- 20 -

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. БАУМАНА

Каф. РЛ-5 ____

Домашнее задание:

“Расчет электромеханического привода”.

По курсу: Основы конструирования приборов

Выполнил: *** ИУ4-5*

(фамилия, инициалы) (индекс группы)

Преподаватель: Пономарев В. М.

Москва 2007

Содержание

Содержание 2

Введение 3

Предварительный выбор электродвигателя привода ЭМП 4

Определение общего передаточного отношения 4

Определение числа ступеней 5

Распределение общего передаточного отношения по ступеням 5

Силовой расчет ЭМП 7

Проверочный расчет выбранного двигателя по статической нагрузке 7

Определение модуля зацепления 7

Геометрический расчет кинематики ЭМП 10

Расчет валов и опор редуктора 12

Расчет валов 12

Расчет вала на жесткость 12

Расчет шарикоподшипников 14

Точностной расчет разрабатываемой кинематики 15

Проверочные расчеты проектируемого привода 177

Уточненный силовой расчет и проверка правильности выбора электродвигателя. 177

Проверочные расчеты на прочность. 188

Список литературы 200

Введение

Ниже приводится расчет, в соответствии с принципиальной схемой ЭМП и со спецификацией условий технического задания для варианта 10:

Момент нагрузки Мн	0.6 Н·м
Частота вращения выходного вала	20 об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала Ен	8 рад/с2
Момент инерции нагрузки Jн	0.25 кг·м2
Температура эксплуатации	±40 °С
Род тока	постоянный
Срок службы не менее	500 час
Критерий расчета	Равенство диаметров зубчатых колес
Режим работы	кратковременный
Метод расчета, процент риска при расчете, точность	вероятностный 10%
Рабочий угол поворота выходного вала	±60 град
Точность отработки не хуже	30'
Примечание	нет

Принципиальная схема ЭМП

Предварительный выбор двигателя привода ЭМП

Электродвигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования энергии электромагнитного поля в кинетическую энергию вращения вала. По условию ТЗ режим работы привода – кратковременный, следовательно необходимо выбирать двигатель с относительно большим пусковым моментом.

Предварительный выбор двигателя определяем из соотношения [1]:

(1), где

N – расчетная мощность двигателя [Вт];

M_н – момент нагрузки привода, согласно ТЗ Mн=0.6 Н·м;

ω_вых – угловая скорость на выходном валу привода [рад/с].

Поскольку в ТЗ скорость выходного вала задана в об/мин ω_вых будет рассчитываться по формуле:

подставляя значения n_н=20 об/мин получаем:

η_р – КПД редуктора. Поскольку используется цилиндрический зубчатый редуктор открытого типа, η_р = 80%;

ξ – коэффициент запаса двигателя, выбирается согласно указанному в ТЗ режиму работы и [1], ξ=2.0.

Подставляя значения в формулу (1) получаем расчетное значение мощности двигателя:

Вт

Требуется выбрать двигатель постоянного тока. Учитывая мощность, срок службы, разброс температур, характер работы, из табл.П1.18 [1] выбираем двигатель ДПМ-35-Н1-03 с техническими характеристиками:

U = 6 В,

P=4.25 Вт,

n_ном = 1800 об/мин

М_ном = 22.6·10^-3 Н·м,

М_пуск = 34.3·10^-3 Н·м,

J_р = 6.2·10^-6 кг·м²,

Т = 1000 часов,

M = 0.34 кг

Кинематический расчет ЭМП

Определение общего передаточного отношения

По известным значениям скоростей на входе n_ном и n_вых определяем общее передаточное отношение редуктора по формуле:

(2)

Подставляя полученные в предыдущем пункте значения n_ном и n_вых получаем:

Определение числа ступеней

Поскольку в ТЗ для определения числа ступеней задан критерий минимизация габаритов

(для равно модульных передач)

, то согласно [1] имеем формулу

(3), где

k - расчетное число ступеней ЭМП;

i₀ - общее передаточное отношение, i₀=90;

Подставляя значения в (3) получаем:

3.615

Округляя до ближайшего большего целого получаем, что количество ступеней редуктора k=4.

Распределение общего передаточного отношения по ступеням

Согласно рекомендациям в [1] назначаем число зубьев колес и шестерен из стандартного ряда. Полученные результаты представлены в табл.1.

Таблица 1   

Номер ступени	Передаточное отношение	Назначенные числа зубьев
		Шестерня	Колесо
1	2	20	40
2	4	20	80
3	4	20	80
4	4	20	80

Поскольку выбор числа зубьев осуществляется из рекомендуемого стандартного ряда [1], результирующее передаточное отношение может несколько отличаться от расчетного. Погрешность (Δi) фактического передаточного отношения от расчетного не должна превышать 10%, где .

Фактическое передаточное отношение i_фактич находим по формуле:

.

Вычисляем погрешность передаточного отношения:

Следовательно, выбор числа зубьев колес и шестерен был произведен верно.

Кинематическая схема редуктора показана на рис.1.

Рис.1. Кинематическая схема ЭМП

Силовой расчет ЭМП

Проверочный расчет выбранного двигателя по статической нагрузке

Так как на данном этапе проектирования известна кинематическая схема ЭМП, то из соотношения приведения моментов [1]:

(4), где

M_i, M_i – момент нагрузки на i-ом и j-ом валах;

i_ij – передаточное отношение i-го и j-го вала;

η_ij – КПД передачи, η_ij=0.98;

η_подш – КПД подшипников, в которых установлен ведущий вал, η_подш =0.99.

Поскольку в момент пуска двигателя нужно учесть инерционность двигателя и нагрузки, необходимо, чтобы двигатель обеспечивал нужное угловое ускорение нагрузки. На выходном валу с учётом динамической составляющей действует следующий момент:

М_Σ= М_н + J_н_н=0.6+0.25*10=3.1 (Н*м)

Для того чтобы проверить правильность выбора двигателя, необходимо привести момент на выходном валу к валу двигателя по формуле (4) для каждого вала, начиная от выходного, и сравнить пусковой момент двигателя с приведённым моментом.

Ведем расчёт последовательно к валу двигателя:

(Н*м)

(Н*м)

(Н*м)

(Н*м)=13.6(Н*мм)

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

По паспортным данным М_пуск =34.3·10^-3 Н·м, то есть 34.3≥13.6 – верно => двигатель выбран правильно. То есть выбранный двигатель сможет обеспечить нужно угловое ускорение нагрузки при старте.

Определение модуля зацепления

Модуль зацепления определяется из расчета зубьев на прочность (изгибную и контактную). Поскольку в проектировании ЭМП предполагается открытый тип передач, то расчет зубьев на изгиб является проектным.

При проверочном расчете по известной геометрии зубьев и заданным нагрузкам определяют действующие контактные напряжения σ_н и проверяется условие σ_н≤[σ_н].

Расчет на изгибную прочность проводят для наиболее нагруженной ступени редуктора, т.е. в нашем случае для ступени Z₉-Z₈. При этом модуль определяется по менее прочному колесу зубчатой элементарной пары соотношением:

(5), где

m – модуль прямозубых колес;

K – коэффициент расчетной нагрузки, K=1.1...1.5 (выбирается согласно [1]), выбираем значение K=1.3;

M – крутящий момент, действующий на рассчитываемое колесо [Н·м],

Y_F – коэффициент формы зуба, выбирается из таблицы [1], в нашем случае Y_F=3.73;

ψ_в – коэффициент формы зубчатого венца, для мелкомодульных передач ψ_в=3...16 (согласно [1]), выбираем ψ_в=6;