Курсовой проект по «Элементам приборных систем»

Министерство образования и  науки РФ

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Восточно – Сибирский государственный университет технологии и управления» (ФГБОУ ВПО «ВСГУТУ»)

Кафедра «Стандартизация, метрология и управление качеством»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Элементы приборных  систем»

Д.290.16.1.02.002.0000

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                              Выполнил: ст-нт гр. 2128

Бороева А. Э.

Проверил: Дондоков Ю. Ж.

 

 

Улан-Удэ

2011

Содержание

 

Введение                                                                                                              2

1 .Выбор  электродвигателя общего назначения  при постоянной статической

нагрузке                                                                                                             5

2.Расчёт  зубчатых колёс на прочность                                                            6

3 .Конструирование  зубчатых колёс                                                               10            

4.Расчёт  моментов и определение КПД  редуктора                                        10

5. Расчёт  фрикционной муфты                                                                        11

Заключение                                                                                                    13 Список использованной литературы                                                             14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

					Д. 290.16.1.02.002.0000 ПЗ
Изм.	Лист	№ документа	Подпись	Дата
Разраб.		Бороева			Содержание	Литера			Лист	Листов
Проверил		Дондоков					У		2	14
						ВСГУТУ гр. 2128
Н.контр контроль
Утвердил

 

 

 

Введение

Дисциплина «Элементы приборных  систем» предназначена для ознакомления и изучения типовых элементов  измерительных преобразователей и приборов.

В курсовом проекте мне необходимо спроектировать по предложенной схеме электромеханический привод с планетарным редуктором для дистанционного управления.

Вращение от электродвигателя 1 передается через планетарный редуктор 2 и  фрикционную муфту 3 на выходной вал 4 . Пара зубчатых колес Z3 и Z4 приводит в движение кулачковый вал 5, кулачки б которого включают концевые выключатели 7 при повороте выходного вала на угол Q.

Пара зубчатых колес Z1 Z2 передает движение на кулачковый вал 9. Концевые выключатели 8 срабатывают при повороте колеса Z1 на угол Q2 и отключают электродвигатель.

Статический момент сил сопротивления  на выходном валу Мс= 6 Нм.

Максимальный момент на выходном валу (момент буксования) Мmax=14Нм. Предельный угол поворота выходного вала Q1 = ± 80 град.

Предельный угол поворота водила (колесо Z1) Q2 = ± 95 град.

Время поворота выходного вала на угол Q1t=5с. Интервал рабочих температур Т= 60....+120 "С.

Габариты механизма L*Н*В   200*110*75.

Тип производства мелкосерийный.

Не регулируемые ЭМП применяют  в ЭВМ для ввода информации с перфолент, для привода магнитных барабанов внешней памяти, в быстропечатающих механизмах для вывода информации в магнитоэлектрических осциллографах, в авиационных и промышленных самопишущих измерительных при борах , в киносъемочной и аппаратуре для перемещения регистрирующей Нерегулируемые приводы имеют широкое применение при управлении различными рабочими объектами.

Схема указана на рисунке 1

 

 

 

Рисунок 1 – Схема электромеханического привода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Выбор электродвигателя общего назначения при постоянной статической нагрузке

1.1 Определение мощности двигателя

                     (1)

где N_qb – минимально необходимая мощность двигателя, Вт;

М_с – статический момент сил сопротивления на выходном валу редуктора, М_с = 5 Н×м;

W_ном – номинальная условия скорости выходного вала редуктора, рад/с;

                                              (2)

где Q₁ – предельный угол поворота выходного вала;

 t – время поворота выходного вала на угол Q₁;

     рад\с

h_р - КПД редуктора, h_р = 0,95;

x  -   коэффициент   запаса,   учитывающий   необходимость   преодоления динамических нагрузок в момент разгона, x = 1,05...1,1

 Вт

По таблице  выбираем электродвигатель постоянного  тока серии ДП:

Тип ДП-1-13: номинальная мощность N=3,5 Вт

Скорость  вращения n = 5200 мин^-1

Номинальный момент М_ном = 30 Н×м

Габаритные  размеры L*В*Н     200*110*75

Масса m = 0,055 кг.

10.2 Определение  общего передаточного отношения

                                               (3)

где  n_qb - скорость вращения двигателя, мин^-1

                        (4)

n_вых - скорость вращения выходного вала, мин^-1

При проектировании редуктора с условием минимизации  погрешности число ступени редуктора

         (5)

Округляя  до стандартного значения, имеем n = 3

Так как  передаточное отношение каждой пары не рекомендуется принимать больше 8, то U₂=U₃=8. Тогда для первой ступени:

Следовательно n_опт=1,99; U₁ = 3,31,U₂ = U₃ = 8

 

2. Расчет зубчатых колес на прочность

2.1 Определение числа зубов

Разбив  передаточное отношение по ступеням, получим

Определяем  числа зубьев шестерен и колес: конструктивно  принимаем  Z₁ = Z₃ = Z₅ = Z₇ = 28 

Z₂ = Z₁*U₁ = 28*1,57 = 43,56 = 44                       (11)

Z₄ = Z₃*U₂ = 28*1,73 = 48,44 = 49                       (12)                                  

  Z₄ = Z₃*U₃ = 28*2,87 = 84                                  (13)

    (14)

Находим суммарный момент нагрузки на выходной оси редуктора

М_н = М_дс                                                                                                          (15)

где М_д - динамичный момент, Н.м

                        (16)

где М_qb - момент инерции двигателя, М_qb = 0;

М_рпр - момент инерции редуктора, М_рпр = 0;

U_р - передаточное отношение редуктора;

М_н - максимальный момент на выходном валу (момент буксования);

М_max = 14 Н×м = 0,005 кг×м2;

= 2,09 рад/с²;

М_с - статический момент сил сопротивления на выходном валу.

М_с = 6Н×м

М_g = 0,005 * 2,09 = 0,01045 Н×м

М_н = 0,01045 + 6 = 6,01045 = 6010 Н×мм

2.3 Назначаем материалы колес и находим допускаемые напряжения для выбранных материалов.

Колесо  сталь Ст 40

Шестерня  сталь Ст 40х

Назначаем  термообработку:  для   колес - нормализация,   шестерни  - улучшение.

Для Ст 40 d_н = 560 МПа (Н/мм²), твердость 200НВ, d₁= 241 МПа. Находим допускаемое изгибаемое напряжение для колеса и шестерни

                                                    (18)

где n - коэффициент запаса = 1,7

  Мпа

=400\1,7=235МПа

Находим допускаемые контактные напряжения для колеса и шестерни

Выполняем проектировочный расчет зубчатых колес  на прочность

Ведем расчет по изгибу зубьев. Определяем модуль последней  наиболее наружной пары колес Z₇Z₈

                                    (20)

где К_m – коэффициент, для прямозубых колес, = 1,4;

М_н - крутящий момент, действующий на колесо 4010 Н×мм;

Ψ_вт - коэффициент равный отношению ширины зубчатого венца к модулю = 8;

Y_f - коэффициент, равный для колеса = 3,78; для шестерни = 3,98;

                                                (21)

Расчет  ведем по колесу, для которого отношение   имеет больше значение.

Вычисляем модуль зубчатого зацепления

   мм

Округляем до стандартного значения, получим  m = 0,3 мм.

Находим приведенный момент  инерции редуктора  и уточняем величину крутящего момента  с учетом инерции

                 (22)

где - ширина венца, см;

- коэффициент равный отношению  ширины зубчатого венца к модулю;

М - модуль зубчатого зацепления, см;

р- коэффициент зависящий от материала колес, = 7,85 г\см³.

кг*м²

Уточняем  значения МД и МН

Н×мм

М_н = М_g+M_c = 32+5000 Н×мм

Выполняем проверочный расчет зубчатых колес  на прочность

Находим действительные напряжения изгиба по формуле МПа<<    (23)                                                                                 

Находим действительные контактные напряжения по формуле:

                         (24)

Предварительно  определим 

Коэффициент, К_а определяется по формуле

                             (25)

где К₈ = 1,0;

Е_пр=2*105  МПа;

 МПа

 

Межосевое расстояние а_w определяется по формуле:

мм                 (26)

Коэффициент           (27) 

Передаточное  отношение U₁₂ определяется по формуле:

                                                         ₍₂₈₎

Округляем до стандартного значения, получаем, что  U₁₂=10

Находим действительное  контактное напряжение:

 МПа

Проверочный расчет показывает, что зубчатые колеса удовлетворяют условиям прочности.

 

3. Конструирование зубчатых колес

Зная  модуль зубчатой передачи, находим  по таблицам справочника ширину венца  к диаметру вала:

мм и мм

Определяем  делительные диаметры колес:

d₁=d₃=d₅=d₇=m*Z₁=0,6*28=16,8 мм                (29)

d₂=m*Z₂=0,6*44=26,4  мм                                (30)

d₄=m*Z₄=0,6*49=29,4 мм                                (31)

d₆=m*Z₆=0,6*81=50,4 мм                                (32)

d₈=m*Z₄=0,6*306=183,6 мм                              (33)

 

4. Расчет моментов и определение КПД редуктора

 Определение  момента на колесе Z₄

С учетом потерь на трение в подшипниках выходного  вала:

                                            (34)

 

где М_с - статический момент, Н.м;

-КПД шарикового подшипника = 0,99

 Н.м

Определение КПД цилиндрической пары Z₃Z₄

Н.м                        (35)

     Определение на колесе Z₂