2460 帶式輸送機驅動裝置設計

2460 帶式輸送機驅動裝置設計,輸送,驅動,裝置,設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 摘 要帶式輸送機驅動裝置是輸送機的動力的來源，主要由電動機通過聯(lián)軸器、減速器、帶動傳動滾筒轉動。本驅動裝置設計中，首先根據(jù)輸送機的工作要求確定傳動方案,然后確定電動機,由電機及工作機進行減速器設計, 驅動裝置，驅動裝置架，傳動滾筒，滾筒頭架設計。關鍵詞： 帶式輸送機 驅動裝置 減速器 滾筒 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 AbstractConveyor belt conveyor drive is the driving force of the source. The main belt conveyor drive motor through a coupling, reducer, driving drum driven rotation. With drum and the friction of the belt, the belt movement, a tilt of the belt conveyor also set up for brakes and stop.In this drive in accordance with the design of the first conveyor requirements for the work programme identified transmission, and then determine Motors, electrical and machine reducer design work, drive, drive planes, driving drum, drum-head design .Keywords: Beltconveyor DrivingDevice Reducer Drum 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 目 錄1 概述 ......................................................11.1 帶式輸送機的概述 ....................................11.1.1 國內外綜述 ....................................11.1.2 驅動裝置的類型 ................................61.1.3 驅動裝置的選擇與比較 ..........................71.1.4 減速器的選擇與比較 ...........................122 運動方案的擬訂 ...........................................153 減速器設計 ...............................................183.1 選擇電動機 .........................................183.1.1 選擇電動機的類型 .............................183.1.2 選擇電動機的容量 .............................183.1.3 確定電動機的轉速 .............................193.2 計算總傳動比并分配各級傳動比 .......................203.2.1 計算總傳動比 .................................203.2.2 分配各級傳動比 ...............................203.3 運動參數(shù)的計算 .....................................213.3.1 計算各軸轉速: ................................213.3.2 各軸的功率和轉矩 .............................213.4 傳動零件(齒輪)的設計 ...............................223.4.1 減速器的選型 .................................223.4.2 高速級齒輪傳動的設計計算 .....................223.4.3 低速級齒輪傳動的設計計算 .....................283.5 軸的設計 ...........................................333.5.1 軸的材料 .....................................33 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3.5.2 軸徑的初步估算 ...............................333.5.3 軸的結構設計 .................................343.5.4 按彎扭合成進行軸的強度校核 ...................363.6 軸承的選擇 .........................................463.6.1 軸 I 上的軸承的選擇 ...........................463.6.2 軸 III(輸出軸)上的軸承的選擇 .................513.7 鍵的選擇 ...........................................533.7.1 高速級大齒輪與軸的聯(lián)接 .......................533.7.2 低速級大齒輪與軸的聯(lián)接 .......................543.8 箱體結構設計 .......................................553.9 聯(lián)軸器、潤滑、密封、公差及其他附件設計 .............573.9.1 聯(lián)軸器的選擇設計 .............................573.9.2 潤滑 .........................................603.9.3 密封 .........................................623.9.4 公差與配合 ...................................623.9.5 其他附件的設計 ...............................634 驅動滾筒設計 .............................................644.1 驅動滾筒的選擇設計 .................................644.2 驅動滾筒軸的設計 ...................................694.2.1 驅動滾筒軸的結構設計 .........................694.2.2 滾筒軸的校核 .................................704.2.3 滾筒的周向定位 ...............................715 托輥的設計 ...............................................735.1 托輥的作用與類型 ...................................735.1.1 作用 .........................................73 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5.1.2 托輥的類型 ...................................735.2 托輥的間距 .........................................755.3 托輥的選型 .........................................755.3.1 槽形托輥 .....................................755.3.2 緩沖托輥 .....................................765.3.3 回程托輥 .....................................775.3.4 調心托輥 .....................................785.4 托輥的密封結構 .....................................78致謝 .......................................................79參考文獻 ...................................................80 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11 概述1.1 帶式輸送機的概述1.1.1 國內外綜述帶式輸送機的產(chǎn)生已有 150 年的歷史，其結構原理是：帶式輸送機是以輸送帶作牽引和承載構件，通過承載物料的輸送帶的運動進行物料輸送的連續(xù)輸送設備。帶式輸送機的基本結構是：輸送帶繞經(jīng)傳動滾筒和尾部滾筒形成無極環(huán)形帶，上下輸送帶由托輥支承以限制輸送帶的撓曲垂度。拉緊裝置為輸送帶正常運行提供所需的張力。工作時驅動裝置驅動傳動滾簡，通過傳動滾筒和輸送帶之間的摩擦力驅動輸送帶運行，物料裝在輸送帶上和輸送帶一起運動。帶式輸送機一般是在端部卸載，當采用專門的卸載裝置時，也可在中間卸載。早期的輸送帶是用皮革之類的材料制成，后來用皮革加纖維織物制造。有關輸送帶的最早文獻是由 Oliver Evans 于 1795 年在美國費城出版的《Millers Guide》上發(fā)表的，當時的輸送機被描述為 “在框或槽里的兩個滾筒上旋轉的薄而柔軟的寬環(huán)皮帶或帆布帶”。1858 年，S．T．Parma lee 取得了織物增強的橡膠輸送帶的專利。1863 年，O．C．Dodge 關于處理谷物的輸送帶被授予美國專利。1892 年，Thomas Robins 發(fā)明的槽型結構的帶式輸送機在礦物工程中應用，確定了當代輸送機的基本型式。此后，隨著物料運輸量的增大，帶式輸送機取得了巨大的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的新型結構和新型的帶式輸送機。在這些新型帶式輸送機中具有代表性的主要有：大傾角帶式輸送機(包括深槽帶式輸送機、花紋帶式輸送機以及壓帶式輸送機等)、管狀帶式 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 2輸送機、氣墊帶式輸送機、平面轉彎帶式輸送機、線摩擦帶式輸送機等。帶式輸送機自 1795 年被發(fā)明以來，經(jīng)過兩個世紀的發(fā)展，已被電力、冶金、煤炭、化工、礦山、港口等各行各業(yè)廣泛采用，特別是第二次上業(yè)革命帶來了新材料、新技術的采用、使帶式輸送機的發(fā)展步入一個新紀元。當今，無論從輸送量、運距、經(jīng)濟效益等各方面來衡量，它已可以同火車、汽車運輸抗衡成為三足鼎立局面，已經(jīng)成為爭先發(fā)展的行業(yè)。它具有以下特點：(1)結構簡單。帶式輸送機的結構由傳動滾筒、改向滾筒、托輥或無輥式部件、驅動裝置、等部件組成；能進行批量化生產(chǎn)，并可按需要進行組合裝配。(2)輸送物料范圍廣泛。帶式輸送機的輸送帶具有抗磨、耐酸堿、耐油、阻燃等各種性能，并耐高溫和低溫，可按需要制造，因而能輸送各種散料、塊料、化學品、牛熟料和混凝土。(3)輸送量大。最大量可從每小時幾公斤到幾千噸，而且是連續(xù)不間斷運送，這是火車和汽車運輸望塵莫及的。(4)運距長。單機長度可達十幾公里長。 (5)對線路適應性強?，F(xiàn)代的帶式輸送機在越野敷設時，已從槽形發(fā)展到圓管形，它可在水平及垂直面上轉彎，打破了槽形帶式輸送機不能轉彎的限制、因而能依山宰水，沿地形而走，可節(jié)省大量修隧道、橋梁的基建投資；(6)裝卸料十分方便。帶式輸送機可根據(jù)工藝流程需要，可在任何點上進行裝、卸料、圓管式帶式輸送機也是如此。還可以在回程段上裝，卸料進行回程運輸。(7)可靠性高。由于結構簡單、運動部件自重輕．只要輸送帶不被撕破。壽命可長達十年之久，而金屬結構部件，只要防銹好．