带式输送机的设计

带式输送机的设计

摘 要

带式输送机已成为最重要的散状物料连续输送设备，它不仅应用于企业内部的运输，也拓展到企业外部输送，广泛应用于冶金，矿山、码头，粮食和湖工等领域。带式输送机的特点是结构简单，成本低廉，工作平稳可靠，输送量大，输送距离大，能耗低，噪声小，操作使用和维修方便。事带式输送机研究的大学、研究所、设计院都在致力于开发新型输送机设计系统。在信息技术时代，已经能够看到某些关键性的技术使生产输送机系统产生了飞跃。

关键词：带式输送机；操作使用 ；维修；研究

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目录

摘要 ...................................................................................................................... I 第1章 绪论 ........................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ................................................................................................... 1 1.2 国内外发展现状 ....................................................................................... 1 1.3 主要研究内容 ........................................................................................... 2 第2章 总体设计 ................................................................................................ 3 2.1 输送带胶面选择 ....................................................................................... 3 2.1.1 带宽的确定 ........................................................................................ 3 2.1.2 带芯的选择 ........................................................................................ 4 2.2 滚筒的参数设计 ....................................................................................... 4 2.3 本章小结 ................................................................................................... 5 第3章 功率的计算 ............................................................................................ 6 3.1 输送机系统与张力参数 ........................................................................... 6 3.2 阻力与张力计算： ................................................................................... 7 3.2.1 物料线密度 ........................................................................................ 7 3.3 主轴功率的计算 ....................................................................................... 8 3.4 电动机功率的计算 ................................................................................... 8 3.5 带轮转拒的确定 ....................................................................................... 8 3.6 本章小结 ................................................................................................... 8 第4章 驱动装置的设计及计算 ........................................................................ 9 4.1 驱动装置的设计要求 ............................................................................... 9 4.2 电机型号的确定 ....................................................................................... 9 4.2.1 电动机类型和结构的选择 ................................................................ 9 4.3 计算传动装置的运动和动力参数 ........................................................... 9 4.3.1 传动装置的总传动比及其分配 ........................................................ 9 4.4 传动件设计计算 ..................................................................................... 10 4.4.1 电机轴齿轮的设计 .......................................................................... 10 4.5 轴的设计计算 ......................................................................................... 14 4.5.1 电动机轴的设计 .............................................................................. 14 4.5.2 电动机轴的结构设计 ...................................................................... 14 4.6 滚动轴承的选择及计算 ......................................................................... 17 4.6.1 电动机轴上轴承的设计 .................................................................. 17 4.7 键连接的选择及校核计算 ..................................................................... 18 4.8 连轴器的选择 ......................................................................................... 18 4.8.1 高速轴用联轴器的设计计算 .......................................................... 18

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4.9 箱体的设计 ............................................................................................. 19 4.10 润滑与密封 ........................................................................................... 19 4.11 本章小结 ............................................................................................... 19 第5章 控制电路的设计 .................................................................................. 20 5.1 控制系统的确定 ..................................................................................... 20 5.2 接触器控制电路 ..................................................................................... 20 5.2.1 电动机启动控制 .............................................................................. 20 5.2.2 电路的保护环节 .............................................................................. 21 5.3 本章小结 ................................................................................................. 21 结 论 ................................................................................................................ 22 参考文献 ............................................................................................................ 23 致 谢 ................................................................................................................ 24

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第1章 绪论

1.1 课题背景

带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。

1880年德国的LMG公司设计的一台链斗挖掘机尾部带一条蒸汽驱动的带式输送机。1896年美国纽约发表了鲁宾斯为带式输送机的发明人。在德国，在汉诺威大学成立了运输机械研究所。在荷兰的代夫特大学进行了运输机械研究，而在英国，在地下和倾斜输送机的输送带方面用固体织物、加固编织物和钢丝绳牵引带。

在德国，输送带生产商ContiTech，Clouth，Phoenix和Scholtz都为欧洲市场开发了帆布层和钢丝绳芯带，很大程度上得到了大学研究成果的帮助。在1980~2000年之间，采矿业有了较大的新发展，改变了散状物料的输送方式，从间断输送方式发展到金属矿山的连续开采和煤矿的连续开采工艺，实现了用输送机输送。

1.2 国内外发展现状

在最近的几十年里，世界经历了空前的发展，此时需要新的矿山提供能量和原材料。由于许多贫瘠的矿山已经关闭，所以较大的矿山需要开采大量的煤、矿石或者岩石产品。国内以宝钢为首的大型钢铁企业的建立与改造；西部煤炭资源的开发和通过港口的外运。

