2086 DYS80移动伸缩带式输送机设计

DYS80移动伸缩带式输送机设计

学校代码：10410

序 号： 050445

题目：

本 科 毕 业 设 计

DYS80移动伸缩带式输送机设计 学 院： 工学院 姓 名： 韦江 学 号： 20050445 _ 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 05级 指导教师： 张庐陵 _

二00九年 四 月

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DYS80移动伸缩带式输送机设计

中文摘要

本文在参考一般输送机设计基础上，分析了常见的小型带式输送机特点，设计了一套集伸缩、移动、变幅三种功能合一的单元组合式传动输送机创新设计方案，尤其对伸缩方案进行了细致的分析和讨论。

文章首先介绍了国内外带式输送机的发展状况、输送机发展趋势和设计目的和意义，分析了常见的伸缩输送机的伸缩形式以及用以实现伸缩的传动形式。设计是基于QD80轻型带式输送机设计方法，其中部分零部件从QD80输送机零部件种选用，伸缩机构为自行设计，采用螺母螺杆传动形式达到输送机伸缩目的，通过计算确定了伸缩机构的相关参数，对输送机的各种运动状态进行了模型简化与受力分析，计算结果保证一些极限情况下的机构的安全性。设计了一套通过电机、齿轮减速带动螺母螺杆运动的传动机构。

本文也对移动、变幅做了相关设计计算，对设计一些零部件采用了采购或定制的方式并对移动输送机的创新和改进做了展望，特别提出今后可能具有良好发展前途的改进设想。

关键词：带式输送机 伸缩 移动 变幅

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DYS80移动伸缩带式输送机设计

Design of DYS Telescopic Mobile Belt Conveyor

Abstract

This paper based on the design for ordinary belt conveyor, analyzed the characteristic of

common small belt conveyors, designed a unit combined transmission conveyor innovative plan which

integrated three functions such as telescopic, mobile and change angle, especially did a careful analysis and discussion on telescopic plan.

The paper first introduced the developing situation of belt conveyor at home and abroad and the trend of its development and design purpose and significance, analyzed common telescopic and transmission form in telescopic conveyor. The design process was based on the method of QD80 small belt conveyor, some part of parts were selected from QD80 standard parts, the telescopic agency used screw nut transmission form to achieve the conveyor to expand and contract, relevant parameters were confirmed by calculation. Design a transmission agency with electric motor and gears to drive screw nut agency.

The paper also calculated parameters of mobile and change angle functions, some parts would be purchase or have custom-made, and had expectation on future innovation and improvement. Key words: Belt-conveyor telescopic mobile change-angle

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DYS80移动伸缩带式输送机设计

目 录

封面 ...................................................................................................................................................... 1 中文摘要 .............................................................................................................................................. 2 Abstract ............................................................................................................................................... 3 目 录 .............................................................................................................................................. 4 1、引言 ................................................................................................................................................ 1

1.1 国内外带式输送机的发展状况 ......................................................................................... 1 1.2 带式输送机发展趋势 ......................................................................................................... 1 1.3 设计带式输送机的目的和意义 .......................................................................................... 1 2、总体方案确定 ................................................................................................................................ 1

2.1 设计方向 ............................................................................................................................. 1 2.2 方案选择 ............................................................................................................................. 1

2.2.1 子母机架式（抽屉式） ............................................................................................ 1 2.2.2折叠式 ......................................................................................................................... 2 2.2.3大型输送机式 ............................................................................................................. 2 2.2.4云梯式 ......................................................................................................................... 2 2.3伸缩传动系统选择 ................................................................................................................ 3

2.3.1人工手动 ..................................................................................................................... 3 2.3.2液压传动 ..................................................................................................................... 3 2.3.3机械传动 ..................................................................................................................... 3

3、输送机设计计算 ............................................................................................................................ 4

3.1原始数据及工作条件 ............................................................................................................ 4

物料名称和输送能力 ............................................................................................................ 4 成件物品单位重量 ................................................................................................................ 4 输送机布置形式及主要尺寸 ................................................................................................ 4 给料点，卸料点的数目和位置 ............................................................................................ 5 工作环境 ................................................................................................................................ 5 输送物品的特殊要求 ............................................................................................................ 5 3.2输送带速度原则 .................................................................................................................... 5 3.3输送带带宽计算 .................................................................................................................... 5 3.4输送能力计算 ........................................................................................................................ 5 3.5输送机功率计算 .................................................................................................................... 6

传动滚筒功率计算 ................................................................................................................ 6 电动机功率计算 .................................................................................................................... 7 最大张力计算 ....................................................................................................................... 7 输送带层数计算 ................................................................................................................... 7

4、部分零部件的选用 ........................................................................................................................ 8

4.1 输送带的选择 ....................................................................................................................... 8 4.2 驱动装置选用 ....................................................................................................................... 8 4.3托辊的选用 ............................................................................................................................ 9

4.3.1 平行上托辊 ................................................................................................................ 9 4.3.2 平行下托辊 .............................................................................................................. 10 4.4改向滚筒的选用 .................................................................................................................. 10 5、伸缩机构设计 .............................................................................................................................. 11

5.1机构的设想 .......................................................................................................................... 11 5.2螺母螺杆机构 ...................................................................................................................... 11

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5.3选用材料 .............................................................................................................................. 12 5.4相关数据计算 ...................................................................................................................... 12

5.4.1原始数据 ................................................................................................................... 12 5.4.2 耐磨性 ...................................................................................................................... 12 5.4.4 螺杆强度 .................................................................................................................. 14 5.4.5 螺纹牙强度 .............................................................................................................. 14 5.4.6 螺杆稳定性 .............................................................................................................. 15 5.4.7 螺杆的刚度 .............................................................................................................. 16 5.4.8 螺杆的横向振动 ...................................................................................................... 16 5.4.9 动力计算 .................................................................................................................. 17 5.4.10 螺母螺杆装置布置 ................................................................................................ 17 5.4.11 联结螺母和伸长架的螺栓选择 ............................................................................ 17

