3. Исходные данные

Момент  нагрузки выходного вала  .............................................          Н*м.
Частота  вращения  выходного  вала  .........................................         

Угловое  ускорение  вращения выходного вала  .........................        

Момент  инерции  нагрузки  ........................................................         кг*м2.

Угол поворота выходного вала  ..................................................

Срок службы привода  ............................................................... 

Напряжение питания двигателя  .................................................                  В

Температура эксплуатации  ........................................................ 

Характер производства  .............................................................. мелкосерийное

			4. Назначение устройства.
	Электромеханический привод предназначен для управления положением объекта в аэродинамической трубе, он расположен вне полости аэродинамической трубы и передаёт через безлюфтовую соединительную муфту вращение по определённой программе входному валу объектодержателя аэродинамической трубы. Обеспечивается как дискретный, так и следящий режимы.   

		5. Разработка технического предложения.
	Анализ ТЗ и кинематической схемы. Уточнение ТЗ.
	Отметим, что по ТЗ в приводе предусмотрена предохранительная муфта на выходном валу. Это значительно снижает требования к точности привода.
	По ТЗ угол поворота выходного вала - 150О. Угол поворота вала потенциометра ПТП-1 (рекомендован для использования в приводе) составляет 330О 
	При разработке нашего изделия постараемся использовать возможность заимствования аналогов, хорошо себя зарекомендовавших при эксплуатации.
	Обратим внимание на характер производства: мелкосерийное. Это означает, что прибор будет изготовляться малой партией. В связи с этим желательно будет применение стандартных изделий массового производства, для снижения стоимости и повышения надежности устройства. Здесь же отметим, что для изготовления элементов конструкции нежелательно использование литья, так как для этого потребуется дорогостоящее оборудование и приспособления, которые, возможно, больше никогда не будут использоваться. Штамповочное оборудование тоже дорогое, но для него существует возможность упрощения процесса, например, применение штампа-"пинцета" или поэлементной штамповки. Наилучшим является вариант использоания механической обработки на универсальном станке.
	Учитывая высокую стоимость продукта единичного производства, целесообразно предусмотреть легкодоступные и удобные места крепления ненадежных элементов (двигатель, потенциометр), что позволит быстро их заменять при выходе из строя и, при необходимости, эксплуатировать изделие после окончания гарантии.
	Климатическое исполнение предусматривает эксплуатацию изделия в отапливаемом помещении с искусственной вентиляцией. Это означает, что возможны незначительные колебания температуры, повышенная влажность, а также попадание на устройство пыли и вредных выбросов. Защиту можно выполнить тремя способами: помещение нашего изделия в корпус приборного устройства, применение закрытого корпуса для самого изделия, использование защитных покрытий на элементах изделия.
	Из заданной кинематической схемы выводим следующее:
	- компоновочная схема имеет один входной вал и один выходной вал
	- вид движения  выходного звена вращательный и реверсивный;
	- входной и выходной валы расположены параллельно, что однозначно определяет 
	использование цилиндрических передач.
	6. Выбор и обоснование элементной базы привода.
	
	Все рассуждения, касающиеся выбора двигателя и зубчатых передач будут приведены ниже (см. "Выбор двигателя" и "Определение типов, числа и параметров элементарных передач привода" соответственно). Из предложенных типов потенциометров выбираем ПТП-1 с рабочим углом 330 (из имеющихся вариантов он самый копмактный). Микровыключатели берем типа МП-12, так как они имеют малые размеры и малое усилие срабатывания.

Теперь можно определить момент на валу потенциометра.

момент сопротивления потенциометра, Н мм
передаточное отношение цепи "выходной вал - элемент обратной связи"

Чтобы избежать соскальзывания движка потенциометра с дорожки при максимальном угле поворота, уменьшим угол поворота потенциометра с 330 до 315 путем изменения передаточного отношения. 

угловая скорость вращения потенциометра, рад/с

зададимся КПД кинематической цепи ВВ-ЭОС
			7. Проектировочный расчет ЭМП.
7.1 Выбор двигателя.
ТЗ предусматривает применение двигателей ДПР и ДПМ с напряжением питания 27 В.
Серия и исполнение двигателя определяются ниже.

зададимся КПД передачи цепи двигатель - выходной вал

мощность на валу двигателя, Вт
x=1.5
коэффициент запаса 

Минимальная мощность двигателя, Вт
Выбираем двигатель ДПР-62-Ф1-03
Характеристики двигателя:

напряжение питания, В

момент инерции ротора двигