可伸缩式皮带输送机的设计.doc
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2016届分类号:
TH222
单位代码:
10452
毕业论文（设计）
可伸缩式皮带输送机的设计
姓名
学号
年级
专业 机械设计制造及其自动化
系 （院） 机械工程学院
指导教师
2016年4月10日
摘要
本论文是可伸缩式皮带输送机的设计。
此输送机是一种高运输效率，有效便捷，满足多种场合的需求的摩擦驱动连续运送方式。
此皮带输送机利用抽屉原理，搭载最新款的电动滚筒可以源源不断提供动力，采用螺旋传送方式将下层皮带抽出以满足不同距离的输送要求，由于第二层在下面所以第二层可以不具有反转的要求，只有第一层可以来往运输，还在输送机的下面设计了轮子以方便输送机的移动。
倾斜动力源的设计来自于对农村运土三轮车车厢动力的模仿。
本设计首先对皮带机作了简单的概述，然后指出设计方向，做出方案选择，然后对传动系统选型，最后进行设计计算。
关键词：
移动；伸缩机构；皮带输送机
ABSTRACT
Thispaperisatelescopicbeltconveyordesign.Thisconveyorisafrictiondrivecontinuousshipping,transportefficiencyandconveniencetomeettheneedsofavarietyofoccasions.Thisusesthelatestconveyorrollercancontinuetoprovideelectricpower,usethedrawerprinciple,theuseofscrewconveyorswayoutofthelowerbeltconveyortomeettherequirementsofdifferentdistances,sincethesecondlayerisasecondlayerbeneathitmaynothaveanti-transferrequest,onlythefirstlayermaycontacttransport,stillbelowtheconveyorwheelsdesignedtofacilitatethemovementoftheconveyor.Itisusedforhorizontalorinclinedtransportationtransport,easytouse.Tiltpowersourcedesignfromruralearthmovingtricyclecarpoweredimitation.Thedesignisfirstmadeonthebeltbriefoverview,thenpointedoutthatthedesigndirectiontomaketheprogramselection.
Keywords:
mobile;telescopicstructure;beltconveyor
目录
1绪论 1
1.1概述 1
1.2带式输送机的分类 1
1.3设计方向的选择 1
1.4本论文的设计要求 1
2输送带的设计 2
2.1输送带的设计与计算 2
2.1.1原始数据 2
2.1.2带速的确定 3
2.1.3带宽的设计计算 3
2.1.4输送带带型的选择 3
2.1.5输送带出现跑偏及解决办法 3
2.2滚筒的设计 4
2.2.1驱动滚筒的设计 4
2.2.2改向滚筒的选用 5
2.3托辊的选用 5
2.3.1平行上托辊 5
2.3.2平行下托辊 5
3伸缩机构的设计 6
3.1轨道的设计 6
3.2螺母螺杆的设计 6
3.3螺旋传动的计算 6
3.3.1耐磨性计算 6
3.3.2强度计算 7
3.3.3螺杆的刚度计算 9
3.3.4稳定性计算 11
3.4动力计算 12
3.5螺杆轴承的选用 12
3.5.1已知数据 12
3.5.2寿命计算 13
3.6轴承座 15
3.7传动键的选用 15
3.8螺母螺杆装置布置 15
3.9连接螺母和伸长架的螺栓选择 15
4驱动装置的设计与选型 17
4.1电动机的选择 17
4.2减速器的选型 17
4.3联轴器的选型 17
5关于机架的设计 18
5.1机架的设计要求 18
5.2机架的材料选择 18
5.3输送机支撑架形式 19
5.4固定铰支座和液压缸受力分析和安装位置设计 19
5.5伸长架稳定性计算 20
5.6液压缸的选择 21
5.7水平移动装置 21
6总装配的设计 22
参考文献 23
致谢 24
19
1绪论
1.1概述
可伸缩式式皮带运输机是带式输送机的其中一种类型,它是一种通用且连续运输的机械。
皮带运输机被广泛应用在轻工业的生产线上。
皮带运输机既可以运送沙粒状物料,又可以运送块件或包件物品。
带式输送机具有很强的适应性能，在工业制造上普遍应用。
近年来，带式输送机在别的产业部门表现出巨大的优越性和商业应用价值，尤其是在食品包装、物流、包装箱的的运输上。
本论文的主要目的是解决工作人员在皮带机运输过程中更方便的操作，而且可以发挥皮带机更大的用处，可以适用于不同距离的场地运输，以及不同高度的操作。
这虽然是一点小小的改进，但是却给工作人员带来了巨大的方便。
本论文对于皮带机的改进之处主要有两点：
一点是给皮带机设置了脚轮，给皮带机的移动带来了方便；另一点是给皮带机添加了伸缩机构，就是变速箱与伸缩杆的结合，可以适合不同场地的运作。
然后对输送机整体进行了质量估计，以及对固定铰支座和液压缸进行了受力分析，最后对于伸长架的稳定性进行了设计计算，其他零部件采用的是传统设计，然后通过作图软件把设计的以及减速器和其他零部件以及整体装配图画出来，虽然有一些不足，可是我对输送机的设计有了更深的理解，画图的技巧也有所提高。
1.2带式输送机的分类
（1）依据输送机是否能够移动分类
固定带式；移动带式；移置带式；可伸缩带式。
（2）依据输送带的结构特征分类
普通输送带带式输送机；网带输送机；管状带式输送机。
（3）依据输送机的承栽方式分类
托辊带式输送机；气垫带式输送机；深槽带式输送机。
1.3设计方向的选择
考虑到传统的皮带输送机不能满足人们的更多要求，有移动不可伸缩型，有可以伸缩但不能移动型，有可以移动但只可水平方向运动型，也有可以移动能向上输送的机型。
这些都不能很好的满足生产生活中的需求，所以鉴于上述带式输送机的分类，我将移动、伸缩、倾斜三个优点集于一体，制作成既可以方便移动，又可以像抽屉式的伸缩以适合不同距离的工作要求，既可以水平又可以倾斜运输的可伸缩式皮带输送机。
1.4本论文的设计要求
设计要求：
适用于不同距离的、不同行业的装卸散料或单件重100公斤左右的货物。
输送机长度为5~8米，提升高度为0~2米，输送能力为50t/h，运输速度为1m/s。
2输送带的设计
2.1输送带的设计与计算
2.1.1原始数据
本款输送机主要用于不等距离的短途运输，能装卸散料或单件100公斤以下的成件物品，现在初定单件物品重50kg。
输送机布置形式及主要尺寸：
上层的输送带，电动滚筒安装在输送带的下部，中部安装托辊数根，尾部安装改向滚筒。
下层的输送带同第一层的布置形式，这样的安装使得重心偏下，输送机更加稳固。
第一层长5米是固定长度，第二层长3.5米，伸出后总长为8米，伸出后放下伸缩杆，可以撑起更多重量。
输送带允许的最大倾角如表1所示。
成件物品
纸袋
塑料袋
麻袋
纸箱
不包装
~
表1成件物品倾斜输送许用角度[1]
图1运动简图
工作环境：
带式输送机工作一般不受温度的影响。
可以在室内或室外工作，下雨天也可以使用，但是要保证使用完后的保养，对于在特殊环境下工作的带式输送机，应采取相应的保护措施。
2.1.2带速的确定
可伸缩式皮带输送机的输送能力对带宽运行速度起决定性作用。
根据我国带速标准化的规定，再与输送带的带宽和所运物料得性质相结合来选取[1]，初步确定带速V=1m/s。
2.1.3带宽的设计计算
表2货载端面系数[2]
动堆积角
10°
20°
30°
40°
50°
K
槽型
316
385
422
458
496
平型
67
135
172
209
247
