簡析皮帶輸送機齒輪滾筒的設計

皮帶輸送機的滾筒有兩種形式。一種形式為電動滾筒，它是將電動機和齒輪減速裝置全部設計在滾筒之內，雖然結構緊湊、體積輕便，但是不容易安裝、拆卸,不利于維護和維修，而且制造工藝復雜，散熱困難。另一種形式為齒輪滾筒，它是將齒輪減速裝置設計在滾筒之內，吸收了電動滾筒結構緊湊、體積輕便的優點，但是它和電動滾筒一樣散熱條件差，因此只能用在小功率的皮帶輸送機上。本文中我們以功率為15kW的小功率滾筒為例進行說明用于皮帶輸送機的齒輪滾筒。 齒輪傳動滾筒的主要優點是：工作可靠，使用壽命長，它的瞬時傳動比為常數，工作平穩，傳動效率高。齒輪傳動滾筒有很多種方式，例如圓柱齒輪傳動、錐齒輪傳動、行星齒輪傳動等。由于此次所設計的減速器的傳動比為12.828，并且它的工況條件較好，用一般的普通齒輪傳動已可滿足要求。出于經濟性考慮，我們決定采用二級圓柱齒輪傳動滾筒。 1、齒輪滾筒傳動方案的設計 (1)原始數據 齒輪滾筒使用壽命10年，每年300個工作日，每天1班生產，每班工作7h。一年小修，三年大修。工作環境溫度不超過400℃。其工藝參數如下： 齒輪滾筒直徑(mm)：500； 輸送帶寬度(mm)：800； 齒輪滾筒寬度(mm)：950； 安裝尺寸(mm)：1300； 輸送帶運行速度(m/s)：210； 電動機功率(kW):15； 電動機轉速(r/min)：980。 (2)傳動方案設計 本設計采用二級圓柱齒輪傳動，電動機輸出功率傳遞到Ⅰ軸上，帶動Ⅰ軸上的小齒輪1轉動，小齒輪1與大齒輪2嚙合，此時功率傳到Ⅱ軸上，Ⅱ軸再帶動小齒輪3與內齒輪4嚙合，從而將運動傳到滾筒上達到減速的目的。整個齒輪傳動裝置放置在一個支撐架內，同時設計一個蝶型支撐筋，把內齒輪4與滾筒聯接在一起。 2、齒輪滾筒傳動參數的確定 首先對兩對嚙合齒輪進行傳動比分配，在分配傳動比時應考慮以下原則： ①各級傳動的傳動比應在合理范圍內，不超出允許的大值，以符合各級傳動原則； ②應注意使各級傳動尺寸協調，結構勻稱合理； ③盡量使傳動裝置外廓尺寸緊湊或重量較小； ④盡量使各級大齒輪浸油合理； ⑤要考慮傳動零件之間不會干涉碰撞。 3、齒輪滾筒齒輪的設計 小齒輪1和小齒輪3均用40Cr調質處理，硬度為HB241～HB286，平均取HB260；大齒輪2和內齒輪4均用45鋼調質處理，硬度為HB229～HB286，平均取HB240。本設計采用標準的斜齒輪傳動，并無變位。齒輪的設計從兩個方面來考慮： ①齒輪滾筒按照齒面接觸疲勞強度計算； ②齒輪滾筒按齒根彎曲疲勞強度進行校核。 因傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核。可算得齒輪的模數及分度圓直徑，并對模數進行圓整，從而定出分度圓的具體直徑。完成這些之后，得出合適且安全的齒輪。本次設計采用油潤滑。 4、齒輪滾筒軸的設計 齒輪滾筒軸是本次設計中的主要零件，因此軸必須設計合理。本次設計中，主要設計了兩根軸，即高速軸Ⅰ和中間軸Ⅱ。在Ⅰ軸初步設計完之后，我們發現此軸在軸向并沒有固定牢靠，故采用了一個套筒和兩個圓螺母來固定，保證了軸向的固定。 初步設計了軸的結構之后，必須對軸進行強度校核。先對軸徑進行驗算，然后用安全系數法進行軸的強度校核。在軸的強度校核計算時，根據軸的具體受載及應力情況，采用相應的計算方法，并恰當選取其許用應力。根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖，并根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當量彎矩圖，然后確定出危險截面為小齒輪中間截面，按彎扭合成應力校核軸的強度，通常只校核軸上承受大計算彎矩的截面，接下來校核軸的疲勞強度。 通過以上的設計計算，表明該軸的設計安全可靠，符合使用要求。 5、齒輪滾筒軸承的選用 由于該軸承所受載荷為徑向和軸向載荷，故選用圓錐滾子軸承。我們選用的軸承型號為7308，軸承額定動負荷48440N，額定靜負荷43540N，轉速5600r/min(油潤滑)，軸向動載荷系數211，軸向靜載荷系數112。初定軸承類型及型號后，我們從三方面進行了計算校核：①壽命的計算；②靜載荷的計算；③許用轉速驗算。 6、齒輪滾筒其它零件的結構設計 在本次設計中，還設計了一個支撐架和一個蝶形支撐筋，以把齒輪裝置固定在滾筒之內。