机械原理课程设计设计加热炉推料机传动装置

1、机械设计课程设计计算说明书设计题目：设计加热炉推料机传动装置 专 业： 机械设计制造及其自动化 班级： 设 计 者： 组 员： 指导教师： 2012年6月15日前言机械设计课程设计是机械设计课程最后一个环节，同时也是一次对我们进行全面的机械设计训练。它的目的在于：一 、综合运用机械课程和其他相关课程的理论以及生产实践的知识去分析和解决机械设计问题，并使所学知识得到进一步巩固和深化；二、 学习机械设计的一般方法，了解掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计过程和开展方式，培养正确的设计思想、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件设计的能力；三 、通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册。

2、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本技能。本文主要内容是蜗轮减速器的运用和计算，在设计计算中运用到了机械设计基础、机械制图、工程力学、公差与互换性等多门课程知识，并运用AUTOCAD、PROE软件进行绘图，因此是一个非常重要的综合实践环节,也是一次全面的、 规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养。主要体现在如下几个方面：（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握

3、了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。目录一、课程设计任务书- 3 -传动方案拟定- 4 -三、电动机选择,传动系统的运动和动力参数计算- 5 -3.1类型和结构形式的选择- 5 -3.2功率的确定- 5 -3.2.1电动机的功率选择- 6 -3.2.2电动机转速的选择- 7 -3.3传动比分配- 7 -3.4动力运动参数计算- 7 -四、传动零件的计算

4、- 8 -4.1蜗轮蜗杆计算：- 9 -4.2圆柱蜗杆传动的受力分析- 10 -4.3圆柱蜗杆传动强度计算和刚度验算- 11 -五、轴的设计计算- 11 -5.1蜗杆轴的设计- 11 -5.1.1 选择蜗杆轴的材料- 11 -5.1.2初算蜗杆轴的最小轴径- 12 -5.1.3轴的结构设计- 12 -5.1.4轴的强度校核- 12 -5.2蜗轮轴的设计- 14 -5.2.1选择蜗轮轴的材料- 14 -5.2.2初算蜗轮轴的最小轴径- 14 -5.2.3蜗轮轴的校核- 15 -六、键连接的选择和计算- 16 -6.1选择键联接的类型和尺寸- 16 -6.2 校核键联接的强度- 17 -七、轴承的

5、选择和计算- 17 -7.1计算轴承的受力- 18 -7.1.1计算轴承所承受的径向载荷- 18 -7.1.2计算轴承的当量动载荷- 18 -7.1.3计算轴承寿命- 19 -八、联轴器的选择- 19 -1、联轴器类型的选择- 19 -2、联轴器型号、尺寸的确定- 19 -九、箱体的设计计算- 21 -9.1箱体的结构形式和材料- 21 -9.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系- 21 -十、润滑和密封设计- 22 -10.1润滑方式- 22 -10.2密封设计- 23 -设计小结- 23 -参考文献- 24 -一、课程设计任务书1、课题题目：设计加热炉推料机传动装置。2、工作条件：连续单向运转，工

6、作时有轻微振动，使用期10年（每年300个工作日），小批量生产，一班制工作，输出机大齿轮允许误差为。3、传动简图：如下图加热炉推料机传动简图4、加热炉推料机设计参数：题 号3-D大齿轮传递的功率P/KW1.3大齿轮的转速n/(r/min) 32传动方案拟定传动简图的设计和拟定是设计机器的第一步，其好坏关系到总体设计的成败或优劣。因此，拟定机器的传动简图时，应从多方面考虑，首先应对设计任务（如原动机类型及特性、工作机构的职能与运动性质，传动系统的类型及各类传动的特性、生产和使用等）作充分的了解，然后根据各类传动的特点，考虑受力、尺寸大小、制造、经济、使用和维修方便等要求。本课程设计将设计一个加热

