斗式提升機(jī)是一種被普遍采用的垂直輸送設(shè)備，用于運(yùn)送各種散狀和塊狀物料，例如水泥，沙，土，煤，糧食等，并廣泛用于建材、電力、冶金、機(jī)械、化工、輕工、有色金屬、糧食等各工業(yè)部門。
國內(nèi)斗式提升機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)是50年代由蘇聯(lián)引進(jìn)的，知道80年代幾乎沒有太大的發(fā)展。再此期間，各行各業(yè)就使用中存在的一些問題也做過一些改進(jìn)。從80年代以后，隨著國家改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，一些大型企業(yè)及重點(diǎn)工程項(xiàng)目引進(jìn)了一定數(shù)量的斗式提升機(jī)，從而促進(jìn)了國內(nèi)提升機(jī)的發(fā)展。直到近來，斗式提升機(jī)的大型化包括大輸送能力、大單機(jī)長度和大輸送傾角等幾個(gè)方面。不少國家正在探索長距離、大運(yùn)量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)在引進(jìn)、吸收、消化了世界各國斗式提升機(jī)的最新技術(shù)，并結(jié)合我國實(shí)際情況，使得新材料、新工藝、新產(chǎn)品不斷地出現(xiàn)。例如：由于自動(dòng)焊接技術(shù)的出現(xiàn)，箱形結(jié)構(gòu)的垂直輸送機(jī)越來越受到人們的歡迎。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)(CAD)和輔助制造(CAM)，使輸送機(jī)的整體布置更趨優(yōu)化，基本零件更加緊湊耐用。由于自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)的廣泛普及，使運(yùn)輸機(jī)的控制和安全保護(hù)裝置大為改善，保證了作業(yè)的安全性和可靠性?，F(xiàn)在許多企業(yè)能夠批量生產(chǎn)各種類型的輸送機(jī)械，不僅滿足了國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還打入了國際市場。
斗式提升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)比較簡單，能在垂直方向或傾角較小范圍內(nèi)運(yùn)輸物料而橫斷面尺寸小，占地面積小，能在全封閉罩殼內(nèi)運(yùn)行工作，不揚(yáng)灰塵，避免污染環(huán)境，必要時(shí)還可以把斗式提升機(jī)底部插入料堆中自行取料。
與其它斗式提升機(jī)相比,帶式斗式提升機(jī)更具有速度高,運(yùn)轉(zhuǎn)均勻而安靜,抗磨性高,耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。
斗式提升機(jī)也有一些缺點(diǎn)，過載的敏感性大，必須均勻給料，料斗和牽引構(gòu)件較易破壞。機(jī)內(nèi)較易形成粉塵爆炸的條件，斗和皮帶容易磨損，被輸送的物料受到一定的限制，只適宜輸送粉末和中塊狀的物體。
正確選用料斗的尺寸和形狀、運(yùn)動(dòng)速度、滾筒與鏈輪尺寸以及適合于物料物理性質(zhì)和提升機(jī)工作條件的機(jī)首和底座尺寸是斗式提升機(jī)能否正常工作的條件。在設(shè)計(jì)提升機(jī)前，必須分析它的工作條件，特別是對(duì)于調(diào)整提升機(jī)，應(yīng)研究物料在料斗內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及從物料中拋出的情況。
根據(jù)設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求，我們選取的取料方式為掏取式，選取鋼絲繩芯膠帶作為牽引構(gòu)件，料斗密集排列，卸料方式為離心式，尾部采用重錘張緊裝置。此設(shè)計(jì)方案在以前設(shè)計(jì)的提升機(jī)基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)揚(yáng)其缺點(diǎn)，進(jìn)一步完善提升機(jī)的性能，提高其工作能力。
第1章 本課題介紹及設(shè)計(jì)理論
1.1概述
此次設(shè)計(jì)是研究TD250斗式提升機(jī)的工作原理、性能和特點(diǎn)，采用理論聯(lián)系實(shí)際的方法，研究影響斗式提升機(jī)效率的影響因素，進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，提出結(jié)構(gòu)的方案并實(shí)施設(shè)計(jì)。同時(shí)，進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、總體方案設(shè)計(jì)，總體裝配以及傳動(dòng)等部件和相關(guān)零部件設(shè)計(jì)及繪制。
1.2斗式提升機(jī)工作原理
1.2.1 斗式提升機(jī)分類
1）按牽引件分類：
斗式提升機(jī)的牽引件有環(huán)鏈、板鏈和膠帶等幾種。環(huán)鏈的結(jié)構(gòu)和制造比較簡單，與料斗的連接也很牢固，輸送磨琢性大的物料時(shí)，鏈條的磨損較小，但其自重較大。板鏈結(jié)構(gòu)比較牢固，自重較輕，適用于提升量大的提升機(jī)，但鉸接接頭易被磨損，膠帶的結(jié)構(gòu)比較簡單，但不適宜輸送磨琢性的物料，普通膠帶物料溫度不超過60oC,鋼繩膠帶允許物料溫度達(dá)80oC,耐熱膠帶允許物料溫度達(dá)120oC,環(huán)鏈、板鏈輸送物料的溫度可達(dá)250oC。斗提機(jī)最廣泛使用的是帶式（TD），環(huán)鏈?zhǔn)剑═H）兩種型式。用于輸送散裝水泥時(shí)大多采用深型料斗。如TD型帶式斗提機(jī)離心式卸料或混合式卸料適用于堆積密度小于1.5t/m3粉狀、粒狀物料。TH環(huán)鏈斗提機(jī)采用混合式或重力式卸料用于輸送堆積密度小于1.5t/m3粉狀、粒狀物料。
2）按卸載方式分類：
斗式提升機(jī)可分為：離心式卸料、重力式卸料和混合式卸料等三種形式。離心式卸料的斗速較快，適用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀等磨琢性小的物料；重力式卸料的斗速較慢，適用于輸送塊狀的，比較重大的，磨琢性大的物料，如石灰石、熟料等。
1.2.2 斗式提升機(jī)的裝載和卸載
斗式提升機(jī)的裝載方式有三種，即流入式裝載如圖1-1、掏取式裝載如圖1-2和混合式裝載，流入式裝載主要用于輸送大塊和磨琢性大的物料，散料均勻落入料斗中，形成比較穩(wěn)定的料流，進(jìn)料口下部應(yīng)有一定的高度，采用該方式裝載時(shí)一般料斗布置較密；以防止物料在料斗之間撒落，料斗的運(yùn)行速度不得超過1m/s。掏取式主要用于輸送粉狀、粒狀、小塊狀等磨琢性小的散狀物料，由于在掏取時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的阻力，所以允許料斗的運(yùn)行速度較高，為0.8~2m/s。介于兩者之間采用混合式。
卸載方式有離心式、重力式及混合式三種。
離心式卸料如圖1-3(b)料斗的運(yùn)行速度較高，通常取為1~2m/s。如欲保持這種卸載必須正確選擇驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和直徑，以及卸料口的位置。其優(yōu)點(diǎn)是：在一定的料斗速度下驅(qū)動(dòng)輪尺寸為最小，卸料位置較高，個(gè)料斗之間的距離可以減小，并可提高卸料管高度，當(dāng)卸料高度一定時(shí)，提升機(jī)的高度就可減小，缺點(diǎn)是:料斗的填充系數(shù)較小，對(duì)所提升的物料有一定的要求，只適用于流動(dòng)性好的粉狀、粒狀、小塊狀物料。
重力式卸載如圖1-3(a)適用于卸載塊狀、半磨琢性或磨琢性大的物料，料斗運(yùn)行速度為0.4-0.8m/s左右，需配用帶導(dǎo)向槽的料斗。其優(yōu)點(diǎn)是：料斗裝填良好，料斗尺寸與極距的大小無關(guān)。因此允許在較大的料斗運(yùn)行速度之下應(yīng)用大容積的料斗，主要缺點(diǎn)是：物料拋出位置較低，故必須增加提升機(jī)頭的高度。
物料在料斗的內(nèi)壁之間被拋卸出去，這種卸料方式稱為離心-重力式卸載。常用于卸載流動(dòng)性不良的粉狀物料及含水分物料。料斗的運(yùn)行速度為0.6-0.8m/s范圍，常用鏈條做牽引件。 1.2.3 斗式提升機(jī)的主要部件
斗式提升機(jī)的主要部件有：驅(qū)動(dòng)裝置、出料口、上部區(qū)段、料斗、牽引件、中部機(jī)殼、下部區(qū)段、張緊裝置、進(jìn)料口、檢視門。
驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、減速器、逆止器或制動(dòng)器及聯(lián)軸器組成，驅(qū)動(dòng)主軸上裝有滾筒或鏈輪。大提升高度的斗提機(jī)采用液力偶合器，小提升高度時(shí)采用彈性聯(lián)軸器。使用軸裝式減速機(jī)可省去聯(lián)軸器簡化安裝工作，維修時(shí)裝卸方便。
料斗通常分為淺斗、深斗和有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。淺斗前壁斜度大深度小，適用于運(yùn)送潮濕的和流散性不良的物料。深斗前壁斜度小而深度大，適用于運(yùn)送干燥的流散性好的散粒物料。有導(dǎo)向側(cè)邊的夾角形料斗前面料斗的的兩導(dǎo)向側(cè)邊即為后面料斗的卸載導(dǎo)槽，它適用于運(yùn)送沉重的塊狀物料及有磨損性的物料，散裝水泥由于流動(dòng)性好且干燥，用深斗較合適，卸載時(shí)，物料在料斗中的表面按對(duì)數(shù)螺線分布，設(shè)計(jì)離心卸料的料斗底部打若干個(gè)氣孔，使物料裝載時(shí)有較高的填充量，并且卸料時(shí)更完全。
牽引構(gòu)件為一封閉的撓性構(gòu)件，多為環(huán)鏈、板鏈或膠帶。新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了TD型、TH型、TB型三種結(jié)構(gòu)型式的提升機(jī)，將分別替代國內(nèi)原D型、HL型、PL型三種機(jī)型。
張緊裝置有螺桿式與重錘式兩種。帶式斗提機(jī)的張緊滾筒一般制成鼠籠式殼體，以防散料粘集于滾筒上。
斗式提升機(jī)可采用整體機(jī)殼，也可在上升分支和下降分支分別設(shè)置機(jī)殼。后者可防止兩分支上下運(yùn)動(dòng)時(shí)在機(jī)殼空氣擾動(dòng)。在機(jī)殼上部設(shè)有收塵法蘭和窺視孔。在底部設(shè)有料位指示，以便物料堆積時(shí)自動(dòng)報(bào)警。膠帶提升機(jī)還需設(shè)置防滑監(jiān)控及速度檢測(cè)器等電子儀器，以保證斗提機(jī)的正常運(yùn)行。
1.2.4 斗式提升機(jī)的工作原理
固接著一系列料斗的牽引構(gòu)件（環(huán)鏈、鏈輪）環(huán)繞在提升機(jī)的頭輪與底輪之間構(gòu)成閉合輪廓。驅(qū)動(dòng)裝置與頭輪相連，使斗式提升機(jī)獲得動(dòng)力并驅(qū)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。張緊裝置與底輪相連，使?fàn)恳龢?gòu)件獲得必要的初張力，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。物料從提升機(jī)的底部供入，通過一系列料斗向上提升至頭部，并在該處實(shí)現(xiàn)卸載，從而實(shí)現(xiàn)在豎直方向內(nèi)運(yùn)送物料。斗式提升機(jī)的料斗和牽引構(gòu)件等行走部分以及頭輪、底輪等安裝在全密封的罩殼之內(nèi)。
綜合此次設(shè)計(jì)的提升高度與臺(tái)時(shí)產(chǎn)量等要求，本提升機(jī)選用普通膠帶作為牽引件。
第2章 提升機(jī)主要參數(shù)確定及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇斗式提升機(jī)的類型是膠帶斗式提升機(jī)，即TD型斗式提升機(jī)。
2.1 斗式提升機(jī)輸送能力的計(jì)算與選擇
2.1.1 輸送能力的計(jì)算
斗式提升機(jī)的輸送能力計(jì)算可按下式計(jì)算：
（2-1）
式中 提升機(jī)的輸送能力，t/h；
提升速度，m/s；
提升物料線載荷，kg/m。
提升物料線載荷可按下式計(jì)算：
（2-2）
式中 提升機(jī)單個(gè)料斗容積，m3；
料斗內(nèi)物料填充系數(shù)；
物料的堆積密度，kg/m3；
提升機(jī)料斗間距，m。
將式（2.2）代入式（2.1）得，
（2-3）
由于供料不均勻，實(shí)際生產(chǎn)能力一般小于計(jì)算生產(chǎn)能力，即：
（2-4）
式中 —供料不均勻系數(shù)，取=1.2～1.6。
取=0.75，=1.2t/m3，=1.7m/s
所選用的斗提機(jī)的輸送能力大于實(shí)際生產(chǎn)中所要求的輸送能力，所以選用的TD250型斗提機(jī)能夠滿足要求.
2.1.2 料斗的計(jì)算和選擇
料斗是提升機(jī)的承載構(gòu)件，通常是用厚度=2～6mm的鋼板焊接或沖壓而制成的。為了減少料斗邊唇的磨損，常在料斗邊唇外焊上一條附加的斗邊。根據(jù)物料特性和裝、卸載方式不同，料斗常制成三種形式：深斗、淺斗和有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。深斗是具有導(dǎo)向側(cè)邊的的三角形料斗，在提升機(jī)中采用一個(gè)接一個(gè)的密集布置，卸料時(shí)，前一個(gè)料斗的兩導(dǎo)向側(cè)邊和前壁形成后一個(gè)料斗的卸載導(dǎo)槽，這種料斗適用于輸送較重的，半磨琢性的或磨琢性大的塊狀物料。料斗的運(yùn)行速度較低，使在重力作用下傾斜到前面料斗的導(dǎo)槽中。
D型和HL型斗式提升機(jī)多采用深斗或淺斗，PL型斗式提升機(jī)采用有導(dǎo)向槽的尖棱面斗。本次設(shè)計(jì)的提升機(jī)主要是用于水泥廠中生料入庫，生料入窯，或水泥入庫，物料干燥松散，多為散狀或粉狀，所以采用深斗。
料斗的形狀尺寸如圖2-1所示。
離心式卸料的提升機(jī)，料斗間距的選取原則是：當(dāng)料斗卸料時(shí)，從料斗中拋出的物料不至于趕上走在前面的料斗，以免卸出的物料碰在前面料斗的斗壁上造成回料。
通常取料斗間距a0=(2.5～3)h，h為斗的深度。在本次設(shè)計(jì)中，取料斗間距a0=450mm。
圖2-1 料斗
2.2 卸料方式、驅(qū)動(dòng)輪直徑與轉(zhuǎn)速的確定
2.2.1 卸料方式
斗式提升機(jī)的料斗是在行經(jīng)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)在頭部側(cè)面卸料的，其卸料方式分為三種形式：離心式、離心-重力式、重力式。
當(dāng)料斗直線上升時(shí)，料斗中的物料只受重力G的作用。當(dāng)料斗繞入驅(qū)動(dòng)輪后，當(dāng)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，料斗內(nèi)的物料同時(shí)受重力G和向心力F的作用。即：
(2-5)
(2-6)
式中 ——料斗內(nèi)物料的質(zhì)量，kg；
——重力加速度，m/s2；
——料斗內(nèi)物料重心的角速度，rad/s；
——回轉(zhuǎn)半徑（即料斗內(nèi)物料的重心M到滾動(dòng)中心O的距離），mm；
——料斗內(nèi)物料重心的線速度，m/s。
G、F合力的大小和方向隨著料斗的位置而改變，但其延長線與滾筒垂直中心線始終都相交于同一點(diǎn)P，P點(diǎn)叫做極點(diǎn)。極點(diǎn)P到回轉(zhuǎn)軸心O的距離OP=h稱為極距。料斗中物料重心M至滾筒中心O的距離稱為回轉(zhuǎn)半徑。
由相似三角形性質(zhì)得，
從而
因?yàn)?br />
所以
（2-7）
式中 ——極距，m；
——驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，r/min。
由上式可知，極距只與驅(qū)動(dòng)輪（滾筒）的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與料斗在驅(qū)動(dòng)輪上的位置及物料質(zhì)點(diǎn)在斗內(nèi)的位置無關(guān)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速一定時(shí)，極距也就確定。隨著轉(zhuǎn)速n的增大，極距h則減小，此時(shí)離心力增大；反之，當(dāng)n減小時(shí)，h值增大，而離心力減小。
設(shè)料斗外緣至回轉(zhuǎn)中心的半徑為r1，驅(qū)動(dòng)輪的半徑為r2，當(dāng)極距h＜r2時(shí)，極點(diǎn)P位于驅(qū)動(dòng)輪的圓周內(nèi)，離心力的值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力的值，而料斗內(nèi)的物料將沿著斗的外壁運(yùn)動(dòng)，物料作離心式卸載。
2.2.2 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的確定
對(duì)離心力卸料的斗式提升機(jī)，驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速大小對(duì)能否正確卸料有很大的關(guān)系。轉(zhuǎn)速過小，物料不易拋卸出去，必有一部分物料在重力作用下落入機(jī)殼內(nèi)。轉(zhuǎn)速過大，物料受過大離心力作用而撞擊在機(jī)殼壁上，被撞回后落入機(jī)殼內(nèi)，不僅造成回料現(xiàn)象，而且會(huì)使殼壁很快磨損。因此，確定合適的轉(zhuǎn)速是一個(gè)很重要的問題。
當(dāng)料斗通過驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，物料受到的離心力的大小是固定不變的，而它的方向卻隨著料斗位置的不同而改變。當(dāng)物料的重力與離心力的大小相等，方向相反，則物料在此二力作用下呈懸浮狀態(tài)，都斗壁不再有壓力，與斗壁不再有壓力，與斗壁也沒有摩擦力發(fā)生，出現(xiàn)這種情況的速度稱為臨界轉(zhuǎn)速。
由于
所以
即
（2-8）
由式（2-7）得：
（2-9）
由式（2-8）與式（2-9）得：
然而，一般只有堆積密度小、顆粒小又均勻的物體（如谷物、小麥等）才用這種臨界速度進(jìn)行卸載。在工業(yè)中往往使離心力小于重力，這樣卸料最完全。即：
令
驅(qū)動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速一般比上式計(jì)算的值減小10%～12%。
由于斗寬為250mm，所以初選滾筒的直徑D=500mm，故初步選=0.25m，帶速=1,7m/s,則
則
可知
故離心式卸料的方式合適，選取物料的卸料方式為離心式卸料。[1]
2.2.3 驅(qū)動(dòng)輪直徑的確定
帶式提升機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑：
(2-10)
式中 ——回轉(zhuǎn)半徑，即料斗內(nèi)物料重心到滾筒中心的距離，m；
——膠帶厚度，m；
——料斗中物料重心與斗背間的距離，m，；
——斗幅。
該直徑還需與選定的膠帶層數(shù)相適應(yīng)，以免膠帶繞過滾筒時(shí)產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。一般?。?br />
式中 ——驅(qū)動(dòng)滾筒直徑，mm；
——膠帶層數(shù)。
所以滾筒直徑為500mm,改向滾筒直徑為400mm
2.3 運(yùn)動(dòng)阻力和驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算
斗式提升機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)功率，決定于牽引構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)所克服的一系列阻力，其中主要有：
（1）物料沿牽引構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方向的重力分量；
（2）當(dāng)牽引構(gòu)件繞過輪時(shí)，各部分摩擦力；
（3）料斗掏取物料時(shí)的阻力。
2.3.1 牽引構(gòu)件張力計(jì)算
如圖2-2所示的垂直斗式提升機(jī)計(jì)算簡圖中，1、2、3、4各點(diǎn)張力分別用表示，有分析知，1點(diǎn)的張力最小，3點(diǎn)的張力最大。
圖2-2斗式提升機(jī)
為了計(jì)算各點(diǎn)的張力，可利用逐點(diǎn)張力計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，即牽引構(gòu)件在輪廓上沿運(yùn)行方向的每一點(diǎn)的張力等于前一點(diǎn)的張力與這兩點(diǎn)之間區(qū)段上的阻力之和。因此，提升機(jī)各點(diǎn)的張力可分別計(jì)算如下。
（1）2點(diǎn)上的張力可按下式計(jì)算：
（2-11）
式中 ——最小張力，N；
——尾輪阻力，N，；
——掏取物料阻力，N，。
掏取物料阻力的大小與許多因素有關(guān)，除與、之有關(guān)外，還與物料的粒度和性質(zhì)等有一定的關(guān)系。因此，實(shí)際掏取阻力值需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)計(jì)算確定。
（2）3點(diǎn)上的張力可按下式計(jì)算：
（2-12）
式中 ——提升段阻力，N，；
——每米長度內(nèi)牽引構(gòu)件和料斗的質(zhì)量，kg/m，；
——系數(shù)，見表2-2；
——提升機(jī)高度，m。
（3）4點(diǎn)上的張力可按下式計(jì)算：
（2-13）
式中 ——下降段阻力，N, 。
對(duì)于帶式牽引構(gòu)件，還應(yīng)滿足尤拉公式：
（2-14）
式中 ——摩擦系數(shù)；
——牽引構(gòu)件在輪上的包角。
值見表2-3。
（4）驅(qū)動(dòng)輪處的阻力可按下式計(jì)算：
（2-15）
為了計(jì)算方便，在要求不太精確時(shí)，可用簡易算法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于垂直提升機(jī)，穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的牽引構(gòu)件的最大靜張力，可近似地按下式計(jì)算：
（2-16）
式中 ——考慮裝有料斗的牽引構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)阻力和在上、下部滾筒上的彎折阻力的系數(shù)，其中包括掏取物料的阻力，見表2-4。
由式（2-16）得,
由式（2-12）得，
由式（2-11）得，
由式（2-13）得，
查表2-3，取=0.25，=2.193，得，
第3章 斗式提升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、傳動(dòng)軸。
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算
電動(dòng)機(jī)選擇，選擇電動(dòng)機(jī)包括選擇電動(dòng)機(jī)類型、結(jié)構(gòu)形式、功率、轉(zhuǎn)速和型號(hào)。
3.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式
電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類(直流或交流)、工作條件(環(huán)境、溫度等)、工作時(shí)間的長短(連續(xù)或間歇)及載荷的性質(zhì)、大小、起動(dòng)性能和過載情況等條件來選擇。工業(yè)上一般采用三相交流電動(dòng)機(jī)。Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用最廣。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩較小時(shí)，可選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。在經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)、間歇或短時(shí)工作的場合(如起重機(jī)械和冶金設(shè)備等)，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、過載能力大，因此，應(yīng)選用起重及冶金用的YZ和YZR系列三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等，可根據(jù)工作條件來選擇。
Y系列電動(dòng)機(jī)（摘自JB/T8680.1—1998）為全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，是按照國際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，具有國際互換性的特點(diǎn)。用于空氣中不含易燃、易炸或腐蝕性氣體的場所。適用于電源電壓為380V無特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、破碎機(jī)等。也用于某些需要高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)器上，如壓縮機(jī)。
3.1.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
同一功率的異步電動(dòng)機(jī)有同步轉(zhuǎn)速3000、1500、1000、750r/min等幾種。一般來說，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對(duì)數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外廓尺寸愈大，價(jià)格愈貴。當(dāng)工作機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，選用高速電動(dòng)機(jī)較經(jīng)濟(jì)。但若工作機(jī)轉(zhuǎn)速較低也選用高速電動(dòng)機(jī)，則這時(shí)總傳動(dòng)比增大，會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。所以，在確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)全面分析。在一般機(jī)械中，用得最多的是同步轉(zhuǎn)速為1500r/min或1000r/min的電動(dòng)機(jī)。
3.1.3 確定電動(dòng)機(jī)的功率和類型
電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選得過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)長期過載而過早損壞；功率選得過大，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，且經(jīng)常不在滿載下運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)都較低，造成很大的浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)功率的確定，主要與其載荷大小、工作時(shí)間長短、發(fā)熱多少有關(guān)。對(duì)于長期連續(xù)工作的機(jī)械，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需的功率P來選擇，再校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和啟動(dòng)力矩。選擇時(shí)，應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率P稍大于電動(dòng)機(jī)的所需功率P，即P≥P。對(duì)于間歇工作的機(jī)械，P可稍小于P。
在第二章中，計(jì)算出的P=4kW,因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的額定功率P要稍大于電動(dòng)機(jī)的所需功率P，所以取電機(jī)的額定功率為7.5kW，電源電壓為380V，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，滿載轉(zhuǎn)速為1490r/min，所選電機(jī)型號(hào)為Y160M-6。
3.2 減速機(jī)的選型
前面計(jì)算的軸上滾筒的轉(zhuǎn)速為：
所選電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為：
所以，傳動(dòng)比為：
傳動(dòng)比比較小，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選用型號(hào)為ZQ400-Ⅵ-Z的減速機(jī)。此種減速機(jī)為圓柱齒輪減速箱，其特點(diǎn)為：
(1)ZQ400-Ⅵ-Z減速機(jī)采用通用設(shè)計(jì)方案，可根據(jù)實(shí)際需要，變型為行業(yè)專用的非標(biāo)齒輪箱；
(2)此減速器內(nèi)置有逆止器；
(3)此減速器可用于正反兩轉(zhuǎn)。
3.3 傳動(dòng)V帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
由上面的傳動(dòng)簡圖可以看出，電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)之間是用皮帶連接的，皮帶輪設(shè)計(jì)如下,在傳遞動(dòng)力的過程中,V帶輪及V帶起者重要的作用。
3.3.1 V帶輪及V帶的設(shè)計(jì)
3.3.1.1確定計(jì)算功率
計(jì)算功率是根據(jù)傳遞的功率P，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的.即
(3-1)
式中: ---計(jì)算功率，單位為Kw
P----傳遞的額定功率， 單位為Kw
KA----工作情況系數(shù)，取KA=1.2
Kw
3.3.1.2選擇帶型
根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速，確定選擇普通V帶，帶型為B型，小帶輪的基準(zhǔn)直徑為dd1=125～140mm，
3.3.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2
(1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1，取dd1=125mm，
(2)帶的速度v v1==6.35m/s， v在5～25m/s范圍內(nèi)，帶速合格.
(3) 輪的基準(zhǔn)直徑dd2 dd2=idd1 (3-2)
dd2=2×125=250mm
3.3.1.4確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld
初步確定中心距a0，取
0.7（dd1 +dd2）＜a0＜2（dd1 +dd2）
取a0=500mm
確定了a0，根據(jù)帶傳動(dòng)的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)直徑L’d:
L’d≈2a0++ (3-3)
L’d=2×500++
=1000+588.75+7.81
=1596.56mm
選取基準(zhǔn)長度Ld=1600mm
實(shí)際中心距a為
a a+ (3-4)
a= 500+=501.72mm
中心距的變動(dòng)范圍為：478～550mm
3.3.1.5驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α1
≈ - (3-5)
1= -
=165.625°≥
3.3.1.6確定帶的根數(shù)z
Z = (3-6)
式中： ---計(jì)算功率，單位為Kw
Ka---考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，取Ka =0.96
KL---考慮帶的長度不同是的影響系數(shù)，取KL =0.92
P0---單根V帶的基本額定功率，取P0=1.67
△P0---計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶本額定功率的增量，取△P0=0.11
Z ==5.54根
取Z=6根
3.3.1.7確定帶的預(yù)緊力F
F= (3-7)
式中: Ka---考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù),取Ka =0.96
q---帶單位長度的質(zhì)量，取q=0.10(kg/m)
F==209.2(N)
3.3.1.8計(jì)算作用在其上的壓軸力
帶對(duì)軸的壓力Fp是設(shè)計(jì)帶輪所在的軸與軸承的依據(jù).為了簡化計(jì)算，可近似按兩邊的預(yù)緊力的合力來計(jì)算，如下圖所示.
圖3-2 軸受力分析
V帶對(duì)軸的壓力Fp
Fp = 2 Z Fsin (3-8) Fp=26209.2sin = 2490.67N
3.3.2.V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.3.2.1 V帶輪的材料
在工程上，V帶輪的材料通常為灰鑄鐵，當(dāng)帶速v < 25 m/s時(shí)，采用HT150；帶速v= 25～30 m/s 時(shí)，采用 HT200；當(dāng)帶速v更高時(shí)，宜采用鑄鋼或鋼的焊接結(jié)構(gòu)；此外，傳遞小功率時(shí)，V帶輪也可采用鋁合金或塑料等.
由前面知道，v=6.35m/s，所以V帶輪材料采用HT150.
3.3.2.2 V帶輪的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸
V帶輪一般由輪緣、輪轂和輪輻3部分所組成.根據(jù)輪輻的結(jié)構(gòu)不同，V帶輪可分為如下4種形式.
(a)實(shí)心式：主要適用于帶輪基準(zhǔn)直徑d≤(2.5～3) d的場合（d為帶輪軸孔直徑）.
(b)腹板式.：主要適用于帶輪基準(zhǔn)直徑d≤ 300 mm的場合.
(c)孔板式.：主要適用于帶輪基準(zhǔn)直徑d≤ 300 mm、且≥100 mm的場合.
(d)輪輻式.：主要適用于帶輪基準(zhǔn)直徑d> 300 mm的場合.
因?yàn)?，考慮實(shí)際生產(chǎn)的可行性，所以，大小帶輪均采用腹板式結(jié)構(gòu)。[9]
3.4 驅(qū)動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算和工藝要求
3.4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
據(jù)前面的計(jì)算可知軸筒的直徑500mm，帶寬300mm。
（1）軸上轉(zhuǎn)矩
由前面計(jì)算可知，軸上功率=4kW,軸上轉(zhuǎn)速n=64.9r/min,則轉(zhuǎn)矩
N·mm
N·mm
初步估算軸的最小直徑。選取聯(lián)軸器初估軸徑，安裝聯(lián)軸器處的軸徑為軸的最小直徑。因?yàn)闇p速器伸出軸軸徑為80mm所以，取d=80mm。
(2)各軸段軸徑的確定。
如圖3-2所示。由于所選滾筒直徑為500mm，膠帶斗提的滾筒直徑與軸徑的大小之比大約為6:1，所以最6段軸徑為80mm，用鍵22×14連接與半聯(lián)軸器YL13裝配。1和4段裝配軸承和端蓋,軸徑為85mm,選用軸承型號(hào)為6017的深溝球軸承,2、4段軸徑為90mm,用于裝配滾筒用25×14鍵連接,2、5段為過渡段,軸徑為88mm。
圖3-3 驅(qū)動(dòng)軸
（3）各軸段長度的確定。6段是與減速機(jī)空心輸出軸裝配，其長度主要取決于減速機(jī)和頭部殼體之間的安裝尺寸，同時(shí)還要保證與減速機(jī)相配合的部分有有足夠的長度，所以長度取為170mm；1、3段裝配軸承，根據(jù)安裝的要求，取1、3段為50mm；3處在滾筒內(nèi)，滾筒的寬度為320mm，為輻板式，所以2處的長度取為180mm,軸總長720mm。
3.4.2 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算
(1)計(jì)算支撐反力及彎矩
軸在水平面上不受力，在垂直面上受力，如圖3-3所示。
圖3-4受力分析圖
（為提升物料線載荷）
因?yàn)锳、B兩點(diǎn)對(duì)稱，所以力大小是一樣的，即
=50N·m
此軸上的極值彎矩位于A、B兩點(diǎn)的中間，即，
=0.35N·m
（2）轉(zhuǎn)矩
N·mm
N·mm
彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖如下圖3-4所示。
圖3-5彎矩 、轉(zhuǎn)矩圖
（2）當(dāng)量彎矩
已知軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表3-3查得=650MPa,由表3-4查得，由于轉(zhuǎn)矩有變化，按脈動(dòng)考慮，取。
=0.6×0.6×106 N·m=0.36×106 N·m
（3）當(dāng)量彎矩
N·mm
（5）校核軸的強(qiáng)度
軸上所受載荷主要在2段，因此可用進(jìn)行計(jì)算
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