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

8 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

58832. Площа криволінійної трапеції 42.5 KB
  Освітня мета уроку математики: закріпити вміння і навички знаходження площі криволінійної трапеції через поняття первісної; ознайомити учнів із наближеними методами обчислення площі криволінійної трапеції; підготувати учнів до свідомого сприймання поняття інтегралу.
58833. БИЗНЕС-ПЛАН ОТКРЫТИЯ ТОРГОВО-ВЫСТАВОЧНОГО ЦЕНТРА «ЯМАХА-ЦЕНТР» 205.59 KB
  Цель внутрифирменного планирования — обеспечение оптимальных возможностей для успешной хозяйственной деятельности, получение необходимых для этого средств, достижение конкурентоспособности и прибыльности предприятия, а также планирование доходов и расходов предприятия, движения его денежных средств.
58834. Украинский архитектурный модерн 620.79 KB
  Модерн как стиль в архитектуре и искусстве зародился на рубеже XIX-XX вв. сначала в Европе, а затем в России, включал в себя различные художественные течения и школы. Его отличительными особенностями являлся отказ от прямых линий
58835. Казка мовить просто, а розуму в ній багато. Казка «Дрізд і голуб». Загадки. Підсумок за темою 64.5 KB
  Мета. Сприяти узагальненню найважливішого матеріалу з прочитаної теми про жанрові особливості казок; удосконаленню навичці правильного, усвідомленого, виразного читання. Заохочувати учнів до висловлення власної думки. Розвивати мислення, память. Виховувати позитивне ставлення до знань, праці.
58836. Український народний одяг – складова духовної культури 64.5 KB
  Мета: познайомити учнів із декоративно – ужитковим мистецтвом на прикладі національного костюма; художніми особливостями народного одягу, його обереговим значенням, важливим елементом матеріальної та художньої культури; дати історичні відомості про розвиток національного костюма...
58839. Ділення раціональних чисел 152 KB
  Сформувати в учнів навички виконання ділення над раціональними числами обчислення значень виразів що містять раціональні числа з використанням чотирьох арифметичних дій; розвивати позитивні риси особистості...
58840. Ходовая часть легкового автомобиля 8.34 MB
  Подвеска автомобиля, или система подрессоривания — совокупность деталей, узлов и механизмов, играющих роль соединительного звена между кузовом автомобиля и дорогой. Качество подвески не только определяет плавность хода автомобиля, но и влияет на другие эксплуатационные показатели: устойчивость, проходимость, надежность. Скорость движения автомобиля по неровным дорогам обычно ограничивается не располагаемой мощностью двигателя