移动带式输送机专用电动滚筒设计

1摘要电动滚筒是一种新型的带式输送机专用驱动装置，具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转平稳、工作可靠、密封性能好、占据空间小、安装维修方便，适合在各种恶劣的环境条件下工作等优点。它将电动机和减速器共同置于滚筒体内部，从而提高了滚筒传动的效率。在滚筒体设计中我选用了薄形筒体的经验公式，在传动设计中我选择的是定轴平行轴齿轮传动，传动结构紧凑。设计时采用了曲线刮油板这种高效的散热方式。对主要承力部件齿轮、齿圈、轴进行了设计计算与校核，并绘制了该电动滚筒的总体装配图、传动组件图、齿轮零件图、传动轴零件等图纸。关键词：电动滚筒； 定轴传动； 齿轮传动2目录摘要 -1目录 -21 绪论 -31.1 电动滚筒概述 -31.2 国内外电动滚筒发展概况 -52 电动滚筒总体设计 -72.1 本次设计任务及要求 -72.2 拟定电动滚筒传动方案 -82.3 拟定电动滚筒冷却方式 -113 电动滚筒传动设计计算 -143.1 齿轮精度等级、材料与齿数 -143.2 传动比计算与分配 -153.3 模数、齿数及实际传动比计算 -163.4 齿轮传动几何计算 -193.5 齿轮疲劳强度校核计算 -214 主要零部件的设计计算 -304.1 滚筒体厚度计算 -304.2 左右法兰轴计算 -314.3 高速齿轮轴计算与校核 -40总结 -43参考文献 -4431 绪论1.1 电动滚筒概述电动滚筒是一种将电动机、减速机构置于驱动滚筒内的新型驱动装置，它主要用在固定式和移动式带式输送机上，代替传统的电机、减速机在驱动滚筒之外的开式驱动装置。此外，还广泛地用在辊送输送机上做为主动辊子，用以输送成件物品。进入 80 年代以后，电动滚筒的应用场所更在日新月异地扩展。电动滚筒与传统的开式驱动装置相比，具有结构紧凑、效率高、耗能少，噪音小、寿命长、运转平稳，工作可靠、密封性好，占用场地少、安装和维修方便等优点，适合在各种环境下工作，包括粉尘大，潮湿泥泞的恶劣工作环境下工作，特殊的隔爆电动滚筒，还可以在易燃易爆的环境下工作。所以目前国内外已将电动滚筒广泛地应用于困民经济的各个领域。我国于 1961 年 5 月研制出第一台电动滚筒，比我国的带式输送机的开发和研制约晚十年，比世界上第一台电动滚筒的诞生要迟 30 余年，但是从 70 年代中期起，特别是进人 80 年代，些行业引进了世界一流的 JOKI 和 W.A.T 公司电动滚筒，使电动滚筒在国内得到了迅猛发展。进入 90 年代，通过引进技术的消化、吸收和行业厂的独立研制，我国的电动滚筒，无论在品种规格，还是在性能指标上，都已赶上或超过世界先进水平。电动滚筒行业组是“中国重型机械工业协会带式输送机专业委员会”的成员，行业组始建于 1978 年，现已发展成具有十一家成员厂，代表我国电滚筒生产水平的行业组织。该组织每年定期进行活动，内容有：技术交流、汇总信4息、引进技术、制定标准等。行业组在电动滚筒生产技术赶超世界先进水平的过程中，发挥了积极作用，使小组成员厂成为我国电动滚筒生产的骨干。我国电动滚筒的行业厂日前能生产的电动滚椅的品种门类齐全、应有尽有。目前能生产的品种按电机冷却方式分：1、油冷式电动滚筒：冷却油液不直接与电机定、转子接触。TDY75 型等即属这种电动滚筒。2、油浸式电动滚筒：冷却油液直接与电机定、转子接触。引进的 JOKI和 W.A.T 滚筒等，均为这种电动滚筒。3 风冷式电动滚筒：滚筒内吸入冷风，排出热风而冷却电机。4、自冷式电动滚筒：不采取任何冷却方式，电机自然冷却。目前能生产的品种，按减速装置分：1、二级或三级减速的圆柱齿轮传动的电动滚筒：功率一般在 0.1-45KW2 行星圆柱齿轮传动的电动滚筒：功率范围一般在 003-75KW3、行星摆线针轮传动的电动滚筒：功率最大可达 55K4、变速传动轴破传动的电动滚筋：功率范围在 003-30KW5、将减速机构嚣于滚筋内的减速滚筒：减速滚筒与电动机外联(与其它动力外联也可)，构成一种新型的驱动滚筒，功率可达 160KW 或更大，这种减速滚筒具有传统的开式驱动如电动滚筒的双重优点。