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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。 设计说明书 一、 设计任务概述 1、 设计题目: 加热炉装料机设计 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, 经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 , 大修期为3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加热炉装料机设计参考图 1—电动机 2—联轴器
2、 3—蜗杆副 4—齿轮 5—连杆 6—装料推板 3、 原始技术数据 推杆行程200mm,所需电机功率 2.8kw,推杆工作周期3.3s。 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2张。 ( 4) 编写设计说明书1份。 二、 加热炉装料机总体方案设计 1、 传动方案的确定 根据设计任务书, 该传动方案的设计分成减速器和工作机两部分: ( 1) 、 工作机的机构设计 工作机由电动机驱动, 电动机功率2.8k
3、w, 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。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) 、 减速器设计 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。 图为高速级输入, 低俗级输出, 二级齿轮—蜗杆减速器示意图 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,
4、电压380v。 2) 选择电动机容量: 由设计要求得电动机所需功率。因载荷平稳, 电动机额定功率略大于即可, 因此选定电动机额定功率为。 3) 确定电动机转速: 曲柄工作转速 18.18r/min, 减速器传动比为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1500r/min, 故选定电动机转速为1500r/min。进而确定电动机型号为Y100L2-4, 满载转速1420r/min。 分配传动比 计算总传动比: 分配减速器的各级传动比: 取第一级齿轮传动比, 则第二级蜗杆传动比为 运动和动力参数计算 滚动轴承效率: =0.99 闭式齿轮传动效率:
5、 蜗杆传动效率: 联轴器效率: 传动装置的总效率为: 0轴( 电机轴) : 1轴( 高速轴) : 2轴( 蜗杆轴) : 3轴( 蜗轮轴) : 运动参数和动力参数的计算结果列表如下: 轴名 功率P / kW 转矩T /N·m 转速 N( r/min) 传动比i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 2.8 18.83 1420 1 高速轴 2.77 2.74 18.64 18.45 1420 1 0.99 蜗杆轴 2.66 2.55
6、 53.67 51.52 473.3 3 0.96 蜗轮轴 2.11 1.67 1108.39 875.63 18.18 26.03 0.79 二、 传动零件的设计计算 1、 联轴器 根据公式: 式中: K为载荷系数; T为联轴器传递的工作扭矩( 即轴的扭矩) 。因为载荷较平稳, 查表得, , 故。 由于== 1420r/min, 因此选弹性联轴器。 匹配: 电动机Y100L2-4轴径D=28mm。 综上, 查表选择弹性套柱销联轴器, 型号LT4, 齿轮轴轴径为25mm。 2、 齿轮设计
7、 计算项目 计算内容 计算结果 1、 选材、 精度 考虑主动轮转速, 批量较小, 大齿轮用45号钢, 调质处理, 硬度HB=217～255, 平均取230HB, 小齿轮用40Cr, 硬度HB=229～286, 平均取260HB, 精度等级选8级精度。 2、 初步计算小齿轮直径 因为采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径,由附录B表由表A1取, 动载荷系数, 初取转矩 由表查取 接触疲劳极限 , 取 3、 确定基本参数 圆周速度 取, 确定模数 确定模数,
8、 查表取 确定齿数, 取为32 则, 互质取97 校核传动比误差为: 精度等级取8级精度合理 取 传动比误差满足要求 4、 校齿核面接触疲劳强度 计算齿面接触应力 查图得非变位斜齿轮 查表得弹性系数 重合度系数为 端面重合度 重合度系数为 纵向重合度 螺旋角系数 齿间载荷分布系数 齿面接触应力 计算许用接触应力 总工作时间 齿面工作硬化系数 接触强度尺寸系数由查表得 润滑油膜影响系数取为 接
9、触最小安全系数查表得 许用接触应力为 验算 接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整 5、 确定主要传动尺寸 小齿轮直径 大齿轮直径 齿宽, , 6、 齿根弯曲疲劳强度验算 由式 ,
10、 ,, , 查表得 齿根弯曲应力为 计算许用弯曲应力 由式 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图得, 另外取 由图确定尺寸系数= 由查表查最小安全系数 弯曲疲劳强度验算 = 合格 7、 静强度校核 静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核 3、 蜗轮蜗杆设计 计算项目 计算内容 计算结果 1．选择传动精度等级, 材料 考虑传动功率不大, 转速也不很高, 选用ZA型蜗杆传动, 精度等级为8级
11、蜗杆用45钢淬火, 表面硬度HRC =45~50, 蜗轮轮缘材料采用ZCuSn10P1, 砂模铸造。 2．确定蜗杆, 涡轮齿数 传动比 取 校核传动比误差: 涡轮转速为: 3.确定涡轮许用接触应力 蜗杆材料为锡青铜, 则 4.接触强度设计 载荷系数 涡轮转矩: 估计蜗杆的传动效率 5.主要几何尺寸计算 涡轮分度圆直径: 蜗杆导程角 6.计算涡轮的圆周速度和传动效率 涡轮圆周速度 , 查表得当量摩擦角 搅油效率滚: 滚动轴承效率: 与估
12、取值近似 7.校核接触强度 查得弹性系数, 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 查出 查表得弯曲强度寿命系数 确定涡轮的复合齿形系数 涡轮当量齿数 涡轮无变位查图得 导程角的系数 9.蜗杆轴刚度验算 蜗杆所受圆周力: 蜗杆所受径向力 蜗杆两支撑间距离L取 蜗杆危险及面惯性矩 许用最大变形
13、 10.蜗杆传动热平衡计算 蜗杆传动效率 导热率取为) K工作环境温度 传动装置散热的计算面积为 三、 轴系结构设计及计算 1、 轴的强度校核 ( 1) 小齿轮轴 计算项目 计算内容 计算结果 1、 材料选择、 热处理 2、 初估轴径 3、 初定轴的结构 4、 轴的空间受 5、 轴支承点的支反力 6、
14、合成弯矩 7、 求当量弯矩 8、 按弯扭合成应力校核轴的强度 45钢, 正火, 硬度为170至217HB 当轴材料为45钢时可取C=110, 则 考虑有键联接, 故轴径增加3%, 因需与联轴器匹配, , 轴孔长度。 初选中系列深沟球轴承6006, 轴承尺寸外径D=55mm, 宽度B=13mm。 该轴所受的外载荷为转矩和大齿轮上的作用力。 小齿轮圆周力 小齿轮径向力 小齿轮轴向力 1) 垂直面支反力及弯
15、矩计算 2) 水平面支反力及弯矩计算 危险截面C处当量弯矩: , 安全 ( 2) 蜗轮轴 计算项目 计算内容 计算结果 1、 选择材料、 热处理 2、 按扭转强度初估轴径 3、 初定轴的结构 4、 轴的空间受力分析 5、 计算轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩 6、 计算合成弯矩 7、 求当量弯矩 8、 按弯扭合
16、成应力校核轴的强度 45钢正火, 硬度为170至217HB 当轴材料为45钢时可取C=110, 则 取其轴径为60mm 选圆锥滚子轴承30216( 一对) , 其尺寸: D=140mm, d=80mm,, B=26mm, T=28.25mm 该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。 输入转矩 轴向力 圆周力 径向力 1) 垂直面支反力及弯矩计算 2) 水平面支反力及弯矩计算 前已计算 危险截面C处当量弯矩: 取
17、 合格 ( 3) 蜗杆轴( 结构简图、 受力图、 弯矩、 扭矩图附表后) 计算项目 计算内容 计算结果 1、 选择材料、 热处理 2、 按扭转强度初估轴径 3、 初定轴的结构 4、 轴的空间受力分析 5、 计算轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩
18、 6、 计算合成弯矩 7、 求当量弯矩 8、 按弯扭合成应力校核轴的强度 45钢正火, 硬度为170至217HB 当轴材料为45钢时可取C=110, 则 最小直径处有单键, 故轴径增加3%, 圆整后取d=35mm 左端选深沟球轴承6011, 其尺寸: D=90mm, d=55mm, B=16mm. 右端选圆锥滚子轴承30210, 其尺寸: D=90mm, d=50mm, B=20mm, T=21.75. 该轴所受的外载荷为转矩、
