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XXX大学本科生毕业设计（论文）摆线针轮传动电动滚筒的设计学生姓名：_学 号：_班 级: _专 业：_指导教师：_2015年4月目 录摘要4ABSTRACT5第1章 绪论61.1 课题的研究背景61.2 电动滚筒的研究现状71.3 电动滚筒的发展方向91.4 本课题的研究任务11第二章 电动滚筒总体方案的确定122.1电动滚筒的设计参数122.1.1电动滚筒的适用场合122.1.2电动滚筒的参数122.2机械传动方案设计122.3 电动机的选择13第3章 摆线针轮传动基础理论153.1 摆线针轮的传动原理与结构特点153.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理153.1.2 摆线针轮减速器的结构特点153.1.3 摆线针轮传动的啮合原理163.1.4摆线轮的齿廓曲线与齿廓方程203.1.5 摆线轮齿廓曲率半径213.2摆线针轮传动的受力分析223.2.1针齿与摆线轮齿啮合时的作用力223.2.2 输出机构的柱销（套）作用于摆线轮上的力263.2.3 转臂轴承的作用力273.3 摆线针轮主要强度件的计算273.3.1 齿面接触强度计算273.3.2 针齿抗弯曲强度计算及刚度计算273.3.3 转臂轴承选择283.3.4 输出机构柱销强度计算29第4章 摆线针轮传动的设计30第5章 电动滚筒其他零部件的设计345.1端盖的设计345.2支座的设计345.3吊环的选用355.4 整机设计三维图36第6章 电动滚筒的材料选择376.1轴类材料376.2滚筒体材料376.3端盖、左右法兰轴、支座材料37第7章 电动滚筒润滑及密封387.1润滑油387.2润滑脂387.3密封装置39第8章 总 结40致 谢41参考文献42摘 要电动滚筒因其拥有结构紧凑、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。因此电动滚筒广泛应用于采矿、粮食、冶金等各个生产领域。本课题设计一种摆线针轮传动电动滚筒，设计过程中运用现代的机械设计方法，对其主要部件进行结构分析、力学分析和材料的性能分析及计算和校核，以确定结构的可行性、材料的选用、零件的加工精度要求及润滑维护的要求。 关键词：摆线针轮传动；电动滚筒；CADAbstractElectric roller because of its compact structure, high transmission efficiency, low noise, long service life, stable operation, reliability and good sealing, occupies little space, and can work in a variety of harsh working conditions including the wet muddy dust etc. Therefore the electric cylinder is widely used in production of mining, foodstuff, metallurgy and other fields.This project is to design a kind of cyclonical pinwheel transmission of electric drum, using modern mechanical design method in the design process, to analyze the structure of the main components of the mechanical analysis and material performance analysis and calculation and verification, to determine the feasibility of the structure, material selection, machining accuracy and lubrication maintenance requirements.Keywords:cycloidal pin wheeldrive；electric drum；CAD第1章 绪论1.1 课题的研究背景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。它的工作原理是把电动机的动力通过减速齿轮机构传递到滚筒皮带输送机械。主要应用于固定式和移动式带式输送机。电动滚筒设计是否合理，直接影响电动滚筒的传输效果、生产率、电能消耗、滚筒皮带磨损等重要指标。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国民民经济的各个领域。