Редуктор привода сканирующего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

21

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Наименование факультета - Электрофизический

Наименование направления - Приборостроение

Наименование кафедры - Точное приборостроение

РЕДУКТОР ПРИВОДА СКАНИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Пояснительная записка

ФЮРА.303211.178 ПЗ

Студент, группа 1Б73______________К.В. Равдин

(подпись)

____________________

(дата)

Руководитель

ст. преподаватель_______________ А.Н. Голиков

(подпись)

____________________

(дата)

Томск - 2010



Содержание

Введение

1. Анализ задачи

2. Выбор двигателя

3. Выбор типа передачи

4. Определение общего передаточного отношения механизма

5. Определение основных геометрических размеров зубчатых колёс

6. Определение мёртвого хода редуктора

7. Описание конструкции и принципа действия

8. Инструкция по сборке, монтажу

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Редуктором называется передающий механизм, предназначенный для понижения угловой скорости и повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Такие зубчатые передачи называются понижающими. Наряду с понижающими передачами существуют и повышающие, увеличивающие частоту вращения - мультипликаторы. Редуктор обычно является промежуточным звеном между входным звено - двигателем и выходным звеном - рабочей машиной или агрегатом. Редукторы применяются в основном для различного рода приводов, а мультипликаторы - в отсчетных передачах измерительных приборов. По конструктивному исполнению редукторы разделяют на редукторы открытого и закрытого типов. Тип редуктора определяется видом используемых в нем передач, схеме их размещения, расположением валов в пространстве, числом ступеней. редуктор привод сканирующий устройство

Тип редуктора определяется видом используемых в нем передач, схеме их размещения, расположением валов в пространстве, числом ступеней.

В ходе проектирования редуктора использовались программы: T-Flex CAD 11, MathCAD 13, Microsoft Office WORD 2007.



1 Анализ задачи

В данном курсовом проекте предполагается спроектировать редуктор привода сканирующего устройства. Редуктор необходимо выполнить в закрытом исполнении. Особыми требованиями являются способ закрепления конструкции редуктора и геометрические размеры выходного вала. Редуктор должен обладать необходимым запасом прочности и устойчивости. Проектирование редукторов состоит из нескольких этапов. На первых этапах разрабатывается кинематическая схема, и производятся все необходимые расчеты. Завершающим этапом проектирования является конструирование. Можно определить следующий порядок проектирования редуктора, составленного из нескольких мелкомодульных передач:

1) разработка кинематической схемы редуктора;

2) определение (расчет или выбор) основных параметров отдельных элементов редуктора;

3) компоновка конструкции редуктора;

4) расчет моментов и усилий в кинематических цепях;

5) расчет максимального мертвого хода;

6) разработка конструкции редуктора.

Все необходимые данные для расчета курсовой работы приведены в таблице 1.

Таблица 1 Данные к проекту

Наименование параметра	Значение
Диапазон перемещения выходного звена	± 360?
Максимальная скорость выходного звена	0.5 с-1
Нагрузки на выходное звено	2500 г·см
Максимальное ускорение выходного звена	1.5 ?/ с2
Масса (момент инерции) изделия, закрепляемого на выходном звене	0.36 кг·м2
Допустимый мёртвый ход выходного звена	12 угл. мин
Напряжение питания	Постоянного тока 27 В
Исполнение	Пыле-влогозащищенное
Условия эксплуатации	Температура от -25?С до +50?С
Особые требования	Выходной вал: диаметр - 10 мм, длина - 40 мм. Крепление корпуса - фланцевое

К проектируемому редуктору предъявляют следующие требования: малая инерционность, минимальный мертвый ход, относительно невысокая скорость выходного звена, относительно небольшие нагрузки на выходное звено, достаточно широкий температурный диапазон.

2 Выбор двигателя

Первым шагом при проектировании редуктора является выбор двигателя. Выбор двигателя зависит от многих причин: типа источника питания, необходимой мощности, требующиеся характеристики учета динамических свойств двигателя, КПД двигателя, надежности работы, требований по ограничению генерирования радиопомех и т.д. Прежде всего, обуславливается требованиями необходимой мощности для преодоления сопротивления заданной нагрузки на валу при расчетных значениях скорости и ускорения выходного вала.

В следящем приводе электромеханизм работает все время в динамическом режиме, поэтому уравнение моментов должно быть справедливо для номинального режима работы, а не только для пускового периода. Определим минимальное значение мощности, которым должен обладать выбранный двигатель, чтобы обеспечивать работу системы в установившемся режиме. Воспользуемся следующей формулой [1]:

где Р_Д - мощность двигателя, Вт;

М_Н - момент нагрузки на выходное звено, Н·м;

М_Н=2500М0.001/100=0,25;

К_з=1.11 - коэффициент запаса, учитывающий необходимость преодоления динамических нагрузок в момент разгона двигателя;

J - момент инерции изделия закрепляемого на выходном звене, кг·м²;

е - максимальное ускорение выходного звена, рад/с²;

е=1.5М3.14/180=0,026;

щ - максимальная угловая скорость выходного звена, рад/сек;

щ=0,5 с ^-1=0,5рад/с

з_У - суммарное КПД передачи.

Суммарное КПД передачи:

где - КПД зубчатой передачи;

- КПД подшипников скольжения;

- КПД подшипников качения.

Значение, вычисленное по формуле 2, подставляется в формулу 1:

.

Выберем двигатель ДПМ-20-H1-02, наиболее подходящий по мощности и создаваемому моменту, а также удовлетворяющий условию задания - напряжению питания до 27 В. Данный двигатель предназначен для работы при обоих направлениях напряжения вращениях, причем изменение направления вращения по ходу без предварительной остановки не допускается. Остальные параметры двигателя приведены в таблицах 1 и 2 [2]:

Таблица 2 Параметры двигателя ДПМ-20-H1-02

Напряжения питания	27 В
Начальный пусковой момент	1.9610-3 Нм
Потребляемый ток	0.11 А
Номинальное число оборотов	4000 об/мин
К.П.Д.	14%
Мощность двигателя	0,41 Вт

Тип двигателя	d30	d1	l30	l1	m, кг
ДПМ-20-Н1-02	20	M2x0.25	46	7	0.065

Таблица 3 Габаритные и установочные размеры двигателя ДПМ-20-Н1-02:

Рисунок 1. Двигатель постоянного тока ДПМ-20-Н1-02

3 Выбор типа передачи

Выбор типа передачи зависит от передаваемой мощности, передаточного отношения, требований ограничений инерционности, режима работы, требующейся точности передачи, бесшумности, необходимости реверсирования движения, расположения входного и выходного звеньев, условий эксплуатации, технологичности выполнения, экономичности изготовления и т.д. [3].

Для проектируемого редуктора выбирается передача с прямозубыми цилиндрическими колесами внешнего зацепления. Данный тип передачи передает движение между параллельными валами и обладает рядом достоинств: технологичность конструкции, высокий КПД, наибольшая достижимая точность обработки колес и их монтажа, а также невысокую стоимость [1].

4 Определение общего передаточного отношения механизма

В приборостроении при расчете редуктора в связи с необходимостью иметь большое общее передаточное отношение применяются многоступенчатые редукторы. Среди многих схем многоступенчатых передач наибольшее распространение получили простые ступенчатые редукторы. Они характеризуются технологичностью конструкции, удобством в эксплуатации, относительно большим значением кпд, отличаются возможностью получения высокой точности передачи.

Определение общего передаточного отношения и количества ступеней редуктора определяется в соответствии с методикой, представленной в [4]:

где i_р - общее передаточное отношение редуктора;

щ_дв = 4000 об/мин = 418.7 рад/сек - скорость вращения вала двигателя;

щ_вых - скорость вращения выходного вала;

щ_вых.= 0.5 с ^-1 = 0.5 рад/с - угловая скорость.



Подставив щ_вых. в формулу 3 получим:

Из условия минимума габаритов и равенства передаточных отношений всех ступеней выбирается количество ступеней n [1]:

Из условия минимизации погрешности получается оптимальное число ступеней

Исходя из конструкционных соображений, примем количество ступеней равное среднему значению этих условий, тогда n=4.

Среднее передаточное отношение i_ср будет равно:

При разбиении общего передаточного отношения по ступеням, для удобства, примем равные передаточные отношения трех пар и, учитывая, что выходной вал должен быть диаметром 10 мм, примем передаточное отношение чуть больше чем остальные пары:

i₁₂ = 5;

i₃₄ = 5;

i₅₆ = 5;

i₇₈ = 6.7.

Найдем кинематическую погрешность редуктора [9]

где i_p -расчетное передаточное отношение

i_п -передаточное отношение после распределения по ступеням.

;

.

Погрешность не должна превышать 1%, поэтому полученная погрешность допустима.

5 Определение основных геометрических размеров зубчатых колёс

Рассчитаем количество зубьев колес по известному нам передаточному отношению пары зубчатых колес. Рекомендуемое минимальное число зубьев на малом колесе лежит в пределах 17 Z 28. Задавшись числом зубьев шестеренок редуктора, определим число зубьев зубчатых колес на передаточное отношение соответствующей ступени. Полученный результат округлим до целого числа.

Для пары зубчатых колес, передаточное отношение которых известно и равно необходимо назначить число зубьев малого колеса Z₁ и определить число зубьев ведомого колеса:



Для упрощения конструкции возьмем шестерни с одинаковым количеством зубьев Z₁=Z₃=Z₅=Z₇ =17. Расчёт количества зубьев ведомых колёс рассчитаем по формуле (5):

Модуль зацепления приборного механизма является наиболее важной геометрической характеристикой. По его величине определяются в конечном итоге все геометрические размеры колес и передач проектируемого механизма. Произведем расчет модуля зацепления зубчатых колес из расчетов на прочность или при малых нагрузках из конструктивных соображений. Расчет делается с помощью методики представленной в [4]:

где m - модуль зацепления зубчатого колеса;

K_m = 1.4 - коэффициент запаса;

М - крутящий момент, действующий на рассматриваемое колесо;

K_Я = 1.15 - коэффициент неравномерности нагрузки по ширине колеса;

Ш_bm = 6 - коэффициент, равный отношению ширины зубчатого венца к модулю;

Y_F = 3.75 - коэффициент формы зуба;

Z - число зубьев колеса, для которого рассчитывается модуль;

[д]_F =50 - допускаемое напряжение материала зуба на изгиб для БрОФ10-1 ГОСТ 613-79 [];

Расчёт моментов действующих на валы:

М₁ - момент нагрузки на двигатель. Согласно характеристикам двигателя (таблица 2), развиваемый им начальный момент достаточен, чтобы преодолеть нагрузку всего редуктора с прибором.

Для расчета модуля выбирается звено, на которое действует наибольший момент нагрузки (таблица 1) М_н=250 Н•мм - это выходное колесо с числом зубьев Z₈=114. Следует учитывать, что для модуля зубчатого зацепления установлен ГОСТ 9563-75, т.е. полученное значение модуля следует округлить до ближайшего установленного стандартом размера. При подстановке всех значений в формулу (6) получается:

В качестве материала для валов берётся Сталь 45 ГОСТ 1050-88. Для расчета минимального диаметра вала d_B берется максимальное значение момента нагрузки M_н = 250 Н•мм, действующего на вал:

где К_В = 1.1;

где у_Т = 450 МПа - предел текучести для Сталь 45 ГОСТ 1058-88.

Подставляя значения в формулу (7), получается:

.

Для упрощения округлим до целого числа, тогда d_в будет равен 2 мм. Диаметр выходного вала, исходя из задания (таблица 1), принимается равным 10 мм.

Основные геометрические размеры зубчатых колес определяются по следующим методикам [4]:

где d_n - диаметр делительной окружности;

m - модуль зубчатого зацепления;

Z_n - число зубьев колеса.

где d_верш - диаметр вершин зубьев колёс.



где d_впад - диаметр впадин зубьев колёс.

Рассчитанные данные по формулам 8, 9, 10 заносятся в таблицу 5.

Таблица 5 Диаметры зубчатых колес и шестернь

	d1	d2	d3	d4	d5	d6	d7	d8
dверш , мм	7.6	34.8	7.6	34.8	7.6	34.8	7.6	46.4
dn , мм	6.8	34	6.8	34	6.8	34	6.8	45.6
dвпад , мм	5.8	33	5.8	33	5.8	33	5.8	44.6

Определим толщину зубчатого венца [8]

(11)

Принимая во внимание сравнительно не большую нагрузку и скорость выходного звена, для всех шестеренок толщину зубчатого венца принимаем в 2.5 раза больше, чем толщину зубчатых колес, а для зубчатых колес толщину зубчатого венца принимаем равную 2 мм.

Расчет межосевых расстояний представлен в [1]:



6 Определение мёртвого хода редуктора

Основными погрешностями зубчатых передач являются погрешности, возникающие из-за мёртвого хода (люфта) Дцл. Люфтовая погрешность появляется из-за наличия бокового зазора j_n между зубьями сопряженных колес. Но боковой зазор необходим для работы передачи, он позволяет компенсировать температурные деформации, влияние неточностей межосевого расстояния, прогиб валов и зазоров в опорах.

Величина j_n определяется видом допуска на зазор, видом сопряжения зубьев. Значение j_n даётся в справочниках в мкм, а величина люфтовой погрешности определяется в угловых минутах.

Люфтовая погрешность передачи складывается из погрешностей отдельных пар, приведённых к одному звену. Чаще всего определяют погрешность, приводя ее к выходному колесу.

Неточности изготовления зубчатых колес и монтажа передачи приводят к ошибкам относительного положения входного и выходного звеньев передачи, к рассогласованию их движения, росту динамических нагрузок. Для устранения хаотического разброса величины бокового зазора вводят допуски на основные параметры зубчатых колес. Выберем 8-ю степень точности и сопряжение F, такой выбор объясняется тем, что имеется большой запас точности, поэтому в увеличении степени точности практического нет смысла. Значение j_n даётся в справочнике [10] в мкм., а величина люфтовой погрешности определяется в угловых минутах [4]. Тогда для всех пар зубчатых колёс j_п = 85 мкм.

Люфтовая погрешность будет равна:

где m - модуль зацепления;

Z₂, Z₄, Z₆, Z₈ - число зубьев ведомых колёс.

Для передачи, состоящей из 4 пар зубчатых колес, формула люфтовой погрешности, приведенной к выходному колесу, примет вид:

где - передаточные отношения между звеньями.

Допустимый мертвых ход редуктора из таблицы 1 равен 12ґ, следовательно, выбранные сопряжение и квалитет точности удовлетворяют заданным требованиям проекта.

7 Разработка и описание конструкции

Конструкция проектируемого редуктора изображена на сборочном чертеже - ФЮРА.303211.178.СБ.

Редуктор состоит из четырёх ступеней. Проектируемый привод имеет закрытую, пыле-влагозащищенную конструкцию. Привод состоит из электродвигателя ДПМ-20-Н1-02 поз. 28, цилиндрического литого корпуса поз. 1, двух крышек - верхней поз. 2 и нижней поз. 3 и зубчатого механизма. Корпус и две крышки будут изготовлены из дуралюмина Д16Т ГОСТ 21636-76. Данный вид алюминиевого сплава широко применяется, имеет хорошую прочность, дешевизну. Верхняя и нижняя крышки крепятся непосредственно к корпусу винтами поз. 24. Электродвигатель крепится двумя винтами поз. 23 к нижней крышке поз. 3 с помощью хомута поз. 6. Хомут изготовлен из алюминиевого сплава АЛ22 ГОСТ 1583-93. Для крепления корпуса электродвигателя в нижней крышке сверлятся отверстия соответствующего диаметра, в которых нарезается резьба.

На корпусе предусмотрено фланцевое крепление редуктора к прибору с возможность регулировки в пределах ± 10 ^?.

В качестве материала для валов применена Сталь 45 ГОСТ 1050-88. Эта марка стали, применяется при изготовлении малонагруженных передач с цилиндрическими и коническими колесами. Данная марка стали, характеризуется высокой прочностью и пластичностью. Для предотвращения коррозии на валы и колеса наносится антикоррозийное покрытие. Зубчатые колеса изготавливаются в соответствии с 8-й степенью точности из бронзы БрОФ10-1 ГОСТ 613-79. Механизмы данной точности применяются в системах управления и регулирования, в точных приборах и передачах, работающих при скоростях зубьев до 10 м/с и умеренных нагрузках. Выходной вал в проектируемом редукторе устанавливаются в крышки посредством опор качения, которыми являются подшипники поз. 25.

Для предотвращения попадания пыли и влаги в редуктор подшипники скольжения закрываются пластинами поз. 10, изготовленными из бронзы Бр.АЖ9-4 ГОСТ 493-79.

8 Инструкция по сборке, монтажу

Сборка привода осуществляется в два этапа в следующей последовательности, первый этап предварительный, а второй - окончательный:

Предварительный этап сборки:

Зубчатые колеса поз. 15 крепятся на валах поз. 11, 12, 13 развальцовкой. Зубчатое колесо поз. 16 устанавливается на валу поз. 14 с помощью штифта поз. 7. Для предотвращения выпадения штифта его сначала кернить, а потом контрить эмалью ЭП-572 белой ГОСТ 23599-75В крышку подшипника поз. 5 необходимо заложить уплотнительное кольцо поз. 22 и подшипник поз. 25. Туже операцию проделать и с крышкой подшипника поз. 4. Затем крышку подшипника поз. 5 установить на крышку верхнюю поз. 2, а крышку подшипника поз. 4 в нижнюю поз. 3. Установить электродвигатель поз. 28 в хомут поз. 6.

Окончательный этап сборки:

К корпусу поз. 1 прикрепить крышку верхнюю поз. 2 с помощью винтов поз. 24. Полученные ранее сборочные единицы устанавливаются в опоры скольжения, а вал поз. 14 в опоры качения поз. 25 и необходимо пронаблюдать за тем, что бы кольцо уплотнительное поз. 22 не выдавилось из паза наружу. После производиться настройка межосевых зазоров. Затем нижняя крышка поз. 3 устанавливается с помощью установочных штифтов поз. 8 в корпус поз. 1 и крепится винами поз. 24. После завершения операции устанавливается электродвигатель поз. 28 на посадочное место и крепится винтами поз. 23. Конечной операцией является установка пластин поз. 10 винтами поз. 26.



Заключение

В данном курсовом проекте был разработан и спроектирован редуктор привода сканирующего устройства. Редуктор имеет 4 ступени. Передаточное отношение четырех ступеней составило 5, а передаточное отношение последней, пятой - 6.7, что в итоге составило относительную погрешность редуктора - 0.04 , а такая погрешность для данного редуктора допустима; угловая погрешность данного редуктора 4.561 угловых минут, что не превышает допустимый мертвый ход редуктора, указанный в задании курсового проекта. Для зубчатых колес применен 8 квалитет точности, что делает изготовление привода дешевле и проще. Запас мощность двигателя почти в 2 раза превышает требуемую мощность, что позволяет увеличивать выходную нагрузку.

Проектирование включило в себя этапы анализа и расчета, необходимых для изготовления конструкции прибора.

Количество наименований деталей сведено к минимуму, применяется большое количество стандартных изделий одного типа, что упрощает и ускоряет сборку изделия.

При проектировании редуктора наибольшее внимание уделялось исполнению пыле-влагозащищенного корпуса редуктора с минимальными габаритами.



Список использованной литературы:

1. В.С. Дмитриев, Т.Г. Костюченко, И.В. Слащев Курсовое проектирование приборных редукторов. Справочное учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 228 с.

2. Справочник по электрическим машинам: в 2 т. Т.2 / Под общей ред. И.П.Копылова, Б.К.Клокова.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-688 с.

3. Элементы приборных устройств: Курсовое проектирование. Учебн. пособие для вузов в 2-х ч. Ч. 1. Расчеты и конструирование / под ред. Тищенко О.Ф. - М.: Высш. школа, 1978. -328 с.

4. Гурин Л.Б. Основы проектирования приборов и систем. Рабочая программа, методические указания и контрольные задания. - Томск: ТПУ, 1994.- 13с.

5. Ванторин В. Д. Механизмы приборных и вычислительных систем; Учебн. пособие для приборных и вычислительных систем; Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1985.-416 с.

6. Справочник конструктора - приборостроителя. Детали и механизмы приборов /В.П. Соламахо. - Мн.: Высш. школа, 1990.-415 с.

7. Справочник конструктора - приборостроителя. Проектирование. Основные нормы /В.П. Соламахо. - Мн.: Высш. школа,1998.-421 с.

8. Элементы приборных устройств. Курсовое проектирование. Учебное пособие для вузов. В 2 - х ч. Ч. 2. Конструирование / под ред. Тищенко О.Ф. - М.: Высш. школа,1978. -317 с.

9. Анухин В.И. Допуски и посадки. Выбор и расчет, указание на чертежах: Учеб пособие. 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. 219с.

10. ГОСТ 2.109-73. ЕСКД. Основные требования к чертежам.

11. ГОСТ 2.770-68(2000). ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах, элементы кинематики.

12. СТО ТПУ 2.5.01-2006. Система образовательных стандартов. Работы выпускные квалификационные, проекты и работы курсовые. Структура и правила оформления

13. ГОСТ 2.108-68.ЕСКД. Спецификация.

14. ОК 012-93. ЕСКД. Общероссийский классификатор изделий и конструкторских документов.

Размещено на Allbest.ru