电动机的选择及传动装置运动和动力参数计算
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目录1.设计任务书----------------------------------------------------------------12.电动机的选择计算-------------------------------------------------------13.传动装置的运动和动力参数计算-------------------------------------24.传动零件的设计计算----------------------------------------------------45.轴的设计计算------------------------------------------------------------116.滚动轴承的选择及其寿命计算---------------------------------------157.键联接的选择和验算---------------------------------------------------188.联轴器的选择------------------------------------------------------------209.润滑与密封---------------------------------------------------------------21 10.参考书目-----------------------------------------------------------------22设计题目:用于胶带运输的机械传动装置1、设计任务书设计题目:用于胶带运输机的传动装置,传动装置如图1所示。
电动机带动单级斜齿圆柱齿轮减速器,经皮带传动驱动滚筒回转,滚筒直径400毫米,传动滚筒的圆周力F=900N,带速v=2.3m/s,工作年限8年,2班制工作,运转平稳,小批量生产,工作环境清洁。
机械传动装置总体设计方法机器由原动装置、传动装置、执行装置和控制装置四部分组成,传动装置是将原动机的运动和动力传递给工作机的中间装置。
它可以改变执行装置的速度大小、方向,力或力矩的大小等。
如带式输送机是一台简单机器,电动机是它的原动装置,带传动和减速器是它的传动装置,输送带部分是它的执行装置。
如何对机器的传动装置进行总体设计呢?下面就设计任务、设计内容和设计步骤向大家作详细的介绍。
机械传动装置总体设计任务是选定电动机型号、合理分配各级传动比及计算传动装置的运动和动力参数。
一、电动机的选择一般机械中多用电动机为原动机。
电动机是已经系列化和标准化的定型产品。
设计时,须根据工作载荷大小与性质、转速高低、启动特性、运载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量(功率)和转速,并确定电动机的具体型号。
常用的电动机型号及技术数据可由机械设计手册中查取。
那么电动机类型和结构形式如何选择呢?电动机分为交流电动机和直流电动机,工业上常采用交流电动机。
交流电动机有异步电动机和同步电动机两类,异步电动机又分为鼠笼型和绕线型两种,其中以普通笼型异步电动机应用最广泛。
如无特速要求,一般选择Y系列三相交流异步电动机,它高效、节能、噪声小、振动小,运行安全可靠,安装尺寸和功率等级符合国际标准(IEC),适用于无特殊要求的各种机械设备,设计时应优先选用。
电动机的结构有防护式、封闭自扇式和防爆式等,可根据防护要求选择。
同一类型的电动机又具有几种安装形式,可根据不同的安装要求选择。
其次确定电动机功率其次,电动机功率如何确定?如果选用电动机额定功率超出输出功率较多时,则电动机长期在低负荷下运转,效率及功率因数低,增加了非生产性的电能消耗;如所选电动机额定功率小于输出功率,则电动机长期在过载下运转,使其寿命降低,甚至使电动机发热烧毁。
因此,我们必须通过下面的计算来正确选择电动机。
第1步,确定电动机的输出功率。
计算传动装置的运动和动力参数 一、选择电动机1.选择电动机类型按工作要求和工作条件选用Y 系列三相鼠笼型异步电动机,其结构为全封闭自扇冷式结构,电压为380V 。
2.选择电动机的容量 工作机的有效功率为 4200 1.45.8810001000w Fv P ⨯=== Kw确定电动机转速按表9.1推荐的传动比合理范围,'840i ∑=-,而工作机卷筒轴的转速为601000601000 1.459.4450W v n d ππ⨯⨯⨯===⨯ r/min所以电动机转速的可选范围为'(840)59.4(4752376)d W n i n ∑==--⨯=-- r/min符合这一范围的同步转速为750 r/min 、1000 r/min 、1500 r/min 三种。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量和价格等因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转速为1000 r/min 的电动机。
根据电动机的类型、容量和转速,由电机产品目录或有关手册选定电动机型号为Y160M-6其主要性能如下表所示: 表1.1 Y160M-6型电动机的主要性能二、计算传动装置的总传动比i ∑并分配传动比 1.总传动比i ∑ 970i 16.3359.4m W n n∑=== 2.分配传动比i i i ∑I ∏=⨯ 考虑润滑条件,取i I =1.4i ∏,故4.78i I == 16.33 3.424.78i i i ∑∏I === 三、计算传动装置各轴的运动和动力参数 1.各轴的转速I 轴 1970m n n == r/minⅡ轴 2970202.94.78n n i I I === r/minⅢ轴 23202.9593.42n n i ∏=== r/min2.各轴的输入功率I 轴 117.200.997.128d P P η==⨯= KWⅡ轴 21237.1280.980.97 6.78P P ηη==⨯⨯= KW Ⅲ轴 3223 6.780.980.97 6.45P P ηη==⨯⨯= KW3.各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩d T 为6647.209.55109.55107.0910970d d m P T n =⨯=⨯⨯=⨯ N ·mmI 轴 411708860.997.0210d T T η==⨯=⨯ N ·mmⅡ轴 52123701770.980.97 4.78 3.1910T T i ηηI ==⨯⨯⨯=⨯ N ·mm Ⅲ轴 632233188780.980.97 3.42 1.03710T T i ηη∏==⨯⨯⨯=⨯ N ·m\输入轴(绿色)和发动机相连,轴和上面的齿轮是一个部件。
二.选择电动机二.选择电动机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 =4.595KwPw=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/n m, 其中n m 为电动机的满载转速。
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n m =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i 1=2.1 减速器的传动比i f =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。
机械设计课程设计说明书设计题目:带式运输机上的一级闭式直尺圆柱齿轮减速器学生姓名:何阳专业:交通运输学号:20130504310010指导教师:李粤完成时间:2015年7月2日目录一、设计资料---------------------------------------1二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算-----1三、齿轮传动的设计计算-----------------------------4四、带传动装置的设计-------------------------------7五、轴的设计计算及校核及---------------------------9六、滚动轴承的选择和计算--------------------------19七、键连接的设计----------------------------------20八、联轴器的选择----------------------------------21九、箱体设计及说明--------------------------------21十、润滑和密封的选择------------------------------23 十一、减速器附件的选择及说明----------------------23 十二、设计总结---------------------------------24 十三、参考资料:--------------------------------24一、设计资料1、设计题目设计如图1所示的一级闭式斜齿圆柱齿轮减速器。
图 12、按第50组数据进行设计一级直齿圆柱减速器,拉力 F=1600N ,速度 v=1.7m/s ,直径 D=250mm ,每 天工作小时数:16 小时,工作年限(寿命):10 年,每年工作天数:365 天,运输带速度允许误差为5%。
配 备有三相交流电源,电压 380/220V 。
3、设计工作量设计说明书一份 减速器装配图(A0)1张 零件图(A3)2张二、电动机的选择及传动装置的运动和动力参数计算1.电动机的选择 (1)选择电动机的类型按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压380V ,Y 型。
设计计算说明书启动,运输带速允许误差为5% 。
3、使用期限工作期限为十年,小批量生产,两班制工作。
