Конструирование соединений деталей в приборостроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Редуктором называют механизм, служащий для передачи механической мощности от электродвигателя к рабочему органу исполнительного устройства машины, в том числе, к исполнительному устройству автоматики. Параметры электродвигателя и исполнительного устройства должны быть согласованы по величине угловой скорости и крутящего момента. Как правило частота вращения вала электродвигателя многократно больше частоты вращения вала исполнительного устройства. С помощью редукторов осуществляют уменьшение угловой скорости входного вала, которым является вал электродвигателя, по отношению к скорости выходного вала исполнительного устройства. В зависимости от требуемого расположения геометрических осей валов, между которыми передается вращение, и необходимого передаточного числа в редукторах используют цилиндрические, конические, а также червячные зубчатые передачи.

Зубчатые и червячные редукторы характеризуются высокой надежностью, долговечностью, постоянством передаточного числа и простотой в эксплуатации. Они имеют малый вес и небольшие габариты при обеспечении больших передаточных чисел.

Для передачи вращения между параллельными валами применяются цилиндрические зубчатые механизмы. Если геометрические оси валов пересекаются, то используют конические зубчатые передачи, а при перекрещивающихся осях -- червячные, в которых ведущим, как правило, является червяк. Каждую передачу, состоящую из двух колес, независимо от ее типа называют ступенью. Уменьшение скорости вращения ступенью точно соответствует передаточному числу ступени. Передаточное число зубчатых передач отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего колеса (шестерни). Применительно к червячной передаче, передаточное число -- отношение числа зубьев червячного колеса к числу заходов (числу винтовых линий) червяка. С целью обеспечения больших передаточных чисел несколько ступеней соединяют последовательно, получая редукторы двух-, трех- и многоступенчатые.

Чтобы уменьшить габариты редуктора в целом, электродвигатель часто устанавливают непосредственно в его корпусе. При этом ведущее колесо первой ступени или червяк насаживают непосредственно на вал электродвигателя, поэтому вал электродвигателя одновременно является входным валом редуктора. Такие конструкции принято называть мотор-редукторами. Во многих устройствах автоматики малой мощности применяют конструкции открытых корпусов редукторов, а в технологических машинах, предназначенных для передачи большой мощности, чаще используются закрытые редукторы с обеспечением непрерывной жидкой смазки в герметичном корпусе.



КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕДУКТОРА

Основная задача кинематического заключается в определении общего передаточного числа (передаточного отношения) U трехступенчатого редуктора и определение передаточных чисел для каждой ступени исходя из схемы редуктора. редуктор цилиндрический передача колесо

Исходные данные

Схема редуктора: К-Ц-Ч (К - коническая передача; Ц- цилиндрическая передача; Ч - червячная передача).

Угловая скорость вала электродвигателя, (рад/с):

Угловая скорость выходного вала редуктора, (рад/с):

Расчет кинематики

2.1 Определение общего передаточного отношения (передаточного числа) U редуктора

2.2 Назначение передаточного числа конической передачи (рекомендуется U_к = 1..3)

2.3 Назначение передаточного числа цилиндрической передачи (рекомендуется U_ц = 1..5)

2.4 Определение передаточного числа червячной передачи

2.5 Назначение числа зубьев конической шестерни Z_к1. Поскольку коническая передача, согласно схеме К-Ц-Ч, является первой, принимаем число зубьев в диапазоне 25-30.

2.6 Определение числа зубьев ведомого конического колеса

2.7 Назначение числа зубьев цилиндрической шестерни Z_ц1(более 18)

2.8 Определение числа зубьев ведомого цилиндрического колеса

После округления до целого числа зубьев, принимаем:

2.9 Назначение числа заходов Z_ч червяка (по рекомендациям табл. 3 [1], в зависимости от значения U_ч ) принимаем:

2.10 Определение числа зубьев червячного колеса

После округления до целого числа зубьев червячного колеса, принимаем:

2.11 Определение фактического значения передаточного числа редуктора и передач с учетом назначенных и вычисленных (округленных) чисел зубьев (фактические значения обозначены заглавными буквами)

фактическое передаточное число конической передачи

фактическое передаточное число цилиндрической передачи

фактическое передаточное число червячной передачи

2.12 Проверка соответствия фактического передаточного числа U_o общемупередаточному отношению U - погрешность не должна превышать 5%

Таким образом, принятые значения чисел зубьев обеспечивают заданное общее передаточное отношение редуктора, поскольку погрешность не превышает 5%

РАСЧЕТ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ

Расчет крутящих моментов на валах редуктора проводится исходя из того, что момент на валу электродвигателя задан (см. техническое задание). Моменты на ведомых валах каждой ступени, без учета потерь на трение, больше моментов на ведущих валах в передаточное число раз. Потери на трение в зацеплении колес и в подшипниках учитываются при помощи соответствующих коэффициентов полезного действия (КПД).

Ниже приводится расчет моментов на ведомых валах для схемы редуктора К-Ц-Ч с учетом окончательно принятых, по результатам кинематического расчета, значений передаточных чисел передач.

Обозначения: К -коническая передача (ступень), Ц- цилиндрическая передача; Ч- червячная передача; 1 - первый вал; 2- второй вал; 3- третий вал; М₁, М₂, М_выхмоменты на валах

Рисунок. Примерная структурная схема мотор-редуктора К-Ц-Ч

Исходные данные к расчету

Момент на валу электродвигателя, (Нм)

Фактическое передаточное число редуктора,

КПД пары подшипников качения,

КПД и передаточное число конической передачи,

КПД и передаточное число цилиндрической передачи,

КПД и передаточное числочервячной передачи при Z_ч=1,

Расчет моментов

3.1 Момент на первом валу, Нм

3.2 Момент на втором валу, Нм

3.3 Момент на третьем валу, Нм

3.3 Определение максимального момента. Расчет является проверочным, т.к. - максимальный момент М_max должен быть равен моменту на третьем валу (М₃), Нм

Таким образом, расчеты моментов выполнены правильно

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЕЙ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧИ

Цилиндрические и конические ведомые зубчатые колеса и червячные колеса изготавливают из бронзы Бр. 06Ц6С3 по ГОСТ 613-79, ведущие колеса и червяк - из стали 45 по ГОСТ 1050-74. Ориентировочное значение модуля каждой ступени определяется исходя из условия прочности на изгиб зуба ведомого колеса.

Исходные данные

Порядок передач определяем по схеме редуктора (см. техническое задание).

Общими исходными данными для всех передач являются: К-Ц-Ч

коэффициент ширины зуба

допускаемое напряжение на изгиб (Па) -

Расчет модулей

4.1 Определение модуля первой ступени (конической)

Число зубьев ведомого колеса первойступени

Коэффициент формы зуба колеса первой передачи (таблица 5) -

Крутящий момент на первом валу (Нм)

Расчетное значение модуля

(м)

(мм)

Здесь и ниже значение модуля округляем до стандартного большего значения из ряда (мм) : 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4.

Принимаем

4.2 Определение модуля второй ступени (цилиндрической)

Число зубьев ведомого колеса второйступени

Коэффициент формы зуба колеса второй ступени (таблица 4) -

Крутящий момент на втором валу (Нм)

Расчетное значение модуля

(м)

(мм)

Значение модуля округляем до стандартного большего значения.

Принимаем

4.3 Определение модуля третьей ступени (червячной)

Число зубьев ведомого колеса третьейпередачи

Коэффициент формы зуба колеса третьей передачи (таблица 4) -

Крутящий момент на третьем (выходном) валу (Нм)

Расчетное значение модуля

(м)

(мм)

Значение модуля округляем до стандартного большего значения.

Принимаем

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ ВАЛОВ

Наименьший диаметр ступенчатого вала в малонагруженном редукторе определяем из условия прочности на кручение без учета напряжений изгиба по пониженным допускаемым напряжениям на кручение. Крутящий момент от колеса на вал передается с помощью штифта, поэтому поперечное сечение вала ослабляется отверстием под штифт диаметром dш. Вал электродвигателя не рассчитывается (dв = 6 мм).

