IAbstractBoringmachineisamoreadvancedundergroundboringequipment.Travelagenciesfromthetrack,supportingwheels,askedsprocket,guidewheel,drivingwheel,tensioningdevice,planetarygearreducer,hydraulicmotorsandtrackaircraftcomponents.

Inaccordancewiththedrivingandwalkingtowalkingpartreducerpreliminarydesignworks.Basedonthisanalysisandthroughthistopicanumberofbooksanddocumentsonaccess,furtherdrivingtowalkingpartofthedesignandrunninggearreducerdesignprinciples.DesignshouldfocusonrunningtheDepartmentofDesignandcrawlerrunninggearreducerplanetarytransmissiondesign.First,theDepartmentsettowalkthegeneralstructureofcrawler,asimpledescriptionoftheoverallprogramdesign,followedbyacarefuldesignofthereducer,planetaryreducerselection,calculationandcheck.

Departmentofwalkingthroughthetunnelboringmachineandthebasicprinciplesofrunningreducertoobtainalotofwalkingpartofthedesigndrivingandwalkingreduceressentials.

Keywords：Boringmachine;Travelagencies;Reducer目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1問題的提出 11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 11.3懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展特點(diǎn) 31.4懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì) 4第2章方案論證 52.1驅(qū)動(dòng)方式的分析 62.1.1液壓驅(qū)動(dòng) 62.1.2電驅(qū)動(dòng) 62.2傳動(dòng)方式分析與選擇 6第3章掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.1行走部的工作要求 93.2掘進(jìn)機(jī)行走部的組成及行走原理 93.2.1掘進(jìn)機(jī)行走部的組成 93.2.2掘進(jìn)機(jī)的行走原理 103.3行走機(jī)構(gòu)的型式選擇 113.3.1行走型式的選擇 113.4行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 113.4.1履帶節(jié)距的計(jì)算 113.4.2履帶牽引力的計(jì)算 123.5行走機(jī)構(gòu)各種阻力計(jì)算 133.6驅(qū)動(dòng)輪各主要參數(shù)的確定 143.7行走機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的選擇 153.8重輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 173.9張緊裝置 18第4章行走減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算 194.1行走減速器方案的確定 194.1.1輸出軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算 194.1.2傳動(dòng)比的分配 204.1.3圓柱齒輪傳動(dòng)部分的計(jì)算 214.2一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 224.2.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 224.2.2按齒面強(qiáng)度設(shè)計(jì) 234.2.3根據(jù)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 264.2.4幾何尺寸計(jì)算 284.3行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算說明 294.3.1行星齒輪傳動(dòng)的概述 294.3.2行星齒輪傳動(dòng)方式的選擇 294.3.3傳動(dòng)比的分配 304.3.4高速級(jí)計(jì)算 314.3.5低速級(jí)計(jì)算 344.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 384.4.1軸的概述 384.4.2軸材料的選擇 384.4.3各軸的計(jì)算 394.4.4軸的校核 414.5軸承的選擇 424.5.1滾動(dòng)軸承類型的選擇 424.5.2潤(rùn)滑與密封 434.5.3滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算 444.6鍵的選用 454.6.1鍵的選擇 454.6.2鍵的校核 46結(jié)論 48致謝 49參考文獻(xiàn) 50CONTENTSAbstract………………………...I

Chapter1Introduction………11.1Overviewandissuesraised……………...11.2Domesticandinternationaldevelopment……………..11.3Roadheaderwalkingcharacteristicsofthedevelopmentagencie…..31.4Roadheadertrendwalkingmechanism…………4Chapter2Demonstration……………………...52.1Analysisofdrivingmode….………………62.1.1Hydraulicdrive………….62.1.2Electricdrive……………...62.2Transmissionmodeandselect……6Chapter3Theoverallstructuraldesignoftunnelboringmachine…………93.1Thedepartmentrequirementsfortheworktowalk…….93.2Compositionofthedepartmentofboringmachinerunning…………..andwalkingprinciple…..……..93.2.1Departmentofthecompositionoftheboringmachinerunning.93.2.2PrinciplestowalkTBM………..103.3TypeSelectiontravelagencies………………….…..113.3.1Choosethetypeofwalking………………….11

3.4Designandcalculationoftravelagencies…………..113.4.1Calculationoftrackpitch…………………..….113.4.2Calculationoftractiontrack……………...….123.5Calculationoftravelorganizationsofvariousresistanc……..……..133.6Determinationofmainparametersdrivingwheel………………..143.7Thechoiceofrunninggearhydraulicmotor………..15

3.8Designandcalculationofroller……………..……173.9Tensioningdevice…………………...18Chapter4DesignandCalculationofwalkingspeedreducer……………..194.1Programtodeterminewalkingspeedreducer….……….…………...194.1.1Calculationoftheoutputshaftrotationalspeed………..194.1.3Calculationofgeartransmissionpart…………..214.2Acylindricalgeardesignandcalculation…………...224.2.1Theseleallocationoftransmissionratioctedgeartype,precisiongrade,materialandnumberofteeth………….224.2.2Designofaccordingtotoothsurfacestrength………………..234.2.3Accordingtothedesignbendingstrengthof…………….…..264.2.4Calculationofthegeometricdimensionsof………………284.3Calculationofplanetarygeardesigndescription…………..……….29

