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1、济南大学毕业设计1 前言1.1 选题背景电动执行器是利用电能驱动，并且在信号的作用下提供直线或者旋转运动的驱动装置。电动执行器分为直行程电动执行器、角行程电动执行器、电动调节阀、PID电动调节执行器和电磁阀。它随着人们对自动控制技术和控制性能的要求和发展而快速发展。我国的电动执行机构起步比较晚，从苏联的有触电的执行机构开始研制的，因此技术不成熟。在60年代末70年代初,逐步发展出现了DDZ-III型和DDZ-II型产品。80年代以来,随着电力技术的发展,电动执行器发展非常快速,无触点的DKZ型角行程和DKJ型直行程电动执行机构两大类产品进入市场, DKJ、DKZ 是我国唯一的、最早生产的电动执
2、行器,此产品以经济实用、结构简单等优点被最早的国营大型企业使用。随着线代工控计算机管理的发展，目前我国的整体技术水平普遍上升，多数产品实现了智能化。智能型电动执行机构采用全封闭、一体化结构；传动部分采用螺杆螺母式，传动比较平稳、承载能力强、传动精度高；具有自诊断、自调整和PID调节功能。随着电子电力技术的发展，电动执行器发展迅速，我国的行业整体综合水平普遍上升。但国内的许多执行器仍是引进国外先进技术生产的。但国内的许多执行器仍是引进国外先进技术生产的。因此，与国际先进水平相比，我国的电动执行机构仍显得控制方式落后，可靠性不高，影响了电动执行机构的应用。在安全防暴功能得方面，远远低于气动执行机构
3、，影响了它的使用。1.2 选题意义电动执行机构是自动控制系统中不可缺少的重要设备，其主要任务是将调节器送来的控制信号成比例的转换成为直线位移或者角位移去带动阀门、挡板等调节机构，以实现自动控制，因而广泛应用与电力、冶金、石油和化工得工业部门的自动控制领域。随着工业自动化的发展，传统的手工机械调节方式在许多场合已经不在适用。要实现管网系统的工业自动化管理，更是离不开电动执行机构。特别在某些应用场合，对阀门的控制不仅仅是简单的开关控制，还涉及到开度控制以及流量等各种关系控制，这就对阀门电动执行机构控制器的智能性提出了更高的要求。因此，研究电动执行机构对我国工业自动化具有很重要的作用。1.3 设计内
4、容及目的通过本次设计，对电动执行机构的现场控制单元进行初步设计，实现开/关与现场/停止/遥控的切换。使用磁性开关来替代比较老旧的机械开关，使寿命更长，操作更加准确及时，方便工作人员的操作。并且实现一下几个目的：通过选择遥控/现场开关，执行器可以按照来自远程如PLC,MCC控制器的操作命令或来自现场的操作命令工作。通过选择现场命令开关，用户可以使执行器打开，停止和关闭。4个指示灯将根据开关位置显示每个状态。2电动执行机构机械部分的设计电动执行机构机械部分主要由三相鼠笼电动机、联轴器、离合器、蜗轮蜗杆减速部分等组成。它的任务是接受由控制电路传来的信号来控制电动机的正反转，经过减速器减速之后，变成输
5、出力矩来控制阀门；与此同时，位置发生器根据阀门的位置，发出相应数值的直流电流信号反馈至放大器的输入端，与来自调节器的输出电流相平衡。在此处我们主要选择电动机型号，进行涡轮蜗杆减速部分的设计。2.1电动机的选择 型号的确定：输出转矩T=240N初步确定第一级涡轮涡杆减速比为10，第二级涡轮涡杆减速比为172.1.1 传递装置的总效率 (2.1) 查表可得=0.99（弹性链轴器）， =0.98（滚子轴承），=0.73（涡杆）， =0.90（铸造的开式齿轮传动）2.1.2 折算到电动机轴上的转矩 (2.2) 2.1.3 电动机的计算功率 (2.3) 查机械工程手册选择Y801-4型三相异步电动机，额
6、定功率为0.55KW，额定转矩为2.4 额定转速n=1390r/min2.2传动部分的参数图2.1 执行机构简图2.2.1 各轴的转速=1390（r/min） （2.4） （2.5） （2.6）2.2.2各轴的输出功率轴 （2.7） 轴 （2.8）轴 （2.9）2.2.3各轴的输出转矩电动机 T=2.4轴 T1=2.4轴 （2.10）轴 （2.11）2.3一级蜗轮蜗杆减速装置的设计2.3.1选择蜗杆的传动类型根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI)。2.3.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬
7、火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿面圈用青铜制造，而轮芯用HT100制造。2.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距 （2.12）确定作用在蜗轮上的转矩T 通过上述计算可知 （2.13）确定载荷系数K 因工作载荷较稳定，故取载荷分部不均系数 ；选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则 (2.14) 确定弹性影响系数ZE因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，则查图11-181
8、4可查得确查表可得查表11-714可得应力循环次数 (2.15) 寿命系数 （2.16）则 （2.17）计算中心距 （2.18）取中心距为50mm，因i=10，查表11-214取模数 m=2mm，蜗杆分度圆直径为22.4mm。这时 查图11-1814可得接触系数所以上述计算正确2.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸蜗杆 轴向齿距 (2.19) 直径系数 (2.20) 齿顶圆直径 (2.21) 齿根圆直径 (2.22) 分度圆导程角 蜗杆轴向齿厚 (2.23)蜗轮蜗轮齿数;变位系数；验算传动比 这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径； (2.24)蜗轮节圆直径； (2.25)蜗轮喉圆直径
9、； (2.26)蜗轮齿根圆直径； (2.27)蜗轮咽喉母圆半径； （2.28）图2.2为蜗轮蜗杆尺寸示意图图2.2 涡轮蜗杆尺寸示意图2.3.5校核齿根弯曲疲劳强度 (2.29)计算当量齿数 (2.30)根据 从表11-1614可查得齿形系数螺旋角系数 (2.31)需用弯曲应力从表11-814表中可查的有ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数 （2.32） （2.33）弯曲强度是满足的。2.3.6 验算效率 （2.34） 已知， ，与相对滑动速度有关 （2.35）从11-1814中可以查出 算得的效率=0.6529大于原估计值0.6，所以不用重算。2.3.7对蜗杆轴的设计蜗杆上
10、的功率为0.55KW 转速N为1390r/min 转矩T为2.4。蜗杆轴选用45钢，硬度为217255HBS。 查表15-314得：=110 (2.36)表中，从表15-314中可以根据轴的材料选择面不同的值。考虑到有键槽，将直径增大7%，则因此选d=10mm蜗杆上零件的定位、固定和装配。从上倒下依次为联轴器、套筒、垫片、轴承、蜗杆、轴承。按照转矩应该小于联轴器的转矩和考虑到蜗杆与电动机连接处电动机输出轴的直径查文献，选用lT2行联轴器如表2.1所示；表2.1 联轴器LT2参数型号公称转矩(N.m)许用转速(r/min)L1（mm)L(mm)轴的直径(mm)LT2167600204216初步选用角接触球轴承因为在此处轴的直径为20 查表可得出选用型号为7004C 其参数为：dDB=204212 轴肩高度为25因此在第-处长度L=20mm d=16mm-处长度为20-处长度为10-处长度为70-处长度为10=处长度为20如图2.3所示图2.3 蜗杆轴的结构示意图2.3.8对蜗杆轴的校核计算蜗杆和蜗轮的扭矩 (2.37) (2.38)计算圆周力、径向力和轴向力 (2.39) (2.40) (2.41)对蜗杆轴进行受力分析受力情况如图2.4所示图2.4 一级蜗杆轴的受力图根据计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图可以看出中间断面是轴的危险截面，简支梁的轴的支承跨度为102mm。计算支