目前能生产的电动滚筒，按用途要求分： 1、通滚筒：适用于普通工作环境，包括潮湿、泥泞的工作环境。2、适用于易、易暴环境工作，可分为电机隔爆型和滚筒隔爆型两种不同形式的隔爆电动滚筒。3、逆止式电动滚筒：滚筒只可想要求的一个方向旋转。4、双速、二速和无级变速的电动滚筒：双速及三速采用变极电机，无级5变速采用特殊的电机或减速装置达到。5、电磁制动电动滚筒。6、链轮滚筒：有单链轮和双链轮之分。7、其他特殊用途的电动滚筒：有过热保护滚筒、不锈耐蚀滚筒、锥形滚筒。简体表面包胶或涂层的滚筒，以及 220/380 伏，380/660 伏，50HZ/60HZ,变压或变频滚筒等等。按以上三种不同分类的滚筒，再进行互相组合，行业厂可生产的电动滚筒品种可达 108200 种。1.2 国内外电动滚筒发展概况我国最早使用电动滚筒是在 20 世纪 40 年代，北京石景山发电厂煤仓进口的配煤移动式带式输送机，就随机引进了电动滚筒。到了 50 年代，锦州石油六场、北京市玻璃厂、南京下关发电厂郑州砂轮厂等单位都是在引带式输送机时，随机引进了电动滚筒。在使用过程中，效果很好。于是，电动滚筒的优势逐渐被人们所认识。我国研制开发电动滚筒始于 20 世纪 50 年代。1959 年，当时天津市皮带厂开始收集电动滚筒的资料。1961 年初试制造我国第一台油冷式电动滚筒，其规格参数：功率(P)2.8kw;滚筒表面线速度(V)1.25m/s；带宽(B)500mm；滚筒直径(D)400mm；1964 年 5 月完成了 YD64 行油冷式电动滚筒的系列设计。随着我国输送机行业的发展，对电动滚筒的要求越来越高。1971 年对YD64 型油冷式电动滚筒进行更新设计，1975 年 9 月通过定型审核，并改名为TDY75 型油冷式电动滚筒。当时，总的规格数位 194 种，其中改动最大的是淘汰了 E 级绝缘的 JO2 型电动机，改用 B 级绝缘的 Y 系列电动机。并且遇过接轨贯彻了六项基础标准。进入 20 世纪 80 年代。于 1988 年 12 月左右，我国第一台电动机外装式电6动滚筒先后在自贡市运输机械总厂和东丰机械厂试制成功，并通过鉴定。以变速传动轴承作为新型减速器微型电动滚筒 1991 年在天津市叉车总厂试制成功。到了 90 年代，电动滚筒行业又增加了天津市电动滚筒厂。大约在 20 世纪 20 年代末期，德国首先研制成功自然风冷式电动滚筒，例如德国 Bauer 公司生产的 18.5kw 以下的风冷式电动滚筒。差不多就是在那时开始，使用的电动机为定子旋转的集流环式异步电动机。但是，以后该公司也跟着生产采用笼是电动机的油浸式电动滚筒。而德国 Baumuele 公司，奥地利Herco 公司则生产采用笼式电动机的风冷式电动滚筒。稍后，油冷式电动滚筒陆续制成并投入使用。如匈牙利的 Hukeke 公司、德国 Abus 公司生产的笼式电动机驱动的油冷式电动滚筒。到了 20 世纪 40 年代末和 50 年代初，随着电动机制造技术的发展，就出现了油冷式电动滚筒。典型的代表公司为德国的Muchna 公司和丹麦的 JOKI 公司，他们分别于 1951 和 1953 年开始生产这种电动滚筒。到目前为止，初我国之外世界上已知比较有名气生产电动滚筒的厂家有数十家。其中主要集中在德国、法国、英国、荷兰、奥地利、捷克、瑞士、日本等工业比较发达的国家。所有各大洲主要的生产电动滚筒的厂家，包括我国在内，目前各种电动滚筒的年生产量在 4050 万台。72 电动滚筒总体设计2.1 本次设计任务及要求设计参数:机长:50m;带宽:600m;带速:0.5m/s;输送量:200t/h;滚筒直径320mm；设计要求：1、毕业设计（论文）必须由学生本人在教师指导下完成。