Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность изделия.

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.