Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра “Стандартизация, метрология и информационные системы”

Курсовой проект

по дисциплине “Детали приборов”

Тема: Привод стола контрольно-измерительного прибора

Разработал: Шибеко Д.В.

студент 3-го курса гр.113712

Проверил: Лысенко В.Г.

Минск 2004.

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра “Стандартизация, метрология и информационные системы”

Пояснительная записка

по дисциплине “Детали приборов”

Тема: Привод стола контрольно-измерительного прибора

Разработал: Шибеко Д.В.

студент 3-го курса гр.113712

Проверил: Лысенко В.Г.

Минск 2004.

Содержание:

1. Описание объекта проектирования.........................................................................4

2. Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции..............................5

   1. Кинематический расчёт.....................................................................................5

   2. Силовой расчёт...................................................................................................6

   3. Расчёты, подтверждающие работоспособность зубчатой передачи.............9

   4. Расчёт передачи винт-гайка.............................................................................13

   5. Расчёт подшипников качения..........................................................................15

   6. Расчёт валов.......................................................................................................17

   7. Расчёт шпоночных соединений.......................................................................21

   8. Расчёт направляющих скольжения.................................................................21

3. Литература................................................................................................................23

4. Приложение 1...........................................................................................................24

1. Описание объекта проектирования.

Привод стола контрольно-измерительного прибора предназначен для использования в качестве модуля загрузки и транспортирования на измерительную позицию объекта измерения.

Привод стола состоит из корпуса, в котором размещаются элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники, муфта и т.д. В корпусе размещают также устройства для смазывания и контрольные выключатели.

Редуктор проектируют для привода определённой машины по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного задания. Корпус выполняют сварным. Валы монтируются на подшипниках качения. Выбор горизонтальной схемы для редуктора обусловлен общей компоновкой привода стола.

Спроектированный в данном курсовом проекте привод стола соответствует условиям технического задания (приложение 1).

Конструкция привода стола контрольно-измерительного прибора отвечает всем сборочным и техническим требованиям.

Привод стола контрольно-измерительного прибора предназначен для преобразования электрической энергии, подаваемой на двигатель, в механическую – поступательное перемещение стола (поз. 1) с заданной скоростью v=40 мм/с.

Крутящий момент двигателя (поз. 27) через муфту (поз. 32) передаётся на вал (поз. 5). Этот вал передаёт крутящий момент с помощью шпоночного соединения зубчатому колесу (поз. 6). Оно, в свою очередь, вращает зубчатое колесо (поз. 7), которое посредствам шпоночного соединения (поз. 8) передаёт крутящий момент винту (поз. 11). Винт, представляющий из себя составной элемент передачи винт-гайка, превращает вращательное движение в поступательное – толкает стол.

Сборка и демонтаж соединений проводится в соответствии с чертежом.

Во избежание травм при эксплуатации привода следует строго соблюдать технику безопасности.

2. Расчеты, подтверждающие работоспособность конструкции.

2.1. Кинематический расчёт.

Входе проектирования был выбран электродвигатель АД 16–4/45 А1В УХЛ4, Р=16 Вт, n=1300 об/мин.

Проанализируем кинематическую схему механизма. Зубчатая передача имеет передаточное отношение:

.

Передача винт-гайка с диаметром винта d=16 мм и шагом резьбы (однозаходной трапецеидальной) р=4 имеет передаточное отношение:

.

Скорость вращения вала двигателя:

.

Она передаётся через зубчатую передачу на второй вал, выполненный за одно с винтом. Скорость вращения винта:

.

Частота вращения винта:

.

Скорость стола:

.

Требуемая скорость перемещения стола в установившемся режиме: v=40 мм/с.

Кинематическая погрешность:

.

2.2. Силовой расчёт механизма.

Учитывая исходные данные, особенности привода (нерегулируемый, длительного действия) и условия его эксплуатирования, электродвигатель.

Двигатель АД 16-4/45 А1В УХЛ4, ТУ 16-513.436-78 является асинхронным однофазным бесконденсаторным (АД), мощность 16 Вт, число полюсов 4, габариты 45 мм, основное исполнение (А), с одним выходным концом вала (1), с вентилятором (В), климатического исполнения УХЛ4, частота вращения 1300 об/мин.

В связи с динамическими нагрузками на двигатель в период пуска необходимо, чтобы пусковой момент двигателя М_П, выбранный по мощности, был не меньше расчётного М_Р, т.е. М_П М_Р.

Найдём М_Р:

М_Р = ( F_k*v_k*cosα_k+ M_k*ω_k*cosβ_k).

Слагаемое F_k*v_k*cosα_k учитывает все силы полезного сопротивления и силы трения действующие в механизме.

Сила полезного сопротивления равна нулю.

Силу трения в механизме учтём через КПД механизма:

η=η_зп* *η_вг*η_м

КПД зубчатой передачи (прямозубой цилиндрической): η_зп=0,975.

КПД подшипников качения: =0,98.

КПД передачи винт-гайка:

%,

где ψ – угол подъёма винтовой линии:

.

φ' – угол трения:

φ'=arctg(f_n)=arctg(0,104)= .

f_n – приведенный коэффициент трения:

.

f – коэффициент трения плоских трущихся поверхностей (f=0,1 – трение сталь по бронзе),

α – угол профиля резьбы (α= для трапецеидальной резьбы).

КПД муфты: η_м=0,99.

КПД всего механизма:

η=0,975*0,98²*0,43*0,99=0,4=40%.

Слагаемое M_k*ω_k*cosβ_k учитывает все моменты сил полезного сопротивления и моменты сил трения. Так как момент сил полезного сопротивления отсутствует, а момент сил трения учитывается через КПД, то это слагаемое равно нулю.

Зная все данные, найдём M_П:

М_Р = ( F_k^ин*v_k*cosα_k)=

= (21,8*10⁴+(25,46+1,99+1,5)*136,1²/0,4)=4230 Н*мм.

Момент, развиваемый двигателем при пуске:

М_П=к* М_НОМ=40*118=4720 Н*мм,

где

М_НОМ=Р_НОМ/ω_ДВ=16/136,1=118 Н*мм.

При пуске М_П > М_Р, следовательно, двигатель работоспособен.

Требуемая мощность электродвигателя:

Вт, где

η – уточнённый КПД механизма;

F_T= F_TP +F_ИН +F_УПР=154,71 Н;

F_TP=(М_СТ+М_Д)*g*f=(42+12,4)*9,8*0,1=53,312 Н;

F_ИН=(М_СТ+М_Д)*а=(42+12,4)*0,1=5,44 Н;

F_УПР=1,2*1,5*F_ТР=95,96 Н.

Мощность выбранного электродвигателя Р_ЭД=16 Вт. Она больше расчётной, значит двигатель пригоден для использования.

Коэффициент запаса мощности:

.