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1、机械设计减速器设计说明书 系 别： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称：目 录第一章 设计任务书1第二章 传动装置总体设计方案1第三章 选择电动机2第四章 计算传动装置运动学和动力学参数4第五章 普通V带设计计算5第六章 减速器齿轮传动设计计算9第七章 轴的设计12第八章 滚动轴承寿命校核23第九章 键联接设计计算25第十章 联轴器的选择26第十一章 减速器的密封与润滑26第十二章 减速器附件27第十三章 减速器箱体主要结构尺寸29第十四章 设计小结31参考文献31第一章 设计任务书1.1设计题目 一级直齿圆柱减速器，拉力F=3200N，速度v=1.35m/s，直径D=235mm
2、，每天工作小时数：16小时，工作年限（寿命）：3年，每年工作天数：300天，配备有三相交流电源，电压380/220V。1.2设计步骤 1.传动装置总体设计方案 2.电动机的选择 3.确定传动装置的总传动比和分配传动比 4.计算传动装置的运动和动力参数 5.普通V带设计计算 6.减速器内部传动设计计算 7.传动轴的设计 8.滚动轴承校核 9.键联接设计 10.联轴器设计 11.润滑密封设计 12.箱体结构设计第二章 传动装置总体设计方案2.1传动方案 传动方案已给定，前置外传动为普通V带传动，减速器为一级圆柱齿轮减速器。2.2该方案的优缺点 由于V带有缓冲吸振能力，采用 V带传动能减小振动带来的
3、影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V 带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。 一级圆柱齿轮减速器中齿轮相对于轴承为对称布置，因而沿齿向载荷分布均匀，相较不对称分布的减速器来讲，轴的刚性相对较小。原动机部分为 Y系列三相交流异步电动机第三章 选择电动机3.1电动机类型的选择 按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y系列。3.2确定传动装置的效率 查表得： 联轴器的效率：1=0.99 滚动轴承的效率：2=0.99 V带的效率：v=0.96 闭式圆柱齿轮的效率：3=0.97 工作机的效率：w=0.96a=1233vw=0.8593
4、.3计算电动机容量 工作机所需功率为Pw=FV1000=32001.351000=4.32kW 电动机所需额定功率:Pd=Pwa=4.320.859=5.03kW 工作转速：nw=601000VD=6010001.35235=109.77rpm 经查表按推荐的合理传动比范围，V带传动比范围为：24，一级圆柱齿轮传动比范围为：35，因此理论传动比范围为：620。可选择的电动机转速范围为nd=ianw=(620)109.77=659-2195r/min。进行综合考虑价格、重量、传动比等因素，选定电机型号为：Y132S-4的三相异步电动机，额定功率Pen=5.5kW，满载转速为nm=1440r/mi
5、n，同步转速为nt=1500r/min。Pd=5.03nw=109.77方案电机型号额定功率(kW)同步转速(r/min)满载转速(r/min)1Y160M2-85.57507202Y132M2-65.510009603Y132S-45.5150014404Y132S1-25.530002900 电机主要尺寸参数 图3-1 电动机中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸键部位尺寸HLHDABKDEFG13247531521614012388010333.4确定传动装置的总传动比和分配传动比 （1）总传动比的计算 由选定的电动机满载转速nm和工作机主动轴转速nw，可以计算出传动装置总传动
6、比为：ia=nmnw=1440109.77=13.118 （2）分配传动装置传动比 取普通V带的传动比：iv=2.6 减速器传动比为i1=iaiv=5.08ia=13.118iv=2.6i1=5.08第四章 计算传动装置运动学和动力学参数4.1电动机输出参数P0=5.03kWn0=nm=1440rpmT0=9550000P0n0=95500005.031440=33358.68Nmm4.2高速轴的参数P=P0v=5.030.96=4.83kWn=n0i0=14402.6=553.85rpmT=9550000Pn=95500004.83553.85=83283.38Nmm4.3低速轴的参数P=P
7、23=4.830.990.97=4.64kWn=ni1=553.855.08=109.03rpmT=9550000Pn=95500004.64109.03=406420.25Nmm4.4工作机的参数P=P122w=4.640.990.990.990.96=4.32kWn=n=109.03rpmT=9550000Pn=95500004.32109.03=378391.27Nmm 各轴转速、功率和转矩列于下表轴名称转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/(Nmm)电机轴14405.0333358.68高速轴553.854.8383283.38低速轴109.034.64406420.25工作机10
8、9.034.32378391.27第五章 普通V带设计计算 （1）求计算功率Pc 查表13-9得KA=1.3，故Pc=KAP=1.35.03=6.539kW （2）选V带型号 根据Pc=6.539kW、n1=1440r/min，由图13-15选用A型。 （3）求大、小带轮基准直径d2、d1 由图13-15，因传动比不大，取d1=100mm。 d2=n1n2d11-=1440553.851001-0.02=254.8mm 由表13-10，取d2=250mm。 n2=n1d11-d2=14401001-0.02250=564.48rminn=n2-n2n2100=564.48-553.85553.
