1、 毕业设计1目 录1 概述 .31.1 皮带运输机的集中控起动方法比较 .31.2 液压泵控软起动减速器 .42 渐开线行星齿轮传动的特点及类型 .62.1 渐开线行星齿轮传动的特点 .62.2 渐开线行星齿轮传动的类型 .63 传动方案的确定 .73.1 额定工况下的传动比设计计算 .73.2 转动比方案确定 .74 传动比的优先分配 .114.1 齿轮精度及材料的选择 .114.2 优化设计方法介绍 .124.3 目标函数的建立 .135 锥齿轮设计计算 .175.1 锥齿轮设计 .175.2 锥齿轮校核 .186 行星齿轮设计计算 .196.1 2K-H 行星传动配齿计算 .19I.20
2、6.2 行星轮啮合模数计算 .216.3 齿轮的变位计算 .226.4 齿轮几何计算 .246.5 重合度计算 .256.6 啮合效率计算 .256.7 齿轮疲劳强度校核 .257 各级轴的设计与校验 .297.1 锥齿轮输入轴 .297.2 锥齿轮输出轴 .337.3 太阳轴的设计校验 .378 行星输出控制级设计 .408.1 内齿轮外制齿轮设计 .408.2 制动齿轮校核 .408.3 液压泵的选择及输出链选择 .42致 谢 .43毕业设计2参考文献 .44毕业设计31 概述1.1 皮带运输机的集中控起动方法比较1.1.1 控起动设备研究的必要性皮带运输机是化工，煤炭，冶金，建材，电力，
3、轻工，粮食，及至交通运输部门广泛使用的运输设备，随着现代科技的进步社会的发展，其重要性日趋明显，然而皮带运输机在使用运行过载中，由于各种因素的影响，经常发生断带，纵向撕裂，工作效率低等问题，因此，目前迫切需要一种性能良好的控启动设备，用的改善皮带运输机的启动性能，且在稳定运行时，保持高效率，及电机的功率平衡。1.1.2 软启动及其各种方法比较为了解决刮板输送机在重载下难启动的问题，我国重型刮板输送机普遍采用了双速电机拖动，这种方式属于刚性传动，在启动时键子中动负荷显著的增加，在运输中不能吸收由于各级原因而产生的动负荷，也不能对系统提供任何保护作用，刚性驱动启动时冲击电流延续时间较长，随着功率增
4、大，对电网冲击日益严重，在生产中也时常发生断键和烧毁电机的事故，为了抑制事故的发生，人们这时不断的增加键子强度和电机功率，却没有从拖动特性上去研究解决问题。近年来国外一些厂家（美国，德国等）已开始从传动系统的拖动特性来研究改善输送机启动和运转中存在的问题，并提出了“软启动”的概念，所谓软启动是相对刚性启动而言的，从传动上说就是使电机尽量在空载下启动，达到额定转速后，再使系统无冲击而慢慢运输起来转如正常运行。液力偶合器和液力变矩器是软启动方法中的一种，这种方法在启动时，偶合器不充液，电机在空载下启动，此时电机只带一个泵轮在空气中运转，惯量很小，加速很快，随着冲液量不断增加，拉矩不断增长，输送机在
5、平稳状态下缓慢启动起来，燃而，液力偶合器由于漏液，因而工作效率比较低，只能达到79%，起输入转矩与输出转矩是相等的，不能改善原动机的输出转矩，在启动过载中，不能有效的改变液力偶合器的冲液量，用时其调整性能较差，启动电流也比较大。行星减速器，具有效率高，维护费用少，生产成本低启动迅速平稳，线形度好，能使多电机驱动滚筒时的各电机负载趋于均匀，同时改变原动机输出转矩等许多优点。一般减速器为二自由度系统，在运输机启动时，二自由度等只使减速器跟着电机一起运行，当电机达到正常运行速度后，通过控制一个自由度，迫使行星齿轮减速器输出由于控制方式不同，也存在一些差异，上图是有制动器 1 制动器 2毕业设计4德国
6、亚琛工业大学教授克拖皮斯在一篇论文中论述的软启动减速器从图上下看出它是通过控制内齿轮运转，从而让行星架输出扭矩的方法，本方法对内齿轮的制动是采用齿轮制动，通过控制齿轮轴而达到目的，有的是采用两极摩擦离合器制动内齿轮，从而改变输出，效果一样，这种减速器具有下列优点， （1）实现电机空载启动（2）实现输送机软偶合过程（3）两极制动低速运行在重载工况从而实现过程保护（4）从是实拖过载保护功能来讲并不需要再增加附加费用从本设计看来，上述设计唯一的缺点是两极制动时，调级的危险，因而本设计将采用液压泵控实现无级调速的目的。1.2 液压泵控软起动减速器1.2.1 设计技术方案如上节所述，行星减速器具有很多优
7、点。因而本设计也毫例外，但两极制动很难改善跳级时的冲击作用。那无论对电机.胶带还是减速器本身,都存在不良影响。无级调速应该是发展的方向,而本设计偏重于机械方面。方案简图如下：6 578 4 2 31 1.输入锥齿轮 2.输出锥齿轮 3.太阳轮 4.行星架 5.行星轮 6.内齿轮 7.液压泵 8.制动齿轮由上图可见，从考虑电机安装及巷道布置出发使用了变向的锥齿轮。当电机起动时，液压泵空转可实现减速器空载起动。因为这时由于内齿轮运转，故其自由度为 2，行星架没有输出。当电机达到额定转速时，对液压泵缓慢加载，制动齿轮将内齿轮制动住，扭矩从行星架上输出逐渐增加一至达到内齿轮停止，扭矩全从行星架输出。毕
8、业设计51.2.2 行星减速器效率确定分析其结构，可得其工作效率公式= 12 22 v z式中: 1-联轴器效率 2-轴承效率 v-行星轮系效率 z-锥齿轮系效率取 1=0.99 2=0.99 v=0.98 z=0.96其中 v计算见后面相关部分综上所述= 12 22 v z0.904行星减速器的高效率传动，使之比起液压泵的软起动来又优越可很多，因而液压泵虽然亦能无级调速，但本设计不将之直接采用为起动装置。2 渐开线行星齿轮传动的特点及类型2.1 渐开线行星齿轮传动的特点随着现代工业技术的发展，对齿轮传动的承载能力.可靠性效率.圆周速度。体积和质量等技术和经济指标提出了越来越高的要求。渐开线行
9、星齿轮传动就是近 30 年来为满足这种需要而发展起来的新型传动之一。行星齿轮传动与普通齿轮传动相比即使在他们的零件材料和机械性能。制造精度和工作环境等均相同的条件下，前者都具有许多独特的优点。渐开线行星齿轮传动具有以下特点：(1).把定轴线传动改为动轴线传动(2).功率分流.采用数个行星齿轮传动载荷(3).合理地利用内齿合(4).结构紧凑.重量轻.体积小(5).传动效率高(6).传动比范围大.并可实现运动合成与分解，有级变速和无级变速(7).运动平稳，抗冲击和震动能力较强近代行星齿轮传动在结构设计上的重大突破就是成功的采用了均载机构,解决了由于制造.装配和构件变形等因素引起的各行星轮之间载荷不
10、均匀问题,使功率在各行星轮间均匀分流,从而使这种传动的特点得以充分发挥。在未出现均载机构以前,人们靠减小制造误差来解决均载问题，但这是很不经济，又十分困难的事。而且误差和变形总是难免的，不同类型的均载机构有不同的特点和适用范围。 2.2 渐开线行星齿轮传动的类型毕业设计6行星齿轮传动的类型有很多种。因此，在设计时必须首先合理的选用传动类型。在选择传动类型时，必须考虑以下几个因素：传动比要求.传动效率.外廓结构尺寸.制造装配工艺等。根据上述诸原因，先选择一种或几种传动类型方案并作分析比较，最后确定比较合理的类型方案。以上述六种传动型式看，NGW 型具有效率高.功率不限.体积小.重量轻.制造安装方
11、便等优点。故本设计选用 NGW 型传动方案。3 传动方案的确定3.1 额定工况下的传动比设计计算原始材料：皮带运输能力 Q=1000T/h电机功率 p e=132kw皮带速度 V 带=3.15m/s3.1.1 带宽选择根据公式 A=Q/3600vk 计算物料断面积其中 Q 为运输能力（T/h） 为物料密度 1.6 吨/米 3V 为带速 3.15m/s k 为系数取为 1A=1000/3600*1.6*3.15*1=0.055m 2按槽角 =30 o 堆积角 =20 o 得带宽 b=800mm3.1.2 皮带传动滚子直径选择根据带宽 b=800mm 和带长 l=1000m 选择皮带传动滚子直径定
12、为 500mm=0.5m3.1.3 电机选择根据原始资料要求 Pe=132kw 查煤矿机电产品目录决定选用 YBS-132 型电机1.型号说明YBS-132Y-输送机用 B-防爆式 S-异步机 132-额定功率 132 千瓦2.电机有关参数列表型号YBS-132功率（kw）132额定电压 Ve(v)660/1140额定电流Ie（A）174.1/100.5转速 r/min1475效率 94.5%功率因素cos0.85堵转电流/额定电流5.5堵转转矩/额定转矩2.3最大转矩/额定2.2电机外形 1243*660*780.5 重 1302 千克由西北煤矿机械总厂生产毕业设计73.1.4 传动比计算由
13、 V=wr=3.15=2n 1*0.25/60 n 1=120.32r/min传动比 i=n/n 1=1475/120.32=12.258863.2 转动比方案确定由上一章选择的传动比类型为 NGW 型，NGW 型的传动比范围在 2.7-9 以内。可见一级传动不能满足传动比要求范围，应使用两级 NGW 传动或一级普通齿轮加一级 NGW 传动即具有下图几种传动方案。( I )两级行星轮传动( II )毕业设计8一级直齿一级行星轮传动( III )一级锥齿一级行星轮传动比较上述三种方案：两级行星轮传动，传动比分配容易但从行星传动的特点上来看，多一级传动会给制造安装上造成困难且成本较高，体积较大。一
14、级直齿一级行星轮传动，结构简单制造安装容易，成本低，体积亦不大。但从考虑减速器在矿井安装上考虑，皮带纵向布置，则减速器必须横向布置，而电机是串在减速器上的。如果按图（）.（）布置电机，则巷道直径为电机长度加减速器长度加皮带宽度加人行道宽度，这样的巷道直径至少在数米左右，所以巷道加工成本会很高。即使采用拓宽机头处巷道的方法另加峒室安装电机，也会因启动.维修不方便而造成损失！本设计在进行多种方案比较的基础上拟采用了图的传动形式，即一级锥齿轮加一级行星轮传动。从软启动角度考虑制动内齿轮实现无级调速，故使用了液压泵控制内齿轮！综上本设计的传动方案定为图，加之制动机构得到了在第一章第二节内容介绍中的示意
15、图。即如下两种方案形式：毕业设计9( I )( II )至于两种方案的细微差别须在结构设计中考虑。因为存在轴承安装.评动件长度.及内齿轮定位等几方面的考虑。本设计采用了图，详见有关章节。4 传动比的优先分配4.1 齿轮精度及材料的选择采用齿形角 n=20o的直齿渐开线齿轮传动，精度等级定为 6 级.7 级。毕业设计10为避免根切，减小机构的尺寸和重量，改善齿轮副的摩擦情况，凑合中心距，提高承载能力，齿轮传动的行星轮故采用角度变位。齿轮材料采用 20CrMnT:的硬齿传动。为提高承载能力，内齿轮采用 40Cr 的软齿传动。一般太阳轮淬火硬度 HRC603.行星齿轮面硬度 HRC5558.芯部硬度
16、为 HRC33-38. 内齿圈 40Cr 采用调质后表面淬火或软氮化处理 HV650 .接触疲劳极限 Hlim和弯曲疲劳极限 Flim按文献4选取其下部值表于下：齿轮 材料 热处理 HlimMPa FlimMPa 精度小锥齿轮 1450 350大锥齿轮 1400 300太阳轮 350行星轮20CrMnT: 渗碳淬火HRC5862300内齿轮 40Cr 调整HB262293650 280 74.2 优化设计方法介绍一般优化设计实质是运用计算机技术高质。高效地完成设计任务，机械设计问题存在很多种可能设计方案。从若干方案中选一个最佳的过程就是优化过程。优化过程包括两方面：1.将工程实际问题模型化，即
17、抽象成为优化设计的数学模型2.应用优化计算方法的程序在计算机上求解数学模型4.2.1 优化计算方法过程：1.拟定设计变量2.建立目标函数，是用来评价设计变量好坏的函数。优化这个函数就可得到一组最优化设计变量3.找出约束条件，设计中必须满足一些限制条件4.优化计算有约束条件的最优化问题可以处理为无约束问题，而多变量的无约束问题又可转化为单变量无约束问题。因此无约束单变量优化方法是最基本的一种方法。0.618 法就是其中一种没有约束条件并且只有一个设计变量问题的数学模型，就是只有目标函数，而且目标函数为一元方程，求最优化解就是对一元方程求极值。对其中较简单的方程可以用古典微分学求解，而对于较复杂的问题，常常会遇到困难，使用数值迭代法可减少工作量，0.618 就是一种迭代法。4.2.2 0.618 法简介0.618 法就是先决定一个含有极小点的区间a,b，将其定为收索范围。试点 X1和 X2，分别从 a 端和 b 端向相反方向截取|b-a| 的 0.618034 点，经第一次迭代后去掉a，X 2或X 1，b部分，收索范围缩小，剩下的收索范围长度为0.618，再按 0.618 法在新的a,b中选取试点，直到求得的 F（x）对应的设计变量即为优化变量。
