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【正文】 挖掘物料的阻力要比其他季節(jié)大。一般認為北方冬季挖掘凍結物料時所需功率是其它季節(jié)所需功率的 ，故斗輪取料機所需最大驅動功率為： 21N 1. 3 N 1. 3 32 .4 42 .1 KW= = ?g 選取傳動效率為 ，則所需電機的功率至少是： N 42 .1 / 0. 8 52 KW== 參考其它斗輪取 料機的參數，本次設計將采用功率為 55KW的電動機。 由于取料機在煤場工作，灰塵多，環(huán)境較惡劣，故電動機必須有防塵功能。 Y系列（ IP44）封閉式三相異步電機的結構特點： 效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運行可靠，維修方便。為 B級絕緣。結構為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動機內部，適用于灰塵多、土揚水濺的場合，如農業(yè)機械、礦山機械、攪拌機、碾米等，應用較廣泛。 綜上所述，選擇 Y250M4三相異步電動機，功率為 55KW，同步轉速 1500r/min, 液力偶合器 選用 液力 偶 合器是斗輪驅動系統中重要的一部分，置于斗輪驅動電動機與減速箱之間傳遞動力，其作用有時似乎與聯軸器相同，但實質全然不同 。具有如下優(yōu)點： （ 1）無極調速。在電機轉速恒定下可以無極調節(jié)工作機的轉速，與傳統的節(jié)流調節(jié)相比可以大量節(jié)省電能。 （ 2）防護動力過載，偶合器泵輪和渦輪之間沒有機械聯系，轉矩是通過油來傳遞的，是一種柔性和有滑差的傳動。當負載的阻力突然增大時，其滑差可以增大，甚至制動，電機可繼續(xù)運轉而不致停車。 （ 3）可隔離振動，緩和沖擊。 （ 4）可方便實現離合。偶合器流道沖油即接合，將油排空即行脫 離。 （ 5）除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長。 由于斗輪取料機構既要防護動力過載，又希望大慣量工作在較長的啟動過程中，電動機不會出現過大負荷，故選用延充式限矩型。 延充式限矩型液力偶合器主要用于啟動困難的和大慣量的工作機時，在啟動過程中電動機可具有較低的載荷，防護動力系統動力過載，協調多臺原動機間載荷分配，不能調速和脫離。 已知電動機的額定功率為 55KW，額定轉速為 1500r/min，故選用 YOX420型延充式液力偶合器。 銷齒傳動設計 1)、銷齒傳動的特點及應用 銷齒傳動屬于齒輪傳動的一種特殊 形式。其中，具有圓銷齒的大齒輪 為銷輪，另一個具有一般齒輪輪齒齒形的小齒輪稱為齒輪。如圖 35 所示。 銷齒傳動有外粘合、內粘合和齒條粘合等三種型式，使用時，一般常以齒輪作為主動輪，因為，當以銷輪作為主動時，齒輪的輪齒齒頂先進入嚙合，將會降低其傳動效率，故不用銷輪作為主動。 由于銷輪的輪齒是圓銷形，故與一般齒輪相比，它具有結構簡單、加工容易、造價低、拆修方便等優(yōu)點，故以銷輪代替尺寸較大的一般漸開線齒輪時，將具有很大的經濟性。特別是個別銷齒破壞時，只需個別更換，不致整個銷輪報廢。 銷輪傳動適用于低速、重載的機械 傳動和粉塵多、潤滑條件差等工作環(huán)境比較惡劣的場所。廣泛應用于起重機械、化工、冶金、礦山等部門的一些低速而大型的機械設備中。 銷齒傳動結構見圖 35。 圖 35 銷齒傳動 2)、銷齒傳動應用 本次設計的一個創(chuàng)新點就是改變傳統的電機驅動斗輪軸的傳動方式，而是將一銷齒圈焊接與斗輪體的一側，減速器的輸出軸上直接裝齒輪，通過兩者的嚙合 使斗輪轉動。 銷齒圈的輪齒是圓銷，它結構簡單、加工方便、造價低、拆修方便，銷齒傳動適用于低速、重載機械傳動和粉塵多、潤滑 環(huán)境較惡劣的場合，能使斗輪驅動機構的制造成本減少一倍多，同時還運行平穩(wěn)，易于檢修。 圖 36 銷齒傳動驅動斗輪原理 已知 驅動電機額定功率 P=55kw，額定轉速 1n =1500r/min，效率為 液力偶合器傳動效率 1? = 減速器傳動比和傳動效率分別為 2i =30, 2? = 銷齒傳動系統中銷 輪的轉速和傳動效率分別為 2n =8 r/min，p?= （ 1） 計算銷齒軸的轉矩 2T 設備總傳動比 zi = 12nn =15008 =185 銷齒傳動比 2185 730zii i? ? ? 銷輪功率 2 1 1 2 55 0. 92 0. 96 0. 9 0. 93 40 .6 ( )pP P k w? ? ?? ? ? ? ? ? ? 銷輪軸的轉矩 22 2 4 0 . 69 7 4 9 7 4 4 9 4 3 ( )8PT k g mn? ? ? ? （ 2） 選定材料及確定許用應力 銷齒材料采用 45 鋼，正火處理， 167～ 217HB。按 10r/min 查表得 ? ?H? =108 kg/㎡，查表，按對稱循環(huán)載荷計算 ? ?2F? ? ?2F? = ? ?1 1KS?? ? 式中 1?? — 疲勞極限， 1?? =? 54=㎡； K — 銷齒變面狀況系數， K =； ??S — 許用安全系數， ??S 的取值范圍 為 ～ ，取 ??S =。 ? ? ?2F? = ?? （ kg/ 2mm ） 齒輪材料采用 45 鋼，調質處理， 207～ 255HB。按 10r/min 查表得 ? ?H? =120kg/㎡、 ? ?1F? =㎡ （ 3） 選定 ? 、 1z 、 /pdp和確定 1z 、 /ahp、 2z 等參數 查表 取： ? =、 1z =1 /pdp= 銷輪齒數 21 7 13 80. 2z iz? ? ? ? 取 80 齒 銷齒傳動實際傳動比 2139。zi z? =8013 = 銷輪實際轉速 2 6 . 1 739。 8 8 . 0 2 ( / m in )6 . 1 5n r a d? ? ? 實際總傳動比 239。 39。 30 184 .5zi i i? ? ? ? ? 按 1z =1 /pdp= 查圖得（ /ahp） max=。 為了保證齒頂不變尖且有一定厚度，還要保證重合度 ? 的值不小于 ～ ，則試取 /ahp=。 按 1z =1 /pdp= 查圖得 ? = 在需用范圍內，故合格。 （ 4）銷齒直徑確定及強度校核 按接觸強度公式計算 pd pd ? 394 ? ?2 33 2 21( / ) 494 3 5394 ( ) 13 10839。 p HT d p mmiz ???? ? ? ?? ? ? 取 pd =48 ㎜ 按彎曲強度驗算公式校核 pd 32 2 22 2 22 0 . 4 7 5 2 3 . 1 4 0 . 4 7 5 4 9 4 3 1 0 3 8 4 0 ( )/ 2 8 0 4 8tpT T TF k gr z P z d ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? 48 72 ( )pb d m m?? ? ? ? 取 ? ，則 72 mm? ? ? 22 332 . 5 2 . 5 3 8 4 0( ) ( 1 1 5 . 2 3 6 ) 6 . 8 8 ( / )2 4 8tFpF bL k g m md? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?226. 88 12 .4FF??? ? ?，故銷齒彎曲強度足夠 按彎曲強度驗算公式校核齒輪輪齒彎曲強度 ? ?221116 1 6 3 8 4 0 0 . 4 7 5 8 . 4 / 1 4 . 5 /7 2 4 8tFFF k g m m k g m mbp????? ? ? ? ?? 故齒輪輪齒彎曲強度足夠。 （ 5）幾何尺寸計算 齒輪齒數 1 13z? 銷輪齒數 2 80z ? 銷齒直徑 48pd mm? 齒距 48 1010 .4 7 5 0 .4 7 5pdp m m??? 齒輪節(jié)圓直徑 11/d pz ?? =10 1 13 / 3. 14 41 8. 2 mm?? 銷輪節(jié)圓直徑 22/d pz ?? =10 1 80 / 4 25 73 mm?? 齒輪齒根圓 角半徑 ( 0. 51 5 ~ 0. 52 ) ( 0. 51 5 ~ 0. 52 ) 48 24 .7 2 ~ 24 .9 6fp d? ? ? ? ? 取 mm? ? 齒輪齒根圓角半徑中心至節(jié)圓距離 ( 0 .0 4 ~ 0 .0 5 ) ( 0 .0 4 ~ 0 .0 5 ) 4 8 1 .9 2 ~ 2 .4pc d m m? ? ? ? 取 mm? 齒輪齒頂高 101 p m m? ? ? ? 齒輪齒根高 22 .8 2. 2 25ffh p c m m? ? ? ? ? 齒輪全齒高 43 .4 3 25 68 .4 3h ha hf m m? ? ? ? ? 齒輪齒廓過渡圓弧半徑 ( 0 .3 ~ 0 .4 ) ( 0 .3 ~ 0 .4 ) 4 8 1 4 .4 ~ 1 9 .2pR d m m? ? ? ? 取 16R mm? 齒輪齒頂圓直徑 11 2 418 .2 2 505aad d h m m? ? ? ? ? ? 齒輪齒根圓直徑 11 2 41 2 25 36 d h m m? ? ? ? ? ? 中心距 12 4 1 8 . 2 2 5 7 3 1 4 9 5 . 622dda m m? ?? ? ? 齒輪齒寬 48 72pb d m m? ? ? ? 銷齒計算長度 72 b mm? ? ? ? 銷齒中心至夾板邊緣距離 ( 1 .5 ~ 2 ) ( 1 .5 ~ 2 ) 4 8 7 2 ~ 9 6pl d m m? ? ? ? 取 80l mm? 銷輪夾板厚度 ( 0 .2 5 ~ 0 .5 ) ( 0 .2 5 ~ 0 .5 ) 4 8 1 2 ~ 2 4pd m m? ? ? ? ? 取 20mm?? （ 6）夾板擠壓強度校核 取 210 /pr kg mm?????? 223840 2 / 1 0 /2 2 4 8 2 0tp r p rpF k g m m k g m md??? ??? ? ? ? ????? 故夾板擠壓強度足夠。 斗輪軸的 設計及 校 核 （ 1）計算作用在軸上的力 根據前面計算可知 扭矩 T 10=?TN 圓周力 10=?Ft N 徑向力 4rF G cos 6 6 10 N= ? ? 軸向力 436 10 sin 6 6. 3 10= 窗 =?aFN （ 2）初步估算軸的直徑 選取 40Cr 鋼作為軸的材料，調質處理 由公式 3 PdAn179。計算軸的最小直徑并加大 3%以考慮鍵槽的影響 查表 取 A=100 則 3min 1 . 0 3 1 0 0 1 7 7 m m8炒 = 圖 37 斗輪軸的結構圖 （ 3） 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 水平方向上的力 RH1=RH2= 104N 垂直方向上的力 RV1=RV2=3 104N 水平方向上的彎矩 MH=363 103=7 106N mm 垂直方向上的彎矩 MV=3 104 363= 107N mm 最大彎矩 M= 107N mm （ 4） 按彎扭合成強度校核軸的強度 當量彎矩 ( )22caM M Ta=+ 其中折合系數 = ( ) 22 7 71 . 3 4 . 9 4 0 . 6 1 0 3 . 2 1 0=+ 創(chuàng) =? gcaM N m m 軸的材料為 40Cr 鋼，調質處理。 bs =685 N/ 2mm ，得材料許用應力21 7 0 /b N mms輊 =犏臌 軸的計算應力為 = caca MWs 由于軸截面有鍵槽故 ( )23 bt d tdW 32 dp= 代入計算得 53W 10 mm=? 7 253 . 2 1 0 3 6 . 3 /8 . 8 1 0180。= = =180。caca M N m mWs 故該軸滿足強度要求 （ 5） 計算危險截面的工作應力 取第一個軸肩面作為危險面 截面彎矩 761 2 5 2 1 7 51 . 3 1 0 6 . 2 7 1 03 3 5 3 6 3== 創(chuàng) =? gM M N m m 截面扭矩 74. 94 3 10=? gT N mm 抗彎截面系數 3 3 6 220 10= = ? ?W d m m 抗扭截面系數 3 3 6 20 0 2 10= = ? ?TW d m m 截面上彎曲應力 6 2166 .2 7 1 0 6/1 .0 6 1 0180。= = =180。b M N m mWs 截面上扭剪應力 7 261 .9 4 3 1 0 9 .2 /2 .1 2 1 0180。= = =180。TT N m mWt 彎曲應力幅 26/==ab N mmss 彎曲平均應力 0ms= 扭切應力 24 .6 /2= = =am N m mttt （ 6） 確定材料的機械性能 查表 可知 40Cr 鋼 彎 曲 疲 勞 極 限 21 33 5 /N mms = 剪切