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:

1) 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 ;

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

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=d₂ -d_в =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 = p mz₁ =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(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 ³ 2m()=2 × (8,9+1)=19,8(мм)

принимаем b₁ =30 (мм);

7 Высота витка h₁ =h₁ ^* × m=2,2 (мм)

тут h₁ ^* =2 h_a ^* +c₁ ^* =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 =d₂ +2h_a ^* m=80+2 × 1 × 1=82 (мм) ;

11 Диаметр впадин червяка

d_f1 =d₁ -2m(h_a ^* +с₁ ^* )=20-2(1+0,2)=17,6 (мм) ;

12 Диаметр впадин колеса

d_f2 =d₂ -2m(h_a ^* +с₂ ^* )=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 b₂ =0,75d₁ =0,75 × 20=15 (мм) ;

15 Угол обхвата b = 44 ° 14 ¢

16 Радиус дуги, образующей кольцевую поверхность вершин зубьев червячного колеса R=0,5d₁ - 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 М₁ =М_вх =1 Нм .

1 Определяем КПД редуктора

h =0,93tg g × 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

5.1 Из условия прочности на кручение

, ,

где предельно допустимое напряжение кручения для стали 45

соответствует [ s _кр ]=30 МПа [5].

5.2 При действии эквивалентного момента

, ,

где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45 соответствует [ s _экв ]=0,33 s _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, C₀ =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

P₀ =X₀ F_r +Y₀ F_a =0,5 × 88+0,43 × 400=216(H),

где X₀ =0,5 и Y₀ =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 × D A=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 R₀ =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 =0,011 мм с величинами наименьших боковых зазоров, по [3] определяем, что наиболее подходящим сопряжением для данной передачи является сопряжение Х, для которого j_{n min} =12 мкм.

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.