加热炉装料机传动装置设计.doc

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1、三 江 学 院本科生毕业设计（论文）题 目 加热炉装料机传动装置的设计 机械工程 院（系） 机械设计制造及其自动化（数控技术） 专业学生姓名 邹 翌 学号 12010152055 指导教师 于彩敏 职称 讲师 指导教师工作单位 三江学院机械工程学院 起讫日期 2014年2月25日至2014年6月8日 摘 要传动装置主体为减速器，通过减速器中的两对齿轮的啮合，把电动机高转速降低，达到减速的目的。传动装置中的执行机构选择摆动导杆机构，其中曲柄为原动件，滑块为从动件，经过导杆装置将曲柄的连续转动转变成装料机的往复移动，从而使装料机工作。关键字：减速器；摆动导杆机构ABSTRACT Gear sele

2、ction actuator in the guide rod of the crank mechanism, the crank of the driving member, a driven member to slide through the continuous rotation of the rod, the rocker, the crank is converted into reciprocation of the slider, so that the push rod mounted material. Drive means for the main gear, the

3、 gear motor, engine, or other high speed power through a small number of teeth of the gear reducer input shaft to the output shaft of the gear engagement to achieve the purpose of reduction, according to type of transmission can be divided into gear reducer, worm gear and planetary gear reducer; gea

4、r shape can be divided in accordance with cylindrical gear reducer, bevel gear reducer and a cone - cylindrical gear reducer and so on. High-speed transmission connected to the motor shaft end choice belt drive, low speed shaft and the crank shaft coupling connection choice, to join the two axes of

5、different organizations, so that together rotated to transmit torque mechanical parts. Keywords: crank guide rod mechanism; reducer; coupling;belt drive目 录第一章 绪 论1第二章 设计要求与传动方案22.1设计要求22.2传动方案2第三章 执行机构的选型与设计33.1机构选型33.2设计方案33.3方案评价43.4机构具体尺寸设计4第四章 带传动设计7第五章 动力参数计算105.1选择电动机型号105.2分配传动比105.3运动、动力参数计算

6、11第六章 传动装置主体部分设计136.1齿轮传动设计136.2设计输入轴176.3设计中间轴与低速轴206.4轴承的选择216.5键的选择及校核246.6选择联轴器256.7密封与润滑25第七章 减速器箱体与附件设计27结束语29致 谢30参考文献31第一章 绪论 毕业设计是一个综合的过程，重点在于培养我们的总体设计能力。本次毕业设计的题目是加热炉装料机传动装置的设计，依据大学四年来所学知识的积累，对于传动装置的主体部分我采用的是减速器。现今减速器设计已经相当成熟，我所做的就是在前人的基础上加以改进，除此之外，我还对传动装置的末端执行机构，从如何选型到设计出最终的机构做了详细的研究。执行机构

7、可以选择铰链四杆机构、凸轮机构或者是间歇运动机构中的棘轮机构、槽轮机构等等。但是凸轮机构的凸轮轮廓与从动件之间的接触为点接触或者线接触，容易磨损，通常用于传力不大的控制机构，不适合作为装料机的执行机构；棘轮机构接触表面容易发生滑动导致其运动准确性比较差，槽轮机构在运动过程中也容易发生偏移，所以选择铰链四杆机构作为本次设计的执行机构。但是单纯的四杆机构难以满足本次的传动，为了保证机构传动的稳定性，选择铰链四杆机构演变的摆动导杆机构。第二章 设计要求与传动方案2.1设计要求（1）装料机向加热炉内送料，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）动力源为三相交

8、流电动机380/220V，额定功率为3kW，电动机单向转动，载荷比较平稳。（3）使用期限10年，每年工作300天，大修期三年，双班制工作。（4）推杆行程为200mm，推杆工作周期为3s。（5）生产批量为10万台。2.2传动方案根据指导老师下发的任务书上的设计要求，我拟定的传动方案如图2-1所示。 1电动机 2带传动 3减速器 4联轴器 5执行机构 图2-1 传动系统方案简图第三章 执行机构的选型与设计3.1机构选型执行机构应该具有运动转换功能，这样的传动机构有很多，比如铰链四杆机构，凸轮机构，间歇运动机构等等，但是本次设计是装料机传动装置的设计，最终目的是装料机通过推杆将料盘送入热处理炉，要实