更高的产量和许多新的采矿业务在第三世界国家，系统成本降低，致使营业利润更快更大。通过技术经济比较，已经证明在一定距离上，带式输送机输送优于汽车和列车运输。采用带式输送机可实现长距离、大运量输送。

输送机在环境敏感地区或靠近城市的发展地区的开发，已经引起了对水平和垂直转弯普通的、管状的以及钢丝绳的带式输送机，进行重大的技术模拟和技术创新。

许多较小的矿山被大公司购买，从而使得采矿和分布合理化。公司时常依赖于运输零件的“单方供应”从新的发展中孤立业务营运，包括一种实施新的带式输送机运输技术的能力。国内的矿山企业和钢铁企业也面临着重组和扩大的局面。胶带输送机又称皮带输送机，具有输送量大、结构简

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单、维修方便、部件标准化等优点，它广泛地应用在矿山、冶金、煤炭等部门，用来输送松散物料或成件物品，根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置型式的作业线需要。因此．在国内、外有愈来愈多的人从事于带式输送机各个方面的研究，这是适应生产发展的必然现象。 常见的带式输送机有下列几种类型：

(1)通用固定式(TD系列)普通型带式输送机。用在物料的一般输送上：矿井地面选煤厂及井下主要运输巷道中，绝大多数采用这种类型。

(2)花纹带式输送机。此种输送机的胶带工作面上有凸出的花纹．运送物料的倾角可以增加至35°。

(3)钢绳带式输送机。输送机的带条只作装载物料用，输送带是有钢绳牵引而运动，因此运送距离长。我国制造钢绳带式输送机的最大运距可达2500m。

根据安装的特点，带式输送机又可分为固定式、移动式和机架可伸缩式三种类型。固定式带式输送机一般应用在输送量大和使用期限长的情况下，它的机架和部件不能任意拆移。移动式带式运输机是应用在距离短、运输量不大且施工地点经常变动的场合，其结构轻便，并安装有车轮或轮胎可以随意移动。伸缩式带式输送机的机架是由若干节短机架拼装而成，各短机架之间用螺栓或挂钩连接。这种带式输送机通常在运输长度常常改变又经常移动的情况下采用。

1.3 主要研究内容

带式输送机的常规设计方法一般可以从标准的设计选用手册中得到。应该注意的是：在设计前必须掌握足够的设计依据方可进行设计工作，如果不这样，即使采用先进的。设计方法，其设计也必然是失败的。同时还要强调系统设计的重要性，因为实际设计所面对的是系统而不是单机，只有将系统设计好，才能进一步进行单机的设计。

设计带式输送机时，往往由生产工艺确定输送带布置，同时需要考虑下列问题：

(1)转载方式，提出给料装置和卸料装置的要求。

(2)输送机线路上输送机之间的相互关系。启动顺序是受料的输送机先驱动，停车顺序是给料的输送先停机，当各输送机的参数不同时，通过这一关系可以提出启动时间和停车时间的要求。

(3)不能满足上面的启动和停车顺序的要求时，需要考虑在输送机间增设缓冲仓以提高系统的适应能力和系统的运转率。

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第2章 总体设计

对制动器进行有限元分析，需要确定制动器制动过程中的生热散热过程，以及能量转化进而得到制动器工作过程中输入的热流密度以及散出的热量。本章将对制动器的生热和散热过程进行分析，得到摩擦生热的热流密度，以及制动器发生对流换热和热辐射的相关系数。

2.1 输送带胶面选择

通用带式输送机所用的输送带有橡胶带和塑料带两种。橡胶带适用于工作环境温度在-10～+ 400C之间，物料温度不得超过+500C。当温度超过500C以后，胶带的弹性开始消失，如温度过低时，胶带就变硬发生裂纹。温度超过+900C时，应使用防火输送带；温度低于-15～-550C时应使用抗寒输送带。橡胶带在实践中应用最广它是由带芯和覆盖胶两部分组成。带芯是胶带的骨架，它的作用是承受荷载传递牵引力以及承受在装料点物料对胶带的冲击力。普通橡胶带的带芯是由多层挂胶帆布制成的，带芯材质也可以是棉质、维尼纶、尼龙等纤维织物或混纺帆布，还可以是化纤整体编织的一层厚布。

表2-1 输送带覆盖胶质量的选择参数

正 常 工 作 条 件

输送大块矿石，锋利的切割性物I类 极好 极好 不推荐 料，用于极其恶劣的工作条件 输送切割作用不大的具有磨蚀性II类 良好 极好 不推荐 的经过筛分的物料，用于繁重的工作条件 II类输送带的覆盖胶采用天然橡胶与合成橡胶的混合物或各种合成橡胶的混合物制成。这类输送带的覆盖胶具有良好的耐磨性，但抗切割性和抗凿蚀性不如I类输送带高。因为设计要求是传送水泥，不需要抗切割性和抗凿蚀性所以选用II类输送带。

2.1.1 带宽的确定

因为设计要求输送的是袋装水泥，根据袋装水泥的尺寸本人把带宽确定为1200MM。

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2.1.2 带芯的选择 在输送带承受较大张力时，应选取尽可能少的层数而强度又较高的带芯，比选取居数多而强度一般的带芯容易得到满足.因为带式输送机的工作环境在干燥多尘的环境中工作，所以选用钢绳芯带根据带宽要求，选择钢绳芯带为GX——1000

钢绳芯带的许用张力

（静）S0?[GX]B (2-1)

m0(静)（动）S0?[GX]B (2-2)

m0(动)钢绳芯带的安全系数，根据我国静力计算文件静安全系数取为

m0=10，动安全系数m0=5.7，把相应的数字代入式子(2-1) (2-2)中，得静安全系数为120000N/mm，动安全系数为210526N/mm。

2.2 滚筒的参数设计

滚筒可分驱动滚筒和改向滚筒两种。驱动滚筒的作用是通过筒面和带面之间的摩擦驱动使输送带运动，同时改变输送带的运动方向。只改变输送带运动方向而不传递动力称为改向滚筒(如尾部滚筒、垂直拉紧滚筒等)。滚筒又分钢板焊接滚筒(大型的)和铸造滚筒(小型的)。

(1)滚筒的宽度确定 滚筒的宽度决定于带宽。根据带宽选择滚筒宽为1.4m

(2)按弯曲应力计算滚筒直径 胶带在进入滚筒前已经受到拉伸灾力，进入滚筒后又添有附加弯曲应力。胶带在周期运行中，其张力大的区域为高张力区。滚简的直径按高张里区的张力计算，并且认为进入滚筒前或出滚筒后的胶带静张力可达胶带舒张力的许用值s8。对于层芯胶带，芯层厚与滚筒直径关系如下式：

表2-2 带宽B与驱动滚筒标准直径的关系 （mm） 胶带宽度 驱动滚筒 标准直径 D — — — — 800 — - 4 -

500 650 800 1000 1200 1400 500 — 500 630 500 630 630 800 1000 — 630 800 1000 1250 800 1000 1250 1400 可得查出D=800 mm改向滚筒的设计本传送机构包括三个改向滚筒两个为90度改向 一个为180度改向。查表 180度改向滚筒直径D=800 mm 90度改向滚筒直径D=640 mm

(3)机架的设计 带式输送机机架有落地式和绳架吊挂式两种结构。落地式机架又有固定式和移动式两种。选煤厂主要采用固定落地式机架。

(4)拉紧装置 在各种具有挠性牵引构件的输送机中，必须装拉紧装置。带式输送机的拉紧装置的作用：使输送带具有足够的初张力，保证输送带与驱动滚筒之间所必须的摩擦力，并且使摩擦力有一定的贮备；补偿牵引构件在工作过程中的伸长；限制输送带在各支承托辊间的垂度，保证输送机正常平稳地运行。拉紧装置的结构形式有：螺旋式、车式和垂直式三种。本设计选用螺旋式拉紧装置。螺扦的螺纹应能自锁，防止松动。具有结构简单紧凑的优点，缺点是工作过程中，张紧力不能保持恒定。一般用于机长较短(小于80m)，功率较小的输送机上。螺旋拉紧装置的适用功率范围及许用张紧力(即上、下两分支输送带张力之和)。

表2-3螺旋式张紧装置的功率和许用张紧力

B(mm) 适用功率(kW) 张 紧 力(N) 500 15.6 12000 650 20.5 18000 800 25.2 24000 1000 35 38000 1200 42 50000 1400 58 66000 2.3 本章小结

普通橡胶带的带芯是由多层挂胶帆布制成的，带芯材质也可以是棉质、维尼纶、尼龙等纤维织物或混纺帆布，还可以是化纤整体编织的一层厚布。输送带的覆盖胶采用天然橡胶与合成橡胶的混合物或各种合成橡胶的混合物制成。这类输送带的覆盖胶具有良好的耐磨性，在输送带承受较大张力时，应选取尽可能少的层数而强度又较高的带芯，比选取居数多而强度一般的带芯容易得到满足.因为带式输送机的工作环境在干燥多尘的环境中工作，所以选用钢绳芯带。

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第3章 功率的计算

3.1 输送机系统与张力参数

为降低胶带张力，采用如下图3-1所示系统。

图3-1 胶带受力

[Gx]B (3-1) m0把相应的数字代入公式(3-1)中，许用张力为120000N，Ⅰ为驱动滚筒包角Φ180°采用的是包胶驱动滚筒，则取uo=0.3，由于本机一般都在含尘较多的室内外工作，取托辊阻力系数 w=0.040，托辊阻力系数w,用插入法查表得 K1=0.011。

so?表3-1 托辊系数 物料水平运行功率系数 尾部改向滚筒功率系数 Ⅱ号改向滚筒系数 Ⅲ号改向滚筒系数 物料加速功率系数 输送机水平投影长度 输送机垂直提升高度 输送量 输送速度 物料容量 K2=10.98×10?6 K3=2 K4=1.05 K5=1.05 K6=0.16 Ln=20m H=0 Q=360t/h V=1m/s T=1.5t/m 3F1 (3-2) F2T）=2.5 (3-3) K1×K2×K3×K4×K5+（K6×

r12?’S2?C0S1 (3-4)

(r12?1)(k?1)?C0’ (3-5) Fe?S1?S2承载分支最小张力点张力：q---物料线密度100kg/m；qd--胶带线密度

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24.63 kg/m；f0——胶带在托辊组间最大容许垂度f0=0.001~0.025。 因速度增加而取最小值

(q?qd)glt’ (3-6) Szmin?S0?8f0将相应的数据代入式子中，牵引力配比为2，总牵引系数为2.5，总分离点张力为26897N，牵引力为93109N，最小点张力为21395N

3.2 阻力与张力计算： 3.2.1 物料线密度

Q (3-7) 3.6V将相应的数据代入式子中，物料线密度100kg/m

q? az?(q?qd?qt’)gw’?(q?qd)g (3-8)

将相应的数据代入式子中，承载分支阻力290.52N/m

”ak?(qd?q”d)gw?qd (3-9)

将相应的数据代入式子中，回程分支线阻力2.2N/m

S6?Szmin (3-10) S1?S6?azl0S5?1?S6K41S4k3S4?S5?akloS3? (3-11)

将相应的数据代入式子中，S6为21395N ； S1为27205.4N ；S5为19450N ；S4为19406N ；S3为17642N。

F?S1?S3 (3-12)

C0’S2??F (3-13)

(r12?1)(k?1)将相应的数据代入式子中，牵引力F为9563N；S2为2763N；说明，按承载分支最小张力点确定的总驱动滚筒分离点的张力小于按驱动能力确定者。

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’S3?S2S4?K3S3S5?S4?akl0S6?K4S5S1?S6?a2l0 (3-14)

’ (3-15) F?S1?S2将相应的数据代入式子中，S3为2763N，S4为3039N ；S5为3083N ；S6为3391N， S1为9191N ；所以牵引力F为6428N 。

3.3 主轴功率的计算

pd?FV?10?3 (3-16)

将相应的数据代入式子中，主轴功率pd为6.428KW。

3.4 电动机功率的计算

1P?KdP0η?s (3-17)

将相应的数据代入式子中，电动机功率P为7.12KW。

3.5 带轮转拒的确定

l?πd (3-18) vn??60 (3-19)

lpT?9.55?103 (3-20)

n将相应的数据代入式子中，滚筒的周长l为2.15m ；转速n为24转/每分 ；转矩T为2578N.m。

3.6 本章小结

本设计中功率的计算是理论上功率的计算，由于机器在运转是杂质渗入传动件中产生的附加摩擦力，拉紧装置产生的阻力等，所以在选取电动机的时候选取功率较大的。电动机的选择要遵循两个大的原则，一个是功率必须要够用，这样才能使机器更好的工作，二个是功率不能过大，这样不仅浪费了生产成本，还浪费了电力资源。

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第4章 驱动装置的设计及计算

4.1 驱动装置的设计要求

驱动装置是带式输送机的动力来源，电动机通过联轴器 减速器带传动，滚筒传动 ，依靠滚筒和输送带之间的摩擦力使输送带运动，使用最少数量的设备的简单驱动装置是最好的驱动装置。

带式输送机对系统驱动装置的基本要求： (1)驱动装置应该具有良好的启动性能。

(2)启动过程中具有足够小合理的加速度以减少各承载部件载荷。 (3)多电动机驱动使各电动机负荷均匀。

(4)电动机启动时对电网的冲击小，最好使电动机无载荷启动。

4.2 电机型号的确定

本设计中的电动机应该选用高转矩底转速的电动机，根据机械设计手册应选择Y系列三相异步电动机，此电动机一般用途全封闭自扇式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘和其他杂物侵入电动机内部的特点。B级绝缘，工作环境不超过四十度相对湿度不超过95％，海拔不超过1000米，额定电压380V，频率50Hz。适用于无特殊要求的机械上，如机床上，泵，风机，运输机，搅拌机，农业机械等。

4.2.1 电动机类型和结构的选择

表4-1 电动机参数 电动机型号 质量 额定功率 满载转速 Y160L-8 145kg 7.2kw 720r/min 4.3 计算传动装置的运动和动力参数 4.3.1 传动装置的总传动比及其分配

由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应

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有的总传动比为： i＝nm/nw (4-1)

将相应的数据nw＝24代入式子中，i为30

合理分配各级传动比考虑到减速器制造的成本原因，体积原因所以选择二级圆柱齿轮减速器。展开式齿轮布置i1=6；i2=5。

表4-2各轴转速、输入功率、输入转矩 项 目 转速（r/min） 功率（kW） 转矩（N·m） 传动比 效率 电动机轴 720 7.5 99 1 1 高速轴I 720 7.4 98 1 0.99 中间轴II 102 7.2 665 6 0.97 低速轴III 24 7 2775 5 0.97 鼓 轮 24 6.8 2692 1 0.97 4.4 传动件设计计算 4.4.1 电机轴齿轮的设计

选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。精度等级选用7级精度；试选小齿轮齿数Z1＝20，大齿轮齿数Z2＝120的；选取螺旋角。初选螺旋角β＝14°因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算。

3即 dt≥AdKt 区域系数ZH 尺宽系数φd T1u?1· (4-2)

φd[GH]u1.6 2.433 1 表4-3 系数 查得εα1＝0.75，εα2＝0.87，则εα＝εα1＋εα2＝1.62 (4-3) 查得材料的弹性影响系数ZE＝189.8Mpa

按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1＝600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2＝550MPa；

N1＝60n1jLh (4-4) N2＝N1/5 (4-5)

将相应的数据代入式子中，应力循环次N1为3.32×10e8；N2为710.48。

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查得接触疲劳寿命系数KHN1＝0.95；KHN2＝0.98。 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1％，安全系数S＝1，

得 [?H]1＝KHN1×600MPa (4-6) [?H]2＝KHN×550MPa (4-7) [?H]＝[?H]1＋[?H]2/2 (4-8)

将相应的数据代入式子中，[?H]1 为570MPa [?H]2 为534MPa [?H]为552MPa。

3dt≥Adv=

T1u?1· (4-9)

φd[GH]uπd1tn1π?74?720==2.6376m/s (4-10)

60?100060?1000计算齿宽b及模数mnt

精度等级：选7级精齿数z 模数m：取z1?31；z2?iz1?6?31?186；m=2.5。

d74螺旋角β mt?1? (4-11)

z131”mn由表查的mn=2.5 β=arccos (4-12)

mt将相应的数据代入式子中，小齿轮分度圆直径dt为74mm；Ad为

41”(和估计值接近)。 85；圆周速度v为2.6376m/s；mt为2.34；β为14021’使用系数KA?1.5；动载系数KV?1.2

2T1 (4-12) d1KAFt1.5?2800? (4-13) b7011?a?[1.88?3.2(?)]cos? (4-14)

z1z2bsin? （4-15) ????m0?r??a??? (4-16)

Ft?a1?arctantanan (4-17) cos?cos?cosan (4-18) cos?b?cosa1- 11 -

(4-19)

cos2?b将相应的数据代入式子中，Ft为2800N； b为70 ；?a为1.95；??KHa?KFa??a〃’30为2.53；?r为4.48；a1为20031； cos?b为0.97；齿间载荷分配系数

KHa为1.8。

bKH??A?B()2?C?10?3b (4-20)

d1K?KAKVKHaKH? (4-21)

ZE?189.8Mpa (4-22)

???＞1?取???1 故

Z????4??a(1???)? (4-23) 3?aZ??cos??cos14021’41” (4-24)

2KT1u?1 (4-25) ?2ubd1将相应的数据代入式子中，齿间载荷分配系数KH?为1.26 ；载荷系

?H?ZEZHZ?Z?数 K为4.27 ；节点区域系数ZH为2.24 ；重合度系数Z?为0.77 ；螺旋角系数Z?为0.98；?H 为528Mpa＜534Mpa。计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。

d1(i?1) (4-26) 2因中心距未作调整，故分度圆直径不会改变，即

2ad1? (4-27)

i?1d2?id1 (4-28) b??d1 (4-29)

z1zv1?cos3? (4-30)z2zv2?cos3?将相应的数据代入式子中，中心距a为529mm；实际分度圆直径d1为 74mm；d2为444mm；齿宽b为74mm；zv1为32；zv2为192。

a?- 12 -

由图查出(外齿轮齿形系数)

YFa1?2.65YFa2?2.45YSa1?1.68由图查处（外齿轮应力修正系数）

YSa2?1.8511?av?[1.88?3.2(?)]cos? (4-31)

z1z20.75 (4-32) Y??0.25??avY?min?1?0.25??（当??＞1时，按??=1 计算） (4-33) 1200 (4-34) 014.4?1?1??0.953＞Y?min1200将相应的数据代入式子中，?av为1.95；重合度系数Y?为0.63；Y?min为0.75；螺旋角系数Y?为0.9(0.953＞Y?min)。

Y??1????0KFa??r (4-35) ?aY?b74? (4-36) h2.25?6由弯曲强度计算的齿向载荷分布系数图查的KF?=2.8

K?KAKVKFakF? (4-37)

SFmin?FYY[?F2]?Lim2N2X (4-39)

SFmin2KT1?F1?YFa1YSa1Y?Y? (4-40)

bd1mnYY?F2??F1Fa2Sa2 (4-41)

YFa1YSa1将相应的数据代入式子中，齿间载荷分配系数KFa为1.72；齿向载荷分布系数KF?为5.48；载荷系数K为8.67；许用弯曲应力[?F1]为

456Mpa；[?F2]为349Mpa；?F1为155Mpa＜[?F1]；?F2为146Mpa＜[?F2]。

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[?F1]??FLim1YN1YX (4-38)

图4-1 齿轮轴

4.5 轴的设计计算

拟定输入轴齿轮为右旋

4.5.1 电动机轴的设计

初步确定轴的最小直径

P (4-42) N2TFt1= (4-43)

dtanαnFr1=Ft (4-44)

cosβFa1=Fttanβ (4-45) Ft2=4606N (4-46) Fr2=11705N (4-47) Fa2=1235N (4-48)

将相应的数据代入式子中，d为32.5mm，选取轴的最小直径为35mm；齿轮上的受力Ft1为925N；Fr1为348N；Fa1为223N.

d≥A034.5.2 电动机轴的结构设计

拟定轴上零件的装配方案

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图4-2 电动机轴

I-II段轴用于安装套筒和轴承30307，故取直径为35mm。 II-III段轴肩用于固定轴承,直径为40mm。 III-IV段为小齿轮,外径75mm。

IV-V段轴肩用于固定轴承,直径为40mm。 V-VI 段安装套筒和轴承30307,直径为35mm

I-II段用于安装联轴器和套筒和轴承，所以长度为235mm。

II-III段轴肩考虑到齿轮和箱体的间隙49mm，轴承和箱体的间隙4mm，所以长度为53mm。

III-IV段为小齿轮，长度就等于小齿轮宽度74mm。 IV-V段用根据其他传动件的设定，长度为193mm。 V-VI段用于安装轴承，根据轴承的大小定为24mm。

图4-3 轴的受力图

图4-4水平面受力图

因为Fr1=1418.5N；Fr2=603.5N，查得轴承30307的Y值为1.6， Fd1=443N，Fd2=189N因为两个齿轮旋向都是左旋。 故：Fa1=638N；Fa2=189N

判断危险截面疲劳强度，由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面为截面IV右侧。

M?b?m (4-49)

WT?T?2 (4-50)

WT- 15 -

(4-51) 2将相应的数据代入式子中，?b为17.5MP；切应力?T为7.64MP；?m为7.99MP。

由于轴选用40cr，调质处理，所以?B?735MPa；??1?386MPa；??1?260MPa。

r2D?0.045，?1.6经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应由?d55d力集中为???2.23，???1.81，轴的材料敏感系数为q??0.85，q??0.87。

