中文譯文光電觸覺傳感器在采煤機設計中的應用——用于在地下煤炭開采中辨認巖石表面摘要 在傳統(tǒng)采礦業(yè)中自動化的應用并沒有很成功。很多時候自動化的益處被認為是解決了許多采礦業(yè)所面對的諸如增加安全性和提高生產率等各種問題。這些應用的引入在許多情況下并沒有充分考慮采礦環(huán)境。因此，有效的技術往往在還沒有機會展示其真正的能力之前被貼上了失敗的標簽。因此，我們認為，要在采礦系統(tǒng)或子系統(tǒng)中有效的發(fā)展自動化技術，需要投入最少的操作者。這可以從幾個方面來實現(xiàn)。首先，通過縮小自動化采礦系統(tǒng)中必須操作的域名，這樣不太復雜的自動化技術可以得到強勁的應用?；蛘?，通過更精密的控制技術要求，可以對由于非結構化的地質多樣性和不可預測的環(huán)境所導致的采礦操作環(huán)境的不明情況作出靈活的反應。采煤機的自動化在光電觸覺傳感器的協(xié)助下，應使機器能檢測頂部和底部的煤巖界面。在本文中應用到一種嘗試，與現(xiàn)有采煤機聯(lián)合，當采煤機在地下煤礦的長壁工作面工作時，一個新開發(fā)的觸覺傳感器用來檢測不同類型的材料。所推薦的觸覺傳感器能夠辨認其表面紋理發(fā)現(xiàn)不同類型的材料（煤，石灰石，砂巖，殼）。關鍵詞：采煤機，煤炭，巖石/煤界面，自動化，光電觸覺傳感器 .1.引言與問題導向采煤機用于在澳大利亞的地下長壁采煤工作面，包括作為主要單元的（圖1），一個驅動旋轉切割頭（滾筒），搖臂，行走部分（裝甲鏈式輸送機- AFC）控制部分，機身，鼠籠異步電機，減速器。 5米長的高扭矩旋轉切割頭能夠截割煤層高達5米的煤壁。工作環(huán)境嘈雜，塵土飛揚，有潛在的爆炸性。使長壁采煤工作面生產更安全，更高效已成為澳大利亞煤炭協(xié)會研究計劃中一個長期運行的CSIRO資助項目的主題，其中也提出了設計新的定位技術和指導長壁采煤的切割設備的新技術。澳大利亞長壁采礦作業(yè)的停機時間的統(tǒng)計數(shù)字顯示，10類機械相關故障停機時間占百分之五十[1]。其中主要的是面對對齊，域控制，信息系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的溝通。一個完全自動化的采煤機必須包括在內和解決這些問題。目前，采煤機自動化控制，主要是指水平控制，即：如何控制自動化采煤機的截割水平，使其始終停留在煤層和削減厚度均勻。為了實現(xiàn)這一目標，采煤機必須能夠辨認在頂板和底板的煤巖界面。此外，一旦它確定了煤巖界面的水平位置，必須立即調整其切割滾筒位置。除了隨身攜帶的微處理器，存儲和分析數(shù)據和命令的問題，一個自動化采煤機系統(tǒng)還需要一個煤巖界面檢測系統(tǒng)和傾角用來測量和調整滾筒高度和機身間距。伽瑪射線煤層厚度測量系統(tǒng)已經用于檢測煤巖界面[2]。伽馬輻射是在頁巖高，砂巖低，幾乎沒有石灰石，煤炭幾乎檢測不到[3]。自然伽瑪射線背景（核NGB）傳感器用于煤礦開采工作面的煤巖界面檢測。許多煤巖界面探測器已經開發(fā)和測試，但他們都是在實驗階段。這些都是基于吸引力，巖石振動和攝像機[4]原則。吸引力測量系統(tǒng)的選擇決定所確定的位切削力。該系統(tǒng)是根據不同的煤所需的切削力降低煤層中的直接頂?shù)脑瓌t。通過隨身攜帶的計算機處理吸引力的變化，可以識別煤巖界面。為了區(qū)分煤巖界面，振動評估系統(tǒng)利用計算機分析切割巖石和煤時的振動特性差異的原則。該系統(tǒng)包括一個或多個振動傳感器并盡可能靠近切割滾筒安裝[5]。一臺采煤機需要兩個操作者，一個負責切割滾筒，另一個負責尾部滾筒。他們的目的是控制滾筒的切縫在任何時候保持同一水平。他們通常的做法是通過煤層中一個或多個連續(xù)的采礦夾層來引導他們。這適用于大多數(shù)情況下，良好的領導滾筒，最大限度地減少頂煤。但是，它對尾部滾筒不起作用因為底板通常是覆蓋著底煤和裝甲鏈式輸送機（AFC）。因此，采煤機自動化的第一步是控制滾筒的切割水平。一臺伽瑪射線傳感器就是專為這項任務。在采煤機切割之后，距離預定的采煤機背后的掩護梁將必須提前推進。為了完成這項任務，在任何時候必須知道采煤機的位置，這個信息要傳達給掩護梁采取推進。這項任務是通過紅外傳感器或接近傳感器完成的。 全部自動化采煤機系統(tǒng)需要以下傳感器：一臺紅外傳感器或里程計以在任何時候確定采煤機位置。一臺伽瑪射線探測器或光電觸覺傳感器用以確定煤巖界面。兩臺量坡儀用以控制搖臂的高度和滾筒的切割高度。量坡儀用以確定和控制間距（在采煤方向）和采煤機的啟動（在工作面方向）。具有電液控制系統(tǒng)的掩護梁。一種長壁采煤機的自動控制系統(tǒng)原理如圖2中顯示。該系統(tǒng)[6]有三個獨立的計算機，如一個負責屏幕管理控制，掩護梁與掩護梁界面的中央，以及一個負責采煤機傳感器的數(shù)據處理計算機和控制采煤機操作站顯示器表面的計算機?，F(xiàn)代長壁開采采用先進的電力支持（或掩護梁支撐）。它不僅支撐了頂板，推送裝甲鏈式輸送機（AFC），并推進本身，而且還為所有相關的采礦活動提供了安全的環(huán)境。該自動化采煤機可以用若干種模式操作：速度控制，煤巖界面跟蹤，頂板周期削減，固定高度頂板切斷，門式斷路器。例如，在頂板煤周期削減模式下，頂煤厚度要剩余多少是首要決定的。在最初的運行中，例如從頭部到尾部的進程中，搖臂位置傳感器（或測斜儀）將調整切割水平，伽瑪射線傳感器在一個固定的時間間隔讀取信息。此信息存儲在計算機，引導搖臂位置傳感器在從尾至頭的下一次進程。頂板削減的可以在命令下被替代更換，如果系統(tǒng)確定需要變化。該機器的控制系統(tǒng)已顯示[1]，它可以在惡劣的條件下進行，成功地通過煤層（圖3）在明顯的擾動區(qū)開采礦產。長壁開采系統(tǒng)[1，11]包括以下子系統(tǒng)：采煤機，掩護梁，裝甲鏈式輸送機，裝載機，帶式輸送機。每個子系統(tǒng)由一個或多個組件構成。對于一個長壁開采系統(tǒng)連續(xù)工作，所有子系統(tǒng)及其部件，必須綜合或自動化，以激發(fā)連續(xù)開采系統(tǒng)的全部潛力。今天，大多數(shù)子系統(tǒng)部分或完全自動化。為了實現(xiàn)自動化，子系統(tǒng)和子系統(tǒng)組件必須能夠自由地相互之間保持溝通。主要包括數(shù)據通信識別和將要采取的行動的證實。為了落實子系統(tǒng)元件及子系統(tǒng)集成，組件和子系統(tǒng)之間必須建立通訊聯(lián)系。通信需要接觸和/或提供的監(jiān)測數(shù)據在子系統(tǒng)組件或子系統(tǒng)專用計算機。通信系統(tǒng)的在網絡中的運行，很像常用的電子郵件網絡。每個子系統(tǒng)都有自己的電腦和可以自行運作，即使網絡出現(xiàn)故障。如果網絡中斷，子系統(tǒng)之間的通信被中斷。從表面上看，主機系統(tǒng)包括服務器，網絡控制器和處理器以及顯示器。也有個人電腦，工作站和筆記本電腦連接到網絡。在長壁開采系統(tǒng)中，采煤機是硬件，它的數(shù)據是通過現(xiàn)代調制解調器中心傳輸。采煤機也可以通過無線系統(tǒng)發(fā)射器如紅外線接收器與掩護梁聯(lián)系在一起。2.物體的表面紋理物體表面紋理，一般來說，可以通過表面特征和表面粗糙度或不規(guī)則波紋度[7]來表示，如圖5所示。雖然看起來，在任何情況下任何表面是完全光滑平面，但是每面總是有一些粗糙的紋理排序。對于加工或鑄造，或以任何其他產品的過程，都會產生一個特定的表面，這是一個特定的流程和工具的行動造成的結果/或程序和科學現(xiàn)象在表面上留下的后果，造成表面波紋度和粗糙度。其他產品獲得表面特征由于各種自然現(xiàn)象。如石頭與煤的表面性質，取決于由于火山噴發(fā)所產生的巨大壓力造成的結果。據推測，煤與石頭的表面紋理也與晶體一樣受其內部晶體結構的影響。表面粗糙度或波紋的特點如下幾何圖形的高峰和低谷（圖4和5）。用觸覺傳感器或手寫筆，表面紋理的變化可以評估，如上升角（α），波峰到波谷的高度（h），一個波峰到下一個波峰的距離（f）。