幾十年 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 3也年壞。(8)臺運費低廉。帶式輸送機的磨損件僅為托輥和滾簡。輸送帶壽命長。自動化程度高。使用人員很少，平均每公里不到 1 人，消耗的機油和電力也很少。(9)基建投資省?；疖?、汽車輸送的坡度部太小，因而延長米大。修建的路基長 而帶式輸送機一般可在 20 度以上，如用圓管式 90 度都能上去。又能水平轉彎．大大節(jié)省了基建投資；另外，通過合理設計也可大量節(jié)約基建投資；現(xiàn)國外帶式輸送機每公里成本費為 100—300 萬美元，國內為人民幣 500 萬元，其中輸送帶成本占整機成本的30%—50%。隨著化學工業(yè)的發(fā)展，輸送帶成本將進一步下降。(10)能耗低，效率高。由于運功部件自重輕，無效運量小，在所有連續(xù)式和非連續(xù)式運輸中，帶式輸送機耗能最低、效率最高。(11)維修費少。帶式輸送機運動部件僅是滾筒和托輥、輸送帶又十分耐磨。相比之下、火車、汽車磨損部件要多很多，且更換磨損件也較為頻繁。(12)應用領域廣闊，市場巨大。根據(jù)調查，我國現(xiàn)有帶式輸送機約 200 萬臺。其中鍋爐上煤約 40 萬臺；煤礦 120 萬臺；火力發(fā)電廠 167 座，每廠約 3KM。折合 1 萬臺；建材廠和水泥廠 6 千個，平均每廠 50 臺，共計 30 萬臺；港口碼頭約 1 萬臺．不包括卸船機和散貨裝船機等。而當作環(huán)保機械的圓管式帶式輸送機在火力發(fā)電廠中的除灰系統(tǒng)的潛力更大。近年來，在世界范圍內帶式輸送機有了重大的發(fā)展。伴隨著能力和速度不斷提高的現(xiàn)代計算機的應用，許多工程技術人員已經(jīng)研制出了新的產(chǎn)品，同時理解了有關運輸?shù)奈锢磉^程。在研究方面，大量重要的工作發(fā)源于 1980 年以前的德國，研究 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4主要針對普通的輸送帶技術。在德國，一些創(chuàng)始研究人員Viering、Lachmann 、Grimmer、Alles 、Oehmen、Hager 和 Funke都致力于設計、輸送機理論和運行的研究。特別是 Funke 在漢諾威完成了關于輸送帶特別是針對鋼絲芯輸送帶動態(tài)特性的博士論文。在關于制動時間和停機方面，通過 Funke 的研究，提出了停車時高的動張力產(chǎn)生是由于輸送帶內具有很大的彈性能所致的理論。目前國外關鍵技術與裝備有以下幾個特點：(1)設備大型化。其主要技術參數(shù)與裝備均向著大型化發(fā)展，以滿足年產(chǎn)千萬噸以上高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要；(2)用動態(tài)分析技術和機電一體化、計算機監(jiān)控等高新技術，采用大功率軟起動與自動張緊技術，對輸送機進行動態(tài)監(jiān)測與監(jiān)控，大大地降低了輸送帶的動張力，設備運行可靠性高，生產(chǎn)效率高；(3)采用多機驅動與中間驅動及其功率平衡等技術，使輸送機單機運行長度在理論上己不受限制，并確保了輸送系統(tǒng)各部件的通用化、系列化和標準化；(4)應用新型、高可靠性關鍵部件技術。如包含變頻、 CST 等在內的各種先進的大功率驅動裝置與調速裝置、高壽命高速托輥、自清式滾筒裝置、高效貯帶裝置、快速自移機尾等。目前西德編制了兩個從荷蘭鹿特丹到西德杜伊斯堡的帶式輸送機運輸方案，全長 206km，該輸送機線路必須保證供應魯爾工業(yè)區(qū)各鋼鐵公司所需的礦石，預計整條線路的實際效率為理論效率的70～80％，線路每年工作 5000 小時，年運礦石量為 3600 萬噸。國際上在所有已投入使用的運輸機輸送線路中以建在西撒哈拉的帶式輸送機運輸線最典型。該線路長達 100km，用兩年半時間建成，整條線路由長為 6.9～11.8km 的帶式輸送機組成。帶寬為 1000mm，采用 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5ST3150 型鋼絲繩芯膠帶，帶速為 4.5m/s。澳大利亞恰那鐵礦 20km長距離帶式輸送機系統(tǒng)是代表著現(xiàn)代帶式輸送機發(fā)展水平的一條運輸線，該系統(tǒng)采用了先進的托輥制造技術、水平轉彎技術和動態(tài)分析技術。到現(xiàn)在為止帶式輸送機中單機長度已超過 30.4km，膠帶速度已達15m/s，單臺輸送機裝機功率超過 25000kw。近二十年來，我國帶式輸送機有了很大的發(fā)展。對帶式輸送機的關鍵技術研究和新產(chǎn)品開發(fā)都取得了可喜的成果。輸送機產(chǎn)品系列不斷增多，開發(fā)了大傾角、長距離新型帶式輸送機系列產(chǎn)品，并對帶式輸送機的關鍵技術及其主要部件進行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，應用動態(tài)分析技術和中間驅動與智能化控制等技術，成功研制了多種軟啟動和制動裝置及以 PLC 為核心的可編程電控裝置。目前，國內多所高校和科研機構在進行帶式輸送機的研究，遼寧工程技術大學在有限元分析、啟制動曲線、水平轉彎及斷帶檢測等方面進行了研究；東北大學對托輥運行阻力隨帶速變化進行了實驗研究，用于帶式輸送機設計和動態(tài)分析，分析轉彎部分的導向力和阻力，得出轉彎段輸送帶運行的阻力計算方法，采用離散模型建立系統(tǒng)的動力學方程，開發(fā)平面轉彎帶式輸送機動態(tài)分析系統(tǒng)；上海交通大學在帶式輸送機縱向振動理論與橫向振動理論的基礎上，提出了帶式輸送機的動態(tài)設計方法以及該方法與計算機技術相結合的設計決策支持系統(tǒng)。隨著研究工作不斷深入，帶式輸送機動力學性能研究積累了大量的寶貴經(jīng)驗和資料，利用新的設計手段研究帶式輸送機動力學模型的時機已經(jīng)成熟。帶式輸送機的技術關鍵是動態(tài)設計與監(jiān)測，它是制約大型帶式輸送機發(fā)展的核心技術。在我國，20 世紀 80 年代之前，大型帶式輸送機基本上依賴于國 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 6外技術。在引進、消化、合作研究的基礎上，目前已經(jīng)能夠獨立設計、制造大型帶式輸送機系統(tǒng)。