北航機(jī)械設(shè)計(jì)課設(shè)加熱爐裝料機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總體方案

1、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 加熱爐裝料機(jī)設(shè)計(jì)院系：能源動(dòng)力學(xué)院學(xué)號(hào)：姓名：10041007龐巖年月日北京航空航天大學(xué).設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、設(shè)計(jì)題目：加熱爐裝料機(jī)2、設(shè)計(jì)要求1）裝料機(jī)用于向加熱爐內(nèi)送料，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，室內(nèi)工作，通過(guò)傳動(dòng)裝置使裝料機(jī)推桿作往復(fù)移動(dòng)，將物料送入加熱爐內(nèi)。2）生產(chǎn)批量為 5 臺(tái)。3）動(dòng)力源為三相交流電 380/220V，電機(jī)單向轉(zhuǎn)動(dòng)，載荷較平穩(wěn)。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(chǎn)廠具有加工 7、 8 級(jí)精度齒輪、蝸輪的能力。加熱爐裝料機(jī)設(shè)計(jì)參考圖如圖3、技術(shù)數(shù)據(jù)推桿行程 300mm, 所需推桿推力為6000N, 推桿

2、工作周期4.3s.4、設(shè)計(jì)任務(wù)1）完成加熱爐裝料機(jī)總體方案設(shè)計(jì)和論證，繪制總體原理方案圖。2）完成主要傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3）完成裝配圖一張（用 A0 或 A1 圖紙），零件圖兩張。4）編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份。.總體方案設(shè)計(jì)1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與設(shè)計(jì)1）機(jī)構(gòu)分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，原動(dòng)件輸出等速圓周運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，將原動(dòng)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此應(yīng)有急回運(yùn)動(dòng)特性。 同時(shí)要保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力特性，即壓力角較小。為合理匹配出力與速度的關(guān)系， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快扭矩小， 因此應(yīng)設(shè)置蝸桿減速器， 減速增扭。2）機(jī)構(gòu)選型方案一：用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。方案二：

3、用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。方案三：用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換功能。方案一方案二方案三（ 3）方案評(píng)價(jià)方案一：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸適中，最小傳動(dòng)角適中，傳力性能良好，且慢速行程為工作行程，快速行程為返回行程，工作效率高。方案二：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是不夠緊湊，且最小傳動(dòng)角偏小，傳力性能差。方案三：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且滑塊會(huì)有一段時(shí)間作近似停歇，工作效率低，不能滿(mǎn)足工作周期 4.3 秒地要求。綜上所述，方案一作為裝料機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)施方案較為合適。（ 4）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)180K160急回系數(shù) K 取為 2，則根據(jù)K1，極位夾角為 60 。根據(jù)角度幾何關(guān)系， 行程為 300mm ，所

4、以導(dǎo)桿長(zhǎng)度為300mm ，推桿長(zhǎng)度設(shè)為100mm ，曲柄長(zhǎng)度設(shè)為 75mm ，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下，尺寸標(biāo)注如圖。.（5）性能評(píng)價(jià)圖中導(dǎo)桿的位置即為兩個(gè)極限位置2、傳動(dòng)裝置方案確定（ 1）傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)由于輸入軸與輸出軸有相交，因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇錐齒輪或蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。方案一：二級(jí)圓錐圓柱齒輪減速器。方案二：齒輪蝸桿減速器。方案三：蝸桿齒輪減速器。方案一方案二方案三（ 2）方案評(píng)價(jià)由于工作周期為4.3 秒，所以曲柄的轉(zhuǎn)速為13. 95 r min ，而電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1000r/min 或 1500r/min, 故總傳動(dòng)比為71 或 107 , 傳動(dòng)比較大，因此傳動(dòng)比較小的方案一不合適，應(yīng)在方案二與方案三

5、中選。方案三結(jié)構(gòu)比較緊湊，部件布置合理，比方案二有優(yōu)勢(shì)，所以選擇方案三。（ 3）電動(dòng)機(jī)選擇 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型按工作條件和要求， 選用 Y 系列全封閉自扇冷式籠型三相異步臥式電動(dòng)機(jī)，電壓380v。 選擇電動(dòng)機(jī)容量.由所給計(jì)算參數(shù)計(jì)算得曲柄所需功率P21. 1074kW。因此選定電動(dòng)機(jī)額定功率為 2. 2kW 。計(jì)算詳細(xì)過(guò)程如下設(shè)推桿上推力為F1 ，設(shè)曲柄作用于滑塊上，沿著曲柄圓弧切線(xiàn)方向上的力為F2 ，推桿與水平方向壓力角為，其余各參數(shù)如附錄所示。根據(jù)計(jì)算過(guò)程可得曲柄上推力F2與推桿上推力F1之間關(guān)系F1cosL1F2 sinRsinh cosRh其中、滿(mǎn)足 sincos其中L1，L2滿(mǎn)足幾何關(guān)系

6、L1cosL2 sinH ，30 時(shí)，即導(dǎo)桿處于左右極限位置，64. 40 時(shí)，即導(dǎo)桿處于中間位置時(shí)，30根據(jù)對(duì)稱(chēng)性可得，有效工作行程的一半為s 2L1 sinL2 cos 30L2 cos ，題目中要求有效工作行程不小于推桿行程的35%，不妨取為40%，即為 120mm ，則有效工作行程的一半為60mm 。試算35 ，則12. 72 ， s 270. 74mm33 ，則9. 90 ， s 254. 31mm所以34 ，則11. 4 ， s 263. 00mm所以選擇這組參數(shù)，即壓力角34時(shí)，推桿進(jìn)入有效工作行程，此時(shí)推力滿(mǎn)足條件 F1cos6000N ，所以 F17237. 3N ，根據(jù) 式

7、，得55. 3根據(jù) 式，得 F210107. 5N所以曲柄功率P2F2R10107. 513. 9521107. 4kW600. 075，考慮到傳動(dòng)裝置的功率損失，確定電動(dòng)機(jī)的功率為1. 5kW. 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲柄工作轉(zhuǎn)速 13.95r/min ，方案三中齒輪蝸桿減速裝置的傳動(dòng)比為6090，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為ndi anw8371256 rmin 。符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 1000r/min,故選定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min 。進(jìn)而確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-6。（ 4）分配傳動(dòng)比i anM1000 rmin71. 68nW13. 95 rmin 計(jì)算總傳動(dòng)比： 分配減速器的各級(jí)傳

8、動(dòng)比：取第一級(jí)蝸桿傳動(dòng)比i135.84 ，故第二級(jí)蝸桿傳動(dòng)比i 2 i a i 12 。（ 5）運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算滾動(dòng)球軸承（三對(duì)）效率：1油潤(rùn)滑 2 頭蝸桿傳動(dòng)效率：2圓柱斜齒輪閉式傳動(dòng)效率：3999296 （油潤(rùn)滑 9 級(jí)精度）聯(lián)軸器效率：40. 9930. 848故1234T09550Pd14. 32N m電機(jī)軸： Nm1000rmin，Pd1. 5NmkW ，對(duì)于軸（蝸桿軸） :P1Pd 4 11. 47kWN11000 rminT19550 P1n114. 04Nm對(duì)于軸（渦輪軸） ：P2P1211. 34kWN2N1i 127. 9 r minT29550P2N2458. 67N m對(duì)于軸（齒輪軸） ：P3P2311. 27kW.N3N2 i 213. 95 r minT39550 P3N3869. 43kW運(yùn)動(dòng)參數(shù)核動(dòng)力參數(shù)的結(jié)果加以匯總，列出參數(shù)表如下:軸名功率 P/ kW轉(zhuǎn)矩 T/N m轉(zhuǎn)速 n傳動(dòng)比效率輸入輸出輸