Курсовая: 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.
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 q=0 до q=qmax. Затухание А в децибелах определяют по
формуле
;
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-ная затуха-ния М | Наибольшая относительная погрешность настройки и отсчета | Диапазон затухания | Внутренний диаметр центрального волновода | Диаметр шкалы отсчетного устройства |
| q Î[0;45°] | q Î[45°;qmax] | Аmax | Amin | dв,мм | Dш,мм |
-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
(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=pmz1=12,56(мм);
2 Угол подъема винта червяка g=
=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
b
1³2m(
)=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
rt1=rt2= m rt* =0,3×1=0,3 (мм);
14 Ширина венца
b2=0,75d1=0,75×20=15 (мм);
15 Угол обхвата
b=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
h=0,93tgg×ctg(g+r)=0,93tg11°19¢×ctg(11°19¢+1°43¢)=0,8
где
r=arctg f=arctg0,03=1°43¢.
Момент на выходе редуктора
(Нм).
2 Определяем силы, действующие в зацеплении
(Н), (Н)
°=145,6
(Н)
3 Проверка по контактным и изгибающим напряжениям
,
из [3] для пары бронза-сталь
;
для материала БрОНФ10-1-1 при центробежном литье предельнодопустимое напряжение
[sн]=210Мпа [3,табл.20], откуда следует
sн <[s
н].
(Мпа),
тут YF – коэффициент формы зуба, что зависит от эквивалентного числа
зубьев
. 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
[sF
]=41Мпа [3,табл.21], откуда следует
sF <[sF]
.
3 Расчет вала червяка (Построение эпюр)
1 Определяем реакции опор и изгибающий момент в горизонтальной плоскости
(Н) ,
(Н);
(Нм);
2 Определяем реакции опор и изгибающий момент в вертикальной плоскости
(Н) ,
(Н);
(Нм),
(Нм);
(Нм);
3 Определяем эквивалентный изгибающий момент
(Нм);
4 Строим эпюры (рисунок 2).
RA F
RB
Рисунок 3 – Эпюры приложенных сил и моментов к валу червяка.
5 Определяем диаметр вала червяка
5.1 Из условия прочности на кручение
,
,
где предельно допустимое напряжение кручения для стали 45
соответствует
[sкр]=30 МПа [5].
5.2 При действии эквивалентного момента
,
,
где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45 соответствует
[sэкв]=0,33sв=0,33×900=297 МПа [5].
5.3 Из условия жесткости вала при кручении
,
где
[j]=8×10-3 рад/м ,
G=8×105 МПа [3,5], откуда имеем
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
,
где
.
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)KsKT=(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
Ks=1 [8]; при
a=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
,
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
a=18°.
Из данных расчетов следует, что подшипник выбран правильно, так как
5 Расчет шкалы
1 Угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию
где
Аmax =70дБ – максимальная величина вносимого затухания
(табл.1);
М=-45 – постоянная затухания (табл.1).
2 Абсолютная величина погрешности
(дБ)
где
e=0.25 – относительная погрешность настройки (табл.1).
3 Цена деления шкалы
H=2×DA=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
Qн=Qmax будет
(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)
где величину
[b] обычно принимают не менее
1..1,5 мм;
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[aз.к.(t з.к.-20)- aк.(t к.-20)],
где
aw – межосевое расстояние;
aз.к.
=11.5×10-6 1/°С – коэффициент линейного расширения
материала колеса (сталь 35);
aк.=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.