- 24 -

Факультет: Информатики и систем управления

Кафедра: Проектирование и технология производства электронной аппаратуры (ИУ 4)

______________________________________________________________________________

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. БАУМАНА

По курсу: ОКП

Студент: Прилепский Р.А. ИУ4-53

(фамилия, инициалы) (индекс группы)

Преподаватель: Пономарев В. М.

Москва

2009

Домашнее задание

«Расчет электромеханического привода»

Содержани

1. Введение 3

2. Предварительный выбор двигателя привода ЭМП 4

3. Кинематический расчет ЭМП 5

4. Силовой расчет ЭМП 8

1. Проверочный расчет выбранного двигателя по заданной нагрузке 8

2. Определение модуля зацепления 9

1. Геометрический расчет кинематики ЭМП 11

2. Расчет валов и опор редуктора 12

3. Точностной расчет разрабатываемой кинематики 15

4. Проверочные расчеты проектируемого привода 19

5. Список литературы 23

Введение

Ниже приводится расчет, в соответствии с принципиальной схемой ЭМП и со спецификацией условий технического задания для варианта 18:

Момент нагрузки Мн	1 Н·м
Частота вращения выходного вала	10 об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала Ен	10 рад/с2
Момент инерции нагрузки Jн	0.3 кг·м2
Температура эксплуатации	-20..+40 °С
Род тока	переменный
Срок службы не менее	не менее 3000 часов
Критерий расчета	минимизация погрешности
Режим работы	кратковременный
Метод расчета, процент риска при расчете, точность	вероятностный, процент риска - 1%
Рабочий угол поворота выходного вала	±40°
Точность отработки не хуже	25'
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 усвловию ТЗ режим работы привода – кратковременный, следовательно необходимо выбирать двигатель с относительно большим пусковым моментом.

По условиям задания получаемый привод должен относится к высокоточным, работающим в кратковременном режиме. Для данного вида привода целесообразно использовать либо шаговые, либо асинхронные двигатели. В виду малого срока службы шаговых двигателей (порядка 1000 часов) их использование следует исключить. Исходя из заданных параметров, выберем серию двигателей ЭМ.

Первоначально выберем ряд двигателей ЭМ с частотой вращения 4000 об/мин. Так как частота вращения выходного вала значительно меньше этого значения и составляет 10 об/мин, то получаемый привод относится к редукторам.

об/мин

Общее передаточное отношение редуктора определим как:

Согласно критерию минимизации погрешности, передаточные отношения последней и предпоследней ступеней следует назначить равными и лежащими в пределах 7.5..10, назначим:

Тогда число ступеней редуктора определим как:

Рассчитаем КПД редуктора:

Так как ЭМП имеет один выход, то расчетную мощность электродвигателя определяем по формуле:

Примем коэффициент запаса равным 5 (для точных следящих приводов):

Номинальная мощность двигателя должна быть не менее:

Выберем двигатель ЭМ-15М, со следующими параметрами:

U = 115 В,

U_у = 80 В,

P=8 Вт,

n_ном = 4000 об/мин,

М_ном = 200·10^-3 Н·м,

М_пуск = 32·10^-3 Н·м,

J_р = 0.0021·10^-4 кг·м²,

Т_эм = 30·10^-3 с,

m = 0.8 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

Согласно критерию минимизации погрешности, передаточные отношения последней и предпоследней ступеней следует назначить равными и лежащими в пределах 7.5..10, назначим:

Тогда число ступеней редуктора определим как:

Распределение общего передаточного отношения по ступеням

Определение чисел зубьев колес редуктора

Назначим число зубьев на всех шестернях (согласно рекомендуемым значениям[1]).

Число зубьев ведомых колес для редуктора вычисляется по формуле:

, где

k = 2, 4, 6 - номер колеса.

Полученные результаты представлены в табл.1.

Таблица 1   

Номер ступени	Передаточное отношение	Назначенные числа зубьев
		Шестерня	Колесо
1	4	20	80
2	10	20	200
3	10	20	200

Так как при расчетах выбор числа зубьев осуществлялся из рекомендованного ряда, то вычисляем фактическое передаточное отношение и погрешность передаточного отношения.

, где k = 1, 3, 5

Таблица 2. Фактические значения передаточных коэффициентов

i12ф	i34ф	I56ф
4	10	10

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:

Подставляя значения из таблицы 2, находим i_0Ф :

Погрешность передаточного отношения находится по формуле:

Подставляя значения, получаем:

Условие применимости расхождения i₀ и i_0ф из практических рекомендаций: .

Так как , следовательно, условие выполняется и выбор числа зубьев колес и шестерен был произведен верно.

По результатам выполненного расчета изобразим кинематическую схему редуктора в виде эскиза без соблюдения масштаба, но таким образом, чтобы была ясна кинематическая цепь передачи движения между валами (рис.1).

Рис.1. Кинематическая схема ЭМП

Силовой расчет ЭМП

Проверочный расчет выбранного двигателя по заданной 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 =0.98.

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=1+0.3*10=4 (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.

Рассчитаем статический момент, приведенный к валу двигателя:

Н*м

Н*м

Н*м

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

М_П ≥ М_ΣПР=М_СТ.ПР+М_Д.ПР и М_НОМ ≥ М_СТ.ПР

М_ΣПР=[(1+K_М)*J_P + J_Н/i₀²]*ε+ М_СТ.ПР,

где J_P – момент инерции ротора двигателя (J_P=0.021*10^-4 кг*м²), K_М=1 (так как двигатель малоинерционный), ε= ε_н* i₀.

М_ΣПР==0.028

М_СТ.ПР=0.011 М_НОМ=0.2

Проверка выполняется. Следовательно, двигатель оставляем.

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 Z₅-Z₆. При этом модуль определяется по менее прочному колесу зубчатой элементарной пары соотношением: