2457 帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì),輸送,傳動(dòng),滾筒,設(shè)計(jì) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 摘要帶式輸送機(jī)是用于散料輸送的重要設(shè)備，適用于礦山機(jī)械。傳動(dòng)滾筒作為帶式輸送機(jī)的重要部件，其作用更是舉足輕重。滾筒是帶式輸送機(jī)的主要傳部件，它的作用有兩個(gè)：一是傳遞動(dòng)力，二是改變輸送帶運(yùn)行方向。帶式輸送機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)質(zhì)量，關(guān)系到整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的性能、安全性和可靠性。目前，國內(nèi)滾筒的設(shè)計(jì)一般采用近似公式，對(duì)于中小型滾筒已經(jīng)能夠滿足工程需求，但對(duì)于大型滾筒這種設(shè)計(jì)方法其結(jié)果與工程實(shí)際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保障。由于缺乏精確的計(jì)算方法，如果盲目的增大安全系數(shù)，會(huì)使結(jié)構(gòu)尺寸變大，重量增加，強(qiáng)度得不到顯著的提高同時(shí)又增加了成本。本設(shè)計(jì)首先對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了分析研究，修正了有關(guān)計(jì)算公式，完善并統(tǒng)一了設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，對(duì)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，在大量的參考了國內(nèi)該部分的相關(guān)教材和資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合了一定的實(shí)踐而編寫的。由于傳動(dòng)滾筒的適用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)其需求量也不斷增加。故對(duì)滾筒設(shè)計(jì)有一定的必要性。在對(duì)滾筒設(shè)計(jì)中要充分了解主要部件的工作特性，合理進(jìn)行選型設(shè)計(jì)和性能匹配。關(guān)鍵字： 帶式輸送機(jī) 傳動(dòng)滾筒 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 iAbstractBelt conveyor is used for the important bulk conveying equipment, suitable for mining machinery. Transmission roller as an important part of the belt conveyor, and its function is more critical. The cylinder is a belt conveyor of the main parts, its action has two: one is to transfer power, 2 it is to change the conveyor belt running direction. Belt conveyor roller design quality, relationship to the whole conveyor system performance, safety and reliability. At present, the domestic roller design general use of the approximate formula, for small and medium-sized roller has been able to meet the engineering requirements, but for large drum the design method and the results have a big gap between the actual engineering, it is difficult to guarantee the safety and reliability. Because of the lack of accurate calculation method, if blind increase safety coefficient, can make the structure size change, increase the weight, strength not rise significantly increased again at the same time the cost.This design first of belt conveyor roller structure, the calculating method of analysis and study of the fixed related calculation equations, perfect and unified design calculation content, to the belt conveyor roller drive the rigorous mathematical reasoning, in a large number of reference in this part of the relevant material and material, and on the basis of the practice of combining must be written.By driving roller, the scope of application of expansion, the demand is on the increase. So the roller design had some necessity. In the design of roller to fully understand the main parts of the characteristics, the reasonable selection of design and performance match.Key word: belt conveyor transmission roller 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 目錄前 言 ..................................................................................................................................................1第一章 緒論 ......................................................................................................................................21.1 滾筒在國民經(jīng)濟(jì)中的作用 ...............................................................................................21.2 傳動(dòng)滾筒的發(fā)展?fàn)顩r .......................................................................................................31.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...............................................................................................................51.4 結(jié)構(gòu)與種類 .........................................................................................................................61.4.1 按驅(qū)動(dòng)方式分 ..........................................................................................................61.4.2 按軸承內(nèi)孔大小分 ..................................................................................................61.4.3 按外形分 ..................................................................................................................71.4.4 特殊滾筒 ..................................................................................................................71.5 傳動(dòng)滾筒的研究目的和意義 ...........................................................................................8第二章 傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) ................................................................................................................102.1 傳動(dòng)滾筒的選擇及其傳動(dòng)理論 .......................................................................................102.1.1 傳動(dòng)滾筒直徑的確定 ............................................................................................122.1.2 滾筒的性能特點(diǎn)及其選用 ....................................................................................142.2 傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) .............................................................................................................152.2.1 傳動(dòng)滾筒筒殼內(nèi)外表面的應(yīng)力 ..........................................................................152.2.2 傳動(dòng)滾筒接盤應(yīng)力 ..............................................................................................172.2.3 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì) ..................................................................................192.3 滾筒通體外徑 D 與厚度 t 之間的關(guān)系 .........................................................................192.4 傳動(dòng)滾筒的軸徑 d、筒殼厚度 h、接盤輻板厚度 t、接盤支點(diǎn) 等參數(shù)關(guān)系 .........211l2.4.1 設(shè)計(jì)變量 ................................................................................................................212.4.2 彎扭矩計(jì)算 ..........................................................................................................232.4.3 求最大當(dāng)量彎矩 ..................................................................................................242.4.4 軸的強(qiáng)度校核 ......................................................................................................242.4.5 接盤內(nèi)應(yīng)力的計(jì)算 ..............................................................................................242.4.6 邊界約束條件確定的參數(shù)關(guān)系 ..........................................................................242.4.7 各段軸徑之間的參數(shù)關(guān)系 ..................................................................................252.4.8 滾筒體的最大直徑為 D 與最小直徑 之間的參數(shù)關(guān)系 ...............................2512.4.9 滾筒體總長度與滾筒體 L 的中部圓柱部分的長度 b 的關(guān)系 ..........................25第三章 典型傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì) ........................................................................................................263.1 滾筒體 .............................................................................................................................263.2 軸的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................313.2.1 軸的材料的選擇 ..................................................................................................313.2.2 軸徑的初步估算 ..................................................................................................313.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ......................................................................................................323.3 滾筒脹套連接的選擇與校核 .........................................................................................333.3.1 脹套連接的常見問題 ..........................................................................................33 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I3.3.2 脹套的選擇 ..........................................................................................................343.3.3 脹套的校核 ..........................................................................................................353.4 接盤的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .........................................................................................................373.5 支座的選擇 .....................................................................................................................383.5.1 支座的選型 ..........................................................................................................383.5.2 支座的材料選擇 ..................................................................................................383.5.3 支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................383.6 軸承的選則和壽命的校核 .............................................................................................393.6.1 軸承的選擇 ..........................................................................................................393.6.2 滾筒軸承壽命的校核 ..........................................................................................403.6.3 基本額定壽命 ......................................................................................................403.6.4 基本額定動(dòng)載荷和軸承壽命的計(jì)算 ..................................................................413.6.5 計(jì)算軸承支反力 ， .................................................................................411rF23.6.6 軸承壽命的計(jì)算 ..................................................................................................413.7 鍵的選擇與校核 .............................................................................................................423.7.1 鍵連接的選擇 ......................................................................................................423.7.2 聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算 ..................................................................................................42總 結(jié) ................................................................................................................................................45致 謝 ..............................................................................................................................................47參考文獻(xiàn) ..........................................................................................................................................48 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 0前 言帶式輸送機(jī)是用于散料輸送的重要設(shè)備之一。