Содержание
| стр. | |
|
| |
| I. Введение. | 4 |
| 1. ЭМП (классификация, назначение и применение). | 4 |
| 2. Обоснование выбора материалов и отдельных конструктивных решений. | 4 |
| II. Расчёты параметров конструкции. | 8 |
| 1. Подбор двигателя. | 9 |
| 2. Кинематический расчёт. | 12 |
| 2.1. Расчёт моментов. | 12 |
| 2.2. Расчёт механических передач. | 13 |
| а) определение модулей зубчатых колес; | 13 |
| б) определение основных размеров всех ступеней редуктора; | 14 |
| 2.3. Расчёт валов. | 14 |
| а) определение диаметров валов; | 14 |
| б) расчет вала на прочность и жесткость; | 14 |
| 2.4. Расчёт и подбор подшипников. | 17 |
| 2.5. Расчёт параметров муфты (расчёт пружины). | 19 |
| III. Список литературы. | 21 |
I. Введение
1. ЭМП (классификация, назначение и применение). [3]
Электромеханическим приводом (ЭМП) называется устройство, состоящее из двух основных частей: электродвигателя, осуществляющего преобразование электрической энергии в механическую, и редуктора, связывающего электродвигатель с рабочим органом. Рабочий орган создаёт нагрузку на выходном или рабочем валу редуктора. Блок-схема ЭМП показана на рис. 1, где 1 ¾ электродвигатель; 2 ¾ редуктор; 3 ¾ рабочий орган. ЭМП в литературе часто называют исполнительным механизмом, так как именно он приводит в действие рабочий орган.
В зависимости от характера работы ЭМП можно разбить на две категории: нерегулируемые ЭМП и регулируемый, или следящий, ЭМП.
Регулируемым, или следящим, ЭМП является более сложным устройством; его применяют в автоматических системах управления или регулирования. Для следящего электромеханического привода характерны повторно-кратковременный режим работы, высокое быстродействие, большая частота пусков и реверсов.
Следящий электромеханический привод применяют в измерительных приборах, основанных на автоматическом компенсационном методе измерения, в системах автоматического регулирования промышленными процессами, в автопилотах, в радиолокационных установках для поиска и слежения за перемещающимися объектами, в автоматических прицелах, в следящих системах дистанционных передач и т. д.
В регулируемых приводах помимо элементов управления, блокировки и сигнализации имеются датчики обратной связи по углу и скорости, элементы дистанционных передач, отсчётные механизмы высокой точности.
Регулируемый (следящий) привод работает в условиях постоянного реверса, поэтому здесь на первый план выдвигаются инерционные (динамические) нагрузки. В следствии этого, к приводу предъявляются требования малой инерционности, уменьшения момента трогания (начального момента трения), снижения мёртвого хода, увеличения кинематической точности редуктора, виброустойчивости при разных режимах работы.
Во всех случаях проектирования ЭМП, а при проектировании привода летательных аппаратов в особенности, необходимо стремиться к снижению габаритов и массы механизмов. Проектирование и конструирование ЭМП существенно зависит от того, в состав какого устройства входит привод, является ли он регулируемым или нерегулируемым. Однако основные вопросы, относящиеся к проектированию ЭМП, являются общими для разных видов привода. При проектировании ЭМП необходимо правильно выбрать тип двигателя, найти передаточное число редуктора и спроектировать редуктор.
2. Обоснование выбора материалов и отдельных конструктивных решений
I. Обоснование выбора материалов [2].
Материал выбирают с учётом назначения передачи, характера действующей нагрузки, условий эксплуатации (окружной скорости, состояния среды), массы, габаритов и стоимости.
Желательно количество материалов, используемых в разрабатываемом приводе, резко ограничить.
При небольших окружных скоростях V (до 3 м/с) для изготовления мелкомодульных цилиндрических и конических передач применяют конструктивные стали 35, 40, 45, 50 (по ГОСТ 1050-74) как в сыром, так и в термоулучшенном виде (HRC 28..32). При повышенных окружных скоростях применяют легированные стали 40Х, 45Х, 2Х13, 40ХН и другие (по ГОСТ 4543-71).
