Расчет вала на изгиб и сечения балки. Разработка конструкции узла механизма. Выбор кинематической схемы аппарата. Описание предлагаемой конструкции. Расчет геометрических параметров пружины. Расчет погрешности механизма датчика для второго положения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

В современной жизни датчики встречаются повсеместно. Все они различаются по своим функциям, форме конструкции. Некоторые служат для управления, изменения и регулирования систем и их элементов. Другие для защиты и регулирования этих механизмов.

При расчете нашего механизма необходимо учитывать следующие функциональные связи:

- пространственные и механические, определяемые компоновкой , соединением и закреплением элементов;

- силовые связи, осуществляющие воздействие при функционировании механизма.

При разработке конструкции необходимо ориентироваться на технологию изготовления с использованием рентабельных техпроцессов:

- холодная штамповка;

- изготовление деталей методом формирования из полимерных материалов;

- минимальная механическая обработка .

Перед нами была поставлена задача: разработать конструкцию механизма датчика. Должна обеспечиваться заданная точность хода подвижного элемента с данными усилиями. Форма корпуса датчика- цилиндр. Должны обеспечиваться следующие требования:

- минимальные габариты изделия;

- небольшое количество крепежных деталей;

- обеспечить технологичность деталей.



1. Расчетные задания по разделу механика

1.1 Расчет вала на изгиб

Для схемы на рисунке 1.1. построить эпюры моментов и сил.

Дано:F₁=100 H, F₂=80 H, M=1900H*mm, a=l=40 mm, q₁=4 H/mm, q₂=3H/mm.

1) Составим уравнение для моментов относительно точки А и Е.



Подставим числовые значения.

Выполним проверку, составим уравнение сил по оси У.



2) построим эпюры моментов и сил

1.2 Расчет сечения балки

Для конструкции на рисунке 1.5 рассчитать действующие силы и найти диаметр подходящей круглой балки.

l₁=1м, l₂=1м, l₃=3м, l₄=1м, l₅=1.5м, q=4 кН/м, F₃=5кН, F₂=8кН, F₆=8 кН,

М₂=12 кН*м.

Предел растяжения, сжатия Стали

5 .



Рисунок 1.5 Расчетная схема

1) Составим уравнение для моментов по оси Х и моментов относительно точки А.

H.

Подставим численные значения

Выполним проверку, составим уравнение для моментов относительно точки F.

0=0 Верно.

Найдем R₁ и R_B так как угол 90⁰

По формуле радиуса получим:

2. Разработка конструкции узла механизма

При разработке конструкции основное внимание необходимо уделять технологичности деталей и узлов, достижению точности наиболее важных размеров деталей, определяющих заданные параметры конструкции.

2.1 Выбор кинематической схемы аппарата

Основным элементом механизма является измерительный шток 3 с пружиной 4. При своем рабочем движении шток 3, сжимая пружину 4, соприкасается концом с внутренней поверхностью упора 8. Необходимо обеспечить точное, свободное движение боковых поверхностей штока, для чего служат бронзовые втулки 5,7.

Кинематическая схема обеспечивает два положения:

- Шток отжимается пружиной 4 до упора с верхней поверхностью втулки 5, при этом обеспечивается зазор между концом штока и внутренней поверхностью упора 8.

- Шток перемещается на величину h, при этом пружина полностью сжимается, а конец штока соприкасается с внутренней поверхностью упора.

Рассматриваемая кинематическая схема может обеспечить довольно простую конструкцию механизма. При этом необходимо провести следующие изменения в конструкции:

1. Провести замену материала, применяемого в конструкции (металлических деталей на детали, получаемые методом формирования из пластмасс).

2. Упростить конструкцию, отказавшись от сборочных операций, требующих соединения деталей с натягом.



2.2 Описание предлагаемой конструкции

Предлагаемая конструктивная компоновка приведена на рисунке 2.2.1.

Рисунок 2.2.1- Схема конструкции механизма

1- корпус; 2-основание; 3- шток; 4- пружина, 5- втулка основания; 6- упор для пружины; 7- втулка; 8- упор; 9- крышка.

Рисунок 2.2.2-Общий вид механизма



Для обеспечения хода штока и уменьшения трения, в основание и крышку предлагается установка бронзовых втулок 5 и 7.

Крышка 9 и корпус 1 соединяются склеиванием.

Установка механизма на объект производится со стороны основания.

2.3 Проектирование пружины

В конструкции пружина является силовым элементом, обеспечивая заданные усилия при перемещениях штока.

В качестве пружины из конструктивных соображений была выбрана винтовая цилиндрическая пружина.

Необходимо определить геометрические параметры пружины и величину погрешностей силовой характеристики.

Известно, что на точность силовой характеристики F=f(h) влияют следующие конструктивно-технологические факторы:

- допуск на диаметр провода d;

- отклонение величины D0 - среднего диаметра витка;

- отклонение величины G - модуля сдвига материала проволоки;

- отклонение числа витков в процессе навивки;

- отклонение по высоте пружины l1.

Эти параметры задаются в нормативно-технической документации:

ГОСТ на материал и в виде практических рекомендаций (СТП).

Зависимость силы от прогиба винтовой пружины сжатия показана на рисунке 2.3.1.

Положение А характеризует состояние пружины до ее монтажа в механизме, когда действующая сила F=0. После монтажа пружина нагружается силой начального контактного нажатия F1 и получают начальный прогиб f1 (положение В). Положение С соответствует состоянию пружины, когда она имеет полный прогиб f2 и развивает силу F.



Рисунок 2.3.1 - Характеристика пружины сжатия

10 - свободная длина пружины; 11 - длина пружины, соответствующая начальному нажатию (встроенная длина пружины); 12 - длина, соответствующая конечному нажатию при заданном ходе подвижного элемента.

2.4 Расчет геометрических параметров пружины

2.4.1 Определение деформации пружины

Определяем жесткость пружины при сжатии на 1 мм



Тогда деформации пружины в точках В, С будут равны:

Как правило геометрические размеры пружины рассчитываются на заданную величину деформации f2 , т.е. это такая деформация, когда дальнейшее сжатие пружины отсутствует.

Для того, чтобы не было случая, когда на подходе к точке С произойдет полная деформация пружины и мы не достигнем силы F2, при расчете задаемся более большей деформацией чем f2 при сохранении заданной жесткости пружины.

Выбираем усилие FЗ заведомо больше усилия F2 на 10%.

Деформация пружины для этого усилия:

2.4.2 Выбор материала проволоки пружины

Выбираем провод углеродистый пружинный для которого:

у_дкр=490 -допустимы предел выносливости при кручении для провода повышенной прочности;

G= - модуль сдвига материала.

2.4.3 Определение диаметра проволоки и числа витков пружины

Конструктивные особенности пружины характеризуют показателем индекса пружины:

где Do - средний диаметр витка пружины, d - диаметр проволоки.

Рисунок 2.4.1- Виток пружины

По рекомендации С берётся от 8 до 16. Мы ограничимся пределом 10-12. Выбираем С=10.

Определяем диаметр проволоки:

По ГОСТУ выбирается диаметр d=2.5 мм, провод повышенной точности с предельным отклонением ±0,02мм:

d=2.5±0.02 мм

Определяем средний диаметр витка пружины по формуле:



Определяем число витков пружины по формуле:

Так как мы округлили диаметр провода, этим самым внесли погрешность в характеристики силового элемента. Произведем уточнение среднего диаметра витка пружины:

2.4.4 Определение длины пружины в рабочем и свободном состоянии

Определяем геометрические размеры пружины. Шаг навивки равен:

Длина пружины в свободном состоянии:

Принимаем l0=182 мм.

Длина в рабочем состоянии:

Принимаем l2=77 мм.



Длина встроенной пружины:

Принимаем l1=147 мм.

Определим наличие запаса:

запас есть.

...