机械毕业设计（论文）带式输送机传动滚筒设计【全套图纸】.doc

摘要 带式输送机是用于散料输送的重要设备，适用于矿山机械。传动滚筒作为带式输送机的重要部件，其作用更是举足轻重。滚筒是带式输送机的主要传部件，它的作用有两个：一是传递动力，二是改变输送带运行方向。带式输送机滚筒的设计质量，关系到整个输送机系统的性能、安全性和可靠性。目前，国内滚筒的设计一般采用近似公式，对于中小型滚筒已经能够满足工程需求，但对于大型滚筒这种设计方法其结果与工程实际有一定的差距，它的安全性和可靠性难以保障。由于缺乏精确的计算方法，如果盲目的增大安全系数，会使结构尺寸变大，重量增加，强度得不到显著的提高同时又增加了成本。本设计首先对带式输送机滚筒结构的设计计算方法进行了分析研究，修正了有关计算公式，完善并统一了设计计算内容，对带式输送机传动滚筒进行了严谨的数学推导，在大量的参考了国内该部分的相关教材和资料的基础上，结合了一定的实践而编写的。由于传动滚筒的适用范围不断扩大，对其需求量也不断增加。故对滚筒设计有一定的必要性。在对滚筒设计中要充分了解主要部件的工作特性，合理进行选型设计和性能匹配。关键字： 带式输送机 传动滚筒 全套图纸，加153893706Abstract Belt conveyor is used for the important bulk conveying equipment, suitable for mining machinery. Transmission roller as an important part of the belt conveyor, and its function is more critical. The cylinder is a belt conveyor of the main parts, its action has two: one is to transfer power, 2 it is to change the conveyor belt running direction. Belt conveyor roller design quality, relationship to the whole conveyor system performance, safety and reliability. At present, the domestic roller design general use of the approximate formula, for small and medium-sized roller has been able to meet the engineering requirements, but for large drum the design method and the results have a big gap between the actual engineering, it is difficult to guarantee the safety and reliability. Because of the lack of accurate calculation method, if blind increase safety coefficient, can make the structure size change, increase the weight, strength not rise significantly increased again at the same time the cost. This design first of belt conveyor roller structure, the calculating method of analysis and study of the fixed related calculation equations, perfect and unified design calculation content, to the belt conveyor roller drive the rigorous mathematical reasoning, in a large number of reference in this part of the relevant material and material, and on the basis of the practice of combining must be written. By driving roller, the scope of application of expansion, the demand is on the increase. So the roller design had some necessity. In the design of roller to fully understand the main parts of the characteristics, the reasonable selection of design and performance match.Key word: belt conveyor transmission roller目录前 言1第一章 绪论21.1 滚筒在国民经济中的作用21.2 传动滚筒的发展状况31.3 国内外研究现状51.4 结构与种类61.4.1 按驱动方式分61.4.2 按轴承内孔大小分61.4.3 按外形分71.4.4 特殊滚筒71.5 传动滚筒的研究目的和意义8第二章 传动滚筒的设计102.1 传动滚筒的选择及其传动理论102.1.1 传动滚筒直径的确定122.1.2 滚筒的性能特点及其选用142.2 传动滚筒的设计152.2.1 传动滚筒筒壳内外表面的应力152.2.2 传动滚筒接盘应力172.2.3 传动滚筒结构参数的设计192.3 滚筒通体外径D与厚度t之间的关系192.4 传动滚筒的轴径d、筒壳厚度h、接盘辐板厚度t、接盘支点等参数关系212.4.1 设计变量212.4.2 弯扭矩计算232.4.3 求最大当量弯矩242.4.4 轴的强度校核242.4.5 接盘内应力的计算242.4.6 边界约束条件确定的参数关系242.4.7 各段轴径之间的参数关系252.4.8 滚筒体的最大直径为D与最小直径之间的参数关系252.4.9 滚筒体总长度与滚筒体L的中部圆柱部分的长度b的关系25第三章 典型传动滚筒的设计263.1 滚筒体263.2 轴的设计313.2.1 轴的材料的选择313.2.2 轴径的初步估算313.2.3 轴的结构设计323.3 滚筒胀套连接的选择与校核333.3.1 胀套连接的常见问题333.3.2 胀套的选择343.3.3 胀套的校核353.4 接盘的设计与计算373.5 支座的选择383.5.1 支座的选型383.5.2 支座的材料选择383.5.3 支座的结构设计383.6 轴承的选则和寿命的校核393.6.1 轴承的选择393.6.2 滚筒轴承寿命的校核403.6.3 基本额定寿命403.6.4 基本额定动载荷和轴承寿命的计算413.6.5 计算轴承支反力，413.6.6 轴承寿命的计算413.7 键的选择与校核423.7.1 键连接的选择423.7.2 联接的强度计算42总 结45致 谢47参考文献48前 言 带式输送机是用于散料输送的重要设备之一。其结构特别简单，运行平稳可靠，能耗低，对环境污染小，便于集中控制和实现自动化，管理和维护方便，在连续装载的条件下可实现连续运输，因此，在国民经济各部门特别是煤炭和矿山运输系统中应用十分广泛。由于其适用范围的不断扩大和对其需求量的不断增加，带式输送机的设计和制造技术也有了长足发展。传动滚筒作为带式输送机的重要部件，起作用更是举足轻重。众所周知，零部件的工作特性，对整机性能有重要影响，加之用户和使用环境的千变万化，带式输送机中的传动滚筒的设计不仅还会涉及其初步设计和零部件的选型设计，并且还越来越多地涉及零部件的设计，充分了解主要零部件的工作特性，合理的进行造型设计和性能匹配。第一章 绪论 传动滚筒是一种驱动装置，它主要应用于固定式和移动式的带式输送机设备，也是带式输送机的重要组成部分，它的结构和工作原理对带式输送机整体特性影响很大。本章先介绍传动滚筒在国民经济中的作用，然后是滚筒的发展状况。1.1 滚筒在国民经济中的作用由于滚筒具有结构紧凑，传动率高，噪声低使用寿命长，运转平稳，工作可靠，密封性好。占据空间小，安装维修方便等优点，并且适合在各种恶劣环境条件下工作，包括潮湿、泥泞、粉尘多的环境，所以目前国内外已将电动滚筒广泛应用于采矿、冶炼、煤炭、交通、能源、粮食、烟草、化工、建材、邮电、航空、农林、印刷、商业等各个生产建设领域。滚筒在国民经济中的作用随着现代化工业的发展，传动滚筒作为传动链已广泛应用于各种生产线中的辊子输送机和辊道输送机，用来输送城建物品。进入20世纪70年代以后，传动滚筒的应用场所扩展的十分迅速。例如，锥形传动滚筒，使辊道输送机转弯成为轻而易举的事。所以，飞机场、邮电局能用它来分拣行李物品、包裹等货物。两端直径达、中间直径小、类似双曲线形状的电动滚筒，可以应用于林场运送原木。经过专门设计，可以制成卷绕钢丝绳、电缆等柔性绳索的卷绕滚筒，并且可以在滚筒内部装上安全可靠的制动装置和防止逆转装置。经过特殊制造的传动滚筒，可以输送高温物料和高温钢胚。有的特殊传动滚筒可以在化纤加工过程中作为脱水轧辊使用。如果在滚筒体的圆柱面上焊接螺旋形叶片，还可以制成轻巧的螺旋输送机。此外，双速，三速或无级变速的电动滚筒已广泛应用与超级市场和技术精密型产品的生产线上。专门制造的隔爆型传动滚筒可以用在易燃、易爆的环境中。近年来，还有人试图将微型电动滚筒应用到旅游服务行业。例如，宾馆、饭店中的擦鞋机，窗帘卷帘机等等。总之，随着传动滚筒设计，制造技术的不断改进以及高新技术的引入，传动滚筒的应用范围越来越广泛，传动滚筒在国民经济各个领域中的作用也越来越重要。随着科学技术的不断进步，其应用场所更是越来越广泛，其发展前景也相当可观。为了提高产品质量，重视提高产品的可靠性，不断开发研制新产品，开拓国内市场，设计出有高可靠性的产品，才能使用户放心大胆的使用，才能提高企业的声誉，企业的产品在国内，外市场上才能被人们信任，才能取得良好的经济效益和社会效益。1.2 传动滚筒的发展状况 连续输送机械是物料搬运机械的重要组成部分，是其中的一大类别。带式输送机是连续输送机械中效率最高、应用范围最广泛的一种机型，是散料输送的重要设备。带式输送机是以输送带作为牵引构件和承载构件的一种连续输送设备。输送带上的物料随输送带一起运行，根据需要可以在输送机头部或中间部位卸料1。输送带用托辊支撑，运行阻力小。带式输送机可以沿水平或倾斜线路布置，在输送原煤时，向上最大输送倾角一般为17°18 °，向下最大输送倾角一般为15°16°。当采用花纹输送带并采取其它相应措施上运倾角可高达28°32°，下运倾角可达25°28°。当采取某些特殊措施或专用带式输送机时，可以实现更大的输送倾角甚至垂直提升。随着国民经济的飞速发展，矿山、建材、化工、港口、粮食、电力、煤炭等部门对散状物料的输送提出了新的要求，长距离（指单机输送长度，国外最长达15000m，国内最长为沈矿为海螺集团研制的10300m 平面转弯带式输送机）、大运量（高带速和大带宽）和大倾角输送物料是其主要发展方向之一2，同时提出无公害环保输送散状物料的要求。无论国外还是国内的建材及矿山行业，在这两种输送方案的对比选择后，还是较多的选择以长距离、大运量的带式输送机代替汽车运输的方案。其原因是采用汽车运输不仅要修建公路、购买汽车一次性投资大，而且日常的公路和汽车维修费用也很高。带式输送机输送散状物料是连续的物料流，生产效率高。目前，国外最大带速已达12m/s。国内的最大带速达5.8m/s，最大输送量9800t/h。当然，增加输送带的宽度也可以提高输送量（国外采用的最大带宽是3300mm），但增加带宽使整机所有相关尺寸增大，增加了设备的总投资。特别是输送带的成本要占整机成本的3050%，而且距离越长，运量越大，所占的比例就越大。同时，大带宽需要相应的硫化设备（包括输送带接头的硫化），因此我国目前所采用的最大带宽为22002800mm。近年来，通过引进国外先进国家的带式输送机整套设备及技术，以及国内广大科研人员的共同努力，可以说国内设计和制造的长距离、大运量带式输送机的水平已经可以满足国内市场的需求，但是一些关键技术尚需引起重视并加以深入研究和开发。国内投入使用的部分长距离、大运量的典型带式输送机如表1.1 所示。到目前为止，沈矿集团为天津港设计的带式输送机最大输送量达9800t/h；沈矿集团为海螺集团设计的单机最长达10.3km。向家坝水电站31.1 公里沙石料长距离大运量带式输送系统，由2.5 公里到8.2 公里共5 条带式输送机组成的输送系统。带宽1.2m，带速4.5m/s,输送量3000t/h，带强ST4500。国外长距离带式输送机的应用。到目前为止，西班牙的西撒哈拉带式输送机线路是世界上最长的长距离输送机线路。该线路长达100km，用来将位于石质高原地区的布·克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾汾阿雍海港。此线路于两年半内建成，并于1972 年投入使用，整条线路由长为6.911.8km 的11 台输送机组成。输送机采用宽度为1000mm，强度为3150N/mm 的钢绳芯输送带，带速为4.5m/s。输送带的安全系数为6.710。澳大利亚恰那矿20km 地面带式输送机系统是代表现代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为10.3km 的平面转弯带式输送机和一条10.1km 的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧长为4km。两条输送机除线路参数外，其它参数相同，输送能力为2200t/h，带宽1050mm，输送带抗拉强度为3000N/mm，安全系数为5，拉紧装置为重锤拉紧。津巴布韦钢铁公司的15.6km 水平转弯越野带式输送机于1996 年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。输送量为干矿石500t/h(湿矿石600t/h)，系统全长为15.6km，物料提升高度为90m。输送带采用桥石公司的钢绳芯输送带，抗拉强度为888N/mm，运行速度为4.25m/s，输送带的安全系数为5.8，当环境温度为0时，安全系数降到5.5，当输送量增加到600t/h 时，输送带安全系数降低到4.8。1.3 国内外研究现状随着国内外机械工业水平的不断发展，滚筒的结构、加工、安装等方面发生着日新月异的变化。由于焊接技术的不断发展，焊接强度的可靠性得到保证，虽然多数大型滚筒采用铸焊结构，但焊接结构也有所增加。轮毂和主轴的联结方式也由键槽连接向胀套连接转变。原来的辐板采用加强筋，现在直接用钢板制成。过去国内外在设计滚筒的各零部件时，常采用基于经典弹性力学理论导出的简单的经验公式。近年来，国内研究人员对于大直径滚筒的设计方法作了多方面的探索。东北工学院于升忠等人于1980 年用有限元半解析法对一合拉力为13.6 吨的双辐板结构滚筒进行了有限元分析。由于分析过程中忽略了输送带与驱动滚筒间摩擦力的作用，因此结果与实际相差较大。因为输送带与滚筒之间的摩擦力是滚筒扭曲变形的重要因素。西安冶金建筑学院的陆鸿生选择新的力学模型，根据圆柱体弯曲的有矩理论，分别推导出传动滚筒和改向滚筒在外载荷作用下壳体内的位移、内力和应力的计算公式，为精确计算提供了理论依据，在一定程度上揭示了筒体直径、两辐板间距和拉力与应力之间的关系。存在的问题是其力学模型条件苛刻，将筒体与辐板分开考虑，这对计算结构准确性有较大的影响。因为辐板的形状、厚度对筒体的应力和变形有不可忽视的影响4。西安交通大学曾经运用SAP5对驱动滚筒做有限元分析，对驱动滚筒的刚度和强度进行了分析并得出:摩擦力是滚筒扭曲变形的重要团素；从应力与变形两个方面说明，辐板的加强筋，在滚筒非临界状态下，对局部变形与筒体应力分布影响不大，只是在临界状态下能提高滚筒的整体稳定性；滚筒的径向最大变形在滚筒中部。通过分析，对筒体厚度进行了优化，达到节省材料的目的。煤炭科学研究总院上海分院曾经做过强力滚筒的有限元分析，对滚筒各点的受力、变形大小进行分析，通过实验验证了有限元计算滚筒受力的可靠性。西安科技学院刘金依等人采用大型有限元分析软件ANSYS，对英国安德森梅沃公司顺槽可伸缩带式输送机传动滚筒的应力分布规律进行了计算，得出了应力分布图，并找到危险区域，从理论上对滚筒的常见破坏形式进行了研究，为进一步改进滚筒的受力状况，实现滚筒的标准化生产提供了必要的理论依据5。他们对滚筒的理论研究和试验结果对本课题有十分重要的参考价值和指导意义。随着计算机技术的发展，有限元方法得到了长足的发展，有限元应用也扩展到机械、电子等领域。事实证明对带式输送机滚筒进行有限元分析是十分合理和有效的。国外从20 世纪60 年代就已经开始对滚筒的设计计算方法、强度分析、合理的结构设计进行研究。关于这方面的研究从总体上分为两类：第一类是Lang、Schmolzi、Das 等对滚筒用半解析法进行研究；第二类是Linder、Vodstrsi 、Siva 等使用了有限元方法。但绝大多数的研究人员都把滚筒看作各个零件的组合，而不是把滚筒当作一个整体来分析。尽管也有一些有限元法已经把滚筒当成整体来考虑，但迄今为止还没有关于滚筒受到非对称载荷系统的研究。1.4 结构与种类带式输送机滚筒有很多种类型，主要有如下几种分类:1.4.1 按驱动方式分（1）外驱动式 即驱动装置放在传动滚筒外面，减速器直接同传动滚筒轴相连。（2）内驱动式 即将驱动装置全部放在传动滚筒内，此种方式又称为电动滚筒。1.4.2 按轴承内孔大小分（1）轻型 孔径在50100mm；轻型滚筒的结构是轴与轮毂之间采用过盈配合（或配单键），辐板与筒体焊接，其中轮毂与轴采用键连接的结构用于传动滚筒。（2）中型 孔径在120180mm；中型滚筒的结构是轴与轮毂用胀套连接，辐板与筒体焊接。（3）重型 孔径在200220mm；重型滚筒的结构是轴与轮毂采用胀套连接，这种结构的滚筒是筒体的一部分、辐板、轮毂铸成一体的接盘与筒体的另一部分焊接而成，也就是铸焊滚筒。（4）工程级滚筒 工程级滚筒是指为满足特殊载荷条件而经过特殊设计的滚筒。高张力输送带由于其强度高、延伸性低的特点，而使这些滚筒的受力情况比使用一般织物芯层输送带的滚筒要高的多。启动、制动及其它动力载荷直接的传递给滚筒。当涉及到高张力时，滚筒的同心度及滚筒与输送机的准确对中是十分重要的。这种分类对于改向滚筒也同样适用。外面包上一层橡胶的滚筒称为包胶滚筒，包胶方式可采用硫化和冷粘的方法；镶嵌陶瓷的滚筒称为陶瓷滚筒；什么也不包的滚筒称为光面滚筒。1.4.3 按外形分（1）鼓形滚筒 用钢板卷圆焊接而成，滚筒中间部分直径大于两边约几毫米，目的是防止输送带跑偏，但是加工工艺复杂，因此很少使用。（2）叶片式滚筒 滚筒由许多横向叶片组成，目的便于清洁输送带，此类滚筒又称为自清扫滚筒。如果将叶片改为圆柱棒，称为棒式滚筒，也可起到自清扫作用。（3）沟槽胶面滚筒 滚筒的胶面上开菱形、人字形、直线形、环形、梯形，则分别称为菱形护面、人字形护面等各种护面形状的滚筒，其目的是增大摩擦系数和便于排出粘着物料。传动滚筒胶面常选用菱形和人字形。1.4.4 特殊滚筒（1）真空滚筒 为增大输送带同滚筒之间的摩擦力，在滚筒装有真空泵或外接真空泵，使输送带同滚筒包角之间成真空，增大摩擦力。但由于结构复杂，真空滚筒尚未得到推广。（2）磁力滚筒 滚筒内装有磁铁，如输送带下层为磁性覆盖胶，根据异性相吸作用，能增大摩擦力。当使用普通输送带时，磁力滚筒就成为除铁滚筒。（3）轮胎滚筒 滚筒外面由许多充气轮胎构成，轮胎表面带有沟槽。各种轮胎充气压力不同时，也起到鼓形滚筒作用。（4）陶瓷滚筒 滚筒护面有许多陶瓷片镶成，一方面可增大摩擦力，另一方面便于清扫。陶瓷片也可做成插板式，以便于更换。滚筒包胶的主要优点就是表面摩擦系数大，包胶是在滚筒的表面上用冷粘或硫化一层橡胶。包胶滚筒按其表面形状又可分为：光面包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒和菱形包胶滚筒。胀套连接结构是国际上广泛应用于重型载荷下机械连接的一种先进基础部件。胀套的结构如图11 所示，其原理是：当旋转紧定螺钉时，前压环和后压环相互靠近，迫使带张口的外环胀大，内环缩小，从而使轴和轮毂形成过盈配合，达到连接的目的。采用胀套连接的优点是：容易实现高精度的定位，可传递大扭矩和轴向力；可连接不可焊材料；可从外部安装拆卸，并可重复使用；降低了孔和轴的加工精度和加工费用。 图11 胀套结构 1.5 传动滚筒的研究目的和意义为了适应高产高效集约化生产的需要,带式输送机的输送能力要加大,带式输送机大型化与高可靠性要求,对设计者和制造者提出了更高的要求，只有解决了带式输送机发展的关键技术,才能制造出高性能、高可靠性的大型带式输送机。作为带式输送机重要传动部件的滚筒，能否安全稳定的运行，在整个输送系统中处于举足轻重的地位。滚筒的失效会给人身安全和整个系统带来严重的后果，使企业遭受巨大的经济损失。特别是在复杂恶劣的工矿下，如何改进滚筒结构、提高工效、延长寿命，一直是科研人员所关注的课题。目前，在国内对于中小型滚筒一般采用近似公式进行设计计算，对于重型滚筒近似公式已不再适用，这就使得设计计算具有较大的盲目性。这样设计出来的滚筒和工程实际有一定的差距，它的安全性和可靠性难以保证。一旦发现问题，通常是采用增大尺寸的方法来解决，但是这样做并没有解决实际性的问题。不但浪费材料增加成本，还不能达到预期的目的，随着带式输送机的大型化，合理的设计制造出大型滚筒已成为带式输送机的关键问题。目前，我国设计的滚筒尽管可以满足生产需求，但是由于缺乏研究，相同规格的滚筒与国外相比多消耗材料，使产品缺乏竞争力。选择该课题的目的就在于对传动滚筒进行力学分析及设计，找到合理的设计计算方法，使滚筒的设计更加简洁方便。对传动滚筒进行分析，从而为设计计算提供有力的参考。 第二章 传动滚筒的设计2.1 传动滚筒的选择及其传动理论传动滚筒按照其不同结构可分为钢制光面滚筒、包胶滚筒、陶瓷滚筒、电动滚筒等。 当假设输送带是一种理想的挠性体，可以任意挠曲，不受弯曲应力；忽略输送带的质量所产生的重力和惯性力时，输送带与滚筒绕入端的张力 （紧边张力）和绕出端的张力 （松边张力），按欧拉公式有如下关系： 上式表示了一种传递驱动力的关系，即传动滚筒所传递的圆周驱动力为： 式中 输送带与滚筒间的摩擦系数； 滚筒与输送带有相对弹性滑动弧对应的圆心角，rad， < ； 围包角。如图21所示，从绕出端到绕入端的张力按指数函数变化，由于输送带为弹性体，张力减小时，伸长也减小。故输送带在传动滚筒上由绕出端向绕入端方向有弹性滑动。当角度达到C 时，输送带的张力已经达到 ，因而在 角度区间输送带张力不增加，也就没有弹性伸长的变化，输送带在滚筒上没有弹性滑动。将有弹性滑动时所对应的弧段称为利用弧，利用弧所对应的圆心角称为利用角，用 表示，而将 称为备用角，其所对应的弧段称为备用弧。所以，只有在利用弧内产生摩擦力从而传递驱动力。当绕出端张力保持不变时，随着所需要传递的驱动力的增大，利用角和绕入端的张力也随之增大。利用角最大值为 ，所以绕入端的最大张力必须满足 图21 传动滚筒上输送带张力变化 因而，传动滚筒可能传递的最大驱动力为： 现代研究表明，利用弧并非单纯性弹性滑动，而存在输送带和滚筒之间的滑粘效应(Slip-Stick 效应)，也就是产生摩擦力的原因不仅由输送带和滚筒之间的弹性滑动，还有输送带和滚筒之间的粘滞作用。这样摩擦系数要大于单纯滑动的摩擦系数。当运行阻力时，传动滚筒的传递驱动力的关系已不成立，此是传动滚筒已不能传递大于 的驱动力 。