具体设计内容及步骤:一、电动机选择和运动、动力参数计算(一)、确定电动机的功率1、工作机的功率Pw=FV/1000=1200×1.7/1000=2.04 kW 工作机所需电动机功率Pd = Pw/ŋ传动装置的总效率为ŋ=ŋ1ŋ32ŋ3ŋ4ŋ5由课程设计中表2-5可确定各部分的效率为:V带的传动效率ŋ1=0.96,滚动轴承效率(一对)ŋ2=0.99,闭式齿轮传动效率ŋ3=0.97,联轴器效率ŋ4=0.99,传动滚筒效率ŋ5=0.96;得总效率:ŋ=ŋ1ŋ32ŋ3ŋ4ŋ5=0.96×0.993×0.97×0.99×0.96=0.859所需电动机的功率为:Pd =Pw/ŋ=2.04/0.859 kW=2.37kW因为动载荷比较平稳,电动机额定功率Ped 略大于Pd即可,由Y系列电动机的技术数据可以确定电动机的额定功率为3 kW。
2、确定电动机转速滚筒轴的工作转速为nw=60×1000×V/(∏×D)=60×1000×1.7/(∏×270)r/min=120.25 r/min由于V带传动的传动比常用范围为2~4,一级圆柱齿轮减速器的传动比≤5,所以总的传动比范围ia≤20。
故电动机转速的可选范围为nd =ianw≤2405 r/min由课程设计书中的表6-164可知符合参数的电动机型号有Y100L-2﹑Y100L2-4﹑Y132S-6﹑Y132M-8, Y100L-2电动机的总传动比大,传动装置的外廓尺寸大,结构不紧凑,不可取。
通过对其它三种型号电动机的转速及其他参数的比较,选取电动机的型号为:Y100L2-4 ,其具体参数为PN =3 kW,n=1420 r/min,TM=2.2 N·m。
电机的选择计算课程设计电机的选择计算2.1 选择电动机的类型按工作要求和工作条件选用Y系列三相笼型异步电动机,全封闭自扇冷式结构,电压380V.2.2 选择电动机的容量工作机的有效功率为Pw=FV/1000=(2200N×1.0m/s)/1000=2.2kw.从电动机到工作机输送带间的总效率:联轴器的传动效率η1=0.99.带传动效率η2=0.96.一对圆锥滚子轴承的效率η3= 0. 98.一对球轴承的效率η4= 0.99.闭式直齿圆锥齿传动效率η5= 0.97.闭式直齿圆柱齿传动效率η6= 0.97.总效率=η21η2η33η4η5η6=0.992×0.96×0. 983×0.99×0.97×0.97=0.817.所以电动机所需工作功率为:Pd =Pw/η∑=2.2kw/0.817=2.69kw2.3确定电动机转速查表得二级圆锥圆柱齿轮减速器传动比i=8-40,而工作机卷筒轴的转速为:d=250mmnw=60×1000V/πd=76.5r/m所以电动机转速的可选范围为:nd=i×nw =(8-40) ×76.5=(612-3060)r/m符合这一范围的同步转速有750 r/m,1000 r/m,1500 r/m,3000 r/m四种。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸,质量及价格因素,为使传动装置结构紧凑,决定选用同步转速为1000 r/m的电动机如表2-1:电动机的型号额定功率/kw 满载转速/(r/m)启动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y132S-6 3 960 2.0 2.0电动机的主要安装尺寸和外形尺寸如表2-2:尺寸/mm型号H A B C D E F×GD G Y132S 132 216 140 89 38 80 10×8 332.4 计算传动装置的总传动比i∑并分配传动比1.各级传动的传动比不应该超过其传动比的最大值2.使所设计的传动系统的各级传动机构具有最小的外部尺寸3.使二级齿轮减速器中,各级大齿轮的浸油深度大致相等,以利于实现油池润滑∑为:i∑=nm/ nw=960/76.5=12.549:i∑=i1i2圆锥齿轮传动比一般不大于3,所以:直齿轮圆锥齿轮传动比:i1=3直齿轮圆柱齿轮传动比: i2=4.18实际传动比:i’∑=3×4.18=12.54 因为△i=0.009<0.05,故传动比满足要求2.5 计算传动装置各轴的运动和动力参数Ⅰ轴 nI=nm=960r/mⅡ轴 nⅡ=nI/ i1=960/3=320 r/mⅢ轴 nⅢ=nⅡ/ i2=320/4.18=76.6 r/mⅣ轴 nⅣ=nⅢ=76.6r/mⅠ轴 PI = Pdη1=2.69kw×0.99=2.663kwⅡ轴 PⅡ= PIη5η4=2.663×0.99×0.97=2.557kwⅢ轴 PⅢ= PⅡη6η3=2.557×0.97×0.98=2.43kwⅣ轴 PⅣ= PⅡη1η3=2.43×0.99×0.98=2.358kw电动机轴的输出转矩Td=9.55×106×2.69/960=2.68×104 N.mm所以:Ⅰ轴 TI =Td×η1=2.68×104×0.99=2.65×104 N.mmⅡ轴 TⅡ=TI×η5η4×i1=2.65×104×0.99×0.97×3=7.63×104 N.mmⅢ轴 TⅢ=TⅡ×η6η3×i2=7.63×104×0.97×0.98×4.18=3.03×105N.mmⅣ轴 TⅣ=TⅢ×η1η3=3.03×105×0.99×0.98=2.94×105 N.mm运动和动力参数计算结果整理如表2-3:轴名功率P/kw 转矩T/(N.mm)转速n/(r/m)传动比i 效率η电机轴 2.69 2.68×104960 1 0.99Ⅰ轴 2.663 2.65×104960 13 0.98-0.99Ⅱ轴 2.557 7.63×104320 3-4.18 0.98Ⅲ轴 2.43 3.03×10576.6 4.18 0.97-0.98Ⅳ轴 2.358 2.94×10576.6 1-4.18 0.973 传动零件的设计计算3.1 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算a.选材七级精度小齿轮材料选用45号钢,调质处理,HB=217~286,大齿轮材料选用45号钢,正火处理,HB=162~217,按齿面接触疲劳强度设计:σHmin1=0.87HBS+380由公式得出:小齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin1=600 Mp a;大齿轮的齿面接触疲劳强度σHmin2 =550 Mp ab.(1) 计算应力循环次数N:N1=60njL=60×960×1×8×10×300=2.765×109N2=N1/ i1=2.765×109/3=9.216×108(2)查表得疲劳寿命系数:K HN1=0.91,K HN2=0.93,取安全系数S Hmin =1 ∴[σ]H =σHmin × K HN / S Hmin ∴[σ]H1=600×0.91/1=546 Mp a [σ]H2=550×0.93/1=511.5 Mp a ∵[σ]H1>[σ]H2 ∴取511.5 Mp a(3) 按齿面接触强度设计小齿轮大端模数(由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计):取齿数 Z 1=24,则Z 2=Z 1×i 1=24×3=72, 取Z 2=72∵实际传动比u=Z 2/Z 1=72/24=3,且u=tan δ2=cot δ1=3 ∴δ1=18.435° δ2=71.565° 则小圆锥齿轮的当量齿数z m1=z 1/cos δ1=24/cos18.435°=25.3 z m2=z 2/cos δ2=72/cos71.565°=227.68(4)查表有材料弹性影响系数ZE=189.8,取载荷系数Kt=2.0 有∵T1=2.65×104 T/(N.mm),u=3,ФR1=1/3. ∴试计算小齿轮的分度圆直径为: d1t ≥23H ([])ZE σ231/1(10.51)KtT R R u φφ-*c.齿轮参数计算 (1)计算圆周速度 v=π*d1t*n I(2)计算齿轮的动载系数K 根据v=3.21335m/s ,查表得: Kv=1.18,又查表得出使用系数KA=1.00 取动载系数K α=1.0 取轴承系数K β齿轮的载荷系数K= Kv*KA* K α *K β=2.215 (3)按齿轮的实际载荷系数所得的分度圆直径由公式: d1= d1t 3/K Kt 32.221/2m=66.15/24=2.75d .按齿根弯曲疲劳强度设计: σFmin1=0.7HBS+275 由公式查得:(1)小齿轮的弯曲疲劳强度σFE1=500 Mp a ; 大齿轮的弯曲疲劳强度σFE2 =380 Mp am 222311[4/(10.5)1]*/[]Fa Fs F KT R R Z u Y Y φφσ-+(2)查得弯曲疲劳强度寿命系数K FN1=0.86,K FN2=0.88. 计算弯曲疲劳强度的许用应力,安全系数取S=1.4 由[σF ]=σFmin × K FN / S Fmin 得[σF ]1=σFE1* K FN1/S=500*0.86/1.4=308.929 Mp a [σF ]2=σFE2* K FN2/S=380*0.88/1.4=240.214 Mp a 计算载荷系数K= Kv*KA* K α *K β=2.215 1.查取齿形数: Y Fa1=2.65, Y Fa2=2.236 2.应力校正系数 Y sa1=1.58, Y sa2=1.7543.计算小齿轮的Y Fa * Y sa /[σF ]并加以比较 ∵Y Fa1 * Y sa1 /[σF ]1 Y Fa2 * Y sa2/[σF ] 2∴Y Fa1 * Y sa1 /[σF ]1 < Y Fa2 * Y sa2/[σF ] 2 所以选择Y Fa2 * Y sa2/[σF ] 2=0.01632m ≥222311[4/(10.5)1]*/[]Fa Fs F KT R R Z u Y Y φφσ-+42223[4*2.215*2.65*10/1/3(10.5*1/3)*2431]*0.0162-+对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由因为齿轮模数m 的大小主要由弯曲强度决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮的直径有关,所以将取标准模数的值,即m=2.5。