机械毕业设计（论文）-带式输送机变频张紧装置设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第94页 1 概 述全套图纸，加153893706带式输送机俗称“皮带机”，是以胶带、钢带、钢纤维带、塑料带和化纤带作为传送物料和牵引工件的输送机械，是连续式输送机械中应用最广泛的一种。带式输送机是由承载的输送带兼作牵引机构的连续运输设备，可输送矿石、煤炭等散装物料和包装好的成件物品。它具有运输能力大、运输阻力小、耗电量低、运行平稳、在运输途中对物料的损伤小等优点，被广泛应用于国民经济的各个部门，特别是在矿山生产运输中起着重要的作用。随着我国国民经济的发展，带式输送机在煤炭、电力、建材、钢铁、化工等领域越来越广泛的被使用，特别是在大型煤矿生产中由于其运行可靠、易于自动化和集中化控制，已成为煤炭开采技术与装备的关键设备。张紧装置是带式输送机不可缺少的重要组成部分，现代化经济的飞速发展，生产自动化也越来越占据了主导地位，也积极推动和响应了企业领域中的安全产。变频调速自动张紧装置是保证带式输送机正常工作的重要部件，可以自动地对输送机张力进行实时控制，满足带式输送机正常运行的要求。输送机及张紧装置基本的布置形式如图11所示。 1、2驱动滚筒 4 、5、6、7改向滚筒 3张紧小车图11 输送机及张紧装置基本的布置形式1.1张紧装置的作用张紧装置是皮带机的重要组成部分。由于在启动、制动过程中输送带会发生蠕变，使输送带变长而松弛，胶带输送机张紧装置使其不会发生打滑现象。由此可见，张紧装置是保证带式输送机正常运行必不可少的重要部件，它在输送机工作过程中有着重要的作用：(1) 使输送带在传动滚筒上形成正压力，靠摩擦力将传动滚筒的圆周力传递出来。保证输送带松边有足够的张紧力，防止在起动或运行中胶带在驱动滚筒上打滑；(2) 保证输送带在最小张力点处有足够张力，限制输送带加载时在托辊间的垂度，防止输送带在托辊间距内过分松弛而丧失槽形，引起物料和输送带跑偏，减小输送带在托辊间的运行阻力；(3) 补偿输送带的弹性伸长和塑性伸长。时间长了输送带会自动伸长，而且在过渡工况下发生永久性伸长，同时在起动，制动时输送带自动收紧，可免除机组振动；(4) 为输送带重新接头提供必要的行程；（5）在长距离带式输送机中，减小起、制动时输送带中出现的动负荷;张紧装置对其张力产生重大影响；（6）使输送带有足够的张力，以保证输送带与传动滚筒产生必须的摩擦力并防止打滑；尤其是第（3）条对长距离、大功率带使输送机就显得更为重要，因为长距离带式输送机在启动与制动中的张力比正常运行工况下的张力大10倍之多，从而造成了输送带较大的松边伸长，如果能及时补偿输送带的伸长，使启动时平稳可靠就具有重要的意义。我国带式输送机目前使用的张紧装置有两个特点:1)输送带在驱动滚筒奔离点的张紧力随时间、运行工况任意变化（例如螺栓张紧装置和绞车张紧装置）；2）保持输送带具有恒定张力值（例如重锤张紧装置）。由于输送带在启动过程中的非稳定运动状态下，输送带除受到静的张力作用外，还受到由于速度变化的附加张紧力作用，为了保证输送带在驱动滚筒上不滑动，而且再稳定运行中受力合理，要求它在启动与稳定运行时具有不同的张力，而且在稳定运行时保持张力恒定。但目前的煤矿带式输送机张紧装置不能满足这些要求。为此需要研制一种新型的自动张紧装置。1.2张紧装置分类张紧装置按结构可以分三种形式，重锤式、固定式和自动式（1） 重锤式张紧装置重锤式张紧装置是最初的张紧装置的形式之一，如下图2-1所示，它主要由张紧装置框架、张紧改向滚筒、弹簧缓冲器、偏心制动轮等部件组成。此种张紧张紧装置主要靠框架的重量和配重的大小来张紧皮带，它是利用重锤的重量产生张紧力，并保证输送带在各种工况下均有恒定的张紧力，可以自动补偿由于温度改变和磨损而引起的输送带的伸长变化。此种张紧装置的优点是，结构简单，工作可靠，低的维护量，成本较低；缺点是，不能根据工作情况，调整张紧力的大小，占用空间大。皮带往往只能保持在一种较紧的张紧状态。1滑轨 2张紧装置框架 3滚筒安装平台 4滚筒滑槽5限位挡块6制动偏心轮 7销轴 8装运连杆9吊架 10传动连杆11缓冲器12胶带 13轴承支座 14张紧改向滚筒15配重图1-2垂直重锤式张紧装置车式重锤张紧装置是将重物由钢丝绳通过定滑轮与滑动小车相连,将张紧滚筒固定在滑动小车上,由重物拉动滑动小车对输送带产生张紧力(见图1-3) ;车工式重锤张紧装置是通过用钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的张紧车产生张紧力。图1-3车式重锤张紧装置重锤张紧装置的优点是可以通过重锤的位移迅速吸收输送带的弹性伸长,动态响应快,结构简单,且重锤张紧力是基本恒定的,仅在输送机起动和停车时产生很小的惯性力,因而安全可靠性比较高,在带式输送机中使用最为广泛。它的缺点是: 张紧力始终保持不变,不能随带式输送机起动、稳定运行所需的不同张力进行调节,在稳定运行过程中输送带始终处于过张紧状态,影响输送带的使用寿命;较为笨重,需要的工作空间大(特别是张紧力较大时) ,维修较为费工费时。（2） 固定式张紧装置固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机起动前和停机后可以左右移动改变张紧力,而在运行过程中位置始终不变,张紧力随着张力的变化而变化(不能保持恒定)的张紧装置。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中，螺旋张紧装置见图1-4。图1-4螺旋张紧装置由图1-4可见,张紧滚筒的轴承座安装在活动架上,活动架可在导轨上滑动。旋转调节螺杆,螺母带动活动架一起前进和后退,达到张紧和放松输送带的目的。电动绞车和手动绞车式固定式张紧装置适用于水平输送和小倾角上运输送的大型输送机，但当胶带产生塑性变形后,引起胶带张力变小，悬垂度增大，这时应重新调整张紧位置。固定绞车张紧装置由绞车、张紧钢丝绳、滑轮、张紧小车等组成,通过绞车卷进、放出钢丝绳来调节输送带所需的张紧力。（3） 自动式张紧装置自动张紧装置是一种在带式输送机工作过程中能按一定要求自动调节张紧力的张紧装置，在现代化长距离带式输送机中使用较多，它能够使输送带具有合理的张力，自动补偿输送带的弹性和塑性变形，是一种理想的张紧装置，对长距离大运量的带式输送机，自动张紧装置能够保证输送机有效的工作，避免输送带出现松驰，飘带跑偏，喘振等异常现象。自动式张紧装置有两种形式：电动式张紧装置 是通过电磁可控离合器由励磁器发生的磁场，来改变传递给绞车力矩的大小从而调节输送机带拉力。输送机启动前，启动绞车将输送机带的奔入点拉力增加1.5倍的运动拉力，然后启动驱动电动机，输送带正常运行后，绞车又自动换成正常运行拉力。另一种自动张紧装置是在驱动回程段使胶带保持一个恒定的张力，它是通过测力计与张紧装置的控制系统一起工作，在启动时能传感胶带张力的变化，从而使张紧装置绞车是缠卷或松驰以保持合适的胶带张力。液压式张紧装置 通过液压油缸(或绞车)的快速位移来吸收输送带的弹性伸长,分为液压绞车张紧、液压油缸张紧、液压油缸与固定绞车组合张紧3种。液压绞车张紧装置是通过液压马达动作,使张紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送带的张紧力;液压油缸张紧装置由蓄能站、液压泵站、张紧油缸、电控箱和附件五大部分组成,通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节带式输送机的张紧力。液压张紧装置的优点是结构紧凑,易于实现远距离控制,可以根据输送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带张紧力,控制响应速度快,能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加张紧力。缺点是不能随输送带上载荷的变化自动进行张紧力调节，不容量对皮带的张紧力实现点控。1.3张紧装置的发展概况及国内外现状张紧装置是带式输送机必不可少的部件,是保证输送机正常启动、运行、制动和停车的重要部件，并且它的性能好坏直接影响带式输送机的性能。张紧装置的发展可分为以下三个阶段。第一阶段，纯机械张紧阶段。这一阶段的主要产品有两种:固定式绞车张紧与重锤式张紧。从本质上说，绞车张紧的功能仅仅是张紧，当胶带由于种种原因伸长而张紧力下降时，只能通过人的观察发现后重新张紧;重锤式张紧装置通过滑轮组和重锤块达到张紧的目的，当胶带伸长时，能自动吸收其伸长。第二阶段，张紧力可调阶段。这个阶段的典型产品是自动绞车(机械绞车或液压绞车)张紧装置。其技术发展表现为只能实现在稳定(匀速)阶段的自动张紧，保持胶带在该阶段的张力恒定，而在起动与制动等不稳定运行工况下则与固定式绞车相同。其结构特征表现为带有闸，绞车张紧时松闸，停止时紧闸，绞车运转的时间很短，而大部分时间处于停车待命状态;第三阶段，动态自动张紧阶段。这个阶段的典型产品有液压绞车自动张紧与液压缸自动张紧。其特点为动态响应快，能在起动阶段和正常运行阶段两种状态下作用，保持张紧力的稳定。液压绞车长时间处于工作状态，其结构特征是不带闸。国内常见的带式输送机张紧装置有重锤张紧和固定绞车张紧，近几年又出现了液压油缸式张紧装置。（1）重锤式张紧装置结构最简单，应用最广泛，由于重锤的作用，它能保证张紧力在各种工况下保持不变，其力学特点是张紧力不变，张紧位移可变。但重锤张紧需要在煤矿井下专门开拓硐室，有的矿井为了安装张紧重锤，还需专门开拓暗井，其张紧力的大小只能凭人工来增加或减少。（2）固定式张紧装置是指张紧滚筒在输送机启动前或停机后可改变张紧力。其中螺旋张紧装置常用于短距离输送机中；电动绞车和手动绞车固定式张紧装置适用于水平运输和小倾角运输的大型输送机。但当输送带产生塑性变形后，引起输送带永久变形增加而逐渐减小，悬垂度增大，就必须重新调整张紧位移。因此只能定期调整输送带的张紧程度，一般开始外于过张紧状态，使带式输送机的输送带承受额外的附加载荷，在运行过程中张紧力随着输送带永久变形增加而逐渐减小，经常出现打滑现象。（3）油缸式张紧装置可根据输送机的不同工况及输送带张力的不同要求调节输送机启动时和稳定运行时的张紧力，带式输送机启动时，输送带的松边突然松弛伸长，此时张紧油缸在蓄能站的作用下立即收缩活塞杆，补偿输送带的伸长量，使输送机启平稳，有效地保护了输送带。但液压油缸式张紧装置的张紧行程在很大程度上受油缸长度的限制，而且其液压系统的内泄漏很大，各种阀件的寿命也较低，液压系统的密封经常会出现被冲坏的现象，直接导致系统压力急剧下降，张紧力随之急剧降低，致使输送带打滑被迫停机检查。故障率高，也给维护带来很多不便。（4）液压绞车式张紧装置可根据带式输送机不同布置线路的需要自动调整输送带张力，使输送机更经济、安全地运行。对大运量、长距离带式输送机，液压绞车张紧装置可根据输送机张力的变化实现自动控制，能够在输送机起、制动时迅速产生足够的拉力，自动地把张力调节到额定张紧力的1.3-1.5倍，允许波动10%，以减少输送带的波涌现象，从而有效地防止输送带在起、制动过程中可能引起的打滑现象，又能自动降低张力，使张力值为额定工作压力的0.9-1.1倍，以满足带式输送机正常运行的要求。 （5）英国生产的气动液压恒张力自动张紧装置，由于体积庞大，不适应我国较小断面的巷道，加之性能上存在大量的缺陷，未能应用。法国的A型带式输送机张紧装置，采用液压系统，通过执行无件油缸内活塞的往复运动，来承受输送机运行所产生的塑形伸长和过度工况下弹性伸长的变化。此种张紧装置在运行中液压系统经常出现压力失调和调定压力突然下降，低于稳压保护开关迫使输送机停止运转，对生产造成影响。1.4 对张紧装置的要求（1） 响应速度快，工作可靠；（2） 张紧滚筒上输送带的包角，并与滚筒位移平行，施加的张紧力应通过滚筒中心，以免张力由于其位置不同而变化；（3） 不能出现死区，即张紧滚筒作反向移动时，不至于产生张力突然变化。尤其机尾有低谷的高垂度输送机，制动时在低谷处会由于垂度过大而引起输送带的折叠和严重变形，从而导致落料。张紧装置的位置（1）张紧装置尽量安装在靠近传动滚筒的空载分支上，以利于启动和制动时不产生打滑现象；（2）张紧装置应尽可能布置在输送带张力最小处，这样可减小张紧力；（3）应尽可能使输送带张紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，且施加的张紧力要通过滚筒中心。2 主要设计参数及方案确定2.1 主要设计要求对比各种张紧装置的作用，根据实际情况设计一台机械张紧装置：工作参数如下；（1） 最大张紧力F: 150KN（2） 张紧行程L: 15 m2.2 方案的确定对比上述各种张紧装置的作用,按常规方式设计的各种机械张紧装置,很难达到最佳的张紧效果。主要问题在于皮带张紧时不能对张紧力进行实时控制和自动调节，而且响应速度慢，变频调速张紧装置作为一种新型的皮带张紧装置，它采用了变频调速技术，起、制动时对皮带的冲击能明显降低，延长了皮带和设备的使用寿命。该装置结构简单、维护方便，并且能够实现长距离带式输送机的张紧要求。自动绞车式张紧装置具有以下特点：通过拉力传感器电信号控制张紧装置，可靠性高。在皮带机启动阶段，能提供足够大的启动张紧力；启动完毕后又可使胶带的张紧力恢复到额定值以维持胶带输送机的正常运行，再加上变频调速技术，达到能够对张紧力进行实时控制和自动调节的要求。在此选择变频调速自动绞车张紧装置进行设计。变频调速自动张紧装置的系统主要由变频调速电机，自锁蜗杆减速器，一对开式齿轮，卷筒，张力传感器等组成。变频调速自动张紧装置的工作原理：当带式输送机起动时，首先把主电机的起、停信号传递给自动张紧装置的控制系统，电机，蜗轮蜗杆减速器，卷筒工作，钢丝绳通过滑轮拉紧张紧滚筒。当张力传感器反馈张紧力达到起时设定值时（即正常工作的1.5倍），变频电机停止工作，自锁蜗杆锁紧。主电机起动结束信号再次传递给张紧装置控制系统，电机反向工作，卷筒靠输送机张力逆转，起着自动松带的目的，直到张力传感器反馈的数值达到设定工作值时，自锁蜗轮蜗杆处于自锁状态。在正常工作时充许输送机张力在设定值的10%范围内波动。如果皮带张紧力小于设定张力时，自动张紧装置自动起动，输送带被拉紧，直到张紧力到设定范围内。当张力大于设定张紧力时，电机得到信号，开始工作，蜗轮蜗杆反转，皮带张力自动下降。当张紧力突然降到了0时，说明皮带断裂或是发生其它情况，此时张紧装置停止工作。变频调速自动张紧装置的特点：（1）变频调速，采用目前较为先进的变频调速技术，可在张紧装置起、制动时减少对皮带的冲击，从而延长其设备的使用寿命。（2）自动调节张紧力的适应性强，可在输送机运行过程中，根据运行条件自动调节张紧力，满足输送机起、制动及正常运行时能自动地以不同张紧力运行，保证输送带以较大张力起、制动，防止输送机的波涌现象；也可在较小的张力下运行。这对大型输送机来说，提高了整个输送机系统的可靠性、安全性，并延长了输送带的使用寿命。实际的各种工况下输送机张力的理论值与现场值之间有很大的差距，加上控制系统信号采集误差，造成现场工作点张力偏离理论值很大。这就要求张紧装置对张力的调节功能较强。（3）响应速度快，设计自动张紧装置时，必须考虑张紧装置的反应速度不能滞后于张波在输送带中的传播速度。（4）设备维护简单，自动张紧装置只有电器和机械部分，与目前传统带式输送机上使用的许多张紧装置相比，中间减少了一些机械和液压部件。在满足使用的条件下，系统零部件越少，越不易出现问题，因而工作安全可靠、维护也方便快捷。2.3 总体方案的确定采用交流变频调速电机作为驱动源，传动部分由蜗轮蜗杆传动和一对斜齿轮传动与外齿轮三部分组成，电机与工作滚筒成T型布置。由于绞车输出力较大，滚筒转速极低，故采用三级减速方案：第一级为调整电机安装中心高的过渡传动装置，采用一对斜齿轮；第二级减速器装置为单头蜗杆-蜗轮副；第三级为一对外齿轮，大齿轮与滚筒固联，小齿轮由蜗轮轴驱动。电机的输出轴直接与斜齿轮用键连接。蜗轮的输出轴与外齿轮中的小齿轮用C型键连接。滚筒组与外齿轮中的大齿轮用键连接。在滚筒轴的两端用调心圆锥滚子轴承作支撑,并加以滚动轴承座支撑。传动方案图如下所示：传动方案图图2-41.变频电动机2.减速器3. 卷筒 4.固定绳轮 5. 钢丝绳6.稳车滑轮 7.张力传感器 8.大齿轮9.中间齿轮 10.小齿轮3 张紧装置总体设计3.1电动机的确定假设卷筒上钢丝绳的平均牵引速度为该机构在传动过程中总的效率损失为： 式中：自锁蜗杆的效率，取0.43；圆柱齿轮传动（脂润滑）的效率，取0.96；滚动轴承的效率，取0.98；滑轮的效率，取0.90；最大张紧速度：根据传动方案的设计：张紧力F是由4根钢丝绳来承担：(1)恒扭矩控制时：滚筒上的钢丝绳拉力： =150/4=37.5KN 有功功率： 37.50.033=1.25kw电动机输出功率 （2）恒功率控制时：滚筒上的钢丝绳拉力：=0.8150/4=30KN滚筒上的钢丝绳线速度：有功功率：由上面的分析可得，要保证设计要求，有功功率取为。(3)确定电机型号电动机所需额功率P和电动机输出功率之间有以下关系： 式中K为功率储备系数，一般取K=1.11.5，无过载时取取K =1.5P 查表得：因此根据所给条件选择5.55kw的电机满足工矿要求。选择的电动机型号：三相异步变频调速电机YVP132M-6；电机参数：功率kw恒转矩调频范围550Hz同步转速1000r/min3.2机构工作级别的确定3.2.1机构利用等级机构利用等级按机构总设计寿命分为十级，见表8-1-1。总设计寿命规定为机构假定的使用年数内处于运转的总小时数，它仅作为机构零件的设计基础，而不能视为保用期。由表8-1-1，选取机构等级。总设计寿命：6300h说明：经常中等地使用。 3.2.2机构载荷状态载荷状态是表明机构承受最大载荷及载荷变化的程度。载荷分为四级。由表8-1-2，根据实际情况选用-重。说明：机构经常承受较重的载荷，也常承受最大的载荷。3.2.3 机构工作级别机构工作级别按机构利用等级和载荷状态分为八级。见表8-1-3，根据机构利用等级与机构载荷状态选取机构工作级别为。 3.3钢丝绳直径计算与选取（1）煤矿井下绞车用钢丝绳直径采用GB1102-74标准规mm,钢丝绳结构大部分是点接触光面钢丝绳。（2）点接触-股内各层之间钢丝互相交叉，呈点接触。（3）在圆股的钢丝绳（GB1102-74）标准中，只有钢丝破断拉力之和而无整根钢丝绳的破断拉力。（4）钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力按式（8-1-1）确定：式中：钢丝绳最小直径， mm；选择系数， mm/N；钢丝绳最大工作静拉力 N；KN 可根据机构工作级别确定：根据机构工作等级，查表8-1-8得： mm/Nmm钢丝绳的安全系数取n=4，则钢丝绳所能承受的拉力需满足以下的要求： 选绳：查标准值,取mm。 查机械设计手册， 表选择： 绳 股 绳纤维芯，钢丝绳表面镀络。其主要参数如下： 钢丝绳直径： 16mm 钢丝直径： 1.7mm 钢丝总断面面积： 参考重力： 钢丝绳公称抗拉强度： 钢丝破断拉力总和： 3.4滚筒几何尺寸的确定(1)滚筒名义直径：式中：钢丝绳的直径；与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按表8-1-54选取。根据机构工作级别M4，可查得：h=16；则mm (2)绳槽半径：mm 取mm (3)绳槽深度（标准槽）： mm 取mm (4)绳槽节距（标准槽）： 20mm 取mm (5)卷筒厚度（铸钢卷筒）： mm (6)多层缠绕卷筒长度：则，考虑钢丝绳在卷筒上排列可能不均匀，应将卷筒长度增加，即其中：卷筒绳槽底径，mm各层直径每层圈数设缠绕圈数根据实际的工作情况，卷筒上需有5圈绕绳，即。卷筒长度为：mm取mm mm ，=276+16=292mm ， mm mm ，mmmm ，为了防止钢丝绳脱出卷筒两边设置挡边，其高度比最外层钢丝绳高出；即卷筒的最大外径： = =mm 取=462mm(7)卷筒强度的计算：卷筒壁内表面最大压应力：mm因此由表8-1-55选用卷筒内表面最大压应力进行强度计算：（MPa）式中：钢丝绳最大拉力，N 卷筒绳槽节距， mm 卷筒壁厚， mm 许用压应力， MPa 与卷筒层数有关的系数卷筒层数1234系数1.11.41.82由于，查上面表格得系数 卷筒材料用45钢，查手册，45钢的屈服强度为：MPa 则：MPaMPa经检验卷筒强度符合要求。 校验最大张紧力能否满足机构在任何时刻的工况要求。分析可知，只要在满足扭矩小于电机的额定扭矩即可。卷筒的转速：r/min 电机最小满载转速：r/min 总传动比： 最大张紧力在时，卷筒上所受的最大扭矩为：Nmm而变频电机的额定扭矩转化到卷筒上的扭矩为：Nmm 因为 ，所以最大张紧力满足工况要求。由于高速低转矩的原因，验算速度最大时能否满足扭矩当Hz时，转速为r/min。=NmmNmm由于，满足工况要求。 3.5传动比的分配已知电动机满载转速为及工作机的转速为时，总传动比等于 式中工作机的转速，对于带式输送机 （）滚筒的直径：mm滚筒的转速： r/min电动机最小满载转速：r/min总传动比： 具有自锁性能的蜗轮蜗杆传动，传动比根据手册，其传动比范围580，在这里选择蜗轮蜗杆的传动比为。则一对开式齿轮传动的传动比为：4 绞车减速装置的设计计算4.1绞车减速器参数确定根据减速器情况并查蜗轮蜗杆传动设计参数，决定三级传动比的分配情况如下: 第一级减速装置采用调整电机安装中心高的过渡传动装置，采用一对斜齿轮，其传动比为第二级减速装置为单头蜗杆-蜗轮副传动： 第三级齿轮传动：电动机输出功率：p=7.5kw 系统总传动比：i=157 第一级： 第二级： 第三级：系统中各个传动轴的速度：1轴=970 2轴 =3轴 轴转速： =齿轮转速： =15.89r/min4轴 轴转速： =0 r/min齿轮转速： 各轴功率计算： 电机输出功率为：P=7.5kw 1轴 =7.28kw2轴 =5.14kw3轴 =5.04kw4轴 =4.94kw计算各轴扭距1轴2轴 3轴 轴上扭矩： 齿轮扭矩： 4轴 轴上扭矩：齿轮扭矩： 4.2齿轮的设计计算4.2.1齿轮材料的选择和热处理方法第一级采用一对斜齿轮 传动比齿轮轴 40cr 表面淬火 HRC 4855大齿轮 40cr 表面淬火 HRC 4855由图查得齿轮的疲劳极限应力按质量（M）要求从图14-32和图14-24中查得4.2.2初步齿轮的主要参数按齿面接触疲劳强度估算齿轮尺寸，即按式（14-1）计算中心距式中 u=1Ja=480 (表14-36)考虑到速度较慢，和轻微的冲击，取载荷系数K=1.31, 取齿宽系数0.4（表14-33）。取，则1350pa 。中心轮传递的扭矩（机械设计手册表14-31）将以上数据带入a的计算公式中计算模数m 取齿轮的齿数为34 则大齿轮z2=12取模数m=44.2.3齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度参考设计手册表6.7 和表6.8 选取公差组8级小轮分度圆直径 齿宽系数 查表6.9 按齿轮相对轴承为悬臂布置=0.4材料弹性系料 查表面质量6-4节点区域系数 查图6-3（）重合度系数 由推荐值0.85 -0.92 故 得 齿数比 传动比误差： 合适采用斜齿轮，按机械设计手册表14-2，取标准模数。初取（机械设计手册表14-33），则齿轮中心距为： 圆整取 分度圆螺旋角 分度圆直径 圆周速度 齿宽 圆整 取4.2.4齿根弯曲疲劳强度校核计算由式 当量齿数 齿形系数 查表为2.185应力修正系数 查表为1.62不变位时，端面啮合角 端面模数重合度 重合度系数螺旋角系数由推荐值0.85-0.92 取0.89故 齿根弯曲强度满足4.2.5齿轮其他主要尺寸的计算齿轮分度圆直径：136.96齿根圆直径：齿顶圆直径：4.3 蜗杆蜗轮传动的设计计算第二级采用蜗杆蜗轮传动，蜗杆传动是用来传递空间两交错轴之间的运动和动力的，通常两轴的交角为。蜗杆传动的特点：1、传动比大，在动力传动中，一般传动比i=5-80,d在分度机构中可达1000；2、传动平稳，冲击力小；3、具有自锁性；4、相对滑动速度较大，当工作条件不够好时，会产生严重的摩擦摩损，传动性效率低，自锁性时效率仅为40%左右；5、要采用减摩性好的贵重有色金属的合金作蜗轮，成本较高。4.3.1材料及齿数的确定蜗杆副的材料组合首先要求有良好的减磨性和抗胶合能力。此外，还要求有足够的强度。