Курсовой проект (ИУ) №4 (РПЗ)

Посмотреть архив целиком

Содержание

  1. Техническое задание………………………………………………………………………………3

  2. Описание и обоснование выбранной конструкции…………………………………………..….4

    1. Описание заданной конструкции……………………………………………………………..4

    2. Технико-экономическое обоснование конструкции и принцип действия изделия ………5

  3. Предварительный выбор двигателя………………………………………………………………6

  4. Определение общего передаточного отношения..………………………………………………7

  5. Определение числа ступеней.…………………………………………………………………….7

5.1 Критерий минимизации габаритов.........……………………………………………………..7

5.2 Критерий быстродействия…………………………………………………………………….9

5.3 Критерий максимальной точности...…………………………………………………………11

5.4 Оптимальное передаточное отношение..…………………………………………………….12

  1. Силовой расчёт ЭМП ………………………………………………………………………….….14

    1. Проверка правильности выбора электродвигателя по пусковому моменту………………14

    2. Проверочный расчёт выбранного двигателя по заданной нагрузке……………………….14

  2. Расчёт зубчатых передач на прочность………………………………………………………….15

    1. Расчёт на изгибную прочность……………………………………………………………….15

    2. Расчёт на контактную прочность…………………………………………………………….17

  3. Геометрический расчёт колёс и передач………………………………………………………...17

  4. Расчёт валов и опор редуктора...…………………………………………………………………20

    1. Проектный расчёт валов……………………………………………………………………...20

    2. Расчёт вала на прочность………………………………………………………………….....20

    3. Расчёт валов на жёсткость…………………………………………………………………....23

  5. Расчёт подшипников качения…………………………………………………………………....23

  6. Точностной расчёт разрабатываемой конструкции…………………………………………….24

    1. Метод 1……………………………………………………………………………………….24

    2. Метод 2……………………………………………………………………………………….26

  7. Проверочные расчёты…………………………………………………………………………….28

    1. Уточнённый силовой расчёт и проверка правильности выбора электродвигателя…….28

    2. Проверочный расчёт шпонки…………………………………………………………….29

  8. Выбор микропереключателя……………………………………………………………………..30

  9. Расчёт ограничителя выходного вала……………………………………………………………32

  10. Расчёт размерной цепи…………………………………………………………………………....33

  11. Заключение (расчёты и выводы) ………………………………………………………………...35

  12. Список использованных источников…………………………………………………………....36



  1. Техническое задание



Тема проекта: исполнительный механизм.


Техническое задание: разработать технический проект с выпуском рабочей документации на электромеханическую часть исполнительного механизма по следующим данным.


Основные данные:


Таблица 1

Максимальный момент нагрузки на выходном валу Mн, Н*м

0,8

Частота вращения выходного вала nвых, об/мин

15

Максимальный момент инерции на нагрузке Jн, кг*м2

0,1

Угловое ускорение вращения выходного вала Ен, рад/с2

15

Рабочий угол поворота выходного вала φ, °

±90°

Точность отработки не хуже

20

Питание

постоянный ток

В механизме предусмотреть порошковую предохранительную муфту и датчик угла поворота, а также ограничители и токоподвод.



2. Описание и обоснование выбранной конструкции

2.1. Описание заданной конструкции


Темой данной курсовой работы является разработка конструкции исполнительного механизма. Исходя из заданного ТЗ и схемы в качестве исполнительного устройства будем использовать электромеханический привод (ЭМП), широко применяющийся для задания звеньям движения.

Рис. 1. Схема разрабатываемого механизма

Д – двигатель;

Р – редуктор;

М – муфта;

ВЗ – выходное звено;

ДП – датчик поворота;

Квых – обратная связь;


Темой данной курсовой работы является разработка конструкции исполнительного механизма. Исходя из заданного ТЗ и схемы в качестве исполнительного устройства будем использовать электромеханический привод (ЭМП), широко применяющийся для задания звеньям движения.

ЭМП работает в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками, остановами, реверсами; со сравнительно быстрыми изменениями выходной скорости. ЭМП применяют в установках автоматического управления и регулирования в промышленности, энергетике, специальной технике (авиационной, ракетной, космической); автоматических измерительных приборах, основанных на компенсационном методе измерения; промышленных роботах и манипуляторах; следящих системах дистанционных передач, автоматических прицелах; радиолокационной технике для управления антеннами поиска и слежения за подвижными объектами и т. д. Привод работает обычно в условиях непрерывных изменений нагрузки, частых пусков, остановов и реверсов, поэтому нагрузка имеет здесь преимущественно динамический характер. Они как правило насыщены аппаратурой управления: элементами управления, блокировки и сигнализации, датчиками угловой скорости и угла поворота, элементами дистанционных передач, отсчетными механизмами и т. д. Основные требования к ЭМП – это малые инерционность, погрешность; широкая полоса пропускания частот, простота конструкции, стабильность характеристик, а также малые масса, габариты, стоимость, высокая надежность. [4]










2.2. Технико-экономическое обоснование конструкции и принцип действия изделия


Как было описано выше, ЭМП является широко распространенным и достаточно давно изготавливаемым устройством, а значит технологический процесс изготовления отдельных типовых деталей и узлов, а также сборки изделия в целом является хорошо изученным, а потому отработанным, что гарантирует невысокую цену и достаточный выход годных изделий. А использование в механизме стандартизованных по ГОСТ деталей еще больше удешевит стоимость изготовления.

В общем случае ЭМП состоит из трех основных звеньев: источника энергии (электродвигателя Д), передатчика энергии (редуктора Р – преобразующий момент М и угловую скорость в величины, заданные по ТЗ) и исполнительного устройства (ВЗ). Помимо этого в схеме имеются дополнительные элементы, необходимые для создания функции регулирования. Муфта М, которая служит для предохранения механизма от перегрузок (при эксплуатации нагрузка может носить случайный характер), что повысит надежность системы, а также для принудительного тормоза, что повысит быстродействие системы. Датчик поворота ДП служит для преобразования выходной механической величины (угла поворота ) в электрический сигнал для контроля выходных параметров. В качестве ДП в разрабатываемой конструкции будет применен потенциометр, соединенный для минимизации погрешности измерений с выходным валом редуктора с одной стороны и с выходным звеном с другой. Помимо этого в потенциометре будет реализована функция ограничителя угла поворота выходного вала. Звено Квых служит для преобразования электрического сигнала в форму, подходящую для системы управления, реализованную с помощью силовой электроники. Сигнал от системы управления будет подаваться к двигателю, корректируя характер движения его вала. Таким образом будет реализована система обратной связи, позволяющая управлять движением выходного звена.

В данном случае передача энергии происходит следующим образом: мощность, развиваемая двигателем, передается через редуктор на выходной вал, на котором расположены муфта и потенциометр, преобразующий угол поворота в электрический сигнал.



3. Предварительный выбор двигателя привода разрабатываемой конструкции

Электродвигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования энергии электромагнитного поля в кинетическую энергию вращения вала. По условию ТЗ режим работы привода – кратковременный, следовательно необходимо выбирать двигатель с относительно большим пусковым моментом.

Предварительный выбор двигателя определяем из соотношения [1]*:

(1), где

N – расчетная мощность двигателя [Вт];

Mн – момент нагрузки привода, согласно ТЗ Mн=0.8 Н·м;

ωвых – угловая скорость на выходном валу привода [рад/с].

Поскольку в ТЗ скорость выходного вала задана в об/мин ωвых будет рассчитываться по формуле:

подставляя значения nн=15 об/мин получаем:

ηр – КПД редуктора, ηр = 0,8;

ξ – коэффициент запаса двигателя, выбирается согласно указанному в ТЗ режиму работы и [1], ξ=1,2.

Подставляя значения в формулу (1) получаем расчетное значение мощности двигателя:

(Вт)

Требуется выбрать двигатель постоянного тока. Учитывая мощность, срок службы, разброс температур, характер работы, из табл. П1.18 [1] выбираем двигатель ДПР-52-Ф1-04 с техническими характеристиками:


Таблица 2 Паспортные данные двигателя ДПР-52-Ф1-04

Напряжение питания

U

27 В

Род тока


постоянный

Номинальная мощность

P

2,6 Вт

Номинальные момент

Мном

9,8·10-3 Н·м

Пусковой момент

Мпуск

29,4·10-3 Н·м

Частота вращения выходного вала

nном

2500 об/мин

Момент инерции ротора

Jр

1,7·10-6 кг·м2

Масса

m

0,25 кг

Срок службы не менее

Т

4000 ч.



Основные размеры двигателя ДПР-52-Ф1-04

Таблица 3

Dh8

df6

d1-6g

d2h8

l

l1

l2

l3

l4

30

4

M4x0,5

22

13,5

12

10,5

7,5

4,5

l5

L

b1h8

h

d3H11

B

b2Js11



55

84,5*

0,8

4,8

2,9

30

25,2




4. Определение общего передаточного отношения

По известным значениям скоростей на входе nном и nвых определяем общее передаточное отношение редуктора (цепи двигатель – выходной вал) по формуле:

(2), где

nном=4500 об/мин (см. табл. 2.1),

частота вращения выходного вала редуктора nвых=15 об/мин (из условия)

Подставляя полученные в предыдущем пункте значения nном и nвых получаем:

5. Определение числа ступеней


    1. Критерий минимизации габаритов:

Назначим число зубьев на всех шестернях

Число зубьев ведомых колес для редуктора вычисляется по формуле:

, где


k = 2, 4, 6, 8 - номер колеса.

Учитывая рекомендованный ряд [1], назначаем количества зубьев колес и шестерен:

Числа зубьев колес редуктора.

Таблица 4

№ колеса

1

2

3

4

5

6

7

8

№ элементарной передачи

I

II

III

IV

Число зубьев

17

61

17

61

17

61

17

61

Таблица 5

m=1

d1=m*z1=17 (мм)

d2=m*z2=61 (мм)

d3=m*z3=17 (мм)


d4=m*z4=61 (мм)

d5=m*z5=17 (мм)

d6=m*z6=61 (мм)

d7=m*z7=17 (мм)

d8=m*z8=61 (мм)


Так как при расчетах выбор числа зубьев осуществлялся из рекомендованного ряда [1], то вычисляем фактическое передаточное отношение и погрешность передаточного отношения.

, где k = 1, 3, 5, 7

Фактические значения передаточных коэффициентов

Таблица 6

i12ф

i34ф

i56ф

i78ф

3,59

3,59

3,59

3,59

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:


Подставляя значения, находим i0:

Погрешность передаточного отношения находится по формуле:


Подставляя значения, получаем:

Условие применимости расхождения i0 и i из практических рекомендаций [3]:


Проверяем условие (3.3.5): , т.е. условие выполняется.

Так как на данном этапе проектирования известна кинематическая схема ЭМП, то из соотношения приведения моментов [1]:

(1), где

Mi, Mi – момент нагрузки на i-ом и j-ом валах;

iij – передаточное отношение i-го и j-го вала;

ηij – КПД передачи, ηij=0.98;

ηподш – КПД подшипников, в которых установлен ведущий вал, ηподш =0.99.


Поскольку в момент пуска двигателя нужно учесть инерционность двигателя и нагрузки, необходимо, чтобы двигатель обеспечивал нужное угловое ускорение нагрузки. На выходном валу с учётом динамической составляющей действует следующий момент:

МΣ= Мн + Jнн=0.8+0.1*15=2,3 (Н*м)

Для того чтобы проверить правильность выбора двигателя, необходимо привести момент на выходном валу к валу двигателя по формуле (1) для каждого вала, начиная от выходного, и сравнить пусковой момент двигателя с приведённым моментом.

Ведем расчёт последовательно к валу двигателя:

(Н*м)

(Н*м)

(Н*м)

(Н*м)=16 (Н*мм)

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

По паспортным данным Мпуск =29,4·10-3 Н·м, то есть 29,4≥16 – верно => двигатель выбран правильно. То есть выбранный двигатель сможет обеспечить нужно угловое ускорение нагрузки при старте.

По результатам выполненного расчета изобразим кинематическую схему редуктора в виде эскиза с соблюдением масштаба, таким образом, чтобы была ясна кинематическая цепь передачи движения между валами.







    1. Критерий быстродействия:




Числа зубьев колес редуктора.

Таблица 7

№ колеса

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

№ элементарной передачи

I

II

III

IV

V

VI

VII

Число зубьев

17

35

17

35

17

35

17

35

17

35

17

35

17

35


Таблица 8

m=1

d1=m*z1=17 (мм)

d2=m*z2=35 (мм)

d3=m*z3=17 (мм)

d4=m*z4=35 (мм)

d5=m*z5=17 (мм)

d6=m*z6=35 (мм)


d7=m*z7=17 (мм)

d8=m*z8=35 (мм)

d9=m*z9=17 (мм)

d10=m*z10=35 (мм)

d11=m*z11=17 (мм)

d12=m*z12=35 (мм)

d13=m*z13=17 (мм)

d14=m*z14=35 (мм)


Так как при расчетах выбор числа зубьев осуществлялся из рекомендованного ряда [1], то вычисляем фактическое передаточное отношение и погрешность передаточного отношения.

, где k = 1, 3, 5, 7

Фактические значения передаточных коэффициентов

Таблица 9

i12ф

i34ф

i56ф

i78ф

i9,10ф

i11,12ф

i13,14ф

2,07

2,07

2,07

2,07

2,07

2,07

2,07

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:


Подставляя значения, находим i0:

Погрешность передаточного отношения находится по формуле:


Подставляя значения, получаем:

Условие применимости расхождения i0 и i из практических рекомендаций [3]:


Проверяем условие (3.3.5): , т.е. условие выполняется.

Так как на данном этапе проектирования известна кинематическая схема ЭМП, то из соотношения приведения моментов [1]:

(1), где

Mi, Mi – момент нагрузки на i-ом и j-ом валах;

iij – передаточное отношение i-го и j-го вала;

ηij – КПД передачи, ηij=0.98;

ηподш – КПД подшипников, в которых установлен ведущий вал, ηподш =0.99.


Поскольку в момент пуска двигателя нужно учесть инерционность двигателя и нагрузки, необходимо, чтобы двигатель обеспечивал нужное угловое ускорение нагрузки. На выходном валу с учётом динамической составляющей действует следующий момент:

МΣ= Мн + Jнн=0.8+0.1*15=2,3 (Н*м)

Для того чтобы проверить правильность выбора двигателя, необходимо привести момент на выходном валу к валу двигателя по формуле (1) для каждого вала, начиная от выходного, и сравнить пусковой момент двигателя с приведённым моментом.

Ведем расчёт последовательно к валу двигателя:

(Н*м) M13=M12

(Н*м) M11=M10

(Н*м) M9=M8

(Н*м) M7=M6

(Н*м) M5=M4

(Н*м) M3=M2

(Н*м)=17 (Н*мм)

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

По паспортным данным Мпуск =29,4·10-3 Н·м, то есть 29,4≥17 – верно => двигатель выбран правильно. То есть выбранный двигатель сможет обеспечить нужно угловое ускорение нагрузки при старте.


По результатам выполненного расчета изобразим кинематическую схему редуктора в виде эскиза с соблюдением масштаба, таким образом, чтобы была ясна кинематическая цепь передачи движения между валами.



    1. Критерий максимальной точности:

Числа зубьев колес редуктора.

Таблица 10

№ колеса

1

2

3

4

5

6

№ элементарной передачи

I

II

III

Число зубьев

17

46

17

135

17

135

Таблица 11

m=1

d1=m*z1=17 (мм)

d2=m*z2=46 (мм)

d3=m*z3=17 (мм)

d4=m*z4=135 (мм)

d5=m*z5=17 (мм)

d6=m*z6=135 (мм)


Так как при расчетах выбор числа зубьев осуществлялся из рекомендованного ряда [1], то вычисляем фактическое передаточное отношение и погрешность передаточного отношения.

, где k = 1, 3, 5, 7

Фактические значения передаточных коэффициентов

Таблица 12

i12ф

i34ф

i56ф

2,71

7,94

7,94

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:


Подставляя значения, находим i0:

Погрешность передаточного отношения находится по формуле:


Подставляя значения, получаем:

Условие применимости расхождения i0 и i из практических рекомендаций [3]:


Проверяем условие (3.3.5): , т.е. условие выполняется.

Так как на данном этапе проектирования известна кинематическая схема ЭМП, то из соотношения приведения моментов [1]: (1), где

Mi, Mi – момент нагрузки на i-ом и j-ом валах;

iij – передаточное отношение i-го и j-го вала;

ηij – КПД передачи, ηij=0.98;

ηподш – КПД подшипников, в которых установлен ведущий вал, ηподш =0.99.

Поскольку в момент пуска двигателя нужно учесть инерционность двигателя и нагрузки, необходимо, чтобы двигатель обеспечивал нужное угловое ускорение нагрузки. На выходном валу с учётом динамической составляющей действует следующий момент:

МΣ= Мн + Jнн=0.8+0.1*15=2,3 (Н*м)

Для того чтобы проверить правильность выбора двигателя, необходимо привести момент на выходном валу к валу двигателя по формуле (1) для каждого вала, начиная от выходного, и сравнить пусковой момент двигателя с приведённым моментом.

Ведем расчёт последовательно к валу двигателя:

(Н*м) M5=M4

(Н*м) M3=M2

(Н*м)=15 (Н*мм)

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

По паспортным данным Мпуск =29,4·10-3 Н·м, то есть 29,4≥15 – верно => двигатель выбран правильно. То есть выбранный двигатель сможет обеспечить нужно угловое ускорение нагрузки при старте.

По результатам выполненного расчета изобразим кинематическую схему редуктора в виде эскиза с соблюдением масштаба, таким образом, чтобы была ясна кинематическая цепь передачи движения между валами.


5.4 Оптимальное передаточное отношение

С учётом трёх критериев, выбираем следующие передаточные отношения, исходя из конструкторско-технологических соображений (небольшое передаточное отношение обеспечивает быстродействие, увеличение передаточного отношения для более тихоходных ступеней обеспечивает точность, небольшое число ступеней обеспечивает небольшие габариты):

n=5

Таблица 13

№ колеса

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

№ элементарной передачи

I

II

III

IV

V

Число зубьев

21

52

19

53

19

55

19

55

28

81

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:


Подставляя значения, находим i0:

Погрешность передаточного отношения находится по формуле:


Подставляя значения, получаем:

Условие применимости расхождения i0 и i из практических рекомендаций [3]:


Проверяем условие (3.3.5): , т.е. условие выполняется.

Следовательно, выбор числа зубьев колес и шестерен был произведен верно.


Рис. 2 Кинематическая схема




6. Силовой расчет ЭМП


6.1 Проверка правильности выбора электродвигателя по пусковому моменту:

Поскольку основной режим работы привода динамический и при этом статический момент много меньше динамического, то и проверочный расчет выбранного двигателя ведем по динамической нагрузке.


, где


Mп – пусковой момент двигателя

Mн – номинальный момент двигателя

, , – суммарный, статический и динамический момент нагрузки, приведенные к валу двигателя, соответственно

, где



Случайные файлы

Файл
88775.doc
102130.rtf
96718.rtf
17734.rtf
24954.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.