当驱动装置提供驱动力 时，必然出现输送带在滚筒上打滑，即输送带已不能运动，而传动滚筒仍然随驱动装置转动。在打滑时，输送带和滚筒的摩擦力必然要转换为热能，严重时会将输送带迅速损坏。为了避免事故的发生，在设计传动滚筒所能够传动的驱动力必须留有一定的备用。将备用系数定义为 ： 式中 传动滚筒需要传递的驱动力，N； 传动滚筒可能要传递的最大驱动力； 传动滚筒传递驱动力的备用系数1.31.5。需要说明的是，这里的备用系数 并不是为满足摩擦传动备用系数，而是相对起制动时动载荷的备用系数。满足摩擦系数传动的备用系数在选用摩擦系数时已经考虑进来了。因而，当围包角和绕出端张力一定时，传动滚筒传递的驱动为： 当围包角和传动滚筒所需传递的驱动力一定时，绕出端的张力为： 由上式可知，提高驱动力可以从三个方面下手：增大拉紧力 增加初张力可使输送带在传动滚筒绕出端的张力 增加。采用增大拉紧力的方法会使输送带的最大张力增大，也有可能使驱动装置的结构尺寸加大，而增加设备的投资。另一方面，适当增加拉紧力对输送带在较好的工况下工作是有利的。所以需要经过经济技术比较来选取较合理的拉紧力。增大围包角 当输送带所需驱动力较大时，增大围包角可以避免过大的拉紧力，增大围包角的方法是增设增面滚筒或采用多滚筒传动，而且用多滚筒传动时，也可以减小每个驱动单元的单机容量。增大摩擦系数 其具体措施是在传动滚筒上覆盖摩擦系数较大的材料，如橡胶、陶瓷、木衬等。2.1.1 传动滚筒直径的确定传动滚筒直径的大小直接影响输送带绕经滚筒时的附加弯曲应力及输送带在滚筒上的比压等。为了得到合理的传动滚筒直径，应考虑以下四个方面。（1) 为避免输送带绕经滚筒产生过大的附加弯曲应力，滚筒直径的确定有以下几种情况： 对于帆布层芯体的输送带，传动滚筒直径D与帆布层数z之比值为：采用硫化接头时，；采用机械接头时， ；对于移动式和煤矿井下使用的便拆装式带式输送机，可取。钢丝绳芯输送带使用的滚筒，一般按滚筒直径与钢丝绳直径之比大于150选取。整编芯体塑料输送带使用的滚筒半径，与同等强度的帆布层输送带相同。（2） 为减小输送带的表面比压，避免输送带的覆盖胶脱落，传动滚筒直径应满足：织物芯带 钢绳芯带 式中 D传动滚筒直径，mm； S输送带的张力，N； B输送带的宽度，mm； d钢丝绳的直径，mm； a钢丝绳的间距，mm； p输送带表面许用比压，取p=1Mpa。（3） 避免覆盖胶或花纹变形过大（一般不超过6%），滚筒直径应满足：织物芯带 钢丝芯带 式中 D传动滚筒直径，mm； 围包角影响系数，当围包角小于时，否则； t输送带的总厚度，mm； b钢绳芯输送带上覆盖胶厚度（包括花纹高度），mm； d钢丝绳直径，mm.(4) 当输送带弯曲频次比较高时，滚筒直径则相应取大一些，以便能够减小输送带的弯曲应力，补偿由此引起的弯曲疲劳寿命的降低。另外，为使输送带绕经滚筒时具有自动对中的作用，可将滚筒表面制成腰鼓形，中部比两端直径最小要大8mm。一般情况下，滚筒中部直径比两端直径的增加量可按下式确定： 式中 滚筒厚度2.1.2 滚筒的性能特点及其选用 传动滚筒用来传递引力或制动力。钢制光面滚筒表面摩擦系数小，所以一般用于短距离输送机。包胶滚筒主要优点是表面摩察系数大，适用于长距离大型带式输送机。包胶滚筒按表面形状又可分为光包胶滚筒面、人字形沟槽包胶滚筒和菱形（网纹）包胶滚筒。光面包胶滚筒制造工艺相对简单，容易满足技术要求，正常工作条件下摩擦系数大，能减小物料粘结，但在潮湿场合由于表面无沟槽致使无法截断水膜，会是摩擦系数显著下降。为了增大摩擦系数，在光面光制滚筒表面上冷粘或硫化一层人字形沟槽的橡胶板，为使该橡胶板粘的牢靠，必须在滚筒表面上挂上一层很薄的衬胶（一般小于2mm），然后再把人字形沟槽橡胶胶板冷粘或硫化在衬胶上。这种人字形沟槽的滚筒，因沟槽的存在，能使表面水薄膜截断，不积水，同时输送带与滚筒接触时输送带表面能挤压到沟槽里。基于上述原因，即使在潮湿的条件下，摩擦系数也降低不大。