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編號(hào)：（ ）字 號(hào)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
膠帶煤流采樣機(jī)設(shè)計(jì)
葉 華 21040217
機(jī)械工程及自動(dòng)化2004級(jí)1班
題目：
姓名： 學(xué)號(hào)：
班級(jí)：
二〇〇八年六月
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)08屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第87頁(yè)
1 緒論
1.1煤樣的采取與制備
煤種、煤的物理及化學(xué)性質(zhì)是決定其用途、加工方法和工藝的重要依據(jù)。因?yàn)槊菏谴笞谖镔|(zhì)，在檢測(cè)它的性質(zhì)時(shí)，不可能采取破壞性的試驗(yàn)和測(cè)定，只能根據(jù)不同的目的和要求從大批(或一批)煤中取出有代表性的一小部分進(jìn)行檢測(cè)，這種按有關(guān)規(guī)程采取一小部分煤的過(guò)程稱之為采取，簡(jiǎn)稱采樣。例如，為檢測(cè)煤層貯存和礦井生產(chǎn)情況而采取的煤樣稱之為煤樣、生產(chǎn)煤樣等。在選煤廠要采生產(chǎn)檢查煤樣，及時(shí)了解生產(chǎn)狀況，指導(dǎo)生產(chǎn)；成品裝車(chē)銷售，要采商品煤樣，以確定該煤的產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格。用于不同檢測(cè)目的的煤樣其質(zhì)量是不同的，少則幾公斤、幾十公斤，多則幾噸，甚至10噸，而化驗(yàn)所用煤樣，只需要幾十克或幾千克，并且有一定的粒度要求，因此還需將采來(lái)的煤樣制成供分析用的煤樣。
1.1.1概述
一、有關(guān)術(shù)語(yǔ)：(1)煤樣——為確定煤種、性質(zhì)以及某些特性而從煤流或煤堆中采取的有代表性的一部分煤。(2)采樣單元——從一批煤中采取一個(gè)總樣的煤量。一批煤可以有一個(gè)或多個(gè)采樣單元。(3)分樣——由若干個(gè)子樣構(gòu)成，代表整個(gè)采樣單元的一部分的煤樣。(4)總樣——從一個(gè)采樣單元取出的全部子樣并成的煤樣。(5)子樣——采樣器具操作一次或截取一次煤流全斷面所采取的份煤樣。(6)批——需要進(jìn)行整體性質(zhì)測(cè)定的一個(gè)獨(dú)立煤量。(7)標(biāo)稱最大粒度——與篩上物累計(jì)質(zhì)量百分率最接近（但不大于）5%的篩子相應(yīng)的篩孔尺寸。(8)系統(tǒng)采樣——按相同的時(shí)間、空間或質(zhì)量間隔采取子樣，但第一個(gè)子樣在第一間隔內(nèi)隨機(jī)采取，其余子樣按選定的間隔采取。(9)隨機(jī)采樣——對(duì)采樣的部位或時(shí)間均不施加任何人為意志，能使任何部位的物料都有機(jī)會(huì)采出。(10)時(shí)間基采樣——整個(gè)采樣單元按相同的時(shí)間間隔采取子樣。(11)質(zhì)量基采樣——整個(gè)采樣單元按相同的質(zhì)量間隔采取子樣。(12)多份采樣——從一個(gè)采樣單元取出若干份子樣依次輪流放入各容器中。每個(gè)容哭器中的煤樣構(gòu)成一份質(zhì)量接近的煤樣，每份煤樣能代表整個(gè)采樣單元的煤質(zhì)。
1.1.2煤的不均勻性
由于成煤生物量、成煤條件和地殼變遷的民政部不同，不同煤田煤礦化學(xué)組成和物理特性不盡相同。即使是同一煤田同一礦井的不同煤層之間，其化學(xué)組成和物理特性有時(shí)差異也很大。這種在煤組成中的不均勻性是因?yàn)椋?
(1) .按粒度的分聚作用破壞了煤的均勻性。煤是由大小不同粒度級(jí)別組成的，運(yùn)動(dòng)時(shí)，自然形成一個(gè)不均勻體。例如從煤倉(cāng)往火車(chē)上裝煤時(shí)，塊煤會(huì)多聚集到車(chē)體的四周，小粒度煤則多落在中心。
(2) .按密度不同的自然偏析現(xiàn)象破壞了煤的均勻性。密度低的煤集中在上部，密度高的煤集中在下部，形成煤密度組成的不均勻體。
(3) .按破碎時(shí)煤的堅(jiān)固性的分聚作用破壞了煤的均勻性，使小塊煤和大塊煤具有不同的成分。煤的不均勻程度取決于存在偏析程度、粒度范圍和煤是否經(jīng)過(guò)精選加工，其不均勻性隨煤是游離灰分的增加而變大。由于游離灰分很難測(cè)定，一般以煤的總灰分代替游離灰分，即煤的不均勻性與灰分含量是成正比，灰分含量愈高，愈不均勻。通常用單個(gè)子樣的方差來(lái)表示煤的不均勻程度。方差大，表示為灰分波動(dòng)范圍大，不均勻；方差小，表示煤灰分波動(dòng)范圍小，較均勻。單個(gè)子樣的方差是這樣確定的：從一批煤的不同部位采取幾十個(gè)子樣的方差S2，即 （1-1）
式中 ——每個(gè)子樣的干基灰分；
——n個(gè)子樣干基灰分的平均值；
n——子樣數(shù)目。
1.1.3采樣
采樣是指從特定量的煤中取出一部分有代表性的總樣，以供確定該特定量煤的質(zhì)量的過(guò)程。所采總樣在數(shù)量上很小，但在物理和化學(xué)性質(zhì)上卻能代表該特定量的煤。由于煤是不均勻物料，要取到在質(zhì)量上同這批特定煤量絕對(duì)相同的煤樣是不可能的，只能做到性質(zhì)不系統(tǒng)偏向一方，而且在一定范圍內(nèi)，必須盡可能地接近特定量的全部煤的平均質(zhì)量，才能以這一小部分煤的分析試驗(yàn)結(jié)果來(lái)代表這一特定量煤的平均性質(zhì)。
煤樣的代表性取決于組成平均煤樣的子樣數(shù)目、子樣質(zhì)量和采樣位置及方法等。
1.2商品煤樣的采取
商品煤樣是代表商品煤平均性質(zhì)的煤樣。商品煤樣可以從煤流中、火車(chē)、汽車(chē)、船上和煤堆上采取。商品煤樣的化驗(yàn)結(jié)果作為供需雙方結(jié)算的依據(jù)。
1.2.1采樣工具型式
1.采樣鏟
用以從煤流中和靜止的煤中采樣。鏟的長(zhǎng)和寬均應(yīng)不小于被采煤樣最大粒度的2.5~3倍，對(duì)最大粒度>150mm的煤可用長(zhǎng)寬300mm×250mm的鏟。
2.接斗
用以在落煤流處截取子樣。斗的開(kāi)口尺寸至少應(yīng)為被采煤樣最大粒度的2.5~3倍，其容量應(yīng)能容納輸送機(jī)最大運(yùn)量時(shí)煤流全斷面的全部煤量。
3.人工或機(jī)械采樣器
凡滿足以下條件的，人工或機(jī)械采樣器都可應(yīng)用。
l 采樣器開(kāi)口尺寸為被采樣最大粒度的2.5~3倍；
l 能在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采樣點(diǎn)上采樣；
l 采取的子樣量能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，采樣時(shí)煤樣不損失；
l 性能可靠，不發(fā)生影響采樣和煤炭正常生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)墓收希?
l 經(jīng)權(quán)威部門(mén)鑒定采樣無(wú)系統(tǒng)偏差，采樣精密度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2.2采樣基本原則
1.采樣單元
精煤和特種工業(yè)用煤，按品種、分用戶以1000t（±100t，下同）為一采樣單元；其他煤按品種、不分用戶以1000t為一采樣單元；進(jìn)出口煤按品種、分國(guó)別以交貨量或一天的實(shí)際運(yùn)量為一采樣單元，運(yùn)量超過(guò)1000t或不足1000t時(shí)，以實(shí)際量為一采樣單元。
2.采樣精密度
各種煤的采樣精密度規(guī)定見(jiàn)表1-1所示。
表1-1 采樣精度
品種
原煤、篩選煤
精煤
其他洗煤
（包括中煤）
干基灰分≤20%
干基灰分＞20%
采樣精密度
A（絕對(duì)值）
±1/10×灰分但不小于±1%
±2%
±1%
±1.5%
3.子樣數(shù)目
(1).1000t各種煤應(yīng)采取的最少子樣數(shù)目規(guī)定見(jiàn)表1-2所示。
表1-2 1000t 最少子樣數(shù)目
干基灰分/% 采樣地點(diǎn)
品種
煤流
火車(chē)
汽車(chē)
船舶
煤堆
原煤、篩選煤
＞20%
≤20%
60
30
60
60
60
60
60
60
60
60
精煤
15
20
20
20
20
其他洗煤和粒度大于100mm塊煤
20
20
20
20
20
(2).煤量超過(guò)1000t的子樣數(shù)目N按式1-2計(jì)算，即
(1-2)
式中 N——實(shí)際應(yīng)采子樣數(shù)目，個(gè)；
n——1000t煤按規(guī)定的子樣數(shù)目，個(gè)；
m——實(shí)際被采樣煤量，t。
(3).煤量少于1000t時(shí)，子樣數(shù)目應(yīng)按上表規(guī)定數(shù)目按比例遞減，但最少不能少于表1-3規(guī)定的數(shù)目：
表1-3
干基灰分/% 采樣地點(diǎn)
品種
煤流
火車(chē)
汽車(chē)
船舶
煤堆
原煤、篩選煤
＞20%
≤20%
表1-2規(guī)定數(shù)目的1/3
18
18
表1-2規(guī)定數(shù)目的1/2
表1-2規(guī)定數(shù)目的1/2
精煤
6
6
其他洗煤和粒度大于100mm塊煤
6
6
(4).子樣質(zhì)量
每個(gè)子樣的最小質(zhì)量根據(jù)商品煤標(biāo)稱最大粒度，按表1-4規(guī)定確定。
表1-4 子樣質(zhì)量
最大粒度m/m
＜25
＜50
＜100
＞100
子樣最小質(zhì)量/㎏
1
2
4
5
1.2.3煤流中采樣
(1) .在移動(dòng)煤流中采樣時(shí)，按時(shí)間基采樣或質(zhì)量基采樣。子樣時(shí)間間隔T和質(zhì)量間隔m分別按式下面兩個(gè)公式計(jì)算。子樣數(shù)目和子樣質(zhì)量分別按表1-2、表1-3、表1-4規(guī)定確定。
(1-3)
(1-4)
式中 T——子樣時(shí)間間隔，min；
m——子樣質(zhì)量間隔，t；
G——煤流量，t/h；
n——子樣數(shù)目。
(2).在移動(dòng)煤流落點(diǎn)采樣時(shí)，可根據(jù)煤的流量，以1次或分2~3次用接斗或鏟橫截取煤流的全斷面為1個(gè)子樣。分2~3次截取時(shí)，按左右或左中右的順序進(jìn)行，采樣部位不得交錯(cuò)重復(fù)。用鏟取樣時(shí)，鏟子只能在煤流中穿過(guò)1次，即在進(jìn)入或撤出煤流時(shí)取樣，不能時(shí)出都來(lái)取樣。
(3).在移動(dòng)煤流上用人工鏟取煤樣時(shí)，膠帶運(yùn)輸機(jī)的移動(dòng)速度一般不能超過(guò)1.5m/s，并且要設(shè)防護(hù)欄保證安全。
1.2.4商品煤樣自動(dòng)采取
任何一個(gè)選煤過(guò)程總是和采樣同時(shí)進(jìn)行的.只有了解相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，才能確定原煤和選煤產(chǎn)品的質(zhì)量.計(jì)算工藝指標(biāo)。商品煤樣作為供需雙方結(jié)算的依據(jù)，它直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此采取有代表性的煤樣非常重要。目前我國(guó)大部分商品煤樣還是人工采取。近年來(lái)從國(guó)引進(jìn)了一些在煤流中自動(dòng)采樣的采樣系統(tǒng)，如美國(guó)RAMSEY公司生產(chǎn)的裝車(chē)系統(tǒng)已在一些選煤廠使用。
1.3選煤廠生產(chǎn)檢查煤樣的采取
選煤廠為了控制各工序的產(chǎn)品質(zhì)量和機(jī)械設(shè)備的工藝效果所采取有煤樣稱生產(chǎn)檢查煤樣，其分析試驗(yàn)結(jié)果可作為指導(dǎo)生產(chǎn)操作及控制生產(chǎn)指標(biāo)的依據(jù)。
1.3.1生產(chǎn)檢查主要項(xiàng)目和采樣一般原則
生產(chǎn)檢查煤樣包括入選原煤、中間產(chǎn)物、最終產(chǎn)品和為控制生產(chǎn)操作條件而采取的煤樣。不同煤樣的采樣目的、性質(zhì)及要求均不相同。
1. 入選原煤煤樣——原料煤是選煤廠的加工對(duì)象，對(duì)其數(shù)量、質(zhì)量的變化情況必須進(jìn)行研究和分析，以制定出合理的分選指標(biāo)。入選原煤煤樣通常在進(jìn)入主廠房的璉式輸送上采取，若原煤性質(zhì)不穩(wěn)定，粒度較大，采取的子樣數(shù)目應(yīng)較多，子樣質(zhì)量應(yīng)較大。
2. 精煤煤樣——精煤是選煤廠主要產(chǎn)品，必須隨時(shí)了解和掌握精煤的數(shù)量、質(zhì)量情況。精煤煤樣包最終精煤煤樣和生產(chǎn)中間環(huán)節(jié)的精煤煤樣，通常在脫水后采取，如在煤、精煤帶式輸送機(jī)、脫水（介）篩出口、離心脫水機(jī)產(chǎn)物出口處等部位采取。精煤質(zhì)量比較均勻，但因?yàn)樗沁x煤廠主要產(chǎn)品，直接關(guān)系到選煤廠的經(jīng)濟(jì)效益，因此要檢查得勤一些，采取的子樣數(shù)目要安排得當(dāng)，子樣質(zhì)量可以適當(dāng)少一些。
3. 中煤、矸石煤樣——中煤是選煤廠的副和矸石的數(shù)量、質(zhì)量指標(biāo)可以了解選煤設(shè)備分選效果的好壞以及各產(chǎn)物的損失和污染情況。中煤、矸石煤樣包括中煤工業(yè)品樣和最終矸石煤樣和中間環(huán)節(jié)煤樣，通常在中煤和矸石斗式脫水機(jī)卸載處或帶式輸送機(jī)的煤流中采取。檢查的間隔時(shí)間可根據(jù)需要適當(dāng)長(zhǎng)一些，子樣數(shù)目也可適當(dāng)少一些。由于中煤、矸石粒度較粗，密度較大，子樣質(zhì)量應(yīng)相應(yīng)較大。
4. 浮選入料、浮選精煤、浮選尾煤煤樣——采取浮選煤樣是為了分析浮選系統(tǒng)工作情況制定浮選的藥劑制度，從而生產(chǎn)出合格精煤。浮選入料可在礦漿預(yù)處理裝置出料管中采取；精煤可在過(guò)濾機(jī)脫水后濾餅中采??；尾煤在尾煤槽中采取。由于浮選作業(yè)比較穩(wěn)定，粒度細(xì)，因此檢查的間隔時(shí)間可適當(dāng)延長(zhǎng)，子樣數(shù)目可少一些，子樣質(zhì)量也可相應(yīng)小。
1.3.2采樣間隔時(shí)間和子樣質(zhì)量
選煤廠生產(chǎn)檢查煤樣在選煤機(jī)常負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)5～10min后隨機(jī)采取，采樣按時(shí)間基采取。采樣最大時(shí)間間隔和子樣最小質(zhì)量見(jiàn)表1-5。
表1-5 生產(chǎn)檢查煤樣采取
煤樣名稱
采樣最大時(shí)間間隔/min
子樣最小質(zhì)量或體積
采樣地點(diǎn)
入選原料煤
20
4㎏
入選前煤流中
裝倉(cāng)精煤
20
2㎏
入倉(cāng)前煤流中
選煤機(jī)精煤
15
2㎏
選煤機(jī)溢流口
中煤、洗混煤、矸石
30
4㎏
中煤、洗混煤、矸石流中
選煤機(jī)中煤、矸石
30
4㎏
斗子卸料口或溜槽出口處
浮選精煤
30
1㎏
過(guò)濾機(jī)濾餅(脫水設(shè)備)
浮選入料
30
1L
礦漿準(zhǔn)備器出料管
浮選尾礦
30
1L
浮選尾礦槽
洗水等煤泥水樣
120
1L
水流由高向低的流出口處
煤泥回收篩精煤
20
2㎏
回收篩精煤卸料處
粒級(jí)煤
30
2～5㎏
粒級(jí)煤煤流中
1.3.3采樣點(diǎn)及采樣方法
1.在煤流中采樣——在煤流中采樣商品煤樣的采取（本設(shè)計(jì)工況）。
2.對(duì)斗子提升機(jī)采樣——對(duì)斗子提升機(jī)采樣應(yīng)在斗子卸料的出口處或溜槽底開(kāi)口處采樣，采樣口的寬度應(yīng)能保證能采到煤流的全斷面。
3.選煤機(jī)溢流口采樣——采樣在煤流全斷面按左中右順序進(jìn)行采樣時(shí)采樣器底部緊壓溢流堰，以截取溢流層的全高，采樣器裝滿后迅速提起，使已采取的煤樣不被水沖出，等水通過(guò)網(wǎng)底后，將試樣倒入煤樣桶中。若用機(jī)械手取樣，可沿溢流堰從一端開(kāi)始一次取全斷面。
4.煤泥水樣采取——煤泥水樣在煤泥水流由高向的流出口處采取，采樣時(shí)應(yīng)截取水流全寬或沿水全寬以均勻的間隔采取。
1.3.4采樣精密度
生產(chǎn)檢查煤樣采樣精密度同商品煤樣采樣精密度。
1.3.5自動(dòng)采樣機(jī)
各選煤廠根據(jù)檢測(cè)目的和具體要求以及采樣點(diǎn)的不同情況研制了不類型的采樣機(jī)。這些采樣機(jī)主要用于在輸送機(jī)、溜槽等煤流中采樣。采樣機(jī)在使用前必須進(jìn)行參比試驗(yàn)（如停帶采樣），檢驗(yàn)無(wú)系統(tǒng)偏差后方可使用。采樣機(jī)優(yōu)于人工采樣，它能以同樣方式動(dòng)作，沒(méi)有人為主觀因素的干擾，節(jié)省人力物力。下面是幾種較為常見(jiàn)的常用的采樣機(jī)。
1.用于煤流卸載點(diǎn)的采樣機(jī)——這種采樣機(jī)有一個(gè)載煤斗，該載煤斗垂直于輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)方向，輕均勻速度通過(guò)煤流。載煤斗開(kāi)口寬度為煤的最大粒度的3倍。其主要類型有：（一）、活動(dòng)閘板式采機(jī)；（二）、容器式采樣機(jī)。
2.用于提升機(jī)卸載點(diǎn)的采樣機(jī)——在斗式提升機(jī)卸載點(diǎn)煤流相垂直的方向上，有一個(gè)能盛整斗煤樣的箱車(chē)，箱車(chē)可入復(fù)運(yùn)動(dòng)，其寬度與厚度，由時(shí)間繼電器以相等于斗子間隔控制一個(gè)導(dǎo)向板，將斗子中的物料志入車(chē)箱，斗子提升機(jī)卸載點(diǎn)采樣機(jī)示意圖如圖1-1。
3.礦漿自動(dòng)取樣機(jī)——礦漿自動(dòng)取樣機(jī)不需要?jiǎng)恿?，直接由礦漿沖擊取樣盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)取樣。礦漿自動(dòng)取樣機(jī)示意圖如圖1-4。
4.用于帶式輸送機(jī)煤流采樣的刮臂式采樣機(jī)——刮臂的動(dòng)作是橫向掃過(guò)帶式輸送機(jī)的全寬刮出子樣，刮臂式采機(jī)示意圖如圖1-5。子樣的質(zhì)量取決于膠帶上負(fù)荷和采鏟的寬度和形狀?？梢酝ㄟ^(guò)時(shí)間繼電器控制電動(dòng)機(jī)以相等的時(shí)間間隔采樣。為了避免系統(tǒng)偏差，采樣鏟運(yùn)動(dòng)的軌跡應(yīng)與帶式運(yùn)輸機(jī)曲度一致，否則會(huì)產(chǎn)生損傷膠帶或“底煤”問(wèn)題。采樣鏟的形狀、速度以被采到的煤樣大塊不被丟掉為準(zhǔn)。由于子樣質(zhì)量不可能太大，此采樣機(jī)僅適用于粒度小于50mm的選煤產(chǎn)物。
圖1-1 斗子提升機(jī)卸載點(diǎn)采樣機(jī)示意圖
圖1-2 活動(dòng)閘板式采機(jī)示意圖
1—自動(dòng)操縱閘；
2—控制操縱閘動(dòng)作液壓系統(tǒng)
圖1-3 斗子提升機(jī)卸載點(diǎn)采樣機(jī)示意圖
圖1-4 礦漿自動(dòng)取樣機(jī)示意圖
圖1-5 刮臂式采樣機(jī)示意圖
1—停止開(kāi)關(guān)；2—減速器；3—電機(jī)；4—運(yùn)輸帶；
5—接樣溜槽；6—取樣機(jī)聯(lián)桿刮臂；7—采樣鏟；8—皮帶托輥
采樣器械可分為人工采樣器具和機(jī)械采樣機(jī)2類。與人工采樣器具相比.機(jī)械采樣機(jī)不僅可以節(jié)省人力.更主要的是采樣間隔時(shí)間短.頻率高.樣品更具有代表性。日前所采用的機(jī)械采樣機(jī)都是按斷流截取法原則.從全部料流中采出試樣.按其截取方式可分為：(1)直線運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)直線運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)式與非往復(fù)運(yùn)動(dòng)式2種。其特l從是截取物料的速度快.能在被采樣料流的全寬和全厚方向上.取出均勻的、代表性強(qiáng)的樣品。選煤廠廣泛采用的有AJ I-1型絲桿式和鏈條傳動(dòng)采樣機(jī)。(2)鐘擺運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)鐘擺運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)在垂直位置時(shí)運(yùn)動(dòng)速度較兩邊快.截取料層中間薄、兩邊厚.樣品代表性差.日前己極少采用。(3)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)山于受結(jié)構(gòu)限制.運(yùn)動(dòng)速度不能太快.故回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)截取的物料比直線運(yùn)動(dòng)式采樣機(jī)的要多.它適應(yīng)于粗粒物料的采樣。本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)煤流采樣的刮臂式采樣機(jī)即屬于回轉(zhuǎn)式采樣機(jī)。
2 采樣機(jī)設(shè)計(jì)方案的確定
2.1刮臂式（回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式）采樣機(jī)結(jié)構(gòu)原理
2.1.1刮臂式采樣機(jī)結(jié)構(gòu)
1．采樣機(jī)結(jié)構(gòu)
輸送帶煤流采樣機(jī)由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、工作機(jī)構(gòu)、機(jī)架和控制箱等組成。各主要部們安裝在機(jī)架上。機(jī)架橫跨在帶式輸送機(jī)的中間架上用螺柱聯(lián)接或焊接。如圖2-1所示。
圖2-1 輸送帶煤流采樣機(jī)示意圖
1—電動(dòng)機(jī)；2—傳動(dòng)裝置；3—機(jī)架；4—控制箱；5—工作裝置；6—帶式輸送機(jī)中間架
工作機(jī)構(gòu)如圖2-2所示，是一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)。實(shí)際工作過(guò)程中可分解成2種四連桿機(jī)構(gòu)，采樣時(shí)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu);回程時(shí)為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。
圖2-2 采樣機(jī)工作機(jī)構(gòu)示意圖
1—定位軸；2—鏟桿；3—主動(dòng)軸；4—曲柄；5—滑塊
2.1.2刮臂式采樣機(jī)工作原理
當(dāng)時(shí)間繼電器延時(shí)到設(shè)定的時(shí)間時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器和皮帶傳動(dòng)將轉(zhuǎn)知傳給大皮帶輪?；b在傳動(dòng)軸(見(jiàn)圖2-2)上的大皮帶輪轉(zhuǎn)至一定位置時(shí)，其上的擋桿與偏心塊接觸，并帶動(dòng)偏心塊一起轉(zhuǎn)動(dòng)。偏心塊轉(zhuǎn)到最高位置時(shí)脫離大鏈輪上的擋桿靠自身重力作用快速向下擺動(dòng)，帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，使曲柄驅(qū)動(dòng)鏟桿沿采樣軌跡快速運(yùn)動(dòng)，完成1次采樣。當(dāng)偏心塊在最高位置時(shí)，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)，使時(shí)間繼電器復(fù)位，電機(jī)停止，重新開(kāi)始延時(shí)。
2.1.3刮臂式采樣機(jī)方案說(shuō)明
此采樣機(jī)用于DT75型通用固定帶式輸送機(jī)上，采用鏈輪傳動(dòng)，減速器為二級(jí)行星輪減速器。 采樣時(shí)間間隔可通過(guò)繼電器調(diào)整，其調(diào)整范圍在1~99 min之間。
2.2采樣機(jī)整機(jī)方案示意圖
1、電機(jī)；2、減速器；3、小鏈輪；4、偏心塊；5、大鏈輪；6、偏心塊；
7、工作機(jī)構(gòu)；8、主軸
3 采樣機(jī)的初步設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)參數(shù)：
輸送帶寬度： 1200/mm（DT75型通用固定帶式輸送機(jī)）
輸 送能力： 1000 t/h
帶 速： 2 m/s
物料松散密度： 1.3×103kg/m3
托輥直徑為： 108mm
物料最大粒度： 50mm
3.1鏟斗的設(shè)計(jì)
國(guó)標(biāo)規(guī)定，用以從煤流中采樣的鏟的長(zhǎng)度和寬度均應(yīng)不小于被采樣煤最大粒度的2.5～3倍。因此，采樣機(jī)的取樣鏟的長(zhǎng)度和寬度應(yīng)不小于125～150
mm。實(shí)際上，采樣機(jī)的取樣鏟的長(zhǎng)度和寬度分別為180 mm 和150 mm，不但滿足要求，同時(shí)，80 mm 的深度也滿足子樣質(zhì)量要求。
3.2接斗的設(shè)計(jì)
國(guó)標(biāo)規(guī)定，接斗的容量應(yīng)能容納輸送機(jī)最大運(yùn)量時(shí)煤流全斷面的全部煤量。本采煤機(jī)用的接斗尺寸定為250 mm × 300 mm，完全可以將鏟子拋出的煤接住而不丟失。
4偏心塊的設(shè)計(jì)
圖4-1 偏心塊的結(jié)構(gòu)
偏心塊的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。本采樣機(jī)的鏟煤行程是靠偏心塊的重力下移來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就相當(dāng)于利用偏心塊的振動(dòng)。 利用振動(dòng)能有效地完成某些工藝過(guò)程，由于振動(dòng)機(jī)械具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、重量輕、成本低、能耗少和安裝維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，而在很多工業(yè)部門(mén)中得到廣泛應(yīng)用，但有些振動(dòng)機(jī)械存在著工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，調(diào)試比較困難，動(dòng)載荷較大，零件使用壽命低和噪聲較大等特點(diǎn)，這些正是設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。
大扇形的面積
(4-1)
大扇形的偏心半徑(形心位置)
(4-2)
2個(gè)三角形的面積
(4-3)
2 個(gè)三角形的偏心半徑
(4-4)
小扇形的面積
(4-5)
小扇形的偏心半徑
(4-6)
圓孔的面積
(4-7)
圓孔的偏心半徑
(4-8)
整體偏心塊的面積
(4-9)
整體偏心塊的偏心半徑
(4-10)
偏心塊的質(zhì)量矩
(4-11)
式中 ——角度，通常取=60°；
——偏心塊材料密度；
——偏心塊厚度。
4.1選擇偏心塊的材料
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》第二版表2-1-6，選用Q235A，碳素鋼。
4.2計(jì)算每次采集煤樣重量
采樣頭的切割速度v1，由于目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這一點(diǎn)還沒(méi)有相關(guān)規(guī)定，故參照A·S·T·M·D的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，取400mm/s。
1．采樣精密度
膠帶速度v2=2m/s，故實(shí)際采樣速度。
2．實(shí)際采樣長(zhǎng)度l = v×t =1.47×1≈1.5 m。
為了減少犁煤現(xiàn)象的發(fā)生，采樣時(shí)間應(yīng)盡量短一些，故t暫取1秒。
3．輸送機(jī)的斷面圖如圖4-2所示
圖4-2 輸送機(jī)斷面圖
λ——槽形角，45°；B——膠帶寬度；θ——?jiǎng)佣逊e角；b——有效帶寬
輸送機(jī)斷面面積包括兩部分：梯形面積A1和圓弧面積A2 。查《礦井運(yùn)輸提升》第二版表3—17，選堆積角為θ=30°，得物料的最大面積為A=0.2m2。
4．采樣體積和每次采樣樣品重量
采樣體積=0.2×0.15=0.03m3，l——采樣鏟寬度。
樣品重量=0.03×1.3×103kg/m3=40kg，γ——煤的堆積密度。
4.3計(jì)算每次采集所需做的功
煤樣與膠帶的摩擦力F=mgf (4-12)
式中 f ——煤與膠帶的摩擦系數(shù)，查得f =0.45；
m ——一次取樣煤的重量；
故F=40×9.8×0.45=180 N；一次取煤樣所需的功：
Wch=F · s=180×1.5=270 N·m (4-13)
4.4計(jì)算偏心塊的尺寸
如圖4-1，將θ=60°， =100mm，=7.8×103kg/m3，R1=240mm，R2=90mm，d =50mm 依次代入式(4-1)~(4-11)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4-1。
表4-1 偏心塊設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算公式
結(jié)果
大扇形的面積S1
60288mm2
大記扇形的偏心半徑r1
132.38mm
2個(gè)三角形的面積S2
20023.74 mm2
2個(gè)三角形的偏心半徑r2
10.57mm
38°
小扇形面積S3
7347.6 mm2
小扇形偏心半徑r3
52.12mm
圓孔的面積S0
5024 mm2
圓孔的偏心半徑r0
0
整體偏心塊的面積S
82635.34 mm2
整體偏心塊偏心半徑r
101.47mm
偏心塊質(zhì)量矩
9.81kg
4.5驗(yàn)算
得知道偏心塊的質(zhì)量矩，可求得偏心塊的質(zhì)量m=75kg，已知偏心半徑r=101.47mm，故：
Wp=4mgr (4-13)
=4× 75×9.8×101.47×103
=304.41 N·m> Wch=270 N·m
滿足設(shè)計(jì)要求。
注：為了方便重塊的調(diào)整，為此將偏心塊做成可調(diào)式的，最大重量至75kg，只要增減鐵片個(gè)數(shù)，就可調(diào)整重量，調(diào)整塊通過(guò)螺柱螺母固定在偏心塊上。每塊鐵片的重量為5kg，重塊最輕重量為60kg，鑄造時(shí)重塊不得小于70kg。
5減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求，傳動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作機(jī)。實(shí)際表明，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地?cái)M定傳動(dòng)方案又是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
由于行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量小，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的合成和分解，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和振動(dòng)的能力較強(qiáng)。固采用行星傳動(dòng)裝置。本減速器設(shè)計(jì)為雙級(jí)NGW(2K-H負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu))行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)。
5.1方案的確定
本次設(shè)計(jì)選雙級(jí)2K-H行星傳動(dòng)裝置。減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-1。
圖5-1 行星輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
(用角標(biāo)1表示高速級(jí)參數(shù)，2表示低速級(jí)參數(shù))
此減速器的優(yōu)點(diǎn)：適用于在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)在同一主軸線上。所以行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)已被人們用來(lái)代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器、增速器和變速裝置。
5.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
5.2.1電動(dòng)機(jī)選型
查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》表10-4-6，選Y2—90L—8型電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：
額定功率： 0.55kw；
額定轉(zhuǎn)速： 700r/min；
長(zhǎng)×寬×高： 340×195×250mm。
5.2.2動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
1．傳動(dòng)比及傳動(dòng)比分配計(jì)算
由于還需考慮到鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，故先取大鏈輪轉(zhuǎn)速10r/min，本設(shè)計(jì)采用鏈傳動(dòng)，包角α（即小鏈輪包）是影響傳動(dòng)承載能力的一個(gè)重要參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)保證α ≥90°~120° 。為了使α盡可能大，帶傳動(dòng)比i不能過(guò)大，應(yīng)使i≤7，這里先取帶傳動(dòng)比i=3.5。
按電機(jī)功率P=0.55kw， 采樣機(jī)整機(jī)總傳動(dòng)比為：
(5-1)
故減速器總傳比ij=70/35=20。
2．傳動(dòng)比分配
分配原則是各級(jí)傳動(dòng)等強(qiáng)度和獲得最小外形尺寸，在兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)中，用角標(biāo)Ⅰ表示高速級(jí)參數(shù)，Ⅱ表示低速級(jí)參數(shù)。設(shè)高速級(jí)和低速級(jí)外嚙合齒輪材料，齒面硬度相同，則；取行星輪數(shù)目；齒面工作硬化系數(shù)；低速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑與高速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑之比值以B表示，并取B=1.2；取載荷不均勻系數(shù)；取齒寬系數(shù)。
因?yàn)閯?dòng)載系數(shù)，接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)及接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)的三項(xiàng)比值的乘積（）等于1.8~2.0，故?。ǎ?1.9。所以
A==1.6×1.9=3.04 (5-2) 由公式，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第十三篇圖13-5-7，即可查出NGW型兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分配，圖中及分別為高速級(jí)及總的傳動(dòng)比。此例中，由圖查
(5-3)
5.2.3高速級(jí)齒輪參數(shù)計(jì)算
1.配齒計(jì)算
通常取行星輪數(shù)目，過(guò)多會(huì)使其載荷均衡困難，過(guò)少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，由于，距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限值較遠(yuǎn)，所以可不檢驗(yàn)鄰接條件。查《行星齒輪傳動(dòng)》表3-2，選擇行星齒輪傳動(dòng)的配齒選擇。
各輪齒數(shù)按公式 (5-4)
進(jìn)行配齒計(jì)算，計(jì)算中根據(jù)并適當(dāng)調(diào)整，使C等于整數(shù)，再求出，應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使/c。適當(dāng)調(diào)整=4.4211，使c為整數(shù)。則：
(5-5)
所以
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖17.2-3可查出適用的預(yù)計(jì)嚙合角在， 。
2.按接觸強(qiáng)度初算中心距a和模數(shù)m
中心輪a和行星輪c均采用20CrMnTi調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，齒面硬度58—62HRC，據(jù)圖查得，取=1400N/mm2和，中心輪和行星輪的加工精度為6級(jí)；內(nèi)齒輪b采用40Cr，調(diào)質(zhì)、表面淬火。齒面硬度48—55HRC，查圖，取=1100N/mm2和，內(nèi)齒輪b的加工精度7級(jí)。
按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算齒輪的模數(shù)m為
(5-6)
現(xiàn)已知za=19，。小齒輪名義轉(zhuǎn)矩：
(5-7)
取算式系數(shù)；按表取使用系數(shù)；按表取綜合系數(shù)；取接觸強(qiáng)度計(jì)算的由行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)。由公式可得：
(5-8)
由圖查得齒形系數(shù)；由表查得齒寬系數(shù)。則得齒輪模數(shù)為
(5-9)
齒輪模數(shù)mI=1mm。
3.嚙合參數(shù)計(jì)算
在兩個(gè)嚙合齒輪副A－C、B－C中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距
由此可見(jiàn)，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距都相等。因此，該行星齒輪傳動(dòng)能滿足非變位的同心條件。
4.幾何尺寸計(jì)算
①分度圓直徑：
②齒頂高：
式中
③齒根高：
④齒高：
⑤齒頂圓直徑：
⑥齒根圓直徑：
5.裝配條件的驗(yàn)算
對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件。
①．鄰接條件 按公式5-10驗(yàn)算其鄰接條件，即
(5-10)
將已知的、和值代入上式，則得
即滿足鄰接條件。
②．同心條件 按公式5-11驗(yàn)算該公式2K－H型行星傳動(dòng)的同心條件，即
(5-11)各齒輪副的嚙合為和，且，和。代入式5-11，即得
故滿足同心條件。
③．安裝條件驗(yàn)算 按公式5-12驗(yàn)算其安裝條件，即得
(5-12)
所以，滿足其安裝條件。
6.驗(yàn)算A-C傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，先確定和所用的圓周速度用相對(duì)于行星架的圓周速度
(5-13)
則
動(dòng)載系數(shù)
速度系數(shù)，查《行星齒輪傳動(dòng)》表6-11查得=0.97
①．確定計(jì)算公式中的其他系數(shù)
使用系數(shù)按輕微沖擊得；齒間載荷分布系數(shù)，：
彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)， (5-14)
接觸強(qiáng)度計(jì)算是， (5-15)
式中 及——齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度及大齒輪齒面硬度對(duì)，的影響系數(shù)，按表選取
——齒寬和行星輪數(shù)目對(duì)，的影響系數(shù)。
對(duì)于圓柱直齒傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承，則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)，值可查《行星齒輪傳動(dòng)》圖6-10查取。
由圖查得=1.35，分別代入式5-14，5-15，則得
求齒間載荷分配系數(shù)，。
先求端面重合度 (5-16)
式中
則：
因?yàn)槭侵饼X齒輪，總重合度=，所以=
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：
(5-17)
式中
所以
彈性系數(shù)：
(5-18)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)：
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)：
接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)：
因?yàn)楫?dāng)量循環(huán)次數(shù)，則 ，最小安全系數(shù)：取=1；潤(rùn)滑劑系數(shù)，考慮用N46機(jī)械油作為潤(rùn)滑冷卻劑，按《行星齒輪傳動(dòng)》表6-10，取=0.93；粗糙度系數(shù)，按表6-12，取=1.0。齒面工作硬化系數(shù)：取=1。接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)=1。
②．A-C傳動(dòng)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算
計(jì)算接觸應(yīng)力，由式（6-6）
(5-19)
按式5-20計(jì)算許用接觸應(yīng)力
(5-20)
強(qiáng)度條件：
則：
(5-21)
計(jì)算結(jié)果得出，A-C接觸強(qiáng)度通過(guò)。用20CrMnTi調(diào)質(zhì)后滲碳淬火，安全可靠。
③．A-C傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算
按式5-22計(jì)算齒根應(yīng)力為：
(5-22)
式中 -齒形系數(shù)，由圖6-5查?。?，；
-應(yīng)力修正系數(shù)，由《行星齒輪傳動(dòng)》圖6-6查?。?，；
-彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系：
-彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)，因?yàn)槭侵饼X，取=1
考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力：
(5-23)
由強(qiáng)度條件
即：
則：
查得，20CrMnTi調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，。A-C傳動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算也通過(guò)。
7.驗(yàn)算C-B傳動(dòng)大接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
①．根據(jù)A-C傳動(dòng)的來(lái)確定C-B傳動(dòng)的接觸應(yīng)力，因?yàn)镃-B傳動(dòng)為內(nèi)嚙合，，所以
(5-24)
②．核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞驗(yàn)算
由，按式5-25有
(5-25)
40Cr調(diào)質(zhì)，則內(nèi)齒輪用40Cr調(diào)質(zhì)材料，接觸強(qiáng)度符合要求。
③．彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，按式5-26計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和A-C傳動(dòng)的外嚙合一樣，即
，
由強(qiáng)度條件
得 (5-26)
40Cr調(diào)質(zhì)材料，所以C-B傳動(dòng)中的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度符合要求。
5.2.4低速級(jí)齒輪參數(shù)計(jì)算
1.配齒計(jì)算
由高速級(jí)計(jì)算得i=4.25，取行星輪數(shù)目=3，按公式5-27進(jìn)行分配計(jì)算：
(5-27)
并適當(dāng)調(diào)整，使C等于常數(shù)，再求出，應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使/c。適當(dāng)調(diào)整=4.4211，使C為整數(shù)。則：
求得：=19
符合取質(zhì)數(shù)，/整數(shù)，/整數(shù)，及無(wú)公約數(shù)的NGW弄配齒要求。
2.初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù)
中心輪a和行星輪c和高速級(jí)一樣，均采用20CrMnTi調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，齒面硬度58—62HRC，據(jù)圖查得，取=1400N/mm2和，中心輪和行星輪c的加工精度為6級(jí)；內(nèi)齒輪b采用40Cr，調(diào)質(zhì)、表面淬火。齒面硬度48—55HRC，據(jù)圖，取=1100N/mm2和，內(nèi)齒輪b的加工精度7級(jí)。
按彎曲強(qiáng)度的初算公式，計(jì)算齒輪的模數(shù)m
低速級(jí)輸入扭矩：
(5-28)
在一對(duì)A—C輪傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
(5-29)
現(xiàn)已知z1=19，。取算式系數(shù)；按表取使用系數(shù)；按表取綜合系數(shù)；取接觸強(qiáng)度計(jì)算的由行星輪間栽荷分布不均勻系數(shù)。
由公式可得： ；由圖查得齒形系數(shù)；由表查得齒寬系數(shù)。則得齒輪模數(shù)m為：
取齒輪模數(shù)mⅡ=1.5mm。
3.嚙合參數(shù)計(jì)算
在兩個(gè)嚙合齒輪副A－C、B－C中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為：
由此可見(jiàn)，兩個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距都相等。因此，該行星齒輪傳動(dòng)能滿足非變位的同心條件。
4.幾何尺寸計(jì)算
按高變位齒輪傳動(dòng)計(jì)算A、C、B三輪的幾何尺寸。
①分度圓直徑：
②齒頂高：
式中
③齒根高：
④齒高：
⑤齒頂圓直徑： +2=
+2=
2=
⑥齒根圓直徑：
5.裝配條件的驗(yàn)算
對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿足如下的裝配條件。
①鄰接條件 按公式5-30驗(yàn)算其鄰接條件，即
(5-30)
將已知的、和值代入上式，則得
即滿足鄰接條件。
②同心條件 按公式5-31驗(yàn)算該公式2K－H型行星傳動(dòng)的同心條件：
(5-31)
各齒輪副的嚙合為和，且，和。代入式5-31，即得
則滿足同心條件。
③安裝條件驗(yàn)算 按公式5-32驗(yàn)算其安裝條件，即得
(5-32)
所以，滿足其安裝條件。
6.齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算
強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定和所用的圓周速度用相對(duì)于行星架的圓周速度
按式（5-33）計(jì)算行星架圓速度：
(5-33)
由表查得速度系數(shù)，動(dòng)載系數(shù)：
①確定計(jì)算公式中的其他系數(shù)
使用系數(shù)：使用系數(shù)按輕微沖擊得；齒間載荷分布系數(shù)，：
彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí) (5-34)
接觸強(qiáng)度計(jì)算是 (5-35)
式中 及——齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度及大齒輪齒面硬度對(duì)，的影響系數(shù)，按表選?。?；。
——齒寬和行星輪數(shù)目對(duì)，的影響系數(shù)。
對(duì)于圓柱直齒傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承，則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)，值由圖查取。由圖查得，代入式5-34，5-35得：
求齒間載荷分配系數(shù)，。
先求端面重合度 (5-36)
式中
則：
因?yàn)槭侵饼X齒輪，總重合度=，所以 =
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：
式中 ， 故
彈性系數(shù)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)：
(5-37)
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)：
接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)：
因?yàn)楫?dāng)量循環(huán)次數(shù)，則 。最小安全系數(shù)：取=1。潤(rùn)滑劑系數(shù)，考慮用N46機(jī)械油作為潤(rùn)滑冷卻劑，取=0.93。
粗糙度系數(shù)，取=1.2。
齒面工作硬化系數(shù)：取=1。
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)：=1
②A-C傳動(dòng)接觸強(qiáng)度驗(yàn)算
計(jì)算接觸應(yīng)力，由式5-38得
(5-38)
按式5-39計(jì)算許用接觸應(yīng)力
(5-39)
強(qiáng)度條件：
則
計(jì)算結(jié)果，A-C接觸強(qiáng)度通過(guò)。用20CrMnTi調(diào)質(zhì)后滲碳淬火，安全可靠。
③A-C傳動(dòng)彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算
按式5-40齒根應(yīng)力為
(5-40)
式中 — 齒形系數(shù)，由圖查取 ：，；
— 應(yīng)力修正系數(shù)，由圖查?。?，；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)，因?yàn)槭侵饼X，取=1。
考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻性，齒根最大應(yīng)力
由強(qiáng)度條件
即
則
采用20CrMnTi調(diào)質(zhì)、滲碳淬火，。A-C傳動(dòng)改用材質(zhì)后，彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算也通過(guò)。
7.驗(yàn)算C-B傳動(dòng)大接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度
①根據(jù)A-C傳動(dòng)的來(lái)確定C-B傳動(dòng)的接觸應(yīng)力，因?yàn)镃-B傳動(dòng)為內(nèi)嚙合，，所以：
②核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞驗(yàn)算
由，按式5-40有
(5-40)
40Cr調(diào)質(zhì)，則內(nèi)齒輪用40Cr調(diào)質(zhì)材料，接觸強(qiáng)度符合要求。
③彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
只對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，按式5-41計(jì)算齒根應(yīng)力，其大小和A-C傳動(dòng)的外嚙合一樣，即
，
由強(qiáng)度條件
得 (5-41)
40Cr調(diào)質(zhì)材料，所以C-B傳動(dòng)中的內(nèi)齒輪彎曲強(qiáng)度符合要求。
5.3軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.3.1高速軸（齒輪軸）
1.計(jì)算作用在齒輪上的力：
轉(zhuǎn)矩：T=9.55×106×P/n =9.55×106×0.55/700=7503.57 N·mm
軸上小齒輪分度圓直徑：dm=19mm
圓周向力：Ft=2T/d (5-42)
=2×7503.57/19
=789.85 N
徑向力：Fr=Ft×tanα (5-43)
=19151×tan20
=287.48 N
軸向力：Fa= Ft×cosβ=789.85×1=789.85 N
2.初步估算軸最小的直徑
選取40Cr作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》第5篇表5-1-1查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：
； ；
；
由式 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-6查得A=115，則得：
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 確定軸的結(jié)構(gòu)方案
兩軸承均由軸的右端裝入，靠軸肩和套筒及軸承端蓋定位。采用深溝球軸承和凸緣聯(lián)軸器。
(2) 確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
?段 根據(jù)dmin圓整(按GB5014-85)，并由T和n選擇凸緣聯(lián)軸器型號(hào)為YL1(GB/T5843-1986)，查表軸孔直徑d1=12mm，l1=32+3=35mm。
?段 為使凸緣聯(lián)軸器定位，軸肩高度h=c+(2~3)mm，d2=14mm且符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑(JB/ZQ4606-86)。取端蓋寬度7mm，端蓋外端面與凸緣聯(lián)軸器右端面3mm，則l2=10mm。
?段 為便于裝拆軸承內(nèi)圈，d3>d2且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑。查GB/T276-94，選深溝球軸承型號(hào)為60000，d3=15，其寬度為T(mén)=5mm。軸承潤(rùn)滑方式選擇：d3×n=15×700=10500mm·r/min>10000mm·r/min，選擇油潤(rùn)滑。取l3=6mm。
?段 為了能夠安裝第二個(gè)軸承d4= d3-(1~3)=14mm，為使套筒面可靠地壓緊軸承內(nèi)圈，l4取10mm。
?段 長(zhǎng)度和直徑同?段，選深溝球軸承型號(hào)為60000。
?段 軸肩，為了固定第二個(gè)軸承的徑向滑動(dòng)，取d6=17mm，l6=2mm。
?段 右面和高速級(jí)太陽(yáng)輪為一體，考慮太陽(yáng)輪的分度圓直徑和行星架的橫向深度，取d7=15mm，l7=14mm。
4.繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
(1) 求軸承反力
H水平面：
RH1= 1974.63 N，RH2= -1184.78 N
V垂直面：
RV1= -612.7N，RV2=900.2 N
(2) 求齒寬中心處彎矩：
H水平面：
MH1= RH1×45 =1974.63×24 =47391.12N·mm
MH2= RH2×29 = -1184.78×40 = - 47391N·mm
V垂直面：
MV1= RV1×45= -612.7×24= -14705.12N·mm
MV2= RV2×29=900.2×40=36008N·mm
(3)合成彎矩：M1=
=
=49620N·mm
M2=
=
=59518N·mm
扭矩T：T=7503.57N·mm
彎矩圖、扭矩圖見(jiàn)圖5-2。
5.按彎扭矩合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩Mca=，取折合系數(shù)α=0.6，
Mca=
=59688N.mm
當(dāng)量彎矩圖見(jiàn)圖5-2。軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理。已查得σb=640Mpa， 許用應(yīng)力[σ-1]=65N/mm2，由式(5-43)得軸的計(jì)算應(yīng)力為：
=37.32 N/mm2 (5-43)
故該軸滿足強(qiáng)度要求。
圖5-2齒輪軸彎扭矩圖
5.3.2低速軸
1.初步估算軸最小的直徑
選取40Cr作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》第5篇表5-1-1查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：
； ；
；
由式 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮鍵槽的影響，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-6查得A=115，則得：
2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
確定各軸段直徑和長(zhǎng)度
?段 根據(jù)dmin圓整（按GB5014-85），由行星架確定軸直徑d1=30mm，l1=40mm。
?段 為使行星架和小鏈輪定位，軸肩高度h=c+(2~4)mm，d2=34mm且符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑（JB/ZQ4606-86）。取端蓋寬度8.5mm，則l2=20mm。
?段 直徑由小鏈輪內(nèi)徑確定，長(zhǎng)度由小鏈輪輪轂長(zhǎng)度確定，且大于小鏈輪輪轂長(zhǎng)度5mm。
3.校核
經(jīng)校核，該軸滿足強(qiáng)度要求。
5.4滾動(dòng)軸承的選擇
1.高速軸
選用深溝球軸承60000(GB/T276-94)，兩個(gè)，軸承代號(hào)61802。經(jīng)校核，其強(qiáng)度和壽命均滿足要求。
2.高速級(jí)行星輪軸
選用深溝球軸承60000(GB/T276-94)，軸承代號(hào)618/6，兩個(gè)。經(jīng)校核，其強(qiáng)度和壽命均滿足要求。
3.低速級(jí)行星輪架左右軸承
選用深溝球軸承60000(GB/T276-94)，軸承代號(hào)61809，兩個(gè)。經(jīng)校核，其強(qiáng)度和壽命均滿足要求。
4.低速級(jí)行星輪軸
選用深溝球軸承60000(GB/T276-94