Расчёт и проектирование однооборотной рычажно-зубчатой измерительной головки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание:

Постановка задачи

Структура механизма

Определение параметров отчётного устройства

Определение размеров звеньев механизма

Конструктивное оформление прибора

Расчет дисбаланса

Расчёт диаметра цапф

Расчёт волоска

Погрешности

Обоснование выбора материала

механизм зубчатая головка материал



Постановка задачи

Требуется спроектировать измерительную головку по принципиальной схеме при следующих данных:

Диапазон измерения: Dx=0,06 мм (±0,03)

Цена деления: i=0,001 мм

Регулировка нуля за счет поворота циферблата

Структура механизма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цена деления i=0,001 мм

Интервал делений c=0.8 мм

Диапазон измерений Dx=0,06 мм (±0,03)

Радиус циферблата 35 мм

Длинна стрелки Rстр=30 мм

Метод регулировки по «Краям диапазона»

РПМ tan - рычажный передаточный механизм синусного типа

Пов.М х tg - поводковый механизм со скрещивающимися осями тангенсного типа, угол скрещивания 90°

ЗПМ - зубчатый передаточный механизм

ОУ - отчётное устройство

1) 2) 3) 4)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Передаточная ф-ция:

Чувствительность:

Нелинейность:

Определение параметров отсчётного устройства

Проектирование удобно начинать с расчета и конструктивного оформления отсчетного устройства. По заданному габаритному размеру D=70 мм, на рисунке вычерчена конструкция узла отсчетного устройства с механизмом регулировки нуля.

Узел состоит из оправы с наружным диаметром 70 h12, которая по посадке 62 H7/f7 устанавливается на выточке корпуса головки и фиксируется в осевом направлении круглой пластиной, которая прикрепляется к корпусу с помощью трех винтов с конической головкой. На этой пластине необходимо нанести деления, обеспечивающие возможность регулировки нелинейности и передаточного отношения при снятом циферблате, то есть при свободном доступе к механизму. С лицевой стороны головки в гильзу до упора с этой пластиной вставляется циферблат. Здесь можно использовать посадку типа или , поскольку циферблат по наружному диаметру трудно изготовить точнее. На циферблат накладывается кольцо, резиновая прокладка и стекло. Все это фиксируется в осевом направлении двумя разрезными пружинными кольцами, вставленными в конусную выточку обоймы. Кольца одновременно служат указателями поля допуска. В гильзу же запрессован штифт 1,5 Пр, который входит в паз циферблата. Таким образом, при повороте гильзы по выточке корпуса 60 мм одновременно поворачивается и циферблат. Фиксация гильзы в требуемом положении производится сухарем и винтом, располагающимися в выточке корпуса. При завинчивании винта сухарь надежно защищает гильзу.

Конструкция отсчетного устройства определяет значение наибольшего диаметра видимой из-за элементов крепления стекла и циферблата части циферблата. Этот диаметр составляет 60 мм и поэтому длину стрелки можно принять равной R=30 мм.

Количество делений шкалы:

шт.

Длина шкалы:

мм

Угол оборота:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Угол между соседними штрихами:

Полный угол поворота указателя:

Интервал делений:

мм

 Передаточное отношение головки:

Определение размеров звеньев механизма

При проектировании расчет погрешности ОУ не рассматривается, т.к. она практически не влияет на соотношение параметров рычажных и зубчатых механизмов.

Требования к конструкции - соблюдение условия начального положения.

Должны быть предусмотрены элементы регулировки чувствительности и начального положения (нелинейности) - оси шарниров и центр сферы - на одной прямой.

Точностные характеристики элементов зубчатой передачи: однооборотная головка - сектор поворачивается на небольшой угол, учитывается циклическая погрешность сектора, если триб поворачивается на полный угол - кинематическая погрешность .

Схемные параметры рычажных передач коррелированны, т.е. взаимосвязаны.

Суммарная чувствительность рычажных ПМ:

Суммарная нелинейность рычажных ПМ:

Приведенная ко входу дисперсия погрешности и :

Условие минимизации погрешности:

Исходя из наших условий, выбираем

Значения параметров точности ЗК, , выбираем из ГОСТ 9178 по соответствующим степеням точности (с 4 по 7).

Плавность: триб - 5 ст. т.

сектор - 4 ст. т.

Кинематика: триб - 6-7 ст. т.

сектор - 5-6 ст. т.

Примем ..

Примем

Примем , тогда.

Передаточное отношение (номинальная чувствительность):

; mтр=0,2 мм; zтр=20; ;

мм

Полученное значение почти на 40% меньше первоначального. Следовательно надо снова пересчитать все параметры с другим значением rсек.

Примем rсек=20 мм. В этом случае , примем его равным .

Учитывая это получаем:

, мм, мм.

Полученное значение отличается от первоначального менее чем на 5%.

Рассчитаем скорректированное значение суммарной чувствительности:

Следовательно, окончательно принимаем следующие значения параметров:

Цена деления мм

Интервал делений мм

Диапазон измерений мм

Радиус циферблата 35 мм

Длина стрелки мм

Длина рычага РПМ sin типа мм

Расстояние между осями Пов.М x tg мм

Длина выходного рычага Пов.М x tg мм

Радиус сектора мм

Радиус триба мм

Параметры точности зубчатых колёс мм, мм

Количество делений шкалы шт

Длина шкалы мм

Полный угол поворота указателя (после округления)

Угол между соседними штрихами (округлённый до минут)

Интервал делений (после округления) мм

Передаточное отношение (номинальная чувствительность)

Конструктивное оформление прибора

Механизм прибора помещается в корпус, изготовленный из сплава АЛ-2 по ГОСТ 2685-75. Корпус головки изготавливается литьем с последующим отжигом и старением, корпус неразъемный и литье производиться под давлением. Такие корпусы наиболее экономичны при массовом производстве и крупносерийном производстве, обладают высокой прочностью и жесткостью.

Затем корпус покрывают защитным окисным твердым покрытием, после чего производят нанесение декоративного лакокрасочного покрытия - молотковой эмалью.

Циферблат покрывают белой эмалью, стрелки и отметки шкалы - черной краской. Цифры же покрываются черной и красной краской, для удобочитаемости проводимого отсчета.

Механизм собирается между двумя платами, в которых устанавливаются опоры осей.

Платы связаны между собой так, чтобы обеспечить соосность отверстий под опоры осей и определенный гарантированный осевой зазор.

В опорах, для снижения трения и уменьшения износа цапфы, подшипника изготавливают из искусственных или естественных минералов (агат, корунд, рубин). В эти камни торцами упираются оси, на которых крепятся рычаги и зубчатые колеса. Для того, чтобы установить рычаг на определенное место, на оси, на них делаются ступеньки, в упор к которым монтируются рычаги.

Нижняя плата крепиться винтами к корпусу на специальных втулках, которые, со стороны корпуса завальцовываются, а со стороны платы изготавливается зазор, для выставления на ноль механизма. Между собой платы соединяются тремя втулками и винтами. Втулки сажаются с натягом (), а затем развальцовываются в отверстиях нижней платы. Верхняя плата накладывается на втулки по посадке (), с тем, чтобы уменьшить возможные перекосы осей.

Регулировка передаточного отношения производиться поворотом, с помощью ключа, эксцентрикового вала с запрессованным в его торце шариком Ш1 мм, через который движение от штока передается рычагу механизма.

Регулировка нелинейности осуществляется при помощи винта, способного поворачивать ось сектора и кулисы, тем самым обеспечивая изменение (уменьшение) нелинейности функции преобразования механизма.

