Основы конструирования элементов приборов
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.
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:
затухание
сигнала в волноводе 3 обеспечить
поворотом волновода 2 с пластиной П
на угол от q=0
до q=q>max>.
Затухание А в децибелах определяют по
формуле
;
пластину П изготовить из двойного слоя слюды толщиной 0,25 мм с нанесением поглощающего слоя из графита;
отверстия входного 1 и выходного 3 волноводов выполнить прямоугольными с размерами 12´28 мм. На торцах предусмотреть контактные фланцы;
соединение центрального подвижного волновода с неподвижным выполнить дроссельными фланцами;
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 z>1>=4;
- число зубьев на колесе z>2>=48;
- модуль зацепления m=1 мм.
Таблица 1. Исходные параметры
|
Постоян-ная затуха-ния М |
Наибольшая относительная погрешность настройки и отсчета |
Диапазон затухания |
Внутренний диаметр центрального волновода |
Диаметр шкалы отсчетного устройства |
||
|
q Î[0;45°] |
q Î[45°;q>max>] |
А>max> |
A>min> |
d>в>,мм |
D>ш>,мм |
|
|
-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 
(мм).
Внутренний диаметр волновода d>в>=32 мм.
Отсюда видно, что диаметральная разность r=d>2>-d>в>=48-32=16 (мм),
что конструктивно не исполнимо.
Увеличиваем число зубьев на колесе z>2>=80.
Производим пересчет передаточного числа u=z>2>/z>1>=80/4=20.
Производим расчет геометрических параметров редуктора.
1 Ход червяка p>1>=pmz>1>=12,56(мм);
2 Угол
подъема винта червяка g=
=11°19¢
где q=20 – коэффициент диаметра червяка по ГОСТ 2144-76;
3 Межосевое расстояние a>w>=0,5×m(z>2>+q)=50 (мм);
4 Делительный диаметр червяка d>1>=m×q =20 (мм);
5 Делительный диаметр червяка d>2>=m×z>2>=80 (мм);
6 Длинна
нарезной части червяка
b>1>³2m(
)=2×(8,9+1)=19,8(мм)
принимаем b>1>=30 (мм);
7 Высота витка h>1>=h>1>*×m=2,2 (мм)
тут h>1>*=2 h>a>*+c>1>*=2×1+0,2=2,2;
8 Высота головки h>a1>= h>a>*×m=1 (мм);
9 Диаметр вершин червяка d>a1>=m(q+2 h>a>*)=20+2×1=22 (мм);
10 Диаметр вершин колеса d>a2>=d>2>+2h>a>*m=80+2×1×1=82 (мм);
11 Диаметр впадин червяка
d>f1>=d>1>-2m(h>a>*+с>1>*)=20-2(1+0,2)=17,6 (мм);
12 Диаметр впадин колеса
d>f2>=d>2>-2m(h>a>*+с>2>*)=80-2(1+0,2)=77,6(мм);
13 Радиус кривизны r>t1>=r>t2>= m r>t>* =0,3×1=0,3 (мм);
14 Ширина венца b>2>=0,75d>1>=0,75×20=15 (мм);
15 Угол
обхвата b=
44°14¢
16 Радиус дуги, образующей кольцевую поверхность вершин зубьев червячного колеса R=0,5d>1>- mh>a>*=0,5×20-1×1=9 (мм).
2 Проверочный расчет червячной пары на прочность
При расчетах принимаем, что к валу червяка приложен крутящий момент М>1>=М>вх>=1 Нм.
1 Определяем КПД редуктора
h=0,93tgg×ctg(g+r)=0,93tg11°19¢×ctg(11°19¢+1°43¢)=0,8
где r=arctg f=arctg0,03=1°43¢.
Момент
на выходе редуктора
(Нм).
2 Определяем силы, действующие в зацеплении
(Н),
(Н)
°=145,6(Н)
3 Проверка по контактным и изгибающим напряжениям
,
из [3]
для пары бронза-сталь
;
для материала БрОНФ10-1-1 при центробежном литье предельнодопустимое напряжение [s>н>]=210Мпа [3,табл.20], откуда следует s>н ><[s>н>].
(Мпа),
тут Y>F
>–
коэффициент формы зуба, что зависит от
эквивалентного числа зубьев
.
На основании [9,табл.3.1] выбираем Y>F>=1,34.
Коэффициенты К>Н>
и К>F
>принимаются
равными 1, исходя из того, что редуктор
выполняется при высокой точности,
скорость скольжения V>ск><3
м/с и
рабочая нагрузка постоянна.
Для материала БрОНФ10-1-1 предельнодопустимое напряжение [s>F>]=41Мпа [3,табл.21], откуда следует s>F ><[s>F>].
3 Расчет вала червяка (Построение эпюр)
1 Определяем реакции опор и изгибающий момент в горизонтальной плоскости
(Н)
,
(Н);
(Нм);
2 Определяем реакции опор и изгибающий момент в вертикальной плоскости
(Н)
,
(Н);
(Нм),
(Нм);
(Нм);
3 Определяем эквивалентный изгибающий момент
(Нм);
4 Строим эпюры (рисунок 2).
R>A>
F R>B>
Рисунок 3 – Эпюры приложенных сил и моментов к валу червяка.
5 Определяем диаметр вала червяка
Из условия прочности на кручение
,
,
где предельно допустимое напряжение кручения для стали 45
соответствует [s>кр>]=30 МПа [5].
При действии эквивалентного момента
,
,
где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45 соответствует [s>экв>]=0,33s>в>=0,33×900=297 МПа [5].
5.3 Из условия жесткости вала при кручении
,
где [j]=8×10-3 рад/м , G=8×105 МПа [3,5], откуда имеем
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. F>ar>=F>a1>=400 H.
Выбираем
подшипник из соотношения
,
где
.
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, C>0>=2672H, n>max>=25000 об/мин, m=0,06кг.
Находим эквивалентную динамическую нагрузку
P=(XVF>r>+YF>a>)K>s>K>T>=(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 K>T>=1; при нормальных условиях эксплуатации K>s>=1 [8]; при a=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
,
где n=2 об/мин – частота вращения подшипника; L>h>=20000 ч. – долговечность подшипника.
Находим эквивалентную статическую нагрузку
P>0>=X>0>F>r>+Y>0>F>a>=0,5×88+0,43×400=216(H),
где X>0>=0,5 и Y>0>=0,43 на основании [8] для a=18°.
Из
данных расчетов следует, что подшипник
выбран правильно, так как 
5 Расчет шкалы
1 Угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию
где А>max> =70дБ – максимальная величина вносимого затухания (табл.1); М=-45 – постоянная затухания (табл.1).
2 Абсолютная величина погрешности
(дБ)
где e=0.25 – относительная погрешность настройки (табл.1).
3 Цена деления шкалы H=2×DA=2×0.35=0.7(дБ/дел)
4 Число делений шкалы N=A>max>/H=70/0.7=100
5 Число оборотов шкалы при угле поворота элемента настройки Q>н>=Q>max> будет
(об)
6 Число делений на каждом обороте N¢=N/K=100/4.9@20
7 Наименьшая длинна деления шкалы при наибольшем радиусе шкалы R>0>=D>ш>/2=140/2=70(мм) и далее очерченной дугами окружностей будет на каждом полувитке (при m=1,3,...,2k)
где величину [b] обычно принимают не менее 1..1,5 мм;
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:
j>n>=0.68×a>w>[a>з.к.>(t> з.к.>-20)- a>к.>(t> к.>-20)],
где a>w> – межосевое расстояние; a>з.к.>=11.5×10-6 1/°С – коэффициент линейного расширения материала колеса (сталь 35); a>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.
j>n>=0.68×50[11.5×10-6>.>(-10-20) - 22.7×10-6>.>(-10-20)]=0.011(мм).
Сравнивая полученное значение j>n>=0,011мм с величинами наименьших боковых зазоров, по [3] определяем, что наиболее подходящим сопряжением для данной передачи является сопряжение Х, для которого j>n 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
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.2.- М.: Машиностроение, 1979.
Заплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник.-Л.: Машиностроение, 1990.
Милосердин Ю.В. и др. Расчет и конструирование механизмов приборов и установок.-М.: Машиностроение, 1985.
Мягков В.Д. Допуски и посадки: Справочник.
Писаренко Г.С. Сопротивление материалов.-К.:“Вища школа”,1986.
Рощин . . Курсовое проектирование механизмов РЭС.
Справочник конструктора точного приборостроения. Под ред. К.Н. Явленского и др.- Л.: Машиностроение, 1989.
Справочник металиста. Под ред. С.А. Чернавского и В.Ф. Рещикова. М.:“Машиностроение”, 1976.
Тищенко О.Ф. Элементы приборных устройств.-М.: Высш. школа,1978.