Механизм возвратно-поступательного перемещения горизонтального стола

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Конструирование и производство приборов.

Приборостроительный факультет

Группа11309117

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине: «Детали приборов»

по теме: «Механизм возвратно-поступательного перемещения горизонтального стола»

Разработал Севастьянович А.А.

Руководитель Щетникович К.Г.

2019



Содержание

Введение

1. Назначение и область применения изделия

2. Техническая характеристика

3. Обзор и анализ существующих конструкций

4. Описание конструкции изделия и принципа его работы

5. Расчёты подтверждающие работоспособность конструкции

5.1 Энергокинетический расчёт привода

5.1.1 Выбор электродвигателя

5.1.2 Определение передаточных отношений и передач входящих в привод частот вращения угловых скоростей

5.1.3 Определение мощностей и вращающих моментов на валах

5.2 Проектирование зубчатой передачи

5.3 Проектирование валов осей

5.3.1 Расчёт на статическую прочность

5.3.2 Расчёт на усталостную прочность

5.3.3 Расчёт валов на жёсткость

5.4 Подбор и расчёт подшипников качения

5.5 Расчёт соединений

5.5.1 Расчёт шпоночного соединения

5.5.2 Расчёт муфты

Заключение

Список используемой литературы



Введение

В данной пояснительной записке к курсовому проекту на тему “Привод стола контрольно-измерительного прибора приведен расчет такого устройства. Также здесь приведены расчёты основных узлов и конструкций.

Основной целью данного курсового проекта является ознакомление с основными приемами проектирования программных механизмов, а также, в частности, с конструктивными особенностями, принципом работы и т.д.

В пояснительной записке изложены силовой и кинематический расчеты механизма, а также подробный расчет всех составных узлов данного механизма, таких как редуктор, направляющая и т.д.

Все эти расчеты позволяют сказать, что полученный механизм будет работоспособным в течении длительного времени, обладая при этом высоким запасом прочности.

Приводы столов получили широкое распространение в таких областях, как машиностроение, металлообработка, станкостроении и др.

1. Назначение и область применения изделия

В данном курсовом проекте спроектирован приборный стол, соответствующий условиям технического задания. Приборный стол - это механизм, который состоит из двигателя и редуктора. Редуктор предназначен для вращения стола. Благодаря редуктору происходит понижение угловой скорости и частоты вращения валов, а также повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Приборный стол состоит из корпуса, в котором размещают элементы управления - зубчатые колеса (цилиндрические и конические), валы, подшипники (шариковые радиально-упорные), а также устройства для смазывания. Корпус получают точением, фрезерованием на станках отдельных заготовок и свариванием.

В конструкции многих узлов и деталей редуктора учитывается особенность единичного производства. Конструкция приборный стол отвечает всем требованиям техническим и сборочным.



2. Техническая характеристика

Рис. 1

Задание 1

1 - электродвигатель

2 - муфта

3 - редуктор цилиндрический

4 - гайка

5 - винт

6 - стол

7 - направляющая

№ варианта	Тяговая сила F, Н	V, мм/с	a Ч b, мм	L, мм	Тип направляющих	Тип производства
13	800	20	200Ч250	120	К	С



3. Обзор и анализ существующих конструкций

Стол приборный с электроприводом BL-16

Приборный стол модели BL-16, оснащенный электроприводом, предназначен для оптимального размещения на столешнице различных приборов под конкретные условия работы. Изделие приспособлено для эксплуатации в помещениях закрытого типа. Как правило, его используют в различных лабораториях, ремонтных мастерских, диагностических кабинетах.

Преимущества стола BL-16:

- Стол отличается хорошей мобильностью, имея возможность перемещаться в любом направлении.

- Устройство надежно стабилизируется в нужном положении с помощью специального фиксатора.

- Благодаря наличию подъемного электрического механизма, столешницу можно легко перемещать по вертикали вверх-вниз.

- Управление перемещениями стола осуществляется с помощью удобно расположенной кнопочной панели.

Технические характеристики стола BL-16:

- Напряжение питания сети переменного тока частотой (50 ± 0,5) Гц, В-220 - Напряжение питания сети переменного тока частотой (60±0,5) Гц, В-110

- Потребляемая мощность не более 90 Вт

- Максимальная нагрузка не более 55 кг

- Высота подъема столешницы от уровня 630 мм до уровня 820 мм

- Размер столешницы 500Ч500 мм

- Вес НЕТТО не более 21 кг

- Вес БРУТТО не более 22 кг



Рисунок 3.1 Внешний вид Приборного стола BL-16

Стол офтальмологический с электроприводом

Предназначен для адаптации приборов, установленных на крышке стола, к конкретным условиям работы. Платформа для подъема обеспечивает удобные манипуляции, стабильный подъем с широким диапазоном (63-83 см).

Стол может использоваться в диагностических кабинетах врача-офтальмолога, а также в мастерских по ремонту аппаратуры. Условия эксплуатации: при температуре от 10 до 35 С в закрытых помещениях.

Технические параметры:

- Напряжение питания сети переменного тока 110-230 Вольт, 50-60 Гц;

- Максимальная нагрузка, кг - не более 75;

- Высота подъема столешницы (расстояние от пола), см - от уровня 63, до уровня 83;

- Размер столешницы, см - 90Ч48;

- Вес НЕТТО, кг - не более 45;

- Вес БРУТТО, кг - не более 48.



Рисунок 3.2 Внешний вид стола офтальмологического

Стол с электроприводом СП-01-03

Специализированный стол СП-01-03 с электроприводом служит для оптимального размещения медицинских приборов.

Преимущества стола СП-01-03:

- Стол удобен и безопасен в эксплуатации благодаря эргономичной конструкции

- Надежная электромеханика гарантирует плавность хода колесного приспособления

- Можно изменять высоту стола, для чего достаточно одного нажатия кнопки

- Столешница отличается оптимальным дизайном

- Для дополнительной безопасности колеса оборудованы тормозом

Технические характеристики стола СП-01-03:

- Напряжение сети 220В+-10% 50Гц

- Мощность не более 600ВА

- Максимальная нагрузка 75 кг

- Минимальная высота 685 мм

- Диапазон изменения высоты 250 мм

- Скорость 9 - 16мм/сек

- Габаритные размеры 500х100х25 мм

Рисунок 3.3 Внешний вид стола СП-01-03



4. Описание конструкции изделия и принципа его работы

Привод стола - механизм, состоящий из двигателя, редуктора, направляющих, опорной плиты, установочной плиты, выполненной в виде отдельного органа.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатой передачи, выполненной в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Привод стола состоит из корпуса, в котором размещают элементы передачи- зубчатое колесо, валы, подшипники, и другие элементы, а также двигателя присоединенного к ведущему валу посредством втулочной муфты.

Редуктор проектируют для привода определенной машины по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного задания.

Корпус выполняют точением и фрезерованием на станках. Валы монтируются на подшипниках качения. Выбор одноступенчатого вертикального редуктора с цилиндрическими колесами обусловлен общей компоновкой привода стола.

Спроектированный в курсовом проекте приборный стол соответствует условиям технического назначения задания.

Данный редуктор применяется в приводах машин, которые работают в постоянном режиме: нормальном.

Конструкция стола отвечает всем требования техническим и сборочным.



5. Расчёты подтверждающие работоспособность конструкции

5.1 Энергокинетический расчёт привода

5.1.1 Выбор электродвигателя

Определяем коэффициент полезного действия привода:

Кпд зубчатой пары ззп=0,94;

Пары подшипников качения зпк=0,99;

Кпд передачи винт-гайка звг=0,35;

Кпд сил трения стола зст=0.9.

Определяем требуемую мощность электродвигателя по формуле:

где v - скорость перемещения стола прибора, F_т - тяговая сила стола, - коэффициент полезного действия привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в кинематическую схему.

Определяем требуемую мощность двигателя с учётом необходимости преодоления динамических нагрузок в момент разгона:

По таблице выбран двигатель 4АА50В4У3 с номинальной мощностью Р_ном=90 Вт., частотой вращения n_дв=1500 об/мин, n_н=1380 об/мин

Определяем частоту вращения винта в передаче винт-гайка:



где - шаг резьбы, - число заходов резьбы.

Передаточное отношение зубчатой передачи:

5.1.2 Определение передаточных отношений и передач входящих в привод частот вращения угловых скоростей

Проанализируем кинематическую схему механизма.

Зубчатая передача имеет передаточное отношение u=3,55.

Угловая скорость вращения вала двигателя:

Угловая скорость вращения винта:

Частота вращения винта:

Скорость стола:



Требуемая скорость перемещения стола в установившемся режиме: v=20,0 мм/с.

Кинематическая погрешность:

5.1.3 Определение мощностей и вращающих моментов на валах

Определяем мощность на валах:

Определяем количество оборотов на каждом из валов:

Рассчитаем угловую скорость на каждом из валов:

Номинальный момент двигателя и момент на первом валу редуктора:



Момент на втором и третьем валах:

5.2 Проектирование зубчатой передачи

По ГОСТ 21354-87 определяем модуль зуба:

вспомогательный коэффициент. Для прямозубых передач

.

число зубьев первого колеса

=20

- момент кручения

коэффициент ширины колеса, из конструкторских соображений принимаем

коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки венца, принимаем по ГОСТ 21354-87

коэффициент, учитывающий форму зуба и неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, принимаем по ГОСТ 21354-87

базовый предел выносливости зубьев, принимаем по ГОСТ 21354-87

.

Подставляем значения

Выбираем модуль зубьев в соответствии со стандартным рядом модулей (ГОСТ 9563-60 СТ СЭВ 310-76) из 2-го ряда предпочтительности m=1,75 мм

Число зубьев колеса

передаточное число u=3,453.55 по ГОСТ 12289-76

Делительный диаметр

Диаметр окружности вершин зубьев

Диаметр окружности впадин зубьев



При симметричном расположении зубчатых колес относительно опор:

Межосевое расстояние

5.3 Проектирование валов осей

Диаметры валов приближенно определяют в результате проектировочного расчёта по следующей формуле:

,

где d - диаметр вала мм;

T_кр - крутящий момент, Н·м;

[] - допускаемое напряжение материала вала

[]= 22 Мпа



В результате проектировочного расчёта определили диаметры вала. Проверочный расчёт валов проводится на статическую и усталостную прочность, а также на жёсткость и колебания.

Основными нагрузками на валы являются силы в зубчатых передачах. Влияние веса вала и насаженных деталей в данной передаче не учитываются. Силы трения в подшипнике также не учитываются.

5.3.1 Расчёт на статическую прочность

Проводится в целях предупреждения пластических деформаций.

1. Определим окружные, радиальные и осевые силы, действующие на ведущий вал от зубчатой передачи.

Рисунок 5.1 Схема сил, действующих на вал

Цилиндрическая передача:

F_r3=F_t3*tgб=14.1*tg20є=5,13 H

Т₃ - крутящие моменты на валах, d₃ - диаметры валов

б - угол зацепления в нормальном сечении

Горизонтальная плоскость:



УM_A=0, R_BX*64-F_r1*32=0, R_BX=27,8 H;

УM_B=0, R_AX*64-F_r1*32=0, R_АX=27,8 H;

Вертикальная плоскость:

УM_A=0, R_BY*64-R_t1*32=0, R_BY=10,11 H;

УM_B=0, R_AY*64-R_t1*32=0, R_AY=10,11 H.

;

.

Рисунок 5.2 Схема сил, действующих на вал

Опорные реакции в горизонтальной плоскости

Н



Проверка:

Изгибающие моменты:

Опорные реакции в вертикальной плоскости

Н

Проверка:

Изгибающие моменты:



Эквивалентные моменты

Определяем сечение вала в самой нагруженной точке. Проверочный расчет вала будем проводить для сечения, где эквивалентный момент максимален, на подшипнике



где - эквивалентный момент в опасном сечении

- допускаемое напряжение изгиба

Диаметр вала в рассчитываемом сечении d = 20 мм (под колесом), что больше рассчитанного.

Рисунок 5.3 Эпюра сил, действующих на вал

5.3.2 Расчёт на усталостную прочность

Условие прочности имеет вид:

, где



[S]=2,5…3 - требуемый коэффициент запаса прочности;

S_у, S_ф - коэффициенты запаса, соответственно, по нормальным и касательным напряжениям;

;

ф_-1=200 МПа, у_-1=320 МПа - пределы выносливости материала вала при изгибе и кручении с симметричным знакопеременным циклом нагружения;

у_а, ф_а и у_m=0, ф_m=0 - амплитудные и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений;

у_а=М_И/0,1d³=4871/0,1*20³=17,7; ф_а=T/0,2d³=9350/0,2*20³=17,1

ш_у=0,1, ш_ф=0,05 - коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталость вала;

k_у=2, k_ф=1,9 - эффективные коэффициенты компенсации напряжений при изгибе;

е_у=0,87, е_ф - масштабные факторы;

в=0,4…2,8 - коэффициент поверхностного упрочнения.

Тогда:

.

Условие прочности выполняется.

5.3.3 Расчёт валов на жёсткость

Различают изгибную и крутильную жесткость.

Изгибная жёсткость обеспечивается при выполнении условий:

f?[f] и и?[и], где

[f]=0,02 и [и] - допустимые прогибы и углы наклона упругих линий валов.

Крутильная жёсткость оценивается углом закручивания:

, где

G=8*10¹⁰ - модуль сдвига;

I_p=0,1d⁴=0,1*0,014=3841,6*10^-6 - полный момент инерции.

Прогиб в месте воздействия силы:

I=р·d·l/32=3.14·0,014·0,075/32=282 10^-5

[f]=0,004>0,00078

Жёсткость вала обеспечена.

5.4 Подбор и расчёт подшипников качения

Рассчитаем наиболее нагруженный подшипник на третьем валу.

Пригодность подшипника, установленного в опоре, оцениваем по динамической С и статической грузоподъёмности в зависимости от требуемой долговечности.

Требуемая долговечность работы подшипника, при теоретических нагрузках:

L_N=8760 часов.

Реальные нагрузки подшипника учитываем эквивалентной или по степени влияния на работоспособность подшипника динамической или статической нагрузкой.

Для радиальных и радиально-упорных подшипников под эквивалентной динамической нагрузкой Р понимают такую постоянную радиальную нагрузку, которая при приложении её к подшипнику качения с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным обеспечивает такую долговечность подшипника, которую он будет иметь при нагружении и вращении в условиях эксплуатации.

P=(x*х*F_r+y*F_a)*k_T*k_д, где

x - коэффициент радиальной нагрузки;

х - коэффициент, учитывающий какое кольцо вращается (для внутреннего 1);

F_r - радиальная нагрузка на подшипник;

y - коэффициент осевой нагрузки;

F_a - осевая нагрузка на подшипник с учётом осевой составляющей от действия радиальной нагрузки;

k_T - коэффициент, учитывающий температуру подшипника (при t<100єC, k_T=1);

k_д - коэффициент безопасности (нагрузка с лёгкими толчками и кратковременными перегрузками до 125% номинальной нагрузки, k_д=1,1).



Рис. 5.4

Вертикальная плоскость:

УM_A=0 =0

УM_B=0 =0

Горизонтальная плоскость:

УM_A=0 =0

УM_B=0=0

Осевые составляющие:

S=e· =0,69·=9,86 H, где

e=0,69 - вспомогательный коэффициент.

Тогда x=0.48; y=1,24.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

P_B=(0.48*14,29 +1.24*39,31)1.1=61,16 H.

Динамическая грузоподъёмность:



С=

где P- эквивалентная динамическая нагрузка;

Lh=8760 ч - требуемая долговечность подшипника;

n=n3=1340 об/мин;

p-показатель степени( для шарикоподшипников p=3).

Нами был выбран радиально подшипник 60201 ГОСТ 7242-54.

С_подш =3100 кН

С<С_подш

Долговечность подшипника:

L=

Запас долговечности:

=140,6

.

Срок службы подшипников достаточен. Так как остальные подшипники менее нагружены, то их срок службы гарантирован.



5.5 Расчёт соединений

5.5.1 Расчёт шпоночного соединения

Рис. 5.5

Для передачи моментов используются призматические шпонки соответствующие ГОСТ 23360 - 78.

Расчёт шпонки на смятие

где диаметр вала;

момент на валу;

глубина шпоночного паза;

приведеная длина шпонки;

предел прочности на смятие при стальной ступице 110-190 МПа.

Момент на валу: Диаметр вала: ,параметры шпонки (): ,



Расчётное напряжение меньше допустимого, шпонка выдержит расчётную нагрузку.

5.5.2 Выбор муфты

Типоразмер муфты выбирают по диаметру вала и величине расчетного крутящего момента на данном валу:

где k - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (k = 1,15…1,3);

T_ном - номинальный крутящий момент, Н·м;

[T] - предельный крутящий момент, Н·м.

Если соосность валов в процессе монтажа и эксплуатации строго выдерживается (например, двигатель крепится к корпусу стаканом, имеющим центрирующие выступы), то допустимо устанавливать жесткие муфты.

Для жесткой муфты на ведущем валу.

По крутящему моменту выбираем жесткую пальцевую муфту 7009-0912 ГОСТ 13091-98



Заключение

В ходе данного курсового проекта была разработана конструкция механизма перемещения. В пояснительной были произведены расчеты геометрических параметров элементов, рассмотрены типовые элементы, расчеты подтверждают работоспособность конструкции.

горизонтальный стол привод вал



Список используемой литературы

1. Соломахо, В.Л. Приборостроение. Курсовое проектирование: учебное пособие для высших учебных заведений / В.Л. Соломахо, Р.И. Томилин, Л.Г. Юдовин. - Изд. 2, стер. - Минск: Дизайн ПРО, 2002.

2. Соломахо, В.Л. Справочник конструктора-приборостроителя. Детали приборов / В.Л. Соломахо [и др.] -Минск: Вышэйшая школа, 1990. - 440 с.

3. Анурьев,В.И. Справочник конструктора-машиностроителя:

4. в 3 т. / В.И. Анурьев. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - Т. 1-3.

5. Решетов, Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностр. и механич. спец. вузов / Д.Н. Решетов. - Изд. 4-е, перераб.

6. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 496 с.

7. Томилин, Р.И. Передачи зубчатые цилиндрические: учебно-методическое пособие: в 2 т. / Р.И. Томилин, Б.В. Цитович. - Минск: БГПА, 1993. - Ч. 2. Разработка эскизного и технического проекта. - 95 с.

8. Гинзбург, Е.Г. Зубчатые передачи: справочник / Е.Г. Гинзбург [и др.]; под общ. ред. Н.Г. Гинзбурга. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 416 с.

9. Скойбеда, А.Т. Детали машин и основы конструирования / А.Т. Скойбеда. - 2-е изд., перераб. - Минск: Вышэйшая школа, 2006. - 560 с.

10. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учебное пособие для машиностроительных вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - Изд. 4-е, перераб. - М.: Высшая школа, 1985. - 368 с.

11. Орлов, П.И. Основы конструирования: справочно-методическое пособие: в 2 кн. / П.И. Орлов. - М.: Машиностроение, 1988. - Кн. 1, 2.

12. Мягков, В.Д. Допуски и посадки: справочник: в 2 ч. / В.Д. Мягков [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1983. - Ч. 1. - 543 с.

13. Кудрявцев, В.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / В.Н. Кудрявцев. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - 464 с.

14. Перель, Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор: справочник / Л.Я. Перель. - М.: Машиностроение, 1983. - 543 с.

15. Комиссар, А.Г. Уплотнительные устройства опор качения: справочник / А.Г. Комиссар. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

16. Лариков, Е.А. Узлы и детали механизмов приборов: Основы теории и расчета / Е.А. Лариков, Т.И. Вилевская. - М.: Машиностроение, 1974. - 328 с.

17. Амиров, Ю.Д. Технологичность конструкции изделия: справочник / Ю.Д. Амиров [и др.]; под. общ. ред. Ю.Д. Амирова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 268 с. - (Библиотека конструктора) .

Размещено на Allbest.ru

...