加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计【一级单级蜗轮蜗杆减速机设计】
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加热炉
推料机
执行机构
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装置
设计
一级
蜗轮
蜗杆
减速
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加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计【一级单级蜗轮蜗杆减速机设计】,加热炉,推料机,执行机构,综合,传动,装置,设计,一级,蜗轮,蜗杆,减速
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19 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：一、设计题目加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计二、上交材料(1) 设计图纸(2) 设计说明书四、进度安排(参考)(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： 指导教师日期摘要推料机是连续式炉的专用机械，推料机布置在加热炉的进料端，用以将工件或料盘推入加热炉加热，其动力源可以是电动机，随着热处理行业的发展，热处理设备在机械行业产生了越来越重要的影响，热处理设备的设计有着较深的意义。本文对加热炉推料机的传动系统进行了设计，对推料机的系统优化设计和技术改造提供了一定的参考。关键词：推料机、加热炉、传动系统、减速器AbstractPusher machine is a continuous furnace dedicated machines, pusher machines arranged in the furnace feed side of workpiece or material to be pushed into the furnace heating plate, its power source can be electric motors, heat treatment equipment design has a deeper significance.In this paper, furnace pusher machine drive system has been designed, on the pusher machine system design optimization and transformation provide some reference.Keywords: pusher machine.oven.transmission.speed reducer目 录1电动机的选择11.1机构总传动效率计算11.2滑块所需功率11.3电动机功率与选择12传动系统的运动和动力参数12.1分配传动比12.2计算传动装置的运动和动力参数23.1蜗轮蜗杆设计33.1.1选择材料及确定许用应力33.1.2确定蜗杆，涡轮齿数33.1.3确定许用接触应力33.1.4基本尺寸确定33.1.5接触强度设计43.1.6计算散热条件43.1.7润滑油选择53.1.8主要几何尺寸53.1.9蜗杆轴刚度验算63.2齿轮设计73.2.1齿轮材料的选择73.2.2按齿根弯曲疲劳强度初步确定模数73.2.3校核齿根弯曲疲劳强度83.3四杆机构的设计84轴的设计与校核计算114.1蜗杆轴114.1.1蜗杆轴的最小轴径估算114.1.2按照弯扭合成强度条件校核轴114.1.3计算支撑反力如图124.1.4画弯矩图、转矩图及其的合成图124.2涡轮轴的计算与校核134.2.1初按扭转强度初步计算轴径134.2.2按照弯扭合成强度条件校核轴134.2.3计算支撑反力如图144.2.4画弯矩图、转矩图及其的合成图145轴承选取与校核165.1蜗杆上选用圆锥滚子轴承30211165.2涡轮轴上选用圆锥滚子轴承30209186设计体会191电动机的选择1.1机构总传动效率计算连杆机构：=0.98齿轮是开式传动，选择人工周期性加油润滑：=0.94涡轮蜗杆选择双头式：=0.80轴承：=0.98联轴器选择弹性联轴器：=0.992总传动效率：=0.980.940.800.980.980.980.992=0.6881.2滑块所需功率由题目可知，滑块运动频率n=60次/min，则工作周期T=1，所以：V=2H/T=360/1=360mm/s=0.36m/sP=（FV）/1000=0.108kw1.3电动机功率与选择P=P/=0.108/0.688=0.157kw查表选用一般用途的Y系列三相异步卧式电机Y801-4，封闭结构。额定功率P=0.55kw，同步转速n=1500r/min,满载转速n=1390r/min.2传动系统的运动和动力参数 2.1分配传动比大齿轮转速n=1/T=1r/s=60r/min 计算总传动比：i=n/n=1390/60=23.17若蜗轮蜗杆的传动比i=15.5，为则齿轮的传动比取i=1.49， 2.2计算传动装置的运动和动力参数（a）.电动机轴转速、输出转矩、输出功率：（b）.1轴转速、输入转矩、输入功率：（c）.2轴转速、输入转矩、输入功率：（d）.3轴转速、输入转矩、输入功率：轴的名称功率P / kW转矩T /（Nm）转速n（r/min）传动比i效率输入输出输入输出电机轴0.1571.08139010.97221轴0.1531.05139015.50.7842轴0.1212.7689.681.490.92123轴0.1117.5160.193传动零件的设计计算3.1蜗轮蜗杆设计3.1.1选择材料及确定许用应力蜗杆用45钢，蜗杆螺旋部分表面淬火，齿面硬度45-55HRC。涡轮齿圈用铸锡青铜，砂模铸造，轮芯用铸铁HT150，采用齿圈静配式结构。3.1.2确定蜗杆，涡轮齿数由表8-4-4查得涡轮蜗杆传动比i=15.5，蜗杆头数，涡轮齿数。3.1.3确定许用接触应力由图13-4-10 滑动速度由图8-4-2 青铜与铜配对使用，材料弹性系数。查图8-4-4 0.68许用接触应力3.1.4基本尺寸确定由于运转平稳，取估算传动效率：，涡轮转矩：由表8-4-9查表8-4-2，取。蜗杆分度圆直径，涡轮分度圆直径，查表8-4-4，中心距。3.1.5接触强度设计由表8-4-9 几何参数已经给定，K与T已经确定，根据，由此得由于，则K=1.153.1.6计算散热条件由式8-4-9，传动中损耗的功率为由式8-4-10和设计要求自然通风状况良好，取若减速器散热的计算面积A不满足以上要求，则可以采用强迫冷却方式或增大散热计算面积的方法来满足要求。由表6-1，精度为8级，齿面粗糙度3.1.7润滑油选择由表8-4-44，粘度242198cSt（40），全损耗系统用油牌号L-AN 2203.1.8主要几何尺寸齿数Z=2，Z=31模数m=8传动比i=15.5分度圆直径d=80mm，d=248mm蜗杆直径系数q=10涡轮变位系数x=-0.5中心距蜗杆导程角分度圆上螺旋升角蜗杆轴面齿形角阿基米德螺线蜗杆径向间隙c=0.2m=0.28=1.6mm蜗杆涡轮齿顶高ha=m=8mm，ha=（1+x）m=4mm蜗杆涡轮齿根高hf=1.2m=9.6mm，hf=（1.2-x）m=13.6mm蜗杆涡轮分度圆直径d=qm=80mm，d=mZ=248mm蜗杆涡轮节圆直径d=（q+2x）m=72mm，d=d=248mm蜗杆涡轮齿顶圆直径da=（q+2）m=96mm,da=(Z+2+2x)m=256mm蜗杆涡轮齿根圆直径df=（q-2.4）m=60.8mm，df=(Z+2x-2.4)m=220.8mm蜗杆沿分度圆圆柱上的轴向齿厚s=0.5m=12.57mm，s=scos=12.32mm 法向弦齿高h=m=8mm蜗杆螺纹部分长度涡轮最大外圆直径d=da+1.5m=256+12=268mm涡轮轮缘宽度b=0.73da=70.08mm涡轮齿顶圆弧半径r=0.5df+0.2m=32mm涡轮齿根圆弧半径r=0.5da+0.2m=49.6mm3.1.9蜗杆轴刚度验算由表13-4-13， 蜗杆所受径向力受圆周力蜗杆两端支撑点距离l=d0.9=223.2mm45钢弹性模量E=201N/mm蜗杆危险及面惯性矩许用最大变形 3.2齿轮设计3.2.1齿轮材料的选择开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳折断。由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对其进行抗弯曲疲劳强度计算。按齿根弯曲疲劳强度设计公式作齿轮的设计计算，不按齿面接触疲劳强度设计公式计算，也无需用齿面接触疲劳强度校核公式进行校核。开式齿轮传动，将计算所得模数加大10%-15%。选用斜齿轮，小齿轮用40Cr钢，调质处理，查表8-3-24，硬度241HB286HB，平均取260HB，大齿轮用45钢，调质处理，查表8-3-24，硬度为229HB286HB，平均取240HB。根据表8-3-124，8级精度。查图8-3-53弯曲疲劳极限，。3.2.2按齿根弯曲疲劳强度初步确定模数计算应力循环次数 查手册图8-3-55得 ，取 ， ，弯曲疲劳许用应力 齿轮传动中，小齿轮查图 8-3-46 则载荷系数 查手册 图8-3-38图，8-3-38 ， 对于开式齿轮传动，取m=6mm。， ， 取重新计算传动比 。3.2.3校核齿根弯曲疲劳强度强度验算公式：， 齿轮分度圆直径 齿轮齿顶圆直径 齿轮基圆直径 中心距 圆周速度 齿宽 3.3四杆机构的设计1）执行机构为杆机构，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。在三角形中，设 对于曲柄摇杆机构，最大压力角出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处。这时有： 在matlab里编程计算得a,b=solve(a+b)2+(b-a)2-152.312=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/9),cos(pi/6)*2*b*1100=b2+11002-(152.3-a)2)其解为复数，实数范围内没有解a,b=solve(a+b)2+(b-a)2-152.312=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/6),acos(b2+11002-(355.32+a)2)/(2200*b)+(pi/6)=3.14)其解为复数，实数范围内没有解a,b=solve(a+b)2+(b-a)2-152.312=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/9),cos(pi/6)*2*b*1100=b2+11002-(152.3+a)2)a = 157.12*i - 108.89 -157.12*i - 108.89 141.46*i + 99.70 86.72b=570.47*i + 964.58883.2 - 513.64*i 513.64*i + 883.22964.58 a取87mm，b取965mm4轴的设计与校核计算4.1蜗杆轴4.1.1蜗杆轴的最小轴径估算 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 查表取 ，取轴端最小直径为 蜗杆的结构设计，各部分尺寸如图 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 弹性联轴器。4.1.2按照弯扭合成强度条件校核轴a） 画出轴的力学模型图b） 求蜗杆上的作用力 4.1.3计算支撑反力如图 水平面支撑反力 垂直面支撑反力 4.1.4画弯矩图、转矩图及其的合成图水平弯矩图 垂直弯矩图合成弯矩图 转矩按脉动循环变化处理 即 前已计算危险截面处当量弯矩：4.2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，4.2.1初按扭转强度初步计算轴径 取4.2.2按照弯扭合成强度条件校核轴画出轴的力学模型图a） 求蜗杆上的作用力 4.2.3计算支撑反力如图 水平面支撑反力 垂直面支撑反力 4.2.4画弯矩图、转矩图及其的合成图水平弯矩图 垂直弯矩图合成弯矩图 转矩按脉动循环变化处理 即 危险截面第一处当量弯矩：危险截面第二处当量弯矩：5轴承选取与校核5.1蜗杆上选用圆锥滚子轴承30211查手册得 水平面支撑反力 垂直面支撑反力 按轴承1校核 查手册 查表得 则查手册 安全5.2涡轮轴上选用圆锥滚子轴承30209查手册得 水平面支撑反力 垂直面支撑反力 Fq=212.673N 按轴承1校核 查手册 查表得 则查手册 安全6设计体会 在期末课程设计中，我们所选择的是设计一个加热炉推料机，这对我们来说是又一次尝试与创新的过程，现在利用自己学到的知识设计一个传动系统。在设计过程中，对具体的设计步骤、思路、方法、技巧都有了进一步的了解，并感受深刻。在设计过程中也认识到了自己的不足，在设计中方法比较生硬，只是按照书上步骤按部就班，主与次也没能很好把握住，这些方面通过这次我们都要加强了解。在这次设计中也谢谢老师和同学的帮助。参考文献1 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京：化学工业出版社，2000.2 巩云鹏，田万禄，张祖立，黄秋波.机械设计课程设计M.沈阳：东北大学出版社3 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.西安：高等教育出版社，20064 辽工大机械基础教研室.机械
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