國內的主要應用：寶鋼原燃料輸送系統(tǒng)，全長 57km；小龍?zhí)睹旱V連續(xù)開采工藝輸送系統(tǒng)；首鋼水廠鐵礦半連續(xù)開采工藝輸送系統(tǒng)；大柳塔煤礦主平峒輸送機 4602m；山西晉城礦務局寺河礦 7600m 等。隨著帶式輸送機的廣泛應用，對其的研究和改進也越來越多，相信隨著科技的發(fā)展，人們的不斷努力，現(xiàn)在制約其應用的問題將會一一得到解決，其應用的前景將更加廣闊。近年來，在世界范圍內帶式輸送機有了重大的發(fā)展。伴隨著能力和速度不斷提高的現(xiàn)代計算機的應用，許多工程技術人員已經(jīng)研制出了新的產(chǎn)品，同時理解了有關運輸?shù)奈锢磉^程。在研究方面，大量重要的工作發(fā)源于 1980 年以前的德國，研究主要針對普通的輸送帶技術。在德國，一些創(chuàng)始研究人員Viering、Lachmann 、Grimmer、Alles 、Oehmen、Hager 和 Funke都致力于設計、輸送機理論和運行的研究。特別是 Funke 在漢諾威完成了關于輸送帶特別是針對鋼絲芯輸送帶動態(tài)特性的博士論文。在關于制動時間和停機方面，通過 Funke 的研究，提出了停車時高的動張力產(chǎn)生是由于輸送帶內具有很大的彈性能所致的理論。1.1.2 驅動裝置的類型驅動裝置實際上是一種能量轉換裝置，根據(jù)能量可能進行的轉換方式，帶式輸送機的驅動可以有下面的幾種途徑：(1)電能→機械能:電動機通過電力電子技術直接驅動。其主要形式為：直流電動機調速方式、交流電動機軟啟動方式、交流電動機變頻調速方式、差動變頻無級調速。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7(2)電能→液體動能→流體摩擦→機械能：液粘離合器驅動。(3)電能→液體動能→機械能：液力耦合器驅動。(4)電能→液壓能→機械能：液壓馬達驅動。按驅動系統(tǒng)的控制方式，可分為按驅動裝置的特性啟動和控制啟動。由于帶式輸送機系統(tǒng)的驅動種類較多，根據(jù)傳動原理和結構特點的不同，將現(xiàn)有的驅動裝置分成變頻調速、液力耦合器傳動、直流電動機調速、液體粘性離合器傳動、液壓馬達驅動、交流電動機軟起動和差動變頻無級調速等 7 類。目前國內外廣泛使用的輸送機驅動裝置有：異步電動機帶減速器直接驅動、異步電動機帶限矩形液力偶合器和減速器驅動、異步電動機帶調速型液力偶合器和減速器驅動、異步電動機帶電氣軟起動器和減速器驅動、異步電動機帶 CST 驅動、異步電動機帶變頻調速驅動；繞線電動機帶減速器驅動；直流電動機帶減速器驅動和直流電動機直聯(lián)驅動。異步電動機帶減速器直接驅動和異步電動機帶限矩形液力偶合器帶式輸送機系統(tǒng)，在輸送機起動過程中電氣沖擊和彈性振動較大，一般用于系統(tǒng)要求較低的小型輸送機系統(tǒng)。電氣軟起動器和調速型液力偶合器由于受啟動力矩和控制精確性的限制一般僅適用于中小型帶式輸送機系統(tǒng)。但造價很高，所以采用的較少；變頻調速是通過改變定子的供電頻率以改變電機的轉速來實現(xiàn)的，精度高，調整范圍廣，但要相應解決電氣帶來的一系列問題，電路系統(tǒng)比較復雜，且維修困難，造價高，采用也不十分普遍。所以，在將來的輸送機的發(fā)展中，應該尋找更好的驅動方式，使其更適應輸送機的運行，以便得到最佳的效益。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 81.1.3 驅動裝置的選擇與比較目前國內外帶式輸送機主要采用以下幾種驅動裝置，在此加以選擇與比較。主要比較以下結構配置方式:(1)電動滾筒電動滾筒分內裝式電動滾筒和外裝式電動滾筒，它們的主要區(qū)別在于內裝式電動滾筒電動機裝在滾筒內部，外裝式電動滾筒電動機裝在滾筒外部，并與滾筒剛性聯(lián)接。內裝式電動滾筒由于電動機裝在滾筒內部，電動機散熱性較差，一般用在功率為 30KW 以下、機長小于150m 的帶式輸送機上。外裝式電動滾筒由于電動機裝在滾筒外部，電動機散熱性較好，一般用在功率為 45KW 以下、機長小于 150m 的帶式輸送機上。其最大的優(yōu)點是結構緊湊，維修費用低，可靠性高，驅裝置和傳動滾筒合二為一。其缺點是軟起動性能差，電動機啟動時對電網(wǎng)沖擊大。可靠性比 Y 型電動機+聯(lián)軸器+ 減速器驅動方式差。(2)Y 型電動機+聯(lián)軸器+減速器Y 型電動機+聯(lián)軸器+減速器驅動方式的優(yōu)點是：結構簡單，維護工作量小，維修費用低，可靠性高。其缺點是軟起動性能差，電動機啟動時對電網(wǎng)沖擊大。一般用在功率為, 45KW 以下、機長小于 150m的帶式輸送機上。(3)Y 型電動機+限矩型液力耦合器 +減速器Y 型電動機 +限矩型液力耦合器+ 減速器是帶式輸送機上使用最為廣泛的一種驅動裝置。限矩型液力偶合器分帶后輔室限矩型液力偶合器和不帶后輔室限矩型液力耦合器。由于帶后輔室限矩型液力耦合器在電動機啟動時，液力油由后輔室通過節(jié)流孔緩慢進入液力耦合器工作腔，所以其啟動性能優(yōu)于不帶后輔室限矩型液力耦合器。但是由于 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 9帶后輔室限矩型液力耦合器啟動時間長、發(fā)熱量大，所以在限矩型液力耦合器選型時，如果選用帶后輔室限矩型液力耦合器，在液力耦合器有兩個型號均能滿足其傳遞功率時，由于該形式液力耦合器啟動時間長，發(fā)熱量大，所以應優(yōu)先選用較大型號液力耦合器；如果選用不帶后輔室限矩型液力耦合器，在液力耦合器有兩個型號均能滿足其傳遞功率時，由于該形式液力耦合器啟動時間較短、發(fā)熱量較小，所以應優(yōu)先選用較小型號液力耦合器。對于有多臺電動機驅動的帶式輸送機，如果選用 Y 型電動機+限矩型液力耦合器+ 減速器驅動方式，液力耦合器建議選用帶后輔室限矩型液力耦合器。由于限矩型液力耦合器受散熱條件限制，所以 Y 型電動機+限矩型液力耦合器+減速器驅動方式一般用在單機功率為 630KW 以下，機長小于 1500m 的帶式輸送機上。其優(yōu)點是：性價比高，結構簡單緊湊，維護工作量小，維修費用低，保護電動機過載，多臺電動機驅動時，能平衡電機功率，可分臺延時啟動，減小帶式輸送機起動時對電網(wǎng)的沖擊，可靠性高，價格低，是機長小于 1500m 的帶式輸送機的首選驅動方式。其缺點是：軟起動性能較差，不宜用于下運帶式輸送機及要求具有調速功能的帶式輸送機。(4)型電動機+調速型液力耦合器 +減速器Y 型電動機+調速型液力耦合器+ 減速器是大型帶式輸送機常用的一種驅動方式，一般用在機長大于 800m 的長距離大型帶式輸送機上。其優(yōu)點是：結構較簡單，維護工作量較小，電動機空負荷啟動，保護電動機過載，多臺電動機驅動時，可分臺延時啟動，減小帶式輸送機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，可靠性較高，軟啟動性能較好，具有啟動 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 10可控性能，即啟動時間可控、啟動速度曲線可控，價格較低。其缺點是：液力耦合器啟動時，由于液力耦合器工作腔油量變化和速度變化曲線為非線性關系且具有置后性，所以可控性動態(tài)響應慢，做閉環(huán)控制難度較大，有時有滲油現(xiàn)象發(fā)生。不宜用于下運帶式輸送機及要求具有調速功能的帶式輸送機。(5)Y 型電動機+CST 驅動裝置Y 型電動機 +CST 驅動裝置是美國道奇公司專為帶式輸送機設計的，具有較高可靠性的機電一體化驅動裝置，一般用在機長大于100m 的長距離大型帶式輸送機上。其優(yōu)點是：軟起動性能良好，起動時速度曲線線性可控，停車時速度曲線也可控，可做閉環(huán)控制，電動機空負荷起動，結構簡單，維護工作量小，多臺電動機驅動時，可分臺延時啟動，減小帶式輸送機起動時對電網(wǎng)的沖擊。其缺點是：對維修工及潤滑油要求高，設備價格高。不宜用于下運帶式輸送機及要求具有調速功能的帶式輸送機。(6)繞線電動機+減速器繞線電動機+減速器有三種控制方式，第一種控制方式為繞線電動機串頻敏電阻或水電阻；第二種控制方式為繞線電動機串金屬電阻；第三種控制方式為繞線電動機串級調速。第一種控制方式無調速功能，且電動機不能頻繁啟動，一般用在機長大于 500m 且電動機不頻繁啟動的帶式輸送機上。第二種控制方式無調速功能，但電動機可以頻繁啟動，配可控硅動力制動后，是下運帶式輸送機最常用的驅動方式。第三種控制方式具有調速功能，可做閉環(huán)控制，一般用在機長大于100m 的長距離，且要求具有調速功能的大型帶式輸送機上。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11其優(yōu)點是：第一、二種控制方式，結構簡單，維護工作量較小，軟起動性能較好，價格較低，起動時對電網(wǎng)沖擊小，可靠性高，可控性能好；第三種控制方式，動力制動性能優(yōu)良。其缺點是：第一、二種控制方式啟動和停車時能耗較大；第三種控制方式系統(tǒng)復雜，且有被交-交變頻或交-直-交變頻替代的趨勢。(7)高速直流電動機+減速器高速直流電動機+減速器驅動方式是一種具有調速功能的驅動方式，一般用在要求具有調速功能的大型帶式輸送機上。其優(yōu)點是：軟起動性能良好，起動時速度曲線線性可控，停車時速度曲線線性可控，電氣制動性能好，可無級變速，可控性能優(yōu)良，可做閉環(huán)控制，可靠性較高。其缺點是：價格十分昂貴，可控硅整流系統(tǒng)復雜，電控設備占地面積大，功率因數(shù)低，直流電動機有滑環(huán)，電刷磨損大，維護工作量較大，目前無防爆型，在煤礦井下無法使用。(8)低速直流電動機直接驅動帶式輸送機的驅動滾筒低速直流電動機直接驅動帶式輸送機的傳動滾筒驅動方式是一種具有調速功能的驅動方式，一般用在要求具有調速功能的大型帶式輸送機上，且電動機單機功率大于 10m 的帶式輸送機上。其優(yōu)點是：軟起動性能優(yōu)良，起動時速度曲線線性可控，停車時速度曲線線性可控，電氣制動性能好，可無級變速，可控性能優(yōu)良，可做閉環(huán)控制，無減速器，可靠性高。其缺點是：價格十分昂貴，可控硅整流系統(tǒng)復雜，電控設備占地面積大，功率因數(shù)低，直流電動機有滑環(huán)，電刷磨損大，維護工作量大，目前大功率無防爆型，在煤礦井下無法使用。變頻調速電動機+減速器 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 12(9)變頻調速電動機+減速器有二種控制方式第一種控制方式為交-交變頻，第二種控制方式為交-直-交變頻。交-交變頻系統(tǒng)功率因數(shù)較低，在啟動、運行中將會產(chǎn)生較大的高次諧波，對電網(wǎng)造成污染。電動機的頻繁起動也將對電網(wǎng)會造成較大的無功沖擊，必須對此進行綜合治理。相對交-直-交變頻設備投資較低。交-直-交變頻系統(tǒng)由于在裝置中設有濾波單元和補償單元，功率因數(shù)大于置諧波吸收和無功補償裝置，但單機功率大于 2000 KW 的交-直-交變頻傳動系統(tǒng)國內目前尚不能生產(chǎn)，設備及備件必須進口，相對交-交變頻設備投資較高。一般用在要求具有調速功能的大型帶式輸送機上。其優(yōu)點是：軟起動性能優(yōu)良，起動時速度曲線線性可控，停車時速度曲線線性可控，電氣制動性能好，可無級變速，可控性能優(yōu)良，可做閉環(huán)控制，可靠性高。其缺點是：價格十分昂貴，電控設備占地面積大，目前單機功率大于 400 KW 無防爆型，在煤礦井下無法使用。通過以上對帶式輸送機各種驅動裝置優(yōu)缺點的分析，在選擇帶式輸送機驅動裝置時，帶式輸送機不需要調速，且機長小于 1500 m 的帶式輸送機，Y 型電動機+限矩型液力偶合器+ 減速器是其首選驅動方式，其次為繞線電動機+減速器（控制方式為繞線電動機串金屬電阻） ；如果機長大于 1500 m 的帶式輸送機，Y 型電動機+CST 驅動裝置是其首選驅動方式，其次為 Y 型電動機+調速型液力偶合器+減速器。在帶式輸送機運量變化較大，而且需要調速的情況下，變頻調速電動機+減速器是其首選驅動方式，其次為繞線電動機串級調速+減速器。1.1.4 減速器的選擇與比較帶式輸送機主要有輸送裝置和驅動裝置組成。驅動裝置的主要部 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 13件是驅動滾筒、減速器和電動機。電動機、減速器、聯(lián)軸器、傳動軸和制動器組成。作為驅動裝置的核心減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要，在一些場合也用來增速，稱為增速器。