遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 20
課 程 設(shè) 計(jì)
題 目：
加熱爐推料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合
與傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
班 級(jí)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期：
一、設(shè)計(jì)題目
加熱爐推料機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)綜合與傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
二、上交材料
(1) 設(shè)計(jì)圖紙
(2) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
四、進(jìn)度安排(參考)
(1) 熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)，收集相關(guān)資料
(2) 擬定設(shè)計(jì)方案
(3) 繪制圖紙
(4) 編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)
(5) 整理及答辯
五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
成 績(jī)：
指導(dǎo)教師
日 期
摘 要
推料機(jī)是連續(xù)式爐的專用機(jī)械，推料機(jī)布置在加熱爐的進(jìn)料端，用以將工件或料盤(pán)推入加熱爐加熱，其動(dòng)力源可以是電動(dòng)機(jī)，隨著熱處理行業(yè)的發(fā)展，熱處理設(shè)備在機(jī)械行業(yè)產(chǎn)生了越來(lái)越重要的影響，熱處理設(shè)備的設(shè)計(jì)有著較深的意義。本文對(duì)加熱爐推料機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)推料機(jī)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)改造提供了一定的參考。
關(guān)鍵詞：推料機(jī)、加熱爐、傳動(dòng)系統(tǒng)、減速器
Abstract
Pusher machine is a continuous furnace dedicated machines, pusher machines arranged in the furnace feed side of workpiece or material to be pushed into the furnace heating plate, its power source can be electric motors, heat treatment equipment design has a deeper significance.In this paper, furnace pusher machine drive system has been designed, on the pusher machine system design optimization and transformation provide some reference.
Keywords: pusher machine.oven.transmission.speed reducer
目 錄
1電動(dòng)機(jī)的選擇 1
1.1機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率計(jì)算 1
1.2滑塊所需功率 1
1.3電動(dòng)機(jī)功率與選擇 1
2傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 1
2.1分配傳動(dòng)比 1
2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 2
3.1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 3
3.1.1選擇材料及確定許用應(yīng)力 3
3.1.2確定蝸桿，渦輪齒數(shù) 3
3.1.3確定許用接觸應(yīng)力 3
3.1.4基本尺寸確定 3
3.1.5接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4
3.1.6計(jì)算散熱條件 4
3.1.7潤(rùn)滑油選擇 5
3.1.8主要幾何尺寸 5
3.1.9蝸桿軸剛度驗(yàn)算 6
3.2齒輪設(shè)計(jì) 7
3.2.1齒輪材料的選擇 7
3.2.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度初步確定模數(shù) 7
3.2.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 8
3.3四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
4軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算 11
4.1蝸桿軸 11
4.1.1蝸桿軸的最小軸徑估算 11
4.1.2按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸 11
4.1.3計(jì)算支撐反力如圖 12
4.1.4畫(huà)彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及其的合成圖 12
4.2渦輪軸的計(jì)算與校核 13
4.2.1初按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算軸徑 13
4.2.2按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸 13
4.2.3計(jì)算支撐反力如圖 14
4.2.4畫(huà)彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及其的合成圖 14
5軸承選取與校核 16
5.1蝸桿上選用圓錐滾子軸承30211 16
5.2渦輪軸上選用圓錐滾子軸承30209 18
6設(shè)計(jì)體會(huì) 19
1電動(dòng)機(jī)的選擇
1.1機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率計(jì)算
連桿機(jī)構(gòu)：η=0.98
齒輪是開(kāi)式傳動(dòng)，選擇人工周期性加油潤(rùn)滑：η=0.94
渦輪蝸桿選擇雙頭式：η=0.80
軸承：η=0.98
聯(lián)軸器選擇彈性聯(lián)軸器：η=0.992
總傳動(dòng)效率：η=ηηηηη=0.980.940.800.980.980.980.992=0.688
1.2滑塊所需功率
由題目可知，滑塊運(yùn)動(dòng)頻率n=60次/min，則工作周期T=1ｓ，所以：
V=2H/T=360/1=360mm/s=0.36m/s
P=（FV）/1000=0.108kw
1.3電動(dòng)機(jī)功率與選擇
P=P/η=0.108/0.688=0.157kw
查表選用一般用途的Y系列三相異步臥式電機(jī)Y801-4，封閉結(jié)構(gòu)。額定功率P=0.55kw，同步轉(zhuǎn)速n=1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速n=1390r/min.
2傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
2.1分配傳動(dòng)比
大齒輪轉(zhuǎn)速n=1/T=1r/s=60r/min
計(jì)算總傳動(dòng)比：i=n/n=1390/60=23.17
若蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比i=15.5，為則齒輪的傳動(dòng)比取i=1.49，
2.2計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（a）.電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)矩、輸出功率：
（b）.1軸轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)矩、輸入功率：
（c）.2軸轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)矩、輸入功率：
（d）.3軸轉(zhuǎn)速、輸入轉(zhuǎn)矩、輸入功率：
軸的名稱
功率P / kW
轉(zhuǎn)矩T /（N·m）
轉(zhuǎn)速n
（r/min）
傳動(dòng)比i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
電機(jī)軸
0.157
1.08
1390
1
0.9722
1軸
0.153
1.05
1390
15.5
0.784
2軸
0.12
12.76
89.68
1.49
0.9212
3軸
0.11
17.51
60.19
3傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)
3.1.1選擇材料及確定許用應(yīng)力
蝸桿用45鋼，蝸桿螺旋部分表面淬火，齒面硬度45-55HRC。
渦輪齒圈用鑄錫青銅，砂模鑄造，輪芯用鑄鐵HT150，采用齒圈靜配式結(jié)構(gòu)。
3.1.2確定蝸桿，渦輪齒數(shù)
由表8-4-4查得渦輪蝸桿傳動(dòng)比i=15.5，蝸桿頭數(shù)，渦輪齒數(shù)。
3.1.3確定許用接觸應(yīng)力
由圖13-4-10 滑動(dòng)速度
由圖8-4-2
青銅與銅配對(duì)使用，材料彈性系數(shù)。
查圖8-4-4 0.68
許用接觸應(yīng)力
3.1.4基本尺寸確定
由于運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，取
估算傳動(dòng)效率：，
渦輪轉(zhuǎn)矩：
由表8-4-9
查表8-4-2，取
。
蝸桿分度圓直徑，
渦輪分度圓直徑，
查表8-4-4，，
中心距。
3.1.5接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由表8-4-9
幾何參數(shù)已經(jīng)給定，K與T已經(jīng)確定，
，
根據(jù)，
由此得
由于，則K=1.15
3.1.6計(jì)算散熱條件
由式8-4-9，傳動(dòng)中損耗的功率為
由式8-4-10和設(shè)計(jì)要求
自然通風(fēng)狀況良好，取
若減速器散熱的計(jì)算面積A不滿足以上要求，則可以采用強(qiáng)迫冷卻方式或增大散熱計(jì)算面積的方法來(lái)滿足要求。
由表6-1，精度為8級(jí)，齒面粗糙度
3.1.7潤(rùn)滑油選擇
由表8-4-44，，粘度242~198cSt（40），全損耗系統(tǒng)用油牌號(hào)L-AN 220
3.1.8主要幾何尺寸
齒數(shù)Z=2，Z=31
模數(shù)m=8
傳動(dòng)比i=15.5
分度圓直徑d=80mm，d=248mm
蝸桿直徑系數(shù)q=10
渦輪變位系數(shù)x=-0.5
中心距
蝸桿導(dǎo)程角
分度圓上螺旋升角
蝸桿軸面齒形角
阿基米德螺線蝸桿
徑向間隙c=0.2m=0.28=1.6mm
蝸桿渦輪齒頂高h(yuǎn)a=m=8mm，ha=（1+x）m=4mm
蝸桿渦輪齒根高h(yuǎn)f=1.2m=9.6mm，hf=（1.2-x）m=13.6mm
蝸桿渦輪分度圓直徑d=qm=80mm，d=mZ=248mm
蝸桿渦輪節(jié)圓直徑d=（q+2x）m=72mm，d=d=248mm
蝸桿渦輪齒頂圓直徑da=（q+2）m=96mm,da=(Z+2+2x)m=256mm
蝸桿渦輪齒根圓直徑df=（q-2.4）m=60.8mm，df=(Z+2x-2.4)m=220.8mm
蝸桿沿分度圓圓柱上的軸向齒厚s=0.5m=12.57mm，s=scos=12.32mm
法向弦齒高h(yuǎn)=m=8mm
蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度
渦輪最大外圓直徑d=da+1.5m=256+12=268mm
渦輪輪緣寬度b=0.73da=70.08mm
渦輪齒頂圓弧半徑r=0.5df+0.2m=32mm
渦輪齒根圓弧半徑r=0.5da+0.2m=49.6mm
3.1.9蝸桿軸剛度驗(yàn)算
由表13-4-13，
蝸桿所受徑向力
受圓周力
蝸桿兩端支撐點(diǎn)距離l=d0.9=223.2mm
45鋼彈性模量E=201N/mm
蝸桿危險(xiǎn)及面慣性矩
許用最大變形
3.2齒輪設(shè)計(jì)
3.2.1齒輪材料的選擇
開(kāi)式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面磨粒磨損和輪齒的彎曲疲勞折斷。由于目前齒面磨粒磨損尚無(wú)完善的計(jì)算方法，因此通常只對(duì)其進(jìn)行抗彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式作齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，不按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式計(jì)算，也無(wú)需用齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式進(jìn)行校核。開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，將計(jì)算所得模數(shù)加大10%-15%。
選用斜齒輪，小齒輪用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表8-3-24，硬度241HB～286HB，平均取260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表8-3-24，硬度為229HB～286HB，平均取240HB。根據(jù)表8-3-124，8級(jí)精度。查圖8-3-53彎曲疲勞極限，。
3.2.2按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度初步確定模數(shù)
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
查手冊(cè)圖8-3-55得 ，取 ， ，
彎曲疲勞許用應(yīng)力
齒輪傳動(dòng)中，小齒輪
查圖 8-3-46
則載荷系數(shù)
查手冊(cè) 圖8-3-38圖，8-3-38 ，，
