Проектирование электромеханического привода
Выбор двигателя по мощности. Расчет редуктора на прочность. Проверка выбора двигателя по пусковому и номинальному моменту. Определение уровня зубчатых передач. Проектирование корпуса электромеханического привода. Определение скорости вращения колёс.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.04.2014 |
| Размер файла | 294,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
1. Исходные данные
2. Назначение и принцип действия ЭМП следящей системы
3. Замечания
4. Проектировочные расчеты
4.1 Выбор двигателя по мощности
4.2 Выбор двигателя по пусковому моменту
4.3 Кинематический расчет
4.4 Силовой расчет
4.5 Проектный расчет зубчатых передач на прочность
4.6 Геометрический расчет
4.7 Расчет валов привода
4.8 Расчет подшипников привода
4.9 Расчет предохранительной муфты
4.10 Расчет штифтов
4.11 Проектирование корпуса ЭМП
4.12 Посадки
5. Проверочные расчеты
5.1 Проверка выбора двигателя по пусковому и номинальному моменту
5.2 Расчет на точность
5.3 Расчет редуктора на прочность
5.4 Проверочный расчет на быстродействие
Список использованной литературы
1. Исходные данные
Вариант 15. Дано:
Момент нагрузки ;
Максимальная угловая скорость вращения нагрузки
;
Максимальное угловое ускорение нагрузки
;
Момент инерции нагрузки ;
Температура окружающей среды ;
Относительная влажность до 98% при ;
Атмосферное давление 535…3040 ГПа;
Постоянный ток цепи питания двигателя;
Срок службы Т не менее 800 час;
Напряжение питания ;
Критерий расчёта: максимальное быстродействие;
Предельный угол поворота нагрузки ;
Рабочее положение выходного вала в пространстве - произвольное;
Входной и выходной валы должны быть параллельны.
2. Назначение и принцип действия
Электромеханический привод следящей системы представляет собой привод, то есть, обычно, двигатель и редуктор, позволяющий скорректировать характеристики двигателя под требуемые характеристики. Он имеет широкое распространение в качестве элементов исполнительных механизмов роботов и других следящих систем.
Специфика работы привода следящей системы заключается в постоянно изменяющемся сигнале, за которым следит система и, вследствие этого, постоянно подающемся сигнале на отработку приводом. Кроме того, обычно требуется высокая скорость и точность отработки сигнала.
Как подтверждение перечисленных свойств, можно отметить требование максимального быстродействия привода и произвольное положение выходного вала в пространстве, широкий температурный диапазон, диапазон давлений и влажности, в которых должен работать привод.
Двигатели постоянного тока имеют значительно большую зону линейности, чем двигатели переменного тока, что позволяет упростить процесс расчёта и проектирования системы автоматического регулирования, для которой проектируется привод, а также повысить его диапазон работы в линейном режиме (то есть режиме отработки ошибки - слежения за объектом).
Принцип действия предлагаемого привода основан на увеличении момента при прохождении через редуктор за счёт уменьшения скорости вращения. Предусмотрена защита привода от перегрузки на выходном валу редуктора в виде фрикционной предохранительной муфты. Кроме того, имеется ограничитель поворота выходного вала в заданных пределах, включающий в себя как формирование электрического сигнала при достижении выходным валом граничных углов поворота, так и последующее его механическое ограничение. В качестве сигнала обратной связи по выходному углу поворота привода предлагается сигнал с потенциометра, как сигнал грубого отсчёта.
3. Замечания
Значения выбираемых параметров выбираю из рекомендуемых диапазонов или дискретных значений.
4. Проектировочные расчёты
4.1 Выбор двигателя по мощности
Все формулы этого параграфа из [7] (смотри соответствующий расчёт), либо известны.
Требуемая (расчётная) мощность двигателя для ЭМП составит:
к.п.д. редуктора выберу равным 0,7 из диапазона 0,6…0,8 ;
- мощность, необходимая для обеспечения вращения заданной нагрузки с заданной угловой скоростью, приведённая ко входному валу редуктора, Вт;
- момент нагрузки, Н м.