減速器結構緊湊，傳動準確可靠，使用維護簡單，某些類型的減速器已有了標準化系列產(chǎn)品。減速器的種類有很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們相互組合的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。常用的減速器的型式和應用特點：單級圓柱齒輪減速器其傳動比一般 i≤8～10,輪齒可做成直齒、斜齒和人字齒。直齒用于速度較低（v≤8m/s）載荷較輕的傳動；斜齒輪用于速度較高的傳動。人字齒輪用于載荷較重的傳動中。兩級圓柱齒輪減速器分為展開式、分流式和同軸式三種，其傳動比一般推薦為 ī=8～60，但應用特點各不相同。展開式：結構簡單、但齒輪相對于軸承的位置不對稱，因此要求軸有較大的剛度。高速級齒輪布置在遠離轉矩輸入端，這樣，軸在轉矩作用下產(chǎn)生的扭轉變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形可部分相互抵消，以減緩延齒寬載荷分布不均勻現(xiàn)象。用于載荷比較平穩(wěn)的場合。高速級一般做成斜齒，低速級做成直齒。分流式：結構復雜，但由于齒輪相對軸承對稱布置，與展開式相比載荷沿齒寬分布均勻。中間軸危險截面的轉矩相當于軸所傳遞轉矩的一半。適用于變載荷的場合。高速級一般用斜齒，低速級用直齒或 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14人字齒。同軸式：減速器橫向尺寸較小，兩對齒輪侵入油中深度大致相同。但軸向尺寸大和重量較大，且中間軸較長、剛度差，使沿齒寬載荷分布不均勻。高速軸的承載能力難以充分利用。在設計兩級或多級減速器時，合理的分配傳動比十分重要。因為它直接影響到減速器的尺寸、重量、潤滑方式和維護等。分配傳動比的原則是：(1)使各級傳動的承載能力接近相等。(2)使各級傳動的大齒輪侵入油中的深度大致相等，以使?jié)櫥奖恪?3)使減速器或得最小的外型尺寸和重量。中國齒輪行業(yè)在 20 世紀 90 年代的快速發(fā)展，以基本完成由賣方市場到買方市場的轉變。隨著我國體制改革的深入，充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會的作用，形成有序競爭的市場機制，是當前市場發(fā)展的迫切任務。當今世界各國減速器及齒輪技術的發(fā)展總趨勢是向六高、二低、二化方面發(fā)展。六高即高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳遞效率；二低即低噪聲、低成本；二化即標準化、多樣化。減速器和齒輪的設計與制造技術的發(fā)展，在一定成度上標志著一個國家的工業(yè)水平，因此，開拓和發(fā)展減速器及齒輪技術在我國有廣闊的前景。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 152 運動方案的擬訂驅動裝置是帶式輸送機的原動力部分、由電動機、減速器以及高（低）速聯(lián)軸器、制動器和逆止器等組成。其型式的確定按與傳動滾筒和關系，驅動裝置可分為分離式、半組合式和組合式三種。其三種組合方式如下表 2-1 所示：表 2-1 驅動裝置的類型類型 代號 功率范圍/kw 驅動系統(tǒng)組成分離式 Y-DBY/DCY 2.2-315 MLL 聯(lián)軸器- 直交軸硬齒面Y 電機- YOX 耦合器 ZL 聯(lián)軸器 分離式 Y-ZLY/ZSY 2.2-315 Y 電機-MLL 聯(lián)軸器-平行軸硬齒面-ZL 聯(lián)軸器YOX 耦合器 減速器半組合式 YIH 2.2-250 Y 電機-HL 聯(lián)軸器—減速滾筒YOX 耦合器組合式 YII 2.2-55 Y 電機電動滾筒分離式驅動裝置有兩種，在這兩種分離式裝置中，應優(yōu)先選擇 Y-ZLY 驅動裝置；而 Y-DBY 適用于要求布置特別緊湊的地方。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 16圖 2-1 驅動裝置的結構電動滾筒-組合式驅動裝置是將電動機和減速器齒輪副裝入滾筒內部與傳動滾筒組合在一起的驅動裝置。驅動裝置不占空間，適用于短距離及較小功率的帶式輸送機上。但電動機在滾筒內部，散熱條件差，因而電動滾筒不適合長期連續(xù)運轉，也不適合在環(huán)境溫度不大 40C 的場合使用。減速滾筒-半組合式驅動裝置是只將減速齒輪副置于滾筒內部，電動機伸出在滾筒外面的驅動裝置。它解決了電動滾筒散熱條件差的問題。因而作業(yè)率可不受太大的限制。傳動裝置的傳動方案是否合理將直接影響機器的工作性能、重量 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 17和成本。綜合考慮本題設計采用的為第一種分離式傳動方案。眾所周知，帶式輸送機的驅動裝置由電動機、減速器、聯(lián)軸器、滾筒有向上傾斜時還配有制動器、逆止器等部分組成，而減速器又由軸、軸承、齒輪、箱體四部分組成。所以，如果要設計帶式輸送機的傳動裝置，必須先合理選擇、設計它各組成部分，下面我們將一一進行設計及選擇。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 183 減速器設計3.1 選擇電動機電動機是常用的原動機，具有結構簡單、工作可靠、控制簡便和維護容易等優(yōu)點。電動機的選擇主要包括選擇其類型和結構形式、容量（功率）和轉速、確定具體型號。3.1.1 選擇電動機的類型電動機類型和結構形式電源、工作條件和載荷特點來選擇。一般情況下采用交流電動機。交流電機有鼠籠式和纏線式，纏線式啟動力矩大，能滿載啟動，但質量大，價格高，因此一般情況盡量采用鼠籠式。交流電機又分同步和異步兩種，一般情況都采用異步電機?？傊?，無特殊要求時常用交流鼠籠式異步電機，這里我采用了最常用的 Y 系列鼠籠三相異步電機。3.1.2 選擇電動機的容量電動機的容量主要由運行時發(fā)熱條件限定，在不變或變化很小的載荷下連續(xù)運行的機械，只要其電動機的負載不超過額定值，電動機便不會過熱，通常不必校驗發(fā)熱和啟動力矩。工作所需的功率： /wdp??= F V/（1000 ）w?所以： 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 19= F V/（1000η ）dp?w?式中 ——電動機的輸出功率,kw ； dp——工作機所需輸入功率，kw；w——工作機的效率；W?——電動機至工作機之間傳動裝置的總效率。由電動機至工作機之間傳動裝置的總效率為：η= . . .21?432式中 、 、 、 、為齒輪傳動、卷筒、軸承、聯(lián)軸器的效率。1?234取 = 0.97、 = 0.96、 =0.98、 = 0.99 則： 34η= 0.97 2×0.96×0.984×0.992= 0.817所以： = = dpwFV????800.817.96kw?????根據(jù) 選取電動機的額定功率 dPedP查《機械零件設計手冊》取電動機的額定功率為 = 110kw。edP3.1.3 確定電動機的轉速由卷筒軸的轉速 59.7/minwnr?按二級斜齒圓柱減速器的傳動比的合理范圍 =8 30i:故電動機的轉速范圍為: =( )×59.7r/min=(477.6 1791)r/mindwni??830:配合計算出的容量,由表 1-57 查出有兩種適用的電動機型號, 其 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 20技術參數(shù)比較情況見下表 3-1：表 3-1 電動機的參數(shù)額定功率 電動機轉速 /minr方 案 電動機型號kw 同步轉速 滿載轉速電動機重量 kg1 Y315M2-6 110 1000 990 11102 Y315S-4 110 1500 1480 1000綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及減速器的傳動比，可知方案 2 比較適合。因此選定電動機型號為 Y315S-4,所選電動機的額定功率 P =110kw，滿載轉速 n=1480r/min 。3.2 計算總傳動比并分配各級傳動比電動機確定后，根據(jù)電動機的滿載轉速和工作裝置的轉速就可以計算傳動裝置的總傳動比。3.2.1 計算總傳動比= =24.79/mwin?148059.73.2.2 分配各級傳動比 確定各級的傳動比時,考慮到潤滑條件,應使高、低級兩個在齒輪的直徑相近，所以低速級大齒輪略大些，推薦高帶級傳動比。??12.3ii?:15.49i?2.51i 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 213.3 運動參數(shù)的計算3.3.1 計算各軸轉速: 1480/minnr?=2/i/5.926./i3 7r?3.3.2 各軸的功率和轉矩電動機軸輸出功率和轉矩＝80kwdp＝9550× N·m＝9550×dTmn80516.2m4N??軸 1 的輸入功率和轉矩：= · = 80×0.99=79.2kw1pr4?＝9550× N·m＝9550× ＝511.05N·mT1n79.2180軸 2 的輸入功率和轉矩：= · · = 79.2×0.97×0.98=75.29kwp1?3＝9550× N·m＝9550× ＝2667.18N·m2T2n75.2968軸 3 的輸入功率和轉矩：= · · =75.29×0.97×0.98=71.57kwp21?2 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 22＝9550× N·m＝9550× ＝11435.39N·m3T3np71.59卷筒軸的輸入功率和轉矩：= · · · =71.57×0.98×0.99×0.96=66.66kwkp32?34＝9550× N·m＝9550× ＝10650.87N·mkT3nk6.597將以上各軸的轉速，功率及轉矩，列成表格表 3-2：表 3-2 軸的參數(shù)軸 名參 數(shù) 電 動機 軸1 軸 2 軸 3 軸 卷 筒軸轉 速 r/min 1480 1480 269.58 59.77 59.77功 率 kw 110 79.2 75.29 71.57 66.66轉 矩 N m:516.21 511.05 2667.18 11435.39 10650.873.4 傳動零件(齒輪)的設計3.4.1 減速器的選型根據(jù)實際情況和適用范圍，我選擇了 ZLY 型外嚙合漸開線斜齒圓柱齒輪減速器。3.4.2 高速級齒輪傳動的設計計算1.選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù)（1）材料及熱處理。由《機械設計手冊》選得大、小齒輪的材料均為 40 ，并調質處理及表面淬火，齒面硬度為 48 55HRC。rc :（2）按運動簡圖中傳動方案所示，選用斜齒輪圓柱齒輪傳動。（3）輸送機為一般機器，速度不高，表面淬火，輪齒變形不大， 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 23故精度可選用 7 級精。(4) 選用小齒輪的齒數(shù)為 =18，大齒輪的齒數(shù)為1z= = 取2i:8??????????29z?（5）選取螺旋角。初選螺旋角 。?4?2.按齒面接觸強度設計根據(jù)齒輪的失效形式來選擇設計和校核的公式，當失效形式為齒面點蝕活膠合時，選擇赫茲應力準則，按齒面接觸強度設計。分度圓直徑公式： 1td? 2132tHEdkTuZ?????????????（1）確定式中的各計算數(shù)值1).試選 =1.6tk2).小齒輪傳遞的轉矩即 =511.05 N mm1T?????3).選取區(qū)域系數(shù) =2.423HZ4).查得 =0.78 =0.89 則??????= + =0.78+0.89=1.67?5).齒寬系數(shù) 。因為大小齒輪均為硬齒面，故宜選稍小的齒寬系d?數(shù)。選取齒寬系數(shù) =0.8。6）查得材料的彈性影響系數(shù) =188.9 。EZ1/2MPa）按齒面硬度,查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限= =1100Mpa。lim1??li28）計算應力循環(huán)次數(shù)。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 24=60× =60×1480×1×(8×300×5)=1.06×1N1hnjl? 910= = =1.93×2u9.06154?809)計算接觸疲勞選用應力（取失效概率為1 ，安全系數(shù)S為1） 。?查得=0.96； =0.981HNK2HN由 = 得：???limNS:= =0.96×1100/1=1056MPa??1Hlim1NS?:= =0.98×1100/1=1078 MPa2li2故取 = = 1067 MPa??H???12H?056178?(2)設計計算1)計算小齒輪的分度圓直徑 ，由計算公式得 =1td1tdmm=64.45mm25321.606.438.98.797????????:2)計算圓周速度= =4.99m/s160tdnV????..5106?3) 計算齒寬b及模數(shù) tmb= =0.8 64.45=51.56mm1dt??= = =3.47mmnt1costz?64.5cos18?h= =2.25 =2.25 3.47=7.8mmafh??ntb/h=51.56/7.8=6.61 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 254) 計算縱向重合度= 0.318 =0.318 0.8 18 tan =1.142??1tandz????14?5) 計算載荷系數(shù)k使用系數(shù) =1；根據(jù)v=5.06m/s、7級精度查得動載系數(shù)AK=1.14；查得齒間載荷分配系數(shù) =1.2；查得齒向載荷分布系數(shù)v HK?=1.29。H?故載荷系數(shù)K= =1 1.14 1.2 1.29=1.77AvH???6) 按實際的載荷系數(shù)校核所算得的分度圓直徑=64.45 =66.65mm31tKd?31.767) 計算模數(shù) nm= = =3.59mm1cosz?.5cos418??3.按齒根彎曲強度設計根據(jù)齒輪的失效形式來選擇設計和校核的公式，當失效形式為齒根斷裂時，選擇強度準則，按齒根彎曲強度設計。 ??132cosFaSndKTYmz????????(1) 確定式中計算參數(shù)1) 計算載荷系數(shù)由上面的可知 =1 =1.14;查得 =1.2;查得 =1.22AKvHK?H?K= =1 1.14 1.2 1.24=1.696H???2) 根據(jù)縱向重合度 =1.142,查得螺旋角影響系數(shù)?=0.85Y? 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 263）計算當量齒數(shù)= =19.71vz3318cos4???= =108.372v339?4) 查齒表系數(shù)查得：=2.80 =2.181FaY2Fa5) 查取應力校正系數(shù)查得：=1.55 =1.791saY2sa6) 查得齒輪的彎曲疲勞極限 =620MPa1FE??7) 取彎曲疲勞壽命系數(shù) =0.88 =0.91NK2N8) 計算彎曲疲勞許用應力（取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4） = = =389.7MPa??1F?1FES?0.864?= = =403MPa2N?92.9) 計算大小齒輪的 ??FasY??= =0.01141Fas?2.805397?= =0.00968??2FasY??.4(2) 設計計算 nm 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 27=3.30mm523221.69.01.8cos140.6?????對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) 與由齒根nm彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大,取模數(shù)m=3.5可滿足彎曲強度要求；但要同時滿足接觸疲勞強度，需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 =66.65mm來計算應有的齒數(shù)，于是由=18.491cosndzm??取 =18，則 =u =5.49 18=98.82 取 =991z2z?1?2z這樣設計出來的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。4.幾何尺寸計算（1）計算中心距a= = mm??12cosnzm????893.5210.cos4???將中心矩圓整為210mm(2) 按圓速后的中心矩修正螺旋角= = =???12arcosnzm?arcos(189)3.520??184?因 值改變不多，故 、 、 參數(shù)等不必修正。????HZ（3）計算大、小齒輪的分度圓直徑= = =64.6mm1dcosnzm93.51284??=355.38mm20.n??? 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 28（4）計算齒輪寬度b= =0.8 =51.68mm1d??64.?圓整后取 =52mm =57mm2B3.4.3 低速級齒輪傳動的設計計算1.選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù)1）材料及熱處理。選得大、小齒輪材料為40 ，并經(jīng)調質及表rc面淬火，齒面硬度為48 55HRC。:2）按圖示方案，低帶級采用直齒圓柱齒輪傳動。3）因表面淬火，輪齒變形不大，且輸送機為一般機器，故精度選用7級。4）選取小齒輪的齒數(shù) =21，大齒輪的齒數(shù)為 =21 4 1z21zi?:?.51= 94.71 取 =95。2z2.按齒面接觸強度設計(1)根據(jù)齒輪的失效形式來選擇設計和校核的公式，當失效形式為齒面點蝕或膠合時，選擇赫茲應力準則，按齒面接觸強度設計。分度圓直徑公式： 1td??2132.t EdHkTuZ???????????1）試選載荷系數(shù) =1.3tK2)小齒輪傳遞的轉矩= N mm1T5.0??3)選取齒寬系數(shù) 因大、小齒輪均為硬齒面，故宜選稍小的齒d? 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 29寬系數(shù)，取 =0.8d?4)查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8MPaEZ5)按齒面硬度查得大、小齒輪