Проектирование привода механизма формирования кристалла в камере с инертным газом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ   РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА                                                             

к расчетно-графическому заданию по деталям машин на тему:

Проектирование привода механизма формирования

 кристалла в камере с инертным газом

Автор проекта                                                                     

Специальность                  210200

Обозначение проекта       КП – 2068956 – 40 – 27 – 02

Группа                              

Руководитель проекта                                                         Чешев В.Ф.

Проект защищен                                                       Оценка

          Члены комиссии

                                                 Новосибирск, 2002

Техническое задание №27

Проектирование привода механизма формирования

кристалла в камере с инертным газом.

Исходные данные:

                  Особые условия работы камеры:

1.  Привод работает в помещении (tокр=20°С).

2.  Винт расположен горизонтально.

3.  Гайки перемещаются по направляющим.

4.  Механизм винт-гайка работает в камере с инертным газом.

                          График загрузки привода:

1.  T –  номинальный крутящий момент;

2.  Tп – пусковой момент;   

3.  t – время эксплуатации привода.     

1. Разработка кинематических схем

    1.1Расчёт винтовой пары:

    - усилие на гайке траверсы

    - скорость перемещения траверсы

   Определяем средний диаметр винта по условию износостойкости, приняв:

1)  ψ_Н=2 – коэффициент высоты гайки;

2)  ψ_h=0.75 – коэффициент высоты резьбы;

3)  [q]=8МПа – допускаемое давление в резьбе;

     - средний диаметр винта;

    По таблицам стандарта выбираем резьбу 8010

где d=80 мм – наружный диаметр резьбы, d₁=62,64 мм – внутренний диаметр резьбы, d₂=72,50 мм - средний диаметр резьбы.

Принимаем для винта f=0,1 – коэффициент трения в винтовой паре; z=1 – число заходов винта; p=10мм – шаг резьбы.

φ=arctg(f)= arctg(0.1)=5,71 -  приведенный коэффициент трения;

ψ=arctg()=arctg()=2,51 – угол подъема винтовой линии;

Расчёт необходимого крутящего момента на винте:

            ;    Расчёт частоты вращения винта:

            .

1.2Расчёт кинематических схем:

Выберем по справочнику электродвигатели с частотами вращения: 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Схема 1 (рис 1).

 - частота вращения двигателя

- передаточное отношение привода;

Подберем привод, зная его передаточное отношение и используя предпочтительный ряд передаточных отношений для передач.

Общее, расчетное передаточное отношение находится из произведения передаточных отношений ременной и двух цилиндрических прямозубых передач:

Находим ошибку по передаточному отношению:

, условие точности выполняется т.к. .

КПД привода можно определить по формуле: ,  где    -  КПД ременной, двух цилиндрических прямозубых передач и трех пар подшипников соответственно.

Мощность электродвигателя определяется по формуле: .

Двигатель удовлетворяющий требованиям: 4A100L6У3 мощностью 2,20кВт.

                                                 Рис.1 Кинематическая схема 1

Схема 2 (рис 2).

 - частота вращения двигателя

       - передаточное отношение привода;

Подберем привод, зная его передаточное отношение и используя предпочтительный ряд передаточных отношений для передач.

Общее, расчетное передаточное отношение находится из произведения

передаточных отношений ременной, планетарной и цилиндрической прямозубой передач:

Находим ошибку по передаточному отношению:

, условие точности выполняется т.к. .

КПД привода можно определить по формуле: , где    -  КПД ременной, планетарной, цилиндрической прямозубой передач и трех пар подшипников соответственно.

Мощность электродвигателя определяется по формуле: .

Двигатель удовлетворяющий требованиям: 4A90L4У3 мощностью 2,20кВт.

                                              Рис.2 Кинематическая схема 2

Схема 3 (рис 3).

 - частота вращения двигателя

- передаточное отношение привода;

Подберем привод, зная его передаточное отношение и используя предпочтительный ряд передаточных отношений для передач.

Общее, расчетное передаточное отношение находится из произведения передаточных отношений ременной, червячной, цилиндрической прямозубой передач:

Находим ошибку по передаточному отношению:

, условие точности выполняется т.к. .

КПД привода можно определить по формуле: , где    -  КПД ременной, червячной, цилиндрической прямозубой передач и трех пар подшипников соответственно.

Мощность электродвигателя определяется по формуле: .

Двигатель удовлетворяющий требованиям: 4A80B2У3 мощностью 2,20кВт.

Рис.3 Кинематическая схема 3

 1.3. Выбор кинематической схемы:

Выбираем первую схему (рис. 1). 

В этой схеме используется электродвигатель со скоростью вращения

n = 1000об/мин, который имеет относительно малые габаритные размеры.

КПД  данной схемы наибольший и составляет 89,5%.

При расчете ошибка по передаточному отношению не превышает 5%.

Ременная передача обеспечивает бесшумность работы.

Прямозубая цилиндрическая передача проста в изготовлении.  При ее использовании практически отсутствуют осевые силы, что позволяет применять простые подшипниковые узлы, также с легкостью выполняется условие смазки.

         Существуют также недостатки при применении этих передач, но перечисленные положительные качества перевешивают их.

2. Кинематический расчет

Момент на первом валу: (вал электродвигателя): ,

     где  -  расчетная мощность двигателя, wдв - угловая скорость; 

 , n_дв = 1000 об/мин

Момент на валу двигателя: 

Тдв=Т1=18,24

       Момент на втором валу:  

       Момент на третьем валу:

       Момент на четвертом валу:                                    

Скорости на валах:

Скорость первого вала (вала двигателя): .

Скорость вращения второго вала: .

Скорость вращения третьего вала: .

Скорость вращения третьего вала (скорость вращения вала исполнительного органа):

3. Расчет зубчатых колес редуктора

3.1. Выбор материала для зубчатых колес

Желая получить сравнительно небольшие габариты и невысокую стоимость редуктора, выбираем для изготовления колес сравнительно недорогую сталь 40.

3.2. Расчет допускаемых контактных напряжений [s_H]

Допускаемые контактные напряжения определим по формуле:

 [2,с.21]

Для улучшения предела контактной прочности