皮帶輸送機(jī)的滾筒有兩種形式。一種形式為電動(dòng)滾筒，它是將電動(dòng)機(jī)和齒輪減速裝置全部設(shè)計(jì)在滾筒之內(nèi)，雖然結(jié)構(gòu)緊湊、體積輕便，但是不容易安裝、拆卸, 不利于維護(hù)和維修，而且制造工藝復(fù)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(shè)計(jì)在滾筒之內(nèi)，吸收了電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)緊湊、體積輕便的優(yōu)點(diǎn)，但是它和電動(dòng)滾筒一樣散熱條件差，因此只能用在小功率的皮帶輸送機(jī)上。本文中我們以功率僅為15kW的小功率滾筒為例進(jìn)行說明用于皮帶輸送機(jī)的齒輪滾筒。

　　齒輪傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長，它的瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高。齒輪傳動(dòng)有很多種方式，例如圓柱齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)等。由于此次所設(shè)計(jì)的減速器的傳動(dòng)比僅為12.828，并且它的工況條件較好，用一般的普通齒輪傳動(dòng)已可滿足要求。出于經(jīng)濟(jì)性考慮，我們決定采用二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。皮帶輸送機(jī)齒輪滾筒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖1。

Ⅰ軸——高速軸;Ⅱ軸——中間軸; Ⅲ 軸——支撐軸

1, 3——小齒輪; 2——大齒輪; 4——內(nèi)齒輪

圖1　皮帶輸送機(jī)齒輪滾筒機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

　　1、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

　　(1)原始數(shù)據(jù)

　　滾筒使用壽命10年，每年300個(gè)工作日，每天1班生產(chǎn)，每班工作7h。一年小修，三年大修。工作環(huán)境溫度不超過400℃。其工藝參數(shù)如下：

　　滾筒直徑(mm)：500；

　　輸送帶寬度(mm)： 800；

　　滾筒寬度(mm)：950；

　　安裝尺寸(mm)：1 300；

　　輸送帶運(yùn)行速度(m/s)：210；

　　電動(dòng)機(jī)功率(kW ) : 15；

　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速( r/min)：980。

　　(2)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)輸出功率傳遞到Ⅰ軸上，帶動(dòng)Ⅰ軸上的小齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪1與大齒輪2 嚙合，此時(shí)功率傳到Ⅱ軸上，Ⅱ軸再帶動(dòng)小齒輪3與內(nèi)齒輪4嚙合，從而將運(yùn)動(dòng)傳到滾筒上達(dá)到減速的目的。整個(gè)齒輪傳動(dòng)裝置放置在一個(gè)支撐架內(nèi)，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)蝶型支撐筋，把內(nèi)齒輪4與滾筒聯(lián)接在一起。

　　2、傳動(dòng)參數(shù)的確定

　　首先對(duì)兩對(duì)嚙合齒輪進(jìn)行傳動(dòng)比分配，在分配傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)考慮以下原則：

　�、俑骷�(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比應(yīng)在合理范圍內(nèi)，不超出允許的最大值，以符合各級(jí)傳動(dòng)原則；

　�、趹�(yīng)注意使各級(jí)傳動(dòng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)勻稱合理；

　�、郾M量使傳動(dòng)裝置外廓尺寸緊湊或重量較小；

　　④盡量使各級(jí)大齒輪浸油深度合理；

　�、菀紤]傳動(dòng)零件之間不會(huì)干涉碰撞。

　　然后進(jìn)行各軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，各軸運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表1。

表1　各軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)表

　　3、齒輪的設(shè)計(jì)

　　小齒輪1和小齒輪3均用40Cr調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB241～HB286，平均取HB260；大齒輪2和內(nèi)齒輪4均用45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB229～HB286，平均取HB240。本設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)的斜齒輪傳動(dòng)， 并無變位。齒輪的設(shè)計(jì)從兩個(gè)方面來考慮：

　�、侔凑正X面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算；

　�、诎待X根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。

　　因傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核�？伤愕谬X輪的模數(shù)及分度圓直徑，并對(duì)模數(shù)進(jìn)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(shè)計(jì)采用油潤滑。

　　4、軸的設(shè)計(jì)

　　軸是本次設(shè)計(jì)中的主要零件，因此軸必須設(shè)計(jì)合理。本次設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)了兩根軸，即高速軸Ⅰ和中間軸Ⅱ。在Ⅰ軸初步設(shè)計(jì)完之后，我們發(fā)現(xiàn)此軸在軸向并沒有固定牢靠，故采用了一個(gè)套筒和兩個(gè)圓螺母來固定，保證了軸向的固定。

　　初步設(shè)計(jì)了軸的結(jié)構(gòu)之后，必須對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。先對(duì)軸徑進(jìn)行驗(yàn)算，然后用安全系數(shù)法進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。在軸的強(qiáng)度校核計(jì)算時(shí)，根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采用相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)選取其許用應(yīng)力。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖，然后確定出危險(xiǎn)截面為小齒輪中間截面，按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度，通常只校核軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面，接下來校核軸的疲勞強(qiáng)度。

　　通過以上的設(shè)計(jì)計(jì)算，表明該軸的設(shè)計(jì)安全可靠，符合使用要求。

　　5、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(hào)為7308，軸承額定動(dòng)負(fù)荷48440N，額定靜負(fù)荷43540N，極限轉(zhuǎn)速5600r/min(油潤滑)，軸向動(dòng)載荷系數(shù)211，軸向靜載荷系數(shù)112。初定軸承類型及型號(hào)后，我們從三方面進(jìn)行了計(jì)算校核：①壽命的計(jì)算；②靜載荷的計(jì)算；③許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算。

　　6、其它零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　在本次設(shè)計(jì)中，還設(shè)計(jì)了一個(gè)支撐架和一個(gè)蝶形支撐筋，以把齒輪裝置固定在滾筒之內(nèi)。還有其它零件包括一些標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)，在此不再贅述。