機(jī)械設(shè)計(jì)綜合課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：加熱爐裝料機(jī) 院系：宇航學(xué)院111513班 設(shè)計(jì)者：石慶利（11151069） 指導(dǎo)老師：李繼婷2014年6月5日北京航空航天大學(xué)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)： 設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和過(guò)程計(jì)算結(jié)果一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)：設(shè)計(jì)題目：加熱爐裝料機(jī)設(shè)計(jì)背景：題目簡(jiǎn)述：裝料機(jī)用于向加熱爐內(nèi)送料，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，室內(nèi)工作，通過(guò)傳動(dòng)裝置使裝料機(jī)推桿作往復(fù)移動(dòng)，將物料送入加熱爐內(nèi)。使用狀況：生產(chǎn)批量為5臺(tái)；動(dòng)力源為三相交流電380/220V，電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷較平穩(wěn)；使用期限為10年，每年工作300天，每天工作16小時(shí)；檢修期為三年大修。生產(chǎn)狀況：生產(chǎn)廠具有加工7、8級(jí)精度齒輪、蝸輪的能力。設(shè)計(jì)參數(shù)：推桿行程290mm，推桿所需推力6200N，推桿工作周期3.7s。設(shè)計(jì)任務(wù)：（1）設(shè)計(jì)總體傳動(dòng)方案，畫(huà)出總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，完成總體方案論證報(bào)告。（2）設(shè)計(jì)主要傳動(dòng)裝置，完成主要傳動(dòng)裝置的裝配圖（A0）。（3）設(shè)計(jì)主要零件，完成兩張零件工作圖（A3）。（4）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。二、機(jī)械裝置整體方案設(shè)計(jì)： 機(jī)械裝置通常由原動(dòng)件、傳動(dòng)部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械裝置總體設(shè)計(jì)任務(wù)是你定執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)方案，選定原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和具體型號(hào)，確定傳動(dòng)部分的總傳動(dòng)比，合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，計(jì)算傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)，為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)： 本設(shè)計(jì)要使從動(dòng)件最終執(zhí)行直線(xiàn)的往復(fù)移動(dòng)，需要最終實(shí)現(xiàn)由原動(dòng)件輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且無(wú)須考慮是否等速，是否有急回特性，因此為了完成此任務(wù)選擇最為簡(jiǎn)單的連桿機(jī)構(gòu)即可。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)六桿機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)過(guò)程示意圖如下（已保留作圖痕跡）：圖SEQ圖\*ARABIC1執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖電動(dòng)機(jī)選擇推桿行程S=300mm，已知極位夾角θ=120°，則推桿工作時(shí)間t由推程可得推桿工作速度：v=st=推桿工作功率P現(xiàn)在計(jì)算工作效率：從原動(dòng)件到滑塊共經(jīng)過(guò)有聯(lián)軸器（兩個(gè)）、球軸承（三對(duì)）、蝸桿蝸輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)以及一系列轉(zhuǎn)動(dòng)副和滑動(dòng)副。傳動(dòng)總效率η所需電機(jī)功率P電動(dòng)機(jī)額定功率Ped≥選取Y112M-6型電動(dòng)機(jī)Ped=工作機(jī)主軸轉(zhuǎn)速nw=604.3r/min=13.95r/min，傳動(dòng)比i=n分配傳動(dòng)比總傳動(dòng)比（減速器傳動(dòng)比）i各級(jí)傳動(dòng)比減速器高速級(jí)蝸桿-渦輪傳動(dòng)比為：i運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算0軸（電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)矩T/Nm轉(zhuǎn)速n/(r/min)傳動(dòng)比i效率η輸入輸出輸入輸出電動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果三、主要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)及校核圖SEQ圖\*ARABIC2傳動(dòng)零件結(jié)構(gòu)示意圖高速級(jí)蝸桿-蝸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)選擇材料和精度等級(jí)考慮轉(zhuǎn)速不很高，傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制，批量較小，選用ZA型蝸桿傳動(dòng)，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(cè)齒面精度等級(jí)選8級(jí)精度。確定蝸桿、蝸輪齒數(shù)傳動(dòng)比i=23，參考表3-4，取z蝸輪轉(zhuǎn)速為n確定蝸輪的許用接觸應(yīng)力蝸輪的材料為錫青銅，計(jì)算公式為：σHP=σHP'ZvsZN，由表3-10得σHP'=200MPa，參考圖3-8出谷滑動(dòng)速度vs=3.3m/s，浸油潤(rùn)滑，由圖σHP接觸強(qiáng)度計(jì)算載荷系數(shù)K=1.05，有表3-8故去我干的傳動(dòng)效率η=0.8，則蝸輪的轉(zhuǎn)矩為T(mén)2=428.2N?m，m2d1≥15000σHP主要尺寸計(jì)算:蝸輪分度圓直徑為d蝸桿導(dǎo)程角tan蝸輪齒寬（表3-5）為：b傳動(dòng)中心距為：a=0.5計(jì)算蝸輪圓周速度和傳動(dòng)效率蝸輪圓周速度v齒面相對(duì)滑動(dòng)速度為：v由表3-7差出當(dāng)量摩擦角ρeη1=tanγtan校核接觸強(qiáng)度蝸輪轉(zhuǎn)矩為T(mén)由表3-12可查彈性系數(shù)為ZE=155，由表3-13由于v2=0.63m/s<3m/s，取KσH輪齒彎曲強(qiáng)度校核確定許用彎曲應(yīng)力為：σ由表3-10查σFP由圖3-11查YN=蝸輪復(fù)合齒形系數(shù)計(jì)算：Y蝸輪當(dāng)量齒數(shù)z蝸輪不變位，查圖2-20和2-21得：YFaYFS=YFaYSaσF蝸桿軸剛度驗(yàn)算蝸桿所受圓周力為：F徑向力Fr1=蝸桿危險(xiǎn)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(dǎo)熱率K=15W/(m2?℃A=0.33(a100)1.73低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)選擇材料和精度等級(jí)考慮轉(zhuǎn)速不很高，傳動(dòng)尺寸無(wú)嚴(yán)格限制，批量較小，故小齒輪用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=241~286，平均取為260HB，大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=229~286，平均取為240HB。同側(cè)齒面精度等級(jí)選8級(jí)精度。初步估算小齒輪直徑d1因采用閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)，按齒面接觸強(qiáng)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(zhuǎn)矩T由表2-14取齒寬系數(shù)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(shù)校核圓周速度v和精度等級(jí)：v查表2-1，取8級(jí)精度合理。初取齒數(shù)為z1=34確定模數(shù)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(dòng)比誤差：i=z2z1校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度由式σH=eq\o\ac(○,1)計(jì)算齒面接觸應(yīng)力σH。節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH由圖2-18查得，非變位斜齒輪Z彈性系數(shù)ZE由表2-15查得，Z重合度系數(shù)Zε的計(jì)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(wú)變位，端面嚙合角αt'=縱向重合度為ε因?yàn)棣纽?gt;1，故螺旋角系數(shù)ZβZ使用系數(shù)KA由表2-7查得KA=1.25；動(dòng)載荷系數(shù)KV齒間載荷分配系數(shù)KHα查表2-8FKcosK齒向載荷分布系數(shù)KHβ查表2-9。其中：非對(duì)稱(chēng)支承，調(diào)質(zhì)齒輪精度等級(jí)8K=1.17+0.16×齒面接觸應(yīng)力為：σeq\o\ac(○,2)計(jì)算許用接觸應(yīng)力σHP。由式σ計(jì)算許用接觸應(yīng)力σHP。其中，接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)ZNT由圖2-27查得ZNT1應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：NN齒面工作硬化系數(shù)ZW1Z接觸強(qiáng)度尺寸系數(shù)ZX由表2-18查得Z潤(rùn)滑油膜影響系數(shù)為Z接觸最小安全系數(shù)SHlim查表2-17（一般可靠度），取SHlimσσeq\o\ac(○,3)驗(yàn)算：σH=608MPa<σHP2=762.0MPa（取σHP1和σHP2中較小的確定傳動(dòng)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(shù)為：m小齒輪直徑：d大齒輪直徑：d齒寬b為：b=126mm小齒輪當(dāng)量齒數(shù)為 z小齒輪當(dāng)量齒數(shù)為 z齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算由式σF=eq\o\ac(○,1)計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力。使用系數(shù)KA、動(dòng)載荷系數(shù)KV及齒間載荷分配系數(shù)KFα分別為KA=1.25，KV=齒向載荷分布系數(shù)KFβ由圖2-9查得Kb/h齒形系數(shù)YFa由圖2-20(非變位)查得YFa1=2.42，YFa2=2.24；應(yīng)力修正系數(shù)Y重合度系數(shù)YεY螺旋角系數(shù)Yβ由圖2-22查得Y齒根彎曲應(yīng)力為σ=σ=eq\o\ac(○,2)計(jì)算許用彎曲應(yīng)力。σ實(shí)驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限σFlim由圖σFlim1彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)SFmin由表2-17查得S彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)YX由圖2-33查得Y彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)YNT，由圖2-32（應(yīng)力循環(huán)次數(shù)確定同接觸疲勞強(qiáng)度校核）查得YNT1=0.92，YNT2相對(duì)齒根圓角敏感及表面狀況系數(shù)為Y許用齒根應(yīng)力為σσeq\o\ac(○,3)彎曲疲勞強(qiáng)度的校核：σσ合格。靜強(qiáng)度校核因傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，故不作靜強(qiáng)度校核。軸的設(shè)計(jì)與校核蝸桿軸（高速軸）設(shè)計(jì)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(jù)與聯(lián)軸器端連接的尺寸，按聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)系列，選擇GY4J初定軸的結(jié)構(gòu)：將支撐布置成一端固定一端游動(dòng)式結(jié)構(gòu)，軸承初選7208AC。軸空間受力：T1=23.51N?m，F(xiàn)t1Fa1=2空間受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC3蝸桿軸空間受力圖計(jì)算支反力：垂直面（YZ平面）支反力及彎矩計(jì)算如下：FFM'M''水平面（XY平面）支反力及彎矩計(jì)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(jì)算并繪制彎矩圖：M'M''圖SEQ圖\*ARABIC6蝸桿軸合成彎矩圖計(jì)算并繪制轉(zhuǎn)矩圖：T1圖SEQ圖\*ARABIC7蝸桿軸轉(zhuǎn)矩圖對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩α=[σ-1b]σ由公式Me=MM當(dāng)量彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC8蝸桿軸當(dāng)量彎矩圖σb=軸的整體設(shè)計(jì)如下圖所示：圖圖SEQ圖\*ARABIC9蝸桿軸整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)小齒輪軸（中間軸）設(shè)計(jì)與校核選材料，熱處理方式：40Cr調(diào)質(zhì)，硬度HB=241~286查表得40Cr取C=104，d≥C3Pn初定軸的結(jié)構(gòu)：將支撐布置成兩端固定式結(jié)構(gòu)，軸承初選7211AC。軸空間受力計(jì)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(jì)算支反力：垂直面、水平面支反力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC11垂直面、水平面受力圖FFFF計(jì)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(jì)算并繪制轉(zhuǎn)矩圖：T1圖SEQ圖\*ARABIC14小齒輪軸轉(zhuǎn)矩圖對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩α=[σ-1b]σ由公式Me=MM當(dāng)量彎矩圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC15小齒輪軸當(dāng)量彎矩圖σbc=軸的整體設(shè)計(jì)如下圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC16小齒輪軸整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖大齒輪軸（低速軸）設(shè)計(jì)與校核選材料，熱處理方式：45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HB=217~255查表得45鋼取C=106，d≥C3Pn初定軸的結(jié)構(gòu)：將支撐布置成兩端固定式結(jié)構(gòu)，軸承初選7213AC。軸空間受力計(jì)算：F軸空間受力圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC17大齒輪軸空間受力圖計(jì)算支反力：垂直面、水平面支反力計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：圖SEQ圖\*ARABIC18大齒輪軸垂直面、水平面受力圖FFF計(jì)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(jì)算并繪制轉(zhuǎn)矩圖：T3圖SEQ圖\*ARABIC20大齒輪軸轉(zhuǎn)矩圖對(duì)于不變轉(zhuǎn)矩α=[σ-1b]σ由公式Me=M2M圖SEQ圖\*ARABIC21大齒輪軸當(dāng)量彎矩圖σbc=軸的整體設(shè)計(jì)如下圖所示：圖SEQ圖\*ARABIC22大齒輪軸整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖軸承的壽命校核蝸桿軸軸承壽命校核工作時(shí)間：FrAV=273.31N，F(xiàn)FrBV=840N，F(xiàn)FFsB-FF當(dāng)量動(dòng)載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿(mǎn)足使用壽命要求。靜強(qiáng)度校核：P'S極限轉(zhuǎn)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(shí)間：FrAV=5630.66N，F(xiàn)FrBV=1637.55N，F(xiàn)FFFsB+FF當(dāng)量動(dòng)載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿(mǎn)足使用壽命要求。靜強(qiáng)度校核：P'S極限轉(zhuǎn)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(shí)間：FrAV=5587.8N，F(xiàn)FrBV=2793.9N，F(xiàn)FFsB-FF當(dāng)量動(dòng)載荷P由FaAFrA=PP由FaBFrB=PP=max軸承壽命為：L能滿(mǎn)足使用壽命要求。靜強(qiáng)度校核：ABS極限轉(zhuǎn)速：nα=n=0.97×0.99×4300r/min>13.95r/min鍵的選取及校核高速軸聯(lián)軸器鍵確定鍵的類(lèi)型及尺寸軸徑30mm，圓頭普通平鍵：b×h-標(biāo)記為：鍵A8校核強(qiáng)度轉(zhuǎn)矩T=23510N?mm；鍵接觸長(zhǎng)度l'=l-b=50-8=42mm；軸徑d=30mm；σ則鍵的擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。中間軸蝸輪鍵確定鍵的類(lèi)型及尺寸軸徑70mm，輪轂長(zhǎng)度84mm，圓頭普通平鍵：b×h-標(biāo)記為：鍵20×70GB/T1096校核強(qiáng)度轉(zhuǎn)矩T=443300N?mm；鍵接觸長(zhǎng)度l'=l-b=70-20=50mm；軸徑d=46mm；許用擠壓應(yīng)力σ則鍵的擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。低速軸大齒輪鍵確定鍵的類(lèi)型及尺寸軸徑84mm，輪轂長(zhǎng)度124mm圓頭普通平鍵：b×h-標(biāo)記為：鍵16×70GB/T1096校核強(qiáng)度轉(zhuǎn)矩T=1249000N?mm；鍵接觸長(zhǎng)度l'=l-b=110-22=88mm；軸徑d=84mm；許用擠壓應(yīng)力σ則鍵的擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。低速軸外伸鍵確定鍵的類(lèi)型及尺寸軸徑55mm，圓頭普通平鍵：b×h-標(biāo)記為：鍵16×63GB/T1096校核強(qiáng)度轉(zhuǎn)矩T=1249N?m；鍵接觸長(zhǎng)度l'=l-b=63-16=47mmσ鍵的擠壓強(qiáng)度不滿(mǎn)足要求，故需要調(diào)整，現(xiàn)將其改為雙鍵，呈180°分布，則：σ現(xiàn)在鍵的擠壓強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

四、減速器箱體及附件設(shè)計(jì)減速器箱體設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算內(nèi)容計(jì)算結(jié)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(shù)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(tái)半徑箱蓋與箱座連接螺栓直徑窺視孔蓋螺釘直徑定位銷(xiāo)直徑大齒輪頂圓與內(nèi)壁距離齒輪端面與內(nèi)壁距離機(jī)蓋肋厚機(jī)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(shè)計(jì)通氣器的設(shè)計(jì)通氣器結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC23通氣器結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖外六角螺塞設(shè)計(jì)外六角螺塞的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC24外六角螺塞結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖桿式游標(biāo)設(shè)計(jì)桿式游標(biāo)的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC25桿式油標(biāo)結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖啟蓋螺釘設(shè)計(jì)啟蓋螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)及尺寸如下圖：圖SEQ圖\*ARABIC26啟蓋螺釘結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖軸承端蓋設(shè)計(jì)軸承端蓋比較多，下圖列出軸承端蓋的尺寸標(biāo)準(zhǔn)：(mm)圖SEQ圖\*ARABIC27軸承端蓋結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖dDDe=1.2dmDDD軸承外徑D螺釘螺釘數(shù)45~656470~10084110~140106150~23012~166表SEQ表\*ARABIC2軸承端蓋尺寸標(biāo)準(zhǔn)表共使用四種軸承端蓋，下表為各軸承端蓋尺寸：（mm）序號(hào)4112031軸承外徑D螺釘直徑螺釘數(shù)dDDemDDD1201001208010810864641191191451201451001