摘 要：針對現(xiàn)有電動滾筒減速傳動裝置承載能力差、結(jié)構(gòu)復雜、工藝性差等問題，將變速軸承移置到油冷式電動滾筒內(nèi)，形成一種全新的活齒減速油冷式電動滾筒。通過設(shè)計計算與分析，確定了活齒減速油冷式電動滾筒的結(jié)構(gòu)形式及零部件結(jié)構(gòu)尺寸。可以看出，由于變速軸承同軸輸入輸出，且結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，因此完全能夠滿足電動滾筒的整體結(jié)構(gòu)形式要求。另外，電動滾筒是一種將電動機和減速器同時置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動裝置，由于電動機已達到了其極限尺寸，只能從盡可能減小減速裝置的體積方面尋求答案，因此可以說變速軸承的自身結(jié)構(gòu)正是電動滾筒所需要的。
       關(guān)鍵詞：電動滾筒；減速裝置；變速軸承

        自 1961 年第一臺油冷式電動滾筒研制成功至今，國內(nèi)已形成大規(guī)模的電動滾筒生產(chǎn)行業(yè)。電動滾筒作為一種將電動機和減速器共同置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動裝置，在我國國民經(jīng)濟中起到了越來越重要的作用，目前已經(jīng)廣泛應用于采礦、冶金、煤炭、交通、能源、糧食、煙草、化工、建材、郵電、航空、農(nóng)林、印刷、商業(yè)等各個生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域。
       電動滾筒有著如此廣泛的應用，是由于它具有許多優(yōu)點。電動滾筒主要用作固定式和移動式帶式輸送機的驅(qū)動裝置，因電動機和減速機構(gòu)內(nèi)置于滾筒內(nèi)，與傳統(tǒng)的電動機、聯(lián)軸器、減速機置于滾筒外的開式驅(qū)動裝置相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、安裝方便等優(yōu)點，適合在粉塵及潮濕泥濘等各種環(huán)境下工作。隨著電動滾筒的廣泛應用，又形成一種將電動機外置、減速機構(gòu)內(nèi)置的結(jié)構(gòu)形式，妥善解決了大功率小尺寸電動滾筒電動機的散熱問題，并使維護和維修更加方便。
        隨著各行各業(yè)對電動滾筒的需求日益增長，電動滾筒的設(shè)計、制造技術(shù)不斷提高，原材料不斷改進，高新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。其中，傳動裝置的優(yōu)劣直接決定了電動滾筒的性能。由于電動滾筒使用范圍的不斷擴大，各行各業(yè)對電動滾筒性能也提出了更高的要求，如有的要求功率很大、卻又希望筒長很短，有的要求帶速極低（達到 0.05 m/s 以下），有的要求噪音很低，有的要求隨著工況條件的改變、帶速也能相應改變，有的要求單向轉(zhuǎn)動；有的要求斷電時立即制動等等。
        為了滿足上述要求，國內(nèi)市場上廣泛應用的電動滾筒主要有以下幾種類型：按冷卻方式不同分為油浸式、油冷式及風冷式電動滾筒；按減速器傳動結(jié)構(gòu)分為定軸齒輪傳動式、行星齒輪傳動式、擺線針輪傳動式及諧波齒輪傳動式電動滾筒等。如此多的傳動機構(gòu)在很大程度上滿足了廣大用戶的要求，但仍
有一些問題需要解決，如：定軸齒輪傳動的齒輪支承復雜、傳動機構(gòu)的軸向和周向尺寸限制問題、結(jié)構(gòu)的對稱、工藝性及傳動效率問題等[1]。
       推桿式活齒減速器又稱變速軸承，目前作為獨立的減速機構(gòu)應用十分廣泛，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、效率高、承載能力大，正反轉(zhuǎn)靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。若將這種變速軸承應用于油冷式電動滾筒，會很大程度地提高電動滾筒的傳動效率，并改善其使用性能。因此，筆者將變速軸承移置到油冷式電動滾筒內(nèi)，形成一種全新的活齒減速油冷式電動滾筒[2]。
        
 1  結(jié)構(gòu)簡介
 1.1 YD 系列油冷式電動滾筒簡介
        YD 系列電動滾筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有電動機和減速裝置這兩大部分（如圖 1 所示），此外還有用來支撐輸送帶并驅(qū)動其運動的滾筒體，用來支撐電動滾筒整體的前后軸、支座，以及聯(lián)接滾筒體與前后軸的端蓋、壓蓋、軸承、密封圈等零部件。
               
        該類型電動滾筒是供各種固定式帶式輸送機配套使用的內(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，使用維護方便，操作安全可靠，密封性好等特點。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。它能代替電機-減速器形式的外驅(qū)動裝置構(gòu)成膠帶輸送機，用于輸送煤炭、礦石、砂子、水泥、面粉等散裝物料，也可以輸送麻包、設(shè)備等成件物品，容易實現(xiàn)集中控制[1]。
  1.2  定軸齒輪減速裝置的結(jié)構(gòu)分析
         在電動滾筒內(nèi)部，減速裝置采用定軸齒輪傳動，常采用兩級漸開線圓柱齒輪減速。左、右法蘭軸分別與電動機的左右端蓋相連，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，其與電機連接端有一開口，便于齒輪通過（如圖2 所示）。開口處設(shè)有 2 個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、右端蓋固定在滾筒體上，這樣四者構(gòu)成一個組件，作為電動滾筒的運動輸出部分（如圖 1 所示）。傳動原理為：電機軸上裝有齠輪，齠輪與裝在齠輪軸上的齒輪嚙合，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[3，4]。
                      