Исходные данные

Общими исходными данными для всех валов являются:

Параметр k_d = d_ш / d_в = 0,2 -0,3 (dш - диаметр штифта, dв - диаметр вала) -

Коэффициент концентрации напряжений -

Коэффициент пересчета геометрических размеров сечения с отверстием -

Допускаемое напряжение на кручение, Па -

Расчет диаметров валов

5.1 Определение диаметра первого вала.

Момент на валу 1, Нм -

(м)

Значение диаметра вала округляем в большую сторону до величины не менее 6 мм.

Принимаем диаметр первого вала равным

(мм)

5.2 Определение диаметра второго вала.

Момент на валу 2, Нм -

(м)

Значение диаметра вала округляем в большую сторону до величины не менее 6 мм.

Принимаем диаметр второго вала равным

(мм)

5.3 Определение диаметра третьего вала.

Момент на валу 3, Нм -

(м)

Значение диаметра вала округляем в большую сторону.

Принимаем

(мм)

5.4 Определение диаметров соединительных штифтов зубчатых колес, мм

Диаметры штифтов округляем до стандартных значений из ряда (ГОСТ 3128-70), мм:

0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0.

После округления расчетных значений до размеров из стандартного ряда принимаем диаметры штифтов равными, (мм):

Проектирование цилиндрической зубчатой передачи

Исходные данные

Согласно схеме (К-Ц-Ч), передача является второй по счету;

шестерня расположена на валу 1; колесо - на валу 2.

Модуль, мм -

Число зубьев цилиндрической шестерни и колеса -

Диаметры валов шестерни и колеса, мм -

(Примечание: далее все размеры в мм; индекс 1 - шестерня, 2 - колесо.)

Рис. Схемы цилиндрической зубчатой передачи и зубчатого колеса

Расчет геометрических параметров цилиндрических колес

7.1 Диаметры делительных окружностей шестерни и колеса, мм

7.2 Диаметр окружности вершин зубьев шестерни и колеса, мм

7.3 Диаметр окружности впадин зубьев шестерни и колеса, мм

- коэффициент высоты ножки зуба

7.4 Ширина венца шестерни и колеса, мм

- коэффициент ширины зуба

Размещено на http://www.allbest.ru/

7.5 Межосевое расстояние цилиндрической передачи, мм

Расчет размеров ступиц цилиндрических колес

(размеры рекомендуемые, могут быть изменены при конструировании)

7.6 Длина ступиц шестерни и колеса, мм

7.7 Диаметры ступиц шестерни и колеса, мм



7.8 Расстояния от торцов ступиц шестерни и колеса до центров штифтовых отверстий, мм

7.9 Размеры фасок (примерные), мм

7.10 Диаметр отверстий облегчения колеса (do> 0), мм

7.11 Диаметр окружности расположения центров отверстий облегчения колеса, мм

7.12 Число отверстий облегчения в колесе (если расчётное число отверстий меньше 3-х, то их не делают; количество отверстий не должно превышать 6), мм

округляем до целого числа

Принимаем: поскольку расчетное число отверстий меньше 3-х, то мы не делаем их

Проектирование конической зубчатой передачи

Исходные данные

Модуль, мм -

Число зубьев шестерни и колеса

Диаметры валов и штифтов шестерни, колеса, мм -

(Прим.: далее все размеры в мм; индекс 1-шестерня, 2-колесо)

Рис. Схема конической передачи

Рис. Схема конического колеса

Расчет геометрических параметров колес

6.1 Диаметр делительной окружности, (мм)

6.2 Угол начального конуса шестерни, рад (град)

(рад)

(град)

6.3 Угол начального конуса колеса, рад (град)

6.4 Диаметр окружности вершин зубьев, (мм)

6.5 Диаметр окружности впадин зубьев, (мм)

6.6 Угол дополнительного конуса, (град)

6.7 Длина образующей начального конуса, (мм)

6.8 Угол головки зуба, (град)

6.9 Угол ножки зуба, (град)

6.10. Угол конуса вершин, рад (град)

