Файл: Курсовая работа по дисциплине Расчёт и проектирование деталей и узлов средств измерений Определение параметров механических передач привода метрологической установки.docx

Факультет «Машиностроения, металлургии и транспорта»

Кафедра: «Технология машиностроения, станки и инструменты»


Курсовая работа по дисциплине

«Расчёт и проектирование деталей и узлов средств измерений»
«Определение параметров механических передач привода метрологической установки»


Руководитель:


Самара, 202.г

Содержание

1 Тематика курсовой работы и исходные данные

Тема работы: Определить параметры механических передач привода метрологической установки, кинематическая схема которого имеет вид:



Исходные данные: z₁=2; z₂=60; z₃=2; z₄=60; z₅=20; z₆=50; z₇=15; z₈=60; z₉=18; z₁₀=72; m=2.

Скорость вращения первого вала ω₁=15,0 с^-1; полезная мощность, подводимая к первому валу Р=2 кВт.

1 Введение

В данной курсовой работе будут определяться параметры механических передач метрологической установки. Будут произведены расчёты основных геометрических параметров различных передач, а именно, зубчатой червячной, цилиндрической и конической.

Зубчатыми называют передачи, в которых движение между зубьями передается с помощью звеньев.

Зубчатые передачи используют в большинстве машин и приборов для передачи и преобразования движения в широком диапазоне мощностей. Передачи имеют высокие технико-экономические показатели: высокую надежность работы и высокий

---

КПД(0.97-0.98), простоту технического обслуживания и малую массу.

Недостатки передач обусловлены сравнительно высокой трудоемкостью изготовления колес. В зависимости от назначения зубчатые передачи могут встраиваться в конструкции машин или выделяться в самостоятельный узел и иметь отдельный корпус.

Зубчатые колеса могут понижать или прерывать частоту вращения ведомого вала.

Виды зубчатых передач (рисунок 1): а, б, в — цилиндрические зубчатые передачи с внешним зацеплением; г — реечная передача; д — цилиндрическая передача с внутренним зацеплением; е — зубчатая винтовая передача; ж, з, и — конические зубчатые передачи; к — гипоидная передача



Рисунок 1 – Виды зубчатых передач

2 Виды зубчатых передач

2.1 Цилиндрическая передача

Один из самых распространенных типов зубчатых колес – цилиндрическая прямозубая шестерня благодаря своей простоте, широкому спектру применения и экономичности. Цилиндрические зубчатые передачи воспринимают и передают радиальные нагрузки и, как правило, используются при низких скоростях вращения, так как они имеют большую шумность на высоких скоростях.

2.2 Коническая передача

Конический тип зубчатого колеса относятся к устройству пересекающихся осей/валов, поэтому их соединение осуществляется под вертикальным углом наклона. Их форма коническая, а зубья могут быть как прямыми, так и спиральными для более тихой работы. Хотя угол 90 градусов между пересекающимися осями не является обязательным, они, как правило, встречаются в таком исполнении и имеют одинаковое количество зубьев, так что скорость вращения между ними одинакова.

2.3 Червячная передача

Червячные передачи – это тип передачи, состоящий из цилиндрического зубчатого колеса, которое похоже на коническую шестерню. При этом она также включает в себя вал зубчатой передачи (червячный вал), которая имеет винтовую резьбу, расположенную в параллельной плоскости, но при осевом вращении 90 градусов по отношению к первому элементу. Благодаря плотному соединению двух элементов

---

, червячные зубчатые колеса работают бесшумно и не вызывает вибраций. Чаще всего червячная передача применяется там, где решающими характеристиками являются частота вращения, фиксация и точность. Типичным примером такого типа зубчатых передач являются ключи настройки в струнных музыкальных инструментах.

Червячные зубчатые колеса имеют зубья особой формы. Благодаря применению червячных передач можно уменьшить число оборотов, так как при всего одном обороте однозаходного червяка колесо проворачивается на один зуб. Бывают и многозаходные червяки. Передаточное отношение червячной пары рассчитывается по специальной формуле. Червячная пара работает только при обильной смазке, уменьшающей трение.   При расчетах геометрических параметров нужно учитывать нюансы конструкционного плана. При работе соприкасаются боковые стороны — это основная точка поверхности, которая передает импульс. Поэтому угол подбирается с учетом смещения, чтобы зубчатое колесо и червячный вал не заблокировались при некорректной работе. 

3 Расчётная часть работы

КПД учитывающий потери η_п = 0,99, КПД червячной передачи η_ч = 0,8, КПД цилиндрической передачи η_ц = 0,97, КПД конической передачи η_к = 0,96.

3.1 Передаточное отношение (u):

Определить передаточное отношение привода и каждой передачи в отдельности.

1) u₁ = z₂ / z₁ = 60 / 2 = 30;

2) u₂ = z₄ / z₃ = 60 / 2 = 30;

3) u₃ = z₆ / z₅ = 50 / 20=2,5;

4) u₄ = z₈ / z₇ = 60 / 15 =4;

5) u₅ = z₁₀ / z₉ = 72 / 18 = 4.

u = u₁* u₂* u₃* u₄* u₅ = 30 * 30 * 2,5 * 4 * 4 = 36000

3.2 Угловая скорость, частота вращения, мощность, крутящий момент

Определить угловую скорость, частоту вращения, мощность и крутящий момент каждого вала.

Угловая скорость (ω), с^-1:

ω₁ = 15,0 с^-1 (дано);

ω₂ = ω₁/ u₁ = 15,0 / 30 = 0,5 с^-1;

ω₃ = ω₂/ u₂ = 0,5 / 30 = 0,02 с^-1;

ω₄ = ω₃/ u₃ = 0,02 / 2,5 = 0,008 с^-1;

ω₅ = ω₄/ u₄ = 0,008 / 4 = 0,002 с^-1;

ω₆ = ω₅/ u₅ = 0,002 / 4 = 0,0005 с^-1.

Частота вращения (n), об/мин:

n₁ = (30 * ω₁)*π = (30 * 15) * 3.14 = 143,3 об/мин;

n₂ = (30 * ω₂)*π = (30 * 0,5) * 3.14 = 4,7 об/мин;

n₃ = (30 * ω₃)*π = (30 * 0,02) * 3.14 = 0,19 об/мин;

n₄ = (30 * ω₄

---

)*π = (30 * 0,008) * 3.14 = 0,08 об/мин;

n₅ = (30 * ω₅)*π = (30 *10,002) * 3.14 = 0,02 об/мин;

n₆ = (30 * ω₆)*π = (30 * 0,0005) * 3.14 = 0,005 об/мин.
Мощность (Р), кВт:

Р₁ = Р * η_п = 2 * 0,99 = 1,98 кВт;

Р₂ = Р₁ * η_ч = 1,98 * 0,99 * 0,8 = 1,57 кВт;

Р₃ = Р₂ * η_ч = 1,57 * 0,99 * 0,8 = 1,24 кВт;

Р₄ = Р₃ * η_ц = 1,24 * 0,99 * 0,97 = 1,19 кВт;

Р₅ = Р₄ * η_к = 1,19 * 0,99 * 0,96 = 1,13 кВт;

Р₆ = Р₅ * η_к = 1,13 * 0,99 * 0,96 = 1,07 кВт.

Крутящий момент (Т), Н*м:

Т₁ = (Р₁ * 10³) / ω₁ = (1,98 * 10³) / 15 = 132 Н*м;

Т₂ = (Р₂ * 10³) / ω₂ = (1,57 * 10³) / 0,5 = 3140 Н*м;

Т₃ = (Р₃ * 10³) / ω₃ = (1,24 * 10³) / 0,02 = 62000 Н*м;

Т₄ = (Р₄ * 10³) / ω₄ = (1,19 * 10³) / 0,008 = 148750 Н*м;

Т₅ = (Р₅ * 10³) / ω₅ = (1,13 * 10³) / 0,0002 = 565000 Н*м;

Т₆ = (Р₆ * 10³) / ω₆ = (1,07 * 10³) / 0,0005 = 2140000 Н*м;

3.3 Общий КПД привода

η_об = η_п³ * η_ц² * η_ч * η_к = 0,99³ * 0,97² * 0,96 * 0,8 = 0,7

3.4 Основные геометрические параметры зубчатых передач

3.4.1 Основные геометрические параметры червячных передач

Так как z₁ = z₃ = 2 и z₂ = z₄ = 60 рассчитываются основные геометрические параметры только для одной червячной передачи.

1) Выбор коэффициента диаметра червяка, q:

Значение q по ГОСТ 19672-74. Так как модуль m = 2, а по ГОСТ 19672-74 ближайшее значение 2,5 принимается m = 2,5. Тогда q = 20.

2) Межосевое расстояние, :



а_w = 100 мм, совпадает со стандартным значением по ГОСТ 2144-76.

3) Коэффициент смещения, х:


4) Делительный диаметр червяка d₁ и колеса d₂:

d₁ = q * m = 20 * 2.5 = 50 мм;

d₂ = z₂ * m = 60 * 2.5 = 150 мм.

5) Начальный диаметр для червяка d_w1 и колеса d_w2:

d_w1 = d₁ + 2xm = 50 + 2 * 0 * 2,5 = 50 мм

d_w2 = d₂ + 2xm = 150 + 2 * 0 * 2,5 = 150 мм

6) Диаметр вершин витков для червяка d_a1 и для колеса d_a2:

d_a1 = d₁ + 2m = 50+2 * 2,5 = 55 мм

d_a2 = d₂ + 2m + 2xm = 150 + 2 * 2,5 + 2 * 0 * 2,5 = 155 мм

7) Диаметр впадин червяка d_f1 и колеса d_f2

---

:

d_f1 = d₁ – 2,4 * m = 50 - 2,4 * 2,5 = 44 мм;

d_f2 = d₂ - 2,4 * m + 2xm = 150 - 2,4 * 2,5 + 2 * 0 * 2,5 = 144 мм.

8) Наибольший диаметр червячного колеса, d_am2:

d_am2 ≤ d_а2+ = 155 + = 158,75 мм.

9) Длина наружной части червяка, b₁:

b₁ ≥ m * (11 + 0,06 * z₁) = 2,5 * (11 + 0,06 * 2) = 27,8 мм.

10) Ширина венца червячного колеса, b₂:

b₂ = 0,75 * d_а1 = 0,75 * 55 = 41,25 мм.

11) Высота головки витка h_a1 и зуба h_a2:

h_a1 = h_a2 = m = 2,5 мм.

12) Высота ножки витка и зуба:

h_f1 = h_f2 = m = 2,5 мм.

13) Высота витка h₁ и зуба h₂:

h₁ = h₂ = 2,2 * m = 2,2 * 2,5 = 5,5 мм.

14) Длина ступицы колеса, L_ст:

L_ст = 1,3 * b₂ = 1,3 * 41,25 = 53,6 мм.

15) Диаметр ступицы колеса, d_ст:

d_ст = 1,6 * d_в2 = 1,6 * 40 = 64 мм.

16) Длина ступицы червяка, L_ч:

L_ч = 1,5 * d_a1 = 1,5 * 55 = 82,5 мм.

17) Диаметр вала червяка D₁ и колеса D₂:

D₁ = 0,9 * d_f1 = 0,9 * 44 = 39,6 мм;

D₂ = 1,2 * d_в = 1,2 * 40 = 48 мм.

18) Размеры паза под шпонку:

Принимаем по ГОСТ 23360-78, при d_в = 40 сечение шпонки b x h = 12 x 8 и длина

l = 45 мм.

Глубина шпоночного паза:

Вала t₁ = 5, втулки t₂ = 3,3

d_в – t₁ = 40 - 5= 35 мм;

d_в + t₂ = 40 + 3,3 = 40,3 мм.

3.4.2 Основные геометрические параметры цилиндрической передачи

z₅ = 20, z₆ = 50, m = 2

1) Межосевое расстояние, :



2) Диаметр делительной окружности, d₅, d₆:

d₅ = m * z₅ = 2 * 20 = 40 мм;

d₆ = m * z₆ = 2 * 50 = 100 мм.

3) Высота головки зуба, h_a:

h_a = m = 2 мм.

4) Высота ножки зуба, h_f:

h_f = 1,25 * m =1,25 * 2 = 2,5 мм.

5) Высота зуба, h:

h = 2,25 * m = 2,25 * 2 = 4,5 мм.

6) Диаметр высоты зубьев, шестерни d_а5 и колеса d_а6:

d_а5 = m * (z₅+2) = 2 * (20 + 2) = 44 мм;

d_а6 = m * (z₆+2) = 2 * (50 + 2) =104 мм.

7) Диаметр впадин зубьев, шестерни d_f5 и колеса d_f6:

d_f5 = m * (z₅ - 2,5) = 2 * (20-2,5) = 35 мм;

d_f6 = m * (z₆ - 2,5) = 2 * (50-2,5) = 95 мм.

8) Ширина венца, b:

b = (6…8) * m = 7 * 2 =14 мм.

9) Окружной шаг зубьев, p_f:

p_f

---