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简析皮带输送机齿轮滚筒的设计

2020/9/27

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。



齿轮传动滚筒的主要优点是: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。齿轮传动滚筒有很多种方式,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滚筒。


1、齿轮滚筒传动方案的设计


(1)原始数据


齿轮滚筒使用寿命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:


齿轮滚筒直径(mm):500;


输送带宽度(mm): 800;


齿轮滚筒宽度(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、齿轮滚筒传动参数的确定


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。


3、齿轮滚筒齿轮的设计


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齿轮滚筒按照齿面接触疲劳强度计算;


②齿轮滚筒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、齿轮滚筒轴的设计


齿轮滚筒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、齿轮滚筒轴承的选用


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、齿轮滚筒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。还有其它零件包括一些标准件和非标准件的设计,在此不再赘述。

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