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安裝有許多對角裂縫零件的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器
Jiromaru Tsujino*, Tetsugi Ueoka, Kenichi Otoda, Atsushi Fujimi
Faculty of Engineering, Kanagawa University, Yokohama 221-8686, Japan
摘要：為了提高一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器可得到的振動速度，對旨在減少振動節(jié)點部分的最大振動應(yīng)力水平并且要避免安裝在轉(zhuǎn)換器的縱向節(jié)點位置的帶有許多裂縫的零件的新型的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器進行了研究。轉(zhuǎn)換器的自由端以橢圓或圓形軌跡振動。帶有從橢圓形到圓形或者從長方形到正方形軌跡的復(fù)雜振動系統(tǒng)可有效應(yīng)用于需要大功率的場合，包括金屬或者塑料的超聲波焊接，超聲波焊線的集成電路，大規(guī)模集成電路和裝置和超聲波馬達。安裝有許多帶裂縫部件的轉(zhuǎn)換器比只安裝一個帶有裂縫零件的轉(zhuǎn)換器在振動應(yīng)力水平和品質(zhì)因數(shù)方面會得到提高。
關(guān)鍵詞：圓形振動軌跡 復(fù)雜的振動 復(fù)雜振動超聲波焊接 縱扭振動轉(zhuǎn)換器 超聲波馬達 超聲波塑料焊接 帶有對角裂縫的振動轉(zhuǎn)換器
1.簡介
帶有從橢圓形到圓形或者從長方形到正放形位點的復(fù)雜振動系統(tǒng)適用于大功率場合的使用。在縱向振動節(jié)點區(qū)域安裝有一個裂縫零件且由縱向振動系統(tǒng)驅(qū)動的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器適用于大規(guī)模場合的應(yīng)用，這些場合包括：各種材料的超聲波焊接，超聲波焊線的集成電路，大規(guī)模集成電路和裝置和超聲波馬達。為了提高振動的優(yōu)點和增加轉(zhuǎn)換器的可獲得振動速度，對帶有許多裂縫零件的新型轉(zhuǎn)換器做了研究。裂縫零件可以安裝在許多位置，但是要避免安裝在縱向節(jié)點位置處以便減少振動節(jié)點部分的最大應(yīng)力振動數(shù)值。使用很多裂縫零件可以使最大振動應(yīng)力和質(zhì)量因數(shù)增加，同時在相同的驅(qū)動電壓下最大振動振幅會明顯增大。這種轉(zhuǎn)換器由很突出的優(yōu)點，因為和只有一個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器相比，其最大振動應(yīng)力較小，而且這種振動器的最大振動振幅會明顯增加。沿著轉(zhuǎn)換器分布的振動軌跡，振動速度和相分布可以通過激光多普勒測振儀進行測量。這種新型的轉(zhuǎn)換器用于超聲波塑料焊接和超聲波馬達中。
這種新型轉(zhuǎn)換器可獲得的最大振動速度會顯著增加。使用復(fù)雜的振動轉(zhuǎn)換器可以使塑的焊接優(yōu)點得以提高。
超聲波馬達聲使用的15mm直徑的新型振動器的縱扭振動幅和以前的轉(zhuǎn)換器相比，在相同的驅(qū)動電壓60v,55kHz條件下，會從6um增加到將近12um.
安裝有多縫隙零件的轉(zhuǎn)換器在提高振動的優(yōu)點和增加可得到的復(fù)雜振動速度方面是很有效的。
2振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造
兩個直徑為20mm，長度為79mm的振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造如圖1所示，而且這兩種轉(zhuǎn)換器在除了縱向節(jié)點部分外安裝有裂縫零件。用鋁合金（JISA7075B）制造的圓柱形縱扭轉(zhuǎn)換器在圓周的縱向振動節(jié)點部分的兩端安裝有兩個裂縫零件。轉(zhuǎn)換器由縱向振動源驅(qū)動。在實驗中使用了具有相同角度和不同角度對角裂縫零件的各種轉(zhuǎn)換器。振動轉(zhuǎn)換器有18個呈45°或135°的對角裂縫，這些10mm寬，0.5mm寬的裂縫是用電火花機床加工出來的。裂縫深度從1.0mm到30.mm之間變化。轉(zhuǎn)換器的自由端部分以縱扭的方式振動并且軌跡呈橢圓形。
圖1，安裝有一對裂縫零件的不同的一維縱扭振動轉(zhuǎn)換器
3帶有兩個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的振動特點
對轉(zhuǎn)換器的整個振動系統(tǒng)的自由進入循環(huán)進行了測量。具有不同角度裂縫零件（a）和具有相同角度裂縫零件（b）的質(zhì)量因數(shù)︱Ymo︳，在890Kpa的穩(wěn)定壓力條件下焊接，其數(shù)值大致是600和30ms。由于縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動的共振頻率很接近，所以轉(zhuǎn)換器振動系統(tǒng)的進入循環(huán)顯示出單一的圓形。兩個系統(tǒng)的質(zhì)量因數(shù)是很大的。在轉(zhuǎn)換器的自由邊沿可以得到橢圓位點。
4復(fù)雜振動超聲波塑料焊接
4.1復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的振動特點
圖2顯示了驅(qū)動頻率和帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的振動轉(zhuǎn)換器的扭轉(zhuǎn)振動速度之間的關(guān)系。驅(qū)動電壓穩(wěn)定在20V。扭轉(zhuǎn)振動速度在26.3kHz和26.4kHz附近的不同頻率處有最大的數(shù)值。在轉(zhuǎn)換器的自由邊沿會出現(xiàn)橢圓的軌跡。
帶有一對裂縫零件的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器，在頻率為26.8kHz時，其扭轉(zhuǎn)徑向的振動速度分布如圖3所示。扭轉(zhuǎn)振動速度的節(jié)點部分通常位于左側(cè)的裂縫區(qū)域，并且振動速度在自由邊沿達到最大數(shù)值。
圖2，沿著（a)和（b)復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器扭轉(zhuǎn)徑向振動速度的分布。驅(qū)動電壓為20V。
圖3，帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的振動轉(zhuǎn)換器（A)驅(qū)動頻率和縱扭振動速度之間的關(guān)系。驅(qū)動電壓為20V。
帶有一對裂縫零件的復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的徑向振動速度分布也可以用圖3所示。徑向振動速度最大位置處也即縱向振動節(jié)點位置，并且縱向節(jié)點位置位于兩裂縫零件之間。在徑向節(jié)點位置處轉(zhuǎn)換器的應(yīng)力分布有一個最大數(shù)值，然而兩個裂縫區(qū)域并不存在于這個位置。
4.2復(fù)雜振動超聲波塑料焊接的焊接特點
焊接時間，焊接部分試件的變形厚度和用頻率為27kHz帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器（a）和（b）搭接的聚丙烯板的強度之間的關(guān)系如圖4所示。通過轉(zhuǎn)換器（a）所得到的焊接強度要大于通過轉(zhuǎn)換器（b）所得到的強度。由于（a）中振動系統(tǒng)有一個更大的扭轉(zhuǎn)振動元件，相比之下，其所需的焊接時間要短。在焊接部分試件變形厚度的減少通常和所得的強度是一致的。和帶有縱向振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器相比，帶有復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器焊接工件的時間要短。復(fù)雜振動既對金屬材料的焊接有效，又適用于塑料的超聲波焊接。
5帶有扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的超聲波馬達
5.1超聲波馬達的構(gòu)造
圖4，焊接時間，變形焊接高度和搭接起來的聚丙烯板的焊接強度之間的關(guān)系（厚度為1.0mm)，使用一個頻率為27kHz復(fù)雜振動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器（a)和（b)進行焊接。
超聲波馬達和直徑為15mm的振動轉(zhuǎn)換器的構(gòu)造如圖5所示。圖5（a）和（b）分別顯示了安裝有一個裂縫零件的直徑為15mm的馬達和安裝有一對裂縫零件的直徑為15mm的馬達。拿安裝有一個裂縫零件的轉(zhuǎn)換器為例，裂縫零件是沿著圓柱形扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)換器安裝在縱向振動的節(jié)點位置。相反，安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器，其裂縫零件不安裝在縱向振動節(jié)點位置。帶有對角裂縫的轉(zhuǎn)換器是由兩個直徑為15mm,厚度為5.0mm的壓電陶瓷片的縱向振動源驅(qū)動的。振動轉(zhuǎn)換器裂縫零件有12個呈45°或者135°，0.5mm寬，10mm或者5mm長的對角裂紋。這些裂紋是沿著鋁合金制的轉(zhuǎn)換器的圓周用點火花機床加工而成的。直徑為15mm轉(zhuǎn)換器裂紋的深度從1.5mm到3.5mm之間變化。轉(zhuǎn)換器的自由邊沿以縱扭的方式振動，且振動軌跡呈橢圓形。
PZT縱向振動傳感器，它是安裝有一個用于支撐馬達的凸緣的縱向振動棒和裂縫圓柱通過螺栓連接而成的。轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動部分和轉(zhuǎn)子部分通過使用彈簧來壓緊。使用1500-2000的網(wǎng)拋光粉可以把轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動表面和轉(zhuǎn)子研磨得光滑平整。
5.2直徑為15mm的超聲波馬達的振動特點
當驅(qū)動頻率變化的時候，轉(zhuǎn)換器自由邊沿的縱扭振動振幅可以由兩臺激光多普勒測振儀進行測量。這些轉(zhuǎn)換器有和圖2相近的縱扭共振頻率。在頻率為50-55kHz之間不帶有轉(zhuǎn)子的單一和一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的最大縱向振動振幅大約為6um和12um。在頻率接近55kHz時，帶有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換器的最大縱向振動振幅大致為3um和9um。和只帶有一個裂縫零件轉(zhuǎn)換器的振幅相比，帶有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的最大振幅是其2-3倍。
5.3轉(zhuǎn)換器驅(qū)動表面的振動位點
圖5，使用安裝有單一裂縫零件（a)和一對裂縫零件（b)的縱扭振動轉(zhuǎn)換器的直徑為15mm的超聲波馬達的構(gòu)造
在這些例子中，縱向振動部分轉(zhuǎn)化為裂縫零件的扭轉(zhuǎn)振動，且轉(zhuǎn)換器的圓柱部分縱扭地振動。自由邊沿的振動軌跡是由不同的振動階段決定的?？v扭轉(zhuǎn)換器驅(qū)動表面的振動位點是由兩臺獨立工作的激光多普勒測振儀測得的。振動軌跡會在數(shù)字記憶示波器屏幕上顯示李薩如圖形。圖六顯示了帶有一對深為3.3mm，長為5mm的裂縫零件的超聲波馬達轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動頻率為55.1kHz和54.26kHz情況下其驅(qū)動表面的振動位點。當超聲波馬達旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換器振動表面的振動軌跡振幅會稍微減小。
圖6，帶有轉(zhuǎn)子零件和不帶轉(zhuǎn)子零件在直徑為15mm轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動部分的振動位點
6結(jié)論
為了增加復(fù)雜振動轉(zhuǎn)換器的可獲得振動速度，對安裝有許多裂縫零件的新型轉(zhuǎn)換器進行了研究。
這種轉(zhuǎn)換器在許多位置上安裝有很多裂縫零件，為了減小震動節(jié)點部分最大振動應(yīng)力數(shù)值，裂縫零件要避免安裝在節(jié)點位置。帶有復(fù)雜振動的超聲波塑料的焊接特點得到了研究，并且安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的直徑為15mm的超聲波馬達得到了檢驗。
縱向振動節(jié)點部分位于轉(zhuǎn)換器兩裂縫零件之間。和只安裝有單一裂縫零件的轉(zhuǎn)換器相比，在相同驅(qū)動電壓下，轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動表面和帶有一對裂縫零件的超聲波馬達的振動速度。
安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器明顯的提高了塑料的超聲波焊接優(yōu)點。直徑為15mm的超聲波馬達和安裝有一對裂縫零件的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)速達到300rpm。
安裝有許多裂縫零件的轉(zhuǎn)換器在提高振動的優(yōu)點和增加可獲得復(fù)雜振動速度方面是很有效的。
參考文獻
[1] J. Tsujino, T. Ueoka, T. Shiraki, K. Hasegawa, R. Suzuki, M.
parts were tested. Takeuchi, Proc. Int. Congress on Acoustics (1995) 447–450..
[2] J. Tsujino, Proc. IEEE 1995 Ultrasonics Symp., IEEE, New York, The longitudinal vibration nodal part was located 1996, pp. 1051–1060.
[3] J. Tsujino, T. Uchida, K. Yamano, T. Iwamoto, T. Ueoka, Proc.
[4] J. Tsujino, T. Uchida, K. Yamano, T. Iwamoto, T. Ueoka, Proc.
[5] J. Tsujino, T. Ueoka, Proc. IEEE 1999 Ultrasonics Symp., IEEE, New York, 1999, pp. 723–728
河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目名稱
帶式輸送機驅(qū)動裝置設(shè)計
學生姓名
張平
專業(yè)班級
機制07-2班
學號
0720150081
一、 選題的目的和意義：
通過調(diào)研目前市場上的各種帶式輸送機驅(qū)動裝置，設(shè)計出性價比更高更合理的驅(qū)動裝置，更好的解決目前煤礦運輸系統(tǒng)中的問題。
樹立正確的設(shè)計思想，為以后在工作中遇到相關(guān)問題提供解決依據(jù)，同時培養(yǎng)我們綜合運用所學的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能，提高分析解決實際問題的能力，領(lǐng)會基本理論和深化理論知識，檢驗學生綜合素質(zhì)與實踐能力。
接受工程師必須的綜合訓練，提高實際工作能力，如調(diào)查研究、查閱文獻和收集資料并進行分析的能力；制訂設(shè)計或試驗方案的能力；設(shè)計、計算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。
通過本次畢業(yè)設(shè)計，能使我們把先修的基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程中所獲得的理論知識在實際的設(shè)計工作中綜合地加以應(yīng)用，通過畢業(yè)設(shè)計之后能夠熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊；熟悉有關(guān)的國家標準和部頒標準，為以后成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人員打下良好的基礎(chǔ)。
二、 國內(nèi)外研究綜述：
皮帶輸送機技術(shù)的現(xiàn)狀國外皮帶輸送機技術(shù)的發(fā)展很快，其主要變現(xiàn)有兩個方面：一方面是皮帶輸送機的功能多元化，應(yīng)用范圍夸大化，如高傾角帶式輸送機，管式帶輸送機，空間轉(zhuǎn)彎皮帶輸送機等各種機型；另一方面是皮帶輸送機本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長距離，大運量，高帶速等大型皮帶輸送機已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用于帶式輸送機動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了帶式輸送機的運行性能和可靠性。
三、 畢業(yè)設(shè)計（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
1. 在學校圖書館查閱相關(guān)資料。
2. 在工廠的實踐畢業(yè)實習。
3. 通過老師和工程師的指導(dǎo)。
4. 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。
5. 通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析
四、 主要參考文獻與資料獲得情況：
[1] 張國輔主編 . 礦山井下煤倉與礦倉 . 煤炭工業(yè)出版社 1983.
