Прерыватель электромеханический

 

 

Министерство образования  Республики Беларусь

Учреждение  образования

Белорусский государственный университет информатики и

 радиоэлектроники

 

Факультет заочного обучения

Кафедра Инженерной графики

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Техническая механика»

на тему: «Прерыватель электромеханический»

 

 

 

Выполнил:

Студент группы 100201

Войтюкевич Андрей Михайлович

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

Содержание

 

1. Описание работы  механизма       4

 

2. Предварительный выбор двигателя      5

 

    2.1. Расчет требуемого момента на валу двигателя.    6

 

    2.2. Расчет требуемой мощности двигателя     7

 

    2.3. Выбор двигателя         8

 

3. Расчет редуктора         9

 

    3.1. Кинематический расчет       10

 

    3.2. Расчет геометрических размеров      11

 

4. Расчет пластичных пружин контактов      14

 

5. Проверочный  расчет требуемой мощности     15

 

6. Выбор подшипников качения       16

 

7.  Расчёт  детальной размерной цепи      17

 

8. Обоснование выбора применяемых материалов    18

 

 9. Литература          19

 

10. Спецификация         20

 

1. Описание работы механизма

 

Данный механизм предназначен для применения в устройствах радиоэлектронной аппаратуры в качестве выключателя (электромеханического прерывателя) и поясняется рис 1.

От электродвигателя 1 посредством муфты 2 передается на входной вал I редуктора (вал червяка 3). Червячное колесо 4 крепится на валу II, на котором располагается также колесо 5 цилиндрической зубчатой передачи. На выходном валу III редуктора кроме колеса 6 цилиндрической зубчатой передачи крепится кулачок 7, который обеспечивает периодическое размыкание электрических контактов 8. Механизм должен с наименьшей ошибкой изменять частоту вращения электродвигателя за счет малых погрешностей изготовления кулачка, зубчатых колес, валов, задания соответствующих посадок в соединениях, наименьших потерь на трение и изнашивания, обеспечивать точность перемещений. Надежность, в том числе безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность и экономичность изделия следует обеспечить конструкцией деталей и соединений, выбором материалов, прочностными и точными расчетами, технологичностью деталей и механизма в целом.

Принимается, что  механизм будет работать в помещении  при температуре 20+20 С, нормальном давлении, средней влажности, умеренной запыленности, отсутствии вибрации и ударных нагрузок Передачу можно отнести к слабонагруженным, режим работы механизма при включенной аппаратуре постоянный

Поэтому конструкционные  и смазочные материалы можно  выбрать из обычной номенклатуры без специальных требований к ним.

 

Рис. 1 Электромеханического прерывателя

 

2. Предварительный выбор двигателя

 

При предварительном  выборе типа двигателя,  учитываются  следующие факторы: характер работы ЭМП (регулируемый  или  нерегулируемый ЭМП), его назначение, режим работы ЭМП (длительный,  кратковременный,  повторнократковременный) и его характеристики (продолжительность включенного состояния,  частота  пусков  остановок реверсов), номинальное (среднее) значение нагрузки ЭМП, т.е.  момента Mн.ном (Mн.ср) или силы Mн.ном (Fн.ср),  характер изменения нагрузки (момента или силы),  зависимость Mн или Fн  от  времени, скорости или перемещения исполнительного  органа,    максимальное значение нагрузки Mн.мах (Fн.мах),  максимальное значение скорости и Wн.мах (Vн.мах) и ускорения Wн.мах (Vн.мах)  исполнительного органа,  нестабильность средней Wн.мах  (Vн.мах)  или мгновенной Wн.мах (Vн.мах) скорости исполнительного органа,  момент  инерции Jн исполнительного органа, требования к техническим характеристикам,  пусковые свойства, характеристику сети питания,  род тока (постоянный или переменный), напряжение U, частоту f, требования  к массе, габаритам,  энергетическим показателям,  изменение потребляемой мощности от нагрузки,  условия эксплуатации  (температуру, давление, влажность,  запыленность,  вибрационные и линейные нагрузки и т.п.),  ресурс,  надежность,  стоимость,  серийность ЭМП, плавность и бесшумность в работе,  наличие радиопомех, простоту обслуживания, линейность регулировочных имеханических характеристик,    диапазон    изменения    частоты    вращения    (диапазон регулирования),  характеристики быстродействия(момент инерции ротора, значение пускового момента,  электромеханическую постоянную времнени), значение момента трогания и сигнала трогания,  наличие самохода при отсутствии сигнала управления,  мощность управления, вид передаточной функции,  наличие  внутреннего  демпфирования  в двигателе и т.д.

 

2.1. Расчет требуемого момента на валу двигателя

 

Расчет требуемого момента на валу двигателя заключается в  определении момента на выходном валу редуктора,  ориентировочной  оценки КПД привода.

 

M_вых=R∙F    (2.1)

 

где M_вых - момент нагрузки на выходном валу;

R – больший диаметр кулачка. Радиус кулачка зададим сами, R = 25 мм;

F – усилие прижатия контактов , F = 1 Н;

 

М_вых=25∙1= 25 Н∙мм=2,5 Н∙см;

 

Расчёт требуемого момента на валу двигателя определяют из условия 

 

M_вх∙ω_вх = М_вых∙ω_вых     (2.2)

 

где M_вых - момент нагрузки на выходном валу;

М_вых=2,5 Н∙см

M_вх - момент нагрузки на входном валу;

ω_вх – частота вращения входного вала;

ω_вых – частота вращения выходного вала;

Частоту вращения входного вала ω_вх определяют из условия ω_вх=2∙π∙n_вх

Где n частота вращения вала двигателя, n_вх=4500 об/мин.

Частоту вращения выходного  вала ω_вых определяют из условия ωвых=2∙π∙n_вых

Где n частота вращения вала двигателя, n_вых=25 об/мин.

 

Mвх = Мвых ∙ (ωвых/ ωвх)    (2.3)

 

                            25∙2∙π

М_вх = 2,5∙ ────  = 0,027 (Н∙см)

                    4500∙2∙π

 

Момент двигателя  М_дв должна быть  равен или больше  чем момент на входном валу редуктора М_вх.

 

2.2. Расчет требуемой  мощности двигателя

 

Требуемая мощность двигателя для привода редуктора определяется по формуле:

        (2.4)

где M_g – необходимый крутящий момент привода, Mg=M_II/η_м,

где M_II – момент на выходном валу II,

M_II=0,97 Н∙мм,

η_м – КПД муфты, принимаем η_м =0,97

M_g=0,97/0.97=1 Н∙мм

n_дв – частота вращения двигателя n_дв =4500 об/мин.

 

Подставив в (2.4) исходные данные, получим:

 

 

2.3.Выбор двигателя

 

Выбор двигателя  для ЭМП заключается в подборе  наиболее  рационального типа (серии) двигателя и конкретного двигателя  в  намеченной серии в зависимости  от требуемого момента. Т.к.  нам нужен двигатель, момент которого должен быть не меньше, чем 1 Н∙мм Исходя из этих условий, мы выбираем двигатель ДПР-2-Н1-07.

Двигатель имеет следующие технические характеристики:

 

Частота вращения n_дв .......................... …………4500 об/мин;

Номинальный момент ............................ ………..1   Н∙мм;

Напряжение питания….………………………….6 В

Ток………………………………………………… 0,175А

 

 

3. Расчет редуктора

 

Расчет редуктора  состоит из кинематического расчета  редуктора и расчета геометрических параметров цилиндрических зубчатых колес. Кинематический расчет редуктора состоит в определении общего передаточного отношения и распределении его по ступеням, при этом необходимо учитывать условия соосности. Передаточным  отношением какого-либо механизма  принято  называть  отношение  угловых скоростей W входного и выходного звеньев этого механизма. При проектировании привода с заданным общим передаточным  отношением i_общ встает важная инженерная задача - выбор  оптимального числа ступеней передач и распределение i_общ между отдельными ступенями. Это может быть сделано с учетом соблюдения условий обеспечения наименьших габаритных размеров всего механизма.

 

 

3.1. Кинематический расчет

 

Общее передаточное число редуктора:

где n_дв – частота вращения электродвигателя (входного вала); n_дв=4500 об/мин. 

n_k – частота вращения выходного (кулачкового) вала, равная числу размыканий контактов в мин, n_k=25 об/мин.

Передаточное  отношение зубчатой пары ( шестерня 4 – зубчатое колесо 5) принято i₄₅=5

Передаточное  отношение червячной пары (червяк 2 – червячное колесо 3) рассчитывается по выражению:

 

 

3.2. Расчет геометрических  размеров

 

3.2.1. Расчет  червячной передачи

 

Рассчитывают  геометрические параметры червяка. Число заходов червяка при  больших передаточных отношениях в  целях снижения размеров передачи примем z₁=1. Модуль червячного колеса принимается 0,5мм.

Расчетный шаг  червяка вычисляется по модулю из выражения:

h=m∙π=0,5∙3.14=1,57 мм.

Ход винтовой линии  рассчитывается по выражению

p_x=h∙z₂=1,57∙1=1,57мм.

Высота головки  зуба червяка h_a2=h_a^*∙m=0,5мм,

где h_a^* - коэффициент высоты головки винта принимается h_a^*=1.

Делительный диаметр червяка вычисляется по выражению:

d₂=m∙q=0.5∙20=10 мм,

где q – коэффициент делительного диаметра принимается из ряда q=20.

Диаметр выступов витков червяка (окружности выступов) находится по выражению:

d_а2= d₂+2∙ h_a2=10+2∙0,5=11мм

Диаметр впадин червяка (окружности впадин) рассчитывается из выражения:

d_f2= d₂ – 2 ∙ (h_a^*+c^*)∙m=10 – 2 ∙(1+ 0,5)   =8,5мм

где c^*- коэффициент принимается равным c^*=0,5

Длина нарезной части винта (червяка) определяется по выражению:

где z₃= z₂*i₂₃=60;

Делительный угол подьема винтовой линии рассчитывается по выражению:

Угол профиля  в осевом сечении α=20⁰

Геометрические  параметры червячного колеса рассчитывают по зависимостям :

Число зубьев колеса z₃=60.

Диаметр делительной  окружности в средней плоскости  вычисляется по выражению:

d₃=m∙z₃=0.5∙60=30

Диаметр (делительной) окружности впадин в средней плоскости  вычисляется по выражению 

d_f3= d₃ – 2∙h_f=30 – 2∙0.75 =28,5

где h_f=m∙(h_a^*+c^*)=0.75

Диаметр окружности выступов в средней плоскости  вычисляется по выражению:

d_a3= d₃ +2∙h_a2=30 + 2∙0.5 =31 мм

Наибольший  диаметр окружности выступов находится  по выражению:

d_h3= d_a3 +( d₂ – 2.5∙m) ∙(1-cosγ)=31+(10 - 2.5∙0.5)∙(1- 0.998) =31.

Ширина венца  червячного колеса должна удовлетворять  условию:

b₃≤0.75∙d₂=0.75∙11=8.25;  принимается b₃=6

Делительное межосевое  расстояние между червяком и червячным  колесом рассчитывается по формуле 

a₂₃=0,5(d₂+ d₃)=0,5(10+30)=20

Высота зуба находится по выражению:

h=2,5∙m=1,25 мм

Угол обхвата  витков червяка колесом выбирается из соотношения:

2δ=70⁰…120⁰ принимаем  2δ=90⁰

 

3.2.2. Расчет зубчатой передачи

 

Производится  расчет параметров зубчатой передачи (пары шестерня-4 зубчатое колесо-5) .

Число зубьев шестерни выбирается из соотношения 17≤z₄≤28, для нормальных колес z₄≤20..25 для точных передач принимается z₄=20. Тогда число зубьев зубчатого колеса при передаточном числе i₄₅=5; z₅=100;

Диаметры делительных  окружностей зубчатых колес рассчитывается по зависимости: d=z∙m

Диаметр делительной  окружности шестерни:

d₄=z₄∙m=20∙0,5=10 мм

Диаметр делительной  окружности зубчатого колеса:

d₅=z₅∙m=100∙0,5=50 мм

Высота головки  зуба вычисляется по выражению:

h_a4= h_a5=h_a^*∙m=1∙0,5=0,5мм

Высота ножки зуба вычисляется по формуле:

h_f4= h_f5=(h_a^*+c^*)∙m=(1+0,5)∙0,5=0,75 мм

Высота зуба рассчитывается по зависимости:

h₄=h₅=h_a+h_f=0.5+0.75

Длина зуба (ширина зубчатого венца) выбирается из условия b≥(3…5)m, принимается b₄=6 мм; b₅=4 мм.

Диаметр окружности выступов зубчатых колес с внешним  зацеплением определяется по выражению: d_a=d+2∙h_a

Диаметр окружности выступов шестерни:

d_a4=d₄+2∙h_a4=10+1=11 мм

Диаметр окружностей  выступов зубчатого колеса:

d_a5=d₅+2∙h_a5=50+1=51 мм

Расчет диаметра окружности впадин для колес с  внешним зацеплением осуществляется по выражению:    d_f=d - 2∙ h_f

Для шестерни:              d_f4=d₄ - 2∙ h_f4=10 – 2∙0,75=8,5

Для зубчатого  колеса: d_f5=d₅ - 2∙ h_f5=60 – 2∙0,75=58,5

Межосевое расстояние зубчатой пары вычисляется по выражению:

а₄₅=0,5(d₄+ d₅)=0,5(10+50)=30

Шаг шестерни и  зубчатого колеса находится из выражения:

p_h=π∙m=3,14∙0,5=1,57 мм

 

3.2.3. Расчет геометрических размеров  кулачка

 

Радиусы кулачка: r=14 мм, R=15,1 мм