自扇冷鼠笼型三相异步电动机设计.doc

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1、机械设计课程设计 目录 目录机械设计课程设计任务书11绪论21.1 选题的目的和意义22确定传动方案33机械传动装置的总体设计33.1 选择电动机33.1.1 选择电动机类型33.1.2 电动机容量的选择33.1.3 电动机转速的选择43.2 传动比的分配53.3计算传动装置的运动和动力参数53.3.1各轴的转速：53.3.2各轴的输入功率：63.3.3各轴的输入转矩：63.3.4整理列表64 V带传动的设计74.1 V带的基本参数74.2 带轮结构的设计105齿轮的设计105.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）105.1.1 齿轮的类型105.1.2尺面接触强度较合115.1.3按轮齿弯曲强度

2、设计计算125.1.4 验算齿面接触强度145.1.5验算齿面弯曲强度155.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）155.2.1 齿轮的类型155.2.2按尺面接触强度较合165.2.3按轮齿弯曲强度设计计算175.2.4 验算齿面接触强度195.2.5验算齿面弯曲强度206轴的设计（中速轴）206.1求作用在齿轮上的力206.2选取材料216.2.1轴最小直径的确定216.2.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度216.3键的选择216.4求两轴所受的垂直支反力和水平支反力226.4.1受力图分析226.4.2垂直支反力求解236.4.3水平支反力求解236.5剪力图和弯矩图246.

3、5.1垂直方向剪力图246.5.2垂直方向弯矩图246.5.3水平方向剪力图256.5.4水平方向弯矩图256.6扭矩图266.7剪力、弯矩总表：276.8 按弯扭合成应力校核轴的强度287减速器附件的选择及简要说明287.1.检查孔与检查孔盖287.2.通气器287.3.油塞287.4.油标297.5吊环螺钉的选择297.6定位销297.7启盖螺钉298减速器润滑与密封298.1 润滑方式298.1.1 齿轮润滑方式298.1.2 齿轮润滑方式298.2 润滑方式308.2.1齿轮润滑油牌号及用量308.2.2轴承润滑油牌号及用量308.3密封方式309机座箱体结构尺寸309.1箱体的结构设

4、计3010设计总结3211参考文献3338 by 524432161机械设计课程设计1 绪论1.1 选题的目的和意义减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。 与减速器联接的工作机载荷状态比较复杂，对减速器的影响很大，是减速器选用及计算的重要因素，减速器的载荷状态即工作机（从动机）的载荷状态，通常分为三类：均匀载荷;中等冲击载荷;强冲击载

5、荷。减速器是指原动机与工作机之间独立封闭式传动装置，用来降低转速并相应地增大转矩。此外，在某些场合，也有用作增速的装置，并称为增速器。 我们通过对减速器的研究与设计，我们能在另一个角度了解减速器的结构、功能、用途和使用原理等，同时，我们也能将我们所学的知识应用于实践中。在设计的过程中，我们能正确的理解所学的知识，而我们选择减速器，也是因为对我们过控专业的学生来说，这是一个很典型的例子，能从中学到很多知识。2 确定传动方案根据工作要求和工作环境，选择展开式二级圆柱斜齿轮减速器传动方案。此方案工作可靠、传递效率高、使用维护方便、环境适用性好，但齿轮相对轴承的位置不对称，因此轴应具有较大刚度。此外，

6、总体宽度较大。为了保护电动机，其输出端选用带式传动，这样一旦减速器出现故障停机，皮带可以打滑，保证电动机的安全。3 机械传动装置的总体设计3.1 选择电动机3.1.1 选择电动机类型电动机是标准部件。因为工作环境清洁，运动载荷平稳，所以选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机。3.1.2 电动机容量的选择1、工作机所需要的功率为：其中：，得2、电动机的输出功率为电动机至滚筒轴的传动装置总效率。取V带传动效率，齿轮传动效率，效率，弹性联轴器=0.99，卷筒效率=0.95，从电动机到工作机输送带间的总效率为：3、电动机所需功率为：因载荷平稳 ，电动机额定功率只需略大于即可，查机械设计课

7、程设计手册（第三版）表12-1选取电动机额定功率为。 3.1.3 电动机转速的选择滚筒轴工作转速：展开式减速器的传动比为：V带的传动比为：得总推荐传动比为：所以电动机实际转速的推荐值为：符合这一范围的同步转速为3000r/min。综合考虑为使传动装置机构紧凑，选用同步转速3000r/min的电机。型号为Y112M-2，满载转速，功率4。3.2 传动比的分配1、总传动比为2、分配传动比为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，现选V带传动比：；则减速器的传动比为：；考虑两级齿轮润滑问题，两级大齿轮应该有相近的浸油深度。则两级齿轮的高速级与低速级传动比的比值取为1.4，取则：；3.3计算传动

8、装置的运动和动力参数3.3.1各轴的转速：1轴 ；2轴 ；3轴 ；滚筒轴 3.3.2各轴的输入功率：1轴 ；2轴 ；3轴 ；卷筒轴 3.3.3各轴的输入转矩：电机轴 ；1轴 ；2轴 ；3轴 ；滚筒轴 3.3.4整理列表轴名功率转矩转速电机轴412.39289013.637.18924.823.42129.97251.333.25324.8395.55滚筒轴3.15314.8495.554 V带传动的设计4.1 V带的基本参数1、确定计算功率：已知：；查机械设计（第九版）表8-8得工况系数：；则：2、选取V带型号：根据、查机械设计图8-11选用Z型V带3、确定大、小带轮的基准直径（1）初选小带轮

9、的基准直径：；（2）计算大带轮基准直径：；查机械设计（第九版）表8-9取，误差小于5%，是允许的。4、验算带速：带的速度合适。5、确定V带的基准长度和传动中心距：中心距：初选中心距取中心距 。 （2）基准长度：对于Z型带查机械设计（第九版）表8-2选用（3）实际中心距：6、验算主动轮上的包角：由得主动轮上的包角合适。7、计算V带的根数：，查机械设计（第九版）表8-4 得： ；（2），.125查表8-5得：；（3）由查机械设计（第九版）表8-6得，包角修正系数（4）由，与V带型号Z型查机械设计（第九版）表8-2得：综上数据，得取合适。8、计算预紧力（初拉力）：根据带型Z型查机械设计（第九版）表8

10、-3得：9、计算作用在轴上的压轴力：其中为小带轮的包角。10、V带传动的主要参数整理并列表：带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)Z3.1251540中心距（mm）根数初拉力(N)压轴力(N)495559.35585.14.2 带轮结构的设计1、带轮的材料：采用铸铁带轮（常用材料HT200）2、带轮的结构形式：V带轮的结构形式与V带的基准直径有关。小带轮接电动机，较小，所以采用实心式结构带轮。5齿轮的设计5.1齿轮传动设计（1、2轮的设计）5.1.1 齿轮的类型1、依照传动方案，本设计选用二级展开式斜齿圆柱齿轮传动。2、运输机为一般工作机器，运转速度不高，查机械设计（第九版）表10-6

11、，选用8级精度。3、材料选择：表101选小齿轮材料为40Cr调制，齿面硬度为 280HRC，接触疲劳强度极限 ，弯曲疲劳强度极限；大齿轮材料为45钢调制，齿面硬度为 240HRC,接触疲劳强度极限,弯曲疲劳强度极限。4、螺旋角：820,初选螺旋角=135、齿数：初选小齿轮齿数：； 大齿轮齿数：，取。故实际传动比，则：5%6、压力角5.1.2按齿面接触疲劳强度设计1、 试算小齿轮分度圆直径： （1）试选载荷（2）查机械设计（第九版）表10-7选（3）查机械设计（第九版）图10-20，取区域系数. （4）查机械设计（第九版）表10-5得弹性系数（锻钢-锻钢）。（5） 螺旋角系数（6） 计算接触疲劳

12、强度用重合系数 （7） 计算接触疲劳许用应力：齿轮的工作应力循环次数：查机械设计（第九版）图10-23得疲劳寿命系数取失效概率为1%，弯曲疲劳强度安全系数取，疲劳强度安全系数。有=658MPa =637MPa取、中较小的为许用应力（8） 试算小齿分度圆直径2、 调整小齿轮分度圆直径 （1）1）圆周速度v 2） 齿宽b （2）计算实际载荷系数 查机械设计（第九版）表10-2得使用系数 查机械设计（第九版）图10-8得动载系数 齿轮圆周力，查机械设计（第九版）表10-3得齿间载荷分配系数 查机械设计（第九版）表10-4得齿向载荷分布系数 则载荷系数(3) 按实际载荷系数算得分度圆直径 计算相应齿轮

13、模数 mm5.1.3按轮根弯曲疲劳强度设计1试算齿轮模数即（1）确定式中各参数值1）试选载荷系数2）计算弯曲疲劳强度的重合度系数3） 计算弯曲疲劳强度的螺旋角系数 4）计算当量齿数：查机械设计（第九版）图10-17得齿形系数查机械设计（第九版）图10-18得应力修正系数小齿轮与大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别是：查机械设计（第九版）图10-22得弯曲疲劳寿命系数 取弯曲疲劳安全系数 =352MPa =262.08MPa 因为大齿轮的大于小齿，所以取=（2） 试算齿轮模数 2调整齿轮模数（1） 计算实际载荷系数的数据准备： 1)圆周速度v 2）齿宽b mm 3）齿高h及宽高比b/h （2） 计算实际

14、载荷系数 查机械设计（第九版）表10-2得使用系数 查机械设计（第九版）图10-8得动载系数 齿轮圆周力，查机械设计（第九版）表10-3得齿间载荷分配系数 查机械设计（第九版）表10-4得齿向载荷分布系数 则载荷系数 （3）按实际载荷系数算得齿轮模数 对比计算结果，由吃面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数。从满足弯曲疲劳强度出发，从标准中就近取=2mm；为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的分度圆直径mm来计算小齿轮的齿数，即。取：，则，取。：与互为质数。5.1.4 几何尺寸计算1、计算中心距考虑模数从1.594mm增大至2mm，为此将中心距减小圆整为91

15、mm。2、按圆整后的中心距修正螺旋角：3、计算小、大齿轮的分度圆直径： 4、计算齿轮宽度： 取。5.1.5圆整中心距后的强度校核1、 齿面接触疲劳强度校核1）圆周速度v 2）齿宽b 3）计算实际载荷系数 查机械设计（第九版）表10-2得使用系数 查机械设计（第九版）图10-8得动载系数 齿轮圆周力，查机械设计（第九版）表10-3得齿间载荷分配系数 查机械设计（第九版）表10-4得齿向载荷分布系数 则载荷系数3)得： 满足齿面疲劳强度要求条件。2、 齿根弯曲疲劳强度校核 由得 齿根弯曲疲劳强度满足要求，并且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏的能力大于大齿轮。5.1.6主要设计结论齿数模数m=2mm，压力角，

16、螺旋角，变位系数中心距，齿宽。小齿选用40Cr调制，大齿轮材料为45钢调制。齿轮按8级精度设计。5.1.7结构设计 大齿齿顶圆直径大于160mm小于500mm故选用腹板式结构5.2 齿轮传动设计（3、4齿轮的设计）1、 材料选择：查表101选小齿轮材料为40Cr调制，齿面硬度为 280HRC，接触疲劳强度极限 ，弯曲疲劳强度极限；大齿轮材料为45钢调制，齿面硬度为240HRC,接触疲劳强度极限,弯曲疲劳强度极限。2、 螺旋角：820,初选螺旋角=133、齿数：初选小齿轮齿数：； 大齿轮齿数：，取。故实际传动比，则：5%4、压力角查机械设计基础表11-5，取，。查表11-4，取区域系数，弹性系数

17、（锻钢-锻钢）。有=1200MPa =1140MPa =576MPa =560MPa 2、螺旋角：820,初选=153、齿数：初选小齿轮齿数：； 大齿轮齿数：，取。 故实际传动比：A，则5%5.2.2按齿面接触强度较合1、（1）、取载荷（2）、（3）、， ，2、计算模数，3、计算齿轮圆周速度5.2.3按轮齿弯曲强度设计计算因为所选材料硬大度于350HBS,所以为硬齿面。1、法向模数 2、查机械设计基础表11-3，得载荷系数k=1.33、查机械设计基础表11-6，得齿宽系数4、小齿轮上的转矩5、齿形系数 查机械设计基础图11-8得：， 查机械设计基础图11-9得：， 因为和 比较 所以对小齿轮进

18、行弯曲强度计算。6、法向模数 取7、中心距圆整为120mm。8、确定螺旋角：9、确定齿轮的分度圆直径：10、齿轮宽度：圆整为45mm圆整后取；。11、重合度确定 ，查表得 所以=12、齿轮尺寸表格：将几何尺寸汇于表：序号名称符号计算公式及参数选择1端面模数2螺旋角3分度圆直径4齿顶高5齿根高6全齿高7顶隙8齿顶圆直径9齿根圆直径10中心距11重合度5.2.4 验算齿面接触强度 可知是安全的 较合安全5.2.5验算齿面弯曲强度查机械设计基础图11-8得：，查机械设计基础图11-9得：， 6轴的设计（中速轴）6.1求作用在齿轮上的力因为高速轴的小齿轮与中速轴的大齿轮相啮合，故两齿轮所受的、都是作用

19、力与反作用力的关系，则大齿轮上所受的力为轮圆周力：齿轮劲向力：齿轮轴向力：同理中速轴小齿轮上的三个力分别为：6.2选取材料可选轴的材料为45钢，调质处理。查表6.2.1轴最小直径的确定根据表，取得考虑到轴上有两个键所直径增加4%5%,故取最小直径35mm且出现在轴承处。6.2.2根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度初选圆锥滚子轴承30207型号,GB/T 2971994：6.3键的选择（1）采用圆头普通平键A型（GB/T 10961979）连接，大齿轮处键的尺寸，小齿轮处键的尺寸为 ，。齿轮与轴的配合为，滚动轴承与轴的周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为。（2）键的较合6.

20、4求两轴所受的垂直支反力和水平支反力6.4.1受力图分析将轴系部件受到的空间力系分解到铅垂面和水平面上两个平面力系。总受力图：铅垂方向受力图:水平方向受力图:6.4.2垂直支反力求解对左端点O点取矩依铅垂方向受力图可知6.4.3水平支反力求解同理6.4.2解得 6.5剪力图和弯矩图6.5.1垂直方向剪力图6.5.2垂直方向弯矩图段弯矩：段弯矩：段弯矩：可作弯矩图：6.5.3水平方向剪力图6.5.4水平方向弯矩图段弯矩：段弯矩：段弯矩：6.6扭矩图在段上：在段上：在段上6.7剪力、弯矩总表：载荷水平面垂直面支持力；=1766.73N弯矩 总弯矩扭矩在段上：在段上：在段上:6.8 按弯扭合成应力校

21、核轴的强度由图分析可矢小轮面为危险面，对小轮面较合进行校核时，根据计算式及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，查表可得，故安全7减速器附件的选择及简要说明7.1.检查孔与检查孔盖二级减速器总的中心距，则检查孔宽,长，检查孔盖宽,长螺栓孔定位尺寸：宽，圆角,孔径,孔数，孔盖厚度为,材料为Q2357.2.通气器可选为7.3.油塞为了换油及清洗箱体时排出油污，在箱体底部最低位置设置一个排油孔，排油孔用油塞及封油圈堵住在本次设计中，可选为，封油圈材料为耐油橡胶，油塞材料为Q2357.4.油标选用带螺纹的游标尺，可选为7.5吊环螺

22、钉的选择可选单螺钉起吊，其螺纹规格为7.6定位销为保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度，在箱体分箱面凸缘长度方向两侧各安装一个圆锥定位销，其直径可取：,长度应大于分箱面凸缘的总长度7.7启盖螺钉启盖螺钉上的螺纹段要高出凸缘厚度，螺纹段端部做成圆柱形8减速器润滑与密封8.1 润滑方式8.1.1 齿轮润滑方式齿轮，应采用喷油润滑，但考虑成本及需要选用浸油润滑。8.1.2 齿轮润滑方式轴承采用润滑脂润滑8.2 润滑方式8.2.1齿轮润滑油牌号及用量齿轮润滑选用150号机械油（GB 4431989），最低最高油面距(大齿轮)1020mm，需油量为1.5L左右8.2.2轴承润滑油牌号及用量轴承润滑选用ZL3

23、型润滑脂（GB 73241987）用油量为轴承间隙的1/31/2为宜8.3密封方式1.箱座与箱盖凸缘接合面的密封选用在接合面涂密封漆或水玻璃的方法。2.观察孔和油孔等出接合面的密封在观察孔或螺塞与机体之间加石棉橡胶纸、垫片进行密封3.轴承孔的密封闷盖和透盖用作密封与之对应的轴承外部轴的外延端与透端盖的间隙，由于，故选用半粗羊毛毡加以密封。4.轴承靠近机体内壁处用挡油环加以密封，防止润滑油进入轴承内部。9机座箱体结构尺寸9.1箱体的结构设计在本次设计中箱体材料选择铸铁HT200即可满足设计要求代号名称设计计算结果箱座壁厚箱盖壁厚箱座加强肋厚箱盖加强肋厚箱座分箱面凸缘厚箱盖分箱面凸缘厚箱座底凸缘厚

24、地脚螺栓=轴承旁螺栓联结分箱面的螺栓轴承盖螺钉检查孔螺钉定位销直径地脚螺栓数目时，、至外箱壁距离由推荐用值确定、至凸缘壁距离由推荐用值确定轴承旁凸台半径由推荐用值确定轴承座孔外端面至箱外壁的距离轴承座孔外的直径轴承孔直径轴承螺栓的凸台高箱座的深度，为浸入油池内的最大旋转零件的外圆半径设计总结本设计是根据设计任务的要求，设计一个展开式二级圆柱减速器。首先确定了工作方案，并对带传动、齿轮传动轴箱体等主要零件进行了设计。零件的每一个尺寸都是按照设计的要求严格设计的，并采用了合理的布局，使结构更加紧凑。通过减速器的设计，使我对机械设计的方法、步骤有了较深的认识。熟悉了齿轮、带轮、轴等多种常用零件的设计

25、、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。进一步巩固了以前所学的专业知识，真正做到了学有所用学以致用，将理论与实际结合起来，也是对所学知识的一次大检验，使我真正明白了，搞设计不是凭空想象，而是很具体的。每一个环节都需要严密的分析和强大的理论做基础。另外，设计不是单方面的，而是各方面知识综合的结果。从整个设计的过程来看，存在着一定的不足。像轴的强度校核应更具体全面些，尽管如此收获还是很大。相信这次设计对我以后从事类似的工作有很大的帮助，同时也为毕业设计打下了良好的基础。诸多不足之处，恳请老师批评指正。参考文献1 徐灏主编.机械

26、设计手册.第2版. 北京：机械工业出版社，2001 2 杨可珍, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础第五版.高等教育出版社（第五版）,20053 刘鸿文 主编.材料力学.第3版. 北京：机械工业出版社,19924 机械设计手册编委会 主编.机械设计手册.新版.北京：机械工业出版社，20045 殷玉枫 主编. 机械设计课程设计. 机械工业出版社6 濮良贵，纪名刚 主编. 机械设计.第八版.北京.高等教育出版社.2006.5 5 陆玉,何在洲,佟延伟 主编.机械设计课程设计.第3版. 北京：机械工业出版社，20007 孙桓，陈作模 主编.机械原理.第6版. 北京：高等教育出版社，20018 林景凡，王世刚，李世恒 主编.互换性与质量控制基础. 北京：中国科学技术出版社，1999