1．往复式给煤机概述
往复式给煤机在我国煤矿、选煤厂及其它行业应用已有几十年。给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一,给煤设备的可靠性,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性,直接影响整个生产系统的正常运行。生产实践证明,该设备对煤的品种、粒度、外在水份等适应能力强,与其他给煤设备相比,具有运行可靠、性能稳定、噪音低、完全可靠、维护工作量小等优点。
往复式给煤机的主要缺点是能耗较高。
随着煤炭工业的发展,煤矿井型不断地扩大,现有Ｋ型往复给煤机生产能力小,不能满足大型矿井的要求。因此,改进和扩大现有Ｋ型往复给煤机是完全必要的。减速器、联轴器本机可根据需要设有带漏斗、不带漏斗两种形式。给煤机设有两种结构形式：1、带调节闸门2、不带调节闸门，其给煤能力由底板行程来达到。传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连机构拖动倾斜的底板在辊上作直线往复运动，当底板正行时,将煤仓和槽形机体内的煤带到机体前端;底板逆行时,槽形机体内的煤被机体后部的斜板挡住,底板与煤之间产生相对滑动,机体前端的煤自行落下。将煤均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。往复式给煤机与振动式给煤机的比较
） 62 电动机 型号 YB200L-8(Y200L-6) 功率/ 18.5 转速/（） 970 减速器 型号 JZQ-500 速比 15.75 最大允许粒度
/ 含量10%以下 700 含量10%以上 550 设备重量
/ 带料斗 2337 不带料斗 2505
2．往复式给煤机
在确定往复式给煤机整体结构尺寸之前，首先考虑给煤机的容积利用系数。容积利用系数是给煤机槽体内煤的体积与槽体容积的比值。在给煤机槽体容积一定的情况下,容积利用系数取值的高低,决定设计能力的大,则设计生产能力大,反之就小。现有Ｋ型往复给煤机容积利用系数取值为0.62。为了提高给煤机的综合性能,通过对K型往复给煤机的使用情况进行大量调查和性能测试,给煤机实际生产能力比设计生产能力偏大约10～20%。这说明原设计容积利用系数取值偏低。在该往复给煤机设计中,我们将容积利用系数提高到0.7-0.8,这就意味着,与原设计比较,在相同设计生产能力条件下,给煤机槽体容积可以缩小13%。给煤机的实际生产能力与煤的粒度、水份有较大关系。同样一台给煤机,煤的流动性好,则实际生产能力大;煤的流动性差,则实际生产能力就小。现有Ｋ型往复给煤机之所以适应范围广,除其它性能以外,就在于设计时余量较大,即容积利用系数取值较低。我认为,容积利用系数不宜取值过大,以保证往复给煤机对各种煤的适应性。=1250，底托板材料选用Q235钢长度为L=1500。
由此可推出每转推出煤的容积为：
式中：――曲柄每转推出煤为
――查表得散煤的容重
由式得
V=abh=0.25×1.1h=
推出煤的最低高度：
h=0.75m
初步设定曲柄的转数为，箱体的有效高度和宽度，高度为，宽度为。给煤量可表示为
式中——给煤机给煤量，；
——给煤机箱体高度，；
——给煤机箱体宽度，；
——给煤机行程，；
——煤的密度，；
——给煤机箱体高度，；
——工况系数，。
因此，由式可求出给煤量
图2-2 往复式给煤机箱体尺寸
>800
由上式结果可得出，箱体尺寸满足给煤要求。
2）。曲柄连杆尺寸及底板速度的确定
已知行程，设偏距e为120mm，倾斜角度为在有三角形关系式和理论力学中最小角定理，当可求得
速度V=(1+)
=0.77m/s.
曲柄a=124mm
连杆长l=1057mm
图2-1 K型往复式给煤机曲柄连杆运动简图
2.3给煤机的受力分析
2.3.1往复式给煤机的运行阻力
往复式给煤机运行时，电动机功率主要消耗在克服下列阻力上。
正行时：底板在托滚上的运动阻力和煤与固定侧板的摩擦阻力。
逆行时：底板在托滚上的运动阻力和煤与底板的摩擦阻力。
此外，还有消耗在克服底板加速运动时的运行阻力上。
.2产生运行阻力的因素及力的计算
往复式给煤机的运行阻力有以下公式计算：
式中——给煤机槽体内煤的质量，；
——给煤机运动部件的质量，；
——重力加速度，；
——煤仓出口处压力，；
——给煤机底板水平投影长度，；
——煤仓出口对底板有效压力区长度，；
——给煤机槽体净宽度，；
——底板在托滚轮上的运动阻力系数，；
——煤对侧板的侧压系数；
——煤的松散容重，；
——底板上煤的厚度，，。正行阻力：
正行阻力：
运行阻力按正行阻力和逆行阻力的均方值计算，即
式中、、括号内的第一项表示给煤机槽体内煤的重量和活动件的重量；表示给煤机槽体内煤的重量；表示煤的重量对给煤机固定侧板产生的侧压力。号内的第二项表示煤仓出口处压力；表示煤仓出口处压力对给煤机固定侧板产生的侧压力。由于底板在托滚轮上的运动阻力较小(运动阻力系数ω值较小),给煤机运行阻力主要是煤与固定侧板的摩擦阻力和煤与底板的摩擦阻力。因此可知,产生运行阻力的主要因素是给煤机槽体内的煤的重量和煤仓出口处的压力以及煤与侧板或底板的摩擦系数。
从以上分析可知,我们只能从减少煤仓出口处压力对底板的作用,以及减小煤与固定侧板和底板的摩擦力来往复式给煤机的节能措施。
采用倾斜式仓口漏斗由于煤仓出口处压力的作用,使底板产生了运行阻力,如果采用斜仓口漏斗,使煤仓出口压力对底板作用减小或不作用在底板上,底板的运行阻力就可以减小。
往复式给煤机的运行阻力由以下简化公式计算：
给煤机槽体内煤的质量：
底托板选用的材料为，其密度，底托板长、宽、厚度分别为1、1、16。则底托板质量为：
则
正行阻力：
正行阻力：运行阻力：＝给机因设备是在井下工作，电机选为隔爆异步电动机。
给煤机所需功率：
给煤机的传动效率
(1)曲柄连杆的传动效率：0.9(2)减速器的传动效率：0.×0.96
