Федеральноеагентство по образованию
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальныйисследовательский Томский политехнический университет»
Факультет — Электрофизический
Направление (специальность) — приборостроение
Кафедра — Точное приборостроение
РЕДУКТОР ПРОГРАММНОГОМЕХАНИЗМА
Пояснительнаязаписка к курсовому проекту
По дисциплине«Основы проектирования приборов и систем»
Студент гр._1Б73
А.Н.Жуйкова
Руководитель
А.Н.Голиков
Томск 2010
Оглавление
Введение
1. Анализ задачи
2. Выбор двигателя
3. Определение общего передаточногоотношения
4. Определение геометрическихразмеров колес. Расчет межосевых расстояний
4.1 Расчет диаметров шестерней изубчатых колес
4.2 Расчет минимальных диаметроввалов. Определение высоты зубчатых колес
5. Определение люфтовой погрешности,вносимой мертвым ходом
5.1 Определение погрешности редуктора
6. Разработка и описаниекинематической схемы
7. Связь с внешними устройствами
7.1 Описание конструкции
7.2 Инструкция по сборке
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
Реферат
Курсовая работа 23 с. текстового материала, 1 рисунок, 11источников литературы, 3 листа графического материала.
Ключевые слова: зубчатая передача,расчёт, анализ, передаточное отношение, чертёж.
Данная работа посвящена проектированиюредуктора программного механизма. Проведены анализ и необходимые расчёты;использованы типовые подходы и методы, что позволяет изготавливать этотредуктор в серийном производстве.
Курсовая работа выполнена в текстовомредакторе Microsoft Word 7.0,, графическая часть выполнена в программе T-FLEXCAD 11.
Введение
Проект — этокомплекс технических документов, относящихся к изделию, предназначенному дляизготовления или модернизации, и содержащий чертежи, расчеты, описание спринципиальными обоснованиями и др.
Основные целипроекта:
- овладеть техникой разработкиконструкторских документов на различных стадиях проектирования;
- приобрести навыки самостоятельногорешения инженерно – технических задач и умение анализировать полученныерезультаты;
- научиться работать со стандартами,различной инженерной, учебной и справочной литературой (каталогами, атласами,классификаторами ЕСКД).
Основная задача данного курсового проекта – проектирование и разработкадокументации для редуктора программного механизма.
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячныхпередач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачивращения от вала двигателя к валу рабочей машины.
Проектируемый редуктор служит для перемещения программного механизма, иможет быть применим в системах управления летательных объектов. Все необходимыерасчёты произведены по типовым методам вручную. В изделии имеются унифицированныедетали и сборочные единицы, что экономически выгодно облегчает технологию ихизготовления.
Проект рассчитан на серийное производство, так как основан на стандартныхметодиках и технологиях.
Основныетребования, предъявляемые к создаваемому устройству,-надежность,технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобствоэксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитываютв процессе проектирования и конструирования.
Пояснительнаязаписка содержит семь основных разделов.
В первом разделепроизводится анализ задачи, где оцениваются исходные данные проекта,определяется область применения редуктора программного механизма и выбираютсяметодики.
В следующемразделе осуществляется выбор двигателя, который основан на расчёте потребляемоймощности нагрузки и редуктора, и содержится краткое описание и некоторыехарактеристики выбранного двигателя.
В разделе подномером три определяется общее передаточное отношение механизма, производитсярасчёт количества ступеней и передаточного отношения каждой ступени.
В четвёртомразделе определяются геометрические размеры колёс и шестерёнок, рассчитывается числоих зубьев, диаметры и модули, диаметры валов, межосевое расстояние;рассчитывается мёртвый ход.
В пятом разделеопределяется погрешность редуктора и мёртвый ход.
В шестом разделеописывается кинематическая схема. Кинематическая схема редуктора выполняется впрограмме T-FLEX CAD 11.
В разделе подномером семь рассматривается связь редуктора с внешними устройствами,проводится описание конструкции. Предоставляется инструкция по сборке.
программныймеханизм колеса редуктор
1. Анализ задачи
В курсовомпроекте поставлена основная задача: спроектировать редуктор программногомеханизма, исходя из требований прилагаемого задания.
