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高速金屬切削立銑刀涂層的研究
摘要
一些用在硬質合金和金屬陶瓷端銑刀上的新型民用試驗PVD (物理氣相沉積)涂層正通過實驗室試驗進行研究.這些有涂層和無涂層刀具被用在高速的鋼的干切削和鋁合金的濕切削上.最后使用銑床進行精加工.刀具壽命被用來作為評價涂層性能的標準,同時也以切削力和功率損耗的現(xiàn)場監(jiān)察為基礎.最后的結果按照機械加工的單位體積損耗來進行討論. # 1999 Elsevier Science S.A. All rights reserved.
關鍵詞: PVD涂層;端銑刀;高速銑削
1. 論文簡介
這項研究工作通過調查一些用在商用的硬質合金和金屬陶瓷端銑刀上的新型涂層進行處理[1-3].使用由物理氣相沉積技術組成并基于陰極電弧的裝置[4].鋼和鋁合金被用作工件材料.一般來講,大家都知道當金屬陶瓷基板的涂層效果沒有被完全評估時硬質合金表面的PVD涂層可以提升切削刀具的耐磨性[5-11].
2. 試驗
2.1材料
鋼塊AISI-SAE 1045(HB≈190)和過共晶鋁合金(包含:硅 17±19%, 鐵 1.20%最大, 鎂 0.4±0.7%)用作被加工材料.商用硬質合金端銑刀(ISO等級K10-20;體積組成:碳化鎢≈90%,Co≈10%;HV30=1600;抗彎強度3700N/mm2),金屬陶瓷(ISO等級P20;主要由TiCN, TiC, TaC, WC, NbC, Co, Ni組成; HV30=1600; 抗彎強度2300 N/mm2)用作切削刀具.
硬質合金(HM)和金屬陶瓷也被用作基板,外表涂上基于陰極電弧系統(tǒng)的PVD涂層[4].一些單層按如下堆放: MoS2和TiN(兩種試驗涂層基板) , TiCN, TiAlCN, TiAlNbN(僅HM); TiAlN(僅金屬陶瓷)和如下混合層TiN+TiCN(兩種試驗涂層基板) .顯微鏡下的涂層如圖1.這些涂層的特性總結在下面表1中.
2.2銑削試驗
精加工是在CNC銑床上完成,切削速度平均在vc=100±600 m/min;進給速率fz=0.04 mm/每齒;軸向切削深度aa=0.5 mm;徑向切削深度ar=10 mm.設備條件總結在表2中:干切削以AISI-SAE 1045運行,當濕操作時需要5%的乳液配合切削鋁合金以免刀具被焊接到被加工工件上.
該端銑刀刀具的幾何參數(shù)列在表3中.
通過切削力與功率的實時檢測，刀具側面磨損極限VBB≤0.20 mm被用作評價涂層表現(xiàn)的標準（ISO3002\1），VBB是通過一套離線光學測量系統(tǒng)進行測量。切削力通過安裝在機床上的三相陀螺儀進行測量。主軸電機消耗的功率通過切削過程中的功率監(jiān)控器進行測量。力和功率通過在線的帶有一個數(shù)字信號處理板的計算機系統(tǒng)進行監(jiān)控。
3. 結果與討論
Fig2.3是用鋁合金作為工件材料的的銑削試驗結果。Fig4-7是用AISI-SAE 1045進行試驗的銑削結果。
由銑削試驗結果可知，用鋁合金作為工件材料，通過在重金屬基板上涂層實驗發(fā)現(xiàn)其可獲得一個有限的提升，根據(jù)耐磨性與效率的觀點，按照金屬移除體積，未涂層刀具與涂層刀具有著相似的表現(xiàn)。如果將未涂層
刀具作為基準，那么刀具壽命百分比將在87-113%的范圍內進行變化，涂有TiALNbN的刀具有著最好的表現(xiàn)：這是一種能抵抗高溫的新型涂層。這些涂層不能進行干切削，因其不能產生工件材料與刀具的焊接屏障。
至于鋼AISI-SAE 1045的銑削，其切削表現(xiàn)主要依靠底層件板材料。當陶瓷材料為底層材料，未涂層刀具獲得最好的表現(xiàn)，所
有涂層材料在測試中均表現(xiàn)為減少，這種現(xiàn)
象可能是由于刀具材料與工件材料之間的化
學反應。這些涂層并不能有效阻止普遍性磨
損，這是一種最重要的磨損理論，由此可以
將金屬干切削提高到更高的切削速度。（Vc
=600/min）
如果將未涂層刀具作為基準，那么刀具壽命將減少63%（TiN+TiCN）-91%（TiAlN）你會發(fā)現(xiàn)TiN+TiCN是最低的氧化阻力而TiN+TiCN最高。
另一方面，如果底層材料為重金屬，那么未涂層材料表現(xiàn)最差。事實上使用Vc=200m/min的切削速度，未涂層材料太低而不能與涂層材料相比。另外，即使未涂層材料使用Vc=100m/min的切削速度，其與在Vc=200m/min的涂層材料相比也有著很大差距。（fig6）
如果將未涂層刀具作為基準，下面重要的刀具壽命將會增長：27%（TiALNbN）297%（TiN+TiCN）385%（TiCN）455%（TiAlN）和473%（TiN），從經濟角度來看，涂層與未涂層刀具有以下計算公式：
,(1)
其中，Cw是機械加工花費（￡it/cm3）;Cm=1170, 機械刀具的使用花費（￡it/min）；Ct刀具花費（￡it）；Tw刀具壽命（以VBb=0.2mm）；Tt=3,磨損的刀具的變化時間（min），V是金屬的去除體積。
與Eq（1）有關的數(shù)據(jù)總結在表4中以，當?shù)毒咭越洕绞酵繉樱毒吆馁M意大利市場價格為準，當?shù)毒咛貏e的以實驗為用途進行涂層，花費以每種底層材料的涂層的相似類型的經濟花費為基礎，下面的柱形表對機械花費進行了對比，并用Eq（1）進行計算。
Fig8表明從經濟角度看，未涂層重金屬是最合適的即使其銑削鋁合金時以刀具壽命（fig2）和金屬移除體積（fig3）來看并不是表現(xiàn)最好的.涂層和未涂層刀具在價格方面的重要差異的影響因素（table4）。Fig9表明從經濟和切削效率來看用陶瓷作為刀具基層材料的未涂層刀具來銑削AISI-SAE 1045是最合適的。
另一方面，fig10與 6,7表明考慮機械花費，以TiN為涂層的重金屬刀具是最合適的，同樣其在刀具壽命與金屬移除體積方面
表現(xiàn)最好。
至于切削力功率與切削力，F(xiàn)x與Fy在表11-13中表明吸收的plots，通過考慮在監(jiān)控時上下銑削的價值，一般來講，這些量隨著時間增長與刀具磨損有關。Fig11表明機械加工鋁合金時，最好的涂層材料TiALNbN（table4）同樣允許切削力的降低，這意味著更好的機械加工性。
4. 結論
根據(jù)實驗結論與以上討論，可以得出以下結論：
1. 重要刀具壽命的提升與機械加工花費的減少可以使用涂層重金屬來銑削AISI-SAE 1045
2. 通過應用于AISI-SAE 1045，當用PVD涂層時陶瓷端銑削的磨損極限增加。
3. 涂有重金屬的刀具不能加工鋁合金，并且不會減少機械加工花費。
4. 在一些情況下，以重金屬為基礎的PVD涂層刀具可以在濕切削鋁合金時提高磨損極限
5. 這些涂層通過減少磨損和切削力可以提升AISI-SAE 1045的干機械加工性和鋁合金的濕機械加工性
References
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XX大學
本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
指導教師： 職稱：
所在院（系）： 機械與動力工程系 教研室（研究室）： 機制教研室
題 目
新型電牽引采煤機截割部的設計
學生姓名
專業(yè)班級
學號
一、選題質量：
1.采煤機截割部的設計符合本專業(yè)的培養(yǎng)目標，能夠體現(xiàn)綜合訓練要求。
2.題目難易程度中等偏上。
3.設計說明書的設計與計算部分難度中等但工作量較大。
4.此題目直接與現(xiàn)實中的采煤機相關，設計此采煤機可以直接與工廠生產相連，產
生效益；同時新型采煤機的設計可以提高生產效率；此題目為創(chuàng)新型題目，可培養(yǎng)
學生的研究精神。
二、開題報告完成情況：
已完成
三、階段性成果：
1.完成開題報告
2.設計說明書計算部分草稿完成
3.完成AutoCAD的部分圖紙草繪
4.完成國外文獻的翻譯
四、存在主要問題：
1.圖紙設計需要查資料，因此進展緩慢
2.設計計算工作量稍大，特別是需要校核部分
五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語
指導教師： （簽名）
年 月 日
3
XX大學
本科畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目名稱
新型電牽引采煤機截割部設計
學生姓名
專業(yè)班級
學號
一、 選題的目的和意義：
與目前國外最先進的電牽引采煤機相比．國內電牽引采煤機在總體參數(shù)性能方面尚有較大差距(1)單臺截割電動機功率均在400kw以上，目前多數(shù)采煤機的單臺截割電動機已達到600kW，最新的采煤機單臺截割功率高達750kw；(2)截割功率的增大，支架隨機文護的實現(xiàn)，為加大滾筒截深創(chuàng)造條件，以前滾筒的截保大多足的630-800mm，而今已普遍采用1000-1200mm截深，個別截深l500mm
除上述我同采煤機存總體水平上存在較大的差距外，在采煤機的機械結構參數(shù)設計、加工制造和材質件能與國外先進水平有較大的距離。因使用條件的緣故，采煤機的結構具有其特殊性(截出、滾筒、行走機構等都有特定要求)，如滾筒設計CAD．滾筒設計制約因素很多，首先要根據(jù)復雜多樣的煤層地質條件，、然后是工作面的生產技術要求，還要考慮的是采煤機的結構參數(shù)(滾筒直稈、截深、轉速、牽引速度)，而最后要設計出一個截割效率高，裝煤效果好，塊煤產出多，粉煤生成少，截齒消耗小，使用壽命長，制造成本低的截割滾筒。
二、 國內外研究綜述：
20世紀70年代中期，德國Eickhoff公司和美國JOY公司相繼研制出最早的直流電牽引采煤機。此后，世界上各主要采煤機研究制造公司均對電牽引采煤機進行了大量的研究開發(fā)。80年代后期涌現(xiàn)了大量電牽引采煤機型，并出現(xiàn)了交流電牽引采煤機。20世紀90年代，隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，開發(fā)出集電子電力、微電子、信息管理以及計算機智能技術與一體的大功率電牽引采煤機。如美國的JOY公司的路系列，英國的Long-Airdox公司的Anderson Electra、Anderson EL系列，德國Eickhoff公司的EDW系列、SL系列，日本三井三他制作所的MCLE-DR系列等電牽引采煤機。電牽引采煤機以其性能參數(shù)優(yōu)、可靠性強、自動化程度高、操作方便、控制靈敏、監(jiān)控保護及檢測功能完善和經濟效益好等眾多優(yōu)點在國際上被迅速推廣使用。
三、 畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法：
文獻法，AutoCAD繪圖等
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
《滾筒式采煤機理論設計基礎》，劉春生著，中國礦業(yè)大學出版社，2003
《采煤機》，李昌熙等編，煤炭工業(yè)出版社，1988.05
五、 畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明）
第一周，收集資料
第二周，進行部分數(shù)據(jù)計算并撰寫論文大綱
第三周，撰寫畢業(yè)設計論文
第四周，運用AutoCAD設計部分零件圖與裝配圖
六、 指導教師審批意見：
指導教師： （簽名）
年 月 日
2
本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）
題目 新型電牽引采煤機截割部的設計
院（系部） 機械與動力工程系
專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化
年級班級
學生姓名
指導教師
年 月 日
XX大 學
畢業(yè)設計（論文）任務書
專業(yè)班級 學生姓名
一、題目
二、主要任務與要求
三、起止日期 年 月 日至 年 月 日
指導教師 簽字（蓋章）
系 主 任 簽字（蓋章）
年 月 日
XX 大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）評閱人評語
專業(yè)班級 學生姓名
題目
評閱人 簽字（蓋章）
職 稱
工作單位
年 月 日
XX大 學 萬 方 科 技 學 院
畢業(yè)設計（論文）評定書
專業(yè)班級 學生姓名
題目
指導教師 簽字（蓋章） 職稱
年 月 日
XX 大 學
畢業(yè)設計（論文）答辯許可證
經審查， 專業(yè) 班 同學所提交的畢業(yè)設計（論文），符合學校本科生畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，達到畢業(yè)設計（論文）任務書的要求，根據(jù)學校教學管理的有關規(guī)定，同意參加畢業(yè)設計（論文）答辯。
指導教師 簽字（蓋章）
年 月 日
根據(jù)審查，準予參加答辯。
答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章）
年 月 日
XX大 學
畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）決議
院（系） 專業(yè) 班
同學的畢業(yè)設計（論文）于 年 月 日進行了答辯。
題目
答辯委員會成員
主 席（組長）
委 員（成員）
委 員（成員）
委 員（成員）
委 員（成員）
委 員（成員）
委 員（成員）
答辯前向畢業(yè)設計答辯委員會（小組）提交了如下資料：
１、設計（論文）說明 共 頁
２、圖紙 共 張
３、評閱人意見 共 頁
４、指導教師意見 共 頁
根據(jù)學生所提供的畢業(yè)設計（論文）材料、評閱人和指導教師意見以及在答辯過程中學生回答問題的情況，畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）做出如下決議。
一、畢業(yè)設計（論文）的總評語
二、畢業(yè)設計（論文）的總評成績
畢業(yè)設計答辯委員會主席（組長） 簽名
委員（組員）簽名
年 月 日
—7—
XX大學本科畢業(yè)論文
摘 要
本說明書主要介紹了采煤機截割部的設計計算。此新型電牽引采煤機截割部主要是由一個搖臂減速箱和一個行星減速機構組成,截割部電機放在搖臂內橫向布置,電動機輸出的動力經由三級直齒圓拄齒輪和行星輪系的傳動，最后驅動滾筒旋轉。截割部采用四行星單浮動結構，減小了結構尺寸，采用大角度彎搖臂設計，加大了過煤空間，提高了裝煤效果。
關鍵詞：采煤機；截割部；減速箱；行星輪系；設計
Abstract
Calculate in design which cuts the cutting department of main introduction mining machine of this manual.It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the advanced mining machine cuts the cutting department,cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm,the power that the motor outputs leans on around of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth ,urge the cylinder ti rotate finally.Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary forms,have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve the rocker arm to design,have strengthened the space of coal,have improved the coal result of putting.
Key words: Mining machine;Cut the cutting department;Gearbox;A department of planet;Desigh
II
目 錄
前 言 1
1 緒論 2
1.1 采煤機發(fā)展概述 2
1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀及研究趨勢 4
1.2.1 國外電牽引采煤機發(fā)展概況 4
1.2.2 國內電牽引采煤機發(fā)展概況 5
1.2.3技術特點與發(fā)展趨勢 6
1.2.4 國內電牽引采煤機研究方向 9
2 煤的機械性能及截割理論 10
2.1 煤層構造特點 10
2.1.1 原生性構造特點 10
2.1.2 次生性構造特點 10
2.1.3 斷裂和裂縫的觀測 11
2.2 煤的物理機械性質 12
2.2.1 煤的物理性質 12
2.2.2 煤的機械性質 13
2.2.3 煤的堅固系數(shù) 17
2.2.4 煤的截割阻抗 17
3 截割部的設計與計算 18
3.1主要技術參數(shù) 18
3.2傳動比和各軸轉矩的計算 19
3.3 齒輪強度校核 22
3.3.1 第Ⅰ級、高速級減速齒輪 22
3.3.2 第Ⅱ級減速齒輪 29
3.4 行星機構的計算 36
3.5 截割部軸的設計計算 56
3.5.1 離合器齒輪軸 56
3.5.2 齒輪組軸 64
3.6 截割部軸承壽命校核 71
3.6.1 離合齒輪組軸承 71
3.6.2 齒輪組軸軸承 73
4 采煤機的使用與維護 75
4．1采煤機使用過程中常見故障與處理 75
4.1.1 采煤機截割部與牽引部連接部位損壞的原因分析： 75
4.2大功率采煤機截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法 76
4.2.1 發(fā)熱原因的分析 77
4.2.2 解決方法 77
4．3采煤機軸承的維護及漏油的防治 78
4.3.1采煤機軸承損壞形式和原因 78
4.3.2 預防和改進措施 79
4.3.3 加強軸承使用中維護和保養(yǎng) 80
4.3.4 采煤機漏油及處理 80
4．4煤礦機械傳動齒輪失效的改進途徑 81
4.4.1設計 82
4.4.2 選材 83
4.4.3 加工工藝 83
4.4.4 熱處理 84
4.4.5 表由強化處理 85
4.4.6 正確安裝運行 85
4.4.7 潤滑 85
致 謝 89
參考文獻 90
iii
前 言
我國是一個貧油、少氣、富煤的國家，因此我國是產煤大國，煤炭是我國最主要的能源，是保證我國國民經濟飛速增長的重要物質基礎。
然而采煤一直以來都被人們看作一項非常危險的事情。在以前國內有很多小型煤窯，由于規(guī)模小，技術落后，大部分都是靠人工進行挖煤、運輸煤。因此經常出現(xiàn)各種事故，而且大量浪費了資源。大型的采煤機械的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到了改觀。采煤機作為采煤的主要工具是實現(xiàn)煤礦生產機械化和現(xiàn)代化的重要設備之一。機械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達到高產量、高效率、低消耗的目的。它對提高煤的采掘效率有著重要的影響。
20世紀70年代主要靠進口采煤機來滿足我國生產的需要，到今天幾乎是我國采煤機占領我國的整個采煤機市場，依靠科技進步，推進技術創(chuàng)新，開發(fā)高效礦井綜合配套技術是我國煤炭科技的發(fā)展的主攻方向，我國的采煤機現(xiàn)在已經進入了自主研發(fā)，標準化，系列化階段。
1 緒論
1.1 采煤機發(fā)展概述
機械化采煤開始于本世紀40年代，是隨著采煤機械的出現(xiàn)而開始的。40年代初期，英國、蘇聯(lián)相繼生產了采煤機，使工作面落煤、裝煤實現(xiàn)了機械化。但當時的采煤機都是鏈式工作機構，能耗大、效率低，加上工作面輸送機不能自移，所以生產率受到一定的限制。
50年代初期，英國、聯(lián)邦德國相繼生產出了滾筒式釆煤機、可彎曲刮板輸送機和單體液壓支柱，從而大大推進了采煤機械化技術的發(fā)展。滾筒式采煤機采用螺旋滾筒作為截割機構，當滾筒轉動并切人煤壁后，通過安裝在滾筒螺旋葉片上的截齒將煤破碎，并利用螺旋葉片把破碎下來的煤裝人工作面輸送機。但由于當時采煤機上的滾筒是死滾筒，不能實現(xiàn)調高，因而限制了采煤機的適用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機為第一代采煤機。因此，50年代各國采煤機械化的主流還只是處于普通機械化水平。雖然在1954年英國已研制出了自移式液壓支架，但由于采煤機和可彎曲刮板輸送機尚不完善，綜采技術僅僅處在開始試驗階段。
60年代是世界綜采技術的發(fā)展時期。第二代采煤機——單搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn)，解決了采高調整問題，擴大了采煤機的適用范圍。這種采煤機的滾筒裝在可以上下擺動的搖臂上，通過擺動搖臂來調節(jié)滾筒的截割高度，使采煤機適應煤層厚度變化的能力得到了大大加強。1964年，第三代采煤機——雙搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn)，進一步解決了工作面自開切口問題。另外，液壓支架和可彎曲輸送機技術的不斷完善，把綜采技術推向了一個新水平，并在生產中顯示了綜合機械化采煤的優(yōu)越性——高效、高產、安全和經濟，因此各國競相采用綜采。進入70年代，綜采機械化得到了進一步的發(fā)展和提高，綜采設備開始向大功率、高效率及完善性能和擴大使用范圍等方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了功率為750—1000kW的采煤機，功率為900—1000kW、生產能力達1500t／h的刮板輸送機，以及工作阻力達1500kN的強力液壓支架等。1970年采煤機無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及1976年出現(xiàn)的第四代采煤機——電牽引采煤機，大大改善了采煤機的性能，并擴大了它的使用范圍。世界上第一臺直流電牽引(他勵)采煤機是由西德艾柯夫公司1976年研制的EDW一150—2L型采煤機。該采煤機首次使用就顯示出電牽引的優(yōu)越性，即效率高、產量大、可靠性高，其故障率只是液壓牽引采煤機的l／5。同年，美國久益公司研制出了1LS直流(串勵)電牽引采煤機，以后陸續(xù)改進發(fā)展為2LS、3LS、4LS系列；1996年生產的6LS05型采煤機，其總裝機功率為1530kW，是目前世界上功率最大的釆煤機。
我國采煤機始于50年代，主要從國外引進，自70年代開始，我國處于引進與開發(fā)相結合的發(fā)展時期，能自行設計和生產適合各種煤層的螺旋滾筒式采煤機。我國采煤機的發(fā)展在80年代處于興盛時期，在90年代進入電牽引階段。1997年研制了我圖第一臺大功率電牽引采煤機，實現(xiàn)了采煤機技術的升級換代。現(xiàn)在我國采煤機技術正向高技術、高性能、高可靠性及電牽引方向發(fā)展。
滾筒式采煤機總體結構一般由截割部、電動機、牽引部和電氣控制系統(tǒng)以及輔助裝置組成。截割部是工作機構及其驅動裝置的總稱，它包括固定減速箱、搖臂和滾筒，是采煤機實現(xiàn)截煤、破煤和裝煤的工作部分。采煤機截割部減速器一般分為固定減速器和搖臂減速器，其作用是將電動機的動力傳遞給螺旋滾筒，它主要包括齒輪減速的機械傳動系統(tǒng)和供搖臂調高滾筒用的液壓傳動系統(tǒng)。本文設計的電牽引采煤機就是采用了搖臂減速器與行星機構的傳動系統(tǒng)。
1.2 國內外發(fā)展現(xiàn)狀及研究趨勢
1.2.1 國外電牽引采煤機發(fā)展概況
20世紀70年代，美國JOY公司研制成功了1LS多電機橫向布置直流電牽引采煤機，此后又陸續(xù)研制了2LS-6LS等型多電機橫向布置電牽引采煤機。7LS5采煤機總功率1940kW，牽引速度30m／min，采用JOY Ultratrac2000型強力銷軌無鏈牽引系統(tǒng)，加大銷軌節(jié)距和寬度，并采用鍛造銷排，裝備了與6LS5型通用的JNA機載計算機信息中心，具有人機通訊界面、故障診斷圖形顯示和儲存、無線電遙控、牽引控制和保護等功能。
德國Eickhoff公司于1976年研制成功直流電牽引采煤機，并基本停止了液壓牽引采煤機的研發(fā)，此后又陸續(xù)開發(fā)了多種形式電牽引采煤機。20世紀90年代開發(fā)的SL系列橫向布置交流電牽引采煤機，將截割電機布置在搖臂上。其中SL500型電牽引采煤機裝機功率達1815kW，最大牽引力869kN；SL300型電牽引采煤機總裝機功率1138kW，采用雙變頻器一拖一系統(tǒng)，最大牽引速度達36．7 m／min：SLl000型采煤機裝機功率達2600kW，牽引力1003kN?？刂葡到y(tǒng)具有交互式人機對話、設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預報、在線控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?
英國long-Airdox公司于1984年研制成功第1臺將截割電機布置在搖臂上的多電機橫向布置的Electra55V型直流電牽引采煤機，在此基礎上又開發(fā)出功率更大的Electral000型直流電牽引采煤機。20世紀90年代，在Electra系列機型基礎上，進一步加大功率，改進控制系統(tǒng)，開發(fā)了EL系列交流電牽引采煤機，主要機型有EL600、ELl000、EL2000、EL3000型。在EL系列機型上裝置的Impact集成保護及監(jiān)控系統(tǒng)具有負荷控制、機器監(jiān)控、采煤機自動定位、自動調高、區(qū)域控制‘智能化安全聯(lián)鎖、隨機故障診斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。日本三井三池制作?987年后陸續(xù)研制成功多種截割電機縱向布置的MCLE．DR系列交流電牽引采煤機，近幾年又開發(fā)了截割電機橫向布置的多電機交流電牽引采煤機。采煤機裝有微機工況監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，可數(shù)字顯示牽引速度、滾筒位置、留頂?shù)酌汉穸?、電機負載及各處溫度，具有無線遙控裝置，并可加裝紅外線發(fā)射器操縱液壓支架。表l為國外代表性電牽引采煤機主要技術參數(shù)。
1.2.2 國內電牽引采煤機發(fā)展概況
我國電牽引采煤機在消化吸收國外引進采煤機技術的基礎上，通過二次開發(fā)擁有了許多具有自主知識產權的換代產品，在我國煤礦綜合機械化采煤工作面，國產采煤機已經占據(jù)主導地位，完全采用國產裝備的高產高效工作面不斷涌現(xiàn)。1991年，煤炭科學研究總院上海分院與波蘭合作，在國內率先研制成功我國第l臺采用交流變頻調速技術的薄煤層爬底板采煤機，接著又先后研制成功了截割電機縱向布置的交流電牽引采煤機、截割電機橫向布置的適用于中厚和較薄煤層的交流電牽引采煤機。上海分院研制的MG系列電牽引采煤機已形成九大系列共幾十個品種。太原礦山機器廠與上海分院合作，將AM500液壓牽引采煤機改造成MG375／830-WD型交流電牽引采煤機后，又自主研制成功了MGTY400／900-3·3D型和MG750／1800-3．3D型機載交流變頻調速鏈軌式電牽引采煤機，現(xiàn)正在國家“十一五”科技支撐計劃資助下研發(fā)裝機總功率達2 500kW、最大采高6.0 m、年產1000萬t的交流電牽引采煤機；雞西煤機廠與上海分院合作將MG2x300-W型液壓牽引采煤機改造成MG300／360-WD型交流電牽引采煤機后，又開發(fā)了MG200／463型、MG400／985型交流電牽引采煤機；遼源煤機廠與邢臺礦業(yè)集團合作研制成功我國首臺應用電磁轉差離合器調速技術的MG668-WD型電牽引采煤機；無錫采煤機廠與中紡機電研究所合作研制成功國內首臺應用開關磁阻電機調速技術的MG200／500-CD型電牽引采煤機。表2為國內具有代表性機型的采煤機主要技術參數(shù)。
1.2.3 技術特點與發(fā)展趨勢
(1) 裝機功率增大、性能參數(shù)提高
①單臺截割電機功率多在400kW以上。多數(shù)采煤機單臺截割電機功率己達600kW以上，EL3000采煤機單臺截割電機功率達900kW，SLl000采煤機的單臺截割電機功率高達1000kW，太原礦山機器集團也正在研發(fā)單臺截割電機功率1000kW的新型大功率采煤機。
②牽引功率多在80kW以上，最大已達300kW。
③總裝機功率超過1000kW，如7LS5達1940kW，EL3000總裝機功率達2000kW，SLl000總裝機功率更高達2600kW。
④牽引速度、牽引力大幅提高。牽引速度15～25 m／min，牽引力500 kN以上。最大牽引速度60m／min(EL3000)，最大牽引力已達1000kN以上(EL3000、SLl000、西安煤礦機械廠生產MG900／2210、雞西煤礦機械廠生產的MG800／2040)，太原礦山機械集團有限公司即將推出牽引力l 125kN的采煤機。
⑤截割功率增大，支架實現(xiàn)隨機支護，滾筒截深加大。10a前，截深大多是630-700mnl，現(xiàn)普遍采用截深1000～1200raln，別已達到1500 nun截深。
⑥采煤機可靠性和開機率提高。國外采煤機大修周期2a，出煤量400～600萬t，要求采煤機出煤量300-400萬t而不大修，差距較大。
(2) 中高壓供電
隨著采煤機裝機功率大幅度提高，工作面不斷加長，整個工作面容量超過5000kW，工作面長度達到300m。為減少輸電線路損耗，提高供電質量和電機性能，普遍采用中高壓供電。主要供電等級有2300V、3300V、4160V、5000V等。
(3)監(jiān)控保護系統(tǒng)智能化
現(xiàn)代電牽引采煤機均配備有智能化監(jiān)控、監(jiān)測和保護系統(tǒng)，可以實現(xiàn)交互式人機對話、無線電遙控、工況監(jiān)測及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲及傳輸、故障診斷及預警、自動控制、自動調高等多種功能，以保證采煤機維護量最小，利用率最高，并可實現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機的信息交互和聯(lián)動控制等功能。如安德森公司EL系列機型上裝置Impact集成保護與監(jiān)控系統(tǒng)，Eichhoff公司的Eichhoff數(shù)據(jù)匯集技術系統(tǒng)， JOY公司6LS型電牽引采煤機的JNA網絡信息中心等。
(4)電牽引系統(tǒng)向交流調速發(fā)展
早期的電牽引采煤機大多采用直流調速系統(tǒng)。日本20世紀80年代中期研制成功第1臺交流電牽引采煤機，交流調速系統(tǒng)以其技術先進、可靠性高、維護管理簡單、價格低廉等優(yōu)點，被迅速推廣應用。20世紀90年代中后期研制的大功率電牽引采煤機均采用交流變頻調速牽引系統(tǒng)。目前，交流電牽引已經取代直流電牽引。早期的交流牽引均采用一個變頻器拖動2臺牽引電機，變頻器對電機的性能參數(shù)難以準確檢測，控制和保護功能無法完全發(fā)揮。如今主流交流電牽引采煤機均采用2個變頻器分別拖動2臺牽引電機的牽引系統(tǒng)，使牽引的控制和保護性能更加完善。這種一拖一的牽引系統(tǒng)已經成為電牽引技術發(fā)展的又一特點。
(5)總體結構趨向模塊化及多電機橫向布置
橫向布置方式可使各部件由單獨電機驅動，機械傳動系統(tǒng)彼此獨立，可模塊化設計，結構簡單，裝拆方便。美國從1LS開始將截割電機橫向布置在搖臂上，至今沿用。英國從Electra550開始，采用電機橫向布置。德國于20世紀90年代開發(fā)了橫向布置的SL系列電牽引采煤機。目前國內外的電牽引采煤機幾乎都采用了橫向布置方式。
(6)無鏈牽引向齒輪-齒軌式演變
隨著牽引力的不斷增大，銷輪．齒軌式無鏈牽引已經淘汰，齒輪．鏈軌式無鏈牽引也已使用不多，現(xiàn)在采煤機無鏈牽引正逐步趨向于采用齒輪．齒軌式無鏈牽引，這是一種從齒輪．銷軌式演變而來的無鏈牽引結構，圓柱銷被齒軌所取代，焊接結構改成了整體精密鑄造或鍛造，寬度增大，節(jié)距由125mm增加至175 mm。
1.2.4 國內電牽引采煤機研究方向
國內電牽引采煤機代表機型在總體參數(shù)和性能方面已接近國外先進水平。但一些關鍵部件及其總體性能、功能、適應范圍等方面還有待進一步完善和提高。尤其是在線工況監(jiān)測、故障診斷及預報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術與國外相比還有較大的差距。因而國內電牽引采煤機的智能化程度低，設備可靠性、安全性和可維護性較差，今后國內電牽引采煤機的主要研究方向如下；
(1)進一步完善和提高交流變頻調速牽引系統(tǒng)的可靠性。重點是完善和提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能。
(2)研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng)。重點是提高采煤機電控系統(tǒng)抗干擾、抗熱效應的能力。
(3)開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。重點是研究故障診斷與專家系
統(tǒng)、工況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應變頻電路的漏電檢測與保護技術、搖臂自動調高系統(tǒng)等。
(4)開發(fā)可四象限運行的礦用交流變頻調速裝置，使采煤機能適應較大傾角煤層開采的需要。
(5)開發(fā)裝機功率更大、采高更高的采煤機，提高煤炭產量及回采率。
(6)加強提高采煤機開機率和可靠性的研究。
(7)電器元件小型化的研究。由于裝機功率增大，電動機、變壓器、變頻器等設備的體積也相應增大，為滿足整機結構布置緊湊的要求，必須研究設備小型化的技術途徑。
2 煤的機械性能及截割理論
煤體是采煤機械的破碎對象，對采煤機的刀具受力、能耗和裝機功率等都有直接影響，因此需要討論煤及煤層的性質；同時，為了解煤的破碎機理，探求截煤過程的合理參數(shù)，仗工作機構可靠、經濟地工作，也需要討論截煤理論及截齒的受力。
2.1 煤層構造特點
煤是遠古地質時代沉積物，并且在此后的漫長歲月中，在與空氣隔絕、高壓、高溫的條件下，經過漫長的碳化變質過程形成的。原始沉積物的不同，碳化變質程度的差異，使煤炭的機械性質和煤層的構造在不同地域有很大差異。煤層含有矸石和硫化鐵等硬夾雜物，沉積過程
中形成的分層面(稱為層理)、地質力使煤層破碎形成的斷裂面(稱為節(jié)理)，使煤層各處的性質不同．即煤是一種非均質、各向異性的脆性物質。煤層的構造特點按其形成原因分為原生性和次生性兩大類。
2.1.1 原生性構造特點
原生性構造特點由煤層生成時的條件所致，如生成煤層的材料、當時的自然條件和環(huán)境條件等。人們用下面幾個概念描述原生性構造特點，即層理、節(jié)理和非均質性等。原生性構造特點中的層理、節(jié)理是屬于潛伏性的，是指在煤層整體中固有的結構面，這是一種非連續(xù)性弱結
合面。通常肉眼不易發(fā)現(xiàn)它們，僅能在煤層破碎過程中顯現(xiàn)出來，這時人們能看到的是光滑而規(guī)則的離層面。
2.1.2 次生性構造特點
次生性構造特點是由于地質動力形成的煤層特征，通常用斷裂和裂脒這兩個概念來描述。斷裂是指在煤層內明顯充實的分離面；裂隙則是指煤層內張開著的明顯可見的大裂縫。
2.1.3 斷裂和裂縫的觀測
煤層中存在著弱結合面，使煤層強度大為降低。在煤的開采過程中，為節(jié)省能源和延長機械壽命，采煤工藝過程就應充分利用煤層強度降低的這一現(xiàn)象。因此，在井下觀測斷裂和裂縫存在的規(guī)律，并對其進行正確描述和掌握，對于煤炭開采是十分必要的。從如下諸方面描述這些規(guī)律。
（1）斷裂和裂縫的傾角與走向
斷裂和裂縫的傾角是指斷裂面和裂縫一側的平面與水平面的夾角。裂縫和斷裂的走向是指斷裂和裂縫一側平面與巷道軸線的夾角。這通常由地質和測量方面的工程技術人員給出，標注在圖紙上。
（2）裂縫密度
①線裂縫密度S1:表示單位勘探線或測定線長度上的裂線條數(shù)，稱為線裂縫密度，即
（2-1）
式中 N——觀測到的裂縫條數(shù)，條；
L——鉆孔巖心長度或巷道壁必及工作面的測定線長度，m。
②面積裂縫密度S2：表示巷道壁或工作面上單位煤層面積上裂縫線總長度，即
（2-2）
式中 F——煤層被觀測而積，m2；
N——在F面積內的裂縫總條數(shù)，條；
Li——第i條裂縫長度，m。
（3） 裂縫平均間隔
裂縫平均間距用s。表示，它表示在觀測范圍內裂縫之間的平均距離，由式(2一1)可得
（2-3）
（4） 裂縫充填程度
通過觀察工作面可發(fā)現(xiàn)裂縫之中是否已充滿煤粉，充滿情況可分為全充填、半充填和基本未充填等類型。
2.2 煤的物理機械性質
煤的基本性質可以分為物理性質和機械性質兩大類。
2.2.1 煤的物理性質
煤的物理性質主要是：容重、濕度、松散性、孔隙性、導電性和熱脹性等。其中與煤層開采密切相關的有：容重和濕度。
（1）客重
煤巖體的容重是指單位體積煤在干燥狀態(tài)下的重量。根據(jù)煤種類不同，如泥炭、煙煤、無煙煤以及褐煤等，其容重在1 3 t／m3～1．45 t／m3范圍內變化(計算時通常取l.35)，表2-l給出了幾種煤和巖石的容重。
表2—1幾種煤和巖石的容重
煤和巖石名稱
花崗巖
砂巖
石灰?guī)r
頁巖
泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤
容重/t·m-3
2.56-2.67
2.11-2.64
2.46-2.6
2.16
1.3-1.45
（4）煤的濕度
煤的濕度用含水率表示。含水率是指在煤層的縫隙中存留的水的重量與煤固體重量之比。含水率高的煤巖體，結構被弱化，其強度有明顯降低。采煤機械開采這樣的煤層時，功率消耗明顯降低，而且粉塵也少。
2.2.2 煤的機械性質
煤的機械性質是指煤體受到機械旌加的外力時所表現(xiàn)出的性質和抵抗外力的能力。在破碎煤體時可借助于煤的機械性質選擇對煤體作用力的形式、截煤刀具形狀和種類等。因此，采用機械開采時，了解煤的機械性質尤其重要。
煤體的機械性質主要是：強度、硬度、接觸強度、摩擦與磨蝕性；彈性、塑性與脆性、蠕變與松弛等。這些性質的參數(shù)多數(shù)是借助于材料力學的研究方法在試驗室中得到。
（1） 強度
強度是衡量物體在特定方向上抵抗破壞能力的指標，如抗壓強度δy抗剪強度δj和抗拉強度δl等等。強度極限通常用試件在實驗機上測定。研究結果表明，煤的抗壓強度δy最大，抗剪強度δj次之，抗拉強度δl最小，三種強度在數(shù)值上大約有如下關系：
Δy/δj/δl=1:（0.1-0.4）：（0.03-0.1）
據(jù)此，在設計采煤機械時，設法盡量利用拉伸或剪切破壞，以減少刀具受力和能耗。幾種煤巖體材料的抗壓強度值見表2—2。
表2-2煤巖材料的抗壓強度
不同地區(qū)、不同礦層的煤巖材料強度均不同，由于煤的各向異性，因而同一煤體不同方向的強度也不同。前蘇聯(lián)學者和英國學者的研究結果表明．垂直于層理加載與平行于層理加載二者相比較，前者抗壓強度較后者大30％～50％。
另外，研究表明，各種煤體強度與其埋藏深度(由地表面算起的深度)之間的對應關系有所不同。波蘭學者對某地區(qū)煤巖體的強度與其埋藏深度關系的研究結果見表2—3。
表2—3煤巖體的強度與其埋藏深度的關系
（2） 硬度
煤體硬度表示在較小的局部表面積上抵抗外力作用而不破壞的能力?？梢杂貌际嫌捕扔嫛⒙迨嫌捕扔嫽蛐な嫌捕扔媮頊y定煤體的硬度。
（3） 接觸強度
上面提到的硬度，由于其測定方法所限，只代表煤巖體測定部位的個別顆粒或嬲粒間粘結物的硬度。為了能在宏觀上表示煤巖材料的表面強度，采用接觸強度這一概念。
接觸強度可按幾次實驗測壓頭上的載荷值只與S壓頭下表面積之比來計算，即
（2-4）
式中 pk——巖石材料接觸強度，MPa；
pi——巖石材料脆性破壞的蹄間壓頭的載荷，N；
n——壓頭下壓次數(shù)；
s——壓頭下表面積，mm2。
接觸強度的概念在掘進機設計與使用中經常遇到。前蘇聯(lián)有關學者根據(jù)接觸強度值的太小，把巖石分為六類：松軟(400 MPa以下)，次中等堅固(400 MPa一600 MPa)，中等堅固(650 MPa～1250 MPa)，堅固(1250 MPa～2450 MPa)，很堅固(2450 MP8～4500 MPa)和極堅固(4500 MPa以上)。
（4） 摩擦與腐蝕性
金屬零部件或硬質臺金在煤體表面運動時，要受到摩擦阻力的作用。這種金屬與非金屬問的摩擦作用將引起如下后果：金屬部件是運動主體，將消耗其有用功；使金屬零部件表面或硬質合金受到磨損，表面形狀改變，增加了切割阻力；使金屬零部件和硬質合金發(fā)熱，使其硬度降低，加劇磨損，因此需要用水來冷卻。
煤體對金屬或硬質合金的摩擦作用大小用摩擦系數(shù)p表示，F(xiàn)值大小因金屬或硬質合金以及煤巖材料種類而異，也因作相對運動的二者之間壓力大小和相對運動速度大小而異。
前蘇聯(lián)學者對煤炭與鋼的摩擦系數(shù)研究結果表明：煤的強度增加，摩擦系數(shù)p值由0.5下降到0.3左右；當煤與鋼相對滑動速度由0.lm/s增加到3.1 m/s時,μ值由0.4下降到0.15；當法向壓力增加，μ值也減少。表2-4和表2-5給出了幾種材料之間的摩擦系數(shù)值。
表2—4鉆頭鋼、硬質臺金與巖石的摩擦系數(shù)
表2—5煤與鋼、煤與煤的摩擦系數(shù)
磨蝕性(研磨性)：煤巖對金屬、硬質合金或其他固體磨蝕的能力。表征煤巖磨蝕性的方法很多，這里介紹幾種應用比較普遍的方法，用標準金屬試件在一定壓力下與被測煤巖材料接觸，并作相對移動。設作用力為P(N)，摩擦路程為L(m)，金屬試件被磨蝕掉的體積為△V(cm3)，則磨蝕系數(shù)ω。為
(2-5)
此外：還有用標準金屬試棒在一定條件下每千米摩擦路程磨蝕掉的質量△Ⅲ(mg)或長度△l(mm)來表征磨蝕性的，此時用ρ表示磨蝕性系數(shù)。
研究結果表明，對于磨蝕性已定的煤巖，切割刀具在破碎煤巖時的磨損量與摩擦路徑成正比，與刀具對煤巖表面正壓力成正比．與刀具和煤巖之間的相對速度成正比，還與刀具的溫升成正比。這一研究成果對采煤機械的設計和使用都是很重要的，應該使采煤機械具有適當?shù)墓r參數(shù)“盡量減少在工作過程中刀具的磨損量。
（5） 彈性、塑性與脆性
煤體的彈性、塑性與脆性是反映煤炭受外力作用與其變形之間關系的性質。
煤體的彈性：當作用于煤體上的外力消失后，煤體的變形也完全消失，稱煤的這種能恢復其原來形狀和體積的性能為彈性。破碎彈性較高的煤體，消耗的能量也較高，破碎也顯得困難。一般煤體的彈性都比較小。
煤體的脆性：當作用于煤體上的外力除去后，煤體無殘余變形，當煤體在外力作用下破碎時，其變形也極小，這種性質被稱為脆性。脆性好的煤體，容易被破碎。通常煤體材料的脆性都極好，因此其破壞也都屬于脆性破壞。
2.2.3 煤的堅固系數(shù)
堅固性系數(shù)又稱堅硬度，是用來衡量煤破碎難易程度的指標，它綜合反映了煤的強度、硬度和彈塑性等因素。堅固性系數(shù)是前蘇聯(lián)學者普羅托季雅柯諾夫于1926年提出的，固此又稱普氏系數(shù)。
我國用堅固性系數(shù)來進行巖石分級和煤層分類。煤和軟巖?≤4，中硬巖?=4～8，硬巖 ?≥8～20(最硬的巖石)；同時還規(guī)定?≤1.5的煤稱為軟煤，?=1.5～3.0的煤稱為中硬煤，?≥3.0的煤稱為硬煤。
2.2.4 煤的截割阻抗
截割阻抗是刀具截煤時煤及煤層抵抗機械作用的能力。它不僅能反映采煤機械刀具截煤的真實過程，而且可在井下現(xiàn)場測定，即能全面反映礦山條件的影響。因此，截割阻抗是表征煤的截割性能的一個常用指標。煤、巖及硬雜物的截割阻抗見表2—6。
表2—6煤、巖機硬雜物的截割阻抗
從有效使用采煤機械的角度，可將煤層按截割阻抗分為三類：
A≤180 N／mm的煤稱為軟煤，適合用各種刨煤機，特別是脆性煤層最適于刨煤機工作；A=180 N／mm～240 N／mm的煤稱為中硬煤。其中韌性煤適合用采煤機，脆性煤適合用滑行刨；A=240 N／mm～360 N／mm的煤稱為硬煤，韌性煤必須用大功率采煤機，脆性煤可用滑行刨或動力刨。
3 截割部的設計與計算
3.1 主要技術參數(shù)
1. 適應煤層：
采高范圍 1.5～3.0 m
煤層傾角 ≤20°
煤質硬度 ≤4.50MPa
截割電機
電機型號 YBC-150A（水冷）
額定功率（kW） 150
額定電壓（V） 1140
額定轉速（r/min） 1475
牽引電機
電機型號 YBC-75（水冷）
額定功率（kW） 75
額定電壓（V） 1140
額定轉速（r/min） 1465
2. 其它參數(shù)：
截深（mm） 800
牽引速度（m/min） 0～7.7
牽引力（kN） 400
滾筒直徑（mm） Φ1400
滾筒轉速（r/min） 39.26
3. 配套輸送機：
SGB630/220型刮板輸送機
3.2 傳動比和各軸轉矩的計算
1.確定總傳動比 ：
== =39.26
2.確定各級傳動比：
各級傳動比分配如下：
（、、）
（、、）
（、、）
行星減速： （、、、）
3.確定各級傳動效率和總效率：
=0.992
=0.992
=0.992
=0.992
=0.992
=0.992
則：
=0.602
----注：調高系統(tǒng)的功率損失不計，以偏安全。
4.確定各軸轉速、輸入功率：
1）轉速：
2）輸入功率：
3.3 齒輪強度校核
3.3.1 第Ⅰ級、高速級減速齒輪
(1)選擇齒輪材料和熱處理方法，確定齒輪的疲勞極限
應力：
由于齒輪尺寸要求小，大小齒輪均選用合金鋼硬齒面齒輪。有效
硬化層深
小齒輪：20CrMnMo,滲碳淬火，有效硬化層深1.2~1.6mm，齒面硬
度58~62HRC，心部硬度≥32HRC。
大齒輪：20CrMnMo,滲碳淬火， 1.1~1.5mm，齒面硬度56~60HRC，
心部硬度≥32HRC。
齒輪的疲勞極限應力按中等質量要求MQ
(2)初定齒輪主要參數(shù)和尺寸：
分度圓直徑：
節(jié)圓直徑：
基圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
校核重合度：
無縱向重合度：
端面重合度：
齒頂圓壓力角：
嚙合角：
則總的重合度：
所以重合度符合要求。
齒輪圓周速度：
按此速度參考表“第Ⅱ公差組精度與圓周速
度的關系”選用較高的齒輪精度等級----7-6-6(GB/T10095--1988）,
以提高齒輪傳動的質量，減低齒輪的噪聲。
(3）校核齒面接觸疲勞強度許用接觸應力：
實際接觸應力：
確定式中各參數(shù)：
分度圓上的切向力：
使用系數(shù)：
動載系數(shù)：
其中：
齒向載荷分布系數(shù)：
齒間載荷分布系數(shù)：
根據(jù)
查表“齒間載荷分配系數(shù)、”得：
節(jié)點區(qū)域系數(shù)：
材料彈性系數(shù)：
重合度系數(shù)：
螺旋角系數(shù)：
單對齒嚙合系數(shù)：
計算齒面接觸疲勞強度安全系數(shù)：
齒面接觸應力循環(huán)數(shù)：
t 按使用壽命為10年，每年360天，每天工作
8小時。
按齒面允許有一定點蝕查圖“接觸強度計算的
壽命系數(shù)”得壽命系數(shù)。
潤滑油膜影響系數(shù)：
查表“潤滑油膜影響系數(shù)值”得：
齒面工作硬化系數(shù)：
由圖“齒面工作硬化系數(shù)”得
尺寸系數(shù)：
按，查圖“接觸強度計算的尺寸系數(shù)
”得
將以上數(shù)據(jù)代入安全系數(shù)計算式得：
由表“最小安全系數(shù)、參考值”取一
般可靠度（失效概率0.01），選用最小安全系數(shù)
。大小齒輪的安全系數(shù)>。
4）校核齒根彎曲強度：
算式中各參數(shù)確定如下：
齒向載荷分布系數(shù)：
齒間載荷分布系數(shù)：
重合度系數(shù)：
螺旋角系數(shù)：
當量齒數(shù)：
由此查圖“外齒輪的復合齒形系數(shù)”得
將以上數(shù)據(jù)代入計算式：
齒輪彎曲疲勞安全系數(shù)：
應力修正系數(shù)：
彎曲應力循環(huán)數(shù)與接觸應力循環(huán)數(shù)相同，據(jù)此
查圖“彎曲強度計算的壽命系數(shù)”得
相對齒根圓角敏感系數(shù)：
相對齒根表面狀況系數(shù)：
取齒根表面粗糙度，據(jù)此查圖“相對
齒根表面狀況系數(shù)”得
尺寸系數(shù)：
查圖“彎曲強度計算的尺寸系數(shù)”得
將以上數(shù)據(jù)代入安全系數(shù)計算式：
按一般可靠度，查表“最小安全系數(shù)、
參考值”取最小安全系數(shù)。
。
由此可知第一級齒輪強度滿足要求
d1=138mm
故很安全
故很安全
3.3.2 第Ⅱ級減速齒輪
(1) 選擇齒輪材料和熱處理方法，確定齒輪的疲勞極限應力：
由于齒輪尺寸要求小，大小齒輪均選用合金鋼硬齒面齒輪。
小齒輪：20CrMnMo,滲碳淬火，有效硬化層深1.2~1.6mm，齒面
硬度58~62HRC，心部硬度≥32HRC。
大齒輪：20CrMnMo,滲碳淬火，有效硬化層深1.1~1.5mm，齒面
硬度56~60HRC，心部硬度≥32HRC。
齒輪的疲勞極限應力按中等質量要求MQ
(2) 初定齒輪主要參數(shù)和尺寸：
分度圓直徑：
節(jié)圓直徑：
基圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
校核重合度：
無縱向重合度：
端面重合度：