Для регулировки натяжения волоска внутренний его конец неподвижно крепится в прорези втулки на оси большого зубчатого колеса; а наружный конец крепиться с помощью конического штифта в цилиндрическом штифте, находящемся в крышке верхней платы. Для регулировки волоска следует немного ослабить конический штифт, т.е. наружное крепление волоска, и «протащить» волосок, тем самым изменив его натяжение.

Весь механизм состоит из рычажной и зубчатой передачи, зубчатая передача представляет собой зубчатый сектор, который контактирует с трибом.

Расчёт дисбаланса

Дисбаланс кулисы от веса:

	первый поводок	подставка	правый низ	левый низ	суммарное
площадь	40,000000000	78,000000000	33,733400000	13,915475000
объем мм3	80,000000000	234,000000000	134,933600000	55,661900000	504,595500000
масса г	0,628080000	1,837134000	1,059363694	0,437001577	3,961579271
вес Н	0,006155184	0,018003913	0,010381764	0,004282615	0,038823477
плечо м	0,000000000	0,000000000	0,000000000	0,003858800
момент Нм	0,000000000	0,000000000	0,000000000	0,000016526	0,000016526
кулиса повернута на 38.2 градуса
	первый поводок	подставка	правый низ	левый низ	суммарное
площадь мм2	40,000000000	78,000000000	33,733400000	13,915475000
объем мм3	80,000000000	234,000000000	134,933600000	55,661900000	504,595500000
масса г	0,628080000	1,837134000	1,059363694	0,437001577	3,961579271
вес Н	0,006155184	0,018003913	0,010381764	0,004282615	0,038823477
плечо м	-0,024736400	-0,010513000	-0,000055000	0,004497500
момент Нм	-0,000152257	-0,000189275	-0,000000571	0,000019261	-0,000322842
кулиса повернута на -38.2 градуса
	первый поводок	подставка	правый низ	левый низ	суммарное
площадь мм2	40,000000000	78,000000000	33,733400000	13,915475000
объем мм3	80,000000000	234,000000000	134,933600000	55,661900000	504,595500000
масса г	0,628080000	1,837134000	1,059363694	0,437001577	3,961579271
вес Н	0,006155184	0,018003913	0,010381764	0,004282615	0,038823477
плечо м	0,024736300	0,010512900	0,000279600	0,001789300
момент Нм	0,000152256	0,000189273	0,000002903	0,000007663	0,000352095



кг*м

Дисбаланс сектора от веса:

	левая часть	венец	подставка под поводок	суммарное
объем мм3	17,162900000	26,824600000	89,373300000	133,360800000
масса г	0,134745928	0,210599935	0,701669778	1,047015641
вес Н	0,001320510	0,002063879	0,006876364	0,010260753
плечо м	-0,003522200	0,003451100	0,001642300
момент Нм	-0,000004651	0,000007123	0,000011293	0,000013765

кг*м

Суммарный момент дисбаланса приведённый к оси стрелочного триба будет равен:

кг*м

Расчёт диаметра ЦАПФ

Кулиса г

Сектор г

Триб г

Самым тяжёлым является кулиса. При перегрузках в 2500g реакции в её опорах достигают значений:

кг



Выбирая в качестве материала осей сталь У12А с допустимым напряжением изгиба кг/мм2, можно определить наименьшее допустимое значение диаметра цапф из условия:

Принимая , находим диаметр цапф осей:

мм

Окончательно принимаем d=1,1 мм.

Теперь найдём моменты трения в опорах от веса подвижных узлов:

Кулиса: г*мм

Сектор: г*мм

Триб: г*мм

Суммарный момент трения, приведённый к оси триба:

г*мм

Суммарный момент трения и дисбаланса будет равен:

г*мм

Найдём первое приближение к минимальному моменту волоска:

г*мм

Максимальное значение момента волоска найдём, задаваясь углом начального закручивания волоска , тогда:

г*мм

Расчёт волоска

Толщина волоска:

D1=8 мм, D2=2 мм.

Волосок изготавливается из проволоки из оловянно-цинковой бронзы Бр.ОЦ44 по

ГОСТ 52212008 или из другого подходящего материала.

кг/мм2, Е=13000 кг/мм2.

Принимаем k1=5, k2=8.

Тогда толщина будет равна:

мм

Ширина волоска:

мм

Из ГОСТ 5225-2008 выбираем проволоку с диаметром, отвечающим условию:

мм

Подходит проволока диаметром 0,8 мм, которую следует прокатать до толщины h=0,075 мм. Ширина ленты при этом окажется:

мм

Шаг спирали:

мм

Число витков:

витков

Длина волоска:

мм

Окончательные максимальный и минимальный моменты волоска:

кг*мм=10,603 г*мм

кг*мм=19,552 г*мм

Погрешности

Рассчитаем погрешность от округления и её дисперсию:

Приведем ДXпо и упо2 ко входу:

Рассчитаем погрешность от параллакса и её дисперсию:



Приведем ДXпг и упг2 ко входу:

где f =0,8мм- расстояние между плоскостью шкалы и стрелкой;г=30о - максимальный угол между линией зрения и нормалью к плоскости.

Погрешность от параллакса компенсируется путем замены обычной стрелки отсчетного устройства на антипараллаксную стрелку, изготавливаемую специальным образом.

Наконечник стрелки изгибают так, чтобы расстояние между стрелкой и шкалой было минимальным, что практически сводит погрешность от параллакса к нулю.

Погрешность от эксцентриситета шкалы:

Данная погрешность зависит от посадки стрелки на ось, которая делается с малым зазором, равным не более 0.005 мм. Таким образом формула для расчета данной погрешности имеет следующий вид:

Определение погрешности обратного хода:

Наличие зазоров и трения в опорах элементов передаточного механизма вызывает появление погрешности обратного хода, проявляющейся в том, что показания прибора оказываются различными при подходе к данному значению измеримой величины со стороны больших или меньших ее значений.

Максимальная циклическая погрешность сектора в единицах перемещения измерительного стержня:

Погрешность зубчатой передачи приведенная ко входу:

Для сектора значение погрешности из ГОСТ 9178-81: , значит погрешность сектора, приведенная к входу вычисляется по формуле:

Для триба значение погрешности из ГОСТ 9178-81:

Обоснование выбора материала

1.В качестве материала для изготовления триба и зубчатого сектора выбираем сталь марки Сталь У10 ГОСТ 1435-99, с термообработкой (каление, HRC 48-50), а для гильзы - Сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Для гильзы берём пруток диаметром 8 мм, для триба - 6 мм. Такой выбор обусловлен требованием достаточной жёсткости материала при эксплуатации соответствующих элементов. Также поверхность триба покрываем слоем хрома с подслоем сил-никеля - Насл.9.Х.б (хромовое покрытие толщиной 0,5-1 мкм, блестящее, с подслоем сил-никеля толщиной 9 мкм).

2.Для изготовления волоска выбираем оловянно-оцинкованную бронзу Бр.ОЦ-4-4 ГОСТ 5221-50 или другой подходящий материал.

3.Для верхней и нижней платы, а также для колонок (3 шт) выбираем материал - латунь марки

ЛС 59-1 ГОСТ 15527-70. Это обусловлено относительной лёгкостью, простотой его обработки, а также дешевизной материала.

4.Для циферблата используем Ст.35. Поле шкалы покрываем нитролаком молочно-белого цвета, штрихи наносим краской чёрного цвета.

5.Корпус прибора изготавливается из сплава АЛ-2 по ГОСТ 2685-75. Корпус головки изготавливается литьём с последующим отжигом и старением, корпус неразъёмный и литьё производится под давлением. Такие корпусы наиболее экономичны при массовом производстве и крупносерийном производстве, обладают высокой прочностью и жёсткостью. Далее корпус покрывают защитным окисным твёрдым покрытием, после чего производят нанесение лакокрасочного покрытия - молотковой эмали.

1. Размещено на www.allbest.ru