9

Угловая вакуумная задвижка с дистанционным управлением

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Разработка механизма регулировки положения импульсного источника нейтронов. Механизм указателей предельных положений и концевых выключателей. Перемещение источника нейтронов в двух направлениях.

Русский

2012-12-27

713.5 KB

45 чел.

Национальный исследовательский ядерный университет

(«МИФИ»)

Пояснительная записка

к курсовому проекту

на тему:

«Угловая вакуумная задвижка с дистанционным управлением»

Выполнил: студент группы

Москва 2010г.

Содержание.

1.Задание на проектирование………………………………………………...............3

2.Технические требования……………………………………………………………3

3.Анализ аналогов………………………………..........................................................3

   3.1. Матрица выбора оптимальных решений……………………………………..4

4.Техническое задание………………………………………………………………...5

5.Киннематическая схема……………………………………………………………..6

6.Расчет на избыточные связи………………………………………………………..7

7. Расчеты………………………………………………………………………………8

8.Список использованной литературы……………………………………………….12

1. Задание на проектирование

1. Разработать механизм регулировки положения импульсного источника нейтронов.

2. Механизм должен использоваться для перемещения источника нейтронов в двух направлениях.

3. Механизм должен управляться дистанционно.

4. Механизм должен иметь указатели предельных положений и концевые выключатели.

5. Конструкция механизма должна быть блочной.

 

2. Технические требования

1.Диаметр проходного отверстия клапана – 250 мм.

2.Максимальное перемещение тарели – 90 мм.

3.Продолжительность закрытия или открытия клапана – 90 сек.

4.Температура эксплуатации – 253 К.

5.Откачиваемая среда – агрессивная.

6.Тип предохранительной муфты – шариковая.

7.Срок службы – 2 года.

4. Кинематическая схема.

. Угловая задвижка по приведенной схеме служит для отключения при помощи электродвигателя 6 вакуумного насоса от полости, из которой откачивается воздух. Задвижка состоит из корпуса 1, тарели 10 с винтовым механизмом 7, редуктора 4 и двух муфт 3,5. Стержни 3 служат направляющими для поступательного перемещения тарели 10. Концевые электровыключатели 1 служат для ограничения перемещения тарели в верхнем крайнем положении и остановки электродвигателя. Для герметизации служат: уплотнительное кольцо 11, деформируемое тарелью в ее крайнем нижнем положении- узел 2 ввода вала винта в вакуумированное пространство корпуса задвижки Для ограничения величины момента, развиваемого винтом 7 в момент сжатия им уплотнительного кольца 11, служит одна муфт 3,5 , которая должна по своей конструкции быть предохранительной.

5.Расчет на избыточные связи.

Формула Малышева:

W-6n+∑iPi = 0

Пара шарнир – плоскость –

Пара шибер – днище –

Пара вал – сальниковое уплотнение –

6.Расчеты.

6.1 Расчет запорного органа

Материал штока – сталь 12Х18Н9Т.

Предел прочности – 540МПа.

Предел текучести –  245МПа.

Материал шибера – сталь 12Х18Н9Т.

Определим геометрические размеры уплотнительного кольца.

dy = 250 мм – диаметр условного прохода.

B = 6 мм – ширина уплотнительного кольца.

H = 5 мм – толщина уплотнительного кольца.

, где Dср – средний диаметр уплотнительного кольца         (7.1.1)

                                                              Dу.к.– внутренний диаметр уплотнительного кольца,

     Dн.у.к. – диаметр нагруженного уплотнительного                              кольца.

Материал  уплотнительного кольца – фторопласт-4.

Определим геометрические размеры шибера.

, где Q усилие, необходимое для плотности            (7.1.2)

соединения шибера с фланцем, qp = 1,8 МПа –                удельное давление на уплотнительном кольце.

, где Dш – диаметр шибера.                                                      (7.1.3)

, где F – площадь                (7.1.4)

, где sш - толщина шибера.                  (7.1.5)

Определим геометрические размеры торцевой поверхности головки шпинделя.

Rг=12 мм – радиус сферической торцевой поверхности головки шпинделя.

Так как материалы шпинделя и шибера одинаковые, то , где  

E1-модуль упругости первого рода материала шпинделя, E2-модуль упругости первого

рода материала шибера.

dш=16 мм – диаметр шейки.

hз= мм – высота заплечника.

Проверим условие контактной прочности.

, где - наибольшее контактное напряжение (7.1.6)

           в зоне контакта сферы с плоскостью.

- допустимое контактное напряжение для стальных поверхностей

закалённых до твёрдости HRC40-56.

, условие контактной прочности выполнено.

, где - напряжение на сжатия для материала шпинделя.   (7.1.7)

, условие на сжатие выполнено.

, где Qa- усилие от атмосферного давления.    (7.1.8)

- атмосферное давление.     

, где -  напряжение на изгиб.        (7.1.9)

Напряжение на изгиб очень мало. Условие на прочность выполнено.

6.2. Расчет винтовой пары.

Материал винта – сталь 12Х18Н9Т

Предел прочности σв – 540 МПа.

Предел текучести σт – 196 МПа.

Материал гайки – бронза

Определим геометрические размеры винтовой пары:

, где d1 – внутренний диаметр резьбы.           (7.2.1)

По ГОСТ 24747-81 выбираем d1=18 мм, d=20 мм, p= 2 мм, где d-номинальный диаметр

резьбы, p-шаг резьбы.

H=35 мм – высота гайки.

l=350 мм – длина шпинделя.

dш=20 мм – диаметр шпинделя.

, где - радиус инерции, rрадиус шпинделя.        (7.2.2)

где - расстояние между шибером и вакуумным вводом.      (7.2.3)

Так как b=26<40, то считаем шпиндель устойчивым.          

Проверим резьбу винтовой пары на износостойкость:

, где q-удельное давление в резьбе.                 (7.2.4)

- допустимое удельное давление в резьбе для пары «закалённая сталь

       – бронза»

, условие на износостойкость выполнено.

Проверим резьбу на прочность:

- число рабочих  витков резьбы.       (7.2.5)

- высота зуба резьбы.                    (7.2.6)

, где - напряжение смятия.       (7.2.7)

, условие на прочность выполнено.

Проверим условие самоторможения:

, где  - угол подъема резьбы.      (7.2.6)   

, где φ – угол трения, f – коэффициент трения (f  = 0.12 для пары          (7.2.7)  

      «сталь-бронза»).

φ>ψ, условие самоторможения выполнено.

6.3. Выбор электродвигателя.

Выбираем однофазный асинхронный двигатель переменного тока – АИР63 B4.

Характеристики:

Nд = 370Вт,

n = 1500,

Сделаем проверку двигателя на возможность работы:

, где Mk – крутящий момент на шпинделе,   (7.3.1)

Mb – крутящий момент от трения в резьбе пары «шпиндель-винт и гайка»

sш= 90 мм – ход шибера.

p=2 мм – шаг резьбы.

t = 90 c – время закрывания или открывания шибера.

, где n – частота вращения гайки.      (7.3.2)

, где N – расчётная мощность на шпинделе, необходимая для   (7.3.3)

закрывания или открывания выходного отверстия задвижки шибером.

- оценочное КПД редуктора.

- КПД винтовой пары.

- КПД упорного подшипника.

, где Nном – мощность двигателя с учётом потерь.  (7.3.4)

, двигатель ништяк (тот ещё).

6.4. Расчет червячного редуктора.

Nд = 370Вт.

n1 = 1500.

.

- передаточное число.        (7.4.1)

Выберем z1=1 – число заходов червяка.

, где z2 – минимальное число зубьев червячного колеса.   (7.4.2)

Ориентировочно подберём КПД редуктора:

, где T1 – момент на червяке.      (7.4.3)

, где T2 – момент на колесе.      (7.4.4)

, где - скорость скольжения.    (7.4.5)

Выберем материал червяка и червячного колеса:

Червяк – сталь 40Х (HRC54).

σв = 1000 МПа, σт = 800 МПа.

Червячное колесо – Бронза А9Ж4.

, .

, где - допускаемое контактное напряжение, (7.4.6)

             - допускаемое напряжение при

Коэффициент диаметра червяка принимаем равным q=20.

- модуль упругости материала червяка.

- модуль упругости материала колеса.

.         (7.4.7)

, где - межосевое расстояние.   (7.4.8)

Определяем осевой модуль m:

.          (7.4.9)

, где х – коэффициент смещения червячного колеса.  (7.4.10)

, где d1 – диаметр вала червяка.      (7.4.11)

, где d2 – диаметр колеса червяка.     (7.4.12)

Уточним величину скорости скольжения:

, где  - угол подъема линии витка.     (7.4.13)

, где - окружная скорость червяка.     (7.4.14)

.          (7.4.15)

Материал колеса Бронза А9Ж4 сохраняем,  пересчитываем.

