北航优秀机械设计说明书_加热炉装料机

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目：加热炉装料机设计院 系：能源与动力丁程学院设计者：指导教师：2014年6月3日刖旨加热炉装料机可用于向加热炉内送料.由电动机驱动，于室内工作。通过 传动装宣使装料机推杆往复运动，将物料送入加热炉内。设计一台由减速器与传动机构组成装料机，配以适当的电动机等零部件， 实现自动送料过程。尽量实现占地面积小，工作平稳及急回特性明显等工作特 征。目录目录一、设计任务书11设计题目12、设计要求13技术数据14、设计任务2二、 总体方案设计2传动方案的拟定2(1) 原动机22)传动机构23执行机构32、执行机构设计41设计计算过程4推板设计73电动机的选择7电动机类型选

2、择72选择电动机功率74、传动系统运动和动力参数8三、传动零件设计101、蜗轮蜗杆的设计10最终结杲:142、直齿圆柱齿轮的设计 14最终结果：203、轴的设计和校核计算211)蜗杆轴21(2) 蜗轮轴243）大齿轮轴274、轴承的设计和校核计算301）蜗杆轴轴承302）小齿轮轴323）大齿轮轴345、键连接设计计算351）蜗杆上联轴器轴键362）蜗杆轴键36（3）大齿轮轴键376、联轴器的选择37（1）输入轴372）输出轴38四、减速器箱体及附件的设计 381、箱体没计382、润滑与密封391. 齿轮、蝎杆及蜗轮的润滑392. 滚动轴承的润滑393. 油标及排油装置394. 密封形式的选择3

3、95. 技术要求40五、参考资料40一、设计任务书1、设计题目加热炉装料机2、设计要求(1) 装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室內工作，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生产批量为5台。(3)动力源为三相交流电380/220V,电机单向转动，载荷较平稳4使用期限为10年，每年工作300天，大修期为三年，双班制工作。(5)生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。加热炉装料机设计参考图如图1一一电动机 2一联轴器 3一蜗杆副 1一一齿轮5一连杆6一一装料推扳3v技术数据数据编号6推杆行程/mm250推杆所需推力/N7000推杆工作周期/S2.54、设计任务(1

4、) 芫成加热炉装料机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图2)完成主要传动部分的结构设计。(3)完成装配图一张用A0或A1图纸)，零件图2张.4编写设计说明书1份。二、总体方案设计1、传动方案的拟定传动方案分为原动机r传动机构和执行结构(1) 原动机设计要求；动力源为三相交流电380/220V,故原动机选用电动机。(2) 传动机构由于输入轴与辙出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。 方案一；二级圆锥一一圆柱齿轮减速器.方案二；齿轮蜗杆减速器方案三：蜗杆一一齿轮减速器。电动机输出转速较髙，并且输出不稳定。总传动比较大，轴所受到的弯扭矩较大，所以初步決定采用方案三：二级蝎杆一一圆柱斜

5、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.和比较紧渎的结构，同时封闭的结 构有利于在粉尘较大的坏境下工作。根擔设计，电动机通过联轴器，将功率传到蜗轮蜗杆机构中，再通过与蜗轮同轴的一个小齿轮，再与一个直齿圆柱齿轮相连，达到减速目的，最后通过 输岀轴与执行机构相连接。（3）执行机构执行机构由电动机驱动，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转 换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动 特性。同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。方案一：用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能.方案二；用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能方案三：用曲柄摇杆机构

6、和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功 能。方案评价；方案一：结构简单紧凑，尺寸适中，晟小传动角适中，传力性能良好， 且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，机会性能好，工 作效率高，寿命长。方案二；结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。方案三；结构简单，可实现复杂轨迹，但极位夹角小。由于装料机轨迹简单，不需要较高精度，且单行程工作，考虑到工作效率 问题，需要良好的急回特性。综上所述，方案一作为装料机执行机构的丈施方 案较为合适。2、执行机构设计（1）设计计算过程1）选定行程变化系数K=2,则极位夹角0 = 180。*篙= 60。，取工作范围为15%2）取机架oo1 =

7、 120ni?7?由几何关系得；on = oov cos60 二 60mm3）由行程cc= 25Qmm可得；bb = co = 250摇杆 0 = bb = 250mmocbzA014）取滑轨位置距oi距离L二;（o+ oibcosl5。），此时滑轨与摇杆轨迹相对位滑轨与摇杆顶端处于工作极限时距离相等r此时最大压力角最小0取 L = （0少 + ocosl5） = 245.74mm圆整为L = 246mm.5）最大压力角取25由4）可知摇杆0注位于最高点时压力角最大此时si】勺心=绻;be = 器占=40.225mm 圆整为be = 40mnio 此时最大压力角5心= 24.35仁1rvFi1

8、(2) 机构简图及机构特性机架 001 = 120mm曲柄 oq 60mm摆杆 Ojb = 250/77777连杆 bc= 40 mm导轨与。1距离L = 246ram工作段行程250mm1) 取行程速度变化系数K=2,则极位夹角0 = 180 X -=6052）机构特性急回特性；行程速度变化系数K=2传力特性：最大压力角a叱工= 24.35。30。速度特性：由oa-wcosy经matlab数值模拟，推板速度曲线为;由此可见推板在工作段速度平稳且回程速度快。2d受力特性：取与偏角为士 15。为有效工作行程显然此时有效工作行程大于推杆行程的35%,L - 01加0“5be= 12.24受力分析；

9、当卩=15时，压力角c=drcsinFFo = 7162.82/VcosaFoFo =而一v = 7171.142V cos 0 - a)oo 1oasiny sinp.-.y=3117o(a 二 167.247ium6Fi - o jb = F2 -1A.F2 = 10719.382VP2F3 =12527.98 cosyM 二 F3 oa 751.68N m又经简易计算分析，推板受力与转角0的关系为如图所示：故取M = 751.68AT-m时，0在佔。内F均大于等于7000N,即为有效行程。（3）推板设计3、电动机的选择（1）电动机类型选择按工作条件和要求，选用Y系列三相异步电动机，电压3

10、80Vo（2）选择电动机功率1）机械效率数量弹性联轴器巾0.991蜗轮蜗初20.801池润滑8级楮度圆柱齿轮0.971滚动轴承W0.993总效率 n = ni n2 i】3 ni = 0.7452)功率血二 w = 1889.2PwPd = =2. 54kW电动机额定功率略大于打即可，因此选定电动机额定功率为3kW3) 确定转速60nw = y-= 24r/min蜗杆耳=1040圆柱齿轮$2二25i= 20 200 nd = (4804800) t/min可取d = 100()厂/mir?或电=lOOr/min重暈/kg价格额定电流/AY132S-6664204447.2Y100L2-4357

11、057406.8综合质呈和价格等因素，取nd=150Qr/min即取Y100L2-4电动机4、传动系统运动和动力参数(1) 总传动比：459.17(2) 分配传动比蜗轮蜗杆耳=20圆柱齿轮I? = 2.96(3) 运动和动力参数计算0轴（电动机轴P0 = Pd = 2.54Wt?o 1420r/mfnPoTo = 9550 = 17.08.V - m 2.ON m1轴（蜗杆轴）i = /Jon i= 2.51klVzii = 1420r/mmTj =9550= 16.71JV-7/i心2轴蜗轮、小齿轮轴卩2 =卩诃2耳4 = 1.99kW19卩2?2 = 9550-= 267.7 zn3轴（蜗

12、轮、小齿轮轴）卩3 =卩2耳3口4=191册=24r/min斤2760.42N mP4 = P3 耳 4 = l89k!Vn4= n3 24r/minP4T4 = 9550_= 752.42m轴名功率p/kW转矩T/ N m伎动比1效率输入输出输岀02.542.5117.0812.511.9916.9116.7410.9921.991.91267.7212.01200.79231.911.89760.42752.422.960.96三、传动零件设计1、蜗轮蜗杆的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 确定精 度考虑传动功率不大，转速也环是很高，批量小 精度等级为7级，

13、选用ZA型蜗杆传动，双头右旋 蜗杆。蜗杆用45号钢淬火，表面硬度4550HRC,蜗轮轮 缘材料用ZCuSnlOPl砂模铸造-2.确定蜗杆，涡轮齿数传动比 = 20参考2芸:3-4 取a；】=2, z0 = 40蜗轮转速为：n2 = 71r / nin勺二2弘=40厶3.确走涡 轮许用 接触应力蝎杆材料为锡青铜，则 =蚊2,由2表 3J0 (15000)2 x 1. 3 x 267. 7 = 3496.91nm31118. 3 x 40选用皿勺=5376曲査2表3-3传动基本尺寸：m = 畑4 = 10. OCK)则蜗杆的宽度bx = 2. 5mjz2 + 1处128nmT2 = 267. 7N

14、 - mm = 84 = 80b = 12itar5.主要几何尺寸计算涡轮分度圆直径：dz = niZj = 320zoc?tanr = z. / q = 0. 2bso娟杆导程角1Y = 11. 3a査2表35涡轮尺宽 b, 2m(O. 5 + Jq + 1)二 61. 066 传动中心距 a = S5(4 + J2) = 200fflw经圆整，取b? = 62砸d2 = 320/ZB7y = 11.3a b2 = 62zaa = 200niu6计算 涡轮的 圆周速 度和传 动效率涡轮圆周速度2v; = d?n2 /(60 x 1000)= 1. 19m/s,齿vz = Y / cxys/r

15、 / (60 x 1000) cos 11. 3 二 6 07m / s查2表3-7出当呈摩擦角Q = ril，= 1. 34=严7_ = 0 9025 tan(y + p7)搅油效率72 = 0 96ri =叽=0.9025 x 0.96x0. 99 = 0.87 与估取值 近似v. 1. 19in / s vr 二 6- OJLffi / s 7=0. 87了校核 接触强度940031T2 = TJ#% = 268. O47V - in查2表312得弹性系数Zy =155,査表3J3使用系数心=1卩 = 1- 19 页 / s 3更 / s取动载荷系数二1-03载荷分布系数Kfi=l环-1

16、55xJ?x2fiR；Mx 1x1.08x1 -ff/.24/2nzrH 80x320oy = 87.24N / mm2oh兰b肿合$5*8.轮齿弯曲强度校核一666T2KaKvK v w_TF.YygY = 42.42涡轮无变位查2图2-20和图2-21得cFjp = 27.642N fmm2= 5.25N / BSD7% 1 * d二0. OBlzfizr蜗杆轴变形V3892 + 609 72CMy. = x 288148 x 2. 1 x 105 x 6 36 x 105=0. 0027刊朋v y：合格氏=389NF | = 609. 7NI = & 36 x 105mm4y = 0.

17、08J py 二 O_ 002/iran必 丹合格10蜗杆传动热平衡计型二 95*C1KA2蜗杆传动效率耳=0-87导热率取为K = 15FF /(2 l CX中等通风环境)K工作环境温度t2 = 2OBC传动装宣散热的计算面积为A = 0. 33( )173 = 1. 0947m2100二 2510 x(1 - 0.87) + 2() = %-31 昭115 x 1.094了t. = 3& 31。0 95C合格最终结杲：n oto 1420/ /71r i匸20川=0.858加二/加沁2 二/min蝎杆涡轮蝎杆涡轮m=8mm7级精度Z1= 2zx = 40ZA型圆柱蜗杆传动山=80 mmd2

18、 = 320mm45钢轮缘 ZCuSnOPlbi = 128m D762 = 62mm淬火砂模铸适Y-11.3 (右旋HRC=4550a=200mm2、直齿圆柱齿轮的设计计算项目计算内容计算结果1. 选择材料和精度考虑到主动轮轮速不是很髙，故采用选用软尺面斜齿轮，小齿轮用40Cr,调质处理，硬度241HB286HB,平均取260HB,右旋；大齿轮用45钢，等级调质处理，硬度为197HB255HB,平均取226HB,左旋。同侧齿面取8级精度。2. 初因为采用闭式软齿面传动，按齿面接触强度初步估步计算算小齿轮分度圆直径，由2附录E式BJ小齿轮直径ag隐罗由2附录B表坯1K 二 L4取&, = 75

