薄煤層電牽引采煤機牽引部結構設計

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中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計1目 錄目 錄 .1第一章 緒論 .21.1 項目設計研究的意義 .21.2 采煤機的國內外發(fā)展狀況 .31.2.1 國外采煤機的發(fā)展狀況 .31.2.2 國內采煤機的發(fā)展狀況 .51.3 采煤機簡述 .71.3.1 采煤機的分類 .71.3.2 滾筒式采煤機 .81.4 本文研究的內容 .10第二章 MG150/345 型交流電牽引采煤機 112.1 產品概述 .112.2 主要用途及適用范圍 .122.3 主要特點及技術參數 .122.3.1 主要特點 .122.3.2 主要技術參數 .132.4 采煤機的維護檢修 .142.5 采煤機的使用環(huán)境條件 15第三章 采煤機牽引部的設計 .163.1 牽引部概述 .163.2 牽引傳動部總體方案 .163.2.1 設計總則 .163.2.2 已知設計參數 .163.2.3 機械傳動系統(tǒng)總體設計 .173.3 傳動效率計算 .213.4 牽引部的主要參數 .213.5 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數 .22第一級增速圓柱直齒輪的設計計算及強度效核 .22中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計2第四章 齒輪傳動系統(tǒng)的具體設計與校核 .284.1 齒輪傳動系統(tǒng)概述 .284.1.1 齒輪傳動的分類 .284.1.2 行星齒輪傳動的特點 .294.1.3 常用齒輪材料 .314.1.4 采煤機齒輪材料選用 .314.2 第一級行星齒輪傳動的設計計算 .324.2.1 第一級行星齒輪的計算 .324.3 傳動系統(tǒng)關鍵零部件的校核 .434.3.1 齒輪 Z2 與軸聯接所用花鍵 43所以：花鍵強度校核通過。 .444.3.2 第二級行星傳動內齒圈與箱體聯接所用鍵 .444.3.3 第一級行星傳動行星架支承軸承 .454.3.4 第二級行星傳動行星架支承軸承 .454.3.5 牽三軸的強度校核 .46第五章 液壓制動器及調高裝置 .525.1 液壓制動器 .525.1.1 液壓制動工作原理 .525.1.2 液壓制動器的安裝 .525.1.3 液壓制動器的故障分析與檢修 .535.2 調高裝置 .535.2.1 調高裝置功能 .535.2.2 調高裝置工作原理 .545.2.3 調高油缸 .54第六章 結 語 .566.1 全文總結 .566.2 論文展望 .56參考文獻 .57英文原文 .58中文譯文 .67中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計3致 謝 .72全套圖紙，加 153893706中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計4第一章 緒論1.1 項目設計研究的意義為了提高工作面的生產效益，世界主要采煤國均紛紛致力于發(fā)展大型先進的綜采設備， 取得了顯著的效果，綜采工作面的生產能力和效益均大幅度提高。我國經濟的快速發(fā)展對煤炭需求大幅度增加，年產超 600 萬 t 高產高效工作面得到快速發(fā)展，采煤機的市場需求日益增加。電力電子技術、微電子技術、計算機計術的飛速發(fā)展，為開發(fā)集電力電子、信息采集、微機控制及智能監(jiān)測系統(tǒng)于一身的大采高重型電牽引采煤機創(chuàng)造了條件。我國在 90 年代初致力發(fā)展高產高效工作面，開發(fā)了日產 7000t 綜采成套設備， 但能真正實現高產高效的工作面依然較少，主要原因是受采煤機生產能力的限制，高產高效工作面要求采煤機具有高可靠性、大截割功率、大牽引力、大牽引速度， 并能較快發(fā)現故障和處理故障。當時國產采煤機難以滿足高產高效工作面的使用要求。為此“九五”期間立題研制“MG150/ 345 型采煤機”(項目編號:96 - 03)，并被列為原煤炭部重點項目。采煤機應有足夠的強度和良好的散熱條件，并具有靈活的操作性。設計搖臂要充分考慮結構強度，滾筒要針對采煤工作面地質條件進行設計，具有很強的過斷層能力，電氣設計必須考慮過斷層強烈沖擊的影響。采煤機要有適當的重量抗沖擊;同時要有足夠的牽引力過斷層。采煤機功率大，發(fā)熱量大，必須充分考慮各部件的散熱問題。為了適應采煤工況要求，必須實現機載交流變頻， “一拖一”方式平衡牽引，并開發(fā)保護、監(jiān)測功能齊全、運行可靠的程序。為使采煤機可靠運行，必須解決機器聯結的松動問題，除部件間中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計5用螺栓緊固外，采用多個高強度長螺桿和液壓螺母組合將機身三大段聯結起來形成一個剛性整體。根據國內外大功率大采高電牽引采煤機的主要技術參數和性能指標以及我國厚煤層的開采情況，分析大采高綜采工作面的生產能力和煤質硬度與所需的采煤機截割功率、滾筒直徑、滾筒轉速、牽引速度、牽引功率、調高油缸推拉力等采煤機主要性能參數的關系，在可行性、可靠性、先進性和經濟性等方面進行比較，并考慮與已有采煤機部分元部件的互換，最后確定設計 MG150 /345 型電牽引采煤機?？傮w結構如 (圖 1.1) 。1.2 采煤機的國內外發(fā)展狀況1.2.1 國外采煤機的發(fā)展狀況20 世紀 50 年代初，英國和德國研制出了滾筒式采煤機，這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾筒實現落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎。這種采煤機的主要缺點有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調整，對煤層厚度及其變化適應性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤機生產率的提高。進入 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進。①截煤滾筒可以在使用中調整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應性；②把圓筒形截割滾筒改進成螺旋葉片截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項關鍵的改進是滾筒式采煤機稱為現代化采煤機械的基礎。我國采煤機發(fā)展始于 20 世紀 70 年代初期，煤炭科學研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的 MD-150 型雙滾筒采煤機。70 年代中后期，又制造出 MLS3-170 型雙滾筒采煤機。那時我國采煤機的發(fā)展有以下特點：⑴ 裝機功率小； ⑵ 有鏈牽引，輸出牽引力??；⑶ 牽引速度低；⑷ 自開切口差；⑸ 工作可靠性較差。到了 20 世紀 80 年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期，當時世界主要采煤機生產國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進入了中國市場，為我們深入了解外國技術和掌握這些技術創(chuàng)造了條件，同時通過 20 世紀 70 年代自行研制采煤機的實踐，獲得了成功和失敗的經驗與教訓，確立了我國采煤機的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。據初步統(tǒng)計，20 世紀 80 年代我國自行開發(fā)和研制的采煤機品種有 50 余種，是我國采煤機收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，大量依靠進口的年代已一去不復返了。20 世紀 80 年代采煤機的發(fā)展有如下特點：1.重視采煤機系列的開發(fā)，擴大使用范圍20 世紀 70 年代開發(fā)的采煤機，一種類型只有一個品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。20 世紀 80 年代起重視系列化采煤機的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生出多種機型，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣不僅擴大了工作面的適應范圍，而且便于用戶中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計6配件的管理。采煤機系列化是 20 世紀 80 年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。2．元部件攻關先行，促使采煤機工作可靠性的提高總結 20 世紀 70 年代采煤機開發(fā)中的經驗教訓，元部件的可靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功關內容為：主電機的攻關，以解決燒機的現象；齒輪攻關，從選擇材質上，熱處理工藝上著手，學習國內外先進技術成功經驗，以德國齒輪為目標進行攻關，達到預期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關，主油泵和油馬達的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在 20 世紀 80 年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達、閥組和調速機構等都列入重點攻關內容。3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全在引進大功率采煤機的同時，無鏈牽引技術傳入中國，德國艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒軌式無鏈牽引占絕大多數，而且技術成熟。為此，我國研制采煤機的無鏈牽引都向引進機組的結構上靠攏。仿制和引進技術生產的采煤機更是如此。無鏈牽引使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機都采用無鏈牽引系統(tǒng)。隨著煤炭生產向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產高效工作面勢在必行，之后電牽引采煤機則應勢而出。最早的也是世界第一臺直流電牽引（他勵）采煤機是由德國艾柯夫公司 1976年研制的 EDW-150-2L 型采煤機，同年美國久益公司也研制出 1LS 直流（串勵）電牽引采煤機。近年來電牽引采煤機的使用日趨增多：1991 年報導美國電牽引采煤機占采煤機總量的 65％，德國 51％，澳大利亞 46％；1994 年美國 98.7％，只有一臺液壓牽引采煤機。我國也重視電牽引采煤機的發(fā)展，1987 年從美國久益公司引進了 3LS 直流電牽引采煤機 2 臺，在鶴崗礦務局興安煤礦使用；1990 年我國雞西煤礦機械廠生產了 MG463DW 型直流電牽引采煤機：1994 年西安煤礦機械廠生產了MXA-380 型直流電牽引采煤機，1996 年生產了 MXB-880 型直流電牽引采煤機。目前，我國采煤機也以電牽引為主流，它具有如下優(yōu)點：⑴ 牽引特性較好采煤機牽引負載特性在截割時多為恒轉矩特性，所需動力機械特性為硬特性；調動時是恒功率特性，所需動力機械特性為軟特性。這對于電動機或泵—馬達系統(tǒng)只有調速才能滿足這種恒轉矩—恒功率的負載特性，這種特性是人為機械特性，即負載的變化按人規(guī)定的規(guī)律來變化。⑵ 機械傳動效率高電牽引沒有能量多次轉換問題，總效率可達 0.9 以上，而液壓牽引一般在 0.65～0.70。⑶ 牽引力大，牽引速度高中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計7液壓牽引性能指標的提高，必須采用大功率液壓泵和液壓馬達，其壽命較短，可靠性較差，這也限制了截割功率進一步增大。目前電牽引采煤機的牽引力可達 950KN；電牽引采煤機的牽引速度已達到：截割時 812m/min，最大可達 25 m/min，裝機總功率：電牽引已達到 1530KW，而液壓牽引為900KW 和 1000KW。⑷ 工作可靠性提高ELECTRA1000 電牽引采煤機在美國、英國、一些礦的可用率為96％～98％；液壓牽引采煤機的可用率一般在 50％～60％以下。⑸ 易于實現微機自動控制由于微機控制的功能齊全、計算速度極快、與電牽引電控的電參數容易配合，因此，易于實現工況監(jiān)測、機電保護、故障診斷、數據顯示。特別是動態(tài)響應很快，德國 EE—23 電牽引部的自動調整時間只需持 30ms；而液壓牽引的自動調整時間一般在 10～20s。⑹ 機械傳動和結構較簡單電牽引采煤機采用了多電機和獨立驅動、模塊式結構設計，使傳動系統(tǒng)和結構簡化。特別是截割電動機橫向布置，取消了壽命較短、傳動效率較低、調整嚙合間隙較復雜圓錐齒輪。⑺ 生產率顯著提高由于牽引力大、牽引速度高、截割電動機功率大，尤其是故障率非常低，因而使生產率大大提高。1.2.2 國內采煤機的發(fā)展狀況⑴ 電牽引采煤機已成為國內采煤機的研究重點國內從 90 年代初已逐步停止研究開發(fā)液壓牽引采煤機將研究重點轉向電牽引采煤機;通過交流、直流電牽引采煤機的對比研究，已基本確定以交流變頻調速電牽引采煤機為今后電牽引采煤機的發(fā)展方向。電牽引替代液壓牽引，交流調速代替直流調速已成為國內采煤機的發(fā)展方向。⑵ 裝機功率不斷增加為了滿足高產高效綜采工作面快速割煤對采煤機的高強度、高性能需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機，其裝機功率(包括截割功率和牽引功率)均在不斷加大，最大已達 1020kW，其中截割電機功率達 450k W，牽引電機功率達 2×50kW。⑶ 牽引速度和牽引力不斷增大電牽引采煤機最大牽引速度已達 14.5m/min，牽引力已普遍增大到450～600kN。⑷ 電機橫向布置總體結構發(fā)展迅速近年來，我國基本停止了截割電左尼縱向布置采煤機的研制，新研制的采煤機中已廣泛采用了多電機驅動橫向布置的總體結構。⑸ 控制系統(tǒng)日趨完善中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計8采煤機電氣控制功能逐步齊全，可靠性不斷提高，在通用性互換性和集成化等方面已有較大進步；開發(fā)了可靠的防爆全中文界面的 PLC 控制系統(tǒng)，實現了運行狀態(tài)的監(jiān)控、監(jiān)測功能，以及故障記憶和診斷功能;研制成功井下無線電離機控制并得到推廣使用。⑹ 滾筒截深不斷增大目前已由 630mm 增至 800mm，預計今后可能增至 1000mm。⑺ 采煤機的可靠性將成為國產采煤機越來越重要的性能指標隨著高產高效礦井的建設和發(fā)展，要求采煤工作面逐步達到日產 7000 ～10000t 水平。采煤機及其系統(tǒng)的可靠性將成為影響礦井原煤產量關鍵因素越來越受到重視，成為中國采煤機越來越重要的綜合性能指標。電牽引采煤機經過 25 年的發(fā)展，技術已趨成熟。新一代大功率電牽引采煤機已集中采用了當今世界最先進的科學技術成為具有人工智能的高自動化機電設備代替液壓牽引已成必然。技術發(fā)展趨勢可簡要歸結如下:⑴ 電牽引系統(tǒng)向交流變頻調速牽引系統(tǒng)發(fā)展。⑵ 結構形式向多電機驅動橫向布置發(fā)展。⑶ 監(jiān)控技術向自動化、智能化、工作面系統(tǒng)控制及遠程監(jiān)控發(fā)展。⑷ 性能參數向大功率、高參數發(fā)展。⑸ 綜合性能向高可靠性和高利用率發(fā)展。國內電牽引采煤機研制方向與國際發(fā)展基本一致經過近 15 年的研究，已取得較大進展但離國際先進水平特別是在監(jiān)控技術及可靠性方面尚有較大差距，必須進行大量的技術和試驗研究。90 年代是采煤機新技術不斷發(fā)展的時代，電牽引技術、多電機驅動、交流變頻調速技術、液壓緊固技術、工況監(jiān)測顯示技術等不斷發(fā)展。1994 年由上海煤礦機械研究所設計，雞西煤礦機械廠生產出我國第一臺 MG463-WD 型交變額電牽引采煤機，性能良好，電牽引采煤機成為我國第四代采煤機。如圖 1.6 所示，該型采煤機采用多電動機驅動，橫向布置，易安裝和維護，電控為機載方式，結構緊湊，整機為無底托架、整體積木式組合結構，各部件間為干式對接，對接面間無任何機械或液壓連帶關系。主控制器采用了計算機技術，使系統(tǒng)性能可靠，抗干擾能力強，具有完備的保護、故障診斷和顯示功能，并可根據需要實現無線電搖控。截割部為整體搖臂結構，可實現截割部整體調高，使得該機整體強度高，結構緊湊合理，外形美觀對稱。搖臂采用外水套冷卻及內部分腔潤滑措施，冷卻效果好，解決了大傾角時傳動齒輪的潤滑問題，牽引部行走機構為擺線輪一銷軌無鏈牽引。進入 21 世紀，隨著中國經濟的發(fā)展和高新技術的不斷應用和發(fā)展，采煤機技術得到了飛速發(fā)展，本世紀初，大傾角電牽引采煤機、短壁電牽引采煤機相繼研制成功，標志著我國采煤機總體設計技術己處于國際先進水平；能量回饋型四象限交流變頻技術、中壓開關磁阻調速、中壓電磁調速、中壓變頻調速等調速技術在采煤機的相繼應用，標志著我國采煤機電氣調速技術已中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計9接近國際水平。截止目前，我國已形成 4 個電牽引采煤機生產基地，分別為：雞西煤礦機械廠、太原礦山機器、上海天地科技和西安煤礦機械廠。主要技術參數見表 1.1。表 1.1 國產采煤機主要技術特征和使用概況生產廠家 上海天地科技 西安煤礦機械廠 雞西煤礦機械廠 太原礦山機器型號MG 750/1815-GWDMG 800/1915-GWDMG 900/2215-GWDMG 800/1910-WDMG 850/2040-WDMGTY 750/1800-3.3D截高 2.8~5.3 2.8~5.2 2.8~5.5 2.8~5.5截深 0.8~1.0 0.8~1.0 0.8~1.0 0.8~1.0截割功率 750 750 900 800 850 750牽引功率 90 110 110 110 120 90泵站功率 35 40 40 35破碎功率 100 160 160 150 160 100裝機功率 1 815 1 915 2 215 1 910 2 040 1 800變頻器 安川 CIMR—G7 ABB ACS 800 ABB ACS 800 ABB ACS 800故障診斷檢測 較全面 較簡單 較全面 較全面主控 工控機 CAN 總線 PLC 工控機 CAN 總線 工控機 CAN 總線遠程通訊 有 無 有 有記憶截割 有 無 有 有1.3 采煤機簡述1.3.1 采煤機的分類滾筒采煤機的類型很多，可按滾筒數目、行走機構形式、行走驅動裝置的調速傳動方式、行走部布置位置、機身與工作面輸送乳汁機配合導向方式、總體結構布置方式等分類。按滾筒數目分為單滾筒和雙滾筒采煤機，其中雙滾筒采煤機應用最普遍。按行走機構形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機。按行走驅動裝置的調速方式分機械調速、液壓調速和電氣調速滾筒采煤機（通常簡稱機械牽引、液壓牽引和電牽引采煤機） 。按行走部布置位置分內牽引和外牽引采煤機。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計10按機身與工作面輸送機的配合導向方式分騎槽式和爬底板式采煤機。按總體結構布置方式分截割（主）電動機縱向布置在搖臂上的采煤機和截割（主）電動機橫向布置在機身上的采煤機、截割電動機橫向布置在搖臂上的采煤機。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機。1.3.2 滾筒式采煤機滾筒式采煤機是一種銑削式淺截深采煤機，它由截割部分、牽引部分和動力部分組成。截割部分包括工作機構和減速器，牽引部分包括行走機構（鏈輪、牽引鏈及其拉緊裝置）和液壓傳動裝置，動力部分包括電動機和電氣控制箱。另外，還有輔助裝置，包括底托架、電纜架、噴霧裝置和信號照明等設備。滾筒采煤機適于在煤層厚度變化小、無夾石、地質構造簡單、煤層傾角 15°以下、頂板易于管理的條件下使用。傾角較大時，需裝防滑裝置。滾筒采煤機騎在可彎曲刮板輸送機上工作，沿工作面往返運行。螺旋式滾筒上裝有按一定規(guī)律排列的截齒。滾筒轉動時，截齒按一定順序在煤體上先后截出很多溝槽，使溝槽之間的煤體破落，通過滾筒旋葉和弧形擋煤板裝入輸送機。滾筒直徑為測量到截齒齒尖的截割直徑。根據滾筒數目，滾筒式采煤機可以分為單滾筒和雙滾筒兩種：（1）單滾筒采煤機單滾筒采煤機的進刀方式有三種：① 先進刀后移機頭，一般采用斜切進刀，這種方式簡單易行，但進刀時間長；② 先移機頭后進刀，能充分利用工時，但開缺口工作量大；③ 進刀同時移機頭，進刀簡單，時間短，但需強力推移輸送機的設備。割煤方式有兩種：① 單向采煤，采煤機上行進一刀割煤，下行裝煤。優(yōu)點是能充分利用機器裝煤，效率高，但工作面割一刀時間長，頂板懸露時間長，一般適用于頂板穩(wěn)定、采高較大、裝余煤量大的煤層。② 雙向采煤，往返各進一刀。優(yōu)點是能提高工時利用率，工作面生產能力大，支護頂板及時，工序緊湊，但采高大時清浮煤工作量大。（2）雙滾筒采煤機雙滾筒采煤機為一次采全厚，采煤機兩端各有一個滾筒。前滾筒在上割頂煤，后滾筒在下割底煤。兩滾筒一般相背旋轉，司機左側滾筒用左螺旋，司機右側滾筒用右螺旋。也可相向旋轉，司機左側滾筒用右螺旋，司機右側滾筒用左螺旋。一般采用雙向采煤，先進刀后移機頭的斜切進刀方式；也可采用進刀同時移機頭的正切進刀方式。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計111-截割部；2-軸承架； 3-牽引部；4-動力箱；5-中間箱；6-液壓裝置圖 1.1 采煤機總體結構圖如圖 1.1 所示，該采煤機主要由牽引部、截割部、電動機和附屬裝置等部分組成。電動機是采煤機的動力部分，它通過兩端輸出軸分別驅動兩個截割部和牽引部。采煤機的電機都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動機的尺寸。牽引部通過其主動齒輪與固定在工作面輸送機一側的銷軌嚙合，使采煤機沿工作面移動，因此，牽引部是采煤機的行走機構。左右截害 U 部減速箱將電動機的動力經齒輪減速后傳給搖臂的齒輪，驅動滾筒旋轉。滾筒是采煤機落煤和裝煤的工作機構，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機中。為提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側裝有弧形擋煤板，它可以根據不同的采煤方向來回旋轉180°。在采煤機兩個牽引部主動齒輪的對面分別有兩個滑靴，通過它們將采煤機騎在刮板輸送機上。這兩個滑靴套在輸送機的導向管上，以保證采煤機的可靠導向。底托架內的調高油缸可使搖臂連同滾筒升降，以調節(jié)來煤機的采高。調斜油缸用于調整采煤機的縱向傾斜度，以適應煤層沿走向起伏不平時的截割要求。電器控制箱內部裝有各種電控元件。用于采煤機的各種電氣控制和保護。此外為降低電動機和牽引部的溫度并提供內外噴霧降塵用水，采煤機設有專門的供水系統(tǒng)。采煤機的電纜和水管夾持在拖纜裝置內，并由采煤機拉動在工作面輸送機的電纜槽中卷起或展開。采煤機的工作是通過一邊截割部滾筒割煤、裝煤，一邊牽引部驅動采煤機向前移動來實現的。（3）滾筒式采煤機特點滾筒式采煤機具有以下特點：1）使用范圍廣。滾筒采煤機對煤層地質條件的要求較低，對于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質的頂板等煤層條件，采煤機都能適應；2）調高方便，免開缺口；中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計123）功率大、生產率高、工作可靠；4）操作方便并有完善的保護、監(jiān)測系統(tǒng)；5）向標準化、系列化、通用化發(fā)展。但是滾筒采煤機也有其缺點：結構復雜，價格昂貴；割落的煤的塊度小，粉塵含量多，因而破碎單位體積煤的能量消耗大。1.4 本文研究的內容基于上述的課題背景，在導師的指導下，經過近三個月的努力，根據已知設計參數，我完成了薄煤層電牽引采煤機牽引部的結構設計：（1）根據已知設計參數條件，提出了采煤機牽引部的整體設計方案，完成牽引部的結構設計：包括牽引箱體以及內部機械傳動系統(tǒng)。其中機械傳動部分的傳動形式主要是二級直齒圓柱齒輪傳動和二級 NGW 型行星齒輪傳動，它充分利用了行星齒輪傳動的優(yōu)點，不僅可以實現各軸的傳動，有利于系統(tǒng)在井下的布置，還可以承載大載荷，傳動效率也很高。除此以外，在論文中還會簡要介紹采煤機的整機結構組成，工作原理以及使用、維護和檢修。（2）在工程生產尤其煤礦部門，安全可靠性是一項重要的內容。在本文設計的采煤機牽引部更是如此，因為一旦發(fā)生意外將產生不可估量的后果對生產以及人身安全產生不可估量的后果。對于牽引部的重要零部件，比如行星輪系，各傳動軸，軸承以及連接鍵運用傳統(tǒng)的材料力學進行分析校核。（3）運用清華天河 2004 軟件參考 MG150/345 型采煤機完成了該薄煤層電牽引采煤機總圖、牽引部裝配圖以及部分零件圖。通過二維 CAD 圖較為清晰的展現了該薄煤層采煤機牽引部的整體布置、傳動系統(tǒng)系統(tǒng)的原理與結構以及各零部件間的裝配關系。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計13第二章 MG150/345 型交流電牽引采煤機2.1 產品概述MG150/345-W型薄煤層液壓牽引采煤機(以下簡稱MG150/345-W采煤機)，為多電機橫向布置液壓無鏈牽引采煤機，該機裝機總功率345kW，截割功率2×150kW，牽引功率 45kW，采用液壓無級調速系統(tǒng)來控制采煤機牽引速度。MG150/345-W采煤機，主機身分左右兩個箱體，采用高強度液壓螺栓連接。左箱體包括左行走部和電控部分, 右箱體包括牽引電機、右行走部和液壓泵箱等。此結構簡單、可靠，整機尺寸小，機身高度低，適合薄煤層開采。多電機驅動采用橫向布置形式，拆裝方便。在主機身右箱體中橫向裝有牽引電機，通過牽引機構為采煤機提供300kN的牽引力。采煤機控制面板位于主機身左箱體電控隔腔，除油馬達外，所有液壓元件都安裝在液壓泵箱內。液壓調高手把設在主機身左右兩側，控制采煤機左、右搖臂的升降。瓦斯斷電儀（型號：DJB4）接線根據其自身的使用說明書進行，電源由牽引變壓器提供，把其一組常閉接點串接在采煤機控制回路中，根據煤礦要求調整瓦斯超標動作值。瓦斯超標時，常閉接點打開，即控制真空磁力起動器斷電，使整機停止運轉。MG150/345-W 采煤機可根據用戶要求配置遙控裝置。采煤機電氣一級控制采用可編程序控制器（PLC）來實現，帶有中文顯示功能，能顯示采煤機正常運行狀態(tài)及電控故障指示,方便維修。采煤機可與SGZ630/150、 SGZ630/220B 型刮板輸送機配套。其外形如圖 2.1 所示：圖 2.1 MG150/345-W 型采煤機中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計14整機主要有下列幾部分組成：（1）截割部。截割部由左右滾筒、左右搖臂、內外噴霧冷卻裝置等組成起截煤和裝煤的作用。它采用了柔性并聯雙電機驅動、雙排四行星傳動、浮動密封、內置水冷等技術，實現了結構尺度小、功率大、可靠性高的要求。（2）牽引部。牽引部由左右牽引減速箱、行走輪組件、滑靴組件、調高泵箱、調高油缸等組成，是機器行走的執(zhí)行結構。它采用兩端下臥式液壓拉桿結構，設計了集成式雙級行星減速器，降低了機面高度，并且維修方便。（3）電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)由變壓器箱、交流變頻調速裝置、拖攬裝置等組組成，變壓器、變頻器位于順槽中，拖攬裝置固定在電控箱上。這是機器控制和保護裝置的首腦部分。（4）操作系統(tǒng)。本系列采煤機有三種操作：① 手動操作：操作點在調高泵箱和電控箱面板上；② 端頭站操作：電按鈕集中在電氣操作盒上，分別布置在機器兩端；③ 無線電遙控操作：司機隨身攜帶無線電遙控器，可以在機身周圍任何位置操作機器。這三種操作的功能是控制搖臂的升降、機器的牽引方向和速度以及停機等。2.2 主要用途及適用范圍該產品適用于采高0.9-2.0m，傾角≤35°，煤質中硬或中硬以下，含有少量夾矸的長壁式工作面。 MG150/ 345－ W 無 鏈 液 壓 牽 引分 隔 符 號 ： 右 邊 無 代 號 時 不 標 出裝 機 總 功 率 （ kW）分 隔 符 號 ： 代 表 多 電 機 橫 向 布 置 方 式采 煤 機 代 號 ： M－ 采 煤 機 G－ 滾 筒 式截 割 電 機 功 率 （ kW）2.3 主要特點及技術參數2.3.1 主要特點該型采煤機具有以下的主要特點：１、主機身分左右兩個箱體，采用高強度液壓螺栓連接。此結構簡單可靠、拆裝方便，且尺寸小，大大的降低了采煤機的機身高度，適用薄煤層開采。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計152、截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身連接沒有動力傳遞，取消了螺旋傘齒輪和結構復雜的通軸。3、液壓系統(tǒng)采用斜軸式柱塞馬達，主要元部件與成熟采煤機通用，系統(tǒng)效率高，故障率低，互換性好。4、主要部件都可以從老塘側抽出，而不影響其它元部件，更換容易，維修方便。5、采煤機電氣一級控制采用可編程序控制器（PLC）來實現，帶有中文顯示功能，能顯示采煤機正常運行狀態(tài)及電控故障指示,方便維修。2.3.2 主要技術參數該機的主要技術參數如下：1、適應煤層采高范圍(m) ： 0.9-2.0煤層傾角（°）： ≤35°煤質硬度： 中硬或中硬以下2、總體機身厚度（mm）： 400機面高度（mm）： 750-850最大采高（mm）： 1700-2000最小臥底量（mm）： 110搖臂擺動中心距（mm）： 4620行走輪中心距（mm）： 3020過煤高度（mm）： 205滾筒直徑（mm）： φ900、φ1000、 φ1100截深(mm)： 630、8003、截割部搖臂結構形式： 整體、彎搖臂搖臂長度（mm）： 1736搖臂擺角（°）： 上擺 27° 下擺 11° 截割功率（kW ）： 2×150轉速（r/min）： 614、牽引行走部牽引形式： 齒輪銷排式電牽引牽引功率（kW ）： 18.5牽引速度（m/min）： 0—6牽引力（kN）： 300主油泵： ZB107油馬達： A2F107W6.1A2齒輪泵： CBK1016/6B3F中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計16液壓系統(tǒng)工作壓力（MPa）： 12調高系統(tǒng)工作壓力（MPa）： 185、電機截割電機電機型號： YBC2-150額定功率（kW ）： 150額定電壓（V）： 1140額定電流（A）： 97額定轉速（r.p.m）： 1455外形尺寸（mm）： 790×440×680牽引電機電機型號： KCB-18.5額定功率（kW ）： 18.5額定電壓（V）： 1140額定電流（A）： 25.5額定轉速（r.p.m）： 1000外形尺寸（mm）： 682×360×3886、電纜主電纜型號： UCPQ3×70＋1×25＋4×10標稱外徑(mm): φ66截割電機電纜型號: UCP3×35＋1×10 ＋4×4標稱外徑(mm): φ48.9牽引電機電纜型號: UCP3×10＋1×10標稱外徑(mm): φ31-φ38.27、冷卻和噴霧冷卻： 截割電機、牽引電機、泵箱、搖臂分別水冷噴霧方式： 內、外噴霧供水壓力(Mp): 3.0供水流量（l/min）： 2508、配套工作面刮板輸送機型號： SGZ630/150、SGZ630/220B9、整機重量（T）： 212.4 采煤機的維護檢修正確的維護和檢修，對提高機器的可靠性，減少事故率，延長使用壽命十分重要，一般分日檢、周檢、季檢和大修。（1）日檢中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計171）檢查各大部件聯接的液壓螺母及其他螺釘是否緊固齊全，發(fā)現松動要及時擰緊；2）電纜、水管、油管是否有擠壓和破損；3）檢查各壓力表是否損壞；4）各部位油位是否符合要求，是否有滲漏現象；5）各操作手柄、按鈕動作是否靈活；6）截齒和齒座是否損壞與丟失，截齒丟失，必須及時補上；7）噴嘴是否堵塞和損壞，水閥是否正常工作，堵塞的噴嘴要及時清洗更換；8）行走輪與導向滑靴的工作狀況；9）機器運轉時，各部位的油壓、溫升及聲響，以及段間連接是否有松動；10）水量檢查，特別是用作冷卻后噴出的水量一定要符合要求。（2）周檢1）清洗泵站及水閥中的過濾器濾芯；2）從放油口取樣化驗工作油中的過濾油質量是否符合要求；3）檢查和處理日檢中不能處理的問題，并對整機的大致情況作好記錄；4）檢查司機對采煤機得日常維護情況和故障記錄。（3）季檢季檢除了周檢內容外，對周檢處理不了的問題進行維護和檢修，并對采煤機司機的日檢、周檢進行檢查，并作好季檢記錄。（4）大修采煤機在采完一個工作面后應升井大修，大修要求采煤機進行解體清洗檢查，更換損壞零件，測量齒輪嚙合間隙，對液壓元件應按要求進行維護和實驗，電氣元件檢修更換時，應做電氣試驗。機器大修后，主要零部件應做性能試驗、整機空轉試驗，檢測有關參數，符合大修要求后方可下井。2.5 采煤機的使用環(huán)境條件（1）可在周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫、二氧化碳等不超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量的礦井中使用。（2）海拔高度小于2000m。（3）周圍介質溫度不超過+40℃、不低于-10℃。（4）環(huán)境溫度為+25℃時，周圍空氣相對濕度不大于97％。（5）周圍介質中無足以腐蝕和破壞絕緣的氣體和導電塵埃。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計18第三章 采煤機牽引部的設計3.1 牽引部概述采煤機牽引部擔負著移動采煤機，使機構連續(xù)落煤或調動機器的任務。牽引部包括牽引機構及傳動裝置兩部分。牽引機構是直接移動機器的裝置，有鏈牽引和無鏈牽引兩種類型。傳動裝置用來驅動牽引結構并實現牽引速度的調節(jié)。傳動裝置有機械傳動、液壓傳動和電傳動等類型，分別稱為機械牽引、液壓牽引和電牽引。牽引機構包括牽引減速箱和行走輪組件兩大部分組成。牽引減速箱內有兩級直齒圓柱齒輪傳動和兩級 NGW 行星齒輪傳動，還裝有牽引電動機及調高油缸等。其中，兩級直齒和第一級行星傳動均布置在一個獨立的小齒輪箱中，小齒輪箱和牽引殼體之間在通過銷子定位，螺釘把合組裝在一起。行走輪組件包括行走輪和導向滑靴和驅動輪等。牽引電機輸出的動力經減速后傳到行走輪組件的行走輪上，使其與刮板輸送機的銷軌相嚙合，使采煤機行走。通過導向滑靴在銷軌上的限位對采煤機進行導向，并保證行走輪和銷軌的正常嚙合。為使采煤機能在較大傾角條件下安全工作，在每個牽引減速箱內設有一個液壓制動器，能可靠防滑，滿足大傾角工作面的使用需要。本牽引傳動裝置有如下特點：（1）采用銷軌式無鏈牽引，承載能力大，牽引力可達 520kN，導向好，拆裝、維修方便；（2） 采用二浮動、三行星輪行星減速機構，軸承壽命和齒輪的強度裕度大，可靠性高；（3） 導向滑靴回轉中心與行走輪中心同軸，保證行走輪與銷軌的正常嚙合；（4）行走輪組件中僅有行走輪，沒有驅動輪和中間惰輪，有效的降低了機面高度。3.2 牽引傳動部總體方案3.2.1 設計總則（1）煤礦生產，安全第一；（2）面向生產，力求實效，以滿足用戶最大實際需求；（3）貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標準及有關規(guī)定；（4）技術比較先進，在一般設計中進行改進，要求性能和壽命能有顯著中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計19的提高。3.2.2 已知設計參數（1）總裝機功率：345 kW （2）牽引部功率：18.5 kW（3）采高范圍：0.9～2.0 m（4）煤質硬度：f≤3（6）煤層傾角：γ≤35°（7）滾筒截深：630 mm（8）滾筒轉速：61 r/min（9）牽引電機轉速：1000r/min（10）牽引速度：0-6 m/min（11）牽引力：300 kN（12）牽引部供電電壓：380 V3.2.3 機械傳動系統(tǒng)總體設計（1）傳動系統(tǒng)方案如圖 3.1 所示，牽引電動機輸出軸花間通過聯軸節(jié)和小齒輪減速箱中的牽引Ⅰ軸相聯，再通過小齒輪減速箱中的 Z2、Z3、Z4 、Z5 直齒傳動后，將動力傳遞給由 Z6、Z7、Z8 組成的行星減速器 Ⅰ之后，行星架Ⅰ又將動力傳遞給由Z9、Z10、Z11 組成的行星減速器 Ⅱ。然后，行星架 Ⅱ通過內外花鍵將動力傳遞給行走輪組件中的長軸，行走輪組件中的長軸兩端均為外花鍵，除一端和行星架Ⅱ配合外，另一端也通過內外花鍵和行走輪 Z12 配合。最終實現將牽引電機輸出的扭矩傳遞給行走輪。行走輪 Z12 與工作面刮板機上的銷軌嚙合，實現采煤機沿刮板輸送機的行走。在Ⅰ軸的煤壁側可以安裝液壓制動器，以可靠地防止機器下滑，不裝制動器時，裝端蓋封油。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計20圖 3.1 牽引部傳動系統(tǒng)原理圖（2）牽引電動機的選取及使用圖 3.2 為隔爆型三相交流調速電動機外形結構圖，與變頻調速裝置配套，作為采煤機的牽引動力源，該系列隔爆型三相異步電動機適用于煤礦井下，供采煤機組作牽引動力。防爆性能符合 GB3836《 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備》的規(guī)定。可用于環(huán)境溫度不高于 40℃，相對濕度不大于 95%，且有甲烷或爆炸性粉塵的場合。選取牽引電動機的型號為 KCB-18.5，額定功率為 18.5kW，額定電壓為1140V，轉速為 1000r/min，其具體技術參數如表 3.1 所示。表 3.1 牽引電機具體技術參數型號 KCB-18.5 工作制 SI功率（ kW） 18.5 接法 Y極數 6 絕緣等級 E額定電壓（V） 1140 冷卻方式 水套冷卻額定電流（A） 25.5 冷卻水量（l/min） 20中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計21頻率（HZ ） 50 冷卻水壓（MPa）額定轉速（r/min） 1000 外形尺寸 682×360×388圖 3.2 牽引電機外形結構圖在下井前，應仔細檢查所有螺釘及其部件是否完好，出軸轉動是否靈活，觀察水道有無阻塞現象，測量其絕緣電阻，若其值低于規(guī)定值，電機必須進行干燥處理。開機前必須先通水，當斷水或者有其它異常聲響時，必須立即停機檢查。拆裝時應特別注意部件的隔爆面，不得損傷。（3）傳動比的分配及配齒情況根據該型號采煤機的大小和總體結構，選取采煤機的行走輪的齒數為，模數為 。120Z?30m?行走輪的節(jié)圓直徑為：=10×30 =300 mm12DZ?行走輪的轉速為：=9.55 r/min'max50vn????總傳動比為：=1000/9.55=104.7'i總傳動比等于各級傳動比的連乘積，即 123nii???如果把傳動比分配的合理，傳動系統(tǒng)結構緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但分配不合理，則其結果正好相反，因此分配傳動比時要考慮以下幾條原則：1） 各級傳動比應在每一級傳動所推薦的范圍內。一般圓柱直齒傳動比范圍中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計22在 2～4 之間，行星減速傳動比在 4～6 之間。2）兩級及兩級以上的齒輪傳動時，應盡可能使各級從動齒輪的浸油深度相近，以使各級齒輪得到良好的潤滑，并減少攪油損失。3）各級傳動尺寸要協(xié)調、合理。根據以上原則及總傳動比的大小，各級傳動比暫定為：第一級直齒傳動：i 1=1.74 第二級直齒傳動：i 2=2.12第一級行星齒輪傳動：i 3 =6.3第二級行星齒輪傳動：i 4 =4.5根據所選取的各齒輪參數，通過計算可得牽引傳動裝置的總傳動比為： i 總 =43/27*81/38*(1+71/13)*(1+61/17)=104.633.3 傳動效率計算1．各傳動件的效率為：（1）齒輪聯軸器的傳動效率 10.9??（2）滾動軸承效率 =0.98（8 對） ；2（3）直齒圓柱齒輪傳動效率 =0.98（兩級） ；3（4）行星齒輪組傳動效率 =0.975（兩級） ；4?（5）攪油效率 =0.99。52．總傳動效率為： 821345220.90.9.70.976???????總3.4 牽引部的主要參數通過以上的計算，可得采煤機牽引部的主要參數如下：（1）適用煤層采高范圍（m）：0.9-2.0煤層傾角（。 ）：≤35煤質硬度：f≤3（2）牽引電機電機型號：KCB-18.5中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計23額定功率（kw）：18.5額定電壓（v）：1140額定轉速（r.p.m）:1000（3）牽引牽引型式：齒輪銷排式電牽引牽引功率（kw）：18.5牽引力（kN）：300牽引速度（m/min）:0-6（4）總傳動比：104.73.5 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數 （1）將各軸進行編號如圖 3.3 所示，將各傳動軸進行編號如下：軸 1—電機輸出軸；軸 2—第一級直齒輸出軸；軸 3—惰輪中心軸；軸 4—第二級直齒輸出軸；軸 5—第一級行星架；軸 6—第二級行星架。圖 3.3 各傳動軸編號情況第一級減速圓柱直齒輪的設計計算及強度效核計算過程及說明 計算結果1) 選擇齒輪材料，確定許用應力查文獻 1 表 6.2 選 小齒輪 20CrMnTi 碳氮共滲淬火大齒輪 20CrMnTi 碳氮共滲HBS150?2中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計24許用接觸應力 ：??H?由文獻 1 式： minliHNSZ??接觸疲勞極限應力 ：2li1li?、查文獻 1 圖 6－4 得： 2lim/50H??2liN應力循環(huán)次數 N：由文獻 1 式 得：??708?)8301(66???hnjL812 .54.2/./ ?i則 查文獻 1 圖 6-5 得接觸強度得壽命系數(不許有點蝕 )2NZ?接觸強度最小安全系數 ：minHS按高可靠度查 取5.1~in1in???21 /702./650NH????23許用彎曲應力 ：??F由文獻 1 式 6-12 minlim/FXNFSY???彎曲疲勞極限 ：liF查文獻 1 圖 6-7 得： 2lim/70NF??2li21lim/50NH??2li810.64??N253121?NZminHS??2170N??25H??2m21lim/378NF??中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計25彎曲強度壽命系數 ：NY查文獻 1 圖 6-8 得：2?彎曲強度尺寸系數 ：XY查文獻 1 圖 6-9 得：?X彎曲強度最小安全系數 ：minFS取 3~4.1minFS5.in?則 ??min1lim1/FXNFSY???.5378?in2li2/FXF?.194?2) 齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級按估取圓周速度 ，31(0.~.2)/tvnpsmvt/4?參考文獻 1 表 6.7，表 6.8 選取小輪齒數 ： 1Z=21大輪齒數 ：521.74*3Z?齒數比 ：u＝1.74傳動比誤差22lim/94NF??121?NY1?XY5.1min?FS??21/70NF?2?svt/4?Ⅱ公差組 8 級=372Z＝211中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計26??05.4.687.24170./ ?????u小輪轉矩：＝ 291.81N·㎜1T載荷系數 ：K??KVA???使用系數 ：A查文獻 1 表 6.3 ＝1.75AK動載荷系數 ：V由推薦值 1.05~1.4齒向載荷分布系數 ： ?由推薦值 1.0~1.2齒間載荷分配系數 ：?K由推薦值 1.0~1.2則載荷系數 =1.75×1.2×1.1×1K材料彈性系數 ：EZ查文獻 1 表 6.4 節(jié)點區(qū)域系數 ：H查文獻 1 圖 6-3 得： 0,21?xo?