其結(jié)構(gòu)特別簡單，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，能耗低，對(duì)環(huán)境污染小，便于集中控制和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，管理和維護(hù)方便，在連續(xù)裝載的條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，因此，在國民經(jīng)濟(jì)各部門特別是煤炭和礦山運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。由于其適用范圍的不斷擴(kuò)大和對(duì)其需求量的不斷增加，帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也有了長足發(fā)展。傳動(dòng)滾筒作為帶式輸送機(jī)的重要部件，起作用更是舉足輕重。眾所周知，零部件的工作特性，對(duì)整機(jī)性能有重要影響，加之用戶和使用環(huán)境的千變?nèi)f化，帶式輸送機(jī)中的傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)不僅還會(huì)涉及其初步設(shè)計(jì)和零部件的選型設(shè)計(jì)，并且還越來越多地涉及零部件的設(shè)計(jì)，充分了解主要零部件的工作特性，合理的進(jìn)行造型設(shè)計(jì)和性能匹配。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1第一章 緒論傳動(dòng)滾筒是一種驅(qū)動(dòng)裝置，它主要應(yīng)用于固定式和移動(dòng)式的帶式輸送機(jī)設(shè)備，也是帶式輸送機(jī)的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)和工作原理對(duì)帶式輸送機(jī)整體特性影響很大。本章先介紹傳動(dòng)滾筒在國民經(jīng)濟(jì)中的作用，然后是滾筒的發(fā)展?fàn)顩r。1.1 滾筒在國民經(jīng)濟(jì)中的作用由于滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)率高，噪聲低使用壽命長，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，密封性好。占據(jù)空間小，安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并且適合在各種惡劣環(huán)境條件下工作，包括潮濕、泥濘、粉塵多的環(huán)境，所以目前國內(nèi)外已將電動(dòng)滾筒廣泛應(yīng)用于采礦、冶煉、煤炭、交通、能源、糧食、煙草、化工、建材、郵電、航空、農(nóng)林、印刷、商業(yè)等各個(gè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域。滾筒在國民經(jīng)濟(jì)中的作用隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，傳動(dòng)滾筒作為傳動(dòng)鏈已廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)線中的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)和輥道輸送機(jī)，用來輸送城建物品。進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代以后，傳動(dòng)滾筒的應(yīng)用場所擴(kuò)展的十分迅速。例如，錐形傳動(dòng)滾筒，使輥道輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎成為輕而易舉的事。所以，飛機(jī)場、郵電局能用它來分揀行李物品、包裹等貨物。兩端直徑達(dá)、中間直徑小、類似雙曲線形狀的電動(dòng)滾筒，可以應(yīng)用于林場運(yùn)送原木。經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，可以制成卷繞鋼絲繩、電纜等柔性繩索的卷繞滾筒，并且可以在滾筒內(nèi)部裝上安全可靠的制動(dòng)裝置和防止逆轉(zhuǎn)裝置。經(jīng)過特殊制造的傳動(dòng)滾筒，可以輸送高溫物料和高溫鋼胚。有的特殊傳動(dòng)滾筒可以在化纖加工過程中作為脫水軋輥使用。如果在滾筒體的圓柱面上焊接螺旋形葉片，還可以制成輕巧的螺旋輸送機(jī)。此外，雙速，三速或無級(jí)變速的電動(dòng)滾筒已廣泛應(yīng)用與超級(jí)市場和技術(shù)精密型產(chǎn)品的生產(chǎn)線上。專門制造的隔爆型傳動(dòng)滾筒可以用在易燃、易爆的環(huán)境中。近年來，還有人試圖將微型電動(dòng)滾筒應(yīng)用到旅游服務(wù)行業(yè)。例如，賓館、飯店中的擦鞋機(jī)，窗簾卷簾機(jī)等等?？傊?，隨著傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)，制造技術(shù)的不斷改進(jìn)以及高新技術(shù)的引入，傳動(dòng)滾筒的應(yīng)用范圍越來越廣泛，傳動(dòng)滾筒在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的作用 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2也越來越重要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用場所更是越來越廣泛，其發(fā)展前景也相當(dāng)可觀。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，重視提高產(chǎn)品的可靠性，不斷開發(fā)研制新產(chǎn)品，開拓國內(nèi)市場，設(shè)計(jì)出有高可靠性的產(chǎn)品，才能使用戶放心大膽的使用，才能提高企業(yè)的聲譽(yù)，企業(yè)的產(chǎn)品在國內(nèi)，外市場上才能被人們信任，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2 傳動(dòng)滾筒的發(fā)展?fàn)顩r連續(xù)輸送機(jī)械是物料搬運(yùn)機(jī)械的重要組成部分，是其中的一大類別。帶式輸送機(jī)是連續(xù)輸送機(jī)械中效率最高、應(yīng)用范圍最廣泛的一種機(jī)型，是散料輸送的重要設(shè)備。帶式輸送機(jī)是以輸送帶作為牽引構(gòu)件和承載構(gòu)件的一種連續(xù)輸送設(shè)備。輸送帶上的物料隨輸送帶一起運(yùn)行，根據(jù)需要可以在輸送機(jī)頭部或中間部位卸料[1]。輸送帶用托輥支撐，運(yùn)行阻力小。帶式輸送機(jī)可以沿水平或傾斜線路布置，在輸送原煤時(shí)，向上最大輸送傾角一般為17°~18 °，向下最大輸送傾角一般為15°~16°。當(dāng)采用花紋輸送帶并采取其它相應(yīng)措施上運(yùn)傾角可高達(dá)28°~32°，下運(yùn)傾角可達(dá)25°~28°。當(dāng)采取某些特殊措施或?qū)Ｓ脦捷斔蜋C(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更大的輸送傾角甚至垂直提升。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，礦山、建材、化工、港口、糧食、電力、煤炭等部門對(duì)散狀物料的輸送提出了新的要求，長距離（指單機(jī)輸送長度，國外最長達(dá)15000m，國內(nèi)最長為沈礦為海螺集團(tuán)研制的10300m 平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)）、大運(yùn)量（高帶速和大帶寬）和大傾角輸送物料是其主要發(fā)展方向之一[2]，同時(shí)提出無公害環(huán)保輸送散狀物料的要求。無論國外還是國內(nèi)的建材及礦山行業(yè)，在這兩種輸送方案的對(duì)比選擇后，還是較多的選擇以長距離、大運(yùn)量的帶式輸送機(jī)代替汽車運(yùn)輸?shù)姆桨浮Ｆ湓蚴遣捎闷囘\(yùn)輸不僅要修建公路、購買汽車一次性投資大，而且日常的公路和汽車維修費(fèi)用也很高。帶式輸送機(jī)輸送散狀物料是連續(xù)的物料流，生產(chǎn)效率高。目前，國外最大帶速已達(dá)12m/s。國內(nèi)的最大帶速達(dá)5.8m/s，最大輸送量9800t/h。當(dāng)然，增加輸送帶的寬度也可以提高輸送量（國外采用的最大帶寬是 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33300mm），但增加帶寬使整機(jī)所有相關(guān)尺寸增大，增加了設(shè)備的總投資。特別是輸送帶的成本要占整機(jī)成本的30~50%，而且距離越長，運(yùn)量越大，所占的比例就越大。同時(shí)，大帶寬需要相應(yīng)的硫化設(shè)備（包括輸送帶接頭的硫化），因此我國目前所采用的最大帶寬為2200~2800mm。近年來，通過引進(jìn)國外先進(jìn)國家的帶式輸送機(jī)整套設(shè)備及技術(shù)，以及國內(nèi)廣大科研人員的共同努力，可以說國內(nèi)設(shè)計(jì)和制造的長距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)的水平已經(jīng)可以滿足國內(nèi)市場的需求，但是一些關(guān)鍵技術(shù)尚需引起重視并加以深入研究和開發(fā)。國內(nèi)投入使用的部分長距離、大運(yùn)量的典型帶式輸送機(jī)如表1.1 所示。到目前為止，沈礦集團(tuán)為天津港設(shè)計(jì)的帶式輸送機(jī)最大輸送量達(dá)9800t/h；沈礦集團(tuán)為海螺集團(tuán)設(shè)計(jì)的單機(jī)最長達(dá)10.3km。向家壩水電站31.1 公里沙石料長距離大運(yùn)量帶式輸送系統(tǒng)，由2.5 公里到8.2 公里共5 條帶式輸送機(jī)組成的輸送系統(tǒng)。帶寬1.2m，帶速4.5m/s,輸送量3000t/h，帶強(qiáng)ST4500。國外長距離帶式輸送機(jī)的應(yīng)用。到目前為止，西班牙的西撒哈拉帶式輸送機(jī)線路是世界上最長的長距離輸送機(jī)線路。該線路長達(dá)100km，用來將位于石質(zhì)高原地區(qū)的布·克拉露天礦的磷灰石礦石運(yùn)往艾汾阿雍海港。此線路于兩年半內(nèi)建成，并于1972 年投入使用，整條線路由長為6.9~11.8km 的11 臺(tái)輸送機(jī)組成。輸送機(jī)采用寬度為1000mm，強(qiáng)度為3150N/mm 的鋼繩芯輸送帶，帶速為4.5m/s。輸送帶的安全系數(shù)為6.7~10。澳大利亞恰那礦20km 地面帶式輸送機(jī)系統(tǒng)是代表現(xiàn)代帶式輸送機(jī)發(fā)展水平的一條輸送線。該輸送系統(tǒng)由一條長為10.3km 的平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)和一條10.1km 的直線長距離帶式輸送機(jī)構(gòu)成。轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)的曲率半徑為9km，弧長為4km。兩條輸送機(jī)除線路參數(shù)外，其它參數(shù)相同，輸送能力為2200t/h，帶寬1050mm，輸送帶抗拉強(qiáng)度為3000N/mm，安全系數(shù)為5，拉緊裝置為重錘拉緊。津巴布韋鋼鐵公司的15.6km 水平轉(zhuǎn)彎越野帶式輸送機(jī)于1996 年投入使用，是世界上單機(jī)最長的帶式輸送機(jī)。輸送量為干礦石500t/h(濕礦石600t/h)，系統(tǒng)全長為15.6km，物料提升高度為90m。輸送帶采用橋石公司的鋼繩芯輸送帶，抗拉強(qiáng)度為888N/mm，運(yùn)行速度為4.25m/s，輸送帶的安全系數(shù)為5.8，當(dāng)環(huán)境溫度為0℃時(shí)，安全系數(shù)降到5.5，當(dāng)輸送量增加到600t/h 時(shí)，輸送帶安全系數(shù)降低到4.8。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 41.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國內(nèi)外機(jī)械工業(yè)水平的不斷發(fā)展，滾筒的結(jié)構(gòu)、加工、安裝等方面發(fā)生著日新月異的變化。由于焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，焊接強(qiáng)度的可靠性得到保證，雖然多數(shù)大型滾筒采用鑄焊結(jié)構(gòu)，但焊接結(jié)構(gòu)也有所增加。輪轂和主軸的聯(lián)結(jié)方式也由鍵槽連接向脹套連接轉(zhuǎn)變。原來的輻板采用加強(qiáng)筋，現(xiàn)在直接用鋼板制成。過去國內(nèi)外在設(shè)計(jì)滾筒的各零部件時(shí)，常采用基于經(jīng)典彈性力學(xué)理論導(dǎo)出的簡單的經(jīng)驗(yàn)公式。近年來，國內(nèi)研究人員對(duì)于大直徑滾筒的設(shè)計(jì)方法作了多方面的探索。東北工學(xué)院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法對(duì)一合拉力為13.6 噸的雙輻板結(jié)構(gòu)滾筒進(jìn)行了有限元分析。由于分析過程中忽略了輸送帶與驅(qū)動(dòng)滾筒間摩擦力的作用，因此結(jié)果與實(shí)際相差較大。因?yàn)檩斔蛶c滾筒之間的摩擦力是滾筒扭曲變形的重要因素。西安冶金建筑學(xué)院的陸鴻生選擇新的力學(xué)模型，根據(jù)圓柱體彎曲的有矩理論，分別推導(dǎo)出傳動(dòng)滾筒和改向滾筒在外載荷作用下殼體內(nèi)的位移、內(nèi)力和應(yīng)力的計(jì)算公式，為精確計(jì)算提供了理論依據(jù)，在一定程度上揭示了筒體直徑、兩輻板間距和拉力與應(yīng)力之間的關(guān)系。存在的問題是其力學(xué)模型條件苛刻，將筒體與輻板分開考慮，這對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性有較大的影響。因?yàn)檩棸宓男螤睢⒑穸葘?duì)筒體的應(yīng)力和變形有不可忽視的影響[4]。西安交通大學(xué)曾經(jīng)運(yùn)用SAP5對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒做有限元分析，對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行了分析并得出:摩擦力是滾筒扭曲變形的重要團(tuán)素；從應(yīng)力與變形兩個(gè)方面說明，輻板的加強(qiáng)筋，在滾筒非臨界狀態(tài)下，對(duì)局部變形與筒體應(yīng)力分布影響不大，只是在臨界狀態(tài)下能提高滾筒的整體穩(wěn)定性；滾筒的徑向最大變形在滾筒中部。通過分析，對(duì)筒體厚度進(jìn)行了優(yōu)化，達(dá)到節(jié)省材料的目的。煤炭科學(xué)研究總院上海分院曾經(jīng)做過強(qiáng)力滾筒的有限元分析，對(duì)滾筒各點(diǎn)的受力、變形大小進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元計(jì)算滾筒受力的可靠性。西安科技學(xué)院劉金依等人采用大型有限元分析軟件ANSYS，對(duì)英國安德森——梅沃公司順槽可伸縮帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算，得出了應(yīng) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5力分布圖，并找到危險(xiǎn)區(qū)域，從理論上對(duì)滾筒的常見破壞形式進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步改進(jìn)滾筒的受力狀況，實(shí)現(xiàn)滾筒的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供了必要的理論依據(jù)[5]。他們對(duì)滾筒的理論研究和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)本課題有十分重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元方法得到了長足的發(fā)展，有限元應(yīng)用也擴(kuò)展到機(jī)械、電子等領(lǐng)域。事實(shí)證明對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒進(jìn)行有限元分析是十分合理和有效的。國外從20 世紀(jì)60 年代就已經(jīng)開始對(duì)滾筒的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、強(qiáng)度分析、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。關(guān)于這方面的研究從總體上分為兩類：第一類是Lang、Schmolzi、Das 等對(duì)滾筒用半解析法進(jìn)行研究；第二類是Linder、Vodstrsi 、Siva 等使用了有限元方法。但絕大多數(shù)的研究人員都把滾筒看作各個(gè)零件的組合，而不是把滾筒當(dāng)作一個(gè)整體來分析。盡管也有一些有限元法已經(jīng)把滾筒當(dāng)成整體來考慮，但迄今為止還沒有關(guān)于滾筒受到非對(duì)稱載荷系統(tǒng)的研究。1.4 結(jié)構(gòu)與種類帶式輸送機(jī)滾筒有很多種類型，主要有如下幾種分類:1.4.1 按驅(qū)動(dòng)方式分（1）外驅(qū)動(dòng)式 即驅(qū)動(dòng)裝置放在傳動(dòng)滾筒外面，減速器直接同傳動(dòng)滾筒軸相連。（2）內(nèi)驅(qū)動(dòng)式 即將驅(qū)動(dòng)裝置全部放在傳動(dòng)滾筒內(nèi)，此種方式又稱為電動(dòng)滾筒。1.4.2 按軸承內(nèi)孔大小分（1）輕型 孔徑在50~100mm；輕型滾筒的結(jié)構(gòu)是軸與輪轂之間采用過盈配合（或配單鍵），輻板與筒體焊接，其中輪轂與軸采用鍵連接的結(jié)構(gòu)用于傳動(dòng)滾筒。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6（2）中型 孔徑在120~180mm；中型滾筒的結(jié)構(gòu)是軸與輪轂用脹套連接，輻板與筒體焊接。（3）重型 孔徑在200~220mm；重型滾筒的結(jié)構(gòu)是軸與輪轂采用脹套連接，這種結(jié)構(gòu)的滾筒是筒體的一部分、輻板、輪轂鑄成一體的接盤與筒體的另一部分焊接而成，也就是鑄焊滾筒。（4）工程級(jí)滾筒 工程級(jí)滾筒是指為滿足特殊載荷條件而經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的滾筒。高張力輸送帶由于其強(qiáng)度高、延伸性低的特點(diǎn)，而使這些滾筒的受力情況比使用一般織物芯層輸送帶的滾筒要高的多。啟動(dòng)、制動(dòng)及其它動(dòng)力載荷直接的傳遞給滾筒。當(dāng)涉及到高張力時(shí)，滾筒的同心度及滾筒與輸送機(jī)的準(zhǔn)確對(duì)中是十分重要的。這種分類對(duì)于改向滾筒也同樣適用。外面包上一層橡膠的滾筒稱為包膠滾筒，包膠方式可采用硫化和冷粘的方法；鑲嵌陶瓷的滾筒稱為陶瓷滾筒；什么也不包的滾筒稱為光面滾筒。1.4.3 按外形分（1）鼓形滾筒 用鋼板卷圓焊接而成，滾筒中間部分直徑大于兩邊約幾毫米，目的是防止輸送帶跑偏，但是加工工藝復(fù)雜，因此很少使用。（2）葉片式滾筒 滾筒由許多橫向葉片組成，目的便于清潔輸送帶，此類滾筒又稱為自清掃滾筒。如果將葉片改為圓柱棒，稱為棒式滾筒，也可起到自清掃作用。（3）溝槽膠面滾筒 滾筒的膠面上開菱形、人字形、直線形、環(huán)形、梯形，則分別稱為菱形護(hù)面、人字形護(hù)面等各種護(hù)面形狀的滾筒，其目的是增大摩擦系數(shù)和便于排出粘著物料。傳動(dòng)滾筒膠面常選用菱形和人字形。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 71.4.4 特殊滾筒（1）真空滾筒 為增大輸送帶同滾筒之間的摩擦力，在滾筒裝有真空泵或外接真空泵，使輸送帶同滾筒包角之間成真空，增大摩擦力。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，真空滾筒尚未得到推廣。（2）磁力滾筒 滾筒內(nèi)裝有磁鐵，如輸送帶下層為磁性覆蓋膠，根據(jù)異性相吸作用，能增大摩擦力。當(dāng)使用普通輸送帶時(shí)，磁力滾筒就成為除鐵滾筒。（3）輪胎滾筒 滾筒外面由許多充氣輪胎構(gòu)成，輪胎表面帶有溝槽。各種輪胎充氣壓力不同時(shí)，也起到鼓形滾筒作用。（4）陶瓷滾筒 滾筒護(hù)面有許多陶瓷片鑲成，一方面可增大摩擦力，另一方面便于清掃。陶瓷片也可做成插板式，以便于更換。滾筒包膠的主要優(yōu)點(diǎn)就是表面摩擦系數(shù)大，包膠是在滾筒的表面上用冷粘或硫化一層橡膠。包膠滾筒按其表面形狀又可分為：光面包膠滾筒、人字形溝槽包膠滾筒和菱形包膠滾筒。脹套連接結(jié)構(gòu)是國際上廣泛應(yīng)用于重型載荷下機(jī)械連接的一種先進(jìn)基礎(chǔ)部件。脹套的結(jié)構(gòu)如圖1—1 所示，其原理是：當(dāng)旋轉(zhuǎn)緊定螺釘時(shí)，前壓環(huán)和后壓環(huán)相互靠近，迫使帶張口的外環(huán)脹大，內(nèi)環(huán)縮小，從而使軸和輪轂形成過盈配合，達(dá)到連接的目的。采用脹套連接的優(yōu)點(diǎn)是：容易實(shí)現(xiàn)高精度的定位，可傳遞大扭矩和軸向力；可連接不可焊材料；可從外部安裝拆卸，并可重復(fù)使用；降低了孔和軸的加工精度和加工費(fèi)用。圖1—1 脹套結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 81.5 傳動(dòng)滾筒的研究目的和意義為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要,帶式輸送機(jī)的輸送能力要加大,帶式輸送機(jī)大型化與高可靠性要求,對(duì)設(shè)計(jì)者和制造者提出了更高的要求，只有解決了帶式輸送機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù),才能制造出高性能、高可靠性的大型帶式輸送機(jī)。作為帶式輸送機(jī)重要傳動(dòng)部件的滾筒，能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行，在整個(gè)輸送系統(tǒng)中處于舉足輕重的地位。滾筒的失效會(huì)給人身安全和整個(gè)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的后果，使企業(yè)遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。特別是在復(fù)雜惡劣的工礦下，如何改進(jìn)滾筒結(jié)構(gòu)、提高工效、延長壽命，一直是科研人員所關(guān)注的課題。目前，在國內(nèi)對(duì)于中小型滾筒一般采用近似公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于重型滾筒近似公式已不再適用，這就使得設(shè)計(jì)計(jì)算具有較大的盲目性。這樣設(shè)計(jì)出來的滾筒和工程實(shí)際有一定的差距，它的安全性和可靠性難以保證。一旦發(fā)現(xiàn)問題，通常是采用增大尺寸的方法來解決，但是這樣做并沒有解決實(shí)際性的問題。不但浪費(fèi)材料增加成本，還不能達(dá)到預(yù)期的目的，隨著帶式輸送機(jī)的大型化，合理的設(shè)計(jì)制造出大型滾筒已成為帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵問題。目前，我國設(shè)計(jì)的滾筒盡管可以滿足生產(chǎn)需求，但是由于缺乏研究，相同規(guī)格的滾筒與國外相比多消耗材料，使產(chǎn)品缺乏競爭力。選擇該課題的目的就在于對(duì)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行力學(xué)分析及設(shè)計(jì)，找到合理的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，使?jié)L筒的設(shè)計(jì)更加簡潔方便。對(duì)傳動(dòng)滾筒進(jìn)行分析，從而為設(shè)計(jì)計(jì)算提供有力的參考。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9第二章 傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)2.1 傳動(dòng)滾筒的選擇及其傳動(dòng)理論傳動(dòng)滾筒按照其不同結(jié)構(gòu)可分為鋼制光面滾筒、包膠滾筒、陶瓷滾筒、電動(dòng)滾筒等。當(dāng)假設(shè)輸送帶是一種理想的撓性體，可以任意撓曲，不受彎曲應(yīng)力；忽略輸送帶的質(zhì)量所產(chǎn)生的重力和慣性力時(shí)，輸送帶與滾筒繞入端的張力 （緊S入邊張力）和繞出端的張力 （松邊張力），按歐拉公式有如下關(guān)系：S出e??出入 ?上式表示了一種傳遞驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系，即傳動(dòng)滾筒所傳遞的圓周驅(qū)動(dòng)力為：)1()1(SFU ???????入出出入式中 μ ——輸送帶與滾筒間的摩擦系數(shù)； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10λ ——滾筒與輸送帶有相對(duì)彈性滑動(dòng)弧對(duì)應(yīng)的圓心角，rad， λ 100—300MM，故一般接盤的材料采用 其 540MpaoniS38?r?由表16—1《機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的：540)(62022 ???LhGhBVr—接盤中的徑向彎矩，單位為N.cmrM與軸上B處徑向彎矩大小相等，因?yàn)檩S上在該點(diǎn)的彎矩也是由接盤引起的。2.4.6 邊界約束條件確定的參數(shù)關(guān)系1BL?Dd5.0 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 252.4.7 各段軸徑之間的參數(shù)關(guān)系已知軸的最小直徑為軸端處，設(shè)它的大小為d，裝軸承處的軸的直徑為 ，1d裝賬套處的軸的直徑為 ，裝滾筒處的軸的直徑為 ，由于滾筒軸各段存在臺(tái)2d3d階，切部分處有鍵存在的鍵槽，為了達(dá)到軸傳遞的使用要求有經(jīng)驗(yàn)公式來估算軸的直徑把軸徑增大10%-15%.故得： d1.?32.2.4.8 滾筒體的最大直徑為 D 與最小直徑 之間的參數(shù)1D關(guān)系根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，滾筒體中部最大直徑D與滾筒體兩端邊緣最小直徑d的比值在1.009—1.015范圍內(nèi)比較適合。如果 小于這個(gè)數(shù)值，滾筒體的導(dǎo)向能力則1/D不明顯。如果 大于這個(gè)數(shù)值，則輸送帶的附加張力過大，輸送帶不能完全1/緊貼在滾筒體上，而且輸送帶的使用壽命也會(huì)降低。故D=1.009—1.015 1D2.4.9 滾筒體總長度與滾筒體 L 的中部圓柱部分的長度b 的關(guān)系有關(guān)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)滾筒體中的圓柱部分的長度為滾筒體的總長度的1/3-1/2時(shí)，輸送帶內(nèi)部的應(yīng)力分布最均勻，滾筒體的導(dǎo)向能力最明顯。兩個(gè)背椎與圓柱體組成的筒體：（a）b=1/2L ,a=1/4L (b) b=1/3L ，a=1/3L 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26第三章 典型傳動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)滾筒的主要部件有滾筒體、端蓋、支座、賬套、接盤及軸承、密封圈、緊固件等標(biāo)準(zhǔn)件。下面將對(duì)其工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分別簡述。3.1 滾筒體傳動(dòng)滾筒的筒體有兩個(gè)作用。一個(gè)用來支撐并拖動(dòng)輸送帶運(yùn)動(dòng)，或者直接支撐并輸送成件物料。二是作為殼體保護(hù)內(nèi)部部件和傳動(dòng)裝置。這兩個(gè)作用都要求滾筒體堅(jiān)固。滾筒體的形狀絕大多數(shù)為圓柱體。例如，用于輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)上的滾筒和用于長距離帶式輸送機(jī)上的大功率傳動(dòng)滾筒的筒體都是圓柱體（圖3—1）圖3—1 圓柱形滾筒體 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27圖3—2 腰鼓形滾筒體對(duì)于移動(dòng)性帶式輸送機(jī)和短距離固定式帶式輸送機(jī)，傳動(dòng)滾筒通常做成腰鼓形（圖3—2）。由于滾筒體中部鼓起，輸送帶內(nèi)部便會(huì)產(chǎn)生橫向附加張力，可以防止輸送帶跑邊。有試驗(yàn)資料表明，滾筒體的導(dǎo)向能力與滾筒體中部鼓起的高度有關(guān)。一般來說，鼓起高度越大，導(dǎo)向能力越強(qiáng)。前提是，在工作工程中輸送帶應(yīng)當(dāng)緊貼在滾筒體上。由于輕型輸送機(jī)的輸送帶較薄，所以滾筒體中部的鼓起高度不宜過大。腰鼓形滾筒體一般需要在數(shù)控車床上加工，可能達(dá)到理想的圓弧表面。為了便于在普通車床上加工，可以將滾筒體設(shè)計(jì)成中間為圓柱體，兩端為截錐體。這種滾筒體的外形近似于腰鼓形，也可以防止輸送帶跑偏，使加工方便多了。有試驗(yàn)資料表明，滾筒體的導(dǎo)向能力也最明顯。在這里順便提一下，滾筒體長度與輸送帶寬度之間的關(guān)系。