电动机类型的选择.doc

二、电动机类型的选择 (1)传动装置的总效率：= =0.816式中：=0.988 (滚动轴承传动效率)=0.97（闭式圆柱斜齿传动效率）=0.94（开式伞齿轮传动效率）=0.99（联轴器）(2)电动机所需的工作功率：=5.27kw电动机功率：=5.27kw(3)确定电动机转速按机械设计课程设计指导书P13表1推荐的传动比合理范围，一级圆锥齿轮减速器传动比ia=24，二级圆柱齿轮减速器传动比ib=840，则总传动比合理范围为16160，故电机转速的可选范围为：（16160）20=（3203200）可选电机：Y132S1-25.5KW2900r/minY132S-45.5KW1440r/minY132M2-65.5KW960r/minY160M2-85.5KW720r/min根据以上选用的电机类型，所需的额定功率及满载转速，选定电动机型号Y132M2-6。其主要性能，额定功率5.5kw；满载转速960r/min三、确定传动装置的有关的参数确定传动装置的总传动比和分配传动比(1)总传动比的计算。 由选定电动机满载转速和工作主动轴转速,可得传动装置总传比=48式中：r/min； r/min。(2)分配传动装置传动比 式中 、分别为圆锥齿轮传动和减速器的传动比。 为使圆锥齿轮传动外廓尺寸不致过大，初步取，则减速器传动比为：其中 为高速级传动比，为低速级传动比。 由二级圆柱齿轮减速器传动比分配，图（b） =4.5，所以四传动装置的运动和动力参数(1)各轴的转速 轴 r/min 轴 r/min 轴 r/min式中：分别为.轴的转速；电机满载转速。(2)各轴输入功率轴 KW轴 KW轴 KW式中：Pd电动机的输出功率；、，,轴的输入功率；(3)各轴输入转矩电机输出转矩 轴 轴 =223.87 轴 762.93 项目电动机轴轴轴转速（r/min）960960213.360功率P（kw）5.275.225.004.79转矩T（Nm）52.4351.91223.87762.93传动比i34.53.56效率0.990.950.95 五齿轮的计算高速级齿轮A.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，硬齿轮面闭式传动。2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)。3.材料选择。由机械设计表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调制处理），硬度为240270HBS。大齿轮材料为40Cr（正火处理）4.试选小齿轮齿数，则大齿轮齿取（传动比），取 B.按齿面接触疲劳强度设计 公式为： (1)确定公式内的数值 1.因大小齿轮为硬齿面，故选 2.由机械设计图10-21e查得 3.小齿轮的传递扭矩 4.由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数 5.试选载荷系数 6.计算应力循环次数 = 7.由机械设计图10-19取接触寿命系数 8.计算接触疲劳许用应力（取失效概率1%，安全系数s=1） (2)计算 1.试算小齿轮分度圆直径 2.计算圆周速度 3.计算齿宽b以及模数m 4计算载荷系数K 由，7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数 由表10-3得 由表10-4中硬面，非对称布置，7级精度的 由表10-2得 5.按实际的动载荷系数校正分度圆直径 6.计算模数 c. 按齿根弯曲疲劳强度设计 公式为 （1）.确定公式内的各参数值 1.计算载荷系数 由机械设计图10-13得 2.由机械设计图10-20c查得齿轮弯曲疲劳极限 3.由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数 4.计算弯曲疲劳许用应力(s取1.4) 5.查取齿形系数 由机械设计表10-5查得 6.查取应力校正系数 由机械设计表10-5查得 7.计算大小齿轮并比较 大齿轮数值大 （2）设计计算 对比结果，取。分度圆直径 所以大齿轮 D.几何尺寸计算 1.分度圆直径 2.中心距 3. 计算齿轮宽度 4.取 六、低速级齿轮的设计A.