擺線針輪傳動(dòng)電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)（含SolidWorks三維模型）
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XXX大學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
擺線針輪傳動(dòng)電動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：______________
學(xué) 號：______________
班 級: ______________
專 業(yè)：______________
指導(dǎo)教師：______________
2015年4月
目 錄
摘要 4
ABSTRACT 5
第1章 緒論 6
1.1 課題的研究背景 6
1.2 電動(dòng)滾筒的研究現(xiàn)狀 7
1.3 電動(dòng)滾筒的發(fā)展方向 9
1.4 本課題的研究任務(wù) 11
第二章 電動(dòng)滾筒總體方案的確定 12
2.1電動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)參數(shù) 12
2.1.1電動(dòng)滾筒的適用場合 12
2.1.2電動(dòng)滾筒的參數(shù) 12
2.2機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 12
2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 13
第3章 擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)理論 15
3.1 擺線針輪的傳動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 15
3.1.1 擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)原理 15
3.1.2 擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 15
3.1.3 擺線針輪傳動(dòng)的嚙合原理 16
3.1.4擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程 20
3.1.5 擺線輪齒廓曲率半徑 21
3.2擺線針輪傳動(dòng)的受力分析 22
3.2.1針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力 22
3.2.2 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力 26
3.2.3 轉(zhuǎn)臂軸承的作用力 27
3.3 擺線針輪主要強(qiáng)度件的計(jì)算 27
3.3.1 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 27
3.3.2 針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算 27
3.3.3 轉(zhuǎn)臂軸承選擇 28
3.3.4 輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算 29
第4章 擺線針輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 30
第5章 電動(dòng)滾筒其他零部件的設(shè)計(jì) 34
5.1端蓋的設(shè)計(jì) 34
5.2支座的設(shè)計(jì) 34
5.3吊環(huán)的選用 35
5.4 整機(jī)設(shè)計(jì)三維圖 36
第6章 電動(dòng)滾筒的材料選擇 37
6.1軸類材料 37
6.2滾筒體材料 37
6.3端蓋、左右法蘭軸、支座材料 37
第7章 電動(dòng)滾筒潤滑及密封 38
7.1潤滑油 38
7.2潤滑脂 38
7.3密封裝置 39
第8章 總 結(jié) 40
致 謝 41
參考文獻(xiàn) 42
摘 要
電動(dòng)滾筒因其擁有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、噪聲低、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、工作可靠性和密封性好、占據(jù)空間小等特點(diǎn)，并能適應(yīng)在各種惡劣工作環(huán)境下工作包括潮濕、泥濘、粉塵多等。因此電動(dòng)滾筒廣泛應(yīng)用于采礦、糧食、冶金等各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
本課題設(shè)計(jì)一種擺線針輪傳動(dòng)電動(dòng)滾筒，設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，對其主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、力學(xué)分析和材料的性能分析及計(jì)算和校核，以確定結(jié)構(gòu)的可行性、材料的選用、零件的加工精度要求及潤滑維護(hù)的要求。
關(guān)鍵詞：擺線針輪傳動(dòng)；電動(dòng)滾筒；CAD
Abstract
Electric roller because of its compact structure, high transmission efficiency, low noise, long service life, stable operation, reliability and good sealing, occupies little space, and can work in a variety of harsh working conditions including the wet muddy dust etc.. Therefore the electric cylinder is widely used in production of mining, foodstuff, metallurgy and other fields.
This project is to design a kind of cyclonical pinwheel transmission of electric drum, using modern mechanical design method in the design process, to analyze the structure of the main components of the mechanical analysis and material performance analysis and calculation and verification, to determine the feasibility of the structure, material selection, machining accuracy and lubrication maintenance requirements.
Keywords:?cycloidal pin wheel?drive；?electric drum；CAD
第1章 緒論
1.1 課題的研究背景
電動(dòng)滾筒是一種將電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)構(gòu)置于驅(qū)動(dòng)滾筒內(nèi)的新型驅(qū)動(dòng)裝置，它主要用在固定式和移動(dòng)式帶式輸送機(jī)上，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)、減速機(jī)在驅(qū)動(dòng)滾筒之外的開式驅(qū)動(dòng)裝置。此外，還廣泛地用在輥送輸送機(jī)上做為主動(dòng)輥?zhàn)樱靡暂斔统杉锲?。它的工作原理是把電?dòng)機(jī)的動(dòng)力通過減速齒輪機(jī)構(gòu)傳遞到滾筒皮帶輸送機(jī)械。主要應(yīng)用于固定式和移動(dòng)式帶式輸送機(jī)。電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)是否合理，直接影響電動(dòng)滾筒的傳輸效果、生產(chǎn)率、電能消耗、滾筒皮帶磨損等重要指標(biāo)。
電動(dòng)滾筒與傳統(tǒng)的開式驅(qū)動(dòng)裝置相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、耗能少，噪音小、壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠、密封性好，占用場地少、安裝和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，適合在各種環(huán)境下工作，包括粉塵大，潮濕泥濘的惡劣工作環(huán)境下工作，特殊的隔爆電動(dòng)滾筒，還可以在易燃易爆的環(huán)境下工作。所以目前國內(nèi)外已將電動(dòng)滾筒廣泛地應(yīng)用于國民民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
電動(dòng)滾筒作為皮帶運(yùn)輸機(jī)和提升等設(shè)備的動(dòng)力，廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、造紙、煤炭、建材、電力、化工、復(fù)合肥及筑路機(jī)械等行業(yè)。電動(dòng)滾筒有定軸齒輪、擺線針輪、行星針輪三種傳動(dòng)形式，安裝型式有電機(jī)內(nèi)置、外置和移動(dòng)式，電機(jī)內(nèi)置時(shí)有油冷式和油浸式兩種形式，由于電動(dòng)滾筒與一般減速機(jī)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、密封性好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，深得用戶的歡迎。
