Основы конструирования элементов приборов

Основы конструирования элементов приборов

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 3

Задание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 5

1 Расчет геометрических параметров . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Проверочный расчет червячной пары на прочность 8

3 Расчет вала червяка (Построение эпюр) . . . . . . . . . . 10

4 Выбор подшипников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 12

5 Расчет шкалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 14

6 Расчет редуктора на точность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 17

Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 18

Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 19

Введение

Механизм поворота и отсчета аттенюатора. Прибор предназначен для

уменьшения мощности сигнала в известное число раз. Аттенюатор

характеризуется вносимым в тракт затуханием, т.е. отношением мощностей на

входе и выходе.

[pic]

Рисунок 1 – Волноводный аттенюатор.

В данном случае прибор относится к числу аттенюаторов, обеспечивающих

затухание за счет поглощения мощности материалом, помещенным в

электромагнитное поле. Схема аттенюатора для круглого волновода,

возбуждаемого волной, показана на рисунке 1. Здесь 1 и 3 – неподвижные

участки волновода, 2 – его вращающийся участок. Когда все три поглощающие

пластины П во всех участках волновода лежат в одной плоскости, то затухание

близко к нулю. По мере

поворота поглощающей пластины 2 во вращающейся части волновода затухание на

выходном конце волновода увеличивается.

Проанализировав данный узел можно составить структурную схему

взаимодействия узлов и механизмов аттенюатора.

На рисунке 2 в механизме условно выделены следующие составляющие

звенья: волноводы, которые в свою очередь можно разделить на подвижные и

неподвижные, и отсчетное устройство – собственно шкалу. Два последних звена

непосредственно контактируют с червячным редуктором.

Механизм поворота

и отсчета аттенюатора

Волноводы Отсчетное устройство

Неподвижные Подвижные Шкала

Редуктор

Рисунок 2 – Структурная схема механизма поворота

и отсчета аттенюатора

Задание

Разработать конструкцию механизма поворота поглощающей пластины П

центрального волновода 2 поляризационного аттенюатора в сочетании с

отсчетным устройством по кинематической схеме, исходным данным (Таблица 1)

и следующим техническим требованиям:

1) затухание сигнала в волноводе 3 обеспечить поворотом волновода 2 с

пластиной П на угол от (=0 до (=(max. Затухание А в децибелах

определяют по формуле [pic];

2) пластину П изготовить из двойного слоя слюды толщиной 0,25 мм с

нанесением поглощающего слоя из графита;

3) отверстия входного 1 и выходного 3 волноводов выполнить прямоугольными

с размерами 12(28 мм. На торцах предусмотреть контактные фланцы;

4) соединение центрального подвижного волновода с неподвижным выполнить

дроссельными фланцами;

5) для улучшения электрических характеристик контура контактные и

токопроводящие поверхности серебрить.

Из условия задачи имеем следующие исходные параметры:

- передаточное число червячной передачи и=12;

- заходность червяка z1=4;

- число зубьев на колесе z2=48;

- модуль зацепления m=1 мм.

Таблица 1. Исходные параметры

|Постоян-н|Наибольшая относительная |Диапазон |Внутренний |Диаметр |

|ая |погрешность настройки и |затухания |диаметр |шкалы |

|затуха-ни|отсчета | |центрального |отсчетного |

|я М | | |волновода |устройства |

| |( ([0;45(] | ( ([45(;(max]|Аmax| |dв,мм |Dш,мм |

| | | | |Amin| | |

|-45 |0,5 |2,0 |70 |0 |32 |140 |

1 Расчет геометрических параметров

Производим анализ технического задания: из условий следует, что

делительный диаметр червячного колеса должен обеспечивать минимально

необходимую высоту колеса над втулкой волновода. Выполним проверку этого

условия.

Делительный диаметр червячного колеса [pic](мм).

Внутренний диаметр волновода dв=32 мм.

Отсюда видно, что диаметральная разность r=d2-dв=48-32=16 (мм),

что конструктивно не исполнимо.

Увеличиваем число зубьев на колесе z2=80.

Производим пересчет передаточного числа u=z2/z1=80/4=20.

Производим расчет геометрических параметров редуктора.

1 Ход червяка p1=(mz1=12,56(мм);

2 Угол подъема винта червяка (=[pic]=11(19(

где q=20 – коэффициент диаметра червяка по ГОСТ 2144-76;

3 Межосевое расстояние aw=0,5(m(z2+q)=50 (мм);

4 Делительный диаметр червяка d1=m(q =20 (мм);

5 Делительный диаметр червяка d2=m(z2=80 (мм);

6 Длинна нарезной части червяка b1(2m([pic])=2((8,9+1)=19,8(мм)

принимаем b1=30 (мм);

7 Высота витка h1=h1*(m=2,2 (мм)

тут h1*=2 ha*+c1*=2(1+0,2=2,2;

8 Высота головки ha1= ha*(m=1 (мм);

9 Диаметр вершин червяка da1=m(q+2 ha*)=20+2(1=22 (мм);

10 Диаметр вершин колеса da2=d2+2ha*m=80+2(1(1=82 (мм);

11 Диаметр впадин червяка

df1=d1-2m(ha*+с1*)=20-2(1+0,2)=17,6 (мм);

12 Диаметр впадин колеса

df2=d2-2m(ha*+с2*)=80-2(1+0,2)=77,6(мм);

13 Радиус кривизны (t1=(t2= m (t* =0,3(1=0,3 (мм);

14 Ширина венца b2=0,75d1=0,75(20=15 (мм);

15 Угол обхвата

(=[pic]44(14(

16 Радиус дуги, образующей кольцевую поверхность вершин зубьев червячного

колеса R=0,5d1- mha*=0,5(20-1(1=9 (мм).

2 Проверочный расчет червячной пары на прочность

При расчетах принимаем, что к валу червяка приложен крутящий момент

М1=Мвх=1 Нм.

1 Определяем КПД редуктора

(=0,93tg((ctg((+()=0,93tg11(19((ctg(11(19(+1(43()=0,8

где (=arctg f=arctg0,03=1(43(.

Момент на выходе редуктора [pic](Нм).

2 Определяем силы, действующие в зацеплении

[pic](Н), [pic](Н)

[pic](=145,6(Н)

3 Проверка по контактным и изгибающим напряжениям

[pic],

из [3] для пары бронза-сталь [pic];

[pic]

для материала БрОНФ10-1-1 при центробежном литье предельнодопустимое

напряжение [(н]=210Мпа [3,табл.20], откуда следует (н ([(н].

[pic](Мпа),

тут YF – коэффициент формы зуба, что зависит от эквивалентного числа

зубьев [pic]. На основании [9,табл.3.1] выбираем YF=1,34. Коэффициенты

КН и КF принимаются равными 1, исходя из того, что редуктор

выполняется при высокой точности, скорость скольжения Vск<3 м/с и

рабочая нагрузка постоянна.

Для материала БрОНФ10-1-1 предельнодопустимое напряжение [(F]=41Мпа

[3,табл.21], откуда следует (F ([(F].

3 Расчет вала червяка (Построение эпюр)

1 Определяем реакции опор и изгибающий момент в горизонтальной плоскости

[pic](Н) , [pic](Н);

[pic](Нм);

2 Определяем реакции опор и изгибающий момент в вертикальной плоскости

[pic](Н) ,

[pic](Н);

[pic](Нм), [pic](Нм);

[pic](Нм);

3 Определяем эквивалентный изгибающий момент

[pic](Нм);

4 Строим эпюры (рисунок 2).

RA F

RB

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Рисунок 3 – Эпюры приложенных сил и моментов к валу червяка.

5 Определяем диаметр вала червяка

1 Из условия прочности на кручение

[pic], [pic],

где предельно допустимое напряжение кручения для стали 45

соответствует [(кр]=30 МПа [5].

2 При действии эквивалентного момента

[pic], [pic],

где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45

соответствует [(экв]=0,33(в=0,33(900=297 МПа [5].

5.3 Из условия жесткости вала при кручении

[pic],

где [(]=8(10-3 рад/м , G=8(105 МПа [3,5], откуда имеем

[pic]

5.4 Выбираем диаметр вала червяка d=12 мм .

4 Выбор подшипников

На подшипник поз.16 (см. СП-56.998.85000СБ) действует осевая

нагрузка, равная осевой нагрузке в червячном зацеплении, т.е. Far=Fa1=400

H.

Выбираем подшипник из соотношения [pic],

где [pic].

Отсюда следует, что подшипник воспринимает в большей степени осевые

нагружения, исходя из чего на основании [7], выбираем шариковый радиально-

упорный однорядный подшипник типа 36140 ГОСТ 831-75 [1] со следующими

параметрами: d=15мм, D=40мм, b=12мм, С=4250Н, C0=2672H, nmax=25000 об/мин,

m=0,06кг.

Находим эквивалентную динамическую нагрузку

P=(XVFr+YFa)K(KT=(0,43(1(88+400) (1(1=437,8(H),

тут при вращении внутреннего кольца V=1; так как подшипник работает при

температурах ниже 100(С, то KT=1; при нормальных условиях эксплуатации K(=1

[8]; при (=18( по таблице на стр.394 [8] находим следующие значения

коэффициентов X=0,43 Y=1,00, e=0,57.

Расчетное значение базовой динамической грузоподъёмности

[pic],

где n=2 об/мин – частота вращения подшипника; Lh=20000 ч. – долговечность

подшипника.

Находим эквивалентную статическую нагрузку

P0=X0Fr+Y0Fa=0,5(88+0,43(400=216(H),

где X0=0,5 и Y0=0,43 на основании [8] для (=18(.

Из данных расчетов следует, что подшипник выбран правильно, так как

[pic]

5 Расчет шкалы

1 Угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию

[pic]

где Аmax =70дБ – максимальная величина вносимого затухания (табл.1);

М=-45 – постоянная затухания (табл.1).

2 Абсолютная величина погрешности

[pic](дБ)

где (=0.25 – относительная погрешность настройки (табл.1).

3 Цена деления шкалы H=2((A=2(0.35=0.7(дБ/дел)

4 Число делений шкалы N=Amax/H=70/0.7=100

5 Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки (н=(max будет

[pic](об)

6 Число делений на каждом обороте N(=N/K=100/4.9(20

7 Наименьшая длинна деления шкалы при наибольшем радиусе шкалы

R0=Dш/2=140/2=70(мм) и далее очерченной дугами окружностей будет на

каждом полувитке (при m=1,3,...,2k)

[pic]

где величину [b] обычно принимают не менее 1..1,5 мм;

[pic]

6 Расчет редуктора на точность

Исходя из технического задания, выбираем 8-ю степень точности, так

как данный редуктор является отсчетным и к нему предъявляются повышенные

требования по точности передачи углов поворота.

Определяем величину бокового зазора, соответствующего температурной

компенсации:

jn=0.68(aw[(з.к.(t з.к.-20)- (к.(t к.-20)],

где aw – межосевое расстояние; (з.к.=11.5(10-6 1/(С – коэффициент

линейного расширения материала колеса (сталь 35); (к.=22.7(10-6 1/(С –

коэффициент линейного расширения материала корпуса (дюралюминий); t з.к , t

к – предельные температуры зубчатого колеса и корпуса, принимаем равными t

з.к= t к= -10(С.

jn=0.68(50[11.5(10-6.(-10-20) - 22.7(10-6.(-10-20)]=0.011(мм).

Сравнивая полученное значение jn=0,011мм с величинами наименьших

боковых зазоров, по [3] определяем, что наиболее подходящим сопряжением для

данной передачи является сопряжение Х, для которого jn min=12мкм.

На основании данных расчетов, имеем следующие заключения:

червячная передача выполняется по 8-й степени точности с видом сопряжения Х

(ГОСТ 9368-60).

Литература

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.2.- М.:

Машиностроение, 1979.

2. Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств:

Справочник.-Л.: Машиностроение, 1990.

3. Милосердин Ю.В. и др. Расчет и конструирование механизмов приборов и

установок.-М.: Машиностроение, 1985.

4. Мягков В.Д. Допуски и посадки: Справочник.

5. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов.-К.:“Вища школа”,1986.

6. Рощин . . Курсовое проектирование механизмов РЭС.

7. Справочник конструктора точного приборостроения. Под ред. К.Н.

Явленского и др.- Л.: Машиностроение, 1989.

8. Справочник металиста. Под ред. С.А. Чернавского и В.Ф. Рещикова.

М.:“Машиностроение”, 1976.

9. Тищенко О.Ф. Элементы приборных устройств.-М.: Высш. школа,1978.