加热炉装料机设计机械设计说明书dlmy.docx

机械设计课程设计机械设计计课程设设计计算说明明书设计题目目：加热热炉装料料机设计计院系：设 计 者：指导教师师：年 月月日北京航空空航天大大学设计任务务书1、设计计题目：加热炉炉装料机机2、设计计要求（1）装装料机用用于向加加热炉内内送料，由由电动机机驱动，室室内工作作，通过过传动装装置使装装料机推推杆作往往复移动动，将物物料送入入加热炉炉内。（2）生生产批量量为5台台。（3）动动力源为为三相交交流电3380/2200V，电电机单向向转动，载载荷较平平稳。（4）使使用期限限为100年，每每年工作作3000天，大大修期为为三年，双双班制工工作。（5）生生产厂具具有加工工7、88级精度度齿轮、蜗蜗轮的能能力。加热炉装装料机设设计参考考图如图图3、技术术数据推杆行程程2000mm,所需电电机功率率 2kkw,推推杆工作作周期44.3ss.4、设计计任务（1）完完成加热热炉装料料机总体体方案设设计和论论证，绘绘制总体体原理方方案图。（2）完完成主要要传动部部分的结结构设计计。（3）完完成装配配图一张张（用AA0或AA1图纸纸），零零件图两两张。（4）编编写设计计说明书书1份。目录一、总体体方案设设计31、执行行机构的的选型与与设计332、传动动装置方方案确定定4二、传动动零件的的设计计计算61、联轴轴器62、齿轮轮设计663、蜗轮轮蜗杆设设计122三、轴系系结构设设计及计计算1661、轴的的强度计计算1662、轴承承校核计计算2443、键校校核计算算29四、箱体体及附件件设计330五、润滑滑与密封封301、齿轮轮、蜗杆杆及蜗轮轮的润滑滑302、滚动动轴承的的润滑3313、油标标及排油油装置3314、密封封形式的的选择331六、技术术要求331七、总结结与体会会32参考文献献32一、总体体方案设设计1、执行行机构的的选型与与设计（1）机机构分析析执行机机构由电电动机驱驱动，电电动机功功率2kkw，原原动件输输出等速速圆周运运动。传传动机构构应有运运动转换换功能，将将原动件件的回转转运动转转变为推推杆的直直线往复复运动，因因此应有有急回运运动特性性。同时时要保证证机构具具有良好好的传力力特性，即即压力角角较小。为合理理匹配出出力与速速度的关关系，电电动机转转速快扭扭矩小，因因此应设设置蜗杆杆减速器器，减速速增扭。（2）机机构选型型方案一：用摆动动导杆机机构实现现运动形形式的转转换功能能。方案二：用偏置置曲柄滑滑块机构构实现运运动形式式的转换换功能。方案三：用曲柄柄摇杆机机构和摇摇杆滑块块机构串串联组合合，实现现运动形形式的转转换功能能。方案三方案二方案一（3）方方案评价价方案一：结构简简单，尺尺寸适中中，最小小传动角角适中，传传力性能能良好，且且慢速行行程为工工作行程程，快速速行程为为返回行行程，工工作效率率高。方案二：结构简简单，但但是不够够紧凑，且且最小传传动角偏偏小，传传力性能能差。方案三：结构复复杂，且且滑块会会有一段段时间作作近似停停歇，工工作效率率低，不不能满足足工作周周期4.3秒地地要求。综上所述述，方案案一作为为装料机机执行机机构的实实施方案案较为合合适。（4）机机构设计计急回系数数k定为为2，则则1=240°, 2=120°, 得=60°。简图如下下：暂定定机架长长1000mm，则则由=60°可得得曲柄长长50mmm，导导杆长2200mmm。（5）性性能评价价图示位置置即为最最小位置置，经计计算，min=90°-23°=67°。性性能良好好。2、传动动装置方方案确定定（1）传传动方案案设计由于输入入轴与输输出轴有有相交，因因此传动动机构应应选择锥锥齿轮或或蜗轮蜗蜗杆机构构。方案一：二级圆圆锥圆柱齿齿轮减速速器。方案二：齿轮蜗杆杆减速器器。方案三：蜗杆齿轮轮减速器器。方案三方案二方案一（2）方方案评价价由于工作作周期为为4.33秒，相相当于114r/minn, 而而电动机机同步转转速为110000r/mmin或或15000r/minn,故总总传动比比为i=711或1007 , i较大，因因此传动动比较小小的方案案一不合合适，应应在方案案二与方方案三中中选。而而方案二二与方案案三相比比，结构构较紧凑凑，且蜗蜗杆在低低速级，因因此方案案二较为为合适。（3）电电动机选选择<1>选选择电动动机类型型按工作条条件和要要求，选选用Y系系列全封封闭自扇扇冷式笼笼型三相相异步卧卧式电动动机，电电压3880v。<2>选选择电动动机容量量由设计要要求得电电动机所所需功率率。因载载荷平稳稳，电动动机额定定功率略略大于即即可，因因此选定定电动机机额定功功率Ped为22.2kkw。<3>确确定电动动机转速速曲柄工作作转速nw= 113.995r/minn，方案案二中减减速器传传动比为为6090，故故电动机机转速可可选范围围为。符符合这一一范围的的同步转转速有110000r/mmin, 故选选定电动动机转速速为10000rr/miin。进进而确定定电动机机型号为为Y1112M-6。（4）分分配传动动比<1>计计算总传传动比：<2>分分配减速速器的各各级传动动比：取第一级级齿轮传传动比，故故第二级级蜗杆传传动比。（5）运运动和动动力参数数计算滚动轴承承效率：1=00.999闭式齿轮轮传动效效率：2=00.977蜗杆传动动效率：3=00.800联轴器效效率：4=00.999故=13*2*3*4=0.68电机轴：Nm=9400r/mmin,Pd=2kkw, T0=95550*P0/Nm=200.3199N*MM对于轴轴（小齿齿轮轴）:P1=22.0*4=1.98kkwN1=9940rr/miin T11=95550*P0/Nm=20.1166N*MM对于轴轴（蜗杆杆轴）： P22=P1*1*2=1.998*0.999*00.977=1.90kkw N22=N100/3=3133.3rr/miin T22=95550*P2/N2=57.9344N*MM对于轴轴（蜗轮轮轴）： P33=P2*3*1=1.90*0.88*0.99=1.55kwN3=NN2/222.466=13.95rr/miinT3=995500*P33/N3=10226.8882NN*M运动参数数核动力力参数的的结果加加以汇总总，列出出参数表表如下:轴名功率P / kW转矩T /NN·m转速nr/miin传动比ii效率输入输出输入输出电机轴220.331994010.999小齿轮轴轴1.9881.96620.111619.991594010.999蜗杆轴1.9001.888579.34573.54313.330.999蜗轮轴1.5001.48810266.888210166.611313.99522.4460.999总体设计计方案简简图如下下：二、传动动零件的的设计计计算1、联轴轴器（1）式式中：KK为载荷荷系数；T为联轴轴器传递递的工作作扭矩（即即轴的扭扭矩）。因因为载荷荷较平稳稳，查表得11，T=20.32NN*m，故故= 220.332N*m。（2）由由于n1=n0= 110000r/mmin，所所以选弹弹性联轴轴器。（3）匹匹配：电电动机YY1122M-66轴径DD=288mm。综上，查查表选择择弹性套套柱销联联轴器，型型号LTT4，齿齿轮轴轴轴径为225mmm。2、齿轮轮设计计算项目目计算内容容计算结果果1、选材材、精度度考虑主动动轮转速速n1=9400r/mmin不不是很高高，故大大小齿轮轮均用45#，调调质处理理。小齿齿轮硬度度HB=22992886，取取2600HB。大大齿轮HHB=22172555，取2230HHB。精精度等级级选8级级。2、初步步计算小小齿轮直直径因为采用用闭式软软齿面传传动,按按齿面接接触强度度初步估估算小齿齿轮分度度圆直径径,由附附录A表表由表AA1取，动载荷荷系数，初取转矩矩，由表表27.11查查取接触疲劳劳极限取3、确定定基本参参数圆周速度度精度等等级取88级精度度合理取，确定模数数,查表表取校核传动动比误差差：8级精度度合理取传动比误误差为11.1%4、校齿齿核面接接触疲劳劳强度1计算算齿面接接触应力力节点区域域系数:查图227-116非变变位斜齿齿轮弹性系数数:查表表27.11重合度系系数:端面重合合度螺旋角系系数齿面接触触应力2>计算算许用接接触应力力总工作时时间接触寿命命系数由由图277-233查出（单向运运转取）齿面工作作硬化系系数接触强度度尺寸系系数由表表27.15按按调质钢钢查润滑油膜膜影响系系数取为为由表277.144取最小小安全系系数许用接触触应力:3验算算:接触疲劳劳强度较较为合适适,齿轮轮尺寸无无须调整整5、确定定主要传传动尺寸寸小齿轮直直径大齿轮直直径齿宽b=48mmm, , 6、齿根根弯曲疲疲劳强度度验算1由式式27.11, , ,齿根弯曲曲应力:2计算算许用弯弯曲应力力由式277.177试验齿轮轮的齿根根弯曲疲疲劳极限限查图227-224c，另外取由图277-266确定尺尺寸系数数=由表277.144查最小小安全系系数3弯曲曲疲劳强强度验算算=合格7、静强强度校核核静强度校校核,因因传动无无严重过过载,故故不作静静强度校校核3、蜗轮轮蜗杆设设计计算项目目计算内容容计算结果果1选择择传动精精度等级级，材料料考虑传动动功率不不大，转转速也不不高，选选用ZAA型蜗杆杆传动，精精度等级级为8级级。蜗杆杆用455号钢淬淬火，表表面硬度度4550HHRC，蜗蜗轮轮缘缘材料用用ZCuuSn110P11沙模铸铸造。2确定定蜗杆，涡涡轮齿数数传动比取校核传动动比误差差：涡轮转速速为：3.确定定涡轮许许用接触触应力蜗杆材料料为锡青青铜，则则, ,4.接触触强度设设计载荷系数数蜗轮转矩矩：估取取蜗杆传传动效率率5.主要要几何尺尺寸计算算涡轮分度度圆直径径：蜗杆导程程角6.计算算涡轮的的圆周速速度和传传动效率率涡轮圆周周速度，查出当当量摩擦擦角搅油效率率滚动轴轴承效率率与估取值值近似7.校核核接触强强度查得弹性性系数，使使用系数数取动载荷荷系数载荷分布布系数8.轮齿齿弯曲强强度校核核确定许用用弯曲应应力查出查出弯曲曲强度寿寿命系数数确定涡轮轮的复合合齿形系系数涡轮当量量齿数涡轮无变变位查得得导程角9.蜗杆杆轴刚度度验算蜗杆所受受圆周力力蜗杆所受受径向力力蜗杆两支支撑间距距离L取取蜗杆危险险及面惯惯性矩许用最大大变形10.蜗蜗杆传动动热平衡衡计算蜗杆传动动效率导热率取取为）K工作环环境温度度传动装置置散热的的计算面面积为三、轴系系结构设设计及计计算1、轴的的强度计计算（1）小小齿轮轴轴（结构构简图、受受力图、弯弯矩、扭扭矩图附附表后）计算项目目计算内容容计算结果果1、材料料选择、热热处理2、初估估轴径3、初定定轴的结结构4、轴的的空间受受力5、轴承承支点的的支反力力绘出水水平面和和垂直面面弯矩图图6、计算算机合成成弯矩，绘绘制合成成弯矩图图7、转矩矩图8、求当当量弯矩矩,绘制当当量弯矩矩图9、按弯弯扭合成成应力校校核轴的的强度45钢，正正火，硬硬度为1170至至2177HB当轴材料料为455钢时可可取C=1100，则考虑有键键联接，故故轴径增增加3%，因需需与联轴轴器匹配配，轴轴孔长度度L=662mmm。初选中系系列深沟沟球轴承承60006，轴轴承尺寸寸外径DD=555mm，宽宽度B=13mmm。