(3)联轴器的传动效率：0.99
所以，给煤机的总传动效率为
电动机的功率确定
电动机的实际功率为
一般来说，选择电动机容量时应保证电动机的额定功率等于或稍大于工作机所需的电动机功率，即，所以，选择电机额定功率为1，选择电机型号如表-1所示
表-1往复式给煤机电机选型
型号 额定功率 额定转速 同步转速 功率因数 YB10L-6 15 970 1000 0.895 3.2减速器选型
3.2.1.减速器选型
现在已使用的K系列往复式给煤机常用的减速器型号如表-2所示。
表-2K系列往复式给煤机常用的减速器型号
型号规格 K-0 K-1 K-2 K-3 K-4 减速机 型号 JZQ0-350 JZQ0-350 JZQ0-350 JZQ-400 JZQ-500 速比 12.64 12.64 12.64 15.75 15.75 ZQ、ZQH（JZQ、PM）型减速器具有机械性能好、工作可靠、维修方便、过载能力强、耐冲击、惯性力矩小等特点。适用于起重、运输、冶金、矿山、建筑、化工、纺织等行业。其适用条件如下：减速器齿轮圆周速度不大于12m/s；高速轴的转速不大于1500r/min；可用于正反两向运转；工作环境温度为-40～+40。减速器有九种传动比、九种装配形式和三种低速轴轴端型式。
计算速比减速器速比为2）分配传动装置各级传动比
参考文献[3]表2-1，取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比
对于展开式二级圆柱齿轮减速器，在两极齿轮配对材料、性能及齿宽系数大致相同的情况下，即齿面接触强度大致相等时，两极齿轮的传动比可按下式分配：
即
代入式得
3.2.2计算传动装置的运动和动力参数
各轴的转速根据电动机的满载转速及传动比进行计算;传动装置各部分的功率和转矩。
计算各轴时将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定0轴（电动机轴），1轴，2轴，3轴，4轴；相邻两轴间的传动比表示为，；各轴的输出功率为，，，；各轴的输出转矩为，，，。
各轴的输出功率
0轴（电动机轴）
1轴（高速轴）
2轴（中间轴）
3轴（低速轴）
各轴的输出转速
0轴（电动机轴）
1轴（高速轴）
2轴（中间轴）
3轴（低速轴）
各轴的输出转矩
0轴（电动机轴）
1轴（高速轴）
2轴（中间轴）
3轴（低速轴）
(1)选择齿轮材料
参考文献[4]查表8-17小齿轮选用调质并表面淬火
大齿轮选用调质并表面淬火
(2)按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度;
参考文献[4]表8-14，表8-15选取Ⅱ公差组8级
小轮分度圆直径d，参考文献[4]由式求得
齿宽系数参考文献[4]查表8～23按齿轮相对轴承为非对称布置，取
小齿轮齿数,在推荐值20-40中选大齿轮齿数，圆整取
齿数比
传动比误差误差在范围内。合适
小齿轮转矩参考文献[4]由式（8-53）求得
载荷系数K参考文献[4]由式（8-54）得
使用系数参考文献[4]查表8-20
动载荷系数参考文献[4]查图8-57得初值
齿向载荷分布系数参考文献[4]查图8-60
齿间载荷分配系数参考文献[4]由式（8-55）及得
参考文献[4]查表并插值
则载荷系数的初值
弹性系数参考文献[4]查表8-22得
节点影响系数参考文献[4]查图8-64得
重合度系数参考文献[4]查图8－65得
许用接触应力参考文献[4]由式（8－69）得
接触疲劳极限应力、参考文献[4]查图8－69
参考文献[4]应力循环次数由式(8－70)
预设给煤机每天工作20小时，每年工作30天，预期寿命为10年
则参考文献[4]查图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）
硬化系数参考文献[4]查图8-71及说明
接触强度安全系数参考文献[4]查图8-27，按一般可靠度查
取
故的设计初值为
齿轮模数
参考文献[4]查表8－3取
小轮分度圆直径的参数圆整值
圆周速度
与估计取有差距，对取值影响不大，不需修正
小轮分度圆直径
大轮分度圆直径
中心距
齿宽，
取轮齿宽
轮齿宽
(3)齿根弯曲疲劳强度校核计算
齿形系数参考文献[4]查图8-67小轮
大轮
应力修正系数参考文献[4]查图8-68小轮
大轮
重合度系数参考文献[4]由式（8-67）
许用弯曲应力参考文献[4]由式（8-71）
弯曲疲劳极限参考文献[4]查图8-72
弯曲寿命系数参考文献[4]查图8-73
尺寸系数参考文献[4]查图8-74
安全系数参考文献[4]查表8-27
则
故
齿根弯曲强度足够。
(4)齿轮其他尺寸计算与结构设计(参考文献[4]表8-4)
1)小齿轮的相关尺寸
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿全高
齿顶圆直径
齿根圆直径
基圆直径
齿距
齿厚
齿槽宽
基圆齿距
法向齿距
顶隙
2)大齿轮的相关尺寸
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿全高
齿顶圆直径
齿根圆
基圆直径
齿距
齿厚
齿槽宽
基圆齿距
法向齿距
顶隙
中心距
传动比
参考文献[4]表8-31得知，当，选用腹板式的结构
取
应大于，为齿全高
=
=274
3.3.2第二对齿轮的设计(1)选择齿轮材料
参考文献[4]查表8-17小齿轮选用调质并表面淬火
大齿轮选用调质并表面淬火
(2)按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度;
参考文献[4]表8-14，表8-15选取Ⅱ公差组8级
小轮分度圆直径d，参考文献[4]由式求得
齿宽系数参考文献[4]查表8～23按齿轮相对轴承为非对称布置，取
小齿轮齿数,在推荐值20-40中选大齿轮齿数
齿数比
传动比误差误差在范围内。合适
小齿轮转矩参考文献[4]由式（8-53）求得
载荷系数K参考文献[4]由式（8-54）得
使用系数参考文献[4]查表8-20
动载荷系数参考文献[4]查图8-57得初值
齿向载荷分布系数参考文献[4]查图8-60
齿间载荷分配系数参考文献[4]由式（8-55）及得
参考文献[4]查表并插值
则载荷系数的初值
弹性系数参考文献[4]查表8-22得
节点影响系数参考文献[4]查图8-64得
重合度系数参考文献[4]查图8－65得
许用接触应力参考文献[4]由式（8－69）得
接触疲劳极限应力、参考文献[4]查图8－69
参考文献[4]应力循环次数由式(8－70)
预设给煤机每天工作20小时，每年工作30天，预期寿命为10年
则参考文献[4]查图8-70得接触强度的寿命系数、（不允许有点蚀）
硬化系数参考文献[4]查图8-71及说明
接触强度安全系数参考文献[4]查图8-27，按一般可靠度查
取
故的设计初值为
齿轮模数
参考文献[4]查表8－3取
小轮分度圆直径的参数圆整值
圆周速度
与估计取有差距，对取值影响不大，不需修正
小轮分度圆直径
大轮分度圆直径
中心距
齿宽，
取轮齿宽
轮齿宽
(3)齿根弯曲疲劳强度校核计算
齿形系数参考文献[4]查图8-67小轮
大轮
应力修正系数参考文献[4]查图8-68小轮
大轮
重合度系数参考文献[4]由式（8-67）
许用弯曲应力参考文献[4]由式（8-71）
弯曲疲劳极限参考文献[4]查图8-72
弯曲寿命系数参考文献[4]查图8-73
尺寸系数参考文献[4]查图8-74
安全系数参考文献[4]查表8-27
则
故
齿根弯曲强度足够。
(4)齿轮其他尺寸计算与结构设计(参考文献[4]表8-4)
1)小齿轮的相关尺寸
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿全高
齿顶圆直径
齿根圆直径
基圆直径
齿距
齿厚
齿槽宽
基圆齿距
法向齿距
顶隙
2)大齿轮的相关尺寸
分度圆直径
齿顶高
齿根高
齿全高
齿顶圆直径
齿根圆
基圆直径
中心距
传动比
参考文献[4]表8-31得知，当，选用腹板式的结构
取
应大于，为齿全高
=
=301
3.4轴的设计及校核计算
3.4.1中间轴的设计及校核
(1)求输出轴上的转矩
(2)求作用在齿轮上的力
输出轴上大齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）
圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图3-所示。
输出轴上小齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）
圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图3-所示。
(3)确定轴的最小直径
选取轴的材料为，调质处理，按式初估轴的最小直径，参考文献[4]表4-2，取，可得
(4)轴的结构设计
1）拟定轴上零件的装配方案
装配方案如图-1所示
图-1中间轴的结构简图2）按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段①该段安装滚动轴承，考虑到轴承只受径向力，所以选择深沟球轴承。取轴段直径。参考文献[4]表11-1，选用型轴承，尺寸为。取齿轮距的距离，，则
轴段②该段安装齿轮，齿轮左端采用套筒定位，右端使用轴环定位，轴段直径。已知齿轮轮毂的宽度为mm,为了使套筒断面可靠的压紧齿轮，轴段长度应略短于轮毂孔宽度，取。
轴段③取齿轮右端轴肩高度，则轴环直径，。
轴段④该轴段安装齿轮，用套筒定位，取直径，。
轴段⑤该轴段安装轴承，①相同取直径
。
3）轴上零件的周向定位
齿轮与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，参考文献[4]表10-26，查得平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长，为保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
4）确定轴端倒角取。
5）轴的强度校核
Ⅰ求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的结构简图（见图-1），在确定轴承的支点位置时，参考文献[6]表24.2-15可得知a值，对于6310型深沟球轴承，取,因此轴的支撑跨距为。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图，扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，B截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。B截面处的及的数值如下。
支反力水平面，
垂直面，
弯矩和
水平面
垂直面，
合成弯矩
扭矩
当量弯矩
如图-2中间轴的计算简图
Ⅱ校核轴的强度
轴的材料为，调质处理，由参考文献[4]表4-1查得，则，即，取，轴的计算应力为
满足强度要求。
轴的设计及校核
(1)求输轴上的转矩
(2)求作用在齿轮上的力
输出轴上齿轮的分度圆直径为（由以上齿轮计算得知）
圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图3-所示。
(3)确定轴的最小直径
选取轴的材料为，调质处理，按式初估轴的最小直径，参考文献[4]查表4-2，取，可得
(4)轴的结构设计
1)拟定轴上零件的装配方案
装配方案如图所示
图-3输入轴的结构图
