機械設計課程設計
計算說明書
設計題目：加熱爐裝料機設計
機械工程及自動化學院120717班
設計者：張逸雲12071164
指導教師：張玉茹
本設計為機械設計基礎課程設計的內容，是在畫法幾何、機械原理、機械設計、加工工藝學和工程材料等課程之的基礎上學習的一門綜合課程。設計課題是加熱爐裝料機設計，在題目所給的一系列要求和目標的前提下完成一系列的設計任務。
此設計課程要求對以前所學的一系列課程掌握較好，並能自主地應用到設計中，是對學生各方面能力的一種考察，對學生快速掌握知識很有幫助。
本說明書正文部分主要分為設計任務書、總體方案設計、電機的選擇、蝸輪蝸桿設計、齒輪設計、軸系的設計與校核、減速箱體各部分結構尺寸、潤滑及密封形式選擇和技術要求等內容組成。正文的最後是在計算過程中所呼叫的公式、引數的**即參考文獻。
加熱爐裝料機設計
（1）裝料機用於向加熱爐內送料，由電動機驅動，室內工作，通過傳動裝置使裝料機推桿作往復移動，將物料送入加熱爐內。
（2）生產批量為5臺。
（3）動力源為三相交流電380/220v，電機單向轉動，載荷較平穩。
（4）使用期限為10年，每年工作300天，大修期為三年，雙班制工作。
（5）生產廠具有加工7、8級精度齒輪、蝸輪的能力。
加熱爐裝料機設計參考圖如圖:
推桿行程260mm,推桿所需推力6800n,推桿工作週期2.7s.
（1）完成加熱爐裝料機總體方案設計和論證，繪製總體原理方案圖。
（2）完成主要傳動部分的結構設計。
（3）完成裝配圖一張（用a0或a1圖紙），零件圖兩張。
（4）編寫設計說明書1份。
（1）選擇電動機型別
按工作條件和要求，選用y系列y100l2-4型三相非同步電動機，電壓380v。
（2） 估算傳動效率
初步估計傳動效率η=0.5
（3） 選擇電動機容量
執行機構功率的計算公式為=f =f
其中推力f=6800n 工作週期t=2.7s 急回係數k=1.2
電動機所需功率p= =2.4kw
電機額定功率因大於額定功率，故選定電動機額定功率為3kw。
（4）確定電動機型號
電動機轉速定為1500r/min，滿載轉速為1420 r/min，進而確定電動機型號為y100l2-4（查文獻[1]表6-164得）。
（1）計算總傳動比：
9（2）傳動方案設計
常用減速裝置：齒輪嚙合傳動（直齒圓柱齒輪、錐齒輪）帶傳動蝸輪蝸桿傳動
直齒圓柱齒輪：對於一級傳動，直齒輪傳動比在3～6 ，i=64 至少要用**傳動
方案一：**圓柱齒輪傳動。
方案優缺點：
優點：傳動精度高結構簡單成本低
缺點：不利於電機的安裝和整體結構的布局，雜訊、振動大，第一級用齒輪傳動電機輸出轉矩較大，齒輪容易發生折斷、點蝕等失效形式
方案二：帶傳動—二級圓柱齒輪傳動
方案優缺點：
優點：帶具有良好的撓性和彈性能起到緩衝作用，執行平穩，雜訊小。
缺點：不能保證恆定的傳動比，易打滑，外輪廓尺寸大，需要張緊裝置。
方案三：蝸桿—錐齒輪傳動
方案優缺點：
優點：可實現平行軸、任意角相交軸和任意角交錯軸之間傳動，使得結構較為緊湊。
缺點：單級圓錐齒輪傳動比為2～3，使得分配在直齒輪上的傳動比較大 ，要求較高的製造和安裝精度，成本較高。
方案四—蝸輪蝸桿圓柱齒輪傳動
方案優缺點：
優點：它解決了齒輪的降速比不能太大的矛盾，傳動比在10～40之間工作平穩、噪音小、 結構緊湊。
缺點：效率較低一般為0.5--0.7發熱大，摩擦嚴重，工作時要求有良好的冷卻和潤滑條件，成本高。
（3）方案評價
各方案效率計算：
直齒圓柱齒輪取八級精度=0.97x0.97x0.97=0.91
帶傳動 v帶傳動0.97x0.97x0.97=0.91
直齒圓錐齒輪八級精度 =0.88
蝸輪蝸桿雙頭0.75x0.97x0.97=0.71
評估矩陣：（其中每一項得分越高代表效能越優越）
根據評估矩陣的結果，方案四為最佳方案，故選擇方案四為傳功方案，即蝸輪蝸桿—圓柱齒輪傳動，傳動簡圖如下。
（1）機構分析
① 執行機構由電動機驅動，原動件輸出等速圓周運動。傳動機構應有運動轉換功能，將原動件的迴轉運動轉變為推桿的直線往復運動，因此應有急回運動特性。同時要保證機構具有良好的傳力特性，即壓力角較小。
② 設計任務要求推桿行程為260mm，推桿所需推力為6800n，推桿工作週期為2.7s。
（2）機構選型
方案一：曲柄滑塊機構
計算相關引數：
急回係數k=
最小傳動角
最大傳動角
可知該機構傳動角較小，且不穩定。推力較小，急回特性一般。
方案二：曲柄擺桿機構
有關引數計算：
當， =63.35° k=2.086 急回特性較好
該機構在極限位置1、3時，傳動角μ=0°，而在中間位置2時，傳動角μ=90°，即傳動角變化較大，載荷不平穩。
方案三：六連桿機構
有關引數計算：
極角擺桿行程
傳動角其中
取計算得
極限位置傳動角
傳動角較大變化小較為穩點因而載荷平穩急回特性一般
（3）方案評價
評估矩陣：
方案一：結構簡單，但是不夠緊湊，且最小傳動角偏小，傳力效能差。
方案二： 傳動角變化較大，載荷不平穩，傳力效能差。
方案三：結構簡單，尺寸適中，最小傳動角適中，傳力效能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高。
綜上所述，方案三即六連桿機構作為裝料機執行機構的實施方案較為合適。
（4）機構設計
根據題目，知道往復運動的行程為250mm，根據前期系統設計的估算選擇急回係數為1.2。其他各桿的桿長有的根據機械整體結構選擇合適長度，有的根據已有的長度和設計要求推到得之。
綜上所述，該機構的設計是按給定從動件行程和急回係數進行設計。根據滑塊行程d1d2為250mm，選擇連桿1 cd長100mm，選擇擺桿長c長為400mm，以c為半徑，為圓心畫弧，一cd為半徑，d1為圓心畫弧交之前的圓弧於c1點，於是得到擺桿的兩個極限位置c1， c2，選擇b為300mm，得b1，b2。根據公式以b1b2為一條邊做得o點，以ob1為半徑畫圓，根據機構的整體結構，在圓上取合適的一點作為點即為曲柄的固定端點，連線b1， b2，在b2上擷取b1長度得a1點，則a為曲柄的長度，最後標出各桿件的長度，作圖完成。
（2）分配減速器的各級傳動比：
總傳動比i=63.9，取第一級蝸桿傳動比，則第二級蝸桿傳動比。
電機軸：，， 16.14
對於0軸（蝸桿軸）:
對於1軸（小齒輪軸）：
272.50
對於2軸（大齒輪軸）：
運動引數核動力引數的結果加以彙總，列出參數列如下：
總體設計方案簡圖如下：
1．選擇傳動精度等級，材料
考慮傳動功率不大，轉速也不高，選用za型蝸桿傳動，精度等級為8級。蝸桿用45號鋼淬火，表面硬度45~50hrc，蝸輪輪緣材料用zcusn10p1砂模鑄造。
2．確定蝸桿，蝸輪齒數
傳動比，參考《機械設計》表3-4，取, 。
蝸輪轉速為：
3.確定蝸輪許用接觸應力
蝸輪材料為錫青銅，則
查《機械設計》表3-10得。
參考《機械設計》圖3-8初估滑動速度,浸油潤滑。
由《機械設計》圖3-10查得，滑動速度影響係數。
單向運轉取1，蝸輪應力迴圈次數為
由《機械設計》圖3-11查得，則
4.接觸強度設計
載荷係數k=1.1,蝸輪轉矩為
由《機械設計》式（3-10）得
查《機械設計》表3-3可選用，傳動基本尺寸為m=5mm, ,q=18。
5.主要幾何尺寸計算
蝸輪分度圓直徑為.
蝸桿導程角為,則。
蝸輪齒寬（見《機械設計》表3-5）為
取。蝸桿齒寬（見《機械設計》表3-5）為
取。傳動中心距為。
6.計算蝸輪的圓周速度和傳動效率
蝸輪圓周速度為
m/s=0.744m/s
齒面相對滑動速度為
=6.733m/s
由《機械設計》表3-7查出當量摩擦角為,由《機械設計》式（3-5）得
攪油效率=0,96，滾動軸承效率，則由《機械設計》式（3-4）得
7.校核接觸強度
蝸輪轉矩為
由《機械設計》表3-12可查彈性係數為。
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