Содержание

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

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

2.1. Технико-экономическое обоснование конструкции……………………………..…4

2.2 Принцип действия изделия…………………………………………….…………..…4

3. Предварительный выбор двигателя привода разрабатываемой конструкции...6

4. Кинематический расчёт проектируемой конструкции…………………………7

4.1. Определение общего передаточного отношения……………………………………7

4.2. Определение числа ступеней…………………………………………………………7

4.3. Определение чисел зубьев колёс редуктора и разбивка общего передаточного отношения………………………………………………………………………..…………7

5. Силовой расчет ЭМП…………………………………………..…………………9

5.1. Проверочный расчет выбранного двигателя ……………………………….………9

5.2. Расчёт зубчатых колёс на изгибную прочность……………………………….……10

5.3. Расчёт зубчатых колёс на контактную прочность…………………………….……12

6. Геометрический расчёт кинематики проектируемой конструкции………..…13

7. Расчет валов редуктора………………………………………………….………15

7.1. Проектный расчет валов………………………………………………………..……15

7.2. Расчет вала на прочность……………………………………………………….……15

7.3. Расчет вала на жесткость…………………………………………………………….19

8. Расчет опор редуктора………………………………………………………...…20

9. Точностной расчет разрабатываемой кинематики……………………….……22

9.1. Определение погрешности мертвого хода……………………………………..…..22

9.2. Определение кинематической погрешности……………………….……………...23

10. Расчет предохранительной муфты…………………………..………………..25

10.1 Расчет пружины………………………………………………………………..……25

11. Выбор микропереключателя………………….……………………………….27

12. Расчет штифтов и шпонок…………………………….………………….……28

12.1. Расчет штифтов……………………………………………………………………..28

12.2. Проверочный расчет шпонок………………………………………………..…….28

13. Проверочные расчеты проектируемого привода………………...…………..30

13.1. Уточненный силовой расчет и проверка правильности выбора электродвигателя………………………………………………………………………….30

14. Заключение………………………………………………………………….…..33

15. Список литературы……………………..……………………………………...34

1. Техническое задание

Тема проекта: привод следящей системы.

Техническое задание: по предлагаемой схема разработать конструкцию по техническим данным, приведенным ниже с учетом ЕСКД и действующих стандартов.

Основные данные приведены в табл. 1.

Таблица 1. Данные ТЗ.

Статический момент на выходном валу Мст, Н*мм	500
Скорость вращения выходного вала ω, рад/с	2,5
Момент инерции нагрузки J, кг*м2	0,1
Ускорение вращения выходного вала ε, рад/с2	10
Погрешность редуктора Δφ, угл. мин.	15
Угол поворота выходного вала	100о
Тип корпуса	двухплатный
Тип предохранительной муфты	фрикционная дисковая
Напряжение питания	27В постоянного тока
Характер производства	мелкосерийный

2. Описание и обоснование разрабатываемой конструкции

2.1. Технико-экономическое обоснование конструкции

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

Такие приводы работают в повторно-кратковременных режимах со сравнительно быстрыми изменениями выходной скорости. Регулируемый 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. Основные требования к регулируемым ЭМП – это малые инерционность, погрешность; простота конструкции, стабильность характеристик, а также малые масса, габариты, стоимость, высокая надежность.

2.2. Принцип действия изделия

ОС

Д

Р

М

ВЗ

ДП

U_упр

Рисунок 1. Схема разрабатываемого механизма

Д – двигатель;

Р – редуктор;

М – муфта;

ВЗ – выходное звено;

ДП – датчик поворота;

ОС – обратная связь;

U_упр – управляющее напряжение.

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.

3. Предварительный выбор двигателя привода разрабатываемой конструкции

Так как редуктор имеет один двигатель и один выходной вал, то требуемую мощности в ваттах определяют из соотношения [1]:

(1)

Здесь

N – расчетная мощность двигателя [Вт];

ω – угловая скорость на выходном валу привода;

M_н – момент нагрузки привода.

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

ξ – коэффициент запаса двигателя, для точных следящих приводов ξ=2,5..5, выберем ξ=2,5.

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

Вт.

По рассчитанной мощности N = 3,9 Вт и рекомендациям ТЗ выбираем двигатель ДПР-52-Ф1-03 с характеристиками (табл. 2):

Таблица 2. Характеристики двигателя ДПР-52-Ф1-03

Мощность PН, Вт	4,6
Номинальный момент Mном, Н*мм	9,8
Пусковой момент Мп, Н*мм	54
Скорость вращения вала nном, об/мин	4500
Момент инерции ротора Jр, кг*см2	0,017
Напряжение питания U, В	27
Срок службы Т, ч	2500
Масса m, кг	0,25

4. Кинематический расчёт проектируемой конструкции

4.1. Определение общего передаточного отношения

По известным значениям скоростей на входе n_ном и n_вых определяем общее передаточное отношение редуктора по формуле [1]:

(2)

Частота вращения выходного вала n_вых, [об/мин] может быть найдена по формуле:

₍₃₎

Подставляя полученные скорости в формулу (2) имеем:

₍₄₎

4.2. Определение числа ступеней

Поскольку в ТЗ не задан критерий расчета, проведем расчет по трём критериям [1,2]: минимизация габаритов, минимизация массы и минимизация погрешностей и выберем среднее число ступеней. А затем произведем разбивку общего передаточного отношения.

1) Критерий минимизации габаритов

(5)

2) Критерий минимизации массы (быстродействие)

(6)

3) Критерий минимизации погрешностей

(7)

Выберем число ступеней n=5.

4.3. Определение чисел зубьев колёс редуктора и разбивка общего передаточного отношения

Поскольку n=5, передаточное отношение каждой ступени будет порядка: . С целью уменьшения габаритов выберем небольшие числа зубьев для колес: z_кол=50, а для шестерен выберем значение числа зубьев из рекомендуемого диапазона: z_шест=17. Затем скорректируем числа зубьев, чтобы сохранить неизменным рассчитанное ранее общее передаточное отношение и по формуле определим передаточные отношения каждой ступени.

Выбирая числа зубьев будет руководствоваться конструктивными соображениями: небольшое передаточное отношение обеспечивает быстродействие, увеличение передаточного отношения для более тихоходных ступеней обеспечивает точность, небольшое число ступеней обеспечивает небольшие габариты.

Результаты сведем в таблицу 3:

Таблица 3. Передаточные отношения ступеней и числа зубьев колес и шестерен редуктора.

Ступень	Передаточное отношение	Назначенные числа зубьев
		Шестерня	Колесо
1-2	2,67	18	48
3-4	2,82	17	48
5-6	2,94	17	50
7-8	2,94	17	50
9-10	2,94	17	50

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 (8)

Фактическое передаточное отношение i_фактич находим по формуле [1]: