加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计.doc

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1、I一、设计题目及要求 加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计 图 620 为加热炉推料机结构总图与机构运动示意图。该机器用于向热处 理加热炉内送料。推料机由电动机驱动，通过传动装置使推料机的执行构件（滑 块）5 做往复移动，将物料 7 送入加热炉内。设计该推料机的执行机构和传动装 置。 图 620 加热炉推料机结构总图与机构运动示意图 二、设计参数与要求 分组参数1滑块运动行程 H(mm)220滑块运动频率 n(次/min)20滑块工作行程最大压力角30机构行程速比系数 K1.25构件 DC 长度(mm)1150构件 CE 长度(mm)150滑块工作行程所受阻力(含摩擦阻力)(N)500滑块

2、空回行程所受阻力（含摩擦阻力）Fr1(N)100加热炉推料机设计参数如表 68 所示。该机器在室内工作，要求冲击振动 小。原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差4%； 使用期限为 10 年，每年工作 300 天，每天工作 16 小时。三、设计任务 (1) 针对图 620 所示的加热炉推料机传动方案，依据设计要求和已知参数，确辽宁工程技术大学课程设计II定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图 (2) 在工作行程中，滑块 F 所受的阻力为常数 Fr1，在空回行程中，滑块 F 所受 的阻力为常 Fr2；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析 曲柄所需的驱动力矩； （3

3、） 确定电动机的功率与转速； （4） 设计减速传动系统中各零部件的结构尺寸； （5） 绘制减速传动系统的装配图和齿轮、轴的零件图； （6） 编写课程设计说明书 四、进度安排 (1) 熟悉设计任务，收集相关资料 (2) 拟定设计方案 (3) 绘制图纸 (4) 编写说明书 (5) 整理及答辩 五、指导教师评语 成 绩： 指导教师 日 期 辽宁工程技术大学课程设计IV摘 要 这次课程设计主要是设计了加热炉推料装置的减速系统 和执行系统。 推料机代替人工加料， 即安全又方便 ， 它包括 机架， 在机架上安装有电动机， 在电动机的驱动轴上装有联 轴器， 联轴器与蜗杆 相连 ， 蜗杆涡轮减速器， 在推料小

4、车上 装有推杆。用 ProE 建立了减速器的三维装配图。计算了蜗轮 蜗杆的各种参数 ， 减速器外大小齿轮的参数， 并进行校核。 执行系统 （ 六连杆机构） 的设计 ， 根据要求， 计算出了各杆 的工作尺寸。 通过这次课程设计 ， 最重要的是催促我又学习 了一个新的应用软件， 其功能之强大 ， 以后工作或学习必备 之。 也在一次体会到了设计任务的过程 ， 需细心与较真， 不 管做的怎么样， 但是过程对自己很重要。 关键词： 减速器 齿轮 曲柄连杆结构 滑块机构 推料式加热 炉 AbstractThe curriculum is mainly designed furnace pusher dev

5、ice deceleration systems and delivery systems. Pusher machine instead of artificial feeding, that is safe and convenient, which includes rack, the rack is installed on the motor, the motor drive shaft is equipped with coupling, coupling with the worm attached to turbine worm reducer, in the push fee

6、d a small car equipped with a putter. ProE established a reducer with the three-dimensional assembly. Calculated the various parameters of the worm, the size of gear reducer outside the parameters and carry out checking. Execution System (6 linkage) design, upon request, to calculate the size of the

7、 work of each rod. Through this curriculum, the most important thing is to press I learn a new application software, the function of the powerful, after the necessary work or study. Is also a feel of the design task of the process, need to carefully and seriously, no matter how kind of do, but the p

8、rocess on their own is very important。Key words：ReducergearCrank and connecting rod structure SliderPusher-type furnace 目录 1 电动机的选择计算 . . 1 1.1 电 动机系列的选择 . 1 1.2 选择电动机功率 . 1 1.3 分配传动比 . 1 2 传动装置的运动和动力参数计算 . 2 2.1 减速器外齿轮的设计 . 2 2.1.1 选择齿轮材料 、 确定精度等级 . 3 2.1.2 校核齿根弯曲疲劳强度 . 4 2.1.3 外齿轮的参数计算 . 4 2.2 涡轮蜗

9、杆的计算 . 5 2.2.1 选择材料及确定许用应力 . 5 2.2.2 验算涡轮齿根弯曲疲劳强度 . 6 2.2.3 涡轮蜗杆主要几何尺寸 . 6 2.2.4 热平衡计算 . 7 2.2.5 蜗杆的结构设计 . 7 2.2.6 蜗杆轴的强度计算 （ 按轴进行计算） . 8 2.2.7 计算 、 校核蜗杆轴承 . 10 2.2.8 涡轮轴的计算与校核 . 10 3 键的选择和参数 . . 13 3.1 蜗杆与电机的键 . 13 3.2 涡轮轴与齿轮的键 . 13 3.3 涡轮轴与涡轮的键 . 14 4 六杆机构的设计 （ 执行机构） . 14 5 参考文献17 辽宁工程技术大学课程设计201

