Содержание

1. Техническое задание………………………………………………………………………………3

2. Описание и обоснование выбранной конструкции…………………………………………..….4

   1. Описание заданной конструкции……………………………………………………………..4

   2. Технико-экономическое обоснование конструкции и принцип действия изделия ………5

3. Предварительный выбор двигателя………………………………………………………………6

4. Определение общего передаточного отношения..………………………………………………7

5. Определение числа ступеней.…………………………………………………………………….7

5.1 Критерий минимизации габаритов.........……………………………………………………..7

5.2 Критерий быстродействия…………………………………………………………………….9

5.3 Критерий максимальной точности...…………………………………………………………11

5.4 Оптимальное передаточное отношение..…………………………………………………….12

1. Силовой расчёт ЭМП ………………………………………………………………………….….14

   1. Проверка правильности выбора электродвигателя по пусковому моменту………………14

   2. Проверочный расчёт выбранного двигателя по заданной нагрузке……………………….14

2. Расчёт зубчатых передач на прочность………………………………………………………….15

   1. Расчёт на изгибную прочность……………………………………………………………….15

   2. Расчёт на контактную прочность…………………………………………………………….17

3. Геометрический расчёт колёс и передач………………………………………………………...17

4. Расчёт валов и опор редуктора...…………………………………………………………………20

   1. Проектный расчёт валов……………………………………………………………………...20

   2. Расчёт вала на прочность………………………………………………………………….....20

   3. Расчёт валов на жёсткость…………………………………………………………………....23

5. Расчёт подшипников качения…………………………………………………………………....23

6. Точностной расчёт разрабатываемой конструкции…………………………………………….24

   1. Метод 1……………………………………………………………………………………….24

   2. Метод 2……………………………………………………………………………………….26

7. Проверочные расчёты…………………………………………………………………………….28

   1. Уточнённый силовой расчёт и проверка правильности выбора электродвигателя…….28

   2. Проверочный расчёт шпонки…………………………………………………………….…29

8. Выбор микропереключателя……………………………………………………………………..30

9. Расчёт ограничителя выходного вала……………………………………………………………32

10. Расчёт размерной цепи…………………………………………………………………………....33

11. Заключение (расчёты и выводы) ………………………………………………………………...35

12. Список использованных источников…………………………………………………………....36

1. Техническое задание

Тема проекта: исполнительный механизм.

Техническое задание: разработать технический проект с выпуском рабочей документации на электромеханическую часть исполнительного механизма по следующим данным.

Основные данные:

Таблица 1

В механизме предусмотреть порошковую предохранительную муфту и датчик угла поворота, а также ограничители и токоподвод.

2. Описание и обоснование выбранной конструкции

2.1. Описание заданной конструкции

Темой данной курсовой работы является разработка конструкции исполнительного механизма. Исходя из заданного ТЗ и схемы в качестве исполнительного устройства будем использовать электромеханический привод (ЭМП), широко применяющийся для задания звеньям движения.

Рис. 1. Схема разрабатываемого механизма

Д – двигатель;

Р – редуктор;

М – муфта;

ВЗ – выходное звено;

ДП – датчик поворота;

Квых – обратная связь;

Темой данной курсовой работы является разработка конструкции исполнительного механизма. Исходя из заданного ТЗ и схемы в качестве исполнительного устройства будем использовать электромеханический привод (ЭМП), широко применяющийся для задания звеньям движения.

ЭМП работает в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками, остановами, реверсами; со сравнительно быстрыми изменениями выходной скорости. ЭМП применяют в установках автоматического управления и регулирования в промышленности, энергетике, специальной технике (авиационной, ракетной, космической); автоматических измерительных приборах, основанных на компенсационном методе измерения; промышленных роботах и манипуляторах; следящих системах дистанционных передач, автоматических прицелах; радиолокационной технике для управления антеннами поиска и слежения за подвижными объектами и т. д. Привод работает обычно в условиях непрерывных изменений нагрузки, частых пусков, остановов и реверсов, поэтому нагрузка имеет здесь преимущественно динамический характер. Они как правило насыщены аппаратурой управления: элементами управления, блокировки и сигнализации, датчиками угловой скорости и угла поворота, элементами дистанционных передач, отсчетными механизмами и т. д. Основные требования к ЭМП – это малые инерционность, погрешность; широкая полоса пропускания частот, простота конструкции, стабильность характеристик, а также малые масса, габариты, стоимость, высокая надежность. [4]

2.2. Технико-экономическое обоснование конструкции и принцип действия изделия

Как было описано выше, ЭМП является широко распространенным и достаточно давно изготавливаемым устройством, а значит технологический процесс изготовления отдельных типовых деталей и узлов, а также сборки изделия в целом является хорошо изученным, а потому отработанным, что гарантирует невысокую цену и достаточный выход годных изделий. А использование в механизме стандартизованных по ГОСТ деталей еще больше удешевит стоимость изготовления.

В общем случае ЭМП состоит из трех основных звеньев: источника энергии (электродвигателя Д), передатчика энергии (редуктора Р – преобразующий момент М и угловую скорость в величины, заданные по ТЗ) и исполнительного устройства (ВЗ). Помимо этого в схеме имеются дополнительные элементы, необходимые для создания функции регулирования. Муфта М, которая служит для предохранения механизма от перегрузок (при эксплуатации нагрузка может носить случайный характер), что повысит надежность системы, а также для принудительного тормоза, что повысит быстродействие системы. Датчик поворота ДП служит для преобразования выходной механической величины (угла поворота ) в электрический сигнал для контроля выходных параметров. В качестве ДП в разрабатываемой конструкции будет применен потенциометр, соединенный для минимизации погрешности измерений с выходным валом редуктора с одной стороны и с выходным звеном с другой. Помимо этого в потенциометре будет реализована функция ограничителя угла поворота выходного вала. Звено Квых служит для преобразования электрического сигнала в форму, подходящую для системы управления, реализованную с помощью силовой электроники. Сигнал от системы управления будет подаваться к двигателю, корректируя характер движения его вала. Таким образом будет реализована система обратной связи, позволяющая управлять движением выходного звена.

В данном случае передача энергии происходит следующим образом: мощность, развиваемая двигателем, передается через редуктор на выходной вал, на котором расположены муфта и потенциометр, преобразующий угол поворота в электрический сигнал.

3. Предварительный выбор двигателя привода разрабатываемой конструкции

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=0.8 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=15 об/мин получаем:

η_р – КПД редуктора, η_р = 0,8;

ξ – коэффициент запаса двигателя, выбирается согласно указанному в ТЗ режиму работы и [1], ξ=1,2.

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 ДПР-42-Н1-03 с техническими характеристиками:

Таблица 2 Паспортные данные двигателя ДПР-52-Ф1-04

Основные размеры двигателя ДПР-52-Ф1-04

Таблица 3

4. Определение общего передаточного отношения

По известным значениям скоростей на входе n_ном и n_вых определяем общее передаточное отношение редуктора (цепи двигатель – выходной вал) по формуле:

(2), где