带式输送机中螺杆张紧装置的设计。带式输送机中螺杆张紧装置的设计 任晓力 【摘 要】 通过分析确定螺杆移动和螺母旋转来实现调节张紧装置的形式。重点 介绍了带式输送机中螺杆张紧装置的设计方法和设计步骤，并用这两种调节形 式对螺杆的稳定性

　　带式输送机中螺杆张紧装置的设计 任晓力 【摘 要】 通过分析确定螺杆移动和螺母旋转来实现调节张紧装置的形式。重点 介绍了带式输送机中螺杆张紧装置的设计方法和设计步骤，并用这两种调节形 式对螺杆的稳定性进行了分析校核。借助 ANSYS 建模仿真分析，为螺杆设计 计算提供了理论依据和校核方法。 【期刊名称】煤矿机电 【年(卷),期】2019(040)002 【总页数】3 【关键词】 带式输送机；螺杆张紧；稳定性；ANSYS 建模 任 晓 力 . 带 式 输 送 机 中 螺 杆 张 紧 装 置 的 设 计 [J]. 煤 矿 机 电i.cmet.2019.02.031 0 引言 在带式输送机张紧装置设计中,由于带式输送机输送距离长,一般采用重锤拉紧, 而对于短距离带式输送机,经济的方法是采用螺杆拉紧装置。螺杆拉紧装置具 有结构简单、维护简单、造价低等特点,通常是尾部滚筒兼做张紧滚筒,输送带张 紧的判断由操作者的技术来决定。 1 螺杆张紧装置形式的确定 螺杆张紧装置的张紧螺栓有两种安装形式:一种是螺杆上的螺母安装在张紧滚筒 的轴承座处,螺栓旋转时螺杆位置不变,螺杆旋转带动滚筒移动，从而张紧输送带; 另一种螺杆移动,螺母旋转实现调节,这种形式可使螺栓和滚筒中心线在同一平面 内,从而毫无偏斜的张紧输送带,该设计更为,但需要特殊类型的支架,成本增 加。通过分析研究，采用第二种紧张装置形式,其结构如图 1 所示。 由图 1 可知，螺杆支撑在两个支撑板之间，张紧滚筒座随着螺杆的转动而前后 滑动，待输送带张紧后，用锁紧螺母将螺杆锁紧即可，输送带张力的方向 F 如 图 1 所示。 1-螺杆;2-支撑板;3-锁紧螺母;4-张紧滚筒固定座;5-支撑板 图 1 张紧装置示意图 2 螺杆的设计 滑动螺旋的螺纹包括梯形、锯齿形及矩形 3 种形式，锯齿形螺纹主要用于受单 向力，矩形螺纹虽然传动效率高，但加工困难且强度较低，故选择应用较广的 梯形螺纹形式。 2.1 螺杆的中径 螺杆中径的计算公式： (1) 式中：d2 为螺杆所需的小直径；F 为螺杆所承受的轴向载荷,即为输送带张紧 所需的张力; 可根据螺母的形式选定,整体式螺母取 1.2～2.5,部分式螺母取 2.5～3.5;pp 为螺杆的许用强度,钢对钢低速时取 7.5～13 N/mm2。 计算出螺杆中径后，根据标准 GB/T 5796.3—1996 规定梯形螺纹基本尺寸,初 取螺纹的基本尺寸,即可以先确定一个值，然后按螺纹的自锁条件计算后再确定 是否合适。 2.2 螺纹的自锁条件 螺纹的升角: (2) 式中：s 为导程,mm，对于单线程螺纹，导程等于螺距； f 为摩擦因数,查表取 f=0.15； ρ′为当量摩擦角;α 为螺纹牙型角 30°。 通常取 λ≤4°30′，若计算后不满足要求，说明螺距选择的不合适，需重新选择 后再进行校核。 2.3 螺杆的材料 螺旋传动的主要零件是螺杆和螺母，要求螺杆材料有足够的强度和耐磨性，以 及良好的加工性，一般螺杆可以不经过淬硬处理，材料一般选择 45、50 和 Y40 钢等。而要求螺杆具有较高的耐磨性时，需要经淬硬处理，材料可选用 65Mn、40Cr 和 18CrMnTi 合金钢等。 2.4 螺杆的张紧行程 张紧行程是指张紧滚筒在整个张紧装置内可移动距离的范围，张紧行程的大小 取决于以下因素： 1) 启动、制动方式。直接启动和制动所需的张紧行程比有控制的加速启动或减 速制动的张紧行程大得多。 2) 满载输送带启动和停止的频率。 3) 输送带的伸长和延长特性。一般可按下式进行计算，即： (3) 式中：ξ 为输送带的伸长率；Sa 为安装行程；Lz 为输送带的长度。 3 螺杆受压的稳定性分析 螺杆属于受压杆件，当应力达到极限应力(屈服极限或强度极限)时，会发 生强度失效(出现塑性变形或破裂)。故只要其应力小于或等于许用应力， 即满足了强度条件时，杆件就能安全工作。但在实际应用时，杆件由于输送带 张力的突变，可能发生突然弯曲，进而产生很大的弯曲变形，导致杆件折断， 此时杆件的压应力远低于屈服极限和强度极限。显然，此时的杆件弯曲并非因 强度不够而引起，而是由于杆件在一定压力下突然弯曲，不能维持原有平衡状 态而引起的。受压螺杆在外力作用下保持其原有平衡状态的能力称为构件的稳 定性，螺杆的失效是杆件丧失稳定性引起的，属于稳定性失效。因此可对螺杆 稳定性进行校核。 4 螺杆稳定性的校核计算 1)计算螺杆的揉度： (4) 式中：μ 为长度系数,与螺杆的端部结构有关；l 为螺杆的工作长度,即螺杆 的拉紧行程,mm；i 为危险截面的惯性半径,为螺杆的小径。 2) λ≥λ1 时，按大揉度杆用欧拉公式校核： (5) 3) λ2≤λ≤λ1 时，按中揉度杆用经验公式校核： (6) 式 中 ： Fc 为 临 界 载 荷 ,N;E 为 螺 杆 材 料 的 弹 性 模 量 ,MPa, 对 于 钢 材,E=2.1×105MPa;Ss 为安全系数;λ1、λ2、a、b 为与材料有关的常数，对于 优质碳钢,可查表得：λ1=100,λ2=60,a=461 MPa,b=2.56 MPa。 通过上式可知,校核中首先计算出临界载荷,然后与轴向载荷乘以相应的安全系数 进行比较。 5 螺杆的 ANSYS 仿线 螺杆的仿真建模 螺杆的模型如图 2 所示,两端铰支固定约束,长度为 600 mm,横截面积为 20 mm2,在螺杆的一端施加压缩载荷。 螺杆的材料属性如下：弹性模量 E=2.1×105 MPa，泊松比 σ=0.3，环境温度 10 ℃。定义完材料的属性后，利用 DesignModeler 进行几何建模。由于是细 长杆的稳定性，利用概念建模。建模完成后进行网格划分，利用系统默认的设 置定义 Automatic 网格划分。 由于载荷垂直于面或边，会引起附加刚度分布，称为“压力载荷刚度”
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