抛丸清理机中丸料提升机系统设计毕业设计论文.doc

毕业 任务书

一、题目
抛丸清理机中丸料提升机系统设计
二、研究主要内容
该毕业设计题目来源于某企业的抛丸清理机设计项目。该课题主要是针对抛丸清理机中丸料循环过程中提升机系统进行结构设计，主要工作内容包括丸料提升机系统传动方案拟定、电机选型、减速器设计、提升机设计、导轨选型、结构设计、3维和2维图纸绘制等。
通过本次毕业设计，不仅要巩固本科四年内所学的机械专业方面知识，而且更要学习和使用新的计算技术，新的知识。并培养学生科学研究能力和自学能力，提高查阅资料、外文翻译的能力，以及和综合应用基础理论和专业知识的能力，进一步增强分析问题和解决问题的能力。最终通过毕业设计，使学生具有一定的科学研究素养。
三、主要技术指标
ü 生产效率： 150t/h
ü 提升机安装空间： 宽：0.4m----0.5m
高：8m----9m
四、进度和要求

翻译外文资料 1周(第 1 周）
丸料提升机系统方案设计 2周(第2～3 周)
丸料提升机系统运动学参数计算 1周(第 4 周)
完成电机等选型、提升机、减速器等部件的计算 2周(第 5～6周)
绘制系统的总装草图 2周(第7～8 周)
完成系统的总装图设计 1周(第9 周)
绘制减速器装配图 2周(第10～11周)
绘制减速器零件图 1周(第12 周)
绘制提升机零件图 1周(第13 周)
撰写论文 1周(第14 周)
修改论文 1周(第15 周)
上交毕设资料，准备答辩PPT 1周(第16 周)
毕业答辩 1周(第17 周)
要求完成：
(1) 外文科技资料翻译(5000字)
(2) 计算机绘制的装配图3张(1#)
(3) 论文1份，打印稿(用学校规定的稿纸)，约30～40页，含中、英文摘要(约400～600个印刷符号)
(4) 用PowerPoint制作的论文答辩电子稿1份

五、主要参考书及参考资料
1、濮良贵等 机械设计 北京：高等教育出版社 2012
2、孙桓、葛文杰等 机械原理 北京：高等教育出版社，2013
3、王守仁、王瑞国，抛丸清理工艺与设备，北京：机械工业出版社，2012

学生_王志伟___ 指导教师 __张永红__ 系主任 魏生民

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摘要

斗式提升机是一种被普通采用的垂直输送设备, 用于运送各种散状和碎块物料，例如水泥，沙，土煤，粮食等，并广泛地应用于建材、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色金属、粮食等各工业部门。斗式提升机的结构特点是：被运送物料在与牵引件连结在一起的承载构件料斗内，牵引件绕过各滚筒，形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路，连续运动输送物料。驱动装置与头轮相连，使斗式提升机获得动力并驱使运转。
本次设计主要针对TD400的整体结构设计,驱动滚筒的设计,料斗的设计，斗式提升机输送能力的计算，驱动轮转速以及功率的确定，电机、减速机等主要零部件的选择及驱动轴的设计校核，包括斗式提升机总装图以及零件图，二级减速器总装图的Auto-CAD图纸的绘制。通过计算选取方案,因工作效率要求较高,故排除TD250,而选取工作效率更高的TD400斗式提升机。同样考虑到工作要求，选取深料斗，以满足工作需要。
关键词：斗式提升机，滚筒，驱动装置，减速器，张紧装置，牵引件