电动滚筒作为皮带运输机和提升等设备的动力，广泛应用于冶金、矿山、造纸、煤炭、建材、电力、化工、复合肥及筑路机械等行业。电动滚筒有定轴齿轮、摆线针轮、行星针轮三种传动形式，安装型式有电机内置、外置和移动式，电机内置时有油冷式和油浸式两种形式，由于电动滚筒与一般减速机构相比，具有结构紧凑、重量轻、密封性好、安装方便等优点，深得用户的欢迎。我国最早使用电动滚筒是20世纪40年代，至今发展有60多年，而大约20世纪20年代末期，德国已成功研制自然风冷式电动滚筒，比我国电动滚筒的发展早了近20多年。自20世纪90年代末起，我国电动滚筒产品和行业技术水平都有很大提高，产品品种和规格空前发展，质量也有显著提高，有些产品已超过国外。目前机械工业生产、销售呈现快速增长的趋势，经济效益提高，综合实力进一步加强。电动滚筒主要用途是作为带式输送机的动力源。电动滚筒的运用非常广泛，电动滚筒作为主动辊子广泛应用于各种生产线中的辊子输送机和辊道输送机，用来输送成件物品。 1.2 电动滚筒的研究现状电动滚筒是带式输送机的一种闭式驱动装置。它将电机、减速器、连轴器等部件装在传动滚筒之内，因而具有结构紧凑、重量轻、占地少、密封性好、外形美观、安装方便等优点。我国最早使用电动滚筒是在 20 世纪40年代，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。到了 50 军代，锦州石油六厂、北京市玻璃厂、南京下关发电厂、郑州砂轮厂、新疆牙克石烤胶厂等单位都是在引进带式输送机时，随机引进了电动滚筒。在使用过程中，效果很好、于是，电动滚筒的优越性逐渐被人们认识到。我国研制开发电动滚筒始于20世纪50年代。1959 年，当时的天津市皮带机厂（现为天津市叉车总厂）开始收集电动滚筒的有关资料。1961年初试制出我国第一台油冷式电动滚筒，其规格参数为：功率（ P )2.8 kw；滚筒表面线速度（v）1.25 ;带宽（B）500mm；滚筒直径（D）400mm。1964年5月完成了YD64型油冷式电动滚筒的系列设计，当时系列表中规定的参数范围为：功率1.513kw；带速0.63 一2.5 ；带宽（D）3001200mm；滚筒直250一630mm。总的规格数为153种，能够满足当时我国带式输送机的基本需要。 随着我国输送机行业的发展，对电动滚筒的要求越来越高。1971对YD64型油冷式电动滚筒进行更新设计，1975年九月通过定型审核，并改称为“TDY75 型油冷式电动滚筒”。系列参数作了如下的调整：功率1.515KW；带速0.83.15 ；带宽5001400mm；滚筒直径320800mm。总的规格数上升到 194 种，其中改动最大的是淘汰了E级绝缘的 JO2型电动机，改用B级绝缘的Y系列电动机,并且与国际接轨贯彻了六项基础标准。进人20世纪80年代，原有的TDY75型油冷式电动滚筒已经远远满足不了新型输送机的需要。1979年底，当时的鹤岗电动滚筒厂（后为鹤岗煤矿机械厂）试制成功隔爆型电动滚筒。有些厂家开始从国外引进先进的电动滚筒制造技术，促进了我国电动滚筒的蓬勃发展。从1989年开始,在北京起重运输机械研究所的领导下，着手统一普通型、防腐型、隔爆型电动滚筒的基本参数、技术要求、试验方法、检验项目、检验规则以及标志和包装，形成 JB/T73394电动滚筒标准。这个标准中将过去常用的带宽B换成筒长L。这是吸收了国际标准及德国国家标准的规定,已经与国际常规接轨。实际上筒长L =2502400，已经完全包括了标准带宽的相应筒长。最近电动滚筒基本参数，又向高低两个方向进行了扩展。向低方向扩展形成了自然风冷式微型电动滚筒；向高方向扩展形成了直接油冷式（即俗称油浸式）大型电动滚筒系列。与此同时，于1988年12月左右，我国第一台电动机外装式电动滚筒先后在自贡市运输机械总厂和东丰机械厂试制成功，并通过鉴定。以变速传动轴承作为新型减速器的低速微型电动滚筒1991年在天津市叉车总厂试制成功。我国电动滚筒行业的蓬勃发展，还表现在生产厂家的不断增多。1973年以前，国内只有一家电动滚筒生产厂。1973一1975 年，先后有泰州机械厂、鹤岗电动滚筒厂（后称鹤岗煤矿机械厂）、集安通用机械厂三家开始试生产电动滚筒。进入80年代，行业内先后又有汕头电动滚筒厂、桐乡机械厂、湖州电动滚筒厂、天津约基电动滚筒厂、淄博电动滚筒厂、东丰机械厂、沈阳电动滚筒厂生产电动滚筒。到了90年代，电动滚筒行业又增加了天津市电动滚筒厂。上述列举的是中国重工业协会带式输送机分会行业内的厂家。实际上，从1980年以后，国内生产电动滚筒的厂家远不止这些。但是，他们所生产电动滚筒的品种、规格和产量远不如行业内厂家多。大约在20世纪20年代末期，德国首先研制成功自然风冷式电动滚简，例如德国Bauer公司生产的18. 5kw 以下的风冷式电动滚简。差不多就是从那时开始，使用的电动机为定子旋转的集流环式异步电动机。但是，以后该公司也跟着生产采用笼式电动机的油浸式电动滚筒。而德国Baumuele公司、奥地利Herco公司则生产采用笼式电动机的风冷式电动滚简。稍后，油冷式电动滚筒陆续制成并投人使用，如匈牙利的 Hukeke公司、德国的Abus公司生产的笼式电动机驱动的油冷式电动滚筒。到了20世纪40 年代末和50年代初，随着电动机制造技术的发展，就出现了油浸式电动滚简。典型的代表公司为德国的Muchna(即现在的WAT)公司和丹麦的JOKI（即现在的Interroll）公司,他们分别于1951年和1953年开始生产这种电动滚筒。3在西欧、北美多为油浸式齿轮传动的电动滚筒，而自然风冷式和油冷式电动滚筒较少。自然风冷式电动滚筒多用在食品工业及生产线上，作为主动辊子使用。所有各大洲主要生产电动滚筒的厂家，包括我国的厂家在内，目前各种电动滚筒的总年产量在4050万台。1.3 电动滚筒的发展方向自20世纪90年代末起，我国电动滚筒产品和行业技术水平都有很大提高，产品品种和规格空前发展，质量也有显著提高，有些产品已超过国外。我国目前电动滚筒产品到底达到什么水平，应采用多极指标综合评价法进行评价。这种方法的主要特点，就是根据广义的产品概念所含的三部分内容，提出多项一级指标及二级指标进行综合评价。广义的产品概念，不仅仅是电动滚筒产品实物本身，包括下列三个方面。核心部分。即生产厂提供用户的产品基本性能和利益，主要括功能参数、运行性能、经济性能、经济性。有形部分。即通常所讲的电动滚筒产品实物，还包括可靠性、寿命、外观、品牌、特征等。特征又包括结构性、工艺性、成套性、维修性等。附加部分。这是用户购买电动滚筒有形产品的同时所得到的附加利益的总和。包括送货、发运、安装、维修、失业保障、售后服务、延期付款等内容。从广义产品概念和营销角度来看，只要附加利益不同，均应以不同产品对待。按这样一些广义产品概念指标评价我国电动滚筒产品目前水平，显而易见，厂与厂之间的产品相比，国内与国外，都会有各自的优缺点。但就电动滚筒产品总体来看，我国电动滚筒与当前国外一般水平相比，还有一定差距的，我国电动滚筒行业技术也是有一定差距的。 今后电动滚筒及行业的发展，主要应着手提高电动滚筒产品质量，不断开发研制新产品，加强售前、售后服务，开拓国内外市场，特别是国际市场四个方面。开发研制新产品是企业保持活力和获得成功的关键。但是开发新产品又是令企业左右为难的事，一方面开发新产品非常不易，构思、设计难，资金、人力更有限，企业还要担负随时都可能发生的开发失败的风险。另一方面它是企业获得经营成功的必备手段。企业应近、远期新产品开发框架，应有长期性、战略性、可行性的开发研制战略规划，使产品形成生产、设计、开发、研制周而复始的一个环，保持着产品的连续性、延伸性和质的递进行，只有这样，企业才能取得生存与发展。传统的观念认为新产品是指通过新的发明创造所形成的产品。1981年国家经委对新产品的观念和范围作出了如下规定：“新产品必须在结构、性能、原材料、工艺方法和技术特征等方面比老产品有显著改进或提高。在一个省、市、自治区范围内是第一次试制成功的产品，并经过有关部门的鉴定确认”。国家经委的一个规定，对当时一段时间内管理新产品提供统一的规定标准。但是由于现代市场学对产品概念提出了较广义的理解，因而对新产品也提出了一个内涵丰富的广义概念，不仅仅是从技术角度衡量，而是从市场需要的营销角度来理解。因此新产品就成了一个非常广义概念。目前企业界从营销角度所称的新产品，主要有以下几类：全新产品或新发明的产品对电动滚筒来说，主要是指采用新原理、新结构、新技术等制成的新产品，具有一定的新性能，能满足别的滚筒产品不能代替的某些特殊需要的滚筒产品，这种全新滚筒产品目前已知的有以下几种。 新型传动结构的滚筒产品，如谐波齿轮传动、变速轴承传动的电动滚筒等，它们具有体积小，传动力矩大等优点。 新型动力源的滚筒产品，如由液压马达驱动的液压滚筒等。取消减速器的滚筒产品，这种产品已在生产线上使用。这种电动滚筒是一种外转子电机转子套上筒皮的产品，电机可以使三相或单相电机。三相或单相电机的调速方法很多，可以是多速或无极变速。智能型电动滚筒。这是一项将机械、电子等技术有机结合综合使用运用于滚筒中的技术。主要是指能用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代产品。它使滚筒实现自动识别，如来件就转无件就停机；数字化-升温、速度等自动显示；职能化-自动停机、开机、报警等；使滚筒产品性能实现质的飞跃。利用机电一体技术，可以对传统的滚筒进行适当的改造、革新而提高滚筒产品的技术性能，可以通过大幅度改造和更新扩大滚筒产品的功能，可以完全超脱原有滚筒产品的形态特征发展创造独特的新产品，如用在办公设备、某些家用电器及仪表中的微型伺服传动滚筒等。革新与改进的滚筒产品革新与改进主要是对现有产品而言，其特点是它们不仅和现有同类产品一样能满足某种需要，但由于工艺、材料、设计甚至标准上的革新，产品在结构、功能或者外形上都有新特点和优越性。因此可以部分地乃至全部代替原有产品。实际上根据用户的需要，在原有基础上的革新与改进还可以产生出许多新的滚筒产品。性状改变的滚筒产品主要指改变外形或外型尺寸而适合于某一特定场合的新型滚筒产品，滚筒的主要性能没有多大变化。如双层筒体的电动滚筒，板条状滚筒，线轴形滚筒，锥形滚筒，锯齿形滚筒，等形状的滚筒。发展与滚筒相关的新产品因为产品和新产品的概念从市场营销角度来看，含义十分广泛，不仅是电动滚筒实体本身，只要给用户附近某种利益就可以算作一种新产品，如免费送货产品、包退包换产品、延期付款产品、提供特殊设备、附件产品等。对于一个企业来说，只能有选择地对某一种电动滚筒或几种电动滚筒给予用户某种特殊的附加利益，以促销本企业最拿手的产品。为用户提供价廉物美的电动滚筒零件、易损件、优质的售后服务等，从广义的营销角度来看，都是与滚筒有关的新产品。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。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。1.4 本课题的研究任务本课题拟设计一种摆线针轮传动电动滚筒，设计过程中运用现代的机械设计方法，对其主要部件进行结构分析、力学分析和材料的性能分析及计算和校核，以确定结构的可行性、材料的选用、零件的加工精度要求及润滑维护的要求。第二章 电动滚筒总体方案的确定2.1电动滚筒的设计参数2.1.1电动滚筒的适用场合将电机、减速机构置于传动滚筒筒体内的电动滚筒和仅将减速机构置于传动滚筒筒体内、外接电机（或其他动力）而构成的外装式电动滚筒，作为一种驱动装置，主要应用在固定式和移动式带式输送机卜，代替传统的电机、减速器在传动滚筒之外的分离式驱动装置。随着国民经济的飞速发展和电动滚筒本身技术水平的不断提高，电动滚筒作为驱动单元应用在斗式提升机上，作为主动辊子应用在辊道、辊子输送机上，输送各种散状、件状物品。制成锥形电动滚筒，可容易实现辊子输送机的转弯；制成两端大、中间小，类似于双曲线形状的电动滚筒可用于工厂或林场输送各种直径的圆形钢材或圆木；经过特殊设计，且带有安全可靠的制动和逆止装置，制成卷扬滚筒或电缆卷筒；也可以在筒体上加焊螺旋叶片，制成轻巧的螺旋输送机。另外双速、三速或无级变速的低噪声滚筒，已广泛地应用于超级市场和技术密集型产品装配线上；特殊的隔爆滚筒、防腐滚筒等被应用在易燃、易爆、空气潮湿等条件恶劣的环境下工作。总之，由于电动滚筒具有结构紧凑、效率高、耗能少、噪声低、寿命长、运行平稳、工作可靠、密封性好、占用场地少、安装维护方便等优点，将更加广泛地应用于冶金、化工、建材、煤炭、交通、能源、粮食、商业、邮电、农林等各个领域。2.1.2电动滚筒的参数本次的设计参数如下：滚筒直径 630mm；功率 20kw；滚筒速度 1.25m/s；带宽 800mm。2.2机械传动方案设计国内外生产的减速器类型不少，但目前用在电动滚筒上能批量生产的三种类型：1.定轴齿轮传动的电动滚筒，2.渐开线行星齿轮传动的电动滚筒，3.摆线针轮传动的电动滚筒。本设计采用摆线针轮传动方式。2.3 电动机的选择根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。所选电动机功率应留有余量，负荷率一般取0.8-0.9。过大的备用功率会使电机效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高。根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。选择电动机必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维护费用、生产过程中；前后期电动机功率变化关系等各种因素。电动滚筒作为带式输送机的动力源，是它的主要用途。因此它具以下的工作特点：长时间连续工作，因此要求电动机为连续工作制（S1）；带式输送机一旦停机，要求滚筒能够在负荷情况下起动，因此要求电动机有较大的起动转矩，而且又要求电动机的起动电流不要太大。鉴于以上两点原因，选择笼型三相异步电动机作为电动滚筒的电动机最为合适。因此选用Y系列电动机，只是电动机壳体及固定形式与普通Y系列电动机有所不同 。正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够胜任机械负荷要求的前提下，最经济、最合理地决定电动机的功率。决定电动机的功率时，要考虑电动机的发热日、允许过载能力和起动性能三个方面的因素。一般情况下，发热问题最重要。电动滚筒中电动机的使用场合很特殊，它安装在电动滚筒的筒体内部，所以电动滚筒电动机的散热条件优劣是极其重要的问题。电动滚筒作为带式输送机的动力源，是它的主要用途。电动滚筒的工作特点是：（1）长时间连续工作，因此要求电动机为连续工作制；（2）带式输送机一旦停机，要求电动机能在有负荷情况下启动，因此要求电动机有较大的起动转矩，而且又要求电动机的起动电流不要太大。鉴于两点原因，选用笼型三相异步电动机作为电动滚筒的电动机最合适。正确选择电动机额定功率的原则是:在电动机能够胜任机械负荷要求的前提下，最经济、最合理地决定电动机的功率。综合以上考虑决定采用Y180-4型电动机作为630电动滚筒的电动机。Y180-4型电动机的主要技术参数如下：额定功率：20kw 额定转速：1450r/m第3章 摆线针轮传动基础理论3.1 摆线针轮的传动原理与结构特点3.1.1 摆线针轮行星传动的传动原理下图所示为摆线针轮行星传动示意图。其中为针轮，为摆线行星轮，H为系杆，V为输出轴。运动由系杆H输入，通过W机构由V轴输出。同渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种KHV型一齿差行星传动。两者的区别在于：摆线针轮传动中，行星轮的齿廓曲线不是渐开线，而是变态摆线，中心内齿采用了针齿，以称针轮，摆线针轮传动因此而得名。同渐开线少齿差行星传动一样，其传动比为.图3.1 摆线针轮减速器原理图 由于1，故，“”表示输出与输入转向相反，即利用摆线针轮行星传动可获得大传动比。3.1.2 摆线针轮减速器的结构特点 它主要由四部分组成：（1） 行星架H，又称转臂，由输入轴10和偏心轮9组成，偏心轮在两个偏心方向互成。（2） 行星轮C，即摆线轮6，其齿廓通常为短幅外摆线的内侧等距曲线.为使输入轴达到静平衡和提高承载能力,通采用两个相同的奇数齿摆线轮,装在双偏心套上,两位置错开,摆线轮和偏心套之间装有滚动轴承,称为转臂轴承,通常采用无外座圈的滚子轴承,而以摆线轮的内表面直接作为滚道。近几年来,优化设计的结构常将偏心套与轴承做成一个整体,称为整体式双偏心轴承。(3) 中心轮b,又称针轮,由针齿壳3上沿针齿中心圆圆周上均布一组针齿销5(通常针齿销上还装有针套7)组成。(4)输出机构W, 与渐开线少齿差行星齿轮传动一样,通常采用销轴式输出机构。 1.输出轴 2.机座 3.针齿壳 4.针齿套 5.针齿销 6.摆线轮 7.销轴套 8.销轴 9.偏心轮 10.主动轴图3.2为摆线针轮传动的典型结构3.1.3 摆线针轮传动的啮合原理为了准确描述摆线形成及其分类,我们引进圆的内域和圆的外域这一概念。所谓圆的内域是指圆弧线包容的内部范围,而圆的外域是包容区域以外的范围。按照上述对内域外域的划分,则外摆线的定义如下:外摆线:滚圆在基圆外域与基圆相切并沿基圆作纯滚动,滚圆上定点的轨迹是外摆线。外切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆外切形成的外摆线(此时基圆也在滚圆的外域)。内切外摆线:滚圆在基圆外域与基圆内切形成的外摆线(此时基圆在滚圆的内域)。短幅外摆线:外切外摆线形成过程中,滚圆内域上与滚圆相对固定的某点的轨迹;或内切外摆线形成过程中,滚圆外域上与滚圆相对固定的某点的轨迹。长幅外摆线:与短幅外摆线相反,对外切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的外域;对内切外摆线而言相对固定的某点在滚圆的内域。短幅外摆线与长幅外摆线通称为变幅外摆线。变幅外摆线变幅的程度用变幅系数来描述,分别称之为短幅系数或长幅系数。外切外摆线的变幅系数定义为摆杆长度与滚圆半径的比值。所谓摆杆长度是指滚圆内域或滚圆外域上某相对固定的定点至滚圆圆心的距离。 （3. 1）式中变幅系数。a外切外摆线摆杆长度外切外摆线滚圆半径对于内切外摆线而言,变幅系数则相反,它表示为滚圆半径与摆杆长度的比值。 （3. 2）式中K1变幅系数r2内切外摆线滚圆半径A内切外摆线摆杆长度根据变幅系数K1值的不同范围,将外摆线划分为3类:短幅外摆线0K11。变幅外切外摆线与变幅内切外摆线在一定的条件下完全等同。这个等同的条件是,内切外摆线滚圆与基圆的中心距等于外切外摆线的摆杆长度a,相应地外切外摆线滚圆与基圆的中心距等于内切外摆线的摆杆长度A。根据这一等同条件,就可以由外切外摆线的有关参数推算出等同的内切外摆线的对应参数。它们的参数关系参看图3.3。令短幅外切外摆线基圆半径代号为r1,滚圆半径为r2,短幅系数为K1,则外切外摆线的摆杆长度和中心距可分别表示如下(长幅外摆线的表示形式完全相同):根据式(1),摆杆长度a=K1r2;根据等同条件,中心距A=r1+r2。按等同条件,上述A又是内切外摆线的摆杆长度,故推算出内外摆线的滚圆半径为r2=k1A;内切外摆线的基圆半径为 两种外摆线的参数换算关系归纳如表3.1表3.1 两种外摆线的参数换算关系表参 数 名 称主 要 参 数 代 号变幅外切外摆线变幅内切外摆线基圆半径滚圆半径滚圆与基圆中心距Aa摆杆长度aA 根据上述结果,很容易推导出等同的两种外摆线基圆半径的相互关系为 （3. 3）短幅外摆线以基圆圆心为原点,以两种外摆线的中心距和短幅系数为已知参数,以滚圆转角为变量的参数方程建立如下：在以后的叙述中将滚圆转角律记为,并称之为相位角。（1）直角坐标参数方程根据图1,摆线上任意点的坐标为图33 短幅外摆线原理图根据纯滚动原理可知，故，又，于是有， ， 将与的结果代入上述方程, （3. 4） （3. 5）式(3. 4)与式(3. 5)是变幅外摆线通用直角坐标参数方程。若令上两式中的K1=1,即可得标准外摆线的参数方程。对于外切外摆线,式中的A=r1+r2,a=r2。对于内切外摆线,式中的A=r2,A=r2-r1。