Выходнойвал редуктора не имеет ограниченное число оборотов, т.к. диапазон перемещениявыходного звена ±360
Максимальнаяскорость выходного звена равна 0.2199 рад/с и является незначительной, чтоговорит о том, что редуктор тихоходный.
В данной работе необходимо выполнить условие:напряжение питания постоянное и составляет 27В, что характерно для питающегонапряжения на борту летательных аппаратов.
Зацеплениедолжно быть достаточно точным, так как допустимый мёртвый ход выходного звена долженсоставлять не более трех угловых минут.
Приэтом лучше выбирать двигатели с небольшой частотой вращения 2500-4500 об/мин, однакопри малых частотах вращения двигателя снижается его к.п.д., увеличиваются егогабариты. С увеличением же скорости габариты, момент инерции ротора и стоимостьэлектродвигателя уменьшаются. При этом увеличивается общее передаточноеотношение привода, для реализации которого необходимо большое количествопередач. Анализ этих требований позволяет наметить необходимую серию двигателей,а расчет мощности позволит определиться с конкретным типом двигателя.
Зная,что имеются нагрузка на выходное звено- 0.09 Нм, можно судить о том, что электродвигательработает при постоянной статической нагрузке.
2. Выбор двигателя
Правильный выбормощности электродвигателя для редуктора имеет большое значение на практике.Если использовать редуктор при заниженной мощности двигателя, то это приведёт куменьшению срока службы двигателя и вызовет его поломку. Использование призавышенной мощности двигателя вызовет систематическую его недогрузку и снижениеКПД. Поэтому выбор двигателя должен осуществляться исходя из потребляемоймощности механизма и нагрузки, соответствовать требуемому напряжению питания[3].
Исходнымиданными для выбора двигателя являются расчетная мощность, которая должнасоответствовать номинальной мощности двигателя, эксплуатационные условия итребования, предъявляемые к двигателю, соответствие механической характеристикиусловиям нагрузки, приведенные в [2].
Коэффициентполезного действия (далее — КПД) цилиндрической зубчатой передачи [2] hзп=0,9;КПД подшипников скольжения hп.с.= 0,98.
Расчетобщего КПД привода для последовательно соединенной системы моментов [2]:
/> (1)
Мощностьна выходном валу рассчитаем по формуле, приведенной в [7]:
/>, (2)
где /> — статический моментнагрузки (момент сил трения, момент от несбалансированности и т.п.);
J — момент инерции подвижной части нагрузки;
/> - угловое ускорение;
/> - общий коэффициент полезного действия привода.
Согласнотребуемому заданию, есть нагрузки на выходное звено – 0.09 Нм.
Учитываярасчетную мощность двигателя, параметры напряжения питания -27 В, а такжетребование крепления редуктора торцевое фланцевое, выбран двигатель ДПР-32-Ф5из таблицы [4].
Двигателисерии ДПР выполняются с возбуждением от постоянных магнитов, с полымбескаркасным якорем. Двигатели объединены в несколько серий, отличающихся другот друга основными параметрами, режимами работы и условиями эксплуатации.Двигатель каждой серии имеет четыре конструктивных исполнения:
Н1,Н4, Н5 – нормальное с одним выходным концом вала;
Н2,Н7, Н8, Н9 – нормальное с двумя выходными концами вала (размеры концов валаодинаковые);
Ф1,Ф4, Ф5 – фланцевое с одним выходным концом вала;
Ф2,Ф7, Ф8, Ф9 – фланцевое с двумя выходными концами вала.
Кромедвигателей, объединенных в серию, имеются модификации, выполненные в одномконструктивном исполнении (ДПР-32-Ф1-13, ДПР-42-Ф1-05, ДПР-72-Н5-05), а такжедвигатели с таходатчиком (ТИ или ТС) и с электронными регуляторами частотывращения (РС), выполненными в виде отдельного блока.
Креплениедвигателей исполнения Н производится за корпус с помощью охватывающих егометаллических деталей, а исполнения Ф – за фланец.
Регуляторычастоты вращения подразделяются на статические (РС-3) и астатические (РС-0).Для двигателей с астатическими регуляторами напряжения внешней синхронизации(40±3) В частотой (1000±0,25) Гц синусоидальной или прямоугольной формы. Недопускается включение РС на обратную полярность, поскольку это может привести квыходу их из строя.
Режимработы – продолжительный. Двигатели ДПР-Н4, Н7, Ф4, Ф7 могут также работать приповторно-кратковременном реверсивном режиме при питании напряжениемсинусоидальной формы, амплитудой до 6 В, частотой для двигателей ДПР-42, 52 до6 Гц, ДПР-62, 72 до 2,5 Гц (продолжительность работы не более 60 мин споследующим перерывам не менее 60 мин).
ДвигателиДПР-Н5, Н9, Ф5, Ф9 предназначены для работы также при питании отшироко-импульсного модулятора, обеспечивающего среднее значение напряжения навыходных концах двигателя 20 В, частоту следования импульсов не менее 500 Гц искважность импульсов не менее 0,2, форма импульса – прямоугольная.
Габаритныеи установочные размеры двигателя приведены приложении А.
3. Определение общего передаточного отношения
Общеепередаточное отношение редуктора определяется по формуле, приведенной в [3]:
/>, (3)
где /> общее передаточноеотношение редуктора,
/> - угловая скорость на входе редуктора, т.е. угловаяскорость двигателя,
/> — угловая скорость вращения выходного вала (нагрузки).
/>
/>
Определимоптимальное число ступеней редуктора и распределение общего передаточногоотношения по ступеням по методике, предложенной в [3].
Исходя изусловия минимума габаритов и равенства передаточных отношений число ступеней:
/>. (4)
Передаточныеотношения каждой ступени редуктора равны:
/> (5)
4. Определение геометрических размеров колес. Расчетмежосевых расстояний
Длятого чтобы обеспечить технологичность конструкции, наибольшую достижимуюточность обработки колес и монтажа их, высокий КПД выбрана передачацилиндрическими прямозубыми колесами внешнего зацепления.
Взадании требуется минимизировать конструкцию, поэтому выбираем материалы сосредними механическими характеристиками [2]: для шестерни сталь 45, с твердостьюНВ 230, термическая обработка-улучшение, для зубчатого колеса – сталь 45,твердость НВ 210, термическая обработка-улучшение. Для пары зубчатых колес,передаточное отношение которых известно и равно />[7]необходимо назначить число зубьев малого колеса Zи определить число зубьев ведомого колеса />[7].
Назначиммодуль трибки двигателя, равный 0.3. Зная, что делительный диаметр окружности />. Число зубьев трибки равно
/>
Числозубьев ведомого колеса />. Изконструктивных соображений зададим число зубьев шестерней и зубчатых колесследующими:
/>, />; />;
/>, />; />;
/>, />; />;
/>, />; />;
/>, />; />.
Расчетмодулей зубчатых колес осуществляется по методике, изложенной в [3].
Модульзубчатых колес определим из условия прочности зуба на изгиб. В малонагруженных передачахмодуль выбирают из конструктивных соображений. Из условий прочности зуба наизгиб модуль зубчатого колеса в мм можно определить по формуле [7]:
/>>/>, (6)
где /> - модуль зубчатого колеса,
/> — коэффициент запаса, принимается для прямозубых колесравным 1.4;
M — крутящий момент, действующий на рассматриваемое колесо, [Н ·мм];
/> — коэффициент неравномерности нагрузки по ширинеколеса, принимают /> = 1...1,15, длянешироких колес значения /> меньше;
/> — коэффициент, равный отношению ширины зубчатого венцак модулю />, его значение лежит впределах 3/>, меньшие значения выбираютдля малогабаритных колес;
/> - число зубьев колеса, для которого рассчитываетсямодуль;
YF — коэффициент формы зуба, зависит от числа зубьеврассчитываемого колеса значение которого при />=50...100лежит в диапазоне 3,73...3,75;
/> — допускаемое напряжение материала зуба на изгиб дляколес из пластичных материалов (НВ/>350)и цветных металлов
Т.к.материалы сопрягающихся колес разные, то рассчитывается на прочность то колесо,для которого больше величина />.
Допускаемоенапряжение материала на изгиб определяется по формуле:
/>,
где />-предел выносливостиматериала колеса при симметричном цикле нагрузки. n – коэффициент запаса, примем 1.3 [3] Предел выносливостиматериалов зубчатых колес и шестерней определяется по формулам [3]:
/>, (7)
где /> — предел прочности прирастяжении, МПа; Предел прочности при растяжении определим по таблице,приведенной в [11]:
/>МПа.
Расчетпредела выносливости материалов зубчатых колес и шестерней:
/>МПа.
Находимдопускаемые изгибные напряжения для колеса и шестерни:
/>;
Расчеткрутящих моментов, действующих на рассчитываемые колеса:
/> (8)
/>
/>
Предварительнопринимая />, />/>,вычислим модуль зубчатого зацепления для последнего колеса: />мм. По ГОСТ 9563-75,округляя до стандартного большего значения, принимаем />. Произведем расчетмежосевых расстояний.
Межосевоерасстояние А в передачах цилиндрическими зубчатыми колесами вычисляется последующей формуле[2]:
/>, (9)
где />-число зубьев шестерни;
/> -число зубьев колеса.
Расчетмежосевых расстояний всех ступеней редуктора:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;
/>;4.1Расчет диаметров шестерней и зубчатых колес
Расчетделительных диаметров зубчатых колес и шестерней производится по формуле,приведенной в [2]:
/> (10)
Расчетделительных диаметров шестерней:
/>;
/>;
/>.
Расчетделительных диаметров зубчатых колес:
/>;
/>;
/>.
Определимнаружный и внутренний диаметры шестерёнок и зубчатых колёс по формулам [2]:
/> (11)
/> (12)
Расчетнаружных диаметров:
/>
/>
Расчетвнутренних диаметров:
/>
/>
4.2 Расчет минимальных диаметров валов. Определение высотызубчатыхколес
Основнымикритериями работоспособности валов являются прочность и жёсткость. При работевалы испытывают деформацию изгиба и кручения. Разработка конструкции валаневозможна без предварительной оценки его диаметра при выбранном материале [4].
Валы изготовленыиз стали 45.
Рассчитаемминимальные диаметры валов[6]:
/>, (13)
где /> — крутящий момент на валу,/>;
/> - сдвиговая прочность материала,/>.
/>, (14)
где /> — предел текучестиматериала в />[11].
Диаметрывалов равны:
/>; />;
/>; />;
/> ; />;
Исходяиз конструктивных соображений и согласно методикам, приведенным в [3] примемширину зубчатого венца для шестерней-3 мм, для зубчатых колес-1 мм. Диаметрывалов, кроме выходного примем равными 3 мм, а выходного- 5 мм.
Проведенныерасчеты по определению числа зубьев, диаметров колес и шестерней, числаступеней, межосевых расстояний, диаметров валов позволяют произвести компоновкуредуктора, представленную на ФЮРА.303225.101.СБ.
5. Определение люфтовой погрешности, вносимой мертвым ходом
Изтаблицы, приведенной в [3], задав квалитет точности 7 и вид сопряжения H для всехступеней, выберем значения бокового зазора /> длязначений межосевых расстояний, лежащих в пределах св.12 до 20 мм равным 30 мкм.
Расчетпередаточных отношений:
/>
Расчетсоставляющих люфтовой погрешности каждой ступени:
/>';
/>';
/>'.
Находимлюфтовую погрешность передачи по формуле:
/>
Израсчетов видно, что наибольшую составляющую люфтовой погрешности вноситвыходное звено. Погрешность, вносимая мертвым ходом, допустима, т.к. непревышает 3 угловых минут.5.2Определение погрешности редуктора
Полученноепередаточное отношение является теоретическим, необходимо рассчитатьфактическое общее передаточное отношение и определить относительную погрешностьредуктора.
Относительнаяпогрешность редуктора определяется по следующей формуле:
/>
/>
Полученнаяотносительная погрешность допустима.
