Проектирование конструкции исполнительного механизма прибора приборного комплекса

Зубчатая передача, передача с использованием зубчатого зацепления. Один из старейших способов передачи вращения между валами, широко применяемый и в настоящее время, особенно в тех случаях, когда требуются постоянные отношения частот вращения. Зубчатые колеса обычно изготавливают нарезанием зубьев в дисковых заготовках.

Для плавной работы и эффективной передачи энергии вращения посредством зубчатого зацепления необходимо, чтобы зубья имели особую форму. Такая форма зубьев, называемая эвольвентной, в настоящее время применяется почти на всех зубчатых колёсах. Эвольвентакривая, которую прочертит карандаш на конце туго натянутой нити, сматываемой с неподвижного кругового цилиндра.

Зубчатые колёса обычно изготавливают из стали, но применяются и другие материалы — чугун, латунь, алюминий, пластмассы. Стальные зубчатые колеса для повышения долговечности подвергают поверхностному упрочнению путём науглероживания и термообработки. Такая обработка обязательна для всех ответственных зубчатых передач, в частности автомобильных передач и дифференциалов. Зацепление зубчатых колёс может быть цилиндрическим, коническим и гипоидным — когда оси зубчатых колёс, входящих в зацепление друг с другом, параллельны, пересекаются или скрещиваются соответственно.

Выбор двигателя

Расчет мощности на выходе Мощность на выходе рассчитывается по формуле:

— заданный крутящий момент;

— заданное число оборотов.

Расчет мощности двигателя.

Коэффициент полезного действия механизма. Требуемая мощность двигателя рассчитывается по формуле:

— расчётная мощность двигателя.

Из расчётной мощности двигателя и исходных данных выбран двигатель УАД-74.

Таблица 1.

Основные параметры двигателя.

Рисунок 1 Схема двигателя Разработка кинематической схемы Передаточное отношение ступеней схемы рассчитывается по формуле:

Рисунок 2 Кинематическая схема редуктора Подбор числа зубьев Передаточное отношение ступени рассчитывается по формуле:

— число зубьев колеса;

— число зубьев шестерни.

Ошибка по скорости Расчётное число оборотов рассчитывается по формуле:

— заданное число оборотов двигателя.

Ошибка по скорости:

— заданное число оборотов редуктора Уточнение мощности двигателя Расчётный коэффициент полезного действия механизма:

— КПД зубчатой передачи.

— КПД.

— КПД Уточнённая мощность двигателя:

Расчет крутящего момента на каждом колесе Крутящий момент на колесе рассчитывается по формуле:

— КПД ступени Расчет модулей на выкрашивание и изгиб Расчётный крутящий момент на колесе:

— заданный крутящий момент на колесе;

— коэффициент концентрации нагрузки;

— коэффициент динамической нагрузки;

— коэффициент режима работы.

Относительная толщина колеса .

Характеристики упругости и прочности:

Модуль на выкрашивание рассчитывается по формуле:

Коэффициент формы зуба для колеса.

Коэффициент формы зуба для шестерни.

Коэффициент упругости материала.

Расчёт модуля на изгиб выполняют для элемента, произведение прочности и коэффициента формы зуба больше.

Следовательно, расчёт модуля на изгиб производится для колеса по формуле:

ИзГОСТ выбран модуль больший, чем рассчитанные модули на выкрашивание и изгиб m = 0,4 мм.

Расчет геометрических размеров Расчет геометрических размеров колес.

Диаметр делительной окружности, диаметр выступов и диаметр впадин рассчитываются по формулам:

Расчет ширины зуба Расчёт ширины зуба выполняется по формуле:

Расчет высоты головки и ножки зуба.

Коэффициент высоты головки зуба. Высота головки зуба:

Коэффициент высоты ножки зуба. Высота ножки зуба:

Расчет длины валов Зазор между стенкой корпуса и колесом.

Ширина ступицы.

Ширина подшипника.

Длина валов рассчитывается по формуле:

Рисунок 3 Кинематическая схема редуктора Расчет сил, действующих на V вал в вертикальной плоскости.

Рисунок 4 Силы, действующие в колёсах Угол зацепления.

— окружная сила на шестерне.

— распорная сила на шестерне.

— момент силы на шестерне.