为了与直角坐标表示的曲线相一致,将Y轴规定为极轴,将极角沿顺时针方向的角度规定为正方向,方程表述如下(参看图3.3)： （3. 6） （3. 7）同理,K1=1时,变幅外摆线通用极坐标参数方程变为标准外摆线极坐标方程,参数a和A的变换同上。当动圆绕基圆顺时针方向作纯滚动时，每滚过动圆的周长2时，动圆上的一点B在基圆上就形成一整条外摆线。动圆的周长比基圆的周长长p=2-，当圆上的B点在动圆滚过周长再次与圆接触时，应是在圆上的另一点，而，这也就是摆线轮基圆上的一个基节p，即 （3. 8）由此可得摆线轮的齿数为 （3. 9）针轮齿数为 （3. 10）3.1.4摆线轮的齿廓曲线与齿廓方程由上一节分析，选择摆线轮的几何中心作为原点，通过原点并与摆线轮齿槽对称轴重合的轴线作为轴，见图3.4，针齿中心圆半径为，针齿套外圆半径为 。图3.4 摆线轮参数方程图则摆线轮的直角坐标参数方程式如下： （3. 11）实际齿廓方程 （3. 12）针齿中心圆半径 针齿套外圆半径 转臂相对某一中心矢径的转角，即啮合相位角（） 针齿数目3.1.5 摆线轮齿廓曲率半径 变幅外摆线曲率半径参数方程的一般表达式为 （3. 13）式中变幅外摆线的曲率半径x对的一阶导数, y对的一阶导数, x对的二阶导数, y对的二阶导数, 将式(3. 4)和式(3. 5)中x和y分别对取一阶和二阶导数后代入的表达式得 （3. 14） 以K1=1代入式(3.114),得标准外摆线的曲率半径为=-4Aa/(A+a)sin(/2)式中 A=r1+r2或A=r2a=r2或a=r2-r1由本式可知,标准外摆线0,曲线永远呈外凸形状,故它不适于作传动曲线。以K11代入式(3. 14)进行运算表明,0,故长幅外摆线也永远呈外凸形状,故它也不适合于用作传动曲线。以K11代入式(3. 14)进行运算表明,曲率半径呈现出由正值经过拐点到负值的多样性变化。摆线轮实际齿廓曲线的曲率半径为+ （3. 15）对于外凸的理论齿廓（时，理论齿廓在该处的等距曲线就不能实现，这种情况称为摆线齿廓的“顶切”，严重的顶切会破坏连续平稳的啮合，显然是不允许的。当时，0，即摆线轮在该处出现尖角，也应防止，若为正值，不论取多大的值，都不会发生类似现象。摆线轮是否发生顶切，不仅取决于理论外凸齿廓的最小曲率半径，而且与针齿齿形半径（带针齿套的为套的半径）有关。摆线轮齿廓不产生顶切或尖角的条件可表示为 （3. 16）3.2摆线针轮传动的受力分析 摆线轮在工作过程中主要受三种力：针轮与摆线轮啮合时的作用力;输出机构柱销对摆线轮的作用力，转臂轴承对摆线轮作用力。3.2.1针齿与摆线轮齿啮合时的作用力 （1）确定初始啮合侧隙标准的摆线轮以及只经过转角修形的摆线轮与标准针轮啮合，在理论上都可达到同时啮合的齿数约为针轮齿数的一半，但摆线轮齿形只要经过等距，移距或等距加移距修形，如果不考虑零件变形补偿作用，则多齿同时啮合的条件便不存在，而变为当某一个摆线轮齿和针轮齿接触时，其余的摆线轮齿与针轮齿之间都 图3.5 修形引起的初始啮合侧隙图3.6 轮齿啮合力存在大小不等的初始侧隙，见图3.5。对第i对轮齿啮合点法线方向的初始侧隙可按下式表计算： （3.17）式中，为第i个针齿相对转臂的转角，为短幅系数。令，由上式解得，即 这个解是使初始侧隙为零的角度，空载时，只有在处的一对啮合。从到的初始侧隙分布曲线如图3.7所示图3.7 与的分布曲线（2）判定摆线轮与针轮同时啮合齿数的基本原理 设传递载荷时，对摆线轮所加的力矩为，在的作用下由于摆线轮与针齿轮的接触变形W及针齿销的弯曲变形f，摆线轮转过一个角，若摆线轮体、安装针齿销的针齿壳和转臂的变形影响较小，可以忽略不计，则在摆线轮各啮合点公法线方向的总变形W+f或在待啮合点法线方向的位移为 （i=1，2，）式中 加载后，由于传力零件变形所引起的摆线轮的转角； 第i个齿啮合点公法线或待啮合点的法线至摆线轮中心的距离摆线轮节圆半径 第i个齿啮合点的公法线或待啮合点的法线与转臂之间的夹角。（3） 针齿与摆线轮齿啮合的作用力 假设第i对轮齿啮合的作用力正比于该啮合点处摆线轮齿实际弹性变形。由于这一假设科学考虑了初始侧隙及受力零件弹性变形的影响，已被实践证明有足够的准确性。按此假设，在同时啮合传力的个齿中的第对齿受力可表示为 式中在处亦即在或接近于的针齿处最先受力，显然在同时受力的诸齿中， 这对齿受力最大，故以表示该对齿的受力。设摆线轮上的转矩为由im至i=n的个齿传递，由力矩平衡条件可得 得最大所受力（N）为 T输出轴上作用的转矩; 一片摆线轮上作用的转矩，由于制造误差和结构原因，建议取0.55T；受力最大的一对啮合齿在最大力的作用下接触点方向的总接触变形，针齿销在最大力作用下，在力作用点处的弯曲变形。当针齿销为两支点时，当针齿销为三支点时，3.2.2 输出机构的柱销（套）作用于摆线轮上的力若柱销孔与柱销套之间没有间隙，根据理论推导，各柱销对摆线轮作用力总和为 式中，输出机构柱销数目（1） 判断同时传递转矩的柱销数目 考虑到分配不均匀，设每片摆线轮传递的转矩为，（T为摆线轮上输出转矩）传递转矩时，处力臂最大，必先接触，受力最大，弹性变形也最大，设处于某任意位置的柱销受力后弹性变形为，则因变形与力臂成正比，可得下述关系： ，又因 故 柱销是否传递转矩应按下述原则判定：如果，则此处柱销不可能传递转矩；如果，则此处柱销传递转矩。