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 =0 до =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 1228 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 z1=4;

- число зубьев на колесе z2=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 



 [0;45]

  [45;max]

Аmax

    Amin

dв,мм

Dш,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			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 		==1119

где q=20 – коэффициент диаметра червяка по ГОСТ 2144-76;

3 Межосевое расстояние 			aw=0,5m(z2+q)=50 (мм);

4 Делительный диаметр червяка	d1=mq =20 (мм);

5 Делительный диаметр червяка	d2=mz2=80 (мм);

6 Длинна нарезной части червяка		 b12m()=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*=21+0,2=2,2;

8 Высота головки			ha1= ha*m=1 (мм);

9 Диаметр вершин червяка	da1=m(q+2 ha*)=20+21=22 (мм);

10 Диаметр вершин колеса	da2=d2+2ha*m=80+211=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* =0,31=0,3 (мм);

14 Ширина венца			b2=0,75d1=0,7520=15 (мм);

15 Угол обхвата 											   				=4414

16 Радиус дуги, образующей кольцевую поверхность вершин зубьев червячного колеса		R=0,5d1- mha*=0,520-11=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 

=0,93tgctg(+)=0,93tg1119ctg(1119+143)=0,8

где =arctg f=arctg0,03=143. 

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 [н]=210Мпа [3,табл.20], откуда следует н [н].

(Мпа),

тут YF – коэффициент формы зуба, что зависит от эквивалентного числа зубьев . 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

(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).





				  RA						    F		       RB













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 [кр]=30 МПа  [5].

При действии эквивалентного момента

,  ,

где предельно допустимое эквивалентное напряжение для стали 45 соответствует [экв]=0,33в=0,33900=297 МПа  [5].

5.3 Из условия жесткости вала при кручении

	,

	где []=810-3 рад/м , G=8105 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. Far=Fa1=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, nmax=25000 об/мин, m=0,06кг.

	Находим эквивалентную динамическую нагрузку 

P=(XVFr+YFa)KKT=(0,43188+400) 11=437,8(H), 

тут при вращении внутреннего кольца V=1; так как подшипник работает при температурах ниже 100С, 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

,

где n=2 об/мин – частота вращения подшипника; Lh=20000 ч. – долговечность подшипника.

	Находим эквивалентную статическую нагрузку 

P0=X0Fr+Y0Fa=0,588+0,43400=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				

5 Расчет шкалы



1 Угол поворота элемента настройки, соответствующий наибольшему затуханию



где Аmax =70дБ – максимальная величина вносимого затухания  (табл.1); М=-45 – постоянная затухания (табл.1).

2 Абсолютная величина погрешности 

(дБ)

	где =0.25 – относительная погрешность настройки (табл.1).

3 Цена деления шкалы				H=2A=20.35=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 

(об)

6 Число делений на каждом обороте 		N=N/K=100/4.920

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)



	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:

jn=0.68aw[з.к.(t з.к.-20)- к.(t к.-20)],

	где aw – межосевое расстояние; з.к.=11.510-6 1/С – коэффициент линейного расширения материала колеса (сталь 35); к.=22.710-6 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= -10С.

jn=0.6850[11.510-6.(-10-20) - 22.710-6.(-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



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.