镇江高专, 热处理装料机传动系统设计(带CAD图）带机械图
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镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE毕 业 设 计 (论 文) 热处理装料机传动系统设计The design of loader transmission system for heat treatment系 名： 装备制造学院 专业班级： 机制D142 学生姓名： 周卫卫 学 号： 140103422 指导教师姓名： 马贵飞 指导教师职称： 副教授 2017年 3月摘 要本设计是关于热处理装料机传动系统设计的设计。首先对装料机作了简单的概述；接着分析了装料机的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的装料机各主要零部件进行了校核。在加热炉装料机的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造加热炉装料机过程中存在着很多不足。关键词：加热炉装料机，传动装置，连杆，减速器47AbstractAbstractThe design is about the design of loader transmission system of heat treatment. The filling machine is summarized; and then analyzes the selection principle and calculation method of the filling machine; then according to these design criteria and selection calculation method according to the givenparameters selection design; then the checking of the main parts loader selected. This paper mainly introduces the development status of the filling machine, filling machine structure design principle, analysis of overall plan and determine the charging machine, drawing mechanical drawing loader structure design content included in the calculation, the conclusion and suggestion of structure design.Key words： heating furnace charging machine, transmission device, connecting rod, gear reducer目录目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV1 绪论11.1 加热炉装料机的特点11.2 与其他工件装料机的比较22 加热炉装料机总体方案32.1 加热炉装料机设计方案32.1.1加热炉装料机方案一32.1.2 加热炉装料机方案二32.1.3加热炉装料机方案三42.1.4加热炉装料机方案四42.2 加热炉装料机执行机构的选型与设计42.3 加热炉装料机传动装置方案确定63 电动机选择、传动系统运动和动力参数计算73.1电动机的选择73.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配83.3 运动参数和动力参数计算94 圆柱齿轮传动零件的设计计算114.1 选择齿轮材料及精度等级114.2按齿面接触疲劳强度设计114.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计135 蜗轮蜗杆传动设计计算175.1 选择蜗杆传动类型175.2 选择材料175.3 按齿面接触疲劳强度进行设计175.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸195.5 校核齿根弯曲疲劳强度205.6 验算效率215.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定215.8 热平衡核算216 轴的设计计算236.1 轴的结构设计236.2 轴的结构设计266.3 轴的结构设计286.4 校核轴的强度307 轴承的选择和校核367.1 高速轴轴承的校核367.2 低速轴轴承的校核377.3 计算输入轴轴承397.4 计算输出轴轴承428 键联接的选择和校核448.1 键的选择448.2 键的校核448.3 联轴器的选择45结束语47参考文献48致谢491 绪论第1章 绪论1.1 加热炉装料机的特点(1) 结构简单,维修量小 (2) 性能稳定 (3) 噪音低 (4) 安装方便、高度小1.2 与其他工件装料机的比较由于其材料和装载频率，振动的影响更大的重量和密度和数量的装载是不稳定的，所以，调整也很困难，喂养饲料；由于振动，馈线和振荡器频率必须是稳定的，在板的振动振幅是非常敏感的。由于增加的喂养，不可用于更换的费用和常用的加热封闭齿轮减速器是一个坚硬的壳，蜗杆，蜗杆或传输工具-通常是由独立的元素，在减速器的机器。在少数情况下，也应作为装卸设备；装卸设备在增长时，由于更高的效率，准确可靠，结构紧凑，操作和维护简单交通转移的批量生产，因此可以在现代机械，有广泛的应用。2 加热炉装料机总体方案第2章 加热炉装料机总体方案2.1 加热炉装料机设计方案 1。分离气缸的定位和夹紧油缸和原材料的运输和分离2。利用送料机械手3。用伺服电机驱动的工作台进给4、电机驱动、变速箱和驱动，然后相互连接2.1.1加热炉装料机方案一2.1.2 加热炉装料机方案二 方案二，送料机械手机械手是同一辆车，通过滑块的绳子，打上向上滑动，小车的前进水平的全价饲料，钢丝绳的重量，用以连接，自动复位的代表作。机械手可以输入的优点：进料和打同样的速度，可以连续生产。缺点：首工件大小不一要经常更换。2.1.3加热炉装料机方案三方案三采用伺服电机控制工作台进行送料单片机驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，优点：3、低功耗、在许多应用中，功耗低，输出电压与促进工作的必要条件。4、维修、贸易、经济和实用的。2.1.4加热炉装料机方案四方案四，项目、电机驱动、变速箱和驱动，然后相互连接，工作原理：弹性联轴器、减速器、曲柄连杆机构拖动倾斜的底板在托辊上作直线往复运动。拖辊倾斜往复基板时，线，仓库和槽的尸体被飞机的前部。底板是反动的，槽体后部的斜体。板之间的滑动块，底板和前体本身的绕组的机器、交通运输工具和其他机设有漏斗，漏斗阀和空气，空气控制阀的两种形式。综合以上的比较，选择方案4。2.2 加热炉装料机执行机构的选型与设计 （1）机构分析1执行器驱动的电机，电机的输出功率2KW，机械零件的稳定运行的应建议改变活动的机构，直接向司机转动推杆来回。第二，作为生产关系的合理的速度和扭矩的发动机转速，速度很快，所以应设置的蜗轮蜗杆传动的扭矩。（2）机构选型 1：摆杆。2：偏置曲柄。3：摇杆摇杆滑块机构和串联。图2-3图2-2图2-1 （3）方案评价建议：结构简单，尺寸适中，最小传动角的一个很好的性能，功率。 图2-1，缓慢的进度，快速行驶的回程，工作效率。 图2-2，结构简单，但并不是固定的，和的最小传动角越小，性能差，定位销。 图2-3，是一个复杂的结构和滑动一段时间再那样做，效率低下，无法满足要求的 循环4.3秒。总之，程序的执行机构，是装载机的合理的实施方案。（4）机构设计 急回系数k定为2。简图如下：暂定：机架长100mm，则由可得曲柄长50mm，导杆长200mm。（5）性能评价 图示位置即为最小位置,经计算。性能良好。2.3 加热炉装料机传动装置方案确定（1）传动方案设计图2-4：二级圆锥圆柱齿轮减速器。 图2-5：齿轮蜗杆减速器。 图2-6：蜗杆齿轮减速器。图2-6图2-5图2-4（2）方案评价 由于工作周期为3秒，相当于20r/min, 而电动机同步转速为1000r/min或1500r/min,故总传动比为50或75 , 较大，图2-5较为合适。3电动机选择、传动系统运动和动力参数计算第3章 电动机选择、传动系统运动和动力参数计算3.1电动机的选择1.确定电动机类型 Y系列三相交流异步电动机。2.确定电动机的容量 由于工作周期为3 秒,电动机功率3kw根据周期计算公式 3.选择电动机转速 圆柱齿轮传动 i齿小于8 蜗轮蜗杆传动 i齿=840 i总=（28）（840）=（16200）电动机转速可选范围为。4 确定电动机的型号表3-1 电机参数比较表方案电机型号额定功率kW电机转速r/min电机质量kg参考价格（元）总传动比同步转速满载转速1Y100L2-431500142038760752Y132S-631000960631022483Y132M-837507107980035.5选用同步转速为:Y100L2-4电动机的主要参数，见以下表：表3-2 电动机的技术数据电动机型号额定功率（kw）同步转速（r/min）满载转速（r/min）Y100L2-43150014202.22.2图3-1 电动机3.2 传动装置总传动比的确定及各级传动比的分配1.传动装置总传动比=式中nm-电动机满载转速:1420r/min; nw-工作机的转速:20r/min。2.分配传动装置各级传动比取蜗轮蜗杆减速比为50那么齿轮传动比为1.42其中、分别为=0.98（8级精度）、=0.99（球轴承）、=0.99、3.3 运动参数和动力参数计算 1.各轴转速计算 2.各轴输入功率3.各轴输入转矩 表3-3 传动装置各轴运动参数和动力参数表项目轴号功率转速转矩传动比0轴3142020.181轴2.97142019.971.42轴2.85100027.2250轴2.26201079.15总体设计方案简图3-2如下：图3-2 总体设计方案简图4 圆柱齿轮传动零件的设计计算第4章 圆柱齿轮传动零件的设计计算4.1 选择齿轮材料及精度等级取，小齿轮齿数，那么，大齿轮齿数，取值,螺旋角.则实际传动比：传动比误差：，可用齿数比：取。4.2按齿面接触疲劳强度设计公式：确定有关参数如下：1）确定各计算数值1)试选=1.22）选取区域系数： Z=2.43 3） 则 4)计算小齿轮传递的转矩 5)齿宽系数=0.96）材料的弹性影响系数（4）许用接触应力，计算应力循环次数：接触疲劳的寿命系数，计算两轮的许用接触应力：故得： 则模数：考虑到结构尺寸，初步选标准模数：（5）、校核齿根弯曲疲劳强度4.3 根据齿根弯曲疲劳强度设计 从算式（10-17） （1） 确定计算参数1） 计算载荷系数2） 得螺旋角影响系数3） 计算当量齿数？：4） 查齿形系数由表10-5查得, 5)查应力校正系数 由表10-3查得，, 6)由图10-20c，得； 7）弯曲疲劳系数, 8）计算弯曲疲劳许用应力： 9）计算大小齿轮的,并加以比较大齿轮的数值较大（1） 设计计算确定有关参数和系数：1）计算中心距： 修正后的中心距为75mm. 3）计算大小齿轮分度圆直径： 齿度： 取 ，其他几何尺寸的计算（，）齿顶高： 由于正常齿轮， 所以齿根高：，由于正常齿 所以全齿高： 表4-1 齿轮参数表名 称计 算 公 式结 果 /mm模数m2压力角n分度圆直径d161.6d288.4齿顶圆直径齿根圆直径中心距75齿 宽5 蜗轮蜗杆传动设计计算第5章 蜗轮蜗杆传动设计计算5.1 选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐,采用渐开线蜗杆(ZI) 。5.2 选择材料蜗杆采用45钢; 5.3 按齿面接触疲劳强度进行设计传动中心距算式：(1) 确定作用在蜗杆上的转矩； (2)确定载荷系数K取载荷分布不均系数=1;取使用系数取动载系数;则由教材P252(3)确定弹性影响系数=160。(4)确定接触系数先假设比值=0.35，从书查得=2.9。(5)确定许用接触应力蜗轮料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造, 蜗杆螺旋齿面硬度45HRC,得蜗轮的基本许用应力=268。应力循环次数：N=60=60120（2810365）=9.56j=1寿命系数：则(6)计算中心距： (6)取中心距a=200mm,因i=50,取模数m=6.3mm, 蜗轮分度圆直径=63mm，这时=0.315得接触系数=2.9因为=,因此以上计算结果可用。5.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆轴向尺距：mm;直径系数：;齿顶圆直径：;齿根圆直径：;蜗杆齿宽：B1=(9.5+0.09)m+25=112mm蜗杆轴向齿厚：mm；分度圆导程角：;(2) 蜗轮蜗轮齿数53;变位系数；mm;演算传动比：mm,这时传动误差比 ，是允许的。蜗轮分度圆直径：mm蜗轮喉圆直径：=346.5mm蜗轮齿根圆直径：蜗轮咽喉母圆半径：5.5 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，得齿形系数：螺旋角系数：知许用弯曲应力得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力：=56寿命系数：56Mpa，可见弯曲强度是满足的。5.6 验算效率已知=;与相对滑动速度有关。插值法，得=0.0264, ，代入式中，得=0.884。5.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定蜗杆属通用机械减速器,蜗杆的齿厚公差为 =71m,蜗轮的齿厚公差为 =130m;5.8 热平衡核算初步估计散热面积：取(周围空气的温度)为。6 轴的设计计算第6章 轴的设计计算6.1 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法选轴的材料：优质碳素结构钢45；热处理方法为正火。2确定轴的最小直径公式：mm再查 1表15-3， mm3确定各轴段直径并填于下表内表6-1 各轴段直径表名称依据单位确定结果mm且由前面的齿轮的设计可得，齿轮的孔径为30，mm3030查 2表7-123535因为处装轴承，取7208AC，故 40404640404选择轴承润滑方式，确定与轴长有关的参数。选用脂润滑。将与轴长度有关的各参数填入下表表6-2 与轴长度有关的各参数名称依据单位确定结果箱体壁厚查 2表11-18地脚螺栓直径及数目n查 2表11-1查 2表3-13， 取20，16轴承旁联接螺栓直径查 2表11-1查 2表3-9，取1612轴承旁联接螺栓扳手空间、查 2 表11-1轴承盖联接螺钉直径查 2表11-2查 2表11-10，得当取轴承盖厚度查 2表11-10，小齿轮端面距箱体内壁距离查 2 =10轴承内端面至箱体内壁距离查 2 因为选用脂润滑，所以10轴承支点距轴承宽边端面距离a查 2表6-6，选取7208AC轴承，故5.计算各轴段长度。表6-3各轴段长度表名称计算公式单位计算结果由于与大齿轮配合，则：63由公式56由公式32由公式110.5齿轮1轮毂宽度：65由公式40L（总长）365.5（支点距离）197.56.2 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法选轴料为优质碳素结构钢45；热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径估算公式：=(126103) 再查 1表15-3， 3确定各轴段直径并填于下表内表6-4 各轴段直径表名称依据单位确定结果标准轴径=45由于和齿轮配合，取查 2表1-6，取50=50查 2表1-6，取=60=60=45454 计算齿轮速度” ，故选用脂润滑。 将与轴长度有关的各参数填入下表表6-5 与轴长度有关的各参数表名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a选用7209AC轴承，查 2表6-6得 5.计算各轴段长度表6-6 各轴段长度表名称计算公式单位计算结果439310齿轮配合长度：5845.5L（总长）L249.5（支点距离）196.16.3 轴的结构设计1选择轴的材料及热处理方法轴料：优质碳素结构钢45；，热处理方法为正火回火。2确定轴的最小直径轴的最小直径的公式：=再查 1表15-3， 3确定各轴段直径并填于下表内表6-7 各轴段直径表名称依据单位确定结果由于与联轴器配合，配合轴径为d1=60mm 60考虑联轴器定位：查 2表7-12，取707075=8686考虑齿轮的定位：92由于与齿轮配合=80mm=80由于轴承配合：75754 表6-8 轴承支点距轴承宽边端面距离表，故选用脂润滑。下表：名称依据单位确定结果轴承支点距轴承宽边端面距离a5.计算各轴段长度表6-9 各轴段长度表名称计算公式单位计算结果选联轴器轴孔长度为107mm，则：105由公式47由公式39由公式73由公式10配合齿轮4：8851.5L（总长）413.5（支点距离）184.36.4 校核轴的强度齿轮的受力分析：斜齿轮上的圆周力：；径向力：；轴向力：分别将:代入以上3式，得：表6-10和轴长度有关的参数表支反力、绘弯矩、扭矩图：轴受力简图：图6-1 轴的受力图其中， 方向均向外；方向都指向轴心；向左，向右。1.垂直平面支反力，如图a)轴向力平移至轴心线形成的弯矩分别为： 图6-2(a) 轴的受力图2.垂直平面弯矩图，如图b)计算特殊截面的弯矩：图6-2(b) 垂直平面弯矩图3.水平平面支反力，如图c)图6-2(c) 水平平面支反力图4.水平平面弯矩图,如图d)计算特殊截面的弯矩：图6-2(d) 水平平面弯矩图5.合成弯矩图, 如图e)图6-2(e) 合成弯矩图6.扭矩图,如图f)图6-2(f) 扭矩图2按弯扭合成校核轴的强度（1）确定轴的危险截面截面3受到的合力矩最大，且大小为： （2）取，则：得=60mpa,因此,故安全。7 轴承的选择和校核第7章 轴承的选择和校核7.1 高速轴轴承的校核轴承基本额定动载荷为：C=75200N；基本额定静载荷为：图7-1 高速轴轴承 求两轴承受到的径向载荷有力分析可知： ，可以估算：，求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31轴承1 轴承2 则 验算轴承寿命因为,所以按轴承1的受力大小验算选择轴承满足寿命要求.7.2 低速轴轴承的校核 图7-2 低速轴轴承 求两轴承受到的径向载荷有力分析可知： ，求轴承当量动载荷 查设计手册知e=0.31轴承1 轴承2 则 验算轴承寿命因为选择轴承满足寿命要求.=2810365=58400小时。7.3 计算输入轴轴承蜗杆承轴30208两个，蜗轮轴承30213两个，(GB/T297-1994)表7-1：表7-1 输入轴轴承计算表轴承代号基本尺寸/mm计算系数基本额定/kNdDTa受力点 e Y动载荷Cr静载荷Cor30208408019.7516.90.371.663.074.0302126011023.7522.40.41.5103130图7-3图7-3 输入轴轴承受力图(1)求两轴承受到的径向载荷和由力分析知: N （2）对于30208型轴承,判断系数e=0.37,因此估算按教材P322式(13-11a) =284N(3)求轴承当量动载荷和因为e对轴承1 =0.40, =1.6对轴承2 =1, =0取。=1.1*(0.40*584.5+1.6*2759.4)=5110N67.9KN=1.1*1*909=1000N46720h，故所选轴承满足寿命要求。7.4 计算输出轴轴承图7-3 输出轴轴承受力图=103KN=130KN(1)求两轴承受到的径向载荷和由力分析知: N （2）估算按教材P322式(13-11a) =415N(3) 求轴承当量动载荷和 e对轴承1 =0.4, =1.5对轴承2 =1 =0取。则由教材：=1.1*(0.40*1289.5+1.5*1526)=3085.5N121KN=1.1*1*1245=1369.5N46720h故所选轴承满足寿命要求8 键联接的选择和校核第8章 键联接的选择和校核8.1 键的选择表8-1 上键的尺寸表轴键键槽半径r公称直径d公称尺寸bh宽度b深度公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大288780-0.0360.0184.0+0.203.3+0.200.250.408.2 键的校核1 键的剪切强度校核键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图8-1所示：图8-1 键剪切受力图键的剪切受力图如图8-1所示，其中：b=8 mm,L=25 mm.键的许用剪切应力为=30 ，轴上受到的转矩T=55 Nm ，由键的剪切强度条件： （其中D为带轮轮毂直径） （5-1） =10 M30 （结构合理）2.键的挤压强度校核受力情况如下图8-2：（ =100 ）图8-2 键挤压受力图由 （5-2） =2000 N又有 （5-3）8 结构合理8.3 联轴器的选择取，则 ，=24mm设计小结 设计小结这次毕业设计我接到的题目是加热炉装料机的传动装置设计，本次设计完成了一个四杆机构的设计，二级圆柱齿轮减速器的设计，还有电动机，联轴器等等的型号选择，本次设计使我对多门学科的综合运用能力得到了提高，机械设计过程是一个综合了机械设计、机械原理、理论力学、材料力学、互换性、数学等多学科知识的运用过程，将我们在机械设计系列过程中所学的有关机构原理方案机械设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法结构及工艺设计等内容有机的结合，进行了综合设计实践训练，有利于增强我们的创新能力和竞争意识。第二，我们的分析问题的能力得到了较大的提高。减速器的设计是一个从整体的传动过
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