北航机械设计课设加热炉装料机结构设计总体方案.doc

机械设计课程设计
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计算说明书
设计题目：加热炉装料机设计
院 系： 能源动力学院
学 号： 10041007
姓 名： 庞岩
年 月 日
北京航空航天大学
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
3、技术数据
　　推杆行程300mm,所需推杆推力为6000N,推杆工作周期4.3s.
4、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），零件图两张。
(4)编写设计说明书1份.
总体方案设计
1、执行机构的选型与设计
(1）机构分析
① 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。
② 为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小,因此应设置蜗杆减速器，减速增扭。
（2）机构选型
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

（3)方案评价
方案一：结构简单,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，工作效率高。
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：结构复杂，且滑块会有一段时间作近似停歇,工作效率低,不能满足工作周期4.3秒地要求.
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。
（4)机构设计
急回系数K取为2,则根据，极位夹角为。根据角度几何关系，行程为300mm，所以导杆长度为300mm，推杆长度设为100mm，曲柄长度设为75mm，机构简图如下,尺寸标注如图。
（5） 性能评价
图中导杆的位置即为两个极限位置
2、传动装置方案确定
(1）传动方案设计
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

（2）方案评价
由于工作周期为4。3秒,所以曲柄的转速为,而电动机同步转速为1000r/min或1500r/min，故总传动比为71或107 ， 传动比较大，因此传动比较小的方案一不合适,应在方案二与方案三中选。方案三结构比较紧凑，部件布置合理,比方案二有优势,所以选择方案三.
（3)电动机选择
〈1> 选择电动机类型
按工作条件和要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步卧式电动机,电压380v.
〈2> 选择电动机容量
由所给计算参数计算得曲柄所需功率。因此选定电动机额定功率为。计算详细过程如下
设推杆上推力为，设曲柄作用于滑块上，沿着曲柄圆弧切线方向上的力为，推杆与水平方向压力角为，其余各参数如附录所示。
根据计算过程可得曲柄上推力与推杆上推力之间关系-—①
其中、满足——②
其中，满足几何关系——③，
时，即导杆处于左右极限位置，
时,即导杆处于中间位置时,
根据对称性可得，有效工作行程的一半为，题目中要求有效工作行程不小于推杆行程的,不妨取为，即为120mm，则有效工作行程的一半为60mm.
试算——
,则，
，则，
所以，则，
所以选择这组参数,即压力角时，推杆进入有效工作行程,此时推力满足条件，所以，根据②式，得
根据①式，得
所以曲柄功率，考虑到传动装置的功率损失，确定电动机的功率为
〈3> 确定电动机转速
曲柄工作转速 13.95r/min,方案三中齿轮蜗杆减速装置的传动比为60～90,故电动机转速可选范围为.符合这一范围的同步转速有1000r/min, 故选定电动机转速为1000r/min.进而确定电动机型号为Y112M—6。
（4）分配传动比
〈1〉 计算总传动比:
<2> 分配减速器的各级传动比:
取第一级蜗杆传动比，故第二级蜗杆传动比.
（5）运动和动力参数计算
滚动球轴承（三对)效率：
油润滑2头蜗杆传动效率：
圆柱斜齿轮闭式传动效率：（油润滑9级精度)
联轴器效率：
故
电机轴：， ，
对于Ⅰ轴(蜗杆轴）：
对于Ⅱ轴(涡轮轴)：
对于Ⅲ轴(齿轮轴):
运动参数核动力参数的结果加以汇总，列出参数表如下：
轴名
功率P / kW
转矩T /N·m
转速n
r/min
传动比
效率
输入
输出
输入
输出
电机轴

1.5

14。32
1000
1
0.99
蜗杆轴
1.485
1。47
14.32
14.04
1000
35。84
0.99
涡轮轴
1.47
1。34
14.04
458。67
27。9
2
0.91
齿轮轴
1.2864
1.27
458。67
869.43
13。95
2
0.987

3