?b??m??Tk??1?q?(???1) (4-52) k??1?q?(???1) (4-53)

查得尺寸系数为???0.72，扭转尺寸系数为???0.76，轴采用磨削加工，表面质量系数为??????0.92。

将相应的数据代入式子中，效应力集中系数为k?为2.05；k?为1.70。

轴表面未经强化处理，即?q?1，则综合系数值为

K??K??k???k???1??1?1 (4-54) ?1 (4-55)

????碳钢的特性系数取为???0.1，???0.05

??1S???6.92 (4-56)

K??a????m??1S???24.66 (4-57)

K??a????mSca?S?S?S??S?22?6.66?1.5?S (4-58)

将相应的数据代入式子中，K?为2.93；K?为2.11轴的疲劳安全系数

S?为6.29；S?为24.66；Sca为6.66。故轴的选用安全。

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图4-5减速器轴

4.6 滚动轴承的选择及计算 4.6.1 电动机轴上轴承的设计

根据各方面条件选择轴承30307，轴承30307的强度校核径向力

22FrA?FH1?FV1 (4-59) 22Frb?FH2?FV2 (4-60)

FrA (4-61) 2Y由于Fa1?FdB?892?189?1081N?FdA， (4-62)

FdA?所以轴向力为FaA?638N，FaB?189N

FaA?0.45?e (4-63) FrA所以XA?0.4，YA?1.6，XB?1，YB?0。

由于为一般载荷，所以载荷系数为fp?1.2，故当量载荷为

由于

PA?fp(XAFrA?YAFaA) (4-64)

106Cr?Lh?() (4-65)

60n1PA将相应的数据代入式子中，FrA1418.5N；Frb603.5N；派生力FdA为443N；FdB为189N；PA为1905.84N；轴承30307的寿命校核Lh为

1.50?107h?24000h。

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4.7 键连接的选择及校核计算 表4-4 轴参数 直径 名称 代号 （mm） 12×8×80（单头） 12×8×70（双头） （mm） （mm） （N·m） （MPa） 工作长度 工作高度 转矩 极限应力 电机轴 25 65 4 99.5 56.2 中间轴 40 55 4 665 65.5 由于键采用静联接，冲击轻微，所以许用挤压应力为[?p]?110MPa，所以上述键皆安全。

4.8 连轴器的选择

由于弹性联轴器的诸多优点，所以考虑选用它。

4.8.1 高速轴用联轴器的设计计算

由于装置用于运输机，原动机为电动机，所以工作情况系数为

KA?1.5，

转矩为Tca?KAT1?1.5?39.8?59.7N?m (4-66) 以考虑选用弹性柱销联轴器TL4（GB4323-84），但由于联轴器一端与电动机相连，其孔径受电动机外伸轴径限制，所以选用TL5（GB4323-84）。

表4-5 联轴器主要参数 材料 公称转矩Tn 轴孔直径d 轴孔长L 装配尺寸A 半联轴器厚b HT200 125N?m 38mm 82mm 45mm 38mm

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4.9 箱体的设计 名称 箱座壁厚 箱盖壁厚 箱盖凸缘厚度 箱座凸缘厚度 箱座底凸缘厚度 地脚螺钉直径 轴承旁联接螺栓直径 联接螺栓d2的间距 表4-6铸铁减速器箱体 符号 ? 主要参数 0.025a?3?22mm ?1 b1 b b2 0.02a?3?18mm 1.5?1?27mm 1.5??33mm 2.5??55mm 0.036a?12?39mm df d1 l 0.75df?29mm l?150 4.10 润滑与密封

(1)齿轮的润滑 采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。

(2)滚动轴承的润滑 由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。

4.11 本章小结

驱动装置应该具有很高的传动效率，启动时和稳定运行阶段有可靠的过载保护能力；驱动装置应该具有良好的可靠性，控制启动停车时的加减速度；尽量使电动机空载荷启动，并且错开启动时各电动机的启动时间，减少电动机的启动次数，有可能时可在输送机停止时不必停电机；装备包括自监控，自诊断功能的控制器。

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第5章 控制电路的设计

5.1 控制系统的确定

因为带式传送机构不可能反转，不可能有速度的变化，不需要很精确的控制系统。其实就是一个启动，停止的操作系统。所以本设计就采用普通的电器控制系统。这种控制系统具有结构简单，成本低廉的优点。

5.2 接触器控制电路

接触器控制电路图刀开关控制电路如图所示为电动机单向运行接触器控制电路，它是最常用、最简单的单向运行控制电路。图中由电源L1,L2,L3经电源开关Q、熔断器FU1、接触器KM的动合主触点、热继电器FR的热元件到电动机M构成主电路部分，它流过的电流较大；由起动按钮SB2、停止按钮SB1、接触器KM的线圈和动合辅助触点、热继电器FR的动断触点和熔断器FU2构成控制电路部分，它流过的电流较小。

图5-1 控制电路

5.2.1 电动机启动控制

合上电源开关O，按下启动电钮SB2，接触器KM下起动按钮线圈通电吸合，其主触点闭合，电动机定子绕组接通三相电源启动运转。同时与按扭SB2，接触器KM下起动按钮线圈通电吸合，其主触点闭合，电动机定子绕组接通三相并联的接触器电源起动运转。同时，与按钮SB2并联的触发器KM的动合辅助触点闭合。当松开SB2时，KM线圈通过自身动合辅助触点仍保持通电状态，从而使电动机保持连续运行。这时，种依靠电器自身触点保持其线圈通电状态的电路，称为自锁电路，该触点则称为自

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锁触点。 5.2.2 电路的保护环节

(1)短路保护 电机、电器和导线的绝缘损坏或线路发生故障时，都可能造成短路事故。很大的短路电流会引起电气设备绝缘损坏并产生强大的电动力使电动机绕组和电路中的各种电气设备产生机械性损坏，因此，图中由熔断器FUI、FU2分别实现主电路与控制电路的短路保护。

(2)过载保护 由热继电器FR实现电动机的长期过载保护。当电动机长期过载时，串接在电动机电路中的发热元件使双金属片受热弯曲，使其串接在控制电路中的动断触线圈电路，使电动机断开电源，实现了保护的目的。点断开，从而切断了接触器KM线圈电路，使电动机断开电源，实现了保护的目的。

5.3 本章小结

本设计不光是个起动停止的控制系统，还外加了一个过载保护系统，这样能够更好的保护带式输送机械。因为发生过载的原因大多数都是因为传动部件在工作是夹杂着杂质而导致的，在机构过载时，电动机会自动停止这样有就给维修人员一个提示，让他们能更早的发现问题，更快的修复，从而提高了生产效率。

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结论

当确定采用带式输送机来完成散料输送后，面对的问题就是如何经济合理地设计出带式输送机系统。在设计之前需要充分了解对设备的要求，这些要求就是设计的依据。主要包括：(1)运输量：料流均匀时能够直接给出运输量；当料流不均匀时可以考虑给出料流量的基本统计数据，应该根据经济分析确定是否增设料仓，而不应该一味地增大输送机的设计运输量来满足不均匀料流的最大输送量要求。(2)输送机线路的详细尺寸：包括最大长度、倾角及提升高度，直线段、曲线段的尺寸和连接尺寸等。(3)物料的性质：松散密度、安息角、物料的粒度和最大块度情况（块度的均匀适度是否经过筛分）物料的湿度、磨损性、粘结性和摩擦系数。(4)工作条件和环境状况：露天或室内、环境湿度、环保要求、移动或固定、伸缩要求。(5)给料和卸料方法。(6)工作制度：每天的运转时间、每年的工作天数、输送机的服务年限要求等。(7)设计要求：输送带的最大挠度要求、运行阻力系数、输送带和滚筒的摩擦系数、输送带的安全系数。

设计带式输送机时，往往由生产工艺确定输送带布置，同时需要考虑下列问题：

(1)环保要求。对于粉尘大的情况要考虑采用密封输送或者设置必要的除尘设备。

(2)系统的监控。

(3)设备移植能力的要求。

(4)零部件的标准化和通用化及易损件的供货可能性。

(5)优先采用长距离、大运量输送机。输送机从经济上和节省占地等方面考虑一般不设置为多条（运输线并行的运输方式 在特别重要的环节也有采用并行两条输送，其中一条备用），而都是采用多条输送机串联。当中间某条输送机发生故障后，整条输送机线路都将停止运输工作，降低了设备的运转率。因此，为减少中间环节可以用一条长距离输送机替代多条短距离输送机。

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参考文献

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下）[M].化学工业出版社.1999年1月

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致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的指导老师，老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。

然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。

最后感谢理工学院和我门的机电系大学三年来对我的大力栽培。

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