9、现将原动件的回转运动变为直线往复运动，铰链四杆机构运动形式多样，可以满足本次设计的要求，而且承载能力高，耐磨损，制造简便，成本低；凸轮机构只要设计适当的轮廓就可以得到所需要的运动轨迹，但是凸轮轮廓与从动件间是点接触或线接触，容易磨损，多用在传力不大的控制机构，不太适合本设计；间歇运动机构主要是实现转位、步进、计数等功能，同样也不适合本次设计。因此本次设计选择铰链四杆机构。普通的四杆机构难以满足本次的传动，为了保证机构传动稳定，需要在铰链四杆机构演变的曲柄滑块机构中选择具体的方案。3.2设计方案在曲柄滑块机构的基础上，我拟定了三种方案：方案一：用偏置曲柄滑块机构将回转运动转变为直线往复运动。方案

10、二：用摆动导杆机构将回转运动转变为直线往复运动。方案三：用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合，将回转运动转变为直线往复运动。方案三方案二方案一 3.3方案评价方案一：偏置曲柄滑块机构虽然结构简单，成本经济，但是不够紧凑，且传动角偏小，传力性能差。方案二：摆动导杆机构中，传动角始终都为，压力角始终为0，具有很好的传力性能，且慢速行程为工作行程，快速行程为返回行程，工作效率高。方案三：曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合结构复杂，装拆繁琐，且滑块会有一段时间作近似停歇，工作效率低，难以满足工作周期3秒地要求。综上所述，选择方案一为加热炉装料机的执行机构。3.4机构具体尺寸设计设计如图3-1所示的曲柄

11、导杆机构，需要分别知道AB、AC、BC的长度。已知推杆行程为200mm，工作周期为3s。图3-1 设计摆动导杆机构 根据要求，本次设计的装料机推杆行程为200mm，工作周期为3s。（1） 由于摆动导杆机构具有急回特性，设行程速比系数，根据公式，则。（2） 任意选择铰链中心C，根据夹角做出导杆的两个极限位置和。（3） 做出夹角的平分线AC，在线上取，可以得到铰链中心A的位置。（4） 过A作导杆极限位置的垂线,得到曲柄长度。（5） 简图如下： 图3-2 曲柄导杆机构简图第四章 带传动设计1.计算功率查表可知=1.1，故 （4-10）2.选V带型号，选普通V带带传动具有适用于中心距大的传动，具有良好

12、的挠性，能够缓和冲击，吸收振动，过载的时候带和带轮间会打滑，打滑虽然会让传动失效，但是不会影响其他零件，结构简单，成本低廉的优点，所以根据，查出此坐标点位于A型范围内，故选用A型带计算。3.求大、小带轮基准直径、查表可知，应不小于75，现取，则 （4-11） 由V带轮标准直径系列取。验证：当时， （4-12） 则允许。4.验算带速 （4-13）带速在525m/s范围内，故合适。5.求V带的基准长度和中心距 首先假选中心距取，符合。 则带长为 （4-14） 查V带基准长度表，对A型带选用 计算实际中心距：6.验算小带轮包角 （4-15）所以A型带合适。7.求V带轮根数z （4-16） 今，根据单

13、根普通V带轮基本额定功率表可知：则传动比为：根据带跟普通V带轮时额定功率增量表可知： 由=查表包角修正系数得，查表带长修正系数得，可以得出： 取3根。8.求作用在带轮轴上的压力查V带轮截面尺寸表得，故单根V带轮得初拉力： （4-17）作用在轴上得压力: （4-18）第五章 动力参数计算5.1选择电动机型号5.1.1选择类型和结构形式 按照工作要求选用系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压380V。5.1.2确定功率1）传动装置总效率为： （5-1）查手册确定各部分的效率为：V带传动效率0.96，滚动轴承效率（一对）0.99，闭式齿轮传动效率0.97，联轴器效率0.99，工作机效率，代入得

14、2）工作机所需要的功率为 （5-2） 3）所需电动机工作功率为： （5-3）综上：查表选电动机额定功率： 5.1.3确定电动机的转速、滚筒轴工作的转速： （5-4）查手册，以性价比为根据选择同步转速为1000r/min电动机，选择电动机型号为Y132S6，额定功率为3kw。5.2分配传动比5.2.1总传动比： （5-5）5.2.2分配传动装置各级传动比: 由设计要求可取V带传动的传动比：， 则减速器的传动比为：， （5-6）则指定减速器传动比选择： 1) 计算两级圆柱齿轮减速器高速级传动比： （5-7）2) 低速级传动比： （5-8）3) 低速轴与输出轴的传动比： （5-9）5.3运动、动力参

15、数计算 0轴（电动机轴）： 1轴（高速轴）： 2轴（中间轴）： 3轴（低速轴）：4轴（滚筒轴）：综上：电动机转速=960 r/min，高速轴=459.3r/min,减速器输入额定功率=3kW。列出各轴运动和动力参数表见附表4-1： 表4-1 各轴运动和动力参数轴名功 率 P/kw转 矩 T/Nm转速n/(r/min)传动比i效率输入输出输入输出电动机轴329.849602.094.18631 0.960.960.960.981轴2.972.9546.5846.11459.32轴2.882.86176.2175.5109.83轴2.792.77439.8435.553.52工作轴2.732.71

16、467.2464.353.52第六章 传动装置主体部分设计传动装置的主体部分采用的是二级圆柱齿轮减速器减速器，减速器的运动参数包括各轴的动力参数计算与结构设计，齿轮的各参数计算，键的选择与校核等等，下面详细介绍一下各参数的计算。6.1齿轮传动设计6.1.1高速轴齿轮选择材料并确定许用应力因为要求结构紧凑，所以采用硬齿面组合：小齿轮用渗碳淬火20CrMnTi钢，齿面硬度为5662HRC，大齿轮用渗碳淬火20Cr钢，齿面硬度为5662HRC，。由最小安全系数参考值表可取 ,；对于标准齿轮，取 ；查弹性系数表可取； （6-1）6.1.2按齿轮齿弯曲强度设计 假设齿轮按照8级精度制造。载荷系数K=1.

17、0，齿宽系数=0.8。小齿轮上得转矩: 初选螺旋角: 齿数取，则，取。实际传动比为 。 验证：，故允许。 齿形系数: 。 （6-2） 查图外齿轮得齿形系数得:，； 由图外齿轮齿根修正系数得:,因为 （6-3） 故应对小齿轮进行弯曲强度计算。 法向模数： （6-4） 由表模数系列 取=2.0mm 。 中心距: ，取。 确定螺旋角: （6-5） 齿轮分度圆直径: （6-6）齿宽,取。6.1.3验算齿面接触强度 （6-7） 所以安全。6.1.4齿轮的圆周速度,故选用8级制造精度是合适的。 6.1.5低速轴齿轮选择材料并确定许用应力 选用软齿面组合：小齿轮用调质40MnB钢，齿面硬度为241286HB

18、S，取，取；大齿轮用调质ZG35SiMn钢，齿面硬度为241269HBS，取，取。由表最小安全系数的参考值，取,根据公式（6-1）得，。6.1.6按齿轮齿接触强度设计计算假设齿轮按照8级精度制造。设载荷系数K=1.0，齿宽系数，小齿轮上转矩,取， (6-8)齿数，故。故实际传动比。验证：，故允许。模数齿宽，取按标准模数表取，实际的中心距 。6.1.7验算齿轮弯曲强度齿形系数 ，；，。根据公式（6-3），可得，所以安全。6.1.8齿轮圆周速度，故选用8级精度是合适的。6.2设计输入轴6.2.1选择轴的材料并确定许用应力高速轴的材料选40Cr， ，高速轴的6.2.2确定轴输入端的直径 ，高速轴考虑

19、到键槽的影响取18mm6.2.3轴的结构设计轴外伸通过联轴器跟电动机相联的时候，轴径与电机轴径应该都在联轴器孔径的范围之内；轴上有键槽的时候，要增大轴径考虑到键槽对轴强度的削弱；轴与轴上的零件要准确定位，要方便装拆和调整，而且要有良好的制造工艺性；当相邻的轴段直径变化处的轴肩是为了固定轴上的零件或者是承受轴向力的时候，直径的变化值就要大一点；轴的表面需要磨削加工或者切削螺纹时，轴径变化的地方应该要有退刀槽；只要是有配合要求的轴段，要尽量采取标准直径。安装滚动轴承、联轴器、密封圈等等标准件轴径，要符合各标准件内径系列的规定。套筒的内径应该与相配的轴径相同并且采取过渡配合。采用套筒、螺母、轴端挡圈

20、作为轴向固定的时候，要把安装零件的轴端长度做的比零件的轮毂短，得以确保套筒、螺母或轴端挡圈可以靠紧零件端面。高速轴设计尺寸如图4-1所示：图4-1 高速轴草图6.2.4按照弯扭合成强度校核轴的强度1) 求垂直面支撑反力齿轮分度圆直径， 2) 求水平面支撑反力3) 绘制垂直面的弯矩图4) 绘制水平面的弯矩图5) 求合成的弯矩图，考虑最不利情况6) 求轴传递的转矩7) 求危险截面a-a处的当量弯矩 认为轴的切应力是脉动循环应力，取折合系数， 8) 计算危险截面a-a处的轴的直径 轴选用40Cr钢，经调质处理，查表得， ， 则 ，故满足条件。 9）绘制受力分析图图4-2高速轴受力分析6.3设计中间轴

21、与低速轴6.3.1选择轴的材料并确定许用应力中间轴的材料选45钢， ，C=118107 ，中间轴的低速轴的材料选用40Cr， ，C=98107 ，低速轴的6.3.2确定轴输入端，中间轴，取30mm，低速轴，取36mm6.3.3轴的结构设计 图4-3为中间轴结构草图，图4-4为低速轴结构草图图4-3 中间轴草图图4-3 低速轴草图6.4轴承的选择6.4.1选择并校核高速轴轴承根据高速轴的受力情况与直径初选圆锥滚子轴承，高速轴上的斜齿轮会产生轴向力，由于圆锥滚子轴承可以同时承受较大的径向载荷与轴向载荷，公称接触角有和两种。外圈可以分离，游隙能够调节，装拆相对方便，适宜使用在刚性较大的轴上，一般情况

22、下都是成对使用，对称安装，选择的轴承型号为30205。如图8-1所示中间轴上两端正装两个圆锥滚子轴承，校核这对轴承图8-1 高速轴轴承受力分析1）因，取 则当量动载荷 查表可取；因工作温度不高，查表可取； 2）因 可取,。 则当量动载荷 由于30205轴承基本额定动载荷，故满足要求。6.4.2选择中间轴轴承根据中间轴的受力情况与直径初选圆锥滚子轴承，高速轴上的斜齿轮会产生轴向力，由于圆锥滚子轴承可以同时承受较大的径向载荷与轴向载荷，公称接触角有和两种。外圈可以分离，游隙能够调节，装拆相对方便，适宜使用在刚性较大的轴上，一般情况下都是成对使用，对称安装，选择的轴承型号为30206。因，可取 则当

23、量动载荷查表可取；因工作温度不高，查表可取； 由于30206轴承基本额定动载荷，故满足要求。6.4.3选择输出轴轴承 根据输出轴的受力情况与直径初选深沟球轴承，因为深沟球轴承主要可以承受径向载荷，同时也可以承受部分的轴向载荷，价格经济，转速高且轴向载荷不大的时候，可以用来替代推力球轴承承受纯轴向的载荷，选择轴承型号为6209。因 ，查表可知 ，。当量动载荷 由于6209轴承的额定动载荷，故满足要求。6.5键的选择及校核6.5.1各轴的键的选择 高速轴：键 GB/T 1096 键 倒角 长度； 中间轴：键 GB/T 1096 键 倒角长度； 键 倒角 长度； 低速轴：键，键 GB/T 1096

