Назначение и область применения стенда

Содержание.

 

	Задание.
	Содержание.
	Введение.
1.	Назначение и область применения изделия.
2.	Анализ существующих конструкций.
3.	Обоснование выбранной конструкции.
4.	Описание устройства и работы изделия.
4.1	Описание устройства.
4.2	Описание работы устройства.
5.	Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность изделия.
5.1	Расчет и выбор электродвигателя.
5.2	Кинематический расчёт.
5.3	Расчёт упругого элемента.
5.4	Расчёт на точность.
5.5	Расчет на надёжность.
	Литература.
	Приложение А – Ведомость технического проекта
	Приложение Б – Таблица перечня элементов к чертежу общего вида

 

Введение.

Нормирование затяжки резьбовых соединений при производстве и эксплуатации изделий электротехнического назначения, оптических приборов, в области производства и сервисе автомобилей, тракторов и др. отраслях производства связано с повышением качества выпускаемой продукции, ее безопасностью, повышением ее конкурентоспособности.

Типы и конструкции приборов для нормированной затяжки резьбовых соединений (в дальнейшем ключей моментных, устар. - ключей динамометрических) еще нельзя считать окончательно устоявшимися, что подтверждается их большим разнообразием при отсутствии доминирующих моделей.

В данном курсовом проекте разрабатывался индуктивный стенд для регулировки моментных ключей.

В настоящее время в Республике Беларусь применяют конструкции стендов для регулировки моментных ключей, основанных либо на нормированном нагружении грузами, либо с использованием динамометра. Такие стенды очень трудоёмки в эксплуатации, а аналоги иностранных производителей дорогие. Поэтому была разработана конструкция, которая снижает трудоёмкость работы по сравнению с уже существующими конструкциями стендов.

Целью курсового проекта является разработка конструкции стенда для регулировки моментных ключей.

Задачей курсового проектирования является разработка данной конструкции с целью: облегчения условий работы регулировки приборов. Поэтому, в результате выполнения курсового проекта было дано обоснование выбранного решения конкретного конструктивного исполнения; описан принцип действия прибора, проведены расчёты на точность и на надёжность, а так же расчёты, подтверждающие работоспособность конструкции.

Назначение и область применения стенда

Стенд предназначен для нормированного нагружения крутящего момента при регулировании моментных ключей.

Применяется в лабораториях, предприятиях, выпускающих ключи моментные (динамометрические).

Анализ существующих конструкций.

Тензорезисторные преобразователи (датчики) крутящего момента.

 

Такие преобразователи находят широкое применение для измерения крутящего момента. Диапазон измерений серийно выпускаемых тензорезисторных преобразователей (датчиков) крутящего момента составляет от 0—0,1 Н-м до 0—50 кН-м, а в случае необходимости и более.

Индуктивные преобразователи (датчики) крутящего момента.

 

Индуктивные преобразователи (датчики) крутящего момента принципиально могут быть применены в тех же областях, что и тензорезисторные преобразователи. Однако они отличаются повышенной чувствительностью: диапазон измерений находится в пределах от 0—0,1 Н-см до 0—100 кН-м.

Конструктивное исполнение, основные типы.

Основным элементом индуктивных преобразователей (датчиков) крутящего момента является торсионный стержень, закручивание которого воспринимается индуктивным преобразователем. При этом либо втяжной якорь перемещается в катушках, что вызывает разбаланс мостовой схемы (рисунок 2.2), либо катушки в трансформаторной схеме перемещаются одна относительно другой. В обоих случаях на выходе системы обмоток появляется напряжение, пропорциональное закручиванию стержня, а следовательно, и крутящему моменту.

Так как индуктивные преобразователи (датчики) крутящего момента должны работать на несущей частоте, то и в данном случае имеется возможность бесконтактного подвода и съема измерительного напряжения.

 

Рисунок 2.2. Схема работа индуктивного преобразователя крутящего момента:

1 — торсионный вал; 2 — дифференциальная индуктивная измерительная система; 3 — входной трансформатор для бесконтактной подачи питания (10 В, 8 кГц); 4 — выходной трансформатор для бесконтактного съема

 

Некоторые характерные особенности.

1. Широкий диапазон измерений, особенно в области очень малых крутящих моментов (в специальных исполнениях до 10^-4 Н-см).

2. Максимальная частота ращения в зависимости от типа составляет от 2000 до 30 000 об/мин (в специальных исполнениях до 45 000 об/мин).

3. Угол закручивания в зависимости от типа от 0,3° до 1°.

4. Пригодны для измерения статических и динамических величин.

5. Бесконтактное питание и бесконтактный съем сигналов позволяют осуществить эксплуатацию практически без обслуживания.

6. Класс точности 0,25—0,5 %.

 

Описание работы стенда.

Стенд для регулировки моментных ключей состоит из блока измерительного, привода и стопорного механизма.

Основу измерительного блока составляет торсион и индуктивный датчик, который преобразует угол закручивания торсиона в измеряемую величину. Вращение торсион получает посредством втулочной муфты, посаженной на шлицы, идущей от редуктора, который в свою очередь связан с электродвигателем. Такой привод позволяет механизировать процесс регулирования ключей. Для промежуточного выключения электродвигателя, в процессе регулирования ключей, предусмотрен выносной пульт управления электродвигателем.

Регулируемый ключ вставляется в квадратное отверстие торсиона. Сверху поджимается стопорным механизмом. Выборка зазоров происходит при вращении торсионного узла в процессе вращения. При включении электродвигателя происходит постепенное нагружение торсиона и ключа. В момент, когда показание на цифровом табло достигнет первого нормированного значения, привод выключают. При необходимости боле точной установки значения, регулировку осуществляют вручную с помощью маховика (см. БНТУ 13.09.00.000 ВО). Если разность значений между установленным моментом и показаниями регулируемого прибора превысят допустимую, производят регулировку ключа. (Для примера, допустимая погрешность ключа 4-ого класса точности составляет , где Аизм – наибольший предел измерений).

Если требуется произвести регулировку набора ключей, настроенных на разные диапазоны измерений, то для каждого ключа применяется свой торсионный узел.

Данный стенд используется для моментных ключей различной модификации. С целью уменьшения погрешности приложения усилия ось стопорного механизма проходит через общую ось торсиона и регулируемого моментного ключа.

 

Выбор электродвигателя.

Конкретный двигатель из намеченной серии выбирают с учётом расчётной (потребной) мощности двигателя, которая должна быть достаточна для перемещения нагрузки в соответствии с техническим заданием. Порядок определения расчётной мощности двигателя зависит от параметров нагрузки и компоновочной схемы электромеханического привода.

Расчётная мощность электродвигателя определяется по формуле:

, где

- мощность нагрузки на выходном валу;

- КПД цепи двигатель-нагрузка.

, где

- КПД втулочных муфт;

- КПД червячного двухступенчатого редуктора.

Мощность нагрузки в ваттах определяется по формуле:

, где

- момент нагрузки на выходном валу, Н∙м;

- угловая скорость вращения выходного звена, рад/с;

- частота вращения выходного звена, об/мин.

Исходя из технического задания, частота вращения выходного вала равна:

, где

- частота вращения двигателя ();

- передаточное отношение редуктора (i = 920).

В итоге получим ;

Выберем двигатель УВ–705–ВС: коллекторный, однофазный, последовательного возбуждения. Применяются в механизмах, требующих большого пускового момента. Направление вращения вала – левое. Режим работы – повторно-кратковременный (S3), продолжительность одного цикла – 8 с, рабочего периода – 5 с. Допустимое количество циклов – 10.

Таблица 1 Технические параметры.

Параметр	Значение
Напряжение, В
Частота сети, Гц
Номинальная мощность, Вт
Частота вращения, мин^-1

Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя показаны на рисунке 5.1.

Рисунок5.1-Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя

Условия эксплуатации.

Эксплуатируется в невзрывоопасной окружающей среде, не содержащей токопроводящей пыли в концентрациях, снижающих параметры двигателя в недопустимых пределах. Степень защиты двигателей IP10 по ГОСТ 20494-92. Способ охлаждения двигателей ICO1 по ГОСТ 20459-75. Конструкция электродвигателей по технике безопасности отвечает ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.1-75. По способы защиты человека от поражения электрическим током двигатель соответствует классу 01 ГОСТ 12.2.007.0-75. Средняя наработка двигателя 720 часов. Гарантийный срок службы 2,5 года.

 

Кинематический расчёт.

Так как торсион имеет поворот в т.е. на 0,03рад за 2 сек или 0,015рад в сек., то

об/мин.

 

 

Расчёт упругого элемента.

В качестве примера прочностного расчёта приведём расчёт торсиона (Рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Расчётная схема.

Максимальное напряжение сдвига (на периферийных волокнах сечения):

, где

М = 600 Н∙м – действующий на торсион момент;

d – диаметр рабочего участка торсиона;

l – рабочая длинна торсиона.

Для стали 65Г примем максимальное напряжение сдвига τ = 310 МПа:

;

Принимая рабочую длину торсиона l равной 53 мм, получим угол закручивания торсиона:

, где

- модуль сдвига для стали 65Г.

Таким образом угол закручивания торсиона:

.

 

Расчёт на точность.

Погрешность измерения в общем случае состоит из:

1). Погрешность торсиона;

2). Погрешность схемы;

3). Погрешность индуктивного датчика и электрической схемы его включения;

4). Температурная погрешность;

5). Погрешность измерительного усилия;

6). Погрешность положения датчика;

7). Погрешность от смещения точки приложения силы.

 

Погрешность торсиона связана с наличием упругого гистерезиса, который изначально учитывается при его градуировке.

 

Погрешность схемы возникает из-за нелинейности преобразования вращательного движения в поступательное. Для преобразования вращательного движения втулки в поступательное перемещение наконечника индуктивного преобразователя применён тангенсный механизм (рисунок 5.4.1).

Рисунок 5.4.1 – Схема тангенсного механизма.

Ведущим звеном является рычаг 2. Функция преобразования данного механизма имеет вид:

, где

а – расстояние между осью А и направлением движения толкателя.

Идеальная функция преобразования:

, где

k – коэффициент пропорциональности.

Погрешность схемы равна:

.

Предел перемещения наконечника индуктивного преобразователя:

 

Согласно паспорту преобразователя предел погрешности индуктивного датчика модели 75501 нулевого класса точности при диапазоне измерений ±1000 мкм и шаге дискретности 1 мкм составляет 4 мкм.

 

Для устранения температурной погрешности регулируемый моментный ключ выдерживают некоторое время в лабораторных условиях при температуре 20±2ºС.

Влияние погрешности измерительного усилия пренебрежимо мало (0,7Н) и расчёте суммарной погрешности не учитывается.

 

Для определения влияния погрешности положения датчика в осевом направлении обратимся к рисунку 5.4.2 иллюстрирующим действие этой погрешности.

 

 

Рисунок 5.4.2 – Схема для расчёта погрешности.

Минимальное перемещение винта Δ равно:

, где

- шаг винта;

- минимальный угол на который человек, использующий отвёртку, может повернуть винт.

.

.

S – предел измерения;

Действие Δ на перемещение наконечника преобразователя (рисунок 5.4.3).

Рисунок 5.4.3 – Схема для расчёта погрешности.

Действие погрешности неперпендикулярности оси преобразователя и оси торсиона (рисунок 5.4.4).

Рисунок 5.4.4 – Схема для расчёта погрешности.

 

, где

- допуск перпендикулярности;

Схема действия погрешности показана на рисунке 5.4.5.

Рисунок 5.4.5 – Схема для расчёта погрешности

, где

- предел измерения.

 

По данным исследований проведенных в «Уральском научно-исследовательском институте метрологии» (исследования проводились при подготовке проекта стандарта «Ключи моментные. Общие технические условия» ГОСТ Р 51254-99) погрешность от смещения точки приложения силы в режиме работы по сравнению с режимом калибровки (поверки) для ключей с упругими телами кручения может не учитываться при соблюдении требований показанных на рисунках 5.4.6 и 5.4.7.

Рисунок 5.4.6 – Ось ключа горизонтальна.

Рисунок 5.4.7 – Ось ключа вертикальна.

 

Таким образом суммарная ожидаемая погрешность:

,

6мкм.

Приведённая погрешность прибора:

, где

- абсолютная погрешность,

= 600 Нм - нормирующее значение.

Нм.

Класс точности прибора:

Спроектированный в данном курсовом проекте прибор удовлетворяет заданному классу точности 2.

Расчёт на надёжность.

 

Исходным данными для уточненного расчета надежности являются:

- принципиальная кинематическая схема;

- интенсивности отказов механических узлов;

- условия эксплуатации;

- режимы работы;

Заполняем графы таблицы 6.4, - температура рабочая; - коэффициент нагрузки; - коэффициент учитывающий влияние окружающей среды; - коэффициент учитывающий влияние числа переключений

 

Таблица 6.4 К уточненному расчету надежности

Наименование элемента (поз.)		Режим работы		Кол-во
Кронштейн	0,08						0,4
Вал	0,1						0,5
Зажим	0,0005						0,1
Муфта втулочная	0,4						0,2
Привод	3,3						0,1
Плита	0,02						0,1
Выключатель	0,14						0,1
Изоляция	0,05						0,1
Втулка	0,02						0,1
Торсион	0,1						0,5
Зубчатая пара	0,12						0,6
Преобразователь индуктивный	0,22						1,1
Пружина	0,22						1,1
Соединения механические	0,02						0,1

 

Интенсивность отказов в реальных условиях равна:

Суммарная интенсивность отказов устройства:

Среднее время безотказной работы устройства:

Вероятность безотказной работы системы за время t = 7680ч. (t —межповерочный интервал):

.

 

Литература.

1. Орлов П. И. “Основы конструирования ”.

2. Андреев Л. Е. ”Упругие элементы приборов ”.

3. Соломахо В.Л., Томилин Р.И. и др. Справочник конструктора-приборостроителя. Проектирования. Основные нормы. Мн: Высш. шк., 1998 – 272с., т. 1,2.

4. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя в 3 томах. Машиностроение, 2001.

5. ГОСТ 24372 – 80 ”Ключи гаечные торцовые механизированные со сменными головками ”. Издательство стандартов, 1984.

 

Содержание.

 

	Задание.
	Содержание.
	Введение.
1.	Назначение и область применения изделия.
2.	Анализ существующих конструкций.
3.	Обоснование выбранной конструкции.
4.	Описание устройства и работы изделия.
4.1	Описание устройства.
4.2	Описание работы устройства.
5.	Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность изделия.
5.1	Расчет и выбор электродвигателя.
5.2	Кинематический расчёт.
5.3	Расчёт упругого элемента.
5.4	Расчёт на точность.
5.5	Расчет на надёжность.
	Литература.
	Приложение А – Ведомость технического проекта
	Приложение Б – Таблица перечня элементов к чертежу общего вида

 

Введение.

Нормирование затяжки резьбовых соединений при производстве и эксплуатации изделий электротехнического назначения, оптических приборов, в области производства и сервисе автомобилей, тракторов и др. отраслях производства связано с повышением качества выпускаемой продукции, ее безопасностью, повышением ее конкурентоспособности.

Типы и конструкции приборов для нормированной затяжки резьбовых соединений (в дальнейшем ключей моментных, устар. - ключей динамометрических) еще нельзя считать окончательно устоявшимися, что подтверждается их большим разнообразием при отсутствии доминирующих моделей.

В данном курсовом проекте разрабатывался индуктивный стенд для регулировки моментных ключей.

В настоящее время в Республике Беларусь применяют конструкции стендов для регулировки моментных ключей, основанных либо на нормированном нагружении грузами, либо с использованием динамометра. Такие стенды очень трудоёмки в эксплуатации, а аналоги иностранных производителей дорогие. Поэтому была разработана конструкция, которая снижает трудоёмкость работы по сравнению с уже существующими конструкциями стендов.

Целью курсового проекта является разработка конструкции стенда для регулировки моментных ключей.

Задачей курсового проектирования является разработка данной конструкции с целью: облегчения условий работы регулировки приборов. Поэтому, в результате выполнения курсового проекта было дано обоснование выбранного решения конкретного конструктивного исполнения; описан принцип действия прибора, проведены расчёты на точность и на надёжность, а так же расчёты, подтверждающие работоспособность конструкции.

Назначение и область применения стенда

Стенд предназначен для нормированного нагружения крутящего момента при регулировании моментных ключей.

Применяется в лабораториях, предприятиях, выпускающих ключи моментные (динамометрические).