[2] 張嵐 弓海霞 劉宇輝主編 . 新編實用液壓技術(shù)手冊 . 人民郵電出版社 2008
[3] 王益群 高殿容主編 . 液壓工程師技術(shù)手冊 . 化學工業(yè)出版社 2010
[4] 李壯云主編 . 液壓氣動與液力工程手冊 . 電子工業(yè)出版社 2008
[5] 雷天覺主編 . 新編液壓工程手冊 . 北京理工大學出版社 1998
[6] 辛一行主編 . 現(xiàn)代機械設(shè)備設(shè)計手冊 . 機械工業(yè)出版社 2000
[7] 徐灝主編 . 機械設(shè)計手冊 . 機械工業(yè)出版社 1991
[8] 何慶主編 . 機械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)與范例 . 化學工業(yè)出版社 2008
[9] 杜文豐主編 . Auto CAD2004中文版機械制圖 . 北京大學出版社 2003
[10] 顧崇銜 主編. 機械制造工藝學. 陜西科學技術(shù)出版社 1999
[11]孔慶華 劉傳紹 主編. 極限配合與測量技術(shù)基礎(chǔ). 同濟大學出版社，2002
[12] 孫桓 陳作模 葛文杰主編. 機械原理 . 高等教育出版社 2006
[13] 濮良貴 紀名剛編著. 機械設(shè)計 . 高等教育出版社 2007
五、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排（按周說明）
第5~6周：熟悉設(shè)計題目，掌握所設(shè)計的系統(tǒng)的工作原理，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館尋找相關(guān)的資料，并認真閱讀，逐步形成設(shè)計思路，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告；
第7~10周：著手開始設(shè)計，通過查閱相關(guān)資料和設(shè)計手冊，設(shè)計各個零件的形狀、尺寸，統(tǒng)籌兼顧，并不斷完善各種尺寸；
第11~13周：在老師的指導(dǎo)下，修改設(shè)計的零件，使整個系統(tǒng)更加完善、合理。然后用Auto CAD軟件，繪制各零件圖和裝配圖圖；
第14~16周：整理設(shè)計資料，完成畢業(yè)設(shè)計論文
六、 指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學萬方科技學院
本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 鄭建新 職稱： 副教授
所在院（系）： 機械與動力工程學院 教研室（研究室）機制教研室
題 目
帶式輸送機驅(qū)動裝置設(shè)計
學生姓名
張平
專業(yè)班級
07機制2班
學號
0720150081
一、選題質(zhì)量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現(xiàn)綜合訓練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度）
郜衛(wèi)鵬選的該題目為帶式輸送機驅(qū)動裝置設(shè)計，主要涉及減速器的設(shè)計，滾筒與
聯(lián)軸器的設(shè)計等，該設(shè)計與該同學本科階段所學專業(yè)知識聯(lián)系緊密，符合專業(yè)培養(yǎng)目
標，題目的難易程度與工作量都比較適中，該題目與日常生產(chǎn)、科研等實際結(jié)合程度
非常大，在做該設(shè)計時，需要查閱各種資料，完成很多的難題。
通過這次設(shè)計的鍛煉能夠很大程度的鍛煉學生的綜合運用知識的能力，為以后在
這方面的創(chuàng)新打下結(jié)實的基礎(chǔ)。
二、開題報告完成情況：
該同學認真分析了選題，通過調(diào)查和親自去工廠里實習，非常明確自己的課題設(shè)
計方向與內(nèi)容，在實習中通過對輸送機的驅(qū)動裝置認真分析，開題報告完成的比較好。
三、階段性成果：
1、本次設(shè)計的實習報告與開題報告已經(jīng)完成，設(shè)計方案及內(nèi)容已經(jīng)確定。
2、大部分零件的設(shè)計已經(jīng)完成，個別零件圖也已完成局部裝配圖與設(shè)計
說明書正在進行中。
3、英文文獻的翻譯基本完成。
四、存在主要問題：
1、因?qū)I(yè)知識薄弱，部分零件分析部分有困難。
2、因CAD操作水平有限，裝配圖的繪制困難比較大。
五、指導(dǎo)教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進展等方面的評語
郜衛(wèi)鵬同學在這次設(shè)計中表現(xiàn)的非常勤奮，認真。實習時遇到的與設(shè)計相同或是
相關(guān)的內(nèi)容時都能夠虛心向工人師傅請教很多問題。平時的設(shè)計過程中每當遇到問題
都及時的查閱資料，請教老師，表現(xiàn)的非常認真，畢業(yè)設(shè)計的進展較快，能夠按時完成。
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
2
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(qū)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(zhuǎn)動。
本驅(qū)動裝置設(shè)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(shè)計, 驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置架，傳動滾筒，滾筒頭架設(shè)計。
關(guān)鍵詞： 帶式輸送機 驅(qū)動裝置 減速器 滾筒
Abstract
Conveyor 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
1概述 1
1.1帶式輸送機的發(fā)展歷程及發(fā)展方向 1
1.2 輸送機的分類 2
1.3 驅(qū)動裝置 4
2運動方案的擬訂 6
3減速器設(shè)計 9
3.1 選擇電動機 9
3.1.2 選擇電動機的容量 9
3.1.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速 10
3.2 計算總傳動比并分配各級傳動比 11
3.3 運動參數(shù)的計算 11
3.3.1 計算各軸轉(zhuǎn)速: 11
3.3.2 各軸的功率和轉(zhuǎn)矩 11
3.4 傳動零件(齒輪)的設(shè)計 13
3.4.1 高速級齒輪傳動的設(shè)計計算 13
3.4.1.1 選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù) 13
3.4.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計 14
3.4.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 16
3.4.1.4幾何尺寸計算 18
3.4.2 低帶級齒輪傳動的設(shè)計計算 19
3.4.2.1 選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù) 19
3.4.2.2 按齒面接觸強度設(shè)計 19
3.4.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計 22
3.4.2.4 幾何尺寸計算 23
3.5 軸的設(shè)計 24
3.5.1 軸的材料 24
3.5.2軸徑的初步估算 24
3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 25
3.5.4 按彎扭合成進行軸的強度校核 27
3.6.1 軸I上的軸承的選擇 37
3.6.3 軸III(輸出軸)上的軸承的選擇 42
3.7.1 高速級大齒輪與軸的聯(lián)接 44
3.7.2 低速級大齒輪與軸的聯(lián)接 45
3.9.1 聯(lián)軸器的選擇設(shè)計 48
3.9.1.1 高速軸聯(lián)軸器 48
3.9.1.2 低速級聯(lián)軸器的選擇設(shè)計 50
3.9.3 密封 53
3.9.4 公差與配合 54
3.9.5 其他附件的設(shè)計 54
4 驅(qū)動滾筒設(shè)計 58
4.2.2 滾筒軸的校核 65
4.2.3 滾筒的周向定位 65
5 托輥的設(shè)計 67
5.1.1 作用 67
5.1.2 托輥的類型 67
5.3.1槽形托輥 69
5.3.2 緩沖托輥 70
5.3.3 回程托輥 71
5.3.4 調(diào)心托輥 72
6.機架 75
7.拉緊裝置 76
致謝................................................77
參考文獻............................................78
1概述
1.1帶式輸送機的發(fā)展歷程及發(fā)展方向
?隨著世界裝備制造業(yè)向中國轉(zhuǎn)移及我國帶式輸送機產(chǎn)品的技術(shù)進步，中國成為世界上最大的帶式輸送機產(chǎn)品研發(fā)和制造基地指日可待，5年后我國帶式輸送機全球市場占有率將達到50%左右。下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進步，要求為其配套的橡膠輸送帶行業(yè)更快地與國際接軌，采用國際先進標準、不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、開發(fā)低阻力節(jié)能型輸送帶、加強技術(shù)服務(wù)，成為下游產(chǎn)業(yè)的迫切要求。
帶式輸送機作為大宗散狀物料連續(xù)輸送設(shè)備，廣泛應(yīng)用于大型露天煤礦、大型露天金屬礦、港口碼頭以及火電、鋼鐵、有色、建材、化工、糧食等行業(yè)，是現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代物流業(yè)不可或缺的重要技術(shù)裝備。上世紀80年代初，我國帶式輸送機行業(yè)只能生產(chǎn)TD75型帶式輸送機，因而配套棉帆布輸送帶即可滿足要求，但當時國家重點工程項目中帶式輸送機產(chǎn)品卻都是從國外進口。80年代中期，我國帶式輸送機行業(yè)開始引進國外先進技術(shù)和專用制造設(shè)備，設(shè)計制造水平有了質(zhì)的提高，并逐漸替代進口產(chǎn)品。近年來，我國帶式輸送機總體上已經(jīng)達到國際先進水平，除滿足國內(nèi)項目建設(shè)的需求外，已經(jīng)開始批量出口，其設(shè)計制造能力、產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量得到了國際市場的認可。而輸送帶作為承載和牽引構(gòu)件，是帶式輸送機中的主要部件之一，因此必須滿足國內(nèi)大型項目及國際更高標準的要求。
?目前帶式輸送機發(fā)展的重點產(chǎn)品包括長距離、大運量、高帶速帶式輸送機，水平及空間曲線越野帶式輸送機，露天礦用移置式帶式輸送機，大型下運帶式輸送機，自移機尾可伸縮帶式輸送機，園管帶式輸送機，大傾角上運帶式輸送機，鋼絲繩牽引帶式輸送機。重點研發(fā)的核心技術(shù)包括帶式輸送機動態(tài)分析設(shè)計技術(shù)，智能化可控驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)，物料轉(zhuǎn)載點新型耐磨材料研制，鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)以及帶式輸送系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)、環(huán)保技術(shù)和散料輸送系統(tǒng)集成及工程設(shè)計技術(shù)等。
1.2 輸送機的分類
帶式輸送機分類方法有多種,按運輸物料的輸送帶結(jié)構(gòu)可分成兩類,一類是普通型帶式輸送機,這類帶式輸送機在輸送帶運輸物料的過程中,上帶呈槽形,下帶呈平形,輸送帶有托輥托起,輸送帶外表幾何形狀均為平面;另外一類是特種結(jié)構(gòu)的帶式輸送機,各有各的輸送特點.其簡介如下:
各種帶式輸送機的特點
???? ⑴.QD80輕型固定式帶輸送機QD80輕型固定式帶輸送機與TDⅡ型相比,其帶較薄、載荷也較輕,運距一般不超過100m,電機容量不超過22kw.
??? ⑵.它屬于高強度帶式輸送機,其輸送帶的帶芯中有平行的細鋼繩，一臺運輸機運距可達幾公里到幾十公里.
???? ⑶.U形帶式輸送機它又稱為槽形帶式輸送機,其明顯特點是將普通帶式輸送機的槽形托輥角由提高到使輸送帶成U形.這樣一來輸送帶與物料間產(chǎn)生擠壓,導(dǎo)致物料對膠帶的摩擦力增大,從而輸送機的運輸傾角可達25°.
???? ⑷. 管形帶式輸送機U形帶式輸送帶進一步的成槽,最后形成一個圓管狀,即為管形帶式輸送機,因為輸送帶被卷成一個圓管,故可以實現(xiàn)閉密輸送物料,可明顯減輕粉狀物料對環(huán)境的污染,并且可以實現(xiàn)彎曲運行.
??? ⑸.氣墊式帶輸送機其輸送帶不是運行在托輥上的,而是在空氣膜（氣墊）上運行,省去了托輥,用不動的帶有氣孔的氣室盤形槽和氣室取代了運行的托輥, 運動部件的減少,總的等效質(zhì)量減少,阻力減小,效率提高,并且運行平穩(wěn),可提高帶速.但一般其運送物料的塊度不超過300mm.增大物流斷面的方法除了用托輥把輸送帶強壓成槽形外,也可以改變輸送帶本身,把輸送帶的運載面做成垂直邊的,并且?guī)в袡M隔板.一般把垂直側(cè)擋邊作成波狀,故稱為波狀帶式輸送機,這種機型適用于大傾角,傾角在30°以上,最大可達90°.
???? （6）.壓帶式帶輸送機它是用一條輔助帶對物料施加壓力.這種輸送機的主要優(yōu)點是:輸送物料的最大傾角可達90°,運行速度可達6m/s,輸送能力不隨傾角的變化而變化,可實現(xiàn)松散物料和有毒物料的密閉輸送.其主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送帶的磨損增大和能耗較大.
???? ⑺.鋼繩牽引帶式輸送機它是無際繩運輸與帶式運輸相結(jié)合的產(chǎn)物,既具有鋼繩的高強度、牽引靈活的特點,又具有帶式運輸?shù)倪B續(xù)、柔性的優(yōu)點。
1.3 驅(qū)動裝置
驅(qū)動裝置的作用是將電動機的動力傳遞給輸送帶，并帶動它運動。
機器通常由原動機、傳動裝置和工作裝置三部分組成。傳動裝置用來傳遞
原動機的運動和動力、變換其運動形式以滿足工作裝置的需要，是機器的重要組成部分。
驅(qū)動裝置是帶式輸送機的動力傳遞機構(gòu)。一般由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器及驅(qū)動滾筒組成。
電動機：帶式輸送機用的電動機，有鼠籠式、繞線式異步電動機。在有防爆要求的場合，就采用礦用隔爆機。使用液力耦合器時，不需要具有高起動力矩的電動機，只要與耦合器匹配得當，就能得到接近電機最大力矩的起動力矩。
聯(lián)軸器：按傳動和結(jié)構(gòu)上的需要，分別采用液力耦合器、柱梢聯(lián)軸器、棒梢聯(lián)軸器、齒輪聯(lián)軸器或十字滑塊聯(lián)軸器。
減速器：帶式輸送機用的減速器，有圓柱齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。圓柱齒輪減速器的傳動效率高，但是它要求電機軸與輸送機軸平行，驅(qū)動裝置占地寬度大，適合于在地面驅(qū)動；而井下使用時需要加寬峒室，若把電機布置在輸送帶下面，會給維護和更換造成困難。因此，用于采區(qū)巷道是，常采用圓錐-圓柱齒輪減速器。
驅(qū)動滾筒：驅(qū)動滾筒是依靠它與輸送帶之間的摩擦力帶動輸送帶運行的部件。據(jù)撓性牽引構(gòu)件的摩擦傳動理論，輸送帶與滾筒之間的最大摩擦力，隨摩擦系數(shù)和圍包角的增大面增大。所以提高牽引力必須人這兩方面入手。
根據(jù)不同的使用條件和工作要求，帶式輸送機的驅(qū)動方式，可分單電機單滾筒驅(qū)動單電機雙滾筒驅(qū)動及多電機驅(qū)動多滾筒驅(qū)動幾種。
2運動方案的擬訂
驅(qū)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(guān)系，驅(qū)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的示：
類型
代號
功率范圍/kw
驅(qū)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(qū)動裝置有兩種，在這兩種分離式裝置中，應(yīng)優(yōu)先選擇Y-ZLY驅(qū)動裝置；而Y-DBY適用于要求布置特別緊湊的地方。
電動滾筒-組合式驅(qū)動裝置是將電動機和減速器齒輪副裝入滾筒內(nèi)部與傳動滾筒組合在一起的驅(qū)動裝置。驅(qū)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(nèi)部，散熱條件差，因而電動滾筒不適合長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，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(qū)動裝置是只將減速齒輪副置于滾筒內(nèi)部，電動機伸出在滾筒外面的驅(qū)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、重量和成本。綜合考慮本題設(shè)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(qū)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(shè)計帶式輸送機的傳動裝置，必須先合理選擇、設(shè)計它各組成部分，下面我們將一一進行設(shè)計及選擇。
3減速器設(shè)計
3.1 選擇電動機
電動機是常用的原動機，具有結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速、確定具體型號。
3.1.1 選擇電動機的類型
按工作要求和條件選取Y系列一般用途的全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機。
3.1.2 選擇電動機的容量
工作所需的功率：
= FV/（1000）
所以： = FV/（1000η）
式中電動機的工作功率kw
工作機所需功率(指輸入工作軸的功率)kw
工作機的效率
由電動機至工作機之間傳動裝置的總效率為：
η= ...
式中、、、、分別為齒輪傳動、卷筒、軸承、聯(lián)軸器的效率。
取 = 0.97、= 0.96、 =0.98、 = 0.99則：
η= 0.972×0.96×0.984×0.992= 0.817
所以：==
根據(jù)選取電動機的額定功率
查《機械零件設(shè)計手冊》取電動機的額定功率為110kw
3.1.3 確定電動機的轉(zhuǎn)速
由卷筒軸的轉(zhuǎn)速
按二級斜齒圓柱減速器的傳動比的合理范圍=830
故電動機的轉(zhuǎn)速范圍為:
=()×59.7r/min=(477.61791)r/min
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, 其技術(shù)參數(shù)比較情況見下表：
表3-1 ：
方 案
電動機型號
額定功率
電動機轉(zhuǎn)速
電動機重量
kw
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
1
Y315M2-6
110
1000
990
1110
2
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(zhuǎn)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(zhuǎn)速和工作裝置的轉(zhuǎn)速就可以計算傳動裝置的總傳動比。
4.2.1 計算總傳動比
==24.79
4.2.2 分配各級傳動比
確定各級的傳動比時,考慮到潤滑條件,應(yīng)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。
3.3 運動參數(shù)的計算
3.3.1 計算各軸轉(zhuǎn)速:
=
3.3.2 各軸的功率和轉(zhuǎn)矩
電動機軸輸出功率和轉(zhuǎn)矩
＝80kw
＝9550×N·m＝9550×
軸1的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= · = 80×0.99=79.2kw
＝9550×N·m
＝9550×＝511.05N·m
軸2的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ·· = 79.2×0.97×0.98=75.29kw
＝9550×N·m
＝9550×＝2667.18N·m
軸3的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ··=75.29×0.97×0.98=71.57kw
＝9550×N·m
＝9550×＝11435.39N·m
卷筒軸的輸入功率和轉(zhuǎn)矩：
= ···
=71.57×0.98×0.99×0.96=66.66kw
＝9550×N·m
＝9550×＝10650.87N·m
將以上各軸的轉(zhuǎn)速，功率及轉(zhuǎn)矩，列成表格
表3-2：
參 數(shù)
軸 名
電 動
機 軸
1軸
2 軸
3軸
卷 筒
軸
轉(zhuǎn) 速 r/min
1480
1480
269.58
59.77
59.77
功 率 kw
110
79.2
75.29
71.57
66.66
轉(zhuǎn) 矩 Nm
516.21
511.05
2667.18
11435.39
10650.87
3.4 傳動零件(齒輪)的設(shè)計
3.4.1 高速級齒輪傳動的設(shè)計計算
3.4.1.1 選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù)
（1）材料及熱處理。由表10-1選得大、小齒輪的材料均為40，并調(diào)質(zhì)處理及表面淬火，齒面硬度為4855HRC。
（2）按運動簡圖中的傳動方案所示，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，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
==取。
（5）選取螺旋角。初選螺旋角。
3.4.1.2 按齒面接觸強度設(shè)計
按《機械設(shè)計》公式（10-21）計算
（1）確定式中的各計算數(shù)值
1).試選=1.6
2).小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩即=511.05Nmm
3).由圖10-30,選取區(qū)域系數(shù)=2.423
4).由圖10-26,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數(shù)。由表10-7選取齒寬系數(shù)=0.8。
6）由表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù) =188.9。
7）由圖10-21e按齒面硬度,查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限==1100Mpa。
8）由式（10-13）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
=60×
=60×1480×1×(8×300×5)=1.06×
===1.93×
9)計算接觸疲勞選用應(yīng)力。
（取失效概率為1，安全系數(shù)S為1）
查圖10-19，得=0.96；=0.98
由式(10-12)，=得：
==0.96×1100/1=1056MPa
==0.98×1100/1=1078 MPa
故取 ==1067 MPa
(2)設(shè)計計算
1)計算小齒輪的分度圓直徑，由計算公式得
=mm=64.45mm
2)計算圓周速度
==4.99m/s
3) 計算齒寬b及模數(shù)
b==0.864.45=51.56mm
===3.47mm
h==2.25=2.253.47=7.8mm
b/h=51.56/7.8=6.61
4) 計算縱向重合度
= 0.318
=0.3180.818tan=1.142
5) 計算載荷系數(shù)k
由表10-2,得使用系數(shù)=1；根據(jù)v=5.06m/s、7級精度由圖10-8查得動載系數(shù)=1.14；由表10-3查得齒間載荷分配系數(shù)=1.2；由表10-4查得齒向載荷分布系數(shù)=1.29。
故載荷系數(shù)K==11.141.21.29=1.77
6) 按實際的載荷系數(shù)校核所算得的分度圓直徑
由式（10-10a）得=64.45=66.65mm
7) 計算模數(shù)
===3.59mm
3.4.1.3 按齒根彎曲強度設(shè)計
(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;由表10-3查得=1.2;由圖10-13查得=1.22
K==11.141.21.24=1.696
2) 根據(jù)縱向重合度=1.142,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.85
3）計算當量齒數(shù)
==19.7
==108.37
4) 查齒表系數(shù)
由表10-5,查得=2.80 =2.18
5) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5,查得=1.55 =1.79
6) 由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞極限=620MPa
7) 由圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.88 =0.91
8) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
（取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4） 由式(10-12)得
===389.7MPa
===403MPa
9) 計算大小齒輪的并加以比較
==0.0114
==0.00968
(2) 設(shè)計計算
=3.30mm
對比計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根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(yīng)有的齒數(shù)，于是由
=18.49
取=18，則=u=5.4918=98.82 取=99
這樣設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
3.4.1.4幾何尺寸計算
（1）計算中心距
a==
將中心矩圓整為210mm
(2) 按圓速后的中心矩修正螺旋角
=
==
因值改變不多，故、、參數(shù)等不必修正。
（3）計算大、小齒輪的分度圓直徑
===64.6mm
=355.38mm
（4）計算齒輪寬度
