Курсовая работа: Программный механизм
То же в обработке:
=0.75*13=9.75 мкм(2.29)
Делительная толщина по хорде витка червяка:
=1.57*cos 2.52=0.78 мм(2.30)
Высота до хорды витка червяка:
=
=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:
=0.8*30=24 мкм(2.32)
Наименьшее отклонение толщины витка по хорде:
- слагаемое I: (таб. 4.93 [5])
=22 мкм
- слагаемое II: (таб. 4.94 [5])
=30 мкм
- суммарное:
=+=22+30=52 мкм(2.33)
Производственное отклонение:
- наименьшее:
=52+0.09*30=55 мкм(2.34)
- наибольшее:
- =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
(3.1.1)
с учетом двух пар подшипников , получаем:
Н мм.
Теперь определим нормальную силу на червячном колесе:
=2*45.(0.5*100*cos2.52*cos20)=1.89 Н. (3.1.2)
Поправочный коэффициент е находим по графику 3.12 [4], при =1.89 Н е=0.7. КПД червячной пары определим по графику 3.15 [4] (, f=0.15) :
.
С учетом поправочного коэффициента получаем:
.
Далее находим момент на ведущем червяке:
=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.):
(3.1.4)
Принимая для определенности =2/1 (учитывая влияние этого отношения на величину хода толкающей собачки, а в конечном счете и на величину шага зубьев храпового колеса), находим:
=6.4 Н мм.
Возьмем (из конструктивных соображений) =40 мм. Тогда минимальное усилие, развиваемое электромагнитом будет:
=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
(3.2.1)
где t – шаг зубьев храпового колеса. По рис.1:
(3.2.2)
определим величину модуля храпового колеса.
=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
(3.2.3)
=58*0.6=34.8 мм.
Диаметр впадин храпового колеса
(3.2.4)
=34.8-2*0.8=33.2 мм.
Шаг зубьев храпового колеса
(3.2.5)
t=34.8*3.14.582 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:
(4.1.1)
где R – текущий радиус кулачка.
- минимальный радиус кулачка.
- 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 270Оставшаяся часть будет служить для плавного возврата толкателя в исходное положение. Отсюда определим аналог скорости толкателя:
(4.1.2)
с=7/(270*3.1415/180)=1.4875 мм/рад.
Согласно формуле [4]:
(4.1.3)
определим минимально допустимый минимальный радиус кулачка:
=16.98 мм.
Принимаем
мм.
Максимальный радиус:
=20+7=27 мм(4.1.4)
По программе, приведенной в приложении со следующими исходными данными:
- Максимальный ход толкателя =7 мм.
- Минимальный радиус =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 =5.5 Н.
- Наименьшее давление на толкатель =0.2=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*, 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:
=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 =8.5 Н.
- Диаметр проволоки d=0.6 мм.
- Наружний диаметр пружины D=7.5 мм.
- Наибольший прогиб одного витка =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
=(5.5-1.1)/0.007=640 Н/м(4.2.3)
Жесткость одного витка
=8.5/0.002151=3.95*103 Н/м(4.2.4)
Число витков:
- рабочих
=3.95*103 /640=6.2(4.2.5)
- опорных
- .
- полное
=6.2+2=8.2(4.2.6)
Деформация:
- предварительная
=1.1/640=1.7*10-3 м(4.2.7)
- рабочая
=5.5/640=8.7*10-3 м(4.2.8)
- максимальная