二、选择电动机.doc

机械设计课程设计
二、选择电动机
1.电动机类型的选择
根据动力源和工作条件，选用Y系列三相异步电动机
2.电动机功率的选择
工作机所需要的有效功率Pw为
F=2T/D=2*850/370*0.001 =4.595Kw

Pw=Fv/1000nw= 4.595*1.25/1000*.95=6.045kw
其中Nw为工作机的传动效率。
n=n1*n2*n2*n3*n3*n3*n3*n4=0.95*0.97*0.97*.98*0.98*0.98*0.99=0.833
n1=0.95为带传动的效率。
n2=0.97为一级圆柱齿轮的传动效率
n3=0.98为一对滚动轴传动的效率。
n4=0.99为刚性联轴器的效率。
电动机所需功率Pd为
Pd=Pw/n=6.045/0.833=7.257kw
由表16-3可以选取电动机的额定功率为7.5KW
3,电动机转速的选择
电动机通常采用同步转速有1000r/min和1500r/min两种，对两种转速作对比。
由表16-3可知，同步转速是1000r/min的电动机，其满载转速Nm是970r/min;
同步转速是15000r/min的电动机，其满载转速Nm是1440r/min.
工作机的转速为

Nw=60*1000*1.25/3.14*370=64.555r/min
总传动比i=nw/nm,其中nm为电动机的满载转速。
现将两种电动机的有关数据列于表下
方案
电动机型号
额定功率
/kw
同步转速
/（r/min）
满载转速
/(r/min)
总传动比
i
1
Y160M-6
7.5
1000
970
15.025
2
Y13M-4
7.5
1500
1440
22.306

由表22-1可知，方案2传动比过大，为了使传动装置结构紧凑，选用传动方案1 较 为合理。
4. 电动机型号的确定
根据电动机功率和同步转速，选用选用电动机型号为Y160M-6
由表16-3和16-4，可知有关参数如下
电动机的额定功率P=7.5Kw
电动机的满载转速nm=970r/min
电动机的外伸轴直径D=42mm
电动机的外伸轴长度E=110mm

三． 传动装置的运动学和动力学参数计算
1.总传动比及其分配
总传动比i=nm/nw=970/64.555=15.025
根据2-2，选V带传动的传动比i1=2.1
减速器的传动比if=i/i1=15.025/2.1=7.154
考虑两级齿轮的润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。根据式2-8，两级齿 轮减速器传动比i2与低速级传动比i3的传动比取1.3-1.5之间，即i2=1.4i3. 则
I2=√1.4if=√1.4*7.154=3.164
I3=if/i2=7.154/3.164=2.261
2.传动装置中各轴的转速计算
根据传动中的各轴对轴次序编号：0轴，1轴，2轴，3轴，4轴
n0=nm=970r/min
n1=nm=970/2.1r/min=461.904r/min
n2=n1/i2=461.904/3.164r/min=145.987r/min
n3=n2/i3=145.987/2.261r/min=64.567r/min
n4=n3=nw=64.567r/min
3.传动装置中各轴的功率计算

P0=pd=7.257kw
P1=pdɳ1=7.257*0.95kw=6.89415kw
P2=p1ɳ2ɳ3=6.89415*0.97*0.98=6.553kw
P3=p2ɳ2ɳ3=6.553*0.98*0.97=6.229kw
P4=p3ɳ2ɳ3=6.229*0.98*0.99=6.044kw
4.传动装置中各轴的输入转矩计算
T0=Td=9550pd/nm=9550*7.257/970N.M=71.447N.M
T1=9550p1/n1=9550*6.89415/461.904N.M=142.538N.M
T2=9550p2/n2=9550*6.553/145.987N.M=428.676N.M
T3=9550p3/n3=9550*6.229/64.567N.M=921.321N.M
T4=9550p4/n4=9550*6.044/64.567N.M=893.958N.M
将传动装置中各轴的功率，转速，转矩，如表所示

参数
轴名
0轴
1轴
2轴
3轴
4轴
转速n
/(r/min)
970
461.906
145.987
64.567
64.567
功率p/kw
7.257
6.89415
6.553
6.229
6.044
转矩T/(N.m)
71.447
142.676
428.676
921.321
893.958
传动比i
2.1 3.164 2.261 1
四、 带传动设计
1.确定带传动的额定功率pca
已知p=7.257kw; nm=970r/min; i1=2.1。有所以用的机械设计教材中的表8-8，查出带传动的工作情况系数Ka=1.1,则Pca=KaP=1.1*7.257=7.9827KW.
2. 选取带传动带型
选用C型，V带。
3. 确定带轮基准直径
取主动轮基准直径dd1=250mm,从动轮基准直径dd2=i1*dd1=2.1*250=525mm
带传动的实际传动比i1=dd2/dd1=2.1,与总传动比分配的带传动得传动比一致。
验算v带得线速度为
V=3.14dd1*nm/60*1000=3.14*250*970/30*1000=12.69<25m/s
所以V带得线速度合适。
4. 确定V带的基准长度和带传动的中心距
根据0.7（dd1+dd2）<a0<2(dd1+dd2)初步确定带传动的中心距a0=600mm
Ld0=2a0+(3.14/2)(d1+d2)+(d2-d1)^2/4a0=2403.54mm
有机械设计表选带的基准长度Ld=2500mm.

计算带传动的实际中心距
a=a0+(Ld-Ld')/2=600+(2500-2403.54)/2=648.23mm
1、 验算主动轮上的包角
a1=180-(dd2-dd1')*57.7/a=157.824>120
所以，主动轮上的包角是合适的。
2、 计算带的根数
由查《机械设计》教材中的的表8-4，由线性关系得： ；查表8-5得： ；查表8-6得 ；查表8-2得 ；则

取。
3、 计算带传动的预紧力
查《机械设计》教材中表8-3得：单位长度质量 ，则8、计算作用在带轮轴上的压轴力

带的主要参数列于表20-3中
表20-3 带传动的主要参数
名称
结果
名称
结果
名称
结果
带型
SPA
传动比

根数

带轮基
准直径

基准长度

预紧力

中心距

压轴力

9、 带轮结构设计
由表8-11得：
带轮轮缘宽度：。大带轮的轮毂直径由后续高速轴设计来定，。带轮的轮毂宽度L：当时，取。
五．高速级齿轮传动的设计
1、 选定高速级齿轮的类型、精度等级、材料及齿数
（1） 齿轮传动的类型：按传动方案选用斜齿圆柱齿轮传动。
（2） 精度等级：由于输送机为一般工作机械，速度不高，故选用8级精度齿轮传动。
（3） 齿轮材料：由《机械设计》中表10-1选择小齿轮材料为45钢，并进行调质处理，平均硬度为235HBS，大齿轮材料为45钢，并进行正火处理，平均硬度为190HBS。大、小齿轮的硬度差为45HBS。
（4） 选择小齿轮齿数：则大齿轮齿数，取。齿数比

（5） 选择齿宽系数：按软齿面齿轮，非对称安装，查表10-4，取齿宽系数。
（6） 初选螺旋角：。
2、 按齿面接触疲劳强度设计

1) 确定公式内各项参数值
（1） 由《机械设计》教材图10-20，选取区域系数。
（2） 大、小齿轮均采用45钢锻造，由《机械设计》教材表10-5，查得材料系数。
（3） 重合度系数，由《机械设计》教材知，齿数多时取小值。取。
（4） 螺旋角系数
（5） 小齿轮传递的扭矩为

（6） 试选载荷系数。
（7） 根据齿面硬度，由《机械设计》教材图10-25查得小齿轮接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限
（8） 计算应力循环次数
按，式中：为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数。在此取，为齿轮的工作寿命，单位为小时。。所以

（9） 由教材图10-23查得接触疲劳寿命系数，。
（10） 计算许用接触疲劳应力。
取安全系数，失效率为。则

2） 设计计算
（1） 计算齿轮分度圆直径。

（2） 计算圆周速度。

（3） 计算载荷系数
由教材表10-2查得：使用系数;根据、8级精度，由《机械设计》教材得动载荷系数，，。

（4） 校正分度圆直径。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，得
（5） 计算齿轮模数。

取齿轮模数。
3、 计算齿轮传动的几何尺寸
（1） 中心距。

将中心距圆整为
（2） 按圆整后的中心距修正螺旋角。

（3） 计算大小齿轮的分度圆直径。

（4） 计算齿轮宽度。

圆整后。所以，大齿轮宽度，小齿轮宽度。
4、 校核齿根弯曲疲劳强度

1) 确定公式内各项参数值
（1） 从教材图10-24，按齿面硬度查得：小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极限。
（2） 由教材，按应力循环次数
，
查图10-22得，弯曲疲劳寿命系数 ， 。
（3） 计算许用弯曲疲劳应力
取弯曲疲劳安全系数。可得

（4） 计算当量齿数。

（5） 查取齿数系数及应力校正系数。
由教材图10-17、 10-18、 查得：，，，
（6） 计算大小齿轮的，并加以比较：

所以，大齿轮的数值大。
（7） 选取螺旋角系数。
（8） 重合度系数，由《机械设计》教材知，齿轮多时取小值。本例中齿数中等，所以，取。
2） 校核计算

所以，齿根弯曲疲劳强度满足要求。
5、 齿轮结构设计
由于小齿轮的1的直径较小，故采用齿轮轴结构。
大齿轮2采用孔板式结构，结构尺寸按本书中的表5-11的经验公式来计算。大齿轮2的孔径根据后续设计的中间轴配合部分的直径来确定，设计结果列于表20-4。
表20-4 大齿轮结构尺寸
名称
结构尺寸及经验计算公式
结构/mm
毂孔直径
根据中间轴设计而定

60
轮毂直径

96
轮毂宽度

75（取为与齿宽相等）
腹板最大直径

210
板孔分布圆直径

153
板孔直径

20
腹板厚度

20
大齿轮2的结构草图如图20-2所示，高速级齿轮传动的尺寸列于表20-5。
图20-2 大齿轮结构草图

表 20-5 高速级齿轮传动的尺寸
名称
计算公式
结果/mm
法面模数

3.5
法面压力角

螺旋角

齿数

20

64
传动比

3.164

分度圆直径

74.92
288.32

齿顶圆直径

81.92
295.32

齿根圆直径

66.17
279.57

中心距

149.877

齿宽

80
75
注：为齿顶高系数和顶隙系数。GB/T1356-2001规定其标准值如下：
正常齿制。当时，当时，
‚非标准的短齿制。
五、 低速级齿轮传动的设计
低速级齿轮传动的设计过程与高速级类似，故省略。
低速级齿轮传动的尺寸列于表20-6.
表 20-6 低速级齿轮传动的尺寸
名称
计算公式
结果/mm
法面模数

4.8
法面压力角

螺旋角

齿数

29
65

传动比

2.413

分度圆直径

142.62
319.67

齿顶圆直径

152.22
329.27

齿根圆直径

142.22
317.27

中心距

231

齿宽

320
325

六、 轴的初步设计计算
根据轴上零件（齿轮、带轮、轴承、联轴器）的结构尺寸、装配关系、定位、零件间的相对位置等要求，参照本书中的图5-7、图5-8、图5-10、图5-14、及表5-3，设计出图21-4的减速器装配草图。
1、 轴的材料选择
根据轴的工作条件，初选轴材料为45钢，调质处理。
2、 轴的最小直径估算
按本书中的式5-1进行最小直径估算，即：
当该轴段上有一个键槽时，增大；当有两个键槽时，增大。值由本书中的表5-5来确定：。
1） 高速轴

因为在最小直径处开有一个键槽为了安装大带轮，所以 ：
，圆整后取。
2） 中间轴
，因在中间轴最小直径安装滚动轴承，取标准值。
3） 低速轴

因在低速轴直径处安装联轴器，参见后面联轴器的选择，取联轴器孔径。
3、 高速轴的结构设计
高速轴系的结构尺寸如图20-3所示。
1） 各轴段直径得确定
：轴的最小直径，是安装大带轮的外伸轴段直径，。
：密封处轴段直径，根据带轮轴向定位要求，定位高度 ，以及密封圈的尺寸要求，取。
：滚动轴承处轴段直径，，由本书表13-1初选滚动轴承选，查表13-1得其尺寸为：。
：过度轴段的直径，由于齿轮传动的线速度均小于，所以滚动轴承采用脂润滑，考虑挡油盘的轴向定位，。
：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装的两个滚动滚动轴承是同一个型号，所以。
2）各轴段长度的确定
：由大带轮的轮毂孔宽度确定，。
：由箱体结构、轴承端盖尺寸、装配要求等确定，。
：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，。
：由两级齿轮装配要求、箱体结构确定，。
：由高速级小齿轮宽度确定，
3） 细部结构设计
参见中间轴的结构设计。
4、 中间轴的结构设计
中间轴系的初步结构如图20-4所示。
图20-3 中间轴系结构图
1） 各轴段直径的确定
：最小直径，是滚动轴承处轴段直径，。由本书中的表13-1可见，滚动轴承选取，其尺寸为：。
：低速级小齿轮轴段直径，根据低速级小齿轮尺寸确定，。
：轴环直径，根据齿轮的轴向定位要求确定，。
：高速级大齿轮轴段直径，根据低速级大齿轮尺寸确定，。
：滚动轴承处轴段直径，同一个轴上安装的两个滚动轴承是同一个型号，所以，。
2） 各轴段长度的确定
：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，。
：由低速级小齿轮的轮毂宽度确定，。
：轴环宽度，。
：由高速级大齿轮的轮毂宽度确定，。
：由滚动轴承、挡油环尺寸及装配要求等确定，。
3） 细部结构设计
由本书中的表11-26查出高速级大齿轮与轴之间安装键的尺寸为：