加熱爐裝料機設(shè)計_機械設(shè)計說明書

1、機械設(shè)計課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目：加熱爐裝料機設(shè)計院系： 設(shè) 計 者： 指導(dǎo)教師： 年 月 日北京航空航天大學(xué)設(shè)計任務(wù)書1、設(shè)計題目：加熱爐裝料機2、設(shè)計要求1裝料機用于向加熱爐內(nèi)送料，由電動機驅(qū)動，室內(nèi)工作，通過傳動裝置使裝料機推桿作往復(fù)移動，將物料送入加熱爐內(nèi)。2生產(chǎn)批量為5臺。3動力源為三相交流電380/220V，電機單向轉(zhuǎn)動，載荷較平穩(wěn)。4使用期限為10年，每年工作300天，大修期為三年，雙班制工作。5生產(chǎn)廠具有加工7、8級精度齒輪、蝸輪的能力。加熱爐裝料機設(shè)計參考圖如圖3、技術(shù)數(shù)據(jù)推桿行程200mm,所需電機功率 2kw,推桿工作周期4.3s.4、設(shè)計任務(wù)1完成加熱爐裝料機總體方案

2、設(shè)計和論證，繪制總體原理方案圖。2完成主要傳動局部的結(jié)構(gòu)設(shè)計。3完成裝配圖一張用A0或A1圖紙，零件圖兩張。4編寫設(shè)計說明書1份。目錄一、總體方案設(shè)計31、執(zhí)行機構(gòu)的選型與設(shè)計32、傳動裝置方案確定4二、傳動零件的設(shè)計計算61、聯(lián)軸器62、齒輪設(shè)計63、蝸輪蝸桿設(shè)計12三、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算161、軸的強度計算162、軸承校核計算243、鍵校核計算29四、箱體及附件設(shè)計30五、潤滑與密封301、齒輪、蝸桿及蝸輪的潤滑302、滾動軸承的潤滑313、油標(biāo)及排油裝置314、密封形式的選擇31六、技術(shù)要求31七、總結(jié)與體會32參考文獻32一、總體方案設(shè)計1、執(zhí)行機構(gòu)的選型與設(shè)計 1機構(gòu)分析 執(zhí)行機構(gòu)由

3、電動機驅(qū)動，電動機功率2kw，原動件輸出等速圓周運動。傳動機構(gòu)應(yīng)有運動轉(zhuǎn)換功能，將原動件的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運動，因此應(yīng)有急回運動特性。同時要保證機構(gòu)具有良好的傳力特性，即壓力角較小。 為合理匹配出力與速度的關(guān)系，電動機轉(zhuǎn)速快扭矩小，因此應(yīng)設(shè)置蝸桿減速器，減速增扭。2機構(gòu)選型 方案一：用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。 方案二：用偏置曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。 方案三：用曲柄搖桿機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)串聯(lián)組合，實現(xiàn)運動形式的轉(zhuǎn)換功能。方案三方案二方案一 3方案評價 方案一：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸適中，最小傳動角適中，傳力性能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高

4、。 方案二：結(jié)構(gòu)簡單，但是不夠緊湊，且最小傳動角偏小，傳力性能差。 方案三：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且滑塊會有一段時間作近似停歇，工作效率低，不能滿足工作周期4.3秒地要求。 綜上所述，方案一作為裝料機執(zhí)行機構(gòu)的實施方案較為適宜。4機構(gòu)設(shè)計 急回系數(shù)k定為2，那么1=240°, 2=120°, 得=60°。簡圖如下：暫定機架長100mm，那么由=60° 可得曲柄長50mm，導(dǎo)桿長200mm。5性能評價 圖示位置即為 最小位置，經(jīng)計算，min= 90°- 23°= 67° 。性能良好。2、傳動裝置方案確定1傳動方案設(shè)計 由于輸入軸與輸出軸有

5、相交，因此傳動機構(gòu)應(yīng)選擇錐齒輪或蝸輪蝸桿機構(gòu)。 方案一：二級圓錐圓柱齒輪減速器。 方案二：齒輪蝸桿減速器。 方案三：蝸桿齒輪減速器。方案三方案二方案一2方案評價 由于工作周期為4.3秒，相當(dāng)于14r/min, 而電動機同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min,故總傳動比為i=71或107 , i 較大，因此傳動比擬小的方案一不適宜，應(yīng)在方案二與方案三中選。而方案二與方案三相比，結(jié)構(gòu)較緊湊，且蝸桿在低速級，因此方案二較為適宜。3電動機選擇 <1> 選擇電動機類型按工作條件和要求，選用Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步臥式電動機，電壓380v。<2> 選擇電動機容量

6、由設(shè)計要求得電動機所需功率。因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于即可，因此選定電動機額定功率Ped為2.2kw。<3> 確定電動機轉(zhuǎn)速曲柄工作轉(zhuǎn)速nw= 13.95r/min，方案二中減速器傳動比為6090，故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1000r/min, 應(yīng)選定電動機轉(zhuǎn)速為1000r/min。進而確定電動機型號為Y112M-6。4分配傳動比 <1> 計算總傳動比： <2> 分配減速器的各級傳動比：取第一級齒輪傳動比，故第二級蝸桿傳動比。5運動和動力參數(shù)計算 滾動軸承效率：1=0.99閉式齒輪傳動效率：2=0.97 蝸桿傳動效率：3=0.80

7、聯(lián)軸器效率：4=0.99故=13*2*3*4=0.68電機軸：Nm=940r/min, Pd=2kw, T0=9550* P0/ Nm=20.319N*M 對于軸小齒輪軸:P1=2.0*4=1.98kw N1=940r/min T1=9550* P0/ Nm=20.116N*M對于軸蝸桿軸： P2=P1*1*2=1.98*0.99*0.97=1.90kw N2=N10/3=313.3r/min T2=9550* P2/ N2=57.934N*M對于軸蝸輪軸： P3=P2*3*1kwN3=N2/22.46=13.95r/minT3=9550* P3/ N3=1026.882 N*M 運動參數(shù)核動

8、力參數(shù)的結(jié)果加以匯總，列出參數(shù)表如下:軸名功率P / kW轉(zhuǎn)矩T /N·m轉(zhuǎn)速nr/min傳動比i效率輸入輸出輸入輸出電機軸220.31994010.99小齒輪軸1.981.9620.11619.91594010.99蝸桿軸1.901.88579.34573.54313.330.99蝸輪軸1.501.481026.8821016.61313.9522.460.99總體設(shè)計方案簡圖如下：二、傳動零件的設(shè)計計算1、聯(lián)軸器 1式中：K為載荷系數(shù)；T為聯(lián)軸器傳遞的工作扭矩即軸的扭矩。因為載荷較平穩(wěn)，查表得1，T=20.32N*m，故 = 20.32N*m。 2由于n1=n0= 1000r/m

9、in，所以選彈性聯(lián)軸器。 3匹配：電動機Y112M-6軸徑D=28mm。 綜上，查表選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號LT4，齒輪軸軸徑為25mm。2、齒輪設(shè)計 計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果1、選材、精度考慮主動輪轉(zhuǎn)速n1=940r/min不是很高，故大小齒輪均用45#，調(diào)質(zhì)處理。小齒輪硬度HB=229286，取260HB。大齒輪HB=217255，取230HB。精度等級選8級。2、初步計算小齒輪直徑因為采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?按齒面接觸強度初步估算小齒輪分度圓直徑,由附錄A表由表A1取，動載荷系數(shù)，初取 轉(zhuǎn)矩，由表27.11查取接觸疲勞極限 取3、確定根本參數(shù)圓周速度精度等級取8級精度合理取， 確定模數(shù),查

10、表取校核傳動比誤差：8級精度合理取傳動比誤差為1.1%4、校齒核面接觸疲勞強度1計算齒面接觸應(yīng)力節(jié)點區(qū)域系數(shù):查圖27-16非變位斜齒輪彈性系數(shù):查表27.11重合度系數(shù):端面重合度螺旋角系數(shù) 齒面接觸應(yīng)力2>計算許用接觸應(yīng)力總工作時間接觸壽命系數(shù)由圖27-23查出 單向運轉(zhuǎn)取齒面工作硬化系數(shù)接觸強度尺寸系數(shù)由表27.15按調(diào)質(zhì)鋼查潤滑油膜影響系數(shù)取為由表27.14取最小平安系數(shù)許用接觸應(yīng)力:3驗算: 接觸疲勞強度較為適宜,齒輪尺寸無須調(diào)整5、確定主要傳動尺寸小齒輪直徑大齒輪直徑齒寬b=48mm, , 6、齒根彎曲疲勞強度驗算1由式27.11, , ,齒根彎曲應(yīng)力:2計算許用彎曲應(yīng)力由式