2)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段①该段用于安装联轴器，其直径应该与联轴器的孔径相配合，因此要先选用联轴器。联轴器的计算转矩，根据工作情况选取，则。参考文献[4]表13-5，根据工作要求选用弹性柱销联轴器，型号为，许用转矩。与输出轴联接的半联轴器孔径，因此取轴段①的直径。半联轴器轮毂总度（J型轴孔），与轴配合的毂孔长度。轴段②为了半联轴器的轴向定位，轴段①左端制出定位轴肩，所以轴段②的直径为。根据减速器与轴承端盖的结构和端盖的拆卸要求，取端盖外端面与半联轴器右端面之间的距离为20mm，因此取
轴段③该段安装滚动轴承，考虑到轴承只受径向力，所以选择深沟球轴承。取轴段直径，选用6310型深沟球轴承，参考文献[4]表11-1可知，尺寸为。取。
轴段④该轴段用于轴承的定位，它的轴肩，所以轴段④的直径为。所以轴段④的长度。
轴段⑤该轴段为齿轮轴，齿轮宽度，分度圆直径。轴段⑥的直径和长度各取，。
轴段⑦用于安装轴承，选用6310型深沟球轴承，参考文献[4]表11-1知，尺寸为。其直径为，3)确定轴端倒角取。
4)轴的强度校核
Ⅰ求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（见图4），在确定轴承的支点位置时，参考文献[6]表24.2-15可得知，对于6310型深沟球轴承，取,因此轴的支撑跨距为。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图，扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，B截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。B截面处的及的数值如下。
支反力水平面，
垂直面，
弯矩和
水平面，
垂直面
合成弯矩
扭矩
当量弯矩
图-4输入轴的计算简图
Ⅱ校核轴的强度
轴的材料为，调质处理，参考文献[4]表4-1,查得，则，即，取，轴的计算应力为
满足强度要求。
轴的设计及校核
(1)求输出轴上的转矩
(2)求作用在齿轮上的力
输出轴上齿轮的分度圆直径为圆周力、径向力和轴向力的大小如下，方向如图-5所示。
(3)确定轴的最小直径
选取轴的材料为，调质处理，按式初估轴的最小直径，参考文献[4]查表4-2，取，可得
(4)轴的结构设计
1)拟定轴上零件的装配方案
装配方案如图-5所示
图-5输出轴的结构简图
2)按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段①该段安装滚动轴承，考虑到轴承只受径向力，所以选择深沟球轴承。取轴段直径。选用6型深沟球轴承，参考文献[4]表11-1可知，尺寸为。取该轴段的直径为，。
轴段②取齿轮右端轴肩高度，则轴环直径，。
轴段③该段安装齿轮，齿轮左端采用套筒定位，右端使用轴环定位，轴段直径。已知齿轮轮毂的宽度为mm,为了使套筒断面可靠的压紧齿轮，轴段长度应略短于轮毂孔宽度，取。轴段④该段采用套筒定位该段安装滚动轴承，考虑到轴承只受径向力，所以选择深沟球轴承。取轴段直径，选用63型深沟球轴承，参考文献[4]表11-1可查知，尺寸为。取。
轴段⑤根据减速器与轴承端盖的结构和端盖的拆卸要求，取端盖外端面与曲柄右端面之间的距离为，因此取。
轴段⑥该轴段安装曲柄，其直径和长度各取，。
3)轴上零件的周向定位
齿轮与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，参考文献[4]表10-26，查得，平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长。为保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
4)确定轴端倒角取。
5)轴的强度校核
Ⅰ求轴的载荷
首先根据轴的结构图作出轴的计算简图（见图-6），在确定轴承的支点位置时，参考文献[6]表24.2-15可得知a值。对于6型深沟球轴承，取,因此轴的支撑跨距为。
根据轴的计算简图作出轴的弯矩图，扭矩图和当量弯矩图。从轴的结构图和当量弯矩图中可以看出，截面的当量弯矩最大，是轴的危险截面。截面处的及的数值如下。
支反力水平面，
垂直面，
弯矩和
水平面
垂直面
合成弯矩
扭矩
当量弯矩
图-6输出轴的计算简图
Ⅱ校核轴的强度
轴的材料为，调质处理，参考文献[4]表4-1，查得，则，即，取，轴的计算应力为
满足使用要求。
轴承的选择与校核计算.1输入轴上的轴承选择与校核
根据结构尺寸，参考文献[4]表11-1,选用6310型深沟球轴承，该轴承的主要性能参数为：基本额定动载荷；基本额定静载荷。根据以上轴的载荷计算，得知：
(1)轴承的支反力：
水平面，
垂直面，
合成支反力
(2)轴承的寿命
因，，，由表-3、表-4查得，
表-3温度系数
轴承工作温度/ 125 150 175 200 225 250 300 350 温度系数 1.00 0.95 090 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 0.50 表-4载荷系数
载荷性质 无冲击或轻微冲击 中等冲击 强烈冲击 载荷系数 1.0~1.2 1.2~1.28 1.8~3.0
满足使用要求。.2中间轴上的轴承选择与校核
根据轴的结构尺寸，参考文献[4]表11-1,选用轴承，该轴承的主要性能参数为：基本额定动载荷；基本额定静载荷。根据以上轴的载荷计算，得知：
(1)轴承的支反力：
水平支反力，
垂直支反力，
合成支反力
(2)轴承的寿命
因，，，由表-3、表-4查得，
满足使用要求。轴的轴承选择与校核
根据1轴的结构尺寸，参考文献[4]表11-1,选用6型深沟球轴承，该轴承的主要性能参数为：基本额定动载荷；基本额定静载荷。
根据以上轴的载荷计算，得知：
(1)轴承的支反力：
水平支反力，
垂直支反力，
合成支反力
