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活齒減速電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
活齒減速電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電動(dòng)滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)以及占用空間位置小等優(yōu)點(diǎn)，因此目前國內(nèi)外已將電動(dòng)滾筒廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、煤炭、交通、能源和糧食等各個(gè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域[1]。電動(dòng)滾筒作為驅(qū)動(dòng)裝置在輸送機(jī)上使用 開始于20世紀(jì)20年代的德國。
電動(dòng)滾筒是帶式輸送機(jī)的一個(gè)重要?jiǎng)恿Σ考?，就冷卻形式而言有油冷式、油浸式及風(fēng)冷式等，就減速形式而言有齒輪減速式及擺線針輪式等，就電動(dòng)機(jī)的安裝位置而言有內(nèi)置式和外置式等。目前應(yīng)用較多的是齒輪減速、內(nèi)置、油冷式電動(dòng)滾筒，特別是對(duì)于小型和微型電動(dòng)滾筒來說，這種電動(dòng)滾筒更具有不可替代的地位。但是，齒輪減速油冷式電動(dòng)滾筒承載能力較差，傳動(dòng)效率低，右法蘭軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工藝性較差，現(xiàn)已不能滿足市場需求。而活齒減速器具有嚙合齒數(shù)多，承載和抗沖擊能力強(qiáng)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高和工藝性好等優(yōu)點(diǎn)[3]，如將活齒波動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)移植到電動(dòng)滾筒內(nèi)，將形成一種全新的活齒減速式電動(dòng)滾筒[4]。因此，采用活齒減速技術(shù)對(duì)現(xiàn)有齒輪減速式電動(dòng)滾筒進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。
二、選型設(shè)計(jì)
1．電動(dòng)機(jī)的選用
電動(dòng)機(jī)是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力源，其特點(diǎn)是：長時(shí)間連續(xù)工作，因此要求電動(dòng)機(jī)為連續(xù)工作制(S1)；帶式輸送機(jī)一旦停機(jī)，要求電動(dòng)滾筒能夠在有負(fù)荷情況下起動(dòng)，因此要求電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不能太大。
正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是：在電動(dòng)機(jī)能夠勝任機(jī)械負(fù)倚要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地確定電動(dòng)機(jī)的功率。確定功率時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、允許過載能力和起動(dòng)性能三個(gè)方面的因素。一般情況下，發(fā)熱問題最重要。電動(dòng)滾筒中電動(dòng)機(jī)的使用場合很特殊，它安裝在電動(dòng)滾筒的簡體內(nèi)部，所以其電動(dòng)機(jī)的散熱條件優(yōu)劣是極其重要的問題。
從冷卻方式來劃分，電動(dòng)滾筒所用電動(dòng)機(jī)可分為自然冷卻式、風(fēng)冷式及油冷式。在油冷式電動(dòng)機(jī)中，根據(jù)冷卻油與電動(dòng)機(jī)定子繞組的相對(duì)位置，又可以進(jìn)一步分為直接油冷式電動(dòng)機(jī)和間接油冷式電動(dòng)機(jī)。間接油冷式滾筒體內(nèi)添加一定數(shù)量的冷卻油，電動(dòng)機(jī)殼體的下部浸泡在冷卻油中(如圖1所示)。滾筒體內(nèi)壁上設(shè)有刮油板，當(dāng)電動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，刮油板可以把冷卻油帶起來。這樣一方面可以使冷卻油自身得到冷卻，另一方面是能把冷卻油澆到電動(dòng)機(jī)殼體的上部及側(cè)面，起到全方位冷卻電動(dòng)機(jī)的作用。在活齒減速油冷式電動(dòng)滾筒中采用了間接油冷式電動(dòng)機(jī)，并要求電動(dòng)機(jī)功率P=3kW，由此選擇常用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YGYl00L2-4。
圖l 電動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)簡圖
1．左法蘭軸2．冷卻油3．電動(dòng)機(jī)4．減速裝置5．右法蘭軸
2．減速裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其選用
活齒波動(dòng)傳動(dòng)是一種傳遞兩同軸間回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，承載能力強(qiáng)和傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)[5-8]。主要有3個(gè)基本構(gòu)件組成，即激波器(偏心輪)、活齒輪(包括活齒架、活齒等)和中心輪(如圖2所示)。
圖2 活齒傳動(dòng)的基本構(gòu)件
1．中心輪2．活齒輪3．偏心輪
活齒架與其上的活齒組成的活齒輪具有行星輪和輸出機(jī)構(gòu)的功能，偏心距為e的偏心輪相當(dāng)于支承行星輪的行星架，它們與中心輪一起組成了K—H—V型少齒差行星傳動(dòng)，所以各種類型的活齒傳動(dòng)統(tǒng)稱為“少齒差活齒行星齒輪傳動(dòng)”帕1。