輸送散料時(shí)，滾筒體的長度大與輸送帶的寬度，一般滾筒體每端露出輸送帶30—100mm。帶寬較窄時(shí)取下限，帶寬較長時(shí)取上限；對(duì)于輕型帶式輸送機(jī)取下限；對(duì)于大型帶式輸送機(jī)去上限。各種型號(hào)帶式輸送機(jī)滾筒體長度與輸送帶的寬度的差值不盡相同。輸送成件物料時(shí)，若不使用輸送帶，而是直接使用傳動(dòng)滾筒輸送時(shí)，滾筒體長度應(yīng)比被輸送物料長出80—120mm。若使用輸送帶輸送，滾筒體的長度與輸送帶的寬度相等或略長一些即可。在輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)或流水作業(yè)工作線上，用傳動(dòng)滾筒直接輸送成件物料時(shí)，在輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎處，為了便于轉(zhuǎn)彎，傳動(dòng)滾筒外形通常做成截錐形。即圓錐滾筒 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28轉(zhuǎn)彎的角度是任意時(shí)，可以是 、 、 等等。用戶可以根據(jù)需要選用。?45?60?9圖是轉(zhuǎn)彎角度為 的輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的轉(zhuǎn)彎處。?90圓錐形傳動(dòng)滾筒的圓錐角不宜過大或過小，也就是說圓錐形傳動(dòng)滾筒兩端的直徑相差較大，轉(zhuǎn)彎時(shí)外側(cè)與內(nèi)側(cè)線速度相差則大，物體轉(zhuǎn)彎處運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至可能顛倒。反之，圓錐角過小，轉(zhuǎn)彎能力差。為了達(dá)到轉(zhuǎn)彎目的，需要增大輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑。這樣便增大輸送機(jī)占地面積。經(jīng)過長期實(shí)踐，我們認(rèn)為圓錐角 左右時(shí)，圓錐形傳動(dòng)滾筒最適合于轉(zhuǎn)彎。?7使用傳動(dòng)滾筒直接輸送較長的物料時(shí)，如輸送鋼管、型鋼等材料時(shí)，滾筒體外形可以做成線軸形。線軸形傳動(dòng)滾筒體可以防止細(xì)長的物料在輸送過程中刨片，滑落到滾筒周圍。線軸形滾筒體中間部分的寬窄及兩側(cè)擋板的高低，均可以根據(jù)所輸送物料直徑的大小進(jìn)行設(shè)計(jì)、選型。制作滾筒的材料一般為普通碳鋼。直徑較大的傳動(dòng)滾筒，其滾筒體通常采用Q235-A鋼板卷制、焊接、然后進(jìn)行及加工。而直徑較小的滾筒體則采用無縫鋼管直接加工。這里因?yàn)樾≈睆降臐L筒體不宜卷制的很圓，而且小直徑滾筒體的壁厚較薄，也容易焊接。采用無縫鋼管加工小直徑滾筒體十分方便，并且節(jié)省鋼材。常用的熱軋無縫鋼管材料為10號(hào)鋼或20號(hào)鋼。具有一些特殊的滾筒體可以用鑄鐵、鋁合金和不銹鋼等材料制造。影響滾筒體強(qiáng)度的因素很多，諸如滾筒體直徑、滾筒體強(qiáng)度、傳遞的功率等等。由于傳動(dòng)滾筒的用途不同，滾筒體強(qiáng)度的計(jì)算方法也不同。用于提升重物的傳動(dòng)滾筒，其滾筒體強(qiáng)度可以按照起重機(jī)或卷揚(yáng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)中規(guī)定的卷制強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。卷制強(qiáng)度計(jì)算公式比較成熟，在有關(guān)手冊(cè)中很容易查閱到，這里不詳細(xì)敘述了。作為帶式輸送機(jī)動(dòng)力部分的傳動(dòng)滾筒，其滾筒體強(qiáng)度的計(jì)算方法尚未統(tǒng)一，有的計(jì)算公式比較復(fù)雜，使用性不強(qiáng)。為了提高滾筒體表面的摩擦系數(shù)，以降低輸送帶的拉力，可以在金屬滾筒體外表面覆蓋包層。目前最常用的包層材料為橡膠。對(duì)橡膠包層的物理性能要求為：紹爾A型硬度60—70度，阿克隆磨耗小于 。橡膠與金屬粘附kmc61./3 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29扯離強(qiáng)度應(yīng)小于40N/cm。橡膠包層的的制作方法鑄膠和冷粘膠板兩種工藝。由于鑄膠需要一套龐大的專用設(shè)備，在高溫條件下進(jìn)行硫化，工藝較為復(fù)雜。而且所鑄膠層厚度較厚，一般在20mm以上。鑄膠膠層的耐磨性不如冷粘膠板工藝是20世紀(jì)80年代開始應(yīng)用于傳動(dòng)滾筒上。由于方法簡單，便于掌握和操作，各傳動(dòng)滾筒生產(chǎn)廠家可以自己粘貼，不需要專用設(shè)備。粘貼膠板前，首先將滾筒體和膠板進(jìn)行去污處理，打磨干凈。然后在滾筒體表面和膠板分別均勻涂敷粘接劑，一般涂敷三次，待第一次粘接劑晾干后，再涂敷第二次。常用的粘接劑有氯丁酚醛和氰酸酯粘膠劑，粘貼膠板時(shí)要用力加壓，在常溫下加壓6—7小時(shí)即可。冷粘膠板的厚度一般為6—12mm，耐磨性較好，扯離強(qiáng)度大。冷粘膠板的表面可以是平的，也可以在膠板表面壓出花紋。此外，滾筒體表面還可以制作成陶瓷包層。其工藝是將粉末在高溫高壓下，通過專用噴涂槍射到滾筒體表面。制作陶瓷包層不僅需要專門的噴涂設(shè)備，而且需要精湛的技術(shù)工藝。如果噴涂壓力和噴涂溫度控制的不合適，陶瓷包層在滾筒體表面的附著能力會(huì)大大下降，并會(huì)大面積脫落。陶瓷包層的厚度很薄，大約只有1mm，但是耐磨性很好。目前傳動(dòng)滾筒極少使用陶瓷包層的另一個(gè)原因是造價(jià)較高。待噴涂工藝逐漸成熟，噴涂技術(shù)逐步提高，噴涂成本降低后，采用陶瓷包層的滾筒才會(huì)普及。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)滾筒以以下參數(shù)為設(shè)計(jì)已知： P=90kW；n=60r/min；B=1000mm根據(jù)大功率外裝式滾筒技術(shù)參數(shù)（《電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)》 ）當(dāng)帶寬B=1000mm 時(shí)，取：傳動(dòng)滾筒 D=800mm；滾筒體長度 L=1200mm根據(jù)表 2—4 大型輸送機(jī)滾筒體壁厚推薦值（《電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)》 ）得滾筒體壁厚 t=12mm。smDv/512.4.380????由《電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)》知：NvPFu 0.8.91D—滾筒直徑，單位為 m； 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30P—功率，單位為 KW；v—帶速，單位為 m/s；；NFu05.71621?；38從而也就得到平均張力 FuFK57.1201??所以 NF139.5642?—滾筒上緊邊張力， N；1—滾筒上松邊張力，N ；2—允許過載系數(shù)，通常取 ；0K05.1?K扭矩： mNDFMu ????2.4382.353彎矩： l ?? 679642max滾筒體厚度的計(jì)算：222185.03.71.86DlvRPt ???222 80175..4051.9????m73.?由計(jì)算結(jié)果可知前面選用的滾筒體壁厚符合要求。通常滾筒體選用材料為 Q235A 鋼制造，該鋼 ，其許用應(yīng)力