9、85100=1.925 （4）验算带速vv=dd1n601000=1001440601000=7.54ms-1 带速在530m/s范围内，合适。 （5）求V带基准长度Ld和中心距a 初步选取中心距a0=1.5d1+d2=1.5100+250=525mm。取a0=520mm，符合0.7d1+d2a0120 合适。 （7）求V带根数z 由式（13-14）得 z=PcP0+P0KKL 今n1=1440r/min，d1=100，查表13-4得 P0=1.31kW 由式（13-8）得传动比 i=d2d11-=2501001-0.02=2.55 查表13-6得 P0=0.169kW 由1=162.98查表
10、13-8得K=0.956，表13-2得KL=0.99，由此可得 z=6.5391.31+0.1690.9560.99=4.67 取4根。 （8）求作用在带轮轴上的压力FQ 查表13-1得q=0.105kg/m，故由式（13-16）得单根V带的初拉力F0=5002.5-KPcKzv+qv2=5002.5-0.9566.5390.95647.54+0.1057.542=181.05N 作用在轴上的压力FQ=2zF0sin12=24F0sin162.982=1432.45N （9）带轮结构设计带型AV带中心距505mm小带轮基准直径100mm包角162.98大带轮基准直径250mm带长1550mm带
11、的根数4初拉力181.05N带速7.54m/s压轴力1432.45N 4.带轮结构设计 （1）小带轮的结构设计 小带轮的轴孔直径d=38mm 因为小带轮dd1=100 因此小带轮结构选择为实心式。 因此小带轮尺寸如下：d1=2.0d=2.038=76mmda=dd+2ha=100+22.75=105.5mmB=z-1e+2f=4-115+29=63mm L=2.0dB（带轮为实心式，因此轮缘宽度应大于等于带轮宽度）L=76mm 图5-1 带轮结构示意图 （2）大带轮的结构设计 大带轮的轴孔直径d=32mm 因为大带轮dd2=250mm 因此大带轮结构选择为孔板式。 因此大带轮尺寸如下：d1=2
12、.0d=2.032=64mmda=dd+2ha=250+22.75=255.5mmB=z-1e+2f=4-115+29=63mmC=0.25B=0.2563=15.75mmL=2.0d=2.032=64mm 图5-2 带轮结构示意图第六章 减速器齿轮传动设计计算 （1）选择材料及确定许用应力 小齿轮选用45（调质），齿面硬度197286HBS，相应的疲劳强度取均值，Hlim1=585MPa，FE1=445MPa（表11-1），大齿轮选用45（正火），齿面硬度156217HBS，Hlim2=375MPa，FE2=310由表11-5，取SH=1，SF=1.25，则H1=Hlim1SH=5851=5
13、85MPaH2=Hlim2SH=3751=375MPaF1=Flim1SF=4451.25=356MPaF2=Flim2SF=3101.25=248MPa （2）按齿面接触强度设计 设齿轮按8级精度制造。区载荷系数K=1.5（表11-3），齿宽系数d=1.2（表11-6），取ZE=189.8MPa0.5（表11-4），u=i=5.08则d12.323KT1du+1uZEH2=2.3231.583283.381.25.08+15.08189.83752=73.6mm 齿数取Z1=32，则Z2=iZ1=5.0832=163。故实际传动比i=16332=5.094 模数m=d1z1=73.632=2
14、.3mm 齿宽 b=dd1=88.3mm 取b1=85mm b2=80mm 按表4-1取m=2mm，实际的d1=mz1=232=64mmd2=mz2=2163=326mm 则中心距a=z1+z2m2=32+16322=195mm （2）验算轮齿弯曲强度 齿形系数YFa1=2.492，YFa2=1.74，YSa1=1.635，YSa2=2.223F1=2KT1YFa1YSa1b2d1m=21.383283.382.4921.63580642=86.16MPaF1=356MPaF2=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=86.161.742.2232.4921.635=81.8MPaF2=248M
15、Pa （3）齿轮的圆周速度v=d1n601000=64553.85601000=1.86 可知选用8级精度是合适的。参数或几何尺寸符号小齿轮大齿轮法面模数mn22法面压力角n2020法面齿顶高系数ha*1.01.0法面顶隙系数c*0.250.25螺旋角左000右000齿数z32163齿顶高ha22齿根高hf2.52.5分度圆直径d64326齿顶圆直径da68330齿根圆直径df59321齿宽B8580中心距a195195 图6-1 大齿轮结构图第七章 轴的设计7.1高速轴设计计算 (1)已知的转速、功率和转矩 转速n=553.85r/min；功率P=4.83kW；轴所传递的转矩T=83283.
16、38Nmm (2)轴的材料选择并确定许用弯曲应力 由表选用45钢调质，许用弯曲应力为=60MPa (3)按扭转强度概略计算轴的最小直径 由于高速轴受到的弯矩较大而受到的扭矩较小，故取A0=112。dA03Pn=11234.83553.85=23.05mm 由于最小轴段截面上要开1个键槽，故将轴径增大5%dmin=1+0.0523.05=24.2mm 查表可知标准轴孔直径为32mm故取dmin=32 (4)确定各轴段的直径和长度。 图7-1 高速轴示意图 1)高速轴和大带轮配合，查表选取标准轴径d12=32mm，l12长度略小于大带轮轮毂长度L，取l12=62mm。选用普通平键，A型键，bh =
17、 108mm(GB/T 1096-2003)，键长L=50mm。 2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23 = 38 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6208，其尺寸为dDB = 408018mm，故d34 = d67 = 40 mm。 3)采用分体式齿轮，该段安装齿轮，l45略短于齿轮宽度，则l45=83mm。轴肩h34=2.5mm，则d45=45mm。轴肩h45=3.5，则d56=52mm。 4)轴承端盖厚度e=12，垫片厚度t=2，根据轴承端盖便于装拆，保证轴承端盖的外端面与带轮端面有一定距离K=24，螺钉C1=22mm，C
18、2=20mm，箱座壁厚=8mm，则l23= +C1+C2+t+e+5+K-B-= 8+22 + 20 + 2+12 + 5 + 24 - 18 -10 = 65 mm 5)取小齿轮距箱体内壁之距离1 =10 mm。考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取 = 10 mm，挡油环宽度s1=12mm，则l34=B+1+2=18+10+10+2= 40 mml56=+1-s1=10+10-12=8 mml67=B+s1=18+12= 30 mm 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段123456直径323840455240长度62654083830 (5)轴的受力分析
19、小齿轮所受的圆周力（d1为小齿轮的分度圆直径）Ft1=2Td1=283283.3864=2602.606N 小齿轮所受的径向力Fr1=Ft1tan=2602.606tan20=947.271N 第一段轴中点到轴承压力中心距离l1=105mm，轴承压力中心到齿轮支点距离l2=72.5mm，齿轮中点到轴承压力中心距离l3=72.5mm 轴所受的载荷是从轴上零件传来的，计算时通常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取为载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起。通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关 带传动压轴力（属于径向力）Q=1432.
20、45N a.在水平面内 高速轴上外传动件压轴力（属于径向力）Q=1432.45N 轴承A处水平支承力：RAH=Fr1l2-Ql1l2+l3=947.27172.5-1432.4510572.5+72.5= -564N 轴承B处水平支承力：RBH=Q+Fr1-RAH=1432.45+947.271-564=2944N b.在垂直面内 轴承A处垂直支承力：RAV=Ft1l2l2+l3=2602.60672.572.5+72.5= 1301N 轴承B处垂直支承力：RBV=Ft1l3l2+l3=2602.60672.572.5+72.5= 1301N 轴承A的总支承反力为：RA=RAH2+RAV2=-
21、5642+13012=1417.99N 轴承B的总支承反力为：RB=RBH2+RBV2=29442+13012=3218.65N c.绘制水平面弯矩图 截面A在水平面上弯矩：MAH=0Nmm 截面B在水平面上弯矩：MBH=Ql1=1432.45105=150407Nmm 截面C在水平面上的弯矩：MCH=RAHl3=-56472.5=-40890Nmm 截面D在水平面上的弯矩：MDH=0Nmm d.在垂直平面上： 截面A在垂直面上弯矩：MAV=0Nmm 截面B在垂直面上弯矩：MBV=0Nmm 截面C在垂直面上的弯矩：MCV=RAVl3=130172.5=94322Nmm 截面D在垂直面上弯矩：M
22、DV=0Nmm e.合成弯矩，有： 截面A处合成弯矩：MA=0Nmm 截面B处合成弯矩：MB=150407Nmm 截面C处合成弯矩：MC=MCH2+MCV2=-408902+943222=102804Nmm 截面D处合成弯矩：MD=0Nmm 转矩和扭矩图T1=83283.38Nmm 截面A处当量弯矩：MVA=0Nmm 截面B处当量弯矩：MVB=MB2+T2=1504072+0.683283.382=158491Nmm 截面C处当量弯矩：MVC=MC2+T2=1028042+0.683283.382=114305Nmm 截面D处当量弯矩：MVD=MD2+T2=02+0.683283.382=49
23、970Nmm f.画弯矩图 弯矩图如图所示： 图7-2 高速轴受力及弯矩图 (6)校核轴的强度 因B弯矩大，且作用有转矩，故B为危险剖面 其抗弯截面系数为W=d332=40332=6280mm3 抗扭截面系数为WT=d316=12560mm3 最大弯曲应力为=MW=25.24MPa 剪切应力为=TWT=6.63MPa 按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转矩按脉动循环处理，故取折合系数=0.6，则当量应力为ca=2+42=26.46MPa 查表得45钢调质处理，抗拉强度极限B=650MPa，则轴的许用弯曲应力-1b=60MPa，ca-1b，所以强度满足要求。7.2低速轴设计计算 (
24、1)已知的转速、功率和转矩 转速n=109.03r/min；功率P=4.64kW；轴所传递的转矩T=406420.25Nmm (2)轴的材料选择并确定许用弯曲应力 由表选用45钢调质，许用弯曲应力为=60MPa (3)按扭转强度概略计算轴的最小直径 由于低速轴受到的弯矩较小而受到的扭矩较大，故取A0=112。dA03Pn=11234.64109.03=39.1mm 由于最小轴段直径安装联轴器，其截面上要开1个键槽，故将轴径增大7%dmin=1+0.0739.1=41.84mm 查表可知标准轴孔直径为42mm故取dmin=42 (4)确定各轴段的长度和直径。 图7-3 低速轴示意图 1)输出轴的
25、最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d1，为了使所选的轴直径d1与联轴器孔径相适应，故需选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca = KAT，查表，考虑载荷变动微小，故取KA = 1.3，则:Tca=KAT=528.35Nmm 按照联轴器转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB T4323-2002或设计手册，选用LX3型联轴器。半联轴器的孔径为42mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度为112mm。选用普通平键，A型，bh = 128mm(GB T 1096-2003)，键长L=90mm。 2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d23 =
