1. Кинематический расчет привода

Выбрать двигатель привода вращающегося стола контрольно-измерительного прибора; определить общее передаточное число привода и произвести его распределение по ступеням .

Исходные данные: момент сопротивления вращению стола Т = = V = 10 Н∙м, частота вращения стола прибора n_ст = 60 об/мин.

Решение

Определяем КПД привода.

Значения КПД:

зубчатой цилиндрической пары η_зц = 0,98;

зубчатой конической пары η_зк = 0,97;

пары подшипников качения η_п = 0,99;

. (1)

Требуемая мощность электродвигателя

Вт; (2)

где P – мощность электродвигателя, Вт;

T_c – момент сил сопротивления на выходном валу редуктора, Н∙м;

ω_с – номинальная угловая скорость выходного вала, с^–1;

K_дин – коэффициент запаса, учитывающий необходимость преодоления динамических нагрузок в момент разгона. Если в задании не оговорено время переходного процесса, обычно принимают K_дин = 1,05…1,10;

η – коэффициент полезного действия привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в кинематическую схему.

ω= = =6,28 с^-1. (3)

где ω – угловая скорость, с^–1;

n_ст – частота вращения стола, об/мин.

По таблице [2] выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощностью

P_ном = 90 Вт и n = 1390 мин^–1, тогда угловая скорость двигателя

с^–1. (4),

где ─ частота вращения двигателя, мин^–1.

Передаточное отношение зубчатой передачи

. (5)

где ω_дв ─ угловая скорость двигателя, с^–1;

ω_ст ─ угловая скорость вращения стола, с^–1.

Округленное значение передаточного отношения 23, необходимо использовать двухступенчатую зубчатую передачу. Производим приближенное распределение передаточного отношения по ступеням в соответствии с [3].

Для конической передачи U_пк = 4.

Для цилиндрической передачи U_пц = 5,6.

Расчетное передаточное отношение

. (6)

Относительная погрешность передаточного отношения или заданной скорости не должна превышать 5 %:

или . (7)

Проверим правильность наших расчетов:

. (8)

2. Проектирование и расчёт зубчатых передач

   1. Разработка конструкции передачи и необходимые расчеты

      1. Определение основных размеров передачи

Из условия прочности [4, 5] можно вычислить приблизительное значение диаметра меньшего колеса (шестерни):

, (9)

где d₁ – делительный диаметра меньшего колеса (шестерни), мм;

С – коэффициент, учитывающий геометрию передачи и свойства материалов: С = 2,8 – для стальных незакаленных колес; С = 2,0 – для стальных закаленных;

Т₁ – крутящий момент на валу меньшего колеса, Н∙мм;

U₁₂ – передаточное отношение пары зубчатых колес.

d₁≥2,8∙ =61,2 мм. (10)

Число зубьев меньшего колеса (шестерни) z₁ = 20.

Модуль m в миллиметрах определяется из следующей зависимости:

, (11)

где z₁ – число зубьев шестерни (определяется по рекомендации справочной литературы [3, 4] в зависимости от необходимой плавности работы, скорости вращения или заданного межосевого расстояния).

m₁= =61,2/20=3. (12)

Модули эвольвентного зацепления цилиндрических колес регламентированы ГОСТ 9563-60. Стандартизован нормальный модуль m_n. Стандарт предусматривает два ряда предпочтения. В первом ряду предусмотрены модули от 0,05 до 100 мм [2]. Второй ряд предусматривает промежуточные значения, в единичном производстве их применение нежелательно.

Изготовление колес c модулем менее 1,0 мм затруднительно.

Определение числа зубьев колеса z₂ осуществляется по формуле

=5,6∙20=112 (цилиндрическая передача);

для третьего и четвёртого колёс конической передачи

z₃=20, z₄=4∙20=80.

Для цилиндрической передачи:

межосевое расстояние а_w

, мм, (13)

где d₁ – делительный диаметр шестерни, мм;

d₂ – делительный диаметр колеса ( =3∙112=336), мм.

= (14)

Диаметры вершин зубьев:

=61,2+6=67,2 мм; (15)

=336+6=342 мм. (16)

Ширина шестерни

=0,5∙61,2=30,6 мм, (17)

где _yy_bd– коэффициент ширины зубчатого венца (yy_{bd = 0,4…0,6}).

Ширина колеса

мм. (18)

b₂=30,6-2,5=28,1 мм. (19)

Для конической передачи:

межосевое расстояние а_w

, мм, (20)

где d₂ – делительный диаметр колеса, мм;

d₃ – делительный диаметр шестерни ( =3∙20=60), мм;

d₄=3∙80=240 мм (делительный диаметр колеса).

= (21)

Диаметры вершин зубьев:

=60+6=66 мм; (22)

=240+6=246 мм. (23)

Ширина шестерни

=0,5∙60=30 мм, (24)

где _yy_bd– коэффициент ширины зубчатого венца (yy_{bd = 0,4…0,6}).

Ширина колеса

мм.

b₄=30-2,5=27,5 мм (25)