我國最早使用電動(dòng)滾筒是20世紀(jì)40年代，至今發(fā)展有60多年，而大約20
世紀(jì)20年代末期，德國已成功研制自然風(fēng)冷式電動(dòng)滾筒，比我國電動(dòng)滾筒的發(fā)展早了近20多年。自20世紀(jì)90年代末起，我國電動(dòng)滾筒產(chǎn)品和行業(yè)技術(shù)水平都有很大提高，產(chǎn)品品種和規(guī)格空前發(fā)展，質(zhì)量也有顯著提高，有些產(chǎn)品已超過國外。目前機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)、銷售呈現(xiàn)快速增長的趨勢，經(jīng)濟(jì)效益提高，綜合實(shí)力進(jìn)一步加強(qiáng)。電動(dòng)滾筒主要用途是作為帶式輸送機(jī)的動(dòng)力源。電動(dòng)滾筒的運(yùn)用非常廣泛，電動(dòng)滾筒作為主動(dòng)輥?zhàn)訌V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)，用來輸送成件物品。
1.2 電動(dòng)滾筒的研究現(xiàn)狀
電動(dòng)滾筒是帶式輸送機(jī)的一種閉式驅(qū)動(dòng)裝置。它將電機(jī)、減速器、連軸器等部件裝在傳動(dòng)滾筒之內(nèi)，因而具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、占地少、密封性好、外形美觀、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。
我國最早使用電動(dòng)滾筒是在 20 世紀(jì)40年代，北京石景山發(fā)電廠煤倉進(jìn)口的配煤移動(dòng)式帶式輸送機(jī)，就隨機(jī)引進(jìn)了電動(dòng)滾筒。到了 50 軍代，錦州石油六廠、北京市玻璃廠、南京下關(guān)發(fā)電廠、鄭州砂輪廠、新疆牙克石烤膠廠等單位都是在引進(jìn)帶式輸送機(jī)時(shí)，隨機(jī)引進(jìn)了電動(dòng)滾筒。在使用過程中，效果很好、于是，電動(dòng)滾筒的優(yōu)越性逐漸被人們認(rèn)識到。
我國研制開發(fā)電動(dòng)滾筒始于20世紀(jì)50年代。1959 年，當(dāng)時(shí)的天津市皮帶機(jī)廠（現(xiàn)為天津市叉車總廠）開始收集電動(dòng)滾筒的有關(guān)資料。1961年初試制出我國第一臺油冷式電動(dòng)滾筒，其規(guī)格參數(shù)為：功率（ P )2.8 kw；滾筒表面線速度（v）1.25 ;帶寬（B）500mm；滾筒直徑（D）400mm。1964年5月完成了YD64型油冷式電動(dòng)滾筒的系列設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)系列表中規(guī)定的參數(shù)范圍為：功率1.5—13kw；帶速0.63 一2.5 ；帶寬（D）300—1200mm；滾筒直250一630mm?？偟囊?guī)格數(shù)為153種，能夠滿足當(dāng)時(shí)我國帶式輸送機(jī)的基本需要。
隨著我國輸送機(jī)行業(yè)的發(fā)展，對電動(dòng)滾筒的要求越來越高。1971對YD64型油冷式電動(dòng)滾筒進(jìn)行更新設(shè)計(jì)，1975年九月通過定型審核，并改稱為“TDY75 型油冷式電動(dòng)滾筒”。系列參數(shù)作了如下的調(diào)整：功率1.5—15KW；帶速0.8—3.15 ；帶寬500—1400mm；滾筒直徑320—800mm?？偟囊?guī)格數(shù)上升到 194 種，其中改動(dòng)最大的是淘汰了E級絕緣的 JO2型電動(dòng)機(jī)，改用B級絕緣的Y系列電動(dòng)機(jī),并且與國際接軌貫徹了六項(xiàng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。
進(jìn)人20世紀(jì)80年代，原有的TDY75型油冷式電動(dòng)滾筒已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了新型輸送機(jī)的需要。1979年底，當(dāng)時(shí)的鶴崗電動(dòng)滾筒廠（后為鶴崗煤礦機(jī)械廠）試制成功隔爆型電動(dòng)滾筒。有些廠家開始從國外引進(jìn)先進(jìn)的電動(dòng)滾筒制造技術(shù)，促進(jìn)了我國電動(dòng)滾筒的蓬勃發(fā)展。從1989年開始,在北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所的領(lǐng)導(dǎo)下，著手統(tǒng)一普通型、防腐型、隔爆型電動(dòng)滾筒的基本參數(shù)、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志和包裝，形成 JB/T733—94電動(dòng)滾筒標(biāo)準(zhǔn)。
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中將過去常用的帶寬B換成筒長L。這是吸收了國際標(biāo)準(zhǔn)及德國國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,已經(jīng)與國際常規(guī)接軌。實(shí)際上筒長L =250—2400，已經(jīng)完全包括了標(biāo)準(zhǔn)帶寬的相應(yīng)筒長。最近電動(dòng)滾筒基本參數(shù)，又向高低兩個(gè)方向進(jìn)行了擴(kuò)展。向低方向擴(kuò)展形成了自然風(fēng)冷式微型電動(dòng)滾筒；向高方向擴(kuò)展形成了直接油冷式（即俗稱油浸式）大型電動(dòng)滾筒系列。
與此同時(shí)，于1988年12月左右，我國第一臺電動(dòng)機(jī)外裝式電動(dòng)滾筒先后在自貢市運(yùn)輸機(jī)械總廠和東豐機(jī)械廠試制成功，并通過鑒定。以變速傳動(dòng)軸承作為新型減速器的低速微型電動(dòng)滾筒1991年在天津市叉車總廠試制成功。
我國電動(dòng)滾筒行業(yè)的蓬勃發(fā)展，還表現(xiàn)在生產(chǎn)廠家的不斷增多。1973年以前，國內(nèi)只有一家電動(dòng)滾筒生產(chǎn)廠。1973一1975 年，先后有泰州機(jī)械廠、鶴崗電動(dòng)滾筒廠（后稱鶴崗煤礦機(jī)械廠）、集安通用機(jī)械廠三家開始試生產(chǎn)電動(dòng)滾筒。進(jìn)入80年代，行業(yè)內(nèi)先后又有汕頭電動(dòng)滾筒廠、桐鄉(xiāng)機(jī)械廠、湖州電動(dòng)滾筒廠、天津約基電動(dòng)滾筒廠、淄博電動(dòng)滾筒廠、東豐機(jī)械廠、沈陽電動(dòng)滾筒廠生產(chǎn)電動(dòng)滾筒。到了90年代，電動(dòng)滾筒行業(yè)又增加了天津市電動(dòng)滾筒廠。上述列舉的是中國重工業(yè)協(xié)會帶式輸送機(jī)分會行業(yè)內(nèi)的廠家。實(shí)際上，從1980年以后，國內(nèi)生產(chǎn)電動(dòng)滾筒的廠家遠(yuǎn)不止這些。但是，他們所生產(chǎn)電動(dòng)滾筒的品種、規(guī)格和產(chǎn)量遠(yuǎn)不如行業(yè)內(nèi)廠家多。
大約在20世紀(jì)20年代末期，德國首先研制成功自然風(fēng)冷式電動(dòng)滾簡，例如德國Bauer公司生產(chǎn)的18. 5kw 以下的風(fēng)冷式電動(dòng)滾簡。差不多就是從那時(shí)開始，使用的電動(dòng)機(jī)為定子旋轉(zhuǎn)的集流環(huán)式異步電動(dòng)機(jī)。但是，以后該公司也跟著生產(chǎn)采用籠式電動(dòng)機(jī)的油浸式電動(dòng)滾筒。而德國Baumuele公司、奧地利Herco公司則生產(chǎn)采用籠式電動(dòng)機(jī)的風(fēng)冷式電動(dòng)滾簡。稍后，油冷式電動(dòng)滾筒陸續(xù)制成并投人使用，如匈牙利的 Hukeke公司、德國的Abus公司生產(chǎn)的籠式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的油冷式電動(dòng)滾筒。到了20世紀(jì)40 年代末和50年代初，隨著電動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，就出現(xiàn)了油浸式電動(dòng)滾簡。典型的代表公司為德國的Muchna(即現(xiàn)在的WAT)公司和丹麥的JOKI（即現(xiàn)在的Interroll）公司,他們分別于1951年和1953年開始生產(chǎn)這種電動(dòng)滾筒。[3]
在西歐、北美多為油浸式齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)滾筒，而自然風(fēng)冷式和油冷式電動(dòng)滾筒較少。自然風(fēng)冷式電動(dòng)滾筒多用在食品工業(yè)及生產(chǎn)線上，作為主動(dòng)輥?zhàn)邮褂?。所有各大洲主要生產(chǎn)電動(dòng)滾筒的廠家，包括我國的廠家在內(nèi)，目前各種電動(dòng)滾筒的總年產(chǎn)量在40—50萬臺。
1.3 電動(dòng)滾筒的發(fā)展方向
自20世紀(jì)90年代末起，我國電動(dòng)滾筒產(chǎn)品和行業(yè)技術(shù)水平都有很大提高，產(chǎn)品品種和規(guī)格空前發(fā)展，質(zhì)量也有顯著提高，有些產(chǎn)品已超過國外。
我國目前電動(dòng)滾筒產(chǎn)品到底達(dá)到什么水平，應(yīng)采用多極指標(biāo)綜合評價(jià)法進(jìn)行評價(jià)。這種方法的主要特點(diǎn)，就是根據(jù)廣義的產(chǎn)品概念所含的三部分內(nèi)容，提出多項(xiàng)一級指標(biāo)及二級指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)。
廣義的產(chǎn)品概念，不僅僅是電動(dòng)滾筒產(chǎn)品實(shí)物本身，包括下列三個(gè)方面。
核心部分。即生產(chǎn)廠提供用戶的產(chǎn)品基本性能和利益，主要括功能參數(shù)、運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性能、經(jīng)濟(jì)性。
有形部分。即通常所講的電動(dòng)滾筒產(chǎn)品實(shí)物，還包括可靠性、壽命、外觀、品牌、特征等。特征又包括結(jié)構(gòu)性、工藝性、成套性、維修性等。
附加部分。這是用戶購買電動(dòng)滾筒有形產(chǎn)品的同時(shí)所得到的附加利益的總和。包括送貨、發(fā)運(yùn)、安裝、維修、失業(yè)保障、售后服務(wù)、延期付款等內(nèi)容。
從廣義產(chǎn)品概念和營銷角度來看，只要附加利益不同，均應(yīng)以不同產(chǎn)品對待。
按這樣一些廣義產(chǎn)品概念指標(biāo)評價(jià)我國電動(dòng)滾筒產(chǎn)品目前水平，顯而易見，廠與廠之間的產(chǎn)品相比，國內(nèi)與國外，都會有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。但就電動(dòng)滾筒產(chǎn)品總體來看，我國電動(dòng)滾筒與當(dāng)前國外一般水平相比，還有一定差距的，我國電動(dòng)滾筒行業(yè)技術(shù)也是有一定差距的。 今后電動(dòng)滾筒及行業(yè)的發(fā)展，主要應(yīng)著手提高電動(dòng)滾筒產(chǎn)品質(zhì)量，不斷開發(fā)研制新產(chǎn)品，加強(qiáng)售前、售后服務(wù)，開拓國內(nèi)外市場，特別是國際市場四個(gè)方面。
開發(fā)研制新產(chǎn)品是企業(yè)保持活力和獲得成功的關(guān)鍵。但是開發(fā)新產(chǎn)品又是令企業(yè)左右為難的事，一方面開發(fā)新產(chǎn)品非常不易，構(gòu)思、設(shè)計(jì)難，資金、人力更有限，企業(yè)還要擔(dān)負(fù)隨時(shí)都可能發(fā)生的開發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面它是企業(yè)獲得經(jīng)營成功的必備手段。
企業(yè)應(yīng)近、遠(yuǎn)期新產(chǎn)品開發(fā)框架，應(yīng)有長期性、戰(zhàn)略性、可行性的開發(fā)研制戰(zhàn)略規(guī)劃，使產(chǎn)品形成生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、開發(fā)、研制周而復(fù)始的一個(gè)環(huán)，保持著產(chǎn)品的連續(xù)性、延伸性和質(zhì)的遞進(jìn)行，只有這樣，企業(yè)才能取得生存與發(fā)展。
傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為新產(chǎn)品是指通過新的發(fā)明創(chuàng)造所形成的產(chǎn)品。1981年國家經(jīng)委對新產(chǎn)品的觀念和范圍作出了如下規(guī)定：“新產(chǎn)品必須在結(jié)構(gòu)、性能、原材料、工藝方法和技術(shù)特征等方面比老產(chǎn)品有顯著改進(jìn)或提高。在一個(gè)省、市、自治區(qū)范圍內(nèi)是第一次試制成功的產(chǎn)品，并經(jīng)過有關(guān)部門的鑒定確認(rèn)”。國家經(jīng)委的一個(gè)規(guī)定，對當(dāng)時(shí)一段時(shí)間內(nèi)管理新產(chǎn)品提供統(tǒng)一的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
但是由于現(xiàn)代市場學(xué)對產(chǎn)品概念提出了較廣義的理解，因而對新產(chǎn)品也提出了一個(gè)內(nèi)涵豐富的廣義概念，不僅僅是從技術(shù)角度衡量，而是從市場需要的營銷角度來理解。因此新產(chǎn)品就成了一個(gè)非常廣義概念。目前企業(yè)界從營銷角度所稱的新產(chǎn)品，主要有以下幾類：
全新產(chǎn)品或新發(fā)明的產(chǎn)品對電動(dòng)滾筒來說，主要是指采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)等制成的新產(chǎn)品，具有一定的新性能，能滿足別的滾筒產(chǎn)品不能代替的某些特殊需要的滾筒產(chǎn)品，這種全新滾筒產(chǎn)品目前已知的有以下幾種。
新型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的滾筒產(chǎn)品，如諧波齒輪傳動(dòng)、變速軸承傳動(dòng)的電動(dòng)滾筒等，它們具有體積小，傳動(dòng)力矩大等優(yōu)點(diǎn)。
新型動(dòng)力源的滾筒產(chǎn)品，如由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的液壓滾筒等。
取消減速器的滾筒產(chǎn)品，這種產(chǎn)品已在生產(chǎn)線上使用。這種電動(dòng)滾筒是一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子套上筒皮的產(chǎn)品，電機(jī)可以使三相或單相電機(jī)。三相或單相電機(jī)的調(diào)速方法很多，可以是多速或無極變速。
智能型電動(dòng)滾筒。這是一項(xiàng)將機(jī)械、電子等技術(shù)有機(jī)結(jié)合綜合使用運(yùn)用于滾筒中的技術(shù)。主要是指能用微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生出來的新一代產(chǎn)品。它使?jié)L筒實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別，如來件就轉(zhuǎn)無件就停機(jī)；數(shù)字化-升溫、速度等自動(dòng)顯示；職能化-自動(dòng)停機(jī)、開機(jī)、報(bào)警等；使?jié)L筒產(chǎn)品性能實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。
利用機(jī)電一體技術(shù)，可以對傳統(tǒng)的滾筒進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?、革新而提高滾筒產(chǎn)品的技術(shù)性能，可以通過大幅度改造和更新擴(kuò)大滾筒產(chǎn)品的功能，可以完全超脫原有滾筒產(chǎn)品的形態(tài)特征發(fā)展創(chuàng)造獨(dú)特的新產(chǎn)品，如用在辦公設(shè)備、某些家用電器及儀表中的微型伺服傳動(dòng)滾筒等。
革新與改進(jìn)的滾筒產(chǎn)品革新與改進(jìn)主要是對現(xiàn)有產(chǎn)品而言，其特點(diǎn)是它們不僅和現(xiàn)有同類產(chǎn)品一樣能滿足某種需要，但由于工藝、材料、設(shè)計(jì)甚至標(biāo)準(zhǔn)上的革新，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、功能或者外形上都有新特點(diǎn)和優(yōu)越性。因此可以部分地乃至全部代替原有產(chǎn)品。實(shí)際上根據(jù)用戶的需要，在原有基礎(chǔ)上的革新與改進(jìn)還可以產(chǎn)生出許多新的滾筒產(chǎn)品。
性狀改變的滾筒產(chǎn)品主要指改變外形或外型尺寸而適合于某一特定場合的新型滾筒產(chǎn)品，滾筒的主要性能沒有多大變化。如雙層筒體的電動(dòng)滾筒，板條狀滾筒，線軸形滾筒，錐形滾筒，鋸齒形滾筒，等形狀的滾筒。
發(fā)展與滾筒相關(guān)的新產(chǎn)品因?yàn)楫a(chǎn)品和新產(chǎn)品的概念從市場營銷角度來看，含義十分廣泛，不僅是電動(dòng)滾筒實(shí)體本身，只要給用戶附近某種利益就可以算作一種新產(chǎn)品，如免費(fèi)送貨產(chǎn)品、包退包換產(chǎn)品、延期付款產(chǎn)品、提供特殊設(shè)備、附件產(chǎn)品等。對于一個(gè)企業(yè)來說，只能有選擇地對某一種電動(dòng)滾筒或幾種電動(dòng)滾筒給予用戶某種特殊的附加利益，以促銷本企業(yè)最拿手的產(chǎn)品。為用戶提供價(jià)廉物美的電動(dòng)滾筒零件、易損件、優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)等，從廣義的營銷角度來看，都是與滾筒有關(guān)的新產(chǎn)品。
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電動(dòng)滾筒作為主動(dòng)輥?zhàn)右呀?jīng)廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)線中，電動(dòng)滾筒的優(yōu)點(diǎn)也不斷的凸現(xiàn)出來。由于電動(dòng)滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、噪聲低、使用壽命長、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、密封性好、占用空間小、安裝維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并且適合各種惡劣的環(huán)境條件下工作。
電動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)制造技術(shù)也在不斷的提高，制造的材料也在不斷的改善，高新技術(shù)不斷的引入，電動(dòng)滾筒的應(yīng)用范圍必將越來越廣泛，電動(dòng)滾筒在國民經(jīng)濟(jì)中的作用將更大。
1.4 本課題的研究任務(wù)
本課題擬設(shè)計(jì)一種擺線針輪傳動(dòng)電動(dòng)滾筒，設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，對其主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、力學(xué)分析和材料的性能分析及計(jì)算和校核，以確定結(jié)構(gòu)的可行性、材料的選用、零件的加工精度要求及潤滑維護(hù)的要求。
第二章 電動(dòng)滾筒總體方案的確定
2.1電動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)參數(shù)
2.1.1電動(dòng)滾筒的適用場合
將電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)置于傳動(dòng)滾筒筒體內(nèi)的電動(dòng)滾筒和僅將減速機(jī)構(gòu)置于傳動(dòng)滾筒筒體內(nèi)、外接電機(jī)（或其他動(dòng)力）而構(gòu)成的外裝式電動(dòng)滾筒，作為一種驅(qū)動(dòng)裝置，主要應(yīng)用在固定式和移動(dòng)式帶式輸送機(jī)卜，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)、減速器在傳動(dòng)滾筒之外的分離式驅(qū)動(dòng)裝置。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和電動(dòng)滾筒本身技術(shù)水平的不斷提高，電動(dòng)滾筒作為驅(qū)動(dòng)單元應(yīng)用在斗式提升機(jī)上，作為主動(dòng)輥?zhàn)討?yīng)用在輥道、輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)上，輸送各種散狀、件狀物品。制成錐形電動(dòng)滾筒，可容易實(shí)現(xiàn)輥?zhàn)虞斔蜋C(jī)的轉(zhuǎn)彎；制成兩端大、中間小，類似于雙曲線形狀的電動(dòng)滾筒可用于工廠或林場輸送各種直徑的圓形鋼材或圓木；經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，且?guī)в邪踩煽康闹苿?dòng)和逆止裝置，制成卷揚(yáng)滾筒或電纜卷筒；也可以在筒體上加焊螺旋葉片，制成輕巧的螺旋輸送機(jī)。另外雙速、三速或無級變速的低噪聲滾筒，已廣泛地應(yīng)用于超級市場和技術(shù)密集型產(chǎn)品裝配線上；特殊的隔爆滾筒、防腐滾筒等被應(yīng)用在易燃、易爆、空氣潮濕等條件惡劣的環(huán)境下工作?？傊?，由于電動(dòng)滾筒具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、耗能少、噪聲低、壽命長、運(yùn)行平穩(wěn)、工作可靠、密封性好、占用場地少、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，將更加廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、建材、煤炭、交通、能源、糧食、商業(yè)、郵電、農(nóng)林等各個(gè)領(lǐng)域。
2.1.2電動(dòng)滾筒的參數(shù)
本次的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
滾筒直徑 630mm；
功率 20kw；
滾筒速度 1.25m/s；
帶寬 800mm。
2.2機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)
國內(nèi)外生產(chǎn)的減速器類型不少，但目前用在電動(dòng)滾筒上能批量生產(chǎn)的三種類型：1.定軸齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)滾筒，2.漸開線行星齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)滾筒，3.擺線針輪傳動(dòng)的電動(dòng)滾筒。本設(shè)計(jì)采用擺線針輪傳動(dòng)方式。
2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電動(dòng)機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，負(fù)荷率一般取0.8-0.9。過大的備用功率會使電機(jī)效率降低，對于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)強(qiáng)度的生產(chǎn)機(jī)械造價(jià)提高。
根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。
選擇電動(dòng)機(jī)必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用、生產(chǎn)過程中；前后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。
電動(dòng)滾筒作為帶式輸送機(jī)的動(dòng)力源，是它的主要用途。因此它具以下的工作特點(diǎn)：
長時(shí)間連續(xù)工作，因此要求電動(dòng)機(jī)為連續(xù)工作制（S1）；帶式輸送機(jī)一旦停機(jī)，要求滾筒能夠在負(fù)荷情況下起動(dòng)，因此要求電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且又要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不要太大。
鑒于以上兩點(diǎn)原因，選擇籠型三相異步電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)滾筒的電動(dòng)機(jī)最為合適。因此選用Y系列電動(dòng)機(jī)，只是電動(dòng)機(jī)殼體及固定形式與普通Y系列電動(dòng)機(jī)有所不同 。
正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是：在電動(dòng)機(jī)能夠勝任機(jī)械負(fù)荷要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)的功率。決定電動(dòng)機(jī)的功率時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱日、允許過載能力和起動(dòng)性能三個(gè)方面的因素。一般情況下，發(fā)熱問題最重要。電動(dòng)滾筒中電動(dòng)機(jī)的使用場合很特殊，它安裝在電動(dòng)滾筒的筒體內(nèi)部，所以電動(dòng)滾筒電動(dòng)機(jī)的散熱條件優(yōu)劣是極其重要的問題。電動(dòng)滾筒作為帶式輸送機(jī)的動(dòng)力源，是它的主要用途。電動(dòng)滾筒的工作特點(diǎn)是：（1）長時(shí)間連續(xù)工作，因此要求電動(dòng)機(jī)為連續(xù)工作制；（2）帶式輸送機(jī)一旦停機(jī)，要求電動(dòng)機(jī)能在有負(fù)荷情況下啟動(dòng)，因此要求電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且又要求電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流不要太大。鑒于兩點(diǎn)原因，選用籠型三相異步電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)滾筒的電動(dòng)機(jī)最合適。正確選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的原則是:在電動(dòng)機(jī)能夠勝任機(jī)械負(fù)荷要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理地決定電動(dòng)機(jī)的功率。
綜合以上考慮決定采用Y180-4型電動(dòng)機(jī)作為?630電動(dòng)滾筒的電動(dòng)機(jī)。Y180-4型電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：
額定功率：20kw 額定轉(zhuǎn)速：1450r/m
第3章 擺線針輪傳動(dòng)基礎(chǔ)理論
3.1 擺線針輪的傳動(dòng)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
3.1.1 擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)原理
下圖所示為擺線針輪行星傳動(dòng)示意圖。其中為針輪，為擺線行星輪，H為系桿，V為輸出軸。運(yùn)動(dòng)由系桿H輸入，通過W機(jī)構(gòu)由V軸輸出。同漸開線一齒差行星傳動(dòng)一樣，擺線針輪傳動(dòng)也是一種K－H－V型一齒差行星傳動(dòng)。兩者的區(qū)別在于：擺線針輪傳動(dòng)中，行星輪的齒廓曲線不是漸開線，而是變態(tài)擺線，中心內(nèi)齒采用了針齒，以稱針輪，擺線針輪傳動(dòng)因此而得名。
同漸開線少齒差行星傳動(dòng)一樣，其傳動(dòng)比為
.
圖3.1 擺線針輪減速器原理圖
由于＝1，故＝－，“－”表示輸出與輸入轉(zhuǎn)向相反，即利用擺線針輪行星傳動(dòng)可獲得大傳動(dòng)比。
3.1.2 擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
它主要由四部分組成：
（1） 行星架H，又稱轉(zhuǎn)臂，由輸入軸10和偏心輪9組成，偏心輪在兩個(gè)偏心方向互成。
（2） 行星輪C，即擺線輪6，其齒廓通常為短幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線.為使輸入軸達(dá)到靜平衡和提高承載能力,通采用兩個(gè)相同的奇數(shù)齒擺線輪,裝在雙偏心套上,兩位置錯(cuò)開,擺線輪和偏心套之間裝有滾動(dòng)軸承,稱為轉(zhuǎn)臂軸承,通常采用無外座圈的滾子軸承,而以擺線輪的內(nèi)表面直接作為滾道。近幾年來,優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)常將偏心套與軸承做成一個(gè)整體,稱為整體式雙偏心軸承。
(3) 中心輪b,又稱針輪,由針齒殼3上沿針齒中心圓圓周上均布一組針齒銷5(通常針齒銷上還裝有針套7)組成。
(4)輸出機(jī)構(gòu)W, 與漸開線少齒差行星齒輪傳動(dòng)一樣,通常采用銷軸式輸出機(jī)構(gòu)。
1.輸出軸 2.機(jī)座 3.針齒殼 4.針齒套 5.針齒銷 6.擺線輪
7.銷軸套 8.銷軸 9.偏心輪 10.主動(dòng)軸
圖3.2為擺線針輪傳動(dòng)的典型結(jié)構(gòu)
3.1.3 擺線針輪傳動(dòng)的嚙合原理
為了準(zhǔn)確描述擺線形成及其分類,我們引進(jìn)圓的內(nèi)域和圓的外域這一概念。所謂圓的內(nèi)域是指圓弧線包容的內(nèi)部范圍,而圓的外域是包容區(qū)域以外的范圍。
按照上述對內(nèi)域外域的劃分,則外擺線的定義如下:
外擺線:滾圓在基圓外域與基圓相切并沿基圓作純滾動(dòng),滾圓上定點(diǎn)的軌跡是外擺線。
外切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓外切形成的外擺線(此時(shí)基圓也在滾圓的外域)。
內(nèi)切外擺線:滾圓在基圓外域與基圓內(nèi)切形成的外擺線(此時(shí)基圓在滾圓的內(nèi)域)。
短幅外擺線:外切外擺線形成過程中,滾圓內(nèi)域上與滾圓相對固定的某點(diǎn)的軌跡;或內(nèi)切外擺線形成過程中,滾圓外域上與滾圓相對固定的某點(diǎn)的軌跡。
長幅外擺線:與短幅外擺線相反,對外切外擺線而言相對固定的某點(diǎn)在滾圓的外域;對內(nèi)切外擺線而言相對固定的某點(diǎn)在滾圓的內(nèi)域。
短幅外擺線與長幅外擺線通稱為變幅外擺線。變幅外擺線變幅的程度用變幅系數(shù)來描述,分別稱之為短幅系數(shù)或長幅系數(shù)。
外切外擺線的變幅系數(shù)定義為擺桿長度與滾圓半徑的比值。所謂擺桿長度是指滾圓內(nèi)域或滾圓外域上某相對固定的定點(diǎn)至滾圓圓心的距離。
（3. 1）
式中 ——變幅系數(shù)。
a———外切外擺線擺桿長度
———外切外擺線滾圓半徑
對于內(nèi)切外擺線而言,變幅系數(shù)則相反,它表示為滾圓半徑與擺桿長度的比值。
（3. 2）
式中 K1———變幅系數(shù)
r2′———內(nèi)切外擺線滾圓半徑
A———內(nèi)切外擺線擺桿長度
根據(jù)變幅系數(shù)K1值的不同范圍,將外擺線劃分為3類:
短幅外擺線01。
變幅外切外擺線與變幅內(nèi)切外擺線在一定的條件下完全等同。這個(gè)等同的條件是,內(nèi)切外擺線滾圓與基圓的中心距等于外切外擺線的擺桿長度a,相應(yīng)地外切外擺線滾圓與基圓的中心距等于內(nèi)切外擺線的擺桿長度A。根據(jù)這一等同條件,就可以由外切外擺線的有關(guān)參數(shù)推算出等同的內(nèi)切外擺線的對應(yīng)參數(shù)。它們的參數(shù)關(guān)系參看圖3.3。令短幅外切外擺線基圓半徑代號為r1,滾圓半徑為r2,短幅系數(shù)為K1,則外切外擺線的擺桿長度和中心距可分別表示如下(長幅外擺線的表示形式完全相同):
根據(jù)式(1),擺桿長度a=K1r2;
根據(jù)等同條件,中心距A=r1+r2。
按等同條件,上述A又是內(nèi)切外擺線的擺桿長度,故推算出內(nèi)外擺線的滾圓半徑為r2′=k1A;內(nèi)切外擺線的基圓半徑為
兩種外擺線的參數(shù)換算關(guān)系歸納如表3.1
表3.1 兩種外擺線的參數(shù)換算關(guān)系表
參 數(shù) 名 稱
主 要 參 數(shù) 代 號
變幅外切外擺線
變幅內(nèi)切外擺線
基圓半徑
滾圓半徑
滾圓與基圓中心距
A
a
擺桿長度
a
A
根據(jù)上述結(jié)果,很容易推導(dǎo)出等同的兩種外擺線基圓半徑的相互關(guān)系為 （3. 3）
短幅外擺線以基圓圓心為原點(diǎn),以兩種外擺線的中心距和短幅系數(shù)為已知參數(shù),以滾圓轉(zhuǎn)角為變量的參數(shù)方程建立如下：
在以后的敘述中將滾圓轉(zhuǎn)角律記為,并稱之為相位角。
（1）直角坐標(biāo)參數(shù)方程
根據(jù)圖1,擺線上任意點(diǎn)的坐標(biāo)為
圖3－3 短幅外擺線原理圖
根據(jù)純滾動(dòng)原理可知，故，又，于是有， ， 將與γ的結(jié)果代入上述方程,
（3. 4）
（3. 5）
式(3. 4)與式(3. 5)是變幅外擺線通用直角坐標(biāo)參數(shù)方程。
若令上兩式中的K1=1,即可得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的參數(shù)方程。對于外切外擺線,式中的A=r1+r2,a=r2。
對于內(nèi)切外擺線,式中的A=r2′,A=r2′-r1′。
為了與直角坐標(biāo)表示的曲線相一致,將Y軸規(guī)定為極軸,將極角沿順時(shí)針方向的角度規(guī)定為正方向,方程表述如下(參看圖3.3)：
（3. 6）
（3. 7）
同理,K1=1時(shí),變幅外擺線通用極坐標(biāo)參數(shù)方程變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)外擺線極坐標(biāo)方程,參數(shù)a和A的變換同上。
當(dāng)動(dòng)圓繞基圓順時(shí)針方向作純滾動(dòng)時(shí)，每滾過動(dòng)圓的周長2時(shí)，動(dòng)圓上的一點(diǎn)B在基圓上就形成一整條外擺線。動(dòng)圓的周長比基圓的周長長p=2-＝，當(dāng)圓上的B點(diǎn)在動(dòng)圓滾過周長再次與圓接觸時(shí)，應(yīng)是在圓上的另一點(diǎn)，而＝，這也就是擺線輪基圓上的一個(gè)基節(jié)p，即 （3. 8）
由此可得擺線輪的齒數(shù)為
（3. 9）
針輪齒數(shù)為 （3. 10）
3.1.4擺線輪的齒廓曲線與齒廓方程
由上一節(jié)分析，選擇擺線輪的幾何中心作為原點(diǎn)，通過原點(diǎn)并與擺線輪齒槽對稱軸重合的軸線作為軸，見圖3.4，針齒中心圓半徑為，針齒套外圓半徑為 。
圖3.4 擺線輪參數(shù)方程圖
則擺線輪的直角坐標(biāo)參數(shù)方程式如下：
（3. 11）
實(shí)際齒廓方程
（3. 12）
——針齒中心圓半徑 ——針齒套外圓半徑 ——轉(zhuǎn)臂相對某一中心矢徑的轉(zhuǎn)角，即嚙合相位角（） ——針齒數(shù)目
3.1.5 擺線輪齒廓曲率半徑
變幅外擺線曲率半徑參數(shù)方程的一般表達(dá)式為
（3. 13）
式中 ———變幅外擺線的曲率半徑
———x對的一階導(dǎo)數(shù),
———y對的一階導(dǎo)數(shù),
———x對的二階導(dǎo)數(shù),
———y對的二階導(dǎo)數(shù),
將式(3. 4)和式(3. 5)中x和y分別對取一階和二階
導(dǎo)數(shù)后代入的表達(dá)式得
（3. 14）
以K1=1代入式(3.1——14),得標(biāo)準(zhǔn)外擺線的曲率半徑為=-[4A·a/(A+a)]sin(/2)
式中 A=r1+r2或A=r2′
a=r2或a=r2′-r1′
由本式可知,標(biāo)準(zhǔn)外擺線≤0,曲線永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它不適于作傳動(dòng)曲線。以K1>1代入式(3. 14)進(jìn)行運(yùn)算表明,<0,故長幅外擺線也永遠(yuǎn)呈外凸形狀,故它也不適合于用作傳動(dòng)曲線。以K1<1代入式(3. 14)進(jìn)行運(yùn)算表明,曲率半徑呈現(xiàn)出由正值經(jīng)過拐點(diǎn)到負(fù)值的多樣性變化。
擺線輪實(shí)際齒廓曲線的曲率半徑為
＝+ （3. 15）
對于外凸的理論齒廓（<0），當(dāng)>時(shí)，理論齒廓在該處的等距曲線就不能實(shí)現(xiàn)，這種情況稱為擺線齒廓的“頂切”，嚴(yán)重的頂切會破壞連續(xù)平穩(wěn)的嚙合，顯然是不允許的。當(dāng)＝時(shí)，＝0，即擺線輪在該處出現(xiàn)尖角，也應(yīng)防止，若為正值，不論取多大的值，都不會發(fā)生類似現(xiàn)象。
擺線輪是否發(fā)生頂切，不僅取決于理論外凸齒廓的最小曲率半徑，而且與針齒齒形半徑（帶針齒套的為套的半徑）有關(guān)。擺線輪齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角的條件可表示為
（3. 16）
3.2擺線針輪傳動(dòng)的受力分析
擺線輪在工作過程中主要受三種力：針輪與擺線輪嚙合時(shí)的作用力;輸出機(jī)構(gòu)柱銷對擺線輪的作用力，轉(zhuǎn)臂軸承對擺線輪作用力。
3.2.1針齒與擺線輪齒嚙合時(shí)的作用力
（1）確定初始嚙合側(cè)隙
標(biāo)準(zhǔn)的擺線輪以及只經(jīng)過轉(zhuǎn)角修形的擺線輪與標(biāo)準(zhǔn)針輪嚙合，在理論上都可達(dá)到同時(shí)嚙合的齒數(shù)約為針輪齒數(shù)的一半，但擺線輪齒形只要經(jīng)過等距，移距或等距加移距修形，如果不考慮零件變形補(bǔ)償作用，則多齒同時(shí)嚙合的條件便不存在，而變?yōu)楫?dāng)某一個(gè)擺線輪齒和針輪齒接觸時(shí)，其余的擺線輪齒與針輪齒之間都
圖3.5 修形引起的初始嚙合側(cè)隙
圖3.6 輪齒嚙合力
存在大小不等的初始側(cè)隙，見圖3.5。對第i對輪齒嚙合點(diǎn)法線方向的初始側(cè)隙可按下式表計(jì)算：
（3.17）
式中，為第i個(gè)針齒相對轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)角，為短幅系數(shù)。
令，由上式解得，即
這個(gè)解是使初始側(cè)隙為零的角度，空載時(shí)，只有在處的一對嚙合。從到的初始側(cè)隙分布曲線如圖3.7所示
圖3.7 與的分布曲線
（2）判定擺線輪與針輪同時(shí)嚙合齒數(shù)的基本原理
設(shè)傳遞載荷時(shí)，對擺線輪所加的力矩為，在的作用下由于擺線輪與針齒輪的接觸變形W及針齒銷的彎曲變形f，擺線輪轉(zhuǎn)過一個(gè)角，若擺線輪體、安裝針齒銷的針齒殼和轉(zhuǎn)臂的變形影響較小，可以忽略不計(jì)，則在擺線輪各嚙合點(diǎn)公法線方向的總變形W+f或在待嚙合點(diǎn)法線方向的位移為
（i=1，2，……）
式中 ——加載后，由于傳力零件變形所引起的擺線輪的轉(zhuǎn)角； ——第i個(gè)齒嚙合點(diǎn)公法線或待嚙合點(diǎn)的法線至擺線輪中心的距離
——擺線輪節(jié)圓半徑 ——第i個(gè)齒嚙合點(diǎn)的公法線或待嚙合點(diǎn)的法線與轉(zhuǎn)臂之間的夾角。
（3） 針齒與擺線輪齒嚙合的作用力
假設(shè)第i對輪齒嚙合的作用力正比于該嚙合點(diǎn)處擺線輪齒實(shí)際彈性變形。由于這一假設(shè)科學(xué)考慮了初始側(cè)隙及受力零件彈性變形的影響，已被實(shí)踐證明有足夠的準(zhǔn)確性。
按此假設(shè)，在同時(shí)嚙合傳力的個(gè)齒中的第對齒受力可表示為
式中——在處亦即在或接近于的針齒處最先受力，顯然在同時(shí)受力的諸齒中， 這對齒受力最大，故以表示該對齒的受力。
設(shè)擺線輪上的轉(zhuǎn)矩為由i＝m至i=n的個(gè)齒傳遞，由力矩平衡條件可得
得最大所受力（N）為
＝
T——輸出軸上作用的轉(zhuǎn)矩; ——一片擺線輪上作用的轉(zhuǎn)矩，由于制造誤差和結(jié)構(gòu)原因，建議?。?.55T；——受力最大的一對嚙合齒在最大力的作用下接觸點(diǎn)方向的總接觸變形，
——針齒銷在最大力作用下，在力作用點(diǎn)處的彎曲變形。
當(dāng)針齒銷為兩支點(diǎn)時(shí)，
當(dāng)針齒銷為三支點(diǎn)時(shí)，
3.2.2 輸出機(jī)構(gòu)的柱銷（套）作用于擺線輪上的力
若柱銷孔與柱銷套之間沒有間隙，根據(jù)理論推導(dǎo)，各柱銷對擺線輪作用力總和為
式中，——輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目
（1） 判斷同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩的柱銷數(shù)目
考慮到分配不均勻，設(shè)每片擺線輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為，（T——為擺線輪上輸出轉(zhuǎn)矩）傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，＝處力臂最大，必先接觸，受力最大，彈性變形也最大，設(shè)處于某任意位置的柱銷受力后彈性變形為，則因變形與力臂成正比，可得下述關(guān)系：
，
又因
故
柱銷是否傳遞轉(zhuǎn)矩應(yīng)按下述原則判定：
如果，則此處柱銷不可能傳遞轉(zhuǎn)矩；
如果，則此處柱銷傳遞轉(zhuǎn)矩。
（2）輸出機(jī)構(gòu)的柱銷作用于擺線輪上的力
由于柱銷要參與傳力，必須先消除初始間隙；因此柱銷與柱銷孔之間的作用力大小應(yīng)與成正比。
設(shè)最大受力為，按上述原則可得
由擺線輪力矩平衡條件，整理得
3.2.3 轉(zhuǎn)臂軸承的作用力
轉(zhuǎn)臂軸承對擺線輪的作用力必須與嚙合的作用力及輸出機(jī)構(gòu)柱銷數(shù)目的作用力平衡。將各嚙合的作用力沿作用線移到節(jié)點(diǎn)P，則可得
方向的分力總和為
Y方向的分力總和為 ＝
3.3 擺線針輪主要強(qiáng)度件的計(jì)算
為了提高承載能力，并使結(jié)構(gòu)緊湊，擺線輪常用軸承鋼GCr15、GCr15siMn,針齒銷、針齒套、柱銷、套采用GCr15。熱處理硬度常取58～62HRC。
3.3.1 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
為防止點(diǎn)蝕和減少產(chǎn)生膠合的可能性，應(yīng)進(jìn)行擺線輪齒與針齒間的接觸強(qiáng)度計(jì)算。
根據(jù)赫茲公式，齒面接觸強(qiáng)度按下式計(jì)算
式中 －針齒與擺線輪嚙合的作用力，
－當(dāng)量彈性模量，因擺線輪與針齒為軸承鋼，＝2.06105MPa
－擺線輪寬度，＝（0.1～0.15），－當(dāng)量曲率半徑。
3.3.2 針齒抗彎曲強(qiáng)度計(jì)算及剛度計(jì)算
針齒銷承受擺線輪齒的壓力后，產(chǎn)生彎曲變形，彎曲變形過大，易引起針齒銷與針齒套接觸不好，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，易引起針齒銷與針齒套接觸面發(fā)生膠合，并導(dǎo)致擺線輪與針齒膠合。因此，要進(jìn)行針齒銷的風(fēng)度計(jì)算，即校核其轉(zhuǎn)角值。另外，還必須滿足強(qiáng)度的要求。
針齒中心圓直徑<390mm時(shí)，通常采用二支點(diǎn)的針齒；時(shí)，為提高針齒銷的彎曲應(yīng)力及剛度，改善銷、套之間的潤滑，必須采用三支點(diǎn)針齒。
二支點(diǎn)針齒計(jì)算簡圖，假定在針齒銷跨距的一半受均布載荷，則針齒銷的彎曲強(qiáng)應(yīng)力（Mpa）和轉(zhuǎn)角（rad）為
三支點(diǎn)的針齒計(jì)算，針齒銷的彎曲應(yīng)力和支點(diǎn)處的轉(zhuǎn)角為
式中
——針齒上作用之最大壓力，按式計(jì)算（N）；
L——針齒銷的跨度（mm）,通常二支點(diǎn)L=3.5.若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，應(yīng)按實(shí)際之L值代入；
——針齒銷的直徑
——針齒銷許用彎曲應(yīng)力，針齒銷材料為GCr15時(shí)，＝150～200MPa
——許用轉(zhuǎn)角，＝（0.001～0.003）
3.3.3 轉(zhuǎn)臂軸承選擇
因?yàn)閿[線輪作用于轉(zhuǎn)臂軸承的較大，轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外座圈相對轉(zhuǎn)速要高于入軸轉(zhuǎn)速，所以它是擺線針輪傳動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)。>650mm時(shí)，可選用帶外座圈的單列向心短圓柱滾子軸承。軸承外徑=（0.4～0.5），軸承寬度B應(yīng)大于擺線輪的寬度。
3.3.4 輸出機(jī)構(gòu)柱銷強(qiáng)度計(jì)算
輸出機(jī)構(gòu)柱銷的受力情況（見圖2.7-31），相當(dāng)一懸臂梁，在作用下，柱銷的彎曲應(yīng)力為
設(shè)計(jì)時(shí)，上式可化為
式中 ——間隔環(huán)的厚度，針齒為二支點(diǎn)時(shí)，，三支點(diǎn)時(shí)，若實(shí)際結(jié)構(gòu)已定，按實(shí)際結(jié)構(gòu)確定。
B——轉(zhuǎn)臂軸承寬度
——制造和安裝誤差對柱銷載荷影響系數(shù)，一般情況下?。?.35～1.5
第4章 擺線針輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)
V=wr=1.25m/s r=315mm
故w=4rad/s n=38.4r/min
故傳動(dòng)比i=38
項(xiàng)目
代號
單位
計(jì)算、結(jié)果及說明
功率
20
根據(jù)使用條件,確定為針輪固定的臥式減速器,不帶電機(jī)
輸入轉(zhuǎn)速
r/min
1450
傳動(dòng)比
38
擺線輪齒數(shù)的確定
＝39
為使擺線輪齒廓和銷軸孔能正好重疊加工,以提高生產(chǎn)率和精度,齒數(shù)盡可能取奇數(shù),即也應(yīng)盡可能取奇數(shù),在平穩(wěn)載荷下選材料為GCr15,硬度為60HRC以上
針輪齒數(shù)
選材為GCr15,硬度為60HRC以上
輸出轉(zhuǎn)矩
T
取=0.92
初選短幅系數(shù)
＝0.5
取 =0.42~0.55
初選針徑系數(shù)
，
針齒中心圓半徑
mm
取
取
材料為軸承鋼58~62HRC時(shí),=1000~1200MPa
擺線輪齒寬
bc
mm
取
偏心距
a
mm
＝1.625mm?。?mm
實(shí)際短幅系數(shù)
針徑套半徑
mm
，?。?2mm
驗(yàn)證齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角
＝47.32
由計(jì)算結(jié)果知，擺線齒廓不產(chǎn)生頂切或尖角。
針齒銷半徑
mm
?。?mm
針齒套壁厚一般為2～6mm。
實(shí)際針徑系數(shù)
若針徑系數(shù)小于1.3，則考慮抽齒一半。
齒形修正
mm
＝0.35， ＝0.2
考慮合理修形，建立優(yōu)化模型，由計(jì)算機(jī)求出。
齒面最大接觸壓力
N
其中整個(gè)結(jié)果由計(jì)算機(jī)求出。
傳力齒號
m
n
m=2， n=4
擺線輪嚙與針齒最大接觸應(yīng)力
MPa
＝1416.7MPa
__m~n齒中的最大值。
轉(zhuǎn)臂軸承徑向負(fù)載
N
＝＝16988
轉(zhuǎn)臂軸承當(dāng)量負(fù)載
P
N
＝1.0516988＝17837
時(shí)，=1.05
時(shí)，＝1.1。
選擇圓柱滾子軸承
mm
＝260（0.4～0.5）＝104～130
選N2213軸承，d=65,B=31,=142,D=108.5。
轉(zhuǎn)臂軸承內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)速
n
r/min
＝1570
轉(zhuǎn)臂軸承壽命
h
＝＝10613
—壽命指數(shù)，球軸承＝3，滾子軸承＝10/3。
針齒銷跨距
L
mm
由結(jié)構(gòu)及前面的擺線輪寬度，得L＝70
采用三支點(diǎn)型式。
針齒銷抗彎強(qiáng)度
MPa
<
選用三支點(diǎn)，材料為軸承鋼時(shí)＝150～200MPa
針齒銷轉(zhuǎn)角
rad
＝
＝0.000618<，材料為軸承鋼時(shí)＝0.01～0.03rad。
第5章 電動(dòng)滾筒其他零部件的設(shè)計(jì)
5.1端蓋的設(shè)計(jì)
端蓋即裝在滾筒體兩端的殼蓋。端蓋與滾筒體之間用螺釘聯(lián)接，與滾筒體構(gòu)成電動(dòng)滾筒的旋轉(zhuǎn)殼體。端蓋分為右端蓋和左端蓋，或稱前端蓋和后端蓋，它們分別與右軸和左軸相對應(yīng)。本次設(shè)計(jì)中的右端蓋如圖2-9所示。
為了提高承載能力，左、右端蓋與固定軸之間采用調(diào)心球軸承。電動(dòng)滾筒的端蓋為密封式，以防止?jié)L筒體內(nèi)的潤滑油外漏。每個(gè)端蓋有兩處需要密封，一處是端蓋與滾筒體聯(lián)接處的結(jié)合面，此處可以采用紙墊或密封膠進(jìn)行密封；另一處是固定軸與滾動(dòng)軸承處的旋轉(zhuǎn)密封，這里可以采用骨架式密封圈進(jìn)行密封。
端蓋的材料為HT200的灰口鑄鐵，鑄件中一定不能有砂眼等缺陷，以免降低材料的強(qiáng)度或造成滲漏油。端蓋與滾筒體配合處的止口尺寸一般采用較松的配合，加工端蓋時(shí)一定要保證止口處與軸承室的同軸度，否則影響電動(dòng)滾筒的順利安裝和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
5.2支座的設(shè)計(jì)