11、27.17試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限查圖27-24c ，另外取由圖27-26確定尺寸系數(shù)=由表27.14查最小平安系數(shù)3彎曲疲勞強度驗算=合格7、靜強度校核靜強度校核,因傳動無嚴重過載,故不作靜強度校核3、蝸輪蝸桿設(shè)計計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果1選擇傳動精度等級，材料考慮傳動功率不大，轉(zhuǎn)速也不高，選用ZA型蝸桿傳動，精度等級為8級。蝸桿用45號鋼淬火，外表硬度4550HRC，蝸輪輪緣材料用ZCuSn10P1沙模鑄造。2確定蝸桿，渦輪齒數(shù)傳動比取校核傳動比誤差：渦輪轉(zhuǎn)速為：3.確定渦輪許用接觸應(yīng)力蝸桿材料為錫青銅，那么, , 4.接觸強度設(shè)計 載荷系數(shù)蝸輪轉(zhuǎn)矩：估取蝸桿傳動效率5.主要幾何尺寸計算

12、渦輪分度圓直徑：蝸桿導(dǎo)程角 6.計算渦輪的圓周速度和傳動效率渦輪圓周速度， 查出當(dāng)量摩擦角 攪油效率滾動軸承效率 與估取值近似7.校核接觸強度查得彈性系數(shù)，使用系數(shù) 取動載荷系數(shù)載荷分布系數(shù)8.輪齒彎曲強度校核確定許用彎曲應(yīng)力查出查出彎曲強度壽命系數(shù)確定渦輪的復(fù)合齒形系數(shù)渦輪當(dāng)量齒數(shù)渦輪無變位查得導(dǎo)程角 9.蝸桿軸剛度驗算蝸桿所受圓周力蝸桿所受徑向力蝸桿兩支撐間距離L取蝸桿危險及面慣性矩許用最大變形10.蝸桿傳動熱平衡計算蝸桿傳動效率導(dǎo)熱率取為K工作環(huán)境溫度 傳動裝置散熱的計算面積為三、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算1、軸的強度計算1小齒輪軸結(jié)構(gòu)簡圖、受力圖、彎矩、扭矩圖附表后計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果1、

13、材料選擇、熱處理2、初估軸徑3、初定軸的結(jié)構(gòu)4、軸的空間受力5、軸承支點的支反力繪出水平面和垂直面彎矩圖6、計算機合成彎矩，繪制合成彎矩圖7、轉(zhuǎn)矩圖8、求當(dāng)量彎矩,繪制當(dāng)量彎矩圖9、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度45鋼，正火，硬度為170至217HB當(dāng)軸材料為45鋼時可取C=110，那么 考慮有鍵聯(lián)接，故軸徑增加3%，因需與聯(lián)軸器匹配，軸孔長度L=62mm。初選中系列深溝球軸承6006，軸承尺寸外徑D=55mm，寬度B=13mm。初步設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)件圖見表后。該軸所受的外載荷為轉(zhuǎn)矩和大齒輪上的作用力。小齒輪圓周力小齒輪徑向力小齒輪軸向力1垂直面支反力及彎矩計算2水平面支反力及彎矩計算危險截面C處當(dāng)量

14、彎矩：合格2蝸輪軸結(jié)構(gòu)簡圖、受力圖、彎矩、扭矩圖附表后計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果1、選擇材料、熱處理2、按扭轉(zhuǎn)強度初估軸徑3、初定軸的結(jié)構(gòu)4、軸的空間受力分析5、計算軸承支點的支反力繪出水平面和垂直面彎矩圖6、計算機合成彎矩，繪制合成彎矩圖7、轉(zhuǎn)矩圖8、求當(dāng)量彎矩,繪制當(dāng)量彎矩圖9、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度45鋼正火，硬度為170至217HB當(dāng)軸材料為45鋼時可取C=110，那么 取其軸徑為55mm選圓錐滾子軸承30215一對，其尺寸：D=130mm,d=75mm, B=25mm.該軸所受的外載荷為轉(zhuǎn)矩和蝸輪上的作用力。輸入轉(zhuǎn)矩軸向力徑向力圓周力；1垂直面支反力及彎矩計算2水平面支反力及彎矩計

