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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：能源与动力工程学院设 计 者： 指导教师： 2014年6月3日前言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。通过传动装置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21、传动方案的拟定2（1）原动机2（2）传动机构2（3）执行机构32、执行机构设计4（1）设计计算过程4（3）推板设计73、
2、电动机的选择7（1）电动机类型选择7（2）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最终结果: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21（1）蜗杆轴21（2）蜗轮轴24（3）大齿轮轴274、轴承的设计和校核计算30（1）蜗杆轴轴承30（2）小齿轮轴32（3）大齿轮轴345、键连接设计计算35（1）蜗杆上联轴器轴键36（2）蜗杆轴键36（3）大齿轮轴键376、联轴器的选择37（1）输入轴37（2）输出轴38四、减速器箱体及附件的设计381、箱体设计382、润滑与密封391、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑392、滚动轴承的润滑393、
3、油标及排油装置394、密封形式的选择395、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）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电动机 2联轴器 3蜗杆副 4齿轮5连杆 6装料推板3、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
4、/s2.54、设计任务（1）完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、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输出轴有相交，因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。方案一：二级圆锥圆柱齿轮减速器。方案二：齿轮蜗杆减速器。方案三：蜗杆齿轮减速器。方案三方案二方案一电动机输出转速较高，并且输出不稳定。总传动比较大，轴所受到的弯扭矩较大，所
5、以初步决定采用方案三：二级蜗杆圆柱斜齿轮减速器，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。根据设计，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，最后通过输出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
6、功能。方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，实现运动形式的转换功能。方案三方案二方案一方案评价：方案一：结构简单、紧凑，尺寸适中，最小传动角适中，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实施方案较为合适。2、执行机构设计（1）设计计算过程O1) 选定行程变化系数K=2，则极位夹角=180k-1k+1=60，
7、取工作范围为15。a2) 取机架oo1=120mm，由几何关系得：oa=oo1cos60=60mmcO13) 由行程cc=250mm可得：bb=cc=250mm，摇杆o1a=bb=250mm。cbbO1相等4) 取滑轨位置距o1距离L=12(o1b+o1bcos15)，此时滑轨与摇杆轨迹相对位置为：相等L滑轨与摇杆顶端处于工作极限时距离相等，此时最大压力角最小。取L=12o1b+o1bcos15=245.74mm圆整为L=246mm。5) 最大压力角取25由4)可知摇杆o1b位于最高点时压力角最大此时sinmax=o1b-Lbc,bc=o1b-Lsinmax=40.225mm圆整为bc=40m
8、m。此时最大压力角max=24.35。（2）机构简图及机构特性机架oo1=120mm曲柄oa=60mm摆杆o1b=250mm连杆bc=40mm导轨与o1距离L=246mm工作段行程250mm1)取行程速度变化系数K=2，则极位夹角=180k-1k+1=602)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max=24.3530速度特性：由Vco1bo1aoawcos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。受力特性：取与oo1偏角为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%。受力分析：当=15时，压力角=arcsinL-o
9、1bcos15bc=12.24F0=Fcos=7162.82NF0=F0cos-=7171.14Noo1sin=oasin=31.17 o1a=167.247mmF1 o1b=F2 o1aF2=10719.38NF3=F2cos=12527.98NM=F3oa=751.68Nm又经简易计算分析，推板受力与转角的关系为如图所示：故取M=751.68Nm时，在15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380v。（2）选择电动机功率1）机械效率效率数量弹性联轴器10.991蜗轮蜗杆20.801油润滑8
10、级精度圆柱齿轮30.971滚动轴承40.993总效率=12343=0.7452)功率Pw=Mw=1889.2WPd=Pw=2.54kW电动机额定功率略大于即可，因此选定电动机额定功率为3kW。3)确定转速nw=60T=24r/min蜗杆i1=1040圆柱齿轮i2=25i=20200nd=4804800r/min可取nd=1000r/min或nd=1500r/min重量/kg价格额定电流/AY132S-6664204447.2Y100L2-4357057406.8综合质量和价格等因素，取nd=1500r/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：i=59.17（
11、2） 分配传动比蜗轮蜗杆i1=20圆柱齿轮i2=2.96（3） 运动和动力参数计算0轴（电动机轴）P0=Pd=2.54kWn0=1420r/minT0=9550P0n0=17.08Nm2.0Nm1轴（蜗杆轴）P1=P01=2.51kWn1=1420r/minT1=9550P1n1=16.71Nm2轴（蜗轮、小齿轮轴）P2=P124=1.99kWn2=n1iT2=9550P2n2=267.7Nm3轴（蜗轮、小齿轮轴）P3=P234=1.91kWn3=n2i2=24r/minT3=9550P3n3=760.42NmP4=P34=1.89kWn4=n3=24r/minT4=9550P4n4=752.
12、42Nm轴名功率P/kW转矩T/ Nm传动比i效率输入输出输入输出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，转速也不是很高，批量小。精度等级为7级，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ZCuSn10P1砂模铸造。2确定蜗杆，涡轮齿数传动比参考2表3-4，蜗轮转速为：3.确定涡轮许用接触应力蜗杆材料为锡青铜，则, 由2表3-10 参考2图3-8 4.接触强度设计由2式3-10载荷系数蜗轮转矩：由2表3-8估取蜗杆传动效率查2表3-35.主要几何尺寸计算涡轮分度圆直径：蜗杆导程角 查2表3-5经圆整，取6.计算涡轮的圆周速度和传动效率涡轮圆周速度：， 查2表3-7出当量摩擦角 搅油效率与估取值近似7.校核接触强度查2表3-12 得弹性系数，查2表3-13使用系数取动载荷系数载荷分布系数8.轮齿弯曲强度校核确定许用弯曲应力查2表3-10出查2图3-11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2图2-20和图2-21得导程角9.蜗杆轴刚度验算蜗杆
