機械設計綜合課程設計計算說明書機械設計課程設計計算說明書 設計題目：加熱爐裝料機 院系：宇航學院111513班 設計者：石慶利（11151069） 指導老師：李繼婷2014年6月5日北京航空航天大學目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、設計任務書： 設計計算依據和過程計算結果一、設計任務書：設計題目：加熱爐裝料機設計背景：題目簡述：裝料機用于向加熱爐內送料，由電動機驅動，室內工作，通過傳動裝置使裝料機推桿作往復移動，將物料送入加熱爐內。使用狀況：生產批量為5臺；動力源為三相交流電380/220V，電機單向轉動，載荷較平穩；使用期限為10年，每年工作300天，每天工作16小時；檢修期為三年大修。生產狀況：生產廠具有加工7、8級精度齒輪、蝸輪的能力。設計參數：推桿行程290mm，推桿所需推力6200N，推桿工作周期3.7s。設計任務：（1）設計總體傳動方案，畫出總體機構簡圖，完成總體方案論證報告。（2）設計主要傳動裝置，完成主要傳動裝置的裝配圖（A0）。（3）設計主要零件，完成兩張零件工作圖（A3）。（4）編寫設計說明書。二、機械裝置整體方案設計： 機械裝置通常由原動件、傳動部分和執行機構組成。機械裝置總體設計任務是你定執行機構和傳動方案，選定原動機的類型和具體型號，確定傳動部分的總傳動比，合理分配各級傳動比，計算傳動機構和執行機構的運動及動力參數，為傳動機構和執行機構的設計提供依據。執行機構設計： 本設計要使從動件最終執行直線的往復移動，需要最終實現由原動件輸出的旋轉運動轉換為往復運動，且無須考慮是否等速，是否有急回特性，因此為了完成此任務選擇最為簡單的連桿機構即可。本設計采用一個六桿機構作為執行機構。設計過程示意圖如下（已保留作圖痕跡）：圖SEQ圖\*ARABIC1執行機構設計圖電動機選擇推桿行程S=300mm，已知極位夾角θ=120°，則推桿工作時間t由推程可得推桿工作速度：v=st=推桿工作功率P現在計算工作效率：從原動件到滑塊共經過有聯軸器（兩個）、球軸承（三對）、蝸桿蝸輪傳動、齒輪傳動以及一系列轉動副和滑動副。傳動總效率η所需電機功率P電動機額定功率Ped≥選取Y112M-6型電動機Ped=工作機主軸轉速nw=604.3r/min=13.95r/min，傳動比i=n分配傳動比總傳動比（減速器傳動比）i各級傳動比減速器高速級蝸桿-渦輪傳動比為：i運動和動力參數計算0軸（電動機軸）： P n T1軸（高速軸）： P n T2軸（中間軸）： P n T3軸（低速軸）： P n T4：滑塊 P軸名功率P/kW轉矩T/Nm轉速n/(r/min)傳動比i效率η輸入輸出輸入輸出電動機軸2.3823.6896010.991軸2.3632.33923.5123.279604.9440.962軸1.8721.853428.19423.9141.743.8030.963軸1.8251.8071249.31236.513.95表SEQ表\*ARABIC14. 運動和動力參數計算結果三、主要零部件的設計計算傳動零件的設計及校核圖SEQ圖\*ARABIC2傳動零件結構示意圖高速級蝸桿-蝸輪傳動設計選擇材料和精度等級考慮轉速不很高，傳動尺寸無嚴格限制，批量較小，選用ZA型蝸桿傳動，蝸桿用45鋼，淬火處理，硬度HRC=45~50，蝸輪輪緣用ZCuSn10P1，砂模鑄造。同側齒面精度等級選8級精度。確定蝸桿、蝸輪齒數傳動比i=23，參考表3-4，取z蝸輪轉速為n確定蝸輪的許用接觸應力蝸輪的材料為錫青銅，計算公式為：σHP=σHP'ZvsZN，由表3-10得σHP'=200MPa，參考圖3-8出谷滑動速度vs=3.3m/s，浸油潤滑，由圖σHP接觸強度計算載荷系數K=1.05，有表3-8故去我干的傳動效率η=0.8，則蝸輪的轉矩為T2=428.2N?m，m2d1≥15000σHP主要尺寸計算:蝸輪分度圓直徑為d蝸桿導程角tan蝸輪齒寬（表3-5）為：b傳動中心距為：a=0.5計算蝸輪圓周速度和傳動效率蝸輪圓周速度v齒面相對滑動速度為：v由表3-7差出當量摩擦角ρeη1=tanγtan校核接觸強度蝸輪轉矩為T由表3-12可查彈性系數為ZE=155，由表3-13由于v2=0.63m/s<3m/s，取KσH輪齒彎曲強度校核確定許用彎曲應力為：σ由表3-10查σFP由圖3-11查YN=蝸輪復合齒形系數計算：Y蝸輪當量齒數z蝸輪不變位，查圖2-20和2-21得：YFaYFS=YFaYSaσF蝸桿軸剛度驗算蝸桿所受圓周力為：F徑向力Fr1=蝸桿危險截面慣性矩為：I=許用最大變形為：y蝸桿軸變形為：y1=Fη=0.82，導熱率K=15W/(m2?℃A=0.33(a100)1.73低速級齒輪傳動設計選擇材料和精度等級考慮轉速不很高，傳動尺寸無嚴格限制，批量較小，故小齒輪用40Cr，調質處理，硬度HB=241~286，平均取為260HB，大齒輪用45鋼，調質處理，硬度HB=229~286，平均取為240HB。同側齒面精度等級選8級精度。初步估算小齒輪直徑d1因采用閉式軟齒面傳動，按齒面接觸強度初步估算小齒輪分度圓直徑。查附錄B中表B-1，初取β=13°，查得Ad=756，K=1.4，轉矩T由表2-14取齒寬系數ψd=1.2，由圖2-24查得接觸疲勞極限σHlimσσ由附錄B中式（B-2）得：d初取d1=105mm。確定基本參數校核圓周速度v和精度等級：v查表2-1，取8級精度合理。初取齒數為z1=34確定模數為mt=d1/z確定螺旋角β為：β小齒輪直徑為d大齒輪直徑為d初步齒寬為b校核傳動比誤差：i=z2z1校核齒面接觸疲勞強度由式σH=eq\o\ac(○,1)計算齒面接觸應力σH。節點區域系數ZH由圖2-18查得，非變位斜齒輪Z彈性系數ZE由表2-15查得，Z重合度系數Zε的計算公式由端面重合度εα和縱向重合度εβ確定端面重合度為ε 由表2-5可得ααα由于無變位，端面嚙合角αt'=縱向重合度為ε因為εβ>1，故螺旋角系數ZβZ使用系數KA由表2-7查得KA=1.25；動載荷系數KV齒間載荷分配系數KHα查表2-8FKcosK齒向載荷分布系數KHβ查表2-9。其中：非對稱支承，調質齒輪精度等級8K=1.17+0.16×齒面接觸應力為：σeq\o\ac(○,2)計算許用接觸應力σHP。由式σ計算許用接觸應力σHP。其中，接觸強度壽命系數ZNT由圖2-27查得ZNT1應力循環次數為：NN齒面工作硬化系數ZW1Z接觸強度尺寸系數ZX由表2-18查得Z潤滑油膜影響系數為Z接觸最小安全系數SHlim查表2-17（一般可靠度），取SHlimσσeq\o\ac(○,3)驗算：σH=608MPa<σHP2=762.0MPa（取σHP1和σHP2中較小的確定傳動主要尺寸中心距為a圓整取a=210由公式a=可求得精確的螺旋角為β端面模數為：m小齒輪直徑：d大齒輪直徑：d齒寬b為：b=126mm小齒輪當量齒數為 z小齒輪當量齒數為 z齒根彎曲疲勞強度驗算由式σF=eq\o\ac(○,1)計算齒根彎曲應力。使用系數KA、動載荷系數KV及齒間載荷分配系數KFα分別為KA=1.25，KV=齒向載荷分布系數KFβ由圖2-9查得Kb/h齒形系數YFa由圖2-20(非變位)查得YFa1=2.42，YFa2=2.24；應力修正系數Y重合度系數YεY螺旋角系數Yβ由圖2-22查得Y齒根彎曲應力為σ=σ=eq\o\ac(○,2)計算許用彎曲應力。σ實驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限σFlim由圖σFlim1彎曲強度最小安全系數SFmin由表2-17查得S彎曲強度尺寸系數YX由圖2-33查得Y彎曲強度壽命系數YNT，由圖2-32（應力循環次數確定同接觸疲勞強度校核）查得YNT1=0.92，YNT2相對齒根圓角敏感及表面狀況系數為Y許用齒根應力為σσeq\o\ac(○,3)彎曲疲勞強度的校核：σσ合格。靜強度校核因傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核。軸的設計與校核蝸桿軸（高速軸）設計與校核選材料，熱處理方式：45鋼正火，硬度HB=170~217查表得45鋼取C=106，d≥C3Pn=106×32.363960mm=14.3mm，根據與聯軸器端連接的尺寸，按聯軸器標準系列，選擇GY4J初定軸的結構：將支撐布置成一端固定一端游動式結構，軸承初選7208AC。軸空間受力：T1=23.51N?m，Ft1Fa1=2空間受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC3蝸桿軸空間受力圖計算支反力：垂直面（YZ平面）支反力及彎矩計算如下：FFM'M''水平面（XY平面）支反力及彎矩計算如下：FM垂直面、水平面受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC4蝸桿軸垂直面、水平面受力圖垂直面、水平面彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC5蝸桿軸垂直面、水平面彎矩圖計算并繪制彎矩圖：M'M''圖SEQ圖\*ARABIC6蝸桿軸合成彎矩圖計算并繪制轉矩圖：T1圖SEQ圖\*ARABIC7蝸桿軸轉矩圖對于不變轉矩α=[σ-1b]σ由公式Me=MM當量彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC8蝸桿軸當量彎矩圖σb=軸的整體設計如下圖所示：圖圖SEQ圖\*ARABIC9蝸桿軸整體結構設計小齒輪軸（中間軸）設計與校核選材料，熱處理方式：40Cr調質，硬度HB=241~286查表得40Cr取C=104，d≥C3Pn初定軸的結構：將支撐布置成兩端固定式結構，軸承初選7211AC。軸空間受力計算：Fa2=FFF軸的空間受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC10小齒輪軸空間受力圖計算支反力：垂直面、水平面支反力計算簡圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC11垂直面、水平面受力圖FFFF計算彎矩并繪制彎矩圖：M'M'M''M'M''M'M'M''M'M''垂直面、水平面及合成后彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC12小齒輪軸垂直面、水平面彎矩圖圖SEQ圖\*ARABIC13小齒輪軸彎矩合成圖計算并繪制轉矩圖：T1圖SEQ圖\*ARABIC14小齒輪軸轉矩圖對于不變轉矩α=[σ-1b]σ由公式Me=MM當量彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC15小齒輪軸當量彎矩圖σbc=軸的整體設計如下圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC16小齒輪軸整體結構設計圖大齒輪軸（低速軸）設計與校核選材料，熱處理方式：45鋼，調質處理，硬度HB=217~255查表得45鋼取C=106，d≥C3Pn初定軸的結構：將支撐布置成兩端固定式結構，軸承初選7213AC。軸空間受力計算：F軸空間受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC17大齒輪軸空間受力圖計算支反力：垂直面、水平面支反力計算簡圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC18大齒輪軸垂直面、水平面受力圖FFF計算彎矩并繪制彎矩圖：M'M'M''M'M''圖SEQ圖\*ARABIC19大齒輪軸彎矩圖計算并繪制轉矩圖：T3圖SEQ圖\*ARABIC20大齒輪軸轉矩圖對于不變轉矩α=[σ-1b]σ由公式Me=M2M圖SEQ圖\*ARABIC21大齒輪軸當量彎矩圖σbc=軸的整體設計如下圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC22大齒輪軸整體結構設計圖軸承的壽命校核蝸桿軸軸承壽命校核工作時間：FrAV=273.31N，FFrBV=840N，FFFsB-FF當量動載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿足使用壽命要求。靜強度校核：P'S極限轉速：nα=n=0.97×0.91×7500r/min=6620r/min>960r/min蝸輪-小齒輪軸軸承壽命校核工作時間：FrAV=5630.66N，FFrBV=1637.55N，FFFFsB+FF當量動載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿足使用壽命要求。靜強度校核：P'S極限轉速：nα=n=0.92×0.99×4500r/min>41.74r/min大齒輪軸軸承壽命校核工作時間：FrAV=5587.8N，FFrBV=2793.9N，FFFsB-FF當量動載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿足使用壽命要求。靜強度校核：ABS極限轉速：nα=n=0.97×0.99×4300r/min>13.95r/min鍵的選取及校核高速軸聯軸器鍵確定鍵的類型及尺寸軸徑30mm，圓頭普通平鍵：b×h-標記為：鍵A8校核強度轉矩T=23510N?mm；鍵接觸長度l'=l-b=50-8=42mm；軸徑d=30mm；σ則鍵的擠壓強度滿足要求。中間軸蝸輪鍵確定鍵的類型及尺寸軸徑70mm，輪轂長度84mm，圓頭普通平鍵：b×h-標記為：鍵20×70GB/T1096校核強度轉矩T=443300N?mm；鍵接觸長度l'=l-b=70-20=50mm；軸徑d=46mm；許用擠壓應力σ則鍵的擠壓強度滿足要求。低速軸大齒輪鍵確定鍵的類型及尺寸軸徑84mm，輪轂長度124mm圓頭普通平鍵：b×h-標記為：鍵16×70GB/T1096校核強度轉矩T=1249000N?mm；鍵接觸長度l'=l-b=110-22=88mm；軸徑d=84mm；許用擠壓應力σ則鍵的擠壓強度滿足要求。低速軸外伸鍵確定鍵的類型及尺寸軸徑55mm，圓頭普通平鍵：b×h-標記為：鍵16×63GB/T1096校核強度轉矩T=1249N?m；鍵接觸長度l'=l-b=63-16=47mmσ鍵的擠壓強度不滿足要求，故需要調整，現將其改為雙鍵，呈180°分布，則：σ現在鍵的擠壓強度滿足要求。

四、減速器箱體及附件設計減速器箱體設計計算：計算項目計算內容計算結果箱座壁厚箱蓋壁厚箱座突緣壁厚箱蓋突緣壁厚箱座底突緣壁厚地角螺栓直徑地角螺栓數目軸承旁連接螺釘直徑螺栓至外箱壁距離螺栓至凸緣邊距離沉頭座直徑軸承旁凸臺半徑箱蓋與箱座連接螺栓直徑窺視孔蓋螺釘直徑定位銷直徑大齒輪頂圓與內壁距離齒輪端面與內壁距離機蓋肋厚機座肋厚δ=δb=1.5bbdndccDRddd=(0.7~0.8)??mm≈0.85δ取δ=10mm取δ取b=15mm取b取b取d取n=6取d取c取c取D取R取d取d取d=8mm取?取?取m取m=8mm附件的設計通氣器的設計通氣器結構及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC23通氣器結構及尺寸示意圖外六角螺塞設計外六角螺塞的結構及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC24外六角螺塞結構及尺寸示意圖桿式游標設計桿式游標的結構及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC25桿式油標結構及尺寸示意圖啟蓋螺釘設計啟蓋螺釘的結構及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC26啟蓋螺釘結構及尺寸示意圖軸承端蓋設計軸承端蓋比較多，下圖列出軸承端蓋的尺寸標準：(mm)圖SEQ圖\*ARABIC27軸承端蓋結構及尺寸示意圖dDDe=1.2dmDDD軸承外徑D螺釘螺釘數45~656470~10084110~140106150~23012~166表SEQ表\*ARABIC2軸承端蓋尺寸標準表共使用四種軸承端蓋，下表為各軸承端蓋尺寸：（mm）序號4112031軸承外徑D螺釘直徑螺釘數dDDemDDD1201001208010810864641191191451201451001