毕业论文-分马力电机的结构设计.doc

湖南工程学院毕业设计（论文）毕 业 设 计题 目 分马力电机的结构设计 院（系） 电气信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 0503 学号 200501010310 学生姓名 刘布亭 导师姓名 刘 金 泽 完成日期 2009.6 目 录摘 要IAbstractII第1章 概述11.1 电机的总体结构的分类11.2 结构设计的基本内容和原则2第2章 电机的结构设计42.1 轴与轴承的设计42.1.1 轴的设计步骤42.2 端盖与机壳的设计102.2.1端盖的设计102.2.2机壳的设计152.3 风扇与风罩的设计162.4 机顶盒的设计172.5 电机的总装线172.5.1电机装配尺寸链的计算172.5.2 电机的总装工艺简要20第3章 电机的型式试验203.1 ST曲线测试213.2 空载实验213.3 定转速测试223.4 8个点的堵转实验223.5 热运行实验223.6 过电流测试223.7 堵转扭矩测试233.8 最小转矩测试233.9 堵转试验23第4章 电机的噪声与振动测试254.1 噪声测试254.1.1空载测试254.1.2 负载测试264.2 电机的振动测试28结束语30致谢33参考文献34附录A 转轴机械加工图附录B 轴与轴承的装配图附录C 传动端端盖图附录D 非传动端端盖图附录E 嵌线定子图附录F 机壳图附录G 风扇图附录H 端子板图附录I 风罩图附录J 电机总装图湖南工程学院毕业设计（论文）分马力电机的结构设计 单相电容运行异步电动机摘要：单相电机的使用很广泛，在生活生产的应用中是很大的一方面。在当今中国，单相电机的应用特别是在农村中非常之普遍，而中国农村的比重很大，因而对于单相电机的研究很有现实价值。单相电容电机因具有结构简单,成本低廉,运行可靠,维修方便等一系列优点,已广泛应用于家用电器和各行各业的小功率驱动中。本次主要以电机的结构设计为主，其中包括电机的转轴、轴承的设计与选择，以及二者之间的公差与配合，有关端盖的设计主要包括端盖的材料的选择以及端盖的厚度以及附加部件的设计。机壳主要是采用拉伸件，可以在机壳的外表面设计成散热筋的形式，设计过程采用UL1004标准。风叶和风罩的设计主要是材料的选择和形状的设计以及与电机的机壳和端盖的配合。端子板的主要是便于引线的连接 ，本设计还主要包括电机的型式试验以及噪声与振动试验。关键词：单相电机,电容,结构, 型式 Sub-structure design horsepower motor-Single-phase capacitor run asynchronous motor Abstract： The use of single-phase motor is a wide range of applications in the life of the production is on the one hand, great. In todays China, the application of single-phase motors, particularly in rural areas is very common, and a large proportion of Chinas rural areas, thus single-phase motor for the practical value of research. Single-phase capacitor motors have a simple structure, low-cost and reliable operation, maintenance and other advantages of convenience, has been widely used in household appliances and all walks of life in low-power drive. Mainly in the structural design of the main motor, including the motor shaft, bearing design and selection, as well as the tolerance between the two and coordination of the design on the cover mainly the choice of cover material and cover the thickness, as well as the design of additional components. The main chassis is stretched pieces of the chassis can be designed to heat the outer surface of the form of bars, UL1004 standards for the use of the design process. Blade design and wind shield is the choice of materials and shapes as well as the design of the chassis and motor co-ordination of end caps. The main terminal board is to facilitate the connection lead. Key Words: one-phase motor；capacitor；Structure; type47湖南工程学院毕业设计（论文）第1章 概述结构设计和机械计算是电机设计的一个组成部分，它主要在电磁设计完成后进行，其目的是解决机械部分的设计问题，对它的要求是从结构上来保证电机性能、制造时的经济合理和运行可靠等。1.1 电机的总体结构的分类影响电机总体结构的因素很多，例如电机的类别、运行条件、原动机或被传动机械的种类及传动方式、电机的容量与转速、冷却方式、防护类型、轴承型式和数目、安装方式等等。总体结构应符合国家标准的有关规定。 1. 按通风冷却系统分类空冷有自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等多种型式，采用其它冷却介质时，从总体结构上看，通常都是封闭循环系统。 2. 按防护类型分类按防护型式的不同，可将电机分成许多类型，目前主要的防护类型有开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等数种。 3. 按安装结构型式分类表1.1 电机的基本安装结构顺序号 基本安装结构型式分类代号1具有端盖式轴承，用底脚安装的电机IM12具有端盖式轴承，用底脚和凸缘安装的电机IM23具有端盖式轴承，其中一个端盖带凸缘，用凸缘安装的电机IM34具有端盖式轴承，机座带凸缘，用凸缘安装的电机IM45无轴承电机IM56具有端盖式轴承和座式轴承的电机IM67具有座式轴承的电机（无端盖）IM78除上述1至4以外的立式电机IM89特殊安装形式的电机IM91.2 结构设计的基本内容和原则结构设计的基本内容大致如下：1. 本次设计的电机为IP44防护类型的泵电机，IP44防护类型，即防止大于1.0mm的固体物侵入， 防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件；防止飞溅的水侵入，防止个方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。电动机的绝缘等级指的是电动机所用绝缘材料的耐热等级，可分为A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。本设计绝缘方式采用B级绝缘，最高允许温度为130，绕组温升限值80K，性能参考温度1002. 零部件的结构形式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等如附图。3. 机壳与定子采用热套的方式，利用机壳的热胀冷缩原理使的定子牢牢地固定在机壳之内，转子和轴也是采用热套的方式，原理同机壳与定子。机壳与端盖采用的是过渡配合的方式，使其紧固。轴承采用一定的紧配合的方式，同时利用轴肩和挡圈来进行径向和轴向的配合。风扇亦是利用过渡配合的方式进行紧固。4. 核算零部件的机械性能，本设计主要对轴与轴承进行了校核，因为这两个是电机的核心部分。其余的零部件的机械性能均是参考同一类型的电机的尺寸，其主要的最小尺寸和配合方式则是由机械设计手册查得。一般说来，结构设计时需要着重考虑一下原则：1. 应保证电机在规定期限内安全可靠运行。其中最关键的部位是转轴和轴承。设计时保证在力和转矩的作用下，强度和刚度应满足要求，带电部分和姐弟部分间应有足够的绝缘距离，轴承应有合理的寿命，转子上的紧固零件需加设锁紧装置（弹簧垫圈、制动垫圈等），以防松动。2. 所用的结构型式一般应符合有关国家标准的规定，并满足客户和环保部门提出的要求。例如电机的防护型式、轴承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸、轴伸型式和尺寸、出线盒位置等，此外在装配时也应该注意转子与机壳的同心度问题，要按照图纸上的技术要求来进行总装，否则电机的不平衡度将会产生很大的噪音问题，严重者，过大的单边磁拉力会使电机发生不安全的事故。3. 要尽量的使零部件符合“标准化、系列化、通用化”的要求，尽可能采用标准件和标准规格的材料，注意零部件间的通用。4. 具有良好的结构工艺性，也即要求结构简单、加工方便、生产周期短、制造成本低。5. 应考虑电机装拆和维修方便。为了方便拆装，所设计的电机的端盖的固定螺孔处常做成凸耳，在凸耳与机座端面间留出一定的间隙。6. 适当注意电机的外表。本次所设计电机的主要结构包括机壳、端盖、风罩、风扇、转轴、轴承、端子板等。图1.1 电机的外型图电机的外型图是根据用户的基本的需求而考虑设计的，用户指定了电机的高度、长度、出轴的长度以及外观的要求。机座是电机的主要的结构零件，对电机的互换性和气隙的均匀度影响很大。本次设计采用铸铝机座，其上带有散热筋，可以在电机使用时更好的散热。风扇采用自扇冷式，套在轴的后端。转轴采用45#钢，经机加工及调质处理。轴承采用6201和6202开式深沟球滚动轴承。轴伸端依照客户要求，长度为65.60.04mm，攻螺纹。因为电机的外形是按照用户的要求并结合已有的电机的形状进行的设计，下面将按照电机的总装图进行分解设计。第2章 电机的结构设计2.1 轴与轴承的设计轴是组成机械的重要零件之一。它用来安装各种传动零件，使之绕其轴线转动，传递转矩或回转运动，并通过轴承与机架或机座相联结。轴与其上的零件组成一个组合体轴系部件，在轴的设计时，不能只考虑轴本身，必须和轴系零、部件的整个结构密切联系起来。轴按受载情况分为：1. 转轴：支承传动机件又传递转矩，即同时承受弯矩和扭矩的作用。2. 心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，即只承受弯矩作用。心轴又可分为固定心轴（工作时轴不转动）和转动心轴（工作时轴 转动）两种。3. 传动轴：主要传递转矩，即主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。本次设计主要是设计一个传动实心轴。轴的设计应满足下列几方面的要求：1. 在结构上要受力合理、尽量避免或减少应力集中。2. 足够的强度（静强度和疲劳强度），必要的刚度，特殊情况下的耐腐蚀性和耐高温性。3. 高速轴的振动稳定性及良好的加工工艺性，并应使零件在轴上定位可靠、装配适当和拆装方便。2.1.1 轴的设计步骤1. 确定轴上零件装配方案：轴的结构与轴上零件的位置及从轴的哪一端装配有关。2. 确定轴上零件定位方式：根据具体工作情况，对轴上零件的轴向和周向的定位方式进行选择。轴向定位通常是轴肩或轴环与套筒、螺母、挡圈等组合使用，周向定位多采用平键、花键或过盈配合联结。3. 确定各轴段直径：轴的结构设计是在初步估算轴径的基础上进行的，为了零件在轴上定位的需要，通常轴设计为阶梯轴。根据作用的不同，轴的轴肩可分为定位轴肩和工艺轴肩（为装配方便而设），定位轴肩的高度值有一定的要求；工艺轴肩的高度值则较小，无特别要求。所以直径的确定是在强度计算基础上，根据轴向定位的要求，定出各轴段的最终直径。4. 确定各轴段长度：主要根据轴上配合零件毂孔长度、位置、轴承宽度、轴承端盖的厚度等因素确定。5. 确定轴的结构细节：如倒角尺寸、过渡圆角半径、退刀槽尺寸、轴端螺纹孔尺寸；键槽尺寸等6. 确定轴的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技术要求：轴的精度根据配合要求和加工可能性而定。精度越高，成本越高。通用机器中轴的精度多为IT5IT7。轴应根据装配要求，定出合理的形位公差，主要有：配合轴段的直径相对于轴颈（基准）的同轴度及它的圆度、圆柱度；定位轴肩的垂直度；键槽相对于轴心线的平行度和对称度等。7. 画出轴的工作图：轴的结构设计常与轴的强度计算和刚度计算、轴承及联轴器尺寸的选择计算、键联结强度校核计算等交叉进行，反复修改，最后确定最佳结构方案，画出轴的结构图。本设计初步预选电机为泵用分马力单相电容运行异步电动机，其主要的铭牌数据：电压 220V ； 频率 50HZ ；功率 0.75HP ；额定转速 2850RPM2.1.1.1 选择轴的材料选择轴的材料为45钢，调质处理，45#钢是很常用的优质碳素结构钢，它的强度较高，韧性一般，适合调质或正火状态下使用，还可以表面淬火（如高频淬火），使零件全部或部分表面获得较高硬度（通常HRC45-50）。查表可得：抗拉强度b=650，屈服点s=360，弯曲疲劳极限-1=270，扭转疲劳极限-1=155。2.1.1.2 初步确定轴端直径查阅参考资料如下表：表2.1 常用轴材料的及A值轴的材料 Q235-A、20Q275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn、42SiMn40MnB、38SiMnMo、3Cr13/MPa15-2520-3525-4535-55A149-126135-112126-103112-97按表2.1取值，初步取A=126，则轴的最小直径 d 17.2=A=126=7.32mm，d轴端直径，mmT轴所传递的扭矩，N.M T=9550P轴所传递的功率，kW N轴的工作转速，在此本设计取电机的额定转速许用扭转剪应力，MPa，按表一取值A系数，按表2.1取值即轴的最小直径部分应不小于7.32mm。 2.1.1.3 轴的结构设计以下均为从非轴伸端到轴伸端开始计算： 1. 第一段轴的选择由于第一段轴上装有标准件-轴承，本次设计之电机为水泵电机，故由其工作方式可知，电机的转轴主要承受径向力，轴向力非常的小，通常可以忽略，可选择开式深沟球轴承，预选轴承为：深沟球轴承NSK 6201，其主要尺寸为d=12,D=32,B=10，与轴采用过渡配合。由于该段通过压装装有散热风扇，所以其尺寸b110。图2.1 NSK 6201深沟球轴承结构图为了防止轴承内圈与轴在机器运转时产生不应有的相对滑动，必须选择正确的配合。通常轴与内圈采用适当的紧配合是防止轴与内圈相对滑动的最简单而有效的方法，特别是对于轴承的薄壁套圈，采用适当的紧配合可使轴承套圈在运转时受力均匀，以致轴承的承载能力得到充分的发挥。但是轴承的配合又不能太紧，因内圈的弹性膨胀和外圈的收缩而使轴承径向游隙减小以至完全消除，从而影响正常运转。有查表可得，机械设计手册表7-2-20，对于泵电机的轴与轴承的配合采用j5或js5。根据所选轴承6201，故取轴第一段的直径为d1=12j5，b1=30。2. 第二段轴的选择这段轴为非定位轴肩，非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置的，其高度没有严格的规定。根据电磁计算，转子叠厚为89mm，考虑到电机的安装尺寸以及散热，轴需要加长。 故取d2=12.70，b2=120.643. 第三段轴的设计该段轴的轴肩为定位轴肩，一般取定位轴肩高度为h=(0.070.1)d,其中，d 为与零件相配处的轴径，此处，d=d2=12.70。第三段轴的直径为d3d2+2(0.070.1)d2=12.70+2*0.09*12.70=14.986考虑到安全高度和安装尺寸，取b3=43因此取d3=15，b3=43。4. 第四段轴的设计该段轴上装有标准件-轴承，由于该段轴接近轴伸端，即承受载荷大，故预选轴承为：深沟球轴承NSK 6202，d=15,D=35,B=11。故选择d4=15j5，b4=11，轴与轴承之间采用过渡配合。5. 伸出轴的设计该段根据客户需求而定，轴总长为280.7mm，本次设计取螺纹轴M12，L17；光轴通过尺寸链来计算。6. 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2*45，各轴肩圆角半径见附图。 2.1.1.4 求轴上的载荷 T=9550P/n=9550*559/2850=1873.14N2.1.1.5 轴的校核1. 精确强度校核轴强度的精确校核是在轴的结构及尺寸确定后进行的，通常采用安全系数校核。轴的安全系数校核计算包括两个方面：疲劳强度安全系数和静强度安全系数校核疲劳强度安全系数校核轴的疲劳强度是根据长期作用在轴上的最大变载荷来计算的，危险截面应是受力较大、截面较小及应力集中较严重的即实际应力较大的若干个截面。危险截面安全系数S的校核 S=S其中S=，S=S只考虑弯矩作用时的安全系数S按疲劳强度计算的许用安全系数，查表得S=1.5对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限，MPa，查表得=270对称循环应力下的材料扭转疲劳极限，MPa，查表得=155、弯曲和扭转时的有效应力集中系数，=2.6，=1.9表面质量系数，查表得=0.54S只考虑扭矩作用时的安全系数、弯曲和扭转时的尺寸影响系数，= 0.91 = 0.89、材料拉伸和扭转的平均应力折算系数，= 0.43 = 0.29、弯曲应力的应力幅和平均应力，MPa，=66.5 = 66.5、扭转应力的应力幅和平均应力，MPa，= 23.4 =23.4 L1L2L3F1F2G1G2MX图2.2 弯矩的计算示意图有弯矩示意图可得 M=2.661N.M 代入数据计算得： S=7.1 S=1.56S=1.52由于载荷较确定，故选择需用安全系数为1.5，计算可知S=1.521.5成立，即疲劳强度安全系数合格。静强度安全系数 S=其中 S=，S=S只考虑弯曲时的安全系数S只考虑扭转时的安全系数Z、Z轴危险截面的抗弯和抗扭截面模数，Z=0.02，Z=0.04S静强度的许用安全系数，S=1.4材料的拉伸屈服点，=360材料的扭转屈服点，=216M、T轴危险截面上的最大弯矩和最大扭矩，最大扭矩可由经验值取得为1.52 T所使用值得选取见后表。代入数据计算得： S=2.7 S=2.88S=1.961.4即静强度安全系数符合安全规定。2、轴的刚度校核轴的扭转刚度校核是计算轴的在工作时的扭转变形量，是用每米轴长的扭转角度来度量的。本次设计的轴为阶梯实心轴，为一般的传动，按经验值取p=0.51()/m 。 =T轴所传递的转矩,Nm轴受扭矩作用部分的长度,mm、d第i段轴的长度、直径、空心轴内径，mmT第i段轴所受扭矩，Nm分析各段轴可知，将轴分为= =26.19（0.0015+0.00049+0.002+0.000054+0.0016+0.0086+0.003） =0.45 其刚度符合标准。综上所述，该轴符合所需之要求。式中的数据选择可参考如表2.2至表2.8所示，并结合实际之情况选择。表2.2 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热处理毛坯直径/mm硬度HB抗拉强度屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限MPa45正火25241610360260150正火回火100100300300500500750170217162217156217600580560540300290280270240235225215140135130125调质200217255650360270155表2.3 应力幅及平均应力计算公式循环特性 应力名称弯曲应力扭转应力对称循环应力幅=平均应力脉动循环应力幅平均应力说明M、T轴危险截面上的弯矩和扭矩，NmZ、Z轴危险截面的抗弯和抗扭的截面系数，cm，对于实心轴有Z=，Z表2.4 许用安全系数条件S材料的力学性能符合标准规定（或有实验数据），加工质量能满足设计要求载荷确定精确，应力计算准确载荷确定不够精确，应力计算较近似载荷确定不精确，应力计算叫粗略或轴径较大（d200mm）脆性材料制造的轴1.31.51.51.81.82.52.53表2.5 钢的平均应力折算系数及值应力种类系数表面状态抛光磨光车削热轧锻造弯曲0.500.430.340.2150.14拉压0.410.360.300.180.10扭转0.330.290.210.11表2.6 绝对尺寸影响系数、 直径d/mm2030304040505060碳钢0.910.880.840.81合金钢0.830.770.730.70各种钢0.890.810.780.76表2.7 各种腐蚀情况的表面质量系数 工作条件抗拉强度/MPa4005006007008009001000淡水中，有应力集中0.70.630.560.520.460.430.40淡水中，无应力集中海水中，有应力集中0.580.500.440.370.330.280.25海水中，无应力集中0.370.300.260.230.210.180.16表2.8 静强度的许用安全系数/0.450.550.550.70.70.9铸造轴S1.21.51.41.81.72.21.62.52.1.1.6 轴承的校核轴承寿命：指一套滚动轴承，其中一个套圈（或垫圈）或滚动体的材料出现第一个疲劳扩展迹象之前，一个套圈相对于另一个套圈（或垫圈）的转数。轴承的寿命与所受载荷的大小有关，工作载荷越大，引起的接触应力也就越大，因而在发生点蚀破坏前所经受的应力变化次数也就越少，亦即轴承的寿命越短。 轴承的寿命有 L=（）n 转速C-额定动载荷P-功率-为指数，对于球轴承=3代入数值计算： L=（）=10619.93小时电机的经验时间是连续工作8000小时，所选轴承的寿命远远大于所规定时间，故该轴承符合安全要求。轴承为开放式，引线端选择轴承为6202，其极限转速为22000RPM，而电机的最大转速为3000RPM；非引线端的轴承为6201，其极限转速为20000RPM，故从极限转速来讲，轴承符合要求。2.1.1.7轴的加工工艺根据以上计算数据，可取45#钢，其直径为18mm，允许偏差为2组的热轧圆钢，其标记为，轴的结构图见附图。对轴的加工精度和表面粗糙度的要求都比较高，轴与其他零件的配合也比较紧密，因此，对轴的加工技术要求应包括以下几个方面：1. 尺寸精度 两个轴承挡的直径是与轴承配合的，通过轴承确定转子在定子内腔中的径向位置，轴承挡得直径一般按IT6精度制造。2. 形状精度 滚动轴承的内外圈都是薄壁零件，轴承挡的形状误差会造成内外圈变形，从而影响轴的回转精度，并产生噪声。故对轴的这一部位应有圆柱度要求。3. 位置精度 两端的中心孔是轴加工的定位基准，也应有良好的同轴度。4. 表面粗糙度 配合面的表面粗糙度值过大，配合面容易磨损，将影响配合的可靠性，非配合面的表面粗糙度值过大，将降低轴的疲劳强度。轴承挡和轴伸的圆柱面是轴的关键面，其表面粗糙度Ra=1.6-0.8m。轴的加工过程：轴的加工过程分为预备加工和成型加工两个阶段。预备加工包括圆钢调直、毛坯下料、平端面和钻中心孔等，预备加工的目的是提供合格的毛坯，并做出工艺定位标准，以便成形加工。成形加工包括粗车、半精车、精车、磨外圆、铣键槽等，成形加工的目的是将毛坯加工成结构设计的形状和尺寸。轴的加工工艺的注意事项：轴在加工之前，首先进行调质处理，所谓调质处理主要是指中碳钢，调质淬火时，要求零件整个截面淬透，使它得到以细针状淬火马氏体为主的纤维组织。通过高温回火（550600度），得到以均匀回火索氏体为主的纤维组织。调质后的中碳钢综合机械性能，得到合理的强度和韧性。但硬度一般改变不大。在进行轴表面处理和机械加工时要特别注意其工艺要求，以防出现轴疲劳现象。1. 平端面和钻中心孔 由于锯床下料的毛坯端面既不整齐，也不与轴线垂直，轴长的精度也不能保证。因此，毛坯下料后必须车平或铣端面并达到规定的轴向长度。2. 车削 轴外圆表面的车削都要分为粗车和精车。粗车时多采用强力切削，工作温度高，要求车床动力大，装夹牢固。精车是使轴获得所需要的加工精度和表面粗糙度。精车时，除需要磨削的台阶留出磨削加工余量外，其余各轴挡的直径和长度全都车削到图样规定的尺寸。端面倒角和砂轮越程槽也同时车出。3. 磨削 由于轴较细，当轴压入铁芯后容易产生压弯，因此磨削常在轴在压入铁芯后进行。磨削时，将工件顶在两个死顶尖之间，并用拨盘和卡箍带动旋转。采用纵向进给，磨削余量是在多次纵向进给下磨去的。每一往复行程终了，砂轮作横向切入（0.0050.02）mm。下表表示的是轴的加工顺序，以及加工所需要的车床设备。在加工时，所需要的表面粗糙度以及各个形位公差都要符合图示所要求的标准。加工时必须严格按照图示所要求的尺寸标注。表2.9 轴的机械加工顺序序号工序内容机械加工设备工艺设备定位基准I下料锯床1钻中心孔（两面）铣端面打中心孔机床中心钻毛坯外圆2粗车轴伸端各外圆，以左面定位至轴84.2mm处，保留余量0.2mm。卧式车床中心孔3粗车风扇端各外圆卧式车床中心孔4精车轴伸端各外圆卧式车床中心孔5精车风扇端各外圆卧式车床中心孔6修中心孔卧式车床中心孔7热处理8磨轴伸、轴承挡等外圆外圆磨床中心孔9倒角卧式车床中心孔10切退刀槽，以右端面定位至33.84mm处，切槽刀切左面两个11车螺纹卧式车床右端面外圆12电火花成型加工右端面内螺丝孔图2.2 机械加工r与c的关系在加工的时候，要注意r应小于倒角C，h=C+(0.52)mm。图2.3 机械加工r与R的关系且r应小于外圆角半径，h=R+(0.52)mm。由GB 6403.41986得，轴上所倒圆角为0.8mm。图2.4 退刀槽的示意图其中f的值查机械设计手册可得，f=2mm。轴端加工倒角为45度。加工完毕以后，装配前还要进行必要的磷化处理，有的还依照客户的需求进行涂防锈油和电镀镍处理，所谓的磷化处理即是通过电化学置换反应，使金属表面形成一层均匀的磷酸盐图层，该涂层对矿物油、植物油、苯、甲苯等耐腐蚀性好，但耐酸、碱性较差，并且要涂油。镀镍的主要目的是提高部件的耐磨性，同时可以起到耐腐蚀、美观的作用。2.2 端盖与机壳的设计2.2.1端盖的设计本次设计采用的端盖的材料为GB/T 1173-1995，ZL102号铸铝合金，其合金牌号为ZAlSi12,主要元素为Al、Si、Mn、Ti等，为了提高其力学性能，在其中允许含义钇0.08%0.20%，此时它们的铁含量不大于0.3%。表2.10 各种铝合金的性能比较(5-最好，1-最差）牌号流动性线收缩率/%补缩性气密性抗吸气性耐热性抗热裂性耐蚀性砂模铁模ZL10250.91.10.50.8453354(在潮湿大气中很好)ZL10450.91.00.50.8443353（在潮湿大气中较好）ZL10150.81.1454353（在潮湿大气中较好）ZL10340.91.1444532ZL10540.91.1444443ZL20321.31.5233312ZL30131.01.3113135（在水中最高）ZL30331.01.3223534水泵电机的工作环境为水中，故从耐蚀性可选择Zl102、ZL104、Zl101，Zl303，但Zl303的耐热性、补缩性和气密性较低，故综合考虑可选择ZL102。设计端盖时，既要考虑功能要求，诸如端盖应有足够的机械强度和刚度，也要考虑工艺上的要求，使端盖便于制造、加工、装配和拆卸等。端盖铸造时的结构要素:铸造时采用砂型铸造方法，端盖的成分为铝合金，且端盖的直径介于0200*200mm之间，故端盖的最小厚度为35mm。现将这些工艺要求说明如下：1. 盖的结构应便于制造 为便于制模和造型，端盖内外壁的形状应力求简单，尽可能具有直线和圆形的轮廓。在端盖的长度方向上须有适当的斜度，以便在铸造时能够顺利拔模。端盖的壁厚应该适当，不能太厚，也不能太薄。端盖的厚度应该力求均匀，以免引起较大的铸造内应力，使铸件产生变形或裂纹等。当端盖各部分的壁厚不能做到均匀一致时，从厚壁到薄壁应逐渐过渡，要避免壁厚的突变。考虑端盖的刚度时，必须注意到端盖在加工过程中，因装夹和切削所受到的应力比电机运行时要大得多。为使端盖在装夹和切削时不产生变形，通常增设加强筋以提高端盖的刚度。轴承室、加强筋凸缘等与端盖壁的连接处应有适当的圆角半径。应该指出，有些需要机械加工的铸孔，在留出加工余量后，孔变的很小而难以铸造。这种情况下，孔不宜铸出，而改由机械加工做出较为方便。2. 端盖的结构应便于加工 精度等级与表面粗糙度的选择要合理。与轴承配合的轴承室内径采用IT7级精度，其端盖止口也应采用IT7级精度。轴承室内孔的圆柱度、轴承室内孔与止口圆的同轴度、止口端面对轴承室轴线的端面跳动等根据电机气隙均匀度和直径大小进行选择。表面粗糙度根据配合种类、精度等级和尺寸大小进行选择。3. 端盖的结构应便于装配和拆卸 为便于装配，端盖与机座、轴承等的配合种类要选择合理。电机的机座与止口配合采用H8/js7，与轴承外径配合的轴承室内径采用K7，端盖的止口应倒角。设计端盖结构时，还须考虑拆卸方便。在小型电机中，端盖凸耳与机座之间应保持36mm的间隔。将端盖固定螺栓旋出后，用工具插入间隔内，便可敲开端盖。端盖的加强筋按经验至少去厚度2mm以上，并且其纵深长度依照电机装配时的所剩余空间的大小而定，剩余空间比较小的话，则可适当减小其长度。本次设计的端盖图如附图传动端端盖示意图。本次设计的电机的端盖为带轴承的铸铝端盖，端盖上具有装放轴承的内孔以及与机座相配合的止口。这种端盖起着支承转动部分、确定转子与定子的相对位置保护电机内部以及导风的作用。铸造时注意事项：1. 铸件的壁厚变化对金属的力学性能均有影响，一般壁厚增加时，铝合金的强度下降，塑性提高。2. 铸件的最小壁厚必须结合零件的复杂程度、尺寸大小、材料以及制造工艺来确定。3. 铸件结构力求简单，在可能情况下尽量采用直线形的轮廓。4. 拔模方向应留适当的结构斜度和圆角，便于拔模，保证砂型质量，提高劳动生产率。5. 避免出现使造型发生困难的死角。6. 分型面形状力求简单，数目力求减少。本端盖为阶梯孔轴承室端盖，分为传动端端盖和分传动端端盖，其加工要求如下：止口的尺寸精度、圆度和表面粗糙度应符合图样规定。轴承室的尺寸精度、圆柱度和表面粗糙度应符合图样规定。端盖的深度（即止口端面至轴承室端面的距离）应符合图样规定。止口圆与轴承室内孔德同轴度、止口端面对轴心线的跳动量应符合图样规定。端盖是一种以变形的薄壁零件，过大的夹紧力或过大的切削用量都可能是端盖的尺寸超差和变形。减小夹紧力又将导致切削用量降低，从而降低生产率。端盖的加工，可以采用一个组合机床，两侧同时加工，加工工序为：以毛坯止口外圆为定位基准，用卡盘加紧端盖车止口、端面、轴承室、轴孔以止口外圆为基准夹紧端盖，精车止口、端面、轴承室、轴孔以止口为定位基准，利用电机端盖七孔钻床钻端盖的固定孔、内轴承盖固定孔。用立式钻床钻螺钉孔预孔、攻螺纹。传动端端盖和非传动端端盖的加工方式及扽一致，所不同的是处动端端盖由于客户要求，需要车削表面以形成凸台，具体见附图“传动端端盖图”。在转轴与端盖的加工过程中，要注意轴与轴承，轴承与端盖的配合，同时也要注意端盖与机壳的止口的配合。选择轴配合时应考虑如下因素：1. 载荷的方向和性质2. 载荷的大小，较重的载荷需要较大的过盈量，较小的载荷采用较小的过盈量。3. 工作温度的影响，轴承在运转时，套圈的温度经常高于其相邻零件的温度，因此，轴承内圈可能因热膨胀而与轴松动，外圈可能因热膨胀而影响轴承的轴向游动。所以在选择配合时必须仔细考虑轴承装置各部分的温度差及其热传导方向。4. 轴承的旋转精度，当轴承有较高的精度要求时，为了消除弹性变形和振动的影响，避免采用间隙配合。与轴承配合的轴应采用公差等级 IT5制造，外壳孔应至少采用公差等级IT7制造，几何形状的精度以也应该有严格的要求。5. 轴与外壳的结构和材料。6. 安装便于拆卸方便。轴承与轴的配合采用基孔制，轴承与外壳的配合采用基轴制，轴承与轴的配合与及其制造业中所采用的公差配合制度不同，轴承的内径公差多为负公差。因此，在采用相同配合的条件下，轴承内径与轴的配合比通常的配合较为紧密。轴承外径的公差虽为负公差，但其公差取值与一般公差制度也不相同。由此我们通过查阅机械设计手册，表7-2-20可得，轴与轴承的配合公差采用j5或js5，械加工尺寸公差为12mm，传动端为15由机械设计手册，表7-2-24可得，轴承与外壳的公差配合采用K7配合，故传动端的机械加工尺寸公差为35，非传动端的机械加工尺寸为32。表2.11 轴与外壳配合面及端面的表面粗糙度轴或轴承座直径/mm轴或外壳配合表面直径公差等级IT7IT6IT5表面粗糙度超过到RRRRRR磨车磨车磨车80101.63.26.30.81.640.40.880500161.63.2101.63.26.30.81.6端面253.26.3253.26.3101.63.2图2.5 轴与外壳配合面及端面的表面粗糙度示意图本次设计的轴与外壳的形位公差可由机械设计手册表7-2-29查得，一般轴承用0级公差，故有圆柱度轴颈为0.003mm，外壳孔为0.005mm，端面圆跳动轴肩为0.008mm，外壳孔肩为0.012mm。轴承润滑油的选择：本次设计泵电机的正常工作时的温度为3742。此类电机，我们通常选用润滑油脂来对轴承进行润滑， NSK 常用轴承油脂型号：EEM， EA3，NS7， SDR。轴承内圈的固定形式非传动端的轴承的固定，利用轴肩作为内圈的单面支承。图2.6 非传动端的轴承固定传动端的轴承的固定，利用弹性挡圈来固定图2.7 传动端的轴承固定图2.8 轴承外圈的固定形式传动端和非传动端的紧固形式是一样的，直接用轴承室的孔肩来作为其挡肩，不同的是在传动端要加一个波形垫圈来增加轴向的弹性，同时，也是为了在安装的时候，可以把轴承的外圈卡死，来减少轴承的外圈与轴承室的相对滑动。在安装时，轴承室通常要预留1.5mm左右的空间。2.2.2机壳的设计本次设计所用机壳的材料为6063（LD31）T6，主要的成分有Al、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti，6063是一种锻铝，可用作对强度要求不高，（200MPa）、耐蚀性能好、有美观装饰表面、在+50-70工作的零件。可用来装饰飞机座舱、民用建筑中广泛用作窗框、门框、升降梯，家具等。合金经特殊机械热处理后，具有较高强度和高的导电性能，在电气工业方面得到广泛的应用，同时6063是中等强度、焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是使用范围广，很有前途的合金。铝合金拉伸机壳：经特殊工艺技术制造，具有重量轻、强度高、散热性好、抗拉伸强度大、外形美观、内孔精度高，可直接压装定子，避免内孔车削产生浪费、费工费时耗成本，应节约成本30。广泛适用于出口电机、电动工具、真空泵、汽保机械等多行业配套电机的使用。根据UL1004标准规定，电机的外壳必须考察以下的性能：机械强度，主要是考虑机壳的止口和端盖的止口之间所承受的力的大小，其制必须满足电机在最大功率下的运行，且不会变形的要求。其余主要为耐碰撞性、抗腐蚀性、吸潮性、耐温性、耐紫外线性、阻燃性等。外壳的止口采用外止口的形式，拉伸制造的机壳只需要将其止口进行机械加工即可，端盖的止口与机壳的止口采用公差配合。如下图所示：图2.9 盖的止口与机壳的止口公差配合定子的外径决定了机壳的直径，由于本次设计只是设计电机的机械结构部分，故假设定子的外径为已知量。机壳的形状有客户来决定，但由于本次设计电机为IP44全封闭类型，故散热是其主要的问题，增强散热筋设计,使机组具备更强的冷却能力，在恶劣的环境下维持电机良好的运行性能，散热筋的厚度为11.5mm，高度则有客户的所需来定。机壳与定子的组装采用的是热套，即将机壳适当加热，利用外力将机壳与定子进行压套。2.3 风扇与风罩的设计风扇的外形图见附图，与转轴的配合采用间隙配合，配合应该过紧，以防电机在高速旋转时，由于离心力的作用，使得风扇脱离转轴。为确保安全，在电机的外面应该有一个外壳。风扇是塑料制品，安装在电机的端盖的外边，其直径稍稍大于端盖的直径。在安装时，要注意风扇的同心度，以免运转时发生振动，产生噪音。风罩的直径的大小与机座的散热筋的直径的大小相当，如此，在电机运行时带动风扇旋转，便可产生气流，冷空气被吸入，由于风罩的影响，使得风扇所形成的气流沿着散热筋所形成的通道运行，如此使得冷空气可以冷却整个机壳。风扇罩是利用生铁拉伸制造的，因为风罩是铁制材料，故为防生锈，便把其涂上防锈漆。图2.10 风扇与轴、端盖、风罩的组装图其中风扇与轴采用的是过盈配合。2.4 机顶盒的设计机顶盒是用来装配电机的连线的。其注意事项即在安装的时候要注意位置的选择，要确保引出线的安装方便。本设计所采用的安装方式为专门设计一个安装平台，确保机顶盒的安装可以不阻塞机壳的散热片的通道，以确保电机的良好的散热方式，其主要的形状如附图所示。2.5 电机的总装线在定子和转子的工序都已经准备好了之后，便要开始进行电机的总装。总装时要切实注意定子组件在浸漆后要充分的冷却，否则对后序工序的生产带来负面影响。另有，电机的装配必须满足一定的要求：保证电机径向装配精度；保证电机轴向装配精度；绕组接线正确，绝缘良好，无碰擦损伤；端盖与机座的止口接触面应无碰伤；轴承润滑良好，运转灵活，温升合格，噪声与振动小；转子运行平稳，振动不超过规定值；风扇及风罩位置应符合规定；电机内部应无杂物。2.5.1电机装配尺寸链的计算 在电