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油冷式电动滚筒减速装置的改进设计

来源:电动滚筒 发布日期: 2018-01-16 22:52:00 浏览:

针对现有定轴齿轮传动式电动滚筒所存在的结构复杂,工艺性差、承载能力差以及传动效率低等问题,将活齿减速技术移植到电动滚筒内。通过分析与设计计算,从理论上论证了设计方法的可行性。分析,提出了关键部件改进措施,并应用于实践。

一、前言

驱动装置是带式输送机的心脏,其性能直接影响到带式输送机工作的可靠性与整体性能。电动滚筒作为一种驱动装置,是输送机设备上的动力源,而输送机在采矿、冶金、煤炭、能源、化工、建材及印刷等多个生产建设领域中应用广泛,故电动滚筒的性能会通过输送机直接影响到以上应用领域。目前电动滚筒具有许多独特的优势和特点,但由于存在着制约其发展的技术瓶颈,导致其承载能力差,结构复杂,工艺性差以及很难满足用户的一些特殊要求等问题,因此迫切需要研制一种新型电动滚筒以弥补这些问题。

二、现有定轴齿轮传动式电动滚筒分析

1. YD系列油冷式电动滚筒简介
       YD系列电动滚筒是典型的定轴齿轮式结构,其内部结构主要有电动机和减速装置这两大部分(如图1所示),此外还有用来支撑输送带并驱动其运动的滚筒体,用来支撑电动滚筒整体的前后轴、支座,以及联接滚筒体与前后轴的端盖、压盖、轴承和密封圈等零部件。

该类型电动滚筒是供各种固定式带式输送机配套使用的内驱装置,与外驱动装置相比,具有结构紧凑,占空间面积小,使用维护方便,操作安全可靠,密封性好等特点。适用于粉尘浓度大、潮湿泥泞的工作场所,可满足各种逆止、包胶等要求。它能代替电动机—减速器形式的外驱动装置构成胶带输送机。
2.定轴齿轮减速装置的结构分析。
        在电动滚筒内部,减速装置采用定轴齿轮传动,常采用两级渐开线圆柱齿轮减速。左、右法兰轴分别与电动机的左右端盖相连,构成一刚性轴组件,减速装置在右法兰轴一侧。右法兰轴为非对称性回转零件,其与电动机连接端有一开口,便于齿轮通过(如图2所示)。开口处设有两个同心且平行于法兰轴轴线的轴承座孔,用来安装龆轮轴。因此,结构复杂,工艺性差,特别是两轴承座孔轴线与法兰轴轴线之间的距离公差,以及两轴线之间的平行度公差难以保证,废品率极高。内齿圈用螺栓紧固在右端盖上,左、右端盖固定在滚筒体上,这样四者构成一个组件,作为电动滚筒的运动输出部分(如图1所示)。传动原理为:电动机轴上装有龆轮,龆轮与装在龆轮轴上的齿轮啮合,并带动龆轮轴转动。龆轮轴与装在端盖上的内齿圈啮合,端盖又与滚筒体相连,从而带动滚筒体转动。  三、油冷式活齿减速电动滚筒的设计

1.减速装置的结构设计
        结合电动滚筒的结构特点,采用内圈输入、中圈固定、外圈输出形式的活齿减速器,将活齿减速器置于电动机与右法兰轴之间,这样活齿减速器的输入、输出端在同一轴线上,各零件就可以设计成对称性回转零件。考虑到电动机的结构,在电动机与活齿减速器之间还需增设一个连接法兰,才能将活齿减速器与电动机连接在一起。这样一来,再加上左法兰轴,实际上是将5个构件组合在一起,构成了一条刚性轴。连接法兰固定在电动机的右端盖上,连接法兰、活齿减速器与右法兰轴三者采用带定位销的螺栓连接,并串联钢丝防松。改进后的传动装置结构如图3所示。

        为提高电动机输出轴的刚性,可在轴线上加一支撑轴。支撑轴一端插在活齿减速器双偏心套内与电动机轴连接,另一端通过轴承支撑在右法兰轴的左端。这样电动机输出轴由悬臂支承变成了简支支承。          活齿减速器的位置确定以后,与滚筒体和右端盖的输出连接就比较简单。因为都是回转零件,且活齿减速器外圈的外圆上带有两键槽,只需再加一零件,采用平键连接即可将活齿减速的输出部分与电动滚筒的输出部分连为一体了。这就是输出法兰,其内孔通过平键与活齿减速器配合,一端面通过螺栓与右端盖连接。这样,输出法兰、右端盖与滚筒体就紧密地连接成一个组件,活齿减速器的输出动力通过输出法兰传递给滚筒体。

2.样机的设计参数
        本例所设计的参数要求如下:电动机功率P =4kW,额定转速n=1 440r/min,滚筒体直径D=630mm,带速v=1.25m/s,筒长l=690mm。

3.电动机的选用
        此电动滚筒采用间接油冷式电动机,根据给定电动机功率P=4kW,选择电动机型号为YGY112M—4。
4.减速器的选用
        由传动比的计算公式求得减速器的传动比为:         i=n1/n4=πDn1/(60v)=37.98         根据传动比及结构零部件的相关尺寸,即可选择BS300型活齿减速器(如图4所示),其传动比为36。由于传动比的减小所造成的带速误差为5.5%,故能满足实际生产需要。  5.主要零部件设计

1)筒体的设计 将滚筒体视作简支梁,两端通过端盖支撑在左右法兰轴上。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以及输送带横向位移产生的轴向力,后者与前两项力相比数值较小,故忽略不计。筒体的受力分析如图5所示。           F1、F2——输送带紧、松边张力
        F—— 输送带为允许过载系数,取K0=1.05);
        μ—— 输 送 带 与 滚 筒 之 间 的 摩 擦 因 数;
        电动滚筒总传动系数不低于73%而电机功率P=4kW,而直径D=630mm,带速v=1.25m/s,筒长l=690mm,筒体厚度t=5mm,材料为Q235—A,由此得: F1=2Fu=6 400N M3=1 008 N·m。最大弯矩及正、剪应力分别为Mmax=F1/4=869.4N·         Q235—A的屈服强度σs=235M P a,取安全系数S=2,则:[σ]= σs/S=117.5MPa根据第四强度理论得:σh=(σ2+3τ2)1/2=12.9<[σ]故此电动滚筒很安全。
(2)左右法兰轴的设计 在设计电动滚筒左、右法兰轴时,一般在同一机座号电动机下,以带宽最宽、速度最低这一极限条件来计算法兰轴的截面尺寸,以提高法兰轴的通用化程度。一般情况下将左、右法兰轴与电动机联接成一个组件,按简支梁进行受力分析和计算(如图6所示)。          因功率不超过15kW,则左、右法兰轴用QT450—l0球铁制造,取σ-1=145N/mm2,[σ-1]=40N/mm2,则:d1=57.4mm。
        取d1=60mm,d=70mm。由于左法兰轴不受转矩作用,其载荷小于右法兰轴,因此当轴头与右法兰轴截面尺寸相同时,完全能够满足强度要求。
        校验图7所示的右法兰轴危险截面I—I、II—II的疲劳强度安全系数S。假定轴表面不经强化处理和防腐处理,内部没有明显的影响疲劳强度的缺陷,安全系数S校核公式为:          式中 σ-1——材料的弯曲疲劳极限;

        M、M3——轴在计算截面上所受的弯矩和转矩;

        Z、ZD——轴在计算截面上的抗弯和抗扭截面模数,ZI=21.6cm3,ZDI= 43.2cm3;[S]——疲劳强度的许用安全系数,一般为1.5~1.8,取[S]=1.7;φτ——扭转时平均应力折合为应力幅的等效系数,球墨铸铁取φ。

        则:SI=1.89,SII=3.69。右法兰轴两个截面的疲劳强度安全系数均大于许用安全系数1.7,因此其疲劳强度能够满足使用要求。
四、结语
        通过设计计算与分析,确定了活齿减速油冷式电动滚筒的结构形式以及零部件结构尺寸。可以看出,由于活齿减速同轴输入输出,且结构紧凑,体积较小,因此满足了电动滚筒的整体结构形式要求。另外,电动滚筒是一种将电动机和减速器同时置于滚筒体内部的驱动装置,在现有技术条件下,由于电动机已达到了其极限尺寸,只能从尽可能减小减速装置的体积方面寻求答案,因此可以说活齿减速器的自身结构正是电动滚筒所需要的。

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