15、算前已計算危險截面C處當(dāng)量彎矩：取d=55初步結(jié)構(gòu)圖見下空間受力簡圖見下合格3蝸桿軸結(jié)構(gòu)簡圖、受力圖、彎矩、扭矩圖附表后計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果1、選擇材料、熱處理2、按扭轉(zhuǎn)強度初估軸徑3、初定軸的結(jié)構(gòu)4、軸的空間受力分析5、計算軸承支點的支反力繪出水平面和垂直面彎矩圖6、計算機合成彎矩，繪制合成彎矩圖7、轉(zhuǎn)矩圖8、求當(dāng)量彎矩,繪制當(dāng)量彎矩圖9、按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度45鋼正火，硬度為170至217HB當(dāng)軸材料為45鋼時可取C=110，那么 最小直徑處有單鍵，故軸徑增加3%，圓整后取d=35mm左端選深溝球軸承6009，其尺寸：D=75mm,d=45mm, B=16mm.右端選圓錐滾子軸承

16、32309，其尺寸：D=100mm,d=45mm, B=36mm.該軸所受的外載荷為轉(zhuǎn)矩、蝸桿和大齒輪上的作用力。輸入轉(zhuǎn)矩根據(jù)前面結(jié)果，大齒輪處受力為：圓周力；徑向力軸向力蝸桿處受力為：圓周力軸向力徑向力1垂直面支反力及彎矩計算2水平面支反力及彎矩計算危險截面C處當(dāng)量彎矩：取d=35初步結(jié)構(gòu)圖見下空間受力簡圖合格2、軸承校核計算1小齒輪軸該軸采用兩端單向固定的方式，所受軸向力比擬小，選用一對深溝球軸承，按軸徑初選6006。下面進行校核：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊6006軸承主要性能參數(shù)如下：；軸承受力情況； X、Y值，沖擊載荷系數(shù)查得當(dāng)量動載荷軸承壽命球軸承>4800

17、0h，壽命合格載荷變化系數(shù)查圖得 載荷分布系數(shù)對于深溝球軸承，查得許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速940r/min滿足要求結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。2蝸輪軸 該軸采用兩端單向固定的方式，所受軸向力比擬小，選用一對圓錐滾子軸承，按軸徑初選30215。下面進行校核：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊30215軸承主要性能參數(shù)如下：；接觸角=16.35° e=1.5tan=0.44=16.35°軸承受力情況；故X、Y值，沖擊載荷系數(shù)查得當(dāng)量動載荷軸承壽命滾子軸承>48000h，壽命合格載荷變化系數(shù)查圖得 載荷分布系數(shù)對于圓錐滾子軸承，查得許用轉(zhuǎn)速大于

18、工作轉(zhuǎn)速13.95r/min滿足要求結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。3蝸桿軸蝸桿軸采用一端固定一端游動的支撐方案，固定端采用兩個圓錐滾子軸承，以承受蝸桿軸向力，按軸徑初選32309；游動端采用一個深溝球軸承，只承受徑向力，按軸徑初選6009。受力圖如下列圖：下面進行校核：深溝球軸承6009計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊6009軸承主要性能參數(shù)如下：；軸承受力情況；X、Y值，沖擊載荷系數(shù)查得當(dāng)量動載荷軸承壽命球軸承>48000h，壽命合格載荷變化系數(shù)查圖得 載荷分布系數(shù)對于深溝球軸承，查得許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速313.3r/min滿足要求結(jié)論：所選軸承能滿足