6、螺杆减速装置 .............................................................................................................................. 19

6.1螺杆减速装置简述 .............................................................................................................. 19 6.2 选用电动机型号 ................................................................................................................. 19 6.3 减速齿轮设计 ..................................................................................................................... 19 6.4 设计计算 ............................................................................................................................. 19

6.4.1原始数据 ................................................................................................................... 19 6.4.2 选择材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力 .......................................................... 19 6.4.3 接触强度初步确定中心距，并初选主要参数 ...................................................... 19 6.4.4 校核齿面接触疲劳强度 .......................................................................................... 20 6.4.5 校核齿轮弯曲疲劳强度 .......................................................................................... 22 6.5.6 齿轮主要参数 .......................................................................................................... 24

7、齿轮传动联动部件设计 .............................................................................................................. 24

7.1 联动部件 ............................................................................................................................. 25 7.2 小齿轮结构设计 ................................................................................................................. 25

7.2.1初步估算轴径 ........................................................................................................... 25 7.2.2 小齿轮外型与制造形式 .......................................................................................... 25 7.3 选用联轴器 ......................................................................................................................... 25 7.4 小齿轮用滚动轴承 ............................................................................................................. 26

7.4.1原始数据 ................................................................................................................... 26 7.4.2轴承选用与寿命计算 ............................................................................................... 26 7.5 小齿轮强度校核 ................................................................................................................. 27 7.6 螺杆轴承选用 ..................................................................................................................... 28

7.6.1已知数据 ................................................................................................................... 28 7.6.2 寿命计算 .................................................................................................................. 29 7.7 轴承座 ................................................................................................................................. 30 7.8 传动键设计 ......................................................................................................................... 30 7.9 重新校核螺杆强度 ............................................................................................................. 30 8、输送机机架设计 .......................................................................................................................... 30

8.1 机架的要求 ......................................................................................................................... 30 8.2 机架的材料选择 ................................................................................................................. 31 8.3 机架形式与零件布置 ......................................................................................................... 31

8.3.1输送机横截面布置设计 ........................................................................................... 31 8.3.2 输送机侧面布置设计 .............................................................................................. 32 8.4 机架质量估算 ..................................................................................................................... 32

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9、设计计算铰支和液压缸相关数据 .............................................................................................. 33

9.1输送机整体重量估算 .......................................................................................................... 33 表9.1质量估算表 ..................................................................................................................... 33 9.2 输送机支撑架形式 ............................................................................................................. 33 9.3 固定铰支座和液压缸受力分析和安装位置设计 ............................................................. 34 9.4 伸长架稳定性计算 ............................................................................................................. 35 9.5 定制液压缸 ......................................................................................................................... 35 10、工业脚轮、伸长架用滑轮及其他产品参考数据 .................................................................... 36 11、主要结论 .................................................................................................................................... 37 12、结束语 ........................................................................................................................................ 39 参 考 文 献 ...................................................................................................................................... 40 致 谢 .............................................................................................................................................. 41

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1、引言

1.1 国内外带式输送机的发展状况

国外带式输送机发展很快，一方面是功能多元化，功能扩大化。另一方面是带式输送机本身有了巨大发展。我国生产带式输送机品种繁多，许多项目取得重大突破。但国内外带式输送机技术仍然有较大技术差距。高新技术和传统产品相结合方面国内产品没有国外有优势。 1.2 带式输送机发展趋势

近年来带式输送机发展的趋势是：大运量、长距离、大倾角、多品种。与其他高新技术相结合，开发出多功能的机型。 1.3 设计带式输送机的目的和意义

伸缩皮带输送机普遍应用于港口、码头、车站、机场、仓库、矿山、邮电、电器、

轻工、食品等行业。完成物品的传输、装卸工作。极大地提高工作效率，降低劳动强度，减少货物的操作率，缩短装卸时间，是企业降低产品成本，投资成本低，提高效率和产品质量的有效设备。

2、总体方案确定

2.1 设计方向

传统小型皮带输送机要么固定某处位置不能移动，要么可以移动但只能水平方向

输送货物，也有可移动能向上输送的机型。这些输送机都有一个共同的特点，输送距离固定不变，基于上述带式输送机发展趋势，我考虑将移动、倾斜、伸缩三个特点集中在同一台输送机中，达到多功能效果。

2.2 方案选择

查阅相关资料后发现，实现移动容易，倾斜不难，惟有伸缩这个特点是较难实现。

胶带必须折叠隐藏在输送机某处，待输送机伸长时使用。

移动方案用输送机底部安装滚轮容易实现，倾斜可仿照吊车原理，使用一个液压

系统实现。伸缩方案现有多种： 2.2.1 子母机架式（抽屉式）

设计把输送机机架制造成两个部分，一部分是主体，另一部分是伸长部分，可活动。需要伸长时则伸出移动部分，可达到伸缩目的。

图2.1

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2.2.2折叠式

设计机架类似于卫星上的太阳能帆板形式，上下对称，机架可以折叠，当机架打开，输送距离伸长，可以达到伸缩目的。

图2.2

2.2.3大型输送机式

设计特殊轨道和接头，一般用于大型输送机。

图2.3

2.2.4云梯式

类似消防车的云梯结构，在消防车应用非常广泛，伸缩范围大，可达几十米甚至上百米。

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图2.4

此外还有褡裢式、叠罗汉式、电磁式等等。

比较这几种方案，折叠式结构简单、使用方便、用途广泛、制造容易，但机构较多，成本相对消耗大。大型输送机局限较大，使用范围不是很广泛。云梯式是一种比较理想的方案，机构相对复杂。相比之下，抽屉式结构简单，制造方便，可操作性强，能够相对容易满足设计的伸缩、移动、变幅三个要求。本设计决定选用子母式（抽屉式）方案。

2.3伸缩传动系统选择

由于子架嵌套在母架内部，待需要时方伸出。主要考虑了三种传动方式：

2.3.1人工手动

靠人力伸缩，只要设计合适的，符合人机工程的运动因素，可以考虑。 2.3.2液压传动

在母架内置一液压缸，由液压控制系统伸缩子架，是一种理想的方案。

2.3.3机械传动

有两种选择，一是蜗轮蜗杆式，二是螺母丝杠式，将蜗轮或螺母固定在子架上随蜗杆或丝杠移动。

根据自动化生产要求，人工手动可以排除，费时费力并伴有一定危险性。液压

传动与机械传动都可以作为伸缩传动形式。本设计考虑使用机械传动。

蜗轮蜗杆在传动过程中有一个重大缺陷，随着伸长架的伸出，中心偏移会是蜗

轮和蜗杆咬合不充分。如果要满足伸缩要求，机构会设计的非常复杂。蜗轮蜗杆可用在中型、多节伸缩输送机中作伸缩装置。螺母螺杆机构可以解决蜗轮蜗杆，螺母螺杆也可以用作传递力的用途，本设计考虑使用螺母螺杆机构作伸缩机构。

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3、输送机设计计算

YD移动带式输送机市面上很常见，各种类型琳琅满目。我查找了部分资料，对于移动输送机的设计手册或设计资料很少见到，通过互联网搜索相关关键词，也没有什么重要的信息。现在通用的设计手册所写内容多是ISO或国家标准化的产品，即是用于运输煤炭、矿石等散状物品的DTⅡ型通用带式输送机。

该类产品属于大型机械设计产品，不适用于仓库、邮局、物流场所设计使用，经过多方面考虑，决定参考QD80轻型带式输送机相关设计资料，作为本设计设计计算依据。 轻型带式输送机是一种用途很广的连续输送设备，适用于输送各种散状或成件物品。原化工部起重运输设计技术中心站组织了12个设计、生产单位参加的轻型带式输送机联合设计组，于1980年完成了QD80轻型固定带式输送机系列设计。

QD80轻型固定带式输送机是为化工、轻工、食品、粮食、邮电等部门设计的通用固定连续输送机，可输送各种散状物料和成件物品。

3.1原始数据及工作条件

物料名称和输送能力

本输送机适用于包装品、箱体等件货，不能用于散货类输送。尤其适用市面上常见的食品包装物，例如带装大米。输送量定为1000件/h。

成件物品单位重量

本输送机单位重量上限为490.5N/件，即50kg（100斤）/件。

输送机布置形式及主要尺寸

图3.1输送机整体布置示意图

驱动滚筒安装在输送机中部。主机长5m,伸长后可达8m，最大变幅为15度。

输送带允许最大倾角见下表

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表3.1成件物品倾斜输送许用角度表

成件物品

纸袋 塑料袋 麻袋 纸箱 不包装 邮包、面粉、食品、香烟、洗衣粉、化肥、轮胎、胶鞋、陶瓷制品、各种工业半成品 碳黑、陶土、袋装化工原料及产品 16° 18° 20° 16°

给料点，卸料点的数目和位置

一般情况下在头尾给料卸料即可，如有必要在输送机中间任意点也行，注意人为操作的安全性。 工作环境

输送机可以在室内使用也可以在室外露天场，天气晴朗或多云环境下所使用，保持干燥、清洁、无尘环境。温度一般在-10～40度之间。 输送物品的特殊要求

腐蚀性、油性、毒性物品一般不得使用，其他要求无。

3.2输送带速度原则

输送成件物品时，一般带速V=0.25～1m/s，本设计选择带速为1m/s。

3.3输送带带宽计算

对于成件物品，带宽B一般应比被输送物品的横向尺寸大50～100mm,但对重心

低的大件物品（如轮胎等）允许带宽等于或小于物品横向尺寸。 QD80型输送机对单位长度载荷有规定，见下表：

表3.2单位载荷 带宽B，mm 允许单位载荷[q] N/m

本设计初定单件物品质量上限M=50 Kg，即重量G=490.5N。因此，选用带宽为B=800mm的输送带。

3.4输送能力计算

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12°～18°

300,400 150 500,650 300～400 800,1000,1200 500～600 DYS80移动伸缩带式输送机设计

3600vK1 T?b n——最大输送能力 ，件/h

T——物品在输送带上的净空间距，m b——沿输送方向的物品长度，m

成件物品运输能力 n?K1——装载系数，一般取0.5～0.9

v——带速

由于成件物品种类繁多，尺寸变化大，为简化设计，考虑输送时单件物品占输送机长度为1m，两件物品相隔2m，以方便工作人员操作，所以同一时刻内在输送机上最多存在三件物品。

T+b=3m v=1m/s K1取0.9

3600?1?0.9?1080件/h，大于初定的1000件/h，满足设计要求。

33.5输送机功率计算 n?

传动滚筒功率计算

L?l0L?l0HQ?fQ? 367367367 p0?p1?p2?p3?3.6fwv p0——传动滚筒功率，KW p1——空载功率，KW p2——水平负载功率，KW p3——垂直负载功率，KW f——托辊阻力系数，KW

w——除物料外，输送机单位长度内所有运动部件质量之和，Kg/m

v——带速

L——传动滚筒至头部滚筒的水平中心距，m l0——中心距修正值，m 取l0=49m H——垂直提升高度，m Q——输送量，t/h

查

B?800mm,w?40Kg/m, v?1m/s,L?8m,H?L?sin15??2.07m

Q?n?m0?1080?50?54000Kg/h?54t/h6

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8?498?492.07?54?0.03?54? 367367367

?0.67?0.25?0.3?1.22KW

说明，此功率计算公式是按散状物料计算，得出的结果对运输成件物品来说应该

是富余的。

电动机功率计算

P0?3.6?0.03?40?1 P?KP0?

P——电动机功率，KW P0——传动滚筒轴功率，KW ?——传动总效率，取??0.85 K——备用系数，P?5KW,K?1

P?

