电动机机械设计课程设计学士学位论文.doc

目 录

1．电动机的选择……………………………………………1
2．蜗轮、蜗杆的设计计算…………………………………2
3．传动装置的运动、动力参数计算………………………5
4．轴的校核计算……………………………………………6
5．啮合件及轴承的润滑方法、润滑剂牌号及装油量……13
6．密封方式的选择…………………………………………13
7．箱体机构设计……………………………………………13
8．附件及其说明……………………………………………14
9．参考文献…………………………………………………16

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一、电动机的选择
工作机的有效功率为

式中 F——输送带的有效拉力，N；
v——输送带的线速度，m/s；
——工作机的有效功率，kW。
故

从电动机到工作机输送带间的总效率为

式中——电动机与蜗杆之间的联轴器的传动效率，暂选0.99；
——蜗轮轴与卷筒轴之间的联轴器的传动效率，暂选0.99；
——滚动轴承的传动效率，暂选0.98；
——双头蜗杆的传动效率，查表取0.79；
——卷筒的传动效率，查表取0.96。
故

电动机所需的工作功率为

工作机主动轴转速为

式中d——卷筒直径，mm。
故

总的传动比即是蜗轮蜗杆的传动比，查表知i=10~80，所以电动机转速的可选范围为

由电动机工作功率及可选转速查表，选择Y系列三相鼠笼型异步电动机Y112M-6。并且查得该电动机的额定功率为2.2kW，满载转速为940r/min，轴径28mm，轴座中心高112mm。
电动机型号
额定功率kW
满载转速/（r/min）
起动转矩/额定转矩
最大转矩/额定转矩
Y112M-6
2.2
940
2.0
2.0

确定传动比为

蜗轮齿数

所以最终确定传动比i=18.5。
二、 蜗轮、蜗杆的设计计算
蜗杆输入功率为

转速，传动比i=18.5。
（1） 材料选择及热处理方式
减速器传递功率不大，速度不高，蜗杆选用材料45钢调制处理，齿面硬度 220~250HBW,蜗轮缘选用材料铸造铝青铜（ZCuAl0Fe3）,金属模铸造。
（2） 蜗杆头数及蜗轮齿数
蜗杆头数，蜗轮齿数为。
（3） 按齿面接触疲劳强度确定模数和蜗杆分度圆直径

蜗轮轴转矩

载荷系数

由表9.4查得使用系数；预估蜗轮圆周速度，则动载系数；因为工作载荷平稳，故齿向载荷分布系数。所以。
查表9.6得蜗轮材料的许用接触应力。
材料弹性系数：
对于青铜或者铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时，取。

模数及蜗杆分度圆直径由表9.1取标准值，分别为：
模数m= 5mm，蜗杆分度圆直径。
（4） 计算传动中心距
蜗轮分度圆直径： 。
中心距 。
取，得。
（5） 验算蜗轮圆周速度、相对滑动速度、传动效率
蜗轮圆周速度

与假设相符。
蜗杆导程角
相对滑动速度

与预测吻合较好。
当量摩擦角由表9.7得

验算啮合效率

与初取值相近。
（6） 计算蜗轮蜗杆的主要几何尺寸
名称
符号
计算公式及结果
蜗杆
蜗轮
齿顶高

齿根高

全齿高

分度圆直径

齿顶圆直径

齿根圆直径

蜗杆分度圆上导程角

蜗轮分度圆上螺旋角

节圆直径

传动中心距

蜗杆轴向齿距

蜗杆螺旋线导程

蜗杆螺旋部分长度

x z
2
0.5

按照结构，取80mm
蜗轮外圆直径

取208mm
蜗轮齿宽

取45mm
齿根圆弧面半径

齿顶圆弧面半径

齿宽角

（7） 热平衡计算
环境温度取，工作温度取，传热系数取。
需要的散热面积

（8） 精度等级及侧隙种类
，取9级精度，侧隙种类代号为c，即传动9c GB/T 10089-1998。
（9） 蜗轮蜗杆的结构设计及工作图绘制（见图纸）
三、 传动装置的运动、动力参数计算
蜗杆轴转速：
蜗轮轴转速：
蜗杆轴功率：
蜗轮轴功率：
卷筒轴功率：
电动机轴的输出转矩：
蜗杆轴转矩：
蜗轮轴转矩：
卷筒轴转矩：
带式传动装置的运动和动力参数

轴名
功率P/kW
转矩T/(N.mm)
转速n/(r/min)
传动比i
效率η
电机轴
1.823

940
1
0.99
转轴Ⅰ
1.805

940
18.5
0.76
转轴Ⅱ
1.397

50.8
1
0.94
卷筒轴
1.355

50.8

四、 轴的校核计算
已知涡轮轴输出功率P=1.397kW，转矩T=262500N.mm，转速n=50.8r/min。蜗轮分度圆直径d=185mm，齿宽b=45mm，圆周力，径向力，轴向力。
（1） 材料选择
考虑到减速器为普通中用途中小功率减速传动装置，轴主要传递蜗轮的转矩，其传递的功率不大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用的45钢，正火回火处理，毛坯用锻件。
主要机械性能：硬度170~217HBW，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，扭转疲劳极限。
（2） 初算轴径
对于转轴,按照扭转强度初算轴颈,由表10.2知C值在106~118间。考虑轴端弯矩小于转矩，故取C=106，已知轴的输入功率为1.379kW，转速为50.8 r/min。
所以蜗杆轴的最小直径：

计入键槽的影响：

（3） 结构设计

对于连接减速器蜗杆和电动机的联轴器，为了减小起动转矩，选择具有较小转动惯量和良好减震性能的有弹性元件的挠性联轴器，选择弹性套柱销联轴器。对于减速器与卷筒轴的联轴器，转速低，传递转矩较大，选用凸缘联轴器。
刚性联轴器，电动机驱动，所以由表13.1可以查得载荷系数为K=2，则计算转矩。由表13.4可以查得GB/T 5843-2003中的GY6型号凸缘联轴器符合要求，其参数为：公称转矩为900N.m，许用转速为6800r/min，轴孔直径为38mm，轴孔长度为60mm，J1型轴孔。轴段1的直径，取。
通过草图绘制，确定采用两端固定方式，并且使用圆锥滚子轴承，由于轴承距油面较高，采用脂润滑。最终确定轴承型号为30209 GB/T 297-1994。并依次确定轴承各部分的轴径及长度如图所示。根据轴径选择A型普通平键，分别为键10x8 GB/T 1096-2003和键14x9 GB/T 1096-2003。蜗杆根据轴径选择A型普通平键，为键8x7 GB/T 1096-2003

（4） 轴的受力分析

轴的受力分析、转矩图、弯矩图如图所示。

轴承的支反力计算：
在水平面上

在垂直平面上

轴承Ⅰ的总支反力

轴承Ⅱ的总支反力

在水平面上，a-a剖面左侧

a-a剖面右侧

垂直面

合成弯矩

（5） 校核轴的强度
图a—a剖面左侧受转矩弯矩，还有键槽引起的应力集中，为危险剖面，抗弯截面模量为

式中：
d-a—a截面的直径，47mm；
b-键槽宽度，14mm；
t-键槽深度，5.5mm。

同理可得抗扭截面模量为

弯曲应力

扭剪应力

查数据得45号钢正火回火处理硬度170~217HBW，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，扭转疲劳极限。对于单向转动的转轴，通常转矩按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力为
，显然满足，故a-a截面左侧强度满足要求。
（6） 校核键连接的强度
键连接的挤压应力为

式中：d—键连接处直径，mm；
T—传递的转矩，N.mm；
h—键的高度，mm；
l—键连接的计算长度，mm，l=L-b。
蜗轮处键连接的挤压应力

取键、轴及联轴器的材料都为钢，查得 。显然，
，故强度足够。
联轴器处键连接的挤压应力

取键、轴及齿轮的材料都为钢，已查得 。显然，，故强度足够。
联轴器处键连接的挤压应力

取键、轴及齿轮的材料都为钢，已查得 。显然，，故强度足够。

（7） 校核轴承寿命
查手册知道30209轴承的。
轴承的轴向力

所以

所以只需校核轴承Ⅱ。
，查得e=0.4；
，，查得X=0.4，Y=1.5。
当量载荷

轴承在100℃以下工作，查表得。同时，。
轴承Ⅰ的寿命为

预期寿命，比预期寿命长，所以合格。
对于蜗杆，结构设计如图

受力分析

蜗杆分度圆直径d=50mm，圆周力，径向力，轴向力。转速n=940r/min。
轴承的支反力计算：
在水平面上

在垂直平面上

轴承Ⅰ的总支反力：

轴承Ⅱ的总支反力：

查手册知道30207轴承的。
轴承的轴向力

所以

所以只需校核轴承Ⅰ。
，查得e=0.37；
，，查得X=0.4，Y=1.6。
当量载荷

轴承在100℃以下工作，查表得。同时，。
轴承Ⅰ的寿命为

预期寿命，比预期寿命长，所以合格。
五、 啮合件及轴承的润滑方法、润滑剂牌号及装油量
蜗轮传动部分采用润滑油，润滑油的粘度为118cSt（100°C），润滑油118cSt。
蜗轮轴承部分采用脂润滑，润滑脂的牌号为ZL-2。
六、 密封方式的选择
蜗杆轴承采用油润滑，用内包骨架旋转轴唇形密封圈密封，型号唇形圈B28 52 7GB/T 1387.1-1992。蜗轮轴采用脂润滑，用毡圈密封，毡圈38FZ/T 92010-1991。
七、 箱体机构设计
剖分式箱体，材料HT200。
名称
减速器型式及尺寸关系
机座壁厚δ
δ=10mm
机盖壁厚δ1
δ1=8mm
机座凸缘厚度b
机盖凸缘厚度b1
机座底凸缘厚度p
b=15mm
b1=15mm
p=25mm
地脚螺钉直径及数目
df=20mm n=4
轴承旁联接螺栓直径
d1=16mm
机盖，机座联接螺栓直径
d2=12mm
轴承端盖螺钉直径
d3=10mm
窥视孔盖螺钉直径
d4=6mm
Df，d1，d2至外壁
距离
df，d2至凸缘边缘距离
C1=26,22,18

C2=24,16
轴承端盖外径
D1=122mm
D2=130mm
轴承旁凸台半径
R1=20mm
轴承旁凸台高度
根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定
机盖，机座筋厚
m1=10mm m2=10mm
蜗轮外圆与箱
内壁间距离

12mm
蜗轮轮毂端面
与箱内壁距离

12mm

八、 附件及其说明
（1） 窥视孔和窥视孔盖
在机盖顶部中心位置铸造100mmX50mm的方孔，并且铸造出5mm凸台，对凸台进行加工。孔盖采用铸造板，并在中间开螺纹孔安装通气器，孔盖140mmX80mm。
（2） 放油孔及油螺塞

选择六角螺塞M18（JB/ZQ 4450-1986）油圈25X18 ZB 71-62。
（3） 油面指示器

选择压配式圆形油标A20GB/T 1160.1-1989。
（4） 通气器

因为工作环境为清洁，所以选择结构简单的通气螺塞M20。
（5） 吊耳

为了方便减速器机体的安装拆卸，设置吊耳，同时充当筋板的作用，加固箱体，结构见装配图，孔径25mm。
（6） 定位销

为保证涡轮轴轴承座孔的加工及安装精度，设置两个非对称的定位销，为销GB/T 117 10X40。
（7） 启盖螺钉

防止机体与机盖粘连而难以分开，设置起盖螺钉，为方便，使用与连接螺钉相同规格的螺栓，切除头部螺纹。
九、 参考资料
[1]王黎钦,陈铁鸣.机械设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.
[2]王连明,宋宝玉.机械设计课程设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.
[3]宋宝玉.简明机械设计课程设计图册.北京：高等教育出版社，2011.