.         (7.4.16)

Проверим прочность зубьев колеса по контактным напряжениям:

- угол обхвата.

- коэффициент, учитывающий уменьшение длины контактной линии.

, где - торцовый коэффициент   (7.4.17)

перекрытия в средней плоскости

червячного колеса.

, где - окружная скорость колеса.     (7.4.18)

, где - коэффициент динамической нагрузки.

- коэффициент концентрации нагрузки.

, где - коэффициент расчётной нагрузки.

, где - прочность зубьев колеса. (7.4.19)

, условие на прочность выполнено.

Проверим прочность зубьев колеса по напряжениям изгиба:

Определяем предварительно:

, где Ft2- окружная сила червяка.      (7.4.20)

, где mn-

, где b2- ширина венца червячного колеса.    (7.4.22)

Принимаем b2=24 мм.

, где zv- условное число зубьев.      (7.4.23)

YF = 1.45 – коэффициент формы зуба.

, где - допускаемое напряжение изгиба  (7.4.24)

  при .

, где KFL- коэффициент долговечности.    (7.4.25)

, где - допускаемое напряжение изгиба.   (7.4.26)

, где - напряжение изгиба.    (7.4.27)

, условие на прочность выполнено.

Уточняем КПД редуктора:

, , где - КПД редуктора.     (7.4.28)

Геометрические размеры червячной передачи:

, где da1 - диаметр вершины витка червяка.    (7.4.29)

, где df1 – диаметр окружности впадины червяка.  (7.4.30)

, где b1- длина нарезной части червяка.   (7.4.31)

Принимаем b1=53 мм.

, где da2 – диаметр вершины зуба колеса.    (7.4.32)

, где df2 – диаметр окружности впадины колеса.  (7.4.33)

, где dam2 – наибольший диаметр колеса.    (7.4.34)

6.5 Подбор шпонки.

Для того чтобы ограничить вращательное движение вала, выбираем шпонку по

ГОСТ 23360-78.

d=20 мм – диаметр вала.

h=6 мм – высота шпонки.

b=6 мм – ширина шпонки.

l=25 мм – длина шпонки.

Материал шпонки - сталь 12Х18Н9Т.

- допускаемое напряжение на смятие.

- допускаемое напряжение на срез.

Проверка шпоночного соединения на срез и на смятие.

- крутящий момент на валу.

, где - напряжение на смятие.     (7.5.1)

, условие на смятие выполнено.

, где - напряжение на срез.      (7.5.2)

, условие на срез выполнено.

6.6 Подбор штифтов в соединении головки шпинделя с шибером.

Материал штифта – сталь 12Х18Н9Т.

- допустимое напряжение на срез.

Проверка штифтов на срез.

, где - напряжение на срез.      (7.6.1)

, условие на срез выполнено.

6.7 Расчёт корпусных деталей задвижки.

Материал обечайки – сталь 12Х18Н9Т.

Материал верхнего днища корпуса – 12Х18Н9Т.

, где sk – толщина обечайки, Db – диаметр внутренней обечайки (7.7.1)

  корпуса.

, где sд – толщина верхнего днища корпуса,     (7.7.2)

        Q – усилие, действующее на днище.  

Фланцы выбирали по диаметру условного прохода  в соответствие с ГОСТ 26526-85.

6.8 Подбор подшипников на гайке-винте.

Силы действующие в подшипниках:

, .

Проведем расчет для наиболее нагруженного подшипника.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Ресурс подшипника:

LhE = 4.2 млн. об.∙мин

Находим динамическую грузоподъемность:

.

Находим статическую грузоподъемность:

.

Выбираем подшипник из условий, чтобы значения его динамической и статической грузоподъемностей были больше рассчитанных.

По ГОСТ 831-75 выбираем радиально упорный подшипник 1046902К.

С = 1760н, С0 = 1020н.

7. Список использованной литературы.

  1.  Милосердин Ю.В. Расчет и конструирование механизмов приборов и установок. М.: Машиностроение, 1985. 408 с.,
  2.  Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. М.: Высшая школа, 2000. 383с.
  3.  Джонсон В.А. Методика расчета и основы конструирования электроприводов с зубчатыми и червячными передачами. М.:МИФИ, 1992. 132с.
  4.  Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3т.                 М.: Машиностроение, 1992. – 816с.
  5.  Федосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979г. – 411с.