Определение общего передаточного отношения

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                        3

1 Выбор двигателя                                                                             4

1.1. Выбор двигателя по мощности                                               4

1.2 Предварительная проверка выбора двигателя по моментам 5

2 Кинематический расчёт                                                                  6

2.1 Определение общего передаточного отношения                    6

2.2 Разбиение общего передаточного отношения по ступеням    7

2.3 Определение чисел зубьев зубчатых колес                             7

3 Силовой расчёт                                                                               9

4 Расчёт зубчатых колёс на прочность                                           10

4.1 Выбор материала                                                                    10

4.2 Расчёт допустимых напряжений                                            11

4.3 Расчет зубчатых передач на изгибную прочность                14

5. Геометрический расчёт                                                                15

6. Проектный расчет вала                                                               20

7. Выбор подшипников                                                                  20

Список литературы                                                                          21

ВВЕДЕНИЕ

В общем случае электромеханический привод состоит из трёх основных звеньев (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Схема разрабатываемой конструкции

В данном домашнем задании необходимо разработать ЭМП согласно ТЗ. Начальные данные на проектировании приведены в таблице 1.

Таблица 1

Момент нагрузки	… Н·М
Частота вращения выходного вала	… об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала	… рад/с2
Момент инерции нагрузки	… кг·м2
Температура эксплуатации	… °С
Род тока	…
Срок службы не менее	… час
Критерий расчета	…
Режим работы	…
Метод расчета, процент риска при расчете, точность	…
Рабочий угол поворота выходного вала	… град
Точность отработки не хуже	…'
Примечание	нет

Выбор двигателя

Целью расчета является выбор двигателя для ЭМП.

Выбор двигателя по мощности

Двигатель следует выбрать с учётом расчётной мощности двигателя, которая должна быть достаточна для перемещения нагрузки в соответствии с техническим заданием.

Расчётная мощность электродвигателя определяется по формуле:

(1.1)

где P_р — расчётная мощность электродвигателя;

P_н — расчётная мощность нагрузки;

η_о — КПД цепи двигатель-нагрузка

 – коэффициент запаса.

Расчётная мощность нагрузки вычисляется по формуле:

(1.2)

где  — статический момент нагрузки;

 — угловая скорость вращения нагрузки.

 

…

 

 

Выберем двигатель. Его характеристики приведены в таблице 2.

 

Табл. 2. Паспортные данные двигателя …

Номинальная мощность	Pном	… Вт
Номинальные момент	Mном	… Нּмм
Пусковой момент	Mпуск	… Нּмм
Частота вращения выходного вала	nдв	… об/мин
Момент инерции ротора	Jр	…кгּм2

 

…

 

Вывод: выбранный двигатель … подходит по мощности.

Предварительная проверка выбора двигателя по моментам

Для режима частых пусков двигатель должен удовлетворять условию:

(1.3)

где M_ном — номинальный момент на валу двигателя;

M_{с. пр.} — статический приведённый момент;

M_{д. пр.} — динамический приведённый момент.

Статический приведённый момент определяется по формуле:

(1.4)

где M_{с. пр.} — статический приведённый момент;

M_н — момент нагрузки;

i_о — общее передаточное отношение;

η_пер = 0,6 — КПД всей передачи (из условий ТЗ);

η_подш = 0,9 — КПД подшипников.

Динамический приведённый момент определяется по формуле:

(1.5)

где ε_н — угловое ускорение вращения на выходном звене;

i_о — общее передаточное отношение;

K_м — коэффициент, учитывающий инерционность собственного зубчатого механизма […];

J_р  — момент инерции ротора двигателя (из паспортных данных);

J_н — момент инерции нагрузки.

 

…

 

 

Вывод: выбранный двигатель … подходит по моментам.

Кинематический расчёт

Целью расчёта является разработка кинематической схемы привода, разбиение передаточного отношения, определения числа зубьев зубчатых колес.

Силовой расчёт

Целью силового расчёта является определение возникающих в каждой передаче моментов.

Моменты рассчитываются по формуле:

(3.1)

где M_ведущ — момент на ведущем звене;

M_ведом — момент на ведомом звене;

i_j — передаточное отношение ступени;

η_j — КПД передачи;

η_подш — КПД подшипников.

Общий момент нагрузки рассчитывается по формуле:

,

где M_н – момент нагрузки;

M_д – динамический момент нагрузки;

J_н – момент инерции нагрузки;

ε_н –угловое ускорение вращения выходного вала.

 

….

 

 

Выбор материала

Для цилиндрической передачи открытого типа с небольшими окружными скоростями в качестве материала для шестерен будет использоваться углеродистая сталь.., а в качестве материала для колёс — сталь.. (см. таблица 6) в соответствии с рекомендациями […]. Зубья шестерен будут выполнены из материалов с более высокой твёрдостью рабочих поверхностей по сравнению с колёсами для повышения долговечности зубчатой передачи.

 

Таблица 6. Характеристики используемых материалов

	Шестерня	Колесо
Материал	…	…
Модуль упругости E, МПа	2·105
Коэффициент линейного расширения α·10-6, 1/°C	12
Плотность ρ, г/см3	7,8
Твёрдость	…	…
Термообработка	поверхностная закалка
Предел прочности σв, МПа	…	…
Предел текучести σт, МПа	...	…

Геометрический расчёт

Целью расчёта является определение основных размеров передач и их элементов.

Основные геометрические размеры цилиндрических зубчатых передач указаны на рисунке 2.

Рисунок 2 ‑ Геометрические параметры цилиндрической зубчатой передачи

В данном приводе используются цилиндрические прямозубые передачи, поэтому угол наклона зубьев β = 0°.

Делительный диаметр определяется соотношением:

(5.1)

где d — делительный диаметр;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс;

z — число зубьев рассчитываемого колеса;

β = 0° — угол наклона зубьев.

 

 

….

 

Диаметр вершин зубьев определяется по формуле:

(5.2)

где d_a — диаметр вершин зубьев;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс;

β = 0° — угол наклона зубьев;

z — число зубьев;

 = 1 — коэффициент высоты головки зуба [1];

x = 0 — коэффициент смещения.

 

….

 

Диаметр впадин определяется по формуле:

(5.3)

где d_f — диаметр впадин зубьев;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс;

z — число зубьев;

β = 0° — угол наклона зубьев;

 = 1 — коэффициент высоты головки зуба […];

c^* = 0,25 — коэффициент радиального зазора m ≤ 0,5 мм по ГОСТ 9587-81;

x = 0 — коэффициент смещения.

 

 

…

 

 

Окружной шаг определяется по формуле:

,

(5.4)

где p — окружной шаг;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс.

 

 

….

 

 

Ширина колеса определяется по формуле:

(5.5)

где b_к — ширина колеса;

ψ_m = 10 — коэффициент ширины зубчатого венца для мелкомодульных передач [..];

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс.

Тогда ширина колёс будет равна:

 

 

…

 

 

Ширина шестерни определяется по формуле:

(5.6)

где b_ш — ширина шестерни;

b_к — ширина колеса;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс.

 

 

…

 

 

Межосевое расстояние определяется по формуле:

(5.7)

где a_ω — делительное межосевое расстояние;

m — модуль зацепления рассчитываемой пары колёс;

z_к — число зубьев колеса;

z_ш  — число зубьев шестерни;

β = 0° — угол наклона зубьев.

 

 

…

 

В таблице 7 сведены все расчитанные геометрические параметры зубчатых колес

 

 

Таблица 7. Геометрические параметры зубчатых колес

Параметр   № колеса	z	d, мм	da, мм	df, мм	b, мм	, мм
1
2
3
4
5
6
7
8					5

 

Проектный расчет вала

Диаметр вала исходя из условия крутильной прочности определяется выражением:

(6.1)

где  – крутящий момент на валу,

 – предельные крутильные напряжения:

(6.2)

где  – предел выносливости при симметричном цикле нагружения,

   – коэффициент запаса.

…

 

Выбор подшипников

В качестве опор будет использоваться шарикоподшипники. Предварительный выбор шарикоподшипников будет осуществляться по диаметру цапфы. Предварительно диаметр цапфы для каждого вала можно определить из выражения

(7.1)

где  – диаметр вала.

    Выберем подшипник ….

    Параметры подшипника….

 

Список литературы

1. Кокорев Ю.А., Жаров В.А., Торгов А.М. Расчет электромеханического привода. Изд-во МГТУ, 1995, 132 с.

2. Буцев А.А., Еремеев А.И., Кокорев Ю.А. и др. Атлас конструкций ЭМП. Под ред. Тищенко О.Ф. Машиностроение, 1982.

3. Буцев А.А., Кокорев Ю.А., Потапцев И.С. Учебное пособие по расчету ЭМП для студентов вечернего отделения с примерами применения 1984.

4. Буцев А.А., Коваленко А.П., Котов А.Н. Проектирование приборных приводов. Изд-во МГТУ, 1988.

5. Коваленко А.П., Буцев А.А., Выбор исполнительных электродвигателей приборных устройств. МВТУ, 1981.

6. Элементы приборных устройств. Курсовое проектирование. Под ред. Тищенко О.Ф. Высш. Школа. 1982, ч.1, ч.2.

7. Пивораров В.Н., Шевцов Ю.А., Жаров В.А. Применение ЭВМ в курсовом проекте. МВТУ, 1985.

8. Торгов А.М. Оптимизация передаточных отношений многоступенчатых передач с применением решения на ЭВМ, М. МГТУ, 1989, 36с.

9. Расчет деталей машин на ЭВМ. Под ред. Решетова Д.Н. Высш. Школа, 1985.

10. Дружинин Ю.А., Зубов В.А., Лавров В.Ю. Проектирование механизмов приборов и вычислительных систем с применением ЭВМ. М. Высш. Школа, 1988. 160с

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                        3

1 Выбор двигателя                                                                             4

1.1. Выбор двигателя по мощности                                               4

1.2 Предварительная проверка выбора двигателя по моментам 5

2 Кинематический расчёт                                                                  6

2.1 Определение общего передаточного отношения                    6

2.2 Разбиение общего передаточного отношения по ступеням    7

2.3 Определение чисел зубьев зубчатых колес                             7

3 Силовой расчёт                                                                               9

4 Расчёт зубчатых колёс на прочность                                           10

4.1 Выбор материала                                                                    10

4.2 Расчёт допустимых напряжений                                            11

4.3 Расчет зубчатых передач на изгибную прочность                14

5. Геометрический расчёт                                                                15

6. Проектный расчет вала                                                               20

7. Выбор подшипников                                                                  20

Список литературы                                                                          21

ВВЕДЕНИЕ

В общем случае электромеханический привод состоит из трёх основных звеньев (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Схема разрабатываемой конструкции

В данном домашнем задании необходимо разработать ЭМП согласно ТЗ. Начальные данные на проектировании приведены в таблице 1.

Таблица 1

Момент нагрузки	… Н·М
Частота вращения выходного вала	… об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала	… рад/с2
Момент инерции нагрузки	… кг·м2
Температура эксплуатации	… °С
Род тока	…
Срок службы не менее	… час
Критерий расчета	…
Режим работы	…
Метод расчета, процент риска при расчете, точность	…
Рабочий угол поворота выходного вала	… град
Точность отработки не хуже	…'
Примечание	нет

Выбор двигателя

Целью расчета является выбор двигателя для ЭМП.

Выбор двигателя по мощности

Двигатель следует выбрать с учётом расчётной мощности двигателя, которая должна быть достаточна для перемещения нагрузки в соответствии с техническим заданием.

Расчётная мощность электродвигателя определяется по формуле:

(1.1)

где P_р — расчётная мощность электродвигателя;

P_н — расчётная мощность нагрузки;

η_о — КПД цепи двигатель-нагрузка

 – коэффициент запаса.

Расчётная мощность нагрузки вычисляется по формуле:

(1.2)

где  — статический момент нагрузки;

 — угловая скорость вращения нагрузки.

 

…

 

 

Выберем двигатель. Его характеристики приведены в таблице 2.

 

Табл. 2. Паспортные данные двигателя …

Номинальная мощность	Pном	… Вт
Номинальные момент	Mном	… Нּмм
Пусковой момент	Mпуск	… Нּмм
Частота вращения выходного вала	nдв	… об/мин
Момент инерции ротора	Jр	…кгּм2

 

…

 

Вывод: выбранный двигатель … подходит по мощности.

Предварительная проверка выбора двигателя по моментам

Для режима частых пусков двигатель должен удовлетворять условию:

(1.3)

где M_ном — номинальный момент на валу двигателя;

M_{с. пр.} — статический приведённый момент;

M_{д. пр.} — динамический приведённый момент.

Статический приведённый момент определяется по формуле:

(1.4)

где M_{с. пр.} — статический приведённый момент;

M_н — момент нагрузки;

i_о — общее передаточное отношение;

η_пер = 0,6 — КПД всей передачи (из условий ТЗ);

η_подш = 0,9 — КПД подшипников.

Динамический приведённый момент определяется по формуле:

(1.5)

где ε_н — угловое ускорение вращения на выходном звене;

i_о — общее передаточное отношение;

K_м — коэффициент, учитывающий инерционность собственного зубчатого механизма […];

J_р  — момент инерции ротора двигателя (из паспортных данных);

J_н — момент инерции нагрузки.

 

…

 

 

Вывод: выбранный двигатель … подходит по моментам.

Кинематический расчёт

Целью расчёта является разработка кинематической схемы привода, разбиение передаточного отношения, определения числа зубьев зубчатых колес.

Определение общего передаточного отношения

Поскольку предварительно двигатель выбран, можно рассчитать передаточное отношение i_о цепи двигатель-нагрузка.

(2.1)

где n_дв — частота вращения вала двигателя;

n_н — частота вращения выходного вала.

Частота вращения и угловая скорость связаны между собой отношением:

(2.2)

…