北航机械课程设计报告

机械设计课程设计

计算说明书

设计题目：加热炉装料机

院系：宇航学院111513班设计者：石庆利（11151069）指导老师：***

2014年6月5日

北京航空航天大学

目录

一、设计任务书： (1)

1.设计题目： (1)

2.设计背景： (1)

3.设计参数： (1)

4.设计任务： (1)

二、机械装置整体方案设计： (1)

1.执行机构设计： (1)

2.电动机选择 (2)

3.分配传动比 (2)

4.运动和动力参数计算 (3)

三、主要零部件的设计计算 (4)

1.传动零件的设计及校核 (4)

1.1高速级蜗杆-蜗轮传动设计 (4)

1.2低速级齿轮传动设计 (6)

2.轴的设计与校核 (12)

2.1蜗杆轴（高速轴）设计与校核 (12)

2.2小齿轮轴（中间轴）设计与校核 (14)

2.3大齿轮轴（低速轴）设计与校核 (18)

3.轴承的寿命校核 (20)

3.1蜗杆轴轴承寿命校核 (20)

3.2蜗轮-小齿轮轴轴承寿命校核 (21)

3.3大齿轮轴轴承寿命校核 (23)

4.键的选取及校核 (24)

2.1高速轴联轴器键 (24)

2.2中间轴蜗轮键 (24)

2.3低速轴大齿轮键 (25)

2.4低速轴外伸键 (25)

四、减速器箱体及附件设计 (26)

1.减速器箱体设计计算： (26)

2.附件的设计 (26)

2.1通气器的设计 (26)

2.2外六角螺塞设计 (27)

2.3杆式游标设计 (27)

2.4启盖螺钉设计 (27)

2.5轴承端盖设计 (28)

3.密封装置及润滑剂选择 (28)

3.1密封装置 (28)

3.2润滑剂和润滑脂的选择 (29)

4.技术要求 (29)

图 1 执行机构设计图

2.电动机选择

推杆行程S=300mm，已知极位夹角θ=120°，则推杆工作时间t= 4.3s×180°+10°

360°

=2.269s

由推程可得推杆工作速度：

v=s

t =300mm

2.296s

=132.19mm/s=0.1322m/s,取v max=0.26m/s

推杆工作功率P w=F w×v max=6000×0.26=1560 W=1.56KW

现在计算工作效率：

从原动件到滑块共经过有联轴器（两个）、球轴承（三对）、蜗杆蜗轮传动、齿轮传动以及一系列转动副和滑动副。

传动总效率η=η12η23η3η4η55η6=0.9932×0.993×0.80×0.975×0.995×0.92=0.656

所需电机功率P d=P W

η

≈2.38 W

电动机额定功率P ed≥P d，选电动机的额定功率为P ed=3 kW

选取Y112M-6型电动机

P ed=3 kW，n d=1000 r/min,n m=960 r/min

工作机主轴转速n w=60

4.3 r/min= 13.95r/min，传动比i=n m

n w

=960

13.95

=

68.8，蜗杆齿轮减速器传动比范围60~90，综合考虑满足要求，所以选择同步转速为1000 r/min的Y112M-6三相异步电动机。

3.分配传动比

三、主要零部件的设计计算

1.传动零件的设计及校核

图 2 传动零件结构示意图

1.1高速级蜗杆-蜗轮传动设计

1)选择材料和精度等级

考虑转速不很高，传动尺寸无严格限制，批量较小，选用ZA 型蜗杆传动，蜗杆用45钢，淬火处理，硬度HRC=45~50，蜗轮轮缘用ZCuSn10P1，砂模铸造。同侧齿面精度等级选8级精度。

2)确定蜗杆、蜗轮齿数

传动比i=23，参考表3-4，取z1=2,z2=23×z1=46

蜗轮转速为n2=41.74 r/min

3)确定蜗轮的许用接触应力

Z N，由表3-10蜗轮的材料为锡青铜，计算公式为：σHP=σHP′Z v

s

得σHP′=200MPa，参考图3-8出谷滑动速度v s=3.3m/s，浸油润滑，

=0.94，单向运转γ取1，涡轮的应力循环次数：N L=由图3-10得z v

s

60γn2tℎ=60×1×41.74×10×250×16=1.0×108，由图3-11得：Z N=0.75，则：

Z N=200×0.94×0.75=141MPa。

σHP=σHP′Z v

s

σFP2=

280×2×0.95×1×1×1

1.25

MPa =425.6 MPa

○

3弯曲疲劳强度的校核： σF1=140 MPa <σFP1=441.6 MPa σF2=132 MPa <σFP2=425.6 MPa

合格。 7) 静强度校核

因传动无严重过载，故不作静强度校核。

2. 轴的设计与校核

2.1 蜗杆轴（高速轴）设计与校核

1) 选材料，热处理方式：45钢正火，硬度HB=170~217 2) 查表得45钢取C=106，d ≥C √P

n 3

=106×√2.363

9603

mm =

14.3mm ，根据与联轴器端连接的尺寸，按联轴器标准系列，选择GY4J 1型凸缘联轴器，直径d =30mm ，轴孔长度L =60mm 。 3) 初定轴的结构：

将支撑布置成一端固定一端游动式结构，轴承初选7208AC 。 4) 轴空间受力：

T 1=23.51N ∙m ， F t1=2T 1d 1

=746.35N ， T 2=443.3N ∙m

F a1=

2T 2d 2

=3059.35N ， F r1=

2T 2d 2

tan α=1113.5N

空间受力图如下：

图 3 蜗杆轴空间受力图

5) 计算支反力：

垂直面（YZ 平面）支反力及弯矩计算如下： F AV =

1113.5×170−3059.35×31.5

340

=273.31 N