2、毕业设计（论文）的选题应结合教师科研课题或现场实际。3、毕业设计（论文）说明书格式：中英文摘要、前言、目录、主要内容、结束语、参考文献和外文资料翻译。毕业设计（论文）摘要应概述本文的要点和主要结论。毕业设计（论文）前言必须清楚的阐述本文的目的、意义和要解决的问题。毕业设计（论文）主要内容和结果应着重叙述本人的研究工作和获得的结果，包括理论分析、实验、计算、结果和讨论。叙述要简明（必要的详细推导、详细数据列入附录） ，结论要明确并要有根据。毕业设计说明书字数：1.52 万字；论文字数：22.5 万字。毕业设计（论文）外文资料翻译 3000 汉字以上，原文不能为书上内容，必须是英文论文。4、毕业设计（论文）图纸除一张一号零件图手绘外，其余全部用计算机绘图，毕业设计总图量折合 0 号图纸 3 张以上。5、毕业设计（论文）对所研究的课题应有新的见解。6、学生在毕业设计（论文）期间，应态度端正，积极主动，刻苦认真，8并按时保质保量完成设计任务。2.2 拟定电动滚筒传动方案1、采用平行轴定轴齿轮传动方式的特点平行轴定轴传动机构是电动滚筒中最常见的传动方式。由于渐开线齿轮传动具有机械效率高、传动平稳、便于设计传动比、便于调整齿轮副中心距、承载能力高、传递转矩大、便于加工制造成本低等优点，所以在电动滚筒传动机构中，应用得十分普遍。平行轴定轴传动在电动滚筒中通常采用两级或三级传动。对于两级传动机构又可分为两级均为外啮合传动机构及第一级为外啮合、第二级为内啮合传动两种形式，如图 2-1。(a)两级外啮合传动 (b)第一级外啮合第二级内啮合传动图 2-1 两级定轴传动的电动滚筒2、采用渐开线行星齿轮传动方式的特点应用在电动滚筒传动装置中的行星齿轮传动形式很多，在大功率和小功率电动滚筒中都有应用。下面着重介绍几种电动滚筒中最常用的行星齿轮传动形式。图 2-2 是两级行星齿轮传动的结构原理图。从图中可见，按基本构件命名，这是典型的 ZK-H 型周转轮系。按啮合形式分类，它属于 NGW 型传动机构。图2-2 中齿数为 1z的太阳轮与电动机的转子轴联接。第一级传动齿 4z数为 2的公圈固定，由行星架输出，同时作为第二级传动齿数为的太阳轮的输人。第二级传动齿数为 6的齿圈固定，行星架输出通过法兰盘与筒体联接，从而驱动电9动滚筒的筒体旋转。图 2-2 两级行星齿轮传动的电动滚筒原理图这种传动机构的优点在于，各级行星轮的数目都在两个以上，负荷可以由多个行星轮分担。在电动滚筒长度足够长的情况下，可以通过增加传动机构的级数，获得更大的传动比。3、采用谐波齿轮传动方式的特点谐波传动技术源于 20 世纪 50 年代中期。由于空间技术的飞速发展，对机械传动提出了传动比大、体积小、重量轻、精度高、回差小等更高的要求，而一般的传动装置已不能达到这样的要求。这就要求机械传动技术要有新的突破性进步，谐波传动即是其中之一。谐波齿轮传动原理与少齿差行星齿轮传动十分相似，它是采用弹性外齿轮在传动时产生连续变形，与刚性的内齿轮发生错齿运动，按照一定的周期、频率循环往复，将高速运动变为低速运动。谐波传动机构主要由波发生器、柔轮和刚轮三部分组成。谐波发生器的种类很多，但工作原理是相同的。波发生器的最大直径比柔轮内圆直径略大。把谐波发生器装人柔轮内时，迫使柔轮产生变形，在其长轴两端的齿恰好与刚轮的齿完全啮合，短轴处的齿则完全脱开。而处于波发生器长轴与短轴之何沿周长不同区段内的齿，则处于某些齿啮人或某些齿啮出的过渡状态。谐波齿轮传动的优点很多，现简述如下：(l) 传动比大而且范围宽。一般单级谐波齿轮传动的速比为 40500。10当采用行星式波发生器时速比可达巧 1504000。如果采用双级谐波传动时，则传动比更大，可达到 6102由于传动比很大，用于低转速电动滚筒很适宜。但是，由于传动比过大，限制了输入功率不能太大，否则输出转矩太大，输出机构承受不了。(2)承载能力高。由于谐波齿轮传动系多齿同时啮合，即同时承受负荷的齿数多，于是大大提高了承载能力。谐波齿轮传动机构所承受的输出扭矩范围为 0.16000Nm。(3)运动平稳无冲击。由于柔轮与刚轮啮合时，齿与齿之间均匀接触。同时，齿的啮入和啮出是随柔轮的变形逐渐进入和退出刚轮齿间的，因而运动平稳无冲击现象。(4)齿面磨损小且均匀。当正确选择啮合参数时，柔轮齿相对于刚轮齿将沿着一条滑动路径很短的轨迹移动。并且由于柔轮齿的运动是靠波发生器所产生的变形波来传递的，因而齿而的相对滑动速度很低。又由于轮齿接近面接触，同时啮合的齿数又多，齿面比压小。因此在工作过程中，轮齿的磨损量很小，而且磨损均匀。(5)谐波齿轮传动与普通齿轮传动比较，所需要的零件数目少，结构简单紧凑。因此体积也相应小，重量也较轻。这个特点适合加工制造小直径的电动滚筒。(6)谐波齿轮传动机构密封性好，可以将其作为一个独立的部件应用在电动滚筒中。独立的谐波齿轮减速装置目前有专业生产厂家生产，电动滚筒制造厂可以按照要求订购、选用。(7)谐波齿轮传动效率较高。若啮合参数选择适当，结构设计合理，齿面粗糙度理想并且润滑条件良好，那么谐波齿轮传动的摩擦损失很小，因而传动效率高。对于一般加上精度的谐波齿轮传动装置，有试验资料表明，当传动比i=100 时，效率 =0.85 时，;当传动比 i=75 时，效率 =0.92。11综合考虑三种方案的优缺点和现学知识，选择采用平行轴定轴齿轮传动方式。2.3 拟定电动滚筒冷却方式1、采用风冷式电动机冷却方式的特点自然冷却式电动机的特点是，转子轴上没有风扇，甚至连铸铝转子上也没有扇叶，电动机热量向外散发仅靠电动滚筒筒体内空气的自然流动和热辐射。这种电动机的冷却效果极差，因此只用在直径 100mm 以下的微型电动滚筒中，而且电动机的功率也非常小。自然冷却式电动机可分为内转子与外转子两种形式。由于几何尺寸的限制，内转子电动机向定子铁芯中嵌人漆包线工艺困难，因此功率一般都在 50W 以下；外转子电动机相对来说，向定子铁芯中嵌人漆包线工艺比较容易，所以电动机功率可以做得稍大些，一般情况功率不会超过100W。无论从电动机的制造工艺方面来看，还是从电动机的热平衡方面来看，这种自然冷却式电动机的功率只能做得很小，只适用于工况条件良好、散热环境理想的微型电动滚筒中。风冷式电动机的特点是，转子袖上有外风扇叶，铸铝转一子上有小扇叶。电动滚筒筒体两端的端盖上有风孔。当电动滚筒旋转时，电动机转子轴上的风扇叶和铸铝转子上的小扇叶同时搅动电动滚筒筒体内的空气使之流动，通过滚筒两端的风孔，滚筒体内外的空气形成强制对流。这样便将滚筒体内部的热量散发到滚筒体外部。与自然冷却式电动机相比较，风冷式电动机提高了冷却效果。由于风冷式电动滚筒适宜轴向通风，因此电动机壳体上的散热片应当沿着电动机轴线方向分布，这样可以提高冷却效果。目前风冷式电动滚筒专用电动机的功率已经达到 55kW。使用风冷式电动滚筒时应当注意的问题是，由于滚筒体两端有风孔，所输送的散料及空气中的尘埃会随着空气的流动进人滚筒体内部。当电动机壳体上积存的灰尘和污物达到一定厚度时，便形成隔热层，会12降低电动机的冷却效果。当滚筒体两端的风孔被所输送的粉尘物料堵塞时，电动机的散热效果极剧下降，电动机很快就会被烧毁。2、采用油冷式电动机冷却方式的特点间接油冷式电动机用于滚筒体为全封闭的间接油冷式电动滚筒中。滚筒体内添加一定数量的冷却油，电动机壳体的下部浸泡在冷却油中(图 2-3)。由于滚筒体内一部分空间被冷却油填充，定子绕组产生的热量一部分直接传导到冷却油中，再通过滚筒体传导到输送带及滚筒体外部，冷却效果较好。滚筒体内壁上焊有刮油板，当电动滚筒旋转时，刮油板可以把冷却油带起来。这样一方面可以使冷却油自身得到冷却，另一个作用是把冷却油浇到电动机壳体的上部及侧面，起到全方位冷却电动机的作用。图 2-3 间接油冷式电动滚筒由于电动机定子绕组与冷却油不直接接触，因此称这种冷却方式为间接油冷式(筒称油冷式)。间接油冷式电动机是目前电动滚筒中使用最普遍的电动机。这种电动机我国的统一型号为 YGY 型。型号中第一个字母 Y 表示交流异步电动机，中间的字母 G 表示电动滚筒专用电动机，最后的字母 Y 表示油冷式。YGY型电动机是 Y 系列电动机的派生产品。此种电动机的铁芯长度、漆包线的线径粗细、绕线方式等均与 Y 系列电动机相同，只是电动机壳体的形式及联接方式与 Y 系列电动机不相同。直接油冷式电动机与间接油冷式电动机的区别，在于电动机定子绕组直接浸泡在冷却油中（图 2-4） 。直接油冷式电动机定子壳体上除了有散热片外，13还有许多孔。滚简体内的冷却油通过这些孔流到电动机的绕组上，直接冷却绕组及铁芯产生的热量。这种冷却方式效果极佳。滚筒体内壁上也有利油板，当电动滚筒旋转时，刮油板也搅动冷却油。刮油板将带起的油浇到有孔的定子壳体的上部及侧面，冷却油便可以通过定子壳体上的孔流人定子壳体内，直接冷却电动机绕组。直接油冷式电动机定子壳体上的散热片全是沿着电动机轴线分布，这样冷却油在定子壳体上分级下落，冷却油可以得到充分地冷却。卜从而增大了电动机绕组与冷却油的温差，有利于冷却油进一步冷却电动机。图 2-4 直接油冷式电动滚筒143 电动滚筒传动设计计算3.1 齿轮精度等级、材料与齿数1、对齿轮传动提出的设计要求1）足够长的使用寿命应在连续满负荷运转工作制下进行设计，即假定每天工作 24h，每年工作 300d，齿轮工作寿命要求不少于 5 年，或者不少于36000h ,整机无故障工作时间应不少于 15000，为此应选用较优质的齿轮材料和合理的热处理工艺。2）较小的噪声和合理的制造工艺电动滚筒在满负荷运转时产生的噪声，应尽可能小于或者等于 JB/T733094 中的规定值。齿轮精度取 68 中等精度等级，使用在一般场合的电动滚筒应达到 GB 1009588 渐开线圆柱齿轮精度中规定的 8-7-7 级精度，室内使用或要求特别低噪声的场合，常要求达到 7-6-6 级精度。3）优良的通用性实际上电动滚筒的规格很多，为便于生产过程管理，必须考虑其通用性，要求达到：滚筒直径 D、模数 m、电机机座号 0n三者都相同时，其内啮合传动的齿轮是通用的，仅根据传递功率尸的大小调节齿宽 2b；滚筒直径 、带速 v、模数 相同时，其外啮合传动的齿轮是通用的，也仅根据传递功率的大小调节齿宽 1b；同一滚筒直径 、齿轮中心距 a是相同的；滚筒直径 D、带速 v，电机机座号 0n相同时，相应齿轮模数 m相同。2、齿轮材料的选用及热处理齿轮是电动滚筒中的重要零件，它担负着传递动力、改变运动速度及方向15的重要任务，因此对齿轮材料提出如下要求：(l)具有高的接触疲劳极限；(2)具有高的抗弯强度；(3)具有高的耐磨性；(4)具有足够的冲击韧性。同时还应考虑材料的加工工艺性、经济性，以及材料的来源等因素。正确的选用齿轮材料和进行合理的热处理，是满足齿轮设计要求、延长齿轮使用寿命及节约制造成本的主要途径。本设计主动轮选用 40Cr 粗车后调质处理，制齿后齿面高频淬火。被动轮采用 45 号钢粗车后调质。3.2 传动比计算与分配1、传动比计算电动滚筒上的轴功率取决于其所需要的圆周力和输送带速。则有：KW）10UAFvP式中圆周力，N；UF带速，m/s；v滚筒轴工作转速为 n601vD式中胶带运行速度， 0.5m/s；v/msD滚筒直径， 。现有电动滚筒采用 Y112M-6 油冷式电动机，满载转速 940 r/min，功率2.2kW。16则电动滚筒总传动比 =i1140.32941.865nDv式中电动机额定转速，r/min1n电动滚筒名义转速，r/min4带速, m/sv滚筒直径, mD2、传动比分配按两级传动， ，因此应进行传动比分配，分配的原则为：21i1)使各级传动的承载能力大致相等，即齿面接触强度大致相等2)使减速机构获得最小的外形尺寸和重量；3)使各级传动的大齿轮浸油深度大致相等。为此，一般取：（0.010.06）i1 i一般总传动 值较大时，系数取较小值，且 1.55eN7101.0minHS最小安全系数 大小齿轮相同取值 1.0L润滑速度系数系数按表 6-10 取 小轮/ 大轮（小轮的 1.4 倍） 0.93/1.302VZ速度系数 按表 6-11 取 小轮/ 大轮 0.95/0.94R粗糙度系数 按表 6-12 取 小轮/ 大轮 1.025/1.03W齿面工作硬化系数小轮：因硬齿面大轮： 17032.HBZW按中等， HB=2401.0/1.135XZ尺寸系数 大小轮一致 1.026Hlin接触疲劳极限 按表 6-9 取，小轮/ 大轮 N/mm 21500/1190Z=ZNLVRZWX小轮/大轮0.906/1.431HP许用接触应力 = 小轮/大轮HPSminl N/mm 21359/1703结论：通过表 3-3，表 3-4 对电动滚筒外啮合齿轮进行接触疲劳强度校核计算，得： H=948.35eN7101.0minHS最小安全系数 大小齿轮相同取值 1.0L润滑速度系数系数 按表 6-10 取 小轮/大轮（小轮的 1.4 倍） 0.93/1.311VZ速度系数 按表 6-11 取 小轮/大轮 0.95/0.94R粗糙度系数 按表 6-12 取 小轮/大轮 1.02/1.022W齿面工作硬化系数小轮：因硬齿面大轮： 17032.HBZW按中等，HB=2401.0/1.135XZ尺寸系数 大小轮一致 1.029Hlin接触疲劳极限 按表 6-9 取，小轮/大轮 N/mm 21500/1190Z=ZNLVRZWX小轮/大轮0.904/1.423续表 3-6HP许用接触应力 = 小轮/大轮HPZSminl N/mm 21356/1693结论:通过表 3-5，表 3-6 对电动滚筒外啮合齿轮进行接触疲劳强度校核计算，得 H=1270 P=1356 (N/mm2)外啮合齿轮接触疲劳强度校核通过。304 主要零部件的设计计算4.1 滚筒体厚度计算 电动滚筒和带式输送机的传动滚筒在结构上不一样，前者轴一般不旋转只起支承和承受反力矩作用，后者轴旋转并传递驱动力，因此两种滚筒的滚筒体失效的机制与首先破坏的部位也不相同。传动滚筒的疲劳破坏往往由焊缝的疲劳破坏引起的，裂缝由辐板与筒皮的交会处的焊缝开始逐渐发展而成，以大约45“角伸向滚筒边缘，最终达到筒体的外表面。所以国内外对传动滚筒的设计改进都集中在轮辐和轴的设计改进上。有的对筒体也作了些改进，如往厚筒皮方向发展，多数用薄筒皮加支承环。电动滚筒的筒体失效主要是磨损破坏，有.的筒体磨穿孔也还在使用。根据以上情况，电动滚筒多采用薄筒皮结构，必要时，筒体表而再加所需要的各种覆盖包覆层，减少输送带的直接磨损，提高筒体的使用寿命。所以下面推荐的筒体厚度计算，也是根据多年国内外实践经验，尽量采用薄形筒体的经验计算公式。（mm）2221875.03.4.509DlvRPt 式中功率，kW；带速，m/s；v筒长，mm；l滚筒直径，mm；R=D/2(mm)；D许用应力，N/mm 。2本设计中功率 2.2 kW，带速 为 0.5 m/s，筒长 为 600mm 滚筒直径Pvl为 320mm。通常取对于 =( ) ，这里取 = /4 。对于 Q235A 钢，5.14ss=235 N/mm ，则滚筒体厚度 t=1.84 2(mm)s2 314.2 左右法兰轴计算在设计计算电动滚筒左、右法兰轴时，一般在同一机座号电机下，以带宽最宽、速度最低时来计算法兰轴断面尺寸，从而提高法兰轴的通用化程度。将左、右法兰轴与电机联接成一个组件，按简支梁进行受力分析和计算，如图 4-1 受力分析图 4-1 电动滚筒法兰轴受力分析图简支梁外载荷如下。 3M为 4z齿圈作用在轴上之反力矩，是通过 3z齿轮传递到 a、 b支点面产生的，左法兰轴轴头与支座无键联接，故不受扭矩作用，它的轴头按右法兰轴断面尺寸面无需核算。