电动滚筒设计

目录
1 绪论 (4)
1.1 设计背景和意义 (4)
1.2 国电动滚筒发展概述与现状 (4)
1.3 电动滚筒发展趋势和方向 (7)
1.4 本设计特点 (9)
2 机械传动方案 (10)
3 电动机的选择 (13)
3.1 确定电动机 (13)
3.2 确定电动机额定功率及型号 (14)
4行星齿轮传动设计计算 (16)
4.1 齿轮传动的设计要求 (16)
4.2 传动比及传动比分配 (16)
4.3 高速级计算 (17)
4.4 低速级计算 (22)
4.5 行星齿轮传动基本构件上的转矩计算 (27)
4.6 效率及损失 (28)
5 轴和齿轮的设计及计算 (30)
5.1 轴的结构设计 (30)
5.2 轴的工作能力计算 (31)
5.3 轴的刚度校核计算 (32)
6 电动滚筒的机构方案设计 (33)
6.1 机构概况…………………………………………………………………………
33
6.2 零件结构 (35)
6.3 均载机构 (42)
6.4 零件材料选择 (44)
7 参考文献 (49)
毕业设计是高等院校人才培养计划的重要组成部分，是教学过程中重要的实践教学环节，是人才培养质量的全方面的综合检验。

通过做毕业设计，要求学生针对某一课题，综合运用本专业有关课程的理论和技术，做出解决实际问题的设计。

同时可以培养学生科学的思维方法和正确的设计思想，综合运用和深化所学的理论知识和技能，增强分析和解决实际问题的能力，全面完成工程师的基本训练或从事科研工作的初步训练，是学生毕业前全面素质教育的重要实践训练。

近几十年来，尤其是改革开放以来，随着我国科学技术的进步和发展，我国
已从世界上许多工业发达国家引进了大量的先进的机械设备和技术，这其中就包括电动滚筒。

电动滚筒作为驱动装置用在输送机上是从20世纪20年代开始的，它是一种将电动机和减速器共同置于滚筒体的新型驱动装置。

电动滚筒主要用于固定式和移动式带式输送机，替代传统的电动机、减速器在驱动滚筒之外的分离式装置。

我国最早使用电动滚筒是在20世纪40年代，经我国机械科技人员不断积极吸收和消化，与时俱进、开拓创新地努力奋进，使得我国的电动滚筒技术有了迅速发展。

近年来，电动滚筒在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、交通运输等工业部门和均获得了日益广泛的应用。

在设计阶段，我参考了大量的相关资料，并在网上浏览了各种关于电动滚筒的网
页，积累了各种资料，为下一步的设计奠定了必要的基础。

同时，我在设计时参考了以往电动滚筒的图纸，扬长避短，有的放矢。

当然，指导老师江教授在设计的过程中对我悉心指导，给我指出设计中的错误和不足，这对我的设计完成起了非常大的帮助，在此本人谨表深深的感激和无尽的意！这本说明书记载了我这次毕业设计的主要容和步骤，较详细的说明了电动滚筒的结构设计。

此外在设计过程中，我们得到了王湘江教授的帮助和指导，在此表示衷心的感。

由于本人初次涉及该设计，另外又由于水平有限，时间较仓促，错误疏漏之处在所难免，希望老师、同学指正，提出宝贵意见和建议，使之逐渐完善，本人不胜感激。

1绪论
1.1 设计背景和意义
我国最早使用电动滚筒是20世纪40年代，至今发展有60多年，而大约20 世纪20年代末期，德国已成功研制自然风冷式电动滚筒，比我国电动滚筒的发展早了近20多年。

