【導讀】我國薄煤層資源分布廣泛，以下煤層可采儲量約占全部可采儲量的20%。特別是在南方地區(qū)，有些省份薄煤層凈占50%以上，而目薄煤層分布廣，煤質(zhì)好。但由于其開采煤層厚度薄，與中厚和厚煤層相比，薄煤層機械化開采存在著工作條件差，因此，研制適合我國實際國情的薄煤層采煤機，以適應不同的煤層結(jié)構(gòu)，提高。這類薄煤層滾筒采煤機主要有MLQ系列采煤機，如1964. 70年代至80年代初期，我國自行研制開發(fā)了中小功率薄煤層滾筒采煤機。的有山東煤研所和淄博礦務局研制的ZB一100型單滾筒騎輸送機采煤機?？煽啃裕兄屏诵乱淮谋∶簩訚L筒采煤機。其中截割功率為300kW，牽引功率22kW，采用齒輪一銷軌式無鏈牽引，最大牽引力350kN，變頻調(diào)速、無鏈牽引等技術(shù)。入使用，取得了最高月產(chǎn)量萬t,最高日產(chǎn)量5300t的好成績。和液壓調(diào)速無鏈牽引方式，裝機功率250kW，截割電機采用特別設(shè)計的充液電機。這樣做雖能保證其正常運行，但其強度余量過大。因此，為了使薄煤層采煤機得到進一步的推廣和發(fā)展

　　

【正文】 曲強度，即按公式（ 612）計算取齒根 彎曲應力 2F? 及按公式（ 614）計算許用齒根應力 FP? 。已知 2 59bzz?? ，2lim 260 /F N mm? ? 。 張帥：薄煤層滾筒采煤機總體方案設(shè)計 與 搖臂設(shè)計 30 仿上，通過查表或采用相應的公式計算，可得到取值與外嚙合不同的系數(shù)為2 2 2 21 . 1 1 , 1 . 2 6 , 1 . 1 , 1 , 2 . 0 5 3 , 2 . 6 5 , 0 . 7 6 , 0 . 9 2 , 1 . 03 1 . 0 1V F F F P F a S a N T r e l T XK K K K Y Y Y Y Y Y? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?和 。代入上式得 22 9600 2 . 0 5 3 2 . 6 5 0 . 7 6 1 1 . 5 1 . 1 1 1 . 2 6 1 . 1 1 2 0 9 /7 3 6F N m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 取 2F? =210 2/N mm 2l i ml i m260 2 0 . 9 2 1 . 0 3 0 . 9 8 1 . 0 1 3 0 5 /1 . 6FF P S T N T r e lT R r e lT XF Y Y Y Y Y N m mS ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 可見， 2F FP??? ，故 bc 齒輪副滿足齒根彎曲條件。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 7 軸 設(shè)計 高速軸尺寸的確定 輸出軸的轉(zhuǎn)矩 T 311 1 97 6301470PT n ?? ? ? ? Nm （ 71） 作用在齒輪上的力 輸出軸大齒輪分度圓直徑為 8d 20 16 os c os 9 22nt mm Z Z?? ? ? ? ???mm （ 72） 圓周力 tF 、徑向力 rF 和軸向力 F? 的大小如下 222 2 6 3 0 0 0 077971 6 1 .6t TF d ?? ? ?N （ 73） ta n ta n 207797 2867c os c os 9 22nrtFF ?? ?? ? ???N （ 74） t a n 77 97 t a n 9 22 12 86tFF? ? ?? ? ? ? ?N （ 75） 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40rC ， 查 參考文獻 [2]表 42，取 A=100，有公式初估軸的最小直徑為 1 33m in1971 0 0 4 0 . 41470pd A m mn? ? ? ? （ 76） 防爆電機輸 出頭直徑為 75mm， 因為防爆電機輸出頭要插入高速軸內(nèi)，與軸連接，所以軸的最小直徑選 120mm。高速軸為齒輪軸，上面有擋圈，查機械設(shè)計手冊選擋圈直徑為6mm， GB/T2831994 圓柱滾子軸承 NJ 型 02 系列 NJ224E，尺寸 1 2 0 2 1 5 4 0d D B? ? ? ? ?，寬度 B=40mm，小齒輪齒寬 d=125mm，軸承與齒輪間間距取 3mm，擋圈與電機間距取 3mm，高速軸長度 L=3+6+40+3+125+3+40=220mm 與高速軸相連的惰輪軸的確定 由于高速軸齒輪的齒寬為 d=125mm，所 以惰輪軸上的齒輪齒寬為 125mm， 參考高速軸的長度， 初步確定軸的長度為 200mm。 此 軸上有 2 個軸承，軸承上面套齒輪。 2 個軸承張帥：薄煤層滾筒采煤機總體方案設(shè)計 與 搖臂設(shè)計 32 是 GB/T2861964 雙列向心球面滾子軸承中寬，尺寸 8 5 1 8 0 6 0d D B? ? ? ? ?,所以軸承直徑為 85mm。 中速軸尺寸的確定 輸出軸的轉(zhuǎn)矩 T 3 322 2 n ?? ? ? ? ? Nm 作用在齒輪上的力 輸出軸大齒輪分度圓直徑為 8d 42 33 9. 4c os c os 9 22nt mm Z Z?? ? ? ? ???mm 圓周力 tF 、徑向力 rF 和軸向力 F? 的大小如下 6222 2 1 . 2 5 1 0 7 3 6 5 . 9 43 3 9 . 4t TF d ??? ? ?N ta n ta n 2708c os c os 9 22nrtFF ?? ?? ? ???N ta n 73 65 .9 4 ta n 9 22 12 05tFF? ? ?? ? ? ? ?N 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40rC ， 查 參考文獻 [2]表 42，取 A=100，有公式 42 初估軸的最小直徑為 2 33m i n29 1 . 2 71 0 0 5 0 . 7700pd A m mn? ? ? ? 選取軸的直徑為 95mm，便于加工，減少工序。此軸為光軸，選取 GB/T2831994 圓柱滾子軸承 NJ 型 02 系列 ，尺寸寬度 B=32mm，查機械設(shè)計手冊選擋圈直徑為 6mm，小齒輪齒寬為 158mm，大齒輪齒寬為 120mm，大齒輪與小齒輪之間的 擋板距離為 20mm，此軸長度為 32+6+120+20+158+6+32=374mm。 與中速軸相連的惰輪軸尺寸的確定 由于中速軸的小齒輪與惰輪軸的齒輪 相 嚙合，所有惰輪軸的齒輪寬度為 B=158mm，遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 參考中速軸的長度，初步確定惰輪軸的長度為 370mm。此軸上有 2 個軸承，軸承上面套齒輪。 2 個軸承是 GB/T2861964 雙列向心球面滾子軸承中寬，尺寸為 1 0 0 2 1 5 7 3d D B? ? ? ? ?,此軸的最小直徑為 100mm，最大直徑為 110mm。 低速軸尺寸的確定與校核 輸出軸的轉(zhuǎn)矩 T 3 333 3 ?? ? ? ? ? Nm 作用在齒輪上的力 輸出軸大齒輪分度圓直徑為 11d 30 33 3c os c os 9 22nt mm Z Z?? ? ? ? ??? mm 圓周力 tF 、徑向力 rF 和軸向力 F? 的大小如下 6222 2 1 . 9 6 1 0117603 3 3 . 3 3t TF d ??? ? ? N ta n ta n 2020 76 0 43 23 .5 3c os c os 9 22nrtFF ?? ?? ? ??? N ta n 1 1 7 6 0 ta n 9 2 2 1 9 3 9 . 8 3tFF? ? ?? ? ? ? ? N 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 40rC ， 查 參考文獻 [2]表 42，取 A=100，有公式 42 初估軸的最小直徑為 2 33m i n28 5 . 8 81 0 0 5 8 . 9 54 1 9 . 1 6pd A m mn? ? ? ? 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 此軸為齒輪軸。 便于加工，減少重量，減少材料和成本，此軸做成空心軸。軸的直徑選 取 d=140mm。空心直徑選取 d=90mm。此軸兩端各有一個軸承，其型號為 GB/T2831994圓柱滾子軸承 NJ 型 02 系列 NJ228E，尺寸 1 4 0 2 5 0 4 2d D B? ? ? ? ?。 軸承寬度 B=42mm。為了滿足整個搖臂尺寸，此軸上的齒輪寬度為 B=，該軸的總張帥：薄煤層滾筒采煤機總體方案設(shè)計 與 搖臂設(shè)計 34 體長度為 365mm。 如圖 71。 圖 71 低速軸結(jié)構(gòu)圖 Lowspeed shaft Chart 軸的強度校核 求軸的載荷 根據(jù)此軸，齒輪面的當量彎矩最大，是軸的危險截面。此面處的 HM 、 VM 、 M 、 T 及cM? 的數(shù)值 ， 如圖 72 所示 。 支反力 ： 水平面 1 ? N, 2 ? N 垂直面 1 ? N, 2 ? N 彎矩 HM 和 VM ： 水平面 ? Nmm? 垂直面 1 ? Nmm? 合成彎矩 M 2 2 2 2 58 0 8 1 4 1 . 8 2 9 6 9 7 . 7 8 1 0HVM M M? ? ? ? ? ? Nmm? （ 77） 扭矩 T T= 10? Nmm? 當量彎矩 cM? ? ? ? ?2 2 5 6 68 10 0. 3 1. 96 10 1. 4 10cM M T? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? Nmm? 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 校核軸的強度 軸的材料為 40rC ， 調(diào)質(zhì)處理。由 參考文獻 [2]表 41 查得 700B? ? 2/Nmm , 則? ? ~ ??? ， 63~70 2/N mm ， 取 ? ? 65? ? 2/N mm ， 軸的計算應力為 ? ?6 10 40 .82 65 / 70cc M N m mW ?????? ? ? ? ?? （ 78） 根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸滿足強度要求 圖 72 低速軸的計算簡圖 Fig. Lowspeed shaft Calculation Sketch 精確校核軸的疲勞強度 張帥：薄煤層滾筒采煤機總體方案設(shè)計 與 搖臂設(shè)計 36 判斷危險截面 判斷危險截面：危險截面應該是應力最大，同時應力集中較嚴重的截面。齒輪左側(cè)為危險截面。 計算危險截面應力 截面左側(cè)彎矩 M 為 6 2 3 0 7 7 . 51 . 4 1 0 9 2 8 2 6230M ?? ? ? ? Nmm? 截面上的扭矩 T 為 T= 10? Nmm? 抗彎截面系數(shù)為 330 .1 0 .1 7 0 3 4 3 0 0Wd? ? ? ? 3mm 抗扭截面系數(shù)為 330 .2 0 .2 7 0 6 8 6 0 0TWd? ? ? ? 3mm 截面上的彎曲應力 92826 2 .734300b MW? ? ? ? 2/N mm 截面上扭轉(zhuǎn)剪應力 61 . 9 6 1 0 2 8 . 5 768600TTW? ?? ? ? 2/N mm 彎曲應力幅 ???? 2/N mm 彎曲平均應力 0m?? 扭轉(zhuǎn)剪應力的應力幅與平均應力相等，即 / 2 28 .5 7 / 2 14 .2 9am? ? ?? ? ? ?2/N mm 確定影響系數(shù) 軸的材料為 40rC ， 調(diào)質(zhì)處理。由 參考文獻 [2]表 41 查得 ： 700B? ? 2/N mm , 1 340?? ? 2/N mm , 1 185?? ? 2/N mm 。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 軸肩圓角處的有效應力集中系數(shù) K? ,K? ： 根據(jù) / 1 .6 / 7 0 0 .0 2 3rd ??， / 73 / 70 ??， 由 參考文獻 [2]表 45 經(jīng)插值后可得2k?? ， ? ? 。 尺寸系數(shù) ????, ： 根據(jù)軸截面為圓截面，查 參考文獻 [2]圖（ 418）得 ?? ? ， ?? ? 。 表面質(zhì)量系數(shù) ?? ， ?? ： 根據(jù) 700B? ? 2/N mm 和表面加工方法為精車，查 參考文獻 [2]圖（ 419）得 ?????? 材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù) ????, ： 取 ?? ? ， ?????? 由上面結(jié)果可得 1 340 3 6 . 9 33 . 4 1 2 . 7 0 . 1 0mS K? ? ? ??? ? ??? ? ?? ? ? ? （ 79） 1 185 6 . 4 71 . 9 5 1 4 . 2 9 0 . 0 5 1 4 . 2 9mS K? ? ? ??? ? ??? ? ?? ? ? ? （ 710） 2 2 2 23 6 . 9 3 6 . 4 7 6 . 3 73 6 . 9 3 6 . 4 7c SSS SS??????? ? ??? （ 711） 由 參考文獻 [2]表（ 44）的許用安全系數(shù) [S]值，可知該軸安全 行星輪軸的確定 選取軸的材料為 40rC ， 查表 42，取 A=100，有公式 4