19、 蜗杆和大齿轮上的作用力。 输入转矩 根据前面结果, 大齿轮处受力为: 圆周力; 径向力 轴向力 蜗杆处受力为: 圆周力 轴向力 径向力 1) 垂直面支反力及弯矩计算 2) 水平面支反力及弯矩计算 危险截面C处当量弯矩: 取d=35
20、 合格 2、 轴承校核计算 ( 1) 小齿轮轴 该轴采用两端单向固定的方式, 所受轴向力比较小, 选用一对深沟球轴承, 按轴径初选6006, 设计假定每五年一大修, 下为校核过程: 计算项目 计算内容 计算结果 轴承主要性能参数 查手册6006轴承主要性能参数如下: ; ; 轴承受力情况 ; ; X、 Y值 , 冲击载荷系数 查表得 当量动载荷 轴承寿命 ( 球轴承) >
21、24000h, 寿命合格 载荷变化系数 查图得 载荷分布系数 对于深沟球轴承, 查得 许用转速 大于工作转速1420r/min 满足要求 结论: 所选轴承能满足寿命、 静载荷与许用转速的要求。 ( 2) 蜗轮轴 该轴采用两端单向固定的方式, 所受轴向力比较小, 选用一对圆锥滚子轴承, 按轴径初选30216, 设计假定每五年一次大修, 下校核过程: 计算项目 计算内容 计算结果 轴承主要性能参数 查手册30216轴承主要性能参数如下: ; ; 轴承受力情况 X、 Y值 ,
22、 冲击载荷系数 查表得 当量动载荷 轴承寿命 ( 滚子轴承) 寿命合格 载荷变化系数 查图得 载荷分布系数 对于圆锥滚子轴承, 查图得 许用转速 大于工作转速18.18r/min 满足要求 结论: 所选轴承能满足寿命、 静载荷与许用转速的要求。 ( 3) 蜗杆轴 蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案, 固定端采用两个圆锥滚子轴承, 以承受蜗杆轴向力, 按轴径初选30210; 游动端采用一个深沟球轴承, 只承受径向力, 按轴径初选6011。受力图如下图: 下面进行校核: 深沟球轴承6006 计算项
23、目 计算内容 计算结果 轴承主要性能参数 查手册6006轴承主要性能参数如下: ; ; 轴承受力情况 ; ; X、 Y值 , 冲击载荷系数 查表得 当量动载荷 轴承寿命 ( 球轴承) 寿命合格 载荷变化系数 查图得 载荷分布系数 对于深沟球轴承, 查得 许用转速 大于工作转速473.3r/min 满足要求 结论: 所选轴承能满足寿命、 静载荷与许用转速的要求。 圆锥滚子轴承30210: 计算项目 计算内容 计算结果 轴承主要性能参数 查手册30210
24、轴承主要性能参数如下: ; ; e=0.42 轴承受力情况 ; X、 Y值 , 冲击载荷系数 查表得 当量动载荷 轴承寿命 ( 滚子轴承) >24000h, 寿命合格 载荷变化系数 查图得 载荷分布系数 对于圆锥滚子轴承, α=13.13°查得 许用转速 大于工作转速473.3r/min 满足要求 结论: 所选轴承能满足寿命、 静载荷与许用转速的要求。 3、 键校核计算 键的选择主要考虑所传递的扭矩的大小, 轴上零件是否需要沿轴向移动, 零件的对中要求等
25、等。 计算项目 计算内容 计算结果 ( 1) 小齿轮轴键的选择与校核 键的选择和参数 与联轴器相联接, 为静联接, 选用普通平键, 圆头。 由手册查得d=25mm时, 应选用 键GB1096-79 转矩 键长 依据轮毂长度为60mm, 选择标准键长L=56mm 接触长度 许用挤压应力校 核 查表可得钢的许用挤压应力为 =( 70-80) MPa 故满足要求 ( 2) 蜗轮键的选择和校核 键的选择和参数 静联接,选用普通平键, 圆头, 由手册查得d=80mm时, 选用键GB1096-79 转矩 键长 依据轮毂
26、长度为90mm, 选择标准键长L=80mm 接触长度 许用挤压应力校 核 查表可得钢的许用挤压应力为 =( 70-80) MPa 故满足要求 ( 3) 蜗杆轴键的选择和校核 键的选择和参数 静联接,选用普通平键, 圆头 由手册查得d=35mm时, 选用键, GB1096-79 转矩 键长 依据轮毂长度为40mm, 选择标准键长L=36mm 接触长度 许用挤压应力校 核 查表可得钢的许用挤压应力为 =( 70-80) MPa 故满足要求 四、 箱体及附件设计 计算项目 计算内容
27、计算结果 箱座厚度 箱盖厚度 箱座突缘厚度 箱盖突缘厚度 箱座底突缘厚度 地角螺钉直径 地角螺钉数目 轴承旁连接螺钉直径 机盖与机座连接螺栓直径 轴承端盖螺钉直径 窥视孔盖螺钉直径 定位销直径 大齿轮顶圆与内机壁距离 齿轮端面与内机壁距离 轴承端盖外径 轴承端盖突缘厚度 机座肋厚 δ=0.04a+3≥8 δ1=0.85δ=10.2 b=1.5δ b1=1.5δ b2=2.5δ df=0.036a+12 d1=0.75 df =16 d2=(0.5—0.6) df d3=(0.4—0.5) df d4=(0.3—0.4) df d=(0
28、7—0.8)d2 Δ1>1.2δ Δ2>δ D2=1.25D+10 t=(1.1—1.2)d3 m=0.85δ 取δ=10mm 取δ1=10mm b=15mm b1=15mm b2=25mm df =16mm n=4 取d1=16mm 取d2=12mm 取d3=10mm 取d4=8mm 取d=9mm 取Δ1=12 取Δ2=12 依轴承而定 t=12 取m=10 五、 润滑与密封 1、 齿轮、 蜗杆及蜗轮的润滑 在减速器中, 蜗杆相对滑动速度 V=1.34m/s, 采用浸油润滑, 选用蜗轮蜗杆油( 摘自) , 用于蜗杆蜗轮传动的润滑, 代号为。
29、浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度, 但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。 2、 滚动轴承的润滑 三对轴承处的零件轮缘线速度均小于, 因此应考虑使用油脂润滑, 但应对轴承处值进行计算。值小于时宜用油脂润滑; 否则应设计辅助润滑装置。 三对轴承处均小于, 因此能够选择油脂润滑。 采用脂润滑轴承的时候, 为避免稀油稀释油脂, 需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。 在选用润滑脂的牌号时, 根据手册查得常见油脂的主要性质和用途。因为本设计的减速器为室内工作, 环境一般, 不是很恶劣, 因此6011和6006轴承选用通用锂基润滑脂( ) , 它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承, 选用牌号为的润
30、滑脂。 3、 油标及排油装置 (1)油标: 选择杆式油标A型 (2)排油装置: 管螺纹外六角螺赛及其组合结构 4、 密封形式的选择 为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作, 在构成机体的各零件间, 如机盖与机座间、 及外伸轴的输出、 输入轴与轴承盖间, 需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面, 常见密封胶、 耐油橡胶垫圈等; 对于旋转零件如外伸轴的密封, 则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大, 采用接触式密封, 输入轴与轴承盖间V <3m/s, 采用粗羊毛毡封油圈, 输出轴与轴承盖间也为V <3m
31、/s, 故采用粗羊毛毡封油圈。 六、 技术要求 1) 装配前所有零件用煤油清洗, 滚动轴承用汽油浸洗, 箱体内不允许有任何杂物存生。 2) 保持侧隙不小于0.115mm。 3) 调整、 固定轴承时应留轴向间隙, 。 4) 涂色检查接触斑点, 沿齿高不小于55%, 沿齿长不小于50% 5) 箱体被隔开为两部分, 分别装全损耗系统用油L-AN68至规定高度。 6) 空载试验, 在n1=1000r/min、 L-AN68润滑油条件下进行, 正反转各1小时, 要求减速器平稳, 无撞击声, 温升不大于60°C, 无漏油。 7) 减速器部分面, 各接触面及密封处均不允许漏油, 剖分面允
32、许涂以密封胶或水玻璃, 不允许使用垫片。 8) 箱体外表面涂深灰色油漆, 内表面涂耐油油漆。 七、 总结与体会 经过机械设计基础课程设计这门课程的训练, 我系统的回顾了过去三年学习的画法几何、 机械制图、 机械原理、 机械设计等课程, 重新认识了过去所学的知识, 同时也获得了机械系统设计的初步知识和经验。 这次训练过程比较艰难, 虽然很多知识在以前都已经学习过, 可是综合运用它们还是第一次。这次设计中, 我开始认识到初始设计对于一件工业机械产品的重要性。往往是最开始的设计就决定了以后整个方案的可行性和经济性。 这次的设计过程也使我学习到工作习惯的条理和延续的重要性。由于在最开始的设计过程中有些设计数据并没有及时的保存下来, 在后来绘制装配图的时候有些地方又经过了二次设计, 编写设计说明书的过程也是一个将自己的工作条理化的过程。 参考文献 1、 王之栎、 王大康主编《机械设计综合课程设计》 8月第2版, 机械工业出版社。 2、 吴瑞祥, 王之栋, 郭卫东, 刘静华主编《机械设计基础( 下册) 》 2月第2版, 北京航空航天大学出版社。
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