Московський ордена Леніна, ордена Жовтневої Революції і ордена Трудового Червоного Прапора
Державний Технічний Університет ім. Н.Е. Баумана
Калузький філія
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту на тему:
Проектування механізму повороту і відліку аттенюатора
Калуга
Зміст
Завдання на проектування
Мета і призначення виробу
Проектування кінематичної схеми
Опис конструкції
Розрахунок спіральної багатооборотної шкали
Опис конструкції шкали
Розрахунок черв'ячної передачі
Вибір діаметра вала-черв'яка
Вибір підшипників для вала-черв'яка
Вибір підшипників для рухомого хвилеводу
Література
Програми
Завдання на проектування
Тема завдання: розробити конструкцію механізму повороту поглинаючої пластини П центрального хвилеводу 2 поляризаційного аттенюатора в поєднанні зі звітним пристроєм за кінематичною схемою, вихідним даним та наступним технічним вимогам:
Загасання сигналу в хвилеводі 3 забезпечити поворотом хвилеводу 2 з пластиною П на кут від Q = 0 до Q = Q max
Пластину П виготовити з подвійного шару слюди, товщиною 0.25 мм з нанесенням поглинаючого шару з графіту.
Отвори вхідного і вихідного хвилеводів виконати прямокутними з розмірами 18 '28 мм. На кінцях передбачити контактні фланці.
З'єднання центрального рухомого хвилеводу з нерухомим виконати дросельними фланцями.
Для поліпшення електричних характеристик контура контактні і струмопровідні поверхні срібла.
Мета і призначення виробу. Опис принципу дії
Для зменшення потужності у відоме число разів використовуються прилади, які називаються аттенюатора. Вони застосовуються в різних вимірювальних приладах, наприклад, у генераторах малих потужностей. Аттенюатор будь-якого типу характеризується внесеним в тракт загасанням, тобто ставленням потужностей на вході і виході.
У радіотехнічному діапазоні хвиль застосовуються атенюатори різних типів, у тому числі атенюатори, що забезпечують затухання за рахунок поглинання потужності матеріалом, вміщеним в електромагнітне поле. Вони бувають коаксіальні та хвилеводні. Схема аттенюатора для круглого хвилеводу, збуджуваного хвилею Н1, показана на малюнку 1.
Рис. 1.
Тут 1 і 3 - нерухомі ділянки хвилеводу, 2 - його обертовий ділянку. Коли всі три поглинають пластини П лежать в одній площині, то загасання близько до нуля. У міру повороту поглинаючої пластини під обертається хвилеводу затухання на вихідному кінці хвилеводу збільшується. Принцип виникнення загасання показаний на малюнку 2.
Рис. 2.
Вектор напруженості поля Е може бути розкладений на складову Esin Q в площині пластини і складову Ecos Q, перпендикулярну їй. На виході середньої секції хвилеводу складова Esin Q не пропускається. Минула складова Ecos Q в нерухомій третьої секції відновлює первинну поляризацію, утворюючи складові Еcos 2 Q і Esin Q Ecos Q, на виході сусідній секції залишається лише складова Еcos 2 Q. Згасання такого аттенюатора визначається виразом:
А = М lg cos Q,
де М - постійна загасання.
Проектування кінематичної схеми
Кінематична схема повинна забезпечувати поворот рухомої частини хвилеводу 2 (див. креслення) з поглинаючою пластиною П щодо нерухомих ділянок 1 і 3. Її поворот на кут Q здійснюється за допомогою рукоятки 5, яка управляє черв'ячної передачею Z 1 - Z 2. Черв'ячне колесо закріплене при цьому на рухомому ділянці хвилеводу. Відлік загасання будемо вести за шкалою 4. Графік функції загасання А = М lg cos Q показаний на малюнку 3.
Рис. 3.
Опис конструкції
Аттенюатор складається з корпусу, відлитого з магнієвого сплаву МЛ5, з'єднаного фланцями з вхідним і вихідним хвилеводами. Усередині корпусу на кулькових підшипниках обертається рухомий хвилевід з поглинаючою пластиною. Її обертання здійснюється від ручки настройки за допомогою черв'ячної передачі, що складається з черв'яка і черв'ячного колеса, насадженого на зовнішню поверхню рухомого хвилеводу. Поглинаючі пластини зі слюди з графітовим покриттям встановлено також у нерухомих хвилеводах. Шкала звітного пристрої багатооборотна і закріплена на осі черв'яка. З'єднання хвилеводів безконтактне, дросельного типу. Для зменшення випромінювання в зазорі в волноводном тракті встановлені поглинають шайби. Шайби фіксуються на хвилеводі за допомогою стопорних кілець. Так як частота внутрішньої поверхні хвилеводу сильно впливає на величину загасання, чистоту поверхні призначають не гірше Ra = 0.32 з наступним срібленням. Поглинаючі пластини виготовлені з двох шарів слюди, товщиною 0.25 мм з нанесеним на їх зовнішню поверхню поглинає шару з графіту. Передаточне число черв'ячної передачі u = 12, Заходне черв'яка Z 1 = 4, число зубів на колесі Z 2 = 48, модуль зачеплення m = 1 мм.
Розрахунок спіральної багатооборотної шкали
Вихідні дані для розрахунку: Тема № 8 Варіант № 5
Постійна загасання М = -45
Найбільша відносна похибка настроювання
e = 0,5 для 0 <Q <45 про
e = 2,0 для 45 про <Q <Q max
Діапазон загасання
А min = 0 Дб А max = 70 Дб
Внутрішній діаметр центрального хвилеводу
d в = 32 мм
Діаметр шкали (початок оцифрування) відлікового пристрою
D ш = 150 мм
Порядок розрахунку:
Визначаємо кут повороту елементу настройки, відповідний найбільшому загасанню
Q max = arccos 10 Amax / M
Q max = Arccos 10 70 / -45 = 88,384 °
Розрахунок для відносної похибки
e = 0.5 при 0 <Q <45 про
Знаходимо кут повороту елементу настройки, відповідний заданій величині абсолютної похибки D А, виходячи з
A 1 = A max - 2 * D A = A max -2 * e * A max / 100% = 70 - 2 * 0,5 * 70 / 100 = 69,3 Дб
Q 1 = arccos 10 A1 / M = arccos 10 69,3 / -45 = 88,347 °
Вибираємо припустиму похибку переміщення на ручці налаштування з умови
[Dj n] = 1 ... 1.5 o. Вважаємо [dj n] = 1 о.
Розрахуємо величину коефіцієнта уповільнення
i = [dj n] / dj n = [dj n] / (Q max - Q 1) = 1 / (88,384-88,347) = 37
Проводимо розрахунок шкали, виходячи з довжини поділу
[B] = 1 ... 1.5 мм. Покладемо [b] = 1.5мм
Ціна ділення
H = 2 * D A = 2 * A max * e / 100 = 2 * 70 * 0.5/100 = 0,7 Дб
Число поділок шкали
N = A / H = 70 / 0.7 = 100
Число оборотів шкали при куті повороту елементу настройки
Q max = 88,384 °
K = Q max i / 2 p = 88,384 * 37/360 = 9,08
Число поділок на кожному обороті
N '= N / K = 100 / 9,08 = 11,01
Найменша довжина поділки шкали при найбільшому радіусі шкали
R o = D ш / 2 = 150 / 2 = 75 мм
і далі окресленої дугами кіл буде на кожному полувітке
b k '= 2 p R m / N' = 2 p (R o - (t / 4) * m) / N '
де t - крок спіралі шкали
t = 4 мм
b 1 = 2 p (75 - 1 * 1) / 11,01 = 42,02
b 2 = 2 p (75 - 1 * 3) / 11,01 = 41,07
b 3 = 2 p (75 - 1 * 5) / 11,01 = 39,93
b 4 = 2 p (75 - 1 * 7) / 11,01 = 38,9
b 5 = 2 p (75 - 1 * 9) / 11,01 = 37,65
b 6 = 2 p (75 - 1 * 11) / 11,01 = 36,5
Розрахунок зроблений правильно, тому що b k> [b]
Розрахунок для відносної похибки
e = 2 при 45 о <Q <Q max
4.1 Знаходимо кут повороту елементу настройки, відповідний заданій величині абсолютної похибки D А, виходячи
A 1 = A max - 2 * D A = A max -2 * e * A max / 100% = 70 - 2 * 2 * 70 / 100 = 67,2 Дб
Q 1 = arccos 10 A 1 / M = Arccos 10 67,2 / -45 = 88,161 °
4.2 Вибираємо припустиму похибку переміщення на ручці налаштування з умови [dj n] = 1 ... 1.5 o. Вважаємо [dj n] = 1 о.
4.3 розрахуємо величину коефіцієнта уповільнення
i = [dj n] / dj n = [dj n] / (Q max - Q 1) = 1 / (88,384-88,161) = 2,23
4.4 Проводимо розрахунок шкали, виходячи з довжини поділу
[B] = 1 ... 1.5 мм. Покладемо [b] = 1.5мм
4.5 Ціна ділення
H = 2 * D A = 2 * A max * e / 100 = 2 * 70 * 2 / 100 = 2.8 Дб
4.6 Число поділок шкали
N = A / H = 70 / 2,8 = 25
4.7 Число обертів шкали при куті повороту елементу настройки
Q max = 88,384 °
K = Q max i / 2 p = 88,384 * 2,23 / 360 = 0,55
4.8 Число поділок на кожному обороті
N '= N / K = 25 / 0,55 = 45,4
4.9 Найменша довжина поділки шкали при найбільшому радіусі шкали
R o = D ш / 2 = 150 / 2 = 75 мм
і далі окресленої дугами кіл буде на кожному полувітке
b k '= 2 p R m / N' = 2 p (R o - (t / 4) * m) / N '
де t - крок спіралі шкали
b 1 = 2 p (75 - 2 * 1) / 45,4 = 10,1
b 2 = 2 p (75 - 2 * 3) / 45,4 = 9,5
b 3 = 2 p (75 - 2 * 5) / 45,4 = 8,9
b 4 = 2 p (75 - 2 * 7) / 45,4 = 8,4
b 5 = 2 p (75 - 2 * 9) / 45,4 = 7,9
b 6 = 2 p (75 - 2 * 11) / 45,4 = 7,3
і далі окресленої дугами кіл буде на кожному полувітке
де t - крок спіралі шкали
t = 8 мм
4.10 Розрахунок зроблений правильно, тому що b k> [b], де [b] = 1.5мм
6. Опис конструкції шкали
Конструкція звітного пристрої з багатооборотної шкалою в основному аналогічна звітному пристрою за однооборотной шкалою. Відмінність полягає в кінематичного зв'язку між обертанням шкали 1 і переміщенням покажчика 2 в радіальному напрямку за один оборот шкали, що дорівнює одному кроку спіралі. Це забезпечується входженням виступів з одного боку покажчика в проріз спіралі шкали, а виступу з іншого боку покажчика в направляючі 3 утримувача шкали (рис. 4).
Шкалу зі спіраллю виготовляють з металу, шкалу виготовляють з оргскла. На оргскло наносимо оцифровку. Написи на шкалі
Рис.4
виконуємо шрифтом за ГОСТ 2930-62. Технічні вимоги до конструкції шкали
Число поділок шкали - 125. Шкала містить 37 головних відміток, які діляться середньої відміткою навпіл.
Допустиме зміщення оцінок від номіналу ± 3
Ризики і цифри гравірують. Ширина рисок - 0,2 мм, глибина - 0,85 мм. Шрифт написів ПО-5 за ГОСТ 2930-62. Гравіювання заливають емаллю.
Рис.5
Розмітка на багатооборотної шкалою наноситься з урахуванням проведених розрахунків. Шкала закріплюється на валу за допомогою штифта. Шкалу і спіральну шкалу з'єднуємо склеюванням.
7. Розрахунок черв'ячної передачі
Вихідні дані:
Передаточне число черв'ячної передачі Заходне черв'яка Число зубів на черв'яка Модуль зачеплення | U = 12 Z 1 = 4 Z 2 = 48 M = 1 |
7.1 Розрахунок параметрів зачеплення
7.1.1 Міжосьова відстань
a w = 0.5 M (Z 2 + q) = 0.5 * 1 (48 +20) = 34
де q - коефіцієнт діаметра черв'яка. Він вибирається зі спеціального ряду. Приймемо = 20, тому що необхідно підвищити жорсткість черв'яка.
7.1.2 Приймаються h а * = 1 за ГОСТ 9036 - 73.
7.1.3 Передаточне число U = 12.