M 3的数值可由功率、滚筒直径、带速求得。32ayR、 b为由 4z内齿圈作用在 3z齿轮上的径向分力与 1z齿轮作用在 2z齿轮的径向分力，所求出的 a、 b两支点沿垂直方向的支座反力。x、 y为由 、 1齿轮的切向分力所求出的 a、 b两支点沿水平方向的支座反力。 0G为左右法兰轴、电机 3z、 2、 1z齿轮等的质量，可以估算得到，作用点按 L/2 处考虑。为滚筒体、左、右端盖、内齿圈等旋转部分质量，并按总重 4%考虑油重。 F为滚筒上平均输送带张力。AyR、 B为支点 A、B 沿垂直方向的支座反力。x、 为支点 A、B 沿水平方向的支座反力。1t、 2t、 3t、 4tF为齿轮 1z、 2、 3、 4z的圆周力。r、 、 r、 r为齿轮 、 、 、 的径向力。输出扭矩 1MnP9501（Nm）式中 电机功率，kW；电机转速，r/min。第一级减速齿轮传递的扭矩 2：12i（Nm）式中 第级减速比。齿轮 1z、 2、 3、 4z的圆周力 1tF、 2t、 3t、 4tF：tF= t= dM（N）3t= 4t=3（N）式中 1dz齿轮分度圆直径，mm；4 4齿轮分度圆直径，mm。齿轮 1、 2、 3、 4z的径向力 1rF、 2、 3r、 4rF：rF= = tan（N）333rF= 4= 3tan（N）式中 压力角， =20a、 b支点水平方向反力 axR、 b：xR（N）412ttaFb式中 、 为间距尺寸，mm，见图 4-1。（N）41()ttbxaa、 支点水平方向反力 ayR、 b：（N）412rrayFbR（N）41rrbyaA、B 支点垂直方向反力 AyR、 B：LLGaccLGRbayy 22 0（N）byayBy 0（N）式中L、 c、 、 等见图 4-1。A、B 支点水平方向反力 AxR、 B：LLFGaccRbax 2（N）LFbxaxBx 2（N）1、右法兰轴轴头计算34如图 4-2 所示，右轴轴头承受弯矩和扭矩的作用。垂直方向弯矩 cRMAyo（Nm）21LB（Nm）(2)水平方向弯矩如图 4-2，右法兰轴受力分析图 cRAxo（Nm）21LMB（Nm）(3)合成弯矩 2AoxoyAO（Nm）2BB（Nm）法兰轴断面直径 d的计算公式按脉动循环应力用弯扭合成强度计算轴径的公式： 3168.2oMd（mm）式中 o计算弯矩， 232MAoo校正系数，按脉动循环应力，6.01左、右法兰轴(前、后轴)目前功率不大于 15kW 的电动滚筒常用 QT400-15球墨铸铁制造，功率大于 15kW 时，常用 45 钢制造，因此，方向弯矩：球铁 QT400-15： 145 N/mm2,41 N/mm2；45 钢（调制）： 7 N/mm ， 60 N/mm 。功率在巧 15kW 以下的右法兰轴材质为 QT400-15，功率在 15kW 以上(不包括 15kW)的材质为 45 号钢，当右法兰轴通过计算后，左法兰轴(后轴)完全按右法兰轴取相同的断面尺寸和材质，以保证电动滚筒的对称性和简化生产。对35于左法兰轴不另行计算和校核。计算见表 4-1表 4-1 法兰轴计算代号 计算公式 单位 结果1MnPM9501Nm 193.58i 12/zi4.562 346.712 12i882.73MvDPM503Nm60001tF121dFttN 5377.21r= =1r2tan1957.13tF= =3tF4t3dM25531.93r= =3r43tan9292.9axR=axRbFtt1210973.6bx=bxtt )(1419935.6ayR=ayRbFrr142N 5298.836byRbyR= abFrr142 1710.8FDM357.23625AyRLLGaccLGbyayy 22 08841.6By acRcbyayBy 220767.4AxRLLFGLbxax N 