最大张力计算

1?1.22?1.43K5W 0.851000P0e?? Sn?

v?e???1? Sn——最大工作张力，N

??e?1——驱动系数

计算时以包角??180?代入，查光面滚筒，干燥环境??0.25,e???2.19 Sn?1000?1.22?2.19?2245N

1?2.19?1?

输送带层数计算

Snn B? Z——输送带带芯层数，层

Z? Sn——最大工作张力，N

n——安全系数，取n=8 B——输送带带宽，mm

?——带芯径向扯断强度，N/(mm层)

QD80轻型带式输送机拥有配套的薄型橡胶输送带使用，运送成件物品使用的芯层

一般可用棉帆布芯、维纶芯或尼龙芯。维纶芯及尼龙芯输送带质量好、价格底。薄型带

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技术参数见下表： 带芯种类 径向扯断强度σ 18 N/(mm×层) 每层厚度 mm 表3.3输送带参数表 棉帆布芯 维纶帆布芯 25 35 56 36 50 70 112 尼龙减层芯 224 1 0.5 0.56 0.85 1.2 0.4 0.5 0.6 0.85 考虑棉帆布芯的四种不同的类别，分别计算层数。

2245?8?1.25层 CC-18 Z?800?182245?8?0.898层 CC-25 Z?800?252245?8?0.641层 CC-35 Z?800?352245?8?0.4层 CC-56 Z?800?56 通过计算，不妨选择CC-18作为输送带带芯，层数至少为2。

4、 部分零部件的选用

QD80型带式输送机有许多配套的零部件供设计者选用，其产品都可以在市场购买，本设计亦选择相关产品，节省设计成本。 4.1 输送带的选择

设计选用带宽B=800mm,芯层选用棉帆布芯，代号CC-18，相关参数见下表

表4.1棉帆布芯参数表 带芯芯层 覆盖胶厚度 输送带宽度 输送带总厚度 质量类别 扯断强度厚mm 上胶 下胶 800mm Kg/m2 ×层数 度 mm mm 最大工作张N/mm mm 力,KN 棉帆18×2=36 1.0 1.5 1.5 2.88 4 1.59 布 定货长度L>2×8=16m，不妨选用20m，其整体重量M1?16?0.8?1.59?20.352Kg。薄

型输送带可采用热流化或冷胶接头，使用时可交厂家技术人员操作。 4.2 驱动装置选用

QDF风冷电动机是专为QD80轻型带式输送机配套设计的，采用行星摆线针轮减速传动，结构紧凑、运转平稳，体积小，重量轻，可按型号向相关生产厂家直接购买。 本设计机型较小，故直接采用驱动滚筒传动，不再使用传动滚筒。

计算得电动机功率是1.435KW，选用P=1.5KW，名义转矩M?1500N?m,滚筒直径D=320mm,参考质量为W=160Kg。

QDF风冷电动滚筒安装尺寸示意图

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图4.1电动滚筒示意图

下表为电动滚筒相关参数 带宽B 800 D φ320 L 900 L1 1100 表4.2电动滚筒参数表 L2 l H 240 190 95 h 40 b 60 d φ20

4.3托辊的选用

托辊用来承托皮带，根据设计机型考虑，本设计为小型输送机，运输物品为成件物品，运输数量和受冲击情况都比较理想，可人为控制。 4.3.1 平行上托辊

图4.2上托辊示意图

平行上托辊相关参数 带宽B 800 L A H l 表4.3平行上托辊参数表 l1 l2 d 允许最大载荷，N 2100 质量Kg 17.45 图号 QDC51 1060 1010 130 900 110 140 φ75 9

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?5000?0.63MPa

3.14?42?6.5?9.2540MPa，??[?]

许用剪切应力[?]?30~ 校验满足强度。

3.弯曲应力，只验算螺母

?b?3FH1?d3b2m

?3?5000?53.14?31?6.52?9.25

?2.0MPa

许用弯曲应力?b?40~60MPa，?b?[?b]

校验也满足强度。

因螺母材料强度通常低于螺杆，因此一般只校验螺母螺纹牙的强度。

5.4.6 螺杆稳定性

1.柔度 ?r

??L?i

?——长度系数

L?——螺杆最大工作长度，mm i——螺杆危险截面的惯性半径，mm

d331??7.75 i?44 设计螺杆安装为一端固定，一端可移动。

?

?0.7,L??3000mm

0.7?3000?r??271

7.75

?2EA2. 临界载荷 F0??r2

E?2.07?105MPa

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2?d33.14?312

A?44?754.385mm2

3.142?2.07?105?754.385F0??20964.5N 2271F020964.5??4.2?2.5~4 3. 校验 F5000 5.4.7 螺杆的刚度

1.轴向载荷F使每个螺纹导程产生的变形?F?4FPh2?Ed3

?4?5000?10?3?0.32?10mm 523.14?2.07?10?31

216TPh 2.转矩T使每个螺纹导程产生的变形量?T?2?Gd34 G——螺杆材料的切变模量

G?8.3?104MPa

16?16710?102?3?0.035?10mm ?T?2443.14?8.3?10?31 3.每个螺纹导程的总变形量

???F??T

当轴向载荷F与运动方向相反时取正号。 ??0.32?10?3?0.035?10?3?0.355?10?3mm

0.355?10?3?0.0355?10?3?3.55?10?5 4.单位长度变形量 ??10 [?]?(8~10)?10 5.4.8 螺杆的横向振动 1.临界转速 n0??5mm，??[?]安全。

1000E60?1i2?L2? L——螺杆两支承间的距离，取L=3300mm

?1——支承系数，查得?1=3.927 ?——密度，??7.8?10?6Kg/mm3

12.3?106?12d3 简化后得n0?

L216

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12.3?106?3.9272?31 ??539.96r/min 23300 2.工作转速，同时考虑效率 n?0.8n0

n?400r/min?0.8n0?539.96?0.8?431.97r/min

满足设计初衷。 5.4.9 动力计算 驱动功率 p?nTFv?10?3??10?6

9550?1??1 T——螺旋传动中主动件上的转矩，N?mm

n——螺旋传动中主动件上的转速，r/min F——螺旋传动中移动件的轴向力，N

v——螺旋传动中移动件的线速度，mm/s

?1——从动力源到螺旋传动主动件的机械效率，取?1?0.9 ?——螺旋传动的正行程效率，??tan?

tan????T?

p?400?16710?10?3?0.78KW

9550?0.9 5.4.10 螺母螺杆装置布置

螺母螺杆安装放置在输送机主机架内部，应当满足一些条件：不能干涉伸

长架的往复运动，不能触碰输送皮带。螺母采用剖分式，外形设计应能够和伸长架紧密连接。螺杆上应当有限位装置。螺杆驱动可用电机也可以用液压马达，本设计选用电机。

图5.2螺旋运动机构工作示意图

5.4.11 联结螺母和伸长架的螺栓选择 采用铰制孔螺栓联接，，螺栓受横向力作用，设计使用四个M16的铰制孔用

17

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螺栓，性能级别为4.6。

图5.3螺栓杆联接示意图

已知轴向力为5000N，每个螺栓受力Fs?5000?1250N，设h?8mm， 4Fs4Fs≤[?p]，剪切强度，??≤[?] 验算挤压强度，?p?2d0h?d0m Fs——螺栓所受工作剪力，N

d0——螺栓抗剪面直径（螺栓光杆直径），mm m——螺栓抗剪面数目

h——螺栓杆与孔壁接触受压的最小轴向长度，mm [?]——螺栓材料的许用剪切应力，MPa

[?p]——螺栓材料和被联接件中弱者的许用挤压应力，MPa

查M16的铰制孔用螺栓光杆直径d0?17mm，查螺栓公称屈服极限?s?240MPa，查挤压安全系数S=1.2，许用挤压应力[?p]?S=2.5，许用挤压剪切应力[?]? ?p??sS?240?200MPa。查剪切安全系数1.2?sS?240?96MPa， 2.5Fs1250??9.2MPa?[?p] d0h8?17 ??4Fs4?1250??0.7?[?] 22?d0m??17?8校核安全，设计可用。

18

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6、 螺杆减速装置

6.1螺杆减速装置简述

螺杆要做往复的直线运动，而设计是用螺杆的旋转的运动转化成直线运动，螺杆旋转可以用电动机带动。一般三相异步电动机的转速较高，通常有3000r/min、1500r/min、1000r/min等，由螺杆设计中设计的转速为400r/min,因此必须设计一套减速装置。

螺杆转速、扭矩，传动比也已知，如果选用确定的转速，那么电动机功率也被确定了。推导过程如下：

齿轮减速传递中两齿轮接触面的传递力是不变的，

设大小齿轮直径分别为d2d1，齿数分别为Z2Z1，传动比i，小齿轮传递的计算转矩T1，齿轮传递圆周力F，齿轮模数m。

根据传递原理，有T1?F?d1，T?F?d2，d1?m?Z1，d2?m?Z2，

1000TF?d2d2?2.5, ???i，假设选用原动机转速1000r/min，i?400T1F?d1d1T?n6.684?1000T16.71??6.684N?m,原动机功率P?1??0.7KW。 i2.595499549 T1?

6.2 选用电动机型号

查电动机相关型号，选取P=0.75KW,名义转速n=1000r/min，型号Y90S。 6.3 减速齿轮设计

由于传动比不高，减速设计用一级减速即可，采用直齿圆柱齿轮减速。 6.4 设计计算

6.4.1原始数据 已知P?0.75KW,n1?1000r/min传动比，i?2.5，工作时间30000h 6.4.2 选择材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力 小齿轮 45钢，调质，硬度229～286HBS 大齿轮 45钢，调质，硬度229～286HBS， 大小齿轮精度选为6级。

按MQ级质量标准，查齿轮的齿面接触疲劳极限?Hlim1??Hlim2?620N/mm， 查齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值?FE1??FE2?440N/mm。

6.4.3 接触强度初步确定中心距，并初选主要参数

22 a?483(u?1)3KT12?a?HP?

式中 a——中心距，mm u——齿数比，u?Z2，取u?i?2.5 Z1 K——载荷系数，取K?1.8

19

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T1——小齿轮传递的额定转矩，N?m

T1?9549P0.75?9549?7.16N?m n11000 ?a——齿宽系数，?a?0.1~1.2取?a?0.5 ?HP——许用接触应力，N/mm2

?HP??HlimSHmin

SHmin——接触强度计算的最小安全系数，取SHmin?1.1

?HP?620?563.64N/mm2 1.1

a?483(2.5?1)31.8?7.16?54mm，取a?66mm。 20.5?563.64?2.5 按经验公式，m?(0.007~0.02)a?(0.007~0.02)?66?0.462~1.32mm 取标准模数，m a??1mm

d1?d2(Z1?Z2)m?22 Z1? 取

2a2?66??37.7

m(1??)1?(1?2.5)Z1?38,Z2?2.5?38?95

d1?mZ1?1?38?38mm

b??a?a

?0.5?66?33mm

6.4.4 校核齿面接触疲劳强度

?H?ZHZEZ??

Ftu?1KAKVKH?KH?bd1u

?H——计算接触应力，N/mm2

ZH——节点区域系数

20

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ZE ——材料弹性系数，N/mm2 Z??——接触强度计算的重合度与螺旋角系数 Ft——分度圆的圆周力，N b——齿宽，mm

d1——小齿轮分度圆直径，mm u——齿数比 KA——使用系数 KV——动载系数

KH?——齿向载荷分布系数 KH?——齿间载荷分布系数 Ft?2T12?7.16??376.8N d138?10?3 使用系数KA?1.0

动载系数

KV???K1?Z1V?1???K2??KAFt?100b??u21?u2

3.14?38?1000??2m/s V?446?106?10 查6级齿轮精度K1?d1n1?14.9,K2?0.0193

????38?214.92.52?0.0193??1.75 KV?1??2376.8?1.25?1001?2.533??

