【《复杂环境下电动执行机构的结构设计》11000字（论文）】

IV复杂环境下电动执行机构的结构设计摘要随着我国机械结构设计技术、自动控制技术的进一步发展及我国工业生产对其控制系统性能的要求日益提高,电动执行器的应用也因此得以迅速地发展。在当前激烈的国际市场竞争格局下,建设更全面的技术和产品系统、增强企业的国际市场竞争力,这已经成为了必须走出去的一步。设计出用于特殊环境下能够完成自动化操作的电动执行机构,拓展了市场的生存空间，已经成为其必须研究的课题。本次设计首先对国内外电动执行机构市场充分调研，顺应我国基础设施不断完善以及水厂、石化处理厂对阀门的控制的极大需求，然后通过查阅相关与电动执行机构国内外的研究资料，从中获取与本次设计相关的成功设计思路，达到与本次设计相符合的防爆型电动执行机构。其主要特点是传动可靠、机械结构稳固、实际操作简便可手动、自动化、可靠性强，复杂环境下能够安全运行。设计可采用手轮操作、电机控制，达到自动开关阀门的效果。本设计可以在电机驱动下自行关闭或打开阀门，解决电动执行机构的自动化、防爆问题，由于我国关于电动执行机构研究与国际差距较大，所以此次设计的电动执行机构具有巨大的市场前景。关键词：防爆型电动执行机构；电机；手自一体化；目录1绪论 11.1课题研究目的及意义 11.2国内外研究现状 11.2.1概述 11.2.2国外研究 21.2.3国内研究现状 31.2.4电动执行机构的发展趋势 51.3课题任务与要求 52方案设计 72.1总功能 72.2形态学矩阵 72.2.1功能元分解 72.2.2动力源方案 82.2.3传动方案 82.2.4形态学矩阵 92.4方案评价与决择 92.4.1方案选择 92.4.2方案评价 103结构设计 113.1技术要求 113.2传动方案布局 113.3电机选择 123.3.1初选电机 123.3.2电动机过载校核 133.4齿轮的设计与计算 143.5轴的设计与计算 163.5.1轴的设计 163.5.2轴的校核 163.6涡轮蜗杆的选型 183.7滚动轴承寿命计算 214三维建模装配 224.1软件介绍 224.2零件建模 224.2.1手轮建模 224.2.2电机传动部分建模 224.2.3传动部分 254.3壳体与机架建模 254.3.1壳体 254.3.2指示盘 264.3.3机架 274.4总体效果图 275结论 28总结与体会 29参考文献 301绪论1.1课题研究目的及意义在当前市场竞争中，以人为本是不变之道，建立更完善的产品体系，增强市场竞争力是必不可少的步骤。电动执行机构能够针对特殊环境更为安全的使用，电动执行机构能够保证生产效率提高的同时还能够减少对人的伤害。使得产品变得自动化，已成为必须研究的课题。防爆电动执行器是为解决大型电厂不断增加和改善的环保措施而开发的电动执行器。其主要特点是安全可靠，可用于特殊环境下使用。本次设计采用电机控制，二级蜗轮传动等技术，形成了多种规格的自动，手/自集成产品，使得电动执行机构更加便捷，方便控制保护工人安全的同时更加便利。1.2国内外研究现状1.2.1概述根据驱动方式，执行器可大致分为：气动，电动-液动、电动等。（1）气动气动执行机构工作原理气源驱动，使用方便，技术相对较早发展，使用期间性能可靠，运行速度快，通过气体和管道线路，但完成效率低，维护成本高。（2）电动-液动液动执行机构，主要由液压泵提供动力，输出推力大，传动也比较稳定,在高压的高速时能够较为平稳的换向或截止。但由于价格高昂，整体比较繁重，维护和拆装需要专业培训人员操作使用性较为不便，一般只在一些无法取代的大型场所采用。电动液压执行器，一般采用电动泵控制液压缸，具有可靠性高，通过传感器具有良好的定位精度，40-50年的使用寿命，反应迅速，价格昂贵。（3）电动电动执行器由电动机驱动，对于电动执行机构来说电机驱动控制便捷、使用寿命长，在动力输出上效率高，并且整体结构占比小。早期对于执行机构的控制是通过工人手动启动或者半自动操作，这样就会造成在实际生产中的误操作以及对人的伤害；早期产品设计出来以后产品使用寿命短且故障率高导致产品返厂率高；产品在生产加工时误差大，导致工作效率较低。由于上述原因，工厂本着一人为本的原则，电动执行机构在技术人员的不断设计改进下，执行机构在运行中最大可能的降低了对人的伤害。电动执行机构的控制精度得到了很大的提升，使生产效率也领取了显著的提升。1.2.2国外研究随着工业自动化科技的发展和工业生产监控综合性能的不断提升，电动执行机构随之向上发展。世界上第一台执行机构由当时工业技术较发达的德国设计出来的，1906年，由于德国工业生产发达西门子公司率先生产了世界上第一台执行机构。其结构较当时工业水平算领先地步，执行机构主要是由电机和减速器组成后来有通过加入微型控制开关等方法，来更好的控制阀门的全关、全开和停止动作等。80年代以后随着我国工业水平提高，大量公司引进先进人才，使得国内、国外的执行机构进入全新的时代，此时的电动执行机构具备智能化、自动化的特点。国外研究执行机构早于国内，通过对国外先进技术发展的进程了解，可以为我国技术发展提供参考，下面介绍国外技术发展的概况：由于外企在科技和发展上与国内企业相比具有起步早的优势，同时外国企业仍在不断升级技术，引领世界执行器技术的发展向集成化，智能化方向发展。由于国内企业起步晚，所以在电动执行机构研发和设计方面我国企业还有较大的提升空间。1.2.3国内研究现状由于我国电动执行机构的生产设计工作起步较晚，当时国内技术人员从前苏联引进较为先进的执行机构和具有精确控制的伺服执行机构，并且引进初期我国只能模仿原理制成具有相同原理的电动执行机构。上世纪60年代末70年代初，通过一代技术人员研发，逐步产生了DDZ-II型和DDZ-III型执行机构。80年代开始，电动执行机构在全球得到广泛应用，中国电动执行机构厂家纷对技术引进重视起来，对电动执行机构技术储备方面投入大量资金。由于大量先进科技员投入商品开发，很快上市的新直行，角行程电动执行机构等产品快速进市场。随着电动执行机构智能化的逐步实现，电动执行机构的机械一体化已过实践验证，逐步取代了分体式结构；机电一体化由于控制精度高，随着我国工业产品用途越来越广；电动执行机构性能更强大，可靠性显著提高，以适应不断发展进步的自动控制电动执行机构的要求。国内生产设计厂家则引进国外先进技术，通过对技术人员的的大力投入，使得技术人员学习或参考国外先进技术，最终通过技术人员依靠自身力量研发出了具有我国自主知识产权的智能型电动执行机构。通过一代又一代的技术人员不断努力消化吸收国外技术，针对于执行机构自主研发，在产品功能和使用性能上已和国外知名厂家差距逐渐缩小。通过上面对国外电动执行机构发展的概述，以及结合国内电动机构发展存在的不足，下面对国内电动执行机构的市场调查显得十分重要。1.2.4电动执行机构的发展趋势上世纪中叶，随中国工业建设和城建的快速发展，中国阀门的需求量逐渐增大，刚开始引进国外技术开始，生产规模逐渐提高，从简易的品种发展到可以生产3000多种型号的市场规模,取得显著的进步。在执行机构使用中，水处理行业的使用量比较大主要源于我国对人民基本生活保障，在水处理中以蝶阀、闸阀、止回阀等一系列阀门型号，对水处理初期主要以低压阀门为主。我国的基础设施发展纲要中的世纪工程“南水北调”“西气东输”“西电东送”在我国迅猛发展中对此类执行机构的需求产生，求大于供的实际情况下，推动了阀门业的发展，工业化时代的来临，通用基础制造业再次得到提高，使中国阀门行业具有广阔的市场趋势。虽然国内阀门需求量大，对于制造业本身起着促进其发展有积极作用，但阀门技术的水平在我国仍处于低位徘徊。2001年12月进入WTO后，我国阀门企业还面临着国外竞争。我国发展纲要提出要积极投入更多资源加强研发提高技术水平，开发具有自主技术产权的高性能阀门，这样才能使国内阀门企业有更多的机会参与激烈的国际竞争与合作。现在，国内行业内的执行机构和科学研究机构并不多。与国外研发相比，研发能力相对较晚，研发能力相对较弱。其基本实质还是参照国外的原型结构，让技术人员消化吸收。我的技术人员在设计上缺乏新的理论和核心技术。另外，在制作技术方面，由于中国工业过程起步较晚，与外国先进科技和先进工艺相比还有很大差别，所以对工艺技术重视不够多，遇到实际加工问题总是让设计人员改设计图纸，并没有总结如何从制造加工本身出发解决实际问题。由于上述问题导致在使用性能和使用寿命上仍有差距，从而导致我国一部分实际使用中要求高的阀门仍从国外大量进口。随着电子科技，通讯科技，工程专业和自动化专业的飞速发展，不难看出来国内外执行机构的前景，电动执行机构的发展也进入迅猛的发展期，控制精度越来越高，适应环境能力越来越强，功能上较与之前有很大提高，使用上可靠性提高，操作中使得技术人员操作更便捷。如今，中企要走向世界，能借鉴外国的方法，在质量稳定的基础上，开发出符合市场发展前景的产品，迅速占领市场。1.3课题任务与要求近几年来，随着中国经济的不断崛起，科技与此同时得到大力发展，人民生活水平的到很大的提高。与之相对应的就是人力成本的不断增高，企业为了能够最大化的提高生产效率，压缩对人力成本控制，现在大多数企业都是采用自动化设备来代替人力完成生产动作，或者最大程度的减轻人力劳动负担，因为越来越多的工厂采用了自动化控制，减少了对人不必要的伤害，随之而来的是很多简单的工作逐渐被机械设备所取代。电动执行机构作为操控系统与阀门之间重要的连接部件，对于实际生产过程中提高生产效率减少对操作人员的伤害起着不可忽视的作用。其最大的优点就是具有高度恒定的输出力以及稳定性，且提供较大的推力。可以满足很多生产需求，基于此本文拟设计一款防爆型电动执行机构，对此装置的结构设计提出以下几点要求：1.防爆型电动执行机构的整体构造和工作原理需要简易易懂，制作成本低。2.防爆型电动执行机构的性能优越，能够进行自动操作和手动操作功能，具备防爆功能。2方案设计2.1总功能随着国家基础设施建设量的增加，广泛运用于工业生产的阀门市场取得了快速发展，作为管网系统的终端控制元件的执行机构，在终端控制中起着确定性的作用。如今电动执行机构作为阀门的控制单元，调节阀门，用来控制管道内的流量，电动执行机构是实现远程控制和自动化控制的关键控制部件。电动执行机构按性能可分为如下三种类型：普通型、防爆型、防辐射型，防爆型。（1）防爆型防爆型一般用于工作环境较差的情况，具有防护壳作为保护，同时壳上具备观察窗，便于操作人员观察阀门的实时位置情况。（2）防辐射型防辐射型则用于特定的核电情况，一般用于工作环境恶劣的情况。电动执行机构通过电机控制工作效率高、机械结构合理。在如今的现代化生产中，电动执行机构动力源能够获得可靠的动力，电动执行机构安装方便适合在现代化生产中广泛使用。随着我国大力发展基础设施、我国工业现代化、生产技术环境的进步及企业对生产可靠性的需求。本次设计研制一款防爆型电动执行机构来满足我国工业现代化生产需求，本次设计电动执行机构具有重大意义。2.2形态学矩阵2.2.1功能元分解图2.1电动执行机构的功能树方案设计出发点的本质是功能分析，功能分析作为产品设计的第一个基础过程。功能分析能够使得设计者将对机器机构的思维角度转变为对机器机构的功能角度。通过功能分析，使设计者不在受现有机械构造的束缚，从而产生电动执行机构设计的新方向并提电动执行机构所遇到的问题的解决方案，通过分功能解法合成一个整体以实现总功能的过程。2.2.2动力源方案（1）液压驱动液压传动是现代自动化机械传动中比较常见的驱动方式，其优点在于液缸传动成本低，易于控制和实现机构的平移以及旋转运动，可以实现机构基本运动。其次，由于其反应速度快，易于控制的特点，成本低，易于维护。但是，由于液压传动空气黏性较差，流动性大，对于设备的刚度和密封性要求较高，其次，在传动过程中，由于传动平稳性和控制精度的影响，在紧密机械设计领域应用较少。液压传动设备液压传动成本低，但是输出力相应较少。（2）电机驱动在机械设计中，电机驱动是作为广泛的动力源之一，目前市场上常见的电机驱动有：三相电机驱动、步进电机驱动、伺服电机驱动、伺服步进电机驱动以及直线电机驱动等，电机的种类比较多，主要根据控制的要求和精度有关。电机输出扭矩大，稳定性好，结构简单。缺点在于电机驱动成本较高，特别是控制要求较高的领域，电机驱动成本直线上升。2.2.3传动方案（1）齿轮传动齿轮传动作为机械传动中是最为常见的传动方式之一，其应用较高。常见的齿轮传动有直齿/斜齿传动、齿轮齿条传动、蜗轮蜗杆传动、以及在自动化应用领域较高的螺纹螺杆传动，齿轮传动可以实现力矩增大，降速或者升速，实现平面运动转旋转运动，以及水平或者垂直方向的传动。齿轮传动的有点在于成本低，传动平稳，速度可以根据实际情况进行配速，如在汽车领域应用较多的减速器等。从而导致齿轮应用较为广泛，缺点在于齿轮加工比较困难。（2）带传动带传动特点在于制造成本低，可以实现远距离传动，特别是由于机械空间较大时，选用带传动，可以让结构更加合理。带的种类有很多，有V型带，平带，齿形带等。其主要缺点在于传动效率比较低，传动效率只有80%左右，其次，在带传送过程中，因采用摩擦传动，传动过程中，容易因为皮带摩擦失效，导致同步带传动失效，因此，在设计过程中，一般采用调节机构或者张紧机构进行调节，从而实现带传动的张紧。（3）链传动通过链轮轮齿与链条链节的啮合传递运动和动力，与上述的带传动相比不会产生打滑现象，传递效率高，与齿轮传动相比安装精度低，并且成本低，但是链传动不易在载荷变化大的场所使用。2.2.4形态学矩阵形态学矩阵在理论设计中是一种系统的全面的搜索方法，本次设计前采用形态学矩阵能够表达前面各个工作成果的一种较为清晰的形势，电动执行机构的形态学矩阵如下页表2.1所示。表2.SEQ表\*ARABIC1形态学矩阵功能元功能载体123能量转换A电动气动电液能量传递B齿轮传动链传动带传动执行机构C感应式电机同步电机减速装置D齿轮传动涡轮传动斜齿轮传动操作系统E手动自动手自一体基于功能分解和求解的理论，我们能列出上表所示的形态矩阵。在功能分析的过程中，我能定义产品的子功能。子功能分解后，通过选择和变异，我能从中选择一些替代方案来分解功能载体，我对主要子功能的发展有了清晰的认识。此次设计中机械系统中包含的子功能有五个，分别为：A、B、C、D、E,他们与此对应的功能载体数目为：3、3、2、3、3个。从理论上讲可以组合出的方案数：N=3×3×2×3×3=1622.4方案评价与决择2.4.1方案选择在上述组合的全部方案中，我在组合的同时还需要考虑相容性条件，连接要求等。因此，有的方案不具备较大的存在价值，能通过初步筛查予以删除。从新颖性、先进性和实用性来看，一般选用：A1、A2、A3、B1、C1、C2、D1、D2、E2、E3通过以上的初步选择得到电动执行机构设计方案组合有五个，如下表2.2所示表格2.2方案组合方案组合一A3-B1-C1-D2-E2二A3-B1-C1-D1-E3三A2-B1-C1-D1-E2四A1-B1-C1-D2-E3五A2-B1-C2-D1-E22.4.2方案评价方案评价所能达到的目的是通过对可行的备选方案进行社会、技术、经济、环境等多方面的综合评定提出原理方案的评价意见，为决策者在后面的确定设计方案中提供依据。用简单评价法可对本次设计的电动执行机构分解子功能组合出的不同方案进行评价。该评价方法能够对本次设计方案进行定性的评价以及评价以后对方案性能大致排序，并不能反映出该方案的重要程度以及方案的理想化程度。本次设计采用点评价法，罗列出来的方案进行评价，用行（+）、不行（-）、信息不足（？）三种符号表示，此次设计五种方案总体评价表如下表2.3所示：表格2.3点评价法方案评价目标一二三四五产品性能+--+-使用维护+-使用方便性+++++满足功能+++++成本规定范围--+++总评3+2+3+5+3+综上所述比较可以看出，方案4总评分值最高，优于其他方案故选用方案四作为此次设计方案。3结构设计3.1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3.1所示：表格3.1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3.2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3.1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3.1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3.1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。3.3电机选择3.3.1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3.2ZD型电机型号型号额定功率（KW）额定电流(A)额定转速（r/min）ZA23-42.26.01380ZA31-41.55.61380ZA32-426.41380ZA41-43.07.61380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：（3.1）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:（3.2）随后，通过表3.2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。3.3.2电动机过载校核电动机的过载校核公式为：（3.3）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。（3.4）计算可知初选电机不满足设计要求，所以查表3.2在表格中选择更为合适的电动机选用ZA32-4型，额定功率。3.4齿轮的设计与计算表3.2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：（3.5）为齿根弯曲应力；K为载荷系数:（3.6）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3.2外齿轮齿形系数图3.3外齿轮应力修正系数将数据代入后得出：（3.7），故此该齿轮弯曲疲劳强度条件满足。3.5轴的设计与计算3.5.1轴的设计表3.3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：（3.8）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：（3.9）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。3.5.2轴的校核（1）计算齿轮上作用力的大小。①轴传递的转矩：（3.10）②齿轮的圆周力：（3.11）（2）计算作用于轴上的支反力。①水平内支反力：（3.12）②垂直面内支反力：（3.13）（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：（3.14）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（3.15）（3.16）（3.17）（3.18）（3.19）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3.4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。3.6涡轮蜗杆的选型涡轮蜗杆主要参数，如下表所示：表3.5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：（3.20）式子中:齿轮圆轴力,V线速度（3）确定载荷系数K表3.6使用系数KA取所以得:（3.21）（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（3.22）（3.23）（7）中心距（3.24）由上式子取a=100，查表取模数m=5、表3.7涡轮蜗杆标准模数这时接触系数,所以计算结果可用。表3.8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″3.159.89635.5211.27041.827.910°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3.9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563612209°02′18430.53.7滚动轴承寿命计算由轴承寿命公式计算滚动轴承的寿命为：（3.25）式中：轴承的额定转速为；额定动负荷为;额定静负荷为;轴承的当量动载荷为P，计算公式为：（3.26）其中动载荷系数，，，实际最大力，额定载荷系数为，取，则轴承额定负荷为（3.27）所以轴承当量动负荷:（3.28）

4三维建模装配4.1软件介绍Solidworks公司于1993年成立，公司成立是为了解决工程师在实际设计生产中所遇到的问题能够通过计算机辅助，达到提高生产、制造的一系列实际问题。Solidworks2018是达索公司2018年开发的新一代版本，该软件通过虚拟建模达到实体的效果，广泛运用于机械行业。对于本次设计起着重要作用，能够在电脑上进行此次设计的机构进行更为直观的表现。通过自己的不断摸索软件使用方法，自己也对本次设计的防爆型电动执行机构有了更为直观、全面的了解。软件的快速建模，能够缩短设计周期减少不必要的资源浪费。Solidworks软件也能快速表达设计者所要表达的意图，提高了本次设计的效率。4.2零件建模4.2.1手轮建模在执行机构出现前，人们对阀门的操作是用手来完成的，而手动挡操作系统是阀门最基本的操作手段。在断电，设备故障等情况下，当阀不能开关或固定在某一位置时，必须通过手轮操作来处理紧急情况。在紧急状况下，快速稳定的运行手动操作将大大预防安全隐患。图4.1手轮4.2.2电机传动部分建模（1）电动执行机构中，对电机进行固定使得能够稳定的输出传动力。这时采用电机固定板对电机进行固定，如图4.2所示。图4.2电动机固定板（2）固定板安装好以后，使得电机能够稳定的安装在固定板上，安装好的电动机如图4.3所示。图4.3电机固定（3）电动机输出为了满足稳定的传动，采用齿轮传动用小齿轮作为电机传动齿轮，大齿轮与传动轴连接，如图4.4所示。图4.4小齿轮大齿轮传动（4）大齿轮连接传动轴，之间采用键连接。确保传动轴能够平稳传动，传动轴与大齿轮键连接用拉紧盖使他们紧密连接，如图4.5所示。图4.5传动轴（4）传动轴采用套筒固定在传动机架上，使得电机能够平稳的输出动力，如图4.6所示。图4.6套筒固定传动轴（5）电机传动通过小齿轮带动大齿轮，大齿轮与传动轴连接。传动轴通过法兰键槽连接与接下来的传动轴进行连接传动，如图4.7所示。图4.7键槽法兰盘4.2.3传动部分通过齿轮传动，使得电机输出的动力源输出，达到预设效果，如图4.8所示。图4.8传动部分4.3壳体与机架建模4.3.1壳体执行机构因为长期处于户外，必须具备壳体加以保护。壳体上还应具备观察窗，通过与输出轴相连接的指示盘可以实时观察阀门的位置情况。保证在断电的情况下，操作人员通过观察窗观察阀体实时位置避免误操作。同时壳体与机架通过螺母连接，机架可以放在地面上，方便使用时可以进行移动同时避免地面若有积水导致进入主壳体。本次设计的机构具有防爆功能，适用于外部环境。所以制作一个防爆壳显得尤为重要，并且在设计之初考虑操作人员在操作时无法观察阀门此时的位置，制作一个观察窗观察轴上的指示盘来判断实时位置，免误操作。如图4.9所示。图4.9电动执行机构防爆壳4.3.2指示盘指示盘直接连接输出轴，与输出轴同步转动，已显示所控制的阀门实时位置，壳体观察窗方便操作人员在操作时能够实时观察，如图4.10所示。图4.10指示盘4.3.3机架机架是为了防止地面有积水，或者管道可以从下面穿过，使得不影响本次设计产品的使用，如图4.11所示。图4.11机架4.4总体效果图壳体、机架、传动部分全部建模建好以后，通过彼此连接在一起组成本次设计防爆型电动执行机构效果图，如图4.12所示图4.12总体三维图5结论本文依据课题来源以及课题背景，通过查阅大量的国内外研究动态，以此，确定本文的研究方法和论文框架。本文通过对国内外专家和学者的研究方法和目的分析，进而借鉴现有的研究成果，在此基础上，了解防爆型电动执行机构结构机理，最终确定自己的研究内容以及研究方法。对此，本文在明确研究目的的背景下，根据设计参数以及设计要求，进行初步的方案设计，并通过方案论证，确定最终合适的研究方案；之后，进行动力参数的计算以及标准件的选型和计算，本文通过SW2018进行建模，分析其方案的可行性。最后，不断的对设计方案进行修改和论证，以其达到制造标准和使用标准，并保证设计的可靠性，在此基础上，解决防爆型电动执行机构在该领域遇到的局限性，并为此提出一种研究方法，为该课题的研究贡献自己的一份力量。本文的研究方法和难点主要在于方案的选型和论证，因此，会不断研究该课题的研究背景和目的。先将本文的研究方法和论文的框架进行如下总结：1、绪论部分：本章通过查阅防爆型电动执行机构的背景资料以及国内外研究动态，在此，明确研究的目的以及意义，并确定要解决的内容以及技术难点。同时，确定论文的研究方法以及论文的整体框架。2、方案设计部分：本章依据论文的研究背景以及存在的技术难点，提出设计目的以及设计要求，并根据设计要求，进行初步方案设计，通过功能元分析和形态学矩阵进行初步的方案组确定，最终通过简单方案评价法确定最终方案。3、理论参数计算部分：本章根据设计方案进行标准件的分析和计算，并确定整机的使用寿命和可靠性，初步进行电机的选型和计算，传动系统的理论计算和分析，并确定最终的选型，同时对该方案进行理论计算分析，保证其可靠性。4、SW2018建模部分：本章根据设计方案进行三维建模，通过三维软件模型建立大致明确可行性。参考文献茹建方.智能电动执行结构的设计[D].杭州:杭州电子科技大学硕士学