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带式输送机传动滚筒设计,输送,传动,滚筒,设计
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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 摘要 带式输送机是用于散料输送的重要设备，适用于矿山机械。传动滚筒作为带式输送机的重要部件，其作用更是举足轻重。滚筒是带式输送机的主要传部件，它的作用有两个：一是传递动力，二是改变输送带运行方向。带式输送机滚筒的设计质量，关系到整个输送机系统的性能、安全性和可靠性。目前，国内滚筒的设计一般采用近似公式，对于中小型滚筒已经能够满足工程需求，但对于大型滚筒这种设计方法其结果与工程实际有一定的差距，它的安全性和可靠性难以保障。由于缺乏精确的计算方法，如果盲目的增大安全系数，会使结构尺寸变大，重量增加，强度得不到显著的提高同时又增加了成本。本设计首先对带式输送机滚筒结构的设计计算方法进行了分析研究，修正了有关计算公式，完善并统一了设计计算内容，对带式输送机传动滚筒进行了严谨的数学推导，在大量的参考了国内该部分的相关教材和资料的基础上，结合了一定的实践而编写的。由于传动滚筒的适用范围不断扩大，对其需求量也不断增加。故对滚筒设计有一定的必要性。在对滚筒设计中要充分了解主要部件的工作特性，合理进行选型设计和性能匹配。关键字： 带式输送机 传动滚筒 Abstract Belt conveyor is used for the important bulk conveying equipment, suitable for mining machinery. Transmission roller as an important part of the belt conveyor, and its function is more critical. The cylinder is a belt conveyor of the main parts, its action has two: one is to transfer power, 2 it is to change the conveyor belt running direction. Belt conveyor roller design quality, relationship to the whole conveyor system performance, safety and reliability. At present, the domestic roller design general use of the approximate formula, for small and medium-sized roller has been able to meet the engineering requirements, but for large drum the design method and the results have a big gap between the actual engineering, it is difficult to guarantee the safety and reliability. Because of the lack of accurate calculation method, if blind increase safety coefficient, can make the structure size change, increase the weight, strength not rise significantly increased again at the same time the cost. This design first of belt conveyor roller structure, the calculating method of analysis and study of the fixed related calculation equations, perfect and unified design calculation content, to the belt conveyor roller drive the rigorous mathematical reasoning, in a large number of reference in this part of the relevant material and material, and on the basis of the practice of combining must be written. By driving roller, the scope of application of expansion, the demand is on the increase. So the roller design had some necessity. In the design of roller to fully understand the main parts of the characteristics, the reasonable selection of design and performance match.Key word: belt conveyor transmission roller49目录前 言1第一章 绪论21.1 滚筒在国民经济中的作用21.2 传动滚筒的发展状况31.3 国内外研究现状51.4 结构与种类61.4.1 按驱动方式分61.4.2 按轴承内孔大小分61.4.3 按外形分71.4.4 特殊滚筒71.5 传动滚筒的研究目的和意义8第二章 传动滚筒的设计102.1 传动滚筒的选择及其传动理论102.1.1 传动滚筒直径的确定122.1.2 滚筒的性能特点及其选用142.2 传动滚筒的设计152.2.1 传动滚筒筒壳内外表面的应力152.2.2 传动滚筒接盘应力172.2.3 传动滚筒结构参数的设计192.3 滚筒通体外径D与厚度t之间的关系192.4 传动滚筒的轴径d、筒壳厚度h、接盘辐板厚度t、接盘支点等参数关系212.4.1 设计变量212.4.2 弯扭矩计算232.4.3 求最大当量弯矩242.4.4 轴的强度校核242.4.5 接盘内应力的计算242.4.6 边界约束条件确定的参数关系242.4.7 各段轴径之间的参数关系252.4.8 滚筒体的最大直径为D与最小直径之间的参数关系252.4.9 滚筒体总长度与滚筒体L的中部圆柱部分的长度b的关系25第三章 典型传动滚筒的设计263.1 滚筒体263.2 轴的设计313.2.1 轴的材料的选择313.2.2 轴径的初步估算313.2.3 轴的结构设计323.3 滚筒胀套连接的选择与校核333.3.1 胀套连接的常见问题333.3.2 胀套的选择343.3.3 胀套的校核353.4 接盘的设计与计算373.5 支座的选择383.5.1 支座的选型383.5.2 支座的材料选择383.5.3 支座的结构设计383.6 轴承的选则和寿命的校核393.6.1 轴承的选择393.6.2 滚筒轴承寿命的校核403.6.3 基本额定寿命403.6.4 基本额定动载荷和轴承寿命的计算413.6.5 计算轴承支反力，413.6.6 轴承寿命的计算413.7 键的选择与校核423.7.1 键连接的选择423.7.2 联接的强度计算42总 结45致 谢47参考文献48前 言 带式输送机是用于散料输送的重要设备之一。其结构特别简单，运行平稳可靠，能耗低，对环境污染小，便于集中控制和实现自动化，管理和维护方便，在连续装载的条件下可实现连续运输，因此，在国民经济各部门特别是煤炭和矿山运输系统中应用十分广泛。由于其适用范围的不断扩大和对其需求量的不断增加，带式输送机的设计和制造技术也有了长足发展。传动滚筒作为带式输送机的重要部件，起作用更是举足轻重。众所周知，零部件的工作特性，对整机性能有重要影响，加之用户和使用环境的千变万化，带式输送机中的传动滚筒的设计不仅还会涉及其初步设计和零部件的选型设计，并且还越来越多地涉及零部件的设计，充分了解主要零部件的工作特性，合理的进行造型设计和性能匹配。第一章 绪论 传动滚筒是一种驱动装置，它主要应用于固定式和移动式的带式输送机设备，也是带式输送机的重要组成部分，它的结构和工作原理对带式输送机整体特性影响很大。本章先介绍传动滚筒在国民经济中的作用，然后是滚筒的发展状况。1.1 滚筒在国民经济中的作用由于滚筒具有结构紧凑，传动率高，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条件下工作，包括潮湿、泥泞、粉尘多的环境，所以目前国内外已将电动滚筒广泛应用于采矿、冶炼、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。滚筒在国民经济中的作用随着现代化工业的发展，传动滚筒作为传动链已广泛应用于各种生产线中的辊子输送机和辊道输送机，用来输送城建物品。进入20世纪70年代以后，传动滚筒的应用场所扩展的十分迅速。例如，锥形传动滚筒，使辊道输送机转弯成为轻而易举的事。所以，飞机场、邮电局能用它来分拣行李物品、包裹等货物。两端直径达、中间直径小、类似双曲线形状的电动滚筒，可以应用于林场运送原木。经过专门设计，可以制成卷绕钢丝绳、电缆等柔性绳索的卷绕滚筒，并且可以在滚筒内部装上安全可靠的制动装置和防止逆转装置。经过特殊制造的传动滚筒，可以输送高温物料和高温钢胚。有的特殊传动滚筒可以在化纤加工过程中作为脱水轧辊使用。如果在滚筒体的圆柱面上焊接螺旋形叶片，还可以制成轻巧的螺旋输送机。此外，双速，三速或无级变速的电动滚筒已广泛应用与超级市场和技术精密型产品的生产线上。专门制造的隔爆型传动滚筒可以用在易燃、易爆的环境中。近年来，还有人试图将微型电动滚筒应用到旅游服务行业。例如，宾馆、饭店中的擦鞋机，窗帘卷帘机等等。总之，随着传动滚筒设计，制造技术的不断改进以及高新技术的引入，传动滚筒的应用范围越来越广泛，传动滚筒在国民经济各个领域中的作用也越来越重要。随着科学技术的不断进步，其应用场所更是越来越广泛，其发展前景也相当可观。为了提高产品质量，重视提高产品的可靠性，不断开发研制新产品，开拓国内市场，设计出有高可靠性的产品，才能使用户放心大胆的使用，才能提高企业的声誉，企业的产品在国内，外市场上才能被人们信任，才能取得良好的经济效益和社会效益。1.2 传动滚筒的发展状况 连续输送机械是物料搬运机械的重要组成部分，是其中的一大类别。带式输送机是连续输送机械中效率最高、应用范围最广泛的一种机型，是散料输送的重要设备。带式输送机是以输送带作为牵引构件和承载构件的一种连续输送设备。输送带上的物料随输送带一起运行，根据需要可以在输送机头部或中间部位卸料1。输送带用托辊支撑，运行阻力小。带式输送机可以沿水平或倾斜线路布置，在输送原煤时，向上最大输送倾角一般为1718 ，向下最大输送倾角一般为1516。当采用花纹输送带并采取其它相应措施上运倾角可高达2832，下运倾角可达2528。当采取某些特殊措施或专用带式输送机时，可以实现更大的输送倾角甚至垂直提升。随着国民经济的飞速发展，矿山、建材、化工、港口、粮食、电力、煤炭等部门对散状物料的输送提出了新的要求，长距离（指单机输送长度，国外最长达15000m，国内最长为沈矿为海螺集团研制的10300m 平面转弯带式输送机）、大运量（高带速和大带宽）和大倾角输送物料是其主要发展方向之一2，同时提出无公害环保输送散状物料的要求。无论国外还是国内的建材及矿山行业，在这两种输送方案的对比选择后，还是较多的选择以长距离、大运量的带式输送机代替汽车运输的方案。其原因是采用汽车运输不仅要修建公路、购买汽车一次性投资大，而且日常的公路和汽车维修费用也很高。带式输送机输送散状物料是连续的物料流，生产效率高。目前，国外最大带速已达12m/s。国内的最大带速达5.8m/s，最大输送量9800t/h。当然，增加输送带的宽度也可以提高输送量（国外采用的最大带宽是3300mm），但增加带宽使整机所有相关尺寸增大，增加了设备的总投资。特别是输送带的成本要占整机成本的3050%，而且距离越长，运量越大，所占的比例就越大。同时，大带宽需要相应的硫化设备（包括输送带接头的硫化），因此我国目前所采用的最大带宽为22002800mm。近年来，通过引进国外先进国家的带式输送机整套设备及技术，以及国内广大科研人员的共同努力，可以说国内设计和制造的长距离、大运量带式输送机的水平已经可以满足国内市场的需求，但是一些关键技术尚需引起重视并加以深入研究和开发。国内投入使用的部分长距离、大运量的典型带式输送机如表1.1 所示。到目前为止，沈矿集团为天津港设计的带式输送机最大输送量达9800t/h；沈矿集团为海螺集团设计的单机最长达10.3km。向家坝水电站31.1 公里沙石料长距离大运量带式输送系统，由2.5 公里到8.2 公里共5 条带式输送机组成的输送系统。带宽1.2m，带速4.5m/s,输送量3000t/h，带强ST4500。国外长距离带式输送机的应用。到目前为止，西班牙的西撒哈拉带式输送机线路是世界上最长的长距离输送机线路。该线路长达100km，用来将位于石质高原地区的布克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾汾阿雍海港。此线路于两年半内建成，并于1972 年投入使用，整条线路由长为6.911.8km 的11 台输送机组成。输送机采用宽度为1000mm，强度为3150N/mm 的钢绳芯输送带，带速为4.5m/s。输送带的安全系数为6.710。澳大利亚恰那矿20km 地面带式输送机系统是代表现代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为10.3km 的平面转弯带式输送机和一条10.1km 的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧长为4km。两条输送机除线路参数外，其它参数相同，输送能力为2200t/h，带宽1050mm，输送带抗拉强度为3000N/mm，安全系数为5，拉紧装置为重锤拉紧。津巴布韦钢铁公司的15.6km 水平转弯越野带式输送机于1996 年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。输送量为干矿石500t/h(湿矿石600t/h)，系统全长为15.6km，物料提升高度为90m。输送带采用桥石公司的钢绳芯输送带，抗拉强度为888N/mm，运行速度为4.25m/s，输送带的安全系数为5.8，当环境温度为0时，安全系数降到5.5，当输送量增加到600t/h 时，输送带安全系数降低到4.8。1.3 国内外研究现状随着国内外机械工业水平的不断发展，滚筒的结构、加工、安装等方面发生着日新月异的变化。由于焊接技术的不断发展，焊接强度的可靠性得到保证，虽然多数大型滚筒采用铸焊结构，但焊接结构也有所增加。轮毂和主轴的联结方式也由键槽连接向胀套连接转变。原来的辐板采用加强筋，现在直接用钢板制成。过去国内外在设计滚筒的各零部件时，常采用基于经典弹性力学理论导出的简单的经验公式。近年来，国内研究人员对于大直径滚筒的设计方法作了多方面的探索。东北工学院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法对一合拉力为13.6 吨的双辐板结构滚筒进行了有限元分析。由于分析过程中忽略了输送带与驱动滚筒间摩擦力的作用，因此结果与实际相差较大。因为输送带与滚筒之间的摩擦力是滚筒扭曲变形的重要因素。西安冶金建筑学院的陆鸿生选择新的力学模型，根据圆柱体弯曲的有矩理论，分别推导出传动滚筒和改向滚筒在外载荷作用下壳体内的位移、内力和应力的计算公式，为精确计算提供了理论依据，在一定程度上揭示了筒体直径、两辐板间距和拉力与应力之间的关系。存在的问题是其力学模型条件苛刻，将筒体与辐板分开考虑，这对计算结构准确性有较大的影响。因为辐板的形状、厚度对筒体的应力和变形有不可忽视的影响4。西安交通大学曾经运用SAP5对驱动滚筒做有限元分析，对驱动滚筒的刚度和强度进行了分析并得出:摩擦力是滚筒扭曲变形的重要团素；从应力与变形两个方面说明，辐板的加强筋，在滚筒非临界状态下，对局部变形与筒体应力分布影响不大，只是在临界状态下能提高滚筒的整体稳定性；滚筒的径向最大变形在滚筒中部。通过分析，对筒体厚度进行了优化，达到节省材料的目的。煤炭科学研究总院上海分院曾经做过强力滚筒的有限元分析，对滚筒各点的受力、变形大小进行分析，通过实验验证了有限元计算滚筒受力的可靠性。西安科技学院刘金依等人采用大型有限元分析软件ANSYS，对英国安德森梅沃公司顺槽可伸缩带式输送机传动滚筒的应力分布规律进行了计算，得出了应力分布图，并找到危险区域，从理论上对滚筒的常见破坏形式进行了研究，为进一步改进滚筒的受力状况，实现滚筒的标准化生产提供了必要的理论依据5。他们对滚筒的理论研究和试验结果对本课题有十分重要的参考价值和指导意义。随着计算机技术的发展，有限元方法得到了长足的发展，有限元应用也扩展到机械、电子等领域。事实证明对带式输送机滚筒进行有限元分析是十分合理和有效的。国外从20 世纪60 年代就已经开始对滚筒的设计计算方法、强度分析、合理的结构设计进行研究。关于这方面的研究从总体上分为两类：第一类是Lang、Schmolzi、Das 等对滚筒用半解析法进行研究；第二类是Linder、Vodstrsi 、Siva 等使用了有限元方法。但绝大多数的研究人员都把滚筒看作各个零件的组合，而不是把滚筒当作一个整体来分析。尽管也有一些有限元法已经把滚筒当成整体来考虑，但迄今为止还没有关于滚筒受到非对称载荷系统的研究。1.4 结构与种类带式输送机滚筒有很多种类型，主要有如下几种分类:1.4.1 按驱动方式分（1）外驱动式 即驱动装置放在传动滚筒外面，减速器直接同传动滚筒轴相连。（2）内驱动式 即将驱动装置全部放在传动滚筒内，此种方式又称为电动滚筒。1.4.2 按轴承内孔大小分（1）轻型 孔径在50100mm；轻型滚筒的结构是轴与轮毂之间采用过盈配合（或配单键），辐板与筒体焊接，其中轮毂与轴采用键连接的结构用于传动滚筒。（2）中型 孔径在120180mm；中型滚筒的结构是轴与轮毂用胀套连接，辐板与筒体焊接。（3）重型 孔径在200220mm；重型滚筒的结构是轴与轮毂采用胀套连接，这种结构的滚筒是筒体的一部分、辐板、轮毂铸成一体的接盘与筒体的另一部分焊接而成，也就是铸焊滚筒。（4）工程级滚筒 工程级滚筒是指为满足特殊载荷条件而经过特殊设计的滚筒。高张力输送带由于其强度高、延伸性低的特点，而使这些滚筒的受力情况比使用一般织物芯层输送带的滚筒要高的多。启动、制动及其它动力载荷直接的传递给滚筒。当涉及到高张力时，滚筒的同心度及滚筒与输送机的准确对中是十分重要的。这种分类对于改向滚筒也同样适用。外面包上一层橡胶的滚筒称为包胶滚筒，包胶方式可采用硫化和冷粘的方法；镶嵌陶瓷的滚筒称为陶瓷滚筒；什么也不包的滚筒称为光面滚筒。1.4.3 按外形分（1）鼓形滚筒 用钢板卷圆焊接而成，滚筒中间部分直径大于两边约几毫米，目的是防止输送带跑偏，但是加工工艺复杂，因此很少使用。（2）叶片式滚筒 滚筒由许多横向叶片组成，目的便于清洁输送带，此类滚筒又称为自清扫滚筒。如果将叶片改为圆柱棒，称为棒式滚筒，也可起到自清扫作用。（3）沟槽胶面滚筒 滚筒的胶面上开菱形、人字形、直线形、环形、梯形，则分别称为菱形护面、人字形护面等各种护面形状的滚筒，其目的是增大摩擦系数和便于排出粘着物料。传动滚筒胶面常选用菱形和人字形。1.4.4 特殊滚筒（1）真空滚筒 为增大输送带同滚筒之间的摩擦力，在滚筒装有真空泵或外接真空泵，使输送带同滚筒包角之间成真空，增大摩擦力。但由于结构复杂，真空滚筒尚未得到推广。（2）磁力滚筒 滚筒内装有磁铁，如输送带下层为磁性覆盖胶，根据异性相吸作用，能增大摩擦力。当使用普通输送带时，磁力滚筒就成为除铁滚筒。（3）轮胎滚筒 滚筒外面由许多充气轮胎构成，轮胎表面带有沟槽。各种轮胎充气压力不同时，也起到鼓形滚筒作用。（4）陶瓷滚筒 滚筒护面有许多陶瓷片镶成，一方面可增大摩擦力，另一方面便于清扫。陶瓷片也可做成插板式，以便于更换。滚筒包胶的主要优点就是表面摩擦系数大，包胶是在滚筒的表面上用冷粘或硫化一层橡胶。包胶滚筒按其表面形状又可分为：光面包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒和菱形包胶滚筒。胀套连接结构是国际上广泛应用于重型载荷下机械连接的一种先进基础部件。胀套的结构如图11 所示，其原理是：当旋转紧定螺钉时，前压环和后压环相互靠近，迫使带张口的外环胀大，内环缩小，从而使轴和轮毂形成过盈配合，达到连接的目的。采用胀套连接的优点是：容易实现高精度的定位，可传递大扭矩和轴向力；可连接不可焊材料；可从外部安装拆卸，并可重复使用；降低了孔和轴的加工精度和加工费用。 图11 胀套结构 1.5 传动滚筒的研究目的和意义为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的输送能力要加大,带式输送机大型化与高可靠性要求,对设计者和制造者提出了更高的要求，只有解决了带式输送机发展的关键技术,才能制造出高性能、高可靠性的大型带式输送机。作为带式输送机重要传动部件的滚筒，能否安全稳定的运行，在整个输送系统中处于举足轻重的地位。滚筒的失效会给人身安全和整个系统带来严重的后果，使企业遭受巨大的经济损失。