Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра инженерной графики

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к индивидуальному заданию

Механизм качения плеча робота с червячной передачей

Минск 2009

Содержание

механизм качение червячнаяредуктор

• 1. Описание работы механизма
• 2. Предварительный выбор двигателя
• 3. Расчет редуктора
• 3.1 Кинематический расчет
• 3.2 Геометрический расчёт червячной передачи
• 4. Проверочный расчет требуемой мощности двигателя
• 5. Предварительный расчет валов
• 6. Расчет момента инерции редуктора
• 7. Расчет мертвого хода
• 8. Подбор и расчет подшипников выходного вала
• 9. Обоснование выбора применяемых материалов и типа смазки
• Литература

1. Описание работы механизма

Механизм качения предназначен для изменения положения плеча робота. Конструктивно он состоит из трёх основных составляющих:

а) источник энергии (электродвигатель);

б) червячный редуктор;

в) захватное устройство в виде двух шатунов.

Кинематическая схема устройства представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Кинематическая схема

1 - электродвигатель; 2 - соединительная муфта; 3 - 5 - червячные передачи; 6 - захватные устройства робота; I - IV - валы.

В качестве источника энергии используется электродвигатель. Соединение вала электродвигателя с валом редуктора осуществляется с помощью соединительной муфты. Полумуфты крепятся на входном валу редуктора и валу электродвигателя.

Редуктор представляет собой одноступенчатую разветвленную червячную передачу, заключённую в корпусе. Редуктор предназначен для передачи крутящего момента от электродвигателя с изменением направления, снижением частоты вращения и увеличением крутящего момента валу и увеличением усилия на захватных устройствах робота.

Опорами валов в корпусе редуктора служат подшипники качения. Расположение валов горизонтальное.

2. Предварительный выбор двигателя

Требуемая мощность P_тр определяем по формуле

(1)

где 2 - коэффициент увеличения мощности за счет наличия двух червячных колес приводимых в движение от червяка;

2,5 - коэффициент запаса мощности;

Р_вых = 9 Вт - мощность на выходном валу.

з_общ - предполагаемое КПД механизма выбирается согласно рекомендации [3, стр. 28]

Мощность двигателя выбирается исходя из условия

(2)

На основании полученных в результате расчетов данных выберем асинхронный электродвигатель АИР50B2 со следующими характеристиками [2, стр. 804]:

частота вращения вала двигателя n_дв= 3000 об/мин

номинальная мощность двигателя P_дв= 0,12 кВт

3. Расчет редуктора

3.1 Кинематический расчет

Общее передаточное число U_общ редуктора определяем по формуле [7, стр.7]

(принимаем U_общ = 20) [4, стр. 63] (3)

где n_дв - частота вращения вала двигателя, об/мин;

n_вых - частота вращения выходного вала, об/мин.

3.2 Геометрический расчёт червячной передачи

Расчёт выполняем по формулам [4, стр. 63]

Исходя из рекомендаций [1, стр. 609] выберем нормальный модуль зацепления m =1 мм и угол обхвата - 90 °.

Исходя из выбранного модуля зацепления и следуя рекомендациям [1, стр. 609] выберем коэффициент диаметра червяка q = 16 мм.

По полученному передаточному числу Uобщ = 20 выберем число заходов червяка z₃ = 1.

Вычислим число зубьев червячного колеса z₄ формуле

(принимаем z₄ = 20) (4)

Вычисляем делительный диаметр червяка d₃

мм (5)

Диаметр выступов d_a3 вычисляем по формуле

мм (6)

Диаметр впадин червяка d_f3 вычисляем по формуле

мм (7)

Делительный диаметр червячного колеса d₄ вычисляем по формуле

мм (8)

Вычисляем диаметр окружности вершин зубьев червячного колеса d_a4

мм (9)

Вычисляем диаметр окружности впадин зубьев червячного колеса d_f4

мм (10)

Вычисляем расчетный шаг червяка p₃ по формуле

мм (11)

Вычисляем межосевое расстояние a₃₄, по формуле

мм (12)

Вычисляем наибольший диаметр червячного колеса d_am

мм (13)

Ширина венца колеса b₄, мм вычисляем по формуле

мм (14)

Принимаем значение b₄ = 14 мм

Вычисляем угол подъёма винтовой линии на делительном цилиндре

(15)

Вычисляем длину l₄ нарезанной части червяка

мм (16)

Принимаем значение l₄ = 15 мм

4. Проверочный расчет требуемой мощности двигателя

Расчёт выполняем по формулам [7, cтр. 13-15]

Вычисляем крутящий момент на выходном валу T_III по формуле

Н·м (17)

где P_вых - мощность на выходном валу,

- угловая скорость на выходном валу.

Согласно формулы (17) вычисляем:

Вычисляем крутящий момент на червячном колесе T₄ , учитывая наличие двух пар подшипников качения, по формуле

Н·м (18)

где з_пп - КПД пары подшипников принимается согласно рекомендации [7, стр. 13].

Вычисляем окружную силу на червячном колесе F_t4 по формуле

Н (19)

где d₄ - диаметр червячного колеса,

Для изготовления червячного колеса, согласно рекомендациям выберем фосфористую бронзу.

Вычислим скорость скольжения по формуле

м/с (20)

Принимаем поправочный коэффициент - С = 0,8

Рассчитываем угол трения:

(21)

где f = 0,05 - коэффициент трения при данной скорости.

Исходя из формулы (21) вычисляем:

Вычисляем КПД червячной передачи з_чп по формуле

[4, стр. 53] (22)

Вычисляем крутящий момент на червячном винте T₃ по формуле

 Н·м (23)

где з_пп - КПД пары подшипников принимается согласно рекомендациям [7, стр. 14]

Определим крутящий момент вала T_II = T₃ = 0,142 Н·м.

Вычисляем крутящий момент вала двигателя T_I по формуле

Н·м (24)

где з_м - КПД муфты принимается согласно рекомендациям [7, стр. 14]

Вычислим требуемую мощность P_тр по формуле

Вт или 0,0472 кВт (25)

Выбранный двигатель обеспечивает мощность 0,12 кВт, что в 2,5 раза больше требуемой.

5. Предварительный расчет валов

В качестве материала для изготовления валов механизма выберем сталь 40Х [1, стр. 293]. Учитывая необходимую термическую обработку валу - улучшение, выбираем допустимое значение на срез - [ф_кр] = 90 МПа. Расчеты будем проводить по формулам [7, стр. 80-81]

Вычисляем минимальный диаметр выходного конца вала III

мм (26)

Вычисляем минимальный диаметр вала III , мм под червячным колесом

мм (27)

Вычисляем минимальный диаметр вала II , мм

мм (28)

6. Расчет момента инерции редуктора

Вычисляем момент инерции на червячном колесе по формуле [6, стр. 233]

г·мм² (29)

где с - удельная плотность вещества. Согласно справочным материалам для стали 40Х, с = 8,76 г/мм³ [5, стр. 167]

Момент инерции, приведенный к валу двигателя J₁, равен моменту инерции на червяке J₃ и вычисляется по формуле

г·мм² (30)

7. Расчет мертвого хода

В реверсивных механизмах устройств и систем различают прямой и обратный ход. Вследствие боковых зазоров в зацеплении, зазоров во вращательных парах и упругих деформаций валов положения ведомого звена всегда различны при одинаковых положениях ведущего звена во время прямого и обратного хода.

Точность реверсивных механизмов могут охарактеризовать ошибка мёртвого хода и мёртвый ход.

Ошибкой мёртвого хода механизма называется отставание ведомого звена при изменении направления движения ведущего звена.

Мёртвым ходом принято считать свободное перемещение ведущего звена при неподвижном ведомом звене.

Стандарты рекомендуют оценивать точность реверсивных зубчатых передач по величине мёртвого хода.

Выберем для червячной передачи сопряжение вида С. Тогда для межосевого расстояния а₃₄ = 18 минимальный гарантированный боковой зазор j_nmin = 32 мкм.

Выразим минимальный боковой зазор через угловую меру:

(31)

Вычисляем суммарный мертвый ход, приведенный к выходному валу, вычисляем по формуле [1, стр. 626]

(32)

8. Подбор и расчет подшипников выходного вала

Вычислим силы, действующие на выходной вал [1, стр. 23]

Н - радиальная сила (33)

Н - осевая сила (34)

Исходя из того, что, согласно эскизному проекту, опоры вала равно удалены от червячного колеса, составим уравнения равновесия и определим равновесные реакции для выходного вала. Схема нагружения вала представлена на рис. 2.

Рис. 2 Схема нагружения вала

Для вертикальной плоскости:

(35)

(36)

(37)

(38)

Проверка:

(39)

(расчет верный) (40)

Для горизонтальной плоскости:

(41)

(42)

(43)

(44)

Проверка:

(45)

(расчет верный) (46)

Определяем суммарные радиальные реакции:

(47)

(48)

Согласно полученным значениям и рекомендациям [6, стр. 322] выберем шариковый радиальный тип подшипника. По инженерным соображениям для простоты сборки и обслуживания механизма диаметры вала под подшипники примем равными d = 5 мм. Выберем по каталогу подшипник 25 легкой серии диаметров 2, узкой серии ширин со следующими характеристиками

Н - статическая грузоподъемность подшипника

Н - динамическая грузоподъемность.

Согласно рекомендациям [9, cтр. 353] определим коэффициент радиальной X=0,56 и осевой нагрузок Y=2,30.

Вычислим эквивалентную нагрузку на подшипник по формуле

Н (49)

где K_у - коэффициент безопасности. Для легких толчков и кратковременных перегрузок 125% K_у=1,2 [1, стр.112]

K_T - температурный коэффициент. Для температур ниже 100єС 125% K_T=1 [3, стр.112]

Определим долговечность выбранного подшипника по формуле [3, стр. 112]

ч (50)

Вычисленная долговечность превышает заданную 2,44·10⁶ ч > 18000 ч.

9. Обоснование выбора применяемых материалов и типа смазки

В качестве материала корпуса и корпусных деталей (подшипниковых крышек) выбирается литейный алюминиевый сплав силумин АЛ2 ГОСТ 2695-75, имеющий малый удельный вес и хорошие литейные свойства. [6, стр. 421]

Для изготовления червяка используем сталь марки 40Х ГОСТ 4543-86, которая обладает высокой прочностью, хорошо обрабатывается и закаливается. [9, стр. 242]

Материалом червячного колеса служит бронза БрОФ 10-1, обладающая повышенной износоустойчивостью. [9, стр. 242]

Для изготовления болтов и винтов, ввиду небольших нагрузок на них, выбираем углеродистую обыкновенного использования сталь Ст3. [1, стр. 803]

В качестве смазочного материала выбираем жидкое индустриальное масло И-Т-Д-100 ГОСТ 17479.4-87, т.к. скорость вращения х_s=11,32 м/с > 3м/c. [1, стр. 647]

Литература

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т., т.2 - М: Машиностроение, 1980, -557с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т., т.3 - М: Машиностроение, 1980, -557с.

3. Вышинский Н.В. Техническая механика. Курсовое проектирование -Мн.: Бест принт, 2001. - 164с.

4. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование. 2-е изд. испр. и доп. - Мн.: УП «Технопринт» 2002.

5. Курсовое проектирование деталей машин / Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Арефьев И.И. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984 - 400 с.

6. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов / Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М. - М.: Машиностроение, 1988 - 416 с.

7. Методическое пособие для курсового проектирования по курсам «Механизмы устройств ЭВМ» и «Прикладная механика» / Петренко В.В., Назаренко В.Г., Рудковский Ч.Г., Хранцкевич В.В. -Мн.: МРТИ, 1991. - 56с.

8. Милосердин Ю. В. Расчет и конструирование механизмов приборов и установок. - М. : Машиностроение, 1978 - 320 с

9. Расчеты деталей машин: справочное пособие / Кузьмин А. В. - Мн. : Выш. шк., 1986 - 400 с

Размещено на Allbest