KH??b??1.15?0.18???0.3?10?3b

?d1??33??1.15?0.18???0.3?10?3?33

?38?22

?1.15?0.14?0.01?1.3

21

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KAFt1.0?376.8??11.42N/mm2 计算b33 查KH??1.2

2 查 ZH?2.5,ZE?189.8N/mm Z???Z??Z?，查得Z???1

376.82.5?1??1?1.75?1.3?1.2 33?382.5 代入?H?2.5?189.8?1

?H?508.5N/mm2

?HlimZNZLVRZWZX?H

计算安全系数 SH? 寿命系数 ZN：先计算应力循环次数

N1?60?n1t?60?1?1000?30000?1.8?10

查 ZN19N2?60?n2t?60?1?400?30000?7.2?108

?1.0,ZN2?1.1

润滑油膜影响系数 ZLVR，查得ZLVR?1.05 工作硬化系数ZW，查得ZW?1 接触强度计算的尺寸系数ZX?1

SH1?620?1?1.05?1?1?1.13

574.145620?1.1?1.05?1?1?1.25

574.145 SH2? 一般可靠 SHmin?1.0~1.1，取 由此可得 SH?SHmin 6.4.5 校核齿轮弯曲疲劳强度

SHmin?1.1

?F

Ft?KAKVKF?KF?YFSYS?bm

?F——计算弯曲应力，N/mm2

22

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KF?——齿向载荷分布系数 KF?——齿间载荷分布系数 YFS——复合齿形系数

YS?——弯曲强度计算的重合度与螺旋系数 Ft?376.8N,KA?1.0,KV?1.75

查 KF??b??3?1.05?0.31???0.38?10b

?d1?22

?33??1.05?0.31???0.38?10?3?33

?38??1.05?0.234?0.0125?1.3

查 KF??1.2,YFS1?4.05,YFS2?4

Y???Y?Y??1

376.81?1.75?1.3?1.2?4.05?1?126.25N/mm2 ?F?33?1

?F2YFS24??F1?126.25?124.7N/mm2

YFS14.05 计算安全系数 SF?

?FEYNY?relTYRrelTYX?F

?FE——齿轮材料弯曲疲劳强度基本值，

YN——弯曲强度计算的寿命系数 Y?relT——相对齿根圆角敏感性系数 YRrelT——相对表面状况系数 YX——弯曲强度计算的尺寸系数 查 ?FE?440N/mm

对调质钢，N12?1.8?109,YN1?0.9;N2?7.2?108,YN2?1.0

23

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Y?relT1?Y?relT2?1,YRrelT1?YRrelT2?1

440?0.9?1?1?1SF1??3.14

126.25SF2?440?1.0?1?1?1?3.53

124.7?1.25,SF?SFmin 安全。

表6.1齿轮参数表 小齿轮 称

由一般可靠度 SFmin 6.5.6 齿轮主要参数

名项 目 大齿轮 模数m 齿数Z 压力角? 分度圆直径 d 齿顶高ha 齿根高hf 全齿高h 齿顶圆直径 m?1mm m?1mm Z1?38 Z2?95 ??20? d1?Z1m?38mm **ha1?ham?1?1?1mm(ha?1) *hf1?(ha?c*)m?1.25m?1.25mm??20? d2?Z2m?95mm **ha2?ham?1?1?1mm(ha?1) *hf1?(ha?c*)m?1.25m?1.25mm(h?1,c?0.25)*a* (h?1,c?0.25)*a* h1?ha?hf?2.25m?2.25mm da1?d1?2ha1?(Z1?2)m?40?1?40mmh2?ha?hf?2.25m?2.25mm da2?d2?2ha2?(Z2?2)m?97?1?97mmda 齿根圆直径 df1?d1?2hf?(Z1?2.5)m?38?2.5?35.5mmdf 齿宽b df2?d2?2hf?(Z2?2.5)m?95?2.5?92.5mm b1??a?a?0.5?66.5?33.25mm 取 b1?34mm 取 b2?40mm 中心距a

a?d1?d238?95??66.5mm 227、 齿轮传动联动部件设计

24

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7.1 联动部件

包括大、小齿轮制造形式及主要尺寸，和电动机相联的联轴器，支撑小齿轮的轴承和轴承座，支撑螺杆的轴承和轴承座，大齿轮传动键选用。设计若无法找到匹配的部件还须自行设计。

7.2 小齿轮结构设计

齿轮与轴是否做成一体取决于齿轮直径与轴径之比。 7.2.1初步估算轴径 d?A3p n d——计算剖面处直径，mm

A——按轴许用应力定的系数 p——轴传动额定功率，KW n——轴的转速，r/min

查 A=118～107，取A=115，dmin?11530.75?10.44mm 1000 考虑安装联轴器需要附加安装键，轴径增加5%～10%，再考虑与轴承的配合，方

便选用标准件，取轴的直径d?20mm。

7.2.2 小齿轮外型与制造形式

小齿轮d1?38mm，

d138??1.9?2，按机械设计手册的设计原则，小齿轮直径d20较小，采用锻造方式，而且齿轮与轴做成齿轮轴形式，见齿轮轴示意图，其中一些尺寸是为其他零件安装设计。

图7.1小齿轮示意图

7.3 选用联轴器

固定式刚性联轴器的结构非常简单，零件数量少、重量轻、制造容易。如果装配

式能够保持两轴精确对中，则工作中会有比较满意的传动性能。因此，在一些转速不高，载荷平稳的场合，仍得到广泛的应用。

套筒联轴器是利用一共用套筒以销、键或过盈配合等联接方式与两轴相联，如图

25

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所示的是平键套筒联轴器。

图7.2 平键套筒联轴器

用固定式刚性联轴器联接的两轴可当作一个刚性的整体，当安装时调整未达到

对中要求或工作过程因轴承磨损等各种原因引起两轴相对位移时，都将使联轴器承受弯矩，产生附加径向力，增加轴和轴承上的作用力，缩短轴承的使用期。为了减轻这种附加载荷的影响，联轴器所联两轴应采用刚性大而且稳定的轴承，同时应调整至所联两轴的相对径向位移在0.002~0.05mm以内，相对角位移在0.05mm/m以内。

套筒常用45钢制造，对于不重要或低速传动轴，也可用铸铁制造，本设计选用

45钢。

已知数据，Y90S电动机转动轴长50mm，直径24mm。键槽宽8mm,为配合联

轴器的使用，设计齿轮轴的直径和电动机一样也是24mm,开键槽宽8mm。

表7.1套筒联轴器主要尺寸 轴直径 许用转矩 D0 L l C C1 紧定螺钉 平键 d(H7) N·m GB71-1985 GB1096-1979 24 125 40 75 20 1.0 1.0 M6×10 8×28 电动机和小齿轮上的扭矩T=7.16N·m<联轴器许用扭矩。故可以认为联轴器使用安全。

7.4 小齿轮用滚动轴承 7.4.1原始数据

2000T2000?7.16??376.8N 已知小齿轮上的圆周力Ft?d38 径向力 Fr?Fttan??376.8?tan20?137.1N

? 小齿轮上的作用力F?376.82?137.12?401N

轴径直径20mm，轴速n?1000r/min，要求轴承寿命大于30000h，可靠性90%。

齿轮采用的是直齿传动形式，可以认为轴仅径向受力作用，不受轴向力作用。

7.4.2轴承选用与寿命计算

26

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选用深沟球轴承60000型，查GB/T276-1994，小齿轮轴承载轴承的部分直径d?25mm型号61805，mm，外径D?37mm，宽B?7脂润滑极限转速15000r/min，重量W?0.022Kg。

基本额定静载荷Cor?2650N 基本额定动载荷Cr?3700N 单个轴承受支反力Fr'?Fr137.1??68.55N 22径向当量动载荷Pr?Fr' 寿命 Lh106?C????60n?P??

C——基本额定动载荷，N

P——当量动载荷，N

?——寿命指数，球轴承??3 n——轴承转速，r/min

106?3700?64?2.62?10h?3?10h Lh??3?60?10?68.55?所选轴承满足条件。

7.5 小齿轮强度校核

3

图7.2小齿轮受力示意图

受力分析?FZ?0,FAZ?FBZ?1Fr?68.55N 2 ?FY?0,FAY?FBY?1Ft?188.4N 227

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图7.3齿轮轴扭矩弯矩示意图

6?m，MY?0.017Fr? 由6.4.3知，T?7.1NMZ? M?0.0505?68.55?1.73N?m，20.0505Ft?0.02525?188.4?4.75N?m 222MY?MZ?1.732?4.752?5.06N?m

按第三强度理论校核

??1WM2?T2?32225.06?7.16?1.62MPa ?33?(38?10) 45钢许用应力[?]?85MPa，??[?]校核安全。

7.6 螺杆轴承选用

螺杆受轴向力作用，因此需选用可承受轴向力的轴承。选用角接触轴承7000C系列，查GB/T292-1994,螺杆直径42mm，为配合选用标准件，设计螺杆装配轴承的部分即轴颈直径40mm，选择轴承型号7008C，孔径40mm,轴承大径68mm，宽15mm，a=14.7, 基本额定静载荷Cor?15200N,基本额定动载荷Cr?20000N,脂润滑极限转速8000r/min，油润滑极限转速11000r/min，重量W?0.18Kg。 7.6.1已知数据

已知大齿轮上的圆周力Ft?2000T2000?7.16??376.8N d38? 径向力 Fr?Fttan??376.8?tan20?137.1N 大齿轮上的作用力F?376.82?137.12?401N

轴径直径40mm，轴速n?400r/min，要求轴承寿命大于350h，使用不频繁，单

次最长用时45’，可用28000次，假设每天工作10小时，每一小时伸缩一次，一年

3600次，可用7.8年。可靠性90%，

螺杆实际轴向力F?2T2?7.16?2.5??5356N。

d2tan(???T)37tan(10.24?)28

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7.6.2 寿命计算

图7.4螺杆轴零件分布及受力示意图

轴向力Fa?5356N，径向力Fr?137.1N，圆周力Ft?376.8N， 由力学原理，?FZ?0,Fr1?Fr2?Fr'，?M(1)?0,有3250Fr2?125Fr'?0

Fr1?131.83N,Fr2?5.27N。

?FY?0,Ft1?Ft2?Ft'，?M(1)?0,有3250Ft2?125Ft， Ft1?362.3N,Ft2?14.5N

轴承作用反力 Fr1'?385.54N,Fr2?15.43N

'Fa5356??0.352，线形插值求e?0.41，

Cor15200 计算附加力S1?eFr1'?0.41?385.5?185.055N S2?eFr2'?0.41?15.43?6.33N

比较S1?Fa和S2，S1?Fa?185.055?5356?5541N?S2 Fa1?6.33N,Fa2?5541N

Fa16.33??0.017?e?0.41,X1?1,Y1?0 Fr1'385.54Fa25541??359.1?e?0.41,X1?044,Y1?1.35 'Fr215.43'

Pr1?Fr1?385.54N

Pr2?0.44Fr2?1.35Fa?0.44?15.43?1.35?5356

29

'

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?7237N

106?15200? 计算寿命，Lh????386h?350h，满足条件。

60?400?7237? 7.7 轴承座

根据设计特点可自行设计轴承座，也可以选用标准件。小齿轮用轴承较小，需要自

行设计轴承座，螺杆轴可以选用标准件。查GB/T7813-1987,选用SN型，代号为SN 208,重量W=2.6Kg。推荐自行设计，方便其他零件安装。

7.8 传动键设计

选用平键联接，普通圆头平键，验算挤压强度。轴径d?40mm，大齿轮齿宽

B?40mm。查机械设计手册，由轴径d?40mm，查得键的截面尺寸b?h?12?8，查GB/T1567-2003,齿轮宽选取B?40mm，选取键的长度L?36mm。键的工作长度

l?L?b?36?12?24mm，许用挤压应力[?p]?110MPa。

34T4?17.9?103??9.3MPa?[?p]。设计用键满足要求，代号 校核强度，??dhl40?8?24GB/T1567 键12×8×36，轴深5mm，毂深3.3mm。

7.9 重新校核螺杆强度

因为选取的电机功率稍大于计算功率，所以作用在螺杆上的圆周力也会有所增加，

因此需要重新校核螺杆的强度。

由7.6.1知螺杆实际轴向力F?5356N，由5.4.2知螺杆直径和受轴向力的关系

为d2??F，把F?5356N带入可得螺杆最小直径d2?14mm，设计选用的螺杆直?[p]径d2?37mm，满足设计要求，相关参数由F推导出，亦在许用范围内，校核安全。

8、 输送机机架设计

8.1 机架的要求

输送机机架应该满足输送机其他部件装载的要求。有足够的强度，能够支撑所有部件的重量；有足够的空间，装下所有部件，不会发生运动干涉。在此基础上考虑造型美观、用量合适。

一般移动输送机的机架没有相关标准，需要设计人员自行设计，市场上见得比较多的形式是焊接式、整体式。DTⅡ型通用带式输送机提供了参考的机架供设计者选用，其基本形式是就是焊接式，如图8.1，图8.2所示。

30

DYS80移动伸缩带式输送机设计

图8.1 图8.2

机架也有焊接和整体两者组合在一起使用的，

图8.3

选用何种形式的输送机架应该根据设计输送机的大小、输送量等因素来确定，本设计输送机机长伸长后达8m，算是比较小的机型。小机型用整体形式的机架比较方便，外观也比较好看，本设计用整体形式的机架。

整体形式的机架可以制造成对称形式，安装时恰好可由驱动滚筒、改向滚筒、托辊和承载齿轮传动部件的支撑板采用螺栓联接，既稳固输送机零部件的安装，又能是输送机整体稳定。

本设计采用整体式机架，局部需要配合其他零部件安装的肋板或支撑板可以用焊接方式与主体机架连接。 8.2 机架的材料选择

选用Q235，?s≥235MPa,?b≥375~450MPa容易制造、成型，焊接性能好。 8.3 机架形式与零件布置

8.3.1输送机横截面布置设计

选用零件尺寸可由4.2～4.4的选用结果查得，设计零件的尺寸可查阅相关设计结果。机架横截面采用“C”形，在一些需要支撑的地方加肋或支撑板。

31

DYS80移动伸缩带式输送机设计

图8.4输送机横断面布置设想图

依照图示，主机架高度H>驱动滚筒直径+改向滚筒直径+上托辊高度，初定

H=650mm，边长l=150mm。

伸长架高度H’>改向滚筒直径，初定H’=200mm,边长l’=60mm。 机架厚度可设为10mm。 8.3.2 输送机侧面布置设计

图8.5输送机侧面布置设想图

设计主机架长L=5000mm，伸长架长L’=3500mm,圆头部分不在设计长度内，作为

方便和安装使用而设置。

8.4 机架质量估算

查Q235钢密度为??7.85?103Kg/m3，

主机架横截面面积S1?(150?10?2?630?10)?10?6m2

主机架质量M?L?S1???(150?10?2?630?10)?10?5?7.85?10 ?365.025Kg

伸长架横截面面积S2?(60?10?2?160?10)?10m

伸长架质量M?L'?S2???(60?10?2?180?10)?10?3.5?7.85?10

32

?63?62?63DYS80移动伸缩带式输送机设计

?82.425Kg

9、 设计计算铰支和液压缸相关数据

9.1输送机整体重量估算

项目 一次输送成件物品 输送带 上托辊 下托辊 改向滚筒 驱动滚筒 主机架 伸长架 其他零部件 总计 表9.1质量估算表 质量 重量 Wmax?3?50?150Kg W1?20.352Kg W2?22?17.45?383.9Kg W3?4?12.7?50.8Kg W4?3?45.5?136.5Kg Gmax?1470N G1?199.45N G2?3762.22N G3?497.84N G4?1337.7N G5?1568N G6?3577.245N W5?160Kg W6?365.025Kg W7?82.425Kg W8?80Kg ?Wi?1429Kg G7?807.77N G8?784N ?Gi?14004.2N

9.2 输送机支撑架形式

本次设计的输送机其中一个功能就是变幅，因此在设计支撑整体输送机的支架上选择一端用铰支形式，另一端用液压缸即可实现。对固定铰支和液压缸安装位置需要计算来确定，根据前面设计计算的数据，输送机变幅最大不超过15°，若计算出液压缸没有标准型号，可向相关生产厂家定制购买。

固定铰支座只需要让输送架转动一个小角度即可，结构简单，设计用一个光轴通过铰支座实现，根据螺杆计算的数据，定轴直径D=40mm。这是常见的形式，例如吊车、卸料车等。

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DYS80移动伸缩带式输送机设计

图9.1铰支座示意图

9.3 固定铰支座和液压缸受力分析和安装位置设计

图9.2计算示意图

按QD80轻型输送机设计标准，输送机离地面高可取为500mm或1000mm，如有特殊要

求可按设计要求选用，本设计取输送机离地高500mm。

设固定铰支座安装位置离输送机尾端距离为x，当输送机变幅最大到15度时，要求尾端不能接触地面，保证输送安全，依几何关系有

500xsin15??500即x??1932mm ?sin15选定x?1800mm,y?2000mm,分析计算固定铰支座和液压缸的受力，各部件受力在9.1已确定，计算时只考虑水平输送情况。

考虑第一种情况，输送机保持原始长度输送，假设输送机受力集中作用在中心点，简化模型。

受力图如图所示

图9.3输送机整体受力示意图1

F1?14004.2N,?Fy?0,F1?F2?F3,M(1)?0,F2?0.7?F3?1.3

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