Розрахунок і проектування механізму повороту керма

Міністерство освіти і науки України Національний аерокосмічний університет ім Н.Е.Жуковського

В«ХАІВ»

Кафедра 202

Пояснювальназаписка до курсового проекту

дисципліна Конструюваннямашин і механізмів

Розрахунок іпроектування механізму повороту керма

Виконавець:

студент В.Н. Поліщук

Харків - 2005

Реферат

Даний проект єперший конструкторської роботою. Робота є завершальним етапом в циклібазових загальнотехнічних дисциплін.

Основними завданнямиє:

1.розширити іпоглибити знання, отримані при вивченні попередніх курсів;

2.засвоїти принципрозрахунку і конструювання типових деталей і вузлів;

3.ознайомитися зГОСТами і т.п.

У ході курсового проектубули спроектовані механізм повороту плеча (модуль 2), конічна передачі одноступінчатогоконічного редуктора і додаткова клиноременной передачі, проведеніперевірочні розрахунки шестерні і колеса конічної передачі, а такожшвидкохідного і тихохідного валів, болтових з'єднань.

В ході розрахунків булирозроблені наступні креслення: складальне креслення одноступінчатого конічногоредуктора з додатковою клиноремінною передачею і його основних вузлів -тихохідного валу та зубчастого конічного колеса.

Вихідні дані

Кут повороту.

Кутова швидкість повороту.

Частота обертанняелектродвигуна.

Момент опоруповороту плеча.

Термін служби.

Введення

Маніпуляційний роботмістить дві органічно пов'язані частині пристрій керування і маніпулятор.Пристрій управління містить у собі чутливі пристрої, елементиобробки та зберігання інформації, пристрій керування приводами. Маніп

улятор зточки зору механіки та теорії механізмів - складний просторовий керованиймеханізм з декількома ступенями свободи, що містить жорсткі і пружні ланки,передачі і приводи.

Рухи маніпулятораздійснюється від приводів, які можуть розташовуватися на рухомих ланках абона рухомому підставі. Число приводних двигунів зазвичай дорівнює числу ступенівсвободи маніпулятора, хоча під час виконання технологічних операцій насистему можуть накладатися додаткові зв'язки. Передача руху віддвигуна до ланок механізму виконується за допомогою передавальних механізміврізного виду. Система таких механізмів при розташуванні приводів напідставі може бути досить складною.

Технологічніможливості і конструкцію промислових роботів визначають наступні основніпараметри: вантажопідйомність, число ступенів рухливості, форма і розміриробочої зони, похибка позиціонування і тип системи управління.

У машинобудуваннівикористовують принципи агрегатно-модульної побудови промислових роботів.

Агрегатний модуль - цефункціонально і конструктивно незалежна одиниця, яку можна використовуватиіндивідуально і в поєднанні з іншими модулями з метою створити промисловіроботи із заданими компонувальними схемами, характеристиками та типом пристроюуправління.

Розглянемо промисловийробот для обслуговування верстатів з числовим програмним управлінням ЧПУ М20П40.01 з агрегатно-модульним принципом побудови. Він призначений дляавтоматизації операції В«установка-зняттяВ» заготовок і деталей, зміниінструменту та інших допоміжних операцій при обслуговуванні верстатів з ЧПУ.

Промисловий роботвключає в себе наступні механізми різного виконання: повороту (М1); підйомуі опускання (М2); висунення руки (М3); повороту кисті руки (М4).

ЧПУ позиційного типузабезпечує управління переміщенням руки в циліндричній системі координат,циклове управління рухами пензля і затиском-розтискаючи схвата, подачу командпуску циклів роботи верстатів та іншого технічного обладнання, а також премвідповідних команд після виконання цих циклів.

Механізм повороту кермаробота (модуль М2) містить електродвигун постійного струму, зубчасто-реміннуі конічну передачі.

Завдання на курсовийпроект включає в себе спрощену кінематичну схему механізму робота.Кінематична схема фактично знімає необхідність обгрунтування вибору типумеханічної передачі. Однак для того щоб вирішити, який передавальниймеханізм переважно, необхідно врахувати умови роботи, що допускаютьсягабарити, витрати на технологічність конструкції, вартість механізму і рядінших факторів.

Список умовних позначень,символів, скорочень

- ефективна потужність, кВт;

- потужність двигуна, кВт;

- діаметр троса, мм;

- діаметр барабана, мм;

- передавальне відношення;

- крутний момент, НММ;

- допустиме контактненапруга, МПа;

- згинальну допустима напруга,МПа;

- ділильний діаметр, мм;

- модуль зачеплення;

- міжосьова відстань, мм;

- діаметр вершин зубів, мм;

- діаметр западин зубів, мм;

- ширина зубчастого вінця, мм;

- базове число циклів змінинапружень;

- розрахункова кількість циклів змінинапружень;

- запас міцності по нормальнимнапруженням;

- запас міцності по дотичнимнапруженням;

- загальний запас міцності;

- окружна сила, H;

- радіальна сила, H.

1.Визначення основних параметрів складального вузла

1.1 Визначенняпотужності двигуна та елементів виконавчого органу Потужність двигуна визначається, як

,

- ККД всього механізму, знаходитьсяза формулою:

де - ККД муфти,

- ККД підшипника,

- ККД конічної зубчастоїпередачі,

- ККД зубчастої ремінної передачі.

За розрахованої потужностівибираю двигун. Потужність вибраного двигунаповинна бути більше розрахованої потужності, тобто слід вибирати з каталогудвигун найближчий більшої потужності.

З конструкторськихміркувань я обрала двигун типу ПСПТ-12.

Таблиця 1 - Параметридвигуна ПСПТ-12

Параметри Розмірності Номінальна потужність, кВт 0,18 Номінальний момент, Нм 0,42 Номінальна частота обертання, хв-1 4000 Кратність пускового моменту 9,5 Момент інерції, 10-2 кгм2 0,25 Маса, кг 7,0

1.2 Визначенняпередавального відношення редуктора

Істинне передавальневідношення редуктора знаходимо за формулою:

.

Розбиваємо передавальне відношення на щаблі

,

де - передаточне відношеннязубчатоременной передачі;

- передавальне відношення конічної щаблі.

2. Розрахунок зубчастоїремінної передачі

Перспективним видомгнучкої зв'язки є зубчасті ремені. Вони мають високу тягову здатність іпорівняно великий ККД. Передачі цього типу працюють без мастила, стійкі додії абразивних і агресивних середовищ, прості в експлуатації.

На відміну від плоских,клинових та поліклинові передач в зубчастих ремінних передачах рухпередається за допомогою сил тертя, а також зачепленням ременя і шківів, тобтовстановлюється досить жорстка кінематичний зв'язок між провідними іведеними ланками механізмів.

Найпростіша передача ззубчатим ременем складається з ведучого 1, веденого 2 шківів і охоплює їхнєзубчастого ременя 3.

Розрахунок зубчатоременнойпередачі ведемо в наступній послідовності.

1. Визначаємо момент,потужність і частоту обертання на веденому шківі зубчатоременной передачі:

- обертаючий момент напровідному шківі:

.

- момент;

- частота обертання;

- потужність.

2. За величиною крутногомоменту на ведучому шківі вибираємо модуль зубчастого ременя:.

3. Визначаємо числозубів малого (провідного) шківа. За знаходимо, що мінімальне числозубів малого шківа не повинно бути менше 12, тому в якості розрахунковихчисел зубів приймаємо.

4. При вибраномупередавальному відношенні визначаємо число зубів веденогошківа за формулою:

.

5. Діаметри ділильнихокружностей шківів розраховуємо за формулами:

;

.

6. Обчислюємо швидкістьременя використовуючизалежність:

.

7. Дійсна частотаобертання веденого шківа

.

Уточнене передавальнеставлення

.

8. Міжосьова відстаньобчислюємо за формулою:

.

9. Визначаємо необхіднудовжину ременя при заданому міжосьовій відстані

.

10. Визначаємо числозубів ременя і округляємо його до стандартного:

.

Приймаємо і уточнюємо довжину ременя

.

11. Силу, переданузубчатим ременем, обчислюємо за формулою:

.

Коефіцієнт прийнятий рівнимодиниці для спокійної пусковий навантаження.

12. Розрахункову допускаемуюпитому силу на ремені визначаємо по залежності:

,

де - допускаемая питомасила,

- коефіцієнт передаточноговідносини,

,

(для одноролікового притискногопристрої).

.

13. Визначаємо числазубів ременя, що знаходяться в зачепленні з ведучим і веденим шківами:

;

,

;

.

Таким чином,

приймаємо;

приймаємо.

14. Визначаємонеобхідну ширину ременя:

,

де - погонна маса,

- коефіцієнт, що враховуєнаявність неповних витків каната у бічних поверхонь ременя.

.

Приймаються ширину ременя ввідповідності зі стандартним поруч.

15. Розраховуємо питомітиску на робочих поверхнях зубів ременя і порівнюємо їх з допустимими:

,

де,.

З вибираємо, тобто .

16. Величину початковогонатягу ременя обчислюємо за емпіричноюЗалежно

.

17. Силу, що діє навал передачі, визначаємо за формулою:

.

18.Для динамічногоаналізу зубчастої ремінної передачі розраховуємо критичну лінійну швидкістьременя в такій послідовності:

а) по (для ременя з) знаходимо йоговласну частоту:

;

б) визначаємо натягпровідною і відомою гілок ременя:

;

;

в) визначаємо деформаціюодного кроку ведучої і веденої гілок ременя:

;

,

,

тому - Податливість каркасаременів.

Таким чином,

;

;

г) знаходимо критичнушвидкість зубчастого ременя

.

Отримуємо для ведучоїгілки

;

для веденої ланцюга

.

Швидкість ременя.Отже, передача працює в дорезонансной зоні і не вимагає коректуванняпараметрів.

Отримані в результатірозрахунку основні параметри стандартного зубчастого ременя і шківів зведемо в табл.2.

Таблиця 2 - Основніпараметри зубчастого ременя і шківів

Параметр Позначення

Розрахункові формули і результати

розрахунку

Модуль зачеплення, мм

1,5 Число зубів ременя

180 Крок ременя, мм

4,71 Ширина зуба ременя, мм

1,5 Висота зуба ременя, мм

1,2 Товщина каркаса ременя, мм

2,2 Відстань від западини зуба донейтрального шару ременя, мм

0,4 ​​ Кут профілю зуба, град

50 Ширина стрічки, мм

32 Ширина зуба шківа, мм

1,5 Висота зуба шківа, мм

Міжосьова відстань, мм

270 Ділильний діаметр ведучого шківа,мм

45 Ділильний діаметр веденого шківа,мм

135 Діаметр вершин зубів ведучогошківа, мм

Діаметр вершин зубів веденогошківа, мм

Діаметр западин зубів ведучогошківа, мм

Діаметр западин зубів веденогошківа, мм

Радіус закруглення головки зуба, мм

Радіус закруглення ніжки зуба, мм

Довжина зуба, мм

3. Розрахунок конічноїпрямозубой передачі

Привід віделектродвигуна.

Потужність, що підводиться довалу шестерні.

Частота обертання шестерні.

Термін служби.

Приймаємо число зубів шестернірівне.

По заданомупередавальному відношенню обчислюємо число зубів колеса:

.

Визначаємо частотиобертання і кутові швидкості валів:

- ведучого:

- веденого:

.

3.1 проектувальнірозрахунок

Визначення числа циклівзміни напруг колеса і шестерні та числа зубів еквівалентнихциліндричних коліс

Числа циклів зміни напружень шестерні і колеса:

де і - кількістьконтактів зубів шестерні і колеса відповідно за один оборот (приймаємо їхрівними 1).

Визначимочисла зубів еквівалентних циліндричних коліс:

;

.

Визначеннядопустимих напружень

Визначенняконтактних допустимих напружень

,

де - межа контактноївитривалості

- коефіцієнт безпеки приоб'ємної загартуванню дорівнює 1,1.

- коефіцієнт, що враховуєшорсткість поверхні сполучених зубів, приймають в залежності від класушорсткості: для 8-го класу -.

- коефіцієнт довговічності, такяк і, то

Приймаємо окружнушвидкість,тоді для відкритих передач для.

.

В якості розрахунковогозначення приймаємо.

Визначення згинальнихдопустимих напружень <.../p>

,

так як і, то.

Коефіцієнт безпекипри роботі зубів на вигин

,

де - коефіцієнт,враховує нестабільність властивостей матеріалу зубчастого колеса і ступіньвідповідальності передачі;

(для поковок) - коефіцієнт,враховує спосіб отримання заготовки колеса.

Тоді

.

- коефіцієнт, що враховує шорсткістьперехідною поверхні зуба. Для шліфованих і фрезерованих зубів при класішорсткості не нижче 4-го.

- коефіцієнт, що враховуєзміцнення перехідною поверхні зуба. При відсутності зміцнення.

- коефіцієнт, що враховуєвплив двостороннього програми навантаження: - при роботі зубів однієїстороною

по

.

Визначення граничнихдопустимих напружень

.

Визначення коефіцієнтіврозрахункового навантаження

Коефіцієнти розрахунковоїнавантаження відповідно при розрахунках на контактну і згинальну витривалість
,

де і - коефіцієнтинерівномірності розподілу навантаження по довжині контактних ліній;

- коефіцієнти динамічностінавантаження.

Визначення середньогодіаметра шестірні по початковому (ділильних) конусу

де по-коефіцієнт ширинишестерні щодо її діаметра;

- для сталевих коліс при20-градусному зачепленні без зміщення рекомендується приймати при розрахункупрямозубих конічних передач.

Обертовий момент на валуколеса:

.

Таким чином,

.

З конструктивнихміркувань приймаємо.

Визначення модуля всередньому перерізі зуба, конусного відстані і зовнішнього окружного модуля

Модуль в середньому перерізізуба

.

конусні відстань

,

де - ширина зубчастоговінця.

Зовнішній окружний модуль

Округлюючи це значення донайближчого стандартного по ГОСТ9563-60, отримуємо.

Уточнюємо і:

;

3.2 Перевірочний розрахунок

Перевірка передачі наконтактну витривалість

,

- коефіцієнт,враховує форму сполучених поверхонь зубів;

- коефіцієнт,враховує механічні властивості матеріалів сполучених коліс;

- коефіцієнт,враховує сумарну довжину контактних ліній.

Уточнюємо окружнушвидкість:

.

Уточнюємо коефіцієнтрозрахункового навантаження:

,

- питома окружна динамічнасила;

- коефіцієнт, що враховуєвплив виду зубчастої передачі та модифікації профілю зубів;

- коефіцієнт, що враховуєвплив різниці основних кроків зачеплення зубів шестерні і колеса;

- питома розрахунковаокружна сила в зоні найбільшої концентрації;

- корисна окружна сила.

Cследовательно,

;

;

.

визначити питомурозрахункову окружну силу:

,

,

таким чином, недовантаження3,2%.

Перевірка зубів передачіна згинальну витривалість

визначити коефіцієнтформи зубів шестерні і колеса:

для

для

,,

так як 84,7 <90,6перевіряємо зуб шестерні:

.