自20世纪90年代末起，我国电动滚筒产品和行业技术水平都有很大提高，产品品种和规格空前发展，质量也有显著提高，有些产品已超过国外。

目前机械工业生产、销售呈现快速增长的趋势，经济效益提高，综合实力进一步加强。

电动滚筒主要用途是作为带式输送机的动力源。

电动滚筒的运用非常广泛，电动滚筒作为主动辊子广泛应用于各种生产线中的辊子输送机和辊道输送机，用来输送成件物品。

当前我国生产的电动滚筒可分为两大类，一种为电机在滚筒体的普通型电动滚筒；一种为外置电机的外装式电动滚筒。

而在西欧、北美多为油浸式齿轮传动的电动滚筒。

但是究竟选用哪种类型较好、较经济，要有合理的选择依据，并从可靠性理论上对电动滚筒进行扼要的分析。

电动滚筒是集电动机、减速齿箱和轴承于一体的高效先进的新型输送动力驱动系统。

它的工作原理是把电动机的动力通过减速齿轮机构传递到滚筒皮带输送机械。

主要应用于固定式和移动式带式输送机。

电动滚筒设计是否合理，直接影响电动滚筒的传输效果、生产率、电能消耗、滚筒皮带磨损等重要指标。

总之，在当前生产不断发展更新的情况下，这种电动滚筒将产生一定的经济效果，是一种理想的文明生产的传动设备。

1.2 国电动滚筒发展概述与现状
电动滚筒是带式输送机的一种闭式驱动装置。

它将电机、减速器、连轴器等部件装在传动滚筒之，因而具有结构紧凑、重量轻、占地少、密封性好、外形美观、安装方便等优点。

1962年起重运输机械研究所和天津运输机械厂开始研制这个产品，1964年天津运输机械厂设计了YD64型系列。

此后，起重机械运输机械厂、橡胶工业设计研究院、机械科学研究所、鹤岗市机械研究所、集安通用机械厂等单位先后开展了研制工作。

经过20多年的发展，目前我国已有八个专业生产厂，具有年产1.2万台的生产能力，可以生产油冷、风冷、定轴齿轮传动、行星齿轮传动、摆线针轮传动的多种系列产品。

但是我国设计和生产的电动滚筒参数围窄、规格少不能满足各部门、尤其是轻化、纺织、食品业的需要。

为改变这一状况，天津市运输机械二厂于1984年从丹麦约基（JOKI）公司引进了油浸式电动滚筒的全部设计、制造技术，并于1986年起投入批量生产。

这种滚筒命名为天津约基型（TJ）电动滚筒。

约基公司是目前世界上最大的电动滚筒专业生产厂之一，年产电动滚筒可达四万台。

目前国生产电动滚筒的厂家，主要有以下几家：天津市电动滚筒厂，生产的TDY油冷式电动滚筒是带式输送机的一种新型驱动装置，与外部驱动装置相比有以下优点，机构简单紧凑，密封性好，占用空间位置少。

可用于粉尘大潮湿泥泞的场所；重量轻，整体简单化，通用性强，使用维修方便，使用寿命长，工作可靠，价格便宜。

其生产的滚筒规格型号和技术参数如下（表1.1）：
电动滚筒制造总公司电动滚筒厂，生产TDY、YZ、YDB型电动滚筒，部采用行星摆线减速机构，摆线轮、针齿等采用轴承钢制造，具有承载能力大、过载能力强、传动平稳、噪声低、寿命长等特点；YDB型滚筒可用于具有可燃性气体、瓦斯、粉尘等形成的爆炸性混合物场所。

其生产的滚筒规格型号和技术参数如下（表1.2）：
省东丰机械厂生产的电动滚筒，生产的滚筒规格型号和技术参数如下（表1.3）：
其中JTB型摆线减速滚筒是将硬齿面的针齿壳输出的摆线针轮减速机构转入滚筒所组成，与电动机外联构成带式输送机的驱动装置，可以满足不同带式输送机使用性能的要求。

还有电动滚筒生产的滚筒，其规格型号和技术参数如下（表1.4）：
而目前国电动滚筒的设计大多都以进行的，从而使设计受到了一定的限制。

因而本次设计将探讨。

电动滚筒结构简单、占有空间小、动力转换率高、无需任何润滑保养的特点。

实践证明，电动滚筒是一种免维护、低成本、高效率的皮带输送机械的理想动力装置。

目前，企业界在研究的新产品主要有以下：
（1）新型传动结构的滚筒产品，如谐波齿轮传动、变速轴承传动的电动滚筒，具有体积小、传动力矩大的优点。

（2）新型动力源的滚筒，如液压马达驱动的液压滚筒。

（3）取消减速器的滚筒。

（4）智能型电动滚筒。

（5）形状多异的滚筒，如板条状滚筒，线轴形滚筒，锥形滚筒，链轮滚筒等。

今后电动滚筒及行业的发展，主要应着重于提高电动滚筒产品质量，不断开发研制新产品，加强售前、售后服务，开拓国外市场，特别是国际市场。

1.3 电动滚筒发展趋势和方向
自20世纪90年代末起，我国电动滚筒产品和行业技术水平都有很大提高，
产品品种和规格空前发展，质量也有显著提高，有些产品已超过国外。

我国目前电动滚筒产品到底达到什么水平，应采用多极指标综合评价法进行评价。

这种方法的主要特点，就是根据广义的产品概念所含的三部分容，提出多项一级指标及二级指标进行综合评价。

广义的产品概念，不仅仅是电动滚筒产品实物本身，包括下列三个方面。

核心部分。

即生产厂提供用户的产品基本性能和利益，主要括功能参数、运行性能、经济性能、经济性。

有形部分。

即通常所讲的电动滚筒产品实物，还包括可靠性、寿命、外观、品牌、特征等。

特征又包括结构性、工艺性、成套性、维修性等。

附加部分。

这是用户购买电动滚筒有形产品的同时所得到的附加利益的总和。

包括送货、发运、安装、维修、失业保障、售后服务、延期付款等容。

从广义产品概念和营销角度来看，只要附加利益不同，均应以不同产品对待。

按这样一些广义产品概念指标评价我国电动滚筒产品目前水平，显而易见，厂与厂之间的产品相比，国与国外，都会有各自的优缺点。

但就电动滚筒产品总体来看，我国电动滚筒与当前国外一般水平相比，还有一定差距的，我国电动滚筒行业技术也是有一定差距的。

今后电动滚筒及行业的发展，主要应着手提高电动滚筒产品质量，不断开发研制新产品，加强售前、售后服务，开拓国外市场，特别是国际市场四个方面。

开发研制新产品是企业保持活力和获得成功的关键。

但是开发新产品又是令企业左右为难的事，一方面开发新产品非常不易，构思、设计难，资金、人力更有限，企业还要担负随时都可能发生的开发失败的风险。

另一方面它是企业获得经营成功的必备手段。

企业应近、远期新产品开发框架，应有长期性、战略性、可行性的开发研制战略规划，使产品形成生产、设计、开发、研制周而复始的一个环，保持着产品的连续性、延伸性和质的递进行，只有这样，企业才能取得生存与发展。

传统的观念认为新产品是指通过新的发明创造所形成的产品。

1981年国家经委对新产品的观念和围作出了如下规定：“新产品必须在结构、性能、原材料、工艺方法和技术特征等方面比老产品有显著改进或提高。

在一个省、市、自治区围是第一次试制成功的产品，并经过有关部门的鉴定确认”。

国家经委的一个规定，对当时一段时间管理新产品提供统一的规定标准。

但是由于现代市场学对产品概念提出了较广义的理解，因而对新产品也提出了一个涵丰富的广义概念，不仅仅是从技术角度衡量，而是从市场需要的营销角度来理解。

因此新产品就成了一个非常广义概念。

目前企业界从营销角度所称的新产品，主要有以下几类：
全新产品或新发明的产品对电动滚筒来说，主要是指采用新原理、新结构、新技术等制成的新产品，具有一定的新性能，能满足别的滚筒产品不能代替的某些特殊需要的滚筒产品，这种全新滚筒产品目前已知的有以下几种。

新型传动结构的滚筒产品，如谐波齿轮传动、变速轴承传动的电动滚筒等，它们具有体积小，传动力矩大等优点。

新型动力源的滚筒产品，如由液压马达驱动的液压滚筒等。

取消减速器的滚筒产品，这种产品已在生产线上使用。

这种电动滚筒是一种外转子电机转子套上筒皮的产品，电机可以使三相或单相电机。

三相或单相电机的调速方法很多，可以是多速或无极变速。

职能型电动滚筒。

这是一项将机械、电子等技术有机结合综合使用运用于滚
筒中的技术。

主要是指能用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代产品。

它使滚筒实现自动识别，如来件就转无件就停机；数字化-升温、速度等自动显示；职能化-自动停机、开机、报警等；使滚筒产品性能实现质的飞跃。

利用机电一体技术，可以对传统的滚筒进行适当的改造、革新而提高滚筒产品的技术性能，可以通过大幅度改造和更新扩大滚筒产品的功能，可以完全超脱原有滚筒产品的形态特征发展创造独特的新产品，如用在办公设备、某些家用电器及仪表中的微型伺服传动滚筒等。

革新与改进的滚筒产品革新与改进主要是对现有产品而言，其特点是它们不仅和现有同类产品一样能满足某种需要，但由于工艺、材料、设计甚至标准上的革新，产品在结构、功能或者外形上都有新特点和优越性。

