摘 要：針對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)滾筒減速傳動(dòng)裝置承載能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝性差等問題，將變速軸承移置到油冷式電動(dòng)滾筒內(nèi)，形成一種全新的活齒減速油冷式電動(dòng)滾筒。通過設(shè)計(jì)計(jì)算與分析，確定了活齒減速油冷式電動(dòng)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(dòng)滾筒的整體結(jié)構(gòu)形式要求。另外，電動(dòng)滾筒是一種將電動(dòng)機(jī)和減速器同時(shí)置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置，由于電動(dòng)機(jī)已達(dá)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(dòng)滾筒所需要的。
       關(guān)鍵詞：電動(dòng)滾筒；減速裝置；變速軸承

        自 1961 年第一臺(tái)油冷式電動(dòng)滾筒研制成功至今，國(guó)內(nèi)已形成大規(guī)模的電動(dòng)滾筒生產(chǎn)行業(yè)。電動(dòng)滾筒作為一種將電動(dòng)機(jī)和減速器共同置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起到了越來越重要的作用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)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(gè)生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域。
       電動(dòng)滾筒有著如此廣泛的應(yīng)用，是由于它具有許多優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)滾筒主要用作固定式和移動(dòng)式帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，因電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)構(gòu)內(nèi)置于滾筒內(nèi)，與傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)置于滾筒外的開式驅(qū)動(dòng)裝置相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，適合在粉塵及潮濕泥濘等各種環(huán)境下工作。隨著電動(dòng)滾筒的廣泛應(yīng)用，又形成一種將電動(dòng)機(jī)外置、減速機(jī)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(dòng)滾筒電動(dòng)機(jī)的散熱問題，并使維護(hù)和維修更加方便。
        隨著各行各業(yè)對(duì)電動(dòng)滾筒的需求日益增長(zhǎng)，電動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)不斷提高，原材料不斷改進(jìn)，高新技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。其中，傳動(dòng)裝置的優(yōu)劣直接決定了電動(dòng)滾筒的性能。由于電動(dòng)滾筒使用范圍的不斷擴(kuò)大，各行各業(yè)對(duì)電動(dòng)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(zhǎng)很短，有的要求帶速極低（達(dá)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(yīng)改變，有的要求單向轉(zhuǎn)動(dòng)；有的要求斷電時(shí)立即制動(dòng)等等。
        為了滿足上述要求，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的電動(dòng)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(fēng)冷式電動(dòng)滾筒；按減速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為定軸齒輪傳動(dòng)式、行星齒輪傳動(dòng)式、擺線針輪傳動(dòng)式及諧波齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)滾筒等。如此多的傳動(dòng)機(jī)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(dòng)的齒輪支承復(fù)雜、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸向和周向尺寸限制問題、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱、工藝性及傳動(dòng)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(dú)立的減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛，轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)用于油冷式電動(dòng)滾筒，會(huì)很大程度地提高電動(dòng)滾筒的傳動(dòng)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(dòng)滾筒內(nèi)，形成一種全新的活齒減速油冷式電動(dòng)滾筒[2]。
        
 1  結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
 1.1 YD 系列油冷式電動(dòng)滾筒簡(jiǎn)介
        YD 系列電動(dòng)滾筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有電動(dòng)機(jī)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(dòng)其運(yùn)動(dòng)的滾筒體，用來支撐電動(dòng)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(dòng)滾筒是供各種固定式帶式輸送機(jī)配套使用的內(nèi)驅(qū)裝置，與外驅(qū)動(dòng)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(chǎng)所，可滿足各種逆止、包膠等要求。它能代替電機(jī)-減速器形式的外驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成膠帶輸送機(jī)，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(shí)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(dòng)滾筒內(nèi)部，減速裝置采用定軸齒輪傳動(dòng)，常采用兩級(jí)漸開線圓柱齒輪減速。左、右法蘭軸分別與電動(dòng)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(duì)稱性回轉(zhuǎn)零件，其與電機(jī)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(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、右端蓋固定在滾筒體上，這樣四者構(gòu)成一個(gè)組件，作為電動(dòng)滾筒的運(yùn)動(dòng)輸出部分（如圖 1 所示）。傳動(dòng)原理為：電機(jī)軸上裝有齠輪，齠輪與裝在齠輪軸上的齒輪嚙合，并帶動(dòng)齠輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)滾筒體轉(zhuǎn)動(dòng)[3，4]。
                      
 1.3   變速軸承簡(jiǎn)介
          變速軸承是上世紀(jì) 80 年代在國(guó)內(nèi)興起的一種新型傳動(dòng)形式。它集滾動(dòng)軸承的支撐作用與減速裝置的變速功能于一體，使傳動(dòng)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(dòng)圈、傳動(dòng)桿、圓柱滾子、雙偏心套及標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)齒圈用鉚釘固定在外圈上，傳動(dòng)圈用鉚釘固定在中圈上，雙偏心套與內(nèi)圈配合連接。傳動(dòng)桿置于傳動(dòng)圈的導(dǎo)槽內(nèi)[5，6]。
                        
        變速軸承的工作原理：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)雙偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)，通過標(biāo)準(zhǔn)軸承推動(dòng)傳動(dòng)桿在中圈的徑向槽內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)。當(dāng)傳動(dòng)桿一端沿內(nèi)齒圈齒廓曲線滑動(dòng)時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)中圈作減速運(yùn)動(dòng)。
        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(shí)變速軸承整體裝卸十分方便，且傳動(dòng)效率達(dá) 90%以上，單機(jī)傳動(dòng)比為 6～60，采用多級(jí)則傳動(dòng)比可更大。由于有半數(shù)滾柱參與承載，嚙合點(diǎn)多，運(yùn)轉(zhuǎn)件為滾動(dòng)形式，且為軸承鋼制造，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、使用壽命長(zhǎng)、抗過載及抗沖擊能力強(qiáng)和使用安全的特點(diǎn)。
        變速軸承的傳動(dòng)比與其安裝形式有關(guān)。當(dāng)內(nèi)齒圈齒數(shù)為 z 時(shí)，若內(nèi)圈輸入外圈固定，中圈輸出，其傳動(dòng)比 i=z+1；當(dāng)內(nèi)圈輸入中圈固定，外圈輸出時(shí)，傳動(dòng)比 i=- z。在電動(dòng)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?yàn)閷?duì)電動(dòng)滾筒來說采用這種形式布置非常方便，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單[3]。
        
 2   活齒減速裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)
  2.1 傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
         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(jì)成對(duì)稱性回轉(zhuǎn)零件。結(jié)合電動(dòng)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(dòng)機(jī)與右法蘭軸之間。考慮到電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，在電動(dòng)機(jī)與變速軸承之間還需增設(shè)一個(gè)連接法蘭，才能將變速軸承與電動(dòng)機(jī)連接在一起。這樣再加上左法蘭軸，實(shí)際上是將 5 個(gè)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(jī)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(jìn)后的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。
                  
       為提高電機(jī)輸出軸的剛性，可在軸線上加一支撐軸。支撐軸一端插在變速軸承雙偏心套內(nèi)與電機(jī)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(jī)輸出軸由懸臂支承變成了簡(jiǎn)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(jiǎn)單。因?yàn)槎际腔剞D(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(dòng)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(gè)組件，變速軸承的輸出動(dòng)力通過輸出法蘭傳遞給了滾筒體。
        改進(jìn)后的活齒減速傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)合理、緊湊、工藝性好，初步試驗(yàn)結(jié)果表明運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、承載能力大。
   2.2  主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
   2.2.1 變速軸承型號(hào)選用
            所設(shè)計(jì)電動(dòng)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(jī)型號(hào)為 YGY100L1- 4，功率為 2.2 kW，轉(zhuǎn)速為 1 440r/min。由傳動(dòng)比的計(jì)算公式求得減速器的傳動(dòng)比為：i=n1/n2=1 440/120=12。
           查 JB/T6635- 1993 國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—推桿式變速傳動(dòng)軸承，選擇減速器的型號(hào)為 TB210，尺寸規(guī)格從略。
   2.2.2 右法蘭軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
   2.2.2.1 受力分析[1]
             取由左、右法蘭軸、電動(dòng)機(jī)殼、連接法蘭以及減速器所組成的剛性軸為研究對(duì)象（如圖 5 所示），并按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力分析如下：
                  
                
  2.2.2.2 軸頸轉(zhuǎn)矩計(jì)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(jì)計(jì)算，為電動(dòng)滾筒的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
     
  3   結(jié) 語
        縱觀當(dāng)今市場(chǎng)上各種電動(dòng)滾筒，都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。就減速傳動(dòng)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(fù)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(dòng)滾筒內(nèi)，形成了一種全新的活齒減速油冷式電動(dòng)滾筒。
       本文通過設(shè)計(jì)計(jì)算與分析，確定了活齒減速油冷式電動(dòng)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(dòng)滾筒的整體結(jié)構(gòu)形式要求。另外，電動(dòng)滾筒是一種將電動(dòng)機(jī)和減速器同時(shí)置于滾筒體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)裝置，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，由于電動(dòng)機(jī)已達(dá)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(dòng)滾筒所需要的。