ABSTRACT

The bucket elevator is a common vertical transportation equipment for the delivery of a variety of bulk and fragments of materials such as cement, sand, soil, coal, grain, and is widely used in building materials, electricity, metallurgy, mechanical, chemical industry, light industry, nonferrous metals, grain and other industrial sectors. Bucket Elevator is the structural characteristics: the materials being transported together with the traction of carrying components of the hopper, the traction around the drum pieces, forming a closed loop containing a branch of a delivery of materials and a branch of the non-delivery of materials, the Movement for conveying materials. The design of the main TD400 overall structural design, the design of the drive pulley, the design of the hopper, the calculation of bucket elevator transmission capacity, the determination of drive wheel speed and power, the select of  motor, reducer, belt and other parts and the drive shaft design verification, including the bucket elevator final assembly drawing and part drawing, the Auto-CAD final assembly drawing of the secondary gear reducer. Selected by calculations, due to the high efficiency requirements, ruling out TD250, and selecting TD400 bucket elevator. Given the same job requirements, I
choose deep hopper to finish my work.
KEY WORDS: Bucket elevator，drum，drives，reducer ,tensioning device，traction components
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1抛丸清理机及斗式提升机的简介 1
第二章 本课题介绍及设计理论 3
2.1概述 3
2.2斗式提升机工作原理 3
2.2.1斗式提升机分类 3
2.2.2斗式提升机的装载和卸载 4
2.2.3斗式提升机的部件 6
2.2.4斗式提升机的工作原理 7
第三章 提升机主要参数确定及主要结构设计 8
3.1斗式提升机输送能力的计算与选择 8
3.1.1输送能力的计算 8
3.1.2料斗的计算和选择 10
3.2.1卸料方式 11
3.2.2驱动轮转速的确定 12
3.2.3驱动轮直径的确定 14
3.3运动阻力和驱动功率的计算 14
3.3.1牵引构件张力计算 14
3.3.2驱动功率计算 17
第四章 斗式提升机传统系统的设计计算 19
4.1电动机的选择计算 19
4.1.1选择电动机的类型和结构形式 19
4.1.2确定电动机的转速 20
4.1.3确定电动机的功率和类型 20
4.2减速器的设计 21
4.2.1减速器的计算 21
4.2.2传动比的分配 21
4.2.3计算各轴参数 22
4.2.4各输入轴的功率 22
4.2.5各轴的输入转矩 22
4.2.6高速级齿轮的传动设计 23
4.2.7低速级齿轮的传动设计 24
4.2.8轴的设计 25
4.3驱动轴的设计计算和工艺要求 28
4.3.1轴的结构设计 28
4.3.2轴的强度校核计算 29
第五章 提升机其他装置的设计 31
5.1输送带的设计 31
5.2张紧装置的设计 31
5.3反转装置的设计 32
5.4罩壳的设计 32
5.5轴承的选择 33
参考文献 34
致谢 35
毕业设计小结 36