因此可以部分地乃至全部代替原有产品。

实际上根据用户的需要，在原有基础上的革新与改进还可以产生出许多新的滚筒产品。

性状改变的滚筒产品主要指改变外形或外型尺寸而适合于某一特定场合的新型滚筒产品，滚筒的主要性能没有多大变化。

如双层筒体的电动滚筒，板条状滚筒，线轴形滚筒，锥形滚筒，锯齿形滚筒，等形状的滚筒。

发展与滚筒相关的新产品因为产品和新产品的概念从市场营销角度来看，含义十分广泛，不仅是电动滚筒实体本身，只要给用户附近某种利益就可以算作一种新产品，如免费送货产品、包退包换产品、延期付款产品、提供特殊设备、附件产品等。

对于一个企业来说，只能有选择地对某一种电动滚筒或几种电动滚筒给予用户某种特殊的附加利益，以促销本企业最拿手的产品。

为用户提供价廉物美的电动滚筒零件、易损件、优质的售后服务等，从广义的营销角度来看，都是与滚筒有关的新产品。

从以上分析来看，电动滚筒产品的不断开发与研制是大有可为的。

1.4本设计特点
本设计为Φ630 电动滚筒，用于带式输送的驱动。

电机和传动减速器均装于滚筒。

减速器分两级，第一级为行星传动，第二级为具有中间齿轮的一般啮合传动，其中的行星架是固定的，动机锭子通过法兰与卷筒支承轴连接，法兰固定不动。

减速器行星传动级的行星架与减速器第二级中心轮刚性相连接。

减速器中没有浮动构件。

卷筒运动通过减速器第二级齿圈传递。

齿圈与滚筒采用螺栓和销子联接。

卷筒注有润滑油，润滑传动齿轮和轴承，并用以冷却电机锭子。

电动滚筒以其结构紧凑、整机体积小且轻便等优点，被应用在胶带输送机的驱动装置上。

而电动滚筒减速机构可以分为定轴轮系减速、周转轮系减速、混合轮系减速。

由于行星轮系减速具有定轴轮系无法比拟的优点，所以，在国外已被广泛地应用在电动滚筒的减速机构上。

如何减小电动滚筒减速机构体积，减小材料消耗，对于设计电动滚筒来说很有实际意义。

影响电动滚筒减速机构体积的是各级太阳轮及行星轮体积之和。

为了将电动滚筒电动机及减速器产生的热量及时地散发出去，现多采用油冷的方法，同时，冷却油液还兼作齿轮及轴承的润滑剂，油的温度又影响油的黏度，进而影响齿面上油膜的产生，导致影响齿轮的寿命。

2 机械传动方案设计
国外生产的减速器类型不少，但目前用在电动滚筒上能批量生产的不外乎三种类型：1.定轴齿轮传动的电动滚筒，2.渐开线行星齿轮传动的电动滚筒，3.摆线针轮传动的电动滚筒。

其中的渐开线行星齿轮传动的电动滚筒较定轴齿轮传动具有体积小、重量轻、承载能力大、工作平稳等优点。

在电动滚筒中最常用的
为NWC型的二级或三级传动机构。

渐开线齿轮传动具有机械效率高、传动平稳、便于设计传动比、便于调整齿轮副中心距、承载能力高、传递转矩大、便于加式制造成本低等优点，所以在传动机构中应用得十分普遍。

行星齿轮传动,或称为行星轮系,是指当齿轮系运转时,如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定,而绕着其他齿轮的几何轴线旋转,即在该齿轮系中,至少举有个一个作行星运动的齿轮.
行星齿轮传动按其自由度的数目可分为两种:周转轮系和差动轮系.
周转轮系是具有一个自由度的行星齿轮传动,只需知道其中一个构件的运动后,其余各构件的运动便可以确定.差动轮系是具有两个自由度的行星齿轮传动.无论是周转轮系,还是差动轮系,其中作行星运动的齿轮C,都被称为行星齿轮(简称行星轮).换言之,在齿轮系中,凡具有自转和公转的齿轮,则称为行星轮.平常所指的行星轮系一般是指周转轮系,这里论及的行星轮系亦如此.行星轮系由行星轮、太阳轮和行星架三大构件组成。

