采煤機(jī)減速器軸的設(shè)計(jì)及其計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1596采煤機(jī)減速器軸的設(shè)計(jì)及其計(jì)算過程案例 122111.1彈性扭矩軸的設(shè)計(jì) 127471.1.1估算該軸直徑 2297501.1.2疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 213891.2軸Ⅰ的設(shè)計(jì)及其計(jì)算 4209921.2.1選擇Ⅰ軸材料，并計(jì)算確定其許用應(yīng)力 5286921.2.2計(jì)算作用于軸上的圓周力與徑向力 5156481.2.3初算Ⅰ軸最小軸徑 520641.2.4計(jì)算扭矩與彎矩并繪圖 5228351.2.5軸Ⅰ強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 6141791.3軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算 7127351.3.1Ⅱ軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的確定 799421.3.2計(jì)算上得作用力計(jì)算 7292431.3.3最小軸徑的估算 7190651.3.4彎矩扭矩圖繪制（圖8.2） 890031.3.5軸強(qiáng)度的校驗(yàn)計(jì)算 97081.4軸Ⅲ的設(shè)計(jì)計(jì)算 9156411.4.1Ⅲ軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的確定 9411.4.2軸上作用力的計(jì)算 10103681.4.3估算Ⅲ軸的最小軸徑 10173691.4.4繪制Ⅲ軸的彎矩、扭矩圖（圖8.3） 10148161.4.5軸強(qiáng)度的校驗(yàn)計(jì)算 11122951.5Ⅳ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 12295831.5.1軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的計(jì)算 12273761.5.2軸上作用力的計(jì)算 12253561.5.3最小軸徑的估算 12131671.5.4繪制彎矩、扭矩圖（圖8.4） 12240201.5.5軸的強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算 13314641.6行星齒輪減速器行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算 14169161.1.1第一級(jí)行星齒輪減速器行星架設(shè)計(jì)計(jì)算 14306651.1.1.2軸最小軸徑的初步估算 14168091.1.2第二級(jí)行星齒輪減速器行星架設(shè)計(jì)計(jì)算 141.1彈性扭矩軸的設(shè)計(jì)已知：輸入功率為：P=300KW，轉(zhuǎn)速為：n=1485r/min。1.1.1估算該軸直徑選擇該軸材料為40Cr，查表得，該材料的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度為750MPa，彎曲疲勞極限為350MPa，屈服點(diǎn)極限為550MPa，扭轉(zhuǎn)疲勞極限為200MPa，硬度為241~286HRC。（查[2]表6-1-1得）該軸采用矩形花鍵，其幾何尺寸為：10×71×78×12。軸直徑由公式：d，取A0=110；得：=75.5mm。1.1.2疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算疲勞強(qiáng)度校驗(yàn)需滿足公式：；材料的扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1：τ-1=200MPa；查表得扭轉(zhuǎn)時(shí)有效集中系數(shù)kτ：kτ=1.505（查[8]表6-1-31得）；查表得表面質(zhì)量系數(shù)β：磨削加工時(shí)β=1（查[8]表6-1-37得）；查表得扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)εγ：εγ=0.72（查[8]表6-1-35得）；查表得扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力折算系數(shù)ψr：ψr=0.11（查[8]表6-1-34得）；查表得疲勞強(qiáng)度許用安全系數(shù)[S]：[S]=1.8（查[8]表6-1-27得）；τa、τm分別為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的幅值和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的平均值；取軸傳遞力矩為額定扭矩M：M=1948.9N/m；抗扭截面系數(shù)Wp：Wp=；軸的螺紋孔直徑do：do=16mm；光軸段直徑D：D=90mm。軸的薄弱環(huán)節(jié)的外徑d：d=D-（2~5）mm，取d=87mm；由上數(shù)據(jù)得：Wp=0.2×0.0873×=1.32×10-4；τa=τm==1.48×107Pa；S==1.14≥[S]=1.8。危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度安全系數(shù)需達(dá)到以下條件才能滿足所需要求：；取靜強(qiáng)度許用安全系數(shù)[Ss]:[Ss]=1；取軸的屈服極限強(qiáng)度τs：τs=550MPa；軸允許傳遞的最大載荷MT：MT=1948.98N.m；計(jì)算得：Ss=≥[Ss]。確定最大扭矩：若令MT=BMHMH為額定扭矩；為了使啟動(dòng)過程中的強(qiáng)度要求得以滿足，需使得：，；該公式中：，令Mmax=5000，則Km=2.57；安全系數(shù)β：β=1.2；B=βKm，B=3.08；MT=BMH，MT=6002.86。應(yīng)將扭轉(zhuǎn)軸的最高承載能力減小，使其小于齒輪的最高承載能力；其目的是為了防止齒輪一直作用于最高載荷上，從而造成齒輪的齒面磨損，或者輪齒斷裂，帶來不必要的損失，甚至造成事故。因此需將傳動(dòng)系統(tǒng)中的所有齒輪的抗沖擊斷裂強(qiáng)度按照要求進(jìn)行必要的校核驗(yàn)算：取材料抗拉強(qiáng)度σb為750MPa；qv、qb分別為齒形系數(shù)與重合度系數(shù)，且：qvqb=2；B為齒寬，m為模數(shù)：b取58mm，取m=4；綜上所述：應(yīng)取B為，B=1.24[13]。1.2軸Ⅰ的設(shè)計(jì)及其計(jì)算已知數(shù)據(jù)：1齒輪d1=189mm，B1=84mm，da1=203mm。Ⅰ軸P1=451.29KW，n1=1485r/min，T1=2934.4N.m選擇規(guī)格為10×72×78×12，C=0.4的內(nèi)花鍵；其大徑尺寸：；其小徑尺寸：；；D=mZ=112mm，Db=mZcosα=91.99mm，hs=.06m=2.4，Esv/tanαD=-208μm計(jì)算得：DFemax=107.34mm；Dii=109.34mm。1.2.1選擇Ⅰ軸材料，并計(jì)算確定其許用應(yīng)力因?yàn)?齒輪直徑較小，所以Ⅰ軸做為齒輪軸，其材料與齒輪一致，均為20CrMnTi，硬度及熱處理方式都與1齒輪相同。查表得該材料的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb=1100MPa，彎曲疲勞極限σ-1=525MPa，屈服點(diǎn)極限σs=850MPa，扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1=300MPa。1.2.2計(jì)算作用于軸上的圓周力與徑向力圓周力：2×2934.4/（189×10-3）=31051.85N徑向力：31051.85tan20°=11301.95N1.2.3初算Ⅰ軸最小軸徑已知公式：，取A0=110。得：d≥=74.23mm；為了保證軸的安全性，在估算所得得最小軸徑的基礎(chǔ)上加10%，所以取得最小軸徑為82mm。運(yùn)用軸肩進(jìn)行軸向定位，運(yùn)用花鍵定位齒輪。1.2.4計(jì)算扭矩與彎矩并繪圖支反力計(jì)算：=。31051.85-21269.06=9782.79N。截面處彎矩計(jì)算：MNH1=FNH1×100.5=22137540.53N畫出垂直面內(nèi)的彎矩圖（圖8.1d）支反力計(jì)算得：=FNV2=Fr1-FNV1=3560.65N。截面處彎矩計(jì)算得：MNV1=FNV1×100.5=778000.65N作出合成彎矩圖（圖8.1e）M=Ⅰ-Ⅰ截面：MⅠ==2274722.96N.mmTⅠ=1852700N.圖8.1Ⅰ軸扭矩、彎矩圖1.2.5軸Ⅰ強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算，式中a=0.1.=2531810.33N.mm應(yīng)力得：σca=45.92MPa。查表得許用應(yīng)力[σ-1]=60MPa（查[4]表15-1得）；因?yàn)棣襝a＜[σ-1]，所以，該軸的強(qiáng)度滿足工作要求，故而該軸安全。1.3軸Ⅱ的設(shè)計(jì)計(jì)算已知數(shù)據(jù)：2齒輪d2=252mmB2=76mmda2=266mm3齒輪d3=216mmB3=92mmda3=232mmⅡ軸：功率PⅡ=442.69KW轉(zhuǎn)速n2=1108.21r/min轉(zhuǎn)矩T2=3814.9N.m與2齒輪聯(lián)結(jié)的花鍵規(guī)格為：10×92×98×14，C=0.41.3.1Ⅱ軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的確定因?yàn)棰蜉S為齒輪軸，材料與齒輪3一致，均為20CrMnTi，硬度為56~62HRC。熱處理方式為滲碳淬火，低溫回火。查表得該材料的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb=1100MPa，彎曲疲勞極限σ-1=525MPa，屈服點(diǎn)極限σs=850MPa，扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1=300MPa。1.3.2計(jì)算上得作用力計(jì)算圓周力：Ft2==30.27698KN=30271.98NFt3==35323.15N徑向力：Fr2=Ft2tanα=30271.98×tan20°=11019.92NFr3=Ft3tanα=35323.15×tan20°=12851.58N[14]。1.3.3最小軸徑的估算，取得A0=110得d=81.01mm在估算所得的最小軸徑基礎(chǔ)上增加10%，確保軸的安全；取最小軸徑為90mm。軸承對(duì)稱安裝在其齒輪兩邊，用軸肩進(jìn)行定位，運(yùn)用花鍵連接來定位齒輪。1.3.4彎矩扭矩圖繪制（圖8.2）支反力計(jì)算：=33071.31NFNH2=Ft2+Ft3-FNH1，得FNH2=32523.82NⅠ-Ⅰ處彎矩：MNH1=FNH1×95.5=3158787.61N.mmⅡ-Ⅱ處彎矩：MNH2=FNH1×（95.5+109）-Ft2×109=3463914.58N.mm。支點(diǎn)反力計(jì)算：=17582.81N=6293.69NⅠ-Ⅰ處彎矩：1679158.36N.mmⅡ-Ⅱ處彎矩：72637.11N.mm。合成彎矩：M=Ⅰ-Ⅰ處：MⅠ=3577361.03N.mmⅡ-Ⅱ處：MⅡ=3464671.08N.mm扭矩·T2=3091670N.mm圖8.2Ⅱ軸彎矩、扭矩圖1.3.5軸強(qiáng)度的校驗(yàn)計(jì)算，a=0.6；=4029707.73N.mm壓力σca==55.28MPa；查表得許用應(yīng)力[σ-1]=60MPa,σca＜[σ-1];綜上所得數(shù)據(jù)得：該軸強(qiáng)度滿足所需的強(qiáng)度要求，故而該軸安全。1.4軸Ⅲ的設(shè)計(jì)計(jì)算已知數(shù)據(jù)：4齒輪d4=216mmB=87mmda4=232mmdf4=196mmⅢ軸P3=P2×0.99×0.98=429.50KWn3=1108.21r/minT3=9550P3/n3=3701.22N.m1.4.1Ⅲ軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的確定查表得，Ⅲ軸材料的力學(xué)性能為：抗拉強(qiáng)度σb=850MPa，彎曲疲勞強(qiáng)度σ-1=375MPa，屈服點(diǎn)極限σs=550MPa，扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1=215MPa。1.4.2軸上作用力的計(jì)算圓周力：Ft4==34270.56N；徑向力：Fr4=Ft4tanα=34270.56tan20°=12473.46N。1.4.3估算Ⅲ軸的最小軸徑，取得A0=110得，d=80.20mm，取最小軸徑為88mm。1.4.4繪制Ⅲ軸的彎矩、扭矩圖（圖8.3）支點(diǎn)反力：FNH1==15518.70N；FNH2==18751.86N；Ⅰ-Ⅰ處的彎矩計(jì)算：MNH1=FNH1×101.5=1575148.05N.mm。FNV1==5648.36N；FNV2=6825.1N；Ⅰ--Ⅰ截面處彎矩：MNV1=FNV1=573308.54N.mm。合成彎矩：M=Ⅰ-Ⅰ截面合成彎矩為：M=1676238.07N.mm。T3=3091670N.mm圖8.3Ⅲ軸彎矩、扭矩圖1.4.5軸強(qiáng)度的校驗(yàn)計(jì)算，a=0.6；得，McaⅠ=2500161.29N.mm，應(yīng)力計(jì)算:σca==31.69MPa,查表得，許用應(yīng)力為[σ-1]=300MPa；比較得：σca＜[σ-1]，綜上所得，該軸強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，故該軸安全。1.5Ⅳ軸的設(shè)計(jì)計(jì)算已知數(shù)據(jù)：8齒輪d8=272mm，B8=82mm，da8=288mm，df8=252mmⅣ軸PⅣ=392.23KW，nⅣ=900.98r/min，TⅣ=9550PⅣ/nⅣ=4157.47N.m；1.5.1軸材料的選擇，及許用應(yīng)力的計(jì)算Ⅳ軸所選材料也為20CrMnTi，材料性能數(shù)據(jù)與Ⅱ軸一致。1.5.2軸上作用力的計(jì)算圓周力：=30569.63N，徑向力：Fr8==11121.44N。1.5.3最小軸徑的估算，取得A0=110；得，d=83.37mm取d=90mm。1.5.4繪制彎矩、扭矩圖（圖8.4）FNH1==15284.82N，F(xiàn)NH2=Ft8-FNH1=15284.81N，MNH1=FNH1×85=1299209.7N.mm；FNV1==5563.22N，F(xiàn)NV2=Fr8-FNV1=5563.22N，MNV1=FNV1×85=472873.7N.mm;M=,得M=1382590.10N.mm。T=3780150N.mm。圖8.4Ⅳ軸彎矩、扭矩圖1.5.5軸的強(qiáng)度校驗(yàn)計(jì)算，a=0.6；得，Mca1=2656273.26N.mm。應(yīng)力計(jì)算：σca=Mca1/0.1d3，得σca=31.44MPa；查表得許用應(yīng)力[σ-1]=300MPa，比較得σca＜[σ-1]，綜上所得數(shù)據(jù)可知，該軸強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，故而該軸安全。1.6行星齒輪減速器行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.1第一級(jí)行星齒輪減速器行星架設(shè)計(jì)計(jì)算1.1.1.1選擇行星架