大型耙斗裝巖機設(shè)計【含7張圖紙】
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中國礦業(yè)大學(xué)07屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計 第 71 頁1 緒 論用鉆眼爆破法掘進巷道時,工作面爆破后碎落下來的煤巖需要裝載到運輸設(shè)備中運離工作面,實現(xiàn)這一功能的設(shè)備統(tǒng)稱為裝載機械。1.1裝載機械概述:裝載機械按行走方式分為軌輪式、履帶式、輪胎式和雪橇式。按作業(yè)過程的特點分為間隙動作式和連續(xù)動作式兩大類。間隙動作式是工作機構(gòu)攝取物料時間隙動作的裝載機,主要有耙斗裝載機、后卸式鏟斗裝載機和側(cè)卸式鏟斗裝載機等三種形式。連續(xù)動作的裝載機主要有扒爪裝載機、立爪裝載機、扒立爪裝載機、圓盤式裝載機和振動式裝載機等。 扒立爪裝載機由于該機采用兩套工作機構(gòu),使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為保證機體的縱向平衡,須加長機身和質(zhì)量,導(dǎo)致設(shè)備在井下調(diào)動的靈活性降低。挖斗裝載機:WZ160型挖斗裝碴機為軌輪式,是吸收國內(nèi)外先進技術(shù)開發(fā)研制的一種新型、高效、節(jié)能的工程機械。該機適用于礦山、鐵路隧道、水工涵洞、國防工程等部門。可連續(xù)進行挖掘、扒取巖碴、運輸?shù)剿笫降V車和其它轉(zhuǎn)載設(shè)備。這一連續(xù)的生產(chǎn)過程具有裝載平穩(wěn)、控取范圍大、不會灑料、高效、連續(xù)性等特點。WZ160挖斗裝碴機都采用了電液機傳動。其行走和巖碴的刮板運輸為液壓馬達(dá)驅(qū)動機械傳動件進行運動。工作機構(gòu)的大臂、小臂、回轉(zhuǎn)油缸、挖斗的運動全部由液壓油缸驅(qū)動。集中的液壓操縱臺控制著液壓系統(tǒng)的工作。液壓系統(tǒng)的合理布局使維修方便,電氣和液壓系統(tǒng)的保護系統(tǒng)能使該機能連續(xù)平穩(wěn)地工作。該機適用于3m2.8m(寬高)以上的巷道斷面。工作場地水位低于軌面,要求工作面排水情況良好。為使整機在巷道墻壁的距離不小于1000mm,地面軌道應(yīng)平整,不應(yīng)下沉,工作環(huán)境溫度540oC。該機一般以裝載塊度在750mm800mm以上,寬度為7.5m、4.5m、3m等系列型號機型,以滿足不同施工條件的需要。同時,此設(shè)備主電機、控制柜及相應(yīng)的電控元件可防爆產(chǎn)品,使之能應(yīng)用于防爆要求的施工環(huán)境。履帶挖斗裝載機(扒渣機):LWL-180E履帶式挖斗裝載機是一種連續(xù)生產(chǎn)高效率的裝載機。主要適用于鐵路隧道、公路隧道及礦山、水利、國防等工程的裝載作業(yè),(隧洞斷面必須為3x3m以上的大、中型巷道)。該機采用LW180E型軌輪式挖斗裝載機上獨特的反鏟系統(tǒng)(包括鏟斗、小臂、大臂、動臂)來扒取(挖掘)巖石,并通過自身的刮板運輸機構(gòu)進行輸送到自卸汽車、梭式礦車或其它運礦設(shè)備中去。該機采用全液壓傳動,先導(dǎo)閥操作,工作平穩(wěn),沖擊力小,其主要液壓件可根據(jù)用戶要求使用進口產(chǎn)品。整機結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠,可在潮濕有積水的巷道里工作,可以全斷面裝巖,不留死角,并且可以開挖巷道兩邊的水溝。無需人工輔助清底裝巖。1.2裝載機械的發(fā)展 20世紀(jì)初,美、英等國開始使用裝載機代替手工業(yè)。50年代,裝載機已大量推廣并發(fā)展成若干品種,其中使用最多的是后卸式裝載機和扒爪裝載機, 我國于50年代初使用使用后卸式裝載機和扒爪裝載機60年代研制把斗裝載機,70年代研制成功側(cè)卸式裝載機,與鑿巖巖臺車配套使用。裝載機械的發(fā)展與掘進斷面的大小及被裝物料的特性密切相關(guān)。隨著掘進斷面的增大,在大斷面巷道中多采用側(cè)卸式鏟斗裝載機,且向大功率、大容量方向發(fā)展。此外,正探索裝載機械向一機多能方面發(fā)展,如在裝載機上增加鉆臂等。1.3選題意義: 采煤機的裝備水平是煤礦技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。采煤機械的選用取決于煤層的賦予條件、采煤方法和采煤工藝,而采煤機械的技術(shù)發(fā)展又促進了采煤方法和采煤工藝的更新。 隨著采煤工作面綜合機械化程度的提高,要求巷道的掘進速度加快,以保證采掘比例協(xié)調(diào)和礦井的高產(chǎn)穩(wěn)步。 國內(nèi)平巷掘進廣泛采用鉆眼爆破法掘進設(shè)備。為提高掘進機械化水平,除選用適用、可靠的單項設(shè)備外,還必須考慮設(shè)備的配套,以形成機械化作業(yè)線。其主要形式之一就是以耙斗裝載機為主的機械化作業(yè)線:氣腿式鑿巖機鉆鑿炮孔,耙斗裝載機把巖石耙入轉(zhuǎn)載機或礦車,巷道支護采用錨桿安裝機和混凝土噴射機。該作業(yè)線實現(xiàn)鑿孔和裝載平行作業(yè),爆破后先把迎頭的巖石迅速扒出,即能進行鑿巖作業(yè),與此同時可將尾輪懸掛在左、右?guī)蜕线M行鑿巖作業(yè),縮短了掘進循環(huán)時間,在國內(nèi)煤礦廣泛使用。 由于采煤機械裝備水平日益提高,要求巷道掘進速度相應(yīng)加快,小型耙斗裝巖機已不能滿足這一要求,通過對生產(chǎn)率、工作工況等的分析,我們設(shè)計出了大型耙斗裝巖機。它對巷道的適應(yīng)性好,結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、價格低廉、生產(chǎn)率高、工作可靠、運輸方便等優(yōu)點。2 耙斗裝巖機工作原理及總體方案設(shè)計2.1裝巖機工作原理及結(jié)構(gòu)概述。PB系列耙斗裝巖機PB系列耙斗裝巖機具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、應(yīng)用范圍廣等特點。用于巷道掘進中配合礦車進行裝巖。不僅可以在30度以下上山、下山巷道裝巖,還可以進行掘進工序的平行作業(yè),提高掘進速度,是實現(xiàn)巷道掘進機器化的主要機械設(shè)備之一。型號組成及含義如下:耙斗裝巖機如圖2-1所示,是通過絞車的兩滾筒,分別牽引主繩、尾繩,使耙斗作往復(fù)運動,耙斗把巖石扒進料槽,自料槽尾部的卸料口卸料入礦車,從而實現(xiàn)裝巖。 耙斗裝巖機主要由固定楔、耙礦滑輪、耙斗、傳動部分、(包括操縱機構(gòu)、臺車、絞車)導(dǎo)向輪,料槽、進料槽、前擋板、連接槽、中接槽、卸料槽以及電氣部分等組成,各主要部件的功用和結(jié)構(gòu)簡述如下:圖2-11、固定楔 2、尾輪 3、鋼絲繩 4、耙斗 5、礦車 6、軌道7、導(dǎo)向輪 8、絞車 9、操縱機構(gòu) 10、 臺車 11、擋板12、簸箕口 13、升降裝置 14、中間槽 15、卸載槽各主要部件的功能如下:1固定楔固定在迎頭上,用以懸掛耙礦滑輪。固定楔分硬巖固定楔、軟巖固定楔兩種,前者用于硬巖,后者主要用于軟巖,也可用于硬巖。硬巖固定楔由一個楔體和一個緊楔組成;軟巖固定楔則由一個緊楔和一個楔部帶錐套的鋼絲繩環(huán)組成。軟巖固定楔比硬巖固定楔長一些。 2、耙礦滑輪掛在固定楔上,用以引導(dǎo)尾繩,使耙斗返回迎頭。它主要由側(cè)板、繩輪、心軸、吊鉤零件組成。3、耙斗在主繩、尾繩的牽引下,往復(fù)運動,扒取巖石。根據(jù)平斜巷道角度,可調(diào)耙斗前端與鋼繩連接的高度,以改變耙斗傾角,使之適用于平巷或斜巷。耙齒磨損后可調(diào)換。每臺裝巖機配有耙斗一個。4、操縱機構(gòu)由兩組操縱桿、拉桿、連桿、調(diào)整螺桿等組成,調(diào)整螺桿的一端與絞車閘帶相連,通過操縱桿控制閘帶的開合,對絞車的兩個滾筒進行分別的操縱。 5、絞車由電動機、減速機及兩個行星滾筒及兩組制動器組成。兩組制動器實際上起著兩組離合器的作用。分別對兩個滾筒進行控制。 工作時,剎緊工作滾筒的閘帶,使內(nèi)齒輪停止轉(zhuǎn)動,行星齒輪在太陽輪的帶動下沿內(nèi)齒輪滾動,從而借行星輪回帶動滾筒轉(zhuǎn)動,牽引耙斗。圖2-2 回程時,松開工作滾筒的閘帶,剎緊空載滾筒的閘帶,依上述原理,尾繩把耙斗牽回扒巖處。由于二個滾筒中齒輪齒數(shù)不同,二個滾筒轉(zhuǎn)數(shù)也就不同??蛰d滾筒比工作滾筒有較高的轉(zhuǎn)速。為防止停車后滾筒慣性轉(zhuǎn)動而引起鋼絲繩起圈亂繩,在兩個滾筒的邊緣還安有兩組輔助剎車。絞車的傳動如圖2-2所示。6、臺車由車架、車輪、彈簧碰頭(木碰頭)等組成,它是裝巖機的機架及同行走部,它承載裝巖機的全部重量。在臺車安裝絞車、操縱機構(gòu),并安有支撐中間槽的支架和支柱、臺車前后部掛有四套卡軌器,作為固定裝置。 7、導(dǎo)向輪安裝在裝巖機的后部,用以引導(dǎo)、改變鋼絲繩的方向。它由側(cè)板、繩輪、心軸、滾筒軸承等組成,并采用防塵結(jié)構(gòu)。 8、撐腳安裝在卸料槽尾部兩側(cè),用以支撐槽子尾部使之穩(wěn)定和調(diào)整高度。它主要由梯形左右扣螺桿和螺母等零件組成。9、進料槽、中間槽、卸料槽是容納扒取物的部分,耙斗扒取的巖石依次通過進料槽、卸料槽,自卸料槽底部的卸料口卸入礦車。中間槽安裝在臺車的支架和支柱上,而進料槽、卸料槽則分別在其前后與之銜接。進料槽的中部安有升降裝置,以調(diào)節(jié)簸箕口的高低,簸箕口前兩側(cè)裝有擋板,引導(dǎo)耙斗進入槽子。中間槽有兩個彎曲部,為考慮磨損及易于更換,彎曲部裝有可拆卸的耐磨弧形板。卸料槽后部安有彈簧碰頭,起緩沖作用。10、雙滑輪只有拐彎巷道裝巖時使用,掛在巷道拐彎處引導(dǎo)主繩和尾繩,主要由側(cè)板、心軸、滾動軸承、吊鉤及兩個繩輪組成,配備雙滑輪,能擴大裝巖機的使用范圍。 11、裝巖機的電動機和控制設(shè)備均采用防爆式的。其電壓為380(660)V。2.2裝巖機使用方法放炮后,先在迎頭上部打好眼,或自用剩余炮眼安好固定楔,兩種固定楔的固定和拆卸方法有所不同,固定硬巖楔時先將帶圓環(huán)的楔體放眼中,再將緊楔扦入并敲緊;拆卸時,用錘敲擊楔體端部,使楔體松動,抽出緊楔,然后抽出楔體。