北航机械机设计优秀说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除机械设计课程设计计算说明书 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.3二、总体方案设计.3、传动方案拟定.3、电动机的选择.5、传动系统的运动和动力参数.5三、传动零件的设计计算8（1）蜗轮蜗杆设计.8（2）齿轮设计.12（3）轴的设计和校核计算.17（4）键联接设计计算.23（5）联轴器的选择计算.25（6）滚动轴承的选择及寿命计算.25四、减速器箱体及附件的设计.28(1)润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择.28(2)箱体设计. . .29(3)技术要求. . .29五、参考资料.29一、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240mm,所需推力7200N，推杆工作周期2.3s.4、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54.5，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240mm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：F=7200N，推杆工作周期T=2.3S，。选用一般用途的Y系列三相异步卧式电动机，封闭结构。（2）电动机功率计算传动效率：一对轴承： 齿式联轴器： 蜗轮蜗杆：油润滑头蜗杆 一对圆柱斜齿轮：级精度 滑块摩擦：槽形摩擦轮 总传动效率： （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Y100L2-4型，额定功率3.0kW电动机，满载转速 传动系统的运动和动力参数 计算总传动比： 1、 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、 计算传动装置的运动和动力参数（）计算各轴转速电机轴：轴： 轴： 轴： （）计算各轴输入功率电机轴： 1轴： 2轴： 3轴： 推杆： a、 计算各轴输入转矩电动机输出转矩：1轴：2轴：3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i效率输入输出输入输出电机轴3.020.18142010.9801轴2.9419.97142015.50.8316轴2.45257.4691.63.50.9702轴2.35847.2726.2三、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 考虑主动轮速度不是很高，传动尺寸五严格要求，批量较小，故用40Cr,调至处理，硬度HB=241286，取平均值260HB，大齿轮用45钢，调制处理，硬度HB=229286，平均值240HB。精度等级选8级精度。2确定蜗杆，涡轮齿数传动比,取涡轮转速为：3.确定涡轮许用接触应力蜗杆材料为锡青铜，则, 4.接触强度设计 载荷系数蜗轮转矩：由表28.8，估取蜗杆传动效率；则可选用，传动基本尺寸：则蜗杆宽度5.主要几何尺寸计算涡轮分度圆直径：蜗杆导程角， 蜗轮齿宽为取，传动中心距为6.计算涡轮的圆周速度和传动效率涡轮圆周速度齿面相对滑动速度为由式28.4 由式28.3查出当量摩擦角 搅油效率滚动轴承效率 。与估取值近似7.校核接触强度由式28.11由表28.11可查弹性系数由表28.13使用系数 取动载荷系数载荷分布系数8.轮齿弯曲强度校核由式28.12 确定许用弯曲应力由表28.10查出由图28.10查出弯曲强度寿命系数确定涡轮的复合齿形系数涡轮当量齿数涡轮无变位查图27.17，27.20得、导程角的系数 其他参数和接触强度相同，得9.蜗杆轴刚度验算由式28.14 蜗杆所受圆周力蜗杆所受径向力蜗杆两支撑间距离L取蜗杆危险及面惯性矩许用最大变形10.蜗杆传动热平衡计算由式28.15 蜗杆传动效率导热率取为）K工作环境温度 传动装置散热的计算面积为2、 齿轮设计计算项目计算内容计算结果1.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2 29HB286HB，平均取240HB。8级精度。2.初步计算小齿轮直径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A1取，动载荷系数，转矩，由表27.11查取接触疲劳极限取取3.确定基本参数圆周速度精度等级取8级精度合理,取确定模数 查表取 确定螺旋角小轮直径为大轮直径为初定齿宽为校核传动比误差：因齿数未做圆整，传动比不变。8级精度合理取4.校齿核面接触疲劳强度1计算齿面接触应力节点区域系数:查图27-16非变位斜齿轮弹性系数:查表27.11重合度系数:端面重合度由于无变位，断面啮合角 因此断面重合度 纵向重合度因为 ， 故螺旋角系数查表得，,齿面接触应力2计算许用接触应力查表得、总工作时间应力循环次数接触寿命系数由图27-23查出 （单向运转取）齿面工作硬化系数接触强度尺寸系数由表27.15按调质钢查润滑油膜影响系数取为由表27.14取最小安全系数许用接触应力:3验算: 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整5.确定主要传动尺寸中心距 取整为180mm 从而：端面模数为小齿轮直径大齿轮直径齿宽b为、小齿轮当量齿数为 大齿轮当量齿数为 6.齿根弯曲疲劳强度验算1由式27.11, , , 齿根弯曲应力:2计算许用弯曲应力由式27.17试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图27-24c ，另外取、其余系数均为1.由图27-26确定尺寸系数=由表27.14查最小安全系数3弯曲疲劳强度验算 合格。=合格7.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45钢,正火,硬度170217HB。2、初估轴径查表得，当轴材料为45钢时可取C=112，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d=30mm。3、初定轴的结构初定该轴为一端游动，一端固定4、轴的空间受力输入轴转矩圆周力径向力轴向力法向力该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩图1）垂直面支反力及弯矩计算2）水平面支反力及弯矩计算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,绘制当量弯矩图危险截面C处当量弯矩：9、按弯扭合成应力校核轴的强度合格2、蜗轮轴由上面计算得蜗轮齿宽为62mm，齿轮齿宽为96mm，故初步估计该轴长度为240mm计算项目计算内容计算结果1、选择材料，热处理45钢,正火,硬度170217HB。2、初估轴径查表得，当轴材料为45钢时可取C=112，取其直径d=30mm。3、初定轴的结构采用圆锥滚子轴承30206（一对）4、轴的空间受力输入轴转矩圆周力径向力轴向力该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩图1）垂直面支反力及弯矩计算2）水平面支反力及弯矩计算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,绘制当量弯矩图危险截面C处当量弯矩：9、按弯扭合成应力校核轴的强度合格3、大齿轮轴计算项目计算内容计算结果1、选择材料，热处理45钢,正火,硬度170217HB。2、初估轴径查表得，当轴材料为45钢时可取C=112，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d=60mm。3、初定轴的结构采用圆锥滚子轴承30208（一对）4、轴的空间受力输入轴转矩圆周力径向力轴向力该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。5、轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩图1）垂直面支反力及弯矩计算2）水平面支反力及弯矩计算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,绘制当量弯矩图危险截面C处当量弯矩：9、按弯扭合成应力校核轴的强度合格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6-57查得d=30mm时，应选用键 GB/T 1096转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核查表7-3可得钢的许用挤压应力为=120MPa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6-57查得d=50mm时，应选用键 GB/T 1096转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核钢的许用挤压应力为=120MPa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6-57查得d=40mm时，应选用键 GB/T 1096转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核钢的许用挤压应力为=120MPa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6-57查得d=30mm时，应选用键 GB/T 1096转 矩键 长接触长度许用挤压应力校 核钢的许用挤压应力为=120MPa故满足要求5联轴器的选择计算选择Y型联轴器 公称扭矩Tn=160Nm 蜗杆轴扭矩T1=20.18Nm Tn T1 合格 需用转速n=7600r/min 蜗杆轴转速 n1=1420r/min n n1 合格6滚动轴承的选择及寿命计算1蜗杆轴轴承的校核深沟球轴承6006（一个），其尺寸：D=55mm,d=30mm, B=13mm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6006主要性能参数如下：轴承受力情况轴承内部轴向力Fs：计算公式为方向向右方向向左因为所以轴有想左移动的趋势，故X、Y值0.270.222.820.561.99冲击载荷系数当量动载荷5352N轴承寿命（球轴承）176089h、0.6 ，0.5当量静载荷两式中取大值1584.3N安全系数正常使用球轴承,查表计算额定静载荷；静载合格许用转速14000r/min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圆锥滚子轴承30206（一对），其尺寸：D=62mm,d=30mm, B=16mm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：轴承受力情况轴承内部轴向力Fs：计算公式为方向向右 方向向左因为所以轴有想右移动的趋势，故：X、Y值0.370.31 0.760.41.6冲击载荷系数当量动载荷7423N轴承寿命（柱轴承）64508h、 0.5 ，0.9当量静载荷两式中取大值6748N安全系数正常使用圆锥滚子轴承,查表计算额定静载荷；静载合格许用转速7500r/min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圆锥滚子轴承30208（一对），其尺寸：D=80mm,d=40mm, B=18mm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：轴承受力情况轴承内部轴向力Fs：计算公式为方向向右 方向向左因为所以轴有想右移动的趋势，故：X、Y值0.370.800.41.6冲击载荷系数当量动载荷2412N轴承寿命（柱轴承）、 0.5 ，0.9当量静载荷两式中取大值1907N安全系数正常使用球轴承,查表计算额定静载荷；静载合格许用转速6300r/min结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的要求。四、减速器箱体及附件的设计1、润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择1润滑形式的选择(1)油标：选择杆式油标C型指标：d: (2)排油装置：管螺纹外六角螺赛及其组合结构指标： 2密封装置（1） 蜗杆轴密封： 毡圈油封 d=30mm,（2）大齿轮轴密封：毡圈油封 d=30mm.2、箱体设计：计算项目计算内容计算结果箱座厚度箱盖厚度箱座突缘厚度箱盖突缘厚度箱座底突缘厚度地角螺钉直径地角螺钉数目轴承旁连接螺钉直径机盖与机座连接螺栓直径轴承端盖螺钉直径窥视孔盖螺钉直径连接螺栓d2的间距定位销直径大齿轮顶圆与内机壁距