Министерство
образования
Украины
Национальный
технический
университет
Украины
(Киевский
политехнический
институт)
Методические
указания
к курсовому
проектированию
по дисциплине
"Техническая
механика"
для студентов
специальностей
“Информационно-измерительная
техника"
Киев
2000 г.
Методические
указания к
курсовому
проектированию
по дисциплине
"Техническая
механика" для
студентов
специальностей
“Информационно-измерительная
техника" /Сост.
В. А. Бойко, В. C.
Детлинг.
- Киев: НТУУ КПИ.
2000.
1 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
1.1 Цель курсового
проектирования
Курсовой проект
по курсу "Техническая
механика"
является первой
самостоятель-ной
комплексной
работой студентов
в процессе
подготовки
к инженерной
деятельности.
Цель курсового
проекта -
систематизировать
и закрепить
теоретические
знания, полу-ченные
при изучении
курсов "Инженерная
графика",
"Физика", "Химия",
"Математика",
"Техническая
механика",
приобрести
навыки проектирования
новых изделий
(в част-ности
электромеханических
устройств с
учетом современных
требований);
использова-ния
справочной
литературы,
стандартов,
единых норм
и расценок;
разработки
тексто-вой и
графической
документации;
подготовки
к выполнению
курсовых проектов
по профилирующим
предметам.
Курсовой проект
выполняется
на основании
технического
задания, выдаваемого
руководителем
проекта.
1.2. Содержание
и объем курсового
проекта
В процессе
работы над
курсовым проектом
студенты
рассчитывают
основные параметры
заданного
механизма и
разрабатывают
его конструкцию.
Конструкторская
документация
проекта состоит
из пояснительной
записки (15-20 страниц),
принципиа-льной
кинематической
схемы, сборочных
чертежей
устройства
и сборочной
единицы, рабочих
чертежей 5-8
нестандартных
деталей (вала,
зубчатого
колеса, шкалы,
пружи-ны, стакана,
стойки и т.п.).
Пояснительная
записка в общем
случае должна
содержать
следующее
разделы:
Введение.
Назначение
и область применения
проектируемого
изделия.
Техническая
характеристика
изделия.
Описание и
обоснование
выбранной
конструкции.
Расчеты, подтверждающие
работоспособность
и надежность
конструкции:
расчет мощности
и выбор электродвигателя;
расчет кинематических
параметров
(определение
общего передаточного
отношения и
передаточных
отношений
ступеней);
расчеты на
прочность;
расчеты кинематической
точности и
погрешности
мертвого хода;
выбор материалов
и покрытий;
определение
критериев
конструктивного
качества и
экономической
эффектив-ности
конструкции.
Конкретный
перечень
конструкторской
документация,
подлежащей
обязательной
разработке,
указывается
в техническом
задании на
курсовой
проект.
1.3. Оформление
документации
проекта
Вся графическая
и текстовая
документация
проекта должна
оформляться
в полном соответствии
с требованиями
Единой системы
конструкторской
документации
(ЕСКД) и СТП КПИ
2.001-83 "Курсовые
проекты. Требования
к оформлению
документации".
2.
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ДЛЯ ПРИВОДОВ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МЕХАНИЗМОВ
МАЛОЙ МОЩНОСТИ
2.1
Исходные данные
1 Назначение
электропривода,
общая характеристика
режима работы
электродви-гателя,
специальные
требования.
А. Приводы
специализированных
устройств
(магнитофоны,
МТЛ устройств
ЭВМ, печатающие
машины и др.).
Режим работы
и требования
к электродвигателю
опреде-ляются
специальными
техническими
условиями.
Б. Нерегулируемые
приводы исполнительных
механизмов
управления,
операцион-ных
механизмов
и технологических
устройств,
механизмов
дистанционного
управления.
Режим работы
двигателя
длительный
или повторно-кратковременный,
нерегулируемый
по частоте
вращения,
реверсивный
или нереверсивный.
В. Нерегулируемые
приводы приборов
времени, программных
устройств,
МТЛ са-мопишущих
приборов и др.
Режим работа
двигателя
длительный
или повторно-кратко-временный
с постоянной
стабилизированной
частотой вращения,
нереверсивный.
Г. Приводы следящих
систем управления
(приводы РЛС,
графопостроителей,
ма-нипуляторов,
привод стабилизации
положения
корпусов и
др.). Режим работы
длитель-ный
или повторно-кратковременный
реверсивный,
регулируемый
по частоте
вращения.
2. Характеристика
источника
питания двигателя:
для постоянного
тока – напряже-ние
и допускаемые
токи нагрузки;
для переменного
- напряжение,
частота и вид
сети (однофазная,
трехфазная).
3. Конструктивные
требования:
способ крепления
двигателя;
количество
выходных концов
вала ротора;
наличие встроенных
элементов
(тахогенератор,
редуктор и
др.).
4. Функциональные
требования:
допускаемое
изменение
частоты вращения,
способ регулирования,
время переходного
процесса,
характеристика
режима работа
следящей системы
и входных сигналов.
5. Эксплуатационные
требования:
срок службы;
температура
внешней среды;
тре-бования
устойчивости
к линейным
ускорением,
вибрации, к
ударным перегрузкам,
к изменениям
атмосферного
давления и
влажности.
6. Характеристика
внешней нагрузки:
числовое значение
или закон изменения
ста-тического
момента нагрузки;
скорости и
ускорения вала
нагрузки.
2.2 Выбор серии
электродвигателей
По исходным
данным выбирают
серии двигателей
переменного
или постоянного
тока, соответствующих
требованиям
пп. 1 и 2 группы
привода (А, Б,
В или Г) (см. под-разд.
2.1), используя
каталоги или
ограничительные
перечни, например
таблице 2.1.
Из группы серий
и типов выбирают
двигатели,
удовлетворяющие
требованиям
пп. 1-5 исходных
данных, сравнивая
требования
с паспортными
характеристиками
конк-ретных
типов двигателей.
В первую очередь
отбирают серии,
соответствующие
напря-жению
питания, частоте
сети и требуемой
постоянной
времени (для
следящих систем),
затем, учитывая
степень обязательности,
выбирают серии
и типы, удовлетворяющие
требованиям
к конструкции,
сроку; службы
и устойчивости
к климатическим
и механи-ческим
воздействиям.
Сравнительные
характеристики
некоторых
серий двигателей
приведены
в таблицах 2.2
и 2.3. Если исходные
требования
перечнем серий
одной группы
не могут быть
удов-летворены,
используют
серии нижестоящих
групп в таблице
2.1: группу Б, например,
можно дополнить
перечнем групп
В или Г.
Таблица 2.1-Перечень
электродвигателей
предпочтительного
применения
Группа
|
Общая
характеристика
|
Серии
или типы
электродвигателей
|
переменного
тока
|
постоянного
тока
|
А
|
Специальные
|
для
аппаратуры
магнитной
записи
|
ЭДГ;
типы: АД-5; АДТ-6;
АДТ-1,6
КД-3,5
КДП-6-4;
ДК-16;
КД-б-4
|
ДКС;
ДКМ типы: Д16-06;
ВДС-02 МД-0,35-2ООО-9
|
интегрирующие
|
ИД-1;
ИД-2; ИД-9
|
ДИ-6-1500А |
для
потенциомет-рических
систем
|
РД-09 |
СЛ-267;
СЛ-367 |
Б
|
Нерегулируемые
|
общего
при-менения
Редук-торн.
двигатели
со встроенным
редуктором
|
УАД;
АОЛБ; АОЛ |
Дв.
авиац. Д-100; МА
Ред.:МКМ; МСВ;
МС-160; МФА; ДР-1; 5Р,
МН или ЭДН |
В
|
со стабилизиро-ванной
частотой вращения |
Г; ДСР;
ДСГ; ДСА; ДСМ;
ДСДР; ДСД; типы:
СД-09; ЭГ-10 |
ДПР;
ДПМ в исп. Н3;
ДРВ; ДП в исп.
Цр, |
Г
|
Управляемые
общего применения
в следящих
системах |
АДП;
ДИД; ЭМ; ДКМ; АД;
ДМ; АДИ;
ДАД;
АСМ;
с
тахоге-нераторами
АДТ; ДГ; СМА; СМБ
|
ДПМ;
ДПР; ДП, СЛ, ДП,
СД, ПЯ, |
Таблица
2.2-Электродвигатели
постоянного
тока
Характеристики
параметры
|
Серии
электродвигателей |
Д |
ДРВ
|
СД
|
ДПМ |
ДПP |
МИГ |
ДА |
Напряжение
питания
В,
|
<
6
|
+ |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
6 |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
12 |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
27 |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
60 |
- |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
110 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Номиналь
ная мощно-сть,
Вт
|
от |
0,1 |
0,1 |
8,0 |
0,5 |
0,3 |
10 |
2,0 |
до |
200 |
300 |
150 |
14 |
80 |
600 |
600 |
Электромехани-ческая
постоян-ная
времени, мс
|
25…
100
|
15...100 |
11...150 |
45..90 |
12..20 |
1,3…8.5 |
30….160 |
С регулятором
скорости
|
- |
+ |
- |
+/- |
+/- |
- |
- |
С редуктором |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
С
тахогенер. |
- |
- |
- |
- |
+/- |
+/- |
- |
С
0В "Лев" и "Пр
|
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
С тормозной
муфтой |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+/- |
Кол.
концов вала |
1/2 |
1 |
1 |
1/2 |
1/2 |
1/2 |
1 |
С фланцевым
креплением |
+
|
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
+ |
С креплением
по диаметру |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
Последовательно-го
возбуждения |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
Параллельного
возбуждения |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
С постоянным
магнитом |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
- |
Срок
службы, тыс.
ч, макс. |
1,5 |
1,5 |
0,5 |
1,0 |
3,0 |
|
0,5 |
Устойчивость |
к
линейн. ускор
|
35
|
15 |
15
|
50
|
100
|
|
35
|
к вибрационным
нагрузкам |
12 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
15 |
К ударным
нагрузкам |
35 |
10 |
35 |
50 |
50 |
|
35 |
К внешн. температу-рам,
°С: |
|
85 |
85 |
60 |
60 |
60 |
|
85 |
|
60 |
60 |
60 |
60 |
60 |
|
60 |
К влажности,
%
|
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
|
98 |
К
внешнему
атмосферному
давлен, кПа |
2,5-150 |
2,5-150 |
2,5-200 |
50-
200
|
50-
300
|
|
2,5-
150
|
2.3. Выбор типоразмера
двигателя и
передаточного
отношения
редуктора
Энергетические,
кинематические
и динамические
показатели
привода зависят
одновременно
от характеристик
двигателя и
от параметров
редуктора.
Оптимальный
ва-риант сочетания
типоразмера
двигателя,
структуры
редуктора и
его передаточного
отно-шения
устанавливается,
на основании
энергетического,
кинематического
и динамиче-ского
расчета системы
ДВИГАТЕЛЬ-РЕДУКТОР-НАГРУЗКА.
Для приводов
группы А методика
такого расчета
разрабатывается
применительно
к конкретному
виду привода.
Таблица
2.3 Электродвигатели
переменного
тока
Характеристи-ки,
параметры |
Серия
єлектродвигателей |
АДП |
АДТ |
ДИД |
ДГ |
ЭМ |
ДKM |
АД |
Г |
ДСД |
ДСР |
Видпита-ния |
1-фазн.
3-фазн.
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
Частота,
Гц |
50
400
500
1000
|
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Напряжениепитания,
В |
36- 40
110
220
|
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
- |
+ |
+ |
- |
- |
115 |
- |
- |
- |
127 |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
Номинальная
мощность,
Вт
|
2,1 -62 |
0,3 -13 |
0,1 –10 |
0,1 –5,0 |
0,4 -50 |
0,2-60 |
0,3–3,5 |
1,0 -40 |
* |
0,2–0,3 |
Эл.-мех.
пост. времени,
мс |
6-82 |
22-500 |
26-160 |
50-290 |
15-170 |
15-150 |
10-20 |
|
|
30-50 |
Синхронные |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
+ |
С редуктором |
- |
- |
- |
- |
+/- |
- |
- |
+/- |
+ |
+ |
С тахогенерат. |
- |
+ |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Кол.
концов вала |
1/2 |
1 |
1 |
1 |
1/2 |
1 |
1/2 |
1 |
1 |
1 |
С фланцевым
креплением
|
- |
- |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
+ |
+ |
+ |
С креплением
по диаметру |
+ |
+ |
- |
- |
- |
- |
+ |
+ |
- |
+ |
Срок
службы,
тыс. часов
max
|
2 |
2 |
1 |
1,5 |
1 |
1 |
1 |
5 |
1 |
10 |
Устойчивость |
К
лин. ускор. |
25 |
25 |
8 |
15 |
15 |
15 |
8 |
8 |
|
|
К
вибрациям |
12 |
12 |
5 |
5 |
5 |
5 |
3,5 |
3,5 |
|
|
К
ударам |
15 |
7 |
4 |
4 |
12 |
4 |
3 |
3 |
|
|
К внеш-ним
тем-перату-рам,С
|
|
70 |
60 |
100 |
100 |
80 |
80 |
70 |
50 |
50 |
60 |
|
50 |
40 |
60 |
60 |
60 |
60 |
50 |
60 |
40 |
40 |
к
влажности
отн, %
|
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
98 |
к
внешнему
атмосфер-ному
давле-нию. кПа |
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
150
|
2,5…
200
|
2,5…
150
|
Примечание.
Для параметров
устойчивости
указаны максимальные
значения по
сериям двигателей.
Виброуотойчивость
- для частот
200...300 Гц.
х Номинальная
мощность двигателей
ДСД около 12 мкВт.
2.3.1
Неуправляемый
привод (группы
Б и В)
Основная нагрузка
привода - постоянный
и переменный
во времени
(рисунок 1) статический
момент Тн.с(t)
на выходном
валу редуктора
в режиме нормируемого
или не-нормируемого
по времени
переходного
процесса в
периоды пуска
или изменения
нагру-зочного
момента.
Тн
Т4
Т1
Т3
Т2
Т5
t1
t2 t3
t4
t5
t∑
Рисунок 2.1- График
изменения
статического
момента нагрузки.
Исходный
кинематический
параметр - средняя
или номинальная
угловая скорость
на выходном
валу редуктора
-н,
рад/с.
Переходный
процесс может
быть ограничен
временем tп
,с или предельным
угло-вым ускорением
вала нагрузки
н,
рад/с2, при
этом должен
быть задан
момент инерции
нагрузки Iн,
кгм2.
В качестве
рабочего режима
двигателя
принимается
номинальный,
для чего на
его обмотки
необходимо
подавать номинальное
напряжение,
а передаточное
отношение
редуктора
принимают
iр= ωдв
/ωн,
(2.1)
где
ωдв
-
номинальная
угловая скорость
двигателя,
который надлежит
выбрать в следующем
порядке.
1.Определить
эквивалентный
статический
момент сопротивления
на валу редук-тора,
H·м:
,
(2.2)
где Ti
среднее значение
момента в интервале
i (см. рисунок
2.1);
ti-
продолжительность
интервала, c.
При постоянном
значении момента
Tнc
принимают . Тэ
= Tнс .
2. Определить
необходимую
мощность двигателя,
Вт:
Nдв
= Тэ·
ωн·
кн
/
ηр
,
(2.3)
где кн - коэффициент
запаса: 1,05... 1,1 - если
нет ограничений
по времени
пере-ходного
процесса; 1.2...2,2
- при заданном
времени разгона;
при этом чем
больше мо-мент
инерции нагрузки,
тем больше
следует брать
запас по мощности;
ηр - ориентировочное
значение КПД
редуктора:
0,7...О,9 - для простого
цилинд-рического,
планетарного
или волнового;
0,4...О,7 - для червячного.
3. Выбрать типоразмеры
двигателей,
номинальная
мощность которых
равна Nдв
или несколько
больше. Если
время разгона
ограничено
значением
tn,
отбирают двигате-ли,
электромеханическая
постоянная
времени которых
меньше τ0=tn/6.
Для приводов
с длительном
режимом работы
предпочтение
отдают двигателям
с большим сроком
служ-бы и хорошим
КПД, для
повторно-кратковременного
режима - высокоскоростным.
4. Определить
передаточное
отношение
редуктора по
уравнению
(2.1). После раз-работки
кинематической
схемы редуктора
и геометрического
расчета его
элементов
выбранный
двигатель
необходимо
проверить:
по номинальной
мощности, используя
неравенство
Nном ≥Тэ
· ωдв / ηр
· iр,
(2.4)
где ηр - расчетное
значение КПД
редуктора;
по пусковому
моменту, чтобы
Тп ≥ Тнсп
/ (iр ηр)
+ (Ірот
+ Ір
+Ін/і2р)∙(
ωдв /tn),
(2.5)
где Тнсп -
наибольший
статический
момент нагрузки
при пуске, Н∙м;
Ірот
- момент инерции
ротора двигателя,
кг∙м2;
Ір
- момент инерции
редуктора,
приведенный
к валу двигателя,
кг∙м2;
по времени
разгона, чтобы
tр = 3∙ (Ірот
+ Ір
+Ін/і2р)
∙ ωдв/ (Тп -
Тсп) ≤ t n
, (2.6)
где Тсп -
статический
момент нагрузки
при пуске,
приведенный
к валу двигателя
Н∙м: Тсп = Тнсп/(iр
ηр).
2.3.2 Следящий
привод. Группа
Г
В следящем
приводе вал
нагрузки через
редуктор
поворачивается
по сигналам
управления,
поступающим
от усилителей
следящей системы.
Привод, т.е.
двигатель и
редутор, являясь
исполнительной
частью следящей
системы должен
обеспечивать
на нагрузочном
валу необходимые
статические
и динамические
характеристики
(переме-щения,
скорость и
ускорение) в
соответствии
с требованиями
оптимального
переход-ного
процесса либо
в точности,
повторяя закон
изменения
управляющего
сигнала. В этих
условиях выбор
передаточного
отношения
редуктора
играет решающую
роль. Оптимальное
значение
передаточного
отношения
зависит от
выбора критерия
оптими-зации
(обеспечение
максимального
ускорения
вала нагрузки,
получение
минимальной
мощности двигателя
или наименьшего
пускового
момента), а также
от соотношения
статического
и динамического
моментов.
Внешняя нагрузка
следящего
привода характеризуется
статическим
моментом Тнс,
моментом инерции
Ін,
а внутренняя
- статическим
моментом
сопротивления
в редук-торе,
учитываемым
через КПД ηр,
приведенным
моментом инерции
редуктора Ір,
момен-том инерция
ротора Ірот
электродвигателя.
Для воспроизведения
входного сигнала
двигатель
должен обеспечивать
необходи-мую
угловую скорость
ротора ω(t)
= ωн(t)∙iр
при соответствующих
значениях
вращаю-щего
момента двигателя,
равного моменту
всех сил сопротивления,
т.е. значениям
T(t) = Тнс
/(iр ηр)
+ Ін·
εн(t)/
ір + (Ірот
+ Ір)
∙ір
· εн (t)
(2.7)
и достаточную
плавность
слежения:
приведенный
к валу двигателя
момент статической
нагрузки не
должен превышать
5...1O % значения
пускового
момента электродвигателя,
а, следовательно,
передаточное
отношение
редуктора
должно удовлетворять
неравен-ству
ір
≥ γ
∙ Тнс
/Tп,
(2.8)
где γ - коэффициент
плавности
следящей системы,
а мощность
двигателя
в номи-нальном
режиме - неравенству
Nном≥
γ
·Тнс
· ωнmax
/2
(2.9)
Для систем
высокой точности
с погрешностями
установок угла
0,0002...О,001 рад принимают
γ = 10...20; при погрешностях
по углу установки
0,002...0,007 рад можно
принимать γ=
5...10.
Приведенные
методы выбора
параметров
следящего
привода не
являются общими,
а применяются
для условий,
указываемых
в наименовании
методики и во
вводной части
к ним.
А. Для режимов
с совпадающими
во времени
значениями
ωнmax
и εнmax.
Методика применима
для систем,
отрабатывающих
сигналы вида
1) θ
= ω0t;
ωнmax
=ωн
=ω0;
ε
= 0
2) θ = ω0t
+ ε0 t2
/2;ωнmax=ωн=ω0
+ ε0 tmax
; εнmax
= ε0
3) θ = θ0
(1-e-αt
); ωнmax=
ωнmax=
θ0 ·
w; |ε|нmax
= θ0 ·w2
4)
θ
= w0·t3+
w1·t2
+
w2·t;
ωнmax=;
εнmax
=
5)
θ
=2 θ0
t2
/
tn2;
ωнmax=2
θ0
/
tn;
|ε|нmax
= 2 θ0
/
tn2
используемые
в приводах
РЛС, вычислительных
механизмах,
приводах управления
и др., основной
режим работы
которых - продолжительные
или часто
повторяющиеся
пе-риоды работа
с максимальной
мощностью,
т.е. работа
двигателя в
номинальном
режиме.
Методика выбора
электродвигателя
1. Отобрать
двигатели,
быстродействие
которых, с
τ = Ірот
·
ωном
/ Тном
(2.10)
меньше требуемого
τ = ωнmax
/ εнmax
,
(2.11)
где ωном
- номинальная
угловая скорость
двигателя,
рад/c;
Tном-
номинальный
момент на валу
двигателя,
Н∙м;
ωнmax
-заданная
максимальная
угловая скорость
вала нагрузки,
рад/с;
εнmax
- заданное
максимальное
угловое ускорение
нагрузки, рад/с2.
2. Определить
полную мощность
нагрузки, Вт:
N∑ = (Tнс
/ η′р+ Iн
εнmax)
∙ωнmax
(2.12)
где Tнс
- статический
момент нагрузки,
Н∙м;
η′р - ориентировочное
значение КПД
редуктора (см.
формулу (2.3);
Iн - момент
инерции нагрузки,
кг ∙ м2.
3. Выбрать значения
коэффициента
плавности и
установить
соотношение
нагрузок:
Tнс ≥ Iн∙
εнmax
/ (0,5∙ γ-1)
(2.13)
Если Tнс
больше правой
части неравенства
(13), выбор параметров
привода выполняют
по пп.4-8, если
меньше - по пп.
9-12.
4. Определить
относительное
передаточное
отношение
αск ≥
(2.14)
5. Определить
необходимую
номинальную
мощность двигателя,
Вт:
Nном
0
= (1+ α2ск)·N∑
(2.15)
и необходимый
динамический
коэффициент,
Н∙м/с2:
Кдо=
(2.16)
6. Выбрать двигатель,
у которого
Nном ≥
Nном 0 и
Кд =
(2.17)
7. Определить
оптимальное
значение
передаточного
отношения
редуктора
(2.18)
8.. Если двигатель
пришлось выбрать
с большим запасом
по мощности
или Кд, проверить
возможность
применения
передаточного
отношения
при котором
обеспечивается
максимальное
быстродействие.
Его можно принять
при выполнении
условий:
;
.
9. Необходимая
мощность двигателя,
Вт:
Nном 0 =
1,5∙ N∑.
(2.20)
и необходимый
динамический
коэффициент,
Н∙м/с2,
Кдо= 4,5∙ N∑∙
εнmax
/ ωнmax.
(2.21)
10. Выбрать двигатель,
для которого
соблюдаются
условия:
11.
Определить
оптимальное
значение
передаточного
отношения
редуктора
из условия
(2.22)
Если условие
(2.22) не соблюдается,
принять
После выполнения
геометрического
расчета редуктора
следует проверить
двига-тель по
тепловому
режиму (для
двигателей
постоянного
тока - обязательно):
Тном / Тср.кв.≥(1…1,08),
где
(2.23)
Б. Для систем,
отрабатывающих
ступенчатые
входные воздействия
в опти-мальном
переходном
режиме
(εнmax
и ωнmax
совпадают во
времени)
Режим используется
в системах
дистанционного
управления,
в устройствах
ввода данных,
блоках сравнения
и согласования
и др.
Заданы: значения
входного воздействия
(угол перестановки)
Θ, рад; время
пере-ходного
процесса t,
с; момент инерции
нагрузки Iн,
кг·м2, статический
момент нагрузки
Т, Н·м; коэффициент
плавности,
принимаемый
γ = 10...20.
Методика выбора
электродвигателя,
1. Определить
параметры
оптимального
переходного
процесса:
максимальное
угловое ускорение
при пуске εнп
= 5,02∙ θн/t2п;,
расчетную
угловую скорость
ωнmax =
3,6 ∙θн/tп.
2. Определить
соотношение
нагрузок:
.
(2.24)
Если Тнс
больше правой
части неравенства
(2.24), выбор параметров
привода вы-полняют
согласно пп.3-5
(ниже), если меньше
- используют
методику А
(пп. 2; 9…11).
3. Определить
динамические
характеристики
привода:
(2.25)
(2.26)
4. Выбрать двигатель,
для которого
и
Предпочтение
следует отдавать
быстроходным
двигателям
с номинальной
часто-той вращения
ротора 6000 об/мин
и более.
5. Определить
оптимальное
передаточное
отношение
редуктора
.
(2.27)
В.- Для систем,
отрабатывающих
гармонический
сигнал вида
θ = θ0∙sinωat.
Заданы: θ0 -
амплитуда
сигнала, рад;
круговая частота,ωa=
2π/t, рад/с;
Iн, кг∙м2;
Тнс, Н∙м; γ
= 20...10, ηр.
Требование:
применять
двигатели с
линейной или
с линеаризуемой
механической
характеристикой
(см. таблица
2.1, группа Г).
Методика выбора
электродвигателя.
Определить
характеристики
управления
по выходу:
Максимальная
расчетная
угловая скорость
нагрузки:
(2.28)
Нормальное
угловое ускорение
нагрузки:
.
(2.29)
Нормальная
угловая скорость
нагрузки:
(2.30)
2. Определить
соотношение
нагрузок:
.
(2.31)
Если заданный
статический
момент Тнс
больше динамического
(правая часть
не-равенства
(2.31)), выбор параметров
привода выполняют
по пп.3-5, если
меньше - по пп.6…9
3. Определить
необходимые
динамические
характеристики
двигателя
(2.32)
.
(2.33)
4. Выбрать двигатель,
для которого
;
.
5. Определить
оптимальное
значение
передаточного
отношения
редуктора:
. (2.34)
6. Определить
необходимую
мощность двигателя,
Вт:
.
(2.35)
7.
Выбрать двигатель,
у которого
Nном≥
Nном
0.
8. Определить
оптимальное
по быстродействию
передаточное
отношение
редук-тора:
(2.36)
9. Проверить
условие обеспечения
заданной
максимальной
угловой скорости:
Если условие
не выполняется,
передаточное
отношение
редуктора
(2.37)
Запас по скорости
следует принимать
тем больше,
чем больше
относительное
зна-чение
статической
нагрузки.
Н
а
рисунке 2.2 изображена
нагрузочная
характеристика
привода
в поле механической
характеристики
двигателя
при
гармоническом
входном сигнале.
ω
ір
∙ωнmax
ω A=
ір
∙ωн
A
ТТ T
Т
Рисунок 2.2
По относительному
расположению
значений
и
можно
определить
необходимое
значение
коэффициента
запаса:
(2.38)
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПЕРЕДАТОЧНЫХ
ОТНОШЕНИЙ В
ЗУБЧАТЫХ МЕХАНИЗМАХ.
С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ
И КОНИЧЕСКИМИ
КОЛЕСАМИ.
3.1. Общее передаточное
отношение
механизма
определяется
по формуле:
,
(3.1)
где
-
общее передаточное
отношение;
nдв -
частота вращения
вала заданного
или выбранного
электродвигателя,
об/мин,
nвых
- частота вращение
выходного вала
механизма,
об/мин.
Значение nвых
определяется
на основании
технического
задания. При
этом возмож-ны
следующие
варианты:
1. Значение nвых
задано непосредственно
в техническом
задании.
2. Задана угловая
скорость выходного
ωвых
рад/с:
.
(3.2)
3.Задано время
движения выходного
вала tp,
с. При отом угол
поворота
выходного вала
,
либо задан
либо может
быть назначен
из конструктивных
соображений.
Тогда
/(6
tp).
(3.3)
4. Задан закон
движения выходного
вала
:
.
(3.4)
5. На выходе
механизма
осуществляется
преобразование
вращательного
движения в
поступательное
реечной парой
или парой с
гибким звеном
(лентой, тросом,
цепью):
,
(3.5)
где v -линейная
скорость выходного
звена, мм/с,
dk-
диаметр колеса,
преобразующего
вращательное
движение в
поступательное,
мм.
6. На выходе
механизма
осуществляется
преобразование
вращательного
движения в
поступательное
винтовой парой:
,
(3.6)
где
ph-
ход винтовой
линии, мм.
7.
На выходе механизма
вращательное
движение
преобразуется
в поступательное
кулачковым
механизмом:
,
(3.7)
где
-
угол
поворота
кулачка (…˚),
соответствующий
времени цикла
tпост
,с
звена совершающего
возвратно-поступательное
движение.
8.
На выходе механизма
преобразование
вращательного
движения в
поступатель-ное
осуществляется
кривошипно-шатунным
механизмом:
,
(3.8)
где
-
время цикла
звена, совершающего
возвратно-поступательное
движение.
3.2.
Выбор передаточных
отношений
ступеней в
зависимости
от функционального
назначения
механизма
заключается
в определении
рациональных
значений
состав-ляющих
уравнения:
(3.9)
где
-передаточные
отношения
первой и второй
ступеней,
-передаточные
отношения
предыдущей,
последующей
и последней
ступени соответственно.
При
распределении
общего передаточного
отношения по
ступеням в
механизмах
приводов, систем
управления
и регулирования
необходимо
обеспечить:
-
минимальные
размеры и массу
механизмов,
в том случае,
если к
ним
не предъяв-ляется
требование
малоинерционности;
-
минимальный
момент инерции,
приведенный
к входному
валу механизма.
3.3
В соответствии
с функциональным
назначением
и условиями
нагружения
звеньев механизмы
при распределении
передаточных
отношений
между ступенями
делятся на 5
типов:
-
тип I: нереверсивные
силовые зубчатые
механизмы, у
которых размеры
зубчатой пары
и долговечность
определяются
контактной
прочностью
рабочих поверхностей
зубьев;
-
тип 2: реверсивные
силовые механизмы,
у которых размеры
зубчатой пары
и дол-говечность
определяются
изгибной прочностью
сердцевины
зубьев;
-
тип 3: малонагруженные
кинематические
зубчатые механизмы,
размеры звеньев
которых выбираются
из конструктивных
соображений,
а напряжения
в
материалах
нас-только
малы, что на
размеры колес
влияния практически
не оказывают;
-
тип 4: реверсивные
силовые малоинерционные
механизмы, у
которых
долговеч-ность
и размеры зубчатой
пары определяются
изгибной прочностью;
-тип
5: реверсивные
малонагруженные
кинематические
малоинерционные
зубча-тые механизмы,
у которых напряжения
малы и на размеры
колёс влияния
практически
не оказывают.
-тип
6: малонагруженнный
кинематический
механизм с
минимальной
суммарной
кинематической
погрешностью
передачи.
Формулы
для определения
составляющих
уравнения
(3.10) приведены
в таблице 3.1.
Они
получены из
условий, что
все зубчатые
колеса данного
механизма
геометри-чески
подобны, т.е.
относительная
ширина зубчатых
венцов
одинако-ва, а
числа зубьев
всех ведущих
колес в зубчатых
парах равны.
3.4. Выбор и определение
чисел зубьев
зубчатых колес
в ступенях
производят
по формуле
Z2
= Z1 ik
,
(3.11)
где
Z1
и
Z2
числа зубьев
ведомого и
ведущего колес
зубчатой пары
соответственно.
Числа зубьев
ведущих колёс
выбирают одинаковыми
во всех ступенях;
по конструктив-ным
соображениям,
для силовых
механизмов
Z1=16…20,
для кинематических
Z2=
18...24.
Таблица
3.1 Распределение
суммарного
передаточного
отношения по
ступеням
Критерий
|
Вид
механизма
|
Силовой
|
Малонагруженный
|
Количество
ступеней
|
задано
|
не
задано
|
задано
|
не
задано
|
Минимальный
объем переда-чи
|
Не
ревер сивный
|
|
|