【正文】 附錄Ｂ The Strength of Mechanical ElementsOne of the primary considerations in designing any machine or structure is that the strength must be sufficiently greater than stress to assure both safety and reliability. To assure that mechanical parts do not fail in service, it is necessary to learn why they sometimes do fail. Then we shall be able to relate the stresses with the strengths to achieve safety.Ideally, in designing any machine element, the engineer should have at his disposal the results of a great many strength tests of the particular material chosen. These tests should have been made on specimens having the same heat treatment, surface finish, and size as the element he proposes to design。只有成功地完成這項(xiàng)工作，為得出這個(gè)方案所花費(fèi)的大量時(shí)間和經(jīng)歷才不會(huì)被浪費(fèi)掉。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，我們希望能夠找到一個(gè)可以很好地模擬實(shí)際物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在確定了要解決的問題，并且形成了一系列的書面的和隱含的設(shè)計(jì)要求之后，設(shè)計(jì)工作的下一階段是進(jìn)行綜合以獲得最優(yōu)的結(jié)果。這些設(shè)計(jì)要求包括輸入量、輸出量的特性、設(shè)計(jì)對象所占據(jù)的空間尺寸以及對這些參量所有制約因素。認(rèn)識到這種需要，并用語言將其清楚地?cái)⑹龀鰜?，常常是一種高度創(chuàng)造性的工作。大多數(shù)硬度試驗(yàn)系統(tǒng)是將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的載荷加在與被試驗(yàn)材料相接觸的小球或者棱錐上。評價(jià)是對一個(gè)成功設(shè)計(jì)的最后檢驗(yàn)，通常包括樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。延展性是用材料斷裂時(shí)的延伸率來量度的。4) 零件已經(jīng)完成了設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)，但其結(jié)果不能令人滿意。它們可以告訴工程師應(yīng)該使用的安全系數(shù)和對于給定使用壽命時(shí)的可靠性。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，得到了多位老師的熱情支持，幫助及指導(dǎo)，尤其是指導(dǎo)老師焦麗老師，在此設(shè)計(jì)過程中對我的極大幫助及指導(dǎo)，在此我表示由衷的表示感謝。這次設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：1. 取消了工作面的牽引鏈，消除了斷鏈和跳鏈傷人事故，工作安全可靠；在同一工作面內(nèi)可以同時(shí)使用兩臺(tái)或者多臺(tái)采煤機(jī)，從而可降低生產(chǎn)成本，提高工作效率；牽引速度的脈沖比鏈牽引小得很多，使采煤機(jī)運(yùn)行較平穩(wěn)。tgα1213=38730軸承使用壽命相差不多，這里只計(jì)算一個(gè)軸強(qiáng)度和壽命。tgα23=37455剪應(yīng)力幅為：=== MPa式中： WP— 抗扭斷面系數(shù)，取W=16m3===式中：— 20CrMnTi的扭轉(zhuǎn)疲勞極限，—1[3]查得= 300 MPa； — 剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，—5[3]按鍵槽得 =，按配合查得 =； ，— 同正應(yīng)力； — 平均應(yīng)力折算系數(shù)，—13[3]查得 =S= == —4[3]可知，[ S ]= ~ 故S [ S ]，該軸C截面是安全的。所以 Z6齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。 取 .02. 計(jì)算接觸應(yīng)力的基本值: （3—16）式中：— 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。（mm）則模數(shù) m=2a/(ZA+ZC)= 取 m=5mm。工作壽命2萬小時(shí)計(jì)算見圖13126[3]查得 — 潤滑劑系數(shù)，—速度系數(shù)，—粗糙度系數(shù)，見表131108[3] 持久強(qiáng)度： ；— 工作硬化系數(shù) ， = =— 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)， .=；將以上系數(shù)帶入（3—11）式得：4．計(jì)算安全系數(shù)：= = = = = = — 最小安全系數(shù)，見表131110[3] 取=1。,Z4齒的幾何尺寸1．嚙合角：根據(jù)=71 P6 查得：==+=+得 =[3]查得變位系數(shù) X3= X4=。所以 Z1,Z2齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。 兩者比較取大者，取后者。牽引部工作條件惡劣，外形尺寸受到嚴(yán)格限制，可靠性要求很高。電牽引采煤機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能只做一次轉(zhuǎn)換，；而液壓牽引由于能量的幾次轉(zhuǎn)換，再加上存在的泄露損失、機(jī)械摩擦損失和液壓損失，~。牽引電動(dòng)機(jī)軸端裝有停止時(shí)防止采煤機(jī)下滑的制動(dòng)器。對底板起伏、工作面彎曲、煤層不規(guī)則等的適應(yīng)性強(qiáng)；適應(yīng)采煤機(jī)在大傾角（可達(dá)45176。在行走機(jī)構(gòu)方面，鋼絲繩牽引的牽引力小，易發(fā)生斷繩事故，并且斷裂后不易重新連接，故這種牽引機(jī)構(gòu)已被淘汰。如太原礦上機(jī)器集團(tuán)有限公司與上海分院合作，將AM500液壓牽引采煤機(jī)改造成MG375/830WD型交流電牽引采煤機(jī)后，又研制成功了MGTY400/、MGTY500/；雞西煤礦機(jī)械有限公司與上海分院合作將MG2300W型液壓牽引采煤機(jī)改造成MG668WD型交流電牽引采煤機(jī)后，又開發(fā)了MG200/463型、MG400/985型、MG750/2040型交流電牽引采煤機(jī)；西安煤礦機(jī)械廠研制成功了MG300/700型、MG500/1130型、MG750/1910型交流電牽引采煤機(jī)；遼源煤礦機(jī)械廠在1998年與邢臺(tái)礦業(yè)集團(tuán)合作研制成功我國應(yīng)用電磁滑差離合器調(diào)速技術(shù)的MG668WD型電牽引采煤機(jī)，又開發(fā)了MG500/1220型、MG650/1600型電牽引采煤機(jī)；無錫盛達(dá)機(jī)械制造有限公司開發(fā)研制成功應(yīng)用開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的MG200/500型、MG250/600型、MG300/700型電牽引采煤機(jī)。此后，世界上各主要采煤機(jī)研究制造公司均對電牽引采煤機(jī)進(jìn)行了大量的研究開發(fā)。隨后，在全國范圍內(nèi)廣泛進(jìn)行了這種采煤機(jī)的技術(shù)改造，成效顯著，為進(jìn)一步推動(dòng)普通機(jī)械化采煤起到了重要的作用。康拜因當(dāng)時(shí)在我國得到了較廣泛使用，據(jù)1957年煤炭工業(yè)部對開灤礦務(wù)局的12個(gè)工作面的抽樣調(diào)查表明，這種機(jī)采比炮采具有較好的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在破碎頂板條件下，雞西礦務(wù)局小恒山礦改變康拜因的截深取得了成功。20世紀(jì)70年代初期，我國煤礦使用的采煤機(jī)主要有：固定滾筒采煤機(jī)MLQ64型和單搖臂滾筒采煤機(jī)MLQ180型，以及由截煤機(jī)、康拜因改裝成的固定滾筒采煤機(jī)，此外尚有少量其他型滾筒采煤機(jī)，但都是屬于80KW以下的小功率采煤機(jī)。80年代后期出現(xiàn)了交流電牽引采煤機(jī)。經(jīng)過近20年的研制開發(fā)，我國的交流電牽引采煤機(jī)已逐步走向成熟。液壓牽引采煤機(jī)上廣泛使用的是鏈牽引，鏈牽引的特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，承載能力大，能滿足采煤機(jī)增大牽引力和提高牽引素的的要求；鏈牽引是依靠鏈輪齒和鏈環(huán)相嚙合，工作較可靠；牽引鏈?zhǔn)褂脡勖L，一般可用6個(gè)月以上。）條件下工作，利用制動(dòng)器還可以使采煤機(jī)的防滑問題得到解決。~，因此電牽引采煤機(jī)可以用在40176。6) 結(jié)構(gòu)簡單。牽引部的總傳動(dòng)比一般在200左右，減速級數(shù)為3—5級；采用了二級行星減速器在增大傳動(dòng)比的同時(shí)減少了齒輪的數(shù)量，簡化結(jié)構(gòu)，降低成本[12]。則 取 =6mm Z1 =25 Z2=36,Z2齒的幾何尺寸1．嚙合角：根據(jù)=61 P6 查得：==+=+得 =[3]查得變位系數(shù) X1= X2=2．實(shí)際中心距：===3. 分度圓分離系數(shù)y：4. 齒頂高變動(dòng)系數(shù)：：　：===176。 行走部齒輪Z3，Z4的初步設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核在初步設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，Z3,Z4齒輪材料初定為20CrMnTi。2．實(shí)際中心距：===。所以 Z3,Z4齒面接觸強(qiáng)度滿足要求。,Z6,Z7齒的幾何尺寸未變位時(shí)的中心距：aAC=m(ZA+ZC)/2=中心距變位系數(shù)： yAC=(ZA+Zc)()/2=則AC實(shí)際中心距：3．計(jì)算AC傳動(dòng)得變位系數(shù)=用圖1314[3]校核，在許用區(qū)內(nèi)，可用。式中：— 彈性系數(shù)，；— 重合度系數(shù)， ；— 螺旋角系數(shù)， ；Ft— 端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，F(xiàn)t=36735N；b— 工作齒寬, b=65mm；m — 齒輪模數(shù)， m=5mm。 行走部軸的校核及軸承壽命計(jì)算 行走部Ⅰ軸的初步設(shè)計(jì)、校核及軸承壽命計(jì)算1．初步估算軸徑： 選擇軸的材料為20CrMnTi，滲碳后淬火，[3]查得材料的機(jī)械性能數(shù)據(jù)為：= 1080 Mpa = 835 Mpa= 514 Mpa = 300 Mpa由于材料是20CrMnTi，[3]選取A=100，則得dmin= A = 100 = 60 mm2．軸上受力分析：I齒輪軸傳遞的轉(zhuǎn)矩:T1= = =850 Nm式中：T1 —　I軸傳遞扭矩； P　—　電機(jī)功率，　P＝52 kW； — 電機(jī)轉(zhuǎn)速， n1＝1460 rpm。 6. 軸的剛度校核： =1N，畫彎矩圖 （—5） =1 Nm , 畫彎矩圖 （—6）: ： e. 許用變形值的計(jì)算：—1[3]規(guī)定：安裝齒輪軸的許用撓度[y](~)mn=~。tg(22037′11″)＝15606N花鍵傳動(dòng)附加力：Po=＝＝12526N式中：— 花鍵分度圓直徑，?。?34mm。1．初步估算軸徑： 選擇軸的材料為45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，[3]查得材料的機(jī)械性能數(shù)據(jù)為：= 650 Mpa = 360 Mpa= 270 Mpa = 155 Mpa由于材料是45號鋼，[3]選取A=105，則得dmin= A = 105 = 43mm2．軸上受力分析:太陽輪扭矩計(jì)算：T8＝η6＝=15918 Ntg(18032′55″)=12955 NRC=RD=RY===39554 NRX= ==2738 NR===39648N3．求支反力： RA==40345 NRB=(RC+RD)RA=96828 N4. 軸的強(qiáng)度校核： a. 確定危險(xiǎn)截面：根據(jù)行星輪軸軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖，截面C處的彎矩最大，故屬危險(xiǎn)截面。2. 在行走驅(qū)動(dòng)方面，具有良好的牽引特性、運(yùn)行可靠、壽命長、靈敏、動(dòng)態(tài)特性好等方面的特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1].：科學(xué)出版社，2007，9[2].李貴軒，李曉豁編著. 采煤機(jī)械設(shè)計(jì). 沈陽：遼寧大學(xué)出版社，1994[3]．成大先主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[4]. 劉春生. 滾筒式采煤機(jī)理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003[5]. 孫忠義. 電牽引采煤機(jī)的研制、使用及發(fā)展前景. 煤礦機(jī)械，2000（5）[6]. 芮冰，皇欽宗. 我國采煤機(jī)30年發(fā)展回顧和展望. 煤礦機(jī)電，2000（5）[7]. 李占權(quán). 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì). 煤礦機(jī)械，2000（11）[8]. 王蓓. 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exactly the same loading conditions as the part will experience in service. This means that, if it is to be subjected to bined bending and torsion, it should be tested under bined bending and torsion. Such tests will provide very useful and precise information. They tell the engineer what factor of