6. Разработка и описаниекинематической схемы
Характернымиособенностями зубчатых передач, применяемых в приборостроении, являются:большие передаточные отношения при малых габаритах передачи, мелкий модуль,малый вес и недостаточно жёсткая (с точки зрения технологии обработки)конструкция зубчатых колёс. Как правило, эти передачи приводятся в движениемаломощными двигателями или от руки, и во многих случаях они работают вприборах, подверженных ударным нагрузкам и вибрациям при изменяющихсяклиматических условиях.
К зубчатымпередачам точных приборов предъявляются высокие требования в отношениикинематической точности, мертвого хода, моментов, легкости, плавности ибесшумности вращения.
Сувеличением числа ступеней в маломощных редукторах уменьшается КПД передачи.Поэтому, определяя оптимальное значение из условия минимальных габаритов иокругляя полученное до целого, нужно брать меньшее значение ступеней.
Кинематическаясхема редуктора программного механизма приведена на ФЮРА.303225.101 КЗ.
Чтобыпо возможности ограничить габариты и массу редуктора, исходя из проведенныхрасчетов, число ступеней редуктора равно 6. Следовательно, для передачидвижения от двигателя на выходной вал имеется 12 колес
Навыходном валу редуктора имеется нагрузка 0,09Нм.
В качестве опорвыбраны подшипники скольжения, а опорами для выходного вала служат подшипники1000092.
Максимальнаяскорость выходного звена 2,1 об/мин, максимальное ускорение 0,2 с-2
Редуктор с двумяплатами. Исполнение закрытое.
7. Связь с внешними устройствами
Программныймеханизм представляет собой различные счётно-решающие элементы, датчики,кулачки. Одним из видов этих элементов является синусно-косинусный вращающийсятрансформатор (СКВТ). Предполагается использование СКВТ-235, которыйзакрепляется на посадочный диаметр выходного вала редуктора за счёт резьбовогосоединения. После запуска двигателя и СКВТ произойдёт передача движения за счётзубчатых зацеплений к выходному валу. СКВТ, вместе с выходным валом будетвращаться. С СКВТ поступят сигналы на преобразователи сигналов.
7.1 Описание конструкции
Редукторпрограммного механизма представляет собой цилиндрический редуктор с прямозубымиколёсами. В его конструкцию входят корпус и крышка поз.11 и поз.12 соответственно,изготовленные из латуни ЛКС 80-3-3 ГОСТ 1019-87.
Крепление корпусаи крышки осуществляется при помощи винтов поз.16. Цапфывалов и валов- шестерней поз 1, 2, 3, 4, 5 вставляются в корпус и крышку. Валыизготовлены из стали 45 ГОСТ 1050-74 и имеют один диаметр, что удобно иэкономично при их изготовлении. Комбинации стали и латуни обеспечиваетнаименьший момент трения.
На выходном валуустановлены радиальные однорядные шарикоподшипники поз.17. Для закрепленияшарикоподшипников применяется пластины из стеклотекстолита ГОСТ 12652-74 поз.6и поз.7. Для снижения момента трения в опорахскольжения и в шарикоподшипнике применяется смазка ВНИИ НП-274 ГОСТ 19337-73.Этот вид смазки применим для маломощных редукторов, малогабаритных прецизионныхшарикоподшипников, обладает низкой испаряемостью и высокой механическойстабильностью.
Сборочныеединицы поз. 1, 2, 3, 4, 5 состоят из вала — шестерни и зубчатого колеса,закреплённого при помощи развальцовки. Зубчатое колесо на валу двигателя поз.10закрепляется шпонкой поз.18 ГОСТ 8790-79 и гайкой поз.16 ГОСТ 5932-73. Дляснижения стоимости редуктора и обеспечения наименьшего момента трения взубчатых передачах для шестерен выбран материал сталь 45, для колёс — латуньЛКС 80-3-3 ГОСТ 1019-87.
Зубчатое колесопоз.9 и вал поз.8 обрабатываются совместно: зубчатое колесо насаживается навал, делается отверстие под штифт. Штифт поз.19 устанавливается в отверстие,концы штифта кернят.
Двигатель поз. 21крепиться с помощью винтов поз.13. Конструкция закрытого исполнения. />
Пластина поз.6 и поз.7 крепится к крышкеи корпусу соответственно при помощи винтов поз.15 ГОСТ 1491-80.
Для предохранения крышки поз.12 икорпуса поз.11 от относительного смещения используются штифты поз.20 ГОСТ3128-70. 7.2Инструкция по сборке
1. Закрепитьподшипники поз.17 в корпусе и крышке поз.11 и поз.12.
2. Закрепитьпластины поз.6 и поз.7 на крышке поз.12 и корпусе поз.11 соответственновинтами поз.13
3. Закрепитьзубчатое колесо поз.10 к валу двигателя при помощи шпонки поз.18 и гайки поз.16.
4. Закрепить двигательвинтами поз.13.
5. Зубчатоеколесо поз.9 закрепить на валу поз.8 штифтом поз.19. Установить вшарикоподшипник поз.17.
6. Валы-шестернипоз.1, 2, 3, 4, 5 установить в опоры скольжения корпуса поз.11.
7. Установить крышкупоз12 и прикрутить ее винтами поз.15 и штифтами поз.20.
Заключение
В курсовом проекте спроектированредуктор программного механизма.
Все требования удовлетворены, ипоставленные задачи выполнены. Достигнута необходимая точность работыустройства. В конструкции имеются унифицированные детали. Использованы типовыеметоды и технологии. Расчёты и чертежи выполнены при помощи компьютерныхпрограмм.
Входе выполнения курсового проекта я научилась основам конструкторского дела, приобрела,навыки и знания правил, методов проектирования на примере проектированияшестиступенчатого цилиндрического редуктора.
Подводяитоги, можно сказать, расчеты передач по таким критериям, как технологичностьизготовления, габаритные размеры, экономичность, удобство сборки и монтажа, даетвозможность принять оптимальное решение при выборе двигателя и разработкеконструкции.
Спроектированный редуктор можетпроизводиться в серийном производстве, и применятся в самолётостроении,ракетостроении и в военной промышленности.
Список использованных источников
1.Гурин Л.Б., Нестеренко Т.Г., Плотников И.А. Основы конструирования механизмовприборных систем: Учебное пособие. Ч.3.-Томск: Изд-во ТПУ,2003.-103 с.
2.Дмитриев В.С., Костюченко Т.Г., Слащев И.В. Курсовое проектирование приборныхредукторов. Справочное учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. -228 с.
3.Элементы приборных устройств: Курсовое проектирование. Учебное пособие длявузов в 2-х ч. Ч.2. Конструирование/ Н.П. Нестерова, А.П. Коваленко, О.Ф.Тищенко и др.; под ред. О.Ф. Тищенко. — М.: Высшая школа, 1978.-232 с.
4.Справочник по электрическим машинам: в 2т. Т.2./ Под общей ред. И.П. Копылова,Б.К. Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-688с.
5.standard.tpu.ru СТП ТПУ 2.501-2006. Работы выпускные квалификационные,проекты и работы курсовые. Общие требования и правила оформления.
6.Справочник конструктора точного приборостроения/ Под ред. П.И. Явленского идр.-Л.: Машиностроение, 1989.-792 с.
7.Основы проектирования приборов и систем: Рабочая программа, метод. указания и контрольныезадания для студентов спец. 200101 «Приборостроение» и 200106 2Информационно-измерительная техника и технологии» ИДО / Сост. Л.Б. Гурин. –Томск: Изд. ТПУ,2005.- 19 с.
8.Единая система конструкторской документации. Справочное пособие/ С.С. Брушек,А.А. Волков и др.- М.: Изд-во стандартов 1989. -352 с.
9.ГОСТ 2.301-68-ГОСТ 2.320-68 ЕСКД. Общие правила выполнения чертежей.
10. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
11.Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие дляприборостроит. спец. вузов.-М.: Высшая школа, 1985.
ПриложениеА
Габаритныеи установочные размеры двигателя ДПР-32-Ф5
/>