带式输送机传动滚筒胀套的设计及选用原则

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Abstract：The drum is an important part of the belt conveyer.Generally a fiat key connection type is adopted for pre-vious drum shafts and drum hubs，but such kind of drum cannot meet conveying requirements any more with the develop-ment of long-distance，wide belt，large capacity，and high-speed belt conveyers.The paper mainly introduces design of ta·per-lock connection of the drum and coresponding calculations for the belt conveyer，and further describes the selectionprinciple of the taper-lock。

Keywords：belt conveyer；transmission drum shaft；hub；taper-lock；connecting bolt0 前言胀套连接是依据楔效应原理把轴与轮毂连接在-起，从而使滚筒得以运行。胀套工作的原理是：在径向力作用下，外环胀大，内环缩小，相互配合的锥环有相同的锥度，通过对这些锥环施加-定的轴向力使轮毂和轴紧密相连，外环向圆周外膨胀，以此来消除安装间隙，同时内环向内缩小，从而在轴和轮毂表面产生很大的压应力，此压应力使滚筒在转动时产生足够大的摩擦力，把扭矩传递给滚筒。胀套连接具有很好的对中性，基本可以消除应力集中的影响，装卸和调整轴与轮毂的位置也比较方便，承载能力强，密封性好。

1 胀套的分类胀套可以分为刚性胀套和柔性胀套两类，如图2所示。刚性胀套的特点：锥角小，不但保证了轴和轮毂的整体式连接，而且压力幅小，自动定心性能好，配合面压力计算也比较准确，可以传递较大的扭矩，可 自锁，工作时螺钉受力不增加，可靠性高，安装方便。柔性胀套的特点：锥角大、组件多，自动定心性能差，配合面压力计- 1 8 - (a) (b)(a)刚性胀套 (b)柔性胀套图2 刚性胀套和柔性胀套环算也不准确，传递扭矩能力低，不能 自锁，螺钉在工作时受力增加，较薄的锥环面与轴配合时，会在轴表面产生应力集中，可靠性低，安装也不《起重运输机械》 2013 (9)方便，所以不适合滚筒轴与轮毂的联接。

2 胀套力学模型的建立与内环的受力分析图 3所示是胀套的力学模型，其中 F是螺栓鹏时所产生的轴向预紧力，OL为胀套锥角，Ⅳ1是外锥环与轮毂或内锥环与轴的接触面的正压力，是由上述正压力所产生的摩擦力，R 是 Ⅳ 和的合力，也称全反力， 是 R 和 Ⅳl的夹角。

(a) (b)(a)胀套的力学模型 (b)外环受力分析图3 胀套的力学模型为了分析胀套的受力状态，取图 3所示的隔离体进行分析 (内、外环均可，本文取外环)。图中 ：为胀套在轴向预紧力作用下内外锥环面上所产生的正压力 Ⅳ2和摩擦力 的合力，其中合力 R与Ⅳ2的夹角为 (D，即摩擦角∞ arctg/x式中： 为摩擦因数，钢材/x0.1-0.12。

由受力平衡条件可得下式(1)在预紧力 F的作用下，胀套装置所能传递的最大摩擦力矩为M N1dtx/2-式中：d为胀套的内锥环的内径或与之配合的轴的直径。

3 有效配合长度的计算胀套选用手册中提供了各个胀套组件的额定负荷，即每个型号的胀套所能传递的最大转矩M (kN·1TI)和最大轴向力 F (N)，同时也给出了胀套在额定负荷情况下在轴表面所产生的接触正压力为 P (N/mm )。

《起重运输机械》 2013(9)通过上述分析，可得轴向力计算公式F fS frcdl (3)所以胀套的有效配合长度计算公式为Fl"z m ax (4)4 胀套连接件表面的接触压力的计算由式 (1)和式 (2)可得由预紧力 F引起的表面的接触压力为 (5)式中：d 为胀套连接轴的直径或轮毂的内径。

5 联接螺栓直径的计算胀套的内外弹性圈联接螺栓的个数 m-般为6- 12个，滚筒轴的直径越大，m的取值也越大，以保证胀套的内外弹性圈受力比较均匀。螺栓直径的计算公式为d≥添 (6)由于-般联接螺栓的机械性能等级为 12.9，即 [ ]-1 080 MPa，所以轴直径 d的取值为/-VdI>0.034 3 / (7)，安装胀套螺栓要用测力扳手张紧。

6 胀套的选用原则6.1 胀套额定负载的确定6.1.1 选择胀套应满足如下条件1)传递扭矩Mt>M式中： .为胀套所能传递的额定扭矩， 为滚筒稳定运行需要的扭矩。

2)承受的轴向力F ≥ F式中：F 为胀套的额定轴向力，kN；F 为滚筒正常运行时胀套所需承受的轴向力，kN。

6.1.2 采用多个胀套联接时额定负载确定当用-个胀套联结其额定扭矩小于所需传递的扭矩时，可以用两个或两个以上的胀套串联联结，以确保胀套的额定扭矩大于滚筒所需传递的扭矩，则可得出其总额定扭矩为- 9 - Mm式中： 为-个胀套的额定扭矩，kN·ITI；M 为数个胀套总额定扭矩，kN·m；m为负载系。

表 1 负载系数//'胀套 rn数量 n Z 型 Z2、Z3、Z4、 Z5型1 1.00 1.02 1.56 1.84 1.86 2.78 2.036.2 空心轴情况下胀套内径的确定在有些情况下，如果滚筒轴需要采用空心轴，则其与轮毂相配合时所选择胀套的内径 d 应满足下式di≤d /orS-2PfC (81 √式中： 为空心轴材料 的屈 服应力，kN/mm ；P，为胀套与轴结合面的应力 N/mm ；d为胀套内径，mm；di为内径，mm；C为系数。

6.3 对轴孔接合面的要求由于滚筒轴与轮毂主要靠摩擦力来传递力矩，所以对轴孔结合面有-定的要求，见表2。

表 2 轴孑L结合面的要求胀套 胀套规格 轴公 轴的粗糙度 孔的粗糙度型号 /mm 差带 /I.zm /txmZI ≥38 H8 ≤6.3 ≤6.3Z2 所有直径 H7或 [48 ≤16 ≤16Z3 所有直径 H8 ≤l0 ≤1OZ4 所有直径 N9或 H9 ≤16 ≤16Z5 所有直径 H8 ≤16 ≤167 胀套连接的优缺点胀套联接已较广泛地被采用，它与其他型式的联接相比有以下优缺点：1)胀套联接与圆柱面和圆锥面过盈配合的联接形式相比在传递扭矩时有相同的效果，但是胀- 2O - 套联接的制造工艺简单，拆卸方便，尤其是对于大型零部件的联接，这个优点更为突出。

2)胀套联接与键联接相比，胀套联接可避免键联接中键槽的铣制从而减轻对轴截面强度的削弱，同时应力集中系数也相对较低。因此，在传递同样大小的扭矩时胀套联接可以比键联接采用较小的轴截面，缩喧构尺寸，节省材料。

3)胀套联接与上述等效联接相比，联接零件数和联接接触的偶合面数相对增多，加工面增多，隐患机率相应增加，制造成本增加，这是其主要不足之处。由于实施标准化的设计和生产，所以不会使联接成本增加过多，也不会增加制造工艺的难度。与其他类型的联接相比，尤其是在用于大中型零部件的联接时，胀套连接制造、安装和拆卸上的便利，使其应用更为广泛。

4)胀套联接和上述等效联接相比的优点，是在联接处需要传递相同的扭矩时得出的。有的联接不仅需要传递-定的扭矩，而