,

де - коефіцієнт,враховує перекриття зубів, при 5-го ступеня точності

;;

- коефіцієнт, що враховує нахилзубів

.

Визначення геометричних і інших розмірів колеса і шестерні

Половини кутів при вершинах ділильних (початкових) конусів шестірні йколеса знаходимо з рівності

конусні (дистанційне) відстань.

Діаметри вершин зубів за великим торця дорівнюють:

;

.

Діаметри кіл западин за великим торця дорівнюють:

;

.

Кути головок і ніжок зубів шестерні і колеса відповідно рівні

Половини кутів конусів вершин зубів (конусність заготовок) шестерні іколеса відповідно рівні:

Визначаємо діаметротвори під вал в колесі:

,

,

.

Приймаємо зконструктивних міркувань.

4 . Проектувальний і перевірочнийрозрахунок деяких деталей і вузлів

4.1 Тепловий розрахунок

Необхідно провестиперевірку температури масла в редукторі, яка не повиннаперевищувати допустиму. Температура повітря поза корпусуредуктора.Температура масла в корпусі циліндричної передачіпри безперервній роботі без штучного охолодження визначається за формулою:

,

де - площа теплоотдающейповерхні корпуса редуктора;

= 9 ... 17Вт/() - коефіцієнт теплопередачі.

<.

4.2 Перевірка за критерієм"Теплостійкість"

Визначення кількостітепла, що утворюється внаслідок втрат потужності.

,

де h = 0,918% - ККД редуктора;

- потужність на ведучому валі:

.

Таким чином,

.

двигунпередача редуктор шків

4.3 Розрахунок валів

Основними умовами,яким повинна відповідати конструкція вала є достатня міцність,забезпечує нормальну роботу зачеплень і підшипників; технологічністьконструкції та економію матеріалу. В якості матеріалу для валів використовуютьвуглецеві і леговані сталі.

Розрахунок вала виконується вчотири етапи:

В·Орієнтовнийрозрахунок на кручення;

В·Розрахунок на складнеопір (кручення, вигин);

В·Розрахунок навитривалість.

За матеріал валівприймаємо сталь 12ХН3А, з характеристикою:

- тимчасовий опір розриву;

- межа витривалості присиметричному циклі напружень вигину;

- межа витривалості при симетричномуциклі напружень кручення;

-коефіцієнти чутливостіматеріалу до асиметрії циклу напружень відповідно при згині і крученні.

Орієнтовний розрахуноквалів на кручення

Визначимо реквізитдіаметр вала на провідному шківі враховуючи міцнісні характеристики.

де Т - крутний момент навалу

[tкр] - допустиме напруження прикрученні.

Так як розрахунковавеличина є дуже малою конструктивно для зручності і можливостішпоночно з'єднання вибираємо вал з d = 10 мм, при цьому виграючи великий запасміцності і такий же діаметр має вал електричного двигуна, а це спрощуєзавдання конструювання.

Визначимо реквізитдіаметр вала на веденому шківі враховуючи міцнісні характеристики.

Приймаємо діаметр валу d = 15 мм, це нам дасть великий запасміцності і полегшить завдання проектування.

Визначимо реквізитдіаметр тихохідного валу конічного редуктора враховуючи міцнісніхарактеристики.

Приймаємо діаметр валу d = 20 мм, це нам дасть великий запасміцності і полегшить завдання проектування.

Розрахунок валів на складне опір

Для розрахунку вала наскладне опір необхідно скласти його розрахункову схему:

- розмітити точки, вдодатка.

Наведемо розрахунок

вала:

.

.

.

.

.

.

.

.

момент

;

.

Визначимо коефіцієнт

Концентрація

.

Амплітуда і середнє

.

.

2..

,

.

Основні критеріївантажопідйомності.

Необхідно забезпечитиОскільки,то.

.

довговічність за формулою:

,

з'єднання

,

В

.

.

двигуна;

з'єднання

3

напруги

5.матеріали.

ПриПриУ рядімембраною.про маславиробляють не рідше одного разу на місяць, а через кожні 3 ... 6 місяців повністю замінюють.

Пластичні смазниематеріали застосовують при окружної швидкості коліс u = 1 м/с для змащування опор машин,працюють в середовищі, що містить шкідливі суміші і домішки, і там, де необхіднаробота машин (в хімічній, харчовій та текстильній промисловості).

Враховуючи всівищесказане для нашого механізму ми вибираємо таке мастило як "Солідол С".

ГОСТ 4366-64

Гранична міцність назрушенн...я, г/см2.

20Г… - 2-6

50 - 2-4

В'язкість при tГ…

0Г… <= 2000

20Г… <= 400-1000

водостійкість - хороша

tГ… застосовувана-30Г… - 70Г…

6. Компонування ірозробка креслення редуктора

Розміри валів іпідшипників в значній мірі визначаються компонувальними розмірамипрямозубих циліндричних і конічних передач, взаємним розташуваннямагрегатів привода, заданими габаритними розмірами привода.

Тому після розрахункупередач і встановлених розмірів їх основних деталей приступають до складаннякомпонувальних креслень вузлів, агрегатів і всього привода.

Компонування приводавизначається його призначенням, пред'явленими до нього вимогами, залежить відкомпонування окремих агрегатів.

Механізм в даному проектможна залишати стандартним (протоколом М2), але враховуючи особливості розрахунків.Конструкція механізму повороту керма робота показана на форматі А1 в додаткудо курсової роботи.

Конструкція виконуєтьсяза розрахунками, але вибирається з конструктивних міркувань і стандартами з явнимзапасом міцності. Це полегшує завдання проектування механізму, але цейпроект дає тільки навички до проектування. Насправді при більш серйозноюпроектуванні треба розраховувати кожен елемент механізму і, по можливості,вибирати такий згідно стандартом.

Висновок

Привиконанні даного курсового проекту ми набули навичок у проектуванні таконструюванні механізмів і деталей машин, а також навички у використаннідовідковою літературою.

Розраховувалися конічнаі зубчаста ремінна передачі. Всі параметри були розраховані і підібрані ввідповідно до ГОСТів, що безсумнівно полегшить складання даного модуля навиробництві та забезпечить якісну його роботу.

Така схема модуляповороту керма застосовується часто. Зубчаста ремінна передача в сукупності зконічною передачею дозволяє забезпечити високу точність позиціонування,тихохідні і порівняно невеликі втрати потужності.

При більш глибокому підходідо проектування механізму потрібно переглянути корпусні деталі, направляючі із'єднувальні елементи і деталі.

Список використовуваноїлітератури

1. КиркачН.Ф., Баласанян Р.А. Розрахунок і проектування деталей машин, Х.: Основа, 1991,276с.

2. Анурьев В.І. В«Довідникконструктора-машинобудівника В»(3 томи). М., 1980.

3.Назін В.І. Проектування механізмів роботів. - Х: В«ХАІВ»,1999 - 136с.

4.Бейзедьман Р. Д., Ципкін Б. В., Перель Л. Я. "Підшипникикочення "(довідник), М. "Машинобудування", 1975, 574с.

5. Іванов М.М. Деталі машин. Учебн.М.: Вища школа, 1984,336с.

6. Чернін І.М., Кузьмін А.В., Іцкович Г.М. В«Розрахунки деталей машинВ» (довідковепосібник). Видання 2-е, перероблене і доповнене. - Мінськ: В«Вища школаВ»,1978 - 472с.

7. Чернавський С.А., Снесарев Г.А., Боков К.Н. В«Проектуваннямеханічних передач В». Навчально-довідковий посібник з курсового проектуваннямеханічних передач. Видання п'яте, перероблене і доповнене. - Москва:В«МашинобудуванняВ», 1984 - 560С.

---

Вернуться назад