固定軟巖楔時先把鋼絲繩套環(huán)帶套的一端放入鉆好的眼中,再把緊楔扦入并敲緊。拆卸時,用錘橫向敲打緊楔的端部,使楔子松動,先抽出緊楔,再把鋼絲繩抽出。安好固定楔后,便可把耙礦滑輪掛在楔體的圓環(huán)上。耙礦滑輪的懸掛位置隨巷道情況而定,一般懸掛在迎頭巖堆上面800-1000毫米高度處為佳,為減少輔助勞動,提高機械裝巖率,應(yīng)視巖石堆積情況而左右移動懸掛位置,以扒清中央和兩側(cè)的巖石。在懸掛和取下耙礦滑輪時,宜先將絞車滾筒邊緣的輔助剎車彈簧松開,以便人工能輕松地拉動鋼絲繩,便于懸掛。待耙礦滑輪懸掛好后,再將彈簧復(fù)位或調(diào)節(jié)到合適壓力。安好耙礦滑輪并經(jīng)過有關(guān)的安全檢查,便可啟動電機開始裝巖作業(yè)。工作時,拉緊工作滾筒的操縱桿,工作滾筒便牽引耙斗,扒取巖石,沿槽子卸入礦車,然后松開工作滾筒操縱桿,拉緊空載滾筒操縱桿,使空斗回到迎頭,重復(fù)扒巖動作,連扒2-3次便可裝滿一礦車。如后面配有箕斗,則可在中間槽和卸料槽之間加接中間接槽,改變卸料口位置使箕斗裝滿。 耙斗裝巖機的突出優(yōu)點是可用于傾斜巷道裝巖,但在坡度較大時,除使用原有的卡軌器外,還應(yīng)增設(shè)阻車裝置,加強防滑措施和安全保護。為保證較高的生產(chǎn)率及便于鋪設(shè)軌道,裝巖機工作時離迎頭最遠(yuǎn)不宜超過15米。為避免放炮時機器受損,機器離迎頭一般不小于6米。裝巖機在斜巷中移動時,應(yīng)利用提升絞車進行以保安全。3大型耙斗裝巖機基本尺寸的確定3.1 電動機的選擇已知:生產(chǎn)率 140/h以90B型耙斗裝巖機為例進行以下設(shè)計:技術(shù)參數(shù):一次耙?guī)r能力: 0.9主繩牽引速度范圍: 0.971.23m/s尾繩牽引速度范圍: 1.341.8m/s工作距離: 615m軌距: 600(900)mm絞車牽引力: 2690鋼絲繩直徑: 17mm電動機: 型號 YBB-45-4 功率 45KW 電壓 380V或660V 轉(zhuǎn)速 1480r/min絞車形式: 行星齒輪雙滾筒絞車外形尺寸(mm): 949624522403 3.1.1生產(chǎn)率要求計算: 1、確定一次行程所用時間t:t=+ 重載行程時間; 空載行程時間; 間隙時間。2、初定技術(shù)參數(shù):主繩牽引速度:=1.2m/s;尾繩牽引速度: =1.64m/s;間隙時間: =9s: 工作距離: L = 8m.3、一次行程所用時間t: t = +=+9 = 20.54s裝滿系數(shù):0.9則:生產(chǎn)率Q = 3600/20.54 0.9 0.9 = 141.93/h滿足生產(chǎn)率要求。3.1.2主繩牽引力計算:耙斗的運行阻力主要是耙斗自重及斗內(nèi)物料質(zhì)量沿巷道傾斜方向的分力和各種摩擦力??瞻叶贩祷匦谐痰倪\行阻力為: = G (cossin )耙斗裝滿物料后的運行阻力為: = G (cossin ) + Q (cossin )式中:G 耙斗質(zhì)量; Q 耙斗內(nèi)物料質(zhì)量; 巷道傾角,sin 項在向上牽引是取“+”; 耙斗對巷道地板的摩擦系數(shù),可取0.40.6; 耙斗內(nèi)物料對巷道的班的摩擦系數(shù),可取0.60.8; 綜合考慮鋼絲繩在巷道地板、溜槽、及導(dǎo)向滑輪上的摩擦阻力耙斗扒取物料的阻力系數(shù);耙斗重量的確定: 耙斗的長度、寬度和高度應(yīng)保持適當(dāng)?shù)谋壤?,合理比? :1.5 :1。設(shè)耙斗高度為A, 2A 1.5A A = 0.9 解得:A = 0.67m則耙斗的長度為1.34m。耙斗的重量 = 1.34 100 5 10 = 7000N耙斗內(nèi)物料重量的確定:扒取硬巖和大塊物料時,一般為5-6/cm;扒取軟巖和松散細(xì)塊物料時,一般為3-4/cm。物料重量 = 1720 0.9 10 = 15460N則: = 15460 (0.7cos30 + sin30)= 17.1KN = 1.5 7000 (0.5 cos30 + sin30) = 9.8KN主繩牽引力F: F = + = 17.1 + 9.8 = 26.9KN3.1.3電動機確定:根據(jù)主繩牽引力與牽引速度,所需電機功率為: P = = = 37.55KW根據(jù)井下工作狀況,選用YBB-45-4型電動機。=1480r/min3.2 確定基本尺寸計算總傳動比及分配:一、計算總傳動比卷筒轉(zhuǎn)速n;鋼絲繩直徑17mm卷筒內(nèi)徑d;d = 17 19 =323mm 取d = 330mm工作滾筒轉(zhuǎn)速 = = = 69.9r/min空程滾筒轉(zhuǎn)速 = = = 95.2r/min總傳動比i = / = 1480/69.9 = 21.17 = / = 1480/95.2 = 15.54二、傳動比分配:減速器傳動比初定: = 4.77則:工作滾筒行星輪傳動比: = / = 21.17/4.77 = 4.4348空程滾筒行星輪傳動比: = / = 15.54/4.77 = 3.2573.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)確定一、減速器傳動比:要求高低速級的大齒輪浸入油中深度大致相近且,其中為前級傳動比,為后級總傳動比。由式 = = =1.946 2.136 取= 2 則 = 2.385 二、減速器各軸轉(zhuǎn)速: = 1480 r/min = / = 1480/2 = 740 r/min = / = 379 r/min = / = 310 r/min式中 電機輸出轉(zhuǎn)速; 高速軸轉(zhuǎn)速;過渡軸轉(zhuǎn)速; 低速軸轉(zhuǎn)速。三、減速器各軸實際功率: = 37.55KW = = 37.55 0.98 0.98 = 36 KW = = 36 0.98 0.98 = 35.1 KW = = 35.1 0.98 0.99 = 33.67 KW式中 電機輸出功率;高速軸功率;過渡軸功率; 低速軸功率; 齒輪傳動效率; 球軸承傳動效率; 滾子軸承傳動效率。四、減速器各軸輸出轉(zhuǎn)矩: = 9550 / = 9550 37.55/1480 = 242.3 = 9550 / = 9550 36/740 = 464.6 = 9550 /=9550 35.1/379 = 884 = 9550 / = 9550 33.67/310 = 10374 減速器設(shè)計4.1齒輪傳動設(shè)計 4.1.1高速級傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算:選擇齒輪材料 查表8-17 小齒輪選擇調(diào)質(zhì) =245275HBS 大齒輪選擇正火 =210240HBS按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算確定齒輪精度等級 公差組8級按=(0.0120.021)估取圓周速度=9.5m/s,參考表8-14,表8-15選取小輪分度圓直徑,由式8-77得寬度系數(shù)查表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置取值。=0.45小輪齒數(shù)在推薦值2040中取 =20大輪齒數(shù) =i=220 =40齒數(shù)比 傳動比誤差 小輪轉(zhuǎn)矩 =9.55P/ =292.3Nmm載荷系數(shù) K 使用系數(shù) 查表8-20 =1.0動載荷系數(shù)查圖8-57的初植 =1.24 齒向載荷分布系數(shù)查圖8-60 =1.2齒間載荷分配系數(shù)的初值在推薦值(=720)中初選 =13由式(8-55)、(8-56)的為=+= = =1.60+0.588 =2.188查表8-21得=1.36載荷系數(shù)=1.01.241.211.36 =2.04彈性系數(shù) =189.8節(jié)點影響系數(shù)查圖8-64 =2.44重合度系數(shù)查圖8-65 =0.78螺旋角系數(shù) = =0.99許用接觸應(yīng)力 由式(8-69)得=接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69 =570N/ =460N/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8-70)得=60njLh=6014801(83008) =1.7h 則查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù)(不允許有點蝕) 硬化系數(shù)查圖8-71及說明:=1接觸強度安全系數(shù)查表8-27,按一般可靠度查 =1.1=1.01.1=57011/1.1 =518N/=46011/1.1 =418N/ 故的設(shè)計初值為 133mm法面模數(shù) =cos/=133cos13/20 = 6.5查表8-3取 =7中心距a=(+)/(2cos)=7(20+40)/(2cos13) =215.5mm ?。?a =216mm 分度圓螺旋角= = =13.5小輪分度圓直徑的計算值=/ cos=720/ cos13.5 =143.978mm圓周速度v V = /60000=3.14143.9781480/60000=11m/s與估取值相差不大,不必修正 取=1.27 =1.27齒間載荷分配系數(shù)=+= =1.59+0.69 =2.28查表8-21得 =1.36小輪分度圓直徑=144mm =144mm大輪分度圓直徑=/ cos =740/cos13.5 = 288mm齒寬b=0.45142=63.9大輪齒寬= b = 64mm小輪齒寬=+(5 10) = 70mm按齒根彎曲疲勞強度校核計算由式(8-78) = 齒形系數(shù) Z = = = 21.75 Z = Zu = 21.752 = 43.51 查圖8-67 得 Y,Y Y=2.76 Y=2.38應(yīng)力修正系數(shù)Y查圖8-68得 Y=1.56 Y=1.67重合度系數(shù)Y由式(8-78)中說明得:Y = 0.25 + 0.75/ = 0.25 + 0.75/1.59 Y= 0.69螺旋角系數(shù)Y由式(8-78)得Y= 1- = 1 0.69 Y= 0.92許用彎曲應(yīng)力由式(8-71)=YY/ S彎曲疲勞極限查圖8-72 =460N/mm =390N/mm彎曲壽命系數(shù)Y查圖8-73 Y = Y = 1尺寸系數(shù)Y 查圖8-74 Y = 1安全系數(shù)S 查表8-72 S = 1.6則=YY/ S=46011/1.6 =287.5 N/mm =YY/ S=39011/1.6 =243.8 N/mm故 = 2.761.560.69 =42.2 N/mm = 2.381.670.69 =42.6 N/mm 齒根彎曲強度足夠。4.1.2低速級傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算:選擇齒輪材料 查表8-17 小齒輪選擇調(diào)質(zhì) =245275HBS 大齒輪選擇正火 =210240HBS按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算確定齒輪精度等級 公差組8級按=(0.0120.021)估取圓周速度=6m/s,參考表8-14,表8-15選取小輪分度圓直徑,由式8-77得寬度系數(shù)查表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置取值。=0.8小輪齒數(shù)在推薦值2040中取 =20大輪齒數(shù) =i=2.38520 =48齒數(shù)比 u=2.4 傳動比誤差 誤差在5 范圍內(nèi) 合適小輪轉(zhuǎn)矩 =9.55P/ =464.6Nmm載荷系數(shù) K 使用系數(shù) 查表8-20 =1.0動載荷系數(shù)查圖8-57的初植 =1.22 齒向載荷分布系數(shù)查圖8-60 =1.22齒間載荷分配系數(shù)的初值在推薦值(=720)中初選 =13由式(8-55)、(8-56)的為=+= = =1.50+2.35 =3.85查表8-21得=1.39載荷系數(shù)=1.01.221.221.39 =2.0彈性系數(shù) =189.8 節(jié)點影響系數(shù)查圖8-64 =2.45重合度系數(shù)查圖8-65 =0.78螺旋角系數(shù) = =0.99許用接觸應(yīng)力 由式(8-69)得=接觸疲勞極限應(yīng)力、查圖8-69 =570N/ =460N/應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式(8-70)得=60njLh=6014801(83008) =1.7h 則查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù)(不允許有點蝕) 硬化系數(shù)查圖8-71及說明:=1接觸強度安全系數(shù)查表8-27,按一般可靠度查 =1.1=1.01.1=57011/1.1 =518N/=46011/1.1 =418N/ 故的設(shè)計初值為 134.4mm法面模數(shù) =cos/=134.4cos13/20 = 6.55查表8-3取 =7中心距a=(+)/(2cos)=7(20+48)/(2cos13) =244.26mm ?。?a =245mm 分度圓螺旋角= = =13.7小輪分度圓直徑的計算值=/ cos=720/ cos13.7 =144mm圓周速度v V = /60000=3.14144740/60000=5.58m/s與估取值相差不大,不必修正 取=1.22 =1.22齒間載荷分配系數(shù)=+=1.5+2.35=3.85查表8-21得 =1.39載荷系數(shù)K K=2.0小輪分度圓直徑=144mm =144mm大輪分度圓直徑=/ cos =748/cos13.7 =346mm齒寬b=0.8144=115大輪齒寬= b = 115mm小輪齒寬=+(5 10) = 120mm按齒根彎曲疲勞強度校核計算由式(8-78) = 齒形系數(shù) Z = = = 21.8 Z = Zu = 21.82 = 52 查圖8-67 得 Y,Y Y=2.8 Y=2.35應(yīng)力修正系數(shù)Y查圖8-68得 Y=1.56 Y=1.7重合度系數(shù)Y由式(8-78)中說明得:Y = 0.25 + 0.75/ = 0.25 + 0.75/1.5 Y= 0.72螺旋角系數(shù)Y由式(8-78)得Y= 1- = 1 0.69 Y= 0.73許用彎曲應(yīng)力由式(8-71)=YY/ S彎曲疲勞極限查圖8-72 =460N/mm =390N/mm彎曲壽命系數(shù)Y查圖8-73 Y = Y = 1尺寸系數(shù)Y 查圖8-74 Y = 1安全系數(shù)S 查表8-72 S = 1.6則=YY/ S=46011/1.6 =287.5 N/mm =YY/ S=39011/1.6 =243.8 N/mm 故 = 2.81.560.72 0.86 =41 N/mm = 2.351.700.720.86 =39.7N/mm齒根彎曲強度足夠。標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪幾何尺寸統(tǒng)計表4-1:名稱代號計算公式齒輪齒輪齒輪齒輪齒輪基本參數(shù)法向模數(shù)77777齒數(shù)Z2040203948法向壓力角a20齒頂高系數(shù)1頂隙系數(shù)0.25螺旋角13.513.7基圓柱螺旋角tan=tancosa12.6712.86幾何尺寸分度圓直徑dd = mz/cos144288144280336齒頂高=7齒根高=(+)8.75齒全高h(yuǎn)h = +15.75齒頂圓直徑=d+2158302158395350齒根圓直徑=d-2126.5270.5126.5263.5318.5基圓直徑=dcos134.9269.7134.9263314端面壓力角tan=20.5220.5嚙合尺寸中心距aa =1/2(d1+d2)2162123084.2軸的確定與校核軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)形狀要根據(jù)軸上零件的裝配方案確定,不同的裝配方案會產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)形狀。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足:軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置并易于裝拆;軸要有良好的制造工藝性,并盡量減小軸的應(yīng)力集中,提高軸的疲勞強度。一、高速軸 :為避免零件沿軸向或周向發(fā)生相對運動,要對零件進行定位和固定。軸向使用平鍵固定;軸承利用軸套和端蓋作軸向定位和固定,利用軸承內(nèi)圈與軸的過渡配合保證周向固定;齒輪的軸向定位使用軸套和軸肩,周向采用平鍵固定。(1)確定軸的最小直徑:選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件估算軸的最小直徑,查文獻(xiàn)5表4-2,取A=115,可得;式中:-扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力, N/; P軸傳遞的轉(zhuǎn)矩, ; n-軸的轉(zhuǎn)速, r/min; 、A考慮了彎矩影響的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力和設(shè)計系數(shù),見表4-2;取A=118,則: 軸的直徑要與軸承配合同時為安全起故取d1 = 50 mm(2)求軸上的轉(zhuǎn)矩: = 9550 / = 9550 36/740 = 464.6(3)求作用在齒輪上的力:軸上大齒輪的分度圓直徑為=圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:= =3226.4N=1207.7N=tan=3226.4tan13.5=774.6N軸上小齒輪的分度圓直徑為 =圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:= =6452.8N=2415.3N=tan=6452.8tan13.5=1549.2N(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定方案如圖4-1所示。按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度軸段的直徑由以上求得,考慮到齒輪3端面與箱內(nèi)壁的距離(16mm)及軸承(d=50mm)的寬度19mm,取軸段的長度為L1=41mm。軸段的直徑應(yīng)該略大于軸段的直徑,以便制出軸肩,易于齒輪的裝拆,故取d2=53mm 。長度應(yīng)小于齒輪寬度以便齒輪軸向定位,取L2=118mm。軸段用于兩齒輪軸向定位,軸肩高度h應(yīng)大些,取h=2.5mm, 則d3=58mm。根據(jù)需要取軸段的長度為L3=15mm。圖4-1 軸段的確定方法與軸段的確定方法相似,所以取軸段的直徑為d4=53mm,寬度應(yīng)小于齒輪2的寬度,取L4=63mm。同一軸上的兩個軸承通常取相同類型和內(nèi)徑,所以軸段與軸段的確定方法相同取d5=50mm,取L5=40mm 。 軸的基本形狀確定之后,需要根據(jù)裝配和制造工藝要求,對軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。軸的鍵槽寬度、圓角應(yīng)盡量采用相同的尺寸,并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn);為了去掉毛刺和便于裝配零件,軸段端部為倒角形式。(5)軸的強度校核 求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。再確定軸承的支點位置時,從手冊中查取值。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,B和C截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險截面。其數(shù)值、M、T及的計算如圖4-2:(L1=78mm,L2=107mm,L3=50mm)1、支反力: 以A為支點:L1 + (L1+L2+L3) = (L1+L2)6452.878235=3226.4185解得: = 398N = 398N 則: = +-=6452.8+398-3226.4=3624.4N =3624.4N L1+(L1+L2+L3)= (L1+L2)- 2415.378+111.572+224.4=1207.7185-774.6144 解得: =-838N =-838N 則: =+-=2415.3-812.9-1207.7=369.6N = 369.6N 2、 彎矩和=L1=371172.9=282700Nmm =L3=484.644.9=19900Nmm =-L1=394.772.9=-287740Nmm =-=-774.6144=-111542Nmm=+=-399200Nmm=L3=-83850=-41900Nmm=-=111542Nmm=+=69.6Nm 3、合成彎矩M =488.9Nm =72.4Nm 扭矩T=464.6 Nm4、當(dāng)量彎矩 圖4-2=562.8 Nm=288Nm校核軸的強度 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。查文獻(xiàn)5表4-1得=650N/,則=0.090.1即5865 N/,軸的計算應(yīng)力為=45.0N/根據(jù)計算結(jié)果可知,該軸滿足強度要求。二、過渡軸(1)根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件估算軸的最小直徑;軸的最小直徑要與軸承配合,故取d = 50 mm(2)求軸上的轉(zhuǎn)矩:= 9550 /=9550 35.1/379 = 884 (3)求作用在齒輪上的力:軸上齒輪的分度圓直徑為=圓周力、徑向力和軸向力的大小如下:= =6314N=2365.4N=tan=6314tan13.7=1539N(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定方案如圖4-3所示:圖4-3為了便于箱體的鑄造,取過渡軸的總長與高速軸的總長相等。 按軸向定位要求確定各軸段直徑和長度軸段的直徑由以上求得,考慮到齒輪3端面與箱內(nèi)壁的距離(16mm)及軸承(d=50mm)的寬度23mm以及與上一級齒輪嚙合要求,取軸段的長度為L1=41mm。軸段的直徑應(yīng)該略大于軸段的直徑,以便制出軸肩,易于齒輪的裝拆,故取d2=53mm 。長度應(yīng)小于齒輪寬度以便齒輪軸向定位,取L2=118mm。軸段的確定方法與軸段的確定方法基本相似,不同之處為,不考慮齒輪端面與箱壁的距離,所以取軸段的直徑為d4=53mm,寬度為所配合軸承的寬度,取L4=23mm。軸段用于齒輪與軸承的軸向定位,軸肩高度h應(yīng)大些,取h=3mm, 則直徑d3=59mm。其長度L3=277-L1-L2-L4=95mm。 軸的基本形狀確定之后,需要根據(jù)裝配和制造工藝要求,對軸的細(xì)部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。軸的鍵槽寬度、圓角應(yīng)盡量采用相同的尺寸,并符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn);為了去掉毛刺和便于裝配零件,軸段端部為倒角形式。(5)軸的強度校核 求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。再確定軸承的支點位置時,從手冊中查取值。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,B和C截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險截面。其數(shù)值、M、T及的計算如圖4-4:(L1=78mm,L2=157mm )1、支反力: 以A為支點:水平支反力:L1 = (L1+L2)6314.378=235解得: = 2095.8N = 2095.8N 則: = -=6314.3-2095.8=4218.5N =3624.4N 垂直支反力: R+(L1+L2)=L1 1539140+(78+157)=2365.478 解得:=-197.2N =-197.2N 則: =-=2365.4+197.2N =2562.6N2、彎矩和=-L1=3624.478=-329000Nmm =-L1=2562.678=-199880Nmm =R+=1539140-199880=15500Nmm3、合成彎矩M =350.2Nm =329.4Nm校核軸的強度 軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。查文獻(xiàn)5表4-1得=650N/,則=0.090.1即5865 N/,軸的計算應(yīng)力為=28.0N/ 根據(jù)計算結(jié)果可知,該軸滿足強度要求。圖4-44.3軸承與鍵的選擇及校核軸承是用于支承軸及軸上零件實現(xiàn)正常工作的一種部件。按照摩擦性質(zhì)的不同,軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。軸承的發(fā)展已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化,與滑動軸承相比,具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便,易于互換等優(yōu)點。因此應(yīng)用廣泛,在機械的許多領(lǐng)域取代了滑動軸承;其缺點是抗沖擊能力差,工作時產(chǎn)生噪聲,壽命也不及液體滑動摩擦軸承。軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì),是選擇軸承類型的主要依據(jù)。由于滾子軸承中的主要元件間是線接觸,易用于承受較大的載荷,承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點接觸,宜于承受較輕或中等載荷。由于減速器內(nèi)采用斜齒輪傳動,軸向力較大, 經(jīng)驗算:球軸承不能滿足要求,因而選用圓錐滾子軸承。能承受較大的徑向負(fù)荷和單向的軸向負(fù)荷,內(nèi)外圈可分離,軸承游隙可在安裝時調(diào)整。通常成對使用,對稱安裝。高速軸用軸承:由軸的直徑選用軸承型號為7510E,主要性能參數(shù)為:=84.8KNY=1.43,e=0.42。以下計算用公式及查表參考文獻(xiàn)51、計算軸承支反力受力圖如圖4-5所示:圖4-5水平支反力 =3624.4N =398N 垂直支反力 =369.6N =-838N合成支反力 =3643.2N =927.7N2、軸承的派生軸向力由式5-9 =1273.8N =324N3、軸承所受軸向載荷=744.6N因=774.6+324=1106N 499N4、軸承當(dāng)量動載荷因=1273.8/3643.2=0.35e, 查表5-12, ,=0.4927.7+1.43499=1084.7N5、軸承壽命因,故應(yīng)按計算:由表5-9,表5-10查得: 按式5-5 =2.1h由以上計算可知,該軸承滿足要求。根據(jù)高速軸的直徑,參考文獻(xiàn)3,選取鍵的尺寸為:BHL=1610100 受力圖如圖4-6所示: 圖 4-6假設(shè)擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的 ,此時擠壓強度條件是: 式中 k 鍵與輪轂槽(或軸槽)的接觸高度,mm,k=h/2,h為鍵高; l 鍵的工作長度,mm,A型:l=L-b. 許用擠壓應(yīng)力,N/,鍵的材料一般采用抗拉強度極限 的精拔鋼制造,常用材料為45鋼。查文獻(xiàn)5表2-21取代入數(shù)據(jù)得: 由以上計算可知:鍵的選用滿足強度要求。 4.4減速器箱體及主要零部件的設(shè)計4.4.1減速器箱體結(jié)構(gòu)箱體是減速器的一個重要零件,它用于支持和固定減速器中的各種零件,并保證傳動件的嚙合精度,使箱體內(nèi)零件具有良好的潤滑和密封。箱體的形狀較為復(fù)雜,其重量約占整臺減速器的一半,所以箱體結(jié)構(gòu)對減速器的工作性能,加工工藝,材料消耗,重量及成本等有很大影響。箱體結(jié)構(gòu)與受力均較復(fù)雜,目前尚無成熟的計算方法。所以箱體各部分尺寸一般按照經(jīng)驗公式在減速器裝配草圖的設(shè)計和繪制過程中確定。減速器鑄造箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系參考文獻(xiàn)3表5-1,圖5-5,圖5-6:箱體壁厚 =0.025a+8 取=16mm地腳螺栓直徑=0.036a+12 =24mm地腳螺栓數(shù)目n(a250mm) n=6軸承端蓋螺釘直徑d1=(0.40.5) d1=10mm視孔蓋螺釘直徑d2=(0.30.4) d2=8mm齒輪端面與內(nèi)機壁距離2= 2=16mm大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁間距離11.2 1=18mm各螺栓與外箱壁和凸緣邊緣的距離參考文獻(xiàn)3表5-1.4.4.2軸承蓋的結(jié)構(gòu)和尺寸軸承蓋用于固定軸承,調(diào)整軸承間隙及承受軸向載荷,多用鑄鐵制造。結(jié)構(gòu)形式分為在凸緣式和嵌入式。凸緣式軸承蓋調(diào)整軸承間隙方便,密封性能好,應(yīng)用廣泛。嵌入式結(jié)構(gòu)簡單,但座孔中須削環(huán)行槽,加工麻煩。在此使用凸緣式端蓋,如圖4-7所示:圖4-7 =D+(22.5); =+(2.53); =1.2=(0.850.9)D; =-(2.53);當(dāng)軸承外徑D=90mm時:=1.2=1.210=12mm=D+(22.5)=90+(22.5)10=110115mm 取=115mm=+(2.53)=115+(2.53)10=140145mm =140mm=(0.850.9)D=(0.850.9)90=75.581mm =76mm=-(2.53)=115-(2.53)10=8590 =90mm當(dāng)取D=120mm時: =1.2=1.210=12mm=D+(22.5)=120+(22.5)10=140150mm 取=150mm=+(2.53)=150+(2.53
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