第3章电机与减速器的选择

河南机电高等专科学校毕业设计1第3章电机与减速器的选择3.1概述回转支承在送料小车中主要实现料台的回转运动运动，由于料台回转有一定的速度限制，为了使回转小车在一定速度下运转，需要设计减速器，同时选择合适的电动机。根据送料小车的设计要求可知，减速器的传动比较大，要求结构紧凑，而用于短期间歇使用，综合考虑应选用涡轮蜗杆传动。在涡轮蜗杆传动中，1圆弧圆柱蜗杆减速器适用于起重、运输、化工、轻工等部门，其包括CWV、CWS、CWO三个系列，采用圆环面包络圆柱蜗杆，其输入轴(蜗杆轴)转速不超过1500r/min，工作环境温度范围-40°～40°为实现回转支承的转速为4.5r/min设计的传动链为：电动机——减速器——回转支承——回转料台，回转支撑的外齿与圆柱齿轮啮合，圆柱齿轮与涡轮安装在同一轴上，电动机输入的转速通过涡轮蜗杆减速后，又通过直齿圆柱齿轮的减速，从而实现料台的回转运动。3.2电动机的选择确定由回转支承外齿模数M=8，齿数Z2=127,De=1047.5可知该传动系统传递功率不大，故采用闭式软齿面齿轮传动，通常Z1=20～40，初选Z1=24,则i=5，在常用机械传动的单级传动比推荐值范围内，只需校核齿根弯曲疲劳强度，校核公式为aa1mbd2SFFYYK≦[F]。因传递功率不大，转速不高齿轮材料选用便于制造且价格便宜的材料，故小齿轮选用45钢（调质）硬度为240HBS，因该小车为一般工作机器，速度不高，固齿轮精度等级选用8级精度。由表13-8（《机械设计基础》，徐启贺主编）初选齿宽系数d=0.8，已知T1=1000N、T2=3000N,载荷系数K=1.21d1=mz1=192mm、m=8，由表13-7（《机械设计基础》，徐启贺主编）齿形系数得Y1aF=2.65、Y2aF=2.17，由表13-7（《机械设计基础》，徐启贺主编）应力修正系数得Y1aS=1.58、Y2Sa=1.802，由图13-9（《机械设计基础》，徐启贺主编）查得弯曲疲劳强度寿命系数Y1N、Y2N，Y1N=Y2N=1。取弯曲强度最小安全系数SF=1.4河南机电高等专科学校毕业设计2计算许应弯曲应力[1F]=FNFSY11lim=321.4mp,[2F]=4.11400=285.7mp1F=1a1a11mbd2SFYYKT=58.165.28192150100021.12=0.13mp＜[1F]=321.4mp2F=2a2a11mbd2SFYYKT=80.117.28192150300021.12=0.123＜[2F]=285.7mp因此有上述可知与回转支承相啮合的支持圆柱齿轮的齿数Z1=24满足条件，该齿轮动的分度圆直径d1=mz1=192mm。已知回转支承分度圆直径d2=mz2=127×8=1016mm1221ddnn由回转料台转速n2=4.5r/min可知n1=23.8r/min，由已知条件设计减速器传动比i=40，所以输入减速器的转速n=in2=40×23.8r/min=952.4r/min已知回转料台n2=4.5r/mi、T=3000N.m，输出功率Pw=9550nwTkw=1.41kw，Pd=wwPw=43221=0.982×0.97×0.99×0.98=0.901、2、3、4为从电动机到回转料台之间的传递效率1--滚动轴承传动效率，2--圆柱齿轮传动效率，3--弹性联轴器效率，4--回转支承传动效率；以上数据由表2-4（《机械设计课程设计》王坤、何小柏等主编）可查得。由电动机转速n=952.4r/min、Pd=1.57Kw，初步选择同步转速为1000r/min(6级)、Ped=3、满载转速为960r/min，型号为Y132S-6的三相异步电动机3.3减速器Ⅰ的选择确定3.3.1减速器方案的比较由工作机要求可知，减速器需要有较大的传动比和传动方向的改变，通过查阅《机械设计手册》第三版第3卷成大先主编，化学工业出版社减速器篇，选出2种方案进行比较，以下是方案的比较：⑴圆弧圆柱蜗杆减速器，其传动特点如下:①蜗杆与蜗轮两轴投影交角为90，两轴线不在同一平面内，且可改变运动河南机电高等专科学校毕业设计3方向②传动比大，蜗杆为主动，蜗轮为从动③传动平稳，无噪音，蜗杆蜗轮都是螺旋齿啮合，体积小，结构紧凑④能自锁，即不能以蜗轮为主动反过来带动蜗杆，因此广泛用于起重减速机构⑵圆锥齿轮减速器，其传动特点如下:①圆锥直齿制造方便，对变形及安装误差很敏感，承载能力较低，噪声大，传动速度较低②可以改变运动方向③圆锥弧形齿轮传动平稳，承载能力强，常用于汽车、船舶等动力机械中的行星机构，但制造比较困难④传动比较小，常用i=1～6通过上述比较，综合实际应用考虑，选择方案（1）减速器比较合适3.3.2减速器型号及相关参数的确定由于此减速器用于料台的回转运动部分，查设计手册，初选减速器型号为CWS，为标准形式，风扇冷却。根据小车使用的已知条件，即原动机为电动机，输入转速n1=960r/min、输出转矩T2=1000N.m启动转矩Tmax2=3000N.m、公称传动比i=40、输出轴轴端负荷FR=5000N，每日工作16小时，每小时启动25次，每次运转1min，工作环境温度为30c由已知条件，工作机为运输机，属中等冲击载荷原动机为电动机，每日工作16h，由表16-1-74（机械设计手册第三版第3卷，成大先主编，化学工业出版社）查得每日运转时间系数f1=1.25每小时启动25次，由表16-1-75（手册同上）查得启动频率系数f2=1.1每小时载荷率Jc=60251×100﹪=42﹪，由表16-1-76（手册同上）查得小时负荷率系数f3=0.78工作环境温度为30c由表16-1-77（手册同上）查得f4=1.14减速器型号为CWS，由表16-1-78（手册同上）查得f5=1风扇冷却的热损耗系数，由表16-1-79（手册同上）查得f6=1河南机电高等专科学校毕业设计43.3.3减速器强度的校核按机械强度和热极限强度公式计算出输出转矩值：TJ2=T2f1f2=1000×1.25×1.1=1375N.mTJ2=T2f3f4f5f6=1000×0.78×1.14×1×1=886.9N.m根据上述计算结果，机械强度大于热极限强度，故应按TJ2=1375N.m进行选择。输出轴转速n2=40960=24r/min由表16-1-72（手册同上）查得最接近的减速器为a=125㎜，T2=1400N.m略大于要求值，符合要求3.3.4减速器输出轴轴端负荷的校核减速器输出轴轴端许用负荷取决于蜗轮轴的转速及额定转矩按下列公式计算FR=fL.RFA=fL.A式中FR-----输出轴轴端径向许应负荷FA-----输出轴轴端轴向许应负荷fL-----速度系数R------径向载荷系数A------轴向载荷系数⑴校核减速器输出轴轴端轴向许应载荷由表16-1-72（手册同上）查得速度系数fL=0.7由表16-1-73（手册同上）查得轴向载荷系数A=10200NFA=fL×A=0.7×10200=7140N计算所得结果大于要求值，满足要求。⑵校核许应尖峰载荷Tmax2Tmax2=1400×2.5=3500N.m计算所得结果大于3000N.m满足要求则最终选择减速器型号为CWS125-40-ⅢF(GB9147-88)。河南机电高等专科学校毕业设计53.4减速器Ⅱ的选择确定3.4.1减速器方案的比较由工作机要求可知，减速器需要有较大的传动比和传动方向的改变，通过查阅《机械设计手册》（第三版）第3卷（成大先主编，化学工业出版社）减速器篇，选出2种方案进行比较，以下是方案的比较：⑴圆弧圆柱蜗杆减速器，其传动特点如下:①蜗杆与蜗轮两轴投影交角为90，两轴线不在同一平面内，且可改变运动方向②传动比大，蜗杆为主动，蜗轮为从动③传动平稳，无噪音，蜗杆蜗轮都是螺旋齿啮合，体积小，结构紧凑④能自锁，即不能以蜗轮为主动反过来带动蜗杆，因此广泛用于起重减速机构⑵圆锥齿轮减速器，其传动特点如下:⑤圆锥直齿制造方便，对变形及安装误差很敏感，承载能力较低，噪声大，传动速度较低⑥可以改变运动方向⑦圆锥弧形齿轮传动平稳，承载能力强，常用于汽车、船舶等动力机械中的行星机构，但制造比较困难⑧传动比较小，常用i=1～6通过上述比较，综合实际应用考虑，选择方案（1）减速器比较合适3.4.2减速器型号及相关参数的确定由于此减速器用于小车的直线运动部分，查设计手册，初选减速器型号为CW0，为标准形式，风扇冷却。根据小车使用的已知条件，即原动机为电动机，输入转速n1=960r/min、小车移动速度V=500mm/s、输出转矩T2=1200N.m启动转矩Tmax2=4000N.m、公称传动比i=63、输出轴轴端负荷FR=1000N，每日工作16小时，每小时启动15次，每次运转3min，工作环境温度为30c由已知条件，工作机为运输机，属中等冲击载荷原动机为电动机，每日工作16h，由表16-1-74（机械设计手册第三版第3卷，成大先主编，化学工业出版社）查得每日运转时间系数f1=1.25每小时启动15次，由表16-1-75（手册同上）查得启动频率系数f2=1.1河南机电高等专科学校毕业设计6每小时载荷率Jc=601513×100﹪=75﹪，由表16-1-76（手册同上）查得小时负荷率系数f3=0.93工作环境温度为30c由表16-1-77（手册同上）查得f4=1.14减速器型号为CWS，由表16-1-78（手册同上）查得f5=1.2风扇冷却的热损耗系数，由表16-1-79（手册同上）查得f6=13.4.3减速器强度的校核按机械强度和热极限强度公式计算出输出转矩值：TJ2=T2f1f2=1200×1.25×1.1=1650N.mTJ2=T2f3f4f5f6=1200×0.93×1.14×1.2×1=1526N.m根据上述计算结果，机械强度大于热极限强度，故应按TJ2=1650N.m进行选择。输出轴转速n2=63960=15.2r/min由表16-1-74（手册同上）查得最接近的减速器为a=160㎜，T2=1800N.m略大于要求值，符合要求3.4.4减速器输出轴轴端负荷的校核减速器输出轴轴端许用负荷取决于蜗轮轴的转速及额定转矩按下列公式计算FR=fL.RFA=fL.A式中FR-----输出轴轴端径向许应负荷FA-----输出轴轴端轴向许应负荷fL-----速度系数R------径向载荷系数A------轴向载荷系数⑴校核减速器输出轴轴端轴向许应载荷由表16-1-72（手册同上）查得速度系数fL=0.8由表16-1-73（手册同上）查得轴向载荷系数A=13300NFA=fL×A=0.8×13300=10640N计算所得结果大于要求值，满足要求。河南机电高等专科学校毕业设计7⑵校核许应尖峰载荷Tmax2Tmax2=1800×2.5=4500N.m计算所得结果大于4000N.m满足要求则最终选择减速器型号为CWO160-63-ⅢF(GB9147-88)。