鏈式傳輸機傳動裝置的工藝優化

文/畢 薇 丁武陽(合肥經濟學院）

隨著社會生產力的進步和機械制造業的進步，鏈式傳輸機也進入了快速發展階段，其由于多種類型、高速高效率、大功率大容量以及低能耗低成本等特點，得到廣泛應用，尤其在重工業、智能物流、快遞及礦物運輸等行業應用得更多[1]。隨著電子信息技術和智能化物流的大力發展，工業機器人和鏈式輸送機相結合，將形成一體化大型人工智能生產鏈。因此，進一步提升生產效率和加工質量，降低制造成本和延長機器使用壽命，從而提高整體工作性能成為鏈式輸送機優化完善的功能要求[1]。

一、鏈式傳輸機概述

鏈式傳輸機主要有四種類型：懸掛鏈式傳輸機、FU 鏈式輸送機、刮板鏈式輸送機、鏈式提升機，都是使用鏈傳動作為傳動裝置。鏈條結構的多變性，材料選用的靈活性，保證了鏈式輸送機具有傳輸物多樣、復雜環境的適應性強、能耗低、工作壽命長等特點。

1.鏈式傳輸機機械結構的分析

鏈式傳輸機一般由原動機、鏈板、傳動裝置、張緊裝置、制動裝置幾個部分組成[2]。其中傳動裝置控制整體輸送的速度、功率及平穩性，是鏈式傳輸機運轉的核心[3]；原動機為鏈式傳輸機提供動力，承載構件用來承放物料；制動裝置在突發事故時可進行緊急制動，確保工作安全；張緊裝置工作過程中將力傳遞給鏈條，為鏈條提供一定的張緊力，使其在傳動中避免出現打滑。

傳動裝置由電動機、減速器、鏈輪等組成[2]，是鏈式傳輸機的動力源，可以確保軸與軸間的夾角和距離在經常變換的情況下傳遞可靠的動力。

通常情況下，鏈式傳輸機是通過許多鏈輪移動鏈條來完成貨物的運輸。其利用鏈傳動作為傳動裝置的主要構件，借鏈條牽引鏈條上的鏈板運輸貨物，再利用聯軸器傳遞牽引力，從而完成貨物的運輸。其機械結構原理類似于帶式傳輸機，能避免帶傳動中彈性滑動和帶輪打滑，一定程度上可以降低能耗及成本[4]。

2.鏈式傳輸機傳動裝置的主要參數

鑒于工作場合及性能要求不同，鏈式輸送機傳動裝置中電動機類型常以三相籠型異步電動機為主，其電壓為380V，Y 型[5]。應用最為廣泛的是Y100L-2 三相異步電動機。

機構零部件中，構件軸可以有效地傳遞運動和動力[1]。鏈式傳輸機的傳動裝置中最為重要的是三根軸（高速軸、中間軸和低速軸）和兩對齒輪（高速級齒輪、低速級齒輪）的精度和配合[2]。一般情況下，高速軸材料選擇40Cr 鋼（調質），硬度為280 HBS；中間軸和低速軸的材料為45 號碳鋼（調質），硬度是240 HBS[6]。高速級齒輪傳動中，齒輪精度一般為7 級精度[7]，小齒輪采用40Cr 鋼（滲碳淬火）、齒數為26，大齒輪采用45號碳鋼（滲碳淬火）、齒數為127[1]。低速級齒輪傳動中，齒輪精度為7 級精度[7]，小齒輪采用40Cr 鋼（滲碳淬火）、齒數為25，大齒輪采用45 號碳鋼（滲碳淬火）、齒數為91[1]。鏈條型號一般根據實際應用場合決定。

聯軸器用來連接兩軸，機器運轉時軸與軸之間相對運動且不可分離[2]。為減小工作過程中產生的震動和沖擊，通常情況下選擇LT6 型彈性套柱銷聯軸器。該聯軸器制造簡單，裝配方便，成本較低。

二、傳動裝置零部件材料優化

鏈式傳輸機主要依靠其傳動裝置來控制整體輸送的速度、功率及平穩性。傳動裝置由電動機、齒輪減速器、聯軸器和鏈輪等零部件組成，所以優化傳動裝置中主要零部件是優化鏈式輸送機整體性能的重點[3]。

軸類零件可選的加工材料較多，其中在減速結構中，通常選用45 號碳鋼，根據優化設計數據，優化材料擬定為40Cr 鋼。

為了驗證優化材料的可行性，對選用不同金屬材料的軸，利用ANSYS 軟件進行線性靜力分析（靜力分析圖略）。

通過分析ANSYS 的仿真數據發現45 號碳鋼的屈服強度比40Cr 鋼更接近屈服極限強度，所以40Cr鋼的綜合性能比45 號碳鋼強，可使軸的使用壽命更長。

在機械加工制造過程中，齒輪類零部件的加工較為復雜，難度系數較大，但其可選的加工材料較多，其中應用于減速結構中的齒輪材料一般選用灰鑄鐵，根據優化設計數據，優化材料擬定為45 號碳鋼。

為了驗證優化材料的可行性，對選用不同金屬材料的齒輪，利用ANSYS 軟件進行線性靜力分析（靜力分析圖略）。

通過ANSYS 的仿真分析數據發現灰鑄鐵的屈服強度比45 號碳鋼更接近屈服極限強度，所以45 號碳鋼的綜合性能比灰鑄鐵強，可在一定程度上延長齒輪的使用壽命。

三、優化的意義

鏈式傳輸機主要依靠其傳動裝置來控制整體輸送的速度、功率及平穩性。鏈式傳輸機的傳動裝置主要由電動機、二級減速器、鏈條等組成。因為工作過程中，鏈式傳輸機容易受到震動、沖擊和磨損，針對鏈式傳輸機傳動裝置進行分析研究，在設計并選定其主要參數的前提下，對其中的重要零部件進行工藝材料上的優化；通過對鏈式傳輸機傳動裝置的減速器中用來傳遞運動和動力的齒輪、軸進行不同材料的ANSYS線性靜力分析仿真，根據仿真數據的對比，驗證優化方案。傳動裝置中，齒輪與軸起到重要作用，優化齒輪與軸的使用性能，一定程度上可以避免工作過程中出現齒輪失效，降低沖擊的影響，并延長齒輪、軸等零部件的使用壽命，使整個傳動裝置的工作性能提升，進而延長鏈式傳輸機整機的使用壽命并提高其工作的平穩性。