Привод следящей системы

Московский государственный технический  университет им. Н.Э. Баумана

Кафедра «Элементы приборных устройств»

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Проектирование оптико-электронных  приборов»

 

Тема: Привод следящей системы

Вариант № 6

 

 

Студент: Мартынова В.

Группа: ОЭ2-51.

 

 

 

Руководитель: Бородулин Д.С.

 

 

 

 

 

 

Москва

2009

 

Оглавление

Оглавление 2

Техническое задание 3

1. Проектный расчёт электромеханического привода 5

1.1. Выбор электродвигателя 5

1.2. Кинематический расчёт 7

1.3. Силовой расчёт 8

1.4. Расчёт на прочность 9

1.5. Геометрический расчёт 12

2. Проверочные расчёты спроектированного ЭМП 17

2.1. Проверка правильности выбора двигателя 17

2.2. Проверочный расчёт на прочность 21

3. Расчёт на точность 32

3.1. Расчёт на точность по методу минимума-максимума 32

3.2. Расчёт на точность по вероятностному методу 38

4. Расчёт валов 42

5. Расчёт подшипников 43

6. Расчёт потенциометра 45

Список литературы 46

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

Тема  проекта: Привод следящей системы.

Область применения: Следящие электромеханические приводы такого типа применяются в устройствах РЭА и устройствах ОЭП для вращения радиолокационных антенн, пеленгационных призм, зеркал, для автоматической настройки и др., в системах автоматики управления и наведения в ЛА.

Технические требования: Привод следящей системы должен содержать элементы, указанные на структурной схеме (рис.1). Технические параметры, конструктивные, технологические и другие требования – в соответствии с описанием и вариантом задания (таблица 1).

Стадии  разработки: Техническое предложение, эскизный проект, технический и рабочий проекты – в соответствии с объёмом и графиком выполнения курсового проекта.

Схема и краткое описание: Привод следящей системы включает электродвигатель, зубчатый редуктор. На выходном звене установлен объект управления (антенна, зеркало, призма и др.). Обратная связь в следящей системе обеспечивается потенциометром. Угол поворота выходного звена механизма ограничивается с помощью микропереключателей и механических упоров.

Исходные данные для проектирования

Таблица 1.

№ варианта	6
Параметры
Скорость вращения выходного звена,	5
Ускорение вращения выходного звена,	24
Момент инерции нагрузки,	0,012
Угол поворота выходного звена,	±170º
Присоединительный размер (отв.)	40
Тип корпуса	На втулках
Критерий проектирования	Точность и быстродействие

 

 

Тип потенциометра	ПТП или другого типа – выбирается самостоятельно с соответствующим обоснованием
Условия эксплуатации	УХЛ4.1
Вид крепления в изделии	По указанию преподавателя
Выходное отверстие, диаметром , должно быть всегда свободно на просвет
Тип электродвигателя	Выбирать из серий ДИД, ДГ или АДП
Ограничители угла поворота	Механические и электрические  с помощью микропереключателей

 

Рис.1. Структурная  схема механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проектный расчёт электромеханического привода

1.1. Выбор электродвигателя

Статическая нагрузка в механизме определяется силой срабатывания микропереключателей.

Выбираем  микропереключатели ПМ24-2. Сила срабатывание данного типа микропереключателей:

; выберем .

Для предварительного расчёта примем диаметр выходного  колеса ( должно быть больше присоединительного диаметра ).

Момент срабатывания микропереключателей на выходном валу:

 

  – коэффициент запаса.

 

Выбираем  двигатель по мощности.

Расчётная мощность нагрузки на валу двигателя:

 

 – КПД цепи двигатель-нагрузка (принимается для предварительного расчёта).

 

Мощность  двигателя по паспортным данным:

, – коэффициент запаса.

 

По мощности выбираем двигатель ДГ-3А. Его характеристики:

, Вт	, Н∙мм	, Н∙мм	, об/мин	,	, с	, В	Масса, кг
3	5	10	9000	0,37	36	36	0,55

Здесь: 
– номинальная мощность, 
_{– номинальный момент,} 
– пусковой момент, 
_{– номинальная частота вращения, 
– момент инерции ротора, 
– электромеханическая постоянная привода,} 
– номинальное напряжение питания.

