济源职业技术学院

毕     业    设    计

电动机的选择

电动机的类型

电动机已经标准化、系列化，应按工作机要求，根据选择的传动方案，选择电动机类型、容量和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。

电动机有交流电动机和直流电动机之分，一般工厂都采用三相交流电，因而采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型电动机应用最多，因所设计送料小车的场合需经常启动，工作环境条件差，以及频繁制动及正反转，则要求电动机转动惯量小，过载能力大。由此我们可知应该选用Y型全封闭式三相异步电动机。

电动机的功率

工作机所需电动机输出功率为

所以           

由电动机至工作机之间的总功率为：

式中 分别为带传动,齿轮传动的轴承,齿轮传动,联轴器,卷筒轴承及卷筒的效率取 ,则

电动机的转速

卷筒轴的工作转速为：

按推荐的合理传动比范围，取V带传动的传动比 ，单级齿轮传动比 ,则合理总传动比的范  ，故电动机转速的可选范围为：

符合这一范围的同步转速有750r/min，1000r/min，由附表8.1查出有两种适合的电动机型号.其技术参数及传动比的比较情况见下表.

表1.1

综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量以及带传动和减速器的传动比，比较两个方案可知：方案1，电动机转速低，外轮廓尺寸及重量较大，价格较高，虽然总传动比不大，但因电动机转速低，导致传动装置尺寸较大；方案2适中，因此选定电动机型号为Y132M1-6，所选电动机的额定功率 =4kw，满载转速 ，总传动比适中，传动装置结构紧凑。

带设计

带传动

图2.1   

1.小带轮、 2.V带、  3.大带轮

2.1.1 确定计算功率PC

查表得 =1.3， 查式得

2.1.2 选取普通V带型号

根据PC=5.2KW，n1=960r/min 

查图知选用A型普通V带

2.1.3 确定带轮基准直径

    查表知选 =100㎜,且 =100㎜> =75mm

大带轮基准直径为

             = = =350㎜

查表选取标准值dd2=355mm，则实际传动比、从动轮实际转速分别为

            i=dd2/dd1=355/100=3.55

            n2=n1/i=960/3.55=270r/min

    从动轮转速误差率为

=-1.6%

在±5%以内为允许值

2.1.4 验算带速V

 V= = =5.024m/s

带速在5～25m/s的范围内

2.1.5 确定带的基准长度Ld和实际中心距a

按结构设计要求定中心距a0=600mm，查式得

               =1941.4mm         

查表选取基准长度Ld=2000mm

    查式得实际中心距a为

    中心距的变动范围范围

检验小带轮包角

2.1.6 确定V带根数Z

根据 =100㎜, =960r/min 查表用内插法得

查式得功率增量 为

查表得 ，根据传动比i=3.55，查表得 ，则

查表得带长度修正系数 ，由图查包角系数Ka=0.94得普通V带根数

    圆整Z=4根       

2.1.7 求拉力及带轮轴上压力

查表得A型普通V带q=0.1kg/m,根据式得单根V带的初拉力V为

查式可得作用在轴上得压力 为

2.1.8 设计结果

选用4根A—2000GB11544—89V带，中心距a=629mm,带轮基准直径dd1=100mm，dd2=355mm，轴上压力 =1702.3N

2.1.9 带轮的材料

    带轮材料常用铸铁、钢、铝合金或工程塑料，灰铸铁应用最广，当带速V≤25m/s时采用HT150，当V=25—30m/s时，则应采用球墨铸铁，铸钢或锻钢，也可采用钢板冲压后焊接带轮，因此我们根据条件选用HT150。

链轮的设计

主动轮的速度

由已知条件小车行走速度33.3m/min,可知

       V=πd1n1/60×1000

           得：

33.3=3.14×200×n1/1000

            n1=53r/min

已知电动机为P=4Kw,n=960/min,选用的减速器为OZQ250—20—Ⅲ—Z型号，因其为单级传动，实际传动比为i=20,那么减速器输出转速为:

960÷20=48r/min

链轮的设计

链轮的齿形与齿轮的齿形相似，但其齿廓不是共轭齿廓，其齿形具有很大的灵活性。链轮齿形应具备以下性能：保证链节能平稳、自由的啮入和啮出；尽量减小链节与链轮啮合时的冲击和接触应力；有较大的容纳链节距因磨损而增长的能力；便于加工。

　　常用的齿形有：直线-圆弧齿形、两圆弧齿形。

　　滚子链链轮的轴面两侧齿形为圆弧或直线，以利链节的啮入和啮出。根据链轮的使用场合和分类，本设计使用滚子链链轮。

3.2.1 选择链轮齿数Z1，Z2

估计链速V=0.5—3m/s，

传动比i=n1/n2=71.5/53=1.36

根据表选取小链齿轮数Z1=20，则大链齿数Z2=i×Z1=20×1.36=27.2 

圆整得28                        

3.2.2 确定链节数

    初定中心距a0=15P,查式得链节数LP为

           LP=2a0/p+Z1+Z2/2+P(Z2-Z1)2/39.5×a0

           =2×15p/10+20+28/2+p(28-20) ²/39.5×15p

           =54       

    取    LP=54

3.2.3 根据功率曲线确定链型号

查表得KA=1，按图估计链工作点在曲线顶点下侧，查表得KZ=1，查图得KL=0.75，采用单排链。

    查表得Km=1，链传递的功率由式得

P0≥KAP/KZKLKm

=1×2/1×0.75×1

=2.667KW         

    查图知选取链号为16A，节距为

P=25.4mm

3.2.4 验算链速

            V=Z1Pn1/60×1000

=20×25.4×71.4/60×1000

=0.615m/s

    V值与估计相等

3.2.5 计算实际中心距

    设计成可调整中心距的形式，故不必xx计算中心距，可取

a≈a0=15P=15×25.4=381mm

3.2.6 确定润滑方式。

    查图知采用人工润滑

3.2.7 链轮轴的受力

F′=1.25F=1.25×1000P/V

=1.25×1000×2/0.6

=4167N

3.2.8 链轮的设计

    查表可知链号为16A，滚子外径d2=15.88mm

3.2.9 链轮的材料

链轮轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，常用材料为中碳钢，（c35—45钢）不重要场合用Q235A、Q275A钢，高速重载时采用合金钢，低速时大链轮可采用铸铁，由于小链轮的啮合次数多，小链轮的材料应优于大链轮，并进行热处理。而我们由场合和速度可知选用45钢。

小链轮的尺寸设计

分度圆直径dd

dd=P/sin180/Z

           =25.4/sin180/Z=162.37mm

齿顶圆直径da 

damax=d+1.25P-dr'

        =162.37+1.25×25.4-15.88

=178.24mm

  　     damin=162.37+(1-1.6/20)×25.4-15.88

=151.57mm                    

齿根圆直径 dｆ

df=d-dr'=162.37-15.88

=146.49mm

大链轮的尺寸设计

3.4.1 链传动的特点

　　链传动是在平行轴上的链轮之间，以链条作为挠性曳引元件来传递运动和          动力的一种啮合传动。

与带传动、齿轮传动相比，链传动的主要优缺点是：

　  优点：

　　没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，传动效率较高(封闭式链传动传动效率 =0.95～0.98)；链条不需要象带那样张得很紧，所以压力较小；传递功率大，过载能力强；能在低速重载下较好工作；能适应恶劣环境如多尘、油污、腐蚀和高强度场合。

缺点：

　　瞬时链速和瞬时传动比不为常数，工作中有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。

链传动的使用范围是：传动功率一般为100kW以下，效率在0.92～0.96之间，传动比i不超过7，传动速度一般小于15m/s。它广泛应用于石油、化工、农业、采矿、起重、运输、纺织等各种机械和动力传动中

3.4.2 链传动的类型

按用途不同，链可分为传动链、起重链和曳引链。传动链主要用于传递运动和动力，应用很广泛。

传动链又可分为滚子链和齿形链。齿形链比套筒滚子链工作平稳、噪声小，承受冲击载荷能力强，但结构较复杂，成本较高。滚子链的应用最为广泛。

分度圆直径

d=P/sin180/Z=25.4/sin180/Z=228mm

    齿顶圆直径da

damax=d+1.25P-dr'=228+1.25×25.4-15.88=243.87mm

        damin=d+(1-1.6/28)P- d2=228+(1-1.6/28)×25.4-15.8 =236.07mm

齿根圆直径 df 

df=d-d2'=228-15.88=212.12mm

齿宽（单排）bf1=0.95b1     

=0.95×15.75

=14.96mm

因P＞12.7

倒角宽  ba=(0.1—0.15)P=0.1×25.4=2.54mm

倒角半径rx≥P=25.4mm

减速器的选用

减速器多用来作为原动机与工作机械之间的减速传动。根据传动型式，减速器可分为齿轮、蜗杆和齿轮－蜗杆减速器，根据形状不同，可分为圆柱、圆锥和圆锥－圆柱齿轮减速器，根据传动级数，可分为单级和多级减速器。由以上开关门计算数据可知道我门根据应用场合的不同，以及设计的需要，选用WD122－50－C型为偏心轮开门与关门减速器，WD表示圆柱蜗杆减速器，即蜗杆在下，蜗轮在上，二者的中心距a=122mm，实际传动比i=50，采用第五种装配形式，由小车的行走速度计算可以知道，我们应该把小车的行车应该选用减速器的型号为GZQ250－20－ш－Z，它表示为齿轮中心距a=250mm，实际传动比为20，采用装配的形式为第三种。

减速器的技术要求

不同性能的机器(或部件），其技术要求是不同的。现将一般减速器的技术要求列举如下：

（1）装配所有铸件的不加工面上应xx铁屑和赃物，并涂防锈油漆；

（2）零件在装配前必须用煤油清洗，配合面洗净，擦干，涂油后进行装配；

（3）滚动轴承在装配前需用汽油清洗，擦干涂油；安装时严禁用手锤直接敲击，应垫以铜管或软铁管，并使力量均匀的分布在套圈上；

（4）轴承装配完毕后，用手转动应轻快灵活，轴承的轴向游隙应按规定加以保证；

（5）减速器个剖分面，各接触面及密封处，均不允许漏油，箱体剖分面允许涂密封胶，但不允许使用其它任何填料；

（6）齿轮装配后，应检查其齿侧间隙；跑合后用涂色法检查齿接触斑点，检查结果应符合齿轮传动公差的规定；

（7）按JB1130-70 的规定进行复核试车，试车合格后，用煤油洗擦零件，用汽油洗净轴承，按要求进行装配，减速器内应洗净后调换干净的润滑油，标明润滑油的牌号，用量及其补充更换时间。

轴的选择

轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承旋转零件，传递转距和运动，根据轴的承载性质不同可将轴分为转轴、心轴、传动轴三类。

减速器轴的设计

从前面的设计可知,轴传动的功率为7.88 ,转速为187 ，轴上安装齿轮为直齿圆柱齿轮，分度圆直径 ，轮毂长度为72mm,单向传动。

5.1.1 选择轴的材料

轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：

（1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；

（2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；

（3）轴的材料来源和经济性等。　　

　　碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。

根据上述要求，故选用45号钢正火处理，由表查得

5.1.2 计算轴的最小直径

查表得C=118-107，代入式

dmin=c

得:

考虑到轴的最小直径处安装联轴器会有键存在，故将估算直径加大3℅-5℅取43.16-48.15mm.由设计手册取标准直径 =44mm。

5.1.3 绘制结构图

图5.1

由于是单级圆柱齿轮减速器，故齿轮应安装在箱体内 ，使轴承对称地安装在齿轮两恻，这样有利于载荷平均分布。

为避免引起载荷集中，轴的外端安装一联轴器。

齿轮用轴环和套筒作轴向定位，用平键和过盈配合作周向定位。左右端轴承与轴用过渡配合作轴定位，其推荐值有js6、k6、m6、n6、常用采用k6或n6.用轴环和左边的轴承盖对左轴承作轴向定位，用套筒和右边轴承盖对右轴承作轴向定位，联轴器用平键作周向定位，用轴肩作轴向定位。

5.1.4 确定轴的各段直径

 为考虑轴向固定联轴器并便于装拆轴承，齿轮及强度要求等，则取通过轴承盖的轴颈为Ф50mm；为使左右端的轴承相同，取左端的轴颈为Ф50mm. Ф50mm不于轴承配合处的公差按?7处理，装齿轮处的直径为Ф56.2mm,轴环的直径为80mm.为避免左轴承不便拆卸或碰坏轴承保持架，将轴环做成阶梯形，基左阶梯直径为50mm.选两只7210c轴承。外形和基本参数如表所示。

表5.1

5.1.5确定轴的各段长度

 轮毂长72mm，取轴头长70mm，轴承的宽为20mm，左轴颈长定为20mm.端面与箱体内壁的距离大于18mm.环的长度为30 mm，轴的长度也取30 mm，从结构草图可看出，跨距L=152 ，轴头的长度根据箱体的结构和联轴器的型号选择

弹簧杆联轴器基本参数和主要尺寸如表所示。

表5.2

轴头长度取为80mm，直径 45mm。                                           

验算轴的强度

5.2.1 轴的受力图 

图5.2

5.2.2 从动轴上的转矩

圆周力为：Ft=756N

径向力：  Fr=272.2N

由于用直齿圆柱齿轮传动，轴向力为0.

5.2.3 作水平平面的内弯矩图

图5.3

支座反力   Ra=Rb=1442N

E点处的弯矩

               Me=Ra×2=1442×2=2884N.mm

5.2.4 作扭矩图

图5.4

扭矩： T=9.55×n2=9.55×10=402.427N.m

5.2.5 当量弯矩

因是单向传动，扭矩可认为按脉动循环变化，所以应力校正系数取a=0.58，

查表并用内插法得[a-1]f=53.8MPa。

危险截面显然在E处，其当量弯矩为：

考虑到开键槽，故将轴径增大5%，即40.17×1.05=42.17mm

实际采用的轴径为60mm，则强度足够大，满足需求.

主动轴

    已知轴传递的功率为8.472Kw,转速n1=935r/m,齿轮分度圆直径为60mm, 压力角a=20齿轮轮毂长为72mm,.

5.3.1 选择材料

查表知选用45号钢，经正火处理，a=588MPa

5.3.2 标准直径

    查表得C=115，代入式

            Dmin=115=23.97mm       23.97×1.05=25.17mm

    标准直径dmin=26mm

5.3.3 确定轴外形

选择轴承型号为 NU2206，主要尺寸和参数如表：

表5.3

 选用弹簧秆联轴器，其基本参数和主要尺寸如表：

表5.4

根据从动轴的外形尺寸和相关设计要求，确定主动轴的外形尺寸如下：

轴颈长：20mm Ф30mm

轴环长：30mm  Ф40mm

套筒长：30mm

轴头长：70mm

直径：Ф=26mm

安齿轮部分长：72mm,   Ф40mm

扭矩：      T1=9.55×106 =9.55×106× =86532N.mm

圆周力：    Ft= = =756N

径向力：    Fr= Ft tan20 =2884×0.3639=272.2N

支座反应力：Ra=Rb= =1442N     

如图

 图5.5

E点处的弯矩ME=Ra =1442× =109592N.mm

因是单向传动，扭矩可认为按脉动循环变化，所以应力校正系数取 =0.58

查表并用内插法得[ ] =53.8MPa

危险截面显然在E处，其扭矩为：

当量弯矩为：

M = = =112N.mm

d = mm

考虑到开键槽，故将轴径增大5%，即27.5×1.05=28.875mm，而实际取为30mm，强度满足实际要求，设计合理。

驱动轴选料

因其工作时要承受一定的转距，所以其材料主要采用碳素钢和合金钢，根据工作需要我们选20Cr，并回火处理，设计长度为1100mm,直径为50mm.

那么驱动轴弯距值为：

MZmax=21FL/100

=21×850×4167/100

=743809.5n/mm

校核强度为：δe=MZmax/n=743809.5/0.1d³=743809.5/0.1×50³=59.5Mpa

    查表得 [δ-16]=65Mpa 满足δe≤[δ-16]条件，故设计由足够强度，并有一定余量。

T=9.55×106×2.3=293846.15N/mm

τ=T/WT=11.75Mpa〈20Mpa

扭转强度合格，因此说明驱动轴符合要求，而从动轴因只随驱动轴转动，只承受一定的转矩，故不去计算只考虑材料。

零部件选用

联轴器的选用

联轴器是联接两轴于其它回转体的一种装置，使它们在传递运动和动力过程中而不脱节。它主要有机械式，液力式和电磁式三种。机械式联轴器是最广泛的联轴器，借助于机械构件间机械作用力来传递转矩。根据工作需要我们选择套筒式联轴器，材料为45钢，直径为60， 2个外螺母用于轴联接，还有一个用于电动机和减速器的联结传动，材料为45钢。

螺栓的选用

根据传动需要我们选用 A级六角头螺栓——全螺纹

GB5783——86   M10×20   6个

GB5783——86   M4×20    8个

六角头螺栓A级  GB5782——86   M12×55   24个

GB5782——86   M16×60   12个

轴承及轴的选用

轴承用来支撑轴及轴上的零件，保持轴旋转精度，减少转轴与支承口之间的摩擦，根据需要选用   GB/T276——94     规格6307    2个

轴承选用       GB/T7813——98    规格 SN307   2个

其它零件的选用

螺母：     GB6170——86  M4       8个

GB6170——86  M16      2个

GB6170——86  M12     24个

GB6170——86  M16     12个

销轴：     GB880——86——15×60  2个

GB880——86——10×70  2个

开口销：   GB91——86——φ3×50  5个

调整螺杆： 长500mm， 半径30mm    2个

偏心轮：   直径为244mm

轴端挡板： 2个

垫圈 ：    GB853——88——16     12个

               GB853——88——12      8个

    弹垫：    GB93——87——16      12个

               GB93——87——12      24个

V带：      A型     4根      L=1000

链条：     GB12431——83     16A-1×54

行程开关： LX19—121      2个

行程开关里有常闭、常开两个触头,我们利用它的常闭和常开触头来对小车的开关门进行控制,因其开门和关门时间各为2.1秒,但为了其更好的工作和提高其开门时间准确性,在两个偏心轮一侧安装行程开关,当其开门时间为2.1秒时,偏心轮正好碰着行程开关动作,切断电源,停止转动,而关门时间动作过程和其开门断电一样.

制动器

电磁制动器TJ2---100     1个

由设计公式得     M=Mt­-Mf              单位:N/m

Mt负载力矩，此处换算到制动轴上传动系统惯性力矩（N/m）

Mf被换算到制动轴上总摩擦阻力力矩。

                 Mf=δFN=0.09×40×10=0.036N/m

                 Mt=T             

T为驱动轴的转动力矩

因此选择TJ2A---200  （单位：mm）

D=100  H=235     n=6    A=120     G=125  e=85  e=65

E=160   b=35      i=15    m=50      B=30

图6.2

由于小车在行走过程中,受电机的驱动,突然断电的话短时间内可能会由于运动受惯性的影响而导致小车继续行走,为防止小车走过规定的轨道和达到设计的要求,在驱动电机的一端装上TJ2A－100的制动器.制动器为断电闭合,通电张开,因为当电机不带电时,制动器能通过两边的停止动作使小车停下,保证达到工作要求,而小车行走时,两边则张开,不阻碍小车行走,也就保障了小车的运动.

箱体的设计

箱体的主要作用是支承和固定轴系零部件，保证在外载荷作用下传动件运动准确可靠，并具有良好的润滑和密封条件。箱体常采用铸铁铸造。

表7.1

                                                               单位（mm）

此次的毕业设计,虽谈不上什么满载而归，但也可以说是受益非浅了,使自己深深体会到了做一项设计不是想象的那么简单。从一开始就忙的不可开交，让我真正体会到了所学知识的重要性，不仅使自己长了知识，同时也使我明白了一些道理。这次设计不仅运用了我们专业的东西，而且还运用了我们不太接触的如PLC上的行程开关,电磁制动器等，以及我们所学的各门科目，如机械设计基础,机械制图,Auto CAD,还用到了连我自己都没有想到的工程力学及金属工艺等,在学习时都认真的学习和很好的掌握了，可时间长了还是费了很大的劲的，想不认真都不行，如果不是以前有那么点东西，还真不知道该怎么去完成。完成此次设计使我明白,设计一样东西并不是单一的依靠书本上所学的知识,它也需要多方面的东西，是通过各个方面的知识积累以及动手实践做出来,绝非凭空想出来的,它是实实在在通过自己不懈的努力得来的,也可谓是来之不易啊，只有自己掌握了各方面的知识才能更好的去制造去设计,此次设计我更加明白不论做什么都要脚踏实地、一步一个脚印，只有这样，才能逐步走向成功！

经过这段紧张而又忙碌的搜集整理和精心设计，整整一个月的时间总算没有白费，我们的毕业设计作品终于有所成效了。在设计的过程中，我们互相探讨、互相帮助，终于完成了我们的毕业设计。

此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持,在这里，我特别要感谢我们的指导老师孟惠霞老师, 孟老师从一开始就耐心细致的给我们讲解,还给我们提供一些相关的材料,我们在此表示大力的感谢。可以说,没有孟老师这位负责的指导老师,我们的毕业设计也不可能这样顺利的完成, 孟老师不仅从一开始就非常xx我们的     设计,而且在她很忙的情况下还帮我们指导,我们对此衷心的感谢!同时还要感谢三年 当中对我们进行教育的各位老师,没有他们的培养也不可能有今天的我们。通过三年 课程的认真学习，使我们在此基础上利用所学东西顺利完成了此设计。

通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在机械设计的基本原理、应用以及思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。我在孟老师的精心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，并对当前机械设计领域的研究状况和发展方向有了一定的了解，这对我今后进一步学习机械设计方面的知识有极大的帮助。在此，我忠心感谢孟老师的指导和支持，在未来的工作和学习中，我将以更好的成绩来回报老师。

{zh1}，再次感谢孟老师在百忙之中给予我们的悉心指点与帮助。感谢她为我们指点迷律，让我们顺利的完成毕业设计。谢谢！

                                    黄燕萍

 2007年12月

[1] 徐  明.新编机械设计师手册（上册）.机械工业出版社，2000

[2] 余梦生.机械零部件手册造型设计指导.机械工业出版社，1998

[3] 陈立德.机械设计基础.高等教育出版社，1998

[4] 陈立德.机械设计基础课程设计指导书.高等教育出版社，1998

[5] 张  展.机械设计通用手册.中国劳动出版社，2001

[6] 杨黎明.机械原理及机械零件.高等教育出版社，1997

[7] 徐广民.工程力学.中国铁道出版社，1993

[8] 岳优兰.新编机械设计基础.高等教育出版社，2004 

[9] 孙宝钧.机械设计课程设计.机械工业出版社，1997

[10] 孙宝钧.机械设计基础.机械工业出版社，1997