19、壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。圓錐滾子軸承32309：計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果軸承主要性能參數(shù)查手冊32309軸承主要性能參數(shù)如下：；e=0.35軸承受力情況；X、Y值，沖擊載荷系數(shù)查得當(dāng)量動載荷軸承壽命滾子軸承>48000h，壽命合格載荷變化系數(shù)查圖得 載荷分布系數(shù)對于圓錐滾子軸承，=13.13°查得許用轉(zhuǎn)速大于工作轉(zhuǎn)速313.3r/min滿足要求結(jié)論：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉(zhuǎn)速的要求。3、鍵校核計算鍵的選擇主要考慮所傳遞的扭矩的大小，軸上零件是否需要沿軸向移動，零件的對中要求等等。計算工程計算內(nèi)容計 算 結(jié) 果1小齒輪軸鍵的選擇與校核鍵的選擇和參數(shù)與聯(lián)軸器相聯(lián)接，

20、為靜聯(lián)接，選用普通平鍵，圓頭。由手冊查得d=25mm時，應(yīng)選用鍵 GB1096-79轉(zhuǎn) 矩鍵 長依據(jù)輪轂長度為63mm，選擇標(biāo)準(zhǔn)鍵長L=57mm 接觸長度許用擠壓應(yīng)力校 核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=70-80MPa故滿足要求2蝸輪鍵的選擇和校核鍵的選擇和參數(shù)靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭，由手冊查得d=80mm時，選用鍵 GB1096-79轉(zhuǎn) 矩鍵 長依據(jù)輪轂長度為117mm，選擇標(biāo)準(zhǔn)鍵長L=110mm接觸長度許用擠壓應(yīng)力校 核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=70-80MPa故滿足要求3蝸桿軸鍵的選擇和校核鍵的選擇和參數(shù)靜聯(lián)接,選用普通平鍵，圓頭由手冊查得d=35mm時，選用鍵， GB1096-79

21、轉(zhuǎn) 矩鍵 長依據(jù)輪轂長度為43mm，選擇標(biāo)準(zhǔn)鍵長L=37mm接觸長度許用擠壓應(yīng)力校 核查表可得鋼的許用擠壓應(yīng)力為=70-80MPa故滿足要求四、箱體及附件設(shè)計計算工程計算內(nèi)容計算結(jié)果箱座厚度箱蓋厚度箱座突緣厚度箱蓋突緣厚度箱座底突緣厚度地角螺釘直徑地角螺釘數(shù)目軸承旁連接螺釘直徑機蓋與機座連接螺栓直徑軸承端蓋螺釘直徑窺視孔蓋螺釘直徑連接螺栓d2的間距定位銷直徑大齒輪頂圓與內(nèi)機壁距離齒輪端面與內(nèi)機壁距離軸承端蓋外徑軸承端蓋突緣厚度機蓋肋厚機座肋厚=0.04a+381=0.85=10.2b=1.5b1=1.51b2=2.5df=0.036a+12d1=0.75 df =16d2=(0.50.6) d

22、fd3=(0.40.5) dfd4=(0.30.4) dfl=(120200)mmd=(0.70.8)d21>1.22>D2=1.25D+10t=(1.11.2)d3m1=0.851m=0.85取=12mm取1=10mmb=18mmb1=15mmb2=30mmdf =20mmn=4取d1=16mm取d2=12mm取d3=10mm取d4=6mm取l=150mm取d=9mm取1=15取2=12依軸承而定t=12取m1=8取m=10五、潤滑與密封1、齒輪、蝸桿及蝸輪的潤滑在減速器中，蝸桿相對滑動速度V=1.34m/s，采用浸油潤滑，選用蝸輪蝸桿油摘自，用于蝸桿蝸輪傳動的潤滑，代號為。浸油深度一般要求浸沒蝸桿螺紋高度，但不高于蝸桿軸承最低一個滾動體中心高。2、滾動軸承的潤滑三對軸承處的零件輪緣線速度均小于，所以應(yīng)考慮使用油脂潤滑，但應(yīng)對軸承處值進行計算。值小于時宜用油脂潤滑；否那么應(yīng)設(shè)計輔助潤滑裝置。三對軸承處值分別為：，均小于，所以可以選擇油脂潤滑。采用脂潤滑軸承的時候，為防止稀油稀釋油脂，需用擋油板將軸承與箱體內(nèi)部隔開。在選用潤滑脂的牌號時，根據(jù)手冊查得常用油脂的主要性質(zhì)和用途。因為本設(shè)計的減速器為室內(nèi)工作，環(huán)境一般，不是很惡劣，所以