支座是上端支撐并固定著電動(dòng)滾筒的左軸和右軸，支座的下端借助于螺栓固定在機(jī)架上。這樣支座便將電動(dòng)滾筒牢牢固定住。支座由于結(jié)構(gòu)和影響因素多的特點(diǎn)再加電動(dòng)滾筒的大功率，考慮強(qiáng)度問題，所以選擇Q235—A鋼板。但是無論采用什么材料，材料本身不能有任何內(nèi)在的缺陷。本次設(shè)計(jì)的支座如圖5.1所示。
圖 5.1 支座設(shè)計(jì)
5.3吊環(huán)的選用
圖5.2 吊環(huán)螺釘A型
表5.1 吊環(huán)參數(shù)
/mm
D1/mm
d2/mm
d4/mm
l/mm
b/mm
20
40
41.4
72
35
19
5.4 整機(jī)設(shè)計(jì)三維圖
整個(gè)電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)三維圖如下：
圖5.3 電動(dòng)滾筒三維設(shè)計(jì)圖
第6章 電動(dòng)滾筒的材料選擇
6.1軸類材料
在電動(dòng)滾筒中，根據(jù)結(jié)構(gòu)情況，軸可以分為實(shí)心軸和空心軸兩類。左、右法蘭軸常用的材料是優(yōu)質(zhì)中碳鋼，其中尤以45號鋼最常用。對于某些承受負(fù)荷較小的電動(dòng)滾筒，也可使用20號或35號鋼。作為電動(dòng)滾筒焊接左軸用的軸管，一般用10、15或20號無縫鋼管，特殊重負(fù)荷時(shí)采用16Mn無縫鋼管。
6.2滾筒體材料
電動(dòng)滾筒的滾筒體材料有鋼板焊接和無縫鋼管的兩種?；静挥描T鐵滾筒體。一般情況，電動(dòng)滾筒直徑等于或大于320mm時(shí)，都采用鋼板焊接的滾筒體，我的設(shè)計(jì)中滾筒直徑為630㎜所以采用的是鋼板焊接形式。國外有些生產(chǎn)廠家，電動(dòng)滾筒直徑等于于或大于630rmn時(shí)，才使用鋼板焊接的滾筒體，而滾筒直徑小于630mm時(shí)，用無縫鋼管制造。
制造滾筒體常用的鋼板，一般選用具有一定強(qiáng)度、韌性和良好的焊接性能的Q235或15號鋼。有特殊要求時(shí)，選用16Mn鋼板。電動(dòng)滾筒使用的環(huán)境溫度為20-40~°C，因此要求滾筒體具有良好的低溫力學(xué)性能。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的是筒體為630mm的電動(dòng)滾筒，所以選用15號鋼鋼板。
6.3端蓋、左右法蘭軸、支座材料
電動(dòng)滾筒端蓋采用鑄鐵HT200材料；
支座采用球墨鑄鐵QT450-10材料；
左右法蘭軸采用45號鋼；
透蓋采用鑄鐵HT150材料
加工或非加工鑄件的尺寸偏差，工程機(jī)械取Ⅲ級精度。
第7章 電動(dòng)滾筒潤滑及密封
7.1潤滑油
對于內(nèi)置式的油冷式和油浸式電動(dòng)滾筒，傳動(dòng)減速裝置的潤滑及電動(dòng)機(jī)的冷卻，都使用同一種潤滑油。本設(shè)計(jì)的電動(dòng)滾筒采用的是30號機(jī)械油，現(xiàn)名為N46機(jī)械油。
潤滑油主要質(zhì)量指標(biāo)為：黏度、閃點(diǎn)、傾點(diǎn)、氧化安定性、抗擦傷力、承載能力、腐蝕試驗(yàn)和雜質(zhì)等。黏度是大多數(shù)油品劃分牌號的依據(jù)，黏度表示油分子受作用力的影響，分子間發(fā)生相對位移時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力，其大小依油分子內(nèi)聚力大小來決定。
黏度通常分為絕對黏度和條件黏度。絕對黏度又分為動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度兩種；條件黏度又分為恩氏黏度、雷氏黏度和賽氏黏度三種。國際上常用的為動(dòng)力黏度、運(yùn)動(dòng)黏度和恩氏黏度，而運(yùn)動(dòng)黏度又用得最多。潤滑油的黏度又隨著增加，這種隨溫度變化而改變黏度的性質(zhì)稱為黏－溫特性，黏度比、黏度指數(shù)是評定潤滑油黏—溫特性的主要指標(biāo)。
黏度指數(shù)是說明潤滑油的黏度隨溫度而改變的程度與標(biāo)準(zhǔn)潤滑油相比較時(shí)的相對數(shù)值， 黏度指數(shù)(y／)值愈高，黏－溫特性愈好。
閃點(diǎn)的高低表示油品在高溫下的安全性.閃點(diǎn)低易揮發(fā)，不宜在高溫下使用.電動(dòng)滾筒使用的潤滑油閃點(diǎn)一般不低于180℃。傾點(diǎn)表示油的低溫流動(dòng)性。電動(dòng)滾筒使用的潤滑油，傾點(diǎn)一般高于 -10℃?？共羵芰统休d能力是考核齒輪油的重要指標(biāo)，它是在高溫、重負(fù)荷下，形成邊界潤滑時(shí)，表示邊界油膜的強(qiáng)度厚度能承受擦傷和抗擠壓的能力。
7.2潤滑脂
電動(dòng)滾筒的電動(dòng)機(jī)軸承和端蓋軸承等采用潤滑油脂潤滑.正確選用潤滑脂可以獲得很好的潤滑效果，提高軸承使用壽命，降低電動(dòng)滾筒噪聲。
其主要參數(shù)為: 滴點(diǎn)、針入度我設(shè)計(jì)的電動(dòng)滾筒使用的如表7.1所示：
表7.1 電動(dòng)滾筒用潤滑脂主要參數(shù)
名稱
代號
外觀
滴點(diǎn)
不低于
(℃)
針入度
25℃時(shí)，
0.1㎜
水分
不大于
(%)
備注
基潤滑油
ZL－2
淡黃到暗褐
120
250-290
0.7
具有抗水耐高溫耐磨的特點(diǎn)
7.3密封裝置
密封可分為兩大類：即結(jié)合面的靜密封和旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)密封。所用的密封材料均為非金屬。由于電動(dòng)滾筒的滾筒體與端蓋的結(jié)合面比普通管道法蘭結(jié)合面受力情況復(fù)雜，故不經(jīng)常使用耐油石棉橡膠墊密封。此種材料無論經(jīng)濟(jì)性、方便性，還是密封性，均不如液態(tài)密封膠。
電動(dòng)滾筒常用密封件主要是旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈(即骨架式橡膠油封)，旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈(骨架式橡膠油封)電動(dòng)滾筒使用這種密封圈主要是用來防止油的番漏和灰塵的進(jìn)入。通過計(jì)算和實(shí)測，電動(dòng)滾筒內(nèi)部工作壓力小于O．06MPs，所以普通電動(dòng)滾筒每個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的密封處只需用一只無副唇的B型有骨架唇形密封圈。唇形密封圈的材質(zhì)一般為耐油橡膠，量高工作溫度為100t，最高工作壓力為0.05MPa。
當(dāng)選用合成橡膠時(shí)，最高工作量度為150"C，最高工作壓力可達(dá)0.1MPs。
我的油冷式的電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)中，密封部位和使用的密封材料：
(1) 結(jié)合面的靜密封：
筒體和端蓋透蓋：液態(tài)密封膠；
電動(dòng)機(jī)外殼與端蓋：O形橡膠密封圈
(2) 旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)密封：
滾筒端蓋與軸及齒輪軸與箱蓋：油封；
電動(dòng)機(jī)軸與端蓋：毛氈密封
油冷式電動(dòng)滾筒電動(dòng)機(jī)端蓋與殼體的結(jié)合面常用O形橡膠密封圈來密封 圖為O形橡膠密封圈外形圖：
圖7.1 O形橡膠密封圈
第8章
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