第一章 绪论

1.1抛丸清理机及斗式提升机的简介
抛丸清理机是利用高速回转的叶轮将弹丸抛向滚筒内连续翻转的工件上， 而达到清理工件的目的。抛丸清理机是利用钢铁丸送至高速旋转的圆盘上，利用离心力的作用，使高速抛出的钢丸撞击零件表面，达到光饰的目的，抛丸清理机能使零件表面产生压应力，而且没有含硅粉末，对环境污染小。
抛丸清理机主要用途如下：
①抛丸清理机使零件表面产生压应力，可提高它们的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；
②抛丸清理机可对扭曲的薄壁零件进行校正；
③抛丸清理机的工艺代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄壁铝制零件进行成型加工，不仅可避免零件表面有残余拉应力，而且可获得对零件有利的压应力。应注意的是：抛丸清理机处理过的零件的使用温度不能太高，否则压应力在高温下会自动消失，因而失去预期的效果。它们的使用温度由零件的材质决定，对于一般钢铁零件约为260—290℃，铝制零件只有170℃。
斗式提升机是一种被普遍采用的垂直输送设备，用于运送各种散状和块状物料，例如水泥，沙，土，煤，粮食等，并广泛用于建材、电力、冶金、机械、化工、轻工、有色金属、粮食等各工业部门。 
国内斗式提升机的设计制造技术是50年代由苏联引进的，知道80年代几乎没有太大的发展。再此期间，各行各业就使用中存在的一些问题也做过一些改进。从80年代以后，随着国家改革开放和经济发展的需要，一些大型企业及重点工程项目引进了一定数量的斗式提升机，从而促进了国内提升机的发展。直到近来，斗式提升机的大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。
随着国民经济的发展运输机械行业在引进、吸收、消化了世界各国斗式提升机的最新技术，并结合我国实际情况，使得新材料、新工艺、新产品不断地出现。例如：由于自动焊接技术的出现，箱形结构的垂直输送机越来越受到人们的欢迎。由于计算机技术的推广应用，利用计算机进行辅助设计(CAD)和辅助制造(CAM)，使输送机的整体布置更趋优化，基本零件更加紧凑耐用。由于自控技术和数显技术的广泛普及，使运输机的控制和安全保护装置大为改善，保证了作业的安全性和可靠性。现在许多企业能够批量生产各种类型的输送机械，不仅满足了国内市场的需求，部分产品还打入了国际市场。
斗式提升机的优点是，结构比较简单，能在垂直方向或倾角较小范围内运输物料而横断面尺寸小，占地面积小，能在全封闭罩壳内运行工作，不扬灰尘，避免污染环境，必要时还可以把斗式提升机底部插入料堆中自行取料。
与其它斗式提升机相比,带式斗式提升机更具有速度高,运转均匀而安静,抗磨性高,耐腐蚀等优点。
斗式提升机也有一些缺点，过载的敏感性大，必须均匀给料，料斗和牵引构件较易破坏。机内较易形成粉尘爆炸的条件，斗和皮带容易磨损，被输送的物料受到一定的限制，只适宜输送粉末和中块状的物体。
正确选用料斗的尺寸和形状、运动速度、滚筒与链轮尺寸以及适合于物料物理性质和提升机工作条件的机首和底座尺寸是斗式提升机能否正常工作的条件。在设计提升机前，必须分析它的工作条件，特别是对于调整提升机，应研究物料在料斗内的运动及从物料中抛出的情况。
根据设计题目及设计内容的要求，我们选取的取料方式为掏取式，选取钢丝绳芯胶带作为牵引构件，料斗密集排列，卸料方式为离心式，尾部采用重锤张紧装置。此设计方案在以前设计的提升机基础上对其进行改进，发扬其缺点，进一步完善提升机的性能，提高其工作能力。

第二章 本课题介绍及设计理论

2.1概述
此次设计是研究TD400斗式提升机的工作原理、性能和特点，采用理论联系实际的方法，研究影响斗式提升机效率的影响因素，进行必要的结构改进，提出结构的方案并实施设计。同时，进行相关结构参数和工艺参数的设计与计算、总体方案设计，总体装配以及传动等部件和相关零部件设计及绘制。
2.2斗式提升机工作原理
2.2.1斗式提升机分类
（1）按牵引件分类： 
斗式提升机的牵引件有环链、板链和胶带等几种。环链的结构和制造比较简单，与料斗的连接也很牢固，输送磨琢性大的物料时，链条的磨损较小，但其自重较大。板链结构比较牢固，自重较轻，适用于提升量大的提升机，但铰接接头易被磨损，胶带的结构比较简单，但不适宜输送磨琢性的物料，普通胶带物料温度不超过60℃,钢绳胶带允许物料温度达80℃,耐热胶带允许物料温度达120℃,环链、板链输送物料的温度可达250℃。斗提机最广泛使用的是带式（TD），环链式（TH）两种型式。用于输送散装水泥时大多采用深型料斗。如TD型带式斗提机离心式卸料或混合式卸料适用于堆积密度小于1.5t/m3粉状、粒状物料。TH环链斗提机采用混合式或重力式卸料用于输送堆积密度小于1.5t/m3粉状、粒状物料。
（2）按卸载方式分类： 
斗式提升机可分为：离心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三种形式。离心式卸料的斗速较快，适用于输送粉状、粒状、小块状等磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速较慢，适用于输送块状的，比较重大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。
2.2.2斗式提升机的装载和卸载
斗式提升机的装载方式有三种，即流入式装载如图1-1、掏取式装载如图1-2和混合式装载，流入式装载主要用于输送大块和磨琢性大的物料，散料均匀落入料斗中，形成比较稳定的料流，进料口下部应有一定的高度，采用该方式装载时一般料斗布置较密；以防止物料在料斗之间撒落，料斗的运行速度不得超过1m/s。掏取式主要用于输送粉状、粒状、小块状等磨琢性小的散状物料，由于在掏取时不会产生很大的阻力，所以允许料斗的运行速度较高，为0.8~2m/s。介于两者之间采用混合式。