— диаметр шестерни.

— сила на опоре, А в вертикальной плоскости.

— сила на опоре В в вертикальной плоскости.

— сила на опоре, А в горизонтальной плоскости.

— сила на опоре В в горизонтальной плоскости.

— момент силы на опоре А.

— момент силы на опоре В Расстояние от стенки корпуса до колеса.

Расстояние от колеса до стенки корпуса Расчёт сил в опорах:

Проверка правильности выбора направления сил:

Расчёт сил, действующих на участке вала.

При При Расчёт сил, действующих на участке вала.

При.

При.

Расчет сил, действующих на V вал в горизонтальной плоскости Расчёт сил в опорах:

Проверка правильности выбора направления сил:

Расчёт сил, действующих на участке вала.

При.

При.

Расчёт сил, действующих на участке вала При.

При.

Рисунок 5 Эпюр моментов сил в вертикальной плоскости.

Рисунок 6 Эпюр моментов сил в горизонтальной плоскости Расчет сил, действующих на IV вал в вертикальной плоскости.

— окружная сила на шестерне.

— распорная сила на шестерне.

— момент силы на шестерне.

— окружная сила на колесе.

— распорная сила на колесе.

— момент силы на колесе Расстояние от стенки корпуса до колеса.

Расстояние между колёсами.

Расстояние от колеса до стенки корпуса Расчёт сил в опорах:

Проверка правильности выбора направления сил:

Расчёт сил, действующих на участке вала :

При.

При.

Расчёт сил, действующих на участке вала:

При.

При Расчёт сил, действующих на участке вала:

При.

При.

Расчет сил, действующих на IV вал в горизонтальной плоскости Расчёт сил в опорах:

Проверка правильности выбора направления сил:

Расчёт сил, действующих на участке вала :

При.

При.

Расчёт сил, действующих на участке вала:

При.

При.

Расчёт сил, действующих на участке вала:

При.

При.

Рисунок 5 Эпюр моментов сил в вертикальной плоскости.

Рисунок 6 Эпюр моментов сил в горизонтальной плоскости Расчет диаметра валов Предел прочности для стали.

Изгибающий момент на вале рассчитывается по формуле:

Приведённый изгибающий момент на вале рассчитывается по формуле:

Диаметр вала рассчитывается по формуле:

Приведённый диаметр вала рассчитывается по формуле:

ИзГОСТиз рядов нормальных линейных размеров выбран диаметр вала больший, чем рассчитанный d_в =5 мм.

Выбор опор, расчет долговечности. Конструирование Выбор подшипников Диаметр цапфы рассчитывается по формуле:

Осевая сила.

Расчёт суммарных сил в опорах:

Распорная силавыбираетсябольшей из сил, действующих в опорах.

следовательно, угол контакта подшипника .

Из таблицы подшипников выбран радиальный однорядный шарикоподшипник, типоразмер 1 000 093.

Таблица 2.

Основные параметры подшипника.

Рисунок 7 Схема подшипника Расчет долговечности.

Коэффициент динамической нагрузки.

Коэффициент температуры.

Коэффициенты приведения окружной и распорной сил .

Коэффициент при вращении внутреннего кольца .

Эквивалентная нагрузка рассчитывается по формуле:

Долговечность подшипника в часах рассчитывается по формуле:

Расчет элементов крепления Допускаемое напряжение на срез.

Диаметр штифта рассчитывается из условия прочности на срез:

— диаметр штифта.

ИзГОСТ выбран диаметр штифта.

Заключение

В соответствии с заданием курсового проекта был разработан исполнительный механизм. Данный механизм предназначен для понижения числа оборотов двигателя и передачи крутящего момента.

В ходе проектирования были выполнены кинематический расчёт с выбором электродвигателя, расчёт зубчатых передач. После выполнения компоновочных чертежей были выполнены проверочные расчёты подшипников, вала, штифтов.

Список использованных источников

• 1. Проектирование механизмов приборов: методические указания / Лукичёва Л. С., Явленский К. Н., Чаадаева Е. Е., Миронович В. П. СПб: ГУАП, 1998.
• 2. Расчёт и проектирование механизмов приборов: Учебное пособие / Сивоконенко И. М., Явленский К. Н., Ленинград: ЛИАП, 1981.