第3章縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1行走機(jī)構(gòu)的工作要求作為大型縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)的要求是實(shí)現(xiàn)縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)的既定參數(shù)：機(jī)重（t）40履帶行走速度（m/min）6.6行走機(jī)構(gòu)接地長度（cm）440行走機(jī)構(gòu)接地寬度(cm)59.53.2行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1履帶節(jié)距的計(jì)算（2-1）式中：—為機(jī)器自重，400。因此根據(jù)國家煤炭行業(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。3.2.2履帶牽引力的計(jì)算每條履帶的驅(qū)動(dòng)力（2-2）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；—履帶接地長度,4400m；e—機(jī)器重心的縱向偏移距離，B—履帶接地寬度，595mm。帶入（2-2）公式得3.2.3履帶功率計(jì)算每條履帶的功率（2-3）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（2-3）公式得3.2.4接地公稱比壓（2-4）式中：G—機(jī)器重量400000N；L—行走機(jī)構(gòu)接地長度440cm；b—行走機(jī)構(gòu)接地寬度59.5cm。3.2.5接地最大比壓（2-5）式中：B—兩履帶中心距160cm；n—履帶縱向偏心距60cm。3.3行走機(jī)構(gòu)各種阻力計(jì)算1.縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)在平巷行走阻力（3-1）式中：μ—滑動(dòng)阻力系數(shù)對煤底板和碎石底板取0.85則2.縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)在爬450坡時(shí)的阻力R0=400000×0.85×cos450+400000×sin450=523259N3.縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)靜止在斜坡上時(shí)的下滑力RxRx=GSinθ=400000×sin45°=282843N4.縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)在斜坡上時(shí)的下正壓力RyRy=GCosθ=400000×cos45°=282843N3.4驅(qū)動(dòng)輪各主要參數(shù)的確定1.驅(qū)動(dòng)齒數(shù)纏繞在主動(dòng)輪上的履帶板數(shù)量增多，可以提高履帶的速度一致性，降低鉸鏈的摩擦損耗，從而加大了驅(qū)動(dòng)輪的直徑，從而提高了車架的高度和質(zhì)量。通常是12-15，可以是整數(shù)，也可以是0.5。為了延長齒輪的使用壽命，通常在齒數(shù)為偶數(shù)時(shí)，半數(shù)主動(dòng)輪不參與嚙合，等齒面磨損較大時(shí)，將其拆卸，重新裝配，使不參與嚙合的齒重新起齒，延長其使用壽命。在單齒數(shù)為奇數(shù)的情況下，主動(dòng)輪上的齒依次與節(jié)銷相嚙合，也能提高齒輪的使用壽命。可選擇的齒數(shù)是23。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)根據(jù)齒輪的表面形貌，主動(dòng)輪的齒廓可以劃分為凸型、直型和凹型三種。主動(dòng)輪的齒廓要求如下：(1)實(shí)現(xiàn)了履帶節(jié)銷的平穩(wěn)進(jìn)出，減小了接觸表面受力；(2)為了減小齒面的磨損，輪齒表面的接觸應(yīng)力要小；(3)由于摩擦，履帶間距增加，履帶銷和傳動(dòng)齒仍然可以正常工作，不會(huì)出現(xiàn)脫鏈現(xiàn)象。傳動(dòng)齒的工作表面是軌道節(jié)銷與齒面接觸的位置，為了減小接觸應(yīng)力，設(shè)計(jì)成內(nèi)凹的形狀是合理的。隨著齒距的增加，齒根會(huì)沿著齒面向上爬行，為了確保齒根仍然能夠嚙合，齒根必須有一個(gè)較高的齒高。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：（4-4）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，。經(jīng)過比較驅(qū)動(dòng)輪能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.5行走機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的選擇3.5.1輸出扭矩計(jì)算（5-1）式中：F—每臺液壓馬達(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3.5.2液壓馬達(dá)排量計(jì)算（5-2）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：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)速根據(jù)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出扭矩確定實(shí)際壓差。3.6重輪的設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)前，世界各地的履帶工程機(jī)械中，存在著兩種類型：直軸式與凸肩式，其中直軸式結(jié)構(gòu)簡單，零部件較少，加工性能較好，但其承載能力較弱；凸肩型可以承受更大的軸向力，也可以承受更大的沖擊力，但是它的結(jié)構(gòu)要比凸肩型復(fù)雜得多。該方案使用的是直軸形式。從四個(gè)輪子帶統(tǒng)圖表中，可以對所述支重輪進(jìn)行選擇的參數(shù)如下：支重輪凸緣工作寬度支重輪軸長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支重輪強(qiáng)度計(jì)算為減少支重輪的磨損，輪緣對履帶的接觸應(yīng)力按下式計(jì)算：（6-1）式中：—輪緣對履帶的接觸應(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，。由上述計(jì)算可以得知支重輪能夠滿足設(shè)計(jì)要求。3.7張緊裝置(1)拉緊器主要包括：叉臂、漲緊缸、推桿、沖頭、沖頭、沖頭、沖頭及它們相應(yīng)的支承件等。(2)因?yàn)闈q緊油缸可以通過黃油噴頭，所以在緩沖彈簧預(yù)緊力不變的前提下，履帶的張緊程度取決于氣缸中的黃油量，這要看機(jī)器在工作之前的檢驗(yàn)，如果履帶太緊，可以根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，用機(jī)油來調(diào)整履帶的張緊度，所以，本次的計(jì)算，主要是用來計(jì)算彈簧的。(3)緩沖彈簧應(yīng)具有固定的預(yù)壓縮量，以便在履帶上形成張緊力，其功能是：在行進(jìn)過程中，即使受到輕微的外力，也就是松馳，也不會(huì)對履帶銷與主動(dòng)輪的嚙合造成影響，在后退時(shí)，也能確保充分的牽引力，并能維持履帶銷與主動(dòng)輪之間的正常嚙合。預(yù)緊力不宜太大，若有硬石夾在履帶與車輪間，或前方受到較大沖擊，則緩沖彈簧可再壓緊，以免損傷傳動(dòng)裝置。緩沖彈簧預(yù)緊力(7-1)式中：G—機(jī)器重量400000N。取緩沖彈簧工作行程終了時(shí)的壓縮力：取

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4.1.2傳動(dòng)比的分配減速器的總傳動(dòng)比減速器的傳動(dòng)如圖4-1：A1高速級中心輪X1高速級行星架B1高速級行星輪C1高速級內(nèi)齒輪A2低速級中心輪X2低速級行星架B2低速級行星輪C2低速級內(nèi)齒輪圖4-1行走減速器傳動(dòng)系統(tǒng)圖選用兩級NGW型行星齒輪傳動(dòng)與一級圓柱齒輪傳動(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，第一級是一對嚙合的圓柱齒輪，第二級與第三級是NGW型行星傳動(dòng)，第二級采用中心輪與行星輪都浮動(dòng)的方式，第三級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。在整個(gè)傳動(dòng)過程中，（表示油壓馬達(dá)對第一級小齒輪的傳動(dòng)比），（第一級齒輪傳動(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），則兩級行星傳動(dòng)的總傳動(dòng)比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)對第一級小齒輪的傳動(dòng)效率，；—8級圓柱齒輪傳動(dòng)效率，；—一對滾動(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/min1軸（一級圓柱齒輪減速器高速軸）r/min2軸（一級圓柱齒輪低速軸）5軸（減速器輸出軸）4.2一級圓柱齒輪傳動(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、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級精度。（3）材料的選擇由《機(jī)械設(shè)計(jì)》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；—?jiǎng)虞d系數(shù)，取；—齒間載荷分配系數(shù)，可選。—齒向載荷系數(shù)，，試取則（2）計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩（3）選（4）查得材料的彈性影響系數(shù)（5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞極限（6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)縱軸式懸臂掘進(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)（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（3）計(jì)算齒寬（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)查得由v=1.54m/s，8級精度，可查得由，查得故載荷系數(shù)（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑：（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；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為；（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；（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（4）計(jì)算載荷系數(shù)（5）查取齒形系數(shù)查得；（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得（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)。可取由齒面接觸疲勞強(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：大齒輪：（2）計(jì)算齒頂圓直徑：小齒輪：大齒輪：（3）計(jì)算齒根圓直徑：小齒輪：大齒輪：（4）計(jì)算齒寬：小齒輪：大齒輪：（5）驗(yàn)算：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)的概述行星輪系是一種可作減速、增速及差速機(jī)構(gòu)的動(dòng)軸齒輪。它通常由中心輪，內(nèi)環(huán)，行星輪，行星輪，行星輪等構(gòu)成。在傳送的過程中，內(nèi)齒圈靜止，太陽齒輪移動(dòng)，行星齒輪圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)行星架旋轉(zhuǎn)。在傳動(dòng)時(shí)，行星齒輪的軸心移動(dòng)。相對于一般的齒輪傳動(dòng)，行星齒輪傳動(dòng)的質(zhì)量輕，體積小，傳動(dòng)比大，效率高；其不足之處在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。行星齒輪既可以作為固定比率的變速器（減速器），又可以作為轉(zhuǎn)速合成或分解的設(shè)備（差速器）。它的使用越來越廣泛。4.3.2行星齒輪傳動(dòng)方式的選擇根據(jù)齒輪的嚙合形式可分為NNGW、WW、NW、NN、N、NGWN和ZUWGW等。它的符號含義是：N型內(nèi)嚙合，W型外嚙合，G型通用型，ZU型傘型。特性和作用：(1)NGW類型：效率高，尺寸小，質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，轉(zhuǎn)移功率范圍寬，適用于多種工況，是目前最廣泛的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。(2)NW-W型：具有更大的效率和更大的齒數(shù)比，適用于多種工況，但其加工過程較為復(fù)雜，在同等能滿足傳動(dòng)比的前提下，應(yīng)該選用NW-NW-NW-W。(3)WW型：其速比可調(diào)，但是外形和質(zhì)量都比較大，效率很低，加工難度很大，通常不作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。(4)NN類：其速比范圍廣，雖然其效率高于WW型，但仍偏小，適用于短時(shí)作業(yè)。(5)N類：其速比范圍大、結(jié)構(gòu)緊湊、中央軸承載更大的徑向力，適合短時(shí)、低功耗運(yùn)行。(6)NGWN型：結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，傳動(dòng)比范圍寬，但其效率比NGW型低，其主要特點(diǎn)是體積小，傳動(dòng)比小。工藝性不好，適合中、小功率、短時(shí)作業(yè)。(7)兩段式NGW：采用NGW的串聯(lián)方式，其速比范圍較大，且為NGW類型。(8)ZUNGW型：主要應(yīng)用在差速設(shè)備上。因此，選擇NGW式或者兩級NGW式是比較合理的。由于本次設(shè)計(jì)的行星齒輪副總速比是28.6，為了簡化和簡化減速器，選擇了NGW兩級傳動(dòng)。4.3.3傳動(dòng)比的分配用角標(biāo)表示兩級NGW行星傳動(dòng)中高速級參數(shù)，用角標(biāo)表示低速級參數(shù)。設(shè)高速級與低速級的外嚙合齒輪材料、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。查得高速級傳動(dòng)比則低速級傳動(dòng)比4.3.4高速級計(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）輸入扭矩設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對a-c傳動(dòng)中，太陽輪傳動(dòng)的扭矩查得接觸使用系數(shù)齒數(shù)比（2）太陽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)（4）計(jì)算中心距則模數(shù)取。3.計(jì)算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（2）齒頂圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（3）齒根圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：4.校核計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)縱軸式懸臂掘進(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)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）輸入扭矩設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對a-c傳動(dòng)中，太陽輪傳動(dòng)的扭矩查得接觸使用系數(shù)，齒數(shù)比（2）太陽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)（4）計(jì)算中心距則模數(shù)取。3.計(jì)算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（2）齒頂圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：（3）齒根圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：4.校核計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)縱軸式懸臂掘進(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)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軸的概述軸是一種重要的機(jī)械部件。凡是做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)部件（如齒輪和蝸桿），都要裝在軸上，以完成其運(yùn)動(dòng)和功率的轉(zhuǎn)移。軸的主要功能是支撐旋轉(zhuǎn)部件，并能傳送運(yùn)動(dòng)與功率。根據(jù)所承載的負(fù)荷，軸可分為三種類型：軸，主軸，驅(qū)動(dòng)軸。在工作過程中，能夠承載力矩和力矩的軸叫軸，它是各類機(jī)械中使用最多的一種。一根只能承載力矩但不能承擔(dān)力矩的軸叫軸。主軸可分為兩類：一是旋轉(zhuǎn)主軸，二是靜止主軸。一根只能承受力矩但不能承擔(dān)力矩的軸叫做驅(qū)動(dòng)軸。根據(jù)軸的形狀，軸也可以分成兩種類型：曲柄軸和直軸。直軸按其輪廓可分成兩類：一類是光軸，一類是臺階軸。光軸型式結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，具有較小的應(yīng)力來源，但是在軸身上的工件組裝和定位困難。光學(xué)軸線主要是用在主軸和驅(qū)動(dòng)軸上，而臺階軸是用來旋轉(zhuǎn)軸的。4.4.2軸材料的選擇主軸材料有碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多為熱軋圓鋼，少數(shù)為圓鋼。碳鋼成本低，對應(yīng)力集中不敏感，且經(jīng)熱處理和化學(xué)處理可提高其抗磨損和抗疲勞能力，因此，碳鋼是生產(chǎn)主軸的常用材料。結(jié)果表明，合金鋼比碳鋼具有更好的力學(xué)性能和淬硬性能。在高功率下，要減小軸承的體積、質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，采用高低溫合金。下面是一些常見的軸材和它們的用途：（1）Q235-A，主要適用于非關(guān)鍵和負(fù)載較小的軸類；（2）45鋼，應(yīng)用最廣泛；（3）對負(fù)荷比較大，但不會(huì)產(chǎn)生很大影響的重要軸用40Cr；（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（1）軸2（即一級圓柱齒輪傳動(dòng)的齒輪軸）軸肩mm則第二級行星傳動(dòng)中裝太陽輪的軸取。（2）第三級行星輪傳動(dòng)中裝太陽輪的軸取mm階梯軸（3）第三級行星輪傳動(dòng)中，輸出軸取mm軸肩取4.4.4軸的校核由以上計(jì)算，以及傳動(dòng)方案的特點(diǎn)，可以看出第三級太陽輪軸傳遞的扭矩大，軸徑小，故此處應(yīng)為危險(xiǎn)截面。