第3题_设计加热炉推料机传动装置

前言加热炉装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使装料机推杆往复运动，将物料送入加热炉内。设计一台装料机由减速器与传动机构组成，配以适当的电动机等零部件，实现自动送料过程。要求使用期限是双班制10年。目录一、设计任务书2二、总体方案设计2、传动方案拟定2、电动机的选择4、传动系统的运动和动力参数4三、传动零件的设计计算6（1）蜗轮蜗杆设计6（2）齿轮设计9（3）轴的设计和校核计算14（4）键联接设计计算21（5）联轴器的选择计算22（6）滚动轴承的选择及寿命计算22四、减速器箱体及附件的设计271润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择272箱体设计273技术要求28五、参考资料28一、设计任务书1、设计题目加热炉装料机2、设计背景（1）题目简述装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使装料机推杆作往复移动，将物料送入加热炉内。（2）使用状况生产批量为5台；动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳；使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时；检修期为三年大修。（3）生产状况生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。3、设计参数推杆行程200MM,所需电机功率39KW,推杆工作周期25S4、设计任务（1）设计总体传动方案，画总体机构简图，完成总体方案论证报告。（2）设计主要传动装置，完成主要传动装置的装配图（A0）。（3）设计主要零件，完成两张零件工作图（A3）。（4）编写设计说明书。二、总体方案设计1、传动方案的拟定根据设计任务书，该传动方案的设计分成原动机和传动装置两部分（1）原动机的选择设计要求动力源为三相交流电380/220V故，原动机选用电动机。（2）传动装置的选择减速器电动机输出转速较高，并且输出不稳定，同时在运转故障或严重过载时，可能烧坏电动机，所以要有一个过载保护装置。可选用的有带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动。链传动与齿轮传动虽然传动效率高，但会引起一定的振动，且缓冲吸振能力差，也没有过载保护；带传动平稳性好，噪音小，有缓冲吸震及过载保护的能力，精度要求不高，制造、安装、维护都比较方便，成本也较低，但是传动效率较低，传动比不恒定，寿命短；而蜗杆传动虽然效率低，没有缓冲吸震和过载保护的能力，制造要求精度高，但还是比较符合本设计的要求，所以采用蜗杆传动。总传动比为60，轴所受到的弯扭矩较大，所以初步决定采用蜗轮蜗杆加斜齿轮减速器，以实现在满足传动比要求的同时拥有较高的效率，和比较紧凑的结构，同时封闭的结构有利于在粉尘较大的环境下工作。传动机构工作机应该采用往复移动机构。可选择的有连杆机构，凸轮机构，齿轮齿条机构，螺旋机构。本设计是要将旋转运动转换为往复运动，且无须考虑是否等速，是否有急回特性。所以连杆机构，凸轮机构，齿轮齿条机构均可，凸轮机构虽然能较容易获得理想的运动规律,但要使执行滑块达到200MM的行程,并保证工作时处于较小的压力角范围,凸轮的径向尺寸较大,此外凸轮与从动件为高副接触,不宜用于低速重载。且凸轮机构和齿轮齿条机构加工复杂，成本都较高，所以还是连杆机构更合适一些。在连杆机构中，可以选择的又有对心曲柄滑快机构，正切机构和多杆机构。根据本设计的要求，工作机应该带动装料推板，且结构应该尽量简单，所以选择对心曲柄滑快机构电动机的选择（1）类型和结构形式的选择按工作条件和要求9KW，推杆工作周期T25，即（转分）。选用一般用途的Y系列三相异步卧式电动机，封244TN闭结构。（2）电动机功率计算传动效率一对轴承90齿式联轴器1蜗轮蜗杆油润滑头蜗杆842一对圆柱斜齿轮级精度9703滑块摩擦槽形摩擦轮4总传动效率704908903432130（3）电动机转速计算确定传动比范围齿轮传动比范围；涡轮传动比范围52齿I401带I在相关手册中查阅符合这一转速范围的电机，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本，选择Y112型，额定功率0KW电动机，满载转速MIN/RNM传动系统的运动和动力参数计算总传动比60MIN/241RNIWMA1、分配减速器的各级传动比若齿轮的传动比取，则蜗轮蜗杆的传动比为34I2063412IA2、计算传动装置的运动和动力参数（）计算各轴转速电机轴MIN/140RNM轴轴IN/720I/21RRIN轴MI/43IN/734I（）计算各轴输入功率电机轴KWPD01轴KWKWP923094112轴684230223轴KK17633推杆P914出A、计算各轴输入转矩电动机输出转矩MNNPTMDD5326140501轴MND269532612轴NIT80436084342013轴MMNI1279063402将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表功率P/KW转矩T/NM轴名输入输出输入输出转速NR/MIN传动比I效率电机轴4026531440109801轴392262614402008316轴3264368072309702轴28212713424三、传动零件的设计计算1、蜗轮蜗杆设计计算项目计算内容计算结果1选择传动精度等级，材料考虑传动功率不大，精度等级为7级，蜗杆用45号钢淬火，表面硬度4550HRC，蜗轮轮缘材料用ZCUSN10P1沙模铸造。2确定蜗杆，涡轮齿数传动比402IZ,2Z428,01112，取参考表I涡轮转速为MN/480R/96I/N40,21Z3确定涡轮许用接触应力蜗杆材料为锡青铜，则,NVSHPZ,2/0MNP2NVSHP8H2LVSN/M601790Z6108321TN69,/35查得由图，涡轮应力循环次数单项运转取系数响浸油润滑。滑动速度影初估滑动速度SS2/601MNHP4接触强度设计载荷系数2HP12KT50DM蜗轮转矩由表288，估取蜗杆传动效率128M1408521Z582BQ,0D,3763M1654214015D2089I8112321则蜗杆的宽度传动基本尺寸可选用查表则MNMD8042T15主要几何尺寸计算涡轮分度圆直径MD3Z2MD032蜗杆导程角31201/QZTANMDAM2050,06182B1传动中心距涡轮尺宽3M02A6B6计算涡轮的圆周速度和传动效率涡轮圆周速度，M/S6/NDV22/1563CO10/COS/11S齿面相对滑动速度由式28432由式2837查出当量摩擦角287V由式28595013TANTAN1V搅油效率滚动轴承效率9602385098531与估取值近似850/162SVS7校核接触强度由式2811HPVAEHKDTZ214由表2811可查弹性系数5E由表2813使用系数1AKSMV/3/2取动载荷系数0V载荷分布系数MN/41205328046915H2H/41N合格P8轮齿弯曲强度校核由式2812FPFS21VAFYMDK6T确定许用弯曲应力NFP由表2810查出2/51由图2810查出弯曲强度寿命系数2NFPNM/0375Y530Y故确定涡轮的复合齿形系数SAFS涡轮当量齿数4231COS/40CS/Z32V涡轮无变位查图2717，2720得32046812YFSSA导程角910/的系数2F/91606324603854MN计其他参数同接触强度设2FP/037N2F/916MN合格FPH9蜗杆轴刚度验算由式2814P32R1T1YL48EIFY蜗杆所受圆周力N56802D0T1T蜗杆所受径向力493TAN23642TAND20FXR1蜗杆两支撑间距离L取8M09D02蜗杆危险及面惯性矩56FT1N6493FR14544F1107660826DIM许用最大变形DYP1合格蜗杆轴变形PYMY4281076124849353521451076IMYP8合格110蜗杆传动热平衡计算由式2815CTKA9PT21蜗杆传动效率850导热率取为）中等通风环境/12CMWK工作环境温度2T传动装置散热的计算面积为C56209471580TA3A12731合格C956T12、齿轮设计计算项目计算内容计算结果选材、精度选用斜齿轮，批量较小，小齿轮用40CR，调质处理，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，硬度为229HB286HB，平均取240HB。8级精度。初步计算小齿轮直径1D因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径,由附录A表由表3211UKTDHPDA1取，动载荷系数，转矩756D6，由表2711查取MNT84301D61KMNT8431接触疲劳极限MPAH710LIMPAHL5802IMMLP29639712I2MUKTADHPD85104352018467311MPAHL580712IMP6392取M01D确定基本参数圆周速度精SNDV/1062761度等级取8级精度合理取,21Z,3952I确定模数,查表取81/0/1ZDMT5NM102385ZD47ARCOSARCS1T1TN小齿轮直径确定螺旋角0B6MM1D2T2初步尺宽大齿轮直径校核传动比误差因齿数未做圆整，传动比不变。8级精度合理21Z6取5N10BM76243D2校齿核面接触疲劳强度HPTHVAEHUBDFKZ11计算齿面接触应力节点区域系数查图2716非变位斜齿轮392HZ弹性系数查表2711MPAZE819重合度系数端面重合度TANTAN21221Z392HZMPAE817280COS7914TAN2RCOSTANRT350RR11ABAD97824248731COSRCSRCOS2ABA70TT啮合角由于没有变位所以端面517905419023SINMBSINZ纵向重合度螺旋角系数970COS251AKVHKNDTFT41/83642/1MBTA/0/590756COS/COSTN708195741/22BHK129841047016132BCDBA齿面接触应力2/0756431089583MNH2计算许用接触应力HP8720T5741Z70251AKV7081HK292/07546MNHLIMLIHXWRVLNTHPSZZ总工作时间HTH480163081107362HLTNN应力循环次数71092/IL接触寿命系数由图2723查出NTZ（单向运转取）齿面工作硬化系数1470/13240132HBZW接触强度尺寸系数由表2715按调质钢查X润滑油膜影响系数取为1212121VRLZZ由表2714取最小安全系数LIMHS许用接触应力2221/8736051/41750/94/MNHP3验算MPAHPH8736,IN/42121NTZ721421WZ0X051LIMHS2221/9847MNHP接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整确定主要传动尺寸“59081265ARCOSAMZRCS2/OZ0,217384DANN21精确的因为圆整取）中心距M“59083012594071COS/5CS/MNT端面模数小齿轮直径MZD320T大齿轮直径75682T2齿宽B110MM,B1B145COS/31ZV2872MD32518672B015齿根弯曲疲劳强度验算1由式2711FPSAFNTFVAFYMBK1,251K07081H,78FY28FY,61S741S6509/574102COS/72/22BV,8Y31/2/HB15FK齿根弯曲应力MPAYMBFKSANTFVAF092865061782518471211PAYYSFSAFF9/121222计算许用弯曲应力P251AK0V78F21YF561S742Y08615FKMPAF092187由式2717LIMLIFXRRELTVNTSFPYY试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图2724CLI，MAF301LIMMPAF320LIM另外取95,9,11221NTNTRRELTRRELTVRELVRELSSYY由图2726确定尺寸系数X2由表2714查最小安全系数1MINFSMPAFP4925193031FP71423弯曲疲劳强度验算1109FPFMA2287MPAF301LIM2LI91NTY5021XMINFS1221RRELTRRELTVLVLSTYMPAFP4972合格静强度校核静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核轴的设计和校核计算1、蜗杆轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料，热处理2、初估轴径45钢,正火,硬度170至27HB。查表得，当轴材料为45钢时可取C112，MNPCD74150/412/33根据与联轴器端连接的尺寸，按联轴器的标准系列，取其直径D28MM，轴孔长度50MM初定该轴为一端游动，一端固定D283、初定轴的结构4、轴的空间受力支撑反力圆周力径向力轴向力法向力5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩图选角接触球轴承7214C（一对），其尺寸D125MM,D70MM,B24MM该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。MNNPT25971409235910661DTFAT3648027121NXRR7365920TAN3206T221DTFXTA12564320T1NDTXNN17831COS20S3611）垂直面支反力及弯矩计算NFAVB103893640MNMBHVCAV184965146839461“2）水平面支反力及弯矩计算FNAHB057695274969230初步结构图见下空间受力简图6、计算机合成弯矩，绘制合成弯矩图7、转矩图8、求当量弯矩,绘制当EM量弯矩图9、按弯扭合成应力校核轴的强度MNFMBHVCA746921469521618070“MNHCVC015282“2“前已计算T971MPABE60/12查表得589/,1则B危险截面C处当量弯矩MNTEC61232“MPADWCBBEE031806523B51查得许用应力1BCB合格2、蜗轮轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料、热处理2、按扭转强度初估轴径3、初定轴的结构4、轴的空间受力分析45钢正火，硬度为170至217HB当轴材料为45钢时可取C112，则MNPCD9237/2631/3取其轴径为40MM该轴与小齿轮制成整体式。选角接触球轴承7208C（一对），其尺寸D80MM,D40MM,B18MM该轴所受的外载荷为转矩、蜗轮和大齿轮上的作用力。输入转矩MNNPT43207263105915966根据前面结果，C点受力为FA962R735；NT142D点受力为NDTFT349768325403NNTN90876401COS0SCOSFNTR22TAN479CS368ACS33NTA73601T3NDTFXNN17831COS20S36221取D40初步结构图见下空间受力简图5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面6、计算机合成弯矩，绘制合成弯矩图7、转矩图1）垂直面支反力及弯矩计算NFNAVBV501934258913641258077829156“150477VCCMMMNVDB504913251723683841“2）水平面支反力及弯矩计算NFNAHBH01367459634257863421078MMC148NFMAHCHDBD08326320415576“MNMHCVC2836502“2“HDVD71942“2“前已计算MNT843028、求当量弯矩,绘制当EM量弯矩图9、按弯扭合成应力校核轴的强度MPATMBBE60,/012查表得589/,则PAB危险截面C处当量弯矩MNTMEC5643922“危险截面D处当量弯矩E07122“MPADWCBBEE154081064393DB273PAB51查得许用应力1BCBD合格3、大齿轮轴计算项目计算内容计算结果1、材料选择、热处理2、初估轴径45钢，正火，硬度为170至217HB当轴材料为45钢时可取C112，则MNPCD805624/13/3考虑有键联接，取其直径D60MM，轴孔长度50MM取D603、初定轴的结构4、轴的空间受力5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩图6、计算机合成弯矩，绘制合成弯矩图处选角接触球轴承7212C，其尺寸60D110MM,D60MM,B22MM处选角接触球轴承7213C，其尺寸5D120MM,D65MM,B23MM该轴所受的外载荷为转矩和大齿轮上的作用力。MNNPT17245924130590663前面已算得FT3684N907NR24FA361）垂直面支反力及弯矩计算NFAVB68204175637681290“90VCCMMM2）水平面支反力及弯矩计算NFNAHB129550782950373683MMBVC4367“NHCVC63182072“2“MT1745937、转矩图8、求当量弯矩,绘制EM当量弯矩图9、按弯扭合成应力校核轴的强度MPATMBBE60,/012查表得589/,则PAB危险截面C处当量弯矩MNTMEC970122“PADWCBBEE634109571MB51查得许用应力1BCBD合格4键联接设计计算1蜗杆连接键键的选择和参数选用普通平键，圆头。由表657查得D28MM时，应选用键GB1096508A转矩MNT2597键长L01接触长度81BLLL4许用挤压应力校P核查表73可得钢的许用挤压应力为120MPAPADHL9384759PAP193P故满足要求3大齿轮键的选择与校核键的选择和参数为静联接，选用普通平键，圆头。由表657查得D64MM时，应选用键GB10969018A转矩MNT124579键长L0接触长度181BLLL1许用挤压应力校P核钢的许用挤压应力为120MPAPMADHLT39864721594MPAP398P故满足要求4大齿轮轴外伸端键的选择与校核键的选择和参数为静联接，选用普通平键，圆头。由表657查得D60MM时，应选用键GB1096108A转矩MNT124579键长L0接触长度81BLLL81许用挤压应力校P核钢的许用挤压应力为120MPAPMPAP49P故满足要求2蜗轮轴键的选择与校核键的选择和参数为静联接，选用普通平键，圆头。由表657查得D48MM时，应选用键GB10967014A转矩MNT4320键长L71接触长度141BLLL56许用挤压应力校P核钢的许用挤压应力为120MPAPMADHLT571485693204MPAP71P故满足要求MPADHLT496082145795联轴器的选择计算选择Y型联轴器公称扭矩TN160NM蜗杆轴扭矩T125997NMTNT1合格需用转速N7600R/MIN蜗杆轴转速N11440R/MINNN1合格6滚动轴承的选择及寿命计算480130HL1蜗杆轴轴承的校核角接触球轴承7214C（一对），其尺寸D125MM,D70MM,B24MM计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承7214C主要性能参数如下KNCR270R615轴承受力情况X、Y值RACF0ERAXY冲击载荷系数1DF当量动载荷ARDYFXFPP轴承寿命（球轴承）PCNLRH167003HL10、0X，0X0Y0Y当量静载荷两式中取大值RAFPYX00RP0安全系数正常使用球轴承,查表1S计算额定静载荷；RRSC00RRC0静载合格载荷系数1F载荷分布系数2许用转速021NFN结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。2小齿轮轴轴承的校核角接触球轴承7208C（一对），其尺寸D80MM,D40MM,B18MM计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承7208C主要性能参数如下轴承受力情况X、Y值RACF0ERAXY冲击载荷系数1DF当量动载荷ARDYFXFPP轴承寿命（球轴承）PCNLRH167003HL10、0XY，0X0Y当量静载荷两式中取大值RAFPYX00RP0安全系数正常使用球轴承,查表1S计算额定静载荷；RRSC00RRC0静载合格载荷系数1F载荷分布系数2许用转速021NFN结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。3大齿轮轴轴承的校核角接触球轴承7212C，其尺寸D110MM,D60MM,B22MM角接触球轴承7214C，其尺寸D120MM,D65MM,B23MM计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承7212C主要性能参数如下轴承受力情况X、Y值RACF0EXRAFY冲击载荷系数1DF当量动载荷ARDYFXFPP轴承寿命（球轴承）PCNLRH167003HL10、0XY，0X0Y当量静载荷两式中取大值RAFPYX00RP0安全系数正常使用球轴承,查表1S计算额定静载荷；RRSC00RRC0静载合格载荷系数1F载荷分布系数2许用转速021NFN结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。计算项目计算内容计算结果轴承主要性能参数查表得轴承7212C主要性能参数如下轴承受力情况X、Y值RACF0ERAXY冲击载荷系数1DF当量动载荷ARDYFXFPP轴承寿命（球轴承）PCNLRH167003HL10、0XY，0X0Y当量静载荷两式中取大值RAFPYX00RP0安全系数正常使用球轴承,查表1S计算额定