一個觸覺傳感器觸可以指定一個表面的幾何參數(shù)。3.觸覺傳感器在采煤機中的應用對象可以感覺到通過視覺，聽覺，嗅覺或觸摸，通過觸摸屏可接觸和非接觸式感應[7]。知道了某些物體表面紋理性質，為機器或智能系統(tǒng)，創(chuàng)造一個近似的物體識別的想法。每一個對象，如煤炭，水泥，瓷磚，地毯，地氈，路面或墻壁，石頭或音色，一個螺栓或一個加工產品或鑄造產品，總之，每一個對象的性質包括其表面結構，相位和紋理的完整性。因此傳感表面紋理和結構可以允許對象的部分承認，在某些情況下的充分肯定是可能的。在這個特定的工作中觸覺式傳感器用于檢測表面紋理和承認它。對于帕特森和內維爾設計的較成功的人造皮膚類型觸覺傳感器[8]稱為誘導振動物體表面的評估觸摸傳感器（IVTS）。目前，作者正在探索觸覺傳感器功能，利用在地下采煤機中的應用，感覺和區(qū)分煤和巖石表面。一個光電觸覺傳感器通過一系列合理的實驗[7，9] 被證明，它具有區(qū)分和識別能力，通過觸摸不同的非流體物體表面紋理。顯然，石頭和煤的表面紋理和表面完整性等性質不同。文獻調查表明，一臺手指狀觸覺傳感器是基于W. Lo, Y. Shen, and Y. Liu (2001)提供的光學技術，它已被應用[10]來捕捉一個對象被接觸的面積。如圖6所示，手指狀的光學觸覺傳感器包括一個透明和靈活的光纖波導由橡膠彈性膜，一個有機玻璃的支持下，一組鏡頭，光纖電纜形象，微光源，覆蓋1 CCD器件。根據作者所寫，光源被安置在管道，以避免光線散射。光注入光學波導。如果沒有對象接觸與傳感器，光線反射回內橡膠電纜指南內，沒有光線傳遞到鏡頭。為了煤礦井下采煤機設備的進一步自動化，我們正嘗試使用選擇觸覺傳感器。4.光電觸覺傳感器該光電觸覺傳感器系統(tǒng)可用于評估確認特定巖石和煤的表面紋理。該傳感器的光纖技術 [7]，其設計原則和工作原理如圖8所示。它是由一個全鍍銀鏡，觸覺針，一個發(fā)光二極管（LED小片），一個光電晶體管，兩條光纖電纜，指紋筆尖顛簸橡膠彈性體組成。\如[7]所述，全鍍銀鏡垂直對觸覺針內端安裝硬性。在另一端的觸覺引入了彈性橡膠體，它類似于一個人的手。指紋的凸起，仿佛是鉸接到身體碰撞的橡膠中的一部分，它使各地的假想旋轉鉸鏈在其偏轉關節(jié)。一個發(fā)光二極管（LED）作為主要光源，用于發(fā)射的纖維之一，通過光線光纜。傳播的光線穿過光學纖維的載體，作為對 [7]的解釋，在全鍍銀鏡聚焦。一些射線的傳播反映的部份立即返回通過二次光學纖維載體。5.實驗這是進行了合理的現(xiàn)實生活中的實驗工程，以便使發(fā)達國家光電觸覺傳感器可以被用于采煤機的自動化，因為該傳感器已被實驗承認。對于研究煤和石頭表面可以達到類似的結果。現(xiàn)實生活中的一個實驗室正在進行一系列試驗，并分為三個階段：分為（一）從實際開采區(qū)采集足夠數(shù)量的石和煤；（二）下面的描述的程序[7， 9]，以及（三）使用現(xiàn)代計算技術的處理方法開發(fā)和辨識（煤或巖石）。所得到的觸覺傳感器單元處理與軟計算技術幫助的結果，可用于工業(yè)采煤機的主控制系統(tǒng)接口部分。6.結論自動化采煤機的應用產生了以下好處：提高了煤炭回收率和質量——因為始終保持在自切割煤層，徑流式采煤干凈多了。此外，在許多煤層邊界煤含有較高的硫含量;留下頂煤將提高產品質量。加強頂板控制——許多煤層直接頂薄弱，一些頂煤必須繼續(xù)加以保護。自動視野控制可以很容易做到這一點。頂板和底板都非常流暢。支撐可以完全更好的接觸頂板和底板，并消除了雙方面對面的路線和開采方向的運行。采礦高度也能比較均勻的削減。觸覺傳感器可有效地應用于礦山機械自動化系統(tǒng)，可能為采礦業(yè)帶來的潛在利益。特別是在這篇文章中描述的光電觸覺傳感器有潛力用于鑒別煤巖界面，識別煤和石頭的表面紋理和完整性 中國 XX 大學畢業(yè)設計任務書任 務 下 達 日 期 ： 20** 年 3 月 1 日畢業(yè)設計日期： 20** 年 3 月 5 日至 20** 年 6 月 10 日畢業(yè)設計題目：BM-100 型薄煤層采煤機總體及截割部設計畢業(yè)設計專題題目：畢業(yè)設計主要內容和要求：主要技術參數(shù)如下:采高： 1.0-1.3 米；適用煤傾角： 0-20°；煤質硬度：f≤3； 滾筒截深：0.6-0.8 米；牽引速度(m/min)：6；牽引力(KN) ：118；滾筒直徑(m)：0.8-1；滾筒轉速(r/min)：86；滅塵方式：內外噴霧；拖電纜方式：自動拖纜；電動機型號：JDMB-100S；電機功率（KW）：100 。具體要求如下:1.要完成畢業(yè)設計圖紙 3 張半零號圖紙；2.按學校統(tǒng)一要求打印、裝訂設計說明書，說明書正文 55 頁左右；3.中英文摘要 400 字；4.外文文獻翻譯 3000 字以上。院長簽字： 指導教師簽字：摘 要薄煤層采煤機用于采高低于 130mm 的煤層。由于有些煤層的厚度太低普通采煤機難以進行正常開采，影響采煤的效率。對一些薄、厚煤層并存的煤礦,由于薄煤層開采速度緩慢,使其下部的中厚煤層長期得不到及時開采,以至影響工作面的正常接替,而有的就只能被迫丟失一些薄煤層資源。隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開采比較多,使得資源越來越少,所以薄煤層的開采已列入日程。因此,研制適合的薄煤層采煤機,以適應不同的煤層結構,提高薄煤層采煤的工作效率是當務之急。雖然薄煤層采煤機的型號、規(guī)格有許多,但它的各主要組成部分大同小異，合理選擇薄煤層采煤機的截割部的參數(shù)，可以改善其工作性能和減少采煤比能耗。選擇這個題目就是要進一步熟悉薄煤層采煤機各部分的工作原理，對其進行更好的改進，并對它的截割部減速器進行細致分析設計，使其耐用并且省時省力容易裝修，使其在工作中能夠有更好的經濟效益。關鍵詞：薄煤層；滾筒式采煤機； 截割部； 齒輪。ABSTRACTFor now the wider use of thin seam Shearer reducer in the bevel gear, horn and placed the motor life, for improvement here.Shearer for the thin seam-less than 130 mm of high coal seam. As some of the coal seam thickness of ordinary low Shearer difficult to carry out normal exploitation, impact on the efficiency of coal mining. For some thin, the coexistence of thick coal seam, thin due to the slow pace of coal mining, to the lower part of the thick coal seam in the long-term not promptly mining, as well as affect the normal face to succeed, but some will be forced to lose some of the Thin seam resources. With a large number of coal mines in the thick seam of resource exploitation more, making fewer and fewer resources, the exploitation of thin seam has been included in the agenda. Therefore, the development of the thin seam for Shearer to adapt to different seam structure, improve the thin seam of coal mining efficiency is imperative. Although Shearer thin seam of models, specifications have many, but it's the major component of the same, a reasonable choice Shearer thin seam of cutting the Department of parameters, can improve their work performance and reduce power consumption than coal mining. Choose this subject is to further thin seam Shearer familiar with the different parts of the working principle, to better improve, and its cutting reducer a detailed analysis of the design, durability and its time-saving easy decoration, To work to have better economic returns. Keywords：low-seam, shearer; the cutting unit; cog-wheel目 錄1 概述 .11.1 引言 .11.2 20 世紀 70 年代是我國綜合機械化采煤起步階段 .11.3 20 世紀 80 年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期 .11.4 薄煤層采煤機的發(fā)展狀況 22 總體方案的確定 .32.1主要技術參數(shù) .32.2 傳動方案的確定 .32.2.1 傳動比的確定 32.2.2 傳動比的分配 32.3 采煤機各部分特點 .42.3.1 牽引部 42.3.2 截割部 42.3.3 電氣設備 42.3.4 附屬裝置 42.4輸送機、支架的確定 42.5電動機的選擇 52.6調高泵、調高液壓缸的選擇 53 傳動系統(tǒng)的設計 .63.1齒輪設計及強度效核 .73.1.1 第一級直齒圓柱齒輪的設計和強度校核 .73.1.2 第二級直齒圓錐齒輪的設計和強度校核 133.1.3 第三級直齒圓柱小齒輪和惰輪的設計和強度校核 193.1.4 第三級直齒圓柱大齒輪的設計和強度校核 253.1.5 第四級直齒圓柱小齒輪和惰輪 1 的設計和強度校核 293.1.6 第四級直齒圓柱惰輪 2 的設計和強度校核 353.1.7 第四級直齒圓柱大齒輪的設計和強度校核 373.2 軸及其組件的設計及效核 .383.2.1 第Ⅰ軸的設計及強度校核及其組件的選擇及校核 383.2.2 第Ⅱ軸的設計及強度校核及其組件的選擇及校核 433.2.3 第Ⅲ軸的設計及其組件的選擇 513.2.4 第Ⅳ軸的設計及其組件的選擇 553.2.5 第Ⅴ軸的設計及其組件的選擇 563.2.6 第Ⅵ軸的設計及其組件的選擇 573.2.7 第Ⅶ軸的設計及其組件的選擇 593.2.8 第Ⅸ軸的設計及其組件的選擇 604 采煤機的使用和維護 .634.1 潤滑及注油 .634.2 地面檢查與試運轉 .634.3 下井及井下組裝 .634.4 采煤機的井下操作 .644.4.1 操作前的檢查： 644.4.2 試運轉中注意事項： 644.5 機器的維護與檢修 .655 總結 .66參考文獻 .67附錄：中英文翻譯11 概述1.1 引言采煤機械的裝備水平是煤礦技術水平的重要標志之一。采煤機械的選用取決于煤層的賦存條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機械的技術發(fā)展又促進了采煤方法和采煤工藝的更新。采煤方法按采煤工藝可分為長壁式采煤法和房柱式采煤法兩大類。我們廣泛使用長壁式采煤法。長壁式采煤法所使用的機械設備按機械化程度分為爆破采煤機械、普通機械化采煤機械和綜合機械化采煤機械三類。炮采工作面的機電設備較少，主要靠人力完成各項工序。破煤工序有直接打眼放炮和先掏槽后打眼放炮兩種，裝煤工序主要依靠人工攉煤，運煤工序依靠工作面刮板輸送機來完成。普通機械化采煤機工作面用采煤機或刨煤機和工作面刮板輸送機實現(xiàn)破煤、裝煤和運煤工序的機械化，用單體支護設備實現(xiàn)人工控制頂板。綜合機械化采煤工作面將各種相對獨立的機電設備合理的組合在一起，在工藝過程中協(xié)調工作，使采煤工作面的破、裝、運、支全部工序實現(xiàn)機械化。1.2 20 世紀 70 年代是我國綜合機械化采煤起步階段20 世紀 70 年代初期，煤炭科學研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的 MD-150 型雙滾筒采煤機，另一方面改進普采配套的 DY100 型、DY150 型單滾筒采煤機；70 年代中后期，制造出 MLS3-170 型雙滾筒采煤機。20 世紀 70 年代我國采煤機的發(fā)展有以下特點：1．裝機功率小例如，MLS3-170 型雙滾筒采煤機，裝機功率 170KW；KD-150 型雙滾筒采煤機，裝機功率 150KW；DY-100 和 DY-150 型單滾筒采煤機，裝機功率 100KW 和 150KW。2．有鏈牽引，輸出牽引力小此時期的采煤機牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動，傳遞牽引力小，牽引力在 200KN 以下。3．牽引速度低由于受液壓元部件可靠性的限制，設計的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過 6m /min 。4．自開切口差由于雙滾筒采煤機搖臂短,又都是有鏈牽引,很難割透兩端頭,且容易留下三角煤,故需要人工清理,單滾筒采煤機更是如此.5．工作可靠性較差我國基礎工業(yè)比較薄弱,元部件質量較差,反映在采煤機的壽命普遍較低,特別是液壓元部件的損壞比較嚴重。1.3 20 世紀 80 年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期20 世紀 70 年代后期，我國總共引進 143 套綜采成套設備。世界主要采煤機生產國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進入中國市場，其技術也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術和掌握這些技術創(chuàng)造了條件，同時通過 20 世紀 70 年代自行研制2采煤機的實踐，獲得了成功和失敗的經驗與教訓，確立了我國采煤機的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。解決難采煤層的問題是 20 世紀 80 年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機械化成套設備的研制：大傾角綜采成套設備的研制：“三硬” 、 “三軟”4．5m 一次采全高綜采設備的研制：解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機的研制。據初步統(tǒng)計，20 世紀 80 年代自行開發(fā)和研制的采煤機品種有 50 余種，是我國采煤機收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，大量依靠進口的年代已一去不復返了。20 世紀 80 年代采煤機的發(fā)展有如下特點：1. 重視采煤機系列的開發(fā)，擴大使用范圍20 世紀 70 年代開發(fā)的采煤機，一種類型只有一個品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。20 世紀 80 年代起重視系列化采煤機的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生出多種機型，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣不僅擴大了工作面的適應范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機系列化是 20 世紀 80 年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。2. 元部件攻關先行，促使采煤機工作可靠性的提高總結 20 世紀 70 年代采煤機開發(fā)中的經驗教訓，元部件的可靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功關內容為：主電機的攻關，以解決燒機的現(xiàn)象；齒輪攻關，從選擇材質上，熱處理工藝上著手，學習國內外先進技術成功經驗，以德國齒輪為目標進行攻關，達到預期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關，主油泵和油馬達的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在 20 世紀 80 年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達、閥組和調速機構等都列入重點攻關內容。1.4 薄煤層采煤機的發(fā)展狀況以前，薄煤層采煤機可選機型少，可靠性差，功率低，單產低，使我國薄煤層產量逐年減少，棄采嚴重，資源浪費大，從 80 年代開始，薄煤層采煤機從無到有得到穩(wěn)定發(fā)展。隨著薄煤層采煤機的推廣應用，適用工作范圍擴大，也暴露了許多缺陷和不足，限制了使用效果。根據薄煤層開采的迫切需要，開發(fā)適合國情的新一代大功率薄煤層采煤機是非常必要的。目前，哈爾濱煤礦機械研究所已經研制了 5 種機型的薄煤層采煤機，都已投入工作中。其中具有代表性的機型 BM1—100 型薄煤層采煤機。BM1—100 型薄煤層采煤機是一種用于沿長壁回采工作面全長穿棱采煤的機械?？刹?.8---1.3 m 厚的煤層。該采煤機由單電動機驅動，電動機的動力通過右端出軸上齒輪傳給右截割部離合器齒輪，再經過一級傘齒輪和三級直齒輪傳至滾筒，滾筒以 94.87 r/min 轉速進行落煤和裝煤。電動機的動力通過其左端的齒輪，帶動牽引部過軸上的齒輪，分別經過一對直齒輪傳至主泵和輔助泵，主泵產生的高壓油通過閉式循環(huán)油路驅動馬達，馬達再經過兩級直齒輪和一套行星齒輪傳動，帶動主鏈輪和圓環(huán)鏈，采煤機以 0---6 m/min牽引速度沿輸送機運行。它的特點是電動機功率較大，機身強度較高，牽引部裝有液壓恒功率自動調速裝置，可使電動機在額定功率下工作。另外還設有內外噴霧裝置、雙支點搖臂,剛性較好、強度較高。32 總體方案的確定本設計參照 BM1—100 型薄煤層采煤機，該機裝機功率 100KW，使用的電氣控制箱符合礦用電氣設備防爆規(guī)程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險的礦井中使用，并可在海拔不超過 2000m、周圍介質溫度不超過＋40℃或低于－10℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導電塵埃的情況下使用。2.1主要技術參數(shù)采高： 0.75-1.3；適用煤傾角： 0-20°；煤質硬度：f≤3； 滾筒截深： 0.6 米；牽引速度(m/min)：6；牽引力(kN) ： 118；滾筒直徑(mm)：750、900、1150；滾筒轉速(r/min)： 86；搖臂擺角：下擺-9 °上擺+40°；滅塵方式：內外噴霧；拖電纜方式：自動拖纜；裝機功率(KW)：100；電壓(V)：1140 ；2.2 傳動方案的確定2.2.1 傳動比的確定滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉速和直徑計算而得，為了減少滾筒截割產生的細煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉速出現(xiàn)低速化的趨勢。滾筒轉速對滾筒截割和裝載過程影響都很大；但對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉速?？倐鲃颖?總i27.18640＝＝＝ 滾總 nI——電動機轉速 r/min——滾筒轉速 r/min滾2.2.2 傳動比的分配在進行多級傳動系統(tǒng)總體設計時，傳動比分配是一個重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結構、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比的確定有如下原則：1.各級傳動的傳動比一般應在常用值范圍內，不應超過所允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點，使減速器獲得最小外形。2.各級傳動間應做到尺寸協(xié)調、結構勻稱；各傳動件彼此間不應發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應便于安裝。3.使各級傳動的承載能力接近相等，即要達到等強度。4.使各級傳動中的大齒輪進入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。根據前述多級減速齒輪的傳動比分配原則，另參考 BM1—100 型薄煤層采煤機截割部各齒輪齒數(shù)分配原則，初定齒數(shù)及各級傳動比為：= =2.2312zi?94= =2.31342zi?10= =2.0857= =1.62814zi2.3 采煤機各部分特點2.3.1 牽引部牽引部主要包括由主泵和馬達組成的閉式循環(huán)的液壓傳動系統(tǒng)、機械傳動裝置和操縱手把等。通過控制液壓傳動系統(tǒng)可以實現(xiàn)采煤機牽引的無限高速和換向。機械傳動裝置分為兩部分，在液壓傳動系統(tǒng)前面的齒輪傳動裝置用于向液壓傳動系統(tǒng)傳遞動力，在液壓傳動系統(tǒng)后面齒輪傳動裝置和錨鏈鏈輪傳動裝置用于傳遞液壓傳動系統(tǒng)輸出的動力，實現(xiàn)采煤機的牽引動作。操縱手把的的開關手把用于控制牽引部的“開” “停” 、而換向調速手把用于控制牽引部的牽引速度和牽引方向。2.3.2 截割部截割部包括減速箱、搖臂和螺旋滾筒。減速箱內有齒輪傳動裝置和液壓調高裝置。減速箱內的齒輪傳動裝置通過搖臂內的齒輪傳動裝置將電動機的動力傳給螺旋滾筒軸，由滾筒軸帶動滾筒轉動進行落煤和裝煤。減速箱內的液壓調高系統(tǒng)通過一對液壓調高油缸的動作帶動搖臂擺動來實現(xiàn)滾筒的升降，以適應不同的采高和頂?shù)装迤鸱?.3.3 電氣設備采煤機電氣設備包括水冷電動機、電動機附帶的電控箱、電控箱內各組件用于實現(xiàn)電動機的開停、各部電氣零件的控制和電機的過載保護。2.3.4 附屬裝置采煤機附屬裝置主要包括弧形擋煤板、底托架、拖電纜裝置、供水及滅塵裝置、牽引鏈及護板等。2.4輸送機、支架的確定三機配套的原則1 生產能力配套的原則，工作面輸送機的生產能力必須略大于采煤機的理論生產率，順槽轉載機和膠帶輸送機的生產率又應大于工作面輸送機的生產率。2 移架速度和牽引速度配套液壓支架沿工作面長度的移架速度應能跟上采煤機的工作牽引速度，否則采煤機后面的空頂面積將增大，易造成梁端頂板的冒落。3 相關尺寸的配套采煤機依靠工作面輸送導向并在其上移動，而工作面輸送機與液壓支架又互為支點移架和推溜，因此三者的相關尺寸應能協(xié)調。采煤機理論生產率： ???qt vJHQ60ht/2513.45.02.16???tQt/該采煤機適用于頂?shù)装遢^穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層的普采高檔普采和綜采。主要的配套設備為 SGD—630/180 型刮板輸送機配以薄煤層液壓支架(或單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁) ，實現(xiàn)綜采( 或高檔普采 )。SGD—630/180 型刮板輸送機主要技術特征：5輸送機輸送能力 Q：350t/h；出廠長度：150m；輸送機鏈速：0.92m/s刮板鏈形式：圓環(huán)鏈；規(guī)格：φ26×92（C 級）鏈單位長度質量 ：36.26kg/m；q圓環(huán)鏈破斷拉力：850 KN；電動機型號：DSB-90；功率：2×90 KW電壓：660/1400V轉速：1475r/min液力耦合器型號：Tfa-487額定功率：90 kW；工作液體：22 號汽輪機油；充液量：14.5L；中部槽尺寸：1500mm×630mm×220mm緊鏈方式：摩擦盤；機器總質量：4.85t；生產廠家：西北煤機廠。液壓支架選擇，HB-160 型垛式薄煤層液壓支架或 BY200-06/15 型掩護式支架組成綜合機械化工作面，開采 1.0-1.3 米的薄煤層。2.5電動機的選擇由設計要求知，整機功率為 100KW。根據礦下電機的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對安全;而且電機工作要可靠，啟動轉矩大，過載能力強，效率高。據此選擇由撫順廠生產的三相鼠籠異步防爆電動機 JDMB-100S，其主要參數(shù)如下：額定功率：100KW； 額定電壓：660V額定電流：118.5A; 額定轉速：1470r/min額定頻率：50HZ; 絕緣等級： H接線方式：Y 工作方式：S1質量： 950KG 冷卻方式：外殼水冷JDMB-100S 外形尺寸：1230×730×3502.6調高泵、調高液壓缸的選擇由設計要求知，我們選用軸向定量柱塞泵，這種泵精度高，密封性能好，工作壓力高，一個調高油缸。調高油缸活塞直徑為 120mm，行程為 120mm。軸向定量柱塞泵額定工作壓力為 15MPa，最高工作壓力為 23 MPa，額定轉速為 1095 r/min，最高轉速為 2000 r/min，實際轉速為 851.57 r/min。下圖為調高系統(tǒng)液壓傳動圖。1 液壓鎖 2 電磁換向閥 3 高壓安全閥 4 調高油缸 5 定量柱塞泵 6圖 2-2 液壓系統(tǒng)73 傳動系統(tǒng)的設計圖 3—1 截割部傳動系統(tǒng)圖3.1齒輪設計及強度效核這里主要是根據查閱的相關書籍和資料，借鑒以往采煤機截割部傳動系統(tǒng)的設計經驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉速、傳遞的功率、轉矩以及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數(shù)進行初步確定，具體計算過程級計算結果如下：3.1.1 第一級直齒圓柱齒輪的設計和強度校核（1） 選擇齒輪材料小齒輪： 滲碳+淬火+ 低溫回火MonCr20大齒輪： 滲碳+ 淬火+低溫回火WNi48由圖 13-1-24 和圖 13-1-53 按 MX 級質量要求取值，得=1650 ， =1650 和 =550 ， =5501limH?2/2limH?2/N1limF?2/N2limF?2/N（2） 初步確定主要參數(shù)1) 按疲勞強度初步確定中心距按直齒輪從表 13-1-75 選取 =483，按齒輪對稱布置，速度中等，沖擊載荷較大，取aA載荷系數(shù) K=2.0。按表 13-1-79，選 0.8。則 0.495。按表 13-1-77（13-86）圓整取?d?a齒寬系數(shù) 0.5?a?齒數(shù)比 u=i=2.23許用接觸應力 ： 0.9×1650=1485??limH?1limHli0.9?2/mN小齒輪傳遞的轉矩 ：1TnP????6504751中心距 ：'a??32lim1)(' HauKA????8= 321485.06)12.(483???=126.14mm 取 =126'a2) 初步確定模數(shù) 、齒數(shù) z、齒寬 bnm= = 取 =6mm).7.0(n??6)0.7.(?3.82.?nm由公式 = =13.00 取 =131'21?uzn1236??1z= =28.99 取 =292i3.z小輪分度圓直徑 ： = =78mm1d1n?大輪分度圓直徑 ： = =174mm22m9未變位時中心距 : = =126mma/)(z?2/)3(6??實際傳動比 = =2.231zio39齒寬 b： = =63 取 b=60mma??25.0?3) 變位計算實際嚙合角 ： =0.94'??CosasA''????20cos16??20'?計算傳動變位系數(shù) ： =0?x用圖 13-1-4（ 13-19）校核， ， 許用范圍內，可用。z?x用圖 13-1-4（ 13-19）分配變位系數(shù)，得 ，3.0131.02?x（3） 齒面接觸強度核算1) 計算分度圓上名義切向力 ： =16656NtF12dTt?7865?2) 使用系數(shù)： AK原動機為電動機，均勻平穩(wěn)，工作機采煤機，有中等沖擊，查表 13-1-81 =1.5。AK3) 動載系數(shù) V齒輪線速度 = =6m/s106??ndv?106478.3?由表 13-1-90（13-93）公式計算傳動精度系數(shù) c：查表 13-1-49（13-65）齒距極限偏差 ：ptfmt?25?3.)ln(825.)ln(4.)l(508. ???mzc=9.07613?圓整取 c=9 由圖 13-1-14 查得 =1.3VK4) 齒向載荷分布系數(shù) ：?H bdb3210.)(.0???=1.246123.07861.02. ?????????????HK5) 齒間載荷分布系數(shù) ?HK416.41bFt/A?/5.查表 13-1-102（13-100 ）： =1.16) 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ：由圖 13-1-16 查得（13-102） HZ 5.1?HZ97) 彈性系數(shù) ：由表 13-1-105（13-103 ）查得 =189.8EZEZ2/mN8) 重合度系數(shù) ：?重合度 ： a小齒輪齒頂壓力角 ：1a)2cosr('11??za?)230cosr(?????5.8大齒輪齒頂壓力角 ：a)src(2'2za )9src(?3.6重合度 ：? )]tan(t)tan(t[1 '2'1ZZa ?????=1.49)]20ta3.6(905.382 ????重合度系數(shù) ：?4????Z4.1.?9) 大、小齒輪的單對齒嚙合系數(shù) 、BZD按表 13-1-104 的判定條件 =1、 =110) 計算接觸應力 :1H?ubdFKz tEVABH 11 ???????? 23.1607859.085.24.35.1 ?????=927.93 2/mN由于 = =1，所以BZD21H??11) 壽命系數(shù) 、 ：1TNZ應力循環(huán)次數(shù) =tnL605047?914.= =iL/12?3./4.9?9由表 13-1-106 公式計算=0.96076.191(??????LNTZ076.91.???????=0.97057.292 076.9.?12) 潤滑油膜影響系數(shù) ：RVLZ由表 13-1-108，經展成法滾、插隊齒輪副 、 =0.92mz?410?RVLZ13) 齒面工作硬化系數(shù) ：w由圖 13-1-30 查得： =1、 =11214) 尺寸系數(shù) ：xZ由表 13-1-109 查得： =1x1015) 安全系數(shù) ：HS=1.51lim1 xwRvLNTHZZS??93.2710516???=1.62li2Hxv .、 均達到表 13-1-110 規(guī)定的較高可靠度時最小安全系數(shù)的要求。齒面接觸強1H度核算通過。（4） 齒輪彎曲強度核算1) 齒向載荷分布系數(shù) ：?FK=0.782)/(1hbN?? 2)5.13/60(./1??=1.18NHFK?78.042) 齒向載荷分布系數(shù) ：?F1.1?齒形系數(shù) ：FY3) 由圖 13-1-38（13-118 ）查得 =2.45、 =3.051?FY2?F4) 應力修正系數(shù) ： ?S由圖 13-1-43（13-121 ）查得 =1.65、 =1.47SS5) 重合度系數(shù) ： =0.75?Y??75.02.??49.1750.6) 計算齒根應力 ：F?因為 ，用表 13-1-111（13-112）中方法二。1.67????????AVSFt Kbm=358.821.85.310.752.4051 ??? 2/mN=396.85362?F7) 試驗齒輪的應力修正系數(shù) ：查表 13-1-111，得 =2.0stYstY8) 壽命系數(shù) ：NTY由表 13-1-118（13-128 ）中公式： 02.6)13(LNT??86.0)14.3(2.961???NT.2Y9) 相對齒根角敏感系數(shù) relTY?由齒根圓角參數(shù) ，用表 13-1-112（13-114）所列公式計算。由圖 13-1-38 知：FSqns?2?=1.25、 =0.38mhfpfp?11=-0.8738.0251.1 ??????xmhGfpf? ??? 20cos6.)sin1(02tan65.4cos??????fpprFpSE=0.39=-0.82369.321 ??????????????????mzH=0.72rad10.87-2-1）（?G? ??????????????????38.072.cos3)72.0sin(3i1???mGzSfpFN=1.97=11.83mm61.9FNS??)87.0(27.cos1372.0cos)80(38. 22?????Gzmfp??=0.60=3.60mm6.1F?=1.640.32nsSq同樣計算可知： =1.04512?sqrelTY?10) 相對齒根表面狀況系數(shù) ：R由圖 13-1-58，齒根表面微觀不平度 10 點高度為 時mRz?5.120?=1.0RrelTY11) 尺寸系數(shù) ：由表 13-1-119（13-129）的公式x=0.994mx06.31??60.31???12) 彎曲強度的安全系數(shù) ：FSFxRrelTlNTSFY??li=2.5282.3579.01601??=2.312FS、 均達到表 13-1-110（13-111）規(guī)定的較高可靠度時最小安全系數(shù)的要求。1齒輪彎曲強度核算通過。（5） 齒輪幾何尺寸計算12頂隙系數(shù) ： =0.25?c齒頂高系數(shù) ： =1ah?未變位時中心距 : =126mm實際中心距 : =126mm'中心距變動系數(shù) ： =0yma??' 612變位系數(shù)： =0.31、 =1x2x3.0齒頂高變動系數(shù) ： =0ｙ?y?)(21ｙ 0)31.0(??齒頂高 =7.86mmyha)(??.?=4.14mm22??6?齒根高 =5.64mmxcf 11 ).5(=9.36mmma)(?3102??齒頂圓直徑 ： =93.72mmdah8.7?=182.28mm22 4齒根圓直徑 ： =66.72mm1f 1ff?6.5=155.28mm?39跨測齒數(shù) ：k 5.02cos2cos ??????????????????invzxzxz=2.415.0213.13.0132 ???????????? invk圓整 ?????12.329.0cos29.0cos2 ??????? ?????????? ivk?圓整 3公法線長度Ｗ： ??????mxzivkW??sin5.cs?? ?m93.2860sin31.201302o ???????????i 4529. ??輪精度設計由于齒輪工作在高速有反轉的情況下，齒輪采用 7 級精度，在高精度的齒輪機床上范成加工，淬火后磨齒，齒面粗糙度 =0.8 （查表 13-1-39） （13-60） 。aR?孔的尺寸公差、形狀公差采用 IT7，軸的尺寸公差、形狀公差采用 IT6。頂圓直徑公差 IT8（查表 13-1-40） ?；鶞拭鎻较驁A跳動和端面圓跳動，小齒輪 18 ，大齒輪 22 （查表 13-1-41） 。m?齒圈徑向圓跳動 ，小齒輪 40 ，大齒輪 56 （查表 13-1-46） 。rF公法線長度變動公差 ，小齒輪 28 ，大齒輪 36 （查表 13-1-45） 。W?中心距極限偏差 = 查表 13-1-55） 。af?5.31基節(jié)極限偏差 ，小齒輪 16 ，大齒輪 18 （查表 13-1-48） 。pb13齒形公差 ，小齒輪 14 ，大齒輪 16 （查表 13-1-47） 。tfm??齒向公差 ，小齒輪 16 ，大齒輪 20 （查表 13-1-47） 。?F公法線平均長度公差 ：小齒輪 =-72 （偏差代號 F） 、 =-108 （偏差WEWms WmiE?代號 G） ，大齒輪 =-120（偏差代號 G） =-200 （偏差代號 J） （查表 13-1-ms iE47） 。精度等級和公法線平均長度極限偏差代號：小齒輪：7FG GB/T 10095-1988大齒輪：7GJ GB/T 10095-19883.1.2 第二級直齒圓錐齒輪的設計和強度校核（1） 選擇齒輪材料小齒輪： 滲碳+淬火+低溫回火420NiCr大齒輪： 滲碳+淬火+ 低溫回火Mon由圖 13-1-23 圖 13-1-52 按 MX 級質量要求取值，得1650 、 1650 和 525 525?1limH?2/?2limH?2/N?1limF?2limF2/N（2） 初步確定主要參數(shù)1) 按彎曲強度初步確定小齒輪大端分度圓直徑 小齒輪傳遞的轉矩 ：1TnP49650910956??使用系數(shù) ：AK原動機為電動機，均勻平穩(wěn)，工作機采煤機，有中等沖擊。由表 13-1-81 查得： 。5.A?齒向載荷分布系數(shù) ：?F由表 13-3-34 查得軸承系數(shù) =1.25 beHK?=1.5 =1.5×１.２５=1.875?FKbeH?取小齒輪齒數(shù) : =131Z取大齒輪齒數(shù) : =302齒數(shù)比 u= = =/3/01.節(jié)錐角 :?= =???cosinart1u?90cos.2i.24= =90- =21??94165當量齒數(shù) ：vZ= =14.17 圓整 =1411cos?v.231vZ= =75.45 圓整 =752v??.6582v齒形系數(shù) ：FY由圖 13-3-24 查得 =2.65F預取分度圓直徑：14413lim2150dZYuKTFA?????=191.29mm4323568749?取 d=150mm2) 初步確定模數(shù)= =11.5mm1/mZd?3/50取 =10mm= =13×10=130mm= =30×10=300mm2錐距 R: = =163.48mm1sin?dR???9.24si303) 變位系數(shù) :x采用高變位 =0 由表 13-3-7 查得 =0.36、 =-0.36?1x2（3） 齒面接觸強度核算1) 齒寬中點處分度圓上名義切向力 ：mtF??Rmd?5.01??3.085.3??????????N12tTF2.671.8492) 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ：查圖 13-3-27 HZ5.HZ3) 彈性系數(shù) ：由表 13-1-105 查得： =189.8E E2/m4) 重合度系數(shù) ：?當量圓柱齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑 ： vd=115.68mm11cos5.0Rbv???1304.2cos8.6365???=616.05mm22.v 中心距 ： =365.87mmva??21vd???05.618.??齒頂圓直徑 ：d=129.29mm111tan5.0avah???? ???4.23tan.5=629.66mm??222 ??606端面齒形角 ： vt???vt基圓直徑 ：bd=108.70mmvtvbcos1??4.3cos8.5=578.899mm2 606嚙合線長度 ：agvtvbvavbva dd?sin)(.02221???15=33.70mm????????? 20sin87.36590.576.270.1829.5.0 2vag端面重合度 ：va?