图1-1 流入式 图1-2 掏取式
卸载方式有离心式、重力式及混合式三种。
离心式卸料如图1-3(b)料斗的运行速度较高，通常取为1~2m/s。如欲保持这种卸载必须正确选择驱动轮的转速和直径，以及卸料口的位置。其优点是：在一定的料斗速度下驱动轮尺寸为最小，卸料位置较高，个料斗之间的距离可以减小，并可提高卸料管高度，当卸料高度一定时，提升机的高度就可减小，缺点是:料斗的填充系数较小，对所提升的物料有一定的要求，只适用于流动性好的粉状、粒状、小块状物料。
重力式卸载如图1-3(a)适用于卸载块状、半磨琢性或磨琢性大的物料，料斗运行速度为0.4-0.8m/s左右，需配用带导向槽的料斗。其优点是：料斗装填良好，料斗尺寸与极距的大小无关。因此允许在较大的料斗运行速度之下应用大容积的料斗，主要缺点是：物料抛出位置较低，故必须增加提升机头的高度。物料在料斗的内壁之间被抛卸出去，这种卸料方式称为离心-重力式卸载。常用于卸载流动性不良的粉状物料及含水分物料。料斗的运行速度为0.6-0.8m/s范围，常用链条做牵引件。

图1-3 卸料方式（a）重力式；（b）离心式；（c）混合式。
2.2.3斗式提升机的部件
斗式提升机的主要部件有：驱动装置、出料口、上部区段、料斗、牵引件、中部机壳、下部区段、张紧装置、进料口、检视门。
驱动装置由电动机、减速器、逆止器或制动器及联轴器组成，驱动主轴上装有滚筒或链轮。大提升高度的斗提机采用液力偶合器，小提升高度时采用弹性联轴器。使用轴装式减速机可省去联轴器简化安装工作，维修时装卸方便。
料斗通常分为浅斗、深斗和有导向槽的尖棱面斗。浅斗前壁斜度大深度小，适用于运送潮湿的和流散性不良的物料。深斗前壁斜度小而深度大，适用于运送干燥的流散性好的散粒物料。有导向侧边的夹角形料斗前面料斗的的两导向侧边即为后面料斗的卸载导槽，它适用于运送沉重的块状物料及有磨损性的物料，由于流动性好且干燥，用深斗较合适，卸载时，物料在料斗中的表面按对数螺线分布，设计离心卸料的料斗底部打若干个气孔，使物料装载时有较高的填充量，并且卸料时更完全。
牵引构件为一封闭的挠性构件，多为环链、板链或胶带。新标准中规定了TD型、TH型、TB型三种结构型式的提升机，将分别替代国内原D型、HL型、PL型三种机型。
张紧装置有螺杆式与重锤式两种。带式斗提机的张紧滚筒一般制成鼠笼式壳体，以防散料粘集于滚筒上。
斗式提升机可采用整体机壳，也可在上升分支和下降分支分别设置机壳。后者可防止两分支上下运动时在机壳空气扰动。在机壳上部设有收尘法兰和窥视孔。在底部设有料位指示，以便物料堆积时自动报警。胶带提升机还需设置防滑监控及速度检测器等电子仪器，以保证斗提机的正常运行。
2.2.4斗式提升机的工作原理
固接着一系列料斗的牵引构件（环链、链轮）环绕在提升机的头轮与底轮之间构成闭合轮廓。驱动装置与头轮相连，使斗式提升机获得动力并驱动运转。张紧装置与底轮相连，使牵引构件获得必要的初张力，以保证正常运转。物料从提升机的底部供入，通过一系列料斗向上提升至头部，并在该处实现卸载，从而实现在竖直方向内运送物料。斗式提升机的料斗和牵引构件等行走部分以及头轮、底轮等安装在全密封的罩壳之内。
综合此次设计的提升高度与工作等要求，本提升机选用普通胶带作为牵引件。

第三章 提升机主要参数确定及主要结构设计

根据设计要求，选择斗式提升机的类型是胶带斗式提升机，即TD型斗式提升机。
3.1斗式提升机输送能力的计算与选择
3.1.1输送能力的计算
斗式提升机的输送能力计算可按下式计算：
Q=36001000qv=3.6qv （3-1）
式中 Q—提升机的输送能力，t/h； 
   V—提升速度，m/s；      
q—提升物料线载荷，kg/m。 
提升物料线载荷可按下式计算：
q=i0φρa0 (3-2)
式中 
i0—提升机单个料斗容积，m3； 
Φ—料斗内物料填充系数；      r-
ρ—物料的堆积密度，kg/m3； 
a0—提升机料斗间距，m。
将式（2-2）带入式（2-1）得
Q=3.6i0φρva0 (3-3)
由于供料不均匀，实际生产能力一般小于计算生产能力，即:
Q实=QK (3-4)
式中 K—供料不均匀系数，取K=1.2～1.6。

情况等条件来选择。工业上一般采用三相交流电动机。Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等优点，故其应用最广。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机。在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合(如起重机械和冶金设备等)，要求电动机的转动惯量小、过载能力大，因此，应选用起重及冶金用的YZ和YZR系列三相异步电动机。电动机的结构有开启式、防护式、封闭式和防爆式等，可根据工作条件来选择。
Y系列电动机（摘自JB/T8680.1—1998）为全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换性的特点。用于空气中不含易燃、易炸或腐蚀性气体的场所。适用于电源电压为380V无特殊要求的机械上，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械、破碎机等。也用于某些需要高启动转矩的机器上，如压缩机。
4.1.2确定电动机的转速
同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750r/min等几种。一般来说，电动机的同步转速愈高，磁极对数愈少，外廓尺寸愈小，价格愈低；反之，转速愈低，外廓尺寸愈大，价格愈贵。当工作机转速高时，选用高速电动机较经济。但若工作机转速较低也选用高速电动机，则这时总传动比增大，会导致传动系统结构复杂，造价较高。所以，在确定电动机转速时，应全面分析。在一般机械中，用得最多的是同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。
4.1.3确定电动机的功率和类型
电动机的功率选择是否合适，对电动机的正常工作和经济性都有影响。功率选得过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选得过大，则电动机价格高，且经常不在满载下运行，电动机效率和功率因数都较低，造成很大的浪费。
电动机功率的确定，主要与其载荷大小、工作时间长短、发热多少有关。对于长期连续工作的机械，可根据电动机所需的功率Pd来选择，再校验电动机的发热和启动力矩。选择时，应使电动机的额定功率Pe稍大于电动机的所需功率Pd，即Pe≥Pd。对于间歇工作的机械，Pe可稍小于Pd。
在第三章中，计算出的Pd=19.98kW,因为电动机的额定功率Pe要稍大于电动机的所需功率Pd，所以取电机的额定功率为22kW，电源电压为380V，同步转速为1500r/min，满载转速为1470r/min，所选电机型号为Y180L-4。
4.2减速器的设计
4.2.1减速器的计算
前面计算的轴上滚筒的转速为：
n1=61r/min
所选电机的满载转速为：
n2=1470r/min
所以，传动比为：
i=n2n1=24
根据实践经验， 设计ZQ型减速机。此种减速机为圆柱齿轮减速箱，其特点为：
(1) 减速机采用通用设计方案，可根据实际需要，变型为行业专用的非标齿轮箱； 
(2) 此减速器内置有逆止器； 
(3) 此减速器可用于正反两转。
4.2.2传动比的分配
传动比的分配原则：各级传动尺寸协调，承载能力接近，两个大齿轮直径接近以便润滑。
已知，
i总=i减=i高×i低=24
通常i高=（1.2~1.3）i低
则取，i高=5.4，i低=4.4
4.2.3计算各轴参数
（1）各轴转速
Ⅰ轴转速：n1=n电=1470r/min
Ⅱ轴转速：n2=n1/i高=272.2r/min
Ⅲ轴转速：n3=n2/i低=61.9r/min
（2）各轴输入功率
η总=(η齿轮)3×（η联轴器）2×(η轴承)4=0.973×0.99×0.984=0.833
4.2.4各输入轴的功率
Ⅰ轴：p1=p×η联轴器=22×0.99=21.78kw
Ⅱ轴:p2=p1×η轴承×η齿轮=20.70kw
Ⅲ轴:p3=p2×η齿轮×η联轴器=19.88kw
4.2.5各轴的输入转矩
Td=9550pdnm=145.9Nm
Ⅰ轴：T1=145.9×0.99=144.4Nm
Ⅱ轴：T2=144.4×5.4×0.98×0.97=741Nm
Ⅲ轴：T3=741×4.4×0.98×0.98=3101Nm
Ⅰ轴~Ⅲ轴的输出功率以及扭矩为输入值乘轴承效率0.98。
运动和动力参数如表4-1
表4-1 运动和动力参数
轴名
功率（kw）
扭矩（Nm）
转速
（r/min）
传动比
i
效率
η

电动机轴

22

145.9
1470

0.99
Ⅰ轴
21.78
21.34
144.4
141.5
1470

0.99
Ⅱ轴
20.70
20.29
741
726.2
272.2
5.4
0.97
Ⅲ轴
19.88
19.48
3101
3039
61.9
4.4
0.97
4.2.6高速级齿轮的传动设计
综合考虑，初选8级精度。
两级圆柱齿轮的大小齿轮材料均选用45钢调制处理。大齿面硬度为220HBS，小齿面硬度为270HBS，σHlim=590MPa，σFE=450MPa。
（1）确定许用应力
取最小安全系数SF=1.25，SH=1.取区域系数ZH=2.5，弹性系数ZE=189.8
[σH] = 590/1.0=590MPa
[σF] = ( 0.7×450)/1.25=252MPa
（2）按齿面接触强度设计计算
查设计手册，取载荷系数K=1.4，齿宽系数ϕd=0.8
小齿轮上的转矩
T1=9.55×106p1'n1=0.14×106N·mm
初选螺旋角，取β=15°
d1≥77.58mm
齿数取Z1=20，则Z2=5.4×20=108
法向模数mn=d1cosβz1=3.74
取mn=4
中心距a=mn（z1+z2）2cos15°=265.04mm
取a=265mm
确定螺旋角β=arcosmn（z1+z2）2a°=14.98°
齿轮分度圆直径
d1=mn cosβz1=82.82mm
d2=mn cosβz2=447.20mm
齿宽b=ϕd d1=66.256mm
取b2=70mm，b1=75mm
（3）齿轮弯曲强度
当量齿数zv1=20cos314.98°=22.18，zv2=119.81
查手册可知，Yfa1=2.80，Yfa2=2.20
Ysa1=1.55，Ysa2=1.80
[σF]=2KT1b1d1mn Yfa1 Ysa1=15.78MPa<252MPa
安全
（4）齿轮的圆周速度
V=πd1n160=6.37m/s 可选8级精度
4.2.7低速级齿轮的传动设计
按相同设计步骤，可得以下数据：
两级圆柱齿轮的大小齿轮材料均选用45钢调制处理大齿面硬度为220HBS，小齿面硬度为270HBS，σHlim=590MPa，σFE=450MPa。
SF=1.25，SH=1，区域系数ZH=2.5，弹性系数ZE=189.8
[σH] = 590/1.0=590MPa
[σF] = ( 0.7×450)/1.25=252MPa
载荷系数K=1.4，齿宽系数ϕd=0.8
小齿轮上转矩：
T2=9.55×106p1'n1=0.71×106N·mm
d1≥140.45mm
取z1=30，则z2=30×4.4=132
模数m=d1z1=140.45/30=4.68
取m=5mm实际分度圆直径d1=z1m=30×5=150mm，d2=z2m=660mm
齿宽b=ϕd d1=120mm
取b2=120mm，b1=125mm
中心距a=（d1+d2）/2=405mm
验算齿轮弯曲强度
Yfa1=2.52，Yfa2=2.15
Ysa1=1.652，Ysa2=1.80
[σF1]=2KT2YFa1YFa2bm2z1=91.95MPa<252Mpa
[σF2]=σF1YFa2YSa2YFa1YSa1=85.47MPa<252Mpa
安全
齿轮的圆周速度
V=πd1n260=2.14m/s，可选8级制造精度。
4.2.8轴的设计
（1）高速轴的设计

图4-2高速轴示意图
选用45号钢，调质处理，插设计手册得C=112.
dmin=C3p1n1=27.32mm
轴的最小直径处为安装联轴器处轴的直径，同时选取联轴器型号，取KA=1.3，
Tca=KAT1,183.95Nm，查标准GB/T5014-2003，选用LX2型弹性柱销联轴器，其公称转矩为560Nm，半联轴器孔径d1=28mm，且半联轴器与轴的配合长度为44mm。所以
第一段L1=42mm，d1=28mm；
第二段与第一段之间需要一个位轴肩，故取d2=36mm，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=40mm。
初步选择滚动轴承，选取单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据d2=36mm，选取轴承型号为30308，尺寸为d×D×T=40mm×90mm×23mm。
故第三段与第七段直径相等为d3=d7=40mm且L7=23mm。
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，其轴肩定位高度h=6mm，因此d6=52mm。
取安装齿轮处的轴段直径d4=45mm。已知齿轮轮毂宽度为70mm，为了使套筒端面紧压齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度取L4=66mm，右端齿轮采取轴肩定位，轴肩高度h>0.07d，取h=5mm，则轴环处的直径为d5=55mm。轴环宽度b>1.4h，取L5=10mm。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取L2=50mm。
取齿轮距箱体内壁之距离为a=16mm，考虑到箱体的制造误差，在确定滚动轴承位置时，应距离箱体内壁 一段距离s=8mm。一直滚动轴承宽度T=23mm。
则L3=T+s+a+（70-66）=64mm
L6=a+s-L5=14mm
综上，L1=42mm，d1=28mm
L2=50mm，d2=36mm
L3=64mm，d3=40mm
L4=66mm，d4=45mm
L5=10mm，d5=55mm
L6=14mm，d6=52mm
L7=23mm，d7=40mm
至此，已初步确定轴的各段直径和长度。
总长度为L总=269mm
（2）中间轴的设计
中间轴如图4-3所示

图4-3 中间轴简图
选用45号钢，调质处理，查手册得C=112。
dmin=C3p2n2=47.14mm
显然轴的最小直径处为安装轴承处的直径，同时选取轴承型号30210，尺寸为d×D×T=50mm×90mm×20mm。
则第一段L1=20mm，d1=48mm。
第二段为非定位轴，取安装齿轮处的轴段直径为d2=52mm，长度为低速级小齿轮宽度减去2mm，则L2=123mm。
第三段，可根据高速轴第4、5段的齿宽得出，L3=10+（75-70）/2=12.5mm，因为此段为定位轴，所以取d3=130mm。
第四段，根据高速级大齿轮宽度为70mm，因齿轮需要伸出此段轴2mm，所以L4=68mm，d4=d2=123mm。
第五段，根据高速轴第6、7段设计，此段包括长为20mm的30210轴承，2mm的高速级大齿轮，则L5=20+2=22mm，d5=d1=48mm。
总长度L总=245mm。
（3）低速轴的设计
低速轴如图4-4所示

图4-4 低速轴简图
选用45号钢，调质处理，查得C=112
dmin=C3p3n3=76.18mm
第一段，参照工作要求及最小直径，选取轴承型号30217，尺寸为d×D×T=85mm×150mm×28mm。考虑到低速级大齿轮占用2mm以及轴承的尺寸，取L1=28mm，d1=85mm。
第二段，需要与第四段对称，故取d2=92mm，长度为低速级大齿轮宽度减去2mm，L2=118mm.
第三段，因此段为定位轴，故取d3=100mm，L3=10mm。
第四段，根据此轴其他段的设计和中间轴的总长度的L4=45mm，此段右端需要定位，所以d4=92。
第五段，根据高速级大齿轮宽度，且此段包括厚度28mm的轴承，因此L5=28mm，d5=d1=85mm。
第六段，因此段非定位轴，故取d6=83mm，取端盖宽度为30mm，端盖外端面与联轴器间距为16mm，所以L6=46mm。
第七段，根据GB/T5014-2003，选取LX6型号弹性柱销联轴器，半联轴器与轴配合的长度为132mm，因此取L7=130mm，d7=80mm。
4.3驱动轴的设计计算和工艺要求
4.3.1轴的结构设计
据前面的计算可知轴筒的直径630mm，带宽400mm。
（1） 轴上转矩 
由前面计算可知，轴上功率P0=19.98kW,轴上转速n=61r/min,则转矩 
T=9.55×106×19.9861=3.12×106N·mm
初步估算轴的最小直径。选取联轴器初估轴径，安装联轴器处的轴径为轴的最小直径。因为减速器伸出轴轴径为110mm所以，取d=110mm。
(2)各轴段轴径的确定。
如图4-2所示。由于所选滚筒直径为630mm，胶带斗提机的滚筒直径与轴径的大小之比大约为6:1，所以第6段轴径为110mm，用键22×14连接与半联轴器YL13装配。1和4段装配轴承和端盖,轴径为115mm,选用轴承型号为6017的深沟球轴承,2、4段轴径为120mm,用于装配滚筒用25×14键连接,2、5段为过渡段,轴径为118mm。

4.3.2轴的强度校核计算

(1)计算支撑反力及弯矩
轴在水平面上不受力，在垂直面上受力，如图4-3所示。

图4-3 受力分析图
FA+FB=ql（q为提升物料线载荷）
因为A、B两点对称，所以力大小是一样的，即
FA=FB=ql/2=129.2N·m
此轴上的极值弯矩位于A、B两点的中间，即,
M=ql2×l2-ql2×l4=ql2/8=0.92N·m
（2）转矩
T=9.55×106×19.9861=3.12×106N·mm
弯矩图和转矩图如下图4-4所示。

图4-4 弯矩、转矩图
（3） 当量弯矩 
已知轴的材料为45钢,调质处理，由表4-3查得σB=650MPa,由表3-4查得[σ-1]b=55MPa，由于转矩有变化，按脉动考虑，取α=0.6。
αT=0.6×3.12×106N·m=1.87×106N·m
（4） 当量弯矩
Mε=M2+(αT)2=1.87×106N·m
5）校核轴的强度 
     轴上所受载荷主要在2段，因此可用W=0.1d3进行计算。
σε=MεW=11.3MPa
校核结果：σε<[σ-1]b=55MPa，所以轴的强度是符合要求的

表4-3 轴的常用材料及主要性能
材料
牌号
热处理
毛坯直径/mm
硬度/HBS
力学性能/MPa
抗拉强度极限σB
屈服极强度限
σS
弯曲疲劳强度
σ-1
剪切疲劳极限τ-1
合金钢
40Cr
调质
25

1000
800
485
280
≤100
241~286
750
550
350
200
>100
~300
229~
269
700
500
325
185
35CrMo
调质
25

1000
850
495
285
≤100
207~
269
750