煤矿用电动滚筒结构设计--设计说明书5.11.doc
煤矿用电动滚筒结构设计【毕业说明书论文CAD图车辆结构】
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、毕业设计（论文）的内容当今社会电动滚筒的使用相当广泛，涉及到矿山、煤炭、建材、电力、冶金、化工、粮食、港口等行业。本毕业设计的矿用电动滚筒目的是提高电动滚筒的工作效率、节省能源、减小占地面积等。将通过多种方案计算、检验和确认的方式进行筛选最佳方案。在其中将考虑到电动滚筒的功率、滚筒圆周速度、滚筒直径等数据，再通过这些数据进行齿轮接触疲劳强度校核计算、齿轮弯曲疲劳强度校核计算、轴的扭转刚度校核计算等。最终将所设计的矿用电动滚筒通过绘图软件绘画出来，并达到预期目的。1、从网上和图书馆查阅学习电动滚筒技术及相关的知识，了解其工作的原理和方法，特别是其结构设计；2、较熟练的掌握一种应用面广泛的制图软件，如Inventor，SolidWorks，UG，Proe中的一种，时间紧迫时也可使用Auto CAD设计出图；3、根据设计题目进行毕业设计实习调研、文献查阅，根据调研结论，结合设计目标，综合考虑创新、安全、环境和社会因素，提出设计方案（不少于3个），从技术方面，制造方面，经济性方面，对社会、健康、安全、法律和文化的影响及应承担的责任等方面论证方案的优劣，确定最终方案； 4、设计目标：滚筒直径630mm；滚筒宽度950mm；卷筒圆周速度 1.25m/s；电动机功率7.5kW。二、毕业设计（论文）的要求与数据本毕业设计课题需要掌握产品设计、机械设计基础、机械原理、工程制图等相关知识及计算机辅助设计技能。1、熟悉一般矿用滚筒的整体功能及局部设计思路，设计出对应目标参数的多级分段式水泵。2、画出相应的装配图、零件图。3、撰写设计说明书，对传动原理进行详细说明。4、阅读和翻译40000字符以上外文资料，撰写毕业论文，提交机器装配图、各零部件图（UG或Proe或Inventor或AutoCAD或CAXA等）。三、毕业设计（论文）应完成的工作1、完成开题报告及进度计划表的撰写；2、完成中期检查表的填写；3、毕业设计说明书一份（约二万字，附中英文摘要，其中英文摘要300500单词）；4、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）；5、画出矿用电动滚筒的三维装配图，零件图；6、毕业设计说明书应包括对系统方案设计、装配图、零件图的说明，制作出主要零件的工艺卡；7、提交装配图及各零部件图图纸，绘图工作量折合A0图纸2张以上，其中必须包含两张A3以上的计算机绘图图纸； 8、特色专题：利用三维软件绘制总装图和组件图及相关零件图，并形成相应爆炸图。 四、应收集的资料及主要参考文献1 刘建勋.电动滚筒设计与选用手册M .北京化学工业出版社,2002.2 赵玫.机械振动与噪声学M.科学出版社，2004.3 成大先.机械设计图册(上册)M.北京：化学工业出版社,2004.4 机械设计手册编委会.机械设计手册(第3卷)M.北京：机械工业出版社,2004. 5 孙桓,陈作模 ,葛文杰.机械原理 （第七版）M.北京：高等教育出版社，2006. 6 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004.7 寇尊权,王多.机械设计课程设计（第二版）M.北京机械工业出版社，2006. 8 王志泉，董慧灵.机械制图M.长沙：中南大学出版社，2005.9 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.10 孙训方. 方孝淑. 关来泰.材料力学全册第四版M. 高等教育出版社.2002.11 齿轮手册编委会. 齿轮手册上册第二版M.机械工业出版社 .2000. 五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备计算机一台。CAD设计软件（Inventor，SolidWorks，UG，Proe，CAXA、AutoCAD中的1-2种）任务下达时间：2018年12月3日毕业设计开始与完成时间：2019年1月11日至 2019年6月17日组织实施单位：教研室主任意见：签字 2018年12月18日学院领导小组意见：签字 2018年12月 20日毕业设计（论文）进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名1234567指导教师批准日期 2018年12月16日 签名：注： 1 摘摘 要要 在煤矿企业由于电动滚筒的结构紧凑、传动效率高、噪声低、使用 寿命长、运转平稳、工作可靠、密封性能好、占据空间小、安装维修方 便，适合在各种恶劣的环境条件下工作。因此电动滚筒作为一种新型的 驱动装置，已经被广泛的应用。 它将电动机和减速器共同置于滚筒体内部，从而提高了滚筒传动的 效率。在本人设计中使用 NGW 型行星齿轮传动，第一级采用内齿圈固 定，行星架输出，第二级采用行星架固定，内齿圈输出。行星齿轮传动 中行星轮可以分担负荷，传动结构更为紧凑。为了充分发挥行星齿轮传 动的优点，采用了均载机构使各个行星齿轮都能够分担载荷，以补偿不 可避免的误差，降低了不均匀系数，提高承载能力。 关键字关键字：煤矿；电动滚筒；行星齿轮传动；传动比；载荷； 注： 2 ABSTRACT Because of the compact structure, high transmission efficiency, low noise, long service life, smooth operation, reliable operation, good sealing performance, small occupancy space, easy installation and maintenance, the electric drum is suitable for working in various harsh environment. Therefore, as a new type of driving device, electric drum has been widely used. It places the motor and the reducer together in the inner part of the drum, thus improving the efficiency of the drum transmission. In my design, NGW planetary gear transmission is used. The first stage is fixed by inner ring, the output of planetary frame is used, the second stage is fixed by planetary frame, and the output of inner ring is used. In planetary gear transmission, the planetary wheel can share the load, and the transmission structure is more compact. In order to give full play to the advantages of planetary gear transmission, a load-sharing mechanism is adopted to enable each planetary gear to share the load, so as to compensate for the inevitable errors, reduce the non-uniformity coefficient and improve the load-carrying capacity. Keywords: coal mine; electric drum; planetary gear transmission; transmission ratio; load; 注： 3 目目 录录 摘摘 要要2 2 ABSTRACTABSTRACT3 3 第一章第一章 绪绪 论论6 6 1.1 电动滚筒的简介 6 1.2 减速器的发展7 1.2.1 齿轮减速器的研究现状 8 1.2.2 齿轮减速器的发展趋势 .11 1.3 电动滚筒的分类.12 1.4 电动滚筒的结构参数.13 1.5 电动滚筒的国内外发展状况 .14 1.5.1 电动滚筒国内发展概况 .15 1.5.2 电动滚筒国外发展概况 .15 1.6 研究的方法及技术路线.16 1.6.1 研究方法 .16 1.6.2 研究技术路线 .16 第二章第二章 矿用电动滚筒总体设计方案的确定矿用电动滚筒总体设计方案的确定1818 2.1 方案的确定 .18 2.2 主要设计参数及要求 .19 2.3 传动功率的确定 .19 2.4 电动机功率的计算 .21 2.5 电动机的确定 .22 注： 4 第三章第三章 电动滚筒的主要零部件的设计计算电动滚筒的主要零部件的设计计算2323 3.1 滚筒直径的确定 .23 3.2 滚筒的受力分析 .23 3.3 滚筒厚度的计算 .28 3.4 滚筒强度的验算 .29 第四章第四章 电动滚筒行星机构的设计电动滚筒行星机构的设计3131 4.1 传动方案的确定 .31 4.2 传动比计算及分配 .31 4.3 传动设计计算 .32 4.3.1 高速级计算： .32 4.3.2 低速级的设计计算： .41 4.4 联轴器的设计计算 .48 4.5 行星轮的设计 .51 4.6 行星架结构设计 .52 第五章第五章 行星机构的受力分析与校核行星机构的受力分析与校核5353 5.1 行星传动受力分析.53 5.1.1 高速级受力分析 .53 5.1.2 低速级受力分析 .54 5.2 行星机构的轴的校核.54 5.2.1 受力分析 .55 5.2.2 外载荷的计算 .55 5.2.3 右端力矩的计算 .55 5.2.4 左端力矩的计算 .57 注： 5 第六章第六章 电动滚筒零部件的材料与密封选择电动滚筒零部件的材料与密封选择5858 6.1 齿轮材料的选用 .58 6.2 轴类的材料选择 .58 6.3 滚筒体材料.59 6.4 端盖支座材料的选择.59 6.5 密封装置 .60 第七章第七章 标准件的选用与校核标准件的选用与校核6161 7.1 轴承的校核 .61 7.1.1 高速级行星轮轴承校核 .61 7.1.2 低速级行星轮轴承校核 .62 7.1.3 法兰轴承寿命校核 .62 7.2 连接螺栓的校核 .63 7.3 键联接的校核 .65 总总 结结6767 参考文献参考文献6868 致致 谢谢7070 注： 6 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 电动滚筒的简介 电动滚筒在国民生产中的作用越来越大，其产品的主要设计方面是 传动结构和整体布局的设计。在我国，电动滚筒发展较晚，但是发展很 快。目前国内外以将电动滚筒广泛应用与采矿、冶金、煤炭、交通、能 源、粮食、烟草、化工、建材、邮电、航空、农林、印刷、商业等各个 生产建设领域。 电动滚筒是一种将电动机、减速机构置于驱动滚筒内的新型驱动装 置，它主要用在固定式和移动式带式输送机上，代替传统的电机、减速 机在驱动滚筒之外的开式驱动装置。此外，还广泛地用在辊送输送机上 做为主动辊子，用以输送成件物品。进入 80 年代以后，电动滚筒的应 用场所更在日新月异地扩展。 电动滚筒与传统的开式驱动装置相比，具有结构紧凑、效率高、耗 能少，噪音小、寿命长、运转平稳，工作可靠、密封性好，占用场地少、 安装和维修方便等优点，适合在各种环境下工作，包括粉尘大，潮湿泥 泞的恶劣工作环境下工作，特殊的隔爆电动滚筒，还可以在易燃易爆的 环境下工作。所以目前国内外已将电动滚筒广泛地应用于困民经济的各 个领域。 我国于 1961 年 5 月研制出第一台电动滚筒，比我国的带式输送机 的开发和研制约晚十年，比世界上第一台电动滚筒的诞生要迟 30 余年， 但是从 70 年代中期起，特别是进人 80 年代，些行业引进了世界一流 的 JOKI 和 W.A.T 公司电动 滚筒，使电动滚筒在国内得到了迅猛发展。进入 90 年代，通过引进技 注： 7 术的消化、吸收和行业厂的独立研制，我国的电动滚筒，无论在品种 规格，还是在性能指标上，都已赶上或超过世界先进水平。 电动滚筒行业组是“中国重型机械工业协会带式输送机专业委员会” 的成员，行业组始建于 1978 年，现已发展成具有十一家成员厂，代表 我国电滚筒生产水平的行业组织。该组织每年定期进行活动，内容有： 技术交流、汇总信息、引进技术、制定标准等。行业组在电动滚筒生产 技术赶超世界先进水平的过程中，发挥了积极作用，使小组成员厂成为 我国电动滚筒生产的骨干。 我国电动滚筒的行业厂日前能生产的电动滚椅的品种门类齐全、应 有尽有。 1.2 减速器的发展减速器的发展 齿轮有着悠久的发展过程历史，同时也伴随着人类进化文明的发展， 早在约公元前 1950 年的时候，在历史记载上就早已出现了如何使用齿 轮的详细记录。此外，在早期的南北朝时期就有了祖冲之这位伟人利用 行星齿轮的原理发明创造了差动驱动式指南车，由此可见，我们中华民 族在如何合理利用行星齿轮传动中十分有先见之明。虽然在人类的历史 上使用齿轮机构来做机械传动的时期非常早，但是对于齿轮齿形的深入 研究是直到 18 世纪后才开始的，这个时候其方法采用的是利用铣刀铣 削齿轮，此种加工方法效率十分低。然而通过人们在研究行星齿轮这一 课题上，首先取得至关重要的进步是德国在 1713 年研究出首个行星齿 轮传动装置的专利，在此之后，人们便将其用在大多数汽车的零件差速 器上，第二次大战之后，它又被广泛应用在速度高且功率大的军舰以及 飞机发动机上。 我国在大约 20 世纪 50 年代左右便已经渐渐地将关于行星齿轮传动 注： 8 的系统研究以及齿轮的调制工作，自此以来便愈发在齿轮研究上取得更 大的成就以及研究成果。自从改革开放发展以来，由于我国日益发展的 科学方法与愈发完善的技术，并且积极从其他工业发达的国家逐渐地引 进更多先进技术和优良的机械设备，正是由于我国拥有着大批机械科研 人才，也是通过他们的艰苦不懈的奋斗、坚持科研、兢兢业业的工作才 令我国的行星传动技术取得了巨大的飞跃，立足于世界先进水平。 1.2.1 齿轮减速器的研究现状 齿轮是使用量大面广的传动元件。目前世器上齿轮最大传递功率已 达 6500kW，最大线速度达 210ms(在实验室中达 300m/s)；齿轮最大 重量达 200t，最大直径达 (组合式)，最大模数 m 达 50mm。我m 6 . 25 国自行设计的高速齿轮(增)减速器的功率已达 44000kW，齿轮圆周速度 达 150ms 以上。 由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器，用于原动机和工作机 或执行机构之间，起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极 为广泛。 20 世纪末的 20 多年，世界齿轮技术有了很大的发展。产品发展的 总趋势是小型化、高速化、低噪声、高可靠度。技术发展中最引人注目 的是硬齿面技术、功率分支技术和模块化设计技术。 硬齿面技术到 20 世纪 80 年代时在国外日趋成熟。采用优质合金钢 锻件渗碳淬火磨齿的硬齿面齿轮，精度不低于 IS01328 一 1975 的 6 级， 综合承载能力为中硬齿面调质齿轮的 4 倍，为软齿而齿轮的 5 一 6 倍。 一个中等规格的硬齿面齿轮减速器的重量仅为软齿面齿轮减速器的 1/3 左右。 功率分支技术主要指行星及大功率齿轮箱的功率双分及多分支装置， 如中心传动的水泥磨主减速器，其核心技术是均载。 注： 9 模块化设计技术对通用和标准减速器旨在追求高性能和满足用户多 样化大覆盖面需求的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格，以便 于组织生产，使零部件生产形成批量，降低成本，取得规模效益。 其他技术的发展还表现在理论研究(如强度计算、修形技术、现代 设计方法的应用，新齿形、新结构的应用等)更完善、更接近实际；普 遍采用各种优质合金钢锻件；材料和热处理质量控制水平的提高；结构 设计更合理；加工精度普遍提高到 ISO 的 4 一 6 级；轴承质量和寿命的 提高；润滑油质量的提高；加工装备和检测手段的提高等方面。 这些技术的应用和日趋成熟，使齿轮产品的性能价格比大大提.高， 产品越来越完美。如非常粗略地估计一下，输出 IOONm 转矩的齿轮装 置，如果在 1950 年时重 10kg，到 80 年代就可做到仅约 lkg。 20 世纪 70 年代至 90 年代初，我国的高速齿轮技术经历了测绘仿 制、技术引进(技术攻关)到独立设计制造 3 个阶段。现在我国的设计制 造能力基本上可满足国内生产需要，设计制造的最高参数:最大功率 44MW,最高线速度 168m/s，最高转速 67000r/min。 我国的低速重载齿轮技术，特别是硬齿面齿轮技术也经历了测绘仿 制等阶段，从无到有逐步发展起来。除了摸索掌握制造技术外，在 20 世纪 80 年代末至 90 年代初推广硬齿面技术过程中，我们还作了解决 “断轴”、 “选用”等一系列有意义的工作。在 20 世纪 70-80 年代一直认为 是国内重载齿轮两大难题的“水泥磨减速器”和“轧钢机械减速器”，可以 说已完全解决。 20 世纪 80 年代至 90 年代初，我国相继制订了一批减速器标准， 如 ZBJ19004 一 88圆柱齿轮减速器 、ZBJ19026 一 90运输机械用减 速器和 YB/T050 一 93冶金设备用 YNK 齿轮减速器等几个硬齿 面减速器标准，我国有自己知识产权的标准，如 YB/T079 - 95三环减 注： 10 速器 。按这些标准生产的许多产品的主要技术指标均可达到或接近国 外同类产品的水平，其中 YNK 减速器较完整地吸取了德国 FLENDER 公司同类产品的特点，并结合国情作了许多改进与创新。 （1） 渐开线行星齿轮效率的研究 行星齿轮传动的效率作为评价器传动性能优劣的重要指标之一，国 内外有许多学者对此进行了系统的研究。现在，计算行星齿轮传动效率 的方法很多，国内外学者提出了许多有关行星齿轮传动效率的计算方法， 在设计计算中，较常用的计算方有3种：啮合功率法、力偏移法、和传 动比法（克莱依涅斯法），其中以啮合功率法的用途最为广泛，此方法 用来计算普通的2K2H 和3K 型行星齿轮的效率十分方便。 （2） 渐开线行星齿轮均载分析的研究现状 行星齿轮传动具有结构紧凑、质量小、体积小、承载能力大等优点。 这些都是由于在其结构上采用了多个行星轮的传动方式，充分利用了同 心轴齿轮之间的空间，使用了多个行星轮来分担载荷，形成功率流，并 合理的采用了内啮合传动，从而使其具备了上述的许多优点。但是，这 只是最理想的情况，而在实际应用中，由于加工误差和装配误差的存在， 使得在传动过程中各个行星轮上的载荷分配不均匀，造成载荷有集中在 一个行星轮上的现象，这样，行星齿轮的优越性就得不到发挥，甚至不 如普通的外传动结构。所以，为了更好的发挥行星齿轮的优越性，均载 的问题就成了一个十分重要的课题。在结构方面，起初人们只努力地提 高齿轮的加工精度，从而使得行星齿轮的制造和装配变得比较困难。后 来通过时间采取了对行星齿轮的基本构件径向不加限制的专门措施和其 它可自动调位的方法，即采用各种机械式地均载机构，以达到各行星轮 间的载荷分布均匀的目的。典型的几种均载机构有基本构件浮动的均载 机构、杠杆联动均载机构和采用弹性件的均载机构。 注： 11 1.2.2 齿轮减速器的发展趋势 随着我国市场经济的推进， “九五”期间，齿轮行业的专业化生产水 平有了明显提高，如一汽、二汽等大型企业集团的齿轮变速箱厂、车轿 厂，通过企业改组、改制，改为相对独立的专业厂，参与市场竞争；随 着军工转民用，农机齿轮企业转加工非农用齿轮产品，调整了企业产品 结构；私有企业的堀起，中外合资企业的涌现，齿轮行业的整体结构得 到优化，行业实力增强，技术进步加快。 近十几年来，计算机技术、信息技术、自动化技术在机械制造中的 广泛应用，改变了制造业的传统观念和生产组织方式。一些先进的齿轮 生产企业已经采用精益生产、敏捷制造、智能制造等先进技术。形成了 高精度、高效率的智能化齿轮生产线和计算机网络化管理。 适应市场要求的新产品开发，关键工艺技术的创新竞争，产品质量 竞争以及员工技术素质与创新精神，是 2l 世纪企业竞争的焦点。在 2l 世纪成套机械装备中，齿轮仍然是机械传动的基本部件。由于计算机技 术与数控技术的发展，使得机械加工精度、加工效率太为提高，从而推 动了机械传动产品多样化，整机配套的模块化、标准化，以及造型设计 艺术化，使产品更加精致、美观。 CNC 机床和工艺技术的发展，推动了机械传动结构的飞速发展。 在传动系统设计中的电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将 成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉，将 成为新型传动产品发展的重要趋势。 工业通用变速箱是指为各行业成套装备及生产线配套的大功率和中 小功率变速箱。国内的变速箱将继续淘汰软齿面，向硬齿面 (5060HRC)、高精度(45 级)、高可靠度软启动、运行监控、运行状 态记录、低噪声、高的功率与体积比和高的功率与重量比的方向发展。 注： 12 中小功率变速箱为适应机电一体化成套装备自动控制、自动调速、多种 控制与通讯功能的接口需要，产品的结构与外型在相应改变。矢量变频 代替直流伺服驱动，已成为近年中小功率变速箱产品(如摆轮针轮传动、 谐波齿轮传动等)追求的目标。 随着我国航天、航空、机械、电子、能源及核工业等方面的快速发 展和工业机器人等在各工业部门的应用，我国在谐波传动技术应用方面 已取得显著成绩。同时，随着国家高新技术及信息产业的发展，对谐波 传动技术产品的需求将会更加突出。 总之，当今世界各国减速器及齿轮技术发展总趋势是向六高、二低、 二化方面发展。六高即高承载能力、高齿面硬度、高精度、高速度、高 可靠性和高传动效率；二低即低噪声、低成本；二化即标准化、多样化。 减速器和齿轮的设计与制造技术的发展，在一定程度上标志着一个 国家的工业水平，因此，开拓和发展减速器和齿轮技术在我国有广阔的 前景。 1.3 电动滚筒的分类电动滚筒的分类 目前能生产的品种按电机冷却方式分： 1、油冷式电动滚筒：冷却油液不直接与电机定、转子接触。TDY75 型等即属这种电动滚筒。 2、油浸式电动滚筒：冷却油液直接与电机定、转子接触。引进的 JOKI 和 W.A.T 滚筒等，均为这种电动滚筒。 3、风冷式电动滚筒：滚筒内吸入冷风，排出热风而冷却电机。 4、自冷式电动滚筒：不采取任何冷却方式，电机自然冷却。 目前能生产的品种，按减速装置分： 注： 13 1、二级或三级减速的圆柱齿轮传动的电动滚筒：功率一般在 0.1- 45KW 2、行星圆柱齿轮传动的电动滚筒：功率范围一般在 003-75KW 3、行星摆线针轮传动的电动滚筒：功率最大可达 55K 4、变速传动轴破传动的电动滚筋：功率范围在 003-30KW 5、将减速机构嚣于滚筋内的减速滚筒：减速滚筒与电动机外联(与 其它动力外联也可)，构成一种新型的驱动滚筒，功率可达 160KW 或更 大，这种减速滚筒具有传统的开式驱动如电动滚筒的双重优点。 目前能生产的电动滚筒，按用途要求分： 1、通滚筒：适用于普通工作环境，包括潮湿、泥泞的工作环境。 2、适用于易、易暴环境工作，可分为电机隔爆型和滚筒隔爆型两 种不同形式的隔爆电动滚筒。 3、逆止式电动滚筒：滚筒只可想要求的一个方向旋转。 4、双速、二速和无级变速的电动滚筒：双速及三速采用变极电机， 无级变速采用特殊的电机或减速装置达到。 5、电磁制动电动滚筒。 6、链轮滚筒：有单链轮和双链轮之分。 7、其他特殊用途的电动滚筒：有过热保护滚筒、不锈耐蚀滚筒、 锥形滚筒。 1.4 电动滚筒的结构参数电动滚筒的结构参数 电动滚筒行业厂可生产的电动滚筒，基本参数范围为： 1、功率(KW)： 003,006,0.09,012，0.18，025，0.37，0.55，075，1.1，l.5 ，2.2，3.0, 4.0，5.5，7.5，11，15，18.5,22,30,37，45,55，75,90,1 注： 14 10,16O 或更大 2、带速(ms)： 005,008，010,013，016,020,0。25,032，040,050,0 60,080,100，125，160,200,250，315，40 或更高。 3、筒长(mm)：200,250,300,350，2350，2400(每 50mm 为一 档) 由这些基本参数组合，电动滚筒行业厂可生产出数千种规格以上的 各式电动滚筒，已远远超出世界任何一个工厂甚至于任何一个国家 可以生产的规格范围。 行业厂生产的电动滚筒在性能指标上已经赶上世界先进水平。有的 品种规格甚至超过当前世界水平，例如：可以制造噪音低于 60dB(A)的 电动滚筒；电机绝缘等级在 B 级，F 级，H 级甚至湿热带使用的电动滚 筒；电动滚筒的无故障工作时间可达 20000 小时以上，密封等级为 IP44，IP55 的电动滚筒，这些性能完全可与国外一流产品相媲美。所 以我国从舶年代起小量出口，发展到今天已开始批量出口。我国的电动 滚筒，将要以规格品种齐全、性能良好和价格上的优势，改变了世界电 动滚筒市场的格局。 1.5 电动滚筒的国内外发展状况电动滚筒的国内外发展状况 随着现代工业的发展，电动滚筒作为主动辊子已经广泛的应用于各 种生产线中，电动滚筒的优点也不断的凸现出来。由于电动滚筒具有结 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、占用空间小、安装维修方便等优点，并且适合各种恶劣的环境 条件下工作。 注： 15 电动滚筒的设计制造技术也在不断的提高，制造的材料也在不断的 改善，高新技术不断的引入，电动滚筒的应用范围必将越来越广泛，电 动滚筒在国民经济中的作用将更大。 1.5.1 电动滚筒国内发展概况 国内发展概况：我国最早使用电动滚筒式在 20 世纪 40 年代。当 时的北京石景山发电厂煤仓进口的配煤移动式带式输送机，就随机引进 了电动滚筒。到 20 年代，电动滚筒被陆续的从国外引进，使用效果良 好，其优越的性能也逐渐被认识。 从 20 世纪 50 年代，我国开始自主研制开发电动滚筒。1959 年当 时的天津市皮带机厂开始收集电动滚筒的有关资料，1961 年试制出我 国第一台油冷式电动滚筒，1964 年 5 月完成了 YD64 型油冷式电动滚筒 的系列设计，总的规格数为 153 种，能够满足当时我国带式输送机的基 本要求。 随着我国的输送机行业的发展，对电动滚筒的要求越来越高。到了 20 世纪后期，国外的电动滚筒制造技术的引进，促进了我国电动滚筒 的蓬勃发展，1989 年，着手制定了统一的标准 JB/T7330-94 电动滚筒 标准。 1.5.2 电动滚筒国外发展概况 国外发展概况：20 世纪 30 年代末，德国首先研制成功了自然风冷 式电动滚筒。从这个时候起，使用的电动机为定子旋转的集流环式异步 电动机。稍后，油冷式电动滚筒陆续研制成功并投入使用，随着电动机 技术的发展，不断地提高着电动滚筒的技术。 世界上除我国之外已有的比较知名的生产电动滚筒的厂家有数十家。 在这些公司中，有的公司的年生产量可以高达四万台不同规格、大小的 电动滚筒。在西欧、北美多为油浸式齿轮传动的电动滚筒，而自然风冷 注： 16 和油冷式电动滚筒较少。自然风冷式电动滚筒一般用在食品工业及生产 线上。所有各大洲主要生产电动滚筒的厂家包括我国在内，目前各种电 动滚筒的总年产量在 4050 万台。 1.6 研究的方法及技术路线研究的方法及技术路线 1.6.1 研究方法 （1）通过查阅相关资料，掌握电动滚筒的主要参数。 （2）充分考虑已有电动滚筒的优缺点来确定电动滚筒的总体设计 方案，对现有装置的不足进行分析。 （3）对设计的电动滚筒进行修改和优化，最终设计出能满足要求 的电动滚筒。 1.6.2 研究技术路线 （1）根据题目和原始数据查看相关资料，了解当今国内外电动滚 筒的发展现状及发展前景，撰写文献综述和开题报告。 （2）根据产品功能和技术要求提出多种设计方案，对各种方案进 行综合评价，从中选择较好的方案，再对所选择的方案做进一步的修改 或优化，最终确定总体设计方案。 （3）具体设计电动滚筒的驱动装置、工作装置等。 （4）对所设计的机械结构中的重要零件进行校核计算，如齿轮、 轴、轴承等，保证设计的合理性和可行性。 ； （5）绘制零件图、装配图，完成要求的图纸量； （6）整理各项设计资料，撰写论文。 注： 17 注： 18 第二章第二章 矿用电动滚筒总体设计方案的确定矿用电动滚筒总体设计方案的确定 2.1 方案的确定方案的确定 电动滚筒的类型很多,按结构的不同可分为：外装式，内装式;按电 动滚筒的传动部分的不同，又可分为：定轴式的,摆线式的,行星式的, 其中,行星式的又有不同的种类,可分为单级,双级,多级,还分为 2K- H、3K、K-H-V 等等很多种。 由于渐开线行星齿轮动与普通定轴传动相比较具有承载能力大,体 积小,效率传高,重量轻,传动比大,噪声小,可靠性高,寿命长便于维修. 等优点.通过行星传动可以把能量由一根主动轴传给若干根从动轴,这些 从动轴的角速度的关系在工作时刻变化。研究指出，统一制造精度下行 星传动比定轴线固定起来,载荷一般沿齿宽分布的较好。但设计行传动 时,正确地选择结构布置的意义远比设计普通定轴传动的大.结构式布置 选择不当时，不但可能丧失在轮外廓尺寸和重量方面的优点甚至可能得 到不利于使用的传动。 所以，在设计中选择了行星式传动方案。 在行星式传动机构中，按齿轮啮合方式分还可细分为 NGW 形,NW 形, WW 形,NN 形。常用的二级传动方案有：NGW 型、NW 型、WW 型三种。 NGW 型： 由内外啮合和公用行星轮组成。结构简单、轴向尺寸小、 工艺性好、效率高，然而传动比小，但能多级串联成传动比较大的轮系。 所以，成为动力传动中应用最多、传递功率最大的一种行星传动。 NW 型： 由一对内啮合和一对外啮合齿轮组成。由于把行星轮作成 双联齿轮，使其为双排外啮合而没有公用齿轮，与 相比，传动范围大、 效率相仿、结构复杂、工艺性差。 注： 19 WW 型： 有双排两对外啮合齿轮组成。突出的特点就是能通过调整 四个齿轮的齿数，轻而易举地得到很大的传动比。但效率很低且随传动 比的增加减小. 经过一系列的综合比较，最后选择的方案是：内装式 NGW 型二级行 星圆柱齿轮传动的电动滚筒 2.2 主要设计参数及要求主要设计参数及要求 设计目标：滚筒直径 630mm；滚筒宽度 950mm；卷筒圆周速度 1.25m/s；电动机功率 7.5kW。 2.3 传动功率的确定传动功率的确定 电动滚筒上的轴功率取决于其所需要的圆周力和输送带速。则有： （KW） （2-1） 1000 U A F v P 式中 圆周力，N； U F 带速，m/s；v 由于=，则： U F HNns FFFF = （KW） （2-2） A P () 1000 HNns FFFF v 式中 、分别为空载运行功率、物料水平输送功率、物料垂直 1 P 2 P 3 P 提升功率；为特种阻力所消耗的功率。 4 P s F 为了简化再令 注： 20 = （KW） 4 1000 v PF 2 3.6 367 m G vQ C Lf 则： =+ A P 1 P 2 P 3 P 4 P （2-3） = + 1 3.6 367 m G vQ C Lf 367 QH 2 3.6 367 m G vQ C Lf = （KW）(3.6) 367367 m CfLQH G vQ 式中 L输送机长，m； H物料垂直提升高度，m； Q输送量，t/h； f托辊阻力系数； 输送机旋转零部件的质量，kg/m； m G 修正系数； 1 C 修正系数； 2 C 综合修正系数。C 经过分析，上述公式由于设计时对于其各参数取值的不同带来一 定的偏差，为了消除这些不足，结合一些实际的应用再进行修正，得出 以下计算公式。 修正如下 系数 f，根据实践经验取 f=0.0367 综合修正系数，这里取=1+40/L.CC 输送机旋转零部件质量，这里取=10（） m G m G B 3 100 注： 21 代入得 = A P 0.36(40L)(B30040+LQ 0.00273QH 1000010000 v ）（） （KW） 式中 B输送带宽度，m。 将已知数据代入上式 L=100m，B=1000mm，v=1.6m/s，Q=400t/h，H=5m 0.36 (40 100)(10003001640+100400 0.00273 400 5 1000010000 A P ）.（） 5.6448+5.6+5.46 16.7048 （kw） 2.4 电动机功率的计算电动机功率的计算 输送机功率的表达式为 （kw） MA P =P / （2-4） 式中 电机功率，kw； M P 输送机所需要的轴功率，kw； A P 总机械效率。 由于电动滚筒比一般传动机构至少要少两个连轴器，因此考虑总效率 时只需要考虑电动滚筒的机械效率和滚筒的表面效率。 1 2 采用光面滚筒，取=0.92，=0.95，得=0.87 1 2 所以 =19.20 （kw） M P 16.7048 0.87 注： 22 2.5 电动机的确定电动机的确定 电动机的特点是型号多、结构复杂，功率范围变化大，Y 系列电动机是 全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是最新设计的基本系列，符合 IEC 标准的有关规定。具有高效、节能，启动转矩大，噪声低，振动小， 可靠性高，使用维修方便的特点。 此处选择电动机型号为：Y200L-6 型，转速为 970/min，功率为 37kw。 注： 23 第三章第三章 电动滚筒的主要零部件的设计计算电动滚筒的主要零部件的设计计算 3.1 滚筒直径的确定滚筒直径的确定 一般来说滚筒直径是根据胶带形式、胶带强度、胶带紧边和松边张 力以及滚筒类型来确定。当时电动滚筒进行选型和计算时，确定了功率、 带速和带宽之后，其所需电动滚筒最小直径 D，其所需要的直径 D 按下 式计算： D= ec （mm） （3-1） 式中 e输送带芯层厚度或者钢绳直径，mm，此处取 e=3.0； c系数，此处选择钢芯绳，取 c=145。 D=435mm 直径 D 不包括橡胶或者其他材料制造的保护层。输送机经常使用输 送带允许最大拉力的 60%100%，所以选择 D=630mm。 3.2 滚筒的受力分析滚筒的受力分析 滚筒体视作简支梁，两端支撑的端盖在水平面内及垂直面内均为铰 支。作用在筒体上的载荷有输送带对滚筒的张力 F、圆周驱动力 Fu，如 下图所示。以及输送带横向位移产生的轴向力，该力与前两项力相比数 值较小，故忽略不计，电动滚筒筒受力分析如图： 注： 24 图 3-1 滚筒上紧边张力，N； 1 F 滚筒上松边张力，N； 2 F F滚筒上平均输送带张力，N； F= 0 12 2 FF K （3-2） 式中 K0允许过载系数，通常取 K0=1.05 圆周驱动力，N。 u F 因为 = u F 1 F 2 F = 1 F 2 Fe 则有： = （） 1 F u F 1 e e （3-3） 式中 输送带与滚筒间的摩擦系数，按潮湿空气运行取=0.2 注： 25 滚筒的圆包角，取=200。 由此得2.0e 则、的近似计算为： 1 F 2 F =2 （N） 1 F u F （3-4） = （N） 2 F u F （3-5） 从而得到平均张力的计算式： F=1.575 （N） 12 0 2 FF K u F （3-6） 如图，滚筒所受的扭矩为： 3 M = (NM) 3 M 2 u D F500 DP v （3-7） 式中 D滚筒直径，m； 圆周驱动力，N； u F P功率，Kw； 带速，m/s。v 在图中，滚筒所受的弯矩为 M，设输送带平均张力 F 沿滚筒长度 L 均 匀的分布在滚筒上，则滚筒单位长度上受的力 q=F/l. 因此， 注： 26 2 max 0.125 82 4 qlF l MFlA （3-8） 式中：l为滚筒长度，m。 根据第四强度理论，合成弯矩 22 3 3 4 h MMM （3-9） 或者合成应力写成： h 22 3 h （3-10） 式中： 弯矩作用下的正应力，； 2 N mm 扭矩作用下的剪切应力，； 2 N mm 许用应力。按第四强度理论，取 。 1.5 s 2 N mm 通常电动滚筒体均为 Q235A 钢制造，其235M，其许用应力 s a P 156.7M。 a P 而 M W 2 N mm （3-11） 33 2 n MM WW 2 N mm （3-12） 注： 27 式中： W抗弯矩模量，对于内径为 d，外经为 D 的电动滚筒，其 抗弯矩模量按圆柱理论选取： 2 0.1963 16 WRt RR t 3 mm 因此 2 5.093 MM WR t 2 N mm （3-13） 33 2 2.547 n MM WR t 2 N mm （3-14） 式中 R筒体的平均半径，mm； t筒体的厚度，mm； 其他符号意义同前。 根据中长壳的理论验算壳体和允许临界载荷及： c c 2 11 5 3(1) c Et R 2 N mm （3-15） 2 0.9041 5( / ) s c K E l t 2 N mm （3-16） 式中 E钢的弹性模量，取 E206000M； a P 泊松比，对于 Q235 钢，0.3； l筒体长度，mm； 注： 28 系数，。 s K 0.75 0.85 s KZ 其他符号意义同前。 3.3 滚筒厚度的计算滚筒厚度的计算 电动滚筒的轴一般不旋转，只起支撑和承受反力矩的作用，其失效机 制与首先破坏部分与输送机的传动滚筒不同，电动滚筒的破坏主要是磨 损破坏，有的 筒体磨穿也 还在使用。 根据以上情况，电动滚筒多采用薄筒皮结构，必要时，筒体表面再加 所需要的各种覆盖包覆层，减少直接磨损，提高筒体的使用寿命。所以 下面推荐的筒体厚度计算，是根据多年的国内外实践经验，尽量采用了 薄形筒体的经验计算公式。 由于受力分析中得出 2 2 22 2 (0.03880.1875) u F lD W （3-17） 即 2 222 2 (0.1963 )(0.03880.1875) u F tlD 整理后滚筒厚度计算式为： mm 22 2 5094.240.03880.1875 P tlD vR （3-18） 式中 P功率，kW； v带速，m/s； l筒长，mm； D滚筒直径，mm； 注： 29 许用应力，。 2 N mm 这里取，对于 Q235 钢，235。 4 s s 2 N mm 所以，58.75 2 N mm 通常电动滚筒筒体均用 Q235 钢板或钢管制造，则有 mm 22 2 86.710.03880.1875 P tlD vR 有 4.04 22 2 22 86.710.0388 10000.1875 630 1.6 315 t 实际取 t6mm 3.4 滚筒强度的验算滚筒强度的验算 因为 功率 P22kW，带速 v1.6m/s，筒长 l1000mm，直径 D630mm， 筒体厚度 t6mm。 圆周驱动力 N 22 1000100013750 1.6 u P F v 紧边张力 2 1375027500N 1 2 u FF 松边张力 13750N 2u FF 平均张力 F1.5751.575 1375021656.25N u F 扭矩 13750 3154331.25Nm 3 2 u D MF 3 10 滚筒弯矩 0.125 21656.25 12707.03Nm max 0.125 2 4 F l MFlA 正应力 3 22 2707.03 10 5.0935.09323.158 3156 h M Rt 2 N mm 注： 30 剪切应力 3 22 4331.25 1000 2.5472.54718.530 3156 M R t 2 N mm 根据第四强度理论，合成应力为： 2222 323.15818.53039.577 h 2 N mm 45 号钢许用应力为 156.7 a MP 则有， 156.7 ha MP 验算强度合格 注： 31 第四章第四章 电动滚筒行星机构的设计电动滚筒行星机构的设计 4.1 传动方案的确定传动方案的确定 传动部分设计采用的方案为：第一级为 NGW 型渐开线齿轮传动，第 二级为 NGW 型定轴齿轮传动。 4.2 传动比计算及分配传动比计算及分配 (1) 计算传动比 i 1 0.63 970 19.998 6060 1.6 Dn i v 因为行星轮数目=3 时，传动比范围只有=2.113.7，故选用 s C B AX i NGW 型两级行星齿轮传动。 (2) 动比的分配： 分配原则：各级传动等强度，获得最小的外型尺寸。 在 NGW 型两级行星齿轮传动中，用角标 1 表示高速级的参数，用角标 2 表示低速级的参数。 取高速级与低速级外啮合齿轮材料硬度相同，则=，行星轮 Hlim1 Hlim2 数目=3，齿面工作硬化系数=；低速级内齿轮分度圆直径 s C w1 Z w2 Z 与高速级内齿轮分度圆直径之比为 B，并取，取载 B1 d B2 d B2 B1 d B1.2 d 荷布均匀系数= ，取齿宽系数=1.2。 C1 K C2 K d2 d1 因为动载系数，接触强度计算的齿向载荷分布系数及接触强度 V K H K 注： 32 计算的寿命系数的三项比值的乘积为 1.82.0，故取 N Z V1H 1N2 V2H 2N1 K KZ KKZ =1.9。 V1H 1N2 V2H 2N1 K KZ KKZ 所以 A= =1.21.9=2.28 2 s1d2C1V1H 1N2W2Hlim2 2 s2d1C2V2H 2N1W1Hlim1 CK K KZZ CK KKZ Z 由公式 Z= = =3.94 3 AB 3 2.28 1.2 由电动滚筒设计与选用手册图 6-9 可查得 =4.8 1 i = =19.99/4.8=4.16 2 i 1 i i 4.3 传动设计计算传动设计计算 4.3.1 高速级计算： (1) 配齿计算： 由于=4.8 距可能达到的传动比极限值比较远，所以可以不检验 1 i 邻接条件。 由公式 =C B AXA s iZ C （4-1）
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