刮板链式运输机三级圆锥齿轮减速器设计.docx

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刮板链式运输机三级圆锥齿轮减速器设计

目录

摘要2

前言3

1概论4

2轴及轴上零件的设计5

2.1一轴及轴上零件的设计5

2.2二轴参数及轴上零件设计6

2.3三轴参数及轴上零件设计7

3齿轮设计与参数计算11

3.1第一级齿轮传动设计与参数计算11

3.2第二级齿轮传动设计与参数计算12

3.3第三级齿轮传动设计及参数计算13

4传动装置的布置及传动参数的计算15

4.1传动装置的布置原则15

4.2电动机选择15

4.3总传动比计算及分配17

4.4传动参数的计算17

5箱体设计18

附表一20

附表二20

附表三21

附表四22

结论23

致谢24

参考文献25

摘要

进入21世纪，科学技术有着飞速的发展，伴随着科学技术的发展机械制造技术也有了较大的发展。

在实际生产中，标准减速器不可能完全满足机械社备的各种功能要求，故常常还要自行设计非标准的减速器，而非标准的减速器又有通用和专用两种，而本次主要介绍刮板链式运输机三级圆锥齿轮减速器的设计。

面对我国经济近年来的快速发展，机械行业的壮大，在国民经济中占重要地位的制造业领域得以健康快速的发展。

由于减速器应用广泛，为了提高质量，降低成本，便于专业化生产和用户选用，使得作为制造行业重要设备的各类机加工艺装备也有了许多新的变化。

设计既是产品开发周期中的关键环节，有贯穿于产品开发过程的始终。

设计决定了实现产品功能和目标的方案，结构和选材。

制造手段以及产品运行，使用和维修方法。

设计不合理会导致产品功能不完善，成本提高或可靠性，安全性不好。

产品设计上的缺陷造成的先天不足，难以采取制造和使用措施加以弥补。

少数情况下，即有可能，损失也大。

严重的设计不合理甚至会造成的产品不能用或产品制造不出来，导致产品开发失败。

减速器的装配图是用来表达减速器的工作原理及各零件间装配关系的图样，也是制造、装配减速器和拆绘减速器零件图的依据，故附减速器装配图。

关键字：

减速器圆弧锥齿轮刮板输送机优化设计齿轮

前言

煤炭是重要的能源之一，在世界范围内的使用仅次于石油，属于世界第二大使用能源。

那么，这些深埋在低地饿资源是如何从地下运输到地面的？

整个流水线是这样的，在采区里，有采煤机把煤采下来，然后至刮板运输机上，整个流水线由几台大刮板运输机组成，煤运至刮板运输机尽头，下面由矿车运输到地面。

为了充分巩固所学的机械知识，培养综合运用所学知识的能力，掌握工程设计的步骤和方法，学会搜集资料和使用工具书的方法。

我们对刮板运输机的减速器部件重新进行了改进设计，相当有意义。

减速器是一种封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动所组成的独立的传动装置，通常应用于原动机和工作机之间，用来降低转速，增大转距或改变轴线之间的相互位置以适应工作要求。

在个别情况下也用来增速，此时应成为增速器。

减速器由于结构紧凑，使用维修简单和效率较高，在工程中得到了广泛的应用。

为了便于成批生产，对于某些类型的减速器已经标准化，由专业厂进行生产，用户可根据工作要求选用标准减速器。

1概论

用与中SFD-320/17B型刮板运输机主要适用于小型煤矿的缓倾斜薄或极薄煤层爆破采煤的工作面内运输煤炭。

17B型为单链型系列化产品，具有较高的标准化，通用化水平，产品具有体积小，重量轻，使用维护简单容易，安全可靠，能整体弯曲推移等特点。

本次设计只针对减速器内部结构进行了改进，减速器的三级齿轮变速，由一对圆形锥齿轮，一对圆柱斜齿轮变速，由一对圆柱圆柱斜齿轮和一对圆柱直齿轮组成，减速器第四轴采用轴与空心轴结构，安装在空心轴一端的连接盘与安装在轴上的连接盘用保险销连接，使用过程中当输送机瞬间过载或刮板链刮卡等现象发生时，保险销被切断，电动机卸载，起到保护电动机的作用，为了防止在保险销被切断时四轴与轴套发生剧烈摩擦发热出现卡死现象，在进行四轴设计时在四轴与轴套间加了两排滚针，这样的话四轴与轴套间的滑动摩擦就变成了滚动摩擦，大大的减小了二者间的摩擦力。

第四轴密封壳体上有注油孔，减速器的箱体结构为上下对称，可翻转180度使用，以适用煤矿工作面安装需要，在翻转使用时，透气塞应安装在减速器上部，油塞在下部。

2轴及轴上零件的设计

2.1一轴及轴上零件的设计

2.1.1确定轴的最小直径

选取轴的材料为40Gr调质，（用于载荷较大，但冲击不太大的重要轴），查《机械设计基础》表8-11取C=105。

可得：

dmin=

=23.58mm

取：

d=40mm

2.1.2轴的结构设计

（1）、确定轴上零件的装配方案，装配方案如图所示

（2）、按轴向定位要求确定各轴段直径和长度

轴段①：

轴段①与联轴器通过键相连，查手册，凸缘式联轴器因轴的最小直径为40，因此选用内孔为40ｍｍ的联轴器，各部分尺寸如上图所示：

因此初步设定①段直径为40ｍｍ，长度为60ｍｍ。

轴段②：

为了便于安装，应使轴段①右端制出轴肩取轴肩高度ｈ=2.5ｍｍ.（ｈ＞0.07ｄ）所以轴段②直径为d=45ｍｍ.根据减速器与一轴压盖的结构，一轴压盖右端面，通过调整螺母固定在减速器右端面上，一轴压盖最小内孔设计成47ｍｍ，总长设计为65ｍｍ。

其中包括②段和③段，②段长度为42ｍｍ，装油封一端的轴承右端轴向定位用两个圆螺母、中间设置防松垫片、进行轴承间的轴向定位。

轴段③：

一轴轴承选用ＧＢ⒉⒐⒎-⒍⒋，滚动轴承7610，其内径为50ｍｍ，轴段③长度为25ｍｍ，在③和④过渡处设一个槽，让轴承左端一小段覆盖沟槽，目的是为了轴承轴向定位到靠、沟槽长度Ｌ=3ｍｍ、深ｈ=1ｍｍ

轴段④：

此处装轴承、轴承宽度为44ｍｍ，可取④长为41ｍｍ，轴承右端用挡圈定位

轴段⑤：

此处不装任何零件，为了方便装轴承，以及加工中的困难，把⑤段ｈ减小1ｍｍ

轴段⑥：

此处装轴承，直径＠50ｍｍ、ｌ=44ｍｍ

轴段⑦：

放置挡油盘、轴径减小（ｈ=2ｍｍ）

轴段⑧：

设计直径＠60ｍｍ、宽度4ｍｍ

轴段⑨：

为圆弧锥齿轮

轴承放在轴承套内、轴承套与箱体上的圆弧面配合，轴承套的固定，是在轴承套内两轴承中间设一个圆柱孔，通过螺钉，从箱体上固定，轴向定位，在端面用调整螺母固定。

2.1.3轴的强度较核

因缺乏此方面的经验，不再做以下计算，凭前人的设计经验，借鉴优良设计方案，轴的强度中够（后3根轴类同）

2.2二轴参数及轴上零件设计

2.2.1确定轴的最小直径

选取轴的材料为40MNVB调质（用于载荷系数较大，但冲击不太大的重要轴）查《机械设计基础》表8-11取Ｃ=105

ｄ≥

=31.56mm

取ｄ=50mm

2.2.2轴的结构设计

（1）、确定轴上零件装配方案，如图所示：

（2）、按轴向定位要求确定各轴段轴径及长度

轴段①：

装轴承、因最小直径为50ｍｍ，因此运用内径为50ｍｍ的轴承，ＧＢ297-64滚动轴承7610，轴承宽度ｌ=43ｍｍ，因此取①段长度ｌ=45ｍｍ

轴段②：

装配圆弧锥齿轮，设置轴肩以进行轴承轴向定位，轴段②直径设计为ｄ=55ｍｍ，长度ｌ=60ｍｍ

轴段③：

此处不装配任何零件，只起轴肩作用，对圆弧锥齿轮起到轴向定位作用，设置平键对齿轮进行周向定位，轴径ｄ=62ｍｍ、ｌ=38ｍｍ

轴段④：

此处为斜齿轮轴（将在底四章叙述设计）

轴段⑤：

只起过渡作用，因齿轮轴轴径较大，而一根又必须用同一型号的轴承，因此需要有个过渡轴径取ｄ=62ｍｍ、长度取ｌ=12ｍｍ

轴段⑥：

装轴承，取ｄ=50ｍｍ、ｌ=43ｍｍ

2.3三轴参数及轴上零件设计

2.3.1计算轴的最小直径

选取轴的材料为40Ｇｒ调质（用于载荷较大，但冲击力不太大的重要轴）

查《机械设计基础》表8-11取C=105

ｄ=

=46.57mm

取ｄ=55mm

2.3.2轴的结构设计

（1）、确定轴上零件装配方案，如图所示

（2）、按轴向定位要求确定各轴段直径及长度尺寸

轴段①：

此处装轴承，因经设计计算，三轴最小直径为55ｍｍ，因此所用内径为55ｍｍ的ＧＢ297-64滚动轴承7611型的轴承，所以①段轴径取ｄ=55ｍｍ，轴长取ｌ=47ｍｍ

轴段②：

为了保证轴承轴向定位，此处设置了轴肩，轴径取ｄ=70ｍｍ，轴长取ｌ=47ｍｍ

轴段③：

为直齿轮轴（其具体尺寸设计将在第四章中设计完成）

轴段④：

装配斜齿轮，周向固定用平键，轴向固定左边在轴段③和④之间设一个轴肩，右边定位用挡圈，轴径取ｄ=62ｍｍ，轴长取ｌ=70ｍｍ

轴段⑤：

安装轴承，左边用挡圈定位，右边用轴承盖定位，轴径取ｄ=55ｍｍ，轴长取ｌ=5

2.4参数及轴上零件设计

2.4.1计算轴的最小直径

选取轴的材料为40Cr调质（用于载荷系数较大，但冲击力不太大的重要轴）。

查《机械设计基础》表8-11，取C=105

d≥

=64.8mm

取d=69mm

2.4.2结构设计

（1）.根据轴和轴上零件配合关系，确定轴的尺寸如下页所示：

（2）.分析轴上零件的配合关系

首先在没有压盖螺孔的一端与轴配合的是空心轴，空心轴和四轴之间没有两排滚针，中间有隔套隔角，实现空心轴和四轴之间是滚动配合。

空心轴右端和轴肩之间设有用耐磨材料制的止推垫，空心轴的轴向固定，右端用轴肩，左端用挡圈。

空心轴上的零件，右端依次是大直齿轮，齿轮定位.右端用挡圈，左端用套，接着装轴承，右端用隔套定位，左端用密封套定位，接着轴承盖，空心轴最左端装的是内连接盘，内连接盘左端轴向定位用档圈，外连接盘装在轴上，轴向定位用档圈。

四轴右端，接着空心轴的是两个轴肩，一个是空心轴的定位，另一个是为了轴承的定位，轴承外边设置密封壳体，内设油封。

3齿轮设计与参数计算

3.1第一级齿轮传动设计与参数计算

圆弧锥齿轮传动适用于高速传动平稳的场合，因此第一级齿轮传动就选用圆弧锥齿轮传动

材料选择

选择原则：

大齿轮软小齿轮硬

根据上述选择原则，材料选择如下

大齿轮40cr调质后表面高频淬火50HRCδ-1=50公斤/mm2

小齿轮20MnVb渗碳淬火63HRCδ-1=60公斤/mm2

已知条件：

螺旋角β=33度44~56”n1=1470r/min

i=2.57n2=572r/min

z1=14齿轮寿命为5年

z2=36

p1=17kw

每年工作330天，总工作时间T=330×24×5=39600小时

应力循环次数：

N1=60n1T=3.49272×109

N2=60n2T=1.35972×109

因N1,N2均大于5×106,故Ksw=1

按表5-9，取安全系数n1=2.5,n2=1.6

5-10,Kσ1=1.24Kσ2=1.35

[σ0]w1=1.4×6000×1/2.5×1.24=2709.68kg.N/cn2

[σ0]w2=1.4×5000×1/2.5×1.24=3240.74kg.N/cn2

初步选定齿轮强度为8级

弯曲强度的计算

1、取Ф2=B/L=0.3,Фdm=Ф2√i2+1/2-ФL=0.49

按表5-11，考虑齿轮悬臂安装，取KJ=1.25

2、设v=1m/s,由表5-12得Kd=1.1

3、Mn1=7162p1/n1

4、传动比I=n1/n2

5、取z1=14,z2=36（实际误差不大）

6、当量齿数zT=z/cosθ

因f1+f2=900,I=tanf

则f2=arctani=arctan2.57=68.740

f1=900-68.740=21.260

故zT1=z1/cosf1=15.05

zT2=z2/cosf2=100

3.2第二级齿轮传动设计与参数计算

第二级为斜齿圆柱齿轮传动

3.2.1选材

小齿轮20MnVB渗碳淬火56-62ARCσ-1=525Mpa

大齿轮40cr表面淬火50-55ARCσ-1=500Mpa

σHim2=1325MpaσHim1=1400Mpa

σHim2=800MpaσHim1=1100Mpa

由表6-10查得SHim=1.25SFmin=1.5

[σH1]=1400/1.25=1120Mpa

[σH2]=1325/1.25=1060Mpa

[σF1]=11100/1.25=733Mpa

[σF2]=800/1.5=533Mpa

3.2.2参数计算

按齿面接触疲劳强度计算

d≥

传递转矩T1=9550×103p1/n1=266965.91N.mm

载荷系数K:

K=1.6

Фd=0.91

许用接触应力[σH].[σH]=[σH2]=1060Mpa

i=3.38

d≥

=57.33

取z1=13,z2=44

选β=100则法面模为mn=d1cosβ/z1=4.34

取mn=15

3.2.3中心矩

a=mn（z1+z2）/2cosβ=145.41

实际β=arcosmn（z1+z2）/2a=1.10

取100

在8-25内，合适

3.2.4其它尺寸

分度圆直径d1=（mn/cosβ）.z1=66mm

d2=mnz2/cosβ=224mm

齿顶圆直径da1=d1+2mn=76mm

da2=d2+2mn=234mm

齿宽b2=φdd1=0.91×66=60mm

b1=b2+（5-10）=65mm

3.3第三级齿轮传动设计及参数计算

第三级为直齿圆柱齿轮传动

3.3.1选材：

主动轮20MnVB

渗碳淬火56~62HRCσ-1=522Mpa

从动轮40Cr

表面淬火50~55HRCσ-1=500Mpa

σF=2K1T1TFS/d1bm≤[σF]

将b=φd代入上式

m≥

σHlim1=1400MpaσHlim2=1325Mpa

σFlim1=1100MpaσFlim2=800Mpa

由表6-10得SHmin=1.25SFmin=1.5

由式6-25得[σF1]=σFlim1/SFmin=733Mpa

[σF2]=σFlim2/SFmin=533Mpa

取Z1=15，K=1.6

T1=9550×15.05/169=850460N•mm

Φd取0.5，TFS1=4.7TFS2=4.2

YFS1/[σF1]=4.7/733=7.54×10-3

m≥

=5.67取m=6

参数计算

取Z1=15，Z2=43

d1=mz=15×6=90mm

b2=90×0.89=80mm

b1=b2+

=80+6=86mm

d2=MZ2=43×6=258mm

ha=0.8×6=4.8mm

hf=（0.8+0.25）×6=6.3mm

4传动装置的布置及传动参数的计算

4.1传动装置的布置原则

4.1.1传动方案的总体布置如下

1）电动机输出轴与一轴用凸缘式联轴器联接，起到过载保护作用。

2）一轴和二轴位置关系为垂直，而圆弧锥齿轮使用于两交错轴传动，并且圆锥齿轮又使用于高速级，因此第一级齿轮传动用圆弧锥齿轮。

优点有：

①重迭系数大，可超过2，故传动平稳。

②因重迭系数较大，故承载能力较高，且磨损均匀，使用寿命较长。

③小齿轮最小齿数Zmin=5，故可以获得大传动比和减小传动尺寸。

3）第二级齿轮传动用斜齿轮传动。

4）第三级齿轮传动用直齿圆柱齿轮传动，采用轴与空心轴结构，安装在空心轴一端的连接盘与安装在轴上的连接盘用保险销连接，起到过载保护。

4.2电动机选择

4.2.1电动机类型选择

因链式刮板输送机用于煤井下面，工作环境恶劣，选择的电动机要考虑到防尘，防暴，防水保护，因此，我们试选用JDSB类型电机。

4.2.2电动机额定功率的确定

电动机的功率选择合适与否，对电动机工作性能和经济性能都有影响。

若功率小于工作要求，电动机将长期在过载下工作，发热严重，降低电动机的使用寿命。

若功率选的过大，则电动机价格增高，能量又不能充分利用，造成浪费，所以为确定合适的电动机功率，应首先计算出工作机的最大使用功率。

一）工作机最大使用功率Pw

1）若已知工作机工作阻力为F，圆周速度v（m/s）则

Pw=Fv/1000чw（2-1）

其中v=0.59m/s

чw=0.97（链轮和一对轴承的总传动效率）

F=18742N

将以上数值代入（2-1）得

Pw=18742×0.59/0.97×1000=11.4kw

2）电机至工作机的总效率ч

通过查表得：

ч联=1ч承=0.98

ч锥齿=0.96ч斜齿=0.96

ч直齿=0.97链轮传动（包括一对轴承）ч=0.97

则ч总=1×0.98×0.96×0.98×0.96×0.98×0.97×1×0.98=0.82

3）所需电动机功率Pd'

Pd'=Pw/ч总（2-2）

其中Pw=11.4kwч总=0.82

将上列数值代入（2-2）

Pd'=11.4/0.82=13.9kw

4）电动机额定功率Pd的确定

由于煤井用刮板运输机工作制为24小时制，即连续工作制，负载变化大，电动机易发热，因此额定功率应比Pd'大得多，通常取Pd=（1.2-1.3）Pd',经查阅电机手册，取电机功率17kw

4.2.3电动机转速的选择

链轮轴工作转速为nw=60×1000v/πD（2-3）

1）一链轮直径，依据巷道空间大小，合理性，初步设计D=191mmv=0.59m/s

把上列数据代入式（2-3）得

nw=60×1000v/π=59r/min

按表推荐的各类传动比范围

直齿：

i=3-4

斜齿：

i=3-5

圆弧锥齿轮：

i=2-3

则总传动比推荐范围

i'=i直i斜i弧=2×3×2-4×5×3=12-60

电动机的转速可选范围为

n0'=i'×nw=（12-60）×59=1068-5340r/min

查表取n=1470r/min

4.3总传动比计算及分配

4.3.1总传动比的计算

总传动比是指电动机的满载转速n0与工作机转速nw之比，即:

i=n0/nw=1470/59=24.95

4.3.2各级传动比分配

经过思考计算，以及在课堂上老师传授给我们的各类齿轮的最佳传动比，初选i1=2.57i2=3.38i3=2.87

4.4传动参数的计算

4.4.1各轴转速计算

Ⅰ轴n1=n0=1470r/min

Ⅱ轴n2=n1/i1

Ⅲ轴n3=n2/i2

Ⅳ轴n4=n3/i3

4.4.2各轴功率的计算

P1=Pdч联=17×1=17kw

P2=P1ч承ч齿=17×0.98×0.96=15.99kw

P3=P2ч承ч齿=15.99×0.98×0.96=15.05kw

P4=P3ч承ч齿=15.05×0.98×0.97=14.30kw

4.4.3各轴转矩计算

Td=9550×pd/n0=9550×17/1470=110.44N·m

T1=Td=110.44N·m

T2=9550×p2/n2=9550×15.99/572==266.97N·m

T3=9550×p3/n3=9550×15.05/169=850.46N·m

T4=9550×p4/n4=9550×14.3/59=2314.66N.m

5箱体设计

产品型号

序号

代号

型号

数量

安装位置

SGD-320/17B

1

GB297-64

7610

2

第一轴

2

GB297-64

7610

2

第二轴

3

GB297-64

7611

2

第三轴

4

GB286-64

3520

2

第四轴

减速器箱体是支承和固定轮系零件的重要零件。

它的设计合理与否，将直接影响减速器的工作性能，如传动件的啮合精度、润滑与密封等。

另外，其重量较大，加工也比较复杂，所以在设计箱体结构时必须综合考虑传动质量和加工工艺等问题。

一．保证箱体具有足够的刚度

在箱体结构设计中，首先应考虑要有足够的刚度。

因为箱体的刚度不够，会在加工和工作过程中产生不允许的变形，从而引起轴承座孔中心线偏斜，影响减速器的正常工作。

由此可见，保证轴承座的刚度尤为重要，故应使轴承座有足够的厚度。

二．箱体结构应便于润滑和密封

当减速器传动件采用浸油润滑时，减速器中滚动轴承则采用飞溅润滑或刮板润滑。

为了保证良好的密封性，箱盖与箱座的结合面应精加工。

三．箱体结构应具有良好的工艺性

箱体结构工艺性的好坏，对提高劳动生产率以及便于检修维护等都有直接影响，设计时应特别注意。

箱体上下盖完全对称，箱体跳转180度就可以放在机头架另一侧，一适应井下复杂的地形运输机安装。

减速器横向侧面设置两个凸耳，内设圆孔，用M24的螺栓经过垫块加固在机头上，减速器一轴这边的端面设计成法兰盘，面上设计一个止口，保证和连接罩可靠配合。

在减速器侧面和上面设一个螺孔和一轴轴承套相通，所以实现轴承套的周向固定。

在减速器侧面和上面设置了较多的肋板，一加强箱体强度。

上下面肋板设置同、一高度，可以使减速器放置平稳。

在左端肋板和右端肋板处吊耳组成一个三角形吊起减速器时比较平稳。

肋板厚度250mm。

上面设置一个油孔，在一轴轴承盒的周向固定螺孔，减速器壁厚10mm大齿轮和减速器内壁间隙，为10mm。

产品型号

序号

代号

型号

数量

安装位置

SGD-320/17B

1

GB297-64

7610

2

第一轴

2

GB297-64

7610

2

第二轴

3

GB297-64

7611

2

第三轴

4

GB286-64

3520

2

第四轴

附表一

产品轴承一览表

附表二

随机工具一览表

产品型号

代号

名称

数量

用途

17B

Q/EM11-71

扳手8

1

紧固机头架上侧面上的导向键

Q/EM14-71

扳手19×160

2

紧固U形螺栓等

Q/EM14-71

扳手36×280

1

紧固减速器与机头架的连接螺栓

附表三

产品润滑部位润滑油品质及润滑周期表

产品型号

序号

代号

润滑部位

润滑油质

润滑周期

17B

1

ISE0101G

减速器箱内空间齿轮和轴承润滑

11号汽缸油或KNC-102矿用难燃齿轮油

每三个月更换一次

每月补充一次

2

ISE010101A

减速器第一轴7610轴承两侧空间

2号钠基润滑脂SYB1402-62

每月润滑补充一次

3

ISE010104B

迷宫槽及腔孔

2号钠基润滑脂SYB1402-62

每月补充一次

4

ISE0102A

盲轴轴承座内空间

2号钠基润滑脂SYB1402-62

每三个月更换一次

附表四

产品油封一览表

产品型号

序号

代号

名称

数量

安装部位

17B

1

HG4-629-67

油封PD45×62×12

1

减速器第一轴

2

HG4-629-67

油封PD50×72×12

5

减速器第二轴

3

HG4-629-67

油封PD75×100×12

1

传动部盲轴

4

HG4-629-67

油封PD85×110×12

1

减速器第四轴

5

HG4-629-67

油封PD130×150×15

2

第四轴

6

GB1237-76

“O”形密封圈80×3.1

1

第四轴

7

GB1237-76

“O”形密封圈120×5.7

1

第四轴

结论

在我刚开始接到这一个课题时，面对问题我茫然不知所措,我感觉到有一定的