皮带输送机齿轮滚筒的方案设计

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皮带输送机的滚筒有两种形式。一种形式为电动滚筒，它是将电动机和齿轮减速装置全部设计在滚筒之内，虽然结构紧凑、体积轻便，但是不容易安装、拆卸, 不利于维护和维修，而且制造工艺复杂，散热困难。另一种形式为齿轮滚筒，它是将齿轮减速装置设计在滚筒之内，吸收了电动滚筒结构紧凑、体积轻便的优点，但是它和电动滚筒一样散热条件差，因此只能用在小功率的皮带输送机上。本文中我们以功率仅为15kW的小功率滚筒为例进行说明用于皮带输送机的齿轮滚筒。
　　齿轮传动的主要优点是：工作可靠，使用寿命长，它的瞬时传动比为常数，工作平稳，传动效率高。齿轮传动有很多种方式，例如圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、行星齿轮传动等。由于此次所设计的减速器的传动比仅为12.828，并且它的工况条件较好，用一般的普通齿轮传动已可满足要求。出于经济性考虑，我们决定采用二级圆柱齿轮传动。皮带输送机齿轮滚筒机构运动简图见图1。

Ⅰ轴——高速轴;Ⅱ轴——中间轴; Ⅲ 轴——支撑轴
1, 3——小齿轮; 2——大齿轮; 4——内齿轮
图1　皮带输送机齿轮滚筒机构运动简图

1、传动方案的设计
　　(1)原始数据
　　滚筒使用寿命10年，每年300个工作日，每天1班生产，每班工作7h。一年小修，三年大修。工作环境温度不超过400℃。其工艺参数如下：
　　滚筒直径(mm)：500；
　　输送带宽度(mm)： 800；
　　滚筒宽度(mm)：950；
　　安装尺寸(mm)：1 300；
　　输送带运行速度(m/s)：210；
　　电动机功率(kW ) : 15；
　　电动机转速( r/min)：980。
　　(2)传动方案设计
　　本设计采用二级圆柱齿轮传动，电动机输出功率传递到Ⅰ轴上，带动Ⅰ轴上的小齿轮1转动，小齿轮1与大齿轮2 啮合，此时功率传到Ⅱ轴上，Ⅱ轴再带动小齿轮3与内齿轮4啮合，从而将运动传到滚筒上达到减速的目的。整个齿轮传动装置放置在一个支撑架内，同时设计一个蝶型支撑筋，把内齿轮4与滚筒联接在一起。
　　2、传动参数的确定
　　首先对两对啮合齿轮进行传动比分配，在分配传动比时应考虑以下原则：
　　①各级传动的传动比应在合理范围内，不超出允许的最大值，以符合各级传动原则；
　　②应注意使各级传动尺寸协调，结构匀称合理；
　　③尽量使传动装置外廓尺寸紧凑或重量较小；
　　④尽量使各级大齿轮浸油深度合理；
　　⑤要考虑传动零件之间不会干涉碰撞。
　　然后进行各轴转速和转矩的计算，各轴运动学和动力学参数见表1。
表1　各轴的运动学和动力学参数表
　　3、齿轮的设计
　　小齿轮1和小齿轮3均用40Cr调质处理，硬度为HB241～HB286，平均取HB260；大齿轮2和内齿轮4均用45钢调质处理，硬度为HB229～HB286，平均取HB240。本设计采用标准的斜齿轮传动， 并无变位。齿轮的设计从两个方面来考虑：
　　①按照齿面接触疲劳强度计算；
　　②按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
　　因传动无严重过载，故不作静强度校核。可算得齿轮的模数及分度圆直径，并对模数进行圆整，从而定出分度圆的具体直径。完成这些之后，得出合适且安全的齿轮。本次设计采用油润滑。
　　4、轴的设计
　　轴是本次设计中的主要零件，因此轴必须设计合理。本次设计中，主要设计了两根轴，即高速轴Ⅰ和中间轴Ⅱ。在Ⅰ轴初步设计完之后，我们发现此轴在轴向并没有固定牢靠，故采用了一个套筒和两个圆螺母来固定，保证了轴向的固定。
　　初步设计了轴的结构之后，必须对轴进行强度校核。先对轴径进行验算，然后用安全系数法进行轴的强度校核。在轴的强度校核计算时，根据轴的具体受载及应力情况，采用相应的计算方法，并恰当选取其许用应力。根据轴的结构图作出轴的计算简图，并根据轴的计算简图作出轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图，然后确定出危险截面为小齿轮中间截面，按弯扭合成应力校核轴的强度，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面，接下来校核轴的疲劳强度。
　　通过以上的设计计算，表明该轴的设计安全可靠，符合使用要求。
　　5、轴承的选用
　　由于该轴承所受载荷为径向和轴向载荷，故选用圆锥滚子轴承。我们选用的轴承型号为7308，轴承额定动负荷48440N，额定静负荷43540N，极限转速5600r/min(油润滑)，轴向动载荷系数211，轴向静载荷系数112。初定轴承类型及型号后，我们从三方面进行了计算校核：①寿命的计算；②静载荷的计算；③许用转速验算。
　　6、其它零件的结构设计
　　在本次设计中，还设计了一个支撑架和一个蝶形支撑筋，以把齿轮装置固定在滚筒之内。还有其它滚筒http://www.shusongpj.com零件包括一些标准件和非标准件的设计，在此不再赘述。