蜗杆一般采用碳钢和合金钢制造，要求有较高的齿面硬度。高速重载的蜗杆采用15Cr,20Cr或20CrMnTi等材料并经渗碳淬火处理，齿面硬度达；一般情况可用45钢或40 Cr等进行表面淬火，硬度为；对不太重要或低速重载的传动，可用40、45等碳钢经调质处理，硬度为。蜗轮齿圈的常用材料为铸造锡青铜，如ZcuSn10Pb1,他的减磨性和抗胶合性最好，适于滑动速度较高的场合，但价格较贵；铝青铜，如ZcuAl10Fe3,强度较高，价格较低，但抗胶合性能较差，一般用于滑动速度不高（m/s）的传动；在滑动速度较低（m/s）的不重要传动中，蜗轮可用球墨铸铁或灰铸铁制造。考虑到蜗杆的工作情况在此选用45钢表面淬火，硬度为。选蜗轮齿圈的材料为铸造锡青铜，即ZcuSn10Pb1,他的减磨性和抗胶合性最好，适于滑动速度较高的场合。蜗杆头数根据传动比和蜗杆传动的机械效率确定，越少，结构越紧凑，但机械效率越低；越多，机械效率越高，但蜗杆加工越困难。的蜗杆，多用于要求自锁和大传动比的情况。或4的蜗杆，多用于动力传动或需机械效率较高的场合。的蜗杆，因加工困难，很少使用。蜗轮的齿数，通常取。为了避免蜗轮轮齿发生根且并保证至少有两对以上的轮齿参与啮合，不应小于26。但在动力传动中，也不宜太多，若过多，则结构尺寸过大，蜗杆支撑跨度增大，使蜗杆刚度降低，从而影响蜗杆传动的啮合精度。考虑到蜗轮的使用情况，选蜗轮头数和是符合要求的。蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其效率更低，且蜗轮尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率、减小蜗轮结构尺寸，通常将其布置在高速级。4.3.2 按蜗轮齿面接疲劳强度计算由式（8-93）： 蜗轮力矩： 蜗杆传动的总机械效率：式中：啮合效率轴承效率搅油的效率带有自锁性的蜗轮蜗杆的效率：取 kw 蜗轮转速：r/min Nmm载荷系数:使用系数，查表8-28，取。 动载荷系数：按估取m/s 查图8-57，得 载荷分布不均匀系数，载荷平稳，跑合良好 则 弹性影响系数，由表8-29查得： 许用接触应力，由式（8-94）：基本许用接触应力：查表8-19，N/mm 应力循环次数，由式（8-70）： 则:N/mm mm查表8-9，得模数 则蜗杆分度圆直径：mm蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角： 蜗轮分度圆直径：mm 蜗轮圆周速度：m/s 由，根据表8-16，选取级精度。 4.3.3蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核计算由式（8-96）：齿形系数，查表8-30，并插值得 许用弯曲应力：由式（8-98）, 弯曲疲劳强度的寿命系数：基本许用弯曲应力：查表8-18，N/mm N/mm 则: N/mm 弯曲强度足够。 4.3.4圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算(1)蜗杆轴向模数（蜗轮端面模数）： mm (2)传动比： (3)蜗杆头数： (4)蜗轮齿数： (5)蜗杆直径系数（蜗杆特性系数）： (6)蜗轮变位系数： (7)中心距：mm (8)蜗杆分度圆柱导程角： (9)蜗杆节圆柱导程角： (10)蜗杆轴向齿形角：阿基米得圆柱蜗杆: (11)蜗杆（蜗轮）法向齿形角： (12)顶隙：mm (13)蜗杆齿顶高：mm (14)蜗轮齿顶高：mm (15)蜗杆齿根高：mm (16)蜗杆分度圆直径：mm (17)蜗轮分度圆直径：mm (18)蜗杆节圆直径：mm(19)蜗轮节圆直径：mm (20)蜗杆齿顶圆直径：mm (21)蜗轮喉圆直径：mm (22)蜗杆齿根圆直径：mm (23)蜗轮齿根圆直径：mm (24)蜗杆轴向齿距：mm (25)蜗杆轴向齿厚：mm (26)蜗杆法向齿厚：mm (27)蜗杆分度圆法向弦齿高：mm (28)蜗杆螺纹部分长度：mm (29)蜗轮最大外圆直径：mm (30)蜗轮轮缘宽度：mm (31)蜗轮咽喉母圆半径：mm (32)蜗轮齿根圆弧半径：mm (33)蜗杆轴面齿形角： (34)蜗杆轴向齿厚：mm (35)圆弧中心到蜗杆轴心线距离：mm (36)圆弧中心到螺牙的对称线距离：mm (37)蜗杆轴向齿廓圆弧半径：mm (38)蜗杆螺牙齿顶厚：mm (49)蜗杆螺牙齿根厚：mm4.4蜗杆轴系的结构设计（1）蜗杆轴直径的确定：弹性套柱销联轴器的选择；联轴器的计算转矩：式中：计算转矩； Nmm理论转矩； Nmm工作情况系数； 取则： Nmm查手册：选用型弹性套柱销联轴器，许用转矩Nmm 。实心圆轴的扭转强度计算公式为：校核计算公式： N/mm设计计算公式： mm式中： 扭转剪应力， N/mm； 轴传递的转距， N/mm； 轴的抗扭截面系数， mm； 轴传递的功率， KW； 轴的转速， r/min； 轴的直径， mm； 考虑了弯距影响的许用扭转剪应力和设计系数，查表4-2，取。 mm当轴上开有键槽时会削弱轴的强度，要适当增加轴的直径。轴段上有一个键槽时，轴的直径增大3%5%，因此mm。由于电机已经选定，所以电机的输出轴的直径已知，直径mm。电机与蜗杆轴的联接采用弹性套柱销联轴器。弹性套柱销联轴器结构简单，维护方便，承载能力大，且具有定量补偿两轴的相对偏移和一般减震、缓冲、电绝缘性能。用于启动频繁、经常正反转、载荷平稳的传动。它的外型尺寸较小，重量较轻，承载能力较大，要求安装精度较高。工作温度：。查表6-2-29，选轴直径为50mm。图4-1如图4-4所示轴段用于安装与电机轴斜齿轮相联的配对斜齿轮，其直径应该与斜齿轮的孔径相配合，因此要先确定斜齿轮的孔径。根据工作要求选用斜齿轮的孔径与电机轴的孔径相等，确定了轴段的直径mm,长度mm,其中选用型平键，工作长度mm.轴段为斜齿轮的轴向定位，轴段右端制出定位轴肩，取轴肩高度mm),所以轴段的直径mm,根据轴承的安装和定位结构，选用深沟球轴承和单向推力轴承。对于深沟球轴承，其内圈两侧需固定，外圈则不固定，从而允许轴承游动。取轴段直径mm,选用轴承型号6214，尺寸，对于单向推力轴承，紧圈采用定位圈定位，松圈采用轴承端盖定位。综合考虑各方面，确定mm.轴段为轴承的定位端，考虑到实际情况，取。轴段 根据蜗轮的分度直径以及蜗杆的齿轮的长度暂定为。便于圆柱面蜗杆的加工 要小于圆柱面齿轮的分度圆直径。故取。 轴段用于蜗杆的螺纹部分，根据蜗轮蜗杆啮合传动取轴段部分，此段与段对称布置，所以其轴径的直径mm，长度mm.轴段与轴段的作用相当，因此轴径mm，长度mm。轴段和轴作用差不多,所以轴段的直径mm,根据轴承的安装和定位结构，选用深沟球轴承和单向推力轴承。对于深沟球轴承，其内圈两侧需固定，外圈则不固定，从而允许轴承游动。取轴段直径mm,选用轴承型号6214，尺寸，对于单向推力轴承，紧圈采用定位圈定位，松圈采用轴承端盖定位。综合考虑各方面，确定m 4.4.1轴上零件的周向定位（1）半联轴器与轴的周向定位采用型普通平键连接，按mm，从手册中查的平键截面尺寸，根据轮毂宽度，由键长系列中选取键长mm，半联轴器与轴的配合为。蜗轮与轴的周向定位也采用型普通平键连接，平键的尺寸为.为了保证齿轮与轴有良好的对中型，取齿轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是采用过渡配合保证的，因此轴段直径尺寸公差取为。（2）键的校核： 当轴传递转距时，键的工作面受到压力的作用，工作面受挤压，键受剪切失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃键被剪坏。当键用45钢制造时，主要的失效形式是压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是： N/mm式中：键与轮毂槽（或轴槽）的接触高度， mm；为键高，查表得mm；键的工作长度，型： mm；许用挤压应力，N/mm,查表的 N/mm由上式得：mm因此选取的键长度mm是满足挤压强度条件的。4.4.2蜗杆面的受力蜗轮回转方向：在进行蜗杆传动的受力分析时，首