С условием удовлетворения превышения мощностью двигателя расчётной мощности с учётом приведённого ниже расчёта по пусковому моменту, а также условий эксплуатации и способа крепления выберу двигатель ДПР-42-03-Ф1 (постоянного тока):
Номинальная мощность выбранного двигателя:
- номинальная частота вращения ротора двигателя, об/мин;
- номинальный момент двигателя, Н м.
Запас по мощности составит:
- запас выбранного двигателя по мощности.
4.2 Выбор двигателя по пусковому моменту
Все формулы этого параграфа из [7] (смотри соответствующий расчёт), либо известны.
Для обеспечения требуемой скорости вращения нагрузки необходимо обеспечить передаточное отношение редуктора близкое к этому:
- расчётное передаточное отношение редуктора;
- максимальная скорость вращения нагрузки, рад/с;
- номинальная частота вращения ротора двигателя, об/мин.
Приведённый статический момент нагрузки составит:
Выберу запас по статическому моменту М ст равным 1,2 из диапазона для экономии средств на самой дорогой частью электромеханического привода - двигателе;
- момент нагрузки на выходном валу редуктора, Н м.
Ускорение нагрузки, приведённое к ротору двигателя:
Приведённый динамический момент нагрузки:
где - момент инерции ротора двигателя, выбирается по паспортным данным
-коэффициент, учитывающий инерционность собственного зубчатого механизма, =0,4....1, назначу =0,7
Для режима частых пусков и реверсов, в которых работает привод следящей системы, сумма приведённых к валу двигателя статического и динамического моментов должна быть не больше номинального момента двигателя.
Запас по пусковому моменту составит:
Выбранный двигатель подходит для заданных характеристик разрабатываемого редуктора.
4.3 Кинематический расчёт
Все формулы этого параграфа из [7] (смотри соответствующий расчёт), либо известны.
Поскольку необходимо спроектировать электромеханический привод с максимальным быстродействием (т.е. минимум приведенного момента инерции) то оптимальное количество ступеней вычисляется по следующей формуле:
,
Где
Коэффициенты учитывают зависимость моментов инерции шестерни и колеса от их конструктивного оформления.
Выберу из диапазона (1,02...5), из диапазона (1...3)
Тогда и
Такое значение очень большое, усложняет проектирование привода.
С учетом упрощения проектирования, выберу число ступеней п=5
Разбиение по ступеням:
При этом разбиении учитываю, что для рационального уменьшении погрешности электромеханического привода необходимо, чтобы передаточное число тихоходной ступени имело наибольшее значение, а быстроходной - наименьшее.
Таким образом:
Определим число зубьев в колесах редуктора.
Число зубьев шестерни назначают в диапазоне 17..28, причем для малогабаритных передач назначают ближе к нижнему пределу, для высокоточных- ближе к верхнему.
Пусть в шестернях будут по 25 зубьев.
Общее передаточное отношение привода будет:
Погрешность, рассчитывается по формуле:
Таким образом, реальное передаточное отношение редуктора составит 481.1, что отличается лишь на 2,1% от требуемого передаточного отношения 471, что вполне удовлетворяет точности привода (в пределах 5%).
4.4 Силовой расчёт
Все формулы этого параграфа из [7] (смотри соответствующий расчёт), либо известны.
Задача расчета заключается в определении крутящих моментов (статического и суммарного), действующих на каждом валу. Привидение моментов ведется от выходных звеньев к двигателю последовательно от передачи к передаче.
Кпд опор выберу равным из диапазона для подшипников качения.
Кпд передач из диапазона .
Сравниваю полученное значение с пусковым моментом:
Значит выбранный электродвигатель ДПР 42-03-Ф1 удовлетворяет условию по пусковому моменту.
Провожу подобный расчёт, где на выходном валу учитываем наличие только статической нагрузки при этом должно выполняться неравенство:
Сравниваем полученное значение с номинальным моментом:
4,9 Нмм>=3,6 Нмм
Вывод: Так как сошлись расчёты по номинальному и пусковому моменту, то электродвигатель ДПР 42-03-Ф1 удовлетворяет условиям работы в данном ЭМ приводе.
