【正文】 as well as the design of additional ponents. The main chassis is stretched pieces of the chassis can be designed to heat the outer surface of the form of bars, UL1004 standards for the use of the design process. Blade design and wind shield is the choice of materials and shapes as well as the design of the chassis and motor coordination of end caps. The main terminal board is to facilitate the connection lead. Key Words: onephase motor； capacitor； Structure。 type 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 概述 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)械計(jì)算是電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分，它主要在電磁設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行，其目的是解決機(jī)械部分的設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)它的要求是從結(jié)構(gòu)上來(lái)保證電機(jī)性能、制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)合理和運(yùn)行可靠等。 電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)的分類 影響電機(jī)總體結(jié)構(gòu)的因素很多，例如電機(jī)的類別、運(yùn)行條件、原動(dòng)機(jī)或被傳動(dòng)機(jī)械的種類及傳動(dòng)方式、電機(jī)的容量與轉(zhuǎn)速、冷卻方式、防護(hù)類型、軸承型式和數(shù)目、安 裝方式等等。總體結(jié)構(gòu)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 1. 按通風(fēng)冷卻系統(tǒng)分類 空冷有自冷、自扇冷、他扇冷、管道通風(fēng)、自由循環(huán)通風(fēng)、封閉循環(huán)通風(fēng)等多種型式，采用其它冷卻介質(zhì)時(shí)，從總體結(jié)構(gòu)上看，通常都是封閉循環(huán)系統(tǒng)。 2. 按防護(hù)類型分類 按防護(hù)型式的不同，可將電機(jī)分成許多類型，目前主要的防護(hù)類型有開啟、防護(hù)、封閉、防爆、防水、水密、潛水、潛油等數(shù)種。 3. 按安裝結(jié)構(gòu)型式分類 表 電機(jī)的基本安裝結(jié)構(gòu) 順序號(hào) 基本安裝結(jié)構(gòu)型式 分類代號(hào) 1 具有端蓋式軸承，用底腳安裝的電機(jī) IM1 2 具有端蓋式軸承，用底腳和凸緣安裝的電機(jī) IM2 3 具有端蓋式軸承，其中一個(gè)端蓋帶凸緣，用凸緣安裝的電機(jī) IM3 4 具有端蓋式軸承，機(jī)座帶凸緣，用凸緣安裝的電機(jī) IM4 5 無(wú)軸承電機(jī) IM5 6 具有端蓋式軸承和座式軸承的電機(jī) IM6 7 具有座式軸承的電機(jī)（無(wú)端蓋） IM7 8 除上述 1 至 4 以外的立式電機(jī) IM8 9 特殊安裝形式的電機(jī) IM9 分馬力電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和原則 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容大致如下： 1. 本次設(shè)計(jì)的電機(jī)為 IP44 防護(hù)類型的泵電機(jī)， IP44 防護(hù) 類型，即 防止大于 的固體物侵入 ， 防止直徑或厚度大于 的工具、電線或類似的細(xì)節(jié)小外物侵入而接觸到燈具內(nèi)部的零件 ； 防止飛濺的水侵入 ， 防止個(gè)方向飛濺而來(lái)的水進(jìn)入燈具造成損害。 電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)指的是電動(dòng)機(jī)所用絕緣材料的耐熱等級(jí)，可分為 A、 E、 B、 F、H 級(jí)。允許溫升是指電動(dòng)機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。本設(shè)計(jì)絕緣方式采用 B 級(jí)絕緣，最高允許溫度為 130℃，繞組溫升限值 80K，性能參考溫度 100℃ 2. 零部件的結(jié)構(gòu)形式、材料、形狀、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技術(shù)要求等如附圖。 3. 機(jī)殼與定子采用熱套的方式，利用機(jī)殼的熱脹冷縮原理使的定子牢牢地固定在機(jī)殼之內(nèi)，轉(zhuǎn)子和軸也是采用熱套的方式，原理同機(jī)殼與定子。機(jī)殼與端蓋采用的是過(guò)渡配合的方式，使其緊固。軸承采用一定的緊配合的方式，同時(shí)利用軸肩和擋圈來(lái)進(jìn)行徑向和軸向的配合。風(fēng)扇亦是利用過(guò)渡配合的方式進(jìn)行緊固。 4. 核算零部件的機(jī)械性能，本設(shè)計(jì)主要對(duì)軸與軸承進(jìn)行了校核，因?yàn)檫@兩個(gè)是電機(jī)的核心部分。其余的零部件的機(jī)械性能均是參考同一類型的電機(jī)的尺寸，其主要的最小尺寸和配合方式則是由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得。 一般說(shuō)來(lái)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮一下 原則： 1. 應(yīng)保證電機(jī)在規(guī)定期限內(nèi)安全可靠運(yùn)行。其中最關(guān)鍵的部位是轉(zhuǎn)軸和軸承。設(shè)計(jì)時(shí)保證在力和轉(zhuǎn)矩的作用下，強(qiáng)度和剛度應(yīng)滿足要求，帶電部分和姐弟部分間應(yīng)有足夠的絕緣距離，軸承應(yīng)有合理的壽命，轉(zhuǎn)子上的緊固零件需加設(shè)鎖緊裝置（彈簧墊圈、制動(dòng)墊圈等），以防松動(dòng)。 2. 所用的結(jié)構(gòu)型式一般應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并滿足客戶和環(huán)保部門提出的要求。例如電機(jī)的防護(hù)型式、軸承型式、中心高、外形尺寸、安裝尺寸、軸伸型式和尺寸、出線盒位置等，此外在裝配時(shí)也應(yīng)該注意轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的同心度問(wèn)題，要按照?qǐng)D紙上的技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行總裝，否 則電機(jī)的不平衡度將會(huì)產(chǎn)生很大的噪音問(wèn)題，嚴(yán)重者，過(guò)大的單邊磁拉力會(huì)使電機(jī)發(fā)生不安全的事故。 3. 要盡量的使零部件符合“標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化”的要求，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的材料，注意零部件間的通用。 4. 具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，也即要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、生產(chǎn)周期短、制造成本低。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 5. 應(yīng)考慮電機(jī)裝拆和維修方便。為了方便拆裝，所設(shè)計(jì)的電機(jī)的端蓋的固定螺孔處常做成凸耳，在凸耳與機(jī)座端面間留出一定的間隙。 6. 適當(dāng)注意電機(jī)的外表。 本次所設(shè)計(jì)電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括機(jī)殼、端蓋、風(fēng)罩、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)軸、軸承、端子板 等。 圖 電機(jī)的外型圖 電機(jī)的外型圖是根據(jù)用戶的基本的需求而考慮設(shè)計(jì)的，用戶指定了電機(jī)的高度、長(zhǎng)度、出軸的長(zhǎng)度以及外觀的要求。 機(jī)座是電機(jī)的主要的結(jié)構(gòu)零件，對(duì)電機(jī)的互換性和氣隙的均勻度影響很大。本次設(shè)計(jì)采用鑄鋁機(jī)座，其上帶有散熱筋，可以在電機(jī)使用時(shí)更好的散熱。 風(fēng)扇采用自扇冷式，套在軸的后端。 轉(zhuǎn)軸采用 45鋼，經(jīng)機(jī)加工及調(diào)質(zhì)處理。 軸承采用 6201 和 6202 開式深溝球滾動(dòng)軸承。 軸伸端依照客戶要求，長(zhǎng)度為 177。 ，攻螺紋。 因?yàn)殡姍C(jī)的外形是按照用戶的要求并結(jié)合已有的電機(jī)的形狀進(jìn)行的 設(shè)計(jì)，下面將按照電機(jī)的總裝圖進(jìn)行分解設(shè)計(jì)。 分馬力電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸與軸承的設(shè)計(jì) 軸是組成機(jī)械的重要零件之一。它用來(lái)安裝各種傳動(dòng)零件，使之繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)軸承與機(jī)架或機(jī)座相聯(lián)結(jié)。軸與其上的零件組成一個(gè)組合體—— 軸系部件，在軸的設(shè)計(jì)時(shí)，不能只考慮軸本身，必須和軸系零、部件的整個(gè)結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來(lái)。 軸按受載情況分為： 1. 轉(zhuǎn)軸：支承傳動(dòng)機(jī)件又傳遞轉(zhuǎn)矩，即同時(shí)承受彎矩和扭矩的作用。 2. 心軸：只支承旋轉(zhuǎn)機(jī)件而不傳遞轉(zhuǎn)矩，即只承受彎矩作用。心軸又可分為固定心軸（工作時(shí) 軸不轉(zhuǎn)動(dòng)）和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸（工作時(shí)軸 轉(zhuǎn)動(dòng)）兩種。 3. 傳動(dòng)軸：主要傳遞轉(zhuǎn)矩，即主要承受扭矩，不承受或承受較小的彎矩。 本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)實(shí)心軸。 軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列幾方面的要求： 1. 在結(jié)構(gòu)上要受力合理、盡量避免或減少應(yīng)力集中。 2. 足夠的強(qiáng)度（靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度），必要的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性。 3. 高速軸的振動(dòng)穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，并應(yīng)使零件在軸上定位可靠、裝配適當(dāng)和拆裝方便。 軸的設(shè)計(jì)步驟 1. 確定軸上零件裝配方案：軸的結(jié)構(gòu)與軸上零件的位置及從軸的哪一端裝配有 關(guān)。 2. 確定軸上零件定位方式：根據(jù)具體工作情況，對(duì)軸上零件的軸向和周向的定位方式進(jìn)行選擇。軸向定位通常是軸肩或軸環(huán)與套筒、螺母、擋圈等組合使用，周向定位多采用平鍵、花鍵或過(guò)盈配合聯(lián)結(jié)。 3. 確定各軸段直徑：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步估算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，為了零件在軸上定位的需要，通常軸設(shè)計(jì)為階梯軸。根據(jù)作用的不同，軸的軸肩可分為定位軸肩和工藝軸肩（為裝配方便而設(shè)），定位軸肩的高度值有一定的要求；工藝軸肩的高度值則較小，無(wú)特別要求。所以直徑的確定是在強(qiáng)度計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)軸向定位的要求，定出各軸段的最終直徑。 4. 確定各軸段長(zhǎng)度：主要根據(jù)軸上配合零件轂孔長(zhǎng)度、位置、軸承寬度、軸承端蓋的厚度等因素確定。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 5. 確定軸的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)：如倒角尺寸、過(guò)渡圓角半徑、退刀槽尺寸、軸端螺紋孔尺寸；鍵槽尺寸等 6. 確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術(shù)要求：軸的精度根據(jù)配合要求和加工可能性而定。精度越高，成本越高。通用機(jī)器中軸的精度多為IT5～ IT7。軸應(yīng)根據(jù)裝配要求，定出合理的形位公差，主要有：配合軸段的直徑相對(duì)于軸頸（基準(zhǔn)）的同軸度及它的圓度、圓柱度；定位軸肩的垂直度；鍵槽相對(duì)于軸心線的平行度和對(duì)稱度 等。 7. 畫出軸的工作圖：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常與軸的強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算、軸承及聯(lián)軸器尺寸的選擇計(jì)算、鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度校核計(jì)算等交叉進(jìn)行，反復(fù)修改，最后確定最佳結(jié)構(gòu)方案，畫出軸的結(jié)構(gòu)圖。 本設(shè)計(jì)初步預(yù)選電機(jī)為泵用分馬力單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)，其主要的銘牌數(shù)據(jù)：電壓 220V ； 頻率 50HZ ；功率 ；額定轉(zhuǎn)速 2850RPM 選擇軸的材料 選擇軸的材料為 45﹟鋼，調(diào)質(zhì)處理， 45鋼是很常用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，它的強(qiáng)度較高，韌性一般，適合調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用，還可以表面淬火（如高頻淬火 ），使零件全部或部分表面獲得較高硬度（通常 HRC4550）。查表可得：抗拉強(qiáng)度 σ b=650，屈服點(diǎn) σ s=360，彎曲疲勞極限 σ 1=270，扭轉(zhuǎn)疲勞極限 τ 1=155。 初步確定軸端直徑 查閱參考資料如下表： 表 常用軸材料的τ p 及 A值 軸的材料 Q235A、 20 Q27 35 （ 1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、 35SiMn、 42SiMn 40MnB、 38SiMnMo、 3Cr13 τp/MPa 1525 2035 2545 3555 A 149126 135112 126103 11297 按表 ，初步取 A=126，則軸的最小直徑 d ≧ 3p τT =A3nP =1263 =， d—— 軸端直徑， mm T—— 軸所傳遞的扭矩， T=9550nP 分馬力電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 P—— 軸所傳遞的功率， kW N—— 軸的工作轉(zhuǎn)速，在此本設(shè)計(jì)取電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 τp —— 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力， MPa，按表一取值 A—— 系數(shù)，按表 取值 即軸的最小直徑部分應(yīng)不小于 。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 以下均為從非軸伸端到軸伸端開始計(jì)算： 1. 第一段軸的選擇 由于第一段軸上裝有標(biāo)準(zhǔn)件 軸承，本次設(shè)計(jì)之電機(jī)為水泵電機(jī)，故由其工作方式可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸主要承受徑向力 ，軸向力非常的小，通?？梢院雎?，可選擇開式深溝球軸承，預(yù)選軸承為：深溝球軸承 NSK 6201，其主要尺寸為 d=? ,D=? ,B=? ，與軸采用過(guò)渡配合。由于該段通過(guò)壓裝裝有散熱風(fēng)扇，所以其尺寸 b1≧ 10。 圖 NSK 6201 深溝球軸承結(jié)構(gòu)圖 為了防止軸承內(nèi)圈與軸在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不應(yīng)有的相對(duì)滑動(dòng)，必須選擇正確的配合。通常軸與內(nèi)圈采用適當(dāng)?shù)木o配合是防止軸與內(nèi)圈相 對(duì)滑動(dòng)的最簡(jiǎn)單而有效的方法，特別是對(duì)于軸承的薄壁套圈，采用適當(dāng)?shù)木o配合可使軸承套圈在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受力均勻，以致軸承的承載能力得到充分的發(fā)揮。但是軸承的配合又不能太緊，因內(nèi)圈的彈性膨脹和外圈的收縮而使軸承徑向游隙減小以至完全消除，從而影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 有查表可得，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 7220，對(duì)于泵電機(jī)的軸與軸承的配合采用 j5或 js5。 根據(jù)所選軸承 6201，故取軸第一段的直徑為 d1=12j5， b1=30。 2. 第二段軸的選擇 這段軸為非定位軸肩，非定位軸肩是為了加工和裝配方便而設(shè)置的，其高度沒(méi)有嚴(yán)格的規(guī)定。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 根 據(jù)電磁計(jì)算，轉(zhuǎn)子疊厚為 89mm，考慮到電機(jī)的安裝尺寸以及散熱，軸需要加長(zhǎng)。 故取 d2=， b2= 3. 第三段軸的設(shè)計(jì) 該段軸的軸肩為定位軸肩，一般取定位軸肩高度為 h=(— )d,其中， d 為與零件相配處的軸徑，此處， d=d2=。 第三段軸的直徑為 d3≧ d2+2(~)d2=+2**= 考慮到安全高度和安裝尺寸，取 b3=43 因此取 d3=15， b3=43。 4. 第四段軸的設(shè)計(jì) 該段軸上裝有標(biāo)準(zhǔn)件 軸承 ，由于該段軸接近軸伸端，即承受載荷大，故預(yù)選軸承為：深溝球軸承 NSK 6202， d=? ,D=? ,B=? 。故選擇 d4=15j5， b4=11，軸與軸承之間采用過(guò)渡配合。 5. 伸出軸的設(shè)計(jì) 該段根據(jù)客戶需求而定，軸總長(zhǎng)為 ，本次設(shè)計(jì)取螺紋軸 M12， L17；光軸通過(guò)尺寸鏈來(lái)計(jì)算。 6. 確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 2*45176。，各軸肩圓角半徑見附圖。 求軸上的載荷 T=9550P/n=9550*559/2850= 軸的校核 1. 精確強(qiáng)度校核 軸強(qiáng)度的精確校核是在軸的結(jié)構(gòu)及尺寸確定后進(jìn)行的，通常采用安全系數(shù)校核。軸的安全系數(shù)校核計(jì)算包括兩個(gè)方面：疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)和靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核