表3运输机倾角系数[2]
输送倾角
0~3°
5°
10°
15°
20°
C
1
0.99
0.95
0.89
0.81
（1）按输送能力确定带宽B11
（2-1）
式中；
（由表3-2得到）；
；
（松散程度）
（由表3得到）;
计算得B1=680mm，所以选取带宽为680mm。
（2）按运送货物的多少确定带宽B2
式中—得到最大运送货物件的横向尺寸。
综合考虑，我的带宽选择为800mm。
2.1.4输送带带型的选择
一般条件下，输送带的带型选择的是分层带；在同等抗拉强度的情况下，优先选用尼龙、维纶帆布层带作为输送带的带型，因为该材料集带薄，带轻，柔软，成槽性好、耐水和耐腐蚀的优点于一身。
输送带构成的一般机构包括带芯（骨架）和覆盖层。
由各种织物或钢丝绳组成的带芯。
带芯材料需要具备足够的强度跟刚度，因为在工作中的输送带，带芯几乎承受着全部负荷。
本设计采用维纶帆布层带。
2.1.5输送带出现跑偏及解决办法
带式输送机通常会出现输送带跑偏的现象。
有很多种原因导致跑偏，其主要原因有较低的安装精度和日常维护保养差。
安装过程中，把头尾滚筒跟中间托辊安置在同一中心线上，使之能相互平行，从而保证输送带正常运行，不会出现输送带偏移的现象。
同时要正确使用带子接头，两侧的周长也应该相等。
正确处理输送带跑偏的方法有：
认真检查带式输送机纵向中心线跟托辊横向中心线的不重合度。
出现不重合度值高于3毫米的情况，通过改变托辊组两侧的长形安装孔位置对其进行修正调整[3]。
通常方法是输送带向哪边跑，托辊组的哪一边向输送带前进的方向前移，或输送带另外一边后移。
对头，尾机架安装轴承座的两平面的偏差大于1mm的情况，应调整两平面使其在同一平面内。
2.2滚筒的设计
2.2.1驱动滚筒的设计
生产机械所需的功率决定电动机的功率，通常使电动机在额定功率下运行。
本设计选用2个QDF风冷式电动机[2]，电动机功率为1.812kw选用N=2.2KW，名义转矩M=1500，滚筒直径D=320mm，参考质量为W=160Kg。
风冷式电动机滚筒安装尺寸示意图如图2所示。
图2风冷式电动机滚筒安装尺寸示意图
图3改向滚筒示意图
2.2.2改向滚筒的选用
通过改向电动滚筒来改变输送带的运行方向，通过压紧输送带使其增大与传动滚筒的包角[3]。
本设计选用了2个改向滚筒，D=l64mm，L=900mm，M=45.5Kg。
改向滚筒示意图如图3所示。
2.3托辊的选用
输送带和物料一般都是托辊来支承的，通过减少输送带在运行过程中的阻力，从而保证输送带的垂度在技术规定的范围内，确保输送带平稳的运行在预定的方向上。
托辊是带式输送机上的重要零部件，日常检查、维修和更换的的主要对象就是托辊。
托辊的可靠性和寿命对输送机的功效起着很大的作用。
2.3.1平行上托辊
图4平行上托辊示意图
2.3.2平行下托辊
图5平行下托辊示意图
本设计论文的托辊布置为上托辊间距为350mm，主机架14个，伸长架8个，上托辊共22个。
下托辊为5个，主机架3个，伸长架2个。
3伸缩机构的设计
3.1轨道的设计
对于第二层输送带的伸缩设计首先要设计好轨道，此轨道主要起支撑作用，在第二层支架下面安装上合适的辊轮，使之正好能平稳的在输送带上运行。
在伸缩机架下安装上一定数量的脚轮用以支撑伸缩输送带的空载及负载。
设计的为2个轨道，每个轨道长3.5米，共长7米，用Q235的钢[4]，其密度，轨道厚度可设计为10mm，宽50mm，质量约为M=27.475Kg。
3.2螺母螺杆的设计
滚珠丝杠具备高效率的传动比，摩擦也相对比较小，而且滚珠丝杠的摩擦角比螺旋角还要小，所以一般不会出现自锁的情况[5]。
若要自锁还需加制动装置，设计起来比较繁琐。
蜗轮蜗杆机构不能在水平范围内做往复直线运动，同时当伸长机架伸出时会对蜗轮蜗杆变位造成咬合不均匀的现象，所以这里我选择了螺母螺杆传动装置[1]。
螺母螺杆传动示意图如下：
图6螺母螺杆传动示意图
3.3螺旋传动的计算
在螺旋传动中，螺杆主要受转矩跟轴向拉力的负荷。
这些外力力会磨损螺杆螺母任务外表面，致使螺杆外部发生形变以及螺母牙发生的断裂[5]；当出现螺杆的长经比较大的情况时，导致螺杆出现受力不均发生形变致使失稳。
因此，对滑动螺旋传动的耐磨性、强度、刚度、稳定性这四个方面进行设计计算。
3.3.1耐磨性计算
磨损是滑动螺旋传动常见的失效形式，一般对螺杆的直径和螺母轴向长度依据耐磨性来计算。
在传动运行过程中，螺纹磨损的速度直接取决于工作表面的压力。
所受轴向力N。
定N，最高转速r/min。
从工艺实用性方面来考虑，对耐磨的螺纹和比较高的使用寿命有一定的要求，所以一般会对螺纹工作表面的压力进行限制，通常不会超过给定的许用压力，即
（3-1）
式中p—螺纹工作表面上的平均压强；
[p]—许用压强，。
通过查表可得许用压强[p]=7~10,取[p]=7；
—轴向载荷；
—螺纹中径；
h—螺纹工作高度；
n—螺纹工作圈数，H为螺母高度，t为螺距。
螺纹中径：
（3-2）
式中ζ—螺纹形式系数，梯形螺纹ζ=0.8；
—螺母长度L与螺纹中径之比，剖分式螺母=2.5~3.5，取=2.5。
查GB5796-86，取，公称直径，外螺纹小径，螺距。
螺母高度：
螺纹工作高度：
所以螺纹工作表面的压强
，，校验合格。
3.3.2强度计算
（1）螺杆强度计算。
螺杆在轴向力载荷下产生正应力，扭转矩的作用下产生切应力[7]。
由第四强度理论对螺杆进行强度校核计算：
（3-4）
式中—应力；
—许用应力；
—螺纹内径；
—轴向载荷；
T—转矩，一般为摩擦力矩。
（2）螺旋传动的转矩为：
（3-5）
T
所以当量应力:
（3）强度条件
查阅相关资料可知，45钢调质处理后
由计算可得，螺纹强度满足条件。
（4）螺纹强度计算
螺纹强度包括螺杆螺纹强度和螺母螺纹强度两种类型，通常情况下，螺杆的强度比螺母高很多[8]，因此只要对螺母螺纹牙强度进行计算即可。
螺母材料选用青铜。
螺纹牙底宽度，梯形螺纹
只验算螺母剪切应力，
（3-6）
其中，—旋合圈数。
符合要求。
所以，
青铜螺母的，，校验满足强度。
弯曲应力只验算螺母如图7所示。
图7螺母螺纹圈的受力
由强度计算结果得出，校验也满足强度要求。
3.3.3螺杆的刚度计算
在轴向载荷和转矩T的作用下，螺杆将产生变形，进而使螺距发生变化，从而螺旋传动精度受到影响[8]。
在设计时应把刚度校核的计算考虑在内，把螺距的改变限制在许用的范围内。
（1）在轴向力作用下，螺距的变量。
（3-7）
螺杆螺纹截面面积
（3-8）
式中，t—螺距；
E—材料的杨氏模量，查表得E=；
d2—梯形螺纹按螺纹中径。
常用材料的杨氏模量、切变模量和泊松比如表4，
得：
所以
表4常用材料的杨氏模量、切变模量和泊松比[3]
序号
材料
杨氏模量
E\Gpa
切变模量
G\Gpa
泊松比
1
镍铬钢、合金钢
206
79.38
0.25~0.3
2
碳钢
196~206
79
0.24~0.28
3
铸钢
172~202
73~76
0.3
4
球墨铸铁
140~154
5
灰铸铁、白口铸铁
113~157
44
0.23~0.27
（2）螺杆受扭矩T时，螺杆在1个螺距长度上产生的扭转角为
由此而引起的一个螺距的变量为
（3-9）
螺杆螺纹的极惯性矩
（3-10）
式中，G—材料的剪切杨氏模量，对于钢Mpa；
—梯形螺纹按螺纹中径。
当扭矩的方向与螺旋方向相反时取“+”号，扭矩的方向与螺旋方向相同时取“-”号。
所以
（3）一个螺距总的变化量为
（3-11）
（4）螺杆的单位长度变形量为
而
故，所以螺杆安全。
3.3.4稳定性计算
对于较大柔度的受压螺杆，在工作时，螺杆可能由于失稳而产生侧向挠曲的情况，因此对螺杆进行稳定性的校核[9]，根据欧拉公式有
（3-12）
式中，——螺杆失稳时的临界轴向载荷；
——螺杆的最大轴向载荷；
k——安全系数，一般k=2.5～4；
E——螺杆材料的拉压弹性模量，对钢；
J——螺杆截面的惯性矩，对于梯形螺纹应按中径计算，；
——螺杆的工作长度，一般取螺杆支承点间的距离；
——长度系数，与螺杆支承情况有关。
设计螺杆支撑把一端固定，另一端移动，
此时，，
所以
校验
符合要求。
3.4动力计算
螺旋传动中的驱动功率
（3-13）
式中，——主动件上的转矩，；
——主动件上的转速，；
——移动键的轴向力，；
——移动件的线速度，；
——从动力源到螺旋传动主动件的机械效率，取；
——螺旋传动的正行程效率，。
3.5螺杆轴承的选用
螺杆在工作过程中，轴向力不可避免的会产生，一般选用不受或者受轴向力影响比较小的轴承。
通过比较选取螺杆直径为42mm的角接触轴承标准件[10]。
对螺杆装配轴承的部分来说，把轴颈直径设计为40mm，选择轴承号7008C，孔径40mm，轴承大径68mm，宽15mm，a=14.7，基本额定动载荷，脂润滑极限转速80000r/min，油润滑极限转速11000r/min，重量W≈0.18Kg。
3.5.1已知数据
已知大齿轮上的圆周力
径向力
大齿轮上的作用力
齿轮轴的轴径为40mm，轴速为n=400r/min，一般需要轴承的使用寿命比较大，不能超荷使用，单次最长用时，可用28000次，如果按每天10小时的工作时间，每小时伸缩一次，一年3600次，可用7.8年。
可靠性90％。
螺杆实际轴向力
3.5.2寿命计算
图8螺杆轴受力分析图
轴向力为，径向力为，圆周力为，
由力和力矩的平衡条件，
（3-14）
有
（3-15）
有
轴承作用反力
线性插值求，
计算附加力
比较和，
寿命计算，
由计算可得，满足条件。
3.6轴承座
根据设计要求，一般选取标准件的轴承座比较合适。
对于小齿轮轴承的选择，可以取轴承较小件作为小齿轮的轴承，轴承座可以自己设计计算并使用。
对于螺杆轴承座的选用，可以选择标准件的轴承座[11]。
查GB/T7813-1987,选用SN型，代号SN208,重量为W=2.6Kg。
3.7传动键的选用
传动键的挤压压强一般选取普通型圆头平键来进行验算。
轴径d=40mm，大齿轮齿宽B=40mm。
查机械设计手册，由轴径d=40mm，查得键的截面尺寸，查GB/T1567-2003[12]，齿轮宽选取B=40mm，选取键的长度L=36mm，键的工作长度l=L-b=36-12=24mm。
3.8螺母螺杆装置布置
输送机的伸缩装置的螺母螺杆在设计过程中有以下要求：
满足使伸长架做往复运动的要求，满足输送带正常运转。
螺杆在设计过程中，应该在螺杆前后两端设计有行程开关，用来防止螺母行程越位[13]。
一般可以选择电机和液压马达作为螺杆的驱动装置，本次设计选取电机比较合适。
图9螺旋运动机构示意图
3.9连接螺母和伸长架的螺栓选择
图10螺栓杆联接示意图
连接螺母和伸长架的螺栓选取用铰制孔螺栓连接[16]，螺栓一般会受横向力，本设计用四个M16的铰制孔螺栓，功能等级为4.6。
已知轴向力为F=6000N，单个螺栓所受力为
设，验算螺栓挤压强度，
（3-16）
螺栓剪切强度，
（3-17）
式中—所受工作剪力，；
—抗剪面直径，；
—抗剪面数目；
—杆与孔壁接触受力的最小轴向长度，；
—材料的许用剪切应力，；
—材料和被连接件中弱者的许用挤压应力，。
查M16的铰制孔用螺栓光杆直径，查螺栓公称屈服极限，查挤压安全系数，许用挤压应力
查剪切安全系数，许用挤压剪切应力
校核安全，设计可用。
4驱动装置的设计与选型
4.1电动机的选择
一般工作情况下，选用三相交流异步电动机作为功率输出。
最常用的电动机为Y系列鼠笼式三相异步交流电动机[13]，其效率高，工作可靠，结构简单，维护方便，价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。
故采用此系列电动机。
普通的三相异步电动机拥有较高的转速，因为在螺杆设计中所需的转速为400r/min，所以需要进行降速处理以达到设计要求[17]。
在齿轮减速传动过程中，两齿轮相互接触面的传递力恒定，设大小齿轮直径分别为、，齿数分别为、，传动比,小齿轮传递的计算转矩，齿轮传递圆周力,齿轮模数。
根据传递原理，有
，，，
假设选用原动机转速为1000r/min,
原动机功率：
查电动机相关型号，选取，名义转速，型号Y90L-6。
4.2减速器的选
升级会员 