一、現(xiàn)有定軸齒輪（Gear）式電動滾筒剖析
    
　　1. YD系列油冷式電動滾筒簡介
    YD系列電動滾筒是典型的定軸齒輪（Gear）式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有電動機(jī)和減速裝置這兩大部分，此外還有用來支撐運(yùn)輸輸送帶并驅(qū)動其運(yùn)動的滾筒體，用來支撐電動滾筒整體的前后軸、支座(pedestal)，以及聯(lián)接滾筒體與前后軸的端蓋、壓蓋、軸承和密封圈等零部件。硬齒面齒輪減速機(jī)為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速，可以通過兩個(gè)齒輪減速機(jī)相聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動方案時(shí)，可配置電機(jī)的功率必須依賴于減速機(jī)的極限輸出扭矩，而不能通過電機(jī)功率來計(jì)算減速機(jī)的輸出扭矩。
    該類型電動滾筒是供各種固定(fixed)式帶式運(yùn)輸輸送機(jī)配套使用的內(nèi)驅(qū)裝置，與外驅(qū)動裝置相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊，占空間面積小，使用維護(hù)方便，操作安全可靠，密封性好等特點(diǎn)。適用于粉塵濃度大、潮濕泥濘的工作場所，可滿足各種逆止、包膠等要求。它能代替電動機(jī)―形式的外驅(qū)動裝置油冷式電動滾筒減速裝置的改進(jìn)預(yù)設(shè)構(gòu)成膠帶運(yùn)輸輸送機(jī)。
    2.定軸齒輪（Gear）減速裝置的結(jié)構(gòu)剖析
    在電動滾筒內(nèi)部，減速裝置采用定軸齒輪（Gear），常采用兩級漸開線圓柱齒輪減速。硬齒面齒輪減速機(jī)為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速，可以通過兩個(gè)齒輪減速機(jī)相聯(lián)的方法來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動方案時(shí)，可配置電機(jī)的功率必須依賴于減速機(jī)的極限輸出扭矩，而不能通過電機(jī)功率來計(jì)算減速機(jī)的輸出扭矩。左、右又叫法蘭凸緣盤或突緣軸分別與電動機(jī)的左右端蓋相連，構(gòu)成一剛性軸組件，減速裝置在右法蘭軸一側(cè)。右法蘭軸為非對稱性回轉(zhuǎn)零件，其與電動機(jī)連接端有一開口，便于齒輪通過(tōng guò)。開口處設(shè)有兩個(gè)同心且平行于法蘭軸軸線的軸承座孔，用來安裝齠輪軸。因此，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差，特別是兩軸承座孔軸線與法蘭軸軸線之間的距離公差，以及兩軸線之間的平行度公差難以保證，廢品率極高。
    內(nèi)齒圈用螺栓緊固在右端蓋上，左、右端蓋固定(fixed)在滾筒體上，這樣四者構(gòu)成一個(gè)組件，作為電動滾筒的運(yùn)動輸出部分。原理為：電動機(jī)軸上裝有齠輪，齠輪與裝在齠輪軸上的齒輪"嚙合（niè hé） "，并帶動齠輪軸轉(zhuǎn)動。齠輪軸與裝在端蓋上的內(nèi)齒圈嚙合，端蓋又與滾筒體相連，從而帶動滾筒體轉(zhuǎn)動。
    
　　二、油冷式活齒減速電動滾筒的預(yù)設(shè)
    1.減速裝置的結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)
    結(jié)合電動滾筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用內(nèi)圈輸入、中圈固定、外圈輸出形式的活齒，將活齒置于電動機(jī)與右法蘭軸之間，這樣活齒的輸入、輸出端在同一軸線上，各零件就可以預(yù)設(shè)成對稱性回轉(zhuǎn)零件?？紤]（consider)到電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，在電動機(jī)與活齒之間還需增設(shè)一個(gè)連接法蘭，才能將活齒與電動機(jī)連接在一起。這樣一來，再加上左法蘭軸，實(shí)際上是將5個(gè)構(gòu)件組合在一起，構(gòu)成了一條剛性軸。連接法蘭固定在電動機(jī)的右端蓋上，連接法蘭、活齒與右法蘭軸三者采用帶定位銷的螺栓(組成:頭部和螺桿組成)連接，并串聯(lián)鋼絲防松。
    為提高電動機(jī)輸出軸的剛性，可在軸線上加一支撐軸。支撐軸一端插在活齒雙偏心套內(nèi)與電動機(jī)軸連接，另一端通過(tōng guò)軸承支撐在右法蘭軸的左端。這樣電動機(jī)輸出軸由懸臂支承變成了簡支支承?；铨X的位置確定以后，與滾筒體和右端蓋的輸出連接就比較簡單。因?yàn)槎际腔剞D(zhuǎn)零件，且活齒外圈的外圓上帶有兩鍵槽，只需再加一零件，采用平鍵連接即可將活齒減速的輸出部分與電動滾筒的輸出部分連為一體了。這就是輸出法蘭，其內(nèi)孔通過平鍵與活齒配合，一端面通過螺栓與右端蓋連接。這樣，輸出法蘭、右端蓋與滾筒體就緊密地連接成一個(gè)組件，活齒的輸出動力通過輸出法蘭傳遞給滾筒體。
    2.樣機(jī)的預(yù)設(shè)參數(shù)
    本例所預(yù)設(shè)的參數(shù)要求如下：電動機(jī)功率P ＝4kW，額定轉(zhuǎn)速n=1 440r/min，滾筒體直徑D=630mm，帶速v＝1.25m/s，筒長l=690mm. 
    3.電動機(jī)的選用
    此電動滾筒采用間接油冷式電動機(jī)，根據(jù)給定電動機(jī)功率P=4kW，選擇電動機(jī)型號為YGY112M―
　　4. 
    4.的選用
    由比的計(jì)算公式求得的比為：i=n1/n4=πDn1/（60v）=37.98根據(jù)比及結(jié)構(gòu)零部件的相關(guān)尺寸，即可選擇BS300型活齒，其比為36.由于比的減小所造成的帶速誤差為5.5%，故能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
    5.主要零部件預(yù)設(shè)
 （1）筒體的預(yù)設(shè)將滾筒體視作簡支梁，兩端通過端蓋支撐（sustain）在左右法蘭軸上。作用在筒體上的載荷有輸送帶對滾筒的張力
　　F、圓周驅(qū)動力Fu以及運(yùn)輸輸送帶橫向位移產(chǎn)生的軸向力，后者與前兩項(xiàng)力相比數(shù)值較小，故忽略不計(jì)。
    F1= F2eμα（2 ）
    式中Fu――圓周驅(qū)動力；F1、F2 ――運(yùn)輸輸送帶緊、松邊張力（解釋:物體受到拉力作用時(shí)的相互牽引力)；F――運(yùn)輸輸送帶平均張力，F(xiàn)=（F1+F2 ）K0/2
　　（K0為允許過載系數(shù)，取K0=1.05）；μ――輸送帶與滾筒之間的摩擦因數(shù)，取μ=0.2；α――運(yùn)輸輸送帶包角，取α=3.5rad（200°）。
    可得eμα=e0.2×3.5≈2.0.圖5中M3為滾筒體所受到的轉(zhuǎn)矩，其值為：M3=5000DP/v電動滾筒的總效率(efficiency)不低于73%，由電動機(jī)功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）P＝4kW，而直徑D=630mm，帶速v＝1.25m/s，筒長l=690mm，筒體厚度t=5mm，材料為Q235―A，由此得：Fu =1000P/v=3 200N其他參數(shù)為：F1=2Fu =6 400N，F(xiàn) =1.575Fu= 5 040N，M3=1 008 N.m.最大彎矩及正、剪應(yīng)力分別為Mmax=F1/4=869.4N.mσ=5.093M/（R2t）=9N/mm2τ=2.547M3/（R2t）=5.3N/mm2 Q235―A的屈服強(qiáng)度σs=235M P a，取安全系數(shù)S=2，則：[σ]= σs/S=117.5MPa根據(jù)第四強(qiáng)度理論得：σh=（σ2+3τ2）1/2=12.9＜[σ]故此電動滾筒很安全。
   
　?。?）左右法蘭軸的預(yù)設(shè)在預(yù)設(shè)電動滾筒左、右法蘭軸時(shí)，一般在同一機(jī)座號電動機(jī)下，以帶寬最寬、速度最低這一極限條件來計(jì)算法蘭軸的截面尺寸，以提高法蘭軸的通用化程度。一般情況(Condition)下將左、右法蘭軸與電動機(jī)聯(lián)接成一個(gè)組件，按簡支梁進(jìn)行受力剖析和計(jì)算。
    RAy+ RBy= G/2+ G0+ G/2                                            
　?。?）
    1000 RBy=（1000－100）G/2+ 1000G0/2+100G/2   
　?。?）
    式中G0――左、右法蘭軸、電動機(jī)、連接法蘭及總重量，作用點(diǎn)在L/2處，G0=1 000N；L――左、右支座中心距；G――滾筒體、左右端蓋及輸出法蘭總重量，另加總重量4%的冷卻油質(zhì)量，G=800N.聯(lián)立式（3）、（4），計(jì)算得，RAy＝RBy＝900 N. 2）水平方向的支反力RAx+ RBx= F/2+ F/2                                   
　?。?）
    1000RBx=（1000－100）F/2+ 100F/2            
　　（6）
    聯(lián)立式（5）、（6），計(jì)算得，RAx＝RBx＝2 520 N.左右又叫法蘭凸緣盤或突緣軸結(jié)構(gòu)相似，下面以右法蘭軸為例進(jìn)行預(yù)預(yù)設(shè)算，右軸軸頭所承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩如圖7所示。
    1）垂直方向彎矩MA0y= RAy.c=90 N.m MB0y= RBy.L1/2=40.5 N.m 2）水平方向彎矩MA0x= RAx.c=252N.m MB0x= RBx.L1/2=113.4N.m 3）合成彎矩MA0=（MA0y 2 +MA0x 2）1/2=267.6N.m MB0=（MB0y 2 +MB0x 2）1/2=120.4N.m 4）法蘭軸截面直徑。行星齒輪減速機(jī)相對其他減速機(jī),行星減速機(jī)具有高剛性,高精度(單級可做到1分以內(nèi)),高傳動效率(單級在97%-98%),高的 扭矩/體積比,終身免維護(hù)等特點(diǎn)。法蘭軸截面直徑d1按脈動循環(huán)應(yīng)力計(jì)算d1=21.68（M0/[σ-1]）1/3mm M0=[MA0 2 +（φM3）2]1/2=661.4N.m式中M0――計(jì)算彎矩；φ――校正（詞義:校對改正)系數(shù)，按脈動循環(huán)應(yīng)力，取φ＝0.6.因功率不超過15kW，則左、右法蘭軸用QT450―l0球鐵制造，取σ-1 =145N/mm2，[σ-1]＝40N/mm2，則：d1=57.4mm.取d1＝60mm，d＝70mm.由于左法蘭軸不受轉(zhuǎn)矩作用，其載荷小于右法蘭軸，因此當(dāng)軸頭與右法蘭軸截面尺寸相同時(shí)，完全能夠滿足強(qiáng)度要求。
    校驗(yàn)右又叫法蘭凸緣盤或突緣軸危險(xiǎn)截面I―
　　I、II―II的疲勞強(qiáng)度（strength)安全系數(shù)S.假定軸表面不經(jīng)強(qiáng)化處理(chǔ lǐ)和防腐處理，內(nèi)部沒有明顯的影響疲勞強(qiáng)度的缺陷，安全系數(shù)S校核公式為：S=σ-1/｛（λσM/Z）2+0.75[（λτ+φτ）M3/ ZD]2｝1/2≥[S]式中σ-1――材料(Material)的彎曲疲勞極限；
　　M、M3――軸在計(jì)算截面上所受的彎矩和轉(zhuǎn)矩；
　　Z、ZD――軸在計(jì)算截面上的抗彎和抗扭截面模數(shù)，ZI =21.6cm3，ZDI = 43.2cm3；ZII =34.3cm3，ZDII = 68.6cm3；[S]――疲勞強(qiáng)度（strength)的許用安全系數(shù)，一般為1.5～1.8，取[S]＝1.7；φτ――扭轉(zhuǎn)時(shí)平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅的等效系數(shù)，球墨鑄鐵取φτ=0.05；λσ、λτ――從標(biāo)準(zhǔn)試件的疲勞極限到零件的疲勞極限的換算系數(shù)，λσI=2.995，λτI=2.31；λσII=2.43，λτII=1.87.則：SI=1.89，SII=3.69.右又叫法蘭凸緣盤或突緣軸兩個(gè)截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)均大于許用安全系數(shù)1.7，因此其疲勞強(qiáng)度能夠滿足使用要求。
    
　　三、結(jié)語
    通過(tōng guò)預(yù)預(yù)設(shè)算與剖析，確定了活齒減速油冷式電動滾筒的結(jié)構(gòu)形式以及零部件結(jié)構(gòu)尺寸?？梢钥闯?，由于活齒減速同軸輸入輸出，且結(jié)構(gòu)緊湊(terse)，體積較小，因此滿足了電動滾筒的整體結(jié)構(gòu)形式要求。另外，電動滾筒是一種將電動機(jī)和同時(shí)置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動裝置，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，由于電動機(jī)已達(dá)到了其極限尺寸，只能從盡可能（maybe)減小減速裝置的體積方面尋求答案，因此可以說活齒的自身結(jié)構(gòu)正是電動滾筒所需要的。