【《某防爆型电动执行机构的结构设计案例》2900字】

某防爆型电动执行机构的结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u10359某防爆型电动执行机构的结构设计案例 1287831.1技术要求 1305721.2传动方案布局 1213031.3电机选择 313441.1.1初选电机 361051.1.2电动机过载校核 4151381.4齿轮的设计与计算 41211.5轴的设计与计算 685961.5.1轴的设计 6119851.5.2轴的校核 6106521.6涡轮蜗杆的选型 8136051.7滚动轴承寿命计算 111.1技术要求设计任何一个产品最基本的要求都是围绕着经济指标和技术性能来提出，一般主要包括产品功能、生产产品的能力、产品在使用过程中的可靠性、产品在特殊条件下的适应性、使用经济性和成本要求等方面。根据上面对国内外电动执行机构的市场调研，为了在设计产品中，产品从设计研发到走向市场，避免不必要的资源浪费，充分调查社会对电动执行机构的要求，使用条件得到以下几方面技术要求。电动执行机构在满足用户需求同时，根据用户使用条件和市场同类型号电动执行机构得到以下几方面技术要求如下表1.1所示：表格1.1设计参考参数类型标准电源电压220V~380V额定功率1KW~2KW防爆外壳保护操作系统手动、自动1.2传动方案布局在机械系统设计之初，应从一种多角度的观点出发达到总体布局使得机械系统总体布局相对合理。结合机械构造所设计产品的实际使用情况，人机关系及内部影响因素、在各结构的密切配合下，可对环境要求，各结构的位置和尺寸等内外因素进行多方面的调整，从而达到设计合理可靠的机械构造。设计时应坚持采用容积和重量较小的方法，在满足所有技术条件达到的情况下，得到所需的全部功能。通过上面对电动执行机构方案评价和机械系统分析可得到大概方案布局的示意图，如下图1.1所示：防爆型电动执行机构的传动系统的结构主要由单柄轮、轴承、轴承座、输出轴、小涡轮、大蜗杆、大涡轮、从动轴、小蜗杆、联轴器、电机、电机座等几部分组成，其具体得设计如图1.1防爆型电动执行机构的传动系统设计所示。该系统主要是利用了齿轮传动中的蜗杆涡轮传动方式进行了传动方式设计。首先电机会启动提供动力源再利用联轴器将动力传输至小蜗杆使其转动，与此同时可以摇动单柄轮使离合器合上以此来实现小涡轮蜗杆啮合而发生动力传输致使大蜗杆也同小涡轮同时转动，并与此同时实现大涡轮蜗杆啮合而发生动力传输驱动最终的大涡轮转动，并带动最终输出轴转动实现动力的传输过程。图1.1方案布局示意图通过上面的方案布局示意图可知道，通过电机产生动力通过电机传动蜗杆作旋转运动，此时涡轮与电机传动蜗杆啮合，转动以后通过输出端输出一定的转矩。1.3电机选择1.1.1初选电机电机将电能转化为机械能作为此次设计的防爆型电动执行机构的动力源，本次采用380V三相交流电机作为输出动力。三相交流电机具有启动力矩大，特别适合作为电动执行机构的动力源部分控制阀门。表1.2ZD型电机型号型号额定功率（KW）额定电流(A)额定转速（r/min）ZA23-42.26.01380ZA31-41.55.61380ZA32-426.41380ZA41-41.07.61380初步应该计算稳态平均功率，对于不同的工作机构，可根据载荷和速度，按下式求出稳态的平均功率。对于该机构：（1.1）式中——电动机的稳态平均功率；——稳态负载平均系数，；——额定载荷，；——平均速度，；——机械总效率，取。即:（1.2）随后，通过表1.2初选ZA31-4型号的电动机，额定功率。电机在运行过程中过载的情况需进行校核，看所选电机是否能够达到预期效果。1.1.2电动机过载校核电动机的过载校核公式为：（1.3）式中——基准接电持续率时的电动机额定功率；——额定载荷，；——平均速度，；——机械总效率，取；——基准接电持续率时，电动机转矩允许的过载倍数，取；——考虑实际使用时电压降、最大转矩存在误差等因素的系数，取。（1.4）计算可知初选电机不满足设计要求，所以查表1.2在表格中选择更为合适的电动机选用ZA32-4型，额定功率。1.4齿轮的设计与计算表1.2标准直齿圆柱齿轮主要参数表直齿圆柱齿轮参数模数m33齿数z2037压力角a2020分度圆直径d60111齿厚S1717内孔直径r1420强度校核，在设计时，考虑到材料的本身性能，以及齿轮的传动强度，因此，本文设计主要材料选用40Cr调质处理。齿轮弯曲疲劳强度条件为：（1.5）为齿根弯曲应力；K为载荷系数:（1.6）为工作转矩：；为齿宽：；为齿轮的分度圆直径：；为载荷作用于齿顶时的齿形系数；查机械手册得；为应力修正系数，查机械设计手册得；为重合度系数：查机械手册得；为许用弯曲疲劳应力：齿轮材料选用40Cr调制，查机械手册；图1.2外齿轮齿形系数图1.3外齿轮应力修正系数将数据代入后得出：（1.7），故此该齿轮弯曲疲劳强度条件满足。1.5轴的设计与计算1.5.1轴的设计表1.3轴常用材料C值轴的材料Q235A、20Q275/354540CrC149~126135~122126~103112~97传动轴轴使用的材料选择40Cr，经过调制处理，第一步先计算其最小直径。根据扭转强度公式来初步估算，即：（1.8）公式中：C是根据轴的具体材料和所受载荷的情况来确定的系数。由于轴的材料是40Cr，一般C的取值范围在106-110之间。可以取，则：（1.9）式子中：n轴的转速，r/min;电机功率，KW;因为轴上固定齿轮需要开个键槽，所以要把轴的直径径扩大4%-5%，所以得出初步取d最小直径为13mm。1.5.2轴的校核（1）计算齿轮上作用力的大小。①轴传递的转矩：（1.10）②齿轮的圆周力：（1.11）（2）计算作用于轴上的支反力。①水平内支反力：（1.12）②垂直面内支反力：（1.13）（3）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面截面即为危险截面。轴的抗弯截面系数：（1.14）公式中：——轴的直径，；——键槽宽度，；——键槽深度；转矩按脉动循环变化计算，取，则（1.15）（1.16）（1.17）（1.18）（1.19）公式中：——轴的计算应力，——轴所受的弯矩，N·mm——轴所受的扭矩，N·mmа——取表1.4轴常用材料主要力学性能轴的材料选用40Cr，其许用应力查表可知，由于，所以该轴安全。1.6涡轮蜗杆的选型涡轮蜗杆主要参数，如下表所示：表1.5蜗杆传动效率类别效率单级传动效率最大常用蜗杆传动自锁蜗杆0.4～0.45开式≤100闭式≤8015-6010-40单头蜗杆0.7～0.75双头蜗杆0.75～0.85四头蜗杆0.85～0.92在防爆型电动执行机构的输出力矩后，刚度要求较低。因此在设计蜗杆时选择45号钢就可以，通过齿面淬火处理，硬度达到45-55HRC。（1）作用在蜗轮上的转矩按，带入下列公式：（1.20）式子中:齿轮圆轴力,V线速度（3）确定载荷系数K表1.6使用系数KA取所以得:（1.21）（3）确定弹性影响系数（钢蜗杆与铸锡青铜蜗轮相配）（4）确定接触系数:假设表机械设计手册得（5）确定接触应力[]根据材料45号钢，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，蜗轮许用应力。（6）寿命系数（1.22）（1.23）（7）中心距（1.24）由上式子取a=100，查表取模数m=5、表1.7涡轮蜗杆标准模数这时接触系数,所以计算结果可用。表1.8涡轮蜗杆选型参数模数m轴向齿距px分度圆直径d1头数Z1直径系数q齿顶圆da1齿根圆dr1导程角γ2.57.85428211.2000332210°07′29″1.159.89635.5211.27041.827.910°03′48″412.5640210.0004830.411°18′36″515.7450210.000603811°18′36″蜗杆：轴向齿距得直径系数齿顶园直径，齿根圆，分度圆导角°，蜗杆轴向齿厚。表1.9涡轮蜗杆参数组别模数分度圆齿数头数压力角导程角中心距传动比一组蜗杆55022011°31′10015涡轮5503022011°31′10015二组蜗杆5632209°02′18430.5涡轮563612