Зубчатые колёса подвергают закалке до НВ 300. Колёса с повышенной антикоррозионной устойчивостью изготавливают из стали ЭИ474 (ГОСТ 4543-71), а с повышенной износостойкостью ¾ из стали 38ХМЮА (ГОСТ 4543-71) при закалке до НВ 260, азотировании НВ 500. Для нагруженных трибок применяют также стали У8А, У10А по ГОСТ 1435-74 с закалкой до HRC 40..64, стали 2Х13, 4Х13 в термоулучшенном виде (HRC 28..32). Для малонагруженных зубчатых передач применяют бронзы БрКМц 3-1Т, БрАМц 9-2Т, БрОЦ 4-3Т, БрОФ 6,5-0,15Т, латуни ЛС59-1Т (по ГОСТ 15527-71), а также алюминиевые сплавы Д16Т, Д1АТ и ВТ95Т1 (по ГОСТ 4784-74) при требованиях малой массы, момента инерции, частоты вращения менее 1000 об/мин.
Для прирабатывающихся зубчатых передач (твёрдость рабочих поверхностей колёс НВ=350 (1 НВ » 10 HRC)) рекомендуется для выравнивания срока службы назначать для зубчатых колёс разные материалы, причём твёрдость шестерни должна быть на 20..30 единиц больше твёрдости колеса НВ1=НВ2 + 20..30.
Для цилиндрических прямозубых шестерни и колеса рекомендуются следующие пары материалов соответственно: при V до 15 м/с сталь 15Х ¾ сталь 50, 55; сталь 55 ¾ сталь 45, 50; сталь 45 ¾ бронза БрАЖ9-4; при V до 6 м/с сталь 45 ¾ сталь 35; сталь15 ¾ алюминиевый сплав Д16Т.
Для неприрабатывающихся зубчатых передач с твёрдыми рабочими поверхностями зубьев обоих зубчатых колёс (твёрдость HRC > 45) обеспечивать разность твёрдостей зубьев шестерни и колеса не требуются.
Стали углеродистые качественные (по ГОСТ 1050-74) имеют более жёсткие допуски на химический состав и механические характеристики, чем стали углеродистые общего назначения. Это позволяет получить тонкую градацию технологических свойств стали и гарантировать заданное качество изготавливаемых из неё деталей.
Низкоуглеродистые стали этой группы (05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25) обладают высокой пластичностью и свариваемостью. Из листовой стали этих марок можно изготавливать штамповые и свариваемые кожухи, детали глубокой втяжки, корпуса, детали, получаемые развальцовкой и гибкой, рычаги кронштейны и тому подобное.
При цементации и цианировани эти стали приобретают высокую твёрдость поверхности, что хорошо сохраняет детали из них при работе на истирание (различные пальцы шарнирных соединений, кулачки, зубчатые звёздочки, детали неответственных направляющих и каретки).
Стали 40 и 45 обычно применяют как улучшаемые стали, обеспечивающие высокую твёрдость поверхности детали и высокие механические характеристики. Из этих сталей для приборов можно изготовлять зубчатые передачи.
Выберем для колёс материал сталь 45, валов и муфты материал сталь 40Х, а для платы сталь 20, которые имеют характеристики:
| Марка стали | sВ, МПа | sТ, МПа | Твёрдость, НВ | s-1, МПа | t-1, МПа |
| 20 | 480 | 250 | 127 .. 167 | 210 | 130 |
| 45 | 610 | 360 | 241 | 280 | 140 |
| 40Х | 1500 | 450 | 680 | 170 |
где sВ — временное сопротивление (предел прочности при растяжении);
sТ — предел текучести при растяжении;
s-1 — предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения
t-1 — предел выносливости при кручении.
II. Обоснование распределения передаточного отношения i0, влияние приведённого момента инерции JР ПР редуктора и пути его уменьшения [1].
Одним из главных вопросов кинематических расчётов является распределение общего передаточного отношения i0 по ступеням передачи, поскольку от него зависят основные характеристики редуктора и привода в целом. В литературе можно встретить рекомендации по решению этой задачи при условии минимизации массы, габаритов, инерционных и точностных характеристик передачи привода. Следует однако особо подчеркнуть, что эти рекомендации и выводы получены при ряде упрощающих предположений и не учитывают особенностей реального конструирования, а также значительное число во многом противоречивых требований, которые предъявляются к приводу. Опыт реального проектирования показывает, что упомянутые рекомендации по распределению i0 в большинстве случаев не приносят желаемого результата.
Задачу распределения i0 по ступеням передачи нельзя рассматривать как отдельную, независимую и чисто теоретическую, отвлечённую от практической стороны задачу, а как неотъемлемую часть синтеза привода в целом. И, таким образом, решение её должно носить комплексный характер.
Для иллюстрации сказанного остановимся более подробно на частной задаче распределения i0 с целью повышения быстродействия привода, что достигается минимизацией его привидённого момента инерции JР ПР.