电动机的选择及运动参数的计算1.docx

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电动机的选择及运动参数的计算1

目 录

1．设计任务书  1

1．1设计题目  1

1．2设计数据  1

1.3设计工作量  1

2.电动机的选择及运动参数的计算  2

2．1选择电动机容量  2

2．2确定电动机的转速  3

2．3计算传动装置的总传动比和分配各级传动比  3

2．4计算传动装置的运动和动力参数  4

3．齿轮的传动设计  5

3．1选择材料，确定许用应力  5

3．2按齿面接触强度设计  5

3．3确定基本参数，计算主要尺寸  6

3．4计算齿轮几何尺寸  6

3．5校核齿根弯曲疲劳强度  7

3．6选择齿轮传动的润滑油粘度、润滑方式  7

4．轴的设计  8

4．1轴的功率转速扭矩、转速、扭矩  8

4．2初步估算轴径  8

4．3轴的结构设计  8

4．4按弯扭合成强度校核轴径  9

5．滚动轴承的选择及验算  13

6．键的选择计算  13

7．减速器的结构尺寸计算  14

7．1箱体的设计  14

8．润滑油及润滑方式的选择  17

8．1齿轮的润滑  17

8．2轴承的润滑  17

8．3润滑油的选择  17

8．4密封方法的选取  17

9．设计小结  18

参考文献  19

电动机的选择及运动参数的计算

按已知工作条件要求和条件选用Y系列，一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。

一、选择电动机容量

工作机所需功率

式中

=2500N  

=1.5m/s 工作机的效率

=0.94～0.96对皮带输送机取

=0.94带入上式，得

P工作=FV/1000η=3。

99KN

电动机的输出功率

式中

电动机至滚筒的传动装置总效率

-----带传动效率

-----齿轮传动效率  

-----滚动轴承的效率

-----联轴器的效率  

-----运输机平型带传动效率

取带传动效率0.96

齿轮传动效率滚动轴承的效率0.98

联轴器的效率0.97

运输机平型带传动效率0.98

η总=η带×η2轴承×η齿轮×η联轴器×η滚筒

=0.96×0.982×0.97×0.99×0.96

=0.85

故 

因载荷平稳，电动机个顶功率

只需大于

即可。

查设计资料中Y系列电动机

术数据表选电动机的个顶功率

为5.5kw

二、确定电动机转速

滚筒轴工作转速为

式中：

-----皮带输送机的带速  D----滚筒的直径

r/min

电动机的转速

V带传动比范围

=2～4，单级圆柱齿轮传动比范围

=3～5，

则总传动比范

围为

，可见电动机转速可选范围为

r/min

型号

功率

满载时

堵转电流

堵转转矩

最大转矩

电流

转速

效率

功率因数

额定电流

额定转矩

额定转矩

Y160M2-8

5.5

13.3

720

85

0.74

6

2

2

Y132M2-6

5.5

12.6

960

85.3

0.78

6.5

2.0

2

符合这一范围的同步转速有750r/min和1000r/min两种，为减少电动机的重量和价格，常选用同步转速为1000r/min的Y系列电动机Y132M2-6，其满载转速nm=960r/min。

电动机的中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可查到。

三、计算传动装置的总传动比和分配各级传动比

传动装置总传动比

分配各级传动比

由

，为使V带传动的外部尺寸不致过大，取传动比

=3，则

为

四、计算传动装置的运动和动力参数

各轴转速

I轴  

r/min

II轴  

r/min

滚筒轴 

r/min

各轴功率

I轴 

kw

II轴 

kw

滚筒轴

kw

各轴扭距

电机轴 

N·m

I轴  

N·m

II轴  

N·m

滚筒轴 

N·m

将以上算得的运动和动力参数列表

轴名

参数

电动机轴

I轴

II轴

滚筒轴

转速n/（r/min）

960

320

71.74

71.74

功率P/

4.07

3.90

3.76

3.66

扭距T/（N·m）

40.48

116.39

500.52

487.21

传动比i

3

4.46

1.00

效率η

0.96

0.965

0.975

齿轮的传动设计

一、选择材料，确定许用应力

因载荷平稳，传动功率较小，可采用软齿面齿轮。

小轮选用45钢，调质，硬度220HBS。

大轮选用45钢，正火，硬度为190HBS。

由《机械设计基础》中的13-35c和

图13-36c分别查得：

，

，

由表13-8查得

，

，故

二、按齿面接触强度设计

计算中心距

取

=

=481.8MPa

计算小轮转矩

一般减速器，取齿宽

，

。

原动机为电动机，轻微冲击，支承不对称布置，故选8级精度。

选K=1。

将以上数据带入

得出算中心距ac=142.7mm

三、确定基本参数，计算主要尺寸

选择齿数

取

，则

确定模数

可得：

m=3.56

查表得标准模数m=4

确定实际中心距

计算齿宽

为补偿两轮轴向尺寸误差，取b1=70mm,b2=64mm

四、计算齿轮几何尺寸

齿距

齿厚

槽宽

齿顶高

齿根高

分度圆直径

齿根圆直径

中心距

五、校核齿根弯曲疲劳强度

按z1=20,z2=70查表查得

，

带入上式

（安全）

（安全）

六、选择齿轮传动的润滑油粘度、润滑方式

由齿轮的失效分析可知，齿轮传动如果润滑不良，会导致齿面损伤，对齿轮传动进行润滑，不仅可以减轻齿面磨损，降低传动噪声，同时还能散热、防锈、提高齿轮传动的使用寿命。

齿轮传动的润滑方式主要根据齿轮圆周速度的大小来选择。

常用的润滑方式有：

浸油润滑也称油浴润滑，是将齿轮副中的大齿轮传动浸入油中达一定的深度，其深度取决于齿轮的圆周速度，当

时，对一级齿轮传动，大齿轮浸入油中约一个齿高。

过深会增大运转阻力，降低工作效率，过浅则不利于润滑；对多级齿轮传动，因高速级大齿轮无法达到要求的浸油深度，则采用带油轮辅助润滑，将油带入高速级大齿轮表面。

喷油润滑是用液压泵将有一定压力的润滑油直接喷到齿轮的啮合表面进行润滑。

用于

的齿轮传动，此时因圆周速度高，搅油损耗较大，不宜采用浸油润滑。

轴的设计（低速轴）

减速器功率不大，又对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。

查表查得强度极限

，许用弯曲应力

。

一、轴的功率转速扭矩、转速、扭矩

P2=3.76kw n2=71.74r/min T2=500.52N·m

计算作用在齿轮上的力。

因小齿轮的分度圆直径d1=240

二、初步估算轴径

安装带轮处轴的直径为最小直径

轴的材料选用45钢。

根据表查得，

根据公式

考虑轴的最小直径处要安装联轴器、还有键槽存在，故将估算增加0.5%，并圆整。

则取d=40mm

三、轴的结构设计

由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。

要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式。

参考《机械设计基础》图20-8结构，确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定位，右端用套筒定位。

齿轮的周向固定采用平键联接。

轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩定位，周向采用过盈配合定位。

确定各轴段的直径。

如图所示，轴段①直径最小，d1=40mm;考虑到要对安装在轴段①上的联轴器进行定位，轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取轴段②的直径d2=45mm；同样的方法确定轴段③、④的直径d3=50mm,d4=60mm;为了便于拆卸左轴承，可查出6208型滚动轴承的安装高速为3.5mm，取d5=52mm.

确定各轴段的长度。

齿轮轮毂宽度为60mm，为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮毂的宽度，取为55mm；为保证齿轮断面与箱体内壁不相干涉。

齿轮端面与箱体内壁间应留有一定的间距，取该间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为18mm），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段④的长度取为20mm，轴承跨距

；根据箱体结构及联轴器距轴承盖有一定距离的要求，取

；查阅有关的联轴器手册取

。

轴与齿轮、联轴器均采用平键联接。

按设计结果绘制的结构草图。

四、按弯扭合成强度校核轴径

画出轴的受力图b

作水平面内的弯矩图c

支点约束力

I-I截面处的弯矩为

II-II截面处的弯矩为

作垂直面内的弯矩图d

支点约束力为

I-I截面左侧弯矩为

I-I截面右侧弯矩为

II-II截面处的弯矩为

作合成弯矩图e

I-I截面：

II-II截面：

作转矩图f

求当量弯矩。

因减速器工作时作单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正系数

为0.6。

I-I截面：

II-II截面

确定危险截面及校核强度。

由图可以看出，截面I-I、II-II所受转矩相同，但弯矩

，且轴上还有键槽，故截面I-I可能为危险截面。

但由于轴径d3>d2,故也应对截面II-II进行校核。

I-I截面：

II-II截面：

查表得，

，满足

，故设计的轴有足够强度，并有一定富裕量。

滚动轴承的选择及验算（低速轴）

根据任务书上表明的条件：

载荷有轻微冲击，以及轴承主要受到轴向力，所以选择深沟球轴承。

选用6208深沟球轴承

轴承寿命计算

查机械零件手册，6308轴承所具有的径向基本额定动载荷

，对于球轴承，

。

工作寿命

键的选择计算（低速轴）

根据轴径尺寸，查表得

轴与联轴器的键为：

键

键的强度校核

则

圆周力：

挤压强度

因此挤压强度足够。

剪切强度

因此剪切强度足够。

减速器的结构尺寸计算

箱体的设计

箱体是减速器中所有零件的基座，是支承和固定轴系部件、保证传动零件的正确相对位置并承受作用在减速器上载荷的重要零件。

箱体一般还兼作润滑油的油箱，具有充分润滑和很好密封箱内零件的作用。

为保证具有足够的强度和刚度，箱体要有一定的壁厚，并在轴承座孔处设置加强肋。

加强肋做在箱体外的称为外肋，由于其铸造工艺性较好，故应用较广泛。

加强肋做在箱体内的称为内肋，内肋刚度大，不影响外形的美观，但它阻碍润滑油的流动而增加损耗，且铸造工艺也比较复杂，所以应用较少。

箱体是减速器中结构和受力最复杂的零件，目前尚无完整的理论设计方法，因此都是在满足强度、刚度的前提下，同时考虑结构紧凑、制造方便、重量轻及使用等方面而要求作经验设计。

代号

名称

减速器形式

一级（齿轮）

δ

箱座壁厚

δ=8

箱盖壁厚

箱座加强肋厚

箱盖加强肋厚

箱座分箱面凸缘厚