式中：—太陽輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；—太陽輪節(jié)圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即分度圓直徑；—嚙合角，。由于此時(shí)太陽輪是浮動(dòng)的，而其軸段長小于齒輪的厚度，故在彎曲方面沒有危險(xiǎn)。抗扭截面系數(shù)軸最大切應(yīng)力經(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)軸承的種類很多，在選擇的時(shí)候要綜合考慮下列因素，才能做出正確的選擇。1.負(fù)荷的幅度，方向滾珠軸承適用于承載較小的負(fù)荷，而滾柱軸承適用于承載較大負(fù)荷和沖擊負(fù)荷。在承受純粹軸向負(fù)荷的情況下，通常選擇止推軸承；在承受純粹徑向負(fù)荷的情況下，通常選擇深溝或短圓柱滾子；如果滾子軸承中也有少量的軸向負(fù)荷，則可以選擇深溝球軸承，角接觸球軸承，圓錐滾子軸承和調(diào)心球軸承；在軸負(fù)荷很大的情況下，可以選擇具有大接觸角的角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，也可以選擇向心和止推兩種軸承，這在軸向負(fù)荷很大或?qū)S向剛度有特殊要求的情況下，尤其適用。2.軸承運(yùn)轉(zhuǎn)速度根據(jù)不同的軸承種類，差別很大。一般來說，摩擦小，發(fā)熱小的軸承適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該考慮到滾動(dòng)軸承在其極限速度以下的情況下運(yùn)行。3.支承剛度當(dāng)軸承在一定的載荷作用下，軸承環(huán)與滾動(dòng)體之間的接觸部位將發(fā)生一種與負(fù)載成正比的彈性形變，該形變的比率決定了軸承的剛度。通常可通過對軸承進(jìn)行預(yù)緊力，以改善其剛度；同時(shí)，在軸承支座設(shè)計(jì)時(shí)，對支座進(jìn)行合理的布置，可以提高支座的剛度。4.對中性能與裝配誤差在裝配完畢后，因加工誤差，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致軸承的安裝、定位不準(zhǔn)確。在這種情況下，經(jīng)常會(huì)由于軸身發(fā)生撈出、熱膨脹等現(xiàn)象，造成軸承負(fù)荷過大，造成過早損傷。自調(diào)整軸承能克服由于安裝錯(cuò)誤而產(chǎn)生的缺點(diǎn)，因此適用于這種場合。5.安裝與拆除在經(jīng)常裝、卸的情況下，可以選擇分離式軸承，也可以選擇內(nèi)圈是圓錐孔的，帶有固定套或可拆卸套的調(diào)心滾子軸承，調(diào)心滾珠軸承。6.市即便是在產(chǎn)品目錄中列出的，也未必能在市場上買到；而一些不在目錄中的軸承，則大量生產(chǎn)。因此，應(yīng)該明確所使用的軸承是否容易購買。摩擦力矩要求小摩擦轉(zhuǎn)矩的機(jī)器，盡可能使用滾珠軸承，同時(shí)也要避免使用帶密封的軸承。這一設(shè)計(jì)選用了GB/T292-94標(biāo)準(zhǔn)的6019,602061908GB/272-93GB/T292-94的標(biāo)準(zhǔn)。4.5.2潤滑與密封 1.滾動(dòng)軸承的潤滑滾動(dòng)軸承具有減小摩擦、減磨、吸振、冷卻、防銹、密封等功能。適當(dāng)?shù)臐櫥歉纳戚S承工作性能和延長其壽命的關(guān)鍵。滾動(dòng)軸承的潤滑材料包括潤滑油，潤滑脂和固體潤滑油，具體的潤滑方法可以按照轉(zhuǎn)速因數(shù)dn值來確定，見表4-1。n是運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以r/分表示。要使軸承的工作性能得到最大程度的發(fā)揮，除了要避免潤滑油中的油脂和潤滑油的滲漏，還需要防止外界的有害物質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，所以要盡量做到全密封。在軸承系統(tǒng)中，密封件是一個(gè)非常重要的設(shè)計(jì)步驟。其設(shè)計(jì)要求能夠?qū)崿F(xiàn)長時(shí)間的密閉、防塵功能；摩擦力及安裝誤差均較小；拆卸，組裝容易，維護(hù)簡便。在該方案中，我們采取了浸油和飛濺潤滑的方法。2.密封軸承根據(jù)密封的工作原理，可以將其劃分為兩種類型，即接觸型和無接觸型。無接觸密封無轉(zhuǎn)速要求。只有在低速運(yùn)行條件下才能使用接觸式密封，為確保其使用壽命和降低其磨損，要求軸接觸部位的硬度不低于HRC40，而表面粗糙度不超過Ra1.60-0.80微米。在此基礎(chǔ)上，提出了“O”形密封、浮動(dòng)密封和毛氈密封三種密封方式。表4-1滾動(dòng)軸承潤滑方式的選擇軸承類型Dn(mm·f/min)浸油、飛濺潤滑滴油潤滑噴油潤滑油物潤滑脂潤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：其徑向載荷軸向載荷（轉(zhuǎn)向阻力的均值）表4-27232C角接觸球軸承的基本參數(shù)D(mm)d(mm)B(mm)(kN)(kN)29016048202245(