1、机械设计课程设计 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 宇航学院 111511 班 设计者： 指导教 师 ： 机械设计课程设计 1 前言 本设计为机械设计基础课程设计的内容， 是 在画法几何、机械原理、机械设计、加工工艺学和工程材料等课程之的 基础上 学习的一门综合课程。设计 课题是加热炉装料机 设计，在题目所给的一系列要求和目标的前提下完成一系列的设计任务。 此设计课程要求对以前所学的一系列课程掌握较好，并能自主地应用到设计中，是对学生各方面能力的一种考察，对学生快速掌握知识很有帮助。 本说明书正文部分主要分为设计任务书、总体方案设计、电机的选择、 涡轮蜗杆设计 、齿轮
2、设计、轴系的设计与校核、减速箱体各部分结构尺寸、润滑及密封形式选择和技术要求 等 内容组成。正文的最后是在计算过程中所调用的公式、参数的来源即参考文献。 机械设计课程设计 2 目录 前言 . 1 第一章 设计任务书 . 3 1.1 设计题目 . 3 1.2 设计要求 . 3 1.3 技术数据 . 3 1.4 设计任务 . 4 第二章 总体方案设计 . 4 2.1 执行机构的选型与设计 . 4 2.2 传动装置方案确定 . 5 2.3 电动机选择 . 6 2.4 分配传动比 . 7 2.5 运动和动力参数计算 . 7 第三章 传动零件的设计计算 . 8 3.1 蜗轮蜗杆设计 . 8 3.2 齿轮
3、设计 . 12 第四章 轴系结构设计及计算 . 17 4.1 轴的强度计算 . 17 4.2 轴承的强度计算 . 28 4.3 键的设计与校核 . 30 第五章 减速器箱体各部分结构尺寸 设计 . 31 第六章 润滑及密封形式选择 . 32 6.1 润滑 . 32 6.2 密封 . 32 6.3 油标及排油装置 . 32 第七章 技术要求 . 33 参考文献 . 33 机械设计课程设计 3 第一章 设计任务书 1.1 设计题目 加热炉装料机 设计 1.2 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
4、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 : 1.3 技术数据 推杆行程 280mm,推杆所需推力 6400N,推杆工作周期 3.3s. 机械设计课程设计 4 1.4 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
5、份。 第二章 总体方案设计 2.1 执行机构的选型与设计 （ 1）机构分析 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。 设计任务要求推杆行程为 280mm，推杆所需推力为 6400N，推杆工作周期为 3.3s。 （ 2）机构选型 方案一： 用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。 方案二： 用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。 方案一 方案二 （ 3）方案评价 方案一： 结构简单，但是不够紧凑，且最小传动角偏小，传力性能差。 方案二：结构简单，尺寸
6、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，机械设计课程设计 5 快速行程为返回行程，工作效率高。 综上所述，方案二作为装料机执行机构的实施方案较为合适。 （ 4） 机构设计 取急回系数 k=1.5，则 由 = 180:180;得 = 36。 简图如下： 由推杆行程得导杆长 280mm,暂定曲柄长 80mm,连杆长 200mm,则由 = 36 可得摇杆约为 453mm。 （ 5）性能评价 图示位置即为 最小位置，经计算， min = 90 29 = 61 。性能良好。 2.2 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
7、。 方案一： 三 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。 机械设计课程设计 6 方案一 方案二 方案三 （ 2）方案评价 由于工作周期为 3.3 秒，相当于 18.2r/min, 而电动机同步转速为 1500r/min,故总传动比为=78,因此 方案一级数较高，结构不太紧凑，齿轮相对轴承的位置不对称，轴应有较大的刚度，且更适于载荷平稳的场合，而此处载荷变化，所以不选用方案一 ，应在方案二用方案三中选择 。 由于齿轮 蜗杆减速器 齿轮 在高速 级 传动比不宜过大 ， 大概 在 22.5 之间 ,因此会使蜗杆涡轮的传动比过大；而方案三齿轮处于低速级，传动比
8、可以取在 4.24.9 之间，这样蜗杆涡轮的传动比满足要求。综上所述，选择方案三。 2.3 电动机选择 （所有公式来源为文献 1第 2126 页） （ 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） 计算传动效率 已知：圆柱齿轮 1 = 0.97，蜗杆传动 2 = 0.85， 联轴器 3 = 0.99（ 1 个），球轴承 4 = 0.99（ 7对），移动副 5 = 0.94（ 2 个）。 （查文献 1表 2-5 得） 总效率为 总 = 1234752 = 0.67 （ 3） 选择电动机容量 机械设计课程设计 7 F=640
9、0N,v = 28023.3 = 170/, 电动机所需功率 = 总= 1.6kW 选定电动机额定功率 ed为 2.2kW。 （ 4） 确定电动机 型号 电动机转速 定 为 1500r/min，满载转速 为 1420 r/min， 进而确定电动机型号为 Y100L1-4（查文献 1表 6-164 得） 。 2.4 分配传动比 （ 1） 计算总传动比： = 13.360 = 18.2 / 总 = = 78 （ 2） 分配减速器的各级传动比： 取 第二级齿轮传动比 2 = 4.5第一级 蜗杆 传动比 1 = 17.3，故 第一级蜗杆传动比 1 = 17.3。 2.5 运动和动力参数计算 电机 轴
10、： = 1420 / ， ed = 2.2kW， T = 9550 = 14.8 对于 0 轴（蜗杆轴） : 0 = ed 0.99 = 2.18kW 0 = = 1420 / 0 = 9550 00= 14.7 对于 1 轴（小齿轮轴）： 1 = 02342 0.99= 1.77 1 = 01= 82.1 / 1 = 9550 11= 205.9 对于 2 轴（大齿轮轴）： 2 = 114 0.99= 1.68 机械设计课程设计 8 2 = 12= 18.2 / 2 = 9550 22= 881.5 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 /
11、N m 转速 n r/min 传动比i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 2.2 14.8 1420 1 蜗杆轴 2.20 2.18 14.8 14.7 1420 1 0.99 小齿轮轴 1.79 1.77 208.0 205.9 82.1 17.3 0.81 大齿轮轴 1.70 1.68 890.4 881.5 18.2 4.5 0.95 总体设计方案简图如下： 第三章 传动零件的设计计算 3.1 蜗轮蜗杆设计 1选择传动精度等级，材料 考虑传动功率不大，转速也不高，选用 ZA 型蜗杆传动，精度等级为 8 级。蜗杆用 45 号钢淬火，表面硬度 4550HRC，蜗轮轮缘材料用 ZCuSn1
12、0P1 砂模铸造。 2确定蜗杆，涡轮齿数 传动比 = 17.3， 参考文献 2表 3-4， 取 1 = 2,2 = 1 = 34.6 35。 校核传动比误差： 机械设计课程设计 9 = 352 = 17.5, = 17.5 17.317.3 100% = 1.16% 涡轮转速为： 2 = 1 = 1420/ 17.3 = 82.1/ 3.确定涡轮许用接触应力 蜗轮材料为锡青铜，则 HP = HP 查文献 2表 3-10 得 HP = 200N/2。 参考文献 2图 3-8 初估滑动速度 = 4/,浸油润滑。 由文献 2图 3-10 查得，滑动速度影响系数 = 0.93。 单向运转 取 1，涡轮
13、应力循环次数为 = 602 = 601 82.110300(62) = 1.77108 由文献 2图 3-11 查得 = 0.69，则 HP = HP = 200N2 0.930.69= 128.3N/2 4.接触强度设计 载荷系数 K=1,涡轮转矩为 2 = 208.0 由文献 2式（ 3-10）得 21 (15000HP2)22 = ( 15000128.335)21208.0 = 2552.993 查文献 2表 3-3 可选用 21 = 31753，传动基本尺寸为 m=6.3mm, 1 = 80,q=12.698。 5.主要几何尺寸计算 涡轮分度圆直径为 2 = 2 = 6.3 35= 220.5,取 2 = 220 。 蜗杆导程角为 ta = 1 = 212.698 = 0.16,则 = 9.09 = 9524。 涡轮齿宽（见文献 2表 3-5）为 2 2(0.5+ +1) = 26.3(0.5+12.698+1) = 52.934 取 2 = 54 。 涡杆齿宽（见文献 2表 3-5）为 1 2.52 +1 = 2.5 6.335+ 1 = 94.5 取 1 = 96 。