=1.71?tbRmgva???cos. ????cos.413.3.=0.8734vaZ???175) 接觸強度計算的錐齒輪系數(shù) ：KZ是考慮錐齒輪齒形與漸開線齒形的差異及輪齒剛度沿齒寬變化對齒面接觸強度的K影響。當齒頂和齒根修形適當時,取 =0.85；6) 使用系數(shù) ： A原動機為電動機，均勻平穩(wěn)，工作機采煤機，有中等沖擊，查表 13-1-81 =1.5。AK7) 動載系數(shù) V由推薦值 1.05-1.4 ?。?=1.25VK8) 齒間載荷分布系數(shù) ?H= ＝668.78bFKmtA/60/2.751.?由表 13-3-35 查得： =1.19) 接觸強度計算的最小安全系數(shù) :minHS由表 13-1-110 查得 =1minHS10)潤滑油膜影響系數(shù) ：RVLZ由表 13-1-108，經展成法滾、插隊齒輪副 、 =0.92z?410?RVLZ11)尺寸系數(shù) ： 由表 13-3-36 查得： =1xZx12)計算接觸應力 : H?ubdFKeHvmtVAEKH11 ???????? 31.2608.15.7.87.0195.2801 ?????=1419.42 /mN13)許用接觸應力 ：Hp?XRVLHpZSin1l1??=151892.065mi?2/mN接觸應力校核通過滿足要求（4） 齒輪彎曲強度核算1) 齒向載荷分布系數(shù) ：?FK=1.875?HFK?2) 齒向載荷分布系數(shù) ：?=1.1?3) 齒寬中點法向模數(shù) ：mn= =8.16mmmn??Rb/5.0???48.163/05.48163????164) 齒形系數(shù) ：?FY由圖 13-3-28 查得： =2.63、 =3.0511?FY5) 應力修正系數(shù) ： s由圖 13-3-29 查得： =1.5 =1.9?s6) 彎曲強度計算的重合度系數(shù) ：?=0.69VaY??75.02.??71.502.7) 試驗齒輪的應力修正系數(shù) ：stY由表 13-1-111 查得： =2.0t8) 彎曲強度最小安全系數(shù) ：minFS由表 13-1-110 查得： =1.29) 相對齒根角敏感系數(shù) relT?由齒根圓角參數(shù) ，用表 13-1-112（13-114）所列公式計算。由圖 13-1-38 知：qFns?2?=1.25、 =0.38 mhfpfp?=38.051.1 ?????xhGff 7.???? 20cos1.)sin1(02tan15.40cost ???????fpprFpSE=0.53=35.321 ??????????????????mzH8.=0.72rad??10.87-2-1?G? ??????????????????38.072.cos3)72.0sin(3i1???mGzSfpFN=1.97=16.10mm61.9FNS??)87.0(27.cos1372.0cos)80(38. 22?????Gzmfp??=0.60=4.91mm6.1F?17=1.6491.42061??FnsSq?同樣計算可知： =1.052?sqrelTY?10)相對齒根表面狀況系數(shù) ：Rrel由圖 13-1-58，齒根表面微觀不平度 10 點高度為 時mRz?5.120?=1.0relTY?11)彎曲強度計算的尺寸系數(shù) ：xY由表 13-1-119 中公式計算得 =0.9712)計算齒根應力 ：F??????AVSFt KYbm?=777.611.875.12.69073.1206751 ??? 2/mN=792.33F13)許用彎曲應力 ：Fp?=848.75xRrelTlFSTpY??minl?97.0125min??FS2/彎曲應力校核通過滿足要求（5） 直齒錐齒輪傳動的幾何計算頂隙系數(shù) ： =0.2?c齒頂高系數(shù) ： =1ah?變位系數(shù)： =0.36 =-0.361x2齒頂高 ：=13.6mm??ma*1????1036.?=6.4mmh22?齒高 ：=22mm2.*ca齒根高 ：f=8.4mm6.1311??fh=15.6mm422a齒頂圓直徑 ：d ma 96.154.23cos.0cos11 ??????ha 046322??齒根角 ：f??9.8.1rctnrct11Rff ??4563aa22hff齒頂角 ：?18???76.48.13arctnarct11Rh?222頂錐角 ：a??????0.876.4311?522根錐角 ：f ???.29.11f???164622f?外錐高 ：kAmhdak 59.4.3sin.30sin11 ??16422??????周節(jié) ：pm.310??分度圓弧齒厚 ：s mxs 3.1820tan36.2tan211 ??????????????????????p09.13.84.2?分度圓弦齒厚 ：sradd3.4.cos.co1?????ms 28.1.0in.23sin?? radd7.6co9co22 ??s 09.13.sin.in?????分度圓弦齒高 ：?hmdha .4.23cos96.154cos21 ????60170.2 ?????（6） 齒輪精度設計由于齒輪工作在高速有反轉的情況下，齒輪采用 7 級精度，在高精度的齒輪機床上范成加工，淬火后磨齒，齒面粗糙度 =0.8 （查表 13-1-39） （13-60） 。aRm?孔的尺寸公差、形狀公差采用 IT7，軸的尺寸公差、形狀公差采用 IT6。外徑尺寸極限偏差（查表 13-3-59）：上偏差：0下偏差-IT819齒坯頂錐母線跳動公差：小齒輪 50 ，大齒輪 60 （查表 13-3-60） 。m??基準面端面圓跳動，小齒輪 20 ，大齒輪 25 （查表 13-3-60） 。輪冠距極限偏差 （查表 13-3-61）50?o頂錐角極限偏差 （查表 13-3-61）'1?最小法向側隙： （最小法向側隙種類 d） （查表 13-3-49） 。mjn?4i?齒圈徑向圓跳動 ，小齒輪 ，大齒輪 （查表 13-3-41） 。rF63m?63齒厚上偏差 ，小齒輪 、大齒輪 （查表 13-3-50） 。sE?724?齒厚公差 ，小齒輪 、大齒輪 （法向側隙公差種類 D） （查表 13-3-51） 。T9090最大法向側隙 的制造補償部分 ：（查表 13-3-49） 。nmajEs?36???齒圈位移極限極限偏差 = （查表 13-1-53） 。AMf?m軸間距極限偏差 = 查表 13-1-54） 。af25?軸交角極限偏差 = 查表 13-1-55） 。?E6齒輪的精度等級和最小法向側隙及法向側隙公差種類的字母代號：小齒輪：7dD GB/T 11365-1989大齒輪：7dD GB/T 11365-19893.1.3 第三級直齒圓柱小齒輪和惰輪的設計和強度校核（1） 選擇齒輪材料小齒輪： 滲碳+淬火+ 低溫回火MonCr20惰輪： 滲碳+淬火+低溫回火WNi48由圖 13-1-24 和圖 13-1-53 按 MX 級質量要求取值，得=1650 ， =1650 和 =550 ， =5501limH?2/2limH?2/N1limF?2/N2limF?2/N（2） 初步確定主要參數(shù)1) 按疲勞強度初步確定中心距按直齒輪從表 13-1-75 選取 =483，按齒輪對稱布置，速度中等，沖擊載荷較大，取aA載荷系數(shù) K=2.0。按表 13-1-79，選 0.8。則 0.55。按表 13-1-77（13-86）圓整取?d?a齒寬系數(shù) 0.6?a?齒數(shù)比 u=i=2.23許用接觸應力 ： 0.9×1650=1485??limH?1limHli0.9?2/mN小齒輪傳遞的轉矩 ：1TnP????81.32860451中心距 ： = =194.74mm'a??3lim)(HaauKA??? 24859.130)9.(??取 =190'2) 初步確定模數(shù) 、齒數(shù) z、齒寬 bn= = 取 =10mm)02.7.(mn??190)5.07.(???.82.?nm20由公式 = =13.00 取 =13)1('21??umazn)192.(60??1z= =25.00 取 =252i39.z小輪分度圓直徑 ： = =130mm1d1n?3惰輪分度圓直徑 ： = =250mm2250未變位時中心距 : = =190mma/)(z?2/)(??實際傳動比 = =1.921zio35齒寬 b： = =114 取 b=90mma??906.?3) 變位計算實際嚙合角 ： =0.94'??Coss' ????20cos16??20'?計算傳動變位系數(shù) ： =0?x用圖 13-1-4（ 13-19）校核， ， 許用范圍內，可用。z?x用圖 13-1-4（ 13-19）分配變位系數(shù)，得 ，25.01?25.0?x（3） 齒面接觸強度核算1) 計算分度圓上名義切向力 ：tF=51366.33N120dTFt?308.?2) 使用系數(shù)： AK原動機為電動機，均勻平穩(wěn)，工作機采煤機，有中等沖擊，查表 13-1-81 =1.5。AK3) 動載系數(shù) V齒輪線速度 = =1.95m/s106??ndv?1062834.?由表 13-1-90（13-93）公式計算傳動精度系數(shù) c：查表 13-1-49（13-65）齒距極限偏差 ：ptfmt?5?32.)ln(825.)ln(4.)l(508. ???mzc=8.491013?圓整取 c=8 查圖 13-1-14 =1.3VK4) 齒向載荷分布系數(shù) ：?HbdbKH321.)(8.0????=1.23901.091?5) 齒間載荷分布系數(shù) ?HK856.11bFt/A??/3.56.查表 13-1-102（13-100 ）： =1.26) 節(jié)點區(qū)域系數(shù) ：由圖 13-1-16 查得HZ5.2?HZ7) 彈性系數(shù) ：由表 13-1-105 查得 =189.8EE2/mN8) 重合度系數(shù) ：?重合度 ： a21小齒輪齒頂壓力角 ：1a??)2cosar(1'1xz???)25.01(3cosrcs??????9.37惰輪齒頂壓力角 ：a)src(22'2za ??).sars(???6.重合度 ：? )]tan(t)tn(t[1 '2'1ZaZa ????=1.49)]20t56.7909.372 ????重合度系數(shù) ：?4????Z1.4.?9) 大、小齒輪的單對齒嚙合系數(shù) 、BZD按表 13-1-104 的判定條件 =1、 =110) 計算接觸應力 :1H?ubdFKz tEVABH 11 ????????由于21 /09.152.90356.0895.23.5. mN????= =1，所以BZD1H?11) 壽命系數(shù) 、 ：NTZ2應力循環(huán)次數(shù) =tnL160?686.= =iL/12?9./.8?804?由表 13-1-106 公式計算=1.00076.191(??????LNTZ76.81.??????=1.03057.292?076.894.?12) 潤滑油膜影響系數(shù) ：RVLZ由表 13-1-108，經展成法滾、插隊齒輪副 、 =0.92mz?410?RVLZ13) 齒面工作硬化系數(shù) ：w由圖 13-1-30 =1、 =11wZ214) 尺寸系數(shù) ：x由表 13-1-109 =115) 安全系數(shù) ：HS=1.181lim1 xwRvLNTHS??09.12516???22=1.202lim2HxwRvLNTHZZS??09.125136???、 均達到表 13-1-110 規(guī)定的較高可靠度時最小安全系數(shù)的要求。齒面接觸強1度核算通過。（4） 齒輪彎曲強度核算1) 齒向載荷分布系數(shù) ：?FK=0.762)/(1hbN?? 2)5./90(2./1??=1.17NHFK?76.032) 齒向載荷分布系數(shù) ：?F1.2?齒形系數(shù) ：FY3) 由圖 13-1-38（13-118 ）查得 =2.7、 =31?FY2?F4) 應力修正系數(shù) ： ?S由圖 13-1-43（13-121 ） =1.6、 =1.4612S5) 重合度系數(shù) ： =0.75?Y??75.0.??49.1750.6) 計算齒根應力 ：F?因為 ，用表 13-1-111（13-112）中方法二。21.49????????AVSFt Kbm=441.241.275.130.76.6051 ??? 2/mN=447.374132?F7) 試驗齒輪的應力修正系數(shù) ：查表 13-1-111，得 =2.0stYstY8) 壽命系數(shù) ：NTY由表 13-1-118（13-128 ）中公式： 02.6)13(LNT??89.0)16.83(2.1???NT.482Y9) 相對齒根角敏感系數(shù) relTY?由齒根圓角參數(shù) ，用表 13-1-112（13-114）所列公式計算。由圖 13-1-38 知：FSqns?2?=1.25、 =0.38mhfpfp?=-0.8738.051.1 ?????xhGff23??? 20cos138.)sin1(02tan15.40cost ???????????fpprFpShmE=0.64=-0.82364.321 ???????????????mzH=0.72rad187.02-1）（ ????G? ??????????????????38.072.cos3)72.0sin(3i1???mzSfpFN=1.97=19.721.91FNS??)87.0(27.cos1372.0cos)80(38. 22?????Gzmfp??=0.60=6.016.1F?=1.640.29nsSq同樣計算可知： =1.04512?sqrelTY?10) 相對齒根表面狀況系數(shù) ：Rl由圖 13-1-58，齒根表面微觀不平度 10 點高度為 時mRz?5.120?=1.0RrelTY11) 尺寸系數(shù) ：由表 13-1-119（13-129）的公式x=0.97mx06.31??106.3???12) 彎曲強度的安全系數(shù) ：FSFxRrelTlNTSFY??li=2.0624.197.08501??=2.0632FS、 均達到表 13-1-110（13-111）規(guī)定的較高可靠度時最小安全系數(shù)的要求。1齒輪彎曲強度核算通過。（5） 齒輪幾何尺寸計算頂隙系數(shù) ： =0.25?c24齒頂高系數(shù) ： =1?ah未變位時中心距 : =190mm實際中心距 : =190mm'中心距變動系數(shù) ： =0yma??' 109變位系數(shù)： =0.25、 =1x2x5.齒頂高變動系數(shù) ： =0ｙ?y?)(21ｙ 0)25.(??齒頂高 =12.5mmyha)(??.?=7.5mm22??10?齒根高 =10mmxcf 11 ).5(=15mmma)(?2??齒頂圓直徑 ： =155mmdah.3?=265mm22 70齒根圓直徑 ： =110mm1f 1ff?=220mm?5跨測齒數(shù) ：k .02cos2cos ??????????????????invzxzxz 3.2501325.135.0132 ????????????? invk圓整 21?=2.79????5.029.20cos295.00cos322 ?????? ?????????? invk?圓整公法線長度Ｗ： ??????mxzivkW??sin5.cs???=57.46mm?102sin5.021302o1 ?????????mi 54.69.2 ??（6） 齒輪精度設計由于齒輪工作在低速重載有反轉的情況下，齒輪采用 7 級精度，在高精度的齒輪機床上范成加工，淬火后磨齒，齒面粗糙度 =0.8 （查表 13-1-39） （13-60） 。aR?孔的尺寸公差、形狀公差采用 IT7，軸的尺寸公差、形狀公差采用 IT6。頂圓直徑公差 IT7（查表 13-1-40） 。基準面徑向圓跳動和端面圓跳