初初步设计计轴的结结构件图图见表后后。该轴所受受的外载载荷为转转矩和大大齿轮上上的作用用力。小齿轮圆圆周力小齿轮径径向力小齿轮轴轴向力1）垂直直面支反反力及弯弯矩计算算2）水平平面支反反力及弯弯矩计算算危险截面面C处当当量弯矩矩：合格（2）蜗蜗轮轴（结结构简图图、受力力图、弯弯矩、扭扭矩图附附表后）计算项目目计算内容容计算结果果1、选择择材料、热热处理2、按扭扭转强度度初估轴轴径3、初定定轴的结结构4、轴的的空间受受力分析析5、计算算轴承支支点的支支反力绘绘出水平平面和垂垂直面弯弯矩图6、计算算机合成成弯矩，绘绘制合成成弯矩图图7、转矩矩图8、求当当量弯矩矩,绘制当当量弯矩矩图9、按弯弯扭合成成应力校校核轴的的强度45钢正正火，硬硬度为1170至至2177HB当轴材料料为455钢时可可取C=1100，则取其轴径径为555mm选圆锥滚滚子轴承承302215（一一对），其其尺寸：D=1130mmm,dd=755mm, B=25mmm.该轴所受受的外载载荷为转转矩和蜗蜗轮上的的作用力力。输入转矩矩轴向力径向力圆周力；1）垂直直面支反反力及弯弯矩计算算2）水平平面支反反力及弯弯矩计算算前已计算算危险截面面C处当当量弯矩矩：取d=555初步结构构图见下下空间受力力简图见见下合格（3）蜗蜗杆轴（结结构简图图、受力力图、弯弯矩、扭扭矩图附附表后）计算项目目计算内容容计算结果果1、选择择材料、热热处理2、按扭扭转强度度初估轴轴径3、初定定轴的结结构4、轴的的空间受受力分析析5、计算算轴承支支点的支支反力绘绘出水平平面和垂垂直面弯弯矩图6、计算算机合成成弯矩，绘绘制合成成弯矩图图7、转矩矩图8、求当当量弯矩矩,绘制当当量弯矩矩图9、按弯弯扭合成成应力校校核轴的的强度45钢正正火，硬硬度为1170至至2177HB当轴材料料为455钢时可可取C=1100，则最小直径径处有单单键，故故轴径增增加3%，圆整整后取dd=355mm左端选深深沟球轴轴承60009，其其尺寸：D=775mmm,d=45mmm, B=116mmm.右端选圆圆锥滚子子轴承3323009，其其尺寸：D=1100mmm,dd=455mm, B=36mmm.该轴所受受的外载载荷为转转矩、蜗蜗杆和大大齿轮上上的作用用力。输入转矩矩根据前面面结果，大齿轮处受力为：圆周力；径向力轴向力蜗杆处受受力为：圆周力轴向力径向力1）垂直直面支反反力及弯弯矩计算算2）水平平面支反反力及弯弯矩计算算危险截面面C处当当量弯矩矩：取d=335初步结构构图见下下空间受力力简图合格2、轴承承校核计计算（1）小小齿轮轴轴该轴采用用两端单单向固定定的方式式，所受受轴向力力比较小小，选用用一对深深沟球轴轴承，按按轴径初初选60006。下下面进行行校核：计算项目目计算内容容计算结果果轴承主要要性能参参数查手册660066轴承主主要性能能参数如如下：；轴承受力力情况；X、Y值值，冲击载荷荷系数查得当量动载载荷轴承寿命命（球轴承承）>480000hh，寿命命合格载荷变化化系数查图得载荷分布布系数对于深沟沟球轴承承，查得得许用转速速大于工作作转速9940rr/miin满足要求求结论：所所选轴承承能满足足寿命、静静载荷与与许用转转速的要要求。（2）蜗蜗轮轴该轴采用用两端单单向固定定的方式式，所受受轴向力力比较小小，选用用一对圆圆锥滚子子轴承，按按轴径初初选3002155。下面面进行校校核：计算项目目计算内容容计算结果果轴承主要要性能参参数查手册3302115轴承承主要性性能参数数如下：；接触角=166.355° e=1.55tann=0.44=166.355°轴承受力力情况；故X、Y值值，冲击载荷荷系数查得当量动载载荷轴承寿命命（滚子轴轴承）>480000hh，寿命命合格载荷变化化系数查图得载荷分布布系数对于圆锥锥滚子轴轴承，查查得许用转速速大于工作作转速113.995r/minn满足要求求结论：所所选轴承承能满足足寿命、静静载荷与与许用转转速的要要求。（3）蜗蜗杆轴蜗杆轴采采用一端端固定一一端游动动的支撑撑方案，固固定端采采用两个个圆锥滚滚子轴承承，以承承受蜗杆杆轴向力力，按轴轴径初选选323309；游动端端采用一一个深沟沟球轴承承，只承承受径向向力，按按轴径初初选60009。受力图如下图：下面进行行校核：深沟球球轴承660099计算项目目计算内容容计算结果果轴承主要要性能参参数查手册660099轴承主主要性能能参数如如下：；轴承受力力情况；X、Y值值，冲击载荷荷系数查得当量动载载荷轴承寿命命（球轴承承）>480000hh，寿命命合格载荷变化化系数查图得载荷分布布系数对于深沟沟球轴承承，查得得许用转速速大于工作作转速3313.3r/minn满足要求求结论：所所选轴承承能满足足寿命、静静载荷与与许用转转速的要要求。圆锥滚子子轴承3323009：计算项目目计算内容容计算结果果轴承主要要性能参参数查手册3323009轴承承主要性性能参数数如下：；e=0.35轴承受力力情况；X、Y值值，冲击载荷荷系数查得当量动载载荷轴承寿命命（滚子轴轴承）>480000hh，寿命命合格载荷变化化系数查图得载荷分布布系数对于圆锥锥滚子轴轴承，=133.133°查得许用转速速大于工作作转速3313.3r/minn满足要求求结论：所所选轴承承能满足足寿命、静静载荷与与许用转转速的要要求。3、键校校核计算算键的选择择主要考考虑所传传递的扭扭矩的大大小，轴轴上零件件是否需需要沿轴轴向移动动，零件件的对中中要求等等等。计算项目目计算内容容计算结果果（1）小小齿轮轴轴键的选选择与校校核键的选择择和参数数与联轴器器相联接接，为静静联接，选选用普通通平键，圆圆头。由手册查查得d=25mmm时，应应选用键GB110966-799转矩键长依据轮毂毂长度为为63mmm，选选择标准准键长LL=577mm接触长度度许用挤压压应力校校 核查表可得得钢的许许用挤压压应力为为=（700-800）MPPa故满足要要求（2）蜗蜗轮键的的选择和和校核键的选择择和参数数静联接,选用普普通平键键，圆头头，由手手册查得得d=800mm时，选选用键GGB10096-79转矩键长依据轮毂毂长度为为1177mm，选选择标准准键长LL=1110mmm接触长度度许用挤压压应力校校 核查表可得得钢的许许用挤压压应力为为=（700-800）MPPa故满足要要求（3）蜗蜗杆轴键键的选择择和校核核键的选择择和参数数静联接,选用普普通平键键，圆头头由手册查查得d=35mmm时，选选用键，GB110966-799转矩键长依据轮毂毂长度为为43mmm，选选择标准准键长LL=377mm接触长度度许用挤压压应力校校 核查表可得得钢的许许用挤压压应力为为=（700-800）MPPa故满足要要求四、箱体体及附件件设计计算项目目计算内容容计算结果果箱座厚度度箱盖厚度度箱座突缘缘厚度箱盖突缘缘厚度箱座底突突缘厚度度地角螺钉钉直径地角螺钉钉数目轴承旁连连接螺钉钉直径机盖与机机座连接接螺栓直直径轴承端盖盖螺钉直直径窥视孔盖盖螺钉直直径连接螺栓栓d2的的间距定位销直直径大齿轮顶顶圆与内内机壁距距离齿轮端面面与内机机壁距离离轴承端盖盖外径轴承端盖盖突缘厚厚度机盖肋厚厚机座肋厚厚=0.04aa+381=00.855=100.2b=1.5b1=11.51b2=22.5df=00.0336a+12d1=00.755 dff=166d2=(0.550.66) ddfd3=(0.440.55) ddfd4=(0.330.44) ddfl=(11202000)mmmd=(00.70.88)d221>11.22>D2=11.255D+100t=(11.11.22)d33m1=00.8551m=0.85取=112mmm取1=10mmmb=188mmb1=115mmmb2=330mmmdf =20mmmn=4取d1=16mmm取d2=12mmm取d3=10mmm取d4=6mmm取l=1150mmm取d=99mm取1=15取2=12依轴承而而定t=122取m1=8取m=110五、润滑滑与密封封1、齿轮轮、蜗杆杆及蜗轮轮的润滑滑在减速器器中，蜗蜗杆相对对滑动速速度V=1.34mm/s，采采用浸油油润滑，选用蜗轮蜗杆油（摘自），用于蜗杆蜗轮传动的润滑，代号为。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、滚动动轴承的的润滑三对轴承承处的零零件轮缘缘线速度度均小于于，所以以应考虑虑使用油油脂润滑滑，但应应对轴承承处值进进行计算算。值小小于时宜宜用油脂脂润滑；否则应应设计辅辅助润滑滑装置。三对轴承承处值分别为为：，均小于于，所以以可以选选择油脂脂润滑。采用脂润润滑轴承承的时候候，为避避免稀油油稀释油油脂，需需用挡油油板将轴轴承与箱箱体内部部隔开。在选用润润滑脂的的牌号时时，根据据手册查查得常用用油脂的的主要性性质和用用途。因因为本设设计的减减速器为为室内工工作，环环境一般般，不是是很恶劣劣，所以以62112和62114轴承承选用通通用锂基基润滑脂脂（），它它适用于于宽温度度范围内内各种机机械设备备的轴承承，选用用牌号为为的润滑滑脂。3、油标标及排油油装置(1)油油标：选选择杆式式油标AA型(2)排排油装置置：管螺螺纹外六六角螺赛赛及其组组合结构构4、密封封形式的的选择为防止机机体内润润滑剂外外泄和外外部杂质质进入机机体内部部影响机机体工作作，在构构成机体体的各零零件间，如如机盖与与机座间间、及外外伸轴的的输出、输输入轴与与轴承盖盖间，需需设置不不同形式式的密封封装置。对对于无相相对运动动的结合合面，常常用密封封胶、耐耐油橡胶胶垫圈等等；对于于旋转零零件如外外伸轴的的密封，则则需根据据其不同同的运动动速度和和密封要要求考虑虑不同的的密封件件和结构构。本设设计中由由于密封封界面的的相对速速度不是是很大，采采用接触触式密封封，输入入轴与轴轴承盖间间V<3m/ss，采用用粗羊毛毛毡封油油圈，输输出轴与与轴承盖盖间也为为V <<3m/ss，故采采用粗羊羊毛毡封封油圈。六、技术术要求1 装配前所所有零件件用煤油油清洗，滚滚动轴承承用汽油油浸洗，箱箱体内不不允许有有任何杂杂物存生生。2 保持侧隙隙不小于于0.1115mmm。3 调整、固固定轴承承时应留留轴向间间隙，。4 涂色检查查接触斑斑点，沿沿齿高不不小于555%，沿沿齿长不不小于550%5 箱体被隔隔开为两两部分，分分别装全全损耗系系统用油油L-AAN688至规定定高度。6 空载试验验，在nn1=110000r/mmin、LL-ANN68润润滑油条条件下进进行，正正反转各各1小时时，要求求减速器器平稳，无无撞击声声，温升升不大于于60°°C，无无漏油。7 减速器部部分面，各各接触面面及密封封处均不不允许漏漏油，剖剖分面允允许涂以以密封胶胶或水玻玻璃，不不允许使使用垫片片。8 箱体外表表面涂深深灰色油油漆，内内表面涂涂耐油油油漆。七、总结结与体会会参考文献献1、 王之栎、王王大康主主编机机械设计计综合课程程设计2010年8月第2版，机械工业出版社。2、 吴瑞祥，王王之栋，郭郭卫东，刘刘静华主主编机机械设计计基础（下下册）220077年2月第2版，北北京航空空航天大大学出版版社。45