Программный механизм

Содержание


Аннотация

Введение

Описание конструкции. Принцип действия прибора.

1. Кинематический расчет.

2. Расчет червячной передачи.

3. Расчет шагового механизма.

3.1 Выбор электромагнита.

3.2.Расчет храпового колеса.

4. Расчет кулачкового механизма.

4.1 Расчет кулачка.

4.2 Расчет цилиндрической пружины толкателя.

4.3 Расчет толкателя. Определение реакций опор толкатель

5. Контактный расчет.

5.1 Контактный расчет кулачкового механизма.

5.2 Контактный расчет червячной передачи.

6. Расчет опор выходного вала. Выбор шарикоподшипников.

Заключение.

Список используемой литературы.

Приложение.

Аннотация


В данной пояснительной записке к курсовому проекту на тему “Программный механизм” приведен расчет такого устройства, как программный механизм. Рассчитываются его основные узлы и конструкция прибора. Расчет ведется на основе соответствующей литературы, а также с активным применением вычислительной техники – все численные значения, приведенные в пояснительной записке, получены при использовании программного обеспечения, значительно упрощающего процесс расчета. В качестве примера в приложении приведена программа расчета профиля кулачка, написанная на языке программирования Паскаль, реализация Borland Pascal 7.0.

Основной целью данного курсового проекта является ознакомление с основными приемами проектирования гироскопических устройств, а также, в частности, с конструктивными особенностями, принципом работы и т.д. последних.

Введение


В системах автоматического управления часто используются механизмы, которые позволяют осуществлять замыкания и размыкания различных контактов с заданной выдержкой времени и в определенной последовательности, соответствующей заранее установленной программе, которая по мере надобности также может изменяться. В данных механизмах применяется электромеханический способ осуществления требуемой выдержки времени срабатывания контактов.

Программный механизм, расчет которого приведен в пояснительной записке, является основным узлом арретирующих устройств. Арретирующие устройства обеспечивают жесткую фиксацию подвижных узлов гироприбора относительно друг друга, а также корпуса прибора. Это необходимо, например, при транспортировке гироприборов для избежания повреждений, также, как для начальной выставки подвижного узла гироприбора, так и для разворотов этих узлов на заданные углы.

Поэтому все параметры, характеризующие арретирующее устройство, определяются именно программным механизмом. Такими параметрами являются:

Время арретирования и разарретирования.

Точность арретирования.

К этим параметрам зачастую предъявляются весьма жесткие требования. Поэтому они являются определяющими при расчете конструкции арретирующего устройства, и программного механизма, в частности.

Описание конструкции. Принцип действия прибора


Программный механизм является электромеханической системой, предназначенной для обеспечения поступательного движения толкателя (выходного звена) по определенному закону (программе) за счет профиля кулачка, выполненного по определенной программе.

Программный механизм состоит из шагового электродвигателя, привода кинематической передачи и кулачкового механизма. Толкатель кулачкового механизма соединяется с исполнительным элементом системы управления движением летательного аппарата.

Входной величиной программного механизма является число импульсов, подаваемых на шаговый электродвигатель, выполненный из электромагнита, храпового колеса, толкающей и стопорной собачек, а выходной – прямолинейное перемещение толкателя по заданной программе.

При подаче импульсов на электромагнит шагового механизма, движение от якоря, жестко связанного с толкающей собачкой, передается на храповик, затем через червячную передачу передается на выходной вал с кулачком и к толкателю. Стопорная собачка предохраняет храповик от поворота в обратную сторону при возвращении якоря в исходное положение (при отсутствии импульса). Пружина обеспечивает силовое замыкание кулачка и толкателя между собой.

Контактные группы служат для выключения электромагнита при отработке программы, а также для коммутации других электрических цепей управления.

Кинематическая схема программного механизма приведена в приложении.

Исходные данные

Частота импульсов 22 Гц.

Цена оборота кулачка 5800 импульсов/оборот.

Ход толкателя 7 мм.

Наибольшее давление на толкатель 5,5 Н.

Программа Линейная

Условия эксплуатации прибора

Температурный режим 40С.

Линейные перегрузки 4 ед.

Амплитуда и частота колебаний ЛА 0,02-0,04 мм, 500 Гц.

Смазка механизма – разовая, консистентными маслами.

Срок службы – не менее 2000 ч.

1.Кинематический расчет


Программный механизм состоит из следующих блоков:

Шаговый механизм.

Червячная передача.

Кулачковый механизм.

Определим передаточное число. Оно, как известно, находится как отношение выходной и входной угловых скоростей. Определим угловую скорость на храповом колесе в зависимости от входной частоты и геометрических параметров шагового механизма. Как видно из рисунка, выражение для угловой скорости может быть записано в следующем виде:


Программный механизм(1.1)


где: А – целая часть от отношения h2/t. Вводится в рассмотрение так как если ход толкающей собачки не кратен шагу зубьев храпового колеса, то при возврате толкающей собачки колесо вернется на величину излишка хода (за счет прижима стопорной собачки).


Программный механизм

Рис 1. Кинематическая схема шагового механизма

- вал.

- храповое колесо.

- якорь.

- толкающая собачка.

f – частота на входе ЭМ.

t – шаг зубьев храпового колеса.


Программный механизм (1.2 )


D – диаметр храпового колеса.

z – число зубьев.


Программный механизм (см. рис.)(1.3)


Подставляя эти формулы в исходную, получаем итоговое выражение для угловой скорости храпового колеса:


Программный механизм(1.4)


Теперь определим скорость вращения кулачка в зависимости от входной частоты и цены одного оборота кулачка:


Программный механизм(1.5)


где:k – цена одного оборота кулачка.

Исходя из полученных выражений, запишем передаточное число для червячной передачи

Стопорная собачка


Программный механизм(1.6)

Соответственно, передаточное отношение:


Программный механизм(1.7)


Учитывая то, что как большое количество зубьев храпового колеса, так и большое передаточное число червячной передачи дадут увеличение габаритных размеров всего механизма, примем следующие значения (геометрические параметры (см. рис.) выберем таким образом, чтобы к-нт А равнялся 1):

Программный механизм, Программный механизм.


2. Расчет червячной передачи


Применение червячной передачи в данном механизме обусловлено следующими достоинствами первой:

Возможность получения больших передаточных отношений в одной паре.

Плавность зацепления и бесшумность работы.

Высокая точность передачи.

Передаточное число червячной передачи:


Программный механизм(2.1)


где z1 – число заходов червяка.

z2 – число зубьев червячного колеса.

Отсюда определяем z2, принимая число заходов z1=1:


Программный механизм


Типовое значение коэффициента диаметра червяка q=20.

Делительный угол подъема линии витка червяка:


Программный механизм(2.2)

Программный механизм


Модуль червячной передачи определяем исходя из условия прочности на изгиб:

Программный механизм(2.3)


где Мк – момент на червячном колесе. Может быть определен, как момент трения пары кулачок-толкатель:


Программный механизм(2.4)


где f – коэффициент трения пары кулачок-толкатель – принимаем f=0,15 (сталь по стали).

Nmax – максимальное давление толкателя на кулачок (Nmax=5,5 Н).

Rmax – максимальный радиус кулачка (см. ниже) (Rmax=27 мм).


Т.о. Mтр=0.15*5.5*27=22.275 Н*мм.


С учетом коэффициента запаса – 2 находим:


Мк=2*22.275=44.55 Н*мм.


Кк, Кд – коэффициенты концентрации нагрузки и динамичности нагрузки. Принимаем [1] Кк=1.1 и Кд=1.

y – коэффициент формы зуба. Выбирается по эквивалентному числу зубьев:


Программный механизм(2.5)


По таблице 10.6 [1] определяем (для Zv=100) y=0.481

[]и – допускаемое напряжение на изгиб для материала зубъев червячного колеса.

Программный механизм(2.6)


n – коэффициент запаса (принимаем равным 2).

Материал для червячного колеса выбираем [5] - БрАЖ9-4Л. (Программный механизм


Программный механизм МПа.


Для червяка выбираем [5] материал Сталь 45Х, обладающую высокой прочностью на изгиб.

Т.о. определяем:


Программный механизм


Т.к. передачи с очень малым модулем обладают большей, по сравнению с передачами с большим модулем, погрешностью передачи, то увеличим модуль в четыре раза: m=0.5.


Межосевое расстояние данной передачи:


Программный механизм(2.7)

Программный механизммм.


По методике [5] рассчитываем оставшиеся параметры:

Расчетный шаг:


Программный механизм=3.14*0.5=1.57 мм(2.8)

Ход червяка:


Программный механизм=1.57*1 мм(2.9)


Коэффициент смещения червяка:


Программный механизм=0(2.10)


Длина нарезанной части червяка:


Программный механизм=(11+0.06*100)0.5=8.5 мм(2.11)


Делительный диаметр

червяка:


Программный механизм=20*0.5=10 мм(2.12)


колеса:


Программный механизм=100*0.5=50 мм(2.13)


Коэффициент параметра исходного червяка: (таб. 4.3 [5])

высоты головки витка:

Программный механизм=1

радиального зазора у поверхности впадин червяка:

Программный механизм=0.3

расчетной толщины витка:

Программный механизм=1.57

высоты витка:


Программный механизм=2*1+0.3=2.3(2.14)


радиуса кривизны переходной кривой витка радиального зазора у поверхности впадин колеса:

Программный механизм=0.4

Высота витка:


Программный механизм=2.3*0.5=1.65 мм(2.15)


Высота головки витка:


Программный механизм=1*0.5=0.5(2.16)


Диаметр вершин витков червяка:


Программный механизм=10+2*0.5=11 мм(2.17)


Диаметр вершин зубьев колеса:


Программный механизм=50+2*1*0.5=51 мм(2.18)


Наибольший диаметр колеса:


Программный механизм=51+(6*0.5/(1+2))=52 мм(2.19)


Радиусы кривизны переходных кривых:

Программный механизм=0.4*0.5=0.2(2.20)


Ширина венца колеса:


Программный механизм=0.75*11=8.25 мм(2.21)


Угол обхвата: (таб. 4.74 [5])


Программный механизм=80


Диаметр впадин витков червяка:


Программный механизм=11-2(1+0.3)0.5=9.7 мм(2.22)


Диаметр впадин зубьев колеса:


Программный механизм=50-2(1+0.25)0.5=48.75 мм(2.23)


Радиус дуги вершин зубьев колеса:


Программный механизм=0.5*10-1*0.5=4.5 мм(2.24)


По таблице 4.75 [5] выбираем:

Внутренний диаметр


dy=5 мм.


Диаметр отверстия для фиксации червяка на валу

dm=M2 мм.


Диаметр ступицы


dct=25 мм.


Допуск на радиальное биение червяка: (таб. 4.78 [5])


Программный механизм=16 мкм


Допуск на толщину витка по хорде:(таб. 4.81 [5])


Программный механизм=30 мкм


Допуск на радиальное биение наружного цилиндра червяка:


Программный механизм=0.34*3010 мкм


Допуск на торцевое биение червяка: (таб. 4.84 [5])


Программный механизм=9 мкм


Допуск на радиальное биение колеса: (таб. 4.87 [5])


Программный механизм=26 мкм


Допуск на радиальное биение наружного цилиндра зубчатого венца колеса:

Программный механизм=0.6*26=16 мкм(2.25)


Толщина обода колеса: (таб. 4.76 [5])


Программный механизм=2 мм


Средний диаметр опорной поверхности обода:


Программный механизм=48.75-2=46.75 мм(2.26)


Допуск на торцевое биение поверхности обода: (таб. 4.88 [5])


Программный механизм=18 мкм


Средний диаметр прижимного торца ступицы:


Программный механизм=0.5(14+9)=6.5 мкм(2.27)


Допуск на торцевое биение ступицы: (таб. 4.88 [5])


Программный механизм=11 мкм


Предельное отклонение межосевого расстояния: (таб. 4.89 [5])


Программный механизм=16 мкм

То же в обработке:

Программный механизм=0.75*18=12 мкм(2.28)


Предельное смещение средней плоскости колеса: (таб. 4.91 [5])

Программный механизм=13 мкм


То же в обработке:


Программный механизм=0.75*13=9.75 мкм(2.29)


Делительная толщина по хорде витка червяка:


Программный механизм=1.57*cos 2.52=0.78 мм(2.30)


Высота до хорды витка червяка:


Программный механизм=

=1*0.5+0.5*0.78tg(0.5*arcsin0.78sin2(2.52/16))=0.50 02 мм(2.31)


Производственный допуск на толщину витка по хорде:


Программный механизм=0.8*30=24 мкм(2.32)


Наименьшее отклонение толщины витка по хорде:

слагаемое I: (таб. 4.93 [5])


Программный механизм=22 мкм


слагаемое II: (таб. 4.94 [5])


Программный механизм=30 мкм


суммарное:

Программный механизм=Программный механизм+Программный механизм=22+30=52 мкм(2.33)


Производственное отклонение:

наименьшее:


Программный механизм=52+0.09*30=55 мкм(2.34)


наибольшее:


Программный механизм=55+24=79 мкм(2.35)


3. Расчет шагового механизма


Шаговый механизм, применяемый в программном механизме, обеспечивает дискретное вращение вала, на котором закреплено храповое колесо, с заданной частотой. Шаговый механизм, как было сказано выше, состоит из следующих частей:

Электромагнит.

Храповое колесо.

Толкающая собачка, закрепленная на якоре.

Стопорная собачка.


3.1 Выбор электромагнита


Сначала определим момент на входном валу по известному выходному моменту:

Момент на валу, на закреплен кулачок с учетом потерь на трение в шарикоподшипниках


Программный механизм(3.1.1)


с учетом двух пар подшипников Программный механизм, получаем:


Программный механизмН мм.


Теперь определим нормальную силу на червячном колесе:


Программный механизм=2*45.(0.5*100*cos2.52*cos20)=1.89 Н. (3.1.2)

Поправочный коэффициент е находим по графику 3.12 [4], при Программный механизм=1.89 Н е=0.7. КПД червячной пары определим по графику 3.15 [4] (Программный механизм, f=0.15) :

Программный механизм.

С учетом поправочного коэффициента получаем:


Программный механизм.


Далее находим момент на ведущем червяке:


Программный механизм=45.(100*0.14*.0.98)=3.2 Н мм.(3.1.3)


Отсюда – момент, который должен обеспечивать электромагнит, определяем из соотношения плеч ярма электромагнита (см. рис. 1.):


Программный механизм(3.1.4)


Принимая для определенности Программный механизм=2/1 (учитывая влияние этого отношения на величину хода толкающей собачки, а в конечном счете и на величину шага зубьев храпового колеса), находим:


Программный механизм=6.4 Н мм.


Возьмем (из конструктивных соображений) Программный механизм=40 мм. Тогда минимальное усилие, развиваемое электромагнитом будет:


Программный механизм=6.4/40=0.16 Н.(3.1.5)

Руководствуясь полученным значением, выбираем электромагнит от реле РКН (паспорт РС3.259.007), имеющего следующие параметры:

Ток в обмотке 0.15 А.

Мощность (при 50 Гц) 0.25 Вт.

Максимальная сила 6 Н.

Величина зазора 1мм.

Габариты : диаметр 20 мм, длина 65 мм.


3.2 Расчет храпового колеса


По формуле


Программный механизм(3.2.1)


где t – шаг зубьев храпового колеса. По рис.1:


Программный механизм(3.2.2)


определим величину модуля храпового колеса.


Программный механизм=1*2/(3.1415*1)0.6.


Согласно нормали станкостроения Н22-4 выбираем храповое колесо со следующими параметрами:

Модуль m=0.6

Высота зуба h=0.8 мм.

Угол впадины =55

Угол головки собачки =50

Радиусы закруглений впадин зубьев 0.3 мм.

Определим диаметр храпового колеса


Программный механизм(3.2.3)

Программный механизм=58*0.6=34.8 мм.


Диаметр впадин храпового колеса


Программный механизм(3.2.4)

Программный механизм=34.8-2*0.8=33.2 мм.


Шаг зубьев храпового колеса


Программный механизм(3.2.5)

t=34.8*3.14.582 мм.

4. Расчет кулачкового механизма


Форма профиля кулачка определяет программу, согласно которой будет происходить движение толкателя. Исходными данными для расчета профиля кулачка являются: ход толкателя Smax=7 мм, который определяет величину перемещения выходного звена (толкателя) и закон движения последнего – линейный.


4.1 Расчет кулачка


Линейный закон перемещения выходного звена может обеспечить кулачок с профилем в виде спирали Архимеда [5]. Радиус-вектор профиля записывается выражением:


Программный механизм(4.1.1)


где R – текущий радиус кулачка.

Программный механизм - минимальный радиус кулачка.

Программный механизм- текущий угол.

с – аналог скорости движения толкателя.

В кулачковых механизмах с выходным звеном типа толкатель угол давления  , то есть угол между нормалью к профилю кулачка в точке контакта с толкателем и направлением скорости толкателя, должен быть менее 30. Для обеспечения плавности хода толкателя примем 

Для исключения резких ударов толкателя о кулачок при завершении программы (одного оборота кулачка) примем рабочий угол кулачка 270Оставшаяся часть будет служить для плавного возврата толкателя в исходное положение. Отсюда определим аналог скорости толкателя:

Программный механизм(4.1.2)

с=7/(270*3.1415/180)=1.4875 мм/рад.


Согласно формуле [4]:


Программный механизм(4.1.3)


определим минимально допустимый минимальный радиус кулачка:


Программный механизм=16.98 мм.


Принимаем


Программный механизм мм.


Максимальный радиус:


Программный механизм=20+7=27 мм(4.1.4)


По программе, приведенной в приложении со следующими исходными данными:

Максимальный ход толкателя Программный механизм=7 мм.

Минимальный радиус Программный механизм=20 мм.

Угол давления =5.

Рабочий угол кулачка =270

Расчетный шаг 10.

Результат расчета приведен в таблице:

Таб.1.

Угол 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Радиус 20.0 20.3 20.5 20.8 21.0 21.3 21.6 21.8 22.1 22.3 22.6 22.8
Угол 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
Радиус 23.1 23.4 23.6 23.9 24.2 24.4 24.7 24.9 25.2 25.4 25.7 26.0
Угол 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350
Радиус 26.2 26.5 26.7 27.0 26.1 25.2 24.4 23.5 22.6 21.8 20.9 20.0

Материал для кулачка выбираем [5] Сталь 50 с закалкой рабочей поверхности токами высокой частоты.


4.2 Расчет цилиндрической пружины толкателя


Цилиндрическая винтовая пружина, работающая на сжатие, служит для обеспечения механического контакта между кулачком и толкателем. Расчет пружины будем производить по изложенной в [5] методике. Исходные данные для расчета:

Наибольшее давление на толкатель Программный механизм=5.5 Н.

Наименьшее давление на толкатель Программный механизм=0.2Программный механизм=5.5*0.2=1.1 Н.

Рабочий ход пружины =7 мм.

Ориентировочный наружний диаметр D=7-9 мм.

Число рабочих циклов не менее 2000*3600сек*6500/22=0.27*Программный механизм, что соответствует пружине I класса.

Заделка с двух сторон глухая.

- Материал для пружины Сталь У9А.

- Относительный инерционный зазор =0.05-0.25

Сила пружины при максимальной деформации:

- ориентировочное значение:


Программный механизм=5.5/(1-(0.05-0.25))=7.33-5.79 Н.(4.2.1)

Наиболее полно нашим требованиям подходит пружина номер 144 ГОСТ 13766-86 [5] со следующими параметрами:

Сила максимальной деформации пружины Программный механизм=8.5 Н.

Диаметр проволоки d=0.6 мм.

Наружний диаметр пружины D=7.5 мм.

Наибольший прогиб одного витка Программный механизм=2.152 мм.

Предел прочности при растяжении проволоки I класса (таб. 3.28 [5]) пч=2650-3000=2700 МПа.

Максимальное касательное напряжение max=0.3*2700=810 МПа. (Сталь У9А).

Жесткость пружины


Программный механизм=(5.5-1.1)/0.007=640 Н/м(4.2.3)


Жесткость одного витка


Программный механизм=8.5/0.002151=3.95*103 Н/м(4.2.4)


Число витков:

рабочих


Программный механизм=3.95*103 /640=6.2(4.2.5)


опорных

Программный механизм.

полное

Программный механизм=6.2+2=8.2(4.2.6)


Деформация:

предварительная


Программный механизм=1.1/640=1.7*10-3 м(4.2.7)


рабочая


Программный механизм=5.5/640=8.7*10-3 м(4.2.8)


максимальная


Программный механизм=8.5/640=13.28*10-3 м(4.2.9)


Число зашлифованных витков

Программный механизм=1.5.

Высота пружины:

при максимальной деформации


Программный механизм=(8.2+1-1.5)0.6=4.62 мм(4.2.10)


в свободном состоянии


Программный механизм =4.62+13.28=17.9 мм(4.2.11)


при предварительной деформации

Программный механизм=17.9-1.7=16.2 мм(4.2.12)


при рабочей деформации


Программный механизм=17.9-8.7=9.2 мм(4.2.13)


Средний диаметр пружины


Программный механизм=7.5-0.6=6.9 мм(4.2.14)


Отношение высоты в свободном состоянии к среднему диаметру и предельное значение этого параметра


Программный механизм=17.9/6.9=2.5(4.2.15)

Программный механизм=5.24>2.5 – условие устойчивости выполняется.


Индекс пружины


Программный механизм=6.9/0.6=11.6(4.2.16)


Коэффициент кривизны витка


k=Программный механизм=(4*11.6-1)/(4*11.6-4)+0.615/11.6=1.124(4.2.17)


Расчетное касательное напряжение

Программный механизм=(8*1.124*8.5*6.9*10-3)/(3.14*0.63)=777.8*106 Па (4.2.18)


Проверка прочности: 777.8Мпа<810 МПа.

Шаг пружины


Программный механизм=2.152+0.6=2.752 мм(4.2.19)


Длина развернутой проволоки


Программный механизм=3.14*6.9*8.2=177.7 мм(4.2.20)


Плотность стали


Программный механизм=7.8 г/см3.


Масса пружины


Программный механизм=0.785*0.063*177.7*7.8=3.9 г (4.2.21)


Объем, занимаемый пружиной


Программный механизм=0.785*0.75*0.1622=0.93 см3=930 мм3(4.2.22)


4.3 Расчет толкателя. Определение реакций опор толкателя


Конструктивно, выберем толкатель в форме стержня с круглым сечением и сферическим наконечником. Такой выбор продиктован тем, что сферические наконечники, имеющие достаточно большой радиус закругления, обладают повышенной контактной прочностью. Толкатель должен иметь также ступицу в качестве упора для пружины, прижимающей сам толкатель к кулачку. Диаметр толкателя выберем из условия прочности на изгиб.


Программный механизм

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: