电动滚筒结构设计[含CAD图纸和文档资料全套]
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二级传动滚筒设计本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目： 二级传动滚筒设计 学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日目录目录1摘要3引言4第一章 国内外研究现状6一、电动滚筒选用原则6二、本课题已知条件7第二章 电动滚筒总体设计8第三章 传动方案设计10一、电动机的选择10二、确定总传动比11第四章 传动机构结构设计12一、高速级齿轮传动的几何计算12二、低速级齿轮传动的几何计算21三、齿轮轴的设计计算32四、齿轮轴上轴承的设计计算36五、法兰轴的设计计算38六、法兰轴上的轴承设计42七、弹性挡圈的选用44八、吊环的选用及几何参数45九、键的选用及几何参数46十、螺母的计算46第六章 滚筒其它结构设计48一、滚筒设计48二、端盖设计48总结51致谢52参考文献53摘要电动滚筒是一种将电机和减速器共同置于滚筒体内部的新型驱动装置。它主要应用于固定式和移动式带式输送机、替代传统的电动机，减速器在驱动滚筒之外的分离式驱动装置。电动滚筒具有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转平稳、工作可靠、密封性好、占据空间小、安装维修方便等优点，并且适合在各种恶劣环境下工作，包括潮湿、泥泞、粉尘多的工资环境，所以目前国内外已经将电动滚筒广泛用于采矿、治金、煤炭、交通、能源、粮食、烟草、化工、建材、邮电、航空、林业、印刷、商业等各个生产建设领域。本文主要是针对二级传动内置电机型电动滚筒。通过查阅国内外大量现有相关文献资料，了解电动滚筒的工作原理，传动特点及分类，针对课题要求进行配齿计算。然后确定各齿轮副的几何尺寸，最后对所设计的电动滚筒进行装配条件的验算及传动效率的计算，结果表明：所设计的电动滚筒能达到课题要求。关键词：电动滚筒；减速器；传动；引言通过大学四年公共文化课程、设计基础和零件设计等课程的学习，比较系统地学习了所需的专业知识，已初步掌握本专业的各类专门技能，根据教学目标和教学计划要求，进行了这次毕业设计课程。电动滚筒是一种将电动机和减速器共同置于滚筒体内部的新型装置。它主要应用于固定式和移动式带式输送机，替代传统的电动机、减速器在驱动滚筒之外的分离式驱动装置。带式输送机是最重要的现代散状物料输送设备，它广泛的应用电力、粮食、冶金、化工、煤炭、矿山、港口、建材等领域。近年来，带式输送机因为它所拥有的输送料类广泛、 输送能力范围宽、输送路线的适应性强以及灵活的装卸料和可靠性强费用低的特点，已经在某些领域逐渐开始取代汽车、机车运输。成为散料运输的主要装备，在社会经济结构中扮演越来越重要的角色。特别是电动滚筒驱动的带式输送机在粮库的散料输送过程中更加有无可比拟的优势和发展潜力因此我们开拓思维、努力创新并结合自己原有的知识和现有的资料对其进行创新完善。在此过程中检验自己的创新能力使其应用的范围更加广泛,在国民经济的各个领域起到更加重要的作用。以电动滚筒作为驱动装置的带式输送机有着极其重要的意义。因其拥有结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用寿命长、运转稳定、工作可靠性和密封性好、占据空间小等特点，并能适应在各种恶劣工作环境下工作包括潮湿、泥泞、粉尘多等。因此国内外将带式输送机（电动滚筒驱动）广泛应用于采矿、粮食、冶金等各个生产领域，思维的不断开阔、制造技术的不断提高和制造材料的不断改进，带式输送机将以前所未有的速度发展。保障散料输送工作高效、安全、可靠的运转，并将在社会和经济发展领域继续起到更加重要的意义。近年来，根据带式输送机的某些特殊场合需要，又出现了介于分离式驱动和电动滚筒驱动形式之间的减速装置在滚筒体内部、电动机在滚筒体外面的外装式电动滚筒。外装式电动滚筒多用于固定式带式输送机上。国外称这种滚筒为齿轮滚筒。电动滚筒作为驱动装置用在输送机上是从20 世纪20 年代才开始，比带式输送机的开始使用时间1795年晚了一百多年。电动滚筒首先应用是在德国。