【正文】 齒面齒輪的疲勞失效（1）接觸疲勞失效失效的形式1）齒面灰斑　不論滲碳淬火齒輪還是氮化齒輪,在加載運(yùn)轉(zhuǎn)大約106 循環(huán)次數(shù)后,在大多數(shù)齒面上可觀察到節(jié)線和單齒嚙合最低線之間,出現(xiàn)一條輕微的灰斑帶,隨著運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)的增加,灰斑越來(lái)越嚴(yán)重,其寬度逐漸向節(jié)線方向發(fā)展。對(duì)于氮化齒輪,隨著循環(huán)次數(shù)的進(jìn)一步增加,灰斑區(qū)內(nèi)大量微點(diǎn)蝕不均勻增大、加深,節(jié)線以下出現(xiàn)類似磨損的凹痕,繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),在此區(qū)域出現(xiàn)1 個(gè)大點(diǎn)蝕坑,接近或超過(guò)失效評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。由以上分析可知,赫茲應(yīng)力最大值在單齒嚙合起始點(diǎn)。齒面摩擦力在單齒嚙合起始點(diǎn)處最大,這將使該區(qū)域齒面下最大剪應(yīng)力接近齒面,引發(fā)微裂紋和微點(diǎn)蝕產(chǎn)生的二次裂紋向齒面內(nèi)擴(kuò)展。切線外開始,擴(kuò)展至全齒斷裂。在緊接著的基體中,以周期節(jié)理疲勞擴(kuò)展,可觀察到極小的疲勞裂紋,再往下則進(jìn)入韌性疲勞擴(kuò)展區(qū),在此區(qū)域可看到明顯疲勞裂紋,以及二次裂紋。3．提高硬齒面齒輪的疲勞強(qiáng)度措施（1）選用合適的潤(rùn)滑油1) 在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下,應(yīng)使用含極壓抗磨添加劑的潤(rùn)滑油。添加劑的齒輪油。即油膜厚度遠(yuǎn)大于表面粗糙度,兩運(yùn)動(dòng)表面完全被油膜隔開。在淬火過(guò)程中,馬氏體的開始轉(zhuǎn)變溫度隨含碳量的不同而不同,這樣輪齒由表及里的各層次間組織轉(zhuǎn)變順序的不同產(chǎn)生了殘余壓應(yīng)力。（3）硬噴丸強(qiáng)化提高滲碳齒輪疲勞強(qiáng)度對(duì)于滲碳齒輪,鋼中殘余奧氏體含量越多,利用硬噴丸強(qiáng)在混合狀態(tài)應(yīng)選用粘度適當(dāng)?shù)暮倭繕O壓抗磨化使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的量越多,馬氏體的微觀亞結(jié)構(gòu)被細(xì)化,相變膨脹量愈大。再經(jīng)低溫時(shí)效處理,從馬氏體及奧氏體中析出細(xì)小的合金碳化物。(3) 使用中選用合適的潤(rùn)滑油提高疲勞強(qiáng)度。煤礦機(jī)械齒輪的失效有輪齒折斷、齒面膠合、齒面點(diǎn)蝕和齒面塑性變形等主要形式。優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括載荷的準(zhǔn)確計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算公式的修正、優(yōu)化選材、優(yōu)化齒形結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的加工和處理工藝、提高表面光潔度、合理的硬度和嚙合參數(shù)、有效的潤(rùn)滑參數(shù)和裝配要求等,提高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度。另外還可以采用以下幾種比較先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法:(1) 按照GB3480 —1997《漸開線圓柱齒輪承— 4載能力的計(jì)算方法》和有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 采用CAD進(jìn)行齒輪強(qiáng)度計(jì)算和齒輪結(jié)構(gòu)方案的類比, 選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。(4) 根據(jù)彈流潤(rùn)滑理論研究齒輪潤(rùn)滑狀態(tài)后,采用極壓添加劑的高粘度齒輪潤(rùn)滑油來(lái)改善齒輪的潤(rùn)滑狀態(tài)。 對(duì)于負(fù)載比較穩(wěn)定或功率較小、模數(shù)較小的齒輪, 亦可選用無(wú)Ni 的Ni Mn鋼。用這種鋼材制造的齒輪與普通電爐鋼制造的齒輪相比, 其接觸和彎曲疲勞壽命可提高3～5 倍, 齒輪極限載荷可提高15 %～20 %。 加工工藝機(jī)加工滾齒時(shí), 粗、精滾工序要分開, 先用滾刀進(jìn)行粗切, 再用專用滾刀進(jìn)行精滾齒, 保持滾刀精度, 用百分表控制切齒深度, 切齒深度誤差應(yīng)控制在零位附近, mm。對(duì)齒形進(jìn)行修飾(磨齒、剃齒、研齒) , 齒輪的接觸極限應(yīng)力可提高15 %～25 %。齒輪加工后組裝的減速器, 出廠前應(yīng)進(jìn)行加載跑合, 采用電火花跑合新工藝, 可提高齒輪接觸精度, 保證使用效果。滲碳齒輪經(jīng)過(guò)淬火和回火, 表面硬度應(yīng)達(dá)到HRC58～62 , 要消除齒輪特別是表層的殘余內(nèi)應(yīng)力。 表面強(qiáng)化處理對(duì)齒面和齒根進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理, 通常是齒輪加工的最后一道工序, 可在滲碳淬火或磨齒后進(jìn)行。 有利于齒輪潤(rùn)滑的改善。無(wú)論是新安裝、更換或檢修安裝, 都應(yīng)做到嚴(yán)格、精細(xì),按照安裝技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行, 特別是齒輪軸心線的水平度、平行度、中心距、軸承間隙、齒輪側(cè)隙、頂隙、接觸區(qū)域或軸向竄動(dòng)量等, 必須達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。定期監(jiān)測(cè)齒輪磨損狀況, 化驗(yàn)潤(rùn)滑油, 開展故障診斷, 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的特征是:多采用低速重載齒輪, 接觸應(yīng)力通常很高, 因此輪齒接觸表面材質(zhì)的局部彈性變形不容忽視。我們應(yīng)當(dāng)按照這個(gè)理論和規(guī)律進(jìn)行齒輪潤(rùn)滑參數(shù)設(shè)計(jì)。要根據(jù)不同的齒輪, 合理選用潤(rùn)滑油種類。潤(rùn)滑油粘度選擇的主要依據(jù)是齒輪的切線速度。5總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)生活的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合和學(xué)習(xí)能力的考核。在石油、天然氣、水力發(fā)電和核動(dòng)力獲得巨大發(fā)展的今天，煤炭仍然是我國(guó)一次性能源的主體。因此，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改善是必要的，有現(xiàn)實(shí)意義的。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，使采煤機(jī)截割部的生產(chǎn)加工以及采煤機(jī)井下的安裝、調(diào)試都帶來(lái)了極大的方便，同時(shí)有利于促進(jìn)采煤機(jī)的系列化和通用化。本設(shè)計(jì)包括論文說(shuō)明書字?jǐn)?shù)在15000字左右，圖紙量3張A0大小左右，還有部分其他資料。也正是因?yàn)辄S老師的高度負(fù)責(zé)，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利如期完成。最后，非常感謝各位老師評(píng)閱本畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于作者水平有限，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，難免有疏漏之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。感謝黃、王老師：豐富了我的知識(shí)，開拓了我的視野，使我接觸到了有關(guān)礦山機(jī)械先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，提高了我的創(chuàng)新意識(shí)。黃老師態(tài)度和藹、學(xué)識(shí)淵博、有問(wèn)必答，在指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，黃老師不厭其煩地答疑 、解惑，嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的態(tài)度不僅促使我們更加端正的對(duì)待畢業(yè)設(shè)計(jì)，也同時(shí)積極的影響著我以后的工作態(tài)度。這些寶貴財(cái)富都會(huì)使自己在將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中受益非淺。采煤機(jī)采用電動(dòng)機(jī)橫向布置的形式，取代了以前采煤機(jī)固定減速箱里用于改變傳動(dòng)方向但極易損壞的錐齒輪，四級(jí)減速全設(shè)在搖臂里還可以增加搖臂長(zhǎng)度，用以增大采煤機(jī)的截深。采掘機(jī)械自動(dòng)化、先進(jìn)化是煤炭工業(yè)增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善勞動(dòng)環(huán)境和保證安全生產(chǎn)的必要技術(shù)手段，也是煤炭生產(chǎn)過(guò)程中節(jié)約能源、動(dòng)力和原材料消耗的有效技術(shù)措施。我此次設(shè)計(jì)的題目是MG200－487型電牽引采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)。當(dāng)環(huán)境溫度高于25 ℃, 或齒輪經(jīng)常承受沖擊負(fù)荷, 或齒輪是整體淬硬材料時(shí), 宜選用較高粘度值。 對(duì)于傳遞中等負(fù)荷(齒面應(yīng)力4 000～6 000 kg/ cm2) 的齒輪, 宜選用工業(yè)齒輪油。以此來(lái)確定嚙合表面的終加工粗糙度, 便能極大減輕材料的磨損程度, 延長(zhǎng)齒面疲勞壽命。這一特征完全符合彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL) 理論。改進(jìn)減速器密封, 防止漏油。制訂運(yùn)行操作規(guī)程, 認(rèn)真執(zhí)行, 嚴(yán)禁違章作業(yè), 超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)國(guó)外經(jīng)驗(yàn), 齒輪噴丸比不噴丸壽命可提高6 倍。 能有效阻止裂紋擴(kuò)展, 使實(shí)際載荷比外加載荷小得多。熱處理后, 尚需進(jìn)行油浴人工時(shí)效處理。深層滲碳淬火是這種齒輪硬化處理最理想的方法, 它可以得到高的芯部硬度, 較小的過(guò)渡區(qū)殘余拉應(yīng)力和充足的硬化層深度。當(dāng)切齒刀具的硬度大于工件硬度的2～5 倍以上, 并有較好的韌性和耐磨性時(shí),切削效果較好。齒面粗糙度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求, 可在磨齒后, 進(jìn)行電拋光或振動(dòng)拋光, 提高表面粗糙度, 粗糙度好的齒輪的壽命比粗糙度差的可提高15%～20 %。鍛鋼要保證鍛造比(一般選大于3 為好) 。應(yīng)研制、采用新型淬透性好的滲碳齒輪鋼(國(guó)外稱為“H”鋼系列) , 它具有較窄范圍的淬透性帶, 可保證齒輪變形范圍小并達(dá)到要求的芯部硬度。參考工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家煤礦機(jī)械齒輪選用鋼材的經(jīng)驗(yàn), 結(jié)合我國(guó)實(shí)際, 宜選用低碳合金滲碳鋼。(3) 根據(jù)彈性力學(xué)知識(shí)分析輪齒的嚙合形變,采用齒頂修緣, 修緣線是采用較大壓力角的漸開線。而圓弧齒輪在接觸點(diǎn)處的齒面相對(duì)曲率半徑大, 其表面強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度較高(約為漸開線齒形的2～5 倍) , 振動(dòng)小、噪聲低、尺寸和重量較小。齒輪失效直接影響著煤礦機(jī)械效能的發(fā)揮, 亟待解決,提出幾種改進(jìn)途徑。煤礦機(jī)械的齒輪大多為中、大模數(shù)(6～20 mm) 的低速(6m/ s 以下) 重載傳動(dòng), 單位齒寬的載荷值高達(dá)20kN/ cm2 。(1) 對(duì)重要齒輪采用真空爐滲碳淬火提高硬齒面齒輪的疲勞強(qiáng)度。對(duì)噴丸后的齒輪進(jìn)行時(shí)效處理,可使其強(qiáng)度進(jìn)一步提高。對(duì)于較重要的齒輪可采用真空爐滲碳淬火的熱處理工藝。（2）對(duì)重要的齒輪采用真空爐滲碳淬火滲碳淬火齒面能產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,這對(duì)提高齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度十分有利。摩擦力由凸峰間的摩擦力和潤(rùn)滑油內(nèi)部的摩擦力兩部分構(gòu)成,齒面負(fù)荷由油膜和凸峰共同承擔(dān)。這時(shí)潤(rùn)滑油的粘度起不到什么作用。最后的硬化層斷裂區(qū)為準(zhǔn)解晶和嚴(yán)晶的混合方式。裂紋一般在齒根表面產(chǎn)生,在此區(qū)域完全以嚴(yán)晶的方式斷裂。由于在跑合中沒(méi)有消除波峰,當(dāng)處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí),便在這些波峰上產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力,導(dǎo)致微裂紋和灰斑的產(chǎn)生。齒面摩擦力的方向與滑動(dòng)方向相同。向下延伸的存在,這些裂紋是齒面?zhèn)€別微點(diǎn)蝕坑底產(chǎn)生的二次裂紋向齒面發(fā)展的結(jié)果,由一些大點(diǎn)蝕坑下部的疲勞裂紋擴(kuò)展條帶可看出裂紋起源于齒表面,當(dāng)裂紋發(fā)展到一定深度,產(chǎn)生垂直齒面方向的二次裂紋導(dǎo)致整片脫落,形成點(diǎn)蝕坑。在掃描電鏡下觀察,可發(fā)現(xiàn)齒面灰斑是由大量微點(diǎn)蝕和微裂紋組成,微點(diǎn)蝕是由微裂紋發(fā)展而成。因此，在采煤機(jī)在使用過(guò)程中，需要加強(qiáng)維護(hù)，定期檢修，對(duì)易損部位及時(shí)采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，從而提高開機(jī)率和延長(zhǎng)其使用壽命。而后又采用橡膠墊，但其在長(zhǎng)時(shí)間油作用下仍然變形起包開始漏油。滾筒既繞滾筒軸轉(zhuǎn)動(dòng)，還沿滾筒軸垂直面作上下擺動(dòng)，使油封漏油。如發(fā)現(xiàn)油臟，及時(shí)入油并清洗再加新油。5) 軸承安裝中必須調(diào)整軸向間隙達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)圓柱滾子軸承，軸向間隙小，內(nèi)圈移動(dòng)受阻，當(dāng)受到?jīng)_擊載荷時(shí)易發(fā)生擋邊撞裂，在潤(rùn)滑不充分時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致軸承燒傷。間隙大，徑隙變大，組件剛性降低并引起套圈滑動(dòng)。（2） 嚴(yán)格驗(yàn)收，確保制造和安裝質(zhì)量1) 軸承本身質(zhì)量是影響安裝性能和使用壽命的重要因素。因此需重點(diǎn)采取措施：1) 高速軸油封選用最合適密封材料、結(jié)構(gòu)、提高其使用壽命；2) 搖壁回轉(zhuǎn)軸承用油脂 (2＃ 鋰基脂) 潤(rùn)滑并用油封把它與固定箱油池隔開；3) 對(duì)低速軸 (如滾筒軸、行走輪軸等) 改用端面浮動(dòng)油封。1． 采煤機(jī)軸承損壞形式和原因采煤機(jī)各傳動(dòng)軸承中，強(qiáng)度薄弱，容易損壞的部位有：(1) 截割部軸齒輪(小傘齒輪軸) 它轉(zhuǎn)速高，溫升快、易發(fā)熱，使徑向游隙變小，并在缺油情況下燒傷，造成異常噪聲、振動(dòng)；(2) 截割部行星機(jī)構(gòu)行星輪軸承受力大 (為齒輪嚙合切向力的二倍) ，而受空間大小和輪緣壁厚的限制，軸承直徑不能增大，滾動(dòng)體和滾道表面接觸應(yīng)力高，常發(fā)生早期點(diǎn)蝕和嚴(yán)重磨損；(3) 搖壁回轉(zhuǎn)軸套和滾筒軸其轉(zhuǎn)速低，但負(fù)荷高，并有嚴(yán)重沖擊力，軸承常發(fā)生套圈變形，邊斷裂；(4) 牽引部行走鏈輪軸承受沖擊交變負(fù)荷，密封潤(rùn)滑條件差，煤塵易進(jìn)入滾道把保持損壞。電機(jī)絕緣情況等。（7） 應(yīng)特別注意保護(hù)液壓油箱內(nèi)腔清潔，注意傳動(dòng)油不被污染、弄臟，定期更換精濾芯和油液。（4） 各水、油管路、接頭、法蘭、結(jié)合面、出軸處等是否有滲漏，各油位油面是否正常，各潤(rùn)滑點(diǎn)是否按規(guī)定注油。接地是否正常，拖纜架裝置是否完好。（3） 停水。（3） 停運(yùn)輸機(jī)、停水時(shí)，機(jī)道有大塊障礙，支柱影響通過(guò)，電機(jī)悶車，夾石過(guò)硬，或其他有礙機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況等時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)，處理后方可開機(jī)。（7） 調(diào)采高到合適的高度。（3） 合上截割部離合器。（4） 各運(yùn)轉(zhuǎn)部件及整機(jī)有無(wú)震動(dòng)與抖動(dòng)。（9） 滾筒前后兩米以內(nèi)不得站人。（5） 電纜、水管、油管是否損壞及泄露。（2） 各把手按鈕是否齊全，靈活可靠。組裝后的運(yùn)轉(zhuǎn)與地面試運(yùn)轉(zhuǎn)要求相同。包裹好打開的每個(gè)接觸面，隔爆面，裸露的軸、孔、齒、手把、接頭等，油缸活塞桿應(yīng)全部縮回缸內(nèi)，并固定好。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，不可帶“病”下井。無(wú)問(wèn)題方可合離合器再啟動(dòng)電機(jī)，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況，聲音、發(fā)熱、轉(zhuǎn)向等。：?jiǎn)?dòng)前把各手把，離合器等置于中立或斷開位。：首先檢查各部件是否齊全、完好，安裝是否正確，連續(xù)螺栓是否缺少或松動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)及手把的動(dòng)作是否正確靈活。 （1）初步確定軸的徑1）軸上的轉(zhuǎn)矩2）求作用在齒輪上的力行星輪軸上的齒輪分度圓直徑為圓周力和徑向力的大小如下：潤(rùn)滑及傳動(dòng)用油的質(zhì)量好壞，是保證機(jī)器正常工作的關(guān)鍵，因此必須及時(shí)、嚴(yán)格用規(guī)定的清潔油注油及潤(rùn)滑，用油牌號(hào)不能混用與任意代換，否則應(yīng)全部更換。所以這里先定行星減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：則其他三級(jí)減速機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比 247。這種型號(hào)的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、傳動(dòng)功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，這里先確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動(dòng)件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動(dòng)零件應(yīng)便于安裝。 傳動(dòng)比的確定 滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計(jì)算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)低速化的趨勢(shì)。