4.5 Проектный расчёт зубчатых передач на прочность
Цель расчёта:
Определить модули зацепления и размеры передач, обеспечивающие их работоспособность в течение заданного срока службы.
Теперь покажу, что основным расчётом на прочность будет расчёт зубьев зубчатых колёс на изгиб.
Самая большая скорость будет на шестерне двигателя:
Величина скорости скорректирована с учётом полученной в результате геометрического расчёта, величины диаметра шестерни двигателя.
Максимальная скорость в редукторе меньше 3 м/с. Это маленькая скорость, в этом случае используют передачи без смазки или при ограниченной смазке, которая наносится при сборке, контроле, или профилактическом осмотре. Основной причиной выхода из строя открытых передач является поломка зуба в результате усталости материала., подвергающегося многократно повторным нагрузкам. Для предотвращения поломок зубья рассчитывают на изгибную прочность.
Т.к. максимальная скорость вращения , материалом колёс выберу сталь 35, шестерен сталь 45. Для обеспечения прирабатываемости назначу термообработку:
Для шестерни -нормализация: твёрдость 220 НВ;
Для колеса - нормализация: твёрдость 200 НВ;
Твердость материала шестерни на 20 единиц больше твердости материала колеса.
Определим предельные напряжения на изгиб для шестерни и колеса.
Значения контактной выносливости зубьев в зависимости от термообработки используемых материалов:
Число колес, находящихся одновременно в зацеплении с рассчитываемым
Срок службы передачи:
Коэффициент, учитывающий окружную скорость колес, при
Коэффициент, учитывающий шероховатость сопряжённых поверхностей, при
Коэффициент безопасности, в диапазоне 1,1....1,2 назначу
Коэффициент, учитывающий цикл нагружения колеса, для реверсивных передач:
Коэффициент запаса, принимаю для обычных условий работы.
Колесо 10:
Частота вращения зубчатого колеса
;
Число циклов перемен напряжений:
Коэффициент долговечности, учитывающий возможность повышения допускаемых напряжений для кратковременно работающих передач:
где - показатель для стальных колес;
базовое число циклов перемены напряжений для нормализованных стальных колес.
Коэффициент долговечности
где - показатель для материалов колес с
Колесо 6
Колесо 4:
Колесо 2:
Шестерня 9:
Шестерня 7:
Шестерня 5:
Шестерня 3:
Шестерня 1:
Расчёт соотношения для определение модулей зацеплений (в мм):
(Расчёт зубьев на изгиб)
Km = 1,4 для цилиндрических прямозубых колёс;
K = 1,3 из диапазона - коэффициент расчётной нагрузки;
-коэффициент ширины зубчатого венца;
было выбрано 9для колеса из диапазона .
-допускаемое напряжение при расчёте зубьев на изгиб.
Расчёт ведётся по наиболее нагруженному зубчатому колесу (определяется из соотношения - где оно больше - то колесо или шестерня и наиболее нагружено);
YF - коэффициент формы зуба.
Для зацепления z1-z2
Выбираем из таблиц значение , с учётом количества зубьев (эти данные взяты из конструктивных соображений).
Значит расчёт ведём по колесу:
Округляю до большего из стандартного ряда модулей:
При выборе модуля учтено, что диаметр вала двигателя 4 мм., значит модуль следует брать Стенка шестерни в этом случае будет допустимо большая.
Для зацепления z3-z4
Выбираем из таблиц значение , с учётом количества зубьев (эти данные взяты из конструктивных соображений).
Значит расчёт ведём по колесу:
Округляю до большего из стандартного ряда модулей:
При выборе модуля учтено, что расстояние между 2-им и 3-им валами должно больше чем радиус 2-ого колесам., значит модуль следует брать (1-ый вал - это вал двигателя)
Для зацепления z5-z6:
Выбираем из таблиц значение , с учётом количества зубьев (эти данные взяты из конструктивных соображений).
