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活齒減速電動滾筒結構設計
活齒減速電動滾筒結構設計
電動滾筒具有結構緊湊，傳動效率高，運轉平穩以及占用空間位置小等優點，因此目前國內外已將電動滾筒廣泛應用于采礦、冶金、煤炭、交通、能源和糧食等各個生產建設領域[1]。電動滾筒作為驅動裝置在輸送機上使用 開始于20世紀20年代的德國。
電動滾筒是帶式輸送機的一個重要動力部件，就冷卻形式而言有油冷式、油浸式及風冷式等，就減速形式而言有齒輪減速式及擺線針輪式等，就電動機的安裝位置而言有內置式和外置式等。目前應用較多的是齒輪減速、內置、油冷式電動滾筒，特別是對于小型和微型電動滾筒來說，這種電動滾筒更具有不可替代的地位。但是，齒輪減速油冷式電動滾筒承載能力較差，傳動效率低，右法蘭軸結構復雜和工藝性較差，現已不能滿足市場需求。而活齒減速器具有嚙合齒數多，承載和抗沖擊能力強，傳動比大，結構緊湊，傳動效率高和工藝性好等優點[3]，如將活齒波動傳動技術移植到電動滾筒內，將形成一種全新的活齒減速式電動滾筒[4]。因此，采用活齒減速技術對現有齒輪減速式電動滾筒進行了改進設計。
二、選型設計
1．電動機的選用
電動機是帶式輸送機的動力源，其特點是：長時間連續工作，因此要求電動機為連續工作制(S1)；帶式輸送機一旦停機，要求電動滾筒能夠在有負荷情況下起動，因此要求電動機有較大的起動轉矩，又要求電動機的起動電流不能太大。
正確選擇電動機額定功率的原則是：在電動機能夠勝任機械負倚要求的前提下，最經濟、最合理地確定電動機的功率。確定功率時，要考慮電動機的發熱、允許過載能力和起動性能三個方面的因素。一般情況下，發熱問題最重要。電動滾筒中電動機的使用場合很特殊，它安裝在電動滾筒的簡體內部，所以其電動機的散熱條件優劣是極其重要的問題。
從冷卻方式來劃分，電動滾筒所用電動機可分為自然冷卻式、風冷式及油冷式。在油冷式電動機中，根據冷卻油與電動機定子繞組的相對位置，又可以進一步分為直接油冷式電動機和間接油冷式電動機。間接油冷式滾筒體內添加一定數量的冷卻油，電動機殼體的下部浸泡在冷卻油中(如圖1所示)。滾筒體內壁上設有刮油板，當電動滾筒旋轉時，刮油板可以把冷卻油帶起來。這樣一方面可以使冷卻油自身得到冷卻，另一方面是能把冷卻油澆到電動機殼體的上部及側面，起到全方位冷卻電動機的作用。在活齒減速油冷式電動滾筒中采用了間接油冷式電動機，并要求電動機功率P=3kW，由此選擇常用的電動機型號為YGYl00L2-4。
圖l 電動滾筒結構簡圖
1．左法蘭軸2．冷卻油3．電動機4．減速裝置5．右法蘭軸
2．減速裝置的結構特點及其選用
活齒波動傳動是一種傳遞兩同軸間回轉運動的裝置，它具有結構緊湊，傳動比大，承載能力強和傳動效率高等優點[5-8]。主要有3個基本構件組成，即激波器(偏心輪)、活齒輪(包括活齒架、活齒等)和中心輪(如圖2所示)。
圖2 活齒傳動的基本構件
1．中心輪2．活齒輪3．偏心輪
活齒架與其上的活齒組成的活齒輪具有行星輪和輸出機構的功能，偏心距為e的偏心輪相當于支承行星輪的行星架，它們與中心輪一起組成了K—H—V型少齒差行星傳動，所以各種類型的活齒傳動統稱為“少齒差活齒行星齒輪傳動”帕1。
活齒傳動原理如圖3所示：當輸入驅動力后，輸入軸帶動偏心輪繞固定中心O以等角速度蛾順時針轉動，由于偏心輪半徑變化的輪廓曲線產生徑向推力，迫使與中心輪工作齒形接觸的各活齒在沿活齒架徑向導槽移動的同時，通過與中心輪齒廓嚙合，推動中心輪以等角速度順時針轉動，從而實現了活齒傳動定傳動比的轉速變換。
圖3 活齒傳動的結構模型和傳動原理圖
1．中心輪2．活齒輪3．偏心輪
由活齒傳動結構原理可知，活齒傳動是由K—H—V型少齒差行星齒輪傳動演化而成的一種新型齒輪傳動，它利用一組中間活動件——活齒來實現兩同軸之間的轉速變換，變行星齒輪的輪齒與輪體的剛性聯接為運動副活動聯接，使行星齒輪的全部輪齒成為一組作循環運動的獨立運動體，也就是活齒?；铨X與活齒架組成了活齒輪，變行星齒輪的行星運動為活齒輪繞固定軸線轉動，并使各活齒在活齒架的導向槽中按一定的運動規律運動，以實現行星齒輪作行星運動的功能?；铨X傳動這一結構特征使其在小偏心距平行軸間的轉速變換過程中，省去了少齒差行星齒輪傳動必須采用的w運動輸出機構，不但有效地克服了采用w運動輸出機構給少齒差行星齒輪傳動帶來的激波器軸承壽命短的問題，而且傳動鏈顯著縮短，這給活齒少齒差行星齒輪傳動帶來了一系列優點：
(1)結構新穎緊湊活齒傳動省去了少齒差行星齒輪傳動、擺線針輪傳動所必需的w等速運動輸出機構，減速運動通過活齒直接由活齒架輸出，組成活齒傳動的三個基本構件——激波器、活齒輪和中心輪同軸布置，活齒輪放在中心輪里面，簡化了結構，使傳動裝置的軸向和徑向尺寸都很小，縮小了體積并減輕了重量。
(2)多齒嚙合，承載能力高活齒輪由活齒和活齒架采用移動副或轉動副聯接組成，避免了內嚙合齒輪副輪齒間的相互干涉，能使所有的活齒同時和中心輪齒廓接觸，最多可以有112的活齒參加嚙合，承載能力高?；铨X傳動共軛齒形的連續接觸形式，避免了嚙入嚙出的沖擊，傳動平穩無噪聲。
(3)傳動比大、范圍廣單級傳動比為8-60，雙級傳動比為64～3 600；二齒差活齒傳動和封閉型二級活齒傳動等新型活齒傳動的相繼提出，不但使活齒傳動傳動比向大、小兩個方向擴展，擴大了傳動比范圍，而且還有多路傳動的功能。
(4)傳動效率高活齒傳動采用活齒后，使輸出機構和活齒輪的分齒部分合成一體，使輸入軸到輸出軸之間的運動鏈縮短，減少了動力傳遞損失；活齒和中心輪、激波器和活齒架之間組成的一個低副和兩個高副，使組成運動副的各運動副元素間有較多的相對波動，嚙合效率提高；激波器采用雙排結構，且互成180。布置，使慣性力相互平衡，從而提高了活齒傳動效率。
(5)基本構件的工藝性激波器通常采用偏心圓，工藝性好。
由于活齒傳動具有上述突出特點，已引起國內外工程界的重視?；铨X傳動己應用到能源、通信、機床、汽車拖拉機和冶金等工業部門中。
當滾筒體直徑D=400mm，帶速v=1.6m/s，筒長l=690mm。選用的電動機型號YGYl00L2-4查得額定轉速n1=1420r/min，由此求得傳動比i為
式中n1-電動機額定轉速，單位為r/min；
n4-電動滾筒名義轉速，單位為r/min。
由此選用TB6-3-20型活齒減速機，其傳動比為20。由于傳動比的增大所造成的帶速誤差為7％，能夠滿足實際生產需要。
三、主要零部件設計
1．滾筒體設計
滾筒體結構如圖4所示，這是電動滾筒的關鍵部件之一，它直接承擔著輸送機的動力傳遞及輸送帶的改向功能，滾筒體工作時承受著復雜的交變復合應力，其破壞主要來自疲勞和磨損，所以滾筒體的合理設計也關系到電動滾筒甚至整條帶式輸送機的安全性和可靠性。
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