Исполнительный механизм

Министерство  Образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский  Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения 

Кафедра 13 
 
 
 
 
 
 

Оценка: 
 
 
 

Руководитель

Проф. Скалон А.И. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: детали машин и основы конструирования 

Исполнительный  механизм

13.ДМ ОК.1812.01.КП.00 
 
 
 
 
 
 

Выполнил

студент гр. 1421   
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2006 г. 

Задание: 

      Спроектировать  механизм редуктора такой, чтобы  момент на выходе составлял 70 Н*см, скорость на выходе была равна 10 об/мин. Тип механизма – прямозубый, с конической парой на выходе. Погрешность на выходе не должна превышать значения Δφ=15′ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание: 

1. Техническое  предложение ……………………………………………………………………3

     1.1. Анализ технического задания ………………………………………………………3

     1.2. Разработка функциональной схемы  механизма …………………………………...3 

2. Технический  проект …………………………………………………………………………...3

      2.1. Выбор двигателя ……………………………………………………………………..3

      2.2. Разработка кинематической схемы …………………………………...……………4

            2.2.1. Определение  передаточного отклонения ………………………………...4

            2.2.2. Определение числа зубьев ………………………………………………...5

     2.3. Выбор материалов зубчатых колес ………………………………………………...5

     2.4. Расчет модуля ………………………………………………………………………..5

     2.5. Расчет размеров зубчатых колес ……………………………………………………6

     2.6. Компоновочная схема ……………………………………………………………….7

     2.7. Расчет крутящих моментов и  сил …………………………………………………..7

     2.8. Расчет валов ………………………………………………………………………….8

     2.9. Выбор подшипников ………………………………………………………………...9

     2.10. Расчет коэффициента унификации ………………………………………………10

     2.11. Оценка угловой погрешности ……...…………………………………………….10 

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

1. Техническое предложение. 

1.1. Анализ технического  задания. 

      Проектируемый механизм состоит из электродвигателя и редуктора. Для получения заданного  момента и числа оборотов на выходном валу редуктор должен обладать необходимым  передаточным числом, а двигатель  должен обеспечивать необходимую мощность 

1.2. Функциональная схема  механизма. 

 

2. Технический проект. 

2.1. Выбор двигателя. 

     Выбор двигателя осуществляется с учетом того, что его мощность должна быть не меньше, чем расчетная мощность на выходе в редуктор, также следует выбирать двигатель с меньшим числом оборотов, чтобы уменьшить передаточное число редуктора.

      По  известному крутящему моменту М_крвых и частоте вращения n_вых находится мощность на выходном валу:

зная  которую, можно определить требуемую входную мощность, учитывая, что КПД редуктора η = 0,72

      В соответствии с полученными результатами был выбран двигатель ЭМ-1М (рис.2)

Рис.2. Электродвигатель ЭМ-1М, параметры приведены в табл.1.

Табл.1. Параметры  двигателя ЭМ-1М. 

Параметр	Значение
Мощность  N, Вт	1
Частота вращения n, об/мин	2000
Нормальный  момент Мн, Н*мм	3,2
Пусковой  момент Мп, Н*мм	6,5
Массовый  момент инерции ротора двигателя  Iр, кг*мм2	1,35
D, мм	42
L, мм	80
d, мм	3
l, мм	12

 

2.2. Разработка кинематической схемы. 

2.2.1. Определение передаточного  отношения. 

      Передаточное  число ступеней механизма должно выбираться в соответствии с характером преобразования движения в механизме. Все ступени должны работать так же, как и механизм в целом, в данном случае на уменьшение частоты вращения и увеличение момента. Ошибка механизма будет наименьшей при минимально возможном числе ступеней. Для получения минимальной ошибки передачи в редукторе нужно располагать передаточное отношение отдельных ступеней механизма по возрастанию от двигателя до входного вала.

      Передаточное  отношение редуктора определяется по формуле:

Исходя  из вышеописанного, составим следующее распределение передаточных отношений по ступеням механизма: 

U = 200 = 2*4*5*5

U₁ = 2, U₂ = 4, U₃ = 5, U₄ = 5 

Кинетическая  схема зубчатого механизма редуктора  приведена на Рис.3.

Рис.3. Кинематическая схема 

2.2.2. Определение числа зубьев 

      Для уменьшения габаритных размеров проектируемого редуктора принято минимальное число зубьев шестерней. Зная передаточные отношения каждой ступени, рассчитаем число зубьев колес: 

z_ш1 = 17 z_к1 = z_ш1*U₁ = 17*2 = 34

z_ш2 = 17 z_к2 = z_ш2*U₂ = 17*2 = 68

z_ш3 = 17 z_к3 = z_ш3*U₃ = 17*2 = 85

z_ш4 = 15 z_к4 = z_ш4*U₄ = 15*2 = 75 

2.3. Выбор материалов зубчатых колес 

      Для снижения трения в зацеплении и увеличения срока эксплуатации проектируемого механизма, материалы шестерней  и колес редуктора были взяты  различные: 

Для шестерни: бронза ОФ6-5-0,15, имеющая характеристики:

      модуль Юнга: Е = 1,1*10⁷ Н/см²,

      допускаемое нормальное напряжение [δ] = 11000 Н/см²,

      допускаемое касательное напряжение [τ] = 15000 Н/см² 

Для колеса: СТ5 (цементация), имеющая характеристики:

      модуль  Юнга: Е = 2,15*10⁷ Н/см²,

      допускаемое нормальное напряжение [δ] = 11500 Н/см²,

      допускаемое касательное напряжение [τ] = 45000 Н/см² 

2.4. Расчет модуля 

     Проведем  расчет модуля для самой ступени  механизма редуктора – конической пары на выходе.

     Допускаемое значение модуля на выкрашивание для  конического типа передачи рассчитывается по формуле:

К_Е – коэффициент, учитывающий разнородность материалов колеса и шестерни, он рассчитывается по формуле:

ψ – относительная  толщина колеса, для конических колес  высчитывается по формуле:

где δ – половина угла конуса при вершине шестерни

      Вращающий момент допустимый на колесе вычисляется  по формуле:

где К_р – коэффициент режима работы равен 1, так как удары и вибрации отсутствуют, К_д – коэффициент динамичности, зависящий от погрешностей изготовления колеса, равен 1, К_кнц – коэффициент концентрации нагрузки равный 1,2, так как зубчатое колесо расположено симметрично относительно опор. 

      Допустимое  значение на выкршивание равно:

      Допустимое  значение модуля на изгиб для конического  типа передачи рассчитывается по формуле:

где y_э – коэффициент формы зуба (y_э = 0,13 для z = 50..100)

      Из  двух значений модуля выбираем максимальное m_c = 0,565 мм округляем до значения по ГОСТу m = 0,6 мм в большую сторону.

      Проведем  расчет модуля для третьей ступени  редуктора, самой нагруженной из ступеней с цилиндрической прямозубой передачей. Полученное значение модуля отнесем и к меньше нагруженным первой и второй ступеням редуктора.

      Допустимое  значение модуля на выкрашивание равно:

где предельный вращающий момент рассчитывается по формуле:

в которой  вращающий момент на колесе третьей  ступени редуктора М_крз можно вычислить по формуле:

Допустимое  значение модуля на изгиб вычисляется  по той же формуле, что и для  конической передачи, с учетом того, что относительная толщина колеса ψ = 8

Из двух значений модуля выбираем максимальное m = 0,486 мм и округляем до значения по ГОСТу m = 0,5 мм в большую сторону. 

2.5. Расчет размеров  зубчатых колес 

      Имея  значения модулей, произведем расчет размеров зубчатых колес. 

      Диаметр делительной окружности вычисляется  по формуле: d = mz 

      Диаметр выступов вычисляется по формуле: d_a = m(z + 2) 

      Диаметр впадин рассчитывается по формуле: D_d = m(z – 2,5) 

      Ширина  зуба вычисляется по формуле: b = mψ 

Проведем расчет для всех зубчатых колес: 

1 шестерня: d = 0,5*17 = 8,5 мм da = 0,5(17 + 2) = 9,5 мм dd = 0,5(17 – 2,5) = 7,25 мм b = 0,5*8 = 4 мм  2 шестерня: d = 0,5*17 = 8,5 мм da = 0,5(17 + 2) = 9,5 мм dd = 0,5(17 – 2,5) = 7,25 мм b = 0,5*8 = 4 мм  3 шестерня: d = 0,5*17 = 8,5 мм da = 0,5(17 + 2) = 9,5 мм dd = 0,5(17 – 2,5) = 7,25 мм b = 0,5*8 = 4 мм  4 шестерня: d = 0,6*15 = 8,5 мм da = 0,6(15 + 2) = 9,5 мм dd = 0,6(15 – 2,5) = 7,25 мм b = 0,6*3,54 = 2,13 мм

1 колесо: d = 0,5*34 = 17 мм da = 0,5(34 + 2) = 18 мм dd = 0,5(34 – 2,5) = 15,75 мм b = 0,5*8 = 4 мм  2 колесо: d = 0,5*68 = 34 мм da = 0,5(68 + 2) = 35 мм dd = 0,5(68 – 2,5) = 32,75 мм b = 0,5*8 = 4 мм  3 колесо: d = 0,5*85 = 17 мм da = 0,5(34 + 2) = 18 мм dd = 0,5(34 – 2,5) = 15,75 мм b = 0,5*8 = 4 мм  4 колесо: d = 0,6*75 = 45 мм da = 0,6(75 + 2) = 45,9 мм dd = 0,6(75 – 2,5) = 43,9 мм b = 0,6*3,54 = 2,13 мм