JX03-074@加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计
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JX03-074@加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计,机械毕业设计全套
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课 程 设 计 题 目： 加热炉推料机的执行机构综合与传动装置 设计 班 级： 姓 名： 指导教师： 完成日期： nts辽宁工程技术大学课程设计 I 一、设计题目及要求 加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计 图 6 20 为加热炉推料机结构总图与机构运动示意图。该机器用于向热处理加热炉内送料。推料机由电动机驱动，通过传动装置使推料机的执行构件（滑块） 5做往复移动，将物料 7送入加热炉内。设计该推料机的执行机构和传动装置。 图 6 20 加热炉推料机结构总图与机构运动示意图 二、设计参数与要求 加热炉推料机设计参数如表 6 8 所示。该机器在室内工作，要求冲击振动小。原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差 4%；使用期限为 10 年，每年工作 300天，每天工作 16小时。 分组 参数 1 滑块运动行程 H(mm) 220 滑块运动频率 n(次 /min) 20 滑块工作行程最大压力角 30 机构行程速比系数 K 1.25 构件 DC 长度 (mm) 1150 构件 CE 长度 (mm) 150 滑块工作行程所受阻力 (含摩擦阻力 )(N) 500 滑块空回行程所受阻力（含摩擦阻力） Fr1(N) 100 三、设计任务 (1) 针对图 6 20 所示的加热炉推料机传动方案，依据设计要求和已知参数，nts辽宁工程技术大学课程设计 II 确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图 (2) 在工作行程中，滑块 F所受的阻力为常数 Fr1，在空回行程中，滑块 F所受的阻力为常 Fr2；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩； （ 3） 确定电动机的功率与转速 ； （ 4） 设计减速传动系统中各零部件的结构尺寸； （ 5） 绘制减速传动系统的装配图和齿轮、轴的零件图； （ 6） 编写课程设计说明书 四、进度安排 (1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案 (3) 绘制图纸 (4) 编写说明书 (5) 整理及答辩 五、指导教师评语 成 绩： 指导教师 日 期 nts辽宁工程技术大学课程设计 III 摘 要 这次课程设计主要是设计了 加热炉 推料装置的减速系统和执行系统。 推料机代替人工加料，即安全又方便， 它包括机架，在机架上安装有电动机，在电动机的驱动轴上装有 联轴器 ， 联轴器与蜗杆 相连， 蜗杆涡轮减速器 ，在推 料小车上装有推杆 。 用 ProE 建立了减速器的三维装配图。计算了蜗轮蜗杆的各种参数，减速器外大小齿轮的参数，并进行校核。执行系统（六连杆机构）的设计，根据要求，计算出了各杆的工作尺寸。通过这次课程设计，最重要的是催促我又学习了一个新的应用软件，其功能之强大，以后工作或学习必备之。也在一次体会到了设计任务的过程，需细心与较真，不管做的怎么样，但是过程对自己很重要。 关键 词：减速器 齿轮 曲柄连杆结构 滑块机构 推料式加热炉 nts辽宁工程技术大学课程设计 IV Abstract The curriculum is mainly designed furnace pusher device deceleration systems and delivery systems. Pusher machine instead of artificial feeding, that is safe and convenient, which includes rack, the rack is installed on the motor, the motor drive shaft is equipped with coupling, coupling with the worm attached to turbine worm reducer, in the push feed a small car equipped with a putter. ProE established a reducer with the three-dimensional assembly. Calculated the various parameters of the worm, the size of gear reducer outside the parameters and carry out checking. Execution System (6 linkage) design, upon request, to calculate the size of the work of each rod. Through this curriculum, the most important thing is to press I learn a new application software, the function of the powerful, after the necessary work or study. Is also a feel of the design task of the process, need to carefully and seriously, no matter how kind of do, but the process on their own is very important。 Key words： Reducer gear Crank and connecting rod structure Slider Pusher-type furnace nts目录 1 电动机的选择计算 . 1 1.1 电 动机系列的选择 . 1 1.2 选择电动机功率 . 1 1.3 分配传动比 . 1 2 传动装置的运动和动力参数计算 . 2 2.1 减速器外齿轮的设计 . 2 2.1.1 选择齿轮材料、确定精度等级 . 3 2.1.2 校核齿根弯曲疲劳强度 . 4 2.1.3 外齿轮的参数计算 . 4 2.2 涡轮蜗杆的计算 . 5 2.2.1 选择材料及确定许用应力 . 5 2.2.2 验算涡轮齿根弯曲疲劳强度 . 6 2.2.3 涡轮蜗杆主要几何尺寸 . 6 2.2.4 热平衡计算 . 7 2.2.5 蜗杆的结构设计 . 7 2.2.6 蜗杆轴的强度计算 （按轴进行计算） . 8 2.2.7 计算、校核蜗杆轴承 . 10 2.2.8 涡轮轴的计算与校核 . 10 3 键的选择和参数 . 13 3.1 蜗杆与电机的键 . 13 3.2 涡轮轴与齿轮的键 . 13 3.3 涡轮轴与涡轮的键 . 14 4 六杆机构的设计（执行机构） . 14 5 参考文献 . 17 nts辽宁工程技术大学课程设计 1 1 电动机的选择计算 1.1电动机系列的选择 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，电压 380V， Y 系列。 1.2选择电动机功率 根据工作行程 H=220mm，滑块的 f=31， 滑块来回的平均速度为 v=2Hf。推动滑块实际所需功率为 kwH F fFvpw 074.01000 33.0*500*220*2100021000 查手册得各个部分的效率 ： 执行机构 ： 96.00 轴承 ： 99.01 涡轮蜗杆的啮合 ： 88.02 联轴器： 99.03 齿轮： 93.04 传动的 总效率： 679.093.0*99.0*88.0*99.0*96.0* 4432410 则所需电动机功率为 kwppwr 11.06 7 9.0 0 7 4.0 查手册选择电动机型号为 Y801-4， 功率为 0.55kw，同步转速为1500r/min，满载转速为 1390r/min。 1.3 分配传动比 总传动比为： 5.692013900 nni查手册初步分配传动比为 涡轮蜗杆 5.250 i齿轮 73.25.25 5.6901 iiints辽宁工程技术大学课程设计 2 2 传动装置的运动和动力参数计算 0轴：电动机轴 kwp 11.00 min/13500 rn mNnPT 778.01350 11.095509550000 轴： 蜗杆 kWPP 1089.099.099.011.0 221301 m in/13501 rnn M mNnpT 771.01350 77.0*9550*9550111轴：涡轮轴 kWPP 0939.099.088.011.0 221202 m in/94.525.251 3 5 0012 rinn mNnpT 94.1694.52 0939.0*9550*9550222轴：外齿轮轴 kWpP 428.093.099.00939.0* 242123 m in/18.1973.2 94.52123 rinn mNnpT 1.21318.19 428.0*9550*95503332.1减速器外齿轮的设计 对于开式齿轮传动，磨损是其主要的失效形式，因磨损后轮齿变薄易发生折断，故按齿根弯曲疲劳强度计算，通过降低许用应力 的方法来考虑磨损的影响。 开式齿轮的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，不会发生点蚀。由于当前尚无较成熟的磨损计算方法，因此只进nts辽宁工程技术大学课程设计 3 行齿根弯曲疲劳强度计算，把求得的模数增大 10 20，以考虑轮齿磨薄的影响。 用于低速传动对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大 10% 20%，而无需校核接触强度。 软齿面， 齿面硬度 350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如 45钢 40Cr， 35SiMn 等材料，进行调质或正火处理。这种齿轮 适用于强度。精度要求不高 的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。在确定大， 小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高 30 一 50HBS，这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。 2.1.1 选择齿轮材料、确定精度等级 直齿圆柱齿轮， 小齿轮采用 40cr 钢，调质处理，查手册，硬度为241 286HBS。 大齿轮材料选用 45 钢调质处理，硬度为 162 217HBS。选齿轮精度等级为九级。查手册可得 MPaF 2201lim MPaF 1902lim 计算应力循环次数 721 10*2.1516*300*10*94.52*1*6060 hLjnN7712 10*57.573.2 10*2.15 iNN 查手册得 5.1min FS 2STY 1XY 86.01 NY 88.02 NY 弯曲疲劳许用应 力 M P aYYSYM P aYYSYXNFSTFFXNFSTFF07.12988.0*5.12*22013.12686.0*5.12*2202m i n2l i m21m i n1l i m1查手册 1AK 02.1VK1.1K2.1K则 35.12.1*1.1*02.1*1 KKKKK VA查手册 55.1SaY8.2FaY5.0d902.0Ynts辽宁工程技术大学课程设计 4 mNnpT 94.1694.52 0939.0*9550*9550222 77.4902.0*8.2*55.113.126*20*5.0 16940*35.1*22 3 23 121 2 YYYzKTm SaFaFd对于开式齿轮传动，取 m=6mm。 201 Z 6.5420*73.212 iZZ 取 552Z 重新计算传动比 75.2205512 ZZi2.1.2 校核齿根弯曲疲劳强度 强度验算 公式： FSaFasabF YYYmbdKTYKYWM 1 12 55.11 SaY8.21FaY902.0Y4.22FaY211221211112167.2516.332FSaFaSaFaFFFSaFaFM P aYYYYM P aYYYbdKT 2.1.3 外齿轮的参数计算 齿轮分度圆直径 mmmZdmmmZd33055*612020*62211 齿轮齿顶圆直径 mmmhddmmmhddaaaa3426*1*233021326*1*21202*22*11 齿轮基圆直径 mmddmmddbb10.31020c o s*330c o s76.11220c o s*120c o s2211 中心距 mmdda 225)330120(*5.0)(5.0 21 圆周速度 smndv /33.010*60 3211 齿宽 mmbmmab4045225*2.02.021 nts辽宁工程技术大学课程设计 5 2.2涡轮蜗杆的计算 2.2.1 选择材料及确定许用应力 蜗杆用 45 钢，蜗杆螺旋部分采用淬火，齿面硬度 45-55HRC。涡轮齿圈用铸锡青铜，沙漠铸造，轮芯用 HT150. 查 手 册 涡 轮 的 许 用 接 触 应 力 为 MPaH 150 1 , 许用弯曲应力为MPaF 40 1 。 选择蜗杆头数和涡轮齿数： 5.250 i 21z 515.25*2* 102 ziz 按涡轮齿面接触疲劳强度设计 如下： 蜗杆转矩 ： mmNmNT 3.7 7 07 7 1.01 涡轮转矩 ： mmNmNT 1694094.162 载荷较平稳， 取 0.1AK 1.1VK0.1K则载荷系数 K= 1.1* KKK VA应力循环次数为 72 10*2.1516*300*10*94.52*1*6060 hLjnNM P aHH 75.10610*2.15 10 8 771 MP aFF 5.710*2.15 10 9 761 青铜与钢配对，材料的弹性系数 MPazE 160 从手册查得公式 3222212 15.155)51*75.106 160(*16940*1.1*64.9)(64.9 mmZZkTdmHE 由手册取 m=4 401 d 蜗杆导程角 31.11 蜗杆分度圆直径 mmd 401 涡轮分度圆直径 mmmzd 20451*422 nts辽宁工程技术大学课程设计 6 涡轮变位系数 75.0x 涡轮圆周速度 smndv /56.060000 94.52*204*14.310*60 3222 传动中心距 mmxmdda 125)4*75.0*220440(*5.0)2(*5.0 21 2.2.2 验算涡轮齿根弯曲疲劳强度 按 515.25*2*102 ziz查手册的涡轮齿形系数 15.22 aFY查手册得式 85.1c o s53.12212 FFF M PaYmddKTa 合格 46.491 4 7 8 3122HH MP adKTd 合格 2.2.3 涡轮蜗杆 主要几何尺寸 蜗杆直径系数 mmq 10 涡轮蜗杆的齿顶高 mmmxhmmmhaa7)1(421 涡轮蜗杆的齿根高 mmmxhmmmhff8.1)2.1(8.42.121 涡轮蜗杆齿 顶圆直径 mmmxzdmmmqdaa2 1 8)22(48)2(221 涡轮蜗杆节圆直径 mmddmmmxqd20446)2(2,2,1 涡轮蜗杆齿根园直径 mmmxzdmmmqdff4.200)4.22(4.30)4.2(221 蜗杆轴向齿距 mmmPx 56.12 蜗杆沿分度圆柱上的轴向齿厚 mmms 28.65.01 蜗杆沿分度圆柱上的法向齿厚 mmssn 15.6c o s11 涡轮轮缘宽度 mmdba 347.0 1 涡轮齿顶圆弧半径 mmmdrfa 162.05.0 12 涡轮齿根圆弧半径 mmmdraf 8.242.05.0 12 nts辽宁工程技术大学课程设计 7 蜗杆螺旋部分长度 mmmzL 10535)1.012( 2 2.2.4 热平衡计算 smndv /826.210*60 3111 滑动速度 smvvs /88.2c o s 1 根据滑动速度查手册得当量摩擦角为 4.1v传动效率 85.0)ta n ( ta n955.0 v 取油的允许温度为 ct 80 ， 环境空气温度为 ct 20 ， 按自然 通风条件散热系数为 ccmwK d 2/16 散热面积 201 0 1 7 2.0)( )1(1 0 0 0 mttK PAd 2.2.5 蜗杆的结构设计 蜗杆轴的刚度计算 将蜗杆螺旋部分看做是以齿根圆直径为直径的轴来校核蜗杆轴的弯曲刚度，具有最大弯曲挠度可近似按下式计算 482211 yLEIFFy rt 蜗杆两支撑间的距离 mmdL 6.183204*9.09.0 2 蜗杆危险截面的惯性矩 444 15.4 1 9 2 4644.30*64 1 mmdI f 蜗杆所受的圆周力 NdTFt 515.38403.770*22111 蜗杆所受的径向力 NdTFr 45.6020t a n20416940*220t a n*2221 45 钢 取 E=201 nts辽宁工程技术大学课程设计 8 mmy 0011.06.183*10*15.41924*48*20145.60515.38 3322 mmdy 04.01000401000 1 yy 所以安全 2.2.6 蜗杆轴的强度计算 （按轴进行计算） 蜗 杆用 45 钢，蜗杆螺旋部分采用 淬火，齿面硬度 45-55HRC。 按扭转硬度初步计算轴径 30 nPAd 查表取 1100 AmmnPAd 739.41350 108.0*110 330 取轴端最小直径为 30mm。 在轴的输入端安装联轴器，联轴器的尺寸可以从手册中查得，采用38*2242*19113 cJ cJTL联轴器。 mNnpT 771.0135077.0*9550*9550111=770N mm NdTFt 515.38403.770*22111 NdTFr 45.6020t a n20416940*220t a n*2221 NdTFFta 08.1662041 6 9 4 0*222221 计算支撑反力 如下 ： 水平面支撑反力 NFRNFRtbtaHH41.0186*9341.0186515.38*93186*9311nts辽宁工程技术大学课程设计 9 垂直面支撑反力 NdFFRNdFFRarbaravv37.1218620*08.16645.60*931862*9308.4818620*08.16645.60*931862*93111111水平弯矩图 mmNRMHaH 13.3841.0*9393垂直弯矩图 mmNRMmmNRMvvbvav41.1 1 5 037.12*939344.4 4 7 108.48*939321合成弯矩图 mmNMMMmmNMMMvHvH05.115141.115013.3861.447144.447113.382222222221211 转矩按脉动循环变化处理 即 6.0 mmNTMMmmNTMMcaca38.1239)770*6.0(05.1151)(41.4495)770*6.0(61.4471)(22222221121 mmNFMmmNFMBHVCAHHC74.769214669.52146112816005.7160mmNMMMmmNMMMHCVCCHCVCC01.5 0 2 0 882.4 9 6 2 82222 前已计算 mmNT 22.2 5 9 9 71 M P aTMMbbbe600/)(012查表得58.095/55,95,55 01则M P aM P a bb 危险截面 C处当量弯矩： nts辽宁工程技术大学课程设计 10 mmNTMM Cec 61.52536)( 22 M P adMWMcbbeeb03.1801.061.525361.0313 2.2.7 计算、校核蜗杆轴承 选用圆锥滚子轴承 32006 查手册得 mmd 30 23200rc 26.0e 3.2Y YRs 2NRRRNRRRaVaHbVbH081.4808.4841.0371.1237.1241.02222222221 NYRSNYRS45.103.2*2081.48269.23.2*2371.122221112 53.17645.1008.166 SNSF a 1紧 2松 NANA45.1053.17621 eRAeRA22.008.4845.1027.1437.1253.1762211按轴承 1校核 查表得 4.0x 6.1Y 1df5.1mf1tf则 10.431)53.176*6.1371.12*4.0(*5.1*1)(11 YAxRffP mdhPcfnL rth 7264643)1.431 23200*1(1350*60 10)(6010 3106310610 hh LL 1010 4 8 0 0 0 016*10*300 安全 2.2.8 涡轮轴的计算与校核 该轴传动中小功率，无特殊要求，选用 45 优质碳素钢调质处理，其机械性能查表得 MPaB 637 MPas 353MPa3531 nts辽宁工程技术大学课程设计 11 MPa1551 2.0 1.0 MPab 60 1 初按扭转强度初步计算轴径 mmnpAd 32.1394.520939.0*110 330 取 mmd 30min NdTF t 08.16620416940*22222 Nd TF r 45.6020t a n20416940*220t a n*2222 NdTF a 515.3840 3.770*2211 NTFq 33.28212016940*21202 2 计算支撑反力 如下： 水平面支撑反力 NFRRNFFRtaHbqtaHH63.872151488106.536134)67*281(*67 2垂直面支撑反力 NdFFRNdFFRarbaravv00.1134102*515.3845.60*671342*9354.5913426722211水平弯矩图 mmNFMmmNFqMqHH84.4178433.282*14814873.2286833.282*818121 垂直弯矩图 mmNRMmmNRMvvbvav671*676718.3 9 8 954.59*676721合成弯矩图 nts辽宁工程技术大学课程设计 12 mmNMMmmNMMMmmNMMMHvHvH73.2286889.417486784.4174883.4197418.398984.4178413222222222221211转矩按脉动循环变化处理 即 6.0 mmNTMMmmNTMMmmNTMMcacaca7.25025)16940*6.0(73.22868)(32.42968)16940*6.0(85.41748)(64.43161)16940*6.0(83.41947)(22223322222221121M P aTMMbbbe600,/)(012 查表得58.095/55,95,55 01则M P aM P a bb 危险截面 C处当量弯矩： mmNTMM Cec 56.443999)( 22 危险截面 D处当量弯矩： mmNTMM DeD 06.712323)( 22 M P adMWMcbbeeb15.40481.056.4 4 3 9 9 91.0313 MP aDb 16.5325.1111.0 06.712323 3 M P ab 55 1 查得许用应力 计算、校核蜗轮 轴承 选用圆锥滚子轴承 32006 查手册得 mmd 30 23200rc 26.0e 3.2Y YRs 2NRRRNRRRbVbHaVaH64.87163.8736.53954.5906.5362222222221 nts辽宁工程技术大学课程设计 13 NYRSNYRS05.193.2*264.87225.1173.2*236.5392221112 565.5705.19515.38 SNSF a 1 松 2 紧 NANA565.5725.11721 eRAeRA656.064.87565.57217.036.53925.1172211按轴承 2校核 查表得 4.0x 6.1Y 1df5.1mf1tf则 74.190)565.57*6.164.87*4.0(*5.1*1)(22 YAxRffP mdhPcfnL rth 7664643)74.190 23200*1(1350*60 10)(6010 3106310610 hh LL 1010 4 8 0 0 0 016*10*300 安全 3 键的选择和参数 3.1蜗杆与电机 的键 为静联接 , 选用普通平键，圆头 .由手册查得 d=22时 , 应选用键 3011A GB1096. 许用挤压应力 P 校 核 , 钢的许用挤压应力为 P =120MPa MP adhlTP19.32230822.199744 MPaP 19.3 P 故满足要求 . 3.2涡轮轴与齿轮 的键 为静联接 , 选用普通平键，圆头 .由表 6-57 查得 d=25mm 时 , 应选用键 2514A GB1096. 许用挤压应力 P 校 核 , 钢的许用挤压应力为 P =120MPa nts辽宁工程技术大学课程设计 14 MP adhlTP9.122302571694044 MPaP 9.12 P 故满足要求 3.3涡轮轴与涡轮的键 为静联接 , 选用普通平键，圆头 .查 手册 得 d=32mm 时 , 应选用键 5015A GB1096. 许用挤压应力 P 校 核 , 钢的许用挤压应力为 P =120MPa M P adhlTP6503281694044MPaP 29.5 P 故满足要求 4 六杆机构的设计（执行机构） 执行机构为平面六杆机构，由 曲柄摇杆机构和滑块机构串联而成。滑块的行程 h 主要与曲柄长度 O1A 及比值 O2C/O2B 有关，而其行程速度变化系数 K 则取决于曲柄摇杆机构。 对于有急回运动要求的机械，在设计时，应先确定行程速度变化系数 K，求出极位夹角 后，在设计各杆的尺寸。 2025.2 25.0*1801 )1(18
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