24、键 倒角长度； 键 倒角长度。6.5.2键的校核 用A型平键，由题选； 高速轴： 中间轴： （采用两个键，相隔布置） 低速轴： （采用两个键，相隔布置） （采用两个键，相隔布置）6.6选择联轴器根据式中：为载荷系数；为联轴器传递的工作扭矩。因为载荷较平稳，查表为1，故。结合电动机Y132S-6的轴径，45钢的许用转速，公称转矩等因素选取LT5弹性套柱销联轴器，主动端选择Z型轴孔、C型键槽，；从动端选择型轴孔、B型键槽，。本次设计选择弹性套柱销联轴器，弹性套柱销联轴器将一端套有弹性（橡胶材料）的柱销，安装在两个一半联轴器凸缘缘孔从而实现两个一半联轴器的联接。弹性套柱销联轴器的优点是结构简单，装拆

25、方便，更换容易，尺寸小，重量轻。由于弹性套工作时受到挤压发生的变形不大，并且弹性套与销孔的配合间隙不可以过大。该联轴器广泛使用在冲击载荷小，电动机驱动底座刚度大，对中精确的各种中小功率传动轴系中。6.7密封与润滑6.7.1齿轮的润滑根据高速级齿轮圆周速度采用浸油润滑。箱体内应有足够的润滑油，以保证润滑及散热的需要，为了避免大齿轮回转时搅起油池底部的沉积物，油面应该没过三到五个齿高。为了保证传动零件充分进行润滑并且避免搅油时损失过大，传动零件要有合适的浸油深度，二级圆柱齿轮减速器传动零件推荐如下浸油深度：高速级大齿轮，约为0.7个齿高，但不小于10mm。 低速级大齿轮，约为1个齿高（1/61/3

26、）个齿轮半6.7.2滚动轴承的润滑对轴承处值进行计算。值小于时适合用脂润滑；否则必须设计辅助润滑装置。三对轴承处的值分别为： 都小于，可以选择脂润滑。轴承采用脂润滑的时候，为避免减速器箱体里的液态油稀释油脂，应该用挡油板将轴承与箱体内隔开。选用润滑脂的牌号时，凭借手册查得常用油脂的主要性质和用途。因为本次设计的减速器在室内工作，不是很恶劣，所以302053和30206轴承选用通用锂基润滑脂（），它适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承，选用牌号为1的润滑脂。6.7.3密封形式的选择为防止机体内润滑剂泄露或者外部杂质进入减速器内部影响工作，在减速器的各零件之间，比如机盖与机座之间、高速轴与轴承盖之

27、间，要设置不同的密封装置。对于没有相对运动的结合面，一般用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件比如外伸轴的密封，要根据其不同的运动速度以及密封要求考虑不同的密封装置和结构。本次设计由于密封界面相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间，采用粗羊毛毡封油圈，输出轴与轴承盖间也为，故采用粗羊毛毡封油圈。第七章 减速器箱体与附件设计箱座壁厚：，则取箱盖壁厚：，则取箱座凸缘厚度：箱盖凸缘厚度：箱座底凸缘厚度：地脚螺栓直径：，取地脚螺栓的数目：n=4承旁联接螺栓的直径：箱盖与箱座联接螺栓的直径：取联接螺栓间距：轴承端盖螺钉的直径：高、中速轴上的轴承端盖螺钉直径取 低速轴上的轴承端盖螺钉直径取 窥

28、视孔盖螺钉的直径：，取定位销直径：，取安装螺栓直径：，至外箱壁距离：至凸缘边距离：，沉头座的直径：轴承旁凸台的半径：外箱壁到轴承座端面的距离：，大齿轮顶圆与内壁距离：，取齿轮端面与内壁距离：，取箱盖、箱座肋厚：取轴承端盖凸缘厚度:高、中速轴上,，低速轴上轴承端盖外径：高速轴：中间轴：低速轴：轴承旁联接螺栓距离：油面指示器：油面指示器上要标出允许最高油面和最低油面的位置，最低油面就是传动零件正常运转的时候所需要的油面，中小型减速器中油面最高到最低的差值常取，所以根据设计要求选择杆式油标A型排油装置：为了调整箱里油面的高度，检修时将污油排干净，要在油池最低位置处设置放油孔，减速器工作时放油孔用带密

29、封垫圈的螺塞封闭，选择螺纹外六角螺塞及其组合结构。结束语这次毕业设计我接到的题目是加热炉装料机的传动装置设计，本次设计完成了一个四杆机构的设计，二级圆柱齿轮减速器的设计，还有电动机，联轴器等等的型号选择，本次设计使我对多门学科的综合运用能力得到了提高，机械设计过程是一个综合了机械设计、机械原理、理论力学、材料力学、互换性、数学等多学科知识的运用过程，将我们在机械设计系列过程中所学的有关机构原理方案机械设计、运动和动力学分析、机械零部件设计理论、方法结构及工艺设计等内容有机的结合，进行了综合设计实践训练，有利于增强我们的创新能力和竞争意识。第二，我们的分析问题的能力得到了较大的提高。减速器的设计

30、是一个从整体的传动过分析到轴的设计与齿轮的设计等等，在设计轴的同时还要完成轴及减速器的设计的一个完整的设计过程。我们只有先从总体上把握整个设计的内容，并把这些内容分步骤进行，才能在设计中顾全总体需要，不至于相互之间尺寸不匹配。第三，我们对加工工艺的有了一定的了解，在设计过程中，不可避免的要考虑到加工工艺的难易程度及可行性。在箱体设计时，要考虑到铸造圆角，拔模斜度等问题的设计也要考虑设计时退刀槽，越程槽等工艺结构以及倒圆、倒角，这些都要求要对加工工艺过程有一定的了解。但是在这次设计中也存在着许多的不足之处，比如说各部分零件的选择，怎么样才能达到最合理，最经济，这是些以后需要慢慢积累。致 谢日月如

31、梭，在我即将告别学生生涯之际，回首在三江学院度过的四年紧张而又充实的大学生活，收获颇多，也有着几多留恋。感谢母校为我提供了宝贵的学习机会和良好的学习环境，向关心过我的老师和同学们致以最真诚的谢意。本文的完成，最需要感谢我的指导老师于彩敏。尽管于老师教学工作繁忙，但总能及时的关心指导我的论文。在毕业论文的撰写期间，从材料的收集、选题、提纲的拟定和正文的多次修改到最终定稿，无不得益于于老师的悉心指导。师恩浩荡，无以言谢，今后我将走好人生的每一步，不辜负恩师为我付出的辛勤劳动。此外，还要感谢着在这四年大学生活中，给了我莫大的帮助和支持的其他各位老师、同学、朋友以及我的家人。离别校园，我将展开新的人生

32、旅程。我会继续努力，不断进步，将我的所学所得回报国家，回报社会，回报我挚爱的亲人，敬爱的老师以及给予过我帮助的人们。参考文献1黄森彬主编. 机械设计基础M,北京：高等教育出版社2胡家秀主编. 简明机械零件设计实用手册M,北京：机械工业出版社3孙一唐等主编. 热处理的机械化与自动化M,北京：机械工业出版社4 孟繁杰 ,英国靖主编.热处理设备M,北京：机械工业出版社5 机械设计手册编写组.机械设计手册M,北京：机械工业出版社6倪森寿主编.机械制造工艺与装备M,北京:化学工业出版社7杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础.第五版M，北京:高等教育出版社8王之栎，王大康.机械设计综合课程设计.第2版M，北京:机械工业出版社9赵敖生，宜沈平，徐凯，刘凯，骆志斌.计算机工程制图与机械设计M，南京：东南大学出版社10齐华乐，杨方，王俊勃.工程材料与制造基础M，北京：高等教育出版社