度系數(shù)：
接觸強度計算的螺旋角系數(shù)：
接觸強度計算的壽命系數(shù)：
因為當量循環(huán)次數(shù)，則 。
最小安全系數(shù)：取=1
潤滑劑系，考慮用N46機械油作為潤滑冷卻劑，取=0.93。
粗糙度系數(shù)：取。
齒面工作硬化系數(shù)：取=1。
接觸強度計算的尺寸系數(shù)：=1
4）A-C傳動接觸強度驗算
計算接觸應力：
許用接觸應力：
其強度條件：
則
計算結果，A-C接觸強度通過。用40Cr鋼（40MnB鋼）調質后表面淬火，安全可靠。
5）A-C傳動彎曲強度驗算
齒根應力為：
式中，——齒形系數(shù)，考慮當載荷作用于齒項時齒形對彎曲應力的影響，
與齒數(shù)、變位系數(shù)有關，與模數(shù)無關。標準齒輪齒形系數(shù)可查表6-5《機械設計》課本。
——應力修正系數(shù)，考慮齒根過渡曲線處的應力集中及其他應力
對齒根應力的影響，與齒數(shù)、變位系數(shù)有關，與模數(shù)無關。標準齒輪應力修正系數(shù)可查表6-5《機械設計》課本。
——重合度系數(shù)，是將載荷作用于齒頂時的齒根彎曲應力折算為
載荷作用在單齒對嚙合區(qū)上界點時齒根彎曲應力的系數(shù)，
相嚙合的大、小齒輪，由于其齒數(shù)不同，兩輪的和不相等，故它們的彎曲應力一般是不相等的，而且，當大、小齒輪的材料及熱處理不同時，其許用應力也不相等，所以進行輪齒的彎曲疲勞強度校核時，大、小齒輪應分別計算。
表6-5查得：小輪：
大輪：
小輪：
大輪：
重合度系數(shù)
式中，——螺旋角系數(shù)；因為是直齒輪，所以取=1
考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應力：
由強度條件 ，即
則 (5.4)
式中，——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)，由于斷齒破壞比點蝕破壞具有更嚴重的后果，所以通常設計時，彎曲強度的安全系數(shù)應大于接觸強度的安全系數(shù)，，取
由《機械設計》課本查?。?0Cr調質、表面淬火。A-C傳動改用材質后，彎曲強度驗算也通過。（參考圖6-3查取）
5.3.6驗算C-B傳動大接觸強度和彎曲強度
1）根據(jù)A-C傳動的來確定C-B傳動的接觸應力，因為C-B傳動為內(nèi)嚙合，，所以
2）核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞極限
由，，即
式中，——接觸強度計算的最小安全系數(shù)，通常
取
則
45號鋼調，則內(nèi)齒輪用45號鋼調質鋼，調質硬度，接觸強度符合要求。
3）彎曲強度的驗算
只對內(nèi)齒輪進行驗算，計算齒根應力，其大小和A-C傳動的外嚙合一樣，即
由強度條件 ，得
45號鋼調，所以C-B傳動中的內(nèi)齒輪彎曲強度符合要求。
5.4傳動裝置運動參數(shù)的計算
5.4.1各軸轉速計算
高速級行星架軸轉速：
主軸轉速：
由于主軸和行星架是是通過鍵連接在一起的，故
低速級行星架軸轉速：
式中，——電動機轉動，；
——高速級傳動比；
——低速級傳動比。
5.4.2各軸功率計算
高速級行星架軸功率：
主軸功率：
低速級行星架軸功率：
式中，軸承的效率為；
兩級行星輪系傳動效率為。
注:兩級行星輪的傳動比相等，并且它們之積為。
5.4.3各軸扭矩計算
高速級行星架軸扭矩：
主軸扭矩：
低速級行星架軸扭矩：
5.4.4各軸轉速、功率、扭矩列表（見表5.1）
表5.1 各軸轉速、功率、扭矩列表
軸 號
轉 速
輸出功率
輸出扭矩
傳動比
效 率
電機軸
1440
3.5
23.2
高速級行星架軸
282.353
3.328
112.561
5.1
0.98
主軸
282.353
3.328
112.561
5.1
0.98
低速級行星架軸
63.7
3.13
469.254
4.4333
0.98
卷筒軸
63.7
3.13
469.254
1
0.98
6 傳動軸的設計計算
6.1計算作用在齒輪上的力
軸的轉矩
輸出軸上太陽輪分度圓直徑
圓周力
徑向力
軸向力
各力方向如圖6.2和圖6.3所示。
6.2、初步估算軸的直徑
選取45號鋼作為軸的材料，調質處理
由式計算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響
根據(jù)軸的材料查得
則
取
6.3軸的結構設計
6.3.1確定軸的結構方案
左軸承從軸的左端裝入，靠軸肩定位。齒輪和右軸承從軸的右端裝入，軸承左側靠軸肩定位，太陽輪兩邊靠左右軸承定位。最右側兩軸承靠套和彈性擋圈以定位，最右端軸承靠圓螺母以定位。軸的結構如圖6.1所示。
圖6.1 軸的結構圖
6.3.2確定各軸段直徑和長度
段 軸和轉臂是通過鍵聯(lián)接起來的。轉臂的轂孔長度為，為了使軸和轉臂運行更加安全，所以用螺釘把它們聯(lián)接在一起。故其長度比轂孔長度短30毫米，則，。
段 為了便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標準軸承內(nèi)徑。查GB/T276-94，暫選滾動軸承型號為6212，,其寬度。采用密封的方式，則該軸段長度。
段 軸承是以軸肩來定位的。所以軸肩的直徑，軸肩高度應滿足軸承拆卸要求，則該軸段直徑，長度。
段 ，故該軸段直徑,長度。
段 軸承是以軸肩來定位的。所以軸肩的直徑，軸肩高度應滿足軸承拆卸要求，則該軸段直徑，長度。
段 為了便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標準軸承內(nèi)徑。查GB/T276-94，暫選滾動軸承型號為6212，,其寬度。采用密封的方式，則該軸段長度。
段 齒輪的寬度為，輪轂長度，為了便于定位，取軸段長度；為了便于軸承拆卸，，取軸段直徑。
段 查GB/T276-94，暫選滾動軸承的型號6309，,并其寬度。用2個滾動軸承支承軸，為使軸承運行平穩(wěn)，選用圓螺母固定軸端，圓螺母能夠承受大軸向力，但軸上螺紋處有較大的應力集中，會降低軸的疲勞強度。查GB/T6170-2000，暫選螺母M45.軸段長度。則該軸段長度。
6.3.3確定軸承及齒輪作用力位置
各力方向如圖6.2和6.3和軸的結構圖所示，先確定軸承支點位置，查6212軸承，其支點尺寸，因此軸的支承點到另一個軸的支承點距離，，，，，。
6.4繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
圖6.2 滾筒的受力簡圖
圖6.3 軸的計算簡圖
6.5軸的計算簡圖
1）求軸承反力
水平面
，，，
垂直面
，，，
2）求齒寬中點處彎矩
水平面
，
，
垂直面
，
合成彎矩
，，
扭矩
彎矩圖、扭矩圖如圖6.3所示。
6.6按彎矩合成強度校核軸的強度
當量彎矩，