 1.3   變速軸承簡介
          變速軸承是上世紀 80 年代在國內(nèi)興起的一種新型傳動形式。它集滾動軸承的支撐作用與減速裝置的變速功能于一體，使傳動鏈顯著縮短。變速軸承的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，由異型軸承、內(nèi)齒圈、傳動圈、傳動桿、圓柱滾子、雙偏心套及標準滾動軸承等零件組成，異型軸承又由外圈、中圈及內(nèi)圈組成，并且可以相對轉(zhuǎn)動。內(nèi)齒圈用鉚釘固定在外圈上，傳動圈用鉚釘固定在中圈上，雙偏心套與內(nèi)圈配合連接。傳動桿置于傳動圈的導槽內(nèi)[5，6]。
                        
        變速軸承的工作原理：電動機轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動雙偏心套轉(zhuǎn)動，通過標準軸承推動傳動桿在中圈的徑向槽內(nèi)往復滑動。當傳動桿一端沿內(nèi)齒圈齒廓曲線滑動時，同時驅(qū)動中圈作減速運動。
        變速軸承的輸入軸與輸出軸在同一軸線上，結(jié)構(gòu)緊湊，便于整體布置。同時變速軸承整體裝卸十分方便，且傳動效率達 90%以上，單機傳動比為 6～60，采用多級則傳動比可更大。由于有半數(shù)滾柱參與承載，嚙合點多，運轉(zhuǎn)件為滾動形式，且為軸承鋼制造，具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、使用壽命長、抗過載及抗沖擊能力強和使用安全的特點。
        變速軸承的傳動比與其安裝形式有關(guān)。當內(nèi)齒圈齒數(shù)為 z 時，若內(nèi)圈輸入外圈固定，中圈輸出，其傳動比 i=z+1；當內(nèi)圈輸入中圈固定，外圈輸出時，傳動比 i=- z。在電動滾筒中常采用內(nèi)圈輸入中圈固定，外圈輸出的安裝方式，因為對電動滾筒來說采用這種形式布置非常方便，并且結(jié)構(gòu)簡單[3]。
        
 2   活齒減速裝置的改進設(shè)計
  2.1 傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計
         活齒減速器即變速軸承的輸入、輸出端在同一軸線上，這樣各零件可以設(shè)計成對稱性回轉(zhuǎn)零件。結(jié)合電動滾筒的結(jié)構(gòu)特點，采用內(nèi)圈輸入、中圈固定、外圈輸出這種結(jié)構(gòu)形式的變速軸承，這就需要將變速軸承置于電動機與右法蘭軸之間。考慮到電動機的結(jié)構(gòu)，在電動機與變速軸承之間還需增設(shè)一個連接法蘭，才能將變速軸承與電動機連接在一起。這樣再加上左法蘭軸，實際上是將 5 個構(gòu)成組合在一起，構(gòu)成了一條剛性軸。連接法蘭固定在電機的右端蓋上，連接法蘭、變速軸承與右法蘭軸三者采用帶定位銷的螺栓連接，并串聯(lián)鋼絲防松。改進后的傳動裝置結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。
                  
       為提高電機輸出軸的剛性，可在軸線上加一支撐軸。支撐軸一端插在變速軸承雙偏心套內(nèi)與電機軸連接，另一端通過軸承支撐在右法蘭軸的左端。這樣一來，電機輸出軸由懸臂支承變成了簡支支承[7]。
       變速軸承的位置確定以后，與滾筒體和右端蓋的輸出連接就比較簡單。因為都是回轉(zhuǎn)零件，且變速軸承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變速軸承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)孔過平鍵與變速軸承配合，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組件，變速軸承的輸出動力通過輸出法蘭傳遞給了滾筒體。
        改進后的活齒減速傳動裝置結(jié)構(gòu)合理、緊湊、工藝性好，初步試驗結(jié)果表明運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、承載能力大。
   2.2  主要零部件的設(shè)計計算
   2.2.1 變速軸承型號選用
            所設(shè)計電動滾筒的主要參數(shù)有：功率為 1.7 kW，帶速為 2.5 m/s，筒體轉(zhuǎn)速為 120r/min，因此選用電機型號為 YGY100L1- 4，功率為 2.2 kW，轉(zhuǎn)速為 1 440r/min。由傳動比的計算公式求得減速器的傳動比為：i=n1/n2=1 440/120=12。
           查 JB/T6635- 1993 國家機械行業(yè)標準—推桿式變速傳動軸承，選擇減速器的型號為 TB210，尺寸規(guī)格從略。
   2.2.2 右法蘭軸的設(shè)計計算
   2.2.2.1 受力分析[1]
             取由左、右法蘭軸、電動機殼、連接法蘭以及減速器所組成的剛性軸為研究對象（如圖 5 所示），并按簡支梁進行受力分析如下：
                  
                
  2.2.2.2 軸頸轉(zhuǎn)矩計算
            右法蘭軸軸頸所承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩如圖 6 所示。
                        
                   
              
                圓整后選取軸頸的截面直徑為 60 mm。通過上述設(shè)計計算，為電動滾筒的進一步結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
     
  3   結(jié) 語
        縱觀當今市場上各種電動滾筒，都具有各自的優(yōu)缺點。就減速傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式而言，多數(shù)存在著承載能力差、結(jié)構(gòu)復雜、工藝性差等問題。因此，筆者將變速軸承移植到油冷式電動滾筒內(nèi)，形成了一種全新的活齒減速油冷式電動滾筒。
       本文通過設(shè)計計算與分析，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。可以看出，由于變速軸承同軸輸入輸出，且結(jié)構(gòu)緊湊、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和減速器同時置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動裝置，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，由于電動機已達到了其極限尺寸，只能從盡可能減小減速裝置的體積方面尋求答案，因此可以說變速軸承的自身結(jié)構(gòu)正是電動滾筒所需要的。