重合度系數 ：?Z由推薦值 0.85~0.92≥1d33 481.257.08.198.06524 ????＝1.74074u合適=291.81 N·㎜1T＝1AK＝1.35V＝1.1?K＝1.1?K=1.45189.N/mEZ?=2.1H=1.17?Z中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計27則≥67.79 1d3) 齒根彎曲疲勞強度校核計算由文獻 1 式 ??FSFFYmbdKT????????12齒形系數 ：?Y查文獻 1 表 6.5 得：小輪 85.21??F大輪 3Y應力修正系數 ：?S查文獻 1 表 6.5 得：小輪 5.1??SY大輪 67重合度 ??????? ???tanttantZ21551????Z[ +???????????oo20t69csrot9]????tan24360arcstn43=-0.13重合度系數 ： ?Y0.257/????=0.25+0.75/1.64=0.707189.N/mEZ?≥67.79mm1d=147.5㎜ab2=65㎜ 85.21??FY34.1?S67.5??SY中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計28第二級直齒圓柱齒輪傳動的計算方法同第一級圓柱齒輪傳動相同，具體設計過程就不再重復，同樣，經過校核計算，所選取的齒輪個參數符合強度要求。故 07.451.82614720.31 ???F???12/9FmN??07.638.65.35F??52/.817F?4) 齒輪幾何尺寸計算齒輪模數 M=D/Z=77.79/27取 M=5分度圓直徑 ：d105mZ?a=5*(21+37)/2=145齒寬 b b=0.8*80=64大齒齒寬 b=65小齒齒寬 b=70mm齒頂圓直徑 ：ad1215amh??29aMZ齒根圓直徑 ：fd1210.5ffh??279ff=1.64??m=5mm=0.707?Ymd801?25中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計29第四章 齒輪傳動系統(tǒng)的具體設計與校核4.1 齒輪傳動系統(tǒng)概述4.1.1 齒輪傳動的分類齒輪傳動在各種機器和機械設備中已獲得了較廣泛的應用。例如，起重機械、工程機械、冶金機械、建筑機械、石油機械、紡織機械、機床、汽車、飛機、火炮、船舶和儀器、儀表中均采用了齒輪傳動。在上述各種機器設備和機械傳動裝置中，為了減速、增速和變速等特殊用途，經常采用一系列互相嚙合的齒輪所組成的傳動系統(tǒng)，在《機械原理》中，便將上述的齒輪傳動系統(tǒng)稱之為輪系。輪系可由各種類型的齒輪副組成。有錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據齒輪系運轉時其各齒輪的幾何軸線相對位置是否變動，齒輪傳動又可分為兩大類型：（1）普通齒輪傳動（定軸輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動；如果齒輪系中含有一個相交軸齒輪副和一個相錯軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳（空間齒輪傳動） 。（2）行星齒輪傳動（行星輪系）當齒輪系運轉時，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉，即在該齒輪系中，至少具有一個作行星運動的齒輪，如圖 3-2 所示。在上述齒輪傳動中，齒輪 a、b 和構件 x 均繞幾何軸線 轉動，而齒輪 c 是活套在構件 x 的軸上，它一方面O繞自身的自身的幾何軸線旋轉（自轉） ，同時又隨著幾何軸線繞固定的幾何軸線 旋轉（公轉） ，即齒輪 c 作行星運動；因此，稱該齒輪傳動為行星齒輪O傳動，即行星輪系。中國礦業(yè)大學 2013 屆本科生畢業(yè)設計30圖 4.1 行星齒輪傳動機構簡圖按工作條件，齒輪傳動可做成開式、半開式和閉式齒輪傳動。開式齒輪傳動，齒輪完全外露，易落入灰砂和雜物，不能保證良好的潤滑，故輪齒易磨損，多用于低速度、不重要的場合。半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池內，上裝護罩，但不封閉。閉式齒輪傳動，其齒輪和軸承完全封閉在箱體內，能保證良好的潤滑和較好的嚙合精度，為多數齒輪傳動所采用。齒輪傳動的失效主要發(fā)生在輪齒部位，其他部位很少失效。輪齒的主要失效形式主要有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損和塑性變形等幾種常見的形式。根據齒輪傳動的失效形式，確立相應的設計準則。由于磨損、塑性變形等的設計計算至今尚未建立完善的計算方法，所以目前一般齒輪傳動設計計算，通常按齒面接觸疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算。閉式齒輪傳動，主要失效形式是疲勞點蝕、疲勞折斷和齒面膠合。一般情況下，只進行齒面接觸疲勞強度計算。對于高速大功率的齒輪傳動，還應進行抗膠合計算。對于閉式軟齒面的齒輪傳動，主要是齒面接觸疲勞強度，其次才是齒根彎曲疲勞強度，一般來說，只要接觸疲勞強度滿足，彎曲疲勞強度一般是滿足的。對于閉式硬齒面的齒輪傳動，接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度一般不分主次。開式齒輪傳動，主要失效形式是疲勞折斷和齒面磨損。目前，只能進行彎曲疲勞強度計算，并將模數加大 10%~20%的辦法來考慮磨損的影響。4.1.2 行星齒輪傳動的特點行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨特的優(yōu)點。它的最顯著的特點是：在傳遞動力時它可以進行功率分流；同時，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動現在已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機械傳動系統(tǒng)中的減速器、增速器、和變速裝置。尤其是對于那些要求體積小、質量小、結構緊湊和傳動效率高的航空發(fā)動機、起重運輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動裝置，行星齒輪傳動已得到了越來越廣泛的應用。