10、电动机的选择计算1.1 电动机系列的选择 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机， 电压 380V ， Y 系列 。 1.2 选择电动机功率根据工作行程 H=220mm ， 滑块的 f= 1 ，滑块来回的平均速度为 v=2Hf 。3推动滑块实际所需功率为 p= Fv = 2 HFf = 2 * 220 * 500 * 0.33 = 0.074kww查手册得各个部分的效率 ： 执行机构 ：h0 = 0.96100010001000 轴承 ：h1 = 0.99 涡轮蜗杆的啮合：h2 = 0.88 联轴器：h3 = 0.992齿轮：h4 = 0.931传动的总效率：h = h0*h 4 *h*h3*

11、h4= 0.96 * 0.994 * 0.88 * 0.99 * 0.93 = 0.679则所需电动机功率为 prp= w =h0.0740.679= 0.11kw查手册选择电动机型号为 Y801-4 ， 功率为 0.55kw， 同步转速为 1500r/min， 满载转速为 1390r/min。 1.3 分配传动比总传动比为： i = n = 1390 = 69.5n020查手册初步分配传动比为涡轮蜗杆i0 = 25.5齿轮i1= i = 69.5 = 2.73i025.52 传动装置的运动和动力参数计算0 轴：电动机轴 p0 = 0.11kwn0 = 1350r / min0T = 9550

12、 P0n0= 9550 0.11 = 0.778N m1350轴：蜗杆 P1= P0 h31h 2 = 0.11 0.99 0.992 = 0.1089kW n1 = nM = 1350r / min1T = 9550 * p1 = 9550 *n10.771350= 0.771N m 轴：涡轮轴 P2= P0h2h 2 = 0.11 0.88 0.992 = 0.0939kW 12n = n1 = 1350 = 52.94r / mini025.52T = 9550 * p2 = 9550 *n20.093952.94= 16.94N m 4轴：外齿轮轴 1P3 = p2*h 2 *h= 0

13、.0939 0.992 0.93 = 0.428kW 3n = n2 i1= 52.94 = 19.18r / min 2.733T = 9550 * p3 = 9550 *n30.42819.18= 213.1N m 2.1 减速器外齿轮的设计 对于开式齿轮传动， 磨损是其主要的失效形式 ， 因磨损后轮齿变 薄易发生折断， 故按齿根弯曲疲劳强度计算， 通过降低许用应力 的方 法来考虑磨损的影响 。 开式齿轮的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折 断 ， 不会发生点蚀。 由于当前尚无较成熟的磨损计算方法， 因此只进 行齿根弯曲疲劳强度计算 ， 把求得的模数增大 10 20 ， 以考虑轮 齿磨薄的影响

14、。 用于低速传动对于开式齿轮传动中的齿轮， 齿面磨损 为其主要失效形式， 故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算 ， 确 定齿轮的模数 ，考虑磨损因素 ，再将模数增大 10% 20%， 而无需校 核接触强度 。 软齿面 ， 齿面硬度 350HBS ， 常用中碳钢和中碳合金钢 ， 如 45 钢 40Cr ，35SiMn 等材料， 进行调质或正火处理 。这种齿轮 适用于强 度 。 精度要求不高的场合 ， 轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工， 生产便利、 成本较低 。 在确定大， 小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿 面硬度比大齿轮的齿面硬度高 30 一 50HBS ，这是因为小齿轮受载荷次 敷比大齿轮多

15、， 且小齿轮齿根较薄 为使两齿轮的轮齿接近等强度， 小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些 。 2.1.1 选择齿轮材料、确定精度等级直齿圆柱齿轮 ， 小齿轮采用 40cr 钢 ， 调质处理 ， 查手册 ， 硬度为 241 286HBS。 大齿轮材料选用 45 钢调质处理，硬度为 162 217HBS。 选齿轮精度等级为九级 。 查手册可得 8 F lim1 = 220MPa8 F lim2 = 190MPa计算应力循环次数 N1= 60 jn2 Lh= 60 *1* 52.94 *10 * 300 *16 = 15.2 *107N15.2 *107N2 = 1 = = 5.57 *107查手册得

16、i2.73SF min = 1.5YST = 2YX = 1YN1 = 0.86YN 2 = 0.88 弯曲疲劳许用应 力 8 F 1= 8 F lim1YST Y SF minN1YX= 220 * 2 * 0.86 = 126.13MPa 1.58 F 2= 8 F lim2YST Y Y SF min= 220 * 2 * 0.88 = 129.07MPa 1.5N 2X查手册 KA = 1KV = 1.02K (3= 1.1Ka = 1.2则 K = K A KV K a K (3= 1*1.02 *1.1*1.2 = 1.35查手册YSa = 1.55YFa = 2.8jl d= 0

17、.5Ye = 0.9022T = 9550 * p2 = 9550 *n20.093952.94= 16.94N m m 对于开式齿轮传动 ， 取 m=6mm。 = 3 2 * 1.35 * 16940 1.55* 2.8* 0.902 = 4.772KT23jl z 2 s Y Y YFa Sa ed1F 10.5 * 20 2 *126.13Z1 = 20 Z2 = iZ1 = 2.73* 20 = 54.6取 Z2 = 55 重新计算传动比 i = Z2Z1= 55 = 2.75202.1.2 校核齿根弯曲疲劳强度强度验算公式 ： s FM s b = WKYsaYe= 2KT1bd1m

18、YFaYSaYe s F YSa1 = 1.55YFa1 = 2.8Ye = 0.902YFa 2 = 2.48 F 1= 2KT2 Ybd1Fa1YSa1Ye= 33.16MPa 8 F 18 F 2= 8 F1YFa2YSa2 YFa1YSa1= 25.67MPa 8 F 22.1.3 外齿轮的参数计算齿轮分度圆直径 d1 = mZ1= 6 * 20 = 120mmd 2 = mZ2 = 6 *55 = 330mm齿轮齿顶圆直径 d a1= d1+ 2h *m = 120 + 2 *1* 6 = 132mmad a 2 = d 2 + 2ha* m = 330 + 2 *1* 6 = 34

19、2mm齿轮基圆直径 db1 = d1 cosa = 120 * cos 20= 112.76mmdb2 = d 2 cos a = 330 * cos 20= 310.10mm中心距 a = 0.5(d1 + d 2 ) = 0.5 * (120 + 330) = 225mm圆周速度 v = pd1n2160*103= 0.33m / s 齿宽 b1 = 0.2a = 0.2 * 225 = 45mmb2 = 40mm2.2 涡轮蜗杆的计算 2.2.1 选择材料及确定许用应力蜗杆用 45 钢 ， 蜗杆螺旋部分采用淬火 ， 齿面硬度 45- 55HRC 。 涡 轮齿圈用铸锡青铜 ， 沙漠铸造 ，

20、 轮芯用 HT150. 查手册涡轮的许用接触应力为 8 H 1 = 150MPa , 许用弯曲应力为 8 F 1 = 40MPa 。选择蜗杆头数和涡轮齿数 ： i0 = 25.5z1 = 2z2 = i0 * z1 = 2 * 25.5 = 51按涡轮齿面接触疲劳强度设计 如下 ： 蜗杆转矩： T1 = 0.771N m = 770.3N mm涡轮转矩： T2 = 16.94N m = 16940N mm载荷较平稳 ， 取 KA = 1.0KV = 1.1K (3 = 1.0则载荷系数 K= K A * KV * K (3= 1.1应力循环次数为 N = 60 jn2 Lh= 60 *1* 5

21、2.94 *10 * 300 *16 = 15.2 *1071078 H = 8 H 87= 106.75MPa1 15.2 *108 F = 8F1 10 69=15.2 *1077.5MPa青铜与钢配对 ， 材料的弹性系数 z E = 160从手册查得公式 MPa1m2 d 9.64kT2 (8ZEH Z 2) 2 = 9.64 *1.1*16940 *(160)2 = 155.15mm3106.75 * 51由手册取 m=4 d1 = 40蜗杆导程角 = = 11.31蜗杆分度圆直径 d1 = 40mm 涡轮分度圆直径 d 2 = mz2 = 4 *51 = 204mm涡轮变位系数 x=

22、+0 . 75涡轮圆周速度 v2pd n=2 260 *103= 3.14 * 204 * 52.94 = 0.56m / s60000传动中心距 a = 0.5*(d1 + d 2 + 2xm) = 0.5 *(40 + 204 + 2 * 0.75 * 4) = 125mm2.2.2 验算涡轮齿根弯曲疲劳强度按 z2 = i0 * z1 = 2 * 25.5 = 51查手册的涡轮齿形系数 YFa2= 2.15查手册得式 8= 1.53KT2 cos= Y= 1.85MPa 8 合格Fd1 d2 mFa 2F8 H =14783d2 KT2 = 49.46MPa 8 Hd1合格 2.2.3

23、涡轮蜗杆主要几何尺寸蜗杆直径系数 q = 10mm 涡轮蜗杆的齿顶高 涡轮蜗杆的齿根高 h= m = 4mma1ah= (1+ x)m = 7mm2fh= 1.2m = 4.8mm12h f = (1.2 - x)m = 1.8mm涡轮蜗杆齿 顶圆直径 d= (q + 2) m = 48 mma1a2d= ( z + 2 + 2 x )m = 218 mm2涡轮蜗杆节圆直径, = (q + 2x)m = 46mmd1,涡轮蜗杆齿根园直径 d 2 = d 2 = 204mmfd= (q - 2.4)m = 30.4mm1f2d= ( z + 2x - 2.4)m = 200.4mm2蜗杆轴向齿距

24、 Px = pm = 12.56mm蜗杆沿分度圆柱上的轴向齿厚 s1 = 0.5pm = 6.28mm蜗杆沿分度圆柱上的法向齿厚 s= s cos = = 6.15mmn11涡轮轮缘宽度 b = 0.7da1= 34mm涡轮齿顶圆弧半径 r= 0.5daf21+ 0.2m = 16mm涡轮齿根圆弧半径 r= 0.5daf21+ 0.2m = 24.8mm蜗杆螺旋部分长度 L = (12 + 0.1z2 )m + 35 = 105mm2.2.4 热平衡计算pd nv =1 1 = 2.826m / s160 *103滑动速度 vs =v1= 2.88m / scos =根据滑动速度查手册得当量摩

25、擦角为 v传动效率 h = 0.955tan = 0.85tan(= + v )= 1.4 取油的允许温度为 t = 80 c ，环境空气温度为 t条件散热系数为 = 20 c ，按自然 通风 2Kd = 16w / cm c散热面积 A 1000P1 (1-h) = 0.0172m2Kd (t - t0 )2.2.5 蜗杆的结构设计蜗杆轴的刚度计算 将蜗杆螺旋部分看做是以齿根圆直径为直径的轴来校核蜗杆轴 的弯曲刚度 ， 具有最大弯曲挠度可近似按下式计算 rtF 2 + F 2y =11 L y48EI蜗杆两支撑间的距离 L = 0.9d 2 = 0.9 * 204 = 183.6mm蜗杆危险

26、截面的惯性矩 I = pd f1p * 30.44=41924.15mm 446464蜗杆所受的圆周力 F = 2T1 = 2 * 770.3 = 38.515Nd1t140蜗杆所受的径向力 F = 2 *T2 tan 20 = 2 *16940 tan 20 = 60.45Nd45 钢 取 E=201 r1220422y =3 38.515 + 60.45 *183.6 = 0.0011mm201* 48 * 41924.15 *103d y =1 =1000401000= 0.04mmy S11 紧 2 松A1 = 176.53N A2 = 10.45NA1 = 176.53 = 14.2

27、7 e R112.37A2 = 10.45 = 0.22 e R248.08按轴承 1 校核 查表得 x = 0.4Y = 1.6f d = 1fm = 1.5f t = 1则 P =f d fm ( xR1 + YA1 ) = 1*1.5 * (0.4 *12.371 +1.6 *176.53) = 431.1061061010 f cL( t r ) 3 10 1 * 23200 3h10h =60nP=(60 *1350)431.1= 7264643L10h= 300 *10 *16 = 480000 L10h安全2.2.8 涡轮轴的计算与校核该轴传动中小功率，无特殊要求，选用 45 优

28、质碳素钢调质处理，其机械 性 能 查 表 得8 B = 637MPa8 s = 353MPa8 -1 = 353MPat -1 = 155MPajl 8= 0.2jl t= 0.18b -1 = 60MPa初按扭转强度初步计算轴径 p0.0939d = A0 3 = 110 * 3= 13.32mm取d min = 30mmn52.94tdF = 2T222= 2 *16940204= 166.08NrdF = 2 * T222tan 20= 2 *16940204tan 20= 60.45NFa =2T1d1= 2 * 770.3 40= 38.515NFq =2T2120= 2 * 169

29、40 120= 282.33N计算支撑反力如下： aRH水平面支撑反力= 67 * Ft 2 + Fq (81 + 2 * 67) = 536.06N13481R- 148FRbH=aHt = 87.63N 215垂直面支撑反力d 267F r 2+FaaR=2v134= 59.54N水平弯矩图93FbR=v-Far11134* d 22= 67 * 60.45 - 38.515 *102 134= 1.00NM H 1 = 81Fq M H 2 = 148Fq垂直弯矩图= 81* 282.33 = 22868.73N mm= 148 * 282.33 = 41784.84N mmvaM= 67R v= 67 * 59.54 = 3989.18N mmbvM= 67R v= 67 *1 = 67N mm合成弯矩图M2 + M2H 2v141784.842 + 3989.182M1 =M2 + MH 22v 21 M 2 = 41974.83N mm41748.842 + 672= 41748.89N mm