7.1.4 Модуль зачеплення M = 1
7.2 Розрахунок черв'яка
7.2.1 Довжина нарізаної частини черв'яка
b 1 ³ (12.5 +0.09 * Z 2) * M
b 1 ³ (12.5 +0.09 * 48) * 1 = 16.89; b 1 = 17
На кінці нарізний частини виконують фаски під кутом 20 о. Забезпечення жорсткості - основна умова, що пред'являється до конструкцій черв'яків. Тому відстань між опорами вала - черв'яка приймають по можливості мінімальним.
7.2.2 Знаходимо ділильний кут підйому витка
tg g = Z 1 / q
g = arctg Z 1 / q = arctg 4 / 20 = 11.3 °
7.2.3 Знаходимо висоту витка
h = (2 h а * + Cos 20 ° ) M = 2.25 * 1 = 2.25
7.2.4 Знаходимо ділильний діаметр черв'яка
d = q * M = 20 * 1 = 20
7.2.5 Визначаємо діаметр вершин витків
d a 1 = d 1 + 2 M = 20 +2 = 22
7.2.6 Знаходимо діаметр западин витків
d f 1 = d 1 - 2.5 M = 20 -2.5 = 17.5
7.2.7 Знаходимо крок черв'яка
p = p M = 3.14
7.2.8 Хід витка розраховуємо за відомим модулю зачеплення
p z 1 = p * Z 1 = 3.14 * 4 = 12.56
7.2.9 Вибираємо архимедів черв'як та праве напрямок лінії витка
7.2.10 Визначаємо коефіцієнт зміщення
x = a w / M - 0.5 (Z 2 + q) = 34 - 34 = 0
Відношення фактичного передавального від заданого становить не більше 4%. Черв'як виготовляється зі сталі 45 відповідно до ГОСТ 1050 - 74.Діаметр не нарізану частини черв'яка вибирають таким чином, щоб забезпечувати вихід інструменту по можливості вільним при обробці витків.
7.3 Розрахунок черв'ячного колеса
7.3.1 Визначаємо ділильний діаметр колеса
d 2 = Z 2 * M = 48 * 1 = 48
7.3.2 Діаметр вершин зубів визначаємо за формулою
d a 2 = d 2 + 2 M = 50
7.3.3 Обчислюємо діаметр западин зубів
d f 2 = d 2 - 2.5 M = 45.5
7.3.4 Найбільший діаметр черв'ячного колеса
d am2 £ d a2 + 6M / Z 1 + 2 = 50 + 6 / 4 + 2 = 53.5; d am2 = 52
7.3.5 Ширина вінця зубчастого колеса
b 2 £ 0.67 d a 1 = 14.74; b 2 = 14
7.3.6 Кут обхвату черв'яка колесом вибираємо в залежності від призначення передачі
2 d = 22 ... 66 °
У зв'язку з великим діаметром отвору в колесі вважаємо.
7.3.7 Визначаємо радіус виїмки поверхні вершин зубів
R = 0.5 q - M = 0.5 * 20 -1 = 9
Зубчастий вінець виготовляється з бронзи і насаджується з натягом на сталеве кільце. Марка бронзи ШЛЮБ - 9 - 4л за ГОСТ 1586 - 70. Кільце насаджуємо з натягом на поверхню хвилеводу.
7.3.8 Визначаємо радіуси заокруглень западин і вершин зубів
P f 2 = 0.3 M = 0.3; P k 2 = 0.1 M = 0.1
7.3.9
Допуски на розміри черв'яка і колеса призначені відповідно до таблиці за ГОСТ 9368 - 60. З'єднання в натяг можна отримати безпосередньо після виготовлення колеса.
8. Вибір діаметра валу - черв'яка
Діаметр валу визначаємо з умови міцності на кручення, а вигин враховується шляхом зниження допустимих напружень
d ³ = 2
де Mk-крутний момент, який обирали з конструктивних міркувань Mk = 20
[T] - допустиме напруження [t] = 20 мПа
У зв'язку з тим, що вал виготовляють заодно з черв'яком приймаємо d = 12мм. У процесі розробки конструкції вала розміри призначають, виходячи з конструктивних міркувань. Номінальні діаметри всіх посадочних місць узгодять із стандартним поруч номінальних розмірів. Для підвищення технологічності конструкції розміри жолобників і розміри фасок на одному валу приймають по можливості однаковими. Ширина канавок для виходу інструмента також будемо приймати однаковою. У місцях зміни діаметра валу виконуємо плавний перехід-жолобник постійного радіусу. Для зменшення концентрації напружень різниця між діаметрами ступенів валу повинна бути мінімальною, а радіус галтелі максимальним. На кресленні також показані граничні відхилення розмірів, допуски форм і розташування поверхонь, параметри шорсткості, вказівки про матеріал, інші відомості, необхідні для виготовлення деталі. Вимоги до шорсткості поверхонь, що сполучаються встановлюють виходячи з величини призначеного допуску. Максимально необхідну шорсткість поверхні деталі можна визначити по заданому допуску в довіднику.
9. Вибір типу підшипників для валу черв'яка
Приймаються попередньо підшипник кульковий радіально-упорний легкої серії 36100 з кутом a = 12 °.
F r 1 = F r 2 = 10.517 H; F a = 40.17 H
Частота обертання вала n = 300 об / хв. Необхідна довговічність підшипника L = 6300 год. Діаметр посадкової поверхні d = 10 мм.
Для цього підшипника на стор.201 у книзі [3] за таблицею знаходимо:
С = 5030 - динамічна вантажопідйомність
З о = 2180 - статична вантажопідйомність
Визначаємо відношення:
F a / C o = 40.17/2180 = 0.02
X = 0.014; Y = 1.81; l = 0.3
Ці значення знаходимо для заданого відношення за таблицею в підручнику [2]. Знаходимо відношення
F a / VF r = 40.17 / 1 * 10.517 = 2.74
Остаточно приймаємо
X = 0.014: Y = 1.81
Визначаємо еквівалентну динамічне навантаження. Приймаються значення коефіцієнтів K r = 1; K б = 1.3 згідно з таблицею підручника [3].
P f = (VXF r + YF r) * K r * K б = (1 * 0.014 * 10.517 +1.81 * 40.17) * 1 * 1.3 K r = 50.81 H
Визначаємо необхідну вантажопідйомність за формулою:
C mp = P f = 47.48H
Так як C mp <C, то даний підшипник підходить. Характеристики підшипника:
d = 10мм; B = 8мм; r = 0.5мм; D = 26мм; a = 20 °
Спосіб установки підшипників на валах показаний на складальному кресленні аттенюатора.
10. Вибір типу підшипника для рухомого хвилеводу
Вибираємо попередньо кульковий радіальний підшипник особливо легкої серії 107.
Для цих підшипників з таблиці в підручнику [2] знаходимо, що
C o = 15900 H - динамічна вантажопідйомність.
Так як підшипник радіальний, то осьова складова дорівнює 0. З умови рівноваги знаходимо
F a = 40.17 H; F r = 17.1 H
Знаходимо відносини за таблицею в підручнику [3] знаходимо, що
X = 0.56; Y = 2.3; l = 0.19
Знаходимо відношення
F a / VF r = 40.17/17.2 = 2.54,
що більше l = 0.19.
Остаточно приймаємо X = 0.56; Y = 2.3.
Знаходимо еквівалентну динамічне навантаження
P e = (F r * XV + XF a) * K б * K r
Приймаються K r = 1 (температура підшипника менше 100 ° C;
K б = 1, див. таблицю в підручнику 2).
P e = (1 * 0.56 * 17.1 + 2.3 * 40.17) = 40.263 H
Визначаємо необхідну динамічну вантажопідйомність
C mp = P e = 49.574H
Так як C mp <C, то попередньо обраний підшипник підходить. Цей підшипник має следуюшіе характеристики:
d = 31,5 мм; B = 14 мм; r = 1.5мм; D = 62мм;
C = 15900 H; C o = 8500 H.
Література
1.Елементи приладових пристроїв (курсове проектування) у 2-х частинах під ред. О.Ф. Тащенко. М. «Вища школа» 1978.
2.Дунаев П.Ф. Конструювання вузлів і деталей машин. - М.: «Вища школа» 1978.
3. «Довідник конструктора точних приладів» під. Ред. Н.Я. Левіна. М.: «Машинобудування» 1964.
4.Курсовое проектування механізмів РЕЗ: Навчальний посібник для вузів за спец. «Конструювання і технолог. радіоелектр. засобів »/ В.В. Джамай, І.П. Плеве, Г.І. Рощин та ін; Під ред. Г.І. Рощина. - М.: «Вища школа», 1991.