行星齿轮传动电动滚筒设计

前言高等教育应该从理论知识和实践两方面着手，提高学生的综合素质能力。在实践中我们要要有扎实的基础知识做保证，实践是对理论知识的最好巩固。而毕业设计和毕业论文就是我们在实践中的一个重要的环节。通过毕业设计，我们能够综合的运用着几年所学习的知识去分析和解决问题，并且在毕业论文的过程中，去学习怎样的梳理和运用学的知识，既是一次检验的过程，又是一次对知识的巩固的过程。毕业设计是我在接受高等教育中的最后一次综合性的实践学习，是实现学生综合运用知识的能力，是实现培养目标、培养学生专业工作能力、提高学生综合素质的重要手段。当然，毕业设计成果的质量，也是学生毕业资格认定的一个重要依据，是对学校人才培养效果的全面检验，是学校教育教学质量评价的重要内容。毕业设计的目的主要是：（1）培养学生创造性地综合运用所学基本理论和技能，独立完成本专业范围内工程设计或实验分析的专业工作能力；（2）学习科学的精神和创新能力；（3）学习调查研究、收集处理信息和查阅文献的能力；（4）学习语言表达和撰写科技报告（论文）的能力；（5）培养学生的效益意识、全局观念和团队协作精神。在此基础上，通过毕业设计，培养学生的整体构建设计的能力，全面的去考虑问题，帮助我们掌握工程设计中的一般产品设计的程序和方法。为我们在以后的实际工作中，能更好的解决工程实际生产中遇到的实际问题打下坚实的基础,而且还有助于我们分析问题和创造性的解决问题的能力，全面提高我们的素质。毕业设计教学基本要求主要是通过毕业设计，将思想道德素质教育、业务素质教育、文化素质教育于一体，注重学生素质的全面提高，以达到培养目标的基本要求；注重培养学生严肃认真的工作态度、勤奋钻研的优良学风和独立工作能力；注重开发学生的创新精神和创造能力，实现毕业设计的教学目的。我所选择的毕业设计题目是电动滚筒，关于电动滚筒的相关信息在绪论中将会详细讲到。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。由于电动滚筒的设计要求很高，设计环节较多，而且我缺乏实际经验，再加上由于国内电动滚筒的发展较晚关于电动滚筒的系统地、实际地、具有一定理论指导作用的专业书籍很少，所以在设计中存在很多的不足和疏漏，恳请老师同学指正。1绪论1.1电动滚筒行业与产品介绍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。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：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0.1-45KW2行星圆柱齿轮传动的电动滚筒：功率范围一般在0．03-75KW3、行星摆线针轮传动的电动滚筒：功率最大可达55K4、变速传动轴破传动的电动滚筋：功率范围在0．03-30KW5、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。简体表面包胶或涂层的滚筒，以及220/380伏，380/660伏，50HZ/60HZ,变压或变频滚筒等等。

按以上三种不同分类的滚筒，再进行互相组合，行业厂可生产的电动滚筒品种可达108—200种。目前，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)：0．03,0．06,0.09,0．12，0.18，0．25，0.37，0.55，075，1.1，l.5，2.2，3.0,

4.0，5.5，7.5，11，15，18.5,22,30,37，45,55，75,90,110,16O或更大

2、带速(m／s)：0．05,0．08，0．10,0．13，0．16,0．20,0。25,0．32，0．40,0．50,0．60,0．80,1．00，1．25，1．60,2．00,2．50，3．15，4．0或更高。3、筒长(mm)：200,250,300,350，……2350，2．400(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。1.2电动滚筒在国民经济中的作用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。1.3电动滚筒的发展国内发展概况：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。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40~50万台。1.4方案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。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1.5设计参数及要求设计参数:机长:100m;带宽:1000m;带速:1.6m/s;输送量:400t/h;输送高度:5m设计要求：1、毕业设计（论文）必须由学生本人在教师指导下完成。2、毕业设计（论文）的选题应结合教师科研课题或现场实际。3、毕业设计（论文）说明书格式：中英文摘要、前言、目录、主要内容、结束语、参考文献和外文资料翻译。毕业设计（论文）摘要应概述本文的要点和主要结论。毕业设计（论文）前言必须清楚的阐述本文的目的、意义和要解决的问题。毕业设计（论文）主要内容和结果应着重叙述本人的研究工作和获得的结果，包括理论分析、实验、计算、结果和讨论。叙述要简明（必要的详细推导、详细数据列入附录），结论要明确并要有根据。毕业设计说明书字数：1.5—2万字；论文字数：2—2.5万字。毕业设计（论文）外文资料翻译3000汉字以上，原文不能为书上内容，必须是英文论文。4、毕业设计（论文）图纸除一张一号零件图手绘外，其余全部用计算机绘图，毕业设计总图量折合0号图纸3张以上。5、毕业设计（论文）对所研究的课题应有新的见解。6、学生在毕业设计（论文）期间，应态度端正，积极主动，刻苦认真，并按时保质保量完成设计任务。2电动滚筒功率的确定目前，世界各国对于输送机械驱动功率的计算公式各不相同。而电动滚筒功率是选择电动滚筒的主要参数之一。如何正确的、合理的、迅速的计算和选取，是保证输送机械正常工作的关键，也是电动滚筒设计人员一直关心和必须掌握的问题。由于各种功率的计算公式不尽相同，相互间有一定的差异，而且比较麻烦，为此，综合考虑并结合现有的实际应用，参考有关书籍资料，对比以往的计算方法，推导并简化成以下功率计算公式。2.1电动滚筒传动轴功率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）式中——圆周力，N；——带速，m/s；由于=，则：=（KW）（2-2）式中、、分别为空载运行功率、物料水平输送功率、物料垂直提升功率；为特种阻力所消耗的功率。为了简化再令=（KW）则：=+++（2-3）=+=（KW）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；——修正系数；——修正系数；——综合修正系数。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.输送机旋转零部件质量，这里取=10（）代入得=（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=5m5.6448+5.6+5.4616.7048（kw）2.2电动机功率的计算输送机功率的表达式为（kw）（2-4）式中——电机功率，kw；——输送机所需要的轴功率，kw；——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。采用光面滚筒，取=0.92，=0.95，得=0.87所以==19.20（kw）2.3选择电动机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。3电动滚筒的主要零部件的计算滚筒体是电动滚筒的关键部件之一，它直接的承担了运输机的动力传递和输送带的改向等作用，滚筒体工作时承受的是一种复杂的交变复合力，它的主要破坏来自疲劳和磨损，所以滚筒体的合理设计也关系到电动滚筒甚至运输机安全性和可靠性。3.1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：图3-1――滚筒上紧边张力，N；—－滚筒上松边张力，N；F――滚筒上平均输送带张力，N；F=（3-2）式中K0——允许过载系数，通常取K0=1.05——圆周驱动力，N。因为==则有：=（Ｎ）（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——滚筒的圆包角，取=200°。由此得≈2.0则、的近似计算为：=2（N）（3-4）=（N）（3-5）从而得到平均张力的计算式：F==1.575（N）（3-6）如图，滚筒所受的扭矩为：==(N·M)（3-7）式中D——滚筒直径，m；——圆周驱动力，N；P——功率，Kw；——带速，m/s。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，（3-8）式中：l……为滚筒长度，m。根据第四强度理论，合成弯矩（3-9）或者合成应力写成：（3-10）式中：……弯矩作用下的正应力，；……扭矩作用下的剪切应力，；……许用应力。按第四强度理论，取。通常电动滚筒体均为Q235A钢制造，其＝235M，其许用应力＝156.7M。而（3-11）（3-12）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：因此（3-13）（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：（3-15）（3-16）式中E……钢的弹性模量，取E＝206000M；……泊松比，对于Q235钢，＝0.3；l……筒体长度，mm；……系数，。其他符号意义同前。3.3滚筒体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（3-17）即整理后滚筒厚度计算式为：mm（3-18）式中P……功率，kW；v……带速，m/s；l……筒长，mm；D……滚筒直径，mm；……许用应力，。这里取＝，对于Q235钢，＝235。所以，＝58.75通常电动滚筒筒体均用Q235钢板或钢管制造，则有mm有＝4.04实际取t＝6mm3.4滚筒体强度的验算因为功率P＝22kW，带速v＝1.6m/s，筒长l＝1000mm，直径D＝630mm，筒体厚度t＝6mm。圆周驱动力N紧边张力＝213750＝27500N松边张力＝13750N平均张力F＝1.575＝1.57513750＝21656.25N扭矩＝13750315＝4331.25N·m滚筒弯矩＝0.12521656.251＝2707.03N·m正应力剪切应力根据第四强度理论，合成应力为：45号钢许用应力为则有，验算强度合格4电动滚筒行星齿轮传动设计与校核4.1传动方案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(1)计算传动比i因为行星轮数目=3时，传动比范围只有=2.1~13.7，故选用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=，行星轮数目=3，齿面工作硬化系数=；低速级内齿轮分度圆直径与高速级内齿轮分度圆直径之比为B，并取，取载荷布均匀系数=，取齿宽系数=1.2。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计算的寿命系数的三项比值的乘积为1.8~2.0，故取=1.9。所以A==1.2×1.9=2.28由公式Z===3.94由《电动滚筒设计与选用手册图6-9可查得=4.8==19.99/4.8=4.164.3传动设计计算4.3.1高速级计算（第一级）：配齿计算：由于=4.8距可能达到的传动比极限值比较远，所以可以不检验邻接条件。由公式=C（4-1）进行配齿计算：并满足：整数，无公约数，且整数。则：==38×3-23=91=(91-23)=34变位方法此处选择高变位，主要目的在于避免根切，使齿轮副的滑动系数和抗弯强度大致相等。因为=4.8〉4，所以太阳轮选择正变位，行星轮和内齿轮选择负变位，取=0.3，==－0.3。触强度初算AC传动的中心距a和模数m：输入转矩：N·m因为传动中有一个或者两个基本构件浮动作为均载机构，且齿轮精度低于6级，所以取载荷不均匀系数：===1.15则有太阳轮传递扭矩为：=83.03N·m考虑电动滚筒加工和使用的实际条件，取K=2.4。齿速比：u==34/23=1.48。太阳轮和行星轮的材料用40Cr钢表面淬火，齿面硬度HRC50~55（太阳轮）和HRC45~50(行星轮)，取=1100因齿面硬度HB350，则取齿宽系数=0.3。按接触强度初算中心距a公式为a=mm（4-2）计算中心距：a==86.24(mm)模数m==3.026（mm）取m=3mm。计算AC传动的实际中心距和啮合角：则实际中心距==1.5×（23+34）=85.5（mm）因直齿轮是高变位：则=（85.5-85.5）/3=0=所以=计算CB传动的中心距和啮合角BC实际的中心距为：=1.5×（91-34）=85.5同理可得啮合角。几何尺寸的计算：按高变位齿轮传动的几何计算A、C、B三个齿轮的几何尺寸。1〉、分度圆直径：==3×23=69==3×34=102==3×91=2732〉、齿顶高：=（＋）=（1＋0.3）×3=3.9（mm）=(＋)=（1－0.3）×3=2.1（mm）=(－－)式中===0.14所以=[1-0.14+0.3]×3=3.843〉、齿根高：=（＋－）=2.85（mm）=（＋－）=4.65（mm）=（＋＋）=2.85（mm）4〉、齿高：==3.9+2.85=6.75mm==2.1+4.65=6.75mm==3.48+2.85=6.33mm5〉、齿顶圆直径：==69+2×3.9=76.8mm==102+2×2.1=106.2mm==273+2×3.48=279.96mm6〉、齿根圆直径：==69－2×2.85=63.3mm==102－2×4.65=92.75mm==273－2×2.85=267.3mm验算AC传动的接触强度和弯曲强度：强度计算所用的公式同定轴线齿轮传动的不同在于：确定和所用的圆周速度用相对于行星架的圆周速度。m/s（4-3）m/s由此得出动载系数：=1＋0.093/1000=1＋0.093×2.77×23/100=1.059速度系数：查表得=0.96。1〉、确定其他系数：名称计算公式结果使用系数10.30.370.370.371.05载荷分布系数1.0425载荷分布系数1.042532.4°25.5°总重合度()1.6载荷分配系数0.6451.032载荷分配系数0.6451.032节点区域系数－0.00833（－8）（=4.88×=2.46）2.53弹性系数E=206000N/189.9重合度系数0.894螺旋角系数1当量循环次数寿命系数1最小安全系数1润滑系数0.93齿面硬化系数1尺寸系数1粗糙度系数1.0 2〉、AC传动接触强度验算：计算接触应力：=692.06N/计算许用接触应力：以及强度条件：则：计算结果，接触强度通过。3〉、AC传动弯曲强度的验算：齿根应力为：式中：——齿形系数，查图取=2.32，=2.74；——应力修正系数，取=1.72，=1.52；——弯曲强度计算的重合度系数，=0.25＋=0.25＋0.75/1.6=0.719——弯曲强度计算的螺旋角系数，取=1。=120.5考虑到行星轮轮齿受力可能出现补均匀性，齿根最大应力=120.5×1.5=180.8N/由强度条件：则=180.8×1.4/2=126.5N/40Cr钢调质表面淬火，=350N/弯曲强度验算合格。(8)验算CB传动的接触强度和弯曲强度：1〉、根据AC传动的来确定CB传动的接触应力：因为CB传动为内啮合，=91/34=2.68所以=692.06×0.627/1.294=422.9N/2〉、核算内齿轮材料的接触疲劳极限由于=473.6N/因为45号调质钢=570N/＞４７３．６N/，则内齿轮用４５号钢调质，调质硬度ＨＢ２２９～２８６，接触强度符合要求。３〉、弯曲强度的验算：只对内齿轮进行验算，齿根应力大小和ＡＣ传动的为啮合一样，即＝120.5N/，=180.8N/由强度条件：=126.6N/45号调质钢=220N/>126.6N/所以CB传动的内齿轮弯曲强度也符合要求。4.3.2低速级齿轮计算（第二级）：由高速级计算得到=4.16，低速级改为行星架固定，内齿轮输出。则4.16，=5.16(1)配齿计算：=32则=19所以=32×3-19=77=29符合NGW型配齿要求。(2)变位方法采用高变位，由于>4，取=0.3，=－0.3，=－0.3。(3)按接触强度验算AC传动中心距和模数m：=216.6×4.8×0.95=987.7N·mm取载荷不均匀系数，则在一对AC轮传动中，太阳轮传动转矩为：=987.7×1.15/3=378.6N·mm取综合系数K=2.4齿数比u==29/19=1.53取=1100N/取齿宽系数=0.35所以=137.06mm模数m==5.7取m=6。（3）计算AC传动的实际中心距和啮合角：实际中心距：=144mm同理可得=20°(4)计算CB传动中心距和啮合角=20°(5)几何尺寸的计算：1〉、分度圆直径mmmmmm2〉、齿顶高由第一级算得=0.17。3〉、齿根高=5.7=9.3=5.74〉、齿高=7.8＋5.7=13.5=4.2＋9.3=13.5=6.78＋5.7=12.485〉、齿顶圆直径=114＋2×7.8=129.6mm=174＋2×4.2=182.4mm=308－2×6.78=294.44mm6〉、齿根圆直径=114－2×5.7=102.6mm=174－2×9.5=155.0mm=308＋2×5.7=319.4mm（6）验算AC传动的接触强度和弯曲强度：按定轴齿轮传动的强度系数计算公式计算1〉、确定公式中的系数：取使用系数=0.916m/s查表取得=0.95动载系数=1.02名称计算公式结果使用系数10.350.4420.850.651.07载荷分布系数1.05载荷分布系数1.0634.25°26.31°总重合度()1.56载荷分配系数0.6451.0062载荷分配系数0.6451.0062节点区域系数－0.00833（－8）（=4.88×=2.46）2.53弹性系数E=206000N/189.9重合度系数0.902螺旋角系数1当量循环次数寿命系数1最小安全系数1润滑系数0.93齿面硬化系数1尺寸系数1粗糙度系数1.022〉、AC传动的接触强度的验算：==622.0N/==697.7N/用40Cr钢调质后表面淬火，AC传动接触强度通过。3〉、AC传动弯曲强度的验算：齿根应力==87.08N/考虑齿轮受力不均匀，齿根最大应力取=×1.5=130.6N/由强度条件==91.4N/故AC传动的弯曲强度验算通过。（7）验算低速级CB传动的接触强度和弯曲强度：1〉、根据AC传动来确定CB传动的接触应力：因为CB传动为内啮合，u=77/29=2.655所以==379.5N/2〉、核算内齿轮材料接触疲劳极限由，有==425.7N/因为45号钢调质=570N/所以内齿轮接触强度符合要求。3〉、弯曲强度的验算：只对内齿轮进行验算，其弯曲应力和AC传动一样。即=87.08N/=130.6N/45号钢调质后弯曲疲劳极限=220N/>130.6N/所以CB传动内齿轮的弯曲强度也符合要求。内齿轮的壁厚=3×7=21mm4.4均载机构均载机构是使各行星轮均匀分担载荷的机构，它可以降低载荷不均匀系数，既有提高承载能力、降低噪音、提高运转平稳性和可靠性、降低齿轮制造精度等优点。在设计中，电动滚筒的高速级行星齿轮传动和低速级行星传动，采用基本构件浮动的均载机构，高速级是太阳轮浮动和行星架浮动组合的均载机构，这种组合浮动比单个构件浮动的均载效果较好。行星架通过双联齿轮轴器与低速级太阳轮相联，由于是NGW型传动，行星架受力较大，有利于浮动。行星架浮动不需要支撑，简化了结构。但是行星架自重较大，速度较高时会产生很大的离心力，影响浮动的效果，所以设计时还得采用太阳轮浮动的组合结构，使浮动的效果达到最好。低速级行星齿轮传动，采用行星架固定，但构件太阳轮浮动。太阳轮重量轻、惯性小、浮动灵活，结构简单，容易制造，通用性强，这样还可以是电动滚筒形成一刚性轴改善了轴的受力和滚筒的装配工作。4.5齿轮联轴器的设计计算在行星齿轮传动中，广泛的使用齿轮联轴器来保证浮动机构中浮动件在受力不均匀的时候产生位移，以使各行星轮之间的载荷分布均匀。为此高速级采用单联齿轮联轴器。低速级采用双联齿轮联轴器，由于太阳轮尺寸较大，采用了一端为内齿一端为外齿的双联齿轮联轴器。计算步骤：1〉、初算联轴器轮齿直径d、齿宽b、模数m。（4-4）式中：T——传递扭矩，;——载荷不均匀系数，取=2；——使用系数，=1；——轮齿载荷分布系数，取=2；——寿命系数，取=0.4，=2.8；——许用剪切应力，。所以=94066.67取b=25，则可得取模数m=3mm。为了便于加工齿数，取Z=24则有节圆直径d=mZ=72。2〉、校核齿侧挤压应力，以确定d、b和Z。内齿套直齿：（4-5）式中h——轮齿接触径向高度，用齿高代替。h==3(0.8+1.0)=5.4mm=6.049<=14外齿轴齿轮因制成鼓型：取歪斜角=，=0.008则=781.25=16.42<56轮齿挤压力通过，则确定d=72mm,b=25mm,Z=24.3〉、齿轮联轴器的其他几何尺寸：项目代号计算公式单位外齿轮内齿套模数mmm33齿数Z2424节圆直径dD=mZmm7272齿型角20°20°齿顶高mm32.4齿根高外齿轴内齿套mm3.753齿高h+mm6.755.4齿顶圆直径mm7867.6齿根圆直径mm64.578齿宽bmm2525齿宽系数B/d0.340.34鼓型齿鼓型量Abe/2mm0.1鼓型齿弧半径mm781联轴器长度Lmm100联轴器总长度L+b+3mm128内齿套壁厚3mmm94.6行星轮结构和行星架结构4.6.1行星轮结构一般用在行星轮较大时的采用的是如图6-3所示，其结构紧凑、简单又便于安装的行星轮结构，弹性挡圈装在轴承内侧，因而增大轴承间距，减小了行星轮倾斜，当载荷较小时用滚珠轴承，载荷较大时用滚柱轴承，两轴承端宽度L可略大于齿宽b。图4-1行星轮结构图4.6.2行星架结构行星架是行星传动中的主要部分，既要传动扭矩又要起支撑作用，所以对行星架的制造精度和结构要求很高，行星轮之间载荷分配不均对行星架影响最大，所以要对基本构件采取浮动的均载机构外还应：1、尽可能的采用滑动轴承的行星轮结构，这样可使作为滑动轴承的金属或非金属衬套由于它本身的弹性和间隙配合，使行星轮也成为一种弹性件的均载机构。2、在较大的滚筒上内齿轮可用弹性圆柱销固定到滚筒上，也有较好的缓冲减缓作用，这样可以对制造和装配基本构件时，产生的不可避免的误差进行适当的补偿，从而降低对基本构件制造技术要求，达到既节约又可使传动性能平稳和可靠的目的。图4-2行星架结构4.7行星传动受力分析4.7.1高速级受力分析表4-1高速级传动受力分析结果太阳轮A行星轮C行星架H内齿圈B各构件的转矩N·m83.03122.74-329.58圆周力N2406.672406.674813.342406.67径向力N875.96875.96875.96作用在齿轮或轴上力N=2406.67=875.96=4813.34=0=4813.34=0=2406.67=875.964.7.2低速级受力分析表4-2低速级传动受力分析表太阳轮A行星轮C行星架H内齿圈B各构件的转矩N·m378.6577.9-1534.3圆周力N6642.16642.113284.26642.1径向力N2417.52417.502417.5作用在齿轮或轴上力N=6642.1=2471.5=13284.2=0=13284.4=0=6642.1=2417.54.8左、右法兰轴的计算在设计计算电动滚筒的左右法兰轴时，一般在同一机座号电机下，以带宽最宽、带速最低时来计算法兰轴断面尺寸，从而提高法兰轴的通用化程度。将左右法兰轴与电机联接成一个组件，按简支梁进行受力分析和计算。4.8.1受力分析图4-3法兰轴受力分析4.8.2外载荷的计算＝11636.8N＝5688.4＝293.5N＝24右法兰轴轴头力矩的计算（1）、垂直方向弯矩614.6N·MN·M图4-4法兰轴弯矩计算(2)、水平方向弯矩＝11636.8×0.25＝2909.2N·M＝11636.8×0.1＝1163.7N·M（3）、合成弯矩N·M=N·M（4）、法兰轴断面直径d的计算按脉冲循环应力用弯扭合成强度计算轴径公式（4-6）式中——计算弯矩，；——校正系数，取。所以有mmmm实取=90mm=80mm4.8.4左法兰轴轴头力矩的计算(1)、垂直方向弯矩N·m(2)、水平方向弯矩N·m(3)、合成弯矩N·m(4)、法兰轴断面直径d的计算mm实取d=90mm5电动滚筒材料选用电动滚筒常用材料可分为金属材料和非金属材料。按用途分类：金屑材料又可分为齿类材料，轴类及滚筒体材料，端盖、左右法兰轴、齿轮箱及支座材料。非金属材料又可分为非金属齿轮材料，润滑材料和密封材料。5.1齿轮材料的选用齿轮是电动滚筒中的重要零件，它担负着传递动力、改变运动速度及方向的重要任务，因此对齿轮材料提出如下要求：(1)具有高的接触疲劳极限；(2)具有高的抗弯强度；(3)具有高的耐磨性；(4)具有足够的冲击韧性。同时还应考虑材料的加工工艺性、经济性，以及材料的来源等因素。正确的选用齿轮材料和进行合理的热处理，是满足齿轮设计要求、延长齿轮使用寿命及节约制造成本的主要途径。主动轮选用40Cr粗车后调质处理，制齿后齿面高频淬火。被动轮采用45号钢粗车后调质，但第一级被动齿轮制齿后，齿面高频淬火。由于太阳轮和行星轮的载荷循环次数最多，宜选用承载力较高的合金钢，经表面淬火、渗碳淬火或渗氮处理，以增加表面硬度。电动滚筒齿轮常用的高频表面淬火具有变形小、氧化少、效率高等特点。齿面渗碳淬火是国外滚筒厂常用的齿轮热处理方式，国内也越来越多地用在重负荷的电动滚筒齿轮热处理上，这样轮齿表面硬度高，淬透层均匀，耐磨性好，心部韧性好，强度高，使齿轮具有较高的抗弯曲疲劳强度，但是容易产生淬火变形。往往热处理前要留磨量，热处理后还需经过磨齿加工。5.2轴类及滚筒体材料5.2.1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2D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。5.2.2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何800㎜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20-40~°C，因此要求滚筒体具有良好的低温力学性能。因为我设计的是筒体为800的电动滚筒，所以选用15号钢钢板。5.3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Ⅲ级精度。6电动滚筒润滑及密封6.1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。我设计的油冷式电动滚筒采用的是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-106.2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6－1所示：表6－1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℃0.1㎜水分不大于(%)备注基润滑油ZL－2淡黄到暗褐120250-2900.7具有抗水耐高温耐磨的特点6.3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O．06MPs，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150"C，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6－1O形橡胶密封圈7其他零部件的校核7.1轴承的校核7.1.1高速级行星轮轴承校核轴承安装在行星轮中由轴的直径和轴承可承受的载荷大小，初定行星轮中的轴承,选用圆柱滚子轴承选用N409型，行星轮中的轴承选用N208E型，其参数为：d=40mm,D=80mm,B18mm，,。行星轮只受到圆周力，径向力相互抵消（N）。由KN，行星轮的转速n=656r/min，代入公式中得：＝（7-1）由经验公式：=11614.2h（7-2）经校核轴承满足要求可以使用。7.1.2低速级行星轮轴承校核初定低高速级行星架的轴承选用圆柱滚子轴承N214E型，其基本参数为：d=70mm；D=125mm；B=24mm；；。行星轮只受到圆周力，径向力相互抵消掉了所以：（N）。由，行星轮的转速n=132.4r/min，，代入公式得：=，由经验公式：=34856h经校核轴承满足要求可以使用。7.1.3法兰轴与端盖的轴承寿命校核滚筒体的直径，由经验选用深沟球6218号轴承，其参数为：d=90mm；D=160mm；B=30mm；;。当量动载荷：（7-3）在设计的电动滚筒中，采用的是直齿轮传动，X=1，所以：=（7-4）其中：F－输送带的平均张力；G－电动滚筒的绕轴旋转的部分；代入数据得：P==10963.75N。由，行星轮的转速n=970/i=48.6r/min，查表得：，代入公式中：=由经验公式得：=29260h经校核轴承满足要求可以使用。7.2紧固件的校核其它紧固零部件包括紧固件如螺栓联接，键联接等，其设计计算直接关系到整个电动滚筒系统的设计好坏，因此必须对其进行详细的设计计算与校核。7.2.1滚筒右端盖联接螺栓作用在连接接合面的载荷为转矩，所以要求联接应预紧，受转距后，被联接件不得有相对滑动，为防止螺栓松动，常用弹性垫圈增强摩擦力，特殊情况下，用弹性垫圈再在螺纹相结合面上涂研氧性黏合剂.电动滚筒使用費4.8～6.8级普通螺栓联接，选取783-86M1680的六角头螺栓，材料为Q235，机械性能等级4.8，其中布氏硬度HB最小124最大242，抗拉强度工称值400最小420，屈服点工称之为320最小为340，伸长率为14%，螺纹公差6g，表面处理为氧化或镀锌钝化。（1）强度校核：预紧力：（7-5）其中：－可靠性系数，取1.3；－连接接合面的转距；－结合面间的摩擦系数，因为接合面间有石棉橡胶垫或密封胶，取=0.2；－联接螺栓所在圆的半径；－－螺栓数量。代入数据到公式（7－1）中得：==5393.3N按铰制孔螺栓联接，螺栓所受的切向力：（7-6）螺栓公称面积：=（7-7）式中：－螺栓的许用拉应力N/㎜2；－螺栓的屈服强度；按不控制预紧力计算，一般n取4；代入公式（7－2）中，得：=根据经验取值：mm螺栓的直径为：==13.24mm实际取d=16mm（7-8）=67.89N/强度合格,符合要求.7.2.2内齿圈联接螺栓内齿圈联接螺栓的布置和和受力情况于滚筒端盖相似，只是联接螺栓所在的圆的半径比端盖小。由此以前的知识可知，在相同的条件，值越小则螺栓所受的切向力及预紧力就越大。所以一般取齿圈的螺栓工称直径大于或等于端盖螺栓工程致敬。同时再加两个相同公称直径的圆柱销，以提高抗剪切能力。因此这里不作计算。7.2.3右法兰轴与电机端盖联接螺栓右法兰轴与电机端盖联接时，联接螺栓主要承受的载荷为预紧力和倾覆力引起的结合面对称轴最远的螺栓组承受的最大工作载荷，预紧力可表示为：其中，－滚筒输入扭矩；r－联接螺栓所在圆半径；代入数据计算得＝1487.7N（7-9）代入数据计算得=2057.8N。单个轴承承受的最大轴向拉力：=6