在行星齿轮转动中,支承行星轮C并使它得到公转的构件,称为行星架,也称为转臂或系杆,用符号X表示,转臂X饶之旋转的几何轴线,称为主轴线.而与行星轮相啮合的,且其轴线又与主轴线重合的齿轮,称为中心轮;外齿中心轮用符号A表示,齿中心轮用符号B表示.最小的外齿中心轮又可称为太阳轮.而固定不动的中心轮,称为支持轮.
行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。

它的最显著的特点是：在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同一主轴线上。

所以行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速成器、增速器和变速
装置。

尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速成器的汽车和坦克等车辆齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。

行星齿轮传动的主要特点如下。

(1)体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大一般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮传动的1/2-1/5（即在承受相同的载荷条件下）。

(2)传动效率高由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用天中心轮的转臂轴承中心的反作用能互想平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。

在传动类型选择恰当、结构布置合理的情况下，其效率值可达0.97-0.99。

(3)传动比较大，可以实现运动的合成与分解只要适当选择行星齿轮的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。

在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可达到几千。

应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑、质量小、体积小等许多优点。

而且，他还可以实现运动合成与分解以及实现保种变速的复杂运动。

(4)运动平稳、搞冲击和振动的能力较强由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。

同时，也使参与啮合的齿轮增多，帮行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。

总之,行星齿轮传动具有质量小、体积小、传动比大及效率高等优点.
行星齿轮传动的缺点：材料优质、结构复杂、制造和安装较困难。

但随着人们对行星传动技术进一步深入了解和掌握以及对国外行星传动技术的引进和消
化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。

因此，对于它的制造安装问题，目前已不再视为一件什么困难的事情。

实践表明，在具有中等技术水平的工厂里也是完全可以制造出较了的行星轮传动减速速器。

在设计电动滚筒的行星齿轮传动中,不仅要了解其优点,也要了解其缺点,充分发挥其优点,且把其缺点降低到最低的限度.从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置.
我设计的电动滚筒的传动机构将采用这种机构。

其原理图（图1.1）如下：
传 动 简 图
z z
z
z
（图1.1）是两级行星齿轮传动的结构原理图。

从图中可见，按基本构件命名，这是典型的2K-H型周转轮系。

按啮合形式分类，它属于NCW型传动机构。

图中齿数为Z1的太阳轮与电动机的转子轴联结。

第一级传动齿数为Z3的齿圈固定，由行星架输出，同时作为第二级传动齿数为Z4的输入。

第二级传动齿数为Z6的齿圈通过螺栓联接电动滚筒的卷筒,从而驱动电动滚筒的筒体旋转.
在行星传动中，NGW型机构也是目前电动滚筒中应用最广泛的传动机构。

在设计行星齿轮传动时，除了要考虑传动比条件外，还要考虑齿轮的同心条件、装配条件和邻接条件。

有关这方面的资料和计算方法会在后面的部分说明。

很明显,第一级传动的传动比i1=(1+z3/z1), 第二级传动的传动比为i2=(1+z6/z4)。

总传动比i为两极传动比之积。

即：
i=i1i2=(1+z3/z1) (1+z6/z4)
这种传动机构的优点在于，各级行星齿轮的数目都在两个以上，负荷可以由多个行星轮分担。

在电动滚筒长度足够长的情况下，可以通过增加传动机构的级数。

获得更大的传动比。

而总传动比为各级传动比之积。

i=i1i2i3……in
式中 n为传动机构的级数；
in为每级传动机构的传动比。

而随着传动级数的增加，传动机构的总效率也随之降低。

因此，设计中采用二级NGW型传动机构。

设计齿轮传动需确定的容是：齿轮材料和热处理方式，齿轮的齿数、模数、变位系数、齿宽、分度圆螺旋角、分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、结构尺寸等；对圆柱齿轮传动还有中心距；对锥齿轮传动，还有锥距、节锥角、顶锥角和根锥角等。

齿轮材料及热处理方式的选择，应考虑齿轮的工作条件、传动尺寸的要求、制造设备条件等。

若传递功率大，且要求尺寸紧凑，可选用合金钢或合金铸钢，并采用表面淬火或渗碳淬火等热处理方式；若一般要求，则可选用碳钢或铸钢或铸铁，采用正火或调质等热处理方式。

当齿轮顶圆直径d<400-500mm时，可采用锻造或铸造毛坯；当d>400-500mm时，因受锻造是被能力的限制，应采用铸铁或。