Общее передаточное отношение:

 

Проверка  правильности выбора двигателя. Двигатель  выбран верно, если

 

Статический момент нагрузки, приведённый к валу двигателя:

 

 

Динамический  момент нагрузки, приведённый к валу двигателя:

 

 

Приведённый суммарный момент нагрузки:

 

 

Вывод: двигатель нам подходит.

Определим время  разгона двигателя.

 

1.2. Кинематический расчёт

Определяем  передаточные отношения.

Число ступеней по критерию минимализации габаритов  при условии равнопрочности колёс:

 

Разбиваем i_о на n ступеней по нормальному ряду.

 

 

 

 

 

Подбираем числа зубьев.

 

 

 

 

 

Расчётное общее  передаточное отношение:

 

Погрешность передаточного отношения:

 

Уточним передаточные отношения.

 

 

 

 

Кинематическая схема привода.

 

 

1.3. Силовой расчёт

Рассчитаем  моменты на валах редуктора.

 

 

 – КПД подшипников

 – КПД цилиндрической  передачи

 

 

 

 

 

1.4. Расчёт на прочность

Расчётное число  циклов нагружения:

 

Число колёс, находящихся одновременно в зацеплении с рассчитываемым:

.

 – срок службы передачи. Задан срок службы .

 – частота вращения зубчатого колеса (выходного вала), об/мин.

 

Возможность увеличения числа циклов – коэффициент долговечности:

 

Базовое число  циклов нагружения:

 для нормализованных  стальных колёс.

 

 

Допускаемое контактное напряжение:

 

Коэффициент шероховатости:

 для 

Коэффициент, учитывающий окружную скорость колеса:

(т.к. ).

Коэффициент безопасности:

. Принимаем .

 – предел контактной  выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов .

Рассчитаем .

Выбираем  материалы:

для шестерен – сталь45,

для колёс  – сталь35.

 

 

Для обработки обжигом, нормализацией или улучшением:

 

 

 

 

 

 

Усредняем и :

 

Допускаемое напряжение изгиба:

 

Коэффициент, учитывающий цикл нагружения колеса:

 для реверсивных  передач.

Коэффициент долговечности:

 

 

Коэффициент запаса прочности:

. Принимаем .

- предел выносливости  при изгибе.

Для выбранных  ранее материалов:

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5. Геометрический расчёт

Рассчитаем  модули передач по формуле:

 

Коэффициент, учитывающий тип зубьев:

 для цилиндрических  колёс.

 – момент на валу рассчитываемого  колеса.

– коэффициент формы  зуба.

 – коэффициент запаса. Принимаем  .

 – число зубьев колеса, по которому ведётся расчёт.

- коэффициент ширины  зубчатого венца. Принимаем .

Расчёт ведётся  по колесу/шестерне в зависимости  от того, какое соотношение больше:

 

1 передача

 

 

 

 

2 передача

 

 

 

 

3 передача

 

 

 

 

4 передача

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем  геометрические параметры колёс по формулам:

 – делительный диаметр,

 – диаметр вершин зубьев,

 – диаметр впадин,

 – ширина колеса,

 – ширина шестерни,

 – межосевое расстояние.

1 передача

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 передача

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 передача

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 передача

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Проверочные расчёты спроектированного  ЭМП

2.1. Проверка правильности выбора  двигателя

Условие правильного  выбора двигателя определяется соотношениями:

для кратковременного режима работы и повторно-кратковременного режима работы:

,

, – соответственно уточнённые статический и динамический моменты, приведённые к валу двигателя.

Проверяем условие .

Уточнённый  статический момент, приведённый  к валу двигателя:

 

 – КПД подшипников.

Уточнённое  значение КПД прямозубой цилиндрической передачи:

 

 – коэффициент трения. Для шестерни стальной и колеса из закалённой стали .

– коэффициент перекрытия. Принимают .

Коэффициент нагрузки для цилиндрических передач:

 

Окружная  сила колеса:

 

При принимают .

 

1 передача

 

 

 

2 передача

 

 

 

3 передача

 

 

 

4 передача

 

 

 

Находим .

 

 

 

 

 

 

Проверяем условие .

Уточнённый  динамический момент, приведённый к  валу двигателя:

 

Угловое ускорение вала двигателя:

 

 

 

 

Приведённый к валу двигателя момент инерции всего ЭМП:

 

Момент инерции вращающихся частей ротора:

 

 инерции нагрузки:

 

Приведённый момент инерции редуктора:

 

, – моменты инерции отдельных колёс относительно собственных центров масс.

Момент инерции  звена, имеющего форму кругового  цилиндра, относительно собственного центра масс:

 

 – диаметр колеса,

 – ширина колеса,

 – плотность материала колеса,

.

 

 

 

 

 

 

 
 
 

 
= 

 

 

 

 

Оба условия выполняются, двигатель выбран верно.

 

 

2.2. Проверочный расчёт на прочность

Необходимо  проверить, выполняются ли условия  прочности на выносливость:

для открытых передач

;

для закрытых передач

,

а также при  действии кратковременных перегрузок (максимальной или пиковой нагрузок)

,

.

 

Проверка  условия прочности на выносливость при расчёте на контактную прочность.

Проверяем условие .

 

Допускаемое контактное напряжение:

 

 

Предел контактной выносливости зубьев:

 

 

Коэффициент шероховатости:

 для 

Коэффициент, учитывающий окружную скорость колеса:

(т.к. V < 5м/с).

Коэффициент безопасности:

. Принимаем .

Коэффициент долговечности:

 

Базовое число  циклов нагружения:

 для нормализованных  стальных колёс.

Расчётное число  циклов нагружения:

 

Число колёс, находящихся одновременно в зацеплении с рассчитываемым:

.

 – срок службы передачи. Задан  срок службы .

 – частота вращения зубчатого колеса (выходного вала), об/мин.

Для выходного  вала

 

 

 

Таким образом, расчётное число циклов нагружения для выходного вала:

 

Для остальных  валов:

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем .

 

Принимаем .

 

Принимаем .

 

Принимаем .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительное  контактное напряжение:

 

Коэффициент, характеризующий контактную прочность зуба:

 для стали.

 – момент на валу  колеса.

 – ширина колеса.

 – межосевое расстояние.

Коэффициент расчётной нагрузки при расчёте на контактную прочность:

 

Коэффициент динамической нагрузки при расчёте  на контактную прочность:

 для быстроходных  колёс высокой степени точности.

Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения  нагрузки по ширине зуба, при расчёте на контактную прочность:

 для колёс, расположенных  между опорами.

 

 

 

 

 

Сравниваем  действительные контактные напряжения с допускаемыми контактными напряжениями:

 

 

 

 

Условие прочности  на выносливость при расчёте на контактную прочность выполняется.

 

Проверка  условия прочности на выносливость при расчёте на прочность изгиба.

Проверяем условие .

Допускаемое напряжение изгиба:

 

 – предел выносливости при изгибе.

 

 

Коэффициент, учитывающий цикл нагружения колеса:

 для реверсивных  передач.

Коэффициент запаса прочности:

. Принимаем .

Коэффициент долговечности:

 

 – расчётное число  циклов нагружения, рассчитано ранее.

 

 

Принимаем .

 

 

Принимаем .

 

 

Принимаем .

 

 

Принимаем .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительное  напряжение изгиба на колесе:

 

Коэффициент, учитывающий тип зубьев:

 для цилиндрических  колёс.

 – момент на валу  колеса.

 – коэффициент формы  зуба.

 – модуль передачи.

 – число зубьев  колеса.

 – ширина колеса.

Коэффициент расчётной нагрузки при расчёте  на прочность изгиба:

 

Коэффициент динамической нагрузки при расчёте  на прочность изгиба: