Рассчитаем максимальные мертвые ходы в парах по формуле(3.48):

Мертвые ходы в парах (риск 10%):

Найдем суммарный мертвый ход в угловых единицах:

По заданию угловой допуск отработки 30'. Запас по точности составляет 7'45''. Компенсация мертвого хода не требуется.

2.5 Динамические расчеты

2.5.1 Расчет валов

2.5.1.1 Предварительный расчет

На данном этапе расчета известен только крутящий момент численно равный передаваемому вращающему моменту. Изгибающие моменты, возникающие в поперечных сечениях вала, можно определить только после разработки конструкции вала. Поэтому проектировочный расчет вала выполняют только на кручение. При этом определяют минимальный диаметр из всех участков ступенчатого вала. Условие прочности на кручение:

где фmax - наибольшие касательные напряжения, возникающие в сечении вала;

Т - крутящий момент, НЧмм,

Wс? 0,2d 3- полярный момент сопротивления круглого вала с диаметром d, м;

[ф]=12...25 МПа - допускаемое напряжение при кручении. Низкое значение [ф] компенсирует неучтенные напряжения изгиба, характер нагрузки и концентрацию напряжений.

Определим диаметры валов, мм:

где - допустимое напряжение кручения, .

Получаем:

Учитывая характер нагрузки, предварительно принимаем диаметр валов 1 и 2 равным 4 мм, а валов 3 и 4 - 6 мм.

2.5.1.2 Проектировочный расчет

Расчет проводим для наиболее нагруженных валов при прочих равных условиях.

Рассмотрим вал 2:

Запишем известные значения действующих сил:

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости:

Проверка:

Проверка:

Рисунок 4. Эпюры нагрузок вала 2

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости:

Проверка:

Проверка:

Находим суммарные реакции:

Строим эпюры распределения сил и моментов:

Плоскость х:

Эпюра сил:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» происходит скачек силы равный , на участке «АВ» эпюра идет параллельно валу:

В точке «В» происходит скачек, равный :

В точке «Г» происходит скачек, равный :

В точке «Б» происходит скачек, равный :

Эпюра моментов:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» Момент равен 0.На участке «АВ» эпюра изменяется по линейному закону:

Где Sa-площадь прямоугольника, ограниченного эпюрой сил. В точке «В» слева это значение примет вид:

На участке «ВГ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Г» слева это значение примет вид:

На участке «ГБ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Б» слева это значение примет вид:

Плоскость y:

Эпюра сил:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» происходит скачек силы равный , на участке «АВ» эпюра идет параллельно валу:

В точке «В» происходит скачек, равный :

В точке «Г» происходит скачек, равный :

В точке «Б» происходит скачек, равный :

Эпюра моментов:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» Момент равен 0.

На участке «АВ» эпюра изменяется по линейному закону:

Где Sa-площадь прямоугольника, ограниченного эпюрой сил. В точке «В» слева это значение примет вид:

На участке «ВГ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Г» слева это значение примет вид:

На участке «ГБ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Б» слева это значение примет вид:

Эпюра Крутящих моментов:

Эпюра строится по значению T2.

Рассчитаем суммарный изгибающий момент в критической точке:

Определим эквивалентный момент в критической точке:

Проверим предварительно принятый диаметр d=4мм в точке «В» по эквивалентному моменту:

где: - допустимое напряжение растяжения,

>4мм

Принимаем диаметр вала 1 и 2 равным d=6мм.

Расчет на сопротивление усталости:

Расчет на сопротивление усталости заключается в определении расчетных коэффициентов запаса прочности S в предположительно опасных сечениях, предварительно намеченных в соответствии с эпюрами изгибающих и крутящих моментов и расположением зон концентрации напряжений, и сравнении их с допустимыми значениями коэффициентов запаса прочности [S]. При этом должно выполняться условие усталостной прочности:

где[S] = 1,3...2,0; Sу и Sф, - запас сопротивления усталости только по изгибу и только по кручению соответственно:

гдеу-1 и ф-1 - пределы выносливости материала вала, определяемые по таблицам или по приближенным формулам:

у?1?(0,4...0,5) ув; ф?1?(0,2...0,3) ув

уа и фа - амплитуды циклов напряжений;

уm и фm - средние напряжения циклов напряжений;

Kd и KF - масштабный фактор и фактор шероховатости поверхности

Kу и Kф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении

шу и шф - коэффициенты, корректирующие влияние средних напряжений циклов напряжений на сопротивление усталости

Определим пределы выносливости стали 40X:

- при изгибе:

,

- при кручении:

,

Найдём вышеперечисленные напряжения:

;; ; .

Ми, Мк - изгибающий и крутящий моменты в расчетном сечении;

Тогда

Условие запаса прочности соблюдается.

Рассмотрим вал 4:

Рисунок 5. Эпюры нагрузок вала 4

Запишем известные значения действующих сил:

Определяем реакции опор в горизонтальной плоскости:

Проверка:

Проверка:

Определяем реакции опор в вертикальной плоскости:

Проверка:

Проверка:

Находим суммарные реакции:

Строим эпюры распределения сил и моментов:

Плоскость х:

Эпюра сил:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» происходит скачек силы равный , на участке «АВ» эпюра идет параллельно валу:

В точке «В» происходит скачек, равный :

В точке «Б» происходит скачек, равный :

Эпюра моментов:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» Момент равен 0.На участке «АВ» эпюра изменяется по линейному закону:

Где Sa-площадь прямоугольника, ограниченного эпюрой сил. В точке «В» слева это значение примет вид:

На участке «ВБ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Б» слева это значение примет вид:

Плоскость y:

Эпюра сил:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» происходит скачек силы равный , на участке «АВ» эпюра идет параллельно валу:

В точке «В» происходит скачек, равный :

В точке «Б» происходит скачек, равный :

Эпюра моментов:

Начинаем обход слева на право. В точке «А» Момент равен 0.

На участке «АВ» эпюра изменяется по линейному закону:

Где Sa-площадь прямоугольника, ограниченного эпюрой сил. В точке «В» слева это значение примет вид:

На участке «ВБ» зависимость будет выглядеть следующим образом:

В точке «Б» слева это значение примет вид:

Эпюра Крутящих моментов:

Эпюра строится по значению T4.

Рассчитаем суммарный изгибающий момент в критической точке:

Определим эквивалентный момент в критической точке:

Проверим предварительно принятый диаметр d=6мм в точке «В» по эквивалентному моменту:

где: - допустимое напряжение растяжения,

>6мм

Принимаем диаметр валов 3 и 4 равными 10 мм.

Расчет на сопротивление усталости:

где[S] = 1,3...2,0; Sу и Sф, - запас сопротивления усталости только по изгибу и только по кручению соответственно:

гдеу-1 и ф-1 - пределы выносливости материала вала, определяемые по таблицам или по приближенным формулам:

у?1?(0,4...0,5) ув; ф?1?(0,2...0,3) ув;

уа и фа - амплитуды циклов напряжений;

уm и фm - средние напряжения циклов напряжений;

Kd и KF - масштабный фактор и фактор шероховатости поверхности

Kу и Kф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении

шу и шф - коэффициенты, корректирующие влияние средних напряжений циклов напряжений на сопротивление усталости

Определим пределы выносливости стали 40X:

- при изгибе:

,

- при кручении:

,

Найдём вышеперечисленные напряжения:

;; ; .

Ми, Мк - изгибающий и крутящий моменты в расчетном сечении;

Тогда

Условие запаса прочности соблюдается.

2.5.2 Выбор подшипников качения.

Для первого и второго вала максимальная реакция опоры (см. формулу 3.58) равна:

Осевая нагрузка Fa равна нулю, так как используются цилиндрические прямозубые колеса.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

где X и Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, для радиального подшипника X = 0,6;

V - коэффициент вращения, при вращающемся внутреннем кольце и неподвижном наружном V = 1;

Kб - коэффициент безопасности, для нормальных условий Kб = 1,1;

Kt - температурный коэффициент, при нормальных температурных условиях равен 1.

В итоге получим:

Р = (0,6•1•88,3)1,1•1 = 58,28 Н.

Срок службы по заданию Lh >500 часов или в оборотах:

L = 60n Lh*10-6, млн. об.

где n - скорость вращения в оборотах в минуту,

n = 95,14 об/мин (п.3.3.1.3)

Срок службы:

L = 60·95,14·500·10-6 = 2,854 млн. об.

Расчетная динамическая грузоподъемность:

где б - коэффициент, зависящий от типа подшипника, для радиального подшипника б = 3.

Расчетная динамическая грузоподъемность:

Ср = 2,8541/3·58,28 = 82,64 Н.

По ГОСТ 8338-75 выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник с посадочным диаметром 6 мм и динамической грузоподъемностью больше 82,64 Н. Подходящий подшипник - 16 (наружный диаметр 17мм, ширина 6 мм, динамическая грузоподъемность 860 Н).

Обозначение 16

d=6 мм

D=17 мм

В=6мм

r=0,5мм

С=2200Н

С0=860Н

Для третьего и четвертого вала максимальная реакция опоры (см. формулу 3.73) равна:

Осевая нагрузка Fa равна нулю, так как используются цилиндрические прямозубые колеса.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

где X и Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, для радиального подшипника X = 0,6;

V - коэффициент вращения, при вращающемся внутреннем кольце и неподвижном наружном V = 1;

Kб - коэффициент безопасности, для нормальных условий Kб = 1,1;

Kt - температурный коэффициент, при нормальных температурных условиях равен 1.

В итоге получим

Р = (0,6•1•156,23)1,1•1 = 103,11 Н.

Срок службы по заданию Lh >500 часов или в оборотах:

L = 60n Lh*10-6, млн. об.

где n - скорость вращения в оборотах в минуту,

n = 19,72 об/мин (п.3.3.1.3)

Срок службы:

L = 60·19,72·500·10-6 = 0,59 млн. об.

Расчетная динамическая грузоподъемность:

где б - коэффициент, зависящий от типа подшипника, для радиального подшипника б = 3.

Расчетная динамическая грузоподъемность:

Ср = 0,591/3·103,11 = 86,5 Н.

По ГОСТ 8338-75 выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник с посадочным диаметром 10 мм и динамической грузоподъемностью больше 86,5 Н. Подходящий подшипник - 16 (наружный диаметр 26мм, ширина 8 мм, динамическая грузоподъемность 1960 Н).

Обозначение 100

d=10 мм

D=26 мм

В=8мм

r=0,5мм

С=4620Н

С0=1960Н

Реакции в подшипниках не превышают допустимых значений С.

2.5.3 Расчет штифтов

Если штифт нагружен моментом М, то средний диаметр рассчитывается на срез по следующей формуле{Вопилкин 426}:

Принимаем материал штифтов Сталь 40 нормализованная ГОСТ 1050-74

Тогда для вала двигателя:

принимаем 0,6мм

Для валов редуктора:

I принимаем 1,5мм

II принимаем 2,7мм

III принимаем 3,4мм

Для последней ступени материал штифта Сталь 45 - М35 ГОСТ 1050-74

IV

Для всех штифтов необходимо обеспечить посадку с натягом U8/h8.

Требования к размерам и обозначение по ГОСТ 3128-70.

Прочность на срез обеспечена.

3. Описание разработанной конструкции

Механическая часть разработанной конструкции представляет собой редуктор, состоящий из четырех кинематических пар, в которых согласно заданию все ведомые звенья имеют одинаковые делительные диаметры. Передаточные отношения механизма (см. БНТУ 313.215.435.00 КЗ):

i1=z2/z1=150/17=8,82;

i2=z4/z3=150/35=4,29;

i3=z6/z5=150/58=2,58;

i4=z8/z7=150/80=1,87.

Общее передаточное отношение:

io=180.

Процесс сборки: На валу двигателя устанавливается ведущая шестерня 32 (БНТУ 313.215.435.000 ВО) и фиксируется шплинтом. На валы-шестерни и выходной вал 17-20 напрессовываются зубчатые колеса 26-27 дистанционные втулки 21-25 и подшипники качения 8-9. На плите 28 устанавливаются стойки 30-31, в монтажную плиту 28 устанавливаются крышки подшипников после чего ее переворачивают таким образом, чтобы тыльные поверхности крышек подшипников образовывали одну плоскость с поверхностью монтажного стола. Валы-шестерни и выходной вал предварительно фиксируются в крышках подшипников плиты 28. Затем плита 29 устанавливается на стойки 30-31 и винтами 4 обе плиты равномерно стягиваются. В монтажную плиту 29 устанавливаются крышки подшипников и предварительно без затяжки фиксируются винтами 2.

Электропривод редуктора 1 (БНТУ 313.215.435.000 ВО) монтируется на плите 29 тремя винтами. Вводятся смазывающие средства (сепараторы подшипников, ЗВ передач). Последовательно зажимаются крышки подшипников, начиная от электродвигателя. Редуктор разгоняется вручную, подстраиваются межосевые расстояния валов, если это необходимо. После чего крышки зажимаются окончательно и фиксируются штифтами.

Разработанная конструкция снабжена двигателем постоянного тока СЛ161, ответственные элементы конструкции должны быть выполнены из качественной легированной стали согласно расчетам, выполненным в данном проекте. Защитно-декоративные покрытия и электрические элементы схемы, а так же смазочные материалы могут отличаться от номинально выбранных, но должны обеспечивать заданные эксплуатационные свойства и соответствовать климатическим условиям эксплуатации УХЛ-4.

Ввод в эксплуатацию допускается после обкатки без нагрузки в течение 10 часов в реверсивном режиме.

4. Схема управления

Прямой пуск см. (БНТУ 313.215.435.00 Э3): Кнопка SB2 с ЭМ подхватом КМ1.4 на блоке конечных автоматов CA4KN31FW3 возбуждает обмотку нормально-замкнутого ключа защиты КМ 1.1, упреждая реверс без останова. Ключи прямого пуска двигателя КМ 1.2 и КМ 1.3 представляют собой нормально-разомкнутые контакты с ЭМ подхватом. Пуск происходит после нажатия SB2 в случае, если перед этим предварительно был отключен реверсный режим.

Обратный пуск: По аналогии с прямым.

Стоп: Ключ SB1 Отключает блоки CA4KN31FW3 и размыкаются ключи на подаче питания к двигателю КМ 1.2, КМ 1.3, КМ 2.2, КМ 2.3.

Схема снабжена плавным разгоном (конденсатор С1) и плавким токовым предохранителем F1.

Заключение

Результатом проделанной работы является проект необходимого механизма с расчетами, подтверждающими работоспособность этого механизма.

В ходе разработки закрепил навыки проектирования узлов механических приборов. В работе проведены динамические и точностные расчеты соединений, передач и валов. Выбраны подшипники качения(критерий для выбора - ресурс наработки до замены по заданию). Рассмотрены различные виды корпусов, корпусных деталей и их основные параметры. В целом выполнен объем конструкторской работы, связанный с синтезом и анализом механизма, конструированием узлов, удовлетворяющих требованиям технического задания.

Список литературы:

1. Копылов И.П., Клоков Б.К. Справочник по Электрическим машинам. Москва : Энергопромиздат, 1989. Т. 2.

2. Чурабо Д.Д. Детали и узлы приборов.Конструирование и расчет. Москва : б.н., 1976.

3. Цехнович Л.И, Петриченко И.П. Атлас конструкций редукторов. Киев : Высшая Школа, 1979.

4. Тищенко О.Ф. Атлас конструкций элементов приборных устройств. Москва : Машиностроение, 1982.

5. Милосердин Ю.В. Расчет и конструирование механизмов приборов. Москва : Машиностроение, 1978.

6. Краузе В. Конструирование приборов. Москва : Машиностроение, 1987.

7. Скороходов Е.А. Общетехнический справочник. Москва : Машиностроение, 1982.

8. Колесников В.С. Новиков А.А. Методические укзания к выполнению курсовой работы для студентов ПС специальностей. Минск : БНТУ, 2008.

Страницы: 1, 2