7、炉推料机传动装置，且设计任务中已给定传动简图如下图（1）：图（1）传动简图中的机器工作过程可简化如下图（2）图（2）结合图（1）、图（2）分析可知该设计方案以电动机作为原动机，以蜗轮减速器、大齿轮、摇杆作为传动装置，以滑块作为工作机，从而对加热炉推料。下面简要分析该传动方案的优缺点。优点：（1）、使用蜗轮蜗杆减速器，使机构的结构紧凑，尺寸小，传动平稳，无噪声，可构成自锁机构，防止机构反向运动。（2）蜗杆布置在了高速级。蜗杆多用于传动比很大、传动功率不太大的情况下。因其承载能力比齿轮传动低，故应布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸。蜗杆传动的速度高一些，啮合的齿面间易于形成油膜，也有利于

8、提高承载能力及效率。（3）该方案结构简单，各机构的连接紧凑。缺点：蜗轮蜗杆减速器传递效率低，传递功率不宜过多，中高速传动时蜗轮蜗杆需要造价贵的锡青铜制造，制造精度高，刀具费用高，增加了成本。综上所述，设计任务书中给定的传动方案合理。三、电动机选择,传动系统的运动和动力参数计算选择电动机是一项专门性的技术工作，要合理选取电动机，就必须対电动机的特性做分析，对其发热，起动力矩、最大力矩等进行核算。而在做机械设计课程设计时，只要根据工作的输出功率选择电动机。3.1类型和结构形式的选择三相交流异步电动机的结构简单，价格低廉、维护方便、可直接接于三相交流电网中，因此在工业上应用最为广泛，设计时应优先选用

9、。Y系列电动机是一般用途的全封闭自风扇冷式三相异步电动机，具有效率高、性能好、噪声低、振动小等优点，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。在经常起动、制动和反转的工作场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用YZR和YZ系类电动机。3.2功率的确定电动机的容量（功率）选择是否合适，対电动机的工作和经济性都有影响，电动机的容量主要由电动机运行时的发热条件决定，而发热又与工作情况有关。电动机的额定功率等于或略大于所需电动机的功率，在手册中选取相应的电动机型号。电动机的功率计算如下：已知传动方案中：大齿轮

10、的传递功率：P =1.3 kW 大齿轮轴的转速：n=32r/mim 减速器传动比为：按照设计要求以及工作条件先用三相鼠笼异步电动机，Y系列，额定电压380V。3.2.1电动机的功率选择设：1闭式蜗轮转动效率其中：1=2×3×4 2:啮合摩擦损耗 3:轴承摩擦损耗4:溅油损耗效率：普通圆柱蜗杆分度圆柱上的导程角：当量摩擦角，其值可根据滑动速度查表选取 （直径系数q =11.20）所以=5.10184 º滑动速度（单位为m/s）可得：式中：蜗轮分度圆的圆周速度，m/s; :蜗轮分度圆直径，mm ：蜗杆的转速，经计算=r/min，。查表可得：所以其中一般取3×

11、4=0.950.96 所以：1=2×3×40.955联轴器效率，5=0.996对滚动轴承的效率，6=0.987齿轮的传动效率，7=0.98w工作机效率，w=0.96从而得到传动系统的总效率:=16³7w =0.96×0.98×0.98³×0.96=0.85根据已知条件得知大齿轮所需有效功率Pw=1.3则电动机所需提供的功率为：3.2.2电动机转速的选择根据已知条件得知 r/mim： r/mim查机械零件设计手册得 Ped = 2.2 kw电动机选用 Y100L1 = 1430 r/min3.3传动比分配 工作机的转速 r/m

12、im 3.4动力运动参数计算 功率转矩: =11.47(Nm) 四、传动零件的计算（图3）普通圆柱蜗杆传动的基本几何尺寸（图4）  普通圆柱蜗杆传动4.1蜗轮蜗杆计算：通过查询机械设计手册 第3卷查询以及实际测量可知：中心距 a=63模数 m=2.5 蜗杆的头数 =1 蜗轮的齿数 =38 传动比 i=38齿形角 蜗杆直径系数q=11.20 一般顶隙系数 =0.2蜗杆分度圆=qm=11.2×2.5=28 蜗轮分度圆=m×=2.5×38=95蜗轮变位系数顶隙蜗杆分度圆柱导程角 蜗杆节圆柱导程角蜗杆齿顶高蜗轮齿顶高蜗杆齿根高蜗轮齿根高蜗杆节圆直径蜗轮节圆直径蜗

13、杆齿顶圆直径蜗轮喉圆直径：=+=95+2×4=103蜗杆齿根圆直径：=-=28-2×3=22蜗轮齿根圆直径：=-=95-2×1.5=92蜗杆轴向齿距：=m=7.85 杆齿厚：=0.5m=3.925杆法向齿厚：=cosr 杆分度圆法向弦齿角=m=2.5蜗轮最大外圆直径：+2m=103+2×2.5=108蜗轮轮缘宽度：=（0.67-0.75）=0.75×33=24.75蜗轮咽喉母圆半径：=a-=63-×103=11.5轮齿根圆弧半径：=0.5+0.2m=0.5×33+0.2×2.5=17蜗杆分度圆柱导程角=5.1018

14、4°tanr=0.08928 4.2圆柱蜗杆传动的受力分析 蜗杆圆周力 蜗轮轴向力 为：蜗杆轴向力 蜗轮轴向力 为：=791.03/tan=791.03/0.089=8887.98N蜗杆径向力 蜗轮径向力 (=20º)法向力：4.3圆柱蜗杆传动强度计算和刚度验算接触强度设计公式：，其中K-为载荷系数，,查机械设计可知，载荷分布不均系数；使用系数；动载荷系数；故K=1.21。许用接触应力，N/mm²,对于青铜蜗轮，查机械设计手册可知=200，=,0.87，=0.8，则=139.2（N/mm²）则=139.2，故满足要求。弯曲强度校核：查机械设计手册可知，只

15、是当>80100时，才进行弯曲强度校核，而蜗轮=38，故无需进行蜗轮弯曲强度校核。刚度验算公式：式中蜗杆中央部分挠度，经计算=0.046，故满足刚度要求。五、轴的设计计算5.1蜗杆轴的设计5.1.1 选择蜗杆轴的材料 因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45钢，调制处理。5.1.2初算蜗杆轴的最小轴径由已知条件：计算得蜗杆轴的功率为=5=1.5294×0.99=1.5141kW,转速为=1216r/min，查机械设计表15-3知值在103126之间，取=110,所以蜗杆轴的最小直径为 mm，由于轴上有一个键槽，故取=11.834×1.

16、05=12.4 mm。5.1.3轴的结构设计由于蜗杆直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做成蜗杆轴，根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，设计为阶梯轴。5.1.4轴的强度校核蜗杆轴受力：轴向力： =791.03/tan=791.03/0.089=8887.98N径向力： (=20º)圆周力： 结合输入轴的最小轴径，蜗杆轴的转矩及电动机轴的尺寸选择LX2型弹性柱销联轴器。查表得，许用转速n=6300r/min，许用转矩T=560Nm，轴孔直径d=36mm，选择轴孔的长度为62mm。圆周力径向力以及轴向力的作用方向如图所示：蜗杆轴的受力如图（5）所示：（图5）蜗杆

17、轴受力图在竖直面上， 在水平面上：画弯矩图：水平面上A-A剖面处，竖直面上A-A剖面左侧，A-A剖面右侧，合成弯矩A-A剖面右侧，A-A剖面左侧，蜗杆左端与轴的连接处：弯矩图如图5：对于单向传动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数A-A剖面左侧，因弯矩大，有转矩，需校核，其当量弯矩为蜗杆左端与轴的连接处，轴径较小，又有转矩，其当量弯矩为：对于45钢，查表得，由公式故蜗杆轴的强度满足。5.2蜗轮轴的设计5.2.1选择蜗轮轴的材料因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，考虑到经济性选用常用材料45钢，调制处理。5.2.2初算蜗轮轴的最小轴径已知蜗轮轴的输入功率为1.272kW,转速为5

18、2.22r/min，查表知C值在106126之间，取=120,所以输入轴的最小轴径为,由于轴上有1个键槽，故取5.2.3蜗轮轴的校核蜗轮轴受力如下图所示：蜗轮轴受力轴向力 径向力 圆周力 =791.03/tan=791.03/0.089=8887.98N在竖直面上，负号表示实际方向与假设方向相反。在水平面上，画弯矩图见图（6）水平面上C-C剖面处，竖直面上C-C剖面左侧，C-C剖面右侧，合成弯矩C-C剖面右侧，C-C剖面左侧，弯矩图如图（6）。C-C剖面左侧，因弯矩大，有转矩，还有键槽引起的应力集中，故只需校核C-C剖面左侧。对于调制处理的45钢，查表得材料的等效系数查表得，许用安全系数S=1

19、.31.5，显然S>S，故C-C剖面安全。六、键连接的选择和计算6.1选择键联接的类型和尺寸本设计中有三处要求使用键联接，一处为减速器输入轴（蜗杆）的联轴器处，设置在蜗杆上的键标此处为键1此处轴的直径d1=24mm。一处是减速器输出轴（蜗轮轴）的联轴器处，设置在蜗轮轴上的键标此处为键2此处轴的直径d2=24mm。另一处是蜗轮与蜗轮轴的联接，标记此处的键为键3此处轴的直径d3=34mm。一般7级以上的精度要有定心精度的要求，所以选择用平键联接，由于只是联接的是两根轴，故选用单圆头普通平键（C）型。而键3的蜗轮在轴的中间，所以也选择平头普通平键（B）型。根据以上的数据，从文献2表4-1中查得

20、键1,2的截面尺寸为：宽度b=8mm，高度h=7mm。由联轴器的标准并参考键的长度系列，可以确定取此键的长度L=40mm。查得键3的截面尺寸为：宽度b=10mm，高度h=8mm。由轮毂的宽度并参考键的长度系列，取该键的键长L=22mm。三处键：1 键 8×402 键 8×403 键 10×226.2 校核键联接的强度键1,2处键、轴和联轴器的材料是钢和铸铁，且属于静联接由文献8的表6-2查得许用挤压应力为p=120-150MPa,取其平均值，p=135MPa。键的工作长度为L=L-b=40mm-8mm=32mm，键与轮毂的键槽的接触高度为k=0.5h=0.5

21、15;8mm=4mm。由文献1的式6-1可得可见联接的挤压强度满足，即该键可以正常工作。键3处键规格比键2大，且受载相同，不必校核。自此减速器中的所有的键均以校核完毕，所有的键均满足使用要求。= <1、2键合适= <3键合适所有的键均满足使用七、轴承的选择和计算本设计中有两处使用到了轴承，一处是在蜗杆轴，已知此处轴径d=30mm，所以选内径为30mm的轴承，在机械设计课程设计手册中选择圆锥滚子轴承；查表6-7，选择型号为30206的轴承，右端采用两个串联。另一处是在蜗轮轴；已知次此处轴径为d=30mm，所以选内径为30mm的轴承，选择深沟球轴承；查表可得，选择型号为6026的轴承。

22、7.1计算轴承的受力7.1.1计算轴承所承受的径向载荷由前面计算可知蜗杆圆周力 蜗轮轴向力 为：蜗杆圆周力 蜗轮轴向力 为：=791.03/tan=791.03/0.089=8887.98N蜗杆径向力 蜗轮径向力 (=20º)法向力：蜗杆轴承所承受的径向载荷计算轴承接触时的派生轴向力， 查轴承手册可知轴承30206, Y=1.6,e=0.37,则7.1.2计算轴承的当量动载荷由于载荷平稳，取查轴承手册可知当量动载荷所以7.1.3计算轴承寿命 根据机械设计基础式（16-1）两个轴承串联减速器使用寿命24000h，所以蜗杆轴右端选用轴承串联，两轴承都合适。同以上计算，可算出蜗轮处的深沟球

23、轴承也可以使用超过10年的寿命。所以这两种轴承的选用合适。八、联轴器的选择常用联轴器大多已标准化或规格化，一般情况下只需正确选择联轴器的类型、确定联轴器的型号及尺寸。必要时，可对其易损的薄弱环节进行负荷能力的校核计算，转速高时，还应验算其外缘的离心应力和弹性元件的变形，进行平衡检验等。1、联轴器类型的选择选择联轴器类型时，应考虑：(1)所需传递转矩的大小和性质，对缓冲、减振功能的要求以及是否可能发生共振等。(2)由制造和装配误差、轴受载和热膨胀变形以及部件之间的相对运动等引起两轴轴线的相对位移程度。(3)许用的外形尺寸和安装方法，为了便于装配、调整和维修所必需的操作空间。对于大型的联轴器，应能

24、在轴不需作轴向移动的条件下实现装拆。此外，还应考虑工作环境、使用寿命以及润滑和密封和经济性等条件，再参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。2、联轴器型号、尺寸的确定对于已标准化和系列化的联轴器，选定合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等确定联轴器的型号和结构尺寸。联轴器的计算转矩：Tca=KAT式中：T 为联轴器的名义转矩(N.m)；Tca为联轴器的计算转矩(N.m)；KA为工作情况系数，其值见表10-2(此系数也适用于离合器的选择)。根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面条件，可从有关手册中选取联轴器的型号和结构尺寸。TcaTn式中：T为所选联轴器的许用转矩(N.m)；n为被联接轴的转速

25、(r/min)；为所选联轴器允许的最高转速(r/min)。多数情况下，每一型号的联轴器适用的轴径均有一个范围。标准中已给出轴径的最大与最小值，或者给出适用直径的尺寸系列，被联接的两轴应在此范围之内。一般情况下，被联接的两轴的直径是不同的，两个轴端的形状也可能不同。表10-2工作情况系数KA分类工作情况及举例电动机、汽轮机四缸和四缸以上内燃机双缸内燃机单缸内燃机转矩变化很小，如发电机、小型通风机、小型离心泵1.31.51.82.2转矩变化小，如透平压缩机、木工机床、运输机1.51.72.02.4转矩变化中等，如搅拌机、增压泵、有飞轮的压缩机、冲床1.71.92.22.6转矩变化和冲击载荷中等，如

26、织布机、水泥搅拌机、拖拉机1.92.12.42.8转矩变化和冲击载荷大，如造纸机、挖掘机、起重机、碎石机2.32.52.83.2转矩变化大并有极强烈冲击载荷，如压延机、无飞轮的活塞泵、重型初轧机3.13.33.64.0因为轴的转速较高，启动频繁，载荷有变化，宜选用缓冲性较好，同时具有可移性的弹性套柱销联轴器。计算转矩 查表10-2得：K1.3名义转矩所以： 查手册选用弹性套柱销联轴器,该联轴器的额定扭矩为33，最高转速为2400，符合要求。九、箱体的设计计算9.1箱体的结构形式和材料采用下置剖分式蜗杆减速器（由于V=1m/s4m/s）铸造箱体，材料HT150。9.2铸铁箱体主要结构尺寸和关系

27、名称 减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =10mm 箱盖壁厚1 1=10mm箱座底厚度b2 b2=15mm总长度 a=208mm 总高度 b=218mm总宽度 c=165mm轴承蜗轮轴到底部距离轴承蜗杆轴到底部距离 m1=14mm m2=78mm地脚螺钉直径及数目 df=12mm n=4箱盖，箱座联接螺栓直径 d2=8mm 轴承端盖螺栓直径 d3=5mm 螺栓数目16d2中心至外壁距离 df中心至边缘距离 L2=12 mm Lf=18.75mm,21.25mm轴承端盖外径 D2=90mm 轴承旁联接螺栓距离 S=140mm轴承旁凸台半径 R1=46mm轴承旁凸台高度 H=15.75mm箱盖，箱座筋

28、厚 m2=10mm m3=5mm蜗轮外圆与箱内壁间距离 11.25mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离 26mm十、润滑和密封设计10.1润滑方式减速器传动零件和轴承都需要良好的润滑，其目的是为了减少摩擦、磨损，提高效率，防锈、冷却和散热。1.蜗轮速度=12 m/s,同理蜗杆圆周速度，参考机械设计课程设计可知，选用浸油润滑。传动零件浸油深度推荐值：减速器类型传动零件浸油深度蜗杆减速器蜗杆下置(5.5mm)为蜗杆尺高,即=（4.1255.5）mm,但油面高度不应高于蜗杆轴承下方滚动体中心。齿轮润滑选用150号机械油，最低最高油面距1020mm，需油量为1.5L左右。2.轴承采用润滑脂润滑，选用2L3型润滑脂，用油量以轴承间隙的1/31/2。1