活齒傳動(dòng)原理如圖3所示：當(dāng)輸入驅(qū)動(dòng)力后，輸入軸帶動(dòng)偏心輪繞固定中心O以等角速度蛾順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于偏心輪半徑變化的輪廓曲線產(chǎn)生徑向推力，迫使與中心輪工作齒形接觸的各活齒在沿活齒架徑向?qū)Р垡苿?dòng)的同時(shí)，通過與中心輪齒廓嚙合，推動(dòng)中心輪以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了活齒傳動(dòng)定傳動(dòng)比的轉(zhuǎn)速變換。
圖3 活齒傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)模型和傳動(dòng)原理圖
1．中心輪2．活齒輪3．偏心輪
由活齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)原理可知，活齒傳動(dòng)是由K—H—V型少齒差行星齒輪傳動(dòng)演化而成的一種新型齒輪傳動(dòng)，它利用一組中間活動(dòng)件——活齒來實(shí)現(xiàn)兩同軸之間的轉(zhuǎn)速變換，變行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯(lián)接為運(yùn)動(dòng)副活動(dòng)聯(lián)接，使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環(huán)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)體，也就是活齒?；铨X與活齒架組成了活齒輪，變行星齒輪的行星運(yùn)動(dòng)為活齒輪繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，并使各活齒在活齒架的導(dǎo)向槽中按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)行星齒輪作行星運(yùn)動(dòng)的功能?；铨X傳動(dòng)這一結(jié)構(gòu)特征使其在小偏心距平行軸間的轉(zhuǎn)速變換過程中，省去了少齒差行星齒輪傳動(dòng)必須采用的w運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)，不但有效地克服了采用w運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)給少齒差行星齒輪傳動(dòng)帶來的激波器軸承壽命短的問題，而且傳動(dòng)鏈顯著縮短，這給活齒少齒差行星齒輪傳動(dòng)帶來了一系列優(yōu)點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)新穎緊湊活齒傳動(dòng)省去了少齒差行星齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)所必需的w等速運(yùn)動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)，減速運(yùn)動(dòng)通過活齒直接由活齒架輸出，組成活齒傳動(dòng)的三個(gè)基本構(gòu)件——激波器、活齒輪和中心輪同軸布置，活齒輪放在中心輪里面，簡化了結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)裝置的軸向和徑向尺寸都很小，縮小了體積并減輕了重量。
(2)多齒嚙合，承載能力高活齒輪由活齒和活齒架采用移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接組成，避免了內(nèi)嚙合齒輪副輪齒間的相互干涉，能使所有的活齒同時(shí)和中心輪齒廓接觸，最多可以有112的活齒參加嚙合，承載能力高?；铨X傳動(dòng)共軛齒形的連續(xù)接觸形式，避免了嚙入嚙出的沖擊，傳動(dòng)平穩(wěn)無噪聲。
(3)傳動(dòng)比大、范圍廣單級(jí)傳動(dòng)比為8-60，雙級(jí)傳動(dòng)比為64～3 600；二齒差活齒傳動(dòng)和封閉型二級(jí)活齒傳動(dòng)等新型活齒傳動(dòng)的相繼提出，不但使活齒傳動(dòng)傳動(dòng)比向大、小兩個(gè)方向擴(kuò)展，擴(kuò)大了傳動(dòng)比范圍，而且還有多路傳動(dòng)的功能。
(4)傳動(dòng)效率高活齒傳動(dòng)采用活齒后，使輸出機(jī)構(gòu)和活齒輪的分齒部分合成一體，使輸入軸到輸出軸之間的運(yùn)動(dòng)鏈縮短，減少了動(dòng)力傳遞損失；活齒和中心輪、激波器和活齒架之間組成的一個(gè)低副和兩個(gè)高副，使組成運(yùn)動(dòng)副的各運(yùn)動(dòng)副元素間有較多的相對(duì)波動(dòng)，嚙合效率提高；激波器采用雙排結(jié)構(gòu)，且互成180。布置，使慣性力相互平衡，從而提高了活齒傳動(dòng)效率。
(5)基本構(gòu)件的工藝性激波器通常采用偏心圓，工藝性好。
由于活齒傳動(dòng)具有上述突出特點(diǎn)，已引起國內(nèi)外工程界的重視。活齒傳動(dòng)己應(yīng)用到能源、通信、機(jī)床、汽車拖拉機(jī)和冶金等工業(yè)部門中。
當(dāng)滾筒體直徑D=400mm，帶速v=1.6m/s，筒長l=690mm。選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)YGYl00L2-4查得額定轉(zhuǎn)速n1=1420r/min，由此求得傳動(dòng)比i為
式中n1-電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
n4-電動(dòng)滾筒名義轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
由此選用TB6-3-20型活齒減速機(jī)，其傳動(dòng)比為20。由于傳動(dòng)比的增大所造成的帶速誤差為7％，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
三、主要零部件設(shè)計(jì)
1．滾筒體設(shè)計(jì)
滾筒體結(jié)構(gòu)如圖4所示，這是電動(dòng)滾筒的關(guān)鍵部件之一，它直接承擔(dān)著輸送機(jī)的動(dòng)力傳遞及輸送帶的改向功能，滾筒體工作時(shí)承受著復(fù)雜的交變復(fù)合應(yīng)力，其破壞主要來自疲勞和磨損，所以滾筒體的合理設(shè)計(jì)也關(guān)系到電動(dòng)滾筒甚至整條帶式輸送機(jī)的安全性和可靠性。
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