（2）输出机构的柱销作用于摆线轮上的力由于柱销要参与传力，必须先消除初始间隙；因此柱销与柱销孔之间的作用力大小应与成正比。设最大受力为，按上述原则可得由摆线轮力矩平衡条件，整理得3.2.3 转臂轴承的作用力转臂轴承对摆线轮的作用力必须与啮合的作用力及输出机构柱销数目的作用力平衡。将各啮合的作用力沿作用线移到节点P，则可得方向的分力总和为 Y方向的分力总和为 3.3 摆线针轮主要强度件的计算为了提高承载能力，并使结构紧凑，摆线轮常用轴承钢GCr15、GCr15siMn,针齿销、针齿套、柱销、套采用GCr15。热处理硬度常取5862HRC。3.3.1 齿面接触强度计算为防止点蚀和减少产生胶合的可能性，应进行摆线轮齿与针齿间的接触强度计算。根据赫兹公式，齿面接触强度按下式计算式中 针齿与摆线轮啮合的作用力， 当量弹性模量，因摆线轮与针齿为轴承钢，2.06105MPa 摆线轮宽度，（0.10.15），当量曲率半径。3.3.2 针齿抗弯曲强度计算及刚度计算针齿销承受摆线轮齿的压力后，产生弯曲变形，弯曲变形过大，易引起针齿销与针齿套接触不好，转动不灵活，易引起针齿销与针齿套接触面发生胶合，并导致摆线轮与针齿胶合。因此，要进行针齿销的风度计算，即校核其转角值。另外，还必须满足强度的要求。 针齿中心圆直径650mm时，可选用带外座圈的单列向心短圆柱滚子轴承。轴承外径=（0.40.5），轴承宽度B应大于摆线轮的宽度。3.3.4 输出机构柱销强度计算 输出机构柱销的受力情况（见图2.7-31），相当一悬臂梁，在作用下，柱销的弯曲应力为设计时，上式可化为式中 间隔环的厚度，针齿为二支点时，三支点时，若实际结构已定，按实际结构确定。 B转臂轴承宽度制造和安装误差对柱销载荷影响系数，一般情况下取1.351.5 第4章 摆线针轮传动的设计根据设计设计参数V=wr=1.25m/s r=315mm故w=4rad/s n=38.4r/min故传动比i=38项目代号单位计算、结果及说明功率20 根据使用条件,确定为针轮固定的卧式减速器,不带电机输入转速r/min1450传动比38摆线轮齿数的确定39为使摆线轮齿廓和销轴孔能正好重叠加工,以提高生产率和精度,齿数尽可能取奇数,即也应尽可能取奇数,在平稳载荷下选材料为GCr15,硬度为60HRC以上针轮齿数选材为GCr15,硬度为60HRC以上输出转矩T取=0.92初选短幅系数0.5取 =0.420.55初选针径系数， 针齿中心圆半径mm取取材料为轴承钢5862HRC时,=10001200MPa摆线轮齿宽bcmm取偏心距amm 1.625mm取2mm实际短幅系数针径套半径mm，取12mm验证齿廓不产生顶切或尖角47.32由计算结果知，摆线齿廓不产生顶切或尖角。针齿销半径mm取7mm针齿套壁厚一般为26mm。实际针径系数若针径系数小于1.3，则考虑抽齿一半。齿形修正mm0.35， 0.2考虑合理修形，建立优化模型，由计算机求出。齿面最大接触压力N其中整个结果由计算机求出。传力齿号mnm=2， n=4摆线轮啮与针齿最大接触应力MPa1416.7MPa_mn齿中的最大值。转臂轴承径向负载N16988转臂轴承当量负载PN1.051698817837时，=1.05时，1.1。选择圆柱滚子轴承mm260（0.40.5）104130选N2213轴承，d=65,B=31,=142,D=108.5。转臂轴承内外圈相对转速nr/min1570转臂轴承寿命h10613寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3。针齿销跨距Lmm由结构及前面的摆线轮宽度，得L70采用三支点型式。针齿销抗弯强度MPa选用三支点，材料为轴承钢时150200MPa针齿销转角rad0.000618，材料为轴承钢时0.010.03rad。第5章 电动滚筒其他零部件的设计5.1端盖的设计端盖即装在滚筒体两端的壳盖。端盖与滚筒体之间用螺钉联接，与滚筒体构成电动滚筒的旋转壳体。端盖分为右端盖和左端盖，或称前端盖和后端盖，它们分别与右轴和左轴相对应。本次设计中的右端盖如图2-9所示。为了提高承载能力，左、右端盖与固定轴之间采用调心球轴承。电动滚筒的端盖为密封式，以防止滚筒体内的润滑油外漏。每个端盖有两处需要密封，一处是端盖与滚筒体联接处的结合面，此处可以采用纸垫或密封胶进行密封；另一处是固定轴与滚动轴承处的旋转密封，这里可以采用骨架式密封圈进行密封。端盖的材料为HT200的灰口铸铁，铸件中一定不能有砂眼等缺陷，以免降低材料的强度或造成渗漏油。端盖与滚筒体配合处的止口尺寸一般采用较松的配合，加工端盖时一定要保证止口处与轴承室的同轴度，否则影响电动滚筒的顺利安装和正常运转。5.2支座的设计支座是上端支撑并固定着电动滚筒的左轴和右轴，支座的下端借助于螺栓固定在机架上。这样支座便将电动滚筒牢牢固定住。支座由于结构和影响因素多的特点再加电动滚筒的大功率，考虑强度问题，所以选择Q235A钢板。但是无论采用什么材料，材料本身不能有任何内在的缺陷。本次设计的支座如图5.1所示。图 5.1 支座设计5.3吊环的选用 图5.2 吊环螺钉A型 表5.1 吊环参数/mmD1/mmd2/mmd4/mml/mmb/mm204041.47235195.4 整机设计三维图整个电动滚筒设计三维图如下： 图5.3 电动滚筒三维设计图第6章 电动滚筒的材料选择6.1轴类材料 在电动滚筒中，根据结构情况，轴可以分为实心轴和空心轴两类。左、右法兰轴常用的材料是优质中碳钢，其中尤以45号钢最常用。对于某些承受负荷较小的电动滚筒，也可使用20号或35号钢。作为电动滚筒焊接左轴用的轴管，一般用10、15或20号无缝钢管，特殊重负荷时采用16Mn无缝钢管。6.2滚筒体材料电动滚筒的滚筒体材料有钢板焊接和无缝钢管的两种。基本不用铸铁滚筒体。一般情况，电动滚筒直径等于或大于320mm时，都采用钢板焊接的滚筒体，我的设计中滚筒直径为630所以采用的是钢板焊接形式。国外有些生产厂家，电动滚筒直径等于于或大于630rmn时，才使用钢板焊接的滚筒体，而滚筒直径小于630mm时，用无缝钢管制造。制造滚筒体常用的钢板，一般选用具有一定强度、韧性和良好的焊接性能的Q235或15号钢。有特殊要求时，选用16Mn钢板。电动滚筒使用的环境温度为20-40C，因此要求滚筒体具有良好的低温力学性能。因为本设计的是筒体为630mm的电动滚筒，所以选用15号钢钢板。6.3端盖、左右法兰轴、支座材料电动滚筒端盖采用铸铁HT200材料；支座采用球墨铸铁QT450-10材料；左右法兰轴采用45号钢；透盖采用铸铁HT150材料加工或非加工铸件的尺寸偏差，工程机械取级精度。第7章 电动滚筒润滑及密封7.1润滑油对于内置式的油冷式和油浸式电动滚筒，传动减速装置的润滑及电动机的冷却，都使用同一种润滑油。本设计的电动滚筒采用的是30号机械油，现名为N46机械油。润滑油主要质量指标为：黏度、闪点、倾点、氧化安定性、抗擦伤力、承载能力、腐蚀试验和杂质等。黏度是大多数油品划分牌号的依据，黏度表示油分子受作用力的影响，分子间发生相对位移时所产生的内摩擦阻力，其大小依油分子内聚力大小来决定。 黏度通常分为绝对黏度和条件黏度。绝对黏度又分为动力黏度和运动黏度两种；条件黏度又分为恩氏黏度、雷氏黏度和赛氏黏度三种。国际上常用的为动力黏度、运动黏度和恩氏黏度，而运动黏度又用得最多。润滑油的黏度又随着增加，这种随温度变化而改变黏度的性质称为黏温特性，黏度比、黏度指数是评定润滑油黏温特性的主要指标。黏度指数是说明润滑油的黏度随温度而改变的程度与标准润滑油相比较时的相对数值， 黏度指数(y)值愈高，黏温特性愈好。闪点的高低表示油品在高温下的安全性.闪点低易挥发，不宜在高温下使用.电动滚筒使用的润滑油闪点一般不低于180。倾点表示油的低温流动性。电动滚筒使用的润滑油，倾点一般高于 -10。抗擦伤能力和承载能力是考核齿轮油的重要指标，它是在高温、重负荷下，形成边界润滑时，表示边界油膜的强度厚度能承受擦伤和抗挤压的能力。7.2润滑脂电动滚筒的电动机轴承和端盖轴承等采用润滑油脂润滑.正确选用润滑脂可以获得很好的润滑效果，提高轴承使用寿命，降低电动滚筒噪声。其主要参数为: 滴点、针入度我设计的电动滚筒使用的如表7.1所示：表7.1 电动滚筒用润滑脂主要参数名称代号外观滴点不低于()针入度25时，0.1水分不大于(%)备注基润滑油ZL2淡黄到暗褐120250-2900.7具有抗水耐高温耐磨的特点7.3密封装置 密封可分为两大类：即结合面的静密封和旋转轴的动密封。所用的密封材料均为非金属。由于电动滚筒的滚筒体与端盖的结合面比普通管道法兰结合面受力情况复杂，故不经常使用耐油石棉橡胶垫密封。此种材料无论经济性、方便性，还是密封性，均不如液态密封胶。电动滚筒常用密封件主要是旋转轴唇形密封圈(即骨架式橡胶油封)，旋转轴唇形密封圈(骨架式橡胶油封)电动滚筒使用这种密封圈主要是用来防止油的番漏和灰尘的进入。通过计算和实测，电动滚筒内部工作压力小于O06MPs，所以普通电动滚筒每个旋转轴的密封处只需用一只无副唇的B型有骨架唇形密封圈。唇形密封圈的材质一般为耐油橡胶，量高工作温度为100t，最高工作压力为0.05MPa。当选用合成橡胶时，最高工作量度为150C，最高工作压力可达0.1MPs。我的油冷式的电动滚筒设计中，密封部位和使用的密封材料：(1) 结合面的静密封：筒体和端盖透盖：液态密封胶；电动机外壳与端盖：O形橡胶密封圈(2) 旋转轴的动密封：滚筒端盖与轴及齿轮轴与箱盖：油封；电动机轴与端盖：毛毡密封油冷式电动滚筒电动机端盖与壳体的结合面常用O形橡胶密封圈来密封 图为O形橡胶密封圈外形图：图7.1O形橡胶密封圈第8章 总 结本文设计了一种摆线针轮传动电动滚筒，设计过程中运用
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