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克維斯新聞:油冷式電動滾筒減速裝置的改進預設
作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2014-03-05 11:28:10    文字:【】【】【
摘要:克維斯新聞:油冷式電動滾筒減速裝置的改進預設
    一、現有定軸齒輪傳動式電動滾筒剖析
    1. YD系列油冷式電動滾筒簡介
    YD系列電動滾筒是典型的定軸齒輪式結構,其內部結構主要有電動機和減速裝置這兩大部分,此外還有用來支撐運輸輸送帶并驅動其運動的滾筒體,用來支撐電動滾筒整體的前后軸、支座,以及聯接滾筒體與前后軸的端蓋、壓蓋、軸承和密封圈等零部件。
    該類型電動滾筒是供各種固定式帶式運輸輸送機配套使用的內驅裝置,與外驅動裝置相比,具有結構緊湊,占空間面積小,使用維護方便,操作安全可靠,密封性好等特點。適用于粉塵濃度大、潮濕泥濘的工作場所,可滿足各種逆止、包膠等要求。它能代替電動機―減速器形式的外驅動裝置油冷式電動滾筒減速裝置的改進預設構成膠帶運輸輸送機。
    2.定軸齒輪減速裝置的結構剖析
    在電動滾筒內部,減速裝置采用定軸齒輪傳動,常采用兩級漸開線圓柱齒輪減速。左、右法蘭軸分別與電動機的左右端蓋相連,構成一剛性軸組件,減速裝置在右法蘭軸一側。右法蘭軸為非對稱性回轉零件,其與電動機連接端有一開口,便于齒輪通過。開口處設有兩個同心且平行于法蘭軸軸線的軸承座孔,用來安裝齠輪軸。因此,結構復雜,工藝性差,特別是兩軸承座孔軸線與法蘭軸軸線之間的距離公差,以及兩軸線之間的平行度公差難以保證,廢品率極高。
    內齒圈用螺栓緊固在右端蓋上,左、右端蓋固定在滾筒體上,這樣四者構成一個組件,作為電動滾筒的運動輸出部分。傳動原理為:電動機軸上裝有齠輪,齠輪與裝在齠輪軸上的齒輪嚙合,并帶動齠輪軸轉動。齠輪軸與裝在端蓋上的內齒圈嚙合,端蓋又與滾筒體相連,從而帶動滾筒體轉動。
    二、油冷式活齒減速電動滾筒的預設
    1.減速裝置的結構預設
    結合電動滾筒的結構特點,采用內圈輸入、中圈固定、外圈輸出形式的活齒減速器,將活齒減速器置于電動機與右法蘭軸之間,這樣活齒減速器的輸入、輸出端在同一軸線上,各零件就可以預設成對稱性回轉零件??紤]到電動機的結構,在電動機與活齒減速器之間還需增設一個連接法蘭,才能將活齒減速器與電動機連接在一起。這樣一來,再加上左法蘭軸,實際上是將5個構件組合在一起,構成了一條剛性軸。連接法蘭固定在電動機的右端蓋上,連接法蘭、活齒減速器與右法蘭軸三者采用帶定位銷的螺栓連接,并串聯鋼絲防松。
    為提高電動機輸出軸的剛性,可在軸線上加一支撐軸。支撐軸一端插在活齒減速器雙偏心套內與電動機軸連接,另一端通過軸承支撐在右法蘭軸的左端。這樣電動機輸出軸由懸臂支承變成了簡支支承?;铨X減速器的位置確定以后,與滾筒體和右端蓋的輸出連接就比較簡單。因為都是回轉零件,且活齒減速器外圈的外圓上帶有兩鍵槽,只需再加一零件,采用平鍵連接即可將活齒減速的輸出部分與電動滾筒的輸出部分連為一體了。這就是輸出法蘭,其內孔通過平鍵與活齒減速器配合,一端面通過螺栓與右端蓋連接。這樣,輸出法蘭、右端蓋與滾筒體就緊密地連接成一個組件,活齒減速器的輸出動力通過輸出法蘭傳遞給滾筒體。
    2.樣機的預設參數
    本例所預設的參數要求如下:電動機功率P =4kW,額定轉速n=1 440r/min,滾筒體直徑D=630mm,帶速v=1.25m/s,筒長l=690mm.
    3.電動機的選用
    此電動滾筒采用間接油冷式電動機,根據給定電動機功率P=4kW,選擇電動機型號為YGY112M―4.
    4.減速器的選用
    由傳動比的計算公式求得減速器的傳動比為:i=n1/n4=πDn1/(60v)=37.98根據傳動比及結構零部件的相關尺寸,即可選擇BS300型活齒減速器,其傳動比為36.由于傳動比的減小所造成的帶速誤差為5.5%,故能滿足實際生產需要。
    5.主要零部件預設
 (1)筒體的預設將滾筒體視作簡支梁,兩端通過端蓋支撐在左右法蘭軸上。作用在筒體上的載荷有輸送帶對滾筒的張力F、圓周驅動力Fu以及運輸輸送帶橫向位移產生的軸向力,后者與前兩項力相比數值較小,故忽略不計。
    F1= F2eμα(2 )
    式中Fu――圓周驅動力;F1、F2 ――運輸輸送帶緊、松邊張力;F――運輸輸送帶平均張力,F=(F1+F2 )K0/2 (K0為允許過載系數,取K0=1.05);μ――輸送帶與滾筒之間的摩擦因數,取μ=0.2;α――運輸輸送帶包角,取α=3.5rad(200°)。
    可得eμα=e0.2×3.5≈2.0.圖5中M3為滾筒體所受到的轉矩,其值為:M3=5000DP/v電動滾筒的總傳動效率不低于73%,由電動機功率P=4kW,而直徑D=630mm,帶速v=1.25m/s,筒長l=690mm,筒體厚度t=5mm,材料為Q235―A,由此得:Fu =1000P/v=3 200N其他參數為:F1=2Fu =6 400N,F =1.575Fu= 5 040N,M3=1 008 N.m.最大彎矩及正、剪應力分別為Mmax=F1/4=869.4N.mσ=5.093M/(R2t)=9N/mm2τ=2.547M3/(R2t)=5.3N/mm2 Q235―A的屈服強度σs=235M P a,取安全系數S=2,則:[σ]= σs/S=117.5MPa根據第四強度理論得:σh=(σ2+3τ2)1/2=12.9<[σ]故此電動滾筒很安全。
    (2)左右法蘭軸的預設在預設電動滾筒左、右法蘭軸時,一般在同一機座號電動機下,以帶寬最寬、速度最低這一極限條件來計算法蘭軸的截面尺寸,以提高法蘭軸的通用化程度。一般情況下將左、右法蘭軸與電動機聯接成一個組件,按簡支梁進行受力剖析和計算。
    RAy+ RBy= G/2+ G0+ G/2                                             (3)
    1000 RBy=(1000-100)G/2+ 1000G0/2+100G/2    (4)
    式中G0――左、右法蘭軸、電動機、連接法蘭及減速器總重量,作用點在L/2處,G0=1 000N;L――左、右支座中心距;G――滾筒體、左右端蓋及輸出法蘭總重量,另加總重量4%的冷卻油質量,G=800N.聯立式(3)、(4),計算得,RAy=RBy=900 N. 2)水平方向的支反力RAx+ RBx= F/2+ F/2                                    (5)
    1000RBx=(1000-100)F/2+ 100F/2             (6)
    聯立式(5)、(6),計算得,RAx=RBx=2 520 N.左右法蘭軸結構相似,下面以右法蘭軸為例進行預預設算,右軸軸頭所承受的彎矩和轉矩如圖7所示。
    1)垂直方向彎矩MA0y= RAy.c=90 N.m MB0y= RBy.L1/2=40.5 N.m 2)水平方向彎矩MA0x= RAx.c=252N.m MB0x= RBx.L1/2=113.4N.m 3)合成彎矩MA0=(MA0y 2 +MA0x 2)1/2=267.6N.m MB0=(MB0y 2 +MB0x 2)1/2=120.4N.m 4)法蘭軸截面直徑。法蘭軸截面直徑d1按脈動循環應力計算d1=21.68(M0/[σ-1])1/3mm M0=[MA0 2 +(φM3)2]1/2=661.4N.m式中M0――計算彎矩;φ――校正系數,按脈動循環應力,取φ=0.6.因功率不超過15kW,則左、右法蘭軸用QT450―l0球鐵制造,取σ-1 =145N/mm2,[σ-1]=40N/mm2,則:d1=57.4mm.取d1=60mm,d=70mm.由于左法蘭軸不受轉矩作用,其載荷小于右法蘭軸,因此當軸頭與右法蘭軸截面尺寸相同時,完全能夠滿足強度要求。
    校驗右法蘭軸危險截面I―I、II―II的疲勞強度安全系數S.假定軸表面不經強化處理和防腐處理,內部沒有明顯的影響疲勞強度的缺陷,安全系數S校核公式為:S=σ-1/{(λσM/Z)2+0.75[(λτ+φτ)M3/ ZD]2}1/2≥[S]式中σ-1――材料的彎曲疲勞極限;M、M3――軸在計算截面上所受的彎矩和轉矩;Z、ZD――軸在計算截面上的抗彎和抗扭截面模數,ZI =21.6cm3,ZDI = 43.2cm3;ZII =34.3cm3,ZDII = 68.6cm3;[S]――疲勞強度的許用安全系數,一般為1.5~1.8,取[S]=1.7;φτ――扭轉時平均應力折合為應力幅的等效系數,球墨鑄鐵取φτ=0.05;λσ、λτ――從標準試件的疲勞極限到零件的疲勞極限的換算系數,λσI=2.995,λτI=2.31;λσII=2.43,λτII=1.87.則:SI=1.89,SII=3.69.右法蘭軸兩個截面的疲勞強度安全系數均大于許用安全系數1.7,因此其疲勞強度能夠滿足使用要求。
    三、結語
    通過預預設算與剖析,確定了活齒減速油冷式電動滾筒的結構形式以及零部件結構尺寸??梢钥闯?,由于活齒減速同軸輸入輸出,且結構緊湊,體積較小,因此滿足了電動滾筒的整體結構形式要求。另外,電動滾筒是一種將電動機和減速器同時置于滾筒體內部的驅動裝置,在現有技術條件下,由于電動機已達到了其極限尺寸,只能從盡可能減小減速裝置的體積方面尋求答案,因此可以說活齒減速器的自身結構正是電動滾筒所需要的。
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