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.按简图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，硬齿轮面闭式传动。2.运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度(GB10095-88)。3.材料选择。由机械设计表10-1，选择小齿轮材料为40Cr（调制处理），硬度为240270HBS。大齿轮材料为40Cr（正火处理)。4.试选小齿轮齿数，则大齿轮齿数取100。 B.按齿面接触疲劳强度设计 公式为： (1)确定公式内的数值 1.因大小齿轮为硬齿面，故选 2.由机械设计图10-21e查得 3.小齿轮的传递扭矩 4.由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数 5.试选载荷系数 6.计算应力循环次数 7.由机械设计图10-19取接触寿命系数 8.计算接触疲劳许用应力（取失效概率1%，安全系数s=1） (2)计算 1.试算小齿轮分度圆直径 2.计算圆周速度 3.计算齿宽b以及模数m 4计算载荷系数K 由，7级精度，由机械设计图10-8查得动载系数 由表10-3得 由表10-4中硬面，非对称布置，7级精度的 由表10-2得 5.按实际的动载荷系数校正分度圆直径 6.计算模数 c. 按齿根弯曲疲劳强度设计 公式为 （1）.确定公式内的各参数值 1.计算载荷系数 由机械设计图10-13得 2.由机械设计图10-20c查得齿轮弯曲疲劳极限 3.由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数 4.计算弯曲疲劳许用应力(s取1.4) 5.查取齿形系数 由机械设计表10-5查得 6.查取应力校正系数 由机械设计表10-5查得 7.计算大小齿轮并比较 大齿轮数值大 （2）设计计算 对比结果，取 。分度圆直径 取30 所以大齿轮取106 D.几何尺寸计算 1.分度圆直径 2.中心距 3.计算齿轮宽度 4.取七、轴的设计计算（一）输入轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255HBS，根据教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=112，P为传递功率为KW，为一级输入轴转速，=r/min。（实心轴）则： =19.69mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=19.69(1+5%) =20.67 mm圆整后取d=21mm。2、轴的结构设计（1）轴上的零件定位，固定和装配（2）确定轴的各段直径和长度因为输入轴的最小直径显然是安装联轴器出轴的直径，联轴器的计算转矩Tca=KAT1，查教材P351表14-1，取KA=1.3则：Tca=KAT1=1.351.91=67.483Nm查标准GB/T4323-2002选LT4型弹性柱銷联轴器，其公称转矩为125Nm，半联轴器孔径d=25mm，Y型轴孔长度L=62mm。初选深沟球轴承（6007），其尺寸为dDB=35mm62mm14mm。2） 确定轴各段直径和长度I段：d1=25mm 长度取决于安装位置，暂定L1=62mmII段d2=d1+2h=25+20.07d1=25+20.0725=28.5mm取标准值d2=30mm初选用6007型深沟球轴承，其内径为35mm,宽度为14mm。（转入输入轴轴承选择计算）考虑齿轮端面和箱体内壁，轴承端面和箱体内壁应有一定距离。取套筒长为10mm.III段直径d3=d2+2h=30mm+20.07d2=30mm+20.0730mm =34.2mm取d3=35mmL3=14+10+2mm=26mm段装高速级小齿轮 故直径d4=40mm轴段4的长度L4应比齿轮毂长略短,长度L4=52mmV段 的直径为取46mm长度为VII段装轴承所以与III的直径一样为 长度为VI段的直径长度为（二）中间轴的结构布置1、按扭矩初算轴径。选用45调质，硬度217255HBS根据教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=112，P为传递功率为KW，n为一级输入轴转速nr/min。（实心轴）则： =32.05mm考虑有键槽，将直径增大5%，则d=32.05(1+5%) =33.65 mm圆整后取d=34mm2、轴的结构设计1） 初选型号6008的深沟球轴承参数如下基本额定动载荷基本额定静载荷 故。轴段1和7的长度与轴承宽度相同,故取， ，取46mm2）轴段3上安装低速级小齿轮,为便于齿轮的安装,应略大于,可取。取54mm。齿轮左端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮左端面上,即靠紧,轴段3的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。小齿轮右端用轴肩固定,由此可确定轴段4的直径, 轴肩高度,取,故取取3）轴段5上安装高速级大齿轮,为便于齿轮的安装, 应略大与,可取。齿轮右端用套筒固定,为使套筒端面顶在齿轮右端面上,即靠紧,轴段5的长度应比齿轮毂长略短,若毂长与齿宽相同,已知齿宽，取。取齿轮齿宽中间为力作用点,则可得, ，3、齿轮受力分析求转矩：已知T2=223.87Nm求圆周力：Ft根据教材P213（10-14）式得=2T2/d2=2223.87/ 295=1517.8N =2T2/d3=2223.87 / 105=4264.2N 求径向力Fr根据教材P213（10-14）式得=tann=1517.8tan20 =552.43N =tann=4264.2tan20 =1552.04N4、作轴的计算简图，计算支座反力和内力弯矩1）计算支承反力： 在水平面上 同理 2488.6N在垂直面上： 故 总支承反力： 2)计算弯矩在水平面上：在垂直面上： 故 计算转矩计算危险截面的当量弯矩根据教材取扭矩校正系数按照弯曲和扭转组合强度计算需要的轴径已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得由于C处有一个键槽，故将直径增大5，即需要的直径小于该处的实际直径,故轴的弯扭组合强度足够。受力、弯距和扭距图 （三）输出轴的设计计算1、按扭矩初算轴径选用45调质，硬度217255HBS根据教材P370（15-2）式，并查表15-3，取A0=112，P为传递功率为KW，n为一级输入轴转速nr/min。（实心轴）则： 考虑有键槽，将直径增大5%，则d=48.22(1+5%) =50.631 mm圆整后取d=51mm2、轴的结构设计（1）轴上零件的定位，固定和装配二级直齿轮减速器联轴器一端用轴肩固定另一端用螺母固定，齿轮相对于轴承做不对称转动，齿轮一端由轴肩定位，右面用套筒轴向固定，周向用平键连接。两轴承分别以轴肩和套筒定位。（2） 确定轴各段直径和长度因为输出轴的最小直径显然是安装联轴器出轴的直径，联轴器的计算转矩Tca=KA，查教材P351表14-1，取KA=1.3则：Tca=KAT1=1.3762.93=991.81Nm查P标准GB/T4323-2002选LT9型弹性柱銷联轴器，其公称转矩 1000Nm，半联轴器孔径d=55mm，Y型轴孔长度L=112mm。（3） 1段：d1=55mm 长度取L1=112mm第II为定位轴肩h=0.07dmm2段：d2=d1+2h=55+20.0755=62.7mm取64mmd2=64mm 取长度L2=50mm3段为非定位轴肩 初选用6015型深沟球轴承，其尺寸为：dDB=75mm115mm20mm=75mm 取套筒长为10mm. =20+10+2=32mm因为第6段位定位轴肩取h=6mm d6=d3+2h=72mm L6=65mm4段安装低速大齿轮 取d4=75+20.0775=85.5mm取86mm 为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度故取L4=78mm 5段位定位轴肩 则轴环直径d5=d4+2h=98mm =10mm 7段为轴承所以75 所以 20mm6段为=75+20.175=85.5mm =10mm 八、深沟球轴承 (6008)寿命计算 查参考文献表6-1：轴承的额定动载荷 根据已知条件，轴承预计寿命=2836510=58400h轴承的寿命校核可由教材P320式（13-5a）即：根据P319页，（对于球轴承，=3；对于滚子轴承=10/3）则=3由教材P320表13-4结合该轴承的工作环境，取=1.00，由于轴承受径向和轴向载荷作用，则(由教材P321式13-9a)由教材P321表13-6，取=1.0；中间轴的轴承进行寿命校核 =102682.38故所选轴承可满足寿命要求。 九、键的校核1.输入轴的键的校核（1） 联轴器的键 由教材表选用圆头平键（A型） 由公式可得，查表，得 ，键校核安全（2） 高速级小齿轮的键 由教材表选用圆头平键（A型） 由公式可得，查表，得 ，键校核安全2.中间轴的键的校核（1）高速级大齿轮的键 由教材表选用圆头平键（A型） 由公式可得，查表，得 ，键校核安全（2）低速级小齿轮的键 由表选用圆头平键（A型） 由公式，查表，得 ，键校核安全3.输出轴的键的校核（1) 联轴器的键的校核 由教材表选用圆头平键（A型） 由公式可得，查表，得 ，键校核安全（2） 低速级大齿轮由教材表选用圆头平键（A型） 由公式可得，查表，得 ，键校核安全十MATLAB计算高速级齿轮计算% * 斜齿圆柱齿轮传动设计计算 *% M文件中有关数据表见参考文献1：郭仁生，魏宣燕等.机械设计基础.北京：清华大学出版社，2011第3版% 已知条件：传递功率(kW)；主动轮转速(r/min)；传动比P1=5.22;n1=960;i=4.5;ha=1.0;ca=0.25;hd=pi/180; % 正常齿；角度转换弧度系数m=2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50; % 第一系列标准模数K=input( 根据载荷情况，选择载荷系数 K = );% 1-确定齿轮的许用应力sigma_FP和sigma_HPdisp (注意：以下输入的齿轮材料和齿面硬度类别的标识字符要用大写,并用单引号括起)CL=input( 选择齿轮材料：碳钢-TG;合金钢-HG = );CM=input( 选择齿面硬度类别：硬齿面-YC;软齿面-RC = );psi_d=input( 表10-11：选择齿宽系数 psi_d = );if CL=TG disp 齿轮材料-碳钢 if CM=YC disp 齿面硬度类别-硬齿面 HRC1=input( 输入小齿轮感应淬火硬度 HRC1 = ); HRC2=input( 大齿轮感应淬火硬度 HRC2 = ); sigma_H1=11*HRC1+610;sigma_H2=11*HRC2+610; sigma_F1=380;sigma_F2=380; elseif CM=RC disp 齿面硬度类别-软齿面 HBS1=input( 输入小齿轮调质/正火硬度 HBS1 = ); HBS2=input( 大齿轮调质/正火硬度 HBS2 = ); sigma_H1=(9*HBS1+3750)/10;sigma_H2=(9*HBS2+3750)/10; sigma_F1=(2*HBS1+675)/5;sigma_F2=(2*HBS2+675)/5; endelseif CL=HG disp 齿轮材料-合金钢 if CM=YC disp 齿面硬度类别-硬齿面 sigma_H1=1500;sigma_H2=1500; sigma_F1=460;sigma_F2=460; elseif CM=RC disp 齿面硬度类别-软齿面 HBS1=input( 输入小齿轮调质/正火硬度HBS1 = ); HBS2=input( 大齿轮调质/正火硬度HBS2 = ); sigma_H1=(10*HBS1+1700)/6;sigma_H2=(10*HBS2+1700)/6; sigma_F1=(19*HBS1+9700)/50;sigma_F2=(19*HBS2+9700)/50; endenddisp (注意：以下输入的齿轮传动方向类别的标识字符要用大写,并用单引号括起)FX=input( 选择齿轮传动方向：单向传动-DX;双向传动-SX = );if FX=DX disp 齿轮单向传动 sigma_FP1=1.4*sigma_F1;sigma_FP2=1.4*sigma_F2;elseif FX=SX disp 齿轮双向传动 sigma_FP1=sigma_F1;sigma_FP2=sigma_F2;endfprintf ( 小齿轮齿根弯曲许用应力 sigma_FP1 = %3.2f MPa n,sigma_FP1)fprintf ( 大齿轮齿根弯曲许用应力 sigma_FP2 = %3.2f MPa n,sigma_FP2)sigma_HP1=0.9*sigma_H1;sigma_HP2=0.9*sigma_H2;fprintf ( 小齿轮齿面接触许用应力 sigma_HP1 = %3.2f MPa n,sigma_HP1)fprintf ( 大齿轮齿面接触许用应力 sigma_HP2 = %3.2f MPa n,sigma_HP2)if sigma_HP1sigma_HP2 sigma_HP=sigma_HP2;Else sigma_HP=sigma_HP1;end% 2-分别按照硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动进行设计计算disp 初选斜齿轮螺旋角的范围一般是810beta=input( 初选齿轮螺旋角() beta = );Aa,Ad,Am=ADM(beta); % 根据螺旋角查询齿轮强度计算系数T1=9550*P1/n1if CM=YC disp 硬齿面齿轮传动-按照齿根弯曲强度确定齿轮模数 disp 闭式硬齿面齿轮传动小齿轮齿数范围是：1720 z1=input( 输入小齿轮齿数 z1 = ); z2=round(i*z1) u=z2/z1; zv1=z1/(cos(beta*hd)3 zv1=input( 确定小齿轮当量齿数 zv1 = ); zv2=u*zv1 zv2=input( 确定大齿轮当量齿数 zv2 = ); Yfs1=zv1/(0.269118*zv1-0.840687) % 根据拟合曲线方程计算 Yfs1=input( 确定小齿轮齿形系数 Yfs1 = ); if zv2=60 Yfs2=3.88 else Yfs2=zv2/(0.269118*zv2-0.840687) Yfs2=input( 确定大齿轮齿形系数 Yfs2 = ); end if Yfs1/sigma_FP1Yfs2/sigma_FP2 Yfcp=Yfs1/sigma_FP1; else Yfcp=Yfs2/sigma_FP2; end mj=Am*(K*T1*Yfcp/(psi_d*z12)(1/3); for j=1:15 if mj=1 disp 无法计算螺旋角,需要增大中心距 disp 中心距尾数一般是偶数、5或是0 a=input( 选取中心距 a = ); beta_a=mn*(z1+z2)/(2*a) % 增大中心距后的螺旋角余弦值 end beta_j=acos(mn*(z1+z2)/(2*a);beta=beta_j/hd d1=mn*z1/cos(beta_j); disp * 校核齿面接触强度 * Aa,Ad,Am=ADM(beta); % 根据实际螺旋角查询齿轮强度计算系数 dx=Ad*(K*T1*(u+1)/(psi_d*u*sigma_HP2)(1/3) if dx=d1 disp 满足齿面接触强度 else disp * 不满足齿面接触强度,需要重新计算! aj=dx*(1+u)/(2*cos(beta*hd) disp 中心距尾数一般是偶数、5或是0 a=input( 选取中心距 a = ); mj=2*a*cos(beta*hd)/(z1+z2); for j=1:15 if mj=1 disp 无法计算螺旋角,需要增大中心距 beta_a=mn*(z1+z2)/(2*a) % 增大中心距后的螺旋角余弦值 end beta_j=acos(mn*(z1+z2)/(2*a);beta=beta_j/hd; end fprintf (mn = %3.2f mm n,mn); d1=mn*z1/(cos(beta_j) d2=mn*z2/(cos(beta_j) da1=d1+2*ha*mn da2=d2+2*ha*mn b=psi_d*d1 b2=input( 确定大齿轮宽度(mm) b2 = ); b1=input( 确定小齿轮宽度(mm) b1 = );elseif CM=RC disp 软齿面齿轮传动-按照齿面接触强度确定齿轮直径 disp 闭式软齿面齿轮传动小齿轮齿数范围是：2030 z1=input( 输入小齿轮齿数 z1 = ); z2=round(i*z1) u=z2/z1; dj=Ad*(K*T1*(u+1)/(psi_d*u*sigma_HP2)(1/3); aj=dj*(1+u)/(2*cos(beta*hd) a=round(aj/2+0.5)*2; mj=2*a*cos(beta*hd)/(z1+z2); for j=1:15 if mj=1 disp 无法计算螺旋角,需要增大中心距 disp 中心距尾数一般是偶数、5或是0 a=input( 选取中心距 a = ); beta_a=mn*(z1+z2)/(2*a) % 增大中心距后的螺旋角余弦值 end beta_j=acos(mn*(z1+z2)/(2*a);beta=beta_j/hd d1=mn*z1/cos(beta_j) disp * 校核齿根弯曲强度 * zv1=z1/(cos(beta*hd)3 zv1=input( 确定小齿轮当量齿数 zv1 = ); zv2=u*zv1 zv2=input( 确定大齿轮当量齿数 zv2 = ); Yfs1=zv1/(0.269118*zv1-0.840687) Yfs1=input( 确定小齿轮齿形系数 Yfs1 = ); if zv2=60 Yfs2=3.88 else Yfs2=zv2/(0.269118*zv2-0.840687) % 根据拟合曲线方程计算 Yfs2=input( 确定大齿轮齿形系数 Yfs2 = ); end if Yfs1/sigma_FP1Yfs2/sigma_FP2 Yfcp=Yfs1/sigma_FP1; else Yfcp=Yfs2/sigma_FP2; end Aa,Ad,Am=ADM(beta); % 根据实际螺旋角查询齿轮强度计算系数 mx=Am*(K*T1*Yfcp/(psi_d*z12)(1/3); if mx=mn disp 满足齿根弯曲强度 else disp * 不满足齿根弯曲强度,需要重新计算! aj=mn*(z1+z2)/(2*cos(beta*hd); a=round(aj/2+0.5)*2; beta_j=acos(mn*(z1+z2)/(2*a); beta=beta_j/hd; end disp ( 法面模数(mm) mn = ),mn; fprintf (mn = %3.2f mm n,mn); d1=mn*z1/(cos(beta_j) d2=mn*z2/(cos(beta_j) da1=d1+2*ha*mn da2=d2+2*ha*mn b=psi_d*d1 b2=input( 确定大齿轮宽度(mm) b2 = ); b1=input( 确定小齿轮宽度(mm) b1 = );end% 3-齿轮传动计算系数函数文件ADM.mfunction Aa,Ad,Am=ADM(beta)if beta=8 & beta=15 & beta=25 & betasigma_HP2 sigma_HP=sigma_HP2;else sigma_HP=sigma_HP1;end% 2-分别按照硬齿面齿轮传动和软齿面齿轮传动进行设计计算disp 初选斜齿轮螺旋角的范围一般是810beta=input( 初选齿轮螺旋角() beta = );Aa,Ad,Am=ADM(beta); % 根据螺旋角查询齿轮强度计算系数T1=9550*P1/n1if CM=YC disp 硬齿面齿轮传动-按照齿根弯曲强度确定齿轮模数 disp 闭式硬齿面齿轮传动小齿轮齿数范围是：1720 z1=input( 输入小齿轮齿数 z1 = ); z2=round(i*z1) u=z2/z1; zv1=z1/(cos(beta*hd)3 zv1=input( 确定小齿轮当量齿数 zv1 = ); zv2=u*zv1 zv2=input( 确定大齿轮当量齿数 zv2 = ); Yfs1=zv1/(0.269118*zv1-0.840687) % 根据拟合曲线方程计算 Yfs1=input( 确定小齿轮齿形系数 Yfs1 = ); if zv2=60 Yfs2=3.88 else Yfs2=zv2/(0.269118*zv2-0.840687) Yfs2=input( 确定大齿轮齿形系数 Yfs2 = ); end if Yfs1/sigma_FP1Yfs2/sigma_FP2 Yfcp=