4.3.1Overviewplanetarygear……………..……….294.3.2Planetarygeartransmissiontothechoice………………..….294.3.3Theallocationoftransmissionratio………….304.3.4Calculationofhigh-level………………..……314.3.5Calculationoflow-level…...……………344.4Shaftdesigncalculation...……..…….384.4.1Overviewofshaft……………….384.4.2Shaftmaterialselection………………….….384.4.3Thecalculationoftheshaft………………….394.4.4Checkofshaft...……………414.5Bearingselection……………….……..42

4.5.1Bearingtypeselection…………………424.5.2Lubricationengineering………………...434.5.3Checkcalculationofbearing…………..44

4.6Selectionofkey………...454.6.1Keyselection…………………...………454.6.2Checkingkey..………………..46

Conclusion……………48Thanks………………49References……….…………………50PAGE42第1章緒論1.1問題的提出掘進(jìn)機(jī)采用履帶行走機(jī)構(gòu)，它支撐機(jī)器的自重和牽引轉(zhuǎn)載機(jī)行走，當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，它承受切割機(jī)構(gòu)的反力、傾覆力矩和動(dòng)載荷。行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)正常運(yùn)行、通過性能和工作穩(wěn)定性具有重要作用。通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)行走結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究分析,借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)際,使其滿足煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)的需要。懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)是煤礦掘進(jìn)巷道常用設(shè)備，它的發(fā)展使得礦井巷道的掘進(jìn)速度和效率大幅度提高[1]。隨著采煤技術(shù)的發(fā)展、煤礦生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，我國(guó)大型煤礦井下大都開始采用全煤巷布置開采方式，此外采煤工作面的推進(jìn)速度也越來越快，因而使得煤礦井下煤巷掘進(jìn)工作量大幅度增大，因而對(duì)掘進(jìn)機(jī)的工作效率提出了較高的要求，客觀上要求掘進(jìn)機(jī)的工作性能要好，掘進(jìn)作業(yè)的推進(jìn)速度要快。但是,我國(guó)掘進(jìn)機(jī)與國(guó)外掘進(jìn)機(jī)相比較,在技術(shù)性能和可靠性等方面還有相當(dāng)大的差距,需要加快掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn),迎頭趕上國(guó)際先進(jìn)水平。鑒于此，我們必須加大對(duì)掘進(jìn)機(jī)的研究。掘進(jìn)機(jī)是具有截割、裝載、轉(zhuǎn)載煤巖，并能自己行走，具有噴霧除塵等功能，以機(jī)械方式破落煤巖的掘進(jìn)設(shè)備，有的還具有支護(hù)功能。主要結(jié)構(gòu)包括工作機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu),根據(jù)所掘斷面的形狀分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)[2]。前者適用于直徑一般為2.5—10M的全巖巷道、巖石單軸抗壓強(qiáng)度50—350MPa的硬巖巷道，可一次截割出所需斷面，且斷面形狀多為圓形，主要用于工程涵洞幾隧道的巖石掘進(jìn)；后者一般適用于單軸抗壓強(qiáng)度小于60MPa的煤、煤—巖、軟巖水平巷道，但大功率掘進(jìn)機(jī)也可用于單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)200MPa的硬巖巷道，一次僅能截割斷面一部分，需要工作機(jī)構(gòu)多次擺動(dòng)，逐次截割才能掘進(jìn)所需斷面，斷面形狀可以是矩形、梯形、拱形等多種形狀，在煤礦生產(chǎn)中普遍使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)[3]。1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況與現(xiàn)狀我國(guó)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段：60年代初期到70年代末,這一階段主要是以引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)為主,也定型生產(chǎn)了幾種機(jī)型,在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化吸收,主要以切割煤的輕機(jī)型為主[4]。主要以當(dāng)時(shí)煤炭科學(xué)研究總院太遠(yuǎn)分院研制的1型2型和3型為代表，為我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)第二階段的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。這一階段掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是重量輕、體積小、截割能力弱、技術(shù)含量偏低，適應(yīng)煤巷掘進(jìn)[5]。第二階段：70年代末到90年代初,為消化吸收階段。這一階段我國(guó)不但從英國(guó)、奧地利等國(guó)引進(jìn)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行消化吸收，同時(shí)還與國(guó)外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步地實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，其典型的代表是與奧地利、日本合作生產(chǎn)的AM50型及S100-41型,其后,我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī),其典型代表是EMA-30型及EBJ-100型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是：可靠性較高,已能適應(yīng)我國(guó)煤巷掘進(jìn)的需要；半煤巖巷的掘進(jìn)技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)?shù)乃?；出現(xiàn)了重型機(jī)，中型掘進(jìn)機(jī)型號(hào)日趨齊全[6]。第三階段：由90年代初至今,為自主研發(fā)階段。這一階段中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟，重型機(jī)型大批出現(xiàn),懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已相當(dāng)先進(jìn),并且具備了根據(jù)礦井條件實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)的能力,這一階段的代表機(jī)型較多,主要有EBJ型、EL型及EBH型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)水平較為先進(jìn),可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技術(shù)已用于機(jī)組的自動(dòng)化控制并逐步發(fā)展全巖巷的掘進(jìn)[7,8]。經(jīng)過三階段的發(fā)展,我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用進(jìn)入了一個(gè)較高的水平,已跨入了國(guó)際先進(jìn)行列,可與國(guó)外的懸臂式掘進(jìn)機(jī)媲美。國(guó)外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況與現(xiàn)狀早在上世紀(jì)30年代，德國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)、美國(guó)等就開始了煤礦巷道掘進(jìn)機(jī)的研究。40年代生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)，50年代初現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)雛形出現(xiàn)，代表就是匈牙利研制的采用履帶行走機(jī)構(gòu)的F4型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，這種機(jī)型除采用橫軸截割方式和調(diào)動(dòng)靈活的鏟板和星輪轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)，并采用了刮板運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)物料。二十世紀(jì)末期以來，在新技術(shù)革命的帶動(dòng)下，煤礦開采和加工利用技術(shù)迅速發(fā)展。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)，研制開發(fā)了大功率、高性能的開采與掘進(jìn)裝備，廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了礦井的高產(chǎn)高效和集約化生產(chǎn)。美、澳、英、德等國(guó)家研制開發(fā)了機(jī)電一體化、自動(dòng)化新型采掘設(shè)備。這些設(shè)備采用微機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控、自動(dòng)化控制、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)，在增加傳動(dòng)功率、提高生產(chǎn)能力的同時(shí)，設(shè)備功能內(nèi)涵發(fā)生重大突破，并在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。綜采成套設(shè)備的生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到3000t/h以上，在適宜的煤層條件下，采煤工作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)5～10Mt，出現(xiàn)了“一礦一面、一個(gè)采區(qū)、一條生產(chǎn)線”的高效集約化生產(chǎn)模式。發(fā)達(dá)采煤國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從普通綜采機(jī)械化生產(chǎn)向高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的過渡[9,10]。1.3懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展特點(diǎn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展是緊緊圍繞著我國(guó)礦井生產(chǎn)的實(shí)際條件、現(xiàn)場(chǎng)的需要及設(shè)計(jì)、制造的工藝水平而不斷進(jìn)行的，其發(fā)展主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。1.驅(qū)動(dòng)功率的不斷提高為適應(yīng)更大范圍的工作要求，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率不斷增大,由最初的100kW以下的輕型機(jī)型增加到現(xiàn)在的中型機(jī)型的132-200kW,重型機(jī)型可達(dá)200kW以上。2.在行走方面的發(fā)展方向（1）液壓發(fā)展方向早期的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的行走部的傳動(dòng)絕大多數(shù)采用液壓方式，這是因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)具有控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工作簡(jiǎn)便省力，可以方便實(shí)現(xiàn)過載保護(hù);易于實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，液壓馬達(dá)與電機(jī)相比質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足裝載、行走的要求。而那時(shí)的電氣設(shè)備在使用可靠性、元器件的質(zhì)量及性能上都較低，且元器件體積較大，不易實(shí)現(xiàn)上述的要求制約了它的發(fā)展，液壓傳動(dòng)成為這一時(shí)其主流發(fā)展方向[11]。（2）電動(dòng)發(fā)展方向液壓傳動(dòng)方式雖然發(fā)展較快，但由于煤礦井下工作條件惡劣，粉塵大、空氣潮濕、油脂極易被污染，對(duì)油脂污染很敏感的液壓件易損壞，液壓件成本高、故障診斷困難等原因而使其發(fā)展應(yīng)用減緩，這一時(shí)期的電子技術(shù)的高速發(fā)展為電動(dòng)發(fā)展提供了有利條件，大容量集成化、變頻調(diào)速、PLC控制等一些新技術(shù)不斷應(yīng)用到掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)制造上，使得監(jiān)控、監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化程度極大提高。電子產(chǎn)品質(zhì)量高、體積小、功能齊全的優(yōu)勢(shì)使電動(dòng)發(fā)展加速，成為另一主要發(fā)展方向。液壓與電動(dòng)都有優(yōu)、缺點(diǎn)，但隨著科技的進(jìn)步，它們的缺點(diǎn)在不斷地被彌補(bǔ)、改進(jìn)，目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)在電、液兩方面發(fā)展速度很快，在行走方面都采用液壓傳動(dòng)的如EBJ-160SH型等，也有全部采用電動(dòng)方式的如AM-50型等，大多數(shù)的機(jī)型還是采用電液混合方式，總之這兩種方式互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)一間內(nèi)將共同并存、相互融匯[12]。1.4懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)1.更加全面的功能與完善的前后配套為適合各種條件要求以及加快掘進(jìn)速度，懸臂式掘進(jìn)機(jī)將會(huì)逐步發(fā)展掘錨一體化、適應(yīng)各種斷面、適應(yīng)坡度范圍更大的行走機(jī)構(gòu)，并會(huì)完善前后配套的轉(zhuǎn)載、裝運(yùn)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)集約化功能，進(jìn)一步發(fā)揮其效能，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。2.提高元部件的可靠性和壽命現(xiàn)在新機(jī)型行走機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵元部件大都選用國(guó)外的知名品牌，這雖然可提高整機(jī)的性能，但使得國(guó)產(chǎn)機(jī)型在元部件的配置上高低不一、質(zhì)量不等，為使用、維護(hù)和更新機(jī)型帶來了許多困難，隨著我國(guó)在掘進(jìn)機(jī)元部件研究上的突破，這種狀況會(huì)很快改變。3.個(gè)性化開發(fā)機(jī)型煤礦在開采過程中會(huì)碰到各種不同的生產(chǎn)條件，如煤層變化、水、瓦斯、煤巖硬度不一等，這些特殊的情況必然要求機(jī)組具有不同的功能和整體參數(shù)的合理匹配，今后的機(jī)型將會(huì)根據(jù)不同的要求進(jìn)行不同的性能配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造個(gè)性化和多元化[12]。第2章方案論證方案Ⅰ：采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一級(jí)直齒圓柱齒輪及二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)如圖2-1所示圖2-1方案Ⅰ方案Ⅱ：采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直齒圓柱齒輪及一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)如圖2-2所示圖2-2方案Ⅱ

2.1驅(qū)動(dòng)方式的分析2.1.1液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：統(tǒng)一了動(dòng)力源，液壓馬達(dá)體積小，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)便于合理布置，適合與行走部的頻繁啟動(dòng)。目前，掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)液壓驅(qū)動(dòng)形式通常又分為中，高速馬達(dá)帶減速器驅(qū)動(dòng)和低速液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三種形式。1.高速馬達(dá)——減速器驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)多采用齒輪馬達(dá)。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，抗污染性強(qiáng)，價(jià)格低廉等。但它最大的缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，其內(nèi)部摩擦副磨損嚴(yán)重，間隙增大，效率很快下降，而且與之配套的減速器要求傳動(dòng)比要大，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜，所以這種形式應(yīng)用極少。2.中速馬達(dá)——減速器驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)多采用柱塞馬達(dá)。中速馬達(dá)具有體積小，效率高，壽命長(zhǎng)，售價(jià)低等特點(diǎn)，且減速器的機(jī)構(gòu)形式國(guó)內(nèi)外以趨于系列化，因此這種驅(qū)動(dòng)形式應(yīng)用很多。3.低速液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)輸出軸直接帶動(dòng)主鏈輪，從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)履帶的目的。馬達(dá)大都采用多作用內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、成本低、傳動(dòng)扭矩大、低速穩(wěn)定性好、啟動(dòng)效率高。但馬達(dá)體積大，難以保證地隙，制動(dòng)裝置不易處理，只適合與中、小型掘進(jìn)機(jī)。2.1.2電驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)采用電驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是：?jiǎn)?dòng)力矩大、效率高、維修簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。液壓驅(qū)動(dòng)由于液壓元件制造精度要求較高，加工工藝復(fù)雜，維修較困難，使用當(dāng)中“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象屢有發(fā)生，增加了液壓用油量，而采用電驅(qū)動(dòng)可明顯降低材料消耗量。但電驅(qū)動(dòng)形式結(jié)構(gòu)龐大，電動(dòng)機(jī)易潮濕，且頻繁啟動(dòng)增加了電動(dòng)機(jī)及其供電系統(tǒng)的故障率。2.2傳動(dòng)方式分析與選擇根據(jù)國(guó)內(nèi)外以往掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)來看，行走機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)形式大多數(shù)都為行星齒輪傳動(dòng)，與定軸傳動(dòng)相比,行星齒輪傳動(dòng)具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力大和效率高等優(yōu)點(diǎn)。行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的常用類型有2K-H型、3K型、K-H-V型。其中2K-H型加工裝配工藝較簡(jiǎn)單,傳動(dòng)功率范圍不受限制,在采掘機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。其傳動(dòng)比范圍為2.8-12.5,傳動(dòng)效率可達(dá)0.79-0.99。1.傳動(dòng)原理采用2K—H(NGW)型負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)的行星齒輪傳動(dòng),當(dāng)高速軸由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí),便帶動(dòng)太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn),于是帶動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng),由于內(nèi)齒圈固定不動(dòng),便驅(qū)動(dòng)行星架作輸出運(yùn)動(dòng),行星輪在行星架上既作自轉(zhuǎn)又作公轉(zhuǎn)的行星傳動(dòng),就以此同樣的結(jié)構(gòu)組成兩級(jí)、三級(jí)或多級(jí)的串聯(lián)行星齒輪傳動(dòng)。2.組成由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈和行星架所組成。以嚙合方式命名為NGW型(其中N—為內(nèi)嚙合、G—公用齒輪、W—外嚙合)。以基本構(gòu)件命名,即為2K-H型行星齒輪傳動(dòng)。所謂基本構(gòu)件,在行星齒輪傳動(dòng)的各構(gòu)件中,凡是軸線與定軸線重合,且承受外力矩的構(gòu)件稱為基本構(gòu)件。因此傳動(dòng)是由兩個(gè)中心輪2K和行星架H等三個(gè)基本構(gòu)件組成,因而稱為2K-H型行星齒輪傳動(dòng)。1.行星輪2.內(nèi)齒圈3.行星輪架4.太陽(yáng)輪5.輸入軸6.輸出軸圖2-3行星齒輪結(jié)構(gòu)原理通過以上的各種分析，綜合掘進(jìn)機(jī)的性能要求及工作環(huán)境，此次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)采用方案Ⅰ即：選用液壓驅(qū)動(dòng)，一級(jí)直齒圓柱齒輪及二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)組合而成（見圖2-1）,其特點(diǎn)是運(yùn)用了太陽(yáng)輪浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu),使多個(gè)行星輪受力均衡,同時(shí)還可以通過調(diào)節(jié)螺桿與彈簧來改變太陽(yáng)輪的軸向位置,操縱太陽(yáng)輪與行星輪的離合,以便實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的快速拖拽。第3章掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1行走部的工作要求作為大型掘進(jìn)機(jī)的行走部，本次設(shè)計(jì)的要求是實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的既定參數(shù)：機(jī)重（t）40履帶行走速度（m/min）6.6行走部接地長(zhǎng)度（cm）440行走部接地寬度(cm)59.53.2掘進(jìn)機(jī)行走部的組成及行走原理3.2.1掘進(jìn)機(jī)行走部的組成一般巷道掘進(jìn)機(jī)的行走部主要是由履帶組、履帶架、履帶護(hù)板、驅(qū)動(dòng)輪、底盤壓板、底盤蓋板、張緊輪組、張緊輪托架、張緊座、側(cè)蓋板、液壓馬達(dá)、行走減速器，以及各種聯(lián)接件組成。其示意圖如下圖3-1：張緊輪組2.張緊座3.張緊輪托架4.底盤蓋板5.側(cè)蓋板6.底盤壓板7.履帶組8.履帶架9.履帶護(hù)板10.液壓馬達(dá)11.行走減速器12.驅(qū)動(dòng)輪圖3-1掘進(jìn)機(jī)行走部組成示意圖3.2.2掘進(jìn)機(jī)的行走原理如圖3-2所示，掘進(jìn)機(jī)行走部的動(dòng)力源是液壓馬達(dá)4，液壓馬達(dá)經(jīng)過減速器3將運(yùn)動(dòng)傳遞給驅(qū)動(dòng)輪2，驅(qū)動(dòng)輪通過輪齒與履帶6相嚙合，而履帶通過履帶板與地相接觸，為了增加履帶與地面的摩擦，用支重輪將機(jī)身的重量加在履帶上。張緊輪1的作用是張緊履帶，以及導(dǎo)向。1.張緊輪2.驅(qū)動(dòng)輪3.減速器4.液壓馬達(dá)5.支重輪6.履帶組圖3-2掘進(jìn)機(jī)行走部3.3行走機(jī)構(gòu)的型式選擇3.3.1行走型式的選擇掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式幾種。1.邁步式該種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結(jié)構(gòu)，使人員能自由進(jìn)出工作面，并可越過裝載機(jī)構(gòu)到達(dá)機(jī)器的后面。使用支撐裝置可起到掩護(hù)頂板、臨時(shí)支護(hù)的作用。但由于向前推進(jìn)時(shí)，支架反復(fù)交替地作用于頂板,掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機(jī)構(gòu)主要用于巖巷掘進(jìn)機(jī),在煤巷、半煤巖巷中也有應(yīng)用。2.導(dǎo)軌式將掘進(jìn)機(jī)用導(dǎo)軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達(dá)到?jīng)_擊破碎巖石的目的。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度。這種行走機(jī)構(gòu)主要用于沖擊式掘進(jìn)機(jī)。3.履帶式適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機(jī)動(dòng)性能好、工作可靠、調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重[8]。掘進(jìn)機(jī)大多數(shù)都采用履帶行走機(jī)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是接地壓比小，對(duì)巷道底板適應(yīng)性強(qiáng)，牽引力和爬坡能力大，調(diào)節(jié)靈活。在傳動(dòng)方式上有液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)兩種[9]。本設(shè)計(jì)采用的是履帶式結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠錂C(jī)身重量比較大，工作阻力比較大，需要大功率的行走機(jī)構(gòu)配合其在煤巷中的掘進(jìn)行走。3.4行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1履帶節(jié)距的計(jì)算式中：—為機(jī)器自重，400。因此t0=mm根據(jù)國(guó)家煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T579—1996中相關(guān)規(guī)定及節(jié)距范圍，選擇標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距為173mm的履帶。3.4.2履帶牽引力的計(jì)算每條履帶的驅(qū)動(dòng)力=+(kN)式中：—履帶滾動(dòng)阻力系數(shù)，煤底板取0.08；—機(jī)器重量,400000N；—轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，煤底板取0.6；—履帶接地長(zhǎng)度,4400m；e—機(jī)器重心的縱向偏移距離，==mB—履帶接地寬度，595mm。帶入公式得=kN3.4.3履帶功率計(jì)算每條履帶的功率=（kW）式中：—工作條件惡劣補(bǔ)償系數(shù)，一般取1.2；—行走減速器效率，為0.97；—履帶傳動(dòng)效率，取為0.92；V—履帶行走速度6.6m/min。帶入公式得=kW3.4.4接地公稱比壓式中：G—機(jī)器重量400000N；L—行走部接地長(zhǎng)度440cm；b—行走部接地寬度59.5cm。N/cm23.4.5接地最大比壓Pmax=式中：B—兩履帶中心距160cm；n—履帶縱向偏心距60cm。Pmax=N/cm23.5行走機(jī)構(gòu)各種阻力計(jì)算1.掘進(jìn)機(jī)在平巷行走阻力R=式中：μ—滑動(dòng)阻力系數(shù)對(duì)煤底板和碎石底板取0.85則R==400000×0.85=340000N2.掘進(jìn)機(jī)在爬450坡時(shí)的阻力R0R0==400000×0.85×cos450+400000×sin450=523259N3.掘進(jìn)機(jī)靜止在斜坡上時(shí)的下滑力RxRx=GSinθ=400000×sin45°=282843N4.掘進(jìn)機(jī)在斜坡上時(shí)的下正壓力RyRy=GCosθ=400000×cos45°=282843N3.6驅(qū)動(dòng)輪各主要參數(shù)的確定1.驅(qū)動(dòng)齒數(shù)卷繞在驅(qū)動(dòng)輪上履帶板數(shù)目增加，使履帶運(yùn)動(dòng)速度均勻性好，鉸鏈磨擦損失減少，使驅(qū)動(dòng)輪直徑增大，引起底盤高度及重量增加。一般在12～15之間，可為整數(shù)，也可以為0.5的倍數(shù)。為增加驅(qū)動(dòng)輪的使用壽命，一般，當(dāng)齒數(shù)為偶數(shù)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪上有一半不參加嚙合，待齒面磨損嚴(yán)重后，拆下重裝，使未參加嚙合的齒開始工作，以增加使用壽命。當(dāng)齒數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則驅(qū)動(dòng)輪上各齒輪流與節(jié)銷嚙合同樣可增加使用壽命?？蛇x取齒數(shù)為23[10]。2.驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑取3.驅(qū)動(dòng)輪的齒形設(shè)計(jì)按齒面形狀，驅(qū)動(dòng)輪齒形可分為凸形，直線形和凹形三種。對(duì)驅(qū)動(dòng)輪齒形的要求為：（1）使履帶節(jié)銷順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少接觸面的沖擊力；（2）齒面接觸應(yīng)力應(yīng)小，以減少磨損；（3）履帶節(jié)距因磨擦而增大時(shí)，履帶節(jié)銷與驅(qū)動(dòng)輪齒仍能保持工作，不致脫鏈。驅(qū)動(dòng)輪齒的工作面是履帶節(jié)銷和齒面接觸面的部位，為減少接觸應(yīng)力，工作面最好是凹形。當(dāng)履帶節(jié)距隨磨損而增大時(shí)，節(jié)銷將沿齒面向上爬，為保證此時(shí)仍能嚙合，輪齒應(yīng)有一定的高度。節(jié)圓直徑齒谷半徑式中—節(jié)銷（銷套）直徑，為55mm。根圓直徑頂圓直徑齒谷距離4.驅(qū)動(dòng)輪強(qiáng)度計(jì)算：式中：—擠壓應(yīng)力，；—機(jī)器重量，400000N；—齒寬，，與履帶槽寬一樣；—銷套直徑，55；—許用擠壓應(yīng)力，。MPa<經(jīng)過比較驅(qū)動(dòng)輪能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.7行走機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的選擇3.7.1輸出扭矩計(jì)算式中：F—每臺(tái)液壓馬達(dá)分擔(dān)的最大牽引力，450.9kN；—行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輪直徑，656mm；—液壓馬達(dá)輸出軸至齒輪的總傳動(dòng)比，柱塞初選傳動(dòng)比=45；—液壓馬達(dá)輸出軸至齒輪的總傳動(dòng)效率，取為0.92；—牽引機(jī)構(gòu)嚙合的效率，取為0.967。則馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩,帶入公式得N·m3.7.2液壓馬達(dá)排量計(jì)算式中：—液壓馬達(dá)的有效工作壓力，MPa；—液壓馬達(dá)進(jìn)口壓力，Mpa；取=15MPa；—液壓馬達(dá)出口壓力，Mpa；取=1MPa；—液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，一般柱塞液壓馬達(dá)為，取=0.9；帶入數(shù)值得：=ml/r根據(jù)，，上述要求選擇XM-F1500-1型液壓馬達(dá)。查閱有關(guān)資料，XM-F1500-1型液壓馬達(dá)的技術(shù)參數(shù)如下，見表3-1。表3-1液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)型號(hào)排量ml/r額定壓力Mpa峰值壓力Mpa額定扭矩N·m額定轉(zhuǎn)矩r/min最高轉(zhuǎn)速r/min最大功率kW重量kgXM-F1500-115002025357725032087180液壓馬達(dá)最大實(shí)際轉(zhuǎn)速=r/min根據(jù)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出扭矩確定實(shí)際壓差。MPa3.8重輪的設(shè)計(jì)計(jì)算目前國(guó)內(nèi)外履帶工程機(jī)械支重輪結(jié)構(gòu)形式主要有直軸式和凸肩式兩種，直軸式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件少，工藝性好，但承受軸向力稍差；凸肩式能承受較大的軸向力和沖擊載荷，但結(jié)構(gòu)較前者復(fù)雜。本設(shè)計(jì)采用的直軸式。由四輪一帶統(tǒng)圖可以選擇支重輪的參數(shù)如下：支重輪凸緣工作寬度支重輪軸長(zhǎng)300mm，允許制造0.5誤差，與履帶接觸輪寬82，支重輪直徑180，支重輪個(gè)數(shù)10個(gè)，其安裝尺寸見參考資料[10]1.支重輪強(qiáng)度計(jì)算為減少支重輪的磨損，輪緣對(duì)履帶的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算：式中：—輪緣對(duì)履帶的接觸應(yīng)力,；—支重輪輪緣工作寬度，；—支重輪半徑，；－支重輪個(gè)數(shù)，10；—許用接觸應(yīng)力，。MPa<[σc]=2.3MPa由上述計(jì)算可以得知支重輪能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.9張緊裝置（1）張緊裝置主要由叉形臂，漲緊油缸，推桿，緩沖彈簧，以及其各自的支座等組成。（2）由于漲緊油缸是能過黃油噴嘴注油的，履帶的張緊程度在緩沖彈簧預(yù)緊力一定的情況下，是由缸內(nèi)黃油量決定的，這取決于機(jī)器工作前的檢查，如果履帶過緊，可以由工人依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)放出一些油，來調(diào)節(jié)履帶張緊度，因此本計(jì)算主要是對(duì)彈簧進(jìn)行計(jì)算（3）緩沖彈簧必須有一定的預(yù)壓縮量，以使履帶產(chǎn)生一定的張緊力，其作用是：前進(jìn)時(shí)不因稍受外力，即松弛而影響履帶銷和驅(qū)動(dòng)輪的嚙合，倒退時(shí)能保證產(chǎn)生足夠的牽引力而保持履帶銷和驅(qū)動(dòng)輪的正常嚙合。預(yù)緊力不能過大，當(dāng)履帶和各輪之間卡入堅(jiān)硬的石塊時(shí)或當(dāng)前方受支較大的沖擊力時(shí)，緩沖彈簧應(yīng)能進(jìn)一步壓縮，以保護(hù)行走系各零件不致?lián)p壞。緩沖彈簧預(yù)緊力式中：G—機(jī)器重量400000N。取N緩沖彈簧工作行程終了時(shí)的壓縮力：取N第4章行走減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1行走減速器方案的確定4.1.1輸出軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算履帶履帶的驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑為，其計(jì)算如下。式中：—驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)23；可以為整數(shù)也可以為0.5的倍數(shù)；—履帶的節(jié)距173mm；—機(jī)器自重，400kN。則驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑取rk=320mm，由此可以求出驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，同時(shí)也是行走減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速n0r/min4.1.2傳動(dòng)比的分配減速器的總傳動(dòng)比i=減速器的傳動(dòng)如圖4-1：A1高速級(jí)中心輪X1高速級(jí)行星架B1高速級(jí)行星輪C1高速級(jí)內(nèi)齒輪A2低速級(jí)中心輪X2低速級(jí)行星架B2低速級(jí)行星輪C2低速級(jí)內(nèi)齒輪圖4-1行走減速器傳動(dòng)系統(tǒng)圖選用兩級(jí)NGW型行星齒輪傳動(dòng)與一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)相串聯(lián)的傳動(dòng)方案。圖中X1，X2與后面所提及的H1，H2有相同的表示意義。在該傳動(dòng)中，第一級(jí)是一對(duì)嚙合的圓柱齒輪，第二級(jí)與第三級(jí)是NGW型行星傳動(dòng)，第二級(jí)采用中心輪與行星輪都浮動(dòng)的方式，第三級(jí)采用的是中心輪固定，行星輪浮動(dòng)的傳動(dòng)方式。行星變速箱具有結(jié)構(gòu)剛度大，齒間負(fù)荷小，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，在礦山機(jī)械中得到了很廣泛的應(yīng)用[16]。在整個(gè)傳動(dòng)過程中，（表示油壓馬達(dá)對(duì)第一級(jí)小齒輪的傳動(dòng)比），（第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比）初取，＝1（表示圓柱大齒輪2與第二級(jí)中心輪的傳動(dòng)比），（表示減速器與輸出軸的傳動(dòng)比），則兩級(jí)行星傳動(dòng)的總傳動(dòng)比i34=4.1.3圓柱齒輪傳動(dòng)部分的計(jì)算傳動(dòng)總效率式中：—油壓馬達(dá)對(duì)第一級(jí)小齒輪的傳動(dòng)效率，；—8級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)效率，；—一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率，；—NGW行星傳動(dòng)效率，。傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸的轉(zhuǎn)速，功率以及轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下：0軸（馬達(dá)輸出軸）P0=87kWn0=nm=250r/minN·m1軸（一級(jí)圓柱齒輪減速器高速軸）r/minkWN·m2軸（一級(jí)圓柱齒輪低速軸）r/minkWN·m5軸（減速器輸出軸）kWN·m4.2一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。（2）履帶行走速度不高，液壓馬達(dá)的速度也不高，故選用8級(jí)精度。（3）材料的選擇由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[17]可選小齒輪的材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度280HBS，大齒輪45＃鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。（4）選取小齒輪齒數(shù)（為提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，以小齒輪的齒數(shù)多一些較好），式中：—小齒輪的齒數(shù)23；一級(jí)圓柱齒輪的傳動(dòng)比2。取4.2.2按齒面強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪的分度圓直徑設(shè)取的是標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪，則（區(qū)域系數(shù)）在直齒輪時(shí)取2.5。則式中：—載荷系數(shù)；—小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩；—齒寬系數(shù)；—材料彈性影響系數(shù)；—齒輪接觸疲勞強(qiáng)度。1.確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值（1）—使用系數(shù)，可取[17]；—?jiǎng)虞d系數(shù)，取[17]；—齒間載荷分配系數(shù)，可選[17]?！X向載荷系數(shù)，，試取[17]則（2）計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩N·m（3）選[14]（4）查得材料的彈性影響系數(shù)[14]（5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞極限[14]（6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)工作壽命為15年(每年按300算)兩班制，則（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù)[17]（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S＝1，則2.計(jì)算（1）試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值（2）計(jì)算圓周速度m/s（3）計(jì)算齒寬mm（4）計(jì)算齒寬與齒高比模數(shù)齒高（5）計(jì)算載荷系數(shù)查得，假設(shè)N/mm，查得[14]由v=1.54m/s，8級(jí)精度，可查得[17]由，查得[17]，故載荷系數(shù)（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑：mm（7）計(jì)算模數(shù)取m=5.54.2.3根據(jù)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為：1.確定公式中各計(jì)算數(shù)值（1）可查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為[17]；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為[17]；（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，[17]；（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.35，則MPaMPa（4）計(jì)算載荷系數(shù)（5）查取齒形系數(shù)查得；[17]（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得；[17]（7）計(jì)算大小齒輪的，并加以比較顯然，大齒輪的數(shù)值較大。2.設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)；由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，而齒根彎曲強(qiáng)度所決定的承載能僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)?？扇∮升X面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算出的模數(shù)5.369，并就近取.5。按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算得的分度圓直徑d1=123.5mm，算出小齒輪齒數(shù)：，取，取。4.2.4幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（2）計(jì)算齒頂圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（3）計(jì)算齒根圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（4）計(jì)算齒寬：小齒輪：mm大齒輪：mm（5）驗(yàn)算：N/mmN/mm>100N/mm經(jīng)過比較符合設(shè)計(jì)要求。4.3行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算說明4.3.1行星齒輪傳動(dòng)的概述行星齒輪傳動(dòng)是一種具有動(dòng)軸線的齒輪傳動(dòng)，可用于減速、增速和差動(dòng)裝置。它一般是由太陽(yáng)輪（也稱中心輪）、內(nèi)齒圈、行星輪和行星架等組成。傳動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒圈固定，太陽(yáng)輪主動(dòng)，行星架上的行星輪一面繞自身的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)繞太陽(yáng)輪的軸線傳動(dòng)，從而驅(qū)使行星架回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。傳動(dòng)過程中，行星輪的軸線是運(yùn)動(dòng)的。行星齒輪傳動(dòng)和普通齒輪傳動(dòng)相比具有重量輕、體積小、傳動(dòng)比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高。行星齒輪傳動(dòng)不僅可做定傳動(dòng)比傳動(dòng)（減速器），也可發(fā)作為速度合成或分解的裝置（差速器）。其應(yīng)用日益廣泛。4.3.2行星齒輪傳動(dòng)方式的選擇行星齒輪傳動(dòng)的類型主要有（按齒輪嚙合方式劃分）：NGW型、WW型、NW型、NN型、N型、NGWN型及ZUWGW型。其符號(hào)意義如下：N—內(nèi)嚙合、W—外嚙合、G—公用齒輪、ZU—錐齒輪。特點(diǎn)及用途：（1）NGW型：效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、傳遞功率范圍大，可用于種工作條件，在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣。（2）NW型：效率高徑向尺寸比NGW型小，傳動(dòng)比范圍較NGW型大，可用于各種工作條件，但由于雙聯(lián)行星齒輪同時(shí)與兩個(gè)中心輪相嚙合，制造工藝較復(fù)雜，因此在同樣能夠滿足傳動(dòng)比的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇NGW型，而不用NW型。（3）WW型：傳動(dòng)比范圍大，但外型尺寸及重量較大，效率低，制造困難，一般不用作動(dòng)力傳動(dòng)。（4）NN型：傳動(dòng)比范圍大，效率雖比WW型高，但仍然較低，可用于短期工作。（5）N型：傳動(dòng)比范圍較大，結(jié)構(gòu)緊湊，行星輪的中心軸承受徑向較大，適用于小功率短期工作。（6）NGWN型：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動(dòng)比范圍大，但效率低于NGW型。工藝性差，適用于中小功率，短期工作。（7）雙級(jí)NGW型：由NGW串聯(lián)，傳動(dòng)比范圍大，并具有NGW型特點(diǎn)。（8）ZUNGW型：主要用于差動(dòng)裝置。故行星傳動(dòng)部分的傳動(dòng)方式被選NGW型或是兩級(jí)NGW型較為合理。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的行星部分總傳動(dòng)比為28.6，為求減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單與緊湊，選兩級(jí)NGW型傳動(dòng)。4.3.3傳動(dòng)比的分配用角標(biāo)表示兩級(jí)NGW行星傳動(dòng)中高速級(jí)參數(shù)，用角標(biāo)表示低速級(jí)參數(shù)。設(shè)高速級(jí)與低速級(jí)的外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則，取，所以式中：—行星輪數(shù)；—齒寬系數(shù)；—載荷不均勻系數(shù)；—接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)；—?jiǎng)虞d系數(shù)；—接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)；—工作硬化系數(shù)；—計(jì)算齒輪的接觸疲勞極限。查得高速級(jí)傳動(dòng)比[18]則低速級(jí)傳動(dòng)比4.3.4高速級(jí)計(jì)算1.配齒計(jì)算選擇行星輪數(shù)目，取確定各齒數(shù)，按如下配齒方法進(jìn)行計(jì)算：適當(dāng)調(diào)整使C＝30則由于，查資料[18]可知此組合的齒數(shù)組合為標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)組合，采用非變位齒輪。2.按接觸強(qiáng)度計(jì)算a-c傳動(dòng)的中心距和模數(shù)（1）輸入扭矩N·m設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對(duì)a-c傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳動(dòng)的扭矩N·m查得接觸使用系數(shù)[18]齒數(shù)比（2）太陽(yáng)輪和行星輪的材料都用滲碳后淬火，齒面硬度HRC56～60，內(nèi)齒輪用35CrMo調(diào)質(zhì)，齒面硬度250～280HBS。（3）選取，取齒寬系數(shù)[18]（4）計(jì)算中心距mm則模數(shù)取。3.計(jì)算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽(yáng)輪：內(nèi)齒圈：

行星輪：（2）齒頂圓直徑：太陽(yáng)輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（3）齒根圓直徑：太陽(yáng)輪：內(nèi)齒圈：行星輪：4.校核計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)的工作壽命15年（每年按300天算），兩班制，則則可查得接觸疲勞壽命系數(shù)[17]N/mm式中：—安全系數(shù)；—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，N/mm；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)0.88；—潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)0.85；—工作硬化系數(shù)1.13；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)1.0；—計(jì)算接觸應(yīng)力，N/mm；—接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取為1。經(jīng)過比較符合設(shè)計(jì)要求。由于傳動(dòng)中，b-c是內(nèi)嚙合，承載能力高于內(nèi)嚙合，故不再校核。4.3.5低速級(jí)計(jì)算1.配齒計(jì)算選擇行星輪數(shù)目，取確定各齒數(shù)，按如下所述配齒方法進(jìn)行計(jì)算：適當(dāng)調(diào)整,使C＝34，則由于，由資料[18]可知此組合的齒數(shù)組合為標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)組合采用非變位齒輪。2.按接觸強(qiáng)度計(jì)算a-c傳動(dòng)的中心距和模數(shù)（1）輸入扭矩N·m設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對(duì)a-c傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳動(dòng)的扭矩N·m查得接觸使用系數(shù)[18]，齒數(shù)比（2）太陽(yáng)輪和行星輪的材料都用滲碳后淬火，齒面硬度HRC56～60，內(nèi)齒輪用35CrMo調(diào)質(zhì)，齒面硬度250～280HBS。（3）選取MPa，取齒寬系數(shù)[18]（4）計(jì)算中心距mm則模數(shù)取。3.計(jì)算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽(yáng)輪：mm內(nèi)齒圈：行星輪：（2）齒頂圓直徑：太陽(yáng)輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（3）齒根圓直徑：太陽(yáng)輪：內(nèi)齒圈：行星輪：4.校核計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)的工作壽命15年（每年按300天算），兩班制，則則可查得接觸疲勞壽命系數(shù)N/mm[17]式中：—安全系數(shù)；—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，N/mm；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)0.88；—潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)0.85；—工作硬化系數(shù)1.13；—接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)1；—計(jì)算接觸應(yīng)力，N/mm；—接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取為1。經(jīng)過比較符合設(shè)計(jì)要求。4.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算4.4.1軸的概述軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件（如齒輪、蝸桿）等，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此，軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，這類軸在各種機(jī)器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸以分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。軸還可按軸的形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類。直軸根據(jù)外形的不同，可以分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡(jiǎn)單，加工容易，應(yīng)力集中源少，但軸上零件不易裝配及定位；階梯軸與之正好相反。因此，光軸主要用于心軸和傳動(dòng)軸，階梯軸則學(xué)用于轉(zhuǎn)軸。4.4.2軸材料的選擇軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最為常用的是45鋼。合金鋼比碳鋼更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動(dòng)力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下的軸，學(xué)采用合金鋼。以下是軸的常用材料及其應(yīng)用場(chǎng)合：（1）Q235-A,主要用于不重要及愛載荷不大的軸；（2）45鋼，應(yīng)用最廣泛；（3）40Cr，用于載荷較大，而無(wú)很大沖擊的重要軸；（4）40CrNi，用于很重要的軸；（5）38SiMnMo，用于重要的軸，性能接近于40CrNi；（6）38CrMoAlA，用于要求高耐磨性高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸；（7）20Cr，用于要求強(qiáng)度高及韌性均較高的軸；（8）3Cr13，用于腐蝕條件下的軸；（9）QT600-3和QT800-2，可用于制造復(fù)雜外形的軸。故軸的材料選擇為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，241～286HBS。4.4.3各軸的計(jì)算軸的直徑取[17]（1）軸2（即一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的齒輪軸）mm軸肩mm則第二級(jí)行星傳動(dòng)中裝太陽(yáng)輪的軸mm取mm。（2）第三級(jí)行星輪傳動(dòng)中裝太陽(yáng)輪的軸r/minmm取mm階梯軸mm（3）第三級(jí)行星輪傳動(dòng)中，輸出軸kWr/minmm取mm軸肩取mm4.4.4軸的校核由以上計(jì)算，以及傳動(dòng)方案的特點(diǎn)，可以看出第三級(jí)太陽(yáng)輪軸傳遞的扭矩大，軸徑小，故此處應(yīng)為危險(xiǎn)截面。式中：—太陽(yáng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；—太陽(yáng)輪節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即分度圓直徑；—嚙合角，。NNN由于此時(shí)太陽(yáng)輪是浮動(dòng)的，而其軸段長(zhǎng)小于齒輪的厚度，故在彎曲方面沒有危險(xiǎn)?？古そ孛嫦禂?shù)軸最大切應(yīng)力MPa<800MPa經(jīng)過比較符合設(shè)計(jì)要求。4.5軸承的選擇4.5.1滾動(dòng)軸承類型的選擇滾動(dòng)軸承類型多種多樣，選用時(shí)可考慮以下方面因素，從而進(jìn)行選擇。1.載荷的大小、方向球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動(dòng)軸承受純軸向載荷時(shí)，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷時(shí)，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動(dòng)軸承受純徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時(shí)尤為適應(yīng)宜。2.軸承工作轉(zhuǎn)速因軸承的類型不同有很大的差異。一般情況下，摩擦小、發(fā)熱量少的軸承，適于高轉(zhuǎn)速。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求滾動(dòng)軸承在低于其極限轉(zhuǎn)速的條件下工作。3.軸承的剛性軸承承受負(fù)荷時(shí)，軸承套圈和滾動(dòng)體接觸處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過軸承的預(yù)緊來提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設(shè)計(jì)中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。4.調(diào)心性能和安裝誤差軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時(shí)常因軸產(chǎn)生撈度和熱膨脹等原因，使軸承承受過大的載荷，引起早期的損壞。自動(dòng)調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷，因而是適合此類用途的軸承。5.安裝和拆卸裝卸頻繁時(shí)，可選用分離型軸承，或選用內(nèi)圈為圓錐孔的、帶緊定套或退卸套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承。6.市場(chǎng)性即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場(chǎng)上不一定有銷售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。因而，應(yīng)清楚所用軸承是否易購(gòu)得。摩擦力矩需要低摩擦力矩的機(jī)械，應(yīng)盡量采用球軸承，還應(yīng)避免采用接觸式密封軸承。此設(shè)計(jì)選擇6019、6020、61908GB/272-93深溝球軸承和7010C、7232CGB/T292-94角接觸球軸承。4.5.2潤(rùn)滑與密封 1.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑主要是為了降低摩擦阻力和減輕磨損，同時(shí)也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用。合理的潤(rùn)滑對(duì)提高軸承性能，延長(zhǎng)軸承的使用壽命有重要意義。滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑材料有潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂及固體潤(rùn)滑劑，具體潤(rùn)滑方式可根據(jù)速度因素dn值，參考表4-1，d為軸頸直徑，mm；n為工作轉(zhuǎn)速，r/min。為了充分發(fā)揮軸承的性能，要防止?jié)櫥瑒┲兄蛴偷男孤?，而且還要防止有害異物從外部侵入軸承內(nèi)，因而有必要盡可能采用完全密封。密封裝置是軸承系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之一。設(shè)計(jì)要求應(yīng)能達(dá)到長(zhǎng)期密封和防塵作用；摩擦和安裝誤差都要??；拆卸、裝配方便且保養(yǎng)簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)采用的潤(rùn)滑方式是浸油、飛濺潤(rùn)滑。2.軸承的密封密封按照其原理不同可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類。非接觸式密封不受速度限制。接觸式密封只能用在線速度較低的場(chǎng)合，為保證密封的壽命及減少軸的磨損，軸接觸部分的硬度應(yīng)在HRC40以上，表面粗糙度宜小于Ra1.60μm～Ra0.80μm。本設(shè)計(jì)采用了O型密封圈、浮動(dòng)密封以及氈圈密封這三種密封形式。表4-1滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑方式的選擇軸承類型Dn(mm·f/min)浸油、飛濺潤(rùn)滑滴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑油物潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑深溝球軸承角接觸球軸承圓柱滾子軸承≤2.5×105≤4×105≤6×105≤6×105≤（2-3）×105圓錐滾子軸承≤1.6×105≤2.3×105≤3×105推力軸承≤0.6×105≤1.2×105≤1.5×1054.5.3滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算本設(shè)計(jì)中的7232C軸承的校核如下：其徑向載荷N軸向載荷（轉(zhuǎn)向阻力的均值）N表4-27232C角接觸球軸承的基本參數(shù)D(mm)d(mm)B(mm)(kN)(kN)29016048202245(1)求比值查得，[17]式中：—徑向載荷系數(shù)—軸向載荷系數(shù)(2)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷取[17]則N(3)軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值式中：—指數(shù)，球軸承時(shí)—軸承預(yù)期計(jì)算壽命n—軸承的轉(zhuǎn)速3.3r/min設(shè)軸承更換周期為一年則h180224.7N由以上的計(jì)算結(jié)果kN<Cor=245kN經(jīng)過比較符合設(shè)計(jì)要求。4.6鍵的選用4.6.1鍵的選擇1.平鍵的選擇鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作來選擇；鍵的尺寸則按符合規(guī)格和強(qiáng)度要求來取定。鍵的主要尺寸為其截面尺寸（一般以鍵寬b×鍵高h(yuǎn)表示）與長(zhǎng)度L。鍵的截面尺寸b×h按軸的d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。鍵的長(zhǎng)度L一般按輪轂的長(zhǎng)度而定，即鍵長(zhǎng)等于或略小于輪轂的長(zhǎng)度；所選的鍵