但是，此种滚筒具有方向性，不能反向运转，菱形（网纹）包胶滚筒出了具有人字沟槽包胶滚筒优点外，最突出的一个优点是它没有方向性，能有效防止输送带跑偏，特别适合用于带式输送机，但摩擦系数比人字沟槽包胶滚筒稍低。尽管如此，人们还是认为菱形沟槽包胶滚筒比人字沟槽包胶滚筒优越。国外研制一种带轴向沟槽包胶滚筒，弥补了菱形沟槽比人字沟槽包胶滚筒摩擦系数小的缺陷，在远距离大运量的带式输送机上已有应用。通常情况下，中小型带式输送机的滚筒一般都采用焊接结构，即轮毂、辐板和筒皮之间焊接而成。而在大功率的带式输送机上，就必须采用铸焊结合的结构形式，即滚筒两端的轮毂，辐板和筒皮为整体铸造，然后再与中间筒皮焊在一起。2.2 传动滚筒的设计矿用带式输送机是矿山运输机械中重要设备，由于使用环境的特殊性，再设计制造的过程中，对其机构和形式都提出了特殊要求，这些要求都集中地反映在矿用带式输送机主要部件传动滚筒的结构及形式上。传动滚筒是带式输送机传递动力的主要部件，其驱动带式输送机的方式有单滚筒、双滚筒及多滚筒之分。单滚筒多用于功率不太大的输送机上，如煤矿地面运输及选煤厂等处。井下带式输送机一般均采用双滚筒，以输送结构紧凑。图2-2是驱动滚筒结构示意图。该传动滚筒的轮毂与滚筒轴采用胀套连接，即大大降低了应力集中，又显著改善了滚筒的装配工艺性。传动滚筒，从制作材料上来分有钢板卷焊接、铸钢及铸铁三种；从结构形式上来分有装配辐板式、辐条式、整体辐板式三种。另外，滚筒表面也有光面、包胶、铸胶等形式；其中，以钢板焊接装配辐板式铸胶滚筒应用较为广泛。 图22 传动滚筒结构示意图2.2.1 传动滚筒筒壳内外表面的应力 传动滚筒的设计一般根据输送带张力和输送量来选定滚筒直径和输送带宽度（滚筒宽度），但筒体和接盘的受力及变形情况至今仍没有权威的解释。除了滚筒轴有较成熟的计算公式外，筒体厚度、接盘厚度的计算多采用经验公式，筒壳、辐板的厚度均根据计算得来的轴承部位的轴径来确定。因此，如在传统计算方法的基础上对传动滚筒各部位的结构及受力做整体考虑，对其主要结构参数进行设计，无疑会有利于提高驱动滚筒乃至带式输送机的使用寿命。传动滚筒输送带两端的张力相差很大，相遇点的张力远大于分离点的张力，工作时，传动滚筒表面受压的径向载荷是从紧边到松边的。其受力分析示意图如下2-3. 图23 传动滚筒受力示意图 传动滚筒由等厚度薄钢板卷制而成，接头处采用焊接处理，传动滚筒在运转，筒壳不允许发生塑形变形。所以应将传动滚筒筒壳当作弹性圆柱薄壳问题求解。为了便于计算，筒壳的两端可视为间支。而闭合的圆柱壳在间支边界条件下，可求出在外载荷作用下传动滚筒壳体内应力的计算式：纵向薄膜力、切向力、平错剪应力S、纵向弯矩、切向弯矩、纵向扭矩。在上述各内力的作用下，传动滚筒筒壳内表面及外表面上产生的应力要高于同点壳体内的应力。壳面上的应力可按下式计算： 式中 t筒壳的厚度，cm； 筒壳的纵向应力，pa； 筒壳的切向应力，pa； 筒壳的剪应力，pa式中“+”用于球内表面应力式；“-”用于求外表面应力式。计算有关的实验研究均表明，筒壳中央部分的各个径向截面上，由受压到受拉，每转应力变化612次。最大的应力产生于筒壳的中部1/2处，应力实际值与R、t、Z等参数有关。筒壳的许用应力，根据国际上的一般规定。2.2.2 传动滚筒接盘应力接盘有直接焊接式和浇铸式。既有轮毂和辐板装配焊接或整体浇铸而成，分析接盘工作时的变形应力可以将辐板看作一个沿半径内圆周边和半径为的外圆周边固定了光面圆盘，由它来承受由滚筒轴弯曲变形而产生的弯矩和接盘轮毂产生的弯矩如图24所示； 24 传动滚筒的支承及有关结构根据弹性力学方程，可求出平面圆盘中性面变形的平衡方程为直径r与极角的函数，最终可以推算出接盘的径向与切向的弯矩与扭矩。 式中 接盘中的径向应力； 接盘中的切向应力； 接盘中的切向弯矩，N.cm； 接盘中的径向弯矩，N.cm； h辐板厚度，cm； W截面模数，。若接盘外径（滚筒直径）不变，减小接盘轮毂半径会使弯矩和减小。相应的，其应力不论在轮毂区，还是在辐板的周边上（接盘与滚筒的焊接处）也随之降低。但轮毂半径不能任意减小，它受轮毂强度和传递力矩的限制。具体地讲，