b==0.8=51.68mm
圓整后取=52mm =57mm
3.4.2 低帶級齒輪傳動的設(shè)計計算
3.4.2.1 選擇材料、齒輪精度等級、類型及齒數(shù)
1）材料及熱處理。由表10-1選得大、小齒輪材料為40，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為4855HRC。
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=214 .51= 94.71 取=95。
3.4.2.2 按齒面接觸強度設(shè)計
1）試選載荷系數(shù)=1.3
2) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=Nmm
3) 由表10-7選取齒寬系數(shù) 因大、小齒輪均為硬齒面，故宜選稍小的齒寬系數(shù)，取=0.8
4) 由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8MPa
5) 由圖10-21e按齒面硬度查得6大、小齒輪的接觸疲勞強度極限==1050Mpa
6) 由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60×=
60×269.581(8×300×5)=1.94
===1.93×
7) 由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90；=0.95
8) 計算接觸疲勞選用應(yīng)力。
（取失效概率為1，安全系數(shù)S為1）
由式(10-12)，=得：
==0.90×1050/1=945MPa
==0.95×1050/1=997.5MPa
(2)設(shè)計計算
1) 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值
=
2.32=79.95mm
2) 計算圓周速度
=
=1.13m/s
3) 計算齒寬b及模數(shù)
b==0.879.95=63.96mm
===3.97mm
4)計算齒寬與齒高比b/h
h==2.25=2.253.97=8.91mm
b/h=63.96/8.9=7.19
5) 計算載荷系數(shù)k
由表10-2,得使用系數(shù)=1.25；根據(jù)v=1.05m/s、7級精度由圖10-8查得動載系數(shù)=1.05；由表10-3查得直齒輪==1；由表10-4查得接觸疲勞強度齒向載荷分布系數(shù)=1.30
故載荷系數(shù)K==1.251.0511.30=1.71
6) 按實際的載荷系數(shù)校核所算得的分度圓直徑
由式（10-10a）得
=79.95=87.60mm
7) 計算模數(shù)
===4.17mm
3.4.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計
由式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為
(1) 確定式中各計算參數(shù)
1) 計算載荷系數(shù)
由上面的可知=1.25, =1.02，=1;由圖10-13查得=1.25
K==1.251.0211.25=1.594
2) 由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞極限=620MPa
3) 由圖10-18，取彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.92 =0.96
4) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
（取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4） 由式(10-12)得
===407.43MPa
===425.14MPa
5) 查齒表系數(shù)
由表10-5,查得=2.76 =2.21
6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5,查得=1.56 =1.785
7) 計算大、小齒輪的，并加以比較
==0.010568
==0.009279
小齒輪的數(shù)值大
(2) 設(shè)計計算
=3.65mm
對比計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)相差不大,取模數(shù)m=3.65mm,就近圓整標準值3.8mm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(yīng)有的齒數(shù)，于是由
==23.16
取=24，則=u=244.51=108.24 取=108
這樣設(shè)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(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
3.4.2.4 幾何尺寸計算
（1）計算大、小齒輪的分度圓直徑
===91.2mm
==414.2mm
（2）計算中心距
a==252.7
（3）計算齒輪寬度
b==0.8=70.08mm
圓整后取=70mm =75mm
3.5 軸的設(shè)計
3.5.1 軸的材料
根據(jù)《機械設(shè)計》表15-3從幾種常用的軸的材料中選選取，由于小齒輪的直徑較小，軸I設(shè)計成齒輪軸，故選材與小齒輪相同為40，調(diào)質(zhì)處理；而軸II軸III取材也為40Cr,調(diào)質(zhì)處理。
3.5.2軸徑的初步估算
由公式（15-2）， 可得各軸直徑如下：
查表15-3得，=11297 取=110
軸I：==41.45mm
軸II: ==71.9mm
軸III: ==116.81mm
當截面上開有鍵槽時,應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱作用。對于直徑mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3％,有兩個鍵槽時，增大7％；而對于直徑mm時，有一個鍵槽增大5％7％；有兩個鍵槽增大10％15％。
所以，根據(jù)以上原則，本題中的中間軸要用單鍵聯(lián)接，故增大5％；輸入軸的最外端要開鍵槽聯(lián)接聯(lián)軸器，故可增大7％；而輸出軸的最外端也開槽聯(lián)接聯(lián)軸器，故可增大5％。
所以有：41.45(1+7％)=44.35
71.9(1+5％)=75.50
116.8(1+5％)=122.64
將上面三軸的計算結(jié)果取整，初步估定三軸的最小直徑如下：
=48mm =80mm =125mm
3.5.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)形式為階梯軸，各階梯的直徑和長度應(yīng)綜合考慮軸上的零件的固定、軸上零件的裝配、軸的加工工藝等因素進行設(shè)計。
(1) 軸上零件的固定
軸上零件在軸上的周向固定多采用過盈配合，一般用鍵或花鍵的形式聯(lián)接；且在軸徑相差不在的情況下，鍵槽應(yīng)設(shè)計在同一加工軸線上。而在軸向上的固定，常采用軸肩與軸環(huán)、套筒、圓螺母、彈性擋圈等形式。
(2) 軸上零件的裝配
軸上零件的裝配在保證順利裝配的前提下，要減少加工，選擇階梯級數(shù)最少，裝配最方便，軸上零件數(shù)目最少，軸毛壞直徑最小的結(jié)構(gòu)方案。
(3) 軸的加工工藝性
根據(jù)加工工藝性的要求，主要是對軸的細部結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，一般要考慮退刀槽、越程槽及倒圓角等工藝。
根據(jù)以上原則，并結(jié)合《機械零件課程設(shè)計》表16-14圖6-2，確定軸的結(jié)構(gòu)大致如下：
軸I結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-5-1所示：
圖3-5-1 軸I結(jié)構(gòu)簡圖
軸II結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-5-2所示：
圖3-5-2 軸二結(jié)構(gòu)簡圖
軸III結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-5-3所示：
圖3-5-3軸三結(jié)構(gòu)簡圖
3.5.4 按彎扭合成進行軸的強度校核
按彎扭合成進行軸的強度校核時，通常將軸視為受彎矩和扭矩合成作用之可動鉸鏈二支點梁。
(1) 對軸I(輸入軸)進行校核
1) 繪軸的計算簡圖，如圖a所示
2) 計算作用在軸上的力
軸I上高速級齒輪為斜齒輪，由《機械零件課程設(shè)計》表６-17，得
==15.8KN
==5.9KN
tan=15.8tan=3.59KN
3) 求支點反力
根據(jù)靜力學平衡條件得：
A 支點反力：
=10.42KN =3.89KN
C 支點反力：
=5.38KN =2.01KN
4) 作彎矩圖
如圖，c水平面彎矩圖：B截面處的彎矩最大。
=739.82Nm
e 垂直面彎矩圖：B截面處的彎矩最大。
=276.2 Nm =163.33 Nm
軸向力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
Ma===116Nm
f 合成彎矩圖：由合成彎矩，得
=
=789.70Nm
=
=757.63 Nm
5) 作扭矩圖
T=511.05Nm
6) 作當量彎矩圖
當量彎矩為：
= 取=0.3
則==772.99Nm
7) 校核軸的強度
受載最大的剖面在B處齒輪中間平面上，可用來計算。===48.37MPa
查表15-1，得40的許用彎曲應(yīng)力為=70MPa
校核結(jié)果：<=70MPa,剖面的強度滿足要求。
根據(jù)以上的計算，作軸的載荷分析圖如下：
(2) 以軸II(中間軸)進行強度校核
1) 繪軸的計算簡圖，如圖a所示
2) 計算作用在軸上的力
軸II上高速級齒輪為斜齒輪，低速級齒輪為直齒輪，由《機械零件課程設(shè)計》表６-17，得
==15KN
==5.6KN
tan=15tan=3.42KN
===58.5KN
tan=58.5tan
3) 求支點反力
根據(jù)靜力學平衡條件得：
A 支點反力：
=30.41KN =3.21KN
D 支點反力：
=43.09KN =12.49KN
4) 作彎矩圖
如圖，c 水平面彎矩圖：
=30.4168.5=2083.09Nm
=43.0980=3447.2Nm
e 垂直面彎矩圖：
=3.2168.5=219.89 Nm
軸向力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為：
Ma==607.7Nm
=12.4980=999.2 Nm
=607.7219.89=387.81 Nm
f 合成彎矩圖：得
==
=2119.68Nm
===3589.09Nm
5) 作轉(zhuǎn)矩圖及當量彎矩圖
中間軸通過齒輪來傳遞轉(zhuǎn)矩和功率，轉(zhuǎn)矩已由上面的齒輪間的載荷而得到分析；故合成彎矩當量彎矩即為。
6) 校核軸的強度
由彎扭合成圖可以看到，齒輪C處的彎矩最大，且齒輪C和B處的軸段直徑相等，故齒輪C處的橫截面最危險。
查表15-1，得40的許用彎曲應(yīng)力為=70MPa
===59.56MPa
校核結(jié)果：<=70MPa,剖面的強度滿足要求。
根據(jù)以上的計算，作軸的載荷分析圖如下：
(3) 對軸III (輸出軸)進行校
1) 繪軸的計算簡圖，如圖a所示
2) 計算作用在軸上的力
軸上低速級為直齒輪，由《機械零件課程設(shè)計》表６－17得
==55.22K
=55.22=20.1KN
3) 求支點反力
根據(jù)靜力學平衡條件得：
B支點反力：
=18KN =6.57KN
D支點反力：
=37.16KN =13.53KN
4) 作彎矩圖
如圖，c水平面彎矩圖：c截面處的彎矩最大。
=18.06159.5=2880.57Nm
=18.06159.5=2880.57Nm
e 垂直面彎矩圖：c截面處的彎矩最大。
=6.27159.5=1047.92 Nm
=6.27159.5=1047.92 Nm
f 合成彎矩圖：由合成彎矩，得
==3065.26Nm
==3065.26Nm
5) 作扭矩圖
T=11435.39Nm
6) 作當量彎矩圖
當量彎矩為：
= 取=0.3
則==4600.54Nm
7) 校核軸的強度
受載最大的剖面在齒輪中間平面處，此剖面雖有鍵槽，但仍可近似用來計算。
===19.06MPa
查表15-1，得40的許用彎曲應(yīng)力為=70MPa
校核結(jié)果：<=70MPa,剖面的強度滿足要求。
根據(jù)以上的計算，作軸的載荷分析圖如下：
3.6 軸承的選擇
3.6.1 軸I上的軸承的選擇
(1) 初步選擇,計算當量動負荷
由工作需要的要求得：軸承的使用時間為=53008=12000
第一對軸承的當量動載荷P：
查手冊取 =1.1
由于軸的轉(zhuǎn)速較高,且具有一定的軸向力,故初步選擇圓錐滾子軸承3000型。
由軸的載荷分析計算部分，可知作用在軸承上的徑向力和軸向力為：
===11.12KN
===5.74KN
=3.59KN
由于軸承的型號沒定，暫時選軸承的e=0.32 Y=1.8。由表20-11所列公式可求得兩軸承的內(nèi)部軸向力為：
===3.09KN
===1.59KN
因為<+
所以軸承1被壓緊，軸承2被放松。故軸承1、軸承2所受到的軸向力分別為：
=3.59+1.59=5.18KN
==1.59KN
對軸承1: ==0.47>e 故=0.4 =1.8
==1.1(0.411.12+1.85.18)=15.15
對于軸承2: ==0.29
，因此只按選擇軸承型號。由表20-8，查得壽命系數(shù)=2.60，由表20-9查得速度系數(shù)=0.32。由公式20-3可得C==15.15= 123.09KN
由表8-29查得內(nèi)d=500mm的單列圓錐滾子軸承的額定負荷c接近于123.09KN的有：
30310 C=130KN e=0.35 Y=1.7
(3) 校核強度
因30310軸承的e和Y值與暫取值不等，故需進行驗算校核。
作用于軸承1、2的軸向負荷
＝＝＝3.27KN
===1.69KN
因為<+
所以軸承1被壓緊，軸承2被放松。故軸承1、軸承2所受到的軸向力分別為：
=3.59+1.69=5.28KN
==1.69KN
==0.47>e 故=0.4 =1.7
==
1.1(0.411.12+1.75.28)=14.77 KN
==0.29，所以驗算軸承1的壽命。由公式20-3得＝0.32=2.8。由表20-8,反查得 =16000>=12000故滿足要求。
3.6.2 軸II上的軸承的選擇
(1) 初步選擇,計算當量動負荷
由工作需要的要求得：軸承的使用時間為=53008=12000
第一對軸承的當量動載荷P：, 查手冊取 =1.1。
由于軸的轉(zhuǎn)矩較大,且具有一定的軸向力,故初步選擇圓錐滾子軸承3000型。
由軸的載荷分析計算部分，可知作用在軸承上的徑向力和軸向力為：
==
=30.58KN
==
=44.86KN
=3.42KN
由于軸承的型號沒定，暫時選軸承的e=0.36 Y=1.6。由表20-11所列公式可求得兩軸承的內(nèi)部軸向力為：
===9.56KN
===14.02KN
因為<+
所以軸承1被壓緊，軸承2被放松。故軸承1、軸承2所受到的軸向力分別為：
=3.42+14.02=17.44KN
==14.02KN
對軸承1: ==0.57>e 故=0.4 =1.6
==
1.1(0.430.58+1.617.44)=44.15 KN
對于軸承2: ==0.31e 故=0.4 =1.4
==
1.1(0.430.58+1.419.44)=43.39 KN
對于軸承2: ==0.36=12000故滿足要求。
3.6.3 軸III(輸出軸)上的軸承的選擇
(1) 初步選擇,計算當量動負荷
由工作需要的要求得：軸承的使用時間為=53008=12000
第一對軸承的當量動載荷P：, 查手冊取 =1.2。
由于軸的轉(zhuǎn)發(fā)矩較大,故初步選擇圓錐滾子軸承3000型。
由軸的載荷分析計算部分，可知作用在軸承上的徑向力為：
==
=19.22KN
==
=39.55KN
由于軸承的型號沒定，暫時選軸承的e=0.38 Y=1.6。由表20-11所列公式可求得兩軸承的內(nèi)部軸向力為：
===6.01KN
===12.40KN
因為<,所以軸承1被壓緊，軸承2被放松。故軸承1、軸承2所受到的軸向力分別為：
==12.40KN
==14.02KN
對軸承1: ==0.65>e 故=0.4 =1.6
==
1.2(0.419.22+1.612.40)=33.03 KN
對于軸承2: ==0.31e 故=0.4 =1.8
==
1.2(0.419.22+1.810.99)=32.96 KN
對于軸承2: ==0.28=12000
故滿足要求。
3.7 鍵的選擇
鍵的類型的選擇主要考慮所傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小，是否有沿國向滑動，對中要求及鍵在軸上的位置因素；而鍵的尺寸主要按聯(lián)接處的軸徑來選擇。
3.7.1 高速級大齒輪與軸的聯(lián)接
（1）鍵的類型的選擇
根據(jù)鍵的選擇原則和減速器的結(jié)構(gòu)特點，減速器中軸上零件(齒輪、聯(lián)軸器等)與軸的聯(lián)接多用平鍵。
(2) 鍵及鍵槽尺寸的選擇及強度校核
1）尺寸的選擇
由d=85mm,查表6-1得，安裝鍵為普通平鍵Ａ型，尺寸為＝2214 L=45采用一般聯(lián)接。
2) 校核
由公式６-1，得＝＝38.98MPa
查表6-2,得鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力＝100~120MPa 取=100MPa
則<滿足要求。
3.7.2 低速級大齒輪與軸的聯(lián)接
(1) 鍵的類型的選擇
根據(jù)鍵的選擇原則和減速器的結(jié)構(gòu)特點，減速器中軸上零件(齒輪、聯(lián)軸器等)與軸的聯(lián)接多用平鍵。
(2) 鍵及鍵槽尺寸的選擇及強度校核
1）尺寸的選擇
由d=135mm,查表6-1得，安裝鍵為普通平鍵Ａ型，尺寸為＝3620 L=70采用一般聯(lián)接。
2) 校核
由公式６-1，得＝＝62.75MPa
查表6-2,得鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力＝100~120MPa 取=100MPa
則<滿足要求。
而高、低速級的小齒輪為齒輪軸的形式故無需選鍵校核。
3.8 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計
箱體是減速器中所有零件的基座，它用于支持和固定減速器中的各種零件，并保證傳動的嚙合精度，使箱體內(nèi)有良好的潤滑和密封。因此從設(shè)計上必須保證足夠的剛度、強度、良好的加工工藝性、安裝、拆卸及維修方便等。箱體的形狀較為復(fù)雜，其重量約為減速器的一半，所以箱體的結(jié)構(gòu)對減速器的工作性能、加工工藝、材料消耗、重量及成本等都有很大的影響。箱體結(jié)構(gòu)與受力均復(fù)雜，目前尚無成熟的計算方法。所以，箱體各部分尺寸一般按經(jīng)驗設(shè)計公式在減速器裝配草圖的設(shè)計和繪制過程中確定。
箱體材料選用HT-200，其結(jié)構(gòu)采用水平剖分式鑄造箱體。上半部分稱為箱蓋、下半部分稱為箱座。上下箱體的剖分面與軸線重合，箱蓋和箱座用螺栓聯(lián)接成一整體。這種箱體結(jié)構(gòu)由于安裝方便，應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)工作條件的要求，減速器的結(jié)構(gòu)尺寸如下：(其a為低速級中心矩a=252.7)
鑄造減速器箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸表：
名稱
符號
尺寸關(guān)系
取值/mm
箱座壁厚
0.025a+39.3mm
12
箱蓋壁厚
0.02a+38.1mm
12
箱蓋凸緣厚度
1.5
18
箱座凸緣厚度
1.5
18
箱座底凸緣厚度
2.5
30
地腳螺栓直徑
查手冊
22
地腳螺栓數(shù)目
查手冊
6
軸承旁聯(lián)接螺栓直徑
0．75
12
蓋與座聯(lián)接螺栓直徑
(0.50.6)
10
聯(lián)接螺栓的間距
150200
180
軸承端蓋螺釘直徑
(0.40.5)
8、10、12
視孔蓋螺釘直徑
（0.30.4
6
定位銷直徑
(0.70.8)
12
、、至外箱壁距離
查手冊
18
、至凸緣邊緣距離
查手冊
16
軸承旁凸臺半徑
16
凸臺高度
35
大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離
>1.2
16
齒輪端面與內(nèi)箱壁距離
>
14
吊環(huán)螺釘直徑
0.8
18
外箱壁至軸承座端面距離
++(510)
40
箱蓋肋厚
=0.85
10
箱座肋厚
=0.85
10
3.9 聯(lián)軸器、潤滑、密封、公差及其他附件設(shè)計
3.9.1 聯(lián)軸器的選擇設(shè)計
3.9.1.1 高速軸聯(lián)軸器
在減速器高速軸與是動機之間，由于轉(zhuǎn)速較高，且有輕微的沖擊振動；輸送機功率在110KW以內(nèi)的高速軸一般采用彈性柱梢聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力很大，結(jié)構(gòu)簡單，安裝制造方便，耐久性好，彈性柱梢有一定的緩沖和吸振能力，允許被聯(lián)接兩軸有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移。
計算選型如下：
選擇時應(yīng)滿足如下的強度條件
計算轉(zhuǎn)矩：=（）Nm
電動機系數(shù)，查表8-9，得=0.25
工作機類型系數(shù)，查表8-10，得=1.2
=1.45511.05=766.57Nm
由聯(lián)軸器的計算和軸的設(shè)計計算，查表8-7選 聯(lián)軸器
(GB/T5014-2003) 其公稱許用轉(zhuǎn)矩1250Nm，許用轉(zhuǎn)速為4700r/min，故滿足要求。
其結(jié)構(gòu)圖如下：
型號
公稱轉(zhuǎn)矩
(Nm)
許用轉(zhuǎn)速
(r/min)
軸孔直徑
、
mm
軸孔長度mm
D mm
Y型
J、、Z型
L
L
LX3
1250
4700
30，32，35，38
82
60
82
160
40，42，45，48
112
84
112
mm
Bmm
Smm
轉(zhuǎn)動慣量(kg㎡)
質(zhì)量kg
75
36
2.5
0.026
8
3.9.1.2 低速級聯(lián)軸器的選擇設(shè)計
在低速級與工作機之間，其轉(zhuǎn)矩很大，且有一定的沖擊振動，減速器輸出軸與工作機軸間又有一定的軸向和徑向位移，所以此處選擇彈性齒式聯(lián)軸器。
這種聯(lián)軸器由兩個帶有內(nèi)齒及凸緣的外套筒和兩個帶有外齒的內(nèi)套筒組成。兩個內(nèi)套筒分別用鍵與兩軸連接，兩個外套筒用螺栓連成一體，依靠內(nèi)外齒相嚙合以傳遞轉(zhuǎn)矩。由于外齒的齒頂制成橢球面，且保證與內(nèi)齒嚙合后具有適當?shù)捻斚逗蛡?cè)隙，故在傳動時，套筒可有軸向和徑向位移以及角位移。但為了減少磨損，應(yīng)對齒面進行潤滑。這類聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，長允許有較大的偏移量，安裝精度要求不高；成本較高，在重型機械廣泛應(yīng)用。
計算選型如下：
選擇時應(yīng)滿足如下的強度條件
計算轉(zhuǎn)矩：=（）Nm
電動機系數(shù)，查表8-9，得=0.25
工作機類型系數(shù)，查表8-10，得=1.25
=1. 511435.39=17153.09Nm
由聯(lián)軸器的計算和軸的設(shè)計計算，查表1-82選 ZL8型聯(lián)軸器。
公稱許用轉(zhuǎn)矩25000Nm
許用轉(zhuǎn)速2300r/min，故滿足要求。
其結(jié)構(gòu)尺寸如下表所示
型號
公稱轉(zhuǎn)矩
(Nm)
許用轉(zhuǎn)速
(r/min)
軸孔直徑
、
mm
軸孔長度mm
D mm
Y型
型
L
L
ZL8
16000
2500
125
212
167
300
130
252
202
mm
Bmm
Smm
轉(zhuǎn)動慣量(kg㎡)
質(zhì)量kg
190
128
6
0.798
90.626
0.800
82.060
3.9.2 潤滑 目前，國內(nèi)外采煤機減速器的潤滑方式有3種：飛濺潤滑、強迫潤滑和定期注油或脂潤滑。
1. 飛濺潤滑
2. 飛濺潤滑是一部分傳動零件位于油池內(nèi)，由它們向其他零件供油和濺油。這種方法用于潤滑高速和低速齒輪副。這時，油面的位置應(yīng)使齒輪副的大齒輪浸在油中1/3～1/4直徑。較小的齒輪靠較大的齒輪帶油并送到嚙合處進行潤滑。軸承是靠足夠的油面高度或濺油潤滑的。當傳動零件轉(zhuǎn)速相當高時，這種方法可以使位于不同水平面的傳動件得到良好的潤滑。但是，減速器的軸布置在同一水平面和接近同一水平面，則潤滑效果最好。
這種方法的優(yōu)點是：潤滑強度高，工作零件散熱快。而主要的優(yōu)點是簡單，對潤滑油的雜質(zhì)和粘度降低較不敏感。另外，我們考慮到采煤機常在傾斜狀態(tài)下，潤滑油集中在油池低處，使位于高處的傳動零件潤滑不好。所以為了保證其自然潤滑，應(yīng)避免油池太長，如果無法避免，則人為地將其隔成幾個獨立油池。
2．強迫潤滑
如果各傳動件所在的水平相差很大，且有低速齒輪副，則采用強迫潤滑。這時，由專用油泵供油，其吸油管所在位置應(yīng)保證油面在最低允許水平時，它也總能浸在油里，這種潤滑方法效果很好。它的優(yōu)點是可以保證高處和遠離油池的傳動零件得到正常潤滑。但是，這種方法對潤滑油的潔凈有較高的要求，必須經(jīng)常檢查潤滑系統(tǒng)的工作。這種潤滑方法比前一種潤滑方法可靠性要差，所以，要無特殊需要，最好不要采用。
3 .定期注油或脂潤滑
個別獨立地點的潤滑，通常是靠定期地用壓力注油器，向其擠入潤滑油。壓力注油器可以是固定裝在供油點的，也可以是供油時才接上去的。這種方法通常用于沒有地方安排單獨油池，不希望潤滑點與公共油池連通及潤滑轉(zhuǎn)速不高，載荷不很大，不要求散熱很快的零件（低速軸珠軸承、牽引機構(gòu)導(dǎo)向鏈輪的軸承）等情況。
潤滑油主要分為三類：一是有機油