Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Министерство высшего и профессионального образования РФ Ижевский государственный технический университет Воткинский филиал Кафедра «Техническая механика» РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по курсу «Детали машин» Вариант Т-7-5: «Механизм привода поворотной части робота» Выполнил: студент Бегеев А. М. группа Т–712 Руководитель проекта: Юрченко С. А. 2002 Содержание ВВЕДЕНИЕ 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2 КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 2.1 Выбор электродвигателя 2.2 Определение передаточных чисел привода 2.3 Определение вращающих моментов на валах привода 3 РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 3.1 Выбор твердости, термической обработки и материала колес 3.2 Допускаемые напряжения 3.3 Расчет межосевого расстояния 3.4 Предварительные основные размеры колес 3.5 Диаметры валов 3.6 Модуль передач 3.7 Суммарное число зубьев и угол наклона 3.8 Число зубьев шестерни и колеса 3.9 Фактическое передаточное число 3.10 Диаметры колес 3.11 Размеры заготовок колес 3.12 Силы в зацеплении 3.13 Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба 3.14 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям 4 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА РЕДУКТОРА 5 ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ ПО ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ 5.1 Определение радиальных реакций 5.2 Определение осевых нагрузок 6 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ 7 ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ШПОНОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Технический уровень всех отраслей народного хозяйства в значительной мере определятся уровнем развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, на транспорте. В данном проекте разрабатывается привод поворотной части робота, состоящий из поворотной колонны и редуктора. Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Рис. 1. Кинематическая схема привода Рис. 2. График загрузки Потребную мощность электродвигателя определим по формуле: где Здесь Вычисляем общий КПД привода: Потребная мощность электродвигателя: Определим частоту вращения вала электродвигателя по формуле где Рекомендуемые значения передаточных чисел Вычисляем частоту вращения электродвигателя: По справочнику [2] подбираем электродвигатель 4А112МА8 со следующими характеристиками: Определим окончательное общее передаточное число привода по формуле: получим Полученное расчетом общее передаточное число распределим между ступенями привода, пользуясь соотношениями, приведенными в таблице 1.3 [1]: где Вычисляем передаточные отношения ступеней Частота вращения вала колеса тихоходной ступени Частота вращения вала колеса быстроходной ступени Момент на приводном валу Момент на валу колеса быстроходной ступени редуктора Для колес быстроходной ступени выберем сталь 40ХН и термическую обработку по II варианту [1] – т.о. колеса – улучшение, твердость HB 269…302; т.о. шестерни – улучшение и закалка ТВЧ, твердость поверхности HRC 48…53. Для колес тихоходной ступени выберем тоже сталь 40ХН и термическую обработку по I варианту [1] – т.о. колеса – улучшение, твердость HB 235…262; т.о. шестерни – улучшение, твердость HB 269…302. Расчет передач проведем по допускаемым напряжениям и соответствующим длительной контактной и изгибной выносливостям: Допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба определим отдельно для колеса Значения Для тихоходной ступени принимаем и получаем следующие значения для колеса для шестерни для быстроходной ступени принимаем и получаем следующие значения для колеса для шестерни Для зубчатых передач при II варианте т.о. определяют расчетное допускаемое контактное напряжение это напряжение не должно превышать Вычисляем условие выполняется. В расчетную формулу вместо для тихоходной ступени для быстроходной ступени Межосевое расстояние определяется по формуле: где коэффициент Коэффициент концентрации нагрузки где При ступенчатом графике режима нагружения коэффициент где Вычисляем коэффициент режима нагрузки Начальный коэффициент концентрации нагрузки где коэффициент для тихоходной передачи, при консольной расположении колес для быстроходной передачи, при симметричном расположении колес Вычисляем коэффициенты для передач: По таблице 2.3 [1] в зависимости от коэффициента Получаем При коэффициенте Вычисляем коэффициенты концентрации нагрузки Здесь: При ступенчатом графике режима нагружения коэффициент эквивалентности где Базовое число циклов нагружения Число циклов нагружения где где Вычисляем числа циклов нагружения Вычисляем коэффициент эквивалентности Вычисляем коэффициенты долговечности Вычисляем эквивалентные моменты на колесах Вычисляем межосевые расстояния Вычисленные межосевые расстояния округляем в большую сторону до стандартных значений и окончательно получаем: Делительный диаметр зубчатых колес Ширина зубчатых колес Вычисляем основные размеры колес Диаметры различных участков валов редуктора определим по формулам: для быстроходного вала для промежуточного вала для тихоходного вала где принимаемые в зависимости от диаметра Вычисляем диаметры валов и округляем их в ближайшую сторону до стандартных значений: быстроходный вал для промежуточного вала тихоходный вал Модуль передач определим по формуле: где коэффициент где Здесь: При ступенчатом графике режима нагружения коэффициент эквивалентности где Вычисляем коэффициент эквивалентности Вычисляем коэффициенты долговечности Вычисляем эквивалентные моменты на колесах Вычисляем модули передач Значения модуля, полученные расчетом, округляем до стандартной величины и получаем Минимальный угол наклона зубьев косозубых колес Вычисляем Суммарное число зубьев Вычисляем суммарное число зубьев Определяем действительное значение угла Вычисляем Число зубьев шестерни Вычисляем числа зубьев шестерен Для косозубых колес Вычисляем минимально допустимое число зубьев Условие выполняется для обеих передач. Число зубьев колеса Вычисляем числа зубьев колес Вычисляем фактические передаточные числа Общее передаточное число привода Отклонение от заданного передаточного числа Условие выполняется. Делительные диаметры шестерни колеса Диаметры окружностей вершин где Вычисляем диаметры колес и полученные результаты заносим в таблицу 1. Делительные диаметры шестерен Делительные диаметры колес Диаметры окружностей вершин зубьев Диаметры впадин Параметры зубчатых колес Таблица 1 Чтобы получить при термической обработке принятые для расчета механические характеристики материала колес, вычислим предельные размеры заготовок и проверим выполнение условий Диаметр заготовки для колеса с выточками принимаем меньшее из для колеса без выточек По таблице 2.1 [1] находим следующие предельные размеры заготовок электродвигатель привод вал для для Вычисляем размеры заготовок для для для для проверяем условия Окружная сила Радиальная сила Осевая сила Вычислим уточненные крутящие моменты и частоты вращения Вычисляем силы в зацеплениях и результаты заносим в таблицу 2. Силы в зацеплении, в Н Таблица 2 Расчетное напряжение изгиба в зубьях колеса определим по формуле в зубьях шестерни по формуле Степень точности передач принимаем по таблице 2.5 [1] в зависимости от окружной скорости колеса (м/с) Вычисляем окружные скорости колес По таблице 2.5 [1] принимаем 9-ю степень точности для всех колес. Для косозубых колес при выбранной степени точности коэффициент Коэффициент концентрации нагрузки где По таблице 2.6 [1] в зависимости от Вычисляем коэффициенты концентрации нагрузки Коэффициент динамической нагрузки Коэффициент Вычисляем коэффициенты Коэффициенты формы зуба Вычисляем эквивалентную окружную силу Вычисляем напряжения изгиба действующие в передачах для колес для шестерен Все условия выполняются. Проверим зубья колес на статическую прочность по кратковременно действующим пиковым моментам Значение Получаем для для для Вычисляем напряжения изгиба при кратковременно действующих пиковых моментах Все условия выполняются. Расчетное контактное напряжение определим по формуле где для косозубых колес Вычисляем контактные напряжения, действующие в колесах Условия выполняются. Проверим зубья колес на статическую прочность при кратковременных действующих пиковых моментах Значения Получаем для для для Вычисляем контактные напряжения при кратковременно действующих пиковых моментах Все условия выполняются. Чтобы поверхности вращающихся колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса, между ними оставляют зазор где Вычисляем зазор Толщину стенки где Вычисляем толщину стенки Радиусы для сопряжения стенок корпуса редуктора определим по соотношению где Вычисляем радиусы Предварительно выберем для обеих опор роликовые конические подшипники средней серии Требуемая долговечность подшипников в часах полученное значение округляем по таблице 70 [3] до Радиальная реакция подшипника где Вычисляем расстояние «а» С учетом монтажной высоты кольца Рис. 3. Схема к определению реакций опор Приведем плоскости действия известных сил к двум взаимно перпендикулярным плоскостям. Реакции опор определим из условия равновесия всех сил относительно каждой опоры. Плоскость X–X Плоскость Y–Y Результирующие радиальные силы, максимально длительно действующие на подшипники, вычислим по формуле где Результирующая осевая сила, действующая на подшипники от косозубых зубчатых колес равна Рис. 4. Схема нагружения подшипников При установке вала на радиально-упорных подшипниках осевые силы для конических роликовых подшипников где Вычисляем осевые составляющие В таблице 7.2 [1] исходя из условий нагружения Вычисляем осевые силы Эквивалентную динамическую нагрузку где Вычисляем эквивалентные динамические нагрузки Требуемую грузоподъёмность подшипников определим по самой нагруженной опоре 2 по формуле где для роликовых подшипников Требуемая грузоподъёмность подшипников Так как то предварительно намеченный подшипник подходит. При расчете примем, что насаженные на вал детали передают силы и моменты валу на середине своей ширины. Под действием постоянных по величине и направлению сил во вращающихся валах возникают напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу. Построим расчетную схему для II вала: нанесем на неё все внешние силы нагружающие вал (рис. 5). Расчет произведем в форме проверки коэффициента запаса прочности. Для каждого из установленных предположительно опасных сечений определим расчетный коэффициент запаса прочности «S» и сравним его с допускаемым значением [S], которое обычно принимают [S]=1,3…2. где Здесь Напряжение в опасных сечениях определим по формулам где Рис. 5. Расчетная схема II вала Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении где Значения где Коэффициент влияния асимметрии цикла для рассматриваемого сечения вала где По эпюрам эквивалентного момента Материал вала выберем сталь 45 со следующими характеристиками: HB270, Осевой где Вычисляем моменты сопротивления Вычисляем напряжения в опасном сечении По таблицам 10.3…10.6 [1] находим значения следующих коэффициентов Вычисляем коэффициенты концентрации напряжений при при Вычисляем коэффициент влияния асимметрии цикла Вычисляем пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении Вычисляем коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям Вычисляем коэффициент запаса прочности Запас прочности обеспечен достаточный так как Рекомендуется назначать одинаковые шпонки для всех ступеней вала исходя из ступени наименьшего диаметра, имеющего шпоночный паз. Наличие на одном валу шпоночных пазов, одинаковых по сечению и длине, улучшает технологичность конструкции вала. Предварительно выберем сечение шпонки, рекомендуемое ГОСТ 23360‑78, исходя из величины диаметра вала. Получаем шпонку 12´8´40 ГОСТ 23360‑78. Проверим рабочие грани шпонки на смятие. Условие прочности на смятие где Вычисляем наибольший допускаемый крутящий момент так как наибольший продолжительно действующий крутящий момент на валу Проверим шпонку на срез. Условие прочности сечения шпонки на срез где Вычисляем наибольший допускаемый крутящий момент так как 1. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. ‑М.: Высшая школа, 1985. 2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ под ред. Кравчика А. Э., Шлафа М. М. и др. ‑М.: Энергоиздат, 1982. 3. Справочник конструктора-машиностроителя/ под ред. Анурьева В. И. т. 2 – М.: Машиностроение, 1982.
|