26、 50 mm，由轴承产品目录中选择深沟球轴承6211，其尺寸为dDB = 5510021mm，故d34 = d67 = 55 mm。 3)取安装齿轮处的轴段的直径d45 = 58 mm；齿轮的左端与左轴承之间采用挡油环定位。已知大齿轮轮毂的宽度为B = 80 mm，为了使挡油环端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取l45 = 78 mm。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h = (23)R，由轴径d45 = 58 mm故取h = 4 mm，则轴环处的直径d56 = 66 mm。轴环宽度b1.4h，取l56 = 8 mm。 4)轴承端盖厚度e=12，垫片厚度t=2，根据轴承端盖便于装拆，
27、保证轴承端盖的外端面与联轴器端面有一定距离K=24，螺钉C1=22mm，C2=20mm，箱座壁厚=8mm，则l23= +C1+C2+t+e+5+K-B-= 8+22 + 20 + 2+12 + 5 + 24 - 21 -10 = 62 mm 5)取大齿轮距箱体内壁之距离2 = 12.5 mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取 = 10 mm，已知滚动轴承的宽度B = 21 mm，则l34= B+2+2=21+10+12.5+2= 45.5 mml67= B+2-l56=21+10+12.5-8 = 35.5 mm 至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。轴段12
28、3456直径425055586655长度1106245.578835.5 (5)轴的受力分析 大齿轮所受的圆周力（d2为大齿轮的分度圆直径）Ft2=2Td2=2406420.25326=2493.376N 大齿轮所受的径向力Fr2=Ft2tan=2493.376tan20=907.515N 轴承压力中心到齿轮支点距离l1=74mm，齿轮中点到轴承压力中心距离l2=74mm，轴承压力中心到第一段轴支点距离l3=127.5mm 轴承A和轴承B在水平面上的支反力RAH和RBHRAH=Frl1l1+l2=907.5157474+74= 454NRBH=Fr-RAH=907.515-454=454N 轴
29、承A和轴承B在垂直面上的支反力RAV和RBVRAV=Ftl1l1+l2=2493.3767474+74= 1247NRBV=Ftl2l1+l2=2493.3767474+74= 1247N 轴承A的总支承反力为：RA=RAH2+RAV2=4542+12472=1327.07N 轴承B的总支承反力为：RB=RBH2+RBV2=4542+12472=1327.07N a.计算弯矩 在水平面上，轴截面A处所受弯矩：MAH=0Nmm 在水平面上，轴截面B处所受弯矩：MBH=0Nmm 在水平面上，齿轮2所在轴截面C处所受弯矩：MCH=RAHl1=45474=33596Nmm 在水平面上，轴截面D处所受弯
30、矩：MDH=0Nmm 在垂直面上，轴截面A处所受弯矩：MAV=0Nmm 在垂直面上，轴截面B处所受弯矩：MBV=0Nmm 在垂直面上，齿轮2所在轴截面C处所受弯矩：MCV=RBVl1=124774=92278Nmm 在垂直面上，轴截面D处所受弯矩：MDV=0Nmm 截面A处合成弯矩弯矩：MA=MAH2+MAV2=02+02=0Nmm 截面B处合成弯矩：MB=0Nmm 合成弯矩，齿轮2所在截面C处合成弯矩为MC=MCH2+MCV2=335962+922782=98203Nmm 截面D处合成弯矩：MD=0Nmm 转矩为：T=406420.25Nmm 截面A处当量弯矩：MVA=MA+T2=0+0.6
31、406420.252=243852Nmm 截面B处当量弯矩：MVB=MB=0Nmm 截面C处当量弯矩：MVC=MC2+T2=982032+0.6406420.252=262883Nmm 截面D处当量弯矩：MVD=MD+T2=0+0.6406420.252=243852Nmm 图7-4 低速轴受力及弯矩图 (6)校核轴的强度 因C弯矩大，且作用有转矩，故C为危险剖面 其抗弯截面系数为W=d332=60332=21195mm3 抗扭截面系数为WT=d316=42390mm3 最大弯曲应力为=MW=12.4MPa 剪切应力为=TWT=9.59MPa 按弯扭合成强度进行校核计算，对于单向传动的转轴，转
32、矩按脉动循环处理，故取折合系数=0.6，则当量应力为ca=2+42=16.92MPa 查表得45钢调质处理，抗拉强度极限B=650MPa，则轴的许用弯曲应力-1b=60MPa，ca14400h 由此可知该轴承的工作寿命足够。Cr=29.5kNLh=14400hFr1=1417.99N Fr2=3218.65NPr1=1417.99N Pr2=3218.65N寿命足够8.2低速轴上的轴承校核 根据前面的计算，选用6211深沟球轴承，内径d=55mm，外径D=100mm，宽度B=21mm 由于不存在轴向载荷 轴承基本额定动载荷Cr=43.2kN，额定静载荷C0r=29.2kN，轴承采用正装。 要求
33、寿命为Lh=14400h。 由前面的计算已知轴水平和垂直面的支反力，则可以计算得到合成支反力：Fr1=RAH2+RAV2=4542+12472=1327.07NFr2=RBH2+RBV2=4542+12472=1327.07N 查表得X1=1，Y1=0，X2=1，Y2=0 查表可知ft=1，fp=1.5Pr1=X1Fr1+Y1Fa1=11327.07+00=1327.07NPr2=X2Fr2+Y2Fa2=11327.07+00=1327.07N 取两轴承当量动载荷较大值带入轴承寿命计算公式Lh=10660nftCrfpPr3=16027.07h14400h 由此可知该轴承的工作寿命足够。Cr=
34、43.2kNLh=14400hFr1=1327.07N Fr2=1327.07NPr1=1327.07N Pr2=1327.07N寿命足够第九章 键联接设计计算9.1高速轴与大带轮键连接校核 选用A型键，查表得bh=10mm8mm（GB/T 1096-2003）,键长50mm。 键的工作长度 l=L-b=40mm 大带轮材料为铸铁，可求得键连接的许用挤压应力p=60MPa。 键连接工作面的挤压应力p=4Thld=33MPap=60MPabh=10mm8mm9.2高速轴与小齿轮键连接校核 选用A型键，查表得bh=14mm9mm（GB/T 1096-2003）,键长70mm。 键的工作长度 l=L
35、-b=56mm 小齿轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力p=4Thld=15MPap=120MPabh=14mm9mm9.3低速轴与大齿轮键连接校核 选用A型键，查表得bh=16mm10mm（GB/T 1096-2003）,键长63mm。 键的工作长度 l=L-b=47mm 大齿轮材料为45，可求得键连接的许用挤压应力p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力p=4Thld=60MPap=120MPabh=16mm10mm9.4低速轴与联轴器键连接校核 选用A型键，查表得bh=12mm8mm（GB/T 1096-2003）,键长90mm。 键的工作
36、长度 l=L-b=78mm 联轴器材料为45，可求得键连接的许用挤压应力p=120MPa。 键连接工作面的挤压应力p=4Thld=62MPap=120MPabh=12mm8mm第十章 联轴器的选择10.1低速轴上联轴器 （1）计算载荷 由表查得载荷系数K=1.3 计算转矩Tc=KT=528.35Nm 选择联轴器的型号 （2）选择联轴器的型号 轴伸出端安装的联轴器初选为LX3弹性柱销联轴器（GB/T4323-2002），公称转矩Tn=1250Nm，许用转速n=4700r/min，Y型轴孔，主动端孔直径d=42mm，轴孔长度L1=112mm。从动端孔直径d=42mm，轴孔长度L1=112mm。 Tc=528.35NmTn=1250Nm n=109.03r/minn=4700r/min