Основы конструирования элементов приборов
Работа из раздела: «
Технология»
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 3
Задание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 5
1 Расчет геометрических параметров . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Проверочный расчет червячной пары на прочность 8
3 Расчет вала червяка (Построение эпюр) . . . . . . . . . . 10
4 Выбор подшипников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 12
5 Расчет шкалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 14
6 Расчет редуктора на точность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 17
Приложение 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 18
Приложение 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 19
Введение
Механизм поворота и отсчета аттенюатора. Прибор предназначен для
уменьшения мощности сигнала в известное число раз. Аттенюатор
характеризуется вносимым в тракт затуханием, т.е. отношением мощностей на
входе и выходе.
[pic]
Рисунок 1 – Волноводный аттенюатор.
В данном случае прибор относится к числу аттенюаторов, обеспечивающих
затухание за счет поглощения мощности материалом, помещенным в
электромагнитное поле. Схема аттенюатора для круглого волновода,
возбуждаемого волной, показана на рисунке 1. Здесь 1 и 3 – неподвижные
участки волновода, 2 – его вращающийся участок. Когда все три поглощающие
пластины П во всех участках волновода лежат в одной плоскости, то затухание
близко к нулю. По мере
поворота поглощающей пластины 2 во вращающейся части волновода затухание на
выходном конце волновода увеличивается.
Проанализировав данный узел можно составить структурную схему
взаимодействия узлов и механизмов аттенюатора.
На рисунке 2 в механизме условно выделены следующие составляющие
звенья: волноводы, которые в свою очередь можно разделить на подвижные и
неподвижные, и отсчетное устройство – собственно шкалу. Два последних звена
непосредственно контактируют с червячным редуктором.
Механизм поворота
и отсчета аттенюатора
Волноводы Отсчетное устройство
Неподвижные Подвижные Шкала
Редуктор
Рисунок 2 – Структурная схема механизма поворота
и отсчета аттенюатора
Задание
Разработать конструкцию механизма поворота поглощающей пластины П
центрального волновода 2 поляризационного аттенюатора в сочетании с
отсчетным устройством по кинематической схеме, исходным данным (Таблица 1)
и следующим техническим требованиям:
1) затухание сигнала в волноводе 3 обеспечить поворотом волновода 2 с
пластиной П на угол от (=0 до (=(max. Затухание А в децибелах
определяют по формуле [pic];
2) пластину П изготовить из двойного слоя слюды толщиной 0,25 мм с
нанесением поглощающего слоя из графита;
3) отверстия входного 1 и выходного 3 волноводов выполнить прямоугольными
с размерами 12(28 мм. На торцах предусмотреть контактные фланцы;
4) соединение центрального подвижного волновода с неподвижным выполнить
дроссельными фланцами;
5) для улучшения электрических характеристик контура контактные и
токопроводящие поверхности серебрить.
Из условия задачи имеем следующие исходные параметры:
- передаточное число червячной передачи и=12;
- заходность червяка z1=4;
- число зубьев на колесе z2=48;
- модуль зацепления m=1 мм.
Таблица 1. Исходные параметры
|Постоян-н|Наибольшая относительная |Диапазон |Внутренний |Диаметр |
|ая |погрешность настройки и |затухания |диаметр |шкалы |
|затуха-ни|отсчета | |центрального |отсчетного |
|я М | | |волновода |устройства |
| |( ([0;45(] | ( ([45(;(max]|Аmax| |dв,мм |Dш,мм |
| | | | |Amin| | |
|-45 |0,5 |2,0 |70 |0 |32 |140 |
1 Расчет геометрических параметров
Производим анализ технического задания: из условий следует, что
делительный диаметр червячного колеса должен обеспечивать минимально
необходимую высоту колеса над втулкой волновода. Выполним проверку этого
условия.
Делительный диаметр червячного колеса [pic](мм).
Внутренний диаметр волновода dв=32 мм.
Отсюда видно, что диаметральная разность r=d2-dв=48-32=16 (мм),
что конструктивно не исполнимо.
Увеличиваем число зубьев на колесе z2=80.
Производим пересчет передаточного числа u=z2/z1=80/4=20.
Производим расчет геометрических параметров редуктора.
1 Ход червяка p1=(mz1=12,56(мм);
2 Угол подъема винта червяка (=[pic]=11(19(
где q=20 – коэффициент диаметра червяка по ГОСТ 2144-76;
3 Межосевое расстояние aw=0,5(m(z2+q)=50 (мм);
4 Делительный диаметр червяка d1=m(q =20 (мм);
5 Делительный диаметр червяка d2=m(z2=80 (мм);
6 Длинна нарезной части червяка b1(2m([pic])=2((8,9+1)=19,8(мм)
принимаем b1=30 (мм);
7 Высота витка h1=h1*(m=2,2 (мм)
тут h1*=2 ha*+c1*=2(1+0,2=2,2;
8 Высота головки ha1= ha*(m=1 (мм);
9 Диаметр вершин червяка da1=m(q+2 ha*)=20+2(1=22 (мм);
10 Диаметр вершин колеса da2=d2+2ha*m=80+2(1(1=82 (мм);
11 Диаметр впадин червяка
df1=d1-2m(ha*+с1*)=20-2(1+0,2)=17,6 (мм);
12 Диаметр впадин колеса
df2=d2-2m(ha*+с2*)=80-2(1+0,2)=77,6(мм);
13 Радиус кривизны (t1=(t2= m (t* =0,3(1=0,3 (мм);
14 Ширина венца b2=0,75d1=0,75(20=15 (мм);
15 Угол обхвата
(=[pic]44(14(
16 Радиус дуги, образующей кольцевую поверхность вершин зубьев червячного
колеса R=0,5d1- mha*=0,5(20-1(1=9 (мм).
2 Проверочный расчет червячной пары на прочность
При расчетах принимаем, что к валу червяка приложен крутящий момент
М1=Мвх=1 Нм.
1 Определяем КПД редуктора
(=0,93tg((ctg((+()=0,93tg11(19((ctg(11(19(+1(43()=0,8
где (=arctg f=arctg0,03=1(43(.
Момент на выходе редуктора [pic](Нм).
2 Определяем силы, действующие в зацеплении
[pic](Н), [pic](Н)
[pic](=145,6(Н)
3 Проверка по контактным и изгибающим напряжениям
[pic],
из [3] для пары бронза-сталь [pic];
[pic]
для материала БрОНФ10-1-1 при центробежном литье предельнодопустимое
напряжение [(н]=210Мпа [3,табл.20], откуда следует (н ([(н].
[pic](Мпа),
тут YF – коэффициент формы зуба, что зависит от эквивалентного числа
зубьев [pic]. На основании [9,табл.3.1] выбираем YF=1,34. Коэффициенты
КН и КF принимаются равными 1, исходя из того, что редуктор
выполняется при высокой точности, скорость скольжения Vск<3 м/с и
рабочая нагрузка постоянна.
Для материала БрОНФ10-1-1 предельнодопустимое напряжение [(F]=41Мпа
[3,табл.21], откуда следует (F ([(F].
3 Расчет вала червяка (Построение эпюр)
1 Определяем реакции опор и изгибающий момент в горизонтальной плоскости
[pic](Н) , [pic](Н);
[pic](Нм);
2 Определяем реакции опор и изгибающий момент в вертикальной плоскости
[pic](Н) ,
[pic](Н);
[pic](Нм), [pic](Нм);
[pic](Нм);
3 Определяем эквивалентный изгибающий момент
[pic](Нм);
4 Строим эпюры (рисунок 2).
RA F
RB
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Рисунок 3 – Эпюры приложенных сил и моментов к валу червяка.
5 Определяем диаметр вала червяка
1 Из условия прочности на кручение
[pic], [pic],
где предельно допустимое напряжение кручения для стали 45
соответствует [(кр]=30 МПа [5].
2 При действии эквивалентного момента
[pic], [pic],
где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45
соответствует [(экв]=0,33(в=0,33(900=297 МПа [5].
5.3 Из условия жесткости вала при кручении
[pic],
где [(]=8(10-3 рад/м , G=8(105 МПа [3,5], откуда имеем
[pic]
5.4 Выбираем диаметр вала червяка d=12 мм .
4 Выбор подшипников
На подшипник поз.16 (см. СП-56.998.85000СБ) действует осевая
нагрузка, равная осевой нагрузке в червячном зацеплении, т.е. Far=Fa1=400
H.
Выбираем подшипник из соотношения [pic],
где [pic].
Отсюда следует, что подшипник воспринимает в большей степени осевые
нагружения, исходя из чего на основании [7], выбираем шариковый радиально-
упорный однорядный подшипник типа 36140 ГОСТ 831-75 [1] со следующими
параметрами: d=15мм, D=40мм, b=12мм, С=4250Н, C0=2672H, nmax=25000 об/мин,
m=0,06кг.
Находим эквивалентную динамическую нагрузку
P=(XVFr+YFa)K(KT=(0,43(1(88+400) (1(1=437,8(H),
тут при вращении внутреннего кольца V=1; так как подшипник работает при
температурах ниже 100(С, то KT=1; при нормальных условиях эксплуатации K(=1
[8]; при (=18( по таблице на стр.394 [8] находим следующие значения
коэффициентов X=0,43 Y=1,00, e=0,57.
Расчетное значение базовой динамической грузоподъёмности
[pic],
где n=2 об/мин – частота вращения подшипника; Lh=20000 ч. – долговечность
подшипника.
Находим эквивалентную статическую нагрузку
P0=X0Fr+Y0Fa=0,5(88+0,43(400=216(H),
где X0=0,5 и Y0=0,43 на основании [8] для (=18(.
Из данных расчетов следует, что подшипник выбран правильно, так как
[pic]
5 Расчет шкалы
1 Угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию
[pic]
где Аmax =70дБ – максимальная величина вносимого затухания (табл.1);
М=-45 – постоянная затухания (табл.1).
2 Абсолютная величина погрешности
[pic](дБ)
где (=0.25 – относительная погрешность настройки (табл.1).
3 Цена деления шкалы H=2((A=2(0.35=0.7(дБ/дел)
4 Число делений шкалы N=Amax/H=70/0.7=100
5 Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки (н=(max будет
[pic](об)
6 Число делений на каждом обороте N(=N/K=100/4.9(20
7 Наименьшая длинна деления шкалы при наибольшем радиусе шкалы
R0=Dш/2=140/2=70(мм) и далее очерченной дугами окружностей будет на
каждом полувитке (при m=1,3,...,2k)
[pic]
где величину [b] обычно принимают не менее 1..1,5 мм;
[pic]
6 Расчет редуктора на точность
Исходя из технического задания, выбираем 8-ю степень точности, так
как данный редуктор является отсчетным и к нему предъявляются повышенные
требования по точности передачи углов поворота.
Определяем величину бокового зазора, соответствующего температурной
компенсации:
jn=0.68(aw[(з.к.(t з.к.-20)- (к.(t к.-20)],
где aw – межосевое расстояние; (з.к.=11.5(10-6 1/(С – коэффициент
линейного расширения материала колеса (сталь 35); (к.=22.7(10-6 1/(С –
коэффициент линейного расширения материала корпуса (дюралюминий); t з.к , t
к – предельные температуры зубчатого колеса и корпуса, принимаем равными t
з.к= t к= -10(С.
jn=0.68(50[11.5(10-6.(-10-20) - 22.7(10-6.(-10-20)]=0.011(мм).
Сравнивая полученное значение jn=0,011мм с величинами наименьших
боковых зазоров, по [3] определяем, что наиболее подходящим сопряжением для
данной передачи является сопряжение Х, для которого jn min=12мкм.
На основании данных расчетов, имеем следующие заключения:
червячная передача выполняется по 8-й степени точности с видом сопряжения Х
(ГОСТ 9368-60).
Литература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.2.- М.:
Машиностроение, 1979.
2. Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств:
Справочник.-Л.: Машиностроение, 1990.
3. Милосердин Ю.В. и др. Расчет и конструирование механизмов приборов и
установок.-М.: Машиностроение, 1985.
4. Мягков В.Д. Допуски и посадки: Справочник.
5. Писаренко Г.С. Сопротивление материалов.-К.:“Вища школа”,1986.
6. Рощин . . Курсовое проектирование механизмов РЭС.
7. Справочник конструктора точного приборостроения. Под ред. К.Н.
Явленского и др.- Л.: Машиностроение, 1989.
8. Справочник металиста. Под ред. С.А. Чернавского и В.Ф. Рещикова.
М.:“Машиностроение”, 1976.
9. Тищенко О.Ф. Элементы приборных устройств.-М.: Высш. школа,1978.
