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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 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 炭開采技術(shù)也得到迅猛地發(fā)展。20 世紀(jì)末期以來，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)過尾輪纏繞于張繩車的容繩卷筒上， 通 過摩擦滾筒對(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 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 由于采用無極繩牽引方式，卷筒上無需纏繞過多鋼絲繩，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 ，過多會(huì)使載荷均衡困難，過少又發(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 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，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，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。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。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來確定 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 ，過多會(huì)使載荷均衡困難，過少又發(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 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，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，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。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。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來確定 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 ，過多會(huì)使載荷均衡困難，過少又發(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 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，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，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。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。 （2） 傳動(dòng)bc? 根據(jù) 傳動(dòng)的 來確定 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