机械设计课程设计---加热炉送料机设计说明书.doc

机械设计(基础)课程设计说明书设计题目：加热炉装料机设计学院名称宇航学院专业名称飞行器设计与工程（航天工程）学生姓名屠彬学生学号39151218指导教师郭卫东2012年 5月机械设计(基础)课程设计设计计算说明书学号：39151218姓名：屠彬指导教师：郭卫东北京航空航天大学宇航学院2012年5月前 言本设计为加热炉装料机设计。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。加热炉装料机由减速器与执行机构组成，配以适当的电动机等零部件，可实现自动送料过程。本设计加热炉装料机使用期限为10年，大修周期为3年，双班制工作。设计连杆机构作为执行机构，减速器采用蜗杆下置式蜗杆齿轮二级减速器。目录一、设计任务书11、设计题目12、设计背景13、设计参数14、设计任务1二、机械装置的总体方案设计11、传动方案的拟定12、执行机构设计23、电动机的选择34、传动装置的运动和动力参数计算5三、主要零部件的设计计算71、蜗轮蜗杆设计72、齿轮设计123、蜗杆轴的设计184、中间轴的设计215、输出轴的设计236、蜗杆轴承的选择267、中间轴轴承的选择288、低速轴轴承的选择309、键的选择和校核3210、联轴器的选择33四、减速器箱体及附件的设计341、减速器箱体各部分结构尺寸342、减速器的润滑及密封363、技术要求36五、参考文献37机械设计(基础)课程设计设计计算说明书一、设计任务书1、设计题目：加热炉装料机设计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220mm，推杆所需推力7600N，推杆工作周期2.0s。4、设计任务：（1）设计总体传动方案，画总体执行机构简图，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，完成输出轴及其上的齿轮共两张零件工作图（A3）。（4）编写设计说明书1份。二、机械装置的总体方案设计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.选择结果：原动机选用三相交流电动机。（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48，轴所受到的弯扭矩较大，所以初步决定采用蜗轮蜗杆结合斜齿轮的二级减速器，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。执行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。本设计是要将单向旋转运动输出为往复运动，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220mm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，加工复杂，成本都较高，所以选连杆机构更为合适。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，且行程较大，所以选择多杆机构。2、执行机构设计（1）执行机构草图（2）ADAMS仿真，得推程最大速度为310mm/s。 3、电动机的选择电动机和减速器示意图输出轴中间轴蜗杆轴a) 类型和结构形式的选择：按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列全封闭自扇冷式三相异步卧式电动机，电压380V。b) 用ADAMS做机构运动仿真，得推程运动的最大速度为0.310m/s，则有c)电动机容量选择一对滚动轴承效率： 弹性联轴器效率： 蜗轮蜗杆：油润滑2头蜗杆 一对圆柱斜齿轮：8级精度 滑块摩擦：槽形摩擦轮 总传动效率：所需电动机功率为：选电机额定功率略大于，。d)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，则总传动比的范围又有则可选电动机转速范围为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Y112M-4型，额定功率4.0kW电动机，满载转速 4、传动装置的运动和动力参数计算（1）传动比分配计算总传动比： 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（2）计算各轴转速电机轴：蜗杆轴：中间轴：输出轴：（3）计算各轴输入功率电机轴：蜗杆轴：中间轴：输出轴：（3）计算各轴输入转矩电动机输出转矩：蜗杆轴：中间轴：输出轴：将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率P / kW转矩T /Nm转速nr/min传动比效率输入输出输入输出电机轴3.69324.49144010.99蜗杆轴3.6563.61924.2524.011440200.79中间轴2.8962.867384.07380.23722.40.96输出轴2.7812.753885.29876.4430三、主要零部件的设计计算1、蜗轮蜗杆设计考虑传动功率不大，转速也不高，选用ZA型蜗杆（阿基米德蜗杆）传动，蜗轮蜗杆右旋，精度等级为8级。蜗杆采用45号钢，调质处理，表面硬度大于45HRC，蜗轮采用ZcuSn10P1沙型铸造，设计计算步骤如下：蜗杆传动为闭式软齿面啮合，按接触疲劳强度进行设计，按弯曲疲劳强度校核。计算项目计算内容计 算 结 果（1）按蜗轮齿面接触强度设计齿数双头蜗杆传动效率高，多用于传动参考表28-4取, 载荷系数由于载荷平稳，取载荷系数传动效率由表28-8，估取蜗轮转矩蜗轮材料许用接触应力由表28-10滑动速度影响系数由图28-8初估滑动速度，浸油润滑，由图28-10可查出应力循环次数，（60单向运转，取）寿命系数由图28-11查出蜗轮许用接触应力模数直径系数分度圆直径由查表28-3 确定基本传动尺寸蜗轮分度圆直径蜗杆导程角蜗轮齿宽蜗杆圆周速度相对滑动速度当量摩擦角查表28-7，当量摩擦系数传动效率搅油效率轴承效率，与估计值接近（2）按齿面接触疲劳强度校核验算弹性系数由表28-12使用系数原动机为电动机，工作平稳，由表28-13动载荷系数载荷分布系数载荷平稳接触应力合格（3）按蜗轮轮齿弯曲疲劳强度校核验算材料许用弯曲应力一侧受载，由表28-10查出寿命系数由图28-11查出许用弯曲应力蜗轮当量齿数蜗轮的齿形系数蜗轮无变位，由图27-20和27-21导程角系数蜗轮弯曲应力合格（4）按蜗杆轴挠度校核验算圆周力径向力蜗杆两支撑间距离危险截面惯性矩许用最大挠度蜗杆轴挠度合格（5）蜗杆传动热平衡计算啮合效率搅油率自定轴承率自定总效率导热率中等通风环境工作环境温度一般情况传动中心距散热面积润滑油工作温度合格（6）涡轮蜗杆主要传动几何参数和尺寸列表蜗杆轴向模数蜗杆直径特性系数蜗杆分度圆直径蜗杆导程角蜗杆齿顶圆直径蜗杆齿根圆直径蜗杆齿宽蜗轮中圆直径蜗轮齿顶圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮外圆直径蜗轮齿宽2、齿轮设计斜齿轮啮合好，传动平稳，并且可以抵销一部分蜗杆轴向力，降低轴承轴向负荷，故选用斜齿轮；批量较小，设计小齿轮硬度略高于大齿轮硬度。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。计算步骤如下：闭式软齿面，按接触疲劳强度设计，按弯曲疲劳强度校核。计算项目计算内容计算结果（1）初步计算转矩齿宽系数由表27-14，查取接触疲劳极限由图27-24初步计算许用接触应力值由表B1，估计取，动载荷系数初步计算小齿轮直径取初步齿宽圆周速度精度等级由表27-1选择8级精度齿数、模数和螺旋角取，一般与应取为互质数取，传动比误差为-0.29%由表27-4取与估计值接近（2）校核计算使用系数由表27-7原动机均匀平稳，工作机有中等冲击动载系数由图27-6齿间载荷分配系数由表27-8，非硬齿面斜齿轮，精度等级8级齿向载荷分布系数区域系数由图27-18查出弹性系数由表27-15查出重合度系数、端面重合度、纵向重合度由表27-5由于无变位，端面啮合角螺旋角系数重合度系数许用接触应力由表27-17，按一般可靠度取最小安全系数总工作时间应力循环次数 （单向运转取）接触寿命系数由图27-27查出齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27-18按调质钢查润滑油膜影响系数取为齿面接触疲劳强度校核合格（3）确定主要传动尺寸中心距圆整取螺旋角切向模数分度圆直径齿宽（4）齿根弯曲疲劳强度校核齿形系数由图27-20查得应力修正系数由图27-21查得螺旋角系数由图27-22查取齿向载荷分布系数由图27-9查取许用弯曲应力由图27-30查试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限由表27-17查最小安全系数由图27-33确定尺寸系数由图27-32确定弯曲寿命系数另外取弯曲疲劳强度校核合格（5）齿轮主要传动几何参数和尺寸列表模数压力角螺旋角分度圆直径齿顶高齿根高齿顶间隙齿根圆直径中 心 距齿 宽齿顶圆直径3、蜗杆轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择材料选择45号钢，调质处理材料系数查表26-3有 估算轴径综合考虑联轴器尺寸及定位轴肩和轴承取蜗杆受转矩圆周力径向力轴向力蜗杆受力图垂直面反力水平面反力垂直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩图应力校正系数用线性插值法由表24-6中求得 蜗杆受扭矩当量弯矩图 危险截面处校核轴径危险截面处合格4、中间轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择材料选择与齿轮相同，为40Cr，调质处理，材料系数查表26-3 估算轴径所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力蜗轮圆周力蜗轮径向力蜗轮轴向力中间轴受力图中间轴力系简化图垂直面反力水平面反力垂直面弯矩图水平面弯矩图合成弯矩图转矩应力校正系数用线性插值法由表26-4中求得 中间轴转矩当量弯矩图 危险截面处校核轴径最大弯矩处设计时单键的削弱合格5、输出轴的设计计算项目计算内容计算结果材料的选择材料选择与齿轮相同，为45号钢，调质处理 材料系数查表26-3有 估算轴径取输出轴所受转矩齿轮圆周力齿轮径向力齿轮轴向力输出轴受力图水平面反力垂直面反力水平面弯矩图垂直面弯矩图合成弯矩图应力校正系数用线性插值法由表26-4中求得 输出轴转矩当量弯矩图 危险截面处校核轴径最大弯矩处设计时单键的削弱合格6、蜗杆轴承的选择蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案，固定端采用两个角接触球轴承，以承受蜗杆轴向力，按轴径初选30207；游动端采用一个深沟球轴承，只承受径向力，按轴径初选6207。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要尺寸及性能参数查手册30207轴承主要尺寸及性能参数如下：；成对使用圆锥滚子轴承：查手册6207轴承主要尺寸及性能参数如下：；圆锥滚子轴承受力情况；深沟球轴承受力情况；X、Y值由表34-7查得冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承，圆锥滚子）寿命合格、查考文献2表6-63,6-66 当量静载荷两式中取大值安全系数正常使用球轴承,查表34-11计算额定静载荷；静载合格载荷系数；查图34-11载荷分布系数查图34-12许用转速大于工作转速1440r/min结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。7、中间轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，所受轴向力比较小，蜗轮轴向力与小齿轮轴向力相互抵消一部分，选用一对深沟球轴承，按轴径初选6209。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要尺寸及性能参数查手册6209轴承主要性能参数如下轴承受力情况 校核轴承2即可X、Y值由表34-7 冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格、查考文献2表6-63当量静载荷，两式中取大值安全系数正常使用球轴承,查表计算额定静载荷静载合格载荷系数，查图34-11载荷分布系数，查图34-11许用转速大于工作转速72r/min结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。8、低速轴轴承的选择该轴为工作于普通温度下工作的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，所受轴向力比较小，选用一对深沟球轴承，按轴径初选6213。下面进行校核：计算项目计算内容计算结果轴承主要尺寸及性能参数查手册6213轴承主要尺寸及性能参数如下：轴承受力情况 校核轴承1即可X、Y值由表34-7，冲击载荷系数由表34-8查得当量动载荷轴承寿命（球轴承）寿命合格、查参考文献2表6-63当量静载荷，两式中取大值安全系数正常使用球轴承,查表34-11计算额定静载荷静载合格载荷系数，查图34-11载荷分布系数，查图34-12许用转速大于工作转速30r/min结论所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求9、键的选择和校核键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中要求等。计算项目计算内容计算结果（1）蜗杆轴键的选择与校核键的选择和参数与联轴器相联接，为静联接，选用普通平键，圆头；由手册查得d=25mm时，应选用键，GB1096-2003转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为满足要求（2）高速轴键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头；由手册查得d=50mm时，选用键，键GB1096-2003转 矩键 长接触长度 许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为 满足要求（3）低速轴键的选择和校核键的选择和参数静联接,选用普通平键，圆头由手册查得d=70/50mm时，两键分别选用键，键 GB1096-2003转 矩键 长 接触长度 许用挤压应力校 核查表可得钢的许用挤压应力为满足要求10、联轴器的选择联轴器的尺寸（型号）可根据配合处轴径d及计算扭矩进行选择，选择时应满足强度条件：式中：K为载荷系数；T为联轴器传递的工作扭矩（即轴的扭矩）；为公称扭距，它决定于联轴器的型号。查手册有：对于载荷系数可选择扭矩变化较小的情况，工作机类型为中间轴，传动轴，照明用发电机等，故取K=1.3。根据工作情况可选择梅花型弹性联轴器。查手册有当轴径 d1=25mm、d2=28mm时，可以选择LM2型联轴器，公称扭矩为。校核：。确定联轴器为LM2型联轴器。四、减速器箱体及附件的设计1、减速器箱体各部分结构尺寸名称符号减速器形式及尺寸关系箱座壁厚取箱盖壁厚取箱座凸缘厚度取箱盖凸缘厚度取箱底座凸缘厚度取地脚螺栓直径取地脚螺钉数目取轴承旁连螺栓直径取箱盖与箱座连接螺栓直径取轴承端盖螺钉直径取窥视孔盖螺钉直径取定位销直径取蜗轮外圆与内机壁距离1 齿轮轮毂端面与内机壁距离2 蜗杆轴端盖螺钉直径，依轴承外径 取蜗杆轴轴承端盖外径取外径130蜗杆轴端盖螺钉数取中间轴端盖螺钉直径，依轴承外径 取中间轴轴承端盖外径取中间轴端盖螺钉数取输出轴端盖螺钉直径，依轴