Проектирование редуктора для следящего электромеханического привода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ РФ

 

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

 

“Московский государственный университет приборостроения  и информатики”

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНАЯ ЗАПИСКА

 

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

По дисциплине: «Механика (детали приборов и основных конструкций)»

На тему: «Проектирование редуктора для следящего электромеханического привода»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила студентка  3 курса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Москва

2012 год

 

 

Содержание:

 

 

1. Введение.
2. Исходные данные по проектированию.
3. Выбор типа конструкции редуктора.
4. Конструкция опор.
5. Конструкция валов.
6. Зубчатые передачи.
7. Техническое задание.
8. Нахождение передаточного отношения для каждой ступени редуктора.
9. Определение числа зубьев шестерен, определение числа зубьев ведомых колес.
10. Нахождение суммарного момента нагрузки на выходном валу редуктора.
11. Выбор материала для ведущих и ведомых зубчатых колёс.
12. Расчёт модуля зубчатого зацепления.
13. Нахождение приведенного момента инерции редуктора.
14. Выбор диаметра валиков.
15. Определение КПД редуктора.
16. Определение мощности двигателя.
17. Определение геометрии зубчатых колёс.
18. Список литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

В приборостроении нашли широкое  применение как редукторы передачи, понижающие угловую скорость, так  и мультипликаторы передачи, увеличивающие угловую скорость от входа к выходу. Редукторы применяют, в основном, в различного рода приводах, а мультипликаторы в отсчетных передачах измерительных приборов. Требования к зубчатым передачам в первую очередь определяются назначением приборного устройства, для которого они проектируются. Редукторы нерегулируемого силового привода длительного действия должны удовлетворять требованиям равно прочности, высокого КПД, иметь большой ресурс работы, а в ряде случаев должны обеспечивать высокую плавность работы. Редукторы следящих систем, а так же редукторы быстродействующих старт-стопных механизмов периферийных устройств ЭВМ должны удовлетворять требованиям обратимости хода, минимального мертвого хода, уменьшением инерционности. Во всех случаях проектирование, а особенно при проектировании механизмов, предназначенных для летательных аппаратов, необходимо обеспечить высокую надежность передачи и целесообразное уменьшение массы и габаритов.

При проектировании любого вида зубчатой передачи, необходимо решить определенный ряд вопросов.

 

2. Исходные данные по проектированию.

 

1. Передаточное отношение редуктора: U_p=500;
2. Статический момент сил сопротивления на выходном валу редуктора: М_с=1,2 Нм =1200 Нмм;
3. Момент инерции исполнительного механизма, приведенный к выходному валу редуктора: I_н=0,4;
4. Момент инерции движущихся частей двигателя: I_дв=0,05*10^-4 кгм²;
5. Максимальное угловое ускорение выходного вала редуктора:

E_max.вых.= 6 [1/с²]

6. Максимальная угловая скорость на выходном валу редуктора:

ω_вых.= 1 [1/c].

 

 

3. Выбор типа конструкции редуктора.

Существует много типов конструкций, из которых можно выделить несколько  основных видов редукторов точных приборов:

1. Однокорпусные конструкции;
2. Конструкции редуктора на двух платах;
3. Конструкция редуктора в закрытом корпусе;
4. Конструкция редуктора на одной плате.

При выборе редуктора исходим из его назначения, его расположения в приборе, из его кинематической схемы и других факторов. Наиболее распространенной конструкцией малогабаритных редукторов в приборах является двухплатная конструкция.

Выберем конструкцию редуктора  на двух платах. При двухплатной  конструкции редуктора,  он собирается на двух параллельных платах.  В  этом случае подшипники

располагаются на концах валиков, а  зубчатые колеса между платами. Двухплатная конструкция обычно выполняется открытой и широко применяется в самопишущих приборах, в механизмах ручной настройки аппаратуры и т.д. В таких редукторах часто используются подшипники скольжения. Зубчатые передачи имеют нерегулируемые межосевые расстояния, для облегчения точности расположения осей применяют совместную обработку отверстий во втулках подшипников обоих плат.

 

4. Конструкция опор.

Опора служит для поддержания вращающихся  деталей. Опоры представляют собой  кинематические пары и состоят из двух частей. Части осей и валов, охватываемые опорами, называются цапфами или петлями, а детали опор, охватываемые цапфами называются подшипниками или подпятниками. По виду трения, возникающего между подвижной и неподвижной частями опор, различают опоры с трением скольжения и трением качения. В редукторах преимущественное применение получили цилиндрические опоры.

Цилиндрическая опора состоит  из цапфы и подшипника. Цапфой служит концевая часть валика, а подшипником  является втулка или гнездо корпуса, выполненное из антифрикционного материала. Цапфы валиков в редукторах обычно изготавливаются из сталей, а втулки подшипников - из бронзы или латуни.

 

5. Конструкция валов.

Валы — детали цилиндрической или  фасонной формы, несущие на себе другие детали, вращающиеся вместе с  ними. Они нагружены поперечными, а иногда и продольными силами, но при этом обязательно передают крутящий момент. В отличие от валов, оси не передают крутящих моментов. Валы и оси предназначены для поддержания вращающихся или качающихся частей приборов или машин. Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся. Ось всегда прямая, а валы изготовляют прямые, коленчатые или гибкие.

Наибольшее распространение имеют  прямые валы. Коленчатые валы применяют  в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах оси. Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям.

На валах и осях закрепляют элементы передач: зубчатые колеса, шкивы, звездочки, части муфт и т.д. Сами же они опираются на неподвижные детали, называемые подпятниками. Участки осей и валов, непосредственно соприкасающихся с опорами, называются цапфами. Концевые цапфы называют шинами, а промежуточные цапфы называют шейками. Торцы валов и осей, упирающихся в неподвижную опору, называют пятками, а опоры для них -подпятниками. Отличие валов от осей приборов состоит в том, что валы всегда передают вращающий момент от одной детали к другой, а ось не передает. Оси являются передатчиками механической энергии. Они медленно вращаются или неподвижны. Так, например, оси измерительных приборов вращаются в пределах от 0° до 360°. Нагрузки, действующие на оси, вызьшают в них напряжение изгиба. Валы, как и оси, нагружены поперечными силами, но одновременно работают на кручение. Оси машин и приборов большей частью выполнены в виде сплошных и реже полых стержней. Валы по форме и конструкции могут быть прямыми, ступенчатыми, фасонными, с различными поперечными сечениями.

Образование ступеней на валу связано  с закреплением деталей или самого вала в осевом направлении,   а   также   с   возможностью   монтажа   деталей   при   посадках   с   натягом.

Ступенчатые валы менее технологичнее  по сравнению с прямыми, но более  удобны для сборки. Особой группой  являются гибкие валы с кривопшпной  или изменяющейся формой геометрической оси. С помощью таких валов молено передавать вращение под любым углом. Валы и оси изготавливают из преимущественно из конструкционных сталей марок 20; 30; 40; 45 и обыкновенных углеродистых сталей марок стЗ, ст4, ст5 или из легированных конструкционных сталей 40Х; 40ХН; 40ХНА; 30ХГТ и других.

 

6. Зубчатые передачи.

Из всех механических передач, применяемых  в машинах и приборах, наибольшее 
распространение получили зубчатые передачи. Зубчатые передачи передают вращающийся 
момент с определенной частотой вращения от ведущих валов к ведомым, путем зацепления 
зубьев. Зубчатую передачу применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить строгое 
соотношение частот вращения и крутящих моментов на валах. По расположению зубьев на 
колесах различают: прямозубые, косозубые, шевронные, криволинейные и с круговым зубом. 
По     форме    профиля зуба    различают:     эвольвентные,    круговые,    циклоидные.

Преимущественное распространение  имеет эвольвентное зацепление. Оно  обладает целым рядом весьма существенных технологических и эксплутационных преимуществ.

Зубчатые колеса классифицируют по различным признакам:

I.    по расположению центров колес;

П.   по расположению валов в пространстве;

3. по форме зубьев;
4. по конструкционному оформлению;
5. по числу пар зацепляющих колес;
6. по окружной скорости;
7. по расположению осей валов различают:

 

1. передачи с параллельными осями и с цилиндрическими зубчатыми колесами внешнего и внутреннего зацепления;
2. передачи с перекрещивающимися осями — цилиндрические винтовые, конические гипоидные, червячные;
3. передачи с пересекающимися осями (конические зубчатые колеса).

Колеса с малым числом зубьев называется шестерней, а больше - колесом. Термин зубчатое колесо является общим.

Применение.

Зубчатые передачи применяют для  передачи нагрузки и работ при  частотах вращения, изменяющихся в широких пределах. Основными преимуществами зубчатых передач перед другими являются:

1. контрастность;
2. высокая нагрузочная способность и как следствие малые габариты;
3. постоянство передаточного отношения (отсутствие проскальзывания);
4. большая долговечность и надежность работы (большинство зубчатых передач имеет практически неограниченный срок службы);
5. высокий КПД (до 0,97-0,98 в одноступенчатом редукторе);
6. возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 1/сек), мощностей (до десятков тысяч кВт) и передаточных чисел (до нескольких сот).

Среди недостатков зубчатых передач  можно отметить повышенные требования к точности изготовления, шум при  больших скоростях, высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки. Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими. Вследствие этого зубчатые передачи имеют наиболее широкое распространение во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

Из перечисленных зубчатых передач  наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, у них сравнительно невелики силы давления на валы и опоры. Кроме того, зубчатые передачи не предохраняют механизм от поломок при перегрузках.

 

7. Техническое задание.

 

Требуется спроектировать редуктор с цилиндрическими прямозубыми  колесами эвольветного зацепления для  следящего электромеханического привода. При проектировании обеспечить получение минимального момента инерции редуктора.

Исходя из значения передаточного отношения редуктора, выбираем число ступеней редуктора исходя из Таблицы № 1:

 

Таблица № 1.

Интервал изменения передаточного  отношения редуктора Up	Число ступеней свободы редуктора, n
10 ≤  Up ≤ 18	3
18 ≤  Up ≤ 75	4
75 ≤  Up ≤ 300	5
300 ≤  Up  ≤ 1250	6

 

Так как передаточное отношение  редуктора: U_p=500, выбираем число ступеней редуктора n = 6.

 

8. Нахождение передаточного отношения для каждой ступени редуктора.

 

После выбора числа ступеней редуктора, находим передаточное отношение для каждой ступени редуктора, используя следующие формулы:

 

U_cp.= ;

U₁ = ;

U₂ = ;

U_n-1 = U²_cp/U₂;

U_n = U²_cp/ U₁;

               

 

Подставив свои значения, получаем:

 

U_cp = = = 2,82; 

U₁ = = =1,54;

U₂ = =1,68;

U₃ = U₄ = U_cp= 2,82;

U₅ = (U_cp)²/U₂ = 2,82²/1,68 = 4,73;