19、Q0 = 13动载荷系数K = 1.4,转矩T2 = 265N皿，查2表2J4取屮孑=0-6T2 = 265W 念接触疲劳极限bm = 7lOMPa 1ze | 3（1%）+0.77螺旋角系数乙戸=Jcos0 = 0. 99由2表2-7Ka = 1.25由2图26Z = 0. 77Z尸】.99PKa = 1.25K. = 1- 15 = 1-28心=1.1Ft = 27； / d. = 4867. 21NKF= 55.77N / job 应力循环次数Zjn =兀1 =1-14N r = 60/z?5 = 60 x 1 x 7 1 x 5840=2 49 x 103ZJ1 = Zjr2 = 1.

20、0=乙2 =2虹N-N - / 1 - 8.4 x 107L dL 1=N=N=1接触寿命系数爲切=1 - 1，叽=1- 22Ssfu =1.05齿面工作硬化系数馮=8(M. 19 / BETZ- Z- ! o册 2 一 130g = 768.25 /WW 厶妙 2A.rccHi Z1700二 1.2 (240 - 130 )/1700= 1 .14碍=JiR28V/flBf77_in応怙畑接触强度尺寸系数/厂_厶2 _丄宀= 768.25tf&澜滑油膜影响系数取为接越疲劳强度较为合Zju 乂工2 Zri Z&2 二 ZjT 二 1适，齿轮尺寸无须调取最小安全系数必1 =105许用接触应力：二

21、 710 x 1.16 x 1 x 1 x 1 x 1. 14 x 1 / 1.05 =894.19 / 亦cr歹 2 = 580 x 1. 22 x 1 x 1 x 1 x 1. 14 x 1 / 1. 05 =768. 25片 / mm7验算:f = 992.困V / am CP / 血=13.94 血根据与联轴器端连接的尺寸，按联轴器的标准系 列.取弹性套柱销式联轴LT6 Y型，其直径 d二35mm,轴孔长度0d=35mm? L=80iniii3.初定 轴的结构初定该轴为端游动，端固定4轴的空间受力输入轴转矩 = 9.55xltf x-1G9MW迦n蜗杆受圆周力纠=2 沢 16910 =

22、 422 750 H q80径向力2TF, = -tana = 60& 968轴向力9TF= = 1673.1257V彳二 KS10V 皿耳 = 422. 7507VFi = 608.968N r 1F淤=1673.1257V5.求支反 力，并绘 出水平而 和垂直而 的弯矩图 及合成弯 矩图1）垂直而支反力（F2 + Gih） （608.968 X 347 + 1673.125F =FAy = 1002NFBy =- 3937V腺=307NF3x = 1162VMxc= 131262/V - mm=一 136731/V mmMyc- 402172V- mm幻+ l2131 + 347=1002

23、NFBy = - FAy = 393/V2）水平而支反力F2422.750 X 347跟-屮131 + 347 T0/NFbx =仇1 一 尸加=H6N3）弯矩计算Mxc = FAylt = 131262N mmM： = G）丿 i 一 F厂i 二- 136731JV mmMyc = F# J】=40217N mmMe = 137285jV mmM；= 142522/V nrni4）合成弯矩Me = JM, 4- My/ = 137285N mm M； = JmJ + Myc2 = 142522/V - mm6r计算 并绘制转 矩图7 = 16. QIN mTy = 16.91Y - ffl九

24、求当量弯矩f转矩按脉动循环考虑，取a = cr_lh / crOi,查表得 crA = 600 MPaa_lif = 95MPa,则 a = 55 / 95 = 0. 579危鲨裁面处当量竜矩，# 二 机役+ s）2二14352却血r =孔.M rr J”w0. lrf3*z0. 1 x 803查得许用应力a_lh = 55MPaM = 1435222V 观cJ C*P / n = 34/aa 取= 35迦益二35血3、初定轴的结构初定该轴为两端固定，取轴承30207 （一对）4r轴的空间受力分析涡轮受力与蜗杆受力大小相等，方向相反T2 = 267.2.N mm涡轮轴向力匚=仟=442-押N

25、役向力 =巴=盹968 圆周力耳2二二0 25小齿轮圆周力理3 =缆/ & =4822.20ATF3 =牟空处=1804.35径向力曲0轴向力你二你如1煦耐F二 442. 750A a乙F注=508. 968即Fi2 = 1673. 125N耳=4822.20Fri = 1BM.3SW兀=11%.87N5求支反 力，并绘 出水平而 和垂直面 的弯矩图 及合成弯 矩图1）垂直而支反力尸2 +心）-尸丛- Fq2厂2 %=屮仏+4= 303SNF/1 一 氐 + 5）+ Fa2r2 斶_/1 + Z2 + Z3- 1178NFAy = 3035NF砂= 1178NFAx =- 468NFBx =

26、337NMxc= 169960 JV mmM沙= 87172N mmM；d 16332N mmMyc 二- 26208N mmMyC - 90026N nunMyD = 24938N mm2）水平而支反力- Fr3（b + Q + 尸以3 + pa3r3 尸耐尹砂卩吃（【2 + Q - Fjl - f：a3r 32仃 + 小=337/73）弯矩计算Mxc = FAyli = 169960jV mmMd 二 By3 二 8 /172N mmM；d = F屏3 - Fa2r2 = 16332/V mmMyc = F=-26208/V mmMyC = Fxh 一 a3r3 = 90026/V mmM

27、yD = FBxl3 = 24938N nun4）合成弯矩M；=Mx?十 My/ = 171969N mmM；=肿x? + Myc2 = 192330jV - mmMq = JM% J + MyD2 = 9O669A/ mmMd = J初* + MyD2 = 298107V - mmM = 171969/V mmM；= 192330/V - mmMd = 90669N mmM； = 29810jV mm6、计算可=267. 7N -血耀二 267. 7N 皿并绘制转矩图J求当转矩按脉动循环考虑，取量弯矩a = 7_ /叭订，査表得(rb = 600MPaj = S5MPa,=95MPa2则 z

28、 =55/95 = 0.58危险截面处当量弯矩：M = 247180 /osc# 二以+ (7)2 二 247180 砲CT i = = - CT W0. W3- 247180 J CljP / z? = 48 - y = 123872Myc =- 65139JV 772771Mxc= 210112N mm2）水平面支反力F/2 +卩詁4 F h + b 222NFBx = Fr4-FAx=-407N3）弯矩计算Myc - FAxlL - 123872AT mmMyC - FAxli - Fd 二一 65139/V mmMxc = FAylt = 210112/V mmMM = 243908/

29、V mmM； = 219978Nmm4）合成弯矩Me =典+ My/ = 243908N =JMy/ + Myc,2 = 219978JV mm6、计算 并绘制转 矩图 = 760.42N mK =760.42N 皿8、求当 量弯矩f转矩按脉动循环考虑，取a = cr_lh / crOi,查表得 crA = 600 MPa= 55 MPa, a = 95MPaf 则 a = 55/95 =0.58危鲨截面处当量尊矩，# 二+ (aTf = 503995-皿MMTh = =匕-bW0. Id3亠503995O1WT= = 21 MPa兀LI x 623查得许用应力a_lh = 55MPa足=50

30、3995观J 58400b满足使用寿命要求载荷变化系数p= 0.055f 1 = 1载荷分布系数 a L/2 = 1许用转速n = f J 2um = 900077m 加n = 9000r/min 大于工作转速1420r/min结论所选轴承能满足寿命、静栽荷与许用转速的要求。2）圆锥滚子轴承30208一对，且成对安装），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6-67,轴承主要性能参数如下：C = 63M ; CQr = 14J/N珂辺二 63002- / mine = 0. 37Y = 1.6成对安装；CrYi = 2 ,c)Cr = 108/c/Vnlim = (0.60.8)n“m=378050407/minC =3矽久=74创Z7. n = 6300r / mine = 0. 37r = 1.6CrZ= 2 /9Cr = 108ZrA/ 5吨=(060.8)7 皿 =37805040/ /7nui轴承受力情况F严 F7(2” = 1