20

Содержание

Содержание 2

1. Исходные данные 3

2. Предварительный выбор двигателя разрабатываемой конструкции 3

3. Кинематический расчет 4

3.1. Определение общего передаточного отношения 4

3.2. Определение числа ступеней и распределения общего передаточного отношения по ступеням в соответствии с заданным критерием проектирования ЭМП 4

3.3. Определение чисел зубьев колес редуктора 4

4. Силовой расчет ЭМП 6

4.1 Проверочный расчет выбранного двигателя 6

4.2. Определение модуля зацепления 7

5. Геометрический расчет кинематики ЭМП 9

6. Расчет валов и опор редуктора 11

6.1. Расчет валов 11

6.2 Расчет опор 16

7. Точностной расчет разрабатываемой кинематики 17

8. Проверочные расчеты проектируемого привода 19

8.1 Уточненный силовой расчет и проверка правильности выбора электродвигателя 19

8.2. Проверочные расчеты на прочность 24

Литература 26

1. Исходные данные

Требуется разработать ЭМП на основе ниже приведенных данных.

Момент нагрузки			Частота вращения выходного вала
Мн=0.5 [н*м]			nн=14 об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала	Момент инерции нагрузки	Температура эксплуатации		Род тока	Срок службы  (час), не менее
Ен=20 рад/с	Iн=0.15 кг/м2	Т= - 20о …+40о С		переменный	500 часов
Критерий расчета	Режим работы	Метод расчета, процент риска при расчете, точность		Рабочий угол поворота выходного вала, (град)	Точность отработки не хуже (угловые минуты)
Минимизация суммарного линейного расстояния	Кратковременный	Вероятностный, 4.5%		3600 град	20’

1. Предварительный выбор двигателя разрабатываемой конструкции

Предварительный выбор электродвигателя осуществляется, исходя из соотношения [1] :

, где

ξ - коэффициент запаса

Выбирается согласно заданному режиму работы (кратковременный режим) и [1], ξ = 2,0

M_н – момент нагрузки на выходом валу

По условию M_н=0,5 Нּм

n_н – частота вращения выходного вала редуктора

По условию n_н=14 ^об/_мин

η – приближенное значение КПД будущего редуктора. Поскольку используется цилиндрический зубчатый редуктор, то принимаем η = 0,8.

Тогда: (Вт)

По вычисленному значению мощности двигателя и заданному в условии роду тока (переменный) из [1] выбираем двигатель ЭМ-4М со следующими техническими характеристиками:

- ссылка на источник из списка литературы

Табл. 2.1. Паспортные данные двигателя ЭМ-4М

Напряжение питания		115 В / 60 В
Частота питающего напряжения		400 Гц
Род тока		Переменный, однофазный
Номинальная мощность	Nдвиг	4 Вт
Номинальные момент	Mн	0,012 Нּм
Пусковой момент	Mп	0,022 Нּм
Частота вращения выходного вала	nдвиг	3300 об/мин
Момент инерции ротора	Jр	1,3ּ10-6 кгּм2
Температура окружающей среды		-60…+80 °С
Диаметр выходного вала	Øвала	3 мм
Масса		0,55 кг

Двигатель малоинерционный.

3. Кинематический расчет

3.1. Определение общего передаточного отношения

По известным значениям скоростей на входе n_двиг и выходе n_н определяем передаточное отношение редуктора (цепи двигатель – выходной вал) по формуле:

, где

n_двиг = 2000 ^об/_мин. (см. табл. 2.1)

Частота вращения выходного вала редуктора n_н = 14 ^об/_мин (из условия)

Тогда, получаем:

3.2. Определение числа ступеней и распределения общего передаточного отношения по ступеням в соответствии с заданным критерием проектирования ЭМП

Определим число ступеней из условия максимального быстродействия.

По заданному в условии задания критерию минимизации – минимизация суммарного линейного расстояния – находим число ступеней редуктора и осуществляем разбивку i₀ по ступеням.

Число ступеней редуктора:

Таким образом, количество ступеней n=4

Передаточные отношения по ступеням в соответствии с критерием минимизации суммарного линейного расстояния[1]

Табл. 3.1. Передаточные отношения

i12	I34	i56	I78
4,66	4,66	4,66	2,33

3.3. 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, 8 - номер колеса.

Учитывая рекомендованный ряд [1], назначаем количества зубьев колес и шестерен:

Табл. 3.2. Числа зубьев колес редуктора

№ колеса	1	2	3	4	5	6	7	8
№ элементарной передачи	I		II		III		IV
Число зубьев	17	80	17	80	17	80	17	40

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

Табл. 3.3. Фактические значения передаточных коэффициентов

i12ф	i34ф	I56ф	I78ф
4,7	4,7	4,7	2,35

Фактическое передаточное отношение редуктора рассчитывается по формуле:

Подставляя значения из табл. 3.3, 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.

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. 3.1).

Рис. 3.1. Кинематическая схема редуктора

4. Силовой расчет ЭМП

4.1 Проверочный расчет выбранного двигателя

Общий момент нагрузки рассчитывается по формуле:

, где

M_ст – момент нагрузки

По условию: M_ст = 0,5 Нּм

M_д – динамический момент нагрузки

J_н – момент инерции нагрузки

По условию: J_н=0,15 кгּм²

ε_н – требуемое угловое ускорение вращения выходного вала

По условию: ε_н=20 рад/с².

Тогда, получаем: (Нּм)

Крутящий момент на k-м валу (k=1…5) рассчитывается по формуле:

, где

i_k,k+1 – передаточное отношение передачи

η_k,k+1 – КПД передачи, η_k,k+1 = 0,98

η_подш – КПД подшипников, в которых установлен ведущий вал, η_подш = 0,98

Расчет ведем от выходного вала.

Табл. 4.1. Крутящие моменты на валах

k	Входной (1)	2	3	4	выходной (5)
	0,018	0,08	0,35	1,56	3,5

Выполним предварительную проверку правильности выбора двигателя:

.

По паспортным данным M_п = 0,022(Нּм) ≥ 0,018(Нּм), т.е. предварительно двигатель выбран верно (выбранный двигатель сможет обеспечить нужное угловое ускорение нагрузки при старте).

Так как по условию нет дополнительных требований, то двигатель по силовому параметру подходит полностью.

4.2. Определение модуля зацепления

Модуль зацепления определяется из расчета зубьев на прочность (изгибную и контактную). В проектируемом ЭМП предполагается открытый тип передач.

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 Z₇-Z₈. При этом модуль зацепления выбирается по менее прочному колесу зубчатой элементарной передачи, исходя из неравенства [2]:

(для цилиндрических прямозубых и косозубых передач), где