北航机械设计课设加热炉装料机结构设计总体方案
机械设计课程设计
计算说明书
设计题目:加热炉装料机设计
院系:能源动力学院
学号:10041007
姓名:庞岩
年月日
北京航空航天大学
设计任务书
1、设计题目:加热炉装料机
2、设计要求
(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10年,每年工作300天,大修期为三年,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
3、技术数据
推杆行程300mm,所需推杆推力为6000N,推杆工作周期4.3s.
4、设计任务
(1)完成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)完成主要传动部分的结构设计。
(3)完成装配图一张(用A0或A1图纸),零件图两张。
(4)编写设计说明书1份。
总体方案设计
1、执行机构的选型与设计
(1)机构分析
①执行机构由电动机驱动,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。
②为合理匹配出力与速度的关系,电动机转速快扭矩小,因此应设置蜗杆减速器,减
速增扭。
(2)机构选型
方案一:用摆动导杆机构实现运动形式的转换功能。
方案二:用偏置曲柄滑块机构实现运动形式的转换功能。
方案三:用曲柄摇杆机构和摇杆滑块机构串联组合,实现运动形式的转换功能。
方案一方案二方案三(3)方案评价
方案一:结构简单,尺寸适中,最小传动角适中,传力性能良好,且慢速行程为工作行程,快速行程为返回行程,工作效率高。
方案二:结构简单,但是不够紧凑,且最小传动角偏小,传力性能差。
方案三:结构复杂,且滑块会有一段时间作近似停歇,工作效率低,不能满足工作周
期4.3秒地要求。
综上所述,方案一作为装料机执行机构的实施方案较为合适。(4)机构设计
急回系数K取为2,则根据
60
1
1
180=
+
-
=
K
K
θ
,极位夹角为
60。根据角度几
何关系,行程为300mm,所以导杆长度为300mm,推杆长度设为100mm,曲柄长度设为75mm,机构简图如下,尺寸标注如图。
(5)性能评价
图中导杆的位置即为两个极限位置
2、传动装置方案确定
(1)传动方案设计
由于输入轴与输出轴有相交,因此传动机构应选择锥齿轮或蜗轮蜗杆机构。
方案一:二级圆锥——圆柱齿轮减速器。
方案二:齿轮——蜗杆减速器。
方案三:蜗杆——齿轮减速器。
(2)方案评价
由于工作周期为 4.3秒,所以曲柄的转速为min
95
.
13r,而电动机同步转速为1000r/min或1500r/min,故总传动比为71或107 , 传动比较大,因此传动比较小的方案一不合适,应在方案二与方案三中选。方案三结构比较紧凑,部件布置合理,比方案二有优势,所以选择方案三。
(3)电动机选择
<1> 选择电动机类型
按工作条件和要求,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
由所给计算参数计算得曲柄所需功率
W
P k
1074
.
1
2
=。因此选定电动机额定功率为kW
2
.
2。计算详细过程如下
设推杆上推力为1
F
,设曲柄作用于滑块上,沿着曲柄圆弧切线方向上的力为2
F
,推杆与水平方向压力角为θ,其余各参数如附录所示。
根据计算过程可得曲柄上推力2
F
与推杆上推力1
F
之间关系——()()()
[]α
?
α
?
α
α
θcos
sin
sin
cos
2
1
1
h
R
F
L
F+
+
+
=
-
①
其中α、
?满足——()?
α
α+
=
cos
h
sin
R
②
其中1
L
,2
L
满足几何关系——
H
L
L=
+θ
αsin
cos
2
1③,
30
=
α时,即导杆处于左右极限位置, 4.
64
=
θ
方案一方案二方案三
0=α时,即导杆处于中间位置时, 30=θ
根据对称性可得,有效工作行程的一半为
θαcos 30cos sin 2221L L L s -+= ,题目中要求有效工作行程不小于
推杆行程的%35,不妨取为%40,即为120mm ,则有效工作行程的一半为60mm 。 试算——
35=θ,则 72.12=α,mm s 74.702= 33=θ,则 90.9=α,mm s 31.542=
所以 34=θ,则
4.11=α,mm s 00.632=
所以选择这组参数,即压力角
34=θ时,推杆进入有效工作行程,此时推力
满足条件N F 6000cos 1=θ,所以N F 3.72371=,根据②式,得
3.55=?
根据①式,得N F 5.101072= 所以曲柄功率
kW
R F P 4.1107075.060295.135.1010722=???
==π
ω,考虑到传动
装置的功率损失,确定电动机的功率为kW 5.1 <3> 确定电动机转速
曲柄工作转速 13.95r/min ,方案三中齿轮蜗杆减速装置的传动比为60~90,故电动机转速可选范围为()min 1256837r n i n w a d -==
。符合这一范围的
同步转速有1000r/min, 故选定电动机转速为1000r/min 。进而确定电动机型号为Y112M-6。
(4)分配传动比
<1> 计算总传动比:
68.71min 95.13min 1000===
r r n n i W M a
<2> 分配减速器的各级传动比:
取第一级蜗杆传动比84.351=i ,故第二级蜗杆传动比212==
i i i a 。
(5)运动和动力参数计算
滚动球轴承(三对)效率:99.01=η
油润滑2头蜗杆传动效率:92.02=η
圆柱斜齿轮闭式传动效率:96.03=η(油润滑9级精度)
联轴器效率:99.04=η 故848.04323
1==ηηηηη
电机轴:min 1000r N m =, kW P d 5.1=,m 32.149550d
0?=*
=N N P T m
对于Ⅰ轴(蜗杆轴):
kW P P d 47.1141==ηη
min 10001r N =
m N n P T ?==04.14955011
1
对于Ⅱ轴(涡轮轴):
W P P k 34.11212==ηη
min 9.27112r i N N ==
m 67.4589550222?==N N P T
对于Ⅲ轴(齿轮轴):
kW P P 27.11323==ηη min 95.13223r i N N ==
kW N P T 43.869955033
3==
运动参数核动力参数的结果加以汇总,列出参数表如下: