说明书正文加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计(课程设计).doc
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辽宁工程技术大学课程设计
课程设计
题目：
加热炉推料机的执行机构综合与传动装置
设计
班 级：
姓 名：
指导教师：
完成日期：
一、设计题目及要求
加热炉推料机的执行机构综合与传动装置设计
图6－20为加热炉推料机结构总图与机构运动示意图。
该机器用于向热处理加热炉内送料。
推料机由电动机驱动，通过传动装置使推料机的执行构件（滑块）5做往复移动，将物料7送入加热炉内。
设计该推料机的执行机构和传动装置。
图6－20加热炉推料机结构总图与机构运动示意图
二、设计参数与要求
加热炉推料机设计参数如表6－8所示。
该机器在室内工作，要求冲击振动小。
原动机为三相交流电动机，电动机单向转动，载荷较平稳，转速误差<4%；使用期限为10年，每年工作300天，每天工作16小时。
分组
参数
1
滑块运动行程H（mm）
220
滑块运动频率n（次/min）
20
滑块工作行程最大压力角
30
机构行程速比系数K
1.25
构件DC长度（mm）
1150
构件CE长度（mm）
150
滑块工作行程所受阻力（含摩擦阻力）（N）
500
滑块空回行程所受阻力（含摩擦阻力）Fr1（N）
100
三、设计任务
（1） 针对图6－20所示的加热炉推料机传动方案，依据设计要求和已知参数，确定各构件的运动尺寸，绘制机构运动简图
（2）在工作行程中，滑块F所受的阻力为常数Fr1，在空回行程中，滑块F所受的阻力为常Fr2；不考虑各处摩擦、其他构件重力和惯性力的条件下，分析曲柄所需的驱动力矩；
（3）确定电动机的功率与转速；
（4） 设计减速传动系统中各零部件的结构尺寸；
（5） 绘制减速传动系统的装配图和齿轮、轴的零件图；
（6） 编写课程设计说明书
四、进度安排
（1）熟悉设计任务，收集相关资料
（2）拟定设计方案
（3）绘制图纸
（4）编写说明书
（5）整理及答辩
五、指导教师评语
成绩：
指导教师
日 期
摘 要
这次课程设计主要是设计了加热炉推料装置的减速系统和执行系统。
推料机代替人工加料，即安全又方便，它包括机架，在机架上安装有电动机，在电动机的驱动轴上装有联轴器，联轴器与蜗杆相连，蜗杆涡轮减速器，在推料小车上装有推杆。
用ProE建立了减速器的三维装配图。
计算了蜗轮蜗杆的各种参数，减速器外大小齿轮的参数，并进行校核。
执行系统（六连杆机构）的设计，根据要求，计算出了各杆的工作尺寸。
通过这次课程设计，最重要的是催促我又学习了一个新的应用软件，其功能之强大，以后工作或学习必备之。
也在一次体会到了设计任务的过程，需细心与较真，不管做的怎么样，但是过程对自己很重要。
关键词：
减速器齿轮曲柄连杆结构滑块机构推料式加热炉
Abstract
Thecurriculumismainlydesignedfurnacepusherdevicedecelerationsystemsanddeliverysystems.Pushermachineinsteadofartificialfeeding,thatissafeandconvenient,whichincludesrack,therackisinstalledonthemotor,themotordriveshaftisequippedwithcoupling,couplingwiththewormattachedtoturbinewormreducer,inthepushfeedasmallcarequippedwithaputter.ProEestablishedareducerwiththethree-dimensionalassembly.Calculatedthevariousparametersoftheworm,thesizeofgearreduceroutsidetheparametersandcarryoutchecking.ExecutionSystem（6linkage）design,uponrequest,tocalculatethesizeoftheworkofeachrod.Throughthiscurriculum,themostimportantthingistopressIlearnanewapplicationsoftware,thefunctionofthepowerful,afterthenecessaryworkorstudy.Isalsoafeelofthedesigntaskoftheprocess,needtocarefullyandseriously,nomatterhowkindofdo,buttheprocessontheirownisveryimportant。
Keywords：
ReducergearCrankandconnectingrodstructure
SliderPusher-typefurnace
目录
1电动机的选择计算 1
1.1电动机系列的选择 1
1.2选择电动机功率 1
1.3分配传动比 2
2传动装置的运动和动力参数计算 2
2.1减速器外齿轮的设计 3
2.1.1选择齿轮材料、确定精度等级 3
2.1.2校核齿根弯曲疲劳强度 4
2.1.3外齿轮的参数计算 4
2.2涡轮蜗杆的计算 5
2.2.1选择材料及确定许用应力 5
2.2.2验算涡轮齿根弯曲疲劳强度 6
2.2.3涡轮蜗杆主要几何尺寸 6
2.2.4热平衡计算 7
2.2.5蜗杆的结构设计 7
2.2.6蜗杆轴的强度计算（按轴进行计算） 8
2.2.7计算、校核蜗杆轴承 10
2.2.8涡轮轴的计算与校核 11
3键的选择和参数 13
3.1蜗杆与电机的键 13
3.2涡轮轴与齿轮的键 14
3.3涡轮轴与涡轮的键 14
4六杆机构的设计（执行机构） 14
5参考文献 17
1电动机的选择计算
1.1电动机系列的选择
按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，电压380V，Y系列。
1.2选择电动机功率
1.3分配传动比
2传动装置的运动和动力参数计算
2.1减速器外齿轮的设计
对于开式齿轮传动，磨损是其主要的失效形式，因磨损后轮齿变薄易发生折断，故按齿根弯曲疲劳强度计算，通过降低许用应力的方法来考虑磨损的影响。
开式齿轮的主要失效形式是齿面磨损和轮齿折断，不会发生点蚀。
由于当前尚无较成熟的磨损计算方法，因此只进行齿根弯曲疲劳强度计算，把求得的模数增大10％~20％，以考虑轮齿磨薄的影响。
用于低速传动对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%——20%，而无需校核接触强度。
软齿面，齿面硬度<350HBS，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢．40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。
这种齿轮适用于强度。
精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。
在确定大，小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30一50HBS，这是因为小齿轮受载荷次敷比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄．为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。
2.1.1选择齿轮材料、确定精度等级
2.1.2校核齿根弯曲疲劳强度
强
2.2涡轮蜗杆的计算
2.2.1选择材料及确定许用应力
蜗杆用45钢，蜗杆螺旋部分采用淬火，齿面硬度45-55HRC。
涡轮齿圈用铸锡青铜，沙漠铸造，轮芯用HT150.
查手册涡轮的许用接触应力为,许用弯曲应力为。
选择蜗杆头数和涡轮齿数：
按涡轮齿面接触疲劳强度设计如下：
蜗杆转矩：
涡轮转矩：
载荷较平稳，取
则载荷系数K=
应力循环次数为
青铜与钢配对，材料的弹性系数
从手册查得公式
由手册取m=4
蜗杆导程角
蜗杆分度圆直径
涡轮分度圆直径
涡轮变位系数
涡轮圆周速度
传动中心距
2.2.2验算涡轮齿根弯曲疲劳强度
按查手册的涡轮齿形系数
查手册得式合格
合格
2.2.3涡轮蜗杆主要几何尺寸
蜗杆直径系数
涡轮蜗杆的齿顶高
涡轮蜗杆的齿根高
涡轮蜗杆齿顶圆直径
涡轮蜗杆节圆直径
涡轮蜗杆齿根园直径
蜗杆轴向齿距
蜗杆沿分度圆柱上的轴向齿厚
蜗杆沿分度圆柱上的法向齿厚
涡轮轮缘宽度
涡轮齿顶圆弧半径
涡轮齿根圆弧半径
蜗杆螺旋部分长度
2.2.4热平衡计算
滑动速度
根据滑动速度查手册得当量摩擦角为
传动效率
取油的允许温度为，环境空气温度为，按自然通风条件散热系数为
散热面积
2.2.5蜗杆的结构设计
蜗杆轴的刚度计算
将蜗杆螺旋部分看做是以齿根圆直径为直径的轴来校核蜗杆轴的弯曲刚度，具有最大弯曲挠度可近似按下式计算
蜗杆两支撑间的距离
蜗杆危险截面的惯性矩
蜗杆所受的圆周力
蜗杆所受的径向力
45钢取E=201
所以安全
2.2.6蜗杆轴的强度计算（按轴进行计算）
蜗杆用45钢，蜗杆螺旋部分采用淬火，齿面硬度45-55HRC。
按扭转硬度初步计算轴径查表取
取轴端最小直径为30mm。
在轴的输入端安装联轴器，联轴器的尺寸可以从手册中查得，采用联轴器。
=770Nmm
计算支撑反力如下：
水平面支撑反力
垂直面支撑反力
水平弯矩图
垂直弯矩图
合成弯矩图
转矩按脉动循环变化处理即
前已计算
危险截面C处当量弯矩：
2.2.7计算、校核蜗杆轴承
选用圆锥滚子轴承32006
查手册得
1紧2松
按轴承1校核查表得
则
安全
2.2.8涡轮轴的计算与校核
该轴传动中小功率，无特殊要求，选用45优质碳素钢调质处理，其机械性能查表得
初按扭转强度初步计算轴径
取
计算支撑反力如下：
水平面支撑反力
垂直面支撑反力
水平弯矩图
垂直弯矩图
合成弯矩图
转矩按脉动循环变化处理即
危险截面C处当量弯矩：
危险截面D处当量弯矩：
计算、校核蜗轮轴承
选用圆锥滚子轴承32006
查手册得
1松2紧
按轴承2校核查表得
则
安全
3键的选择和参数
3.1蜗杆与电机的键
为静联接,选用普通平键，圆头.由手册查得d=22时,应选用键GB1096.
许用挤压应力校核,钢的许用挤压应力为=120MPa
故满足要求.
3.2涡轮轴与齿轮的键
为静联接,选用普通平键，圆头.由表6-57查得d=25mm时,应选用键GB1096.
许用挤压应力校核,钢的许用挤压应力为=120MPa
故满足要求
3.3涡轮轴与涡轮的键
为静联接,选用普通平键，圆头.查手册得d=32mm时,应选用键GB1096.
许用挤压应力校核,钢的许用挤压应力为=120MPa
故满足要求
4六杆机构的设计（执行机构）
执行机构为平面六杆机构，由曲柄摇杆机构和滑块机构串联而成。
滑块的行程h主要与曲柄长度O1A及比值O2C/O2B有关，而其行程速度变化系数K则取决于曲柄摇杆机构。
对于有急回运动要求的机械，在设计时，应先确定行程速度变化系数K，求出极位夹角后，在设计各杆的尺寸。
在三角形中，设
（一）
对于曲柄摇杆机构，最大压力角出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处。
这时有：
（二）
在MATLAB中编程：
[a,b]=solve（'（a+b）^2+（b-a）^2-194.62^2=2*（a+b）*（b-a）*cos（pi/6）','b^2+1150^2-（a+505.37）^2=cos（pi/6）*2*b*1150'）
结果a，b的四个跟全为复数，不符合要求。
继续编入如下程序：
[a,b]=solve（'（a+b）^2+（b-a）^2-194.62^2=2*（a+b）*（b-a）*cos（pi/6）','b^2+1150^2-（505.37-a）^2=cos（pi/6）*2*b*1150'）
结果a，b的四个跟全为复数，不符合要求。
继续编入如下程序：
[a,b]=solve（'（a+b）^2+（b-a）^2-194.62^2=2*（a+b）*（b-a）*cos（pi/6）','acos（（b^2+1150^2-（505.37+a）^2）/（2300*b））+（pi/6）=3.14'）
a=
91.922297
301.55289
-159.563*i-93.98
159.59*i-93.98
b=
1175.47
578.59
683.89-306.21*i
306.211*i+683.89
取a=91.92mmb=1175.47mm比较合理。
Fa
Fr
Ft
Ft
Rbh
Rah
Mh
Fr
Rbv
Rav
M1
M2
T
5参考文献
[1]苏翼林.材料力学[M].北京:
人民教育出版社,1979
[2]孙江宏.工程图与数据交换[M].北京：
清华大学出版社，2007
[3]华大年.连杆机构设计与应用创新[M].北京：
机械工业出版社，2007
[4]林清安.动态机构设计与仿真[M].北京：
电子工业出版社，2007
[5]孙志礼.机械设计[M].沈阳：
东北大学出版社，2000
[6]巩云鹏.机械设计课程设计[M].沈阳.东北大学出版社，2000
[7]吴宗泽.机械设计实用手册［M］.北京.化学工业出版社，2000.
[8]周品.MATLAB数值分析[M].北京.机械工业出版社，2009.
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