15483Bx acRcFbxaxBx 2N 6448.2AoxM（Nm）MAxo 2632.1y（Nm）cRy 1503.1Ao 22AoxoyAo3031.13MNm4706.11N/mm 240d3168.2od圆整值mm 106.211037BoxM21LRMAxBo1238.6y y707.3Bo 22BoxoyBO1426.41 31oNm3872.31d168.204.oMd103.5圆整值mm1052、右法兰轴疲劳强度安全系数校核主要校验图 4-2 中所示的法兰轴危险断面-，-的疲劳强度安全系数 S。假定轴表面不经强化处理和防腐处理，内部没有明显的影响疲劳强度的缺陷，安全系数 S 校核公式为：(4-1)SZMZD23175.0式中材料的弯曲疲劳极限，N/mm ，查电动滚筒设计与选用手册1 2表 7-5 得 =275 N/mm2、 轴在计算截面上所受的弯矩和扭矩，Nm；M3疲劳强度的许用安全系数，一般在 1.51.8，电动滚筒中取S=1.7；扭转时平均应力折合为应力幅的等效系数，球铁取 =0.05，中碳 钢取 =0.1 ；、 从标准试件的疲劳极限到零件的疲劳极限的换算系数，查电动滚筒设计与选用手册表 7-7，用插值法取值。38、 轴在计算截面的抗弯和抗扭截面模数，cm ， 查电动滚筒ZD 3设计与选用手册表 7-6 得直径不带键槽圆柱轴的截面模数 32dZD(2) 直径带一个键槽圆柱轴的截面模数 dtb23ZD16表 4-3 右法兰轴校核代号 计算公式 单位 结果d1101 mm105yM 2LRMAy1591.5x x2786.9 22xy Nm3209.345 钢 0.12.732由 电动滚筒设计与选用手册表 7-7 差值法求得1.987c275.0c3.3282oM 2ZMo Nm 4507.1392oT 232DoZMcT 1708.6S21oTS 3.493.33由 电动滚筒设计与选用手册表 7-7 差值法求得2.44c275.0c4.83872oM 2ZMo 2102.12oT 232DocTNm3692.4S21oMS 3.61由上表计算结果得知，电动滚筒右法兰轴断面、的疲劳强度安全系数 均大于许用安全系数 ，疲劳强度安全系数校核通过。实际使用已7.1S证明，按计算确定的电动滚筒法兰轴断面直径是安全可靠的。4.3 高速齿轮轴计算与校核1、高速齿轮轴计算高速齿轮轴受力示意图 4-4，主要是计算轴颈 和校核 I-I 断面疲劳强度2d安全系数 。S计算公式：弯矩：40（Nm）bRlM式中 作用在轮上的合力，N， （N） ；2rtFR、 齿轮 的切向反力和径向反力，见表 7-4；2tFr2Z合力 作用点到断面 I-I 的距离，mm.。bl合成弯矩：（Nm）21212Ma 式中 校正系数，按对称循环应力， =1；输入扭矩，Nm，见表 4-2；1M轴颈：（mm）31268.04.od式中 许用弯曲应力，N/mm ,按 45 钢调制，取 =60 N/mm1 21。2图 4-4 高速齿轮轴受力分析表 4-7 高速齿轮轴计算代号 计算公式 单位 计算结果1M表 4-2 Nm 193.58412tF121dMFtt5377.22r= =1r2tan1957.1R2rtFRN5722.3Lmm 25MLM151.5o 21oNm245.8续表 4-7/实用值2d31268.04.1oMdmm 36.08/40高速齿轮轴校核高速齿轮轴危险截面 I-I 疲劳强度安全系数 S 校核计算按式(4-1) 对上述计算的电动滚筒ZMZSD23175.0的高速齿轮轴进行断面疲劳强度安全系数 S 校核、计算过程及结果见表 4-7。断面- 处计算值以下标表示，面且按计算后圆整取值轴径校核。表 4-8 高速齿轮轴断面疲劳强度安全系数 S 校核代号 计算公式 单位 计算结果2d表 7-12 4042 2.326由电动滚筒设计与选用手册表 7-7 差值法求得