Расчет цилиндрического косозубого преобразователя движения

Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

(ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

 

 

Институт автоматизации и робототехники

 

Кафедра робототехники и мехатроники

 

Дисциплина «Детали мехатронных модулей, роботов и их конструирование»

 

                                              Курсовой проект

 «Приводной модуль поворота звена робота»

Задание № 16

Вариант 5

 

 

Выполнил:

студент группы АДБ-18-09

Маликов И.Т.                                            __________       _______  

                                                                                                                      ^{(дата)                        (подпись)}                  

 

 

Принял

преподаватель:                                             

Буйнов М.А.                                                                          __________       _______  

                                                                                                                     ^{(дата)                          (подпись)}                   

 

                                        Оценка: ________            Дата:_________

 

 

Москва 2020

Содержание

 

Расчет цилиндрического косозубого преобразователя движения. 2

Расчет допускаемых напряжений. 2

Проектный расчет передачи. 3

Геометрические размеры зубчатых колёс. 6

Проверочный расчёт зубьев на контактную выносливость. 6

Проверочный расчёт зубьев на выносливость при изгибе. 8

Силы в зацеплении. 9

Проектный расчет вала двигателя мехатронного модуля. 10

Проектный расчет входного вала мехатронного модуля. 11

Линейные параметры входного вала. 12

Реакции опор входного вала. 12

Проектный расчет выходного (тихоходного) вала на статическую прочность по текучести. 14

Линейные параметры выходного вала. 15

Проверочный расчет выходного вала на статическую прочность по текучести. 15

Проверочный расчет подшипников. 18

Проверочный расчет шпоночных соединений. 21

 

Проектный расчет передачи

Делительный диаметр шестерни

= мм

Принимаем d₁=26 мм.

В формуле КНβ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца. Его определяют по таблицам в зависимости от степени точности передачи и окружной скорости шестерни

м/c.

где -частота вращения шестерни

об/мин

Выбираем степень точности передачи СТ=7. Тогда КНβ=1,05.

Делительный диаметр колеса

мм

Межосевое расстояние

мм

Модуль зубьев из условия контактной выносливости:

мм

Модуль зубьев из условия изгибной выносливости:

мм

Здесь  - вращающий момент на колесе 2

мм

- коэффициент полезного действия зубчатой передачи

;

.

.

Принимаем - коэффициент ширины зубчатого венца. Принимаем  Окончательно выбираем модуль по стандарту m=2,25 мм.

Для косозубой передачи находим угол наклона зубьев.

Для этого вычисляем

При принимают

Так как , то угол наклона зубьев будет равен

Угол  не рекомендуют принимать больше , поэтому увеличиваем ширину зубчатого венца и находим новое значение угла  

 Находим суммарное число зубьев шестерни и колеса

Округляем  до меньшего целого =64.

 

 

Окончательно угол наклона зубьев

Число зубьев шестерни

.

Округляем  до целого ближайшего числа

=18.

При этом должно быть

Принимаем =14. Условие выполняется, так как

=18 > =14.

Для прямозубых колёс > =14.

Вычисляем число зубьев колеса

Реальное передаточное отношение

Погрешность передаточного отношения

Коэффициент торцевого перекрытия

где  и эквивалентное число зубьев:

· шестерни

=

· колеса

=1,62>1,2 - условие выполняется

Коэффициент осевого перекрытия

Если условие не выполняется. Необходимо  увеличить, но неизвестно на сколько. Поэтому bw увеличить можно в конце расчета передачи, когда будет известно контактное напряжение .

Силы в зацеплении

Силы на шестерне:

· окружная

· радиальная

· нормальная

· осевая

 

Силы на колесе:

· окружная

· радиальная

· осевая

· нормальная к зубу

.

Реакции опор входного вала

Рисуем схему входного вала и на ней расставляем все силы в соответствии с их действительным расположением на шестерне.

Рассматриваем входной вал, находящийся под действием радиальной F_r1 и осевой F_a1 сил. Опоры А и В заменяем реактивными силами  и . Их направления выбираем произвольно.

Для нахождения значений реакций составляем уравнения статики.

В вертикальной плоскости

Σ

Находим реакцию

Σ

Зачеркиваем  изменяем ее направление на противоположное и записываем с плюсом.

Находим реакцию  

Проверка: Σ

Реакции найдены верно.

 

 

Рассматриваем входной вал, находящийся под действием только окружной F_t1 силы. Составляем уравнения статики в горизонтальной плоскости:

Σ

Σ

Находим реакции в опорах А и В

Проверка: Σ

Реакции найдены верно.

Суммарные реакции в опорах А и В:

.

 

Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

(ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

 

 

Институт автоматизации и робототехники

 

Кафедра робототехники и мехатроники

 

Дисциплина «Детали мехатронных модулей, роботов и их конструирование»

 

                                              Курсовой проект

 «Приводной модуль поворота звена робота»

Задание № 16

Вариант 5

 

 

Выполнил:

студент группы АДБ-18-09

Маликов И.Т.                                            __________       _______  

                                                                                                                      ^{(дата)                        (подпись)}                  

 

 

Принял

преподаватель:                                             

Буйнов М.А.                                                                          __________       _______  

                                                                                                                     ^{(дата)                          (подпись)}                   

 

                                        Оценка: ________            Дата:_________

 

 

Москва 2020

Содержание

 

Расчет цилиндрического косозубого преобразователя движения. 2

Расчет допускаемых напряжений. 2

Проектный расчет передачи. 3

Геометрические размеры зубчатых колёс. 6

Проверочный расчёт зубьев на контактную выносливость. 6

Проверочный расчёт зубьев на выносливость при изгибе. 8

Силы в зацеплении. 9

Проектный расчет вала двигателя мехатронного модуля. 10

Проектный расчет входного вала мехатронного модуля. 11

Линейные параметры входного вала. 12

Реакции опор входного вала. 12

Проектный расчет выходного (тихоходного) вала на статическую прочность по текучести. 14

Линейные параметры выходного вала. 15

Проверочный расчет выходного вала на статическую прочность по текучести. 15

Проверочный расчет подшипников. 18

Проверочный расчет шпоночных соединений. 21

 

Расчет цилиндрического косозубого преобразователя движения

Исходные данные: структурная схема преобразователя движения; передаточное отношение U=2.5; циклограмма нагружения; значения моментов пикового Т_ПИК = 33.2 Н*м и текущих T_i, углов поворота φ_i, времени движения τ_i и коэффициентов k_i длительности работы передачи на i-ом участке циклограммы нагружения соответственно:

=16,6 Н∙м

=15,8 Н∙м

=14,1 Н∙м

=11,8 Н∙м

 

=1/2 рад

=4/7 рад

=7/9 рад

=4/5 рад

 

=0,6 c

=0,6 c

=0,9 c

=0,8 c

 

=0,43

=0,47

=0,06

=0,04

Долговечность работы передачи L_h=6*10⁴

Расчет допускаемых напряжений

Выбираем материал шестерни 1 и колеса 2 Сталь 35ХМ объёмнозакаленную с твёрдостью HRC=55-50 и пределом текучести =330 MПа. Для дальнейших расчетов принимаем HRC=53 МПа.

Допускаемые контактные напряжения:

=

где предел контактной выносливости для шестерни и колеса:

;

- коэффициент безопасности; - коэффициент долговечности.

,

где - базовое число циклов изменения контактных напряжений, для сталей -

,

где с– число зацеплений в передачи (с=1); вращающий мо-мент а i-ом участке нагружения; максимальный вращающий момент;  и угол и время поворота шестерни на i-ом участке нагружения; коэффициент длительности работы пе-редачи на i-ом участке; долговечность работы передачи.

=66769121,8 ц

 

Допускаемые контактные напряжения:

M Па;

Предельное допускаемое изгибное напряжение

где предел изгибной выносливости для шестерни и колеса:

M Па.

-коэффициент безопасности. Принимаем .

-коэффициент долговечности; -коэффициент реверсивности. Принимаем

где базовое число циклов изменения изгибных напряжений, для сталей

ц; эквивалентное число циклов изменения изгибных напряжений:

ц

Так как эквивалентное число циклов, больше чем базовое число циклов изменения напряжений при изгибе то принимаем .

Допускаемые изгибные напряжения:

 МПа;

Проектный расчет передачи

Делительный диаметр шестерни

= мм

Принимаем d₁=26 мм.

В формуле КНβ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца. Его определяют по таблицам в зависимости от степени точности передачи и окружной скорости шестерни

м/c.

где -частота вращения шестерни

об/мин

Выбираем степень точности передачи СТ=7. Тогда КНβ=1,05.

Делительный диаметр колеса

мм

Межосевое расстояние

мм

Модуль зубьев из условия контактной выносливости:

мм

Модуль зубьев из условия изгибной выносливости:

мм

Здесь  - вращающий момент на колесе 2

мм

- коэффициент полезного действия зубчатой передачи

;

.

.

Принимаем - коэффициент ширины зубчатого венца. Принимаем  Окончательно выбираем модуль по стандарту m=2,25 мм.

Для косозубой передачи находим угол наклона зубьев.

Для этого вычисляем

При принимают

Так как , то угол наклона зубьев будет равен

Угол  не рекомендуют принимать больше , поэтому увеличиваем ширину зубчатого венца и находим новое значение угла  

 Находим суммарное число зубьев шестерни и колеса

Округляем  до меньшего целого =64.

 

 

Окончательно угол наклона зубьев

Число зубьев шестерни

.

Округляем  до целого ближайшего числа

=18.

При этом должно быть

Принимаем =14. Условие выполняется, так как

=18 > =14.

Для прямозубых колёс > =14.

Вычисляем число зубьев колеса

Реальное передаточное отношение

Погрешность передаточного отношения

Коэффициент торцевого перекрытия

где  и эквивалентное число зубьев:

· шестерни

=

· колеса

=1,62>1,2 - условие выполняется

Коэффициент осевого перекрытия

Если условие не выполняется. Необходимо  увеличить, но неизвестно на сколько. Поэтому bw увеличить можно в конце расчета передачи, когда будет известно контактное напряжение .