加热炉装料机设计说明书.doc

设计说明书
一、设计任务概述
1、设计题目：加热炉装料机设计
2、设计规定
（1）装料机用于向加热炉内送料，由电动机驱动，室内工作，通过传动装置使装料机推杆作往复移动，将物料送入加热炉内。
（2）生产批量为5台。
（3）动力源为三相交流电380/220V，电机单向转动，载荷较平稳。
（4）使用期限为2023，大修期为3年，双班制工作。
（5）生产厂具有加工7、8级精度齿轮、蜗轮的能力。
加热炉装料机设计参考图如图

1加热炉装料机设计参考图
1—电动机 2—联轴器 3—蜗杆副 4—齿轮
5—连杆 6—装料推板
3、原始技术数据
推杆行程200mm,所需电机功率 2.8kw,推杆工作周期3.3s。
4、设计任务
（1）完毕加热炉装料机总体方案设计和论证，绘制总体原理方案图。
（2）完毕重要传动部分的结构设计。
（3）完毕装配图一张（用A0或A1图纸），零件图2张。
（4）编写设计说明书1份。

二、加热炉装料机总体方案设计
1、传动方案的拟定
根据设计任务书，该传动方案的设计提成减速器和工作机两部分：
（1）、工作机的机构设计
工作机由电动机驱动，电动机功率2.8kw，原动件输出等速圆周运动。传动机构应有运动转换功能，将原动件的回转运动转变为推杆的直线往复运动，因此应有急回运动特性。同时要保证机构具有良好的传力特性，即压力角较小。为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小，因此应设立蜗杆减速器，减速增扭。

（2）、减速器设计
为合理匹配出力与速度的关系，电动机转速快扭矩小，因此应设立蜗杆减速器，减速增扭。

图为高速级输入，低俗级输出，二级齿轮—蜗杆减速器示意图
电动机选择
1) 选择电动机类型：
按工作条件和规定，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步卧式电动机，电压380v。
2) 选择电动机容量：
由设计规定得电动机所需功率。因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可，因此选定电动机额定功率为。
3) 拟定电动机转速：
曲柄工作转速 18.18r/min，减速器传动比为60～90，故电动机转速可选范围为。符合这一范围的同步转速有1500r/min, 故选定电动机转速为1500r/min。进而拟定电动机型号为Y100L2-4，满载转速1420r/min。
分派传动比
计算总传动比：
分派减速器的各级传动比：
取第一级齿轮传动比，则第二级蜗杆传动比为
运动和动力参数计算
滚动轴承效率：=0.99
闭式齿轮传动效率：
蜗杆传动效率：
联轴器效率：
传动装置的总效率为：

0轴（电机轴）：

1轴（高速轴）：

2轴（蜗杆轴）：

3轴（蜗轮轴）：

运动参数和动力参数的计算结果列表如下：
轴名
功率P / kW
转矩T /N·m
转速
N（r/min）
传动比i
效率

输入
输出
输入
输出
电机轴

2.8

18.83
1420
1

高速轴
2.77
2.74
18.64
18.45
1420
1
0.99
蜗杆轴
2.66
2.55
53.67
51.52
473.3
3
0.96
蜗轮轴
2.11
1.67
1108.39
875.63
18.18
26.03
0.79

二、传动零件的设计计算
1、联轴器
根据公式：
式中：K为载荷系数；T为联轴器传递的工作扭矩（即轴的扭矩）。由于载荷较平稳，查表得，，故。
由于== 1420r/min，所以选弹性联轴器。
匹配：电动机Y100L2-4轴径D=28mm。
综上，查表选择弹性套柱销联轴器，型号LT4，齿轮轴轴径为25mm。
2、齿轮设计

计算项目
计算内容
计算结果
1、选材、精度
考虑积极轮转速，批量较小，大齿轮用45号钢，调质解决，硬度HB=217～255，平均取230HB，小齿轮用40Cr，硬度HB=229～286，平均取260HB，精度等级选8级精度。

2、初步计算小齿轮直径
由于采用闭式软齿面传动,按齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径,由附录B表由表A1取，动载荷系数，初取转矩
由表查取
接触疲劳极限
，

取
3、拟定基本参数
圆周速度
取，
拟定模数
拟定模数，查表取
拟定齿数，取为32
则，互质取97
校核传动比误差为：

精度等级取8级精度合理

取

传动比误差满足规定

4、校齿核面接触疲劳强度
计算齿面接触应力
查图得非变位斜齿轮
查表得弹性系数
重合度系数为
端面重合度

重合度系数为

纵向重合度

螺旋角系数

齿间载荷分布系数

齿面接触应力

计算许用接触应力

总工作时间

齿面工作硬化系数

接触强度尺寸系数由查表得
润滑油膜影响系数取为

接触最小安全系数查表得
许用接触应力为

验算

接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无须调整
5、拟定重要传动尺寸

小齿轮直径

大齿轮直径

齿宽，，

6、齿根弯曲疲劳强度验算
由式

, ,
,,
,

查表得

齿根弯曲应力为

计算许用弯曲应力
由式
实验齿轮的齿根弯曲疲劳极限查图得，
此外取

由图拟定尺寸系数=
由查表查最小安全系数

弯曲疲劳强度验算

=

合格
7、静强度校核
静强度校核,因传动无严重过载,故不作静强度校核

3、蜗轮蜗杆设计
计算项目
计算内容
计算结果
1．选择传动精度等级，材料
考虑传动功率不大，转速也不很高，选用ZA型蜗杆传动，精度等级为8级。蜗杆用45钢淬火，表面硬度HRC =45~50，蜗轮轮缘材料采用ZCuSn10P1，砂模铸造。

2．拟定蜗杆，涡轮齿数
传动比

取
校核传动比误差：
涡轮转速为：

3.拟定涡轮许用接触应力
蜗杆材料为锡青铜，则

4.接触强度设计
载荷系数
涡轮转矩：估计蜗杆的传动效率

5.重要几何尺寸计算

涡轮分度圆直径：
蜗杆导程角

6.计算涡轮的圆周速度和传动效率

涡轮圆周速度
，
查表得当量摩擦角

搅油效率滚：
滚动轴承效率：

与估取值近似

7.校核接触强度

查得弹性系数，使用系数
取动载荷系数
载荷分布系数

8.轮齿弯曲强度校核

拟定许用弯曲应力
查出
查表得弯曲强度寿命系数

拟定涡轮的复合齿形系数

涡轮当量齿数
涡轮无变位查图得

导程角的系数

9.蜗杆轴刚度验算

蜗杆所受圆周力：

蜗杆所受径向力

蜗杆两支撑间距离L取

蜗杆危险及面惯性矩

许用最大变形

10.蜗杆传动热平衡计算

蜗杆传动效率
导热率取为）
K工作环境温度
传动装置散热的计算面积为

三、轴系结构设计及计算

1、轴的强度校核

（1）小齿轮轴

计算项目
计算内容
计算结果
1、材料选择、热解决
2、初估轴径

3、初定轴的结构

4、轴的空间受

5、轴支承点的支反力

6、合成弯矩

7、求当量弯矩

8、按弯扭合成应力校核轴的强度
45钢，正火，硬度为170至217HB

当轴材料为45钢时可取C=110，则

考虑有键联接，故轴径增长3%，因需与联轴器匹配，，轴孔长度。

初选中系列深沟球轴承6006，轴承尺寸外径D=55mm，宽度B=13mm。

该轴所受的外载荷为转矩和大齿轮上的作用力。

小齿轮圆周力

小齿轮径向力

小齿轮轴向力

1）垂直面支反力及弯矩计算

2）水平面支反力及弯矩计算

危险截面C处当量弯矩：

，安全

（2）蜗轮轴
计算项目
计算内容
计算结果
1、选择材料、热解决
2、按扭转强度初估轴径

3、初定轴的结构

4、轴的空间受力分析

5、计算轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩

6、计算合成弯矩

7、求当量弯矩

8、按弯扭合成应力校核轴的强度
45钢正火，硬度为170至217HB

当轴材料为45钢时可取C=110，则

取其轴径为60mm

选圆锥滚子轴承30216（一对），其尺寸：D=140mm，d=80mm,，B=26mm，T=28.25mm

该轴所受的外载荷为转矩和蜗轮上的作用力。
输入转矩

轴向力
圆周力
径向力

1）垂直面支反力及弯矩计算

2）水平面支反力及弯矩计算

前已计算

危险截面C处当量弯矩：

取

合格

（3）蜗杆轴（结构简图、受力图、弯矩、扭矩图附表后）
计算项目
计算内容
计算结果
1、选择材料、热解决
2、按扭转强度初估轴径

3、初定轴的结构

4、轴的空间受力分析

5、计算轴承支点的支反力绘出水平面和垂直面弯矩

6、计算合成弯矩

7、求当量弯矩

8、按弯扭合成应力校核轴的强度
45钢正火，硬度为170至217HB

当轴材料为45钢时可取C=110，则
最小直径处有单键，故轴径增长3%，圆整后取d=35mm

左端选深沟球轴承6011，其尺寸：D=90mm，d=55mm, B=16mm.
右端选圆锥滚子轴承30210，其尺寸：D=90mm，d=50mm， B=20mm，T=21.75.

该轴所受的外载荷为转矩、蜗杆和大齿轮上的作用力。
输入转矩

根据前面结果，大齿轮处受力为：
圆周力；
径向力
轴向力
蜗杆处受力为：
圆周力
轴向力
径向力

1）垂直面支反力及弯矩计算

2）水平面支反力及弯矩计算

危险截面C处当量弯矩：

取d=35

合格

2、轴承校核计算
（1）小齿轮轴
该轴采用两端单向固定的方式，所受轴向力比较小，选用一对深沟球轴承，按轴径初选6006，设计假定每五年一大修，下为校核过程：
计算项目
计算内容
计算结果
轴承重要性能参数
查手册6006轴承重要性能参数如下：
；；

轴承受力情况
；

；

X、Y值
，

冲击载荷系数
查表得

当量动载荷

轴承寿命
（球轴承）

>24000h，寿命合格
载荷变化系数
查图得

载荷分布系数
对于深沟球轴承，查得

许用转速

大于工作转速1420r/min
满足规定
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的规定。

（2）蜗轮轴
该轴采用两端单向固定的方式，所受轴向力比较小，选用一对圆锥滚子轴承，按轴径初选30216，设计假定每五年一次大修，下校核过程：
计算项目
计算内容
计算结果
轴承重要性能参数
查手册30216轴承重要性能参数如下：
；；

轴承受力情况

X、Y值
，

冲击载荷系数
查表得

当量动载荷

轴承寿命

（滚子轴承）

寿命合格
载荷变化系数
查图得

载荷分布系数
对于圆锥滚子轴承，查图得

许用转速

大于工作转速18.18r/min
满足规定
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的规定。

（3）蜗杆轴
蜗杆轴采用一端固定一端游动的支撑方案，固定端采用两个圆锥滚子轴承，以承受蜗杆轴向力，按轴径初选30210；游动端采用一个深沟球轴承，只承受径向力，按轴径初选6011。受力图如下图：

下面进行校核：深沟球轴承6006
计算项目
计算内容
计算结果
轴承重要性能参数
查手册6006轴承重要性能参数如下：
；；

轴承受力情况
；
；

X、Y值
，

冲击载荷系数
查表得

当量动载荷

轴承寿命
（球轴承）

寿命合格
载荷变化系数
查图得

载荷分布系数
对于深沟球轴承，查得

许用转速

大于工作转速473.3r/min
满足规定
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的规定。

圆锥滚子轴承30210：
计算项目
计算内容
计算结果
轴承重要性能参数
查手册30210轴承重要性能参数如下：
；；
e=0.42

轴承受力情况

；

X、Y值
，

冲击载荷系数
查表得

当量动载荷

轴承寿命
（滚子轴承）

>24000h，寿命合格
载荷变化系数
查图得

载荷分布系数
对于圆锥滚子轴承，α=13.13°查得

许用转速

大于工作转速473.3r/min
满足规定
结论：所选轴承能满足寿命、静载荷与许用转速的规定。
3、键校核计算
键的选择重要考虑所传递的扭矩的大小，轴上零件是否需要沿轴向移动，零件的对中规定等等。
计算项目
计算内容
计算结果
（1）小齿轮轴键的选择与校核
键的选择和参数
与联轴器相联接，为静联接，选用普通平键，圆头。
由手册查得d=25mm时，应选用
键GB1096-79

转矩

键长
依据轮毂长度为60mm，选择标准键长L=56mm

接触长度

许用挤压应力校 核
查表可得钢的许用挤压应力为
=（70-80）MPa

故满足规定
（2）蜗轮键的选择和校核
键的选择和参数
静联接,选用普通平键，圆头，由手册查得d=80mm时，选用键GB1096-79

转矩

键长
依据轮毂长度为90mm，选择标准键长L=80mm

接触长度

许用挤压应力校 核
查表可得钢的许用挤压应力为
=（70-80）MPa

故满足规定
（3）蜗杆轴键的选择和校核
键的选择和参数

静联接,选用普通平键，圆头
由手册查得d=35mm时，选用键，GB1096-79

转矩

键长
依据轮毂长度为40mm，选择标准键长L=36mm

接触长度

许用挤压应力校 核
查表可得钢的许用挤压应力为
=（70-80）MPa

故满足规定

四、箱体及附件设计

计算项目
计算内容
计算结果
箱座厚度
箱盖厚度
箱座突缘厚度
箱盖突缘厚度
箱座底突缘厚度
地角螺钉直径
地角螺钉数目
轴承旁连接螺钉直径
机盖与机座连接螺栓直径
轴承端盖螺钉直径
窥视孔盖螺钉直径
定位销直径
大齿轮顶圆与内机壁距离
齿轮端面与内机壁距离
轴承端盖外径
轴承端盖突缘厚度
机座肋厚
δ=0.04a+3≥8
δ1=0.85δ=10.2
b=1.5δ
b1=1.5δ
b2=2.5δ
df=0.036a+12

d1=0.75 df =16
d2=(0.5—0.6) df
d3=(0.4—0.5) df
d4=(0.3—0.4) df
d=(0.7—0.8)d2
Δ1>1.2δ
Δ2>δ
D2=1.25D+10
t=(1.1—1.2)d3
m=0.85δ
取δ=10mm
取δ1=10mm
b=15mm
b1=15mm
b2=25mm
df =16mm
n=4
取d1=16mm
取d2=12mm
取d3=10mm
取d4=8mm
取d=9mm
取Δ1=12
取Δ2=12
依轴承而定
t=12
取m=10
五、润滑与密封
1、齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑
在减速器中，蜗杆相对滑动速度 V=1.34m/s，采用浸油润滑，选用蜗轮蜗杆油（摘自），用于蜗杆蜗轮传动的润滑，代号为。浸油深度一般规定浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。
2、滚动轴承的润滑
三对轴承处的零件轮缘线速度均小于，所以应考虑使用油脂润滑，但应对轴承处值进行计算。值小于时宜用油脂润滑；否则应设计辅助润滑装置。
三对轴承处均小于，所以可以选择油脂润滑。
采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油板将轴承与箱体内部隔开。
在选用润滑脂的牌号时，根据手册查得常用油脂的重要性质和用途。由于本设计的减速器为室内工作，环境一般，不是很恶劣，所以6011和6006轴承选用通用锂基润滑脂（），它合用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为的润滑脂。
3、油标及排油装置
(1)油标：选择杆式油标A型
(2)排油装置：管螺纹外六角螺赛及其组合结构
4、密封形式的选择
为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如机盖与机座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设立不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封规定考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间V <3m/s，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为V <3m/s，故采用粗羊毛毡封油圈。

六、技术规定
1) 装配前所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油浸洗，箱体内不允许有任何杂物存生。
2) 保持侧隙不小于0.115mm。
3) 调整、固定轴承时应留轴向间隙，。
4) 涂色检查接触斑点，沿齿高不小于55%，沿齿长不小于50%
5) 箱体被隔开为两部分，分别装全损耗系统用油L-AN68至规定高度。
6) 空载实验，在n1=1000r/min、L-AN68润滑油条件下进行，正反转各1小时，规定减速器平稳，无撞击声，温升不大于60°C，无漏油。
7) 减速器部分面，各接触面及密封处均不允许漏油，剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用垫片。
8) 箱体外表面涂深灰色油漆，内表面涂耐油油漆。

七、总结与体会
通过机械设计基础课程设计这门课程的训练，我系统的回顾了过去三年学习的画法几何、机械制图、机械原理、机械设计等课程，重新结识了过去所学的知识，同时也获得了机械系统设计的初步知识和经验。
这次训练过程比较艰难，虽然很多知识在以前都已经学习过，但是综合运用它们还是第一次。这次设计中，我开始结识到初始设计对于一件工业机械产品的重要性。往往是最开始的设计就决定了以后整个方案的可行性和经济性。
这次的设计过程也使我学习到工作习惯的条理和延续的重要性。由于在最开始的设计过程中有些设计数据并没有及时的保存下来，在后来绘制装配图的时候有些地方又通过了二次设计，编写设计说明书的过程也是一个将自己的工作条理化的过程。

参考文献
1、 王之栎、王大康主编《机械设计综合课程设计》2023年8月第2版，机械工业出版社。
2、 吴瑞祥，王之栋，郭卫东，刘静华主编《机械设计基础（下册）》2023年2月第2版，北京航空航天大学出版社。