6.11 Угол конуса впадин, рад (град)

6.12 Ширина венца, мм

Расчет размеров ступиц конических колес

(размеры рекомендуемые, могут быть откорректированы при контруировании)

6.13 Длинны ступиц (а_с1 и а_с2), мм

6.14 Диаметры ступиц, мм

6.15 Расстояние от торца ступицы до центра штифтового отверстия, мм

6.16 Расстояние от торца ступицы до вершины зуба, мм

6.17 Расстояние от торца ступицы до вершины конуса, мм

6.18 Размер фасок (примерные), мм

Проектирование червячной передачи

Исходные данные

Червячная передача, согласно схеме редуктора (К-Ц-Ч), является третьей ступенью редуктора. Червяк расположен на валу 2; червячное колесо - на валу 3.



Рис. Условное изображение червячной передачи

Число заходов червяка

Число зубьев червячного колеса

Диаметр вала червяка

Диаметр вала червячного колеса

Расчет геометрических параметров червяка

8.1 Диаметр вала под подшипник, мм

Округляем в большую сторону до стандартных размеров: 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 15; 17; 20; 25.

Принимаем

Рис. Геометрические параметры червяка

8.2 Выбор диаметра упорного кольцевого

выступа (см.табл. 11), мм

Принимаем

8.3 Коэффициент диаметра червяка

Округляем в большую сторону до значения из ряда: 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 18; 20; 22; 24; 25; 30; 32.

Принимаем

8.4 Диаметр делительной окружности, мм

8.5 Диаметр окружности вершин витков червяка, мм

8.6 Диаметр окружности впадин витков червяка, мм

8.7 Длина нарезной части червяка, мм



Расчет геометрических параметров червячного колеса

8.8. Диаметр делительной окружности колеса, мм

8.9. Диаметр окружности вершин колеса, мм

8.10 Диаметр окружности впадин колеса, мм

8.11 Радиус образующей вершин колеса, мм

Рис. Геометрические параметры червячного колеса

8.12 Наибольший диаметр колеса, мм

Выбираем значение d_м по числу заходов червяка

принимаем

8.13 Ширина венца, мм

8.14 Межосевое расстояние, мм

8.15 Угол между боковыми скосами зубьев 2a см.табл. 9

Расчет размеров ступицы червячного колеса

(размеры рекомендуемые, могут уточняться при конструировании)

8.16 Диаметр выточки, мм

8.17 Диаметр ступицы, мм

8.18 Диаметр окружности расположения центров отверстий облегчения

8.19 Диаметр отверстия облегчения,мм



8.20 Число отверстий облегчения (должно быть не менее 3 и не более 6)

После округления принимаем



Список используемой литературы

1. Техническая механика. Часть П. Сопротивление материалов. Детали машин : учебное пособие / Н.А. Марцулевич, АН. Луцко, Д.А. Бартенев ; под ред. Н.А. Марцулевича. -- СПб.: Изд-во СПбГТИ (ТУ), ИК «Синтез», 2010. 493 с. (+ ЭБ).

2. Курмаз, Л.В. Конструирование узлов и деталей машин: Справочное учебно-методическое пособие / Л.В. Курмаз, О.Л. Курмаз. -- М. :Высш. шк., 2007. -- 455 с.

3. Заплетохин В.А. Конструирование зубчатого мотор-редуктора автоматических устройств: Метод. УК.-

Л.: лти им. Ленсовета 1987.

4. Заплетохин В.А., Бушнев Г.В. -- Оформление чертежей зубчатых колес и червяков: Метод. УК.- Л. ЛТИ им. Ленсовета 1981

5. Можаева Н.П. Расчет и конструирование валов малогабаритных редукторов приборов: Метод. Ук.- Л.

ЛТИ им. Ленсовета 981

6. Заплстохин В.А. Конструирование соединений деталей в приборостроении: Справочник. -- Л. : Машиностроение. Ленингр. Отд-нис, 1985. -- 223 с.

7. Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. -- Л. : Машиностроение. Ленингр. Отд-нис, 1990. -- 669 с.

Размещено на Allbest.ru

...