48m掘进机主机设计说明书.doc

川滤公司掘进机项目：4.8m掘进机主机部分设计说明书四川理工学院 机械工程学院数字化设计与先进制造研究室课题组目 录第1章 掘进主机总体设计要求与技术参数11.1 总体设计要求11.2 主要技术参数11.2.1 TBM机主参数设计计算11.2.2 开敞式TBM及其配套系统规格尺寸参数51.3 TBM主要部件及后配套系统总体设计要求7第2章 全断面岩石掘进机的主要部件9第3章 刀盘部件设计103.1刀盘具有的主要特点103.2 盘形滚刀在刀盘上的布置分析103.3 刀盘结构12第4章 机头架部件设计154.1 机头架的传动及结构方案154.2 机头架结构设计164.3 主要零件的设计计算174.3.1 高速齿轮的设计计算174.3.2 低速齿轮设计204.3.3 渐开线花键的设计计算214.4 外购件的选型及主要参数254.5 刀盘护盾设计264.5.1 底护盾结构设计274.5.2 顶护盾和侧护盾设计284.5.3 机头架壳体设计314.5.4 护盾整体结构31第5章 掘进机主梁及支撑系统设计335.1 掘进机主梁设计335.1.1 前、后主梁宽度、高度设计尺寸335.1.2 导轨设计计算355.1.3 前段主梁长度计算375.1.4 后段主梁长度计算385.2 掘进机支撑靴系统385.2.1 支撑靴方案设计395.2.2 支撑液压缸的选型415.2.3 支撑系统结构415.2.4 主梁及支撑系统结构总图42第6章 推进、支撑液压系统设计446.1 TBM各液压系统单元的基本动作要求446.2 TBM主机的工作顺序456.3 液压系统原理设计466.4 液压元件的选择52第7章 主机皮带输送机627.1 输送机的选择与计算627.2 滚筒的选择667.3 其它主要部件设计6714.8m开敞式掘进机TBM主机设计说明书第1章 掘进主机总体设计要求与技术参数1.1 总体设计要求全断面岩石掘进机(Full Face Rock Tunneling Boring Machine，TBM)选型：针对有色金属矿（铜、锌、铝矿）花岗岩岩石结构及工矿情况，并结合实际挖掘岩土情况，围岩条件，适用于开挖有色金属矿（铜、锌、锡、钴等）矿洞，矿岩石属中等偏硬岩石，含石灰岩、大理岩和花岗岩等，岩石抗压强度范围：100MP-200MP之间，选用：开敞式TBM。主驱动采用变频电机驱动方式，具有较高的转速范围和脱困扭矩，可增强其对不同围岩的适应性。TBM可进行随机锚杆、喷射混凝土及局部加钢筋网等柔性支护处理，从而满足洞室稳定的要求。对于洞室穿过的少量断层带、岩石溶蚀带、岩爆、大规模的涌水、膨胀岩等不良地质地段，通过附带的辅助钻孔灌浆设备，采取超前处理措施，预先固结周边一圈岩石，然后再开挖，并采取及时跟进的喷锚支护或钢支撑支护，可使TBM顺利通过不良地质体地段。后配套系统中的液压控制部分安装在一节台车上采用随主机同步跟进的方法，电控部分安装在第二节台车上单独驱动跟进。除渣系统主机部分采用皮带运输，其余部分采用轨道矿车或小车运送到洞外。1.2 主要技术参数1.2.1 TBM机主参数设计计算一、扭矩及传动系统参数刀盘驱动装置：变频器/电动机/齿轮减速器+限扭器刀盘驱动功率：960kW变频电机：160kW,1500r/min 6台变频电机额定输出到刀盘的扭矩：T=2.444×103kN·m（理论值）刀盘扭矩实际工况：额定值：1.45×103kN·m，最大值：2200×103kN·m刀盘转速：09r/min (恒扭矩>3.75r/min> 恒功率)滚刀数：34把17”(432mm) 单刀最大承载能力：250（267）kN刀间距：70mm。以上参数的校核计算结果见表1-1。表1-1 回转力矩及转速计算960KWii=n1/n3=1500/3.75=400=64×6.25i1i1=64i26.25n2n2=1500/64=23.44rpmT1T1=120×9.55/23.44=48.9kN·m减速器选择选用PWZD610，i=64，许用扭矩60.126kN·mZ120Z2125i2修6.25齿轮模数m20b1312H696.88中心距a1050mmn33.75rpm刀盘T实2444 kN·m刀盘T最大（×1.5）3666 kN·m结论：实际所需最大扭矩：2200kN.m<2444 kN.m （电机提供的扭矩） （满足要求）轴承型号：132.45.2800.12内啮合式三排滚柱式回转支承 洛阳特重轴承有限公司；减速器型号：PWZD610挖掘专用行星齿轮减速机，i=40，许用扭矩76.643 湖北行星传动设备有限公司；电机型号：YBWGW520/160-6隔爆型潜污水三相异步电动机 天津普友机电设备制造有限公司。 二、推进系统及其推进力1、护盾摩擦力：2、刀盘额定推力刀盘额定推力Ft=n×FtC(单刀额定推力)=34×267kN=9078kN（刀盘单刀最佳推力：220240kN，刀盘最佳推力：34×220=7480kN）3、后配套系统拖动力：Fd=500kN4、TBM推进力：FL= 10921kN(TBM最佳设计推力：FL= 9323kN)5、推进液压缸选型1）所需推进缸的最大推力为：Fmax=FL=10921kN2）按两侧及前后共设计4个（前后各2个）推进液压缸，液压缸活塞直径为400 mm，额定油压为25MPa（最大可按30 MPa），则所选液压推进缸的最大推进力为：F=4××(400/2)2×10-6×25×106=12560kN >10921kN（满足要求）3）单个液压缸的推力为：12560/4=3140kN 4）推进缸最佳（正常）工作压力计算：F=4××(400/2)2×10-6×Pa×106=9323kN推进液压缸最佳（正常）工作压力约：Pa=19 MPa5）推进液压缸型号：C25WEK400/280-1500MI三、支撑系统及其支撑力1、支撑力选取支撑力为推进力的2.6倍Fg=2.6×F=2.6×9078=23598kN（所需最大支撑力：Fgmax=2.6×FL=2.6×10921=28395kN）2、支撑靴液压缸选型1）按四个侧面及前后共设计3×8=24个支撑液压缸，额定液压力25MPa，液压缸活塞直径为250mm2）额定支撑力为：Fz=24××(250/2)2×10-6×25×106=29452kN 3）支撑靴液压缸型号：HGS.F-250/180.E-4201-200结论：实际所需支撑力：23598kN <29452kN（液压缸提供的推力） （满足要求）四、掘进速度计算分析1、平均掘进速度开挖直径为4.8m的掘进机一个掘进行程L=1.5m平均掘进速度取：v=1.5m/h(v=25mm/min)；若刀盘平均转速为4r/min，则刀盘每转进给量：6.25mm/r。一个掘进行程掘进时间：t=L/v=1500/(1500/60)=1500/25=60min换步复位时间：10min一个掘进循环行程时间：70min每天工作10个小时，每天掘进量可达10m。2、最高掘进速度最高掘进速度：3m/h，即50mm/min一个掘进行程掘进时间：t=L/v=1500/(3000/60)=1500/50=30min换步复位时间：10min一个掘进循环行程时间：40min每天掘进量可达20m。五、支护能力计算包括混泥土喷射系统、锚杆安装速度和拱架安装速度等。1、混泥土喷射能力计算：1）混泥土喷射系统主要由混泥土输送泵和混泥土喷射机械手构成，对于开挖直径为4.8m，混泥土喷射厚度为10cm的隧道。则每米掘进需要喷射混泥土1.54m3；2）按最大掘进速度3m/h计算，则每米掘进需要喷射混泥土4.65m3/h，考虑20%的回弹量，则需要设计选用喷射能力在6.375 m3/h以上的混泥土喷射系统。3）一个行程1.5m，需要喷射量约3m3；4）若两个行程需要运进一个混泥土罐车，则需要容量为6m3的罐车。六、出渣能力计算分析主机皮带机、后配套系统皮带机、运渣机的运渣能力均与TBM的掘进速度相匹配。1）开挖面积：A=d2/4=×4.82/4=18.1(m2)2）一个掘进行程开挖石渣量（实方）：V=AL=18.1×1.5=27.2m3；3）每个行程运渣量（虚方）：取松散系数=1.67，则运渣量V=V=1.67×27.2=46 m3；两个掘进行程需要运渣92 m3，若采用每节10 m3的矿渣车，则一列需要910节。4）取岩石密度为2.7t/m3,则每个掘进循环需要输送石渣约74t，两个循环约150t；5）若瞬间掘进速度最大为4m/h，则需要皮带机最大输送能力为150t/h以上。1.2.2 开敞式TBM及其配套系统规格尺寸参数开敞式TBM及其配套系统规格尺寸参数，见表1-2所示。表1-2 TBM设备主要部件规格尺寸参数主要设备系统或部件规格尺寸参数主机主机长15m主机质量160t刀盘质量38.3t机头架质量39.7t主梁及支撑靴质量72.1t皮带输送机质量（估计）6.7t最小转弯半径500m最大部件质量40t最大部件尺寸11760×4500刀盘刀盘形式平面封闭式，背装直径432mm，17”的滚刀34把分块数量1开挖直径4.84.92m（边刀可调）双刃中心刀数量/直径8/432mm正滚刀数量/直径14/432mm边滚刀数量/直径8/432mm扩挖刀数量4（边刀可调扩挖）扩挖刀最大扩挖量60mm单个刀具额定载荷250kN（267kN）刀盘驱动驱动方式变频电动机驱动功率6×160kW=960 kW转速09r/min（1500r/min）主轴承形式内啮合式三排滚柱式回转支承主轴承寿命23161h 主轴承密封2×3排唇形密封推进系统推进液压缸数量4个（油缸活塞直径为400mm）推进行程1500m最大伸出速度100mm/min最大回缩速度500mm/min支撑系统类型浮动铰接液压缸数量3×8=24个液压缸行程单边伸出150mm，双边回缩300mm主机皮带机（外购）长度主机长度+1=16m（实际输送带长30m）皮带宽度500mm出渣能力150t/hYDB隔爆油冷式电动滚筒电动滚筒直径：D=320mm; 滚筒表面线速度/（m.s-1）0.8; 电动机功率/kw: 1.5; 改向滚筒D=250mm锚杆钻机（外购）规格型号Atlas Copco 1132数量2一次钻孔深度2m钻孔范围180度纵向移动距离1.5m功率11kW速度500r/min/320r/min扭矩220N.m/360N.m钻孔直径3351mm混泥土喷射系统（外购）控制方式遥控混泥土输送泵的型号Meyco Suprema机械手数量1喷射范围270度移动行程6m喷射能力20m3/h混泥土罐容量5m31.3 TBM主要部件及后配套系统总体设计要求一、刀盘、刀具刀盘上安装了带有旋转接头的喷水系统用来控制掌子面的灰尘和冷却刀具。设计进入掌子面的进人孔。考虑耐磨设计，即刀盘焊接耐磨块，后侧周边设计焊接防磨板，有周边防护隔栅，刀座周边焊接耐磨板。通过垫片伸缩滚刀可实现扩孔，最大扩孔直径40mm（径向）。刀盘为螺栓连接的钢结构焊接件。刀盘通过液压胀紧螺栓与主轴承旋转部件相连。二、机头架、护盾、主轴承和主驱动1、机头架外部周边设有顶护盾、侧护盾和底护盾。底护盾固定于机头架的下方，承载TBM前部的质量，侧护盾和顶护盾由液压缸驱动伸缩，侧护盾在掘进中稳定刀盘，并作为水平调向的支点；顶护盾与洞顶接触，支护顶部岩石，减少震动和稳定刀盘，其后装有指形护盾以保护岩石支护作业的人身安全。支护设计包括：钢拱架安装器（需在顶护盾的保护下进行安装）：安装分节的钢支撑。钢筋网作业平台，混泥土喷射系统。锚杆钻机安装（两台）：直径3351mm，一次钻孔深度不小于2m 。2、内密封和外密封：三重唇形密封和迷宫密封。掘进时，油脂润滑系统不断地自动向外清洗迷宫密封，防止灰尘进入。3、主轴承、大小齿轮驱动由压力油循环润滑系统润滑，该润滑系统配有泵、过滤器及电子监控系统，与刀盘驱动连锁。三、主梁（内机架）、推进系统和后支腿截面为矩形（或圆形）的焊接结构件，两侧带有导轨。用于支撑推进系统和撑靴系统，承受推力和扭矩。四、后配套系统1、主梁前段（靠近机头架）应配备的支护、灌浆系统、钻机、钢拱架安装器；2、主机上配置有所需电气线路、控制线路、液压管路、气动管路、阀组、传感器等，液压动力站配置在后配套系统上。3、主机上需配置：排水系统、供水系统、除尘系统等。4、TBM主控室：预计布置在后配套系统上，内含控制柜、按钮、视频显示、掘进方向显示、掘进参数显示、数据采集记录系统等。5、后配套系统：连接主机的连接桥及若干平台车组成。主要附属设备有：连接桥皮带机、后配套系统皮带机、清渣装置、混泥土喷射机械手和混泥土输送泵系统，注浆系统、钻机动力站、液压动力站、主断路开关柜、高压变压器、VFD变频柜、主电控柜和后配套系统电控柜，应急发电机、空压机和储气柜。第2章 全断面岩石掘进机的主要部件1、主机：刀盘、刀盘护盾、机头架、主梁及支撑靴（内外机架）、后支腿、推进（支撑）油缸、皮带桥、驱动电机、减速箱、通风管道等部件组成，完成掘进机的掘进、换步、锚杆支护及出碴等。2、主机配套设备，安装在掘进机后部的若干节平台车上的设备，如液压泵站系统，润滑泵站系统、供水泵站系统、变压器与配电柜、应急发电机等。钢拱架安装器、锚杆或超前钻机、激光对准装置。3、后配套设备：出渣、进料运输系统，包括：岩渣运出洞外及材料、人员运进洞内设备。4、主机的辅助设备：通风、除尘设备，包括洞内进风、降温、除尘设备，喷浆及注浆系统，仰拱块及衬砌管片安装设备等。5、附属设备：10kV电缆、2200软风管、150进水管和水阀、出碴运输设备、通风设备、翻车机，主要完成出碴、材料运输、通风及翻车作业。第3章 刀盘部件设计3.1刀盘具有的主要特点该掘进机刀盘设计主要解决刀盘结构以及刀具布置问题，施工隧道直径4800mm，设计刀盘直径仅为4600mm，由于刀盘直径较小，而且采用了目前较为主流的17英寸滚刀，所以刀具布置显得略微紧凑，并且出现少量刀框干涉现象，刀框干涉现象在焊接工艺中对个别刀框进行切除倒角等即可保证。通过刀盘结构设计，强度可以保证。盘主要有以下特点：1、刀盘整体采用Q345B钢板件焊接而成，由于直径满足大件运输要求，所以没有将刀盘分块设计。2、由于加工地层为花岗岩石灰石等硬岩地层，所以刀盘采用面板式结构，保证其强度，提高加工可靠性。3、刀具布置设计采用刀尖距设计模式，即依靠分析刀盘加工面加工强度局部调整刀尖距，但是刀尖距变化范围很小。边缘部分采用等弧长布置模式。4、刀盘采用背面换刀方式，即工人进入刀盘内部更换刀具，而不必要到主机刀盘前面更换刀具，这样换刀时相对安全可靠，并且不用将主机后退以腾出空间换刀。5、刀盘排渣采用中央排渣模式，即皮带运渣机安装于刀盘背面中心处，刀盘运用特殊结构形成料仓，利用刀盘回转运动将废渣抛落至皮带运渣机料斗，实现排渣运渣。6、刀盘驱动力由刀盘背仓端面键以及连接螺栓传递推力扭矩。7、刀盘运作时震动较大，并且出现方向偏移或者遇到断层时无法继续工作，所设计刀盘带有刀盘支护系统，该系统由上下左右4个支撑靴组成，主要提供调向时支撑力，遇到断层时自护刀盘，在一般掘进时减少刀盘震动作用，每个支撑靴都由油缸提供推力，实现运动。3.2 盘形滚刀在刀盘上的布置分析一、盘形滚刀在刀盘上的布置1、刀盘上每把盘形滚刀的破岩负荷尽可能相等，使磨损均匀。重要的是使刀刃两侧的侧向反作用力部分相互抵消，使作用在驱动轴承的径向载荷尽可能减小。2、掘进机刀盘在掘进时所受的力必须尽可能为空间平衡力系。即空间力和力矩代数和应尽可能接近于零。3、刀具布置应满足刀具能按顺序破岩。即：前面的刀具破岩后产生的裂痕能为后面的刀具提供破岩条件，使前后滚刀裂痕相连以破岩刀具。布置位置如图3-1。图3-1 正刀布置二、修正滚刀布置1、刀尖距的调整根据实际加工环境，刀盘中心加工条件最为恶劣，应该适当减小刀尖距，通过和其他同类型全断面岩石掘进机对比，并结合自身情况，将中心刀刀尖距调整为65mm。正刀区与过渡滚刀区加工工况相对稳定，破岩较均匀，可适当增大其刀尖距，在此将其刀尖距调整为75mm。2、刀具位置的调整在边刀区，为了满足等刀尖距分布原则，由于刀尖回转投影点分布在某圆弧上，因此边刀区可以按照等弧长分布滚刀。如图3-2示为边刀刀尖旋转投影视图，按照上述修改布置方式，在R2015半径上布置28号刀，以R1950所在半径投影为基准R540为半径，设计刀尖高于面板140mm，在R540所在圆弧以第一个15°为28号刀安装所在圆位置，接下来按照8.4°间隔均布29-33号刀，34号刀布置在R2400圆面与R540圆弧交点处。为了尽可能光滑过渡刀尖距公差，所以取8.4°为间隔。如图，27-28刀尖距为75mm，28-29号刀尖距为74.762mm，29-30号刀尖距为74.768mm，30-31号刀尖距为70.096mm，31-32号为63.991mm，32-33号为56.513mm，33-34号为44.94mm。刀盘滚刀优化布置方案见表3-1。图3-2 边刀布置方案表3-1 刀盘滚刀优化布置方案表刀号半径极角刀尖距直径刀号半径极角刀尖距直径1650°65130181265180°7525302130180°65260191340315°75268031950°65390201415135°7528304260180°6552021149045°7529805325270°65650221565225°753130639090°65780231640292.5°7532807455270°65910241715112.5°753430852090°651040251790202.5°75358095900°70118026186522.5°75373010665180°75133027194090°75388011740315°751480282015270°74.76240301281545°751630292089.7620°74.6984179.52413890135°751780302164.46180°70.0964328.9214965225°751930312234.55645°63.9914469.11215104090°752080322298.547225°56.5134597.094161115270°752230332355.06315°44.944710.121711900°752380342400135°48003.3 刀盘结构一、刀盘面板模型如图3-3：图 3-3 刀盘面板模型二、根据刀具布置修正刀盘结构刀尖布置轮廓如图3-4图 3-4 刀具刀尖布置轮廓三、刮刀刀框方案设计 刮刀刀框位置如图3-5、3-6:3-5 刮刀刀框分布位置 3-6 刮刀刀框设计四、扭矩传递结构设计刀盘结构如图3-7，草图如图3-8： 图 3-7 刀盘背仓结构图图 3-8 刀盘背仓旋转模型草图五、刀盘总体结构刀盘总体结构如图3-9， 3-10：图 3-9 刀盘结构图图 3-10 刀盘结构图第4章 机头架部件设计机头架内含有主轴承和驱动齿轮，用与支撑和驱动刀盘旋转。主轴承一般采用两轴向一径向的三轴滚子轴承或圆锥滚子轴承。机头架由多个主驱动电动机、行星齿轮减速器和外伸小齿轮组成，由小齿轮驱动位于主轴承内的大齿圈，从而驱动刀盘旋转。刀盘护盾在掘进过程中可防止大块岩石渣卡住刀盘，为安装钢拱架提供顶部保护，并在一个掘进循环结束重新复位时，支撑机器前端和稳定刀盘旋转。刀盘护盾包括顶护盾、侧护盾、底护盾。顶护盾、侧护盾通过液压缸与机头架相连，实现护盾的伸缩固定；底护盾起支撑机头架的作用。734.1 机头架的传动及结构方案机头架传动方案及齿轮的啮合形式的确定图4-2 多电机传动（外啮合）图4-1 单电机传动图4-3 多电机传动（内啮合）一般比较主流的电动机传动有两种方式，即单个电动机通过减速器减速与联轴器连接，通过主轴将扭矩和推力传到刀盘（如图4-1）和多个电动机传动通过多个减速器减速与输入轴连接，带动小齿轮旋转通过回转支承将扭矩和推力传到刀盘。多个电机带动的方式也有两种，即齿轮的啮合方式（分为外啮合（如图4-2）和内啮合（如图4-3）。由于单个电动机的功率、扭矩都比较小，一般只用于挖掘隧道直径较小的硬岩TBM上。对于设计4.8m的硬岩TBM，单个电动机无法提供足够的功率和扭矩。所以采用了多个电动机带动多个小齿轮与大齿轮啮合汇流的方式给刀盘提供扭矩。对于需要较大扭矩硬岩TBM也多采用多个电动机带动的方式，一般多采用48个电动机。多个电动机通过小齿轮与大齿轮的啮合传递扭矩的方式也有两种，在满足强度的情况下，外啮合会比内啮合的尺寸大些，在设计硬岩TBM中如果机头架的尺寸太大就会影响其他部件的设计以及安装，例如护盾、锚杆钻机等。所以本设计采用内啮合的齿轮啮合方式，在满足强度的前提下大大提高了空间尺寸的利用率，效果图如图4-4,4-5所示。图4-5 内啮合齿轮图4-4 外啮合齿轮图4-6 机头架三维效果图4.2 机头架结构设计刀盘驱动需要的功率、扭矩均比较大，所以采取多套电动机、减速器和小齿轮驱动大齿圈，进而带动刀盘转动。图4-6所示为机头架的外观结构，机头架和驱动电动机，驱动减速器、小齿轮、大齿圈和主轴承都装在机头架内，并由内、外密封盖使结构为封闭结构。对于开敞式TBM，机头架后部中间部位提供高强度螺栓与主梁连接，机头架通过机头架壳体与护盾连接。主驱动前部通过刀盘连接盘用高强度螺栓与刀盘连接。机头架内部有减速器、主轴承、内、外密封盖、轴承座等（剖视如图4-7）。图4-7 机头架4.3 主要零件的设计计算4.3.1 高速齿轮的设计计算1、选精度等级、材料及齿数，齿型（1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱直齿轮；（2）材料选择小齿轮材料为20CrMnMo或者20CrMnTi（工艺：渗碳，整体淬火，齿面硬度HRC5862，心部硬度HRC3438，有效硬化层深度DC=2.6±0.2mm，精度7（8）级（GB/T10095-2008），磨齿），二者材料硬度差为HBS；（）掘进机用齿轮，速度低，选用7级精度；（4）选小齿轮齿数Z120，大齿轮齿数Z2·Z16.25×20=122,取Z2=125。2、按齿面接触强度设计计算分度圆直径dt1）确定公式内的各计算数值：1使用系数；区域系数；2；查得，；3计算小齿轮传递的转矩： ；4齿宽系数5材料的弹性影响系数6查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限7计算应力循环次数； 8接触疲劳强度寿命系数9计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为，安全系数为S=1.05： ）计算算小齿轮分度圆直径，由计算公式 取小齿轮直径400mm。圆周速度： ，选取8级精度。3）计算齿宽及模数 4）实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：计算载荷系数K：已知使用系数根据，8级精度，查得动载荷系数查得： 查得假定，查得故载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径<400mm3、按齿根弯曲强度设计计算模数m 1)确定计算参数计算载荷系数 根据纵向重合度，查得螺旋角影响系数：计算当量齿数 查取齿形系数 查得：查取应力校正系数 查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限 查得：大齿轮的弯曲疲劳强度极限 查得：查得弯曲疲劳强度寿命系数8选取齿形修正系数Yx=0.939计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.25，得 10计算大小齿轮的 大齿轮的设计计算 取m20mm，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1=400mm来计算应有的齿数。于是有：取Z1=20，则 取2)几何尺寸的计算（1）计算中心距 将中心距圆整为1232mm（2） 计算大、小齿轮的分度圆直径 （3）计算大、小齿轮的齿根圆直径 （4）计算齿轮宽度 圆整后取：；4.3.2 低速齿轮设计1）选精度等级、材料及齿数，齿型（1）确定齿轮类型两齿轮均为标准圆柱直齿轮（2）材料选择小齿轮材料为20CrMnMo（调质），硬度为，大齿轮材料为钢（调质），硬度为HBS，二者材料硬度差为HBS。（）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（4）选小齿轮齿数Z120，大齿轮齿数Z21·Z16.25×20=125。根据低速级齿轮的设计、计算，查阅洛阳特种轴承公司的产品型号电子本，选择回转支承的型号：132.45.2800.12内啮合式三排滚柱式回转支承（含内啮合大齿轮）。调整计算中心距：a=m(Z2-Z1)/2=20(125-20)/2=1050mm4.3.3 渐开线花键的设计计算硬岩掘进机机头架的设计，电动机通过电机连接盘安装在PWZD610行星减速器上，通过普通平键传递动力给减速器，利用渐开线花键将减速器输出端的转矩传递给小齿轮，考虑到小齿轮的安装调试问题，小齿轮作为整个硬岩掘进机的末级传动装置，它传递的动力比较大，故小齿轮与齿轮轴的配合采用渐开线花键链接结构。齿轮轴渐开线花键设计按照国标GB/T3478.1-1995设计花键。在开敞式硬岩掘进机的动力系统中，连接高速齿轮的齿轮轴上需要设计渐开线花键结构。一处与PWZD610减速器配合，减速器生产厂家湖北行星齿轮传动设备有限公司采用德国DIN5480标准设计生产减速器，为了方便齿轮轴的生产加工，将减速器连接端花键按照GB标准设计。1、按照机械设计手册圆柱直齿渐开线花键设计。m=10 ,Z=23,30°渐开线花键的设计计算 EXT23ZX10MX30PX7h GB/T3478.1-2008已知：模数m=10；齿数Z=23；标准压力角D=30°1）分度圆直径D： D=mZ=10×232302）基圆直径Db： DbmZCosD10×23×cos30°199.1863）齿距p：p=m=10=31.41594）内花键大径基本尺寸Dei： Deim(Z+1.5)=10×(23+1.5)=2455）内花键大径下偏差：06）内花键大径公差：IT1214，取IT12，公差值0.257）内花键渐开线终止圆直径最小值DFimin： DFimin=m(Z+1)+2CF=10×(23+1)+2×0.1×10=2428）内花键小径基本尺寸Dii：Dii=DFemax+2CF=218.9833+2×0.1×10=220.9833mm9）内花键小径极限偏差：查机械设计手册，为 10）基本齿槽宽E： E=0.5m=0.5××10=15.70811）作用齿槽宽EV： EV0.5m15.70812）作用齿槽宽最小值EVmin： EVmin0.5m15.70813）实际齿槽宽最大值Emax：其中+查机械设计手册·第2卷表5-3-59，总公差（包括加工公差和和综合公差之和）T+：T+=0.136mmEmaxEVmin+（+）=15.708+0.136=15.844mm，14）实际齿槽宽最小值Emin： EminEVmin+15.708+0.04815.756        其中值查机械设计手册·第2卷 表5-3-59：=0.04815）作用齿槽宽最大值EVmax： EVmaxEmax15.8440.04815.79616）外花键作用齿厚上偏差esV：查机械设计手册，esV=017）外花键大径基本尺寸Dee：Dee=m(Z+1)10×（23+1）24018）外花键大径上偏差esV/tanD： 019）外花键大径公差：查机械设计手册·第2卷表5-3-61，为0.4620）外花键渐开线起始圆直径最大值DFemax：其中：Db=199.186； D=230； D=30°； hs=0.6m=0.6×10=6；esV/tanD=021）外花键小径基本尺寸Die： Diem(Z1.5)10（23-1.5）=215 22）外花键小径上偏差esV/tanD：023）外花键小径公差：查机械设计手册·第2卷表5-3-61，IT1214。选IT12，公差值0.4624）基本齿厚S：S=0.5m=0.5×10=15.70825）作用齿厚最大值SVmax：SVmaxS+esV=15.708+015.70826）实际齿厚最小值Smin： SminSVmax（+）15.7080.13615.57227）实际齿厚最大值Smax： SmaxSVmax15.708-0.04815.6628）作用齿厚最小值SVmin： SVminSmin+15.572+0.04815.6229）齿形裕度CF： CF0.1m0.1×10130）渐开线花键齿根圆弧最小曲率半径Rimin、Remin：查机械设计手册，Rimin=Remin=231）齿距累计公差Fp：查机械设计手册，为0.061（选7级公差）32）齿形公差ff：查机械设计手册，为0.048（选7级公差）33）齿向公差F：查机械设计手册·第二卷表5-3-55，为0.035mm设计参数见表4-1。表4-1 花键参数12、减速器连接端花键按照GB标准设计，按照机械设计手册进行渐开线花键的设计计算EXT31ZX5MX30PX7h GB/T3478.1-2008已知：模数m=5；齿数Z=31；标准压力角D=30°。1）分度圆直径D： D=mZ=5×311552）基圆直径Db： DbmZCosD5×31×cos30°134.233）齿距p：p=m=5=15.7079634）内花键大径基本尺寸Dei： Deim(Z+1.5)=5×(31+1.5)=162.55）内花键大径下偏差：06）内花键大径公差：IT1214，取IT12，公差值0.4表5-3-617）内花键渐开线终止圆直径最小值DFimin： DFimin=m(Z+1)+2CF=5×(31+1)+2×0.1×10=1628）内花键小径基本尺寸Dii：Dii=DFemax+2CF=218.9833+2×0.1×10=220.9833mm9）内花键小径极限偏差：查机械设计手册，为 10）基本齿槽宽E： E=0.5m=0.5××5=7.854011）作用齿槽宽EV： EV0.5m7.854012）作用齿槽宽最小值EVmin： EVmin0.5m7.854013）实际齿槽宽最大值Emax：其中+查机械设计手册·第2卷表5-3-59，总公差（包括加工公差和和综合公差之和）