特别是在复杂恶劣的工矿下，如何改进滚筒结构、提高工效、延长寿命，一直是科研人员所关注的课题。目前，在国内对于中小型滚筒一般采用近似公式进行设计计算，对于重型滚筒近似公式已不再适用，这就使得设计计算具有较大的盲目性。这样设计出来的滚筒和工程实际有一定的差距，它的安全性和可靠性难以保证。一旦发现问题，通常是采用增大尺寸的方法来解决，但是这样做并没有解决实际性的问题。不但浪费材料增加成本，还不能达到预期的目的，随着带式输送机的大型化，合理的设计制造出大型滚筒已成为带式输送机的关键问题。目前，我国设计的滚筒尽管可以满足生产需求，但是由于缺乏研究，相同规格的滚筒与国外相比多消耗材料，使产品缺乏竞争力。选择该课题的目的就在于对传动滚筒进行力学分析及设计，找到合理的设计计算方法，使滚筒的设计更加简洁方便。对传动滚筒进行分析，从而为设计计算提供有力的参考。 第二章 传动滚筒的设计2.1 传动滚筒的选择及其传动理论传动滚筒按照其不同结构可分为钢制光面滚筒、包胶滚筒、陶瓷滚筒、电动滚筒等。 当假设输送带是一种理想的挠性体，可以任意挠曲，不受弯曲应力；忽略输送带的质量所产生的重力和惯性力时，输送带与滚筒绕入端的张力 （紧边张力）和绕出端的张力 （松边张力），按欧拉公式有如下关系： 上式表示了一种传递驱动力的关系，即传动滚筒所传递的圆周驱动力为： 式中 输送带与滚筒间的摩擦系数； 滚筒与输送带有相对弹性滑动弧对应的圆心角，rad， 100300MM，故一般接盘的材料采用其540Mpa由表161机械工程设计手册查的： 接盘中的径向弯矩，单位为N.cm与轴上B处径向弯矩大小相等，因为轴上在该点的弯矩也是由接盘引起的。2.4.6 边界约束条件确定的参数关系 2.4.7 各段轴径之间的参数关系已知轴的最小直径为轴端处，设它的大小为d，装轴承处的轴的直径为，装账套处的轴的直径为，装滚筒处的轴的直径为，由于滚筒轴各段存在台阶，切部分处有键存在的键槽，为了达到轴传递的使用要求有经验公式来估算轴的直径把轴径增大10%-15%.故得： 2.4.8 滚筒体的最大直径为D与最小直径之间的参数关系根据实验经验，滚筒体中部最大直径D与滚筒体两端边缘最小直径d的比值在1.0091.015范围内比较适合。如果小于这个数值，滚筒体的导向能力则不明显。如果大于这个数值，则输送带的附加张力过大，输送带不能完全紧贴在滚筒体上，而且输送带的使用寿命也会降低。故D=1.0091.0152.4.9 滚筒体总长度与滚筒体L的中部圆柱部分的长度b的关系有关经验表明，当滚筒体中的圆柱部分的长度为滚筒体的总长度的1/3-1/2时，输送带内部的应力分布最均匀，滚筒体的导向能力最明显。两个背椎与圆柱体组成的筒体：（a） b=1/2L ,a=1/4L (b) b=1/3L ，a=1/3L 第三章 典型传动滚筒的设计 本次毕业设计的传动滚筒的主要部件有滚筒体、端盖、支座、账套、接盘及轴承、密封圈、紧固件等标准件。下面将对其工作原理和结构进行分别简述。3.1 滚筒体传动滚筒的筒体有两个作用。一个用来支撑并拖动输送带运动，或者直接支撑并输送成件物料。二是作为壳体保护内部部件和传动装置。这两个作用都要求滚筒体坚固。滚筒体的形状绝大多数为圆柱体。例如，用于辊子输送机上的滚筒和用于长距离带式输送机上的大功率传动滚筒的筒体都是圆柱体（图31） 图31 圆柱形滚筒体 图32 腰鼓形滚筒体 对于移动性带式输送机和短距离固定式带式输送机，传动滚筒通常做成腰鼓形（图32）。由于滚筒体中部鼓起，输送带内部便会产生横向附加张力，可以防止输送带跑边。有试验资料表明，滚筒体的导向能力与滚筒体中部鼓起的高度有关。一般来说，鼓起高度越大，导向能力越强。前提是，在工作工程中输送带应当紧贴在滚筒体上。由于轻型输送机的输送带较薄，所以滚筒体中部的鼓起高度不宜过大。腰鼓形滚筒体一般需要在数控车床上加工，可能达到理想的圆弧表面。为了便于在普通车床上加工，可以将滚筒体设计成中间为圆柱体，两端为截锥体。这种滚筒体的外形近似于腰鼓形，也可以防止输送带跑偏，使加工方便多了。有试验资料表明，滚筒体的导向能力也最明显。在这里顺便提一下，滚筒体长度与输送带宽度之间的关系。输送散料时，滚筒体的长度大与输送带的宽度，一般滚筒体每端露出输送带30100mm。带宽较窄时取下限，带宽较长时取上限；对于轻型带式输送机取下限；对于大型带式输送机去上限。各种型号带式输送机滚筒体长度与输送带的宽度的差值不尽相同。输送成件物料时，若不使用输送带，而是直接使用传动滚筒输送时，滚筒体长度应比被输送物料长出80120mm。若使用输送带输送，滚筒体的长度与输送带的宽度相等或略长一些即可。在辊子输送机或流水作业工作线上，用传动滚筒直接输送成件物料时，在输送机的转弯处，为了便于转弯，传动滚筒外形通常做成截锥形。即圆锥滚筒转弯的角度是任意时，可以是、等等。用户可以根据需要选用。图是转弯角度为的辊子输送机的转弯处。圆锥形传动滚筒的圆锥角不宜过大或过小，也就是说圆锥形传动滚筒两端的直径相差较大，转弯时外侧与内侧线速度相差则大，物体转弯处运行不稳定，严重时甚至可能颠倒。反之，圆锥角过小，转弯能力差。为了达到转弯目的，需要增大输送机的转弯半径。这样便增大输送机占地面积。经过长期实践，我们认为圆锥角左右时，圆锥形传动滚筒最适合于转弯。使用传动滚筒直接输送较长的物料时，如输送钢管、型钢等材料时，滚筒体外形可以做成线轴形。线轴形传动滚筒体可以防止细长的物料在输送过程中刨片，滑落到滚筒周围。线轴形滚筒体中间部分的宽窄及两侧挡板的高低，均可以根据所输送物料直径的大小进行设计、选型。制作滚筒的材料一般为普通碳钢。直径较大的传动滚筒，其滚筒体通常采用Q235-A钢板卷制、焊接、然后进行及加工。而直径较小的滚筒体则采用无缝钢管直接加工。这里因为小直径的滚筒体不宜卷制的很圆，而且小直径滚筒体的壁厚较薄，也容易焊接。采用无缝钢管加工小直径滚筒体十分方便，并且节省钢材。常用的热轧无缝钢管材料为10号钢或20号钢。具有一些特殊的滚筒体可以用铸铁、铝合金和不锈钢等材料制造。影响滚筒体强度的因素很多，诸如滚筒体直径、滚筒体强度、传递的功率等等。由于传动滚筒的用途不同，滚筒体强度的计算方法也不同。用于提升重物的传动滚筒，其滚筒体强度可以按照起重机或卷扬机技术手册中规定的卷制强度计算公式进行计算。卷制强度计算公式比较成熟，在有关手册中很容易查阅到，这里不详细叙述了。作为带式输送机动力部分的传动滚筒，其滚筒体强度的计算方法尚未统一，有的计算公式比较复杂，使用性不强。为了提高滚筒体表面的摩擦系数，以降低输送带的拉力，可以在金属滚筒体外表面覆盖包层。目前最常用的包层材料为橡胶。对橡胶包层的物理性能要求为：绍尔A型硬度6070度，阿克隆磨耗小于。橡胶与金属粘附扯离强度应小于40N/cm。橡胶包层的的制作方法铸胶和冷粘胶板两种工艺。由于铸胶需要一套庞大的专用设备，在高温条件下进行硫化，工艺较为复杂。而且所铸胶层厚度较厚，一般在20mm以上。铸胶胶层的耐磨性不如冷粘胶板工艺是20世纪80年代开始应用于传动滚筒上。由于方法简单，便于掌握和操作，各传动滚筒生产厂家可以自己粘贴，不需要专用设备。粘贴胶板前，首先将滚筒体和胶板进行去污处理，打磨干净。然后在滚筒体表面和胶板分别均匀涂敷粘接剂，一般涂敷三次，待第一次粘接剂晾干后，再涂敷第二次。常用的粘接剂有氯丁酚醛和氰酸酯粘胶剂，粘贴胶板时要用力加压，在常温下加压67小时即可。冷粘胶板的厚度一般为612mm，耐磨性较好，扯离强度大。冷粘胶板的表面可以是平的，也可以在胶板表面压出花纹。此外，滚筒体表面还可以制作成陶瓷包层。其工艺是将粉末在高温高压下，通过专用喷涂枪射到滚筒体表面。制作陶瓷包层不仅需要专门的喷涂设备，而且需要精湛的技术工艺。如果喷涂压力和喷涂温度控制的不合适，陶瓷包层在滚筒体表面的附着能力会大大下降，并会大面积脱落。陶瓷包层的厚度很薄，大约只有1mm，但是耐磨性很好。目前传动滚筒极少使用陶瓷包层的另一个原因是造价较高。待喷涂工艺逐渐成熟，喷涂技术逐步提高，喷涂成本降低后，采用陶瓷包层的滚筒才会普及。本次毕业设计的传动滚筒以以下参数为设计已知： P=90kW；n=60r/min；B=1000mm根据大功率外装式滚筒技术参数（电动滚筒设计与选用手册）当带宽B=1000mm时，取：传动滚筒D=800mm；滚筒体长度L=1200mm根据表24大型输送机滚筒体壁厚推荐值（电动滚筒设计与选用手册）得滚筒体壁厚t=12mm。 由电动滚筒设计与选用手册知： D滚筒直径，单位为m；P功率，单位为KW；v带速，单位为m/s； ； ；从而也就得到平均张力F 所以 滚筒上紧边张力，N；滚筒上松边张力，N；允许过载系数，通常取；扭矩：弯矩：滚筒体厚度的计算： 由计算结果可知前面选用的滚筒体壁厚符合要求。通常滚筒体选用材料为Q235A钢制造，该钢，其许用应力为。正应力： 剪切应力：将计算的、带入下式： 所以，该传动滚筒的强度校验通过，故能够满足使用要求。3.2 轴的设计轴是机器中的重要零件。在传动滚筒中只承受扭矩的转轴。在轴的设计中包括的内容如下：轴的材料的选择、轴径的初步估算、轴的结构设计、按扭矩进行强度校核、按疲劳强度进行轴的精确校核、轴的公差与配合的确定。3.2.1 轴的材料的选择轴的材料主要是碳素钢和合金钢。而较大的轴，其尺寸受限制，并要求重量轻，耐磨性高，用于高温或低温和要求耐腐蚀时，应采用合金钢。采用热处理如调质、高频退火、渗碳、淡化等和表明强化处理，对提高轴的强度有显著效果。在一般工作温度下，和金刚的弹性模量与碳素钢相近，所以单独考虑提高轴的刚度而采用合金钢是不合理的。在传动滚筒中，轴的材料主要是碳钢和合金钢，由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时亦可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳轻度，故采用碳钢制造轴尤为广泛。其中最常用的是45号钢。根据结构情况轴承受较大的扭转剪切应力，故选择45号钢调质处理。因为其是用于载荷较大且用于高、低温及强腐蚀条件下工作环境的。（根据表61机械零件课程设计）。3.2.2 轴径的初步估算轴的直径可以根据轴所传递的功率P（KW）及轴的转速n（r/min）按下式进行估算：由机械零件课程设计手册查表62取A=115 由于最小直径在联轴器处，此处开有一个键槽，故应放大5%10%，这里取10%故3.2.3 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。按估算的轴径通常作为阶梯轴的最小断面处的轴径；阶梯的直径和长度应综合考虑轴上的零件的固定，轴上零件的装配，轴的加工工艺性等因素进行设计。轴上零件的固定包括和周尚固定。轴上零件在轴上轴上的固定多采用过盈配合再加键连接的形式，键槽的剖面尺寸以及键在轴上的位置，直接影响轴的结构。为了加工方便，在同一轴上直径相差不大的轴段的键槽应尽可能采用同一规格剖面尺寸，且应设计在同一加工轴线上，在轴向固定时，常采用轴肩与轴环，套筒、圆螺母、弹性挡圈、卡圈、圆锥面、轴圈挡圈等形式。(1) 确定各轴段直径因中间安装滚筒体，两端安装轴承支座，外伸断安装联轴器，故轴的结构设计为中间大，两端小的阶梯轴，外伸直径最小，向内逐渐增大，参见零件图所示。联轴器右端用轴肩定位，取得支座处的配合轴承的直径为170mm，支座右端用轴肩来定位，与装配图所示，接着胀套处轴径为200mm，滚筒的中心段的轴径为204mm，滚筒右端轴的胀套处轴径为200mm，轴的右端为右支座，支座左端为轴肩配合，装轴承处的直径为170mm。(2) 确定各轴的长度参看图38及滚筒的结构设计，可确定各轴段的长度。 图33 轴的结构设计(3) 轴的强度校核把已知数值带入前面的公式，由于前面已经详细的说明了推导过程，这里不再重复，直接得出结果。 、为A、E在切向分力沿水平方向的支座反力，单位为KN；、为其在垂直方向的支座反力，单位为KN。水平方向上： 危险截面为滚筒的中心处C处 = 该截面的合成弯矩为： 当量弯矩为： 强度校核： 故轴的强度足够。3.3 滚筒胀套连接的选择与校核3.3.1 胀套连接的常见问题 胀套连接是在毂孔与轴之间如胀紧连接套（简称胀套），可装一个（指一组）或几个，在轴向力作用下，同时胀紧轴与毂而构成的一种静连接。胀套连接又称为弹性环连接，其结构如图34所示，它的主要部分由轮毂或杆件上的套筒，内表面有台阶孔；外弹性环，其外表面两端为锥形；压环，其外表面均为锥形，分别与内外弹性环的锥面配合；左右压环由均布的螺钉连接。 图34 胀套的连接装置当拧紧在压环上均匀分布的螺钉时，在轴向压力的作用下，外弹性环外径增大，内弹性环内径缩小，故可在轴与轮毂间的接触面上产生径向压紧力，利用此压紧力所引起的摩擦力矩来传递扭矩。由于弹性环与轴和轮毂的接触面均为圆柱面，切轴向无台阶，因此构件在轴的径向和轴向均可调节。弹性环可用65高碳钢或，等材料。内外环上均开有2mm左右宽的缺口。为使压环不产生自锁，锥角一般取，要求压环与内外弹性环配合良好。胀套连接的定心性好，装拆方便，引起的应力集中较小，承载能力高，并且有安装保护作用。但由于要在轴和轮毂间安装胀套，应用时有时受到结构限制。3.3.2 胀套的选择 各型号的胀套已经标准化，选用时只需根据要为设计的轴和轮毂的尺寸及传递在和的大小，查阅手册选择合适的型号和尺寸，是传递的载荷在需要范围内。因为装配胀套处轴的直径d=200mm，轮毂尺寸L=90mm，故根据手册查的所选择的胀套型号d=200mm，D=260mm，l=46mm，L=52mm，额定载荷中，扭矩，轴向力,单位面积接触压强。螺栓GB-85-12.9规格为M1450。3.3.3 胀套的校核(1) 胀套的使用条件要是传递的载荷在需用的范围内，亦既满足下列条件：传递扭矩 传递轴向力传递联合作用的转矩和轴向力时，则合成载荷应满足： 式中：T胀套传递的扭矩，单位为； T一个胀套的额定转矩，单位为 ； 传递的轴向力，单位为N； 一个胀套的额定轴向力，单位为N； d胀套的内径，单位为mm；(2) 胀套的校核由于传动滚筒的左右两侧分别需要一个胀套，又由于传动滚筒的结构是对称的，所以两个胀套型号一样，故只校核一个即可。 其中：轴所传递的扭矩； f胀套传递的摩擦系数，一般取1.2=14331.21.2=17197.4T=52.50既满足使用要求。又因为传递的轴向力：故满足使用要求。合成载荷： 所以该胀套满足使用要求。(3) 螺钉的校核可以认为，螺钉组仅受轴向载荷，载荷的作用线与螺钉的轴线重合。各个螺钉受力均匀，因此，每个螺钉所受的轴向拉伸载荷F为： 式中：z螺钉的个数，一般取z=48选用z=8个，选择内六角圆柱头螺钉M1450,取其内经为12mm，拧紧时，螺钉一方面受到拉伸，另一方面又因螺纹中阻力矩的作用而受到扭转，故危险截面上既有拉应力又有扭转应力。为方便起见，仍按拉伸强度公式计算，考虑到扭转剪应力的影响，把螺钉到轴向拉应力增大30%。故其强度条件为： 式中：螺纹内径； 螺纹危险截面上实际拉应力； 螺钉材料许用拉应力； 查表5-8机械设计得： 对于有控制预紧力的螺钉查表5-10得： S=1.21.5，这里取1.4 所以 故该型号的螺钉满足使用要求。 图35 螺钉的结构尺寸3.4 接盘的设计与计算 接盘有直接焊接式与浇铸式。既有轮毂与辐板装配焊接或整体浇铸而成，分析解盘工作时的变形应力可以将辐板看作一个沿半径内圆周边和半径为的外圆周边固定了光面圆盘，由它来承受由滚筒轴弯曲变形而产生的弯矩和接盘轮毂产生的弯矩。传动滚筒的失效的主要形式是在重载下，又与轴的弯曲变形致使接盘与筒壳、轮毂与接盘的焊接处产生裂纹，故接盘内失效的主要方式是接盘中径向弯矩的破坏，只校核其径向弯矩即可。根据手册选辐板的厚度h=10mm. 接盘中的径向应力；有查表得钢的=550Mpa；接盘中的径向弯矩；由于弯矩主要来自于轴的弯曲变形致使接盘与筒壳、轮毂与接盘的焊接处产生裂纹，根据作用力与反作用力得所以 故接盘满足使用要求。3.5 支座的选择3.5.1 支座的选型对于支撑旋转是右轴的支座，其结构比较复杂。一般采用分体式二螺柱滚动轴承支座。支座内装有滚动轴承，端部有毛毡密封。轴承顶部有油杯，可以定期注入润滑脂，以便润滑轴承。装有轴承的前支座体积较大，不装轴承的后支座体积较小。支座的中心高h决定着支座的安装是一个重要参数。 3.5.2 支座的材料选择支座材料有HT200灰口铸铁，有QT500-7球墨铸铁，也有ZG310-570铸钢的或者采用Q235-A钢板焊接。究竟采用哪种材料，影响因素比较多，与支座的结构、生产批量、滚筒的功率、输送带的拉力等有关。一般来说，生产批量小时，使用焊接件比较合理。设计传动滚筒支座时，关键问题是强度足够。根据经验公式，当滚筒的功率大于18.5时，支撑应当采用铸钢材料。此时若采用铸铁材料，势必会增大支座的体积。无论采用那种材料，材料本身不能有任何内在的缺陷。由于本次毕业设计的是传动滚筒，故采用铸钢材料。3.5.3 支座的结构设计因为支座是套在轴上，制成旋转式的轴，在支座中装有滚动轴承、挡圈且滚动轴承含有嵌入盖、闷盖、透盖。所以选择支座时要根据轴来选择轴承，根据轴承选支座壳体尺寸。由于前面已经选择了轴承，故可选择支座的壳体GZQ4型（查机械零件设计手册）具体尺寸零件图所示。3.6 轴承的选则和寿命的校核3.6.1 轴承的选择轴承广泛用于机器中，它支撑轴及轴上零件使他们保持确定位置，同时可以减小轴与支撑间的摩擦和磨损。根据工作时的摩擦性质，轴承可以分成滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承不如滚动轴承应用广泛。与滑动轴承相比滚动轴承有以下优先：摩擦系数小，容易启动，效率高，径向游隙小，并可通过预紧消除；旋转精度高；其宽度比同孔径的滑动轴承小，轴向结构紧凑；已实现标准化，由专门厂家生产，成本低，便于维修和更换。故采用滚动轴承。根据所承受载荷不同，滚动轴承可以分为两大类：主要承受径向载荷的向心轴承；主要承受轴向载荷的推力轴承。但是角接触球轴承和圆锥滚子轴承即受轴向力又受径向力。因为该设计中所需要的轴承即受轴向力又受径向力，但轴向力并不大，故可采用深沟球轴承。滚动轴承主要分为径向轴承和轴向轴承前者接触角在以下，主要承受径向载荷，后者接触角超过，主要承受轴向载荷推力。滚动轴承选择时，必须考虑下列因素：（1） 轴承所受载荷的大小和方向（径向、轴向或既有轴向又有径向）；（2） 轴承负荷的性质（固定、变动或冲击负荷）；（3） 轴向游动的要求（固定支承或游动支撑）；（4） 调心性能的要求（轴中间线和壳体孔中心线不同心度的大小）；（5） 轴承钢性的要求（要求预紧以增加轴承部件的刚性）；（6） 轴承转速的工作环境（温度和湿度）；（7） 使用上要求的震动小、噪声低和安装维护方便等。根据以上因素，中和考虑，故选择圆锥滚子轴承，它能同时承受径向力和轴向力，切成对使用，对称安装。并可承受不大的轴向力。由于轴承的内圈和轴配合处的轴径为170mm，故选择30334型轴承（如图36）。 图36 30334型轴承3.6.2 滚筒轴承寿命的校核由于滚动轴承的滚筒体和滚道间以点或线形式接触，且滚动体和内外圈受交变接触应力作用，因此滚动轴承常见的时效形式是点蚀。其次，当轴承所受静载荷过大或受冲击载荷作用时，如产生塑性变形也将影响其正常工作。另外，轴承的磨损是不可避免的，特别是维护保养不当时，会加剧磨损。轴承的失效导致其精度丧失，影响极其的工作性能，因此必须对其工作能力进行验算，以保证工作的可靠度。3.6.3 基本额定寿命单个轴承寿命定义为一个套圈或滚动体材料首次出现疲劳点蚀前，二套圈之间相对转数，用来表示。一般规定：一组轴承在相同条件下运转，当有90%轴承不发生点蚀而10%的轴承发生点蚀前，轴承运转的中转数（以为单位）或工作小时数（h）作为轴承的基本额定寿命，以或（）表示，并称可靠度为90%，因此，每个轴承能顺利的在基本额定寿命内正常工作的概率为90%，失效的概率为10%。3.6.4 基本额定动载荷和轴承寿命的计算由于轴承寿命和受力有关，载荷过大，其寿命就越短。为便于对比，国家规定了轴承的基本额定动载荷，即当轴承的基本额定寿命恰好为转时，轴承所受的载荷值，用字母C表示，它是衡量轴承的抗疲劳点蚀指标之一。对于向心轴承，指的是径向额定载荷值，用来表示。3.6.5 计算轴承支反力， 故3.6.6 轴承寿命的计算查手册，30334轴承， 由于轴承所受载荷取，查表圆锥滚子轴承型号30334得基本额定动载荷。在轴承工作温度发生变化时，C值有所变化，应对其进行修正，故其应乘以温度系数，故轴承的寿命的修正公式可改写成： 式中： 轴承寿命，h； 温度系数，取； 轴承的基本额定动载荷，kw； 轴的转速，； 载荷，N； 因为选择圆锥滚子轴承，取； 故轴承寿命满足使用要求。3.7 键的选择与校核键是一种标准件，通常实现轴与轮毂之间的轴向固定以传递扭矩，有时还能实现轴和轴上零件之间的轴向固定或轴向滑动的导向。常用的有平键联接，半圆键联接，锲键联接，切向键联接。3.7.1 键连接的选择键连接的选择包括类型选择和尺寸选择。键的类型应根据键连接的结构特点，使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般为键宽b键高h）与尺寸L。为截面尺寸按轴的直径由标准中选定。键的长度一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或稍短与轮毂的长度。键的主要类型有：平键连接、半圆键联接、锲键联接和切向键联接。普通平键按结构分有圆头、平头及单圆头三种。平键的两侧是工作面，上表面与毂槽的地面不接触，为非工作面，这中间具有装拆方便，易于制造，不影响与轴向零件的对中等优点，常用与传动精度要求较高的情况。能做轴向移动并起导向作用的平键称为导向平键。本次毕业设计的课题中键就是起导向作用，轴的转动通过键来传递给离合器且传递精度要求较高。故选择圆头平键。3.7.
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