【《某平移式自动门的动力系统设计分析案例》4200字】

翻译文稿译文PAGEPAGEIPAGEPAGEII某平移式自动门的动力系统设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3611某平移式自动门的动力系统设计分析案例 1111941.1电机的选择 1181021.1.1门的运行阻力计算 1205871.1.2门的驱动功率的计算 2165791.1.3直流无刷电机的选择 2120401.1.4减速电机型号的选择 3120961.2齿轮带传动的设计 3293611.2.1带传动的特性 3113941.2.2带传动参数选择 4167231.3轴的选择和设计 940981.1.1轴的材料选型和其他参数的确定 9165721.1.3输入轴的结构选择 10193731.4输出轴的选择与设计 10146401.5轴的计算与校核 11216501.6键和轴承的强度计算与校核 16270991.7其他零件的选择 17312671.7.1联轴器的选择 1714241.7.2门夹的选择 17267301.7.3止位器的选择 18170711.7.4带、带轮与张紧装置的选择 18135241.7.5导轨与辊轮的选择 191.1电机的选择主要的选型依据为驱动功率，另外还需遵循经济性原则。1.1.1门的运行阻力计算它包括了多个部分，在这里仅考虑摩擦阻力和风阻力（其他部分非常小，无需考虑）。（1）摩擦阻力摩擦阻力包含滚动摩擦力F滚、吊轮侧边与滑轨的滑动摩擦力F滑和吊轮轴承内的摩擦力F内。假定总（2）风的阻力风阻主要和风压有关，假定风压为六级，可以通过下式计算出来。式（3-1）式中各参数的含义如下：为风力系数，平移式自动门门的风力系数取1.1；为垂直与风向的迎风面积（即平移式自动门的总面积）；为门滑轮的综合摩擦系数，这里取10%；为风压（单位Pa），取六级风速，因此。所以。由此可见，。1.1.2门的驱动功率的计算箱体内部逐级零件的传递效率分别为：联轴器为，滚动轴承为，闭式齿轮传动为。式（3-2）驱动电机的工作功率为：式（3-3）电机选择依据是额定功率P额>1.1.3直流无刷电机的选择合适的驱动设备，是确保自动门能够稳定、可靠运行的前提。在进行此次设计的过程中，笔者选择的是直流无刷电机，主要是基于如下几方面的考虑：（1）噪音小，轻微震颤，能够稳定的运行，可靠性佳；（2）在低转速情况下，也能够输出较高的功率[5]；（3）体积小、质量轻；（4）修理工作量少，工作过程中避免产生火星；1.1.4减速电机型号的选择初定带轮直径d=50mm，已知v=0.4m/s，查参考文献[6]式7-2计算带轮转速。式（3-4）即带轮的转速考虑到电机的工作功率和减速器的输出转速，然后选用德马克MKD2BLD170-24GN-20s型，这一产品的额定电压和功率分别为24VDC和170W，额定输出转速为260rpm，额定转矩为0.74N·m，额定电流为7.56A。除此之外，该产品输出轴直径为14mm，根据文献[6]表5-1确定和其匹配的轴，采用一般的平键，键宽和高都是5mm，选用电机尺寸如图3-1所示。另还需配备DT300-BLD170-2型直流无刷电机驱动器[15]，具体的连接情况在后文中进行阐述。图3-1：MK电极结构简图1.2齿轮带传动的设计1.2.1带传动的特性此次设计采用的传动方案为：齿轮和同步齿形带（梯形齿)。同步齿形带传动利用带齿和轮齿同步啮合，实现动力传输。同步齿形带的特点可以总结为：（1）传递效率至少为0.98；（2）避免出现滑动温度，精确度有保障；（3）能够稳定、可靠的运行，噪声小、轻微颤动；（4）带具有极高的强度，厚度薄，质量轻；（5）比速将近10，能够在不同的场景下应用，在可靠性和耐久性方面具有极佳的表现；（6）维修工作量小，大部分情况下无需添加润滑液。1.2.2带传动参数选择（1）同步带主动轮转速节圆直径，查参考文献[6]式7-2。式（3-5）此时可以求出同步带主动轮转速（2）计算齿轮的输出功率查参考文献[6]式7-19可得：式（3-6）查参考文献[7]，为工况系数为。则输出功率为（3）选择同步带带型基于文献[7]表31.1-13，故采用L型带。按照参考文献[7]表31.1-46，确定L型带齿形尺寸和公差，如下表3-1和图3-2。表3-1：L型带的标准齿形尺寸图3-2：L型同步带的齿形尺寸按照文献[7]表32.1-57的内容，确定L型带的轮宽代号为90，带宽为25mm。（4）确定带轮齿数Z和节圆直径d按照文献[7]表32.1-51，在带型和带轮转速已知的情况下，确定带轮齿数不超过12，已知Z=20。则节圆直径为式（3-7）故验算节圆直径圆取整为60mm，合适。（5）中心距a的计算和同步带长度自动门位移区间详见下图3-3。图3-3：自动门的位移图如图所示，吊挂轮长度为300mm，距边距为300mm，门的宽度为1600mm，故皮带长度。带轮中心距，故带轮中心距为4500mm。查参考文献[6]式7-23，可得：式（3-8）故计算出同步带长度为（6）确定同步带宽度L型同步带的基准宽度是，按照参考文献[7]表32.1-53，确定L型同步带的许用工作拉力，而运行过程中拉力，因此带宽为是符合要求。（7）同步带轮的设计按照文献[7]表32.1-56，确定轮齿尺寸和极限偏差，分别如下表3-2和图3-4。表3-2：带齿轮尺寸及极限偏差图3-4：直边齿廓带轮的轮齿简图查[7]表31.1-59可知，带轮的公差度和表面粗糙度如表3-3所示：表3-3：同步带轮的公差度和表面粗糙度按照文献[7]表32.1-56，在此次设计中选择同步带轮，则带轮宽度至少为，带轮宽度为30mm。其挡圈尺寸如图3-5所示。图3-5：同步带轮的挡圈尺寸其中，带轮外径，挡圈弯曲处直径，挡圈高度。查[7]表31.1-58，确定带轮外径，取挡圈厚度，挡圈倾角取7°，挡圈高度，，。1.3轴的选择和设计1.1.1轴的材料选型和其他参数的确定输入轴为45号钢，使用前进行调质处理。查文献[8]表15-1、15-3，确定，，，其许用弯曲应力。1.1.2输入轴最小直径的设计已知主动轮轴的输入功率，带轮转速,查参考文献[8]表14-2和式14-2，取。=A3式（3-9）由此计算出直径的下限值考虑到这一轴存在键槽，所以需要将其直径扩大3%。此时可以计算出因输入轴和电机轴利用联轴器相连的，选用电机轴径为，故输入轴的直径为14mm。1.1.3输入轴的结构选择图3-6：输入轴的尺寸各轴段直径的确定基于结构和强度要求轴为阶梯轴，一侧直径14mm。要让联轴器能够轴向定位，关键是在另一侧制作轴肩，直径为20mm，选择61904轴承，左端直径为20mm。装配带轮部位的直径为25mm，轴环外径为31mm。由于轴环左侧面和轴承内圈的端面相接，轴肩高最多为轴承内圈，故轴环左端是锥形，左轴承位置轴肩直径为27mm，轴肩圆角半径为2mm，带轮和联轴器位置轴环、轴肩的圆角半径均为2mm。（2）各轴段长度的确定按照文献[8]表14-2，确定61904滚动轴承宽度为14mm，由此确定左端轴颈长14mm，由于轮毂长度为30mm，故取轴头长度为28mm。由于轮端面、轴承端面等之间需要预留一定的缝隙，故轴环宽5mm，套筒宽10mm，基于草图得知跨距为64mm，d右为42mm，右轴承右端面到联轴器端面的轴端尺寸为16mm。查参考文献[8]表16-1和表18-4，确定采用GY型凸缘联轴器和凸缘式轴承盖，布置联轴器的轴头尺寸是30mm。（3）确定键尺寸选择A型常规平键，按照文献[7]表4-2，确定平键的，联轴器位置是，带轮位置是。1.4输出轴的选择与设计同步齿形带中，输入、输出轴直径是相同的，不过实际的结构是不同的，也就是输出轴的长度较短，原因在于它和输入轴不同，无需联轴器和别的零部件相连。其结构详见下图3-7。输出轴的结构尺寸几乎和输入轴是相同的，主要的区别在于它不存在联轴器轴段、轴承处轴段长度仅为14mm。图3-7：输出轴的结构简图1.5轴的计算与校核本文中有输入轴和输出轴，考虑到二者的结构比较相似，前者利用联轴器和电机连接，比后者超过一个轴段，且该段非常短，所以对前者强度予以校核，查参考文献[9]第15章节所得。（1）弯扭合成强度的校核①应校核部分的截面图和受力图，详见下图3-8和3-9。图3-8：输入轴平面图图3-9：输入轴受力图轴上转矩为式（3-10）故，，。②平面内，受力图和弯矩图如3-10和3-11所示。图3-10：轴的平面受力图图3-11：轴的平面弯矩图支承反力为式（3-11）则截面C点弯矩为式（3-12）③在垂直面中，受力图和弯矩图如3-12和3-13所示。图3-12：轴的垂直面受力图图3-13：轴的垂直面弯矩图支承反力为式（3-13）则C点的弯矩为式（3-14）④绘制合成弯矩图，详见下图：图3-14：输入轴的合成弯矩图那么截面C位置的合成弯矩：=式（3-15）⑤绘制转矩T图，如图所示图3-15：轴的T图⑥当量弯矩如图所示图3-16：轴的图考虑到在装置运行的过程中，带轮应该具备双向性，故应力校正系数=1。则截面B位置的当量弯矩：式（3-16）⑦校核危险截面的轴径：3=3式（3-17）考虑到B位置加工了键槽，故将轴径扩大4%，即。直径为，具备足够的强度，外端直径为，B处轴段直径应减小。故轴[9]的尺寸符合。（2）强度系数校核①找出危险截面截面B、Ⅰ位置仅承受扭矩，尽管键槽、轴肩和过渡配合导致的应力集中会对轴的疲劳强度造成影响，不过考虑到直径的下限值是根据有一定裕度的扭转强度确定的，因此这两个位置无需校核。截面Ⅱ、Ⅲ位置为过盈配合，而B处的应力是最大的。截面Ⅱ和Ⅲ对轴的应力相差并不大，但截面Ⅲ并未被施加扭矩，且轴径较大，无需校核。对于该轴而言，截面Ⅱ两侧是最危险的，需要对其进行校核。按照文献[7]表14-3，确定该截面的圆角半径为1.0mm。②截面Ⅱ右侧弯矩式（3-18）扭矩弯曲应力为式（3-19）扭转切应力为式（3-20）压应力为式（3-21）已知，，按照文献[9]图3-6和表3-11。此时有，，令。式（3-22）式（3-23）查参考文献[10]图1-4和图1-5，可知=0.9，=0.9，。则综合影响系数：式（3-24）式（3-25）由碳钢特性系数=0.1，≈0.05代入下式式（3-26）式（3-27）式（3-28）由此可见，截面Ⅱ右侧通过校核，其左侧同样具备足够的强度。1.6键和轴承的强度计算与校核（1）键的强度计算一般来说，键只需进行静连接的挤压强度或耐磨性校核即可。①键1轴直径，键长，键宽，键高，工作长度。查参考文献[6]式5-1和表5-2，计算挤压应力。式（3-29）②键2（A型）轴径，键长，键宽，键高，键的工作长度。式（3-30）通过校核。（2）轴承的强度校核计算本设计选择62904型轴承，，外径，宽度，。按照文献[10]表4-7，确定滚动轴承的设计寿命。查参考文献[12]式4-6，计算当量动载荷。式（3-31）查参考文献[12]表4-7，可得X=1，Y=0。查参考文献[12]表4-10和表4-15，确定，球类轴承，。·式（3-32）故轴承校验校核合适。1.7其他零件的选择1.7.1联轴器的选择查参考文献[13]表18-4，确定采用GY-4型联轴器，，，d=14mm，，。1.7.2门夹的选择自动门门夹是负