96328

Проектирование механизмов электромеханического автоматизированного привода

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Расчет требуемой мощности привода и выбор исполнительного электродвигателя. Кинематическая схема установки. Определение кинематических параметров передаточного механизма. Расчёт передач. Коническая(5-6). Цилиндрическая(3-4 и 1-2). Смазочные материалы и уплотнительные устройства. Выводы по проделанной работе...

Русский

2015-10-05

155.17 KB

4 чел.

Балтийский Государственный Технический Университет

им. Д. Ф. Устинова «Военмех»

Курсовая работа по курсу

«Прикладная механика»

«Проектирование механизмов электромеханического

автоматизированного привода»

Преподаватель: Осипов В. И.

Выполнил: Большанин Д.О.

Группа: И121

Вариант 2

Санкт Петербург

2014 г.

Содержание:

  1.  Техническое задание………………………………………………………………………………………………..….3
  2.  Исходные данные…………………………………………………………………………………………………….....….4
  3.  Расчет требуемой мощности привода и выбор исполнительного электродвигателя ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….5
  4.  Кинематическая схема установки…………………………………………………….……………............7
  5.  Определение кинематических параметров передаточного механизма….………8
  6.  Расчёт передач…………………………………………………………………………...........................................9

Коническая(5-6)……………………………………………………………………………………………………...9

Цилиндрическая(3-4 и 1-2)………………………………………………………………………….……..13

  1.  Смазочные материалы и уплотнительные устройства……………………………….……..17
  2.  Выводы по проделанной работе…………………………………………………………………………….….18
  3.  Список использованной литературы…………………………………………………...………………..…19


1)Техническое задание:

В данной курсовой работе проектируется передаточный механизм автоматизированного привода.

Задача состоит в проектирование автоматизированного привода согласно техническому заданию. Проектирование включает в себя:

  1.  Обоснование и выбор кинематических схем типовых механизмов, составляющих передаточный механизм привода.
  2.  Проектировочные расчёты кинематических и габаритных параметров механизма.
  3.  Конструирование механизма привода с выполнением чертежа.


2)Исходные данные:

  1.  Максимальный статический момент нагрузки Мн на выходном валу привода, Н*м…60
  2.  Максимальная частота вращения выходного вала привода nн, обор. в мин………………60
  3.  Приведенный к выходному валу привода момент инерции массы исполнительного                 устройства, Jн, кг*………………………...…………………………………………………………………………………………….0.2
  4.  Предельное время разгона привода, tpmax=[], с………………………………………………………...0.2
  5.  Допускаемый мертвый ход выходного вала привода, [], угл. мин…………………..........30
  6.  Режим работы привода повторно кратковременный с соотношением tу/tц…………...0.8
  7.  Измерительное устройство:………………………… Сельсин-датчик типа НД 404

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 5

3)Расчет требуемой мощности привода и выбор исполнительного электродвигателя:

3.1) Режим работы привода повторно кратковременный, характеризуемый частыми пусками и остановками. Разгон происходит с максимально возможным постоянным ускорением. При этом достигается минимальное время разгона. Обеспечение этого разгона осуществляется системой управления при максимальном моменте двигателя.

3.2)Расчет ориентировочного значения КПД передаточного механизма привода:

Общий КПД передаточного механизма определяется как произведение кпд отдельных передач и элементов

, где КПД цилиндрической передачи(0.95-0.99);

КПД конической передачи(0.95-0.97);

КПД подшипников качения(0.99);

q  число пар подшипников(q=3);

3.3)Определение эквивалентного постоянного момента нагрузки:

Для повторно кратковременного режима работы привода

;

(Н*м);

3.4)Расчёт приведенного  к выходному звену привода постоянного момента нагрузки с учётом потерь на трение:

Учет потерь на трение осуществляется введением в расчет КПД передаточного механизма

Тогда статический момент равен:

(Н*м);

3.5)Расчёт приведённого к выходному звену привода момента инерции привода:

 Kj=(1.5-2.5) коэффициент, который учитывает инертность самого привода;

3.6)Расчёт максимального углового ускорения выходного звена привода при разгоне:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 6

Электромеханический привод

максимальная угловая скорость выходного звена;

3.7)Расчёт максимального динамического (инерционного)  момента, приведенного к выходному звену:

3.8)Расчёт требуемой мощности привода:

Для случая повторно кратковременного режима работы привода

3.9)Выбор исполнительного электродвигателя для привода:

Условие Nд>=Nт , где  Nд  ближайшая номинальная мощность ИД. Выбираем двигатель АИС71В2со следующими характеристиками:

Параметр

Значение

Nд, Вт

550

nд, об/мин

3000

Мд*10-2, Н*м

43

Мп*10-2, Н*м

58

Jд*10-4, кг*м-2

2,8

Размер

L, мм общая длина

D(H), мм диаметр корпуса

D, мм диаметр вала

Ι, мм длина выступающей части вала

4)Кинематическая схема установки:

2

I

II

3

III

IV

4

6

5

ИсУ

ИзУ

1

ИД

ИД исполнительный электродвигатель;

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 7

Электромеханический привод

ИсУ исполнительное устройство;

ИзУ измерительное устройство.

5)Определение кинематических параметров передаточного механизма:

5.1)Определение требуемого общего передаточного отношения редуктора:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 8

Электромеханический привод

nд - частота вращения вала ИД;

5.2)Распределение передаточного отношения по различным ступеням:

Для выполнения условия минимизации массы должно выполняться условие:

1.Выбор критерия оптимизации конструкции редуктора влияет на характер распределения передаточных отношений. При минимизации массы и габаритов характер распределения имеет вид:

 

2.Определение передаточного отношения выходной передачи.

В соответствие с выбранным критерием оптимизации для конической выходной передачи следует принять относительно небольшое:  

3.Расчёт передаточного отношения цилиндрической двухступенчатой передачи

i1-2=6; i3-4=4,2; i5-6=2;

5.3)Расчёт частот вращения валов привода:

nI=nд=3000об/мин.; -вал двигателя;

nII=nд/i1-2=3000/6=500; - частота вращения второго вала;

nIII=nII/i3-4=500/4,2=120; - частота вращения третьего вала;

nIV=nIII/i5-6=222/3,7=60; - частота вращения выходного вала;

5.4)Расчёт максимального момента нагрузки на выходном валу передачи:

Для случая повторно кратковременного режима работы привода

МвыхIV=Mнnmax=66,5+6,28=72,78 Н*м;

6)Расчет передач

А)Проектировочный расчёт выходной конической передачи:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 9

Электромеханический привод

А.1)Расчёт максимального момента на валу 3:

А.2)Расчёт минимального диаметра конической шестерни из условий контактной прочности зубьев:

Контактная прочность:

 Km=0.6 для консольного крепления шестерни;

Допускаемое напряжение на контактную прочность: - для нормализованных сталей типа 40Х

А.3)Определение числа зубьев конической шестерни:

Принимаем =20

А.4)Расчет минимального диаметра конической шестерни из условия изгибной прочности зубьев:

- коэффициент формы зуба конической передачи; =3.5;

- цементация;

Число зубьев конической передачи z5=20;

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 10

Электромеханический привод

А.5)Расчет проэктных диаметраметров шестерней:

А.6) Проектировочное значение внешнего делительного модуля конической передачи:

Принимаем

А.7)Расчёт минимальных диаметров валов конической передачи:

Расчёт выполняется из условий прочности при кручении под действием нагружающих моментов:

А.8)Выбор подшипников для валов конической передачи:

Диаметры цапф под подшипники

Округляем в большую сторону до стандартных размеров внутренних радиально упорных шарикоподшипников

№ подшипника

d, мм

D, мм

B, мм

Расположение

11204

20

34

14

Вал III

3182105

25

47

16

Вал IV

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 11

Электромеханический привод

А.9)Расчет диаметров упорного бурта для валов конической передачи:

hK=0,15*(D-d) толщина внутреннего кольца подшипника, где D наружный диаметр подшипника

А.10)Проверка возможности изготовления конической вал шестерни:

          

А.11)Определение числа зубьев конического колеса.

z6=z5*i5-6=20*2=40

А.12)Расчёт геометрических параметров шестерни и колеса.

Внешнее конусное расстояние:

Re=0.5*me*=60,37 мм60 мм

Внешний делительный диаметр:

de 5=2,7*20=54мм      de 6=2,7*40=108мм

Углы делительных конусов:

δ2=90- δ1=63  ͦ

Внешняя высота головки зуба:

hae1=(ha*+X1)*me=3,8

hae2=(ha*+X2)*me=1,54

Внешняя высота ножки зуба:

hfe1=(ha*+c*-x1)*me=2,2

hfe2=(ha*+c*-x2)*me=4,54

Угол ножки зуба:

Θf1=arctg(hfe1/Re)=2,12  ͦ

Θf2=arctg(hfe2/Re)=4,4  ͦ

Угол головки зуба:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 12

Электромеханический привод

Θa1= Θf2=4,4  ͦ    Θa2= Θf1=2,12  ͦ

Внешняя высота зубьев:

he1= hae1+ hfe1=6

he2= hae2+ hfe2=6

Угол конуса вершин:

δ a1= δ1+ Θa1=31,4  ͦ

δ a2= δ2+ Θa2=58,6  ͦ  

Угол конуса впадин:

δ f1= δ1- Θf1=24,9  ͦ

δ f2= δ2-Θf2=63,1  ͦ  

высота элементов зубьев:

hde=me=2,7 мм

hfe=1.2*me=3,24 мм

Внешний диаметр вершин зубьев:

dae1=de5+2hea1*cosδ1=34+2*2,96*cos15,1=52 мм

dae2=de6+2hea2*cosδ2=126+2*1.04*cos74,9=111 мм

ширина зубчатого венца:  b=Kbe*Re= 0,5*60=30 мм

толщина обода зубчатого колеса: G=2.5*me=6,75 мм

А.13)Выбор муфты:   

Для соединения выходного вала конической передачи с исполнительным устройством выбирается стандартная фланцевая муфта по размеру d=20  мм по ГОСТ 20761-75

d=25 мм;  D=90 мм;  L=60 мм;  l=28 мм;  Mкр=31,5 Н*м;

Б)Проектировочный расчёт двухступенчатой цилиндрической передачи:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 13

Электромеханический привод

Б.1)Расчёт максимальных моментов, нагружающих валы:

Б.2)Определение чисел зубьев шестерни 1 и 3:

C=19, для прямозубых цилиндрических шестерней из стали.

z3=c(i3-4+1)/i3-4=19*(4,2+1)/4,2

z1=c(i1-2+1)/i1-2=19(6+1)/6

Б.3)Расчёт минимальных диаметров шестерней из условий контактной прочности:

Передача 1-2:

=0.1-0.5 коэффициент ширины зубчатого венца шестерни (или колеса); =0.2;

Сн=790 для =0;

Передача 3-4:

Б.4)Расчёт минимальных диаметров шестерней из условий изгибной прочности:

Передача 1-2:

=3.8-4 коэффициент формы зуба; =3.8;σF=300 МПа.

Передача 3-4:

Б.5)Расчёт минимальных диаметров валов:

Расчёт выполняется из условий прочности на кручение:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 14

Электромеханический привод

K=(1.1 -1.4) коэффициент запаса.

Б.6)Выбор подшипников для валов:

Диаметры цапф под подшипники

Округляем в большую сторону до стандартных размеров внутренних радиальных шарикоподшипников:

№ подшипника

d, мм

D, мм

B, мм

Расположение

920902

15

20

3,5

Вал II

Б.7)Расчет диаметра упорного бурта валов II.

 hk=0,15(D-d)

dδII=9+1.5*hk=13+1.5*0.15(20-15)=мм

Б.8)Определение чисел зубьев колес 2 и 4:

Б.9)Расчёт модулей колёс цилиндрических передач:

Передача 1-2:

Передача 3-4:

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 15

Электромеханический привод

Б.10)Расчет геометрических параметров шестерни и колеса для передачи 3-4:

Z1=22, X1=0.5 X2=-0.5 α=20

Угол зацепления: αw inv(αw)=2(X1+X2)tg(α)/(z1+z2)+inv(α) αw=20

Делительное межосевое расстояние: a=0.5*m3-4(z3+z4)=49,2мм

Межосевое расстояние: aw = a =49,2мм

Коэффициент воспринимаемого смещения: y=(αw - α)/m=0

Коэффициент уравнительного  смещения: y=x1+x2-y=0

Диаметр делительной окружности: d3=m*z3/cosβ=17,6мм

                                                                   d4=m*z4/cosβ=73,92мм

Диаметры начальных окружностей: dw3=2*aw/(i3-4+1)=18,92мм

                                                                    dw4= dw3* i3-4=18,92*4,2=79,5 мм

Диаметры окружностей вершин: da3=d3+2*(ha*+ X1-y)*m=17,6+2*(1+0.5-0)*1=20,6мм

                                                              da4=d4+2*(ha*+ X2-y)*m=73,9+2*(1-0.5-0)*1=74мм

Диаметры окружностей впадин: df3=d3-2*(ha*+C*- X1)*m=17,6-2*(1+0.35-0.5)*1=15,9мм

                                                              df4=d4-2*(ha*+C*- X2)*m=73,92-2*(1+0.35+0.5)*1=70,2мм

Ширина зубчатого венца: bw3-4=Ψd*dw3=0.5*18,92=9,5мм

Б.11)Расчет геометрических параметров шестерни и колеса для передачи 1-2:

Диаметр делительной окружности:

Z2=132; m1-2=0.5

d1=m*z1/cos10=28мм

d2=m*z2/cosβ=146мм

Диаметр начальной окружности: dw1=d1=28мм

                                   dw2=d2=146мм

Диаметр окружности вершин для зубчатых колес с внешними зубьями:

                                   da1=d1+2*ha**m=30мм

                                                              

                                    da2=d2+2*ha**m=149мм

Диаметр окружности вершин для колеса с внутренними зубьями (без учета параметров долбяка):

da2=d2-2*(ha*-0.125)*m=148,125мм

Диаметр окружности впадин: df1=d1-2*(ha*+C*)*m=12-2*(1+0.35)*0.5=26мм

                                                        df2=d2-2*(ha*+C*)*m=144,65мм

Делительное межосевое расстояние: a=0.5*m(z1+z2)=87,8мм

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 16

Межосевое расстояние: aw = a =87,8мм

Ширина зубчатого венца: bw1-2=Ψd*dw1=9мм

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 1

Электромеханический привод

7)Смазочные материалы и уплотнительные устройства:

В процессе работы все детали нуждаются в непрерывной смазке, обеспечивающей необходимое скольжение между ними. Смазка предотвращает преждевременное разрушение детали, обеспечивает отвод тепла, а также различных продуктов износа.

Для предотвращения утечки смазки (масла) используются различные уплотнительные устройства (кольца, манжеты).

В данной конструкции используется 2 манжеты на выходном валу с внутренним диаметром 18 и 20 мм; 4 уплотнительных кольца с диаметрами 197, 60, 51 и 106 мм.

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 18

8)Выводы по проделанной работе:

В ходе выполнения курсового проекта были получены следующие основные результаты:

Выбранная типовая схема механизма имеет 3 передачи: 2 цилиндрические и 1 коническую;

Произведены расчёты кинематических и габаритных параметров механизма, динамические и точностные расчеты;

Спроектирован передаточный механизм (редуктор) автоматизированного привода. Выбрана схема с тремя горизонтальными валами;

Сконструирован механизм привода с выполнением чертежа;

Приобретены практические навыки проектирования механизма;

     Размещение опорных валов редуктора осуществлено в одном корпусе, что обеспечивает постоянство расположения осей валов. Это позволило принять ширину колеса с малым модулем, который определяется по контактной и изгибной прочности;

Выбор длин валов и формы корпуса осуществляется по условиям компактности и дешевизне. После расчета минимальных диаметров валов, рассчитываются диаметры цапф под подшипники и производится выбор подшипников;

Соединение валов и колёс производится при помощи призматических шпонок;

Насаживаемые на вал детали удерживаются от осевого перемещения с помощью специальных колец.

9)Список использованной литературы:

  1.  «Курсовое проектирование механизмов робототехники и автоматизированного привода» В. А. Зубов Л.:ЛМИ, 1991;
  2.  «Проектирование механизмов приводов манипуляторов и автоматизированных систем» В. А. Зубов Л.:ЛМИ, 1987;
  3.  «Типовые конструкции элементов и узлов приборов» В. А. Зубов Л.:ЛМИ, 1981;

Изм.

Лист

№ Документа_

Подпись_

_Дата_

Лист_

 19

Электромеханический привод


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26904. Артерии грудной конечности 3.46 KB
  Подмышечная артерия а. Впереди сустава от нее отходит надлопаточная артерия a. suprascapularis позади сустава подмышечная артерия делится на подлопаточную и плечевую. Подлопаточная артерия a.
26905. Грудная аорта. Парные ветви брюшной аорты 1.78 KB
  Отдает: а дорсальная ветвь для разгибателей спины и кожи б спинномозговая ветвь и в вентральная ветвь 2. Каждая отдает а дорсальную ветвь для разгибателей спины и кожи б вентральную ветвь для брюшной стенки в спинномозговую ветвь г мышечную ветвь для вентральных мышц поясницы 2.
26906. Непарные ветви брюшной аорты 3.35 KB
  Чревная артерия a. Делится на 3 ссуда: Селезеночная артерия a. Henaus переходит в левую желудочную Левая желудочная артерия a. Печеночная артерия a.
26907. Внутренняя и наружная подвздошные артерии 4.1 KB
  Внутренняя подвздошная артерия – а.: 1 внутренняя срамная артерия – а. От неё берут начало: а пупочная артерия а. vesicalis cranialis; б артерия предстательной железы влагалищная а.
26908. Артерии тазовой конечности 5.3 KB
  Наружная подвздошная артерия а.: 1окружная глубокая подвздошная артерия – а. 2 маточная артерия а. 3глубокая бедренная артерия – а.
26909. Краниальная полая вена. Вены головы 5.32 KB
  Краниальная полая вена. Краниальная полая вена v.путём слияния левой и правой чрёмных вен с левой и правой подмышечными венами. Ярёмная вена на своём пути принимает: пищеводные трахеальные и мышечные ветви.
26910. Каудальная полая вена. Воротная вена 7.65 KB
  Глубокая венозная магистраль- начин.из концевой дуги и из венозной сети копыта 2 плантарными пальцевыми венами- в. Digitalis plantares medialis et lateralis. Они под путовым суставом обр.дистальн.глубокую плантарную дугу. Из дуги берут начало 5 вен: 2 и 3 плантарные плюсневые вены
26911. Вены грудной конечности 3.51 KB
  она из концевой дуги и из венозной сети копыта 2мя пальмарными пальцевыми венами медиальн. 3 общая пальмарная пальцевая вена и 3 пальм.пястная вена формир. Из неё выходит лучевая вена в.
26912. Вены тазовой конечности 2.56 KB
  большеберцовую вену в. Tarsea pertorans они переходят в дорсальную вену стопы в. Saphena medialis она впадает в бедренную вену.