(2)轴承的寿命
因，，，由表-3、表-4查得，
满足使用要求。
键的选择与校核计算
轴上键的选择与校核
齿轮3与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，参考文献[4]表10-26，查得平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长；齿轮2与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，查得平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长，为保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
其挤压强度计算公式为：
式中：——键与毂槽（或轴槽）的接触强度，，，为键高（尺寸查有关设计手册）；
——键的工作长度，，型：，型：（尺寸查有关设计手册）；
——许用挤压应力，，查表键的材料一般采用抗拉强度极限的精拔钢制造，常用材料为号钢，轴的材料一般为钢；而轮毂材料可能是钢或铸铁。
表轴联接的许用挤压应力
轮毂材料 载荷性质 静载荷 轻微冲击 冲击载荷 钢 120~150 100~120 60~90 铸铁 70~80 50~60 30~45
该键满足强度要求。
该键满足强度要求。
.2输出轴上键的选择与校核
齿轮与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，参考文献[4]表10-26，得平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长。为保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。
该键满足强度要求。
.1轴承盖的结构设计轴承盖用以固定轴承、调整轴承间隙及承受轴向载荷，轴承盖有嵌入式和凸缘式两种。
嵌入式轴承盖结构简单，为增强其密封性能，常与O形密封圈配合使用。由于调整轴承间隙时，需打开箱盖，放置调整垫片，比较麻烦，故多用于不调整间隙的轴承处。
凸缘式轴承盖，调整轴承间隙比较方便，密封性能好，应用较多。
凸缘式轴承盖多用铸铁铸造，应使其具有良好的铸造工艺性。对穿通式轴承盖，由于安装密封件要求轴承盖与轴配合处有较大厚度，设计时应使其厚度均匀。
当轴承采用箱体内的润滑油润滑时，为了将传动件飞溅的油经箱体剖分面上的油沟引入轴承，应在轴承盖上开槽，并将轴承盖的端部直径做小些，以保证油路畅通，见图
表3-6轴承端盖结构尺寸
轴承外径螺直径 螺数 45~65 4 70~100 10 4 110~140 12 6 150~230 16 8 (1)、轴上的轴承端盖的结构及尺寸
由结构确定
，有密封件尺寸确定
(2)轴上的轴承端盖的结构及尺寸
由结构确定
，有密封件尺寸确定
轴外伸处的密封设计
在输入轴或输出轴的外伸处，为防止润滑剂外漏及外界的灰尘、水分和其它杂质浸入，造成轴承的磨损或腐蚀，要求设置密封装置。
旋转轴形密封圈适用于转速不高的稀油润滑，其结构形式见图。
减速器箱体的设计
铸铁减速器箱体结构尺寸（参考文献[3]表4-1）
名称 符号 二级减速器尺寸关系 箱体壁厚 δ ，取 箱盖壁厚 ，取 箱座凸缘厚度 箱盖凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 ，取 地脚螺钉的数目 时， 轴承旁联接螺栓直径 箱盖与箱座联接螺栓直径 ，取 联接螺栓直径的间距 之间 轴承端盖螺钉直径 ，取 窥视孔盖螺钉直径 ，取 定位销直径 ，取 、、至外箱壁的距离 见表，取 、至凸缘边缘距离 见表，取 轴承旁凸台半径 凸台高度 外箱壁至轴承座端面距离 大齿轮顶圆与内箱壁距离 ，取 齿轮端面与内箱壁距离 箱盖、箱座筋板 取 轴承端盖外径 轴承座孔直径 轴承旁联接螺栓距离 尽量靠近，以互不干涉为准，一般取 注：多级传动时，取低速级中心距。表C1、C2值
螺栓直径 14 16 18 22 26 34 40 12 14 16 20 24 28 35 沉头座直径 18 22 26 33 40 48 61 油面位置及箱座高度的确定
当传动零件采用浸油润滑时，浸油深度应根据传动零件的类型而定。对于圆柱齿轮，通常取浸油深度为一个齿高。
为避免传动零件转动时将沉积在油池底部的污物搅起，造成齿面磨损，应使大齿轮齿顶距油池底面的距离不小于。所以取大齿轮齿顶距油池底面的距离为。
油沟的结构形式及尺寸
(1)输油沟
当轴承利用传动零件飞溅起来的润滑油润滑时，应在箱座的剖分面上开设输油沟，使溅起的油沿箱盖内壁经斜面流入输油沟内，在经轴承盖上的导油槽流入轴承，其结构尺寸见图。
图-8油沟的结构
(2)回油沟
为提高减速器箱体的密封性，可在箱座的剖分面上制出与箱内沟通的回油沟，使渗入箱体剖分面的油沿回油沟流回箱内。回油沟的尺寸与输油沟的尺寸相同。
为了检查传动零件的啮合和润滑情况，并为了向箱体内注入润滑油，应在传动件啮合区的上方设置窥视孔。窥视孔要足够大，以便于检查操作。
窥视孔上设有视孔盖，用螺钉紧固，视孔盖可用钢板、铸铁或有机玻璃等材料制造，其结构形式及尺寸确定如图-9
图视孔盖的结构
取；螺钉为M8，直径，个数为个
通气器的结构及尺寸
减速器运转时，由于摩擦发热，箱内会发生温度升高、气体膨胀的空气和油蒸汽能自由地排出，以保持箱体内外气压相等，不致使润滑油沿箱体接合面、轴伸处及其它缝隙渗漏出来，通常在箱盖顶部或视孔盖上设置通气器。通气器的结构形式很多，因为该设备用于灰尘比较大的场合，所以选择如下结构见图、尺寸见表，其内部做成曲路，并设有金属滤网，可减少灰尘随空气进入箱内。表-8通气器的尺寸
8 3 16 40 40 12 7 8 25.4 22 2 2
见图通气孔的结构
放油孔、螺塞和封油圈
为了将污油排放干净，应在油池的最底位置处设置放油孔。放油孔的位置如图-11。
放油孔用螺塞及油封垫圈密封。螺塞用细牙螺纹圆柱，垫圈的材料为耐油橡胶、石棉及皮革等。螺塞直径约为箱体壁厚的2~3倍。螺塞及密封垫圈的尺寸见表-9
见图-11放油孔的位置及结构尺寸
表-9
21 34 31.2 27 32 16 4 4 1 1.5 35 2
3.15油标指示器
为了指示减速器内油面的高度，以保持箱体内正常的油量，应在便于观察和油面比较稳定的部位设置油面指示器。
油面指示器上有两条刻线，分别表示最高油面和最低油面的位置。最低油面为传动零件正常运转时所需的油面，其高度根据传动零件的浸油润滑要求确定；最高油面为油面静止时的高度。两油面高度差值与传动零件的结构、速度等有关。对中、小型减速器通常取5~10mm。
油面指示器的结构形式见图、尺寸见表。
图杆式油标的结构和安装
表
h a b c D 4 16 6 35 12 8 5 26 22 3.16起吊装置
为了便于搬运减速器，应在箱体上设置起吊装置。选用以下两种：
(1)吊耳
吊耳是直接在箱体上铸出，其结构形式和尺寸如图-13
图吊耳的结构和尺寸
(2)吊钩
吊钩铸在箱座的凸缘下面，用于吊运整台减速器，其结构及尺寸如图3-1。
图-14吊钩的结构及尺寸
定位销
为精确地加工轴承座孔，并保证减速器每次装拆后轴承座的上下半孔始终保持加工时的位置精度，应在箱盖和箱座的剖分面加工完成并用螺栓联接后，镗孔之前，在箱盖和箱座的联接凸缘上配装两个定位圆锥销。定位销的位置应便于钻、铰加工，且不防碍附近联接螺栓的装拆。两圆锥销应相距较远，且不宜对称布置，以提高定位精度。
圆锥销的公称直径（小端直径）可取，其长度应稍大于箱盖和箱座联接凸缘的总厚度，以便于装拆。见图
定位销直径去标准值
启盖螺钉
为了加强密封效果，防止润滑油从箱体剖分面处渗漏，通常在箱盖和箱座剖分面上以水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因粘接较紧而不易分开。为此常在箱盖凸缘的适当位置上设置1~2个启盖螺钉。启盖螺钉的直径与箱盖凸缘联接螺栓直径相同，其长度应大于箱盖凸缘的厚度。其端部应为圆柱形或半圆形，以免在拧动时将其端部螺纹破坏，见图套筒的设计
套筒选用材料为：；套筒所在的位置图。其结构（如图）及尺寸（见表）
图套筒的结构尺寸
表中间轴套筒的尺寸
名称 1 50 9 2 80 94 33 中间轴套筒的尺寸
名称 1 1 50 69 60 29 13
4．给机连杆的长度为l=1058，其结构如图4－1所示。
图4－1
4.1.1曲柄轮毂键的设计及校核
曲柄与轴的周向定位采用A型普通平键联接，按，参考文献[4]表10-26，查得平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长取齿轮与轴的配合为。与轴的向定位采用其挤压强度计算公式为：
式中：——键与毂槽（或轴槽）的接触强度，，，为键高（尺寸查有关设计手册）；
——键的工作长度，，型：，型：（尺寸查有关设计手册）；
——许用挤压应力，，查表键的材料一般采用抗拉强度极限的精拔钢制造，常用材料为号钢，轴的材料一般为钢；而轮毂材料可能是钢或铸铁。
该键满足强度要求。
宽度；
其结构及尺寸如图4－2所示。
图4-2给煤槽的结构图
底托板是给煤机的承压部件，它长期处于高压受力状态，所以，应具有足够的强度和刚度由可知,给煤机槽体内煤的。根据计算简图作出剪力图、弯矩图，B截面的弯矩最大，是底托板的危险截面。
图-3底托板的结构受力分析图
1)惯性矩：
2)支反力
垂直力，
水平力
3)弯矩：
4)弯曲应力：
选取底托板的材料为，参考文献[4]表4-1，查得，
所以底托板的弯曲强度校核满足设计要求。
图4-4辊轮轴的整体布局
2）选择轴的材料
该轴是心轴，转速较低，选用45号钢，调质处理，其力学性能参考资料查得
抗拉强度屈服点
弯曲疲劳极限剪切疲劳极限
许用弯曲应力
3）初步估算轴的的直径
4)轴上零部件的选择和轴的结构设计
①初步选择滚动轴承
根据轴的受力，选取30000型圆锥滚子轴承，为了便于轴承的装配，取装轴承处的直径。初选滚动轴承为30212型，其尺寸为，定位轴肩高度
②根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
Ⅰ轴段安装固定板，为了把该轴固定在箱体上，取该轴段直径，长度。Ⅱ轴段安装螺母，为了固定旁边的套筒，取该轴段直径，长度。Ⅲ轴段装有套筒，为了固定轴承内圈，取该轴段直径，长度。Ⅳ轴段安装轴承和套筒，装在轴承中间的套筒为了固定轴承内圈，取该轴段直径，长度。Ⅴ轴段安装唇形密封圈，取该轴段直径，长度；VI轴段，长度；所以该轴总长度
5）轴的受力分析
作出轴的计算简图
图4-5轴的受力分析
求支反力
在垂直面内的支反力
由得
又，所以
式中：——煤仓的重力和煤仓内煤的重力，；
煤仓内煤的质量：
底板选用中碳钢，其密度，底板厚度取15mm，则底板尺寸为
底板的质量：
侧板选用中碳钢，其密度，侧板厚度取15mm，则底板尺寸如下图：
图4-6侧板尺寸布置
侧板的质量：
所以
所以
图4-7拖辊轴受力图
轴的强度计算
通常把轴当作置于铰链支座上的梁。轴上零件传来的力，通常当作集中力来考虑，其作用点取为零件轮缘宽度的中点，轴上转矩则从轮毂宽度的中点算起。轴上支撑反力的作用点，根据轴承的类型和组合确定。
如果作用在轴上的各载荷不在同一平面内，则可分解到两个相互垂直的平面，然后分别求这两个平面内的弯矩，再按矢量法求得合成弯矩。
ⅰ按弯矩强度条件计算
式中：——轴计算截面上的合成弯矩，；
——轴计算垂直截面上的合成弯矩，；
——轴计算水平截面上的合成弯矩，；
所以
=4659
C截面的当量弯矩
式中：——轴计算截面上的当量弯矩，；
——考虑转矩和弯矩的作用性质差异的系数，当扭切应力按对称循环变化时，；当扭切应力按脉动循环变化时，；当扭切应力不变化时；
——轴计算截面上的转矩，.
所以
=4659
弯曲应力：
式中：——轴计算截面上的直径，；
所以
=
安全
4.3.2辊轮轴强度的校核
1）按安全系数校核计算
按安全系数的校核计算有两种，一种是根据材料疲劳极限计算轴危险截面处的疲劳强度安全系数，载荷按轴上长期作用的最大变载荷进行计算；另一种是根据材料屈服强度计算轴危险截面处的静强度安全系数。载荷是根据轴的短时最大载荷来计算的。
危险截面的位置应是弯矩等较大及截面面积较小处，当按疲劳强度计算时，还应考虑应力集中较严重处，也就是实际应力较大的截面。当在同一截面处有几个应力集中源时，取各源所引起的应力集中的最大值。
按疲劳强度的安全系数计算：根据轴的结构尺寸及弯矩图，转矩图、截面C处弯矩最大，为危险截面，其应力幅为
式中：W——抗弯截面系数；
所以：
安全
2）验算轴承寿命
一般工作条件下的滚动轴承往往因疲劳点蚀而失效，滚动轴承尺寸主要取决于疲劳寿命。
计算滚动轴承基本额定寿命的公式是；
式中：——失效率10%的基本额定寿命；
——基本额定动载荷，；
——当量动载荷，；
——寿命指数，对于滚子轴承。
若轴承工作转速为n(r/min)，以小时数为单位基本额定寿命公式为：
①计算轴承支反力
合成支反力
②轴承的派生轴向力
③轴承所受的轴向载荷
因
④轴承的当量动载荷
，
所以：
，
所以：
⑤轴承寿命
因，故按计算查得，
式中：——基本额定动载荷，。
4.4闸门的设计
闸门的作用是控制煤流量，并在停机时将出口封死。即要求：当门在最高位置时，到给煤槽的距离H＞750；当门在最低位置时，到给煤槽的距离H＜20。取闸门半径为：R=1042mm。
其结构如图3－8所示。
图4－8闸门的结构图
5．主要零件的加工工艺
5.1齿轮的加工工艺
该齿轮属于重载齿轮，用于给煤机的减速器。因为该减速器在实际运行过程中存在震荡，其齿轮将承受很大的扭矩，因此在加工齿轮的过程中要用渗碳淬火等一系列的工艺。
5.1.1 硬齿面齿轮的工艺特点
1、强调高精度 硬齿面齿轮的齿面接触疲劳强度和齿根抗弯强度都很高，但是接触应力和弯曲应力的大小和精度是密切相关的。齿轮和箱体等的制造和装配误差均会引起齿面和齿根的局部过载，从而影响齿轮实际承载能力。硬齿面齿轮只有在高精度的条件下，其承载能力高的特点才能充分发挥。由于硬齿面齿轮的跑合性能比软齿面齿轮差的多，所以由于精度低造成硬齿面齿轮承载能力下降，其后果要比软齿面严重的多。可以说今后硬齿面齿轮加工工艺的研究重点，旨在提高制造精度。
2、更有必要进行齿廓和齿向修形 对于重载齿轮，特别是硬齿面齿轮，由于其弹性变形很大，跑合性能又极差为了减少由于齿轮受载变形所引起的啮入啮出冲击，改善啮合过程中齿面载荷分配特性，减少振动噪声和动载荷，更有必要进行齿廓修形；另一方面，为了使一同受载变形后，载荷沿齿宽均匀分布，亦更有必要进行齿向修形。
3、降低齿面的表面粗糙度 软齿面的表面粗糙度对齿面承载能力的影响微不足道的，而硬齿面的表面粗糙度对齿面承载能力的影响很大。因此要求硬齿面较软齿面具有更低的表面粗糙度数值。硬质合金滚刀精滚后采用蜗杆式珩磨轮珩齿，甚至磨齿后珩齿，进一步降低表面粗糙度，其目的就在于此。
5.1.2渗碳齿轮的加工工艺
表5-1渗碳齿轮的加工工艺
工序号 工序名称 工序内容及说明 0 锻造 气锤锻造加工 1
粗车 各内外圆及端面留量，总余量=正火后车削余量+渗碳后车去渗碳层余量+淬火后精车余量全部棱边按留量倒角；图样台肩圆角小于R5按R5加工，大于R5按图加工，全部表面粗糙度不大于 2 探伤 超声波探伤 3 正火 4 车 按外圆及端面找正
凹槽车成
齿顶圆直径，根据生产实践中掌握的热处理变形规律，工艺要求车小于热处理后涨大量相同的尺寸，以及热处理后，齿顶圆直径大致符合图样尺寸要求
若粗滚齿时测量齿厚，须由检查员测量实际齿顶圆直径，并在非基准面上标明，以备粗滚齿测量齿厚时进行修正
内径及端面留量，总余量=渗碳后车去渗碳层余量+淬火后车削余量
全部棱边倒角按余量倒角，全部表面粗糙度不大于 5 划线 划端面孔线 6 钻 钻端面孔 7 镗 将端面孔镗至图样要求尺寸 8 粗滚齿 采用磨前滚刀滚齿，要求精度达8-8-8（GB10095-88）测量公法线长度或齿厚，留出半精滚齿及磨齿余量 9 钳工 端面齿形及齿顶沿齿长棱边倒角 10 渗碳 11 车 按齿顶圆及端面找正
车去内孔及端面渗碳层，内孔及端面留量，余量为淬火后车削余量
12 钳工 端面齿形倒角 13 淬火 14 喷丸 15 车 按齿圈找正；直齿轮在卡盘卡爪位置的四个齿槽两端均布8个磁性找正棒。在相距0.8齿宽的两个截面上，找正齿圈径向跳动。
按图车成各部，在齿顶圆中部车宽10找正，见图即可
调装，端面靠平铁（平铁预先光一刀），用0.02塞尺检查不入，按找正带找正，按图车成其余各部 16 探伤 17 划线 划键槽加工线 18 插 插键槽 19 钳工 将此件与轴、键装配 20 精车 按两端基准轴颈找正，径向圆跳动允差0.02
基准端面轻光一刀，见平即可
在齿顶圆中部车宽10找正，见圆即可
若半精滚齿及磨齿时是测量齿厚，应在滚齿切入端，车宽度大于法向模数的测量带，车圆即可。须由检查员测量实际齿顶圆直径，并在非基准面上标明，以备半精滚齿、磨齿测量齿厚时进行修正 21 半精滚齿 按一端基准轴颈及齿顶圆找带找正；或按齿顶圆找正带
采用硬质合金滚刀半精滚齿，留磨余量为粗滚齿留出余量的1/4，要求精度达到7-8-8（GB10095—88），精度7-8-8（GB10095—88）或以下可以精滚成 22 磨齿 按两端基准轴颈找正，径向圆跳动允差0.01
采用将轴装入齿轮后，按两端基准轴径找正，精车基准端面和齿顶圆找正带，半精滚齿和磨齿时，按基准轴径和精车后的基准面找正的工艺方法，可以显著的减少由于齿轮轴线倾斜引起的附加几何偏心而造成的齿距累积误差；以及齿轮轴线倾斜造成的齿向误差这是提高齿轮精度行之有效的工艺方法 23 检查 按图样要求检查齿轮精度，在检查齿形时同时检查渐开线长度是否足够
检查是否有磨齿烧伤、裂纹
检查齿根部是否出现磨齿 24 钳工 端面齿形及齿顶沿齿长棱边倒角
做静平衡 5.2轴的加工工艺
表5-2渗碳轴齿轮的加工工艺
工序号 工序名称 工序内容及说明 0 锻造 1 划线 检查毛坯余量
划一端中心孔加工线 2 打中心孔 平一端面并打中心孔 3 粗车 各外圆及端面留量，总余量=正火后车削余量（齿顶圆仅此一项）+渗碳后车去渗碳层余量+淬火后车削余量+外圆及端面磨削余量。为了避免热处理时由于应力集中造成裂纹：全部棱边按留量倒角；图样台肩圆角小于R5按R5加工，大于R5按图加工；全部表面粗糙度不大于（同时为了超声波探伤要求）。根据工艺需要车出热处理吊台 4 探伤 超声波探伤检查齿坯是否有缺陷。若齿坯内部质量不合格就报废 5 正火 预备热处理。目的是使齿坯组织细化和均匀化，减少渗碳淬火时的变形 6 车 车两轴端端面，修打两端中心孔。齿顶圆按图车成。齿宽按图车成。其余外圆及端面留量，总余量=渗碳后车去渗碳层余量+淬火后车削余量+外圆及端面磨削余量倒角、台肩圆角、其余表面粗糙度要求同工序3 7 粗滚齿 齿形预加工，要求精度达到8-8-8（GB10095—88）采用带触角的磨前滚刀，在齿形根部切出沉割。测量公法线长度，并留出半精滚齿及磨齿余量 8 钳工 端面齿形及齿顶沿齿长棱边倒角，避免热处理时产生裂纹 9 渗碳 10 车 按齿顶圆两端找正。车成轴端端面，修打两端中心孔。车去各部渗碳层，外圆及端面留量，总余量=淬火后车削余量+外圆及端面磨削余量。倒角、台阶圆角、表面粗糙度要求同工序3 11 淬火 12 喷丸 目的是：清除热处理氧化皮；使齿根部产生残余应力，以提高齿根抗弯疲劳强度 13 半精车 切去热处理吊台，保持总长
直齿轮在卡盘卡爪位置的四个齿槽两端均布8个磁性找正棒。在相距0.8齿宽的两个截面上，找正齿圈径向跳动。
调节卡盘卡爪和置于中心架上的固定于另一端的定位套，进行找正。修打两端中心孔
需磨削的外圆及端面要留量，其余车成。全部表面粗糙度不大于 14 探伤 超声波探伤，此次探伤结果最终确定齿坯内部质量是否合格 15 磨 磨外圆及端面 16 半精滚齿 按两端轴径找正，采用硬质合金滚刀半精滚齿，留磨余量为粗滚齿留出余量的1/4。要求精度达到7-8-8（GB10095—88）。设计要求精度为7-8-8（GB10095—88）或更低可精滚成 17 磨齿 按两端基准轴径找正，径向圆跳动允差0.01
齿廓根部切出沉割，意图是避免齿槽根部磨削，其好处是：避免降低槽底硬度，及保持渗碳、淬火、喷丸后形成的压力应力层，以提高齿根抗弯疲劳强度；槽底狭小，散热条件差，以及过渡曲线处余量大小变化大，易产生磨削烧伤和裂纹；槽底磨削条件差，砂轮外圆磨粒易脱落和磨损，从而影响磨齿质量。总之，齿槽根部不磨削可以提高齿轮承载能力，避免磨齿损伤，提高磨齿质量，降低磨齿负荷，提高生产效率
调整好磨齿机后，每批首件试磨，然后对其进行精度检测，根据齿形和齿向的检测结果，对磨齿机进行小调整，直至磨出合格的产品 18 . 按图样要求检查齿轮精度，在检查齿形时，同时检查渐开线长度是否足够，检查是否有磨齿烧伤、裂纹；检查齿根部是否出现磨齿凸台 19 划线 划键槽加工线 20 铣 铣键槽 21 钳工 端面齿形及齿顶沿齿长棱边倒角
结论经过个月的和三个多月的设计，。
毕业设计是个繁杂又烦杂的过程。从选定题目到收集资料，再进入设计计算过程，应用了四年大学中所学过的所有知识K4型给煤机，K4型给煤机结构进行优化和创新。使其有运行可靠、性能稳定、噪音低、安全可靠、体积小，重量轻运输安装方便使用特点由于本身技术的不甚精湛，绘图过程中困难不少，好在已经有了课程设计的经验和同学们不时的帮助，在大家的帮助和自己的努力下，将困难一一克服。通过这次的绘图，让我体验到了的魅力，掌握了一定的技，计算机绘图确实是省时省力，准确清晰。通过绘图，不但完成了设计任务，对所设计内容有了更理性，更深刻的认识。参考文献
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致谢
在本次设计过程中,我得到了杨寅威老师的悉心指导。老师多次询问进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅，而且教我做人
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