Кинематический расчёт

Изм

200102.090802.ПЗ

Содержание

        Введение …......………………………………………………………. 4                                                                                                               

     1. Кинематический расчёт проекта …………………………………… 5

     2. Проектный расчёт передач редуктора ……………………………. 10

    3. Проверочный расчёт передач ……………………………………... 25

    4. Расчёт валов привода ………………………………………………. 33

   5. Подбор подшипников для валов привода ………………………... 39

     6. Расчёт шпоночных соединений привода ………………………….. 41

     7. Выбор соединительных муфт ……………………………………… 42

     8. Смазка редуктора и углов привода ……………………………….. 44

     9. Техника безопасности и экологичность проекта ……………….… 45

         Заключение …………………………………………………………...

        Список использованных источников ……………………………… 47

        Приложения ………………………………………………………….                                                                                                       

Введение

     Любая машина состоит из деталей, которые могут быть как простыми (гайка, шпонка), та и сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка). Детали собираются в узлы (подшипники качения, муфты и т.д.) – законченные сборочные единицы, состоящие из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение. Детали машин являются одним из расчётно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов. Именно по этой дисциплине выполняют курсовой проект, требующий от студента знания не отдельной дисциплины, а ряда дисциплин в комплексе. Выполняя этот проект, студент использует материал, изученный в таких дисциплинах как сопромат, материаловедение, теоретическая механика и т.д. Курсовой по деталям машин является по своей сути творческой работой студента.

     Основная цель курсового проекта по деталям машин – приобретение студентом навыков проектирования. Работая над проектом, студент выполняет расчёты, учится рациональному выбору материалов и форм деталей, стремиться обеспечить их высокую экономичность, надёжность и долговечность. Приобретённый студентом опыт является основой для выполнения им курсовых проектов по специальным дисциплинам и для дипломного проектирования, а так же всей дальнейшей конструкторской работы.

1. Энерго-кинематический расчет привода

    Масса каретки mk=50кг,

    Скорость движения каретки V=0,12м/с,

    Срок службы редуктора t=8000ч.

Определяем мощность потребляемую приводом тележки:

                                                          Pп=FcV,                                                    (1.1)

где Fc=mgf=50∙9,8∙0,1=49H;                                                                                                            

      f – коэффициент трения скольжения;

Pп =49∙0,12=5,88Вт.

Частота вращения ведущих колёс:

nк=60V/πdк,                                                (1.2)

где dк=0,04 диаметр колеса каретки.

nк=60∙0,12/3,14∙0,04=57,3мин-1.

ɳ=ɳ3п.к.ɳц.ɳцеп.ɳр.,                                          (1.3)         

где ɳп.к.=0,99 – КПД пар подшипников;

ɳц.=0,97 – КПД зубчатой цилиндрической передачи;

ɳцеп.=0,96 – КПД цепной передачи;

ɳр.=0,95 – КПД ременной передачи.

ɳ=0,993∙0,97∙0,96∙0,95=0,8584,

Ориентировочное передаточное число:

u0=uр.п.uц.uцеп.,                                              (1.4)

где uр.п.=3 – передаточное число ременной передачи;

uц.=3,5 – передаточное число цилиндрической передачи;

uцеп.=3 – передаточное число цепной передачи;

u0=3,5∙3∙3=31,5.

Необходимая частота вращения электродвигателя:

nн.=nкu0=57,3∙31,5=1804,95мин-1.

Необходимая мощность электродвигателя:

Pн=Pп/ɳ,Вт                                                (1.5)

Рн=5,88/0,8584=6,85Вт.

По необходимой мощности выбираем двигатель:

УАД-54

Рдв.=9Вт,

nдв.=1280мин-1.

Определяем общее передаточное число редуктора:

u= nдв./nк.=1280/57,3=22,34.

Разбиваем передаточное отношение по ступеням:

где uр.п.=2,526 – передаточное число ременной передачи;

uц.=3,5 – передаточное число цилиндрической передачи;

uцеп.=2,526 – передаточное число цепной передачи.

Определим нагрузочные характеристики каждого вала:

1вал:

Р1=Рн.ɳр.п.ɳп.к.=6,85∙0,95∙0,99=6,442Вт.

n1=nдв./uр.п.=1280/2

2. Выбор типа стабилизатора и расчёт элементов

регулирования выходного напряжения.

      В качестве стабилизатора постоянного напряжения выбираем стабилизатор К142ЕН3 с параметрами Iст мах = 1А, Uвых = 3-30В

(Uн max/(R1+ R2)) = Uот = 4B

R1 = Uн max*R2/4-R2 = 3,2кОм,

где R2 = 1,6кОм   

P1 = R1*I12 = 0,02Bт,

где I1 = Uот/R2 = 0,0025A

     В качестве исходных параметров при выборе регулирующего транзистора следует принять величины максимального значения напряжения Uкэ max между коллектором и эмиттером транзистора и тока коллектора Iк в его коллекторе.

Uкэ max ≤ U0-Uн min,        

где U0 = Uн max+Uкэ = Uн max+2 = 14В,

где Uкэ = 2В ‒ минимальное значение потери напряжения на регулирующем транзисторе

Uкэ max = 14-6 = 8B

Ток коллектора:

Iк = Iн max-Iст max ≈ Iн max = 2,29A       

     Исходя из большого значения тока нагрузки выбираем транзистор средней мощности 2N6497 с параметрами IК = 2,5A, Uкэ = 10В.

3. Расчёт выпрямителя и  элементов фильтра.

     Для выходных параметров выпрямительной обмотки и её типовой мощности в нашем случае справедливы следующие соотношения:

- выходное напряжение

    U3 = 1,11*B*U0 = 1,11*1,05*U0 = 1,17*U0 = 1,17*14 = 16,38В

    - выходной ток

    I3 = D*I0 max = 0,96*2,29 = 2,1984А,

    где I0 max = Iн max = 2,29А

    - типовая мощность

    S3 = 1,11*B*D*P0 = 1,12P0 = 1,12*U0*I0 max = 1,12*14*2,29 = 35,9072BA,

где P0 = U0*I0 max = U0*Iн max

           Максимальное значение обратного напряжения на вентилях, а так же среднее значение прямого тока определяются по известным формулам для мостовой схемы выпрямителя, а именно:

    Uобр.max = *U3 = 1,41*16,38 = 23,165B

    Iпр.ср = I0 max/2 = 2,29/2 = 1,145А

     Полученные цифровые значения токов и напряжений являются исходными при   выборе выпрямительных диодов и расчёта трансформатора.

         Выбираем диод 2Д235Б с параметрами Uобр max = 30В,

Iпр.ср = 3А

         В каждое плечо моста ставим по одному диоду.

     Расчёт параметров индуктивно-емкостного фильтра.

      Основываясь на том, что коэффициент фильтрации двухзвенного фильтра определяется произведением обоих параметров Lф и Cф, одним из них приходится задаваться. Для наиболее рационального выбора фильтра можно сравнивать электрические энергии, запасаемые в обоих элементах.

ⱳосн*Lф ≥ 5*R0max

Lф ≥ 5*R0max/ⱳосн,

где ⱳосн = 2*ⱳ = 628 1/с

106/ⱳосн*Сф ≤ 0,2*R0min

Cф ≥ 106/0,2*R0min*ⱳосн,

где R0max = U0/Iн min = 14/1,54 = 9,09Ом,

R0min = U0/Iн max = 14/2,29 = 6,114Ом

Lф = 5*9,09/628 = 0,072Гн

Cф = 106/0,2*6,114*628 = 1302,22 мкФ

    WL  = 0,5*Lф*I20 max = 0,5*0,072*2,292 = 0,189Дж

   Wc = 0,5*Cф *U20 = 0,5*0,00130222*142 = 0,128Дж

     На основе полученных данных в качестве первого выбираем тот элемент, у которого запасаемая энергия, а следовательно, и габариты окажутся меньшими, т.е. Wc.

Lф = 2,54*(Кф+1)/Cф,

где Кф = 0,67/Кпо = 0,67/0,044 = 15,23

Lф = 2,54*(15,23+1)/1302,22 = 0,032Гн

     Выбираем конденсатор ёмкостью C = 680+330*2±20% мкФ и дроссель Д61 индуктивностью 0,02Гн, с током подмагничивания 3А, сопротивлением 0,72 Ом.

4. Расчёт трансформатора

     Расчёт трансформатора начинается с определения типовой мощности, которая складывается из полных мощностей обоих вторичных обмоток:

    Sтип = S2+S3 = S

    S2 = U2*I2

    P2 = U2*I2*cosφ2

    I2 = P2/U2*cosφ2 = 112/110*0,61 = 1,67A

    S2 = 1,67*110 = 183,7BA

    S3 = I3*U3 = 16,38*2,1984 = 36,01ВА

   Sтип = 36,01+183,7 = 219,71BA

        По таблице 4 для данного значения выбираем:

   - плотность тока в обмотке

δ = δmax-((δmax - δmin)/(Smax-Smin))*(Sтип - Smin) = 2-(2-1,7)/(300-150)*(219,71--150) = 1,861А/мм2

  - коэффициент заполнения окна

Ко = Ко min+(Ко max-Ко min)/(Smax-Smin)*(Sтип-Smin) = 0,27+(0,3-0,27)/(150* *69,71) = 0,284

  -коэффициент заполнения стали

   Кст = 0,94

   - максимальная индукция

   Bmax табл = 1,35Тл

   -потеря напряжения в первичной обмотке:

ΔU1 = ΔU1max-(ΔU1max-ΔU1min)/(Smax-Smin)*(Sтип-Smin) = 4,5-(4,5-3)/(300-     -150)*69,71= 3,8029B 

    - потеря напряжения во вторичной обмотке

        ΔU2 = ΔU2max-(ΔU2max-ΔU2min)/(Smax-Smin)*(Sтип-Smin) = 8-(8-6)/(300-           -150)*69,71 = 7,0705B 

         Максимальная индукция расчетная

    Bmax = (U1 ном/U1 max)*Bmax табл = 1,227Тл,

    где U1 max = (U1 ном*10/100)+U1 ном = 418В

         Конечным критерием выбора магнитопровода является численное значение произведения площади сечения стали магнитопровода на сечение окна, выраженное в см4

Sст*Sок = Sтип*102/2,22*f*Bmax*Kст*Kок*δ = 219,71*102/2,22*50*1,227*0,94*    *0,284*1,861= 324,71см2

          На основании полученного значения Sст*Sок по таблице 5 выбирается броневой пластинчатый магнитопровод марки Ш32х40 с параметрами:

       a = 32мм                   Mст = 2,53кг                C = 128мм

      Sст = 12,8см         с = 32мм                                                 H = 112мм 

      h = 80мм                    Sст Sок = 328см                                    b = 40мм

     Выбранный ранее режим работы магнитопровода и его масса позволяют опре- делить активную и реактивную составляющие тока холостого хода

    I0А = pст*Мст/Umax1 = 2,65*2,53/418 = 0,016А,

    где pст – удельное значение активных потерь на нагрев магнитопровода (рис.4)

    pст = 2,65Вт/кг

    I0p = qст*Мст/Umax1 = 27,5*2,53/418 = 0,1665А,

    где qст – удельное значение мощности (рис.5)

    qст = 27,5 ВА/кг

    Ток холостого хода

    I0 === 0,1673А

        А его относительное значение как

    I0% = (I0/I1)*100% = (0,1673/0,5782)*100% = 28,935%,

    где I1 = S/Uном = 219,71/380 = 0,5782А

         Полученное относительное значение тока холостого хода согласуется.

         После окончательного выбора типоразмера магнитопровода можно продол жить расчёт трансформатора. Для этого прежде всего необходимо определить число витков каждой из обмоток.              

    W1 = [U1ном (1-∆U1%10-2)104]/4,44f Bmax Sст.акт = [380*(1-3,8029*10-2)104]/    /4,44*50*1,227*12,032 = 1115

    W2 = [U2ном (1+∆U2%10-2)104]/4,44f Bmax Sст.акт = [110*(1+7,0705*10-2)104]/   /4,44*50*1,227*12,032 = 359

    W3 = [U2ном (1+∆U2%10-2)104]/4,44f Bmax Sст.акт = [16,38*(1+7,0705*10-2)104]/   /4,44*50*1,227*12,032 = 54

         Ориентировочные значения сечений проводов определяются по формуле:

    S1 = I1/δ = 0,5782/1,861 = 0,311мм2

    S2 = I2/δ = 1,67/1,861 = 0,897мм2

    S3 = I3/δ = 2,1984/1,861 = 1,181м2

         По справочнику (табл.6) для первой обмотки подбираем провода сечением S1= = 0,3217мм2 с наибольшим наружным диаметром dиз1 = 0,72мм; для второй обмотки − S2 = 0,9161мм2 с наибольшим наружным диаметром dиз2 = 1,19мм; для третьей обмотки − S3 = 1,131мм2 с наибольшим наружным диаметром dиз3 =        = 1,31мм.,