Значит расчёт ведём по колесу:
Округляю до большего из стандартного ряда модулей: m=0,4;
Для зацепления z7-z8
Выбираем из таблиц значение , с учётом количества зубьев (эти данные взяты из конструктивных соображений).
Значит расчёт ведём по шестерни:
Округляю до большего из стандартного ряда модулей: m=0,5;
Для зацепления z9-z10
Выбираем из таблиц значение , с учётом количества зубьев (эти данные взяты из конструктивных соображений).
Значит расчёт ведём по шестерни:
Округляю до большего из стандартного ряда модулей: m=0,63;
4.6 Геометрический расчёт
электромеханический привод редуктор двигатель
Задача расчета заключается в определении основных размеров передачи и ее элементов.
Все формулы этого параграфа из [7] (смотри соответствующий расчёт), либо известны.
Замечание.
По данным ТЗ необходимо обеспечить угол поворота выходного вала равным 700 град., поэтому для установки потенциометра микропереключателей и механических упоров в конструкцию привода введена дополнительная ступень с передаточным отношением , которая реализует угол поворота последнего вала редуктора 261,2 град. Модуль зацепления дополнительной ступени выбран равным . При выборе модуля учтено, что расстояние между 7-им (дополнительным) и 6-им(выходным) валами должно больше чем радиус 10-ого колесам. Далее это будет объяснено конструктивными соображениями.
Диаметр делительной окружности колеса для прямозубых цилиндрических колёс вычисляется по формуле:
Где m - модуль зубчатого колеса., z - количество зубьев;
Таким образом:
Диаметры окружностей вершин зубьев рассчитываются по формуле:
Таким образом:
Диаметр окружностей впадин для прямозубых цилиндрических колёс рассчитывается по формуле:
Где -
Таким образом:
Ширина прямозубого зубчатого цилиндрического колеса рассчитывается по формуле:
Для шестерни:
Таким образом:
Зная диаметры всех зубчатых колёс, рассчитаю межосевые расстояния по формуле:
Таким образом:
4.7 Расчёт валов привода
Основными нагрузками на валы являются силы от передач. Силы от передач передаются через насаженные на них детали - зубчатые колёса. При расчёте принимаем, что насаженные на вал колёса передают силы и моменты валу на середине своей ширины.
Под действием постоянных по величине и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения.
Вал VI
Из исходных данных нам известно, что значение крутящего момента на этом валу:
По рис. 1:
Из системы уравнений:
Где
Нахожу, что
Величина крутящего момента известна, он приложен между нагрузкой и зубчатым колесом.
Определяем опасное сечение. Это сечение, в котором приложены силы P и R;
Момент в этом сечении:
Определяем диаметр вала, используя формулу:
Где, -допустимое напряжение для материала вала (сталь 45);
Где n-коэффициент запаса;
Таким образом:
Из стандартного ряда для диаметров валов выбираю диаметр вала =6 мм;
ВалV
Из силового расчёта нам известно, что значение крутящего момента на этом валу:
Из системы уравнений:
Где
Находим, что
Расчет диаметра вала ведём для наиболее опасного сечения:
Учитывая эпюры от составляющих , ,получаю, что в данном случае это будет опасное сечение, в котором
Значение изгибающего момента в этом сечении:
Таким образом диаметр вала считаю по формуле:
Из стандартного ряда для диаметров валов выбираю диаметр вала =4 мм;
Вал IV
Из силового расчёта нам известно, что значение крутящего момента на этом валу:
Из системы уравнений:
Где
Находим, что
Строю эпюры, смори рисунок 3.
Расчет диаметра вала ведём для наиболее опасного сечения:
Учитывая эпюры от составляющих , ,получаю, что в данном случае это будет опасное сечение, в котором ;
Значение изгибающего момента в этом сечении:
Таким образом диаметр вала считаю по формуле:
Из стандартного ряда для диаметров валов выбираю диаметр вала =3 мм;
Для валов III,II проводить расчёт не буду, так как диаметр его вала заведомо будет меньше чем 3 мм., следовательно, принимаю
По техническому паспорту
4.8 Расчёт подшипников привода
Расчёт и подбор радиальных шарикоподшипников провожу по наиболее нагруженным опорам с использованием известных формул (смотри [14])
Так как частота вращения всех валов больше, чем , значит, расчёт провожу по динамической грузоподъёмности.
P-Эквивалентная динамическая нагрузка;
X-коэффициент радиальной нагрузки;
Y-коэффициент осевой нагрузки;
V-коэффициент вращения;
-коэффициент безопасности., учитывающий влияние динамичности нагружения в условиях эксплуатации;.
- температурный коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы на долговечность подшипника.
(С)р - расчётная динамическая нагрузка подшипника, Н;
- частота вращения i-го вала, об/мин;
Lh - требуемая долговечность.
В данном приводе выбираю Lh равной ресурсу работы двигателя;
Lh = 2500 ч;
Для прямозубых цилиндрических колёс Fa = 0, соответственно, X = 1, Y = 0;
V = 1 - так как у всех подшипников в этой конструкции вращается внутреннее кольцо;
Температурный коэффициент запаса выберу равным КТ = 1,05 (рабочая температура подшипника 125°);
=1,05; Выбрал равным для нагрузки типа: умеренные толчки, кратковременные перегрузки до 150% от расчётной нагрузки;
Fr - радиальная нагрузка на опоры вала, Н;
Вал VI:
Выбираю в соответствии с учётом максимальной грузоподъёмности подшипники:
Для опоры 1:
Подшипник из сверхлёгкой серии 1000096;
Для опоры 2:
Подшипник из сверхлёгкой серии 1000096;
Поскольку для подшипников сверхлегкой серии запас по динамической нагрузке получился больше 100 единиц для самого нагруженного вала, то выполнять расчет для остальных валов нецелесообразно, так как динамическая нагрузка на подшипники этих валов будет заведомо меньше. Поэтому подшипники выбраны в соответствие с диаметрами валов из сверхлегкой серии:
Вал V - подшипник 1000094
Вал IV - подшипник 1000093
Вал III - подшипник 1000093
Вал II - подшипник 1000093
Замечание:
Так как дополнительная ступень (11 - 12) практически не несет нагрузки (вращение только движка потенциометра), расчет диаметра вала и подшипника опущены и для них выбраны следующие значения:
в свободной голове вала с подшипником сверхлегкой серии 1000093
и в голове вала, к которой закрепить дополнительное колесо, с подшипником сверхлегкой серии 1000094
...Подобные документы
Выбор электродвигателя и кинематический расчёт. Данные для проектирования электромеханического привода. Расчет зубчатых колес и валов редуктора. Определение конструктивных размеров шестерни и колеса, корпуса редуктора. Выбор сорта масла для редуктора.
курсовая работа [561,0 K], добавлен 22.07.2011Срок службы приводного устройства. Определение мощности и частоты вращения двигателя; силовых и кинематических параметров привода, его передаточного числа и ступеней. Расчет закрытой червячной и открытой поликлиновой ременной передач. Выбор подшипников.
курсовая работа [100,1 K], добавлен 15.01.2015Проект узла электромеханического привода редуктора. Разработка эскизного проекта с целью минимизации габаритов редуктора в результате рационального выбора материалов зубчатых колёс и других деталей. Оценка параметров основных составляющих привода.
курсовая работа [183,3 K], добавлен 14.03.2011Срок службы машинного агрегата. Выбор двигателя: определение мощности и частоты вращения двигателя, передаточного числа привода и его ступеней, силовых и кинематических параметров привода. Расчет зубчатых передач редуктора. Нагрузки валов редуктора.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 31.05.2010Проектирование привода электрической лебедки. Кинематический расчет и выбор требуемого электродвигателя, проектный расчет червячной передачи редуктора. Выбор муфт, определение размеров основных элементов сварной рамы электромеханического привода.
курсовая работа [365,0 K], добавлен 04.05.2014Кинематический и силовой расчёт привода барабана лебедки. Выбор электродвигателя. Передаточные отношения привода и отдельных передач. Частоты вращения, угловые скорости и мощности. Расчет зубчатых колес редуктора. Конструктивные размеры корпуса редуктора.
курсовая работа [332,0 K], добавлен 18.02.2012Анализ параметров электромеханического привода. Разработка эскизного проекта оптимизации конструкции привода путем минимизации габаритов редуктора. Рациональный выбор материалов зубчатых колёс и других деталей, обоснование механической обработки.
курсовая работа [755,9 K], добавлен 24.01.2016Выбор электродвигателя и кинематический расчет. Определение допускаемых контактных напряжений. Проектный расчет зубьев на прочность. Предварительный расчет валов редуктора. Определение конструктивных размеров шестерни, колеса и корпуса редуктора.
курсовая работа [291,4 K], добавлен 24.07.2011Выбор электродвигателя и кинематический расчёт. Расчёт зубчатых колёс редуктора. Предварительный расчёт валов редуктора. Определение конструктивных размеров шестерни и колеса, корпуса редуктора. Уточнённый расчёт валов. Выбор сорта масла для редуктора.
курсовая работа [249,4 K], добавлен 24.07.2011Определение номинальной мощности и номинальной частоты вращения двигателя. Определение передаточного числа привода и его ступеней, силовых и кинематических параметров привода. Выбор материала зубчатых передач. Определение допускаемых напряжений.
курсовая работа [285,3 K], добавлен 24.02.2015Определение мощности и частоты вращения двигателя, передаточного числа привода. Силовые и кинематические параметры привода, расчет клиноременной и закрытой косозубой цилиндрической передач. Расчет валов и подшипников, конструирование корпуса редуктора.
курсовая работа [209,0 K], добавлен 17.12.2013Выбор двигателя и кинематический расчет привода. Расчет зубчатых колес редуктора, его компоновка. Проверка долговечности подшипников. Конструирование зубчатых колес. Посадки подшипников. Конструктивные размеры корпуса редуктора. Подбор и расчёт муфты.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.06.2015Применение редукторов в приводах. Выбор типа конструкции редуктора. Проектирование редуктора с цилиндрическими прямозубыми колесами эвольвентного зацепления для следящего электромеханического привода. Цилиндрические опоры, валы и зубчатые передачи.
контрольная работа [35,8 K], добавлен 27.08.2012Срок службы приводного устройства. Выбор двигателя и материалов зубчатых передач, кинематический расчет привода. Расчет закрытой цилиндрической передачи. Нагрузки валов редуктора. Схема валов редуктора и проверка подшипников. Подбор и проверка муфт.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.11.2014Определение срока службы привода. Вычисление мощности и частоты вращения двигателя. Выбор материалов зубчатых передач, проверка допускаемых напряжений. Расчет геометрических параметров закрытой цилиндрической зубчатой передачи, валов и подшипников.
курсовая работа [104,7 K], добавлен 18.11.2012Кинематическая схема и расчет двухступенчатого привода. Выбор двигателя, материала червячной и зубчатых передач. Вычисление параметров валов и подшипников качения, подбор призматических шпонок. Конструирование корпуса редуктора, его узлов и деталей.
курсовая работа [1007,3 K], добавлен 13.03.2013Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя. Определение параметров приводного вала. Расчет цилиндрических зубчатых передач на прочность. Выбор материала и вида термообработки зубчатых колес. Расчет валов; выбор подшипников, шпонок, муфты.
курсовая работа [177,3 K], добавлен 13.02.2016Кинематический расчет привода, определение мощности и частоты вращения двигателя, передаточного числа привода и его ступеней, силовых параметров. Выбор материала, расчет зубчатой конической передачи, открытой клиноременной передачи, компоновка редуктора.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 27.06.2010Проектирование электромеханического привода передвижения тележки для подачи в ремонт и выкатки из ремонта дизелей локомотива. Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя. Расчет тихоходной ступени редуктора. Выбор подшипников качения и шпонок.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 16.11.2011Выбор двигателя привода редуктора, определение номинальной мощности двигателя, передаточных чисел, силовых и кинематических параметров привода. Проектный расчет закрытой зубчатой передачи. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на тихоходном валу.
курсовая работа [182,1 K], добавлен 22.04.2019