电动滚筒的德文名称为“Trommel Motoren”或“Trommel Automet”。电动滚筒的英文名称为“Drum Motor”、“Electric Rollor”或“Electrical Pulley”。最早的中文译名为“滚筒马达”或“鼓形马达”，1961 年以后统一定名为“电动滚筒”。毕业设计是所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在大学生活中占据着重要的地位。此外，通过毕业设计使我得到了以下三个方面的综合性锻炼：（1）正确的运用运动机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的知识，解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。（2）通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具。并通过这次设计提高结构设计能力。（3）通过使用手册以及图表资料，熟练的掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处。通过这次毕业设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性的训练，从中锻炼了自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下了一个良好的基础。本次毕业设计由于知识水平有限，设计经验不足，设计中会出现不少错误，也诚恳希望老师和同学批评指正。第一章 国内外研究现状一、电动滚筒选用原则选用电动滚筒时，应遵循如下几条原则：1）按照主机的使用实际工况条件，确定电动滚筒功率。现制造厂可以生产功率数为0.03， 0.06，0.09，0.12，0.18，0.25，0.37，0.55，0.75，1.1， 1.5， 2.2， 3.0， 4.0， 5.5，7.5， 11， 15， 18.5，22， 30， 37， 45， 55， 75， 90， 110， 160KW 或更大的电动滚筒（包括外装式）2）按照主机的结构安装尺寸，电动滚筒的功率（当主机为带式输送机或斗式提升机时，还应考虑输送带的允许弯曲度）、滚筒线速度等选取最小滚筒直径。电动滚筒直径尺寸已标准化，其值有60， 90， 112， 132， 160， 200， 215， 250， 315， 400， 500，630， 800， 1000， 1250， 1400mm。3）电动滚筒宽度通常应大于输送带100150mm。其标准宽度有200，250，300，350，4002350，2400mm，以级差50mm递增。4）按照主机的输送能力、输送带宽或确定的电动滚筒功率及其筒径，确定电动滚筒线速度。现制造厂可以生产的电动滚筒线速度值有0.05，0.08，0.10，0.125，0.16，0.20，0.25， 0.315，0.40，0.50，0.63，0.80，1.00，1.25，1.60，2.00，2.50，3.15，4.0 m/s 或更高。5）电动滚筒应当水平安装，最大倾角不应超过5。6）电动滚筒通常工作在环境温度为-20-40,海拔高度不超过1000m，输送物料温度不超过60的环境条件下。如工作环境条件与上述条件不符时，应选用耐热、耐寒或高绝缘等级的电动滚筒。7）限制一个方向旋转时，应选用带逆止器的电动滚筒。8）要求断电立即停车时，应选用带电磁制动器的电动滚筒。9）如在隔爆、防腐等特殊条件下工作时，应选用相应的隔爆型、防腐型电动滚筒。10）在其他特殊条件下，选用的非标特殊电动滚筒，使用者与制造者可以通过双方协商设计、制造。二、本课题已知条件经过查阅相关资料，滚筒的大致尺寸如下： 图1 滚筒外观尺寸其它原始数据：滚筒直径 1000mm胶带运行速度 v=2m/s传递功率 4kW第二章 电动滚筒总体设计本课题是设计电动滚筒，主要由电机、传动系统和滚筒体组成。上图为油冷式电动滚筒装置图。图中1接线盒；2支座；3端盖；4滚筒；5、11法兰轴；6电机；7、8齿轮；9齿轮轴；10内齿轮。1995年行业标准JB/T733094公布实施，统一了电动滚筒型号、规格的表示方法。标准规定电动滚筒的型号由七项内容组成第三章 传动方案设计一、电动机的选择下图即为传动装置减速器的简图 图3 传动装置传动顺序为外啮合小齿轮外啮合大齿轮内啮合小齿轮内齿轮滚筒。滚筒线速度=滚筒转速滚筒直径3.14即得：滚筒转速=滚筒线速度/(3.14滚筒直径)=2/（3.141）=38r/min。按工作条件和要求，选用三相型异步电动机，封闭式结构，电压，型，试选电机型号Y160M2-8，其转速为720r/min。 二、确定总传动比滚筒轴工作转速为 式中胶带运行速度， ； D滚筒直径，。由选定电动机满载转速和工作机主动轴转速，可得传动装置总传动比为 式中、分别为高速级和低速级的传动比。由于滚筒内部结构受空间的限制，传动比分配原则为：1）使各级传动的承载能力大致相等，即吃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。综上所述，反复选择，最终确定取高速级和低速级的传动比分别为，。第四章 传动机构结构设计一、高速级齿轮传动的几何计算小齿轮40Cr，调质处理，硬度241HB-286HB，平均取为；大齿轮用钢，调质处理，硬度229HB-286HB，平均取为240HB。计算步骤如下: 表1 高速级齿轮的校核计算计算项目计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算1.初步计算转矩 式中电机功率，kW高速轴转速,r/min齿宽系数由机械设计表，取接触疲劳极限由机械设计图初步计算的许用接触应力 值由机械设计表，取初步计算小齿轮直径直径取初步齿宽=2.校核计算圆周速度精度等级由机械设计表选级精度齿数和模数初取齿数=20使用系数由机械设计表动载系数由机械设计图齿间载荷分配系数由机械设计表，先求由此得齿向载荷分布系数由机械设计表 载荷系数弹性系数由机械设计表节点区域系数由机械设计图接触最小安全系数由机械设计表总工作时间应力循环次数接触寿命系数由机械设计图许用接触应力 验算 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。3.确定传动主要尺寸实际分度圆直径中心距齿宽为了便于装配和调整，根据和求出齿宽后，将小齿轮宽度再加大取齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分布系数由机械设计表齿向载荷分布系数由机械设计图载荷系数 齿形系数由机械设计图应力修正系数由机械设计图弯曲疲劳极限由机械设计图弯曲最小安全系数由机械设计表应力循环次数弯曲寿命系数由机械设计图尺寸系数由机械设计图许用弯曲应力 验算传动无严重过载，故不作静强度校核齿轮图形及其几何参数如下： 图4 外啮合小齿轮表2 外啮合小齿轮的基本尺寸齿轮项目名称几何参数齿形角齿顶高系数顶隙系数齿根圆半径系数分度圆螺旋角齿宽齿顶高=13=3mm齿顶圆直径齿根高齿高基圆直径精度等级齿圈径向跳动公差查互换性与技术测量表得公法线长度变动公差查互换性与技术测量表得齿形公差查互换性与技术测量表得基节极限偏差查互换性与技术测量表得齿向公差查互换性与技术测量表得公法线长度，其计算过程如下： 查互换性与技术测量表得式中齿距极限偏差齿厚上偏差齿厚下偏差公法线平均长度上偏差公法线平均长度下偏差跨齿数 图5 外啮合大齿轮 表3 外啮合大齿轮基本尺寸齿轮项目名称几何参数齿形角齿顶高系数顶隙系数齿根圆半径系数分度圆螺旋角齿宽齿顶高齿顶圆直径齿根高齿高基圆直径精度等级齿圈径向跳动公差查互换性与技术测量表得公法线长度变动公差查互换性与技术测量表得齿形公差查互换性与技术测量表得基节极限偏差查互换性与技术测量表得齿向公差查互换性与技术测量表得公法线长度，其计算过程如下： 查互换性与技术测量表得式中齿距极限偏差齿厚上偏差齿厚下偏差公法线平均长度上偏差公法线平均长度下偏差跨齿数二、低速级齿轮传动的几何计算小齿轮用40Cr，调质处理，硬度241HB-286HB，平均取为；大齿轮用钢，调质处理，硬度229HB-286HB，平均取为。计算步骤如下: 表4低速级齿轮传动的校核计算计算项目计算内容计算结果齿面接触疲劳强度计算1.初步计算转速转矩式中传动效率齿宽系数由机械设计表，取接触疲劳极限由机械设计图初步计算的许用接触应力 值由机械设计表，取初步计算小齿轮直径直径 =77mm 取=80mm初步齿宽88mm2.校核计算圆周速度=0.75m/s精度等级由机械设计表选级精度齿数和模数初取齿数z1=20=4Z1=20Z2=95使用系数由机械设计表动载系数由机械设计图齿间载荷分配系数由机械设计表，先求 =1.4由机械设计表齿向载荷分布系数由机械设计表 载荷系数 弹性系数由机械设计表节点区域系数由机械设计图接触最小安全系数由机械设计表总工作时间应力循环次数接触寿命系数由机械设计图许用接触应力 验算 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。3.确定传动主要尺寸实际分度圆直径=80mm=380中心距=150mm齿宽为了便于装配和调整，根据和求出齿宽后，将小齿轮宽度再加大取90mm齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数=0.78齿间载荷分布系数由机械设计表齿向载荷分布系数由机械设计图载荷系数 齿形系数由机械设计图应力修正系数由机械设计图弯曲疲劳极限由机械设计图弯曲最小安全系数由机械设计表应力循环次数弯曲寿命系数由机械设计图尺寸系数由机械设计图许用弯曲应力 验算 传动无严重过载，故不作静强度校核齿轮图形及其几何参数如下：锻造小齿轮结构适用于内啮合小齿轮，适用于的齿轮。当时，齿轮与轴做成一体；当时，齿轮与轴分开制造。若内啮合小齿轮与轴分开制造，则齿轮轴直径选为，键槽尺寸，齿轮分度圆直径为d1=80mm，齿根圆直径为。如图（6）所示，式中为轴的直径，故，所以齿轮与轴做成一体。图6 图7 齿轮轴表5 外齿轮几何参数齿轮项目名称几何参数齿形角齿顶高系数顶隙系数齿根圆半径系数分度圆螺旋角齿宽B=90mm齿顶高 齿顶圆直径齿根高齿高基圆直径精度等级齿圈径向跳动公差查互换性与技术测量表得公法线长度变动公差查互换性与技术测量表得齿形公差查互换性与技术测量表得基节极限偏差查互换性与技术测量表得齿向公差查互换性与技术测量表得公法线长度，其计算过程如下： 查互换性与技术测量表得式中齿距极限偏差齿厚上偏差齿厚下偏差公法线平均长度上偏差公法线平均长度下偏差跨齿数表6 内齿轮几何参数齿轮项目名称几何参数齿形角齿顶高系数顶隙系数齿根圆半径系数分度圆螺旋角齿宽齿顶高 齿顶圆直径齿根高齿高基圆直径精度等级齿圈径向跳动公差查互换性与技术测量表得公法线长度变动公差查互换性与技术测量表得齿形公差查互换性与技术测量表得基节极限偏差查互换性与技术测量表得齿向公差查互换性与技术测量表得公法线长度，其计算过程如下： 查互换性与技术测量表得式中齿距极限偏差齿厚上偏差齿厚下偏差公法线平均长度上偏差公法线平均长度下偏差跨齿数图8 内齿轮三、齿轮轴的设计计算 图9 齿轮轴轴的材料为，轴速为。设计过程如下：表7齿轮轴的计算计算项目计算内容计算结果计算齿轮受力估算轴径由机械设计表得，故 外啮合大齿轮圆周力径向力法向力内啮合小齿轮圆周力径向力法向力 画齿轮轴受力图计算支撑反力水平面反力 垂直面反力水平面受力图垂直面受力图画轴弯矩图水平面弯矩图垂直面弯矩图合成弯矩图合成弯矩画轴转矩图轴受转矩转矩图许用应力许用应力值用插入法由机械设计表查得：；应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩，见转矩图当量弯矩在轴齿轮中间截面处 当量弯矩图校核轴径齿根圆直径 轴径 四、齿轮轴上轴承的设计计算根据轴径，分别选用内径和的深沟球轴承。其尺寸和主要参数如下：表8 轴承参数轴承代号基本尺寸基本额定载荷极限转速脂 图10 轴承示意图 表9 轴承计算寿命计算、值由机械设计表得冲击载荷系数考虑中等冲击，由机械设计表得当量动载荷 轴承寿命因，只计算轴承的寿命 静载荷计算、由机械设计表当量静载荷取大者则取大者则安全系数正常使用球轴承，由机械设计表计算额定静载荷（,只计算轴承）轴承许用转速验算载荷系数由机械设计图由机械设计图载荷分布系数，由机械设计图，由机械设计图许用转速均大于工作转速结论：所选轴承满足寿命、静载荷与许用转速的要求，且各项指标潜力都很大。五、法兰轴的设计计算图11右法兰轴为了便于计算分析，可以把整个滚筒的法兰周电机轴简化为如图（12） 图12表10 法兰轴的计算计算项目计算内容计算结果计算滚筒受力滚筒所受皮带的拉力计算牵引力式中电机功率； 胶带运行速度摩擦条件 式中输送带在分离点张力 驱动滚筒与输送带间的摩擦系数 驱动滚筒的围包角 摩擦力备用系数 其数值为均为已知则式中输送带在相遇点张力滚筒所受拉力为了便于计算，中包括滚筒的重力等其它力轴受力的平移简化图计算支撑反力水平面反力 垂直面反力 水平面受力图垂直面受力图画弯矩图水平面弯矩图垂直面弯矩图合成弯矩图合成弯矩画轴转矩图轴受转矩转矩图许用应力许用应力值用插入法由机械设计表查得：；应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩，见转矩图当量弯矩在轴两端轴承中间截面处 当量弯矩图校核轴径轴径 六、法兰轴上的轴承设计 轴承结构尺寸见图（10） 表11 轴承参数轴承代号基本尺寸基本额定载荷极限转速脂 表12轴承计算寿命计算、值由机械设计表得冲击载荷系数考虑中等冲击，由机械设计表得当量动载荷 由于两个轴承对称布置，为了便于分析近似认为轴承寿命 静载荷计算、由机械设计表当量静载荷取大者则安全系数正常使用球轴承，由机械设计表计算额定静载荷轴承许用转速验算载荷系数由机械设计图载荷分布系数，由机械设计图许用转速大于工作转速结论：所选轴承满足寿命、静载荷与许用转速的要求，且各项指标潜力都很大。七、弹性挡圈的选用 挡圈几何参数如下： 图14 孔用弹性挡圈A型 表13 孔用挡圈参数孔径/mm D/mm S/mm b/mm d1/mm 8590.52.56.8 3 8085.52.56.5 3 图15 轴用弹性挡圈A型 表14 轴用挡圈参数轴径/mmd/mmS/mmb/mmd1/mm7065.52.56.323八、吊环的选用及几何参数 图16 吊环螺钉A型 表15 吊环参数/mmD1/mmd2/mmd4/mml/mmb/mm204041.4723519九、键的选用及几何参数 图17 键(一) 外啮合大齿轮所选用的键 （二） 外啮合小齿轮所选用的键（三） 法兰轴在支座处所选用的键 表16 键的参数d/mmb/mmh/mmt/mmt1/mmL/mm1285.03.3选用L=40874.03.3选用L=3020127.54.9选用L=60十、螺母的计算当用受拉螺栓联接时，需要的螺栓预紧力:式中考虑摩擦传力的可靠系数， 接合面摩擦系数，当接合面干燥时，；当接合面有油时， 、各螺栓中心至底板旋转中心的距离故式中接合面数目 屈服极限 安全系数，螺栓性能等级选用级故，式中材料最小拉伸强度极限故，=端盖与滚筒联接选用M8螺栓，6个均布；内齿轮选用M8螺栓，6个均布；电机与法兰轴联接选用M8，共10个。第六章 滚筒其它结构设计一、滚筒设计 滚筒材料选用Q235钢板卷起焊接而成。两根钢条分别焊在滚筒两端，在滚筒内部均布六个刮油板，与滚筒焊接联接。如图：图18焊接滚筒二、端盖设计端盖材料为HT200。 图19 大端盖 图20 左小端盖 图21 右小端盖总结毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计检验了我在大学四年中学习方面的不足，如怎样选择合适的材料满足零件所需要的要求等等，学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。本次设计的二级传动滚筒是在消化吸收国内外先进技术基础上自行设计的。本次设计主要对电动滚筒的电机、齿轮、支架整体布局进行了设计；对外齿轮、内齿轮和齿轮轴等的参数进行校核计算；对电机的选择；对主要零件进行设计，通过校核均满足使用要求。这次的二级传动滚筒设计中重点在于滚筒要受到空间的限制，但在空间的范围内还要满足滚筒的性能要求，比如减速器的传动比、轴承的寿命等，这就给设计带来了一定的难度，但是在设计中不能盲目，应该以资料为基础在加以自己的创新想法。毕业设计收获很多，学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。设计过程培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作有非常重要的影响。通过本次设计，对电动滚筒的知识有了深刻的认识，学会了如
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