對(duì)于開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，取m=6mm。
， ， 取
重新計(jì)算傳動(dòng)比 。
3.2.3校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
強(qiáng)度驗(yàn)算公式：
，，，，
齒輪分度圓直徑
齒輪齒頂圓直徑
齒輪基圓直徑
中心距
圓周速度
齒寬
3.3四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)為桿機(jī)構(gòu)，由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成?；瑝K的行程h主要與曲柄長(zhǎng)度O1A及比值O2C/O2B有關(guān)，而其行程速度變化系數(shù)K則取決于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
對(duì)于有急回運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)械，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定行程速度變化系數(shù)K，求出極位夾角后，在設(shè)計(jì)各桿的尺寸。
在三角形中，設(shè)
對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最大壓力角出現(xiàn)在主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一處。這時(shí)有：
在matlab里編程計(jì)算得
[a,b]=solve('(a+b)^2+(b-a)^2-152.31^2=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/9),cos(pi/6)*2*b*1100=b^2+1100^2-(152.3-a)^2')
其解為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)范圍內(nèi)沒(méi)有解
[a,b]=solve('(a+b)^2+(b-a)^2-152.31^2=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/6)','acos((b^2+1100^2-(355.32+a)^2)/(2200*b))+(pi/6)=3.14')
其解為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)范圍內(nèi)沒(méi)有解
[a,b]=solve('(a+b)^2+(b-a)^2-152.31^2=2*(a+b)*(b-a)*cos(pi/9),cos(pi/6)*2*b*1100=b^2+1100^2-(152.3+a)^2')
a = 157.12*i - 108.89
-157.12*i - 108.89
141.46*i + 99.70
86.72
b=570.47*i + 964.58
883.2 - 513.64*i
513.64*i + 883.22
964.58
a取87mm，b取965mm
4軸的設(shè)計(jì)與校核計(jì)算
4.1蝸桿軸
4.1.1蝸桿軸的最小軸徑估算
蝸桿用45鋼，蝸桿螺旋部分采用淬火，齒面硬度45-55HRC。。
按扭轉(zhuǎn)硬度初步計(jì)算軸徑 查表取
，取軸端最小直徑為
蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各部分尺寸如圖
在軸的輸入端安裝聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的尺寸可以從手冊(cè)中查得，采用 彈性聯(lián)軸器。
4.1.2按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸
a） 畫(huà)出軸的力學(xué)模型圖
b） 求蝸桿上的作用力
4.1.3計(jì)算支撐反力如圖
水平面支撐反力
垂直面支撐反力
4.1.4畫(huà)彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及其的合成圖
水平彎矩圖
垂直彎矩圖
合成彎矩圖
轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化處理 即
前已計(jì)算
危險(xiǎn)截面處當(dāng)量彎矩：
4.2渦輪軸的計(jì)算與校核
該軸傳動(dòng)中小功率，無(wú)特殊要求，選用45優(yōu)質(zhì)碳素鋼調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能查表得，，，，，，
4.2.1初按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算軸徑
取
4.2.2按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核軸
畫(huà)出軸的力學(xué)模型圖
a） 求蝸桿上的作用力
4.2.3計(jì)算支撐反力如圖
水平面支撐反力
垂直面支撐反力
4.2.4畫(huà)彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖及其的合成圖
水平彎矩圖
垂直彎矩圖
合成彎矩圖
轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)循環(huán)變化處理 即
危險(xiǎn)截面第一處當(dāng)量彎矩：
危險(xiǎn)截面第二處當(dāng)量彎矩：
5軸承選取與校核
5.1蝸桿上選用圓錐滾子軸承30211
查手冊(cè)得
水平面支撐反力
垂直面支撐反力
按軸承1校核 查手冊(cè)
查表得
則
查手冊(cè)
安全
5.2渦輪軸上選用圓錐滾子軸承30209
查手冊(cè)得
水平面支撐反力
垂直面支撐反力
Fq=212.673N
按軸承1校核 查手冊(cè)
查表得
則
查手冊(cè)
安全
6設(shè)計(jì)體會(huì)
在期末課程設(shè)計(jì)中，我們所選擇的是設(shè)計(jì)一個(gè)加熱爐推料機(jī)，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)是又一次嘗試與創(chuàng)新的過(guò)程，現(xiàn)在利用自己學(xué)到的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)具體的設(shè)計(jì)步驟、思路、方法、技巧都有了進(jìn)一步的了解，并感受深刻。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也認(rèn)識(shí)到了自己的不足，在設(shè)計(jì)中方法比較生硬，只是按照書(shū)上步驟按部就班，主與次也沒(méi)能很好把握住，這些方面通過(guò)這次我們都要加強(qiáng)了解。在這次設(shè)計(jì)中也謝謝老師和同學(xué)的幫助。
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