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編號(hào)：（ ）字 號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 無(wú)極繩絞車設(shè)計(jì) 王濤 21040214 機(jī)械工程及自動(dòng)化2004-1班 題目： 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 二〇〇八年六月 注：紙型：16K 上、下、左、右頁(yè)邊距：2厘米 頁(yè)眉：1.5厘米 頁(yè)腳：1.75厘米 裝訂線：0.5厘米 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)格式模板 中 國(guó) 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 姓 名： 王濤 學(xué) 號(hào)： 21040214 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 無(wú)極繩絞車 專 題： 指導(dǎo)教師： 陳飛 職 稱： 副教授 2008 年 6 月 徐州 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 機(jī)自04-1 學(xué)生姓名 王濤 任務(wù)下達(dá)日期：2008年 3 月 15 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2008 年 3 月 15 日至 2008年 6 月 10 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：無(wú)極繩絞車 畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目： 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求： 設(shè)計(jì)參數(shù)： 滾筒直徑：800mm； 牽引力：50，30KN； 繩速：1，1.5m/s。 設(shè)計(jì)要求： 1.完成設(shè)備的總體方案設(shè)計(jì)； 2.完成傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，卷筒部件設(shè)計(jì)； 3.完成主要組件及零件圖、工作圖設(shè)計(jì)； 4.按畢業(yè)設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及其它相應(yīng)的內(nèi)容。 院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑤寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 提 出 問(wèn) 題 回 答 問(wèn) 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒(méi)有 回答 答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)： 答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 摘 要 無(wú)極繩運(yùn)輸絞車是一種新型的礦山輔助運(yùn)輸設(shè)備。其主要適用于煤礦中大型綜采設(shè)備的搬遷，也可用于工作面的回柱放頂、大噸位的物料運(yùn)輸和礦車調(diào)度。該絞車的設(shè)計(jì)對(duì)于完善無(wú)極繩系列絞車起著重要的基礎(chǔ)作用。 JWB-50型運(yùn)輸絞車主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、變速器、卷筒、液壓式電動(dòng)制動(dòng)閘、手動(dòng)制動(dòng)閘和控制開(kāi)關(guān)支架等組成。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是減速器的設(shè)計(jì)，該傳動(dòng)系統(tǒng)采用了三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，形成封閉的傳動(dòng)路線，傳動(dòng)原理簡(jiǎn)單、可靠、高效。它采用雙閘制動(dòng)，一個(gè)為安全制動(dòng)，一個(gè)為工作制動(dòng)，更加安全有效，實(shí)現(xiàn)了大噸位、軟啟動(dòng)、可制動(dòng)的特點(diǎn)。 JWB-50型運(yùn)輸絞車具有良好的防爆性能和制動(dòng)性能，容繩量大、適用條件強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高等特點(diǎn)。該絞車結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，能夠整機(jī)下井；結(jié)構(gòu)為近似對(duì)稱布置，外形美觀，成長(zhǎng)條形，底座呈雪橇狀；絞車重心低，底座剛性好，可安裝地錨，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安全可靠，安裝方便。 關(guān)鍵詞：運(yùn)輸絞車；無(wú)極繩牽引； 軟啟動(dòng)； 制動(dòng)；設(shè)計(jì) ABSTRACT Endless-rope transportation winch is a new kind of mining auxiliary conveying equipment. The serial winch products are suitable to move coal mining equipments in compositive excavating working place. And they could be also used to release upper plate and withdraw the props in the working place ,convey large-tonnage bulk material and schedule mining carts . The design of that winch includes to the perfect endless-rope series winch important foundation function. JWB-50 endless-rope transportation winch is made up of motor, couple, reel, gearbox, electro-hydraulic-brake, manual brake and switch-controller-support. The point of this graduation design is the gearbox. The transmission system realizes a closed circuit which has three planet gear step. Its transmission principle is simple, reliable and it has high efficiency. This winch uses two brakes to fulfill safe braking and working braking respectively, which make the witch’s braking more safe and effective. And this also makes the winch have the ablity of big tonnage ,soft starting and braking. JWB-50 transportation winch has good blast protection property and braking property, big cope capacity, long longevity and high transmission efficiency. It also has compact structure, small external dimensions, approximately symmetrical structure ,long disappearance, basement in the shape of sleigh which is very convenient and smoothly moved ,low gravity center ,good stillness of basement. The installment is convenient by shore or ground anchor block, which make the winch work smoothly, reliably and safely. Keyword: transportation winch; endless-rope towing; soft starting; braking; design 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 1 緒論 1.1 引言 煤炭是當(dāng)前我國(guó)能源的主要組成部分之一，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)保持高速增長(zhǎng) 的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和保障。由于資源條件和能源科技發(fā)展水平?jīng)Q定，在未來(lái) 的 30～50 年內(nèi)，世界范圍內(nèi)新能源、可再生能源及核電的發(fā)展尚不能普遍 取代礦物燃料。因此，在相當(dāng)時(shí)期內(nèi)礦物燃料仍將是人類的主要能源。隨 著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是世界經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的旺盛需求，世界煤 炭開(kāi)采技術(shù)也得到迅猛地發(fā)展。20 世紀(jì)末期以來(lái)，先進(jìn)采煤國(guó)家積極應(yīng)用 機(jī)電一體化和自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采掘機(jī)械化和自動(dòng)化控制，做到了礦井 的高產(chǎn)高效生產(chǎn)。 機(jī)械化是煤炭工業(yè)增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、改善勞動(dòng)條件、保障安 全生產(chǎn)的必要技術(shù)手段，也是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)約能源、人力和減少原材 料消耗的有效技術(shù)措施。礦井輔助運(yùn)輸作為礦井運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分之一， 在礦山生產(chǎn)中也占有重要地位，尤其是現(xiàn)代化礦井對(duì)此更應(yīng)高度重視。 礦井輔助運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是：①井下運(yùn)輸設(shè)備在巷道中工作，由于受井下 巷道空間的限制，因而運(yùn)輸設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，尺寸應(yīng)盡量??；②運(yùn)輸線路 隨工作地點(diǎn)的延伸（縮短）或遷移而經(jīng)常變化；③運(yùn)輸線路水平和傾斜互 相交錯(cuò)連接；④工作地點(diǎn)分散，使得運(yùn)輸線路環(huán)節(jié)多、分支多；⑤待運(yùn)物 料品種繁多，形狀各異；⑥井下巷道受空間限制，有沼氣和煤塵，需用防 爆設(shè)備。 輔助運(yùn)輸?shù)纳鲜鎏攸c(diǎn)，決定了輔助運(yùn)輸設(shè)備的類型具有多樣性，除了 過(guò)去常用的礦用絞車、調(diào)度絞車、電機(jī)車和一般的礦車、平板車、材料車 外，目前許多先進(jìn)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，如單軌吊車、卡軌車、粘著／齒軌機(jī) 車、無(wú)軌運(yùn)輸車等都已在大量使用。利用這些設(shè)備不僅有效地解決了井下 輔助運(yùn)輸工作中的難題，而且大大提高了輔助運(yùn)輸?shù)男省?盡管目前已經(jīng)基本解決了煤礦輔助運(yùn)輸機(jī)械化的問(wèn)題，但是運(yùn)輸環(huán)節(jié) 任然是構(gòu)成采煤功耗的最主要因素。為了進(jìn)一步提高工效、降低成本，還 需對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改革，從技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)各方面謀求最合理的解 決方案。國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)對(duì)輔助運(yùn)輸存在的主要問(wèn)題及其發(fā)展途徑的看法 是一致的，即降低輔助運(yùn)輸?shù)膭趧?dòng)強(qiáng)度和提高輔助運(yùn)輸設(shè)備的效率。主要 研究和發(fā)展方向有以下幾個(gè)：①井下材料、設(shè)備和人員的運(yùn)輸設(shè)備的研制， 特別注意采區(qū)輔助運(yùn)輸設(shè)備的研制；②對(duì)于供料地點(diǎn)到井下用戶運(yùn)輸線路 中轉(zhuǎn)載點(diǎn)最少的運(yùn)輸系統(tǒng)和設(shè)備的研制；③對(duì)輔助材料不經(jīng)轉(zhuǎn)載直接運(yùn)到 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 用戶的合理組織和最佳運(yùn)輸路線方案的研制；④完善運(yùn)輸輔助材料的有軌 運(yùn)輸設(shè)備，增加專用的輔助運(yùn)輸設(shè)備；⑤為擴(kuò)大自行礦車的使用范圍，必 須改進(jìn)它的結(jié)構(gòu)，減小外形尺寸，提高通過(guò)能力和研制不污染礦井大氣的 動(dòng)力源；⑥進(jìn)一步完善單軌吊車和卡軌車，使其具有更大的適應(yīng)性。 我國(guó)絞車的誕生是從 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始的，初期主要仿制日本和蘇 聯(lián)的絞車。60 年代進(jìn)入了自行設(shè)計(jì)階段，到了 70 年代，隨著技術(shù)的逐漸成 熟，絞車的設(shè)計(jì)也進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的階段。但與國(guó)外水平相比，我 國(guó)的絞車在品種、型式、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能、三化水平（參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化）和技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面還存在一定的差距。 國(guó)外礦用絞車的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①標(biāo)準(zhǔn)化、系列化；②體 積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊；③高效節(jié)能；④壽命長(zhǎng)、低噪音；⑤一機(jī)多能， 通用化；⑥大功率；⑦外形簡(jiǎn)單、平滑、美觀、大方。 1.2 概述 無(wú)極繩絞車運(yùn)輸作為礦井輔助運(yùn)輸?shù)囊环N重要手段，目前在煤礦應(yīng)用 十分廣泛，而且型式、種類繁多。其系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、摩擦滾 筒、張繩車、容繩滾筒、尾輪、鋼絲繩及電控組成。工作原理為：電動(dòng)機(jī) 經(jīng)減速器帶動(dòng)摩擦滾筒正反向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩在滾筒上纏繞數(shù)圈后，一端固 定于張繩車上車軸上，另一端經(jīng)過(guò)尾輪纏繞于張繩車的容繩卷筒上， 通 過(guò)摩擦滾筒對(duì)鋼絲繩產(chǎn)生的摩擦力，牽引張繩車運(yùn)動(dòng)，再由張繩車牽引礦 車或其它運(yùn)輸車輛運(yùn)行。 無(wú)極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)主要具有以下特點(diǎn)：⑴變單向?yàn)殡p向運(yùn)行。由于 該系統(tǒng)采用拋物線形摩擦滾筒結(jié)構(gòu)，使得滾筒可以正反向旋轉(zhuǎn)，鋼絲繩也 可以實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)行；⑵張繩車牽引載荷。礦車與張繩車用插銷連接簡(jiǎn)單易 學(xué)，操作方便，安全可靠；⑶運(yùn)輸距離調(diào)整方便。以前的運(yùn)輸系統(tǒng)其運(yùn)輸 距離一旦確定一般是不做改變的，而該系統(tǒng)可將一定量的鋼絲繩存放于容 繩卷筒上，以便運(yùn)輸距離發(fā)生改變時(shí)使用。當(dāng)運(yùn)輸距離需要增大時(shí)，就可 將容繩卷筒上的鋼絲繩適當(dāng)放出；當(dāng)運(yùn)輸距離需要減小時(shí)，亦可將卷筒上 的鋼絲繩收回一些，這樣就可滿足煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸距離多變的工況要求。 該無(wú)極繩絞車是在老的調(diào)度絞車基礎(chǔ)上，采用了行星排變速機(jī)構(gòu)和普 通雙速絞車的某些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)改進(jìn)后設(shè)計(jì)發(fā)明的，是一種有效的礦山輔助運(yùn) 輸設(shè)備。該絞車主要應(yīng)用于上山、下山、平巷等地材料、設(shè)備的運(yùn)輸，結(jié) 構(gòu)布置緊湊、合理，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，可在有瓦斯的巷道中使用，無(wú) 污染，不影響周圍環(huán)境。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)總則 1、煤礦生產(chǎn)，安全第一； 2、面向生產(chǎn)，力求實(shí)效，以滿足用戶最大實(shí)際需求； 3、既考慮到運(yùn)輸為主要用途，又考慮到運(yùn)搬、調(diào)度等一般用途； 4、貫徹執(zhí)行國(guó)家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定； 5、技術(shù)比較先進(jìn)并要求多用途。 2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù) 1、滾筒直徑：800mm 2、牽引力：F 1=50KN F2=30KN 3、繩速：V 1=1m/s V2=1.5m/s 2.3 牽引鋼絲繩及卷筒的選擇計(jì)算 2.3.1 鋼絲繩的選擇 由于該絞車主要工作地點(diǎn)為井下巷道內(nèi)，濕度較大，酸堿度較高，為 了增加鋼絲繩的抗腐蝕能力，延長(zhǎng)其使用壽命，故選取鍍鋅鋼絲繩。此外， 由于該絞車主要用于礦井上、下山運(yùn)輸，磨損為其主要損壞原因，故應(yīng)選 用外層鋼絲繩較粗的鋼絲繩，如 6×7，6×（19）或三角股等。 根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》對(duì)提升鋼絲繩的安全系數(shù)規(guī)定，選取鋼絲繩的 安全系數(shù) K=6.5,則鋼絲繩所能承受的拉力 F 需滿足以下要求： F≥K×F 拉 式中：F 拉 =50KN，即絞車最大牽引力。 則： F≥6.5×50×10 3=3.25×105 N 查《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 5.6-30，選擇鋼絲繩 6×19(1+6+12),繩纖維芯， 鋼絲繩表面鍍鉻。其主要參數(shù)為： 鋼絲繩直徑： φ22.5mm； 鋼絲直徑： φ1.4mm； 鋼絲總斷面面積： 175.40mm 2 參考重力： 1658 N/100m； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度：2000 N·mm 2 鋼絲破斷拉力總和： ≥350500 N 2.3.2 卷筒參數(shù)的確定 由于采用無(wú)極繩牽引方式，卷筒上無(wú)需纏繞過(guò)多鋼絲繩，故卷筒其它 參數(shù)可根據(jù)傳動(dòng)方案的選擇和外觀適當(dāng)選?。ㄒ阎硗仓睆?D=800mm） ，以 有利于整體布局的緊湊、美觀、合理。 2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算及電動(dòng)機(jī)選擇 2.4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 該無(wú)極繩絞車傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示： 快 速 制 動(dòng) 器 慢 速 制 動(dòng) 器 其傳動(dòng)路線為： 防爆電動(dòng)機(jī)→聯(lián)軸器→行星減速器（行星排減速）→太陽(yáng)輪→行星齒 輪→內(nèi)齒輪→卷筒。 2.4.2 計(jì)算傳動(dòng)效率 根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 9-1 得： 1）卷筒傳動(dòng)效率 η 1=0.96； 2）單級(jí)行星圓柱齒輪減速器傳動(dòng)效率 η 2=0.98； 3）齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率 η 3=0.99； 4）滾動(dòng)軸承效率 η 4=0.99（一對(duì)） 。 故系統(tǒng)傳動(dòng)總效率 24321?????總 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) =0.96×0.983×0.99×0,992 =0.8767 2.4.3 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào) ?10'VFP?? = KW5786.5?? 電動(dòng)機(jī)所需的額定功率 P 與電動(dòng)機(jī)輸出功率 P`之間有以下關(guān)系： P≥K· ' 式中 K 為功率儲(chǔ)備系數(shù)，對(duì)運(yùn)輸絞車取 K=1.1,故 571.?? =62.7KW 由于電機(jī)為短時(shí)工作，可以充分利用電機(jī)的過(guò)載能力，以減少電機(jī)容量， 降低機(jī)器的成本和尺寸。Y 系列封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高，耗 電少，性能好，噪聲低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。 為 B 級(jí)絕緣，結(jié)構(gòu)為全封閉式，自扇冷式，能防止灰塵鐵屑雜物侵入電動(dòng) 機(jī)內(nèi)部。查《實(shí)用電機(jī)手冊(cè)》選?。?電動(dòng)機(jī)型號(hào)：YB280M-6 功 率：55 KW 轉(zhuǎn) 速：980r/min 重 量：510 Kg 5.6?額 定 電 流堵 轉(zhuǎn) 電 流 8.1額 定 轉(zhuǎn) 矩堵 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 矩 0.2?額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩 電機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）=1060×545×830 mm 電機(jī)中心高度 H=280mm 電機(jī)軸直徑×長(zhǎng)度=75×140 mm 電機(jī)過(guò)載系數(shù) 計(jì)算'? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 額 定 功 率 ）電 機(jī) 軸 功 率 JN('?? 電機(jī)軸功率 總 ）卷 筒 上 的 功 率 （? 'JJ N? 卷筒上的功率 3minax' 10???VFNJ = KW55? 則： KW03.786.??J 過(guò)載系數(shù) :'? 5.'?eJN ????0.237.1 2.4.4 總傳動(dòng)比及各級(jí)傳動(dòng)比分配 1）總傳動(dòng)比 i 'n? 式中： 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 ；— 卷 筒 轉(zhuǎn) 速 。' 根據(jù)已知設(shè)計(jì)參數(shù)，卷筒直徑 D=800 mm 則可得： Dvn????1'10684.3 =23.89 minrDvn????2'2106 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè)8014.35.6??minr 所以總傳動(dòng)比為： 02.4189.3'1?ni‘Ⅰ 5.7.'2i’Ⅱ 2）傳動(dòng)比分配 根據(jù)傳動(dòng)形式及整體布局尺寸，各級(jí)行星傳動(dòng)傳動(dòng)比確定如下： 高速第一組行星輪： 13.7?baHi 13.6?Habi 高速第二組行星輪： 042 低速級(jí)行星輪： 3baHi 93Habi 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 高速級(jí)計(jì)算 （1）第一組行星輪： 3.1.1 配齒計(jì)算 通常取行星輪數(shù)目 ，過(guò)多會(huì)使載荷均衡困難，過(guò)少又發(fā)揮不了行3?wn 星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，由于 距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限值較遠(yuǎn)，所以1.7baHi 可不檢驗(yàn)鄰接條件。 各輪齒數(shù)按公式 進(jìn)行配齒計(jì)算，計(jì)算根據(jù) 并適當(dāng)調(diào)整，CnZiwab?? baHi 使 C 等于整數(shù)，再求出 ， 應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使 。適當(dāng)調(diào)a CnZwa?/ 整 ，使 C 為整數(shù)。263.7?baHi 則： 46326.711????awabHZnZi 解得： 91a 19461?????awbZC 50)(2)(21?bc 這些符合 的 NGW整 數(shù)無(wú) 公 約 數(shù) ，及整 數(shù) ， 且整 數(shù) ， ??wcabwwa ncznzz 配齒要求。 由 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〔3〕 》圖 17.2-3 可知15091????cabzj 適用的預(yù)計(jì)嚙合角為 ??2'' tcbta?， 雖然 ，但為避免根切，改善齒輪副磨損情況以及提7min1??zza 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 高其承載能力，故采用高變位。由于實(shí)際的 ，所以取太陽(yáng)輪正變位，4?baHi 行星輪和內(nèi)齒輪負(fù)變位。 高度變位時(shí)，嚙合角 ，總變位系數(shù) ，根據(jù)?20??w 021???x 齒數(shù)比 u 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-7 確定 ， 。3.0?ax3.?bc 3.1.2 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 中心輪 a 和行星輪 c 均采用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，齒面硬度 58～62HRC，據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-12 和圖 6-27，取 ，中心輪 a 和行星輪 c 的加工精2lim2limN340N140??FH??和 度 6 級(jí)；內(nèi)齒輪 b 采用 42CrMo，調(diào)質(zhì)硬度 217～259HB，據(jù)圖取 ，加工精度 7 級(jí)。2li2li 678Fσ 按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算齒輪的模數(shù) 為：m 3li2111FdaPAmZYKTK?????? 現(xiàn)已知 , ，小齒輪名義轉(zhuǎn)矩 ，代入16ZliN40F? 11954nPTw?? 已知條件得： 98351??T m64.7? 取算式系數(shù) ；2mK 查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-4、6-6，取綜合系數(shù) ,使用系數(shù)8.1??FK ；35.1?A 取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) ,則計(jì)算彎曲強(qiáng)度2.HP 的行星輪載荷分布不均勻系數(shù) ??15.1????FPK 3. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 由《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-78 查得齒形系數(shù) ， 《行星齒輪85.21?FaY 傳動(dòng)》表 6-6 查得齒寬系數(shù) ，則齒輪模數(shù) 為：6.0?d?m4.3340198.54781.232???m 取齒輪模數(shù) 41? 3.1.3 嚙合參數(shù)計(jì)算 在兩個(gè)嚙合齒輪副 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 為：bca?、 a ?????m1385094212?????aczm ?1?cbb 由此可見(jiàn)，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距都相等。因此，該行星輪傳動(dòng)能 滿足非變位的同心條件。 3.1.4 幾何尺寸計(jì)算 按高變位齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算。 ①分度圓直徑： ??m761941????aazmd 205cc ??11?bbz ②齒頂高： ??m2.543.01 ??????mxhaa ????81?cc xzxhbbbaab ???????????121 .7 43.09.5 2?????????? ??m8.4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) ③齒根高： ??????m8.34.02511 ??????????mxchaaf 26.cfc ????1??xbafb ④齒高： m98.32511 ???faah ??6fcc 411fbab ⑤齒頂圓直徑： ??m4.862.576211 ????aahd 00cc ??411?abab ⑥齒根圓直徑： m4.68.32711 ???fafahd ??170?fccf 411?fbfb 3.1.5 裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件： ①鄰接條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-7 驗(yàn)算其鄰接條件，即： wacacnd?si2'1?? 將已知的 、 和 的值代入上式，則得：1ac'w 23960si13826.05???? 即滿足鄰接條件。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) ②同心條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》表 3-1 驗(yàn)算該行星齒輪傳動(dòng)的同心 條件，即： ''cosbazz???? 各齒輪副的嚙合角為 和 ，且 ， ，?20'ac?'?bc19az?bz ，代入上式，即得：50?cz 43.720cos519s???? 則滿足同心條件。 ③安裝條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-20 驗(yàn)算其安裝條件，即得： （整數(shù)）46319??wbanz 所以，滿足其安裝條件。 3.1.6 傳動(dòng)效率的計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 17.1.6 得該行星傳動(dòng)的效率 %，可見(jiàn)，4.97?xab? 該行星傳動(dòng)的傳動(dòng)效率較高，可以滿足工作方式的使用要求。 3.1.7 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 （1） 傳動(dòng)ca? 強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定 和 所用的圓周速度vkz 用相對(duì)于行星架的圓周速度。 6011? ????????indvax? 3.7 9874.3?????? ??sm5.? 則動(dòng)載系數(shù) 1093.a xvzvk? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) =1.06 速度系數(shù) 查《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-18 .vz 970?vz 其他參數(shù)確定： ①查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-7 得使用系數(shù) ；35.1Ak ②齒向載荷分布系數(shù) 、?HkF 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： ??b??1??? 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： HHk? 式中： 、 —齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度 及大齒輪齒面硬度F?xv 對(duì) 、 的影響系數(shù)，按《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-7 選取2HB?kH 46.0?F 35H? —齒寬和行星輪數(shù)目對(duì) 、 的影響系數(shù)。對(duì)于圓柱直齒b??FkH 傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承， 則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)， 值可由《行星齒輪b? 傳動(dòng)》圖 6-8 查取，得 =1.38。b? 則： ??17.46.038.1??????Fk 35H ③齒間載荷分布系數(shù) 、?FkH 先求端面重合度： ????? ????? tanttant21221????zz 式中： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 11cosarad??? 4.869370? ?.3? 12cosarad?? 6.205937?? ?.3 則： ????? ????? 20tan9.3t502tan.4t192 ????????? = 8305.6? =1.6 因?yàn)槭侵饼X輪傳動(dòng)，故總重合度 ???? 所以， 032.1645.06.?????HFk ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) z 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-73 得 5.?Hz ⑤彈性系數(shù) Ez ??????mN8.193.026121??????? ⑥ 、 、 和?z?NTzX 計(jì)算接觸強(qiáng)度的重合度系數(shù) 893.0643????z 計(jì)算接觸強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) 1cos?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 1?NTz 計(jì)算接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù) X ⑦最小安全系數(shù) 和minHsinF 取 ，1in?4.i ⑧潤(rùn)滑劑系數(shù) 、粗糙度系數(shù) 、速度系數(shù)LzRzVz 取 92.0?VR ⑨齒面工作硬化系數(shù) Wz 取 1?Wz 傳動(dòng)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算：ca? 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 ,由《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-51、6-52、6-53 得：H?????? zzkkubdFEHpVAtH ????????11 1893.015.203.16.3516.23876.04.2 ???????mN9? 按式 6-54 許用接觸應(yīng)力 XWRVLNTHp zzs????minl? 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件： p? 則： 2lim14063192.0841???H? 計(jì)算結(jié)果， 接觸強(qiáng)度通過(guò)。用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)后滲碳淬火，安全可靠。ca? 傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度計(jì)算：c 根據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-69、6-70 得齒根應(yīng)力為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) ?????YkkbmFSaFPFVAnt ?????? 式中： —齒形系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-22 查得：FaY =2.85， =2.3212FaY —應(yīng)力修正系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-24 查得：Sa ， =1.754.1?2Sa —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)?Y 719.06.52.07.25.0??an?? —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)，因?yàn)槭侵饼X輪，故取值為 1?Y 則： 179.05418.230.176.351201 ?????madTAF?? .846.7? ??2N0? N/mm2.92F? 考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力： 2max mN17.5.78105.???F 由強(qiáng)度條件 可得：maxP?? axinaFFSTY?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 即： ??2minaxlim mN8.10524.715????STFFY? 由表查得，20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火， ，故 傳2li3F?ca? 動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算也通過(guò)。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來(lái)確定 傳動(dòng)的接觸應(yīng)力 ，因?yàn)?傳動(dòng)aH?bc?Hcb 為內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，故 ，所以：4.25019?czu 6.214.? ???Hcb? 7.3809???2mN35? 由 ，可得：HcbP?? minlimHXWRVLNTHcbszz??? 192.01835?? ??4 42CrMo 調(diào)質(zhì) ，則內(nèi)齒輪用 42CrMo 調(diào)22limmN43078?HL? 質(zhì)材料，接觸強(qiáng)度符合要求。 彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，按《行星齒輪傳動(dòng)》式 6- 69、6-70 計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和 傳動(dòng)的外嚙合一樣，即：ca? ，2N78.10?F?2mx17.5?F? 由強(qiáng)度條件 可得：aFP? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 2limN8.105?F? 42CrMo 調(diào)質(zhì)材料 ，所以 傳動(dòng)中2li mN105.86??bc? 的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度符合要求。 （2）第二組行星輪： 3.1.8 配齒計(jì)算 通常取行星輪數(shù)目 ，過(guò)多會(huì)使載荷均衡困難，過(guò)少又發(fā)揮不了行3?wn 星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，由于 距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限值較遠(yuǎn)，所以04.2baHi 可不檢驗(yàn)鄰接條件。 各輪齒數(shù)按公式 進(jìn)行配齒計(jì)算，計(jì)算根據(jù) 并適當(dāng)調(diào)整，CnZiwab?? baHi 使 C 等于整數(shù)，再求出 ， 應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使 。適當(dāng)調(diào)a CnZwa?/ 整 ，使 C 為整數(shù)。163.?baHi 則： 58316.22????awabHZnZi 解得： 52a 19582?????awbZC 32)()(12?bc 這些符合 的 NGW整 數(shù)無(wú) 公 約 數(shù) ，及整 數(shù) ， 且整 數(shù) ， ??wcabwwa ncznzz 配齒要求。 由 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〔3〕 》圖 17.2-3 可132592????cabzj 知適用的預(yù)計(jì)嚙合角為 ??0'' tcbtac?， 雖然 ，但為避免根切，改善齒輪副磨損情況以及提17min1??zza 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 高其承載能力，故采用高變位。由于實(shí)際的 ，所以取太陽(yáng)輪負(fù)變位，4?baHi 行星輪和內(nèi)齒輪正變位。 高度變位時(shí)，嚙合角 ，總變位系數(shù) ，根據(jù)?20??w 021???x 齒數(shù)比 u 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-7 確定 ， 。3.0??ax3.bc 3.1.9 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 中心輪 a 和行星輪 c 均采用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，齒面硬度 58～62HRC，據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-12 和圖 6-27，取 ，中心輪 a 和行星輪 c 的加工精度2lim2limN340和N140??FHσσ 6 級(jí)；內(nèi)齒輪 b 采用 42CrMo，調(diào)質(zhì)硬度 217～259HB，據(jù)圖取 ，加工精度 7 級(jí)。2li2li 678F? 按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算齒輪的模數(shù) 為：m 3li2112FdaPAmZYKTK??????N64.1782?T 取算式系數(shù) ；.2?m 查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-4、6-6，取綜合系數(shù) ,使用系數(shù)8.1??FK ；35.1AK 取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) ,則計(jì)算彎曲強(qiáng)度2.HP 的行星輪載荷分布不均勻系數(shù) ??15.1????FPK 3. 由《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-78 查得齒形系數(shù) ， 《行星齒輪3.21?FaY 傳動(dòng)》表 6-6 查得齒寬系數(shù) ，則齒輪模數(shù) 為：6.0?d?m 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè)6.134056.02.81178.232????m 為實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng)及制造簡(jiǎn)單，仍取齒輪模數(shù) m12 3.1.10 嚙合參數(shù)計(jì)算 在兩個(gè)嚙合齒輪副 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 為：bca?、 a ?????743542121??????aczm ?129cbb 由此可見(jiàn)，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距都相等。因此，該行星輪傳動(dòng)能 滿足非變位的同心條件。 3.1.11 幾何尺寸計(jì)算 按高變位齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算。 ①分度圓直徑： ??m205422????aazmd 183cc ??76922?bbz ②齒頂高： ??m8.243.012 ???????mxhaa ????5cc xzxhh bbbaab ???????????22 1.7 43.019.5????????? ??m7.2 ③齒根高： ????2.643.05.12 ?????????xchaaf 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) ??????m8.34.02512 ??????????mxchafc 26bfb ④齒高： ??92.6822 ???faah m35fcc ??.7.22fbab ⑤齒頂圓直徑： 6.258.022 ????aahd ??m4131cc .70.47622?abab ⑥齒根圓直徑： ??6.2.022 ???fafahd m410831?fccf ??47622?fbfb 3.1.12 裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件： ①鄰接條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-7 驗(yàn)算其鄰接條件，即： wacacnd?si2'?? 將已知的 、 和 的值代入上式，則得：2ac'cw 7.360si214.38???? 即滿足鄰接條件。 ②同心條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》表 3-1 驗(yàn)算該行星齒輪傳動(dòng)的同心 條件，即： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) ''cosbazz???? 各齒輪副的嚙合角為 和 ，且 ， ，?20'ac?'?bc5az19?bz ，代入上式，即得：32?cz 58.920cos31s5???? 則滿足同心條件。 ③安裝條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-20 驗(yàn)算其安裝條件，即得： （整數(shù)）58319??wbanz 所以，滿足其安裝條件。 3.1.13 傳動(dòng)效率的計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 17.1.6 得該行星傳動(dòng)的效率 %，可見(jiàn)，4.97?xab? 該行星傳動(dòng)的傳動(dòng)效率較高，可以滿足工作方式的使用要求。 3.1.14 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 （1） 傳動(dòng)ca? 強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定 和 所用的圓周速度vkz 用相對(duì)于行星架的圓周速度。 6012? ????????indvax? 04.3 1984.3?????? ??sm57.? 則動(dòng)載系數(shù) 1093.a xvzvk? =1.4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 速度系數(shù) 查《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-18 .vz 970?vz 其他參數(shù)確定： ①查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-7 得使用系數(shù) ；35.1Ak ②齒向載荷分布系數(shù) 、?HkF 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： ??b??1??? 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： HHk? 式中： 、 —齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度 及大齒輪齒面硬度F?xv 對(duì) 、 的影響系數(shù)，按《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-7 選取2HB?kH 62.0?F 48H? —齒寬和行星輪數(shù)目對(duì) 、 的影響系數(shù)。對(duì)于圓柱直齒b??FkH 傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承， 則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)， 值可由《行星齒輪b? 傳動(dòng)》圖 6-8 查取，得 =1.13。b? 則： ??08.162.13.??????Fk 4H ③齒間載荷分布系數(shù) 、?FkH 先求端面重合度： ????? ????? tanttant21221????zz 式中： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 21cosarad??? 6.59370? ?.3? 22cosarad?? 4.138970?? ?6. 則： ????? ????? 20tan6.9t320tan.23t51 ????????? = 1560.4? =1.7 因?yàn)槭侵饼X輪傳動(dòng)，故總重合度 ???? 所以， 1.7645.0.?????HFk ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) z 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-73 得 5.2?Hz ⑤彈性系數(shù) Ez ??????mN8.193.026121??????? ⑥ 、 、 和?z?NTzX 計(jì)算接觸強(qiáng)度的重合度系數(shù) 876.034????z 計(jì)算接觸強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) 1cos?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 1?NTz 計(jì)算接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù) X ⑦最小安全系數(shù) 和minHsinF 取 ，1in?4.i ⑧潤(rùn)滑劑系數(shù) 、粗糙度系數(shù) 、速度系數(shù)LzRzVz 取 92.0?VR ⑨齒面工作硬化系數(shù) Wz 取 1?Wz 傳動(dòng)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算：ca? 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 ,由《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-51、6-52、6-53 得：H?????? zzkkubdFEHpVAtH ????????11 1876.0195.2.1064.3518.07426.0. ????????mN9? 按式 6-54 許用接觸應(yīng)力 XWRVLNTHp zzs????minl? 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件： p? 則： 2lim1403219.071???H? 計(jì)算結(jié)果， 接觸強(qiáng)度通過(guò)。用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)后滲碳淬火，安全可靠。ca? 傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度計(jì)算：c 根據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-69、6-70 得齒根應(yīng)力為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) ?????YkkbmFSaFPFVAnt ?????? 式中： —齒形系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-22 查得：FaY =2.3， =2.4912FaY —應(yīng)力修正系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-24 查得：Sa ， =1.647.1?2Sa —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)?Y 69.07.152.05.2.0??an?? —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)，因?yàn)槭侵饼X輪，故取值為 1?Y 則： 69.072131084.3512021 ?????madTAF?? 97.46.8? ??2N3? N/mm22F? 考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力： 2max mN485.13.???F 由強(qiáng)度條件 可得：maxP?? axinaFFSTY?? 即： ??2miaxlim mN6.324.18????ST? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 由表查得，20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火， ，故 傳2limN340?F?ca? 動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算也通過(guò)。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來(lái)確定 傳動(dòng)的接觸應(yīng)力 ，因?yàn)?傳動(dòng)aH?bc?Hcb 為內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，故 ，所以：7.3219?czu 58.017.3? ???Hcb? 6.29???2mN13? 由 ，可得：HcbP?? minlimHXWRVLNTHcbszz??? 192.0153?? ??6 42CrMo 調(diào)質(zhì) ，則內(nèi)齒輪用 40CrMo22limmN6.378?HL? 調(diào)質(zhì)材料，接觸強(qiáng)度符合要求。 彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，按《行星齒輪傳動(dòng)》式 6- 69、6-70 計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和 傳動(dòng)的外嚙合一樣，即：ca? ，2N3?F?2mx48?F? 由強(qiáng)度條件 可得：aFP? 2lim6.3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 42CrMo 調(diào)質(zhì)材料 ，所以 傳動(dòng)中22limmN3.660??F?bc? 的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度符合要求。 3.2 低速級(jí)計(jì)算 3.2.1 配齒計(jì)算 通常取行星輪數(shù)目 ，過(guò)多會(huì)使載荷均衡困難，過(guò)少又發(fā)揮不了行3?wn 星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，由于 距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限值較遠(yuǎn)，所以可10baHi 不檢驗(yàn)鄰接條件。 各輪齒數(shù)按公式 進(jìn)行配齒計(jì)算，計(jì)算根據(jù) 并適當(dāng)調(diào)整，CnZiwab?? baHi 使 C 等于整數(shù)，再求出 ， 應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使 。適當(dāng)調(diào)a CnZwa?/ 整 ，使 C 為整數(shù)。824.9?baHi 則： 563824.93????awabHZnZi 解得： 173a 157563?????awbZC 6)(2)(23?bc 這些符合 的 NGW整 數(shù)無(wú) 公 約 數(shù) ，及整 數(shù) ， 且整 數(shù) ， ??wcabwwa ncznzz 配齒要求。 由 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)〔3〕 》圖 17.2-3 可知16753????cabzj 適用的預(yù)計(jì)嚙合角為 ??20'' tcbta?， 雖然 ，但為避免根切，改善齒輪副磨損情況以及提1min3?zza 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 高其承載能力，故采用高變位。由于實(shí)際的 ，所以取太陽(yáng)輪正變位，4?baHi 行星輪和內(nèi)齒輪負(fù)變位。 高度變位時(shí)，嚙合角 ，總變位系數(shù) ，根據(jù)?20??w 021???x 齒數(shù)比 u 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-7 確定 ， 。4.0?ax4.?bc 3.2.2 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 中心輪 a 和行星輪 c 均采用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，齒面硬度 58～62HRC，據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-12 和圖 6-27，取 ，中心輪 a 和行星輪 c 的加工精2lim2limN340和N140??FHσ? 度 6 級(jí)；內(nèi)齒輪 b 采用 42CrMo，調(diào)質(zhì)硬度 217～259HB，據(jù)圖取 ，加工精度 7 級(jí)。2li2li 678F 按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算齒輪的模數(shù) 為：m 3li2112FdaPAmZYKTK?????? 現(xiàn)已知 , ，小齒輪名義轉(zhuǎn)矩 ，代入已知17ZliN40F? 12iT?? 條件得： .3682??T 5? 取算式系數(shù) ；1.mK 查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-4、6-6，取綜合系數(shù) ,使用系數(shù)8.1??FK ；25.1?A 取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù) ,則計(jì)算彎曲強(qiáng)度2.HP 的行星輪載荷分布不均勻系數(shù) ??15.1????FPK 3. 由《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-78 查得齒形系數(shù) ， 《行星齒輪97.21?FaY 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 傳動(dòng)》表 6-6 查得齒寬系數(shù) ，則齒輪模數(shù) 為：6.0?d?m2.534017.97.8.25431.2???m 取齒輪模數(shù) 63? 3.2.3 嚙合參數(shù)計(jì)算 在兩個(gè)嚙合齒輪副 中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距 為：bca?、 a ??????m25671221?????aczm ?cbb 由此可見(jiàn)，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距都相等。因此，該行星輪傳動(dòng)能 滿足非變位的同心條件。 3.2.4 幾何尺寸計(jì)算 按高變位齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算。 ①分度圓直徑： ??m1027633????aazmd 4cc ??9533?bbz ②齒頂高： ??m4.86.013 ??????mxhaa ????3?cc xzxhh bbbaab ???????????323 15.7 64.015.2?????????? ??m3 ③齒根高： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) ??????m1.564.0213 ??????????mxchaaf 95.cfc ????3??xbafb ④齒高： m5.134.833 ???faah ??96fcc .33fbab ⑤齒頂圓直徑： ??m8.14.210233 ????aahd 2096cc ??933?abab ⑥齒根圓直徑： m8.91.5210233 ???fafahd ??234?fccf .6.9633?fbfb 3.2.5 裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件： ①鄰接條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-7 驗(yàn)算其鄰接條件，即： wacacnd?si2'3?? 將已知的 、 和 的值代入上式，則得：1ac'w 5.4360si25.409???? 即滿足鄰接條件。 ②同心條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》表 3-1 驗(yàn)算該行星齒輪傳動(dòng)的同心 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 條件，即： ''cosbazz???? 各齒輪副的嚙合角為 和 ，且 ， ，?20'ac?'?bc17az5?bz ，代入上式，即得：67?cz 39.820cos6715s???? 則滿足同心條件。 ③安裝條件 按《行星齒輪傳動(dòng)》公式 3-20 驗(yàn)算其安裝條件，即得： （整數(shù)）56317??wbanz 所以，滿足其安裝條件。 3.2.6 傳動(dòng)效率的計(jì)算 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 17.1.6 得該行星傳動(dòng)的效率 %，可見(jiàn)，4.97?xab? 該行星傳動(dòng)的傳動(dòng)效率較高，可以滿足工作方式的使用要求。 3.2.7 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 （1） 傳動(dòng)ca? 強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定 和 所用的圓周速度vkz 用相對(duì)于行星架的圓周速度。 6013 2?????????indvax? 104. 98. ?????? ??sm5.1? 則動(dòng)載系數(shù) 093.a xvzvk? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) =1.02 速度系數(shù) 查《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-18 .vz 970?vz 其他參數(shù)確定： ①查《行星齒輪傳動(dòng)》表 6-7 得使用系數(shù) ；35.1Ak ②齒向載荷分布系數(shù) 、?HkF 彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： ??b??1??? 接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)： HHk? 式中： 、 —齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度 及大齒輪齒面硬度F?xv 對(duì) 、 的影響系數(shù)，按《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-7 選取2HB?kH 42.0?F 36H? —齒寬和行星輪數(shù)目對(duì) 、 的影響系數(shù)。對(duì)于圓柱直齒b??FkH 傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承， 則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)， 值可由《行星齒輪b? 傳動(dòng)》圖 6-8 查取，得 =1.64。b? 則： ??27.14.06.1??????Fk 3H ③齒間載荷分布系數(shù) 、?FkH 先求端面重合度： ????? ????? tanttant21221????zz 式中： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 31cosarad??? 8.19702? ?.6? 32cosarad?? 2.4097?? ?6.2 則： ????? ????? 20tan6.t720tan.3t17????????? = 5426.? =1.6 因?yàn)槭侵饼X輪傳動(dòng)，故總重合度 ???? 所以， 032.1645.06.?????HFk ④節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) z 查《齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖 2-73 得 5.?Hz ⑤彈性系數(shù) Ez ??????mN8.193.026121??????? ⑥ 、 、 和?z?NTzX 計(jì)算接觸強(qiáng)度的重合度系數(shù) 893.0643????z 計(jì)算接觸強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) 1cos?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁(yè) 計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 1?NTz 計(jì)算接觸強(qiáng)度的尺寸系數(shù) X ⑦最小安全系數(shù) 和minHsinF 取 ，1in?4.i ⑧潤(rùn)滑劑系數(shù) 、粗糙度系數(shù) 、速度系數(shù)LzRzVz 取 92.0?VR ⑨齒面工作硬化系數(shù) Wz 取 1?Wz 傳動(dòng)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算：ca? 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 ,由《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-51、6-52、6-53 得：H?????? zzkkubdFEHpVAtH ????????11 1893.015.203.12.35194.2506.7.43 ????????mN9857? 按式 6-54 許用接觸應(yīng)力 XWRVLNTHp zzs????minl? 校核齒面接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件： p? 則： 2lim14063.2019.08571????H? 計(jì)算結(jié)果， 接觸強(qiáng)度通過(guò)。用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)后滲碳淬火，安全可靠。ca? 傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度計(jì)算：c 根據(jù)《行星齒輪傳動(dòng)》式 6-69、6-70 得齒根應(yīng)力為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) ?????YkkbmFSaFPFVAnt ?????? 式中： —齒形系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-22 查得：FaY =2.97， =2.2612FaY —應(yīng)力修正系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖 6-24 查得：Sa ， =1.745.1?2Sa —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)?Y 719.06.52.07.25.0??an?? —計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)，因?yàn)槭侵饼X輪，故取值為 1?Y 則： 179.05219.302.172.351201 ?????madTAF?? 46.256.07? ??N375? N/mm29.2F? 考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力： 2max mN95.1.375.1???F 由強(qiáng)度條件 可得：maxP?? axinaFFSTY?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 即： ??2minaxlim mN065.7924.15????STFFY? 由表查得，20CrMnTi 調(diào)質(zhì)、滲碳淬火， ，故 傳2li3F?ca? 動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算也通過(guò)。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來(lái)確定 傳動(dòng)的接觸應(yīng)力 ，因?yàn)?傳動(dòng)aH?bc?Hcb 為內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，故 ，所以：25.671?czu 94.3125.? ???Hcb? 7.087???2mN? 由 ，可得：HcbP?? minlimHXWRVLNTHcbszz??? 192.0138?? ??4 42CrMo 調(diào)質(zhì) ，則內(nèi)齒輪用 40Cr 調(diào)質(zhì)22limmN4378?HL? 材料，接觸強(qiáng)度符合要求。 彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，按《行星齒輪傳動(dòng)》式 6- 69、6-70 計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和 傳動(dòng)的外嚙合一樣，即：ca? ，2N3.75?F?2mx95.1?F? 由強(qiáng)度條件 可得：aFP? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) 2limN065.79?F? 42CrMo 調(diào)質(zhì)材料 ，所以 傳動(dòng)2li mN79.065??bc? 中的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度符合要求。 4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 高速軸設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 計(jì)算作用在齒輪上的力 轉(zhuǎn)矩： ??mN17865390595011 ??????wnPT 軸上小齒輪分度圓直徑： m761d 2? 圓周力 ??N470168521??dTFt 22?t 徑向力 ??170tan47tan1?????rFN59262 ??tr 4.1.2 初步估算軸的直徑 選取 40GrNi 作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.1-1 查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為： aMP90?b?735sa14? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 39 頁(yè)a1MP260??? ??b8? 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.3-1 公式 ，計(jì)算軸的最小直徑nPAd3?? 并加大 4%以考慮鍵槽的影響。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.3-2，取 ,則：15? =45.79(mm)98004.1 3min??d 4.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、確定軸的結(jié)構(gòu)方案 左側(cè)太陽(yáng)輪從軸的左端裝入，齒輪右側(cè)靠軸肩定位，左側(cè)浮動(dòng)。右側(cè) 太陽(yáng)輪從軸的左端裝入，齒輪左側(cè)靠軸肩定位，右側(cè)采用軸肩定位。齒輪 和套筒聯(lián)軸器采用普通平鍵得到周向固定。軸的結(jié)構(gòu)如圖 4.1-1 所示。 2、確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 ①段 根據(jù) 圓整并考慮懸臂支撐因素取該段直徑 ，長(zhǎng)度mind m601?d 為齒輪轂孔長(zhǎng)度（取等于齒寬） ，即 。203.1??l ②段 該段直徑應(yīng)滿足左行星輪系太陽(yáng)輪定位需要， ?？紤]兩行星架尺寸，取 。6212??hd 2l ③段 過(guò)渡軸肩，取 ， 。m803?d103 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 40 頁(yè) ④段 為方便與電機(jī)軸聯(lián)接取 。根據(jù)工作要求選用套筒聯(lián)m754?d 軸器，許用轉(zhuǎn)矩 2600N/m，套筒長(zhǎng)度 ，??25.3~2dL 。m104?l 4.1.4 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 1、求支反力： H 水平面： ??N6325147021???ttHFR V 垂直面： 921rV 2、求最小軸徑齒寬中心處彎矩： H 水平面： 1038????tHFRM 247625? ??mN19? V 垂直面： 12038????rVFR 7420? ??N5? 合成彎矩： 2VHM?? 25804193 ??mN6? 扭矩 T: 1785??T 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 42 頁(yè) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 43 頁(yè) 4．1.5 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 當(dāng)量彎矩 ， 取折合系數(shù) ，則：??22aTMca??6.0?a ?217856.01593? ?mN4? 由式得軸的計(jì)算應(yīng)力為： ??abacacac MPPdW8074601.59.0133 ????????? 故安全。 4.2 低速軸設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 計(jì)算作用在齒輪上的力 轉(zhuǎn)矩： ??mN54310.178622 ?????iT 軸上小齒輪分度圓直徑： 21d 圓周力 ??064912dFt 徑向力 N3872tantan???? ??r 4.2.2 初步估算軸的直徑 選取 40CrNi 作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.1-1 查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為： aMP90?b?735sa41?P260?? ??abM81?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 44 頁(yè) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.3-1 公式 ，計(jì)算軸的最小直徑nPAd3?? 并加大 4%以考慮鍵槽的影響。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 19.3-2，取 ,則：15???m76.04.3981504.3min??d 4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、確定軸的結(jié)構(gòu)方案 太陽(yáng)輪從軸的左端裝入，齒輪右側(cè)靠軸肩定位，左側(cè)浮動(dòng)。最右端用 于聯(lián)接上一級(jí)行星輪系轉(zhuǎn)臂。齒輪和轉(zhuǎn)臂均采用普通平鍵得到周向固定。 軸的結(jié)構(gòu)如圖 4.2-1 所示。 2、確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 ①段 根據(jù) 圓整并考慮懸臂支撐取該段直徑 ，mind m901?d 。m61?l ②段 該段為過(guò)渡軸肩，故取軸肩高度 ，孔倒角 取??3~2??chc （GB6403.4-86） ， ，取 。3 10212??d10l ③段 為方便軸的加工制造，故取 ， 。 m913d83l 4.2.4 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 1、求支反力： H 水平面： ??N10649?tHFR 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 45 頁(yè) V 垂直面： ??N38761?rVFR 2、求最小軸徑齒寬中心處彎矩： H 水平面： 45?HM 6109?? ??mN8? V 垂直面： 456?VR 387?? ??N1? 合成彎矩： 2VHM? 2176454859? ??mN60? 扭矩 T: 5431?T 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 46 頁(yè) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 47 頁(yè) 4．2.5 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 當(dāng)量彎矩 ， 取折合系數(shù) ，則：??22aTMca??6.0?a ?254316.04859? ?mN6? 由式得軸的計(jì)算應(yīng)力為： ??a1a331 MP80P6790.485.0???????bcacacdW?? 故安全。 4.3 行星輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.3.1 計(jì)算作用在齒輪上的力 1、 第一組行星輪： 轉(zhuǎn)矩： mN17865??T 軸上小齒輪分度圓直徑： 201?d 圓周力 ??7821?dFt 徑向力 N6502tantan??? ??r 2、第二組行星輪： 轉(zhuǎn)矩： mN17