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689 可伸缩皮带机张紧装置

1 概述
带式输送机结构简单，工作平稳可靠，噪音小,能实现连续长距离大倾 斜输送,设备运行费用低，可在胶带的任意位置加料或卸料，具有生产效率 高、输送量大、能源消耗少的特点，被广泛应用于煤炭、冶金、矿山、化工、 港口、电站、轻工、建材、粮食等许多工业领域。经过近两个世纪的发展， 带式输送机已经在技术上具备了高强力、大运量、大功率的现代化散状物料 输送设备的特征。拉紧装置是带式输送机重要的组成部分，它的性能好坏直 接影响带式输送机整机的工作能。
1.1带式输送机拉紧装置的主要作用
带式输送机在启动、运行、制动等工作过程中，输送带会由于拉力和惯 性的作用发生蠕变，能够导致输送带变长松弛而无法工作。输送带拉紧装置 是保证输送带具有一定拉紧力、不发生打滑现象而正常工作的重要组件。概 括起来，拉紧装置在带式输送机中具有以下一些作用：
(1)保证胶带任驱动滚筒奔离点的足够张力，从而保证驱动装置依靠摩 擦传动所必须传递的摩擦牵引力，以带动输送机的正常运转，防止输送带打 滑。
(2)保证承载分支最小张力点的必须张力，限制输送带在托辊之问的垂 度，保证带式输送机正常运行，不致因输送带下垂度过大导致煤炭垂直跳动 冲击托辊而造成电机损失能量大和物料洒落等现象。
(3)补偿胶带塑性变形与过渡，工况下伸长质的变化。由于负载变化会 引起输送带发生长度变化，蠕变现象也会造成输送带伸长，张紧力有变小趋 势，需要张紧装置来吸收由蠕变产生的仲长，维持输送机正常运行所需的最 小张紧力，从而保证带式输送机的正常运行。
(4)为输送带重新接头做必要的行程准备。每部带式输送机都有若干个 接头，可能在某一时间接头会出现问题，必须截头重做，张紧装置为带式输 送机准备了负荷以外的运输带，这样接头故障就可以通过放松张紧装置重新 接头来解决。
1.2对张紧装置的要求
（1）响应速度快，工作可靠；
（2）拉紧滚筒上输送带的包角 180?o?，并与滚筒位移平行，施加的拉紧力 应通过滚筒中心，以免张力由于其位置不同而变化；
（3）不能出现死区，即拉紧滚筒作反向移动时，不至于产生张力突然变
化。尤其机尾有低谷的高垂度输送机，制动时在低谷处会由于垂度过大而引 起输送带的折叠和严重变形，从而导致落料。
1.3拉紧装置的安装位置
拉紧装置可安装位置可任意选择，空间许可的话, 理想的安装位置应靠 近驱动装置，使此处的张紧力始终保持不变如安装位置离驱动装置越远,则 需要增设重砣,以抵消加速和制动力，确保驱动部保持最低限度的张紧力。 特定输送机的安装位置可根据张力分布的分来确定，特别是斜巷输送机机尾 停机时张力很低的情况尤需注意。
1.4拉紧装置的发展现状
拉紧装置直接影响带式输送机的整机性能。目前带式输送机常用的拉紧 装置主要分为固定拉紧装置、重锤拉紧装置和液压拉紧装置3种。
1.4.1 固定拉紧装置
固定拉紧装置的特点是拉紧滚筒在运转过程中的位置保持不变，拉紧力 不能自动进行调节，只有在停车状态，才能对拉紧装置的拉紧力和拉紧行程 进行调整。固定拉紧装置的优点是拉紧滚筒位置固定，不需要人工操作或控 制，结构简单紧凑，操作维护方便，一般用于小型带式输送机。
固定拉紧装置又分为螺旋拉紧装置和固定绞车拉紧装置。螺旋拉紧装置 见图1。由图l可见，拉紧滚筒的轴承座安装在活动架上，活动架可在导轨上 滑动。旋转调节螺杆，螺母带动活动架一起前进和后退，达到拉紧和放松输 送带的目的。螺旋拉紧装置。一般装于机尾滚筒处，直接拉紧输送带，结构 简单，安装方便，因其拉紧行程最大为lm，故适用于输送机长度小，功率较 小的带式输送机。
固定绞车拉紧装置由绞车、拉紧钢丝绳、滑轮、拉紧小车等组成，通过 绞车卷进、放出钢丝绳来调节输送带所需的拉紧力。由图2可见。其拉紧行 程大、拉紧力大，适用于长距离大运量的带式输送机，特别适用于具有储存 输送带的输送机上。其最大行程达17m。
图1.螺旋拉紧装置
图2.固定绞车拉紧装置
1.电动机 2.减速器 3.滚筒 4.钢丝绳 5.定滑轮 6.拉紧滚筒
7.跑车 8.输送带
1.4.2 重锤拉紧装置
重锤拉紧装置是靠重锤的重力将输送带拉紧，拉紧力的大小依靠增加或 减少重锤重量来调节。
重锤拉紧装置又分为重载车式拉紧装置和重锤式拉紧装置。重载车式拉 紧装置是将重物由钢丝绳通过定滑轮与滑动小车相连，将拉紧滚筒酉定在滑 动小车上，由重物拉动滑动小车对输送带产生拉紧力(见图3)；重锤拉紧装 置是通过用钢丝绳悬挂起来的重锤使输送机的拉紧车产生拉紧力。
图3 重锤车式拉紧装置
重锤拉紧装置的优点是可以通过重锤的位移迅速吸收输送带的弹性伸 长，动态响应快，结构简单，且重锤拉紧力是基本恒定的，仅在输送机起动 和停车时产生很小的惯性力，因而安全可靠性比较高，在带式输送机中使用 最为广泛。它的缺点是：①拉紧力始终保持不变，不能随带式输送机起动、 稳定运行所需的不同张力进行调节，在稳定运行过程中输送带始终处于过张 紧状态，影响输送带的使用寿命；②较为笨重，需要的工作空间大(特别是 拉紧力较大时)，维修较为费工费时。
1.4.3 液压拉紧装置
（1）普通型液压拉紧装置
通过液压油缸(或绞车)的快速位移来吸收输送带的弹性伸长，分为液压 绞车拉紧、液压油缸拉紧、液压油缸与固定绞车组合拉紧3种。液压绞车拉 紧装置是通过液压马达动作，使拉紧绞车卷进和松开输送带来自动调节输送 带的拉紧力；液压油缸拉紧装置由蓄能站、液压泵站、拉紧油缸、电控箱和 附件五大部分组成，通过液压站压力使油缸产生伸缩来调节带式输送机的拉 紧力。液压拉紧装置的优点是结构紧凑，易于实现远距离控制，可以根据输 送机在启动和正常运行工况下对输送带张力的不同要求调节输送带拉紧力， 控制响应速度快，能够在驱动滚筒与输送带产生滑动时自动增加拉紧力。缺 点是不能随输送带上载荷的变化自动进行拉紧力调节。
(2)阶段式拉紧装置
阶段式拉紧装置的主要技术特点是：(a)可以根据输送机在启动和运行 工况下对输送带张力的不同要求来调节皮带拉紧力(一般起动时的张紧力比 稳定运行时大1.4～1.5倍)，皮带不会始终处于起动时的张紧状态，从而延 长了输送带的使用寿命。(b)带式输送机起动时，输送带的松边会突然松驰
伸长，此时拉紧油缸在蓄能站的作用下，能立刻收缩活塞杆，及时补偿输送 带的伸长量，减少输送带松边对紧边的冲击，起到保护输送带的作用，并保 持输送机起动的可靠与平稳。(c)可简单地实现直线运动和回转运动，其布 置也具有很大的灵活性。(d)由于其元件实现了系列化、标准化、通用化， 容易设计制造和推广使用。(e)可以由流动着的油液带走因功率损失等原因 产生的热量，避免局部温升现象。虽然阶段式拉紧装置可以在带式输送机启 动与稳定运行两种工况问自动调节张力，解决了输送带转为稳定运行后的过 张力问题，但其缺点是不能对输送机运行过程中皮带负载的变化进行动态调 节。而在带式输送机的实际运行中，皮带所需的张紧值相差甚大，拉紧装置 经常处于要么张紧力不足、要么过张紧的状态。调查显示，阶段式液压张紧
装置很难满足大型带式输送机的运行要求。
图4 DYL型输送带自控液压拉紧站布置图
1.拉紧小车 2.钢丝绳 3.定滑轮 4.动滑轮 5.油缸支座
6.拉紧油缸 7.电控箱 8.液压泵站 9.腔管 10.蓄能站
11.轨道 12. 输送带
1.5 拉紧装置的发展趋势
综前所述，按常规方式设计的各种拉紧装置，其动态调节很难达到最佳 拉紧效果。主要问题在于设计都是在静态特性的基础上，通过对起动、运行 各阶段不同张力的要求进行设计，未能考虑负载动态变化对胶带张力的影 响，因此产生调节的不合理性。在输送带张力过度时，输送带过拉紧，应力 疲劳加大，容易出现皮带拉断故障；在输送带张力不足时，导致皮带打滑及 断带、着火故障，而且还容易出现皮带横向振动过大、功率消耗过大等一系
列问题。针对DYL系列和其他常规拉紧装置存在的问题，基于输送机驱动电 机电流与负载间呈现对应比例关系的考虑，现在有科学家提出了一种基于电 机电流输入控制的力反馈动态拉紧装置的设计方案。其基本原理是：通过识 别驱动电机的电流变化来间接识别输送带上载荷量的变化，以电机电流为闭 环回路的控制信号，通过电流与负载的对应关系计算出理论拉紧力的值，然 后与力传感器所测的实际拉紧力的值进行比较，从而适应负载的动态变化。
由于这种拉紧装置可以根据输送带上载荷的动态变化自动调节拉紧力， 使输送带处于张紧和松弛的交替状态中，因而能够实现输送带最佳的动态拉 紧效果，满足输送带不打滑、下垂度不超限而又保持正常运行所需的最小拉 紧力的要求。可以预料，这种基于电机电流输入控制的力反馈动态拉紧装置 将是今后一个时期的主要研究方向。
2 主要设计参数及方案确定
2.1 主要设计要求
根据实际情况设计一台机械张紧装置：工作参数如下；
（1） 最大张紧力F:?80?kN?
（2） 绳速V：?0?.?13?m/s?
2.2 方案的确定
2.2.1 参考方案
(1)螺旋拉紧装置。螺旋拉紧装置结构由齿轮组(或蜗轮、蜗杆)、滑座、 螺旋拉杆、基座、螺旋滑套、滑轨、锁紧底版及转轮等组成。其核心工作部 件为螺旋拉杆(带T形螺纹)、基座、螺旋滑套(带螺母)，整个装置为钢结构 焊接件。螺旋拉紧装置工作原理是通过调整旋转转轮带动齿轮组(或蜗轮)或 直接调整旋转固定的丝杠，使带螺母的滑座产生纵向移动，从而带动滚筒座 发生纵向整体移动，达到调整各种输送机胶带松紧的目的。螺旋拉紧装置结 构如图1所示。螺旋拉紧装置主要运用在长度较短、伸缩量较小的的带式输 送机、牵引式输送机及各种刮扳机上。
图5 现在螺旋拉紧装置结构图
(2)重锤拉紧装置。重力拉紧装置是结构最简单，应用最广泛的一种拉 紧装置。它靠重锤力量将输送带拉紧，调节张紧力依靠增加或减少重锤重量 来实现。其结构形式有单重锤式、双重锤式和重载车式。一般装在离传动滚 筒松边不远处，以期得到快速反应，能利用输送机走廊空间位置进行布置， 可随着张力的变化靠重力自动补偿输送带的伸长。该装置要求拉紧车要灵活 可靠，不能卡住。适用于较短带式输送机。其理论上能保持张紧力恒定，但 实际上对于大多数重锤式拉紧装置而言，由于拉紧装置本身就有摩擦阻力存 在，有死区产生，但死区范围不是太大，可以完全起到应有的张紧作用，且 工作的可靠性最强。适用于上运、平运、下运，
对使用环境没有特殊的要求。
图6 环形或垂直的重砣式拉紧装置
(3)绞车式拉紧装置。绞车式张紧装置按张紧力的控制方式可以分为手 动和自动控制两种。所谓手动，就是在张紧装置上安装一个用于测定胶带张 力的测力器。当观测到测力器的指标超出所允许的范围时，人为地启动电动 机来进行调节，直到满足要求为止。这种形式的张紧装置结构较简单，维护
容易，但需要人来监控。在手动绞车式张紧装置中，由于绞车动作不需要其 它动力，具有结构简单和操作维护容易的特点，所以在国内应用比较广泛。 比较常用的是蜗轮蜗杆手动绞车式张紧装置。由于绞车式张紧装置的张紧行 程可以很长，同时可以配合可伸缩式胶带输送机的储带仓工作，所以，可伸 缩式胶带输送机应用这种张紧装置的较多。
2.2.2 方案对比
方案一的优缺点是：置因具有结构简单，调整灵活，容易布置的特点， 在输送机领域的设备(如码头卸船机、发电厂的斗轮堆取料机及空间狭小、 长度较短的带式给料机等)上，作为胶带的松紧调整装置被广泛应用。螺旋 拉紧装置结构过于简单，无导向、传动辅助装置，也无防尘密封装置，故早 期螺旋拉紧装置在使用过程中费时耗力并经常出现卡阻，调整不便，影响了 螺旋拉紧装置在实际生产中的推广应用。
方案二的优缺点是： 结构和原理都比较简单， 就是利用物体自身的重力， 来拉紧皮带 ，需要多大的张紧力，只要给它坠上同等重量的物体即可，它 的制造也比较方便。缺点：① 使用重锤式拉紧装置，输送带的张紧力始终 保持不变，而带式输送机稳定运行后所需张力比起动时小，所以输送带在稳 定运行中处于过张紧状态，对输送带的使用寿命产生直接影响。②该套装置 体积大，且笨重，特别是张紧力较大时。使用时应考虑空间的问题，另外， 维修带式输送机需放松输送带时比较费工费时。③ 起动时，机尾拉紧滚筒 由于瞬间起动，拉紧滚筒将作一定范围的跳动，而就是这一瞬间的跳动，造 成输送带跑偏，尤其是输送带上水分多，拉湿煤时，输送带跑偏更加严重。
方案三的优点是：结构简单，维护容易。其缺点是存在占用空间大，不 便于现场布置和管理，经常发生因张紧不足或不能及时准确地进行调整而引 起的胶带打滑和跑偏等现象，甚至会造成胶带压死、撕裂等严重事故。
通过以上三个方案的比较，选择第三种方案进行设计。绞车式张紧装 置具有以下特点：通过鸭梨传感器电信号控制张紧装置，可靠性高。在皮带 机启动阶段，能提供足够大的启动张紧力；启动完毕后又可使胶带的张紧力 恢复到额定值以维持胶带机的正常运行。
2.2.3 传动方案的确定
由框架、滑轮组和张紧绞车等组成。采用电机作为驱动源，张紧绞车为 蜗杆蜗轮传动和开式齿轮传动的慢速绞车，蜗杆蜗轮的设计具备反行程自锁 的特点。蜗杆的输入轴与电机的输出轴用弹性套柱销联轴器连接。蜗轮的输 出轴与开式齿轮中的小齿轮连接，同时在蜗杆的一端有一摩擦阻尼装置生产 的摩擦力矩可以通过压盖上的调节螺丝来调节，以使张紧绞车停车时不致反
转保证钢绳的张力。滚筒组与开式齿轮中的大齿轮连接。为了减轻绕在卷筒 上钢丝绳所承受的拉力，采用滑轮组结构包括动滑轮组和定滑轮组，定滑轮 组（四个定滑轮并列）动滑轮组（四个动滑轮并列）。张紧卷筒的一侧装有 离合装置，当收胶带时须打开离合器时使卷筒和卷筒轴脱离，为使卷筒不致 自由转动而发生乱绳，卷筒的同一侧还装有三块刹车带，使卷筒在放绳时产 生半制动。
胶带的张力是根据使用情况酌情掌握，人为调节的过紧过松都是不宜 的。
传动方案图如下所示：
1. 电动机 2. 联轴器 3. 减速器 4. 动滑轮组 5. 钢丝绳
6. 定滑轮组 7. 大齿轮 8. 卷筒 9. 传感器 10. 小齿轮
3 张紧装置总体设计
3.1 电动机的确定
该机构在传动过程中总的效率损失为 h 总 ：?
h 2?
总 = h 1 × h 2?× h 3?× h 4?× h 5?× h 6?
式中：?
h 1 ——自锁蜗杆的效率，h ?1 取0.43；?
h 2 ——圆柱齿轮传动（开式传动（脂润滑））的效率，h 3 ——弹性套柱销联轴器的效率，h ?3 取0.99；?
h 4 ——滚动轴承的效率，?h 4 取0.98；?
h 5 ——滑轮组的效率，h ?5 取0.889；?
h 6 ——滚筒的效率，?h 6 取0.97?
h
总 = 0?.?43?′ 0?.?95?′ 0?.?99?′ 0?.?98?2′ 0?.?889?′ 0?.?97?= 0?.?33?
根据传动方案的设计：张紧力F是由 8根钢丝绳来承担： 滚筒上的钢丝绳拉力：?
F1 ?= F?max?8?=80/8=10kN?
滚筒上的钢丝绳速度：?
V?=0.13m/s?
功率：
P?=?F?× V?= 10′0.13=1.3kW?电机所需输出功率:
P?d =?P??总
= 1 .?0?.?33?
= 3.9kW2 取0.95；?h ?
选择的电动机型号：防爆电机YB132M1-6；
电机参数：
功率?R?= 4 kW?
实际转速960r/min?
3.2 机构工作级别的确定
3.2.1 机构利用等级
机构利用等级按机构总设计寿命分为十级，见表8-1-1。总设计寿命规 定为机构假定的使用年数内处于运转的总小时数，它仅作为机构零件的设计 基础，而不能视为保用期。
由表8-1-1，选取机构等级?T?5?。
总设计寿命：6300h?
说明：经常中等地使用。
3.2.2 机构载荷状态
载荷状态是表明机构承受最大载荷及载荷变化的程度。载荷分为四级。 由表8-1-2，根据实际情况选用?L?3?-重。
说明：机构经常承受较重的载荷，也常承受最大的载荷。
3.2.3 机构工作级别
机构工作级别按机构利用等级和载荷状态分为八级。见表8-1-3，根据 机构利用等级与机构载荷状态选取机构工作级别为?M?6?。
3.3 钢丝绳直径计算与选取
（1） 煤矿井下绞车用钢丝绳直径采用GB1102-74标准规?f12? .?5?- 21?.?5?mm,?钢丝绳结构大部分是点接触光面钢丝绳。
（2）点接触--股内各层之间钢丝互相交叉，呈点接触。
（3）在圆股钢丝绳（GB1102-74）标准中，只有钢丝破断拉力之和而无 整根钢丝绳的破断拉力。
（4）钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力按式（8-1-1）确定：?d = S?
式中：?
d?—钢丝绳最小直径，?mm；
C—选择系数，?mm/N?；?1?
2?
S?—钢丝绳最大工作静拉力?N；?
= 10?KN?S?=?F?max = C可根据机构工作级别确定：
根据机构工作等级?M?6?，查表8-1-8得：?
C?=?0 .?109?mm/N?1?
2?3 d?=?0?.?′ 10?= 10?.?9?mm?
查标准值,取?d?=?11 mm?
3.4 卷筒几何尺寸的确定
卷筒有单层卷绕单联卷筒、单层卷绕双联卷筒。在起重高度较高时，为 了缩小卷筒尺寸，可采用表面带导向螺旋槽或光面卷筒，进行多层缠绕，但 钢丝绳磨损较快。不带螺旋槽的光面卷筒钢丝绳可以紧密排列。但实际作业 时，钢丝绳排列凌乱，互相交叉挤压，钢丝绳寿命降低。卷筒的类型较多, 最常用的是齿轮连接盘式和周边大齿轮式两种，其结构特点是卷筒轴不受转 矩，只承受弯矩。尤其是前者是目前标准型桥式起重机典型结构，分组性好， 为封闭式传动。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。带周边大齿轮的卷筒多用 于传动速比大，转速低的卷筒。周边大齿轮，一般均为开式齿轮传动。
(1)滚筒名义直径：?
D1? =?h?× d?
式中：?
d?—钢丝绳的直径；?
h—与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，按表8-1-54选取。根据 机构工作级别M6，可查得：?h?=?20 ；
则?
D1? =?20?′ 11?= 220?mm?
(2)卷筒厚度（铸钢卷筒）：?
d?=d = 11 mm?
(3)多层缠绕卷筒长度：
L = Z?p?( D?L?+ D?1 + D?2?+ D?3?+ n?)?
D1 ?=?D?+ d?
D2? = D?+ 3?d?
)d?D?2 n?- 1?n?= D?+ (
则 L = Z?p n?( D?+ nd?)?，考虑钢丝绳在卷筒上排列可能不均匀，应将卷筒长度增 加?? = 1?.?1?ZP?10?%?，即?L0
其中：
D—卷筒绳槽底径，?D?=?D?11?= 209?mm?1 - d?= 220?-
D?LL ?D?1?,?D?2?,?D?3?,?n?—各层直径?
Z?—每层圈数
设?Z?=?15
n—缠绕圈数
根据实际的工作情况，卷筒上需有9圈绕绳，即?n?=?9
D1??=?220 + 11?= 231?mm?，?D?D?=?220 mm?，?′ 11?= 253?mm?2?=?220 + 3?
D?′ 11?= 275?mm?，?3?=?220 + 5?D4??=?220 + 7?′ 11?= 297?mm?D5? =?220?+ 9?′ 11?= 319?mm?，?D6??=?220 + 11?′ 11?= 341?mm?
D7??=?220 + 13?′ 11?= 364?mm,?D8??=?220 + 15?′ 11?= 385?mm?
D9??=?220 + 17?′ 11?= 407?mm?
为了防止钢丝绳脱出卷筒两边设挡边，其高度比最外层钢丝绳高出?(?1?~?1?.?5?)?d?；
即卷筒的最大外径：?
D? ?+ d?+ (1? - 1?.?5?)?d?max?=?D12
=407?+11 + (?1?- 1?.?5?)?′ 11?
=?434?.?5?~?429?mm?
取?D?max?=?430 mm?
(4)卷筒强度的计算：
铸造卷筒的材料应采用不低于 GB/T9439 中规定的 HT200 灰铸铁，或 GB/T11352 中规定的 ZG270-500 铸钢。铸铁件须经时效处理以消除内应力， 铸钢件应进行退火处理。
卷同壁内表面最大压应力：?
L?￡?3 D?= 3?′ 220?= 660?mm?
因此由表8-1-55选用卷筒内表面最大压应力进行强度计算：?
s 1?=?A 式中：?S?max?￡ s yp?（MPa） d P?
S?max?—钢丝绳最大拉力，N?
P—卷筒绳槽节距，?mm
d —卷筒壁厚，?mm?
s yp —许用压应力，?MPa?
A—与卷筒层数有关的系数
由于?n?=?5 ，查上面表格得系数?A?=?2
卷筒材料用45钢，查手册，45钢的屈服强度为：?
s?s =?360 MPa?
则：?
s?yp =?s s? .?5?= .?5?= 240?MPa
s?1 =?2 10?′ 1000?= 121?.?21?MPa?15?′ 11?
经检验卷筒强度符合要求。
（5）卷筒的技术要求
表面质量：卷筒不得有裂纹。成品卷筒的表面上不得有影响使用性能和 有数 外观的显著缺陷（如气孔、疏松、夹渣等）。
尺寸公差和表面粗糙度： 同一卷筒上左右螺旋槽的底径 （即卷筒直径D） 差，不得超过GB/T1801和GB/T1802中规定的?h?12?。
加工表面未注公差尺寸的公差等级应按GB/T1804中的m级（中等级）。 未注加工表面粗糙度?R?a?值应按GB/T1031中得12.5um。
形位公差：卷筒上配合圆（?D?t?f t 2?、左右螺旋槽的 1?）的圆度?1?、同轴度?
径向圆跳动?t?t?4?，不得大于GB/T1184种的下列值：?3?以及断面圆跳动?
D?孔的公差带?1?；?2?t 1?￡
f t 2?不低于8级；?
D?t?=?￡ 1?.?0?；?3 1000?
t?4?不低于8级。
压板用螺孔：钢丝绳压板用的螺孔必须完整， 螺纹不得有破碎、断裂 等缺 陷。
焊缝：对于必须施焊的铸钢卷筒，其重要焊缝不得有裂纹和未熔合等缺 陷。其焊缝质量应符合GB/T3323种的II级质量要求。
3.5 总传动比及传动比的分配：
卷筒的转速：
n?w =?60 ′ 960?′ v?60?′ 960?′ 0?.?13?b?= = 10?.?84?pD??3?.?14?′ 220?r/min?
电机最小满载转速：?
n?=?60 f?60?′ 50?= = 1000?P?3?r/min?
总传动比：?
i?总 =n?960 = = 88?.?56?n?10?.?84?w?
具有自锁性能的蜗轮蜗杆传动，传动比根据手册，一般为62、71、80、82， 在这里选择蜗轮蜗杆的传动比为62。则一对开式齿轮传动的传动比为：?
88 .?56?i开?= = 1?.?5?62?
3.6 传动装置的运动参数计算：
1.计算各轴转速：?
n1 ?=n?960?= 960?r?/?min?i?1?0?
n?960?1?n == 15?.?48?r?/?min?2?i?62?1?
n小齿轮 ?= 15.48?r?/?min?
n大齿轮 = n?i?15?.?45?/?1?.?5?= 10?.?83?r?/?min?开 = 小齿轮 /?
2.计算各轴输入功率：?
P1? = P?× h?h ′ 0?.?98?′ 0?.?99?= 3?.?88?kW?联 × 轴承 = 4?
P2? = P?h?h .?88?′ 0?.?98?′ 0?.?43?= 1?.?635?kW?1?× 轴承 × 蜗杆 = 3?
P3? = P?h 1?.?635?′ 0?.?98?= 1?.?602?kW?2?× 轴承 =
3. 计算各轴输入转矩：
P?3?.?88?T1? =?9550?1?= 9550?= 38?.?59?Nm?n?960?1?
P?1?.?635?2?T?=?9550?= 9550?= 1008?.?67?Nm?2 n?15?.?48?2?
P?1?.?602?3?T3? = 9550?= 9550?= 1411?.?37?N?m?n?10?.?84?3?
4 蜗轮蜗杆减速器的设计
蜗杆传动是用来传递空间两交错轴之间的运动和动力的，运动可以使减 速或增速,它由蜗杆和蜗轮组成，其做常用的是轴交角 ? 通常为 90?°?的减速 传动。蜗杆和蜗轮的螺旋线方向必须保持一致。蜗杆传动主要的特点是：（1） 传动平稳，振动、冲击和噪声均很小。（2）能以单机传动获得较大的传动比， 结构紧凑。因此，它通常用于中小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了 提高传动效率、减小蜗轮结构尺寸，通常将其布置在高速级。
蜗杆头数?Z??1?越少，结构越紧 1?根据传动比和蜗杆传动的机械效率确定，Z?
凑，但机械效率越低；Z??1?越多，机械效率越高，但蜗杆加工越困难。取?Z?1 =?1?的蜗杆，多用于要求自锁和大传动比的情况。蜗轮的齿数?Z 2?= iZ?1?，通常取?Z?2 =?28?~?80?。为了避免蜗轮轮齿发生根且并保证至少有两对以上的齿参与 啮合，?Z?2?不应小于26。但在动力传动中，?Z?2?也不宜太多，若?Z?2?过多，则结 构尺寸过大，蜗杆支撑跨度增大，使蜗杆刚度降低，从而影响蜗杆传动的啮 合精度。考虑到蜗轮的使用情况，取?Z?2 =?62?。
蜗杆副的材料组合首先要求有良好的减磨性和抗胶合能力。此外，还要 求有足够的强度。 蜗杆一般采用碳钢和合金钢制造， 要求有较高的齿面硬度。 高速重载的蜗杆采用15Cr,20Cr或20CrMnTi 等材料并经渗碳淬火处理，齿 面硬度达HRC?56?~?62?；一般情况可用45钢或40 Cr等进行表面淬火，硬度 为?HRC?45?~?50?；对不太重要或低速重载的传动，可用40、45等碳钢经调质
处理，硬度为?HBS?220?~?300?。
蜗轮的4种典型结构及主要尺寸确定:(1)镶铸式
蜗轮齿圈的常用材料为铸造锡青铜，如ZcuSn10Pb1,他的减磨性和抗胶 合性最好，适于滑动速度较高的场合，但价格较贵；铝青铜，如ZcuAl10Fe3, 强度较高， 价格较低， 但抗胶合性能较差， 一般用于滑动速度不高 （n??s ￡?4 m/s） 的传动；在滑动速度较低（n??s ￡?2 m/s）的不重要传动中，蜗轮可用球墨铸铁 或灰铸铁制造。
蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低， 尤其在低速时，其效率更低，且蜗轮尺寸大，成本高。因此，它通常用于中 小功率、间歇工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率、减小蜗轮结构尺 寸，通常将其布置在高速级。
4.1 蜗杆、蜗轮的基本参数及强度计算：
4.1.1 选择蜗轮的材料，确定许用应力
蜗杆：参见7.3.1，选用45号钢表面淬火，表面硬度HRC=45～50 蜗轮：参见表7.6, 选用ZCuSn10Pb1
￠ 蜗轮许用接触应力?[s ?H ]?，由式7-9 [?s?H?]?=?K H?N?[ s H?]
￠?由表7.6查得 蜗轮的基本许用接触应力?[s H ]?
应力循环次数N?
N?=?60 n?′ 1?′ 6300?= 5?.?85?′ 10?6?
2?jL?h?= 60?′ 960?/?62?
接触强度的寿命系数?K?H?N?
7 7?6?K?H?N?=?8?/?N?= 8?/(?5?.?85?′ 10?)?= 1?.?07?
则蜗轮许用接触应力?[s??H ]?
[s?H ]?= 1?.?07?′ 200?= 213?.?86?N?/?mm?2?
￠ 蜗轮许用弯曲应力?[s ?F ]?,由式7-12 [s ?F?]?=?k s F?]?FN?[?
￠?由表7.6查得蜗轮的基本许用弯曲应力 [s ?F ]?
￠ = 51?[s?F ]?N?/?mm?2?
弯曲强度的寿命系数?K?F?N?
K?F?N?=?6 /?N?= 6?/(?5?.?85?′ 10?6?)?= 0?.?82?则蜗轮的许用弯曲应力
￠?=0.82×51=41.72?N/mm?2?[s ?F ]?
4.1.2 按齿面接触疲劳强度设计计算：
)?由式7-8 m 2?d?KT?Z?E?z?2?[ s H?] 1?3 10?2?(
蜗杆头数?z1??
z?1 =?1?
蜗轮齿数?z?2?2?
z?2 =iz?′ 1?= 62?1?= 62?
蜗轮转矩?T?2?
T .?55?′ 10?6?P?h /?n?2?= 9?1?2?
估取效率h
蜗杆传动的总机械效率：?h = h h 2?× h 3?1 ×
式中：?
h 1 —啮合效率?
h 2 —轴承效率?
h 3 —搅油效率
带有自锁性的蜗轮蜗杆的效率：?0 .?40?áh á 0?.?45?,取?
h= 0 .?43?
蜗轮转速?n?2?
n?.?48?r/min?2 =?n?1?/?i?1?= 960?/?62?= 15?
则蜗轮转矩?T?2?
T?.?55?′ 10?6?′ 0?.?43?′ 3?.?88?/?15?.?48?= 1?.?03?′ 10?6?N?× mm?2 =?9?
载荷系数K
K?= K?A × K?V?× K?b?
使用系数?K?A?查表7.8得：?
K?A?=?1
动载荷系数?K?V?
估计?v?0?.?0018?～?0?.?0032?)?×?Z 2?按?v?2 =?(?1?× n?1?P?1?
n?1?
= ( 0?.?0018?～?0 .?0032?)?′?1?′ 960?=?0 .?27?~?0?.?49?m/s?4?960?
估取?v?.?4?m/s?2 =?0?
载荷分布不均匀系数 K?b?
载荷平稳?K?b?= 1
则载荷系数K?
K?=?1 ′ 1?.?1?′ 1?= 1?.?1?
材料弹性系数?Z?E?
查表得：?Z?E = 155N?/?mm?2?
故 m2?d?′ 1?.?1?′ 1030000?′ ( 62?′ 213?.?86?) )?= 1548?.?28?mm?3?
1?3?10 2?
查表7.3得
模数m=5
蜗杆分度圆直径?d?1?
d?mm?1 =?90?
蜗杆的导程角g?
￠ ￠ ￠ g = 3o 1?0?4?7?
蜗轮分度圆直径?d?2?
d?′ 62?= 310?mm?2 =?mz?2?= 5?
蜗轮的圆周速度?v?2?
v d?.?14?′ 310?′ 15?.?48?/?60000?= 0?.?27?2 =?p 2?n?2?/?6000?= 3?
4.1.3 齿根弯曲疲劳强度校核计算： 蜗轮齿根弯曲应力?s F ，由式7-10?
s F?= 2?KT 2?￡ [?s F?]?d?cos?g 1?d?2?m?
蜗轮齿形系数?Y?.?2?F?查表7.9,?Y?F?=?2
则?s F á [s ?F?]?弯曲强度足够
4.1.4 热平衡计算
由式7-15可得蜗杆传动所需的散热面积A
A31000P( 1?-h Ka ( t- t o?)?
传动效率?
啮合效率 h= h1h2h 3 h1?=tangtan?( g+ fV )?
当量摩擦角由式7-14
滑动速度
vs?=pd1n 60′ 1000cos?g =?3 .?14?′?90?′ 960?/?60?′ 1000?cos?r?= 4?.?53?由?v?s?查表7.10
° ° ° ￠ ￠ ￠ ￠ ￠ ￠ ￠ )=0.96 则?h = tan?3?1?0?4?7?/?tan(?3?1?0?4?7?+ 0?9?1
散热系数K a ，按通分良好?
ka =?17 w?/?m?2?° c?
油的工作温度t?
周围空气温度?t?o?
故 A?3?1000 ′ 3?.?88?′ ( 1?- 0?.?43?85?- 20?) /?17?′ ( )?
2?A3 2m?
4.2 圆柱蜗杆传动几何尺寸的计算
(1)蜗杆轴向模数（蜗轮端面模数）：?
m?=?5 mm?
(2)传动比：?
i?=?62
(3)蜗杆头数：?
Z?1 =?1?
(4)蜗轮齿数：?
Z?2 =?62?
(5)蜗杆直径系数（蜗杆特性系数）：?
d?q?=?1 = 18?m?
(6)蜗轮变位系数：?
x?2 =?0?
(7)中心距：?
a?=?(?d?x?2?= 200?mm1 + d?2?+ 2?2?× m?