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： ********

*名：**

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。

（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。

方案一方案二方案三

（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

方案一 方案二 方案三

由所给计算参数计算得曲柄所需功率W P k 1074.12=。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1F ，设曲柄作用于滑块上，沿着曲柄圆弧切线方向上的力为2F ，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2F 与推杆上推力1F 之间关系——()()()[]αϕαϕααθcos sin sin cos 211h R F L F +++=-①

其中α、ϕ满足——()ϕαα+=cos h

sin R

② 其中1L ，2L 满足几何关系——H L L =+θαsin cos 21③，

30=α时，即导杆处于左右极限位置， 4.64=θ

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 221L 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=ϕ 根据①式，得N F 5.101072= 所以曲柄功率

kW R F P 4.1107075.060295.135.1010722=⨯⨯⨯==πω，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 ⋅==04.149550111

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