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某防爆型电动执行机构的结构设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u10359某防爆型电动执行机构的结构设计案例 1

287831.1技术要求 1

305721.2传动方案布局 1

213031.3电机选择 3

13441.1.1初选电机 3

61051.1.2电动机过载校核 4

151381.4齿轮的设计与计算 4

1211.5轴的设计与计算 6

85961.5.1轴的设计 6

119851.5.2轴的校核 6

106521.6涡轮蜗杆的选型 8

136051.7滚动轴承寿命计算 11

1.1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）

ZA23-4

2.2

6.0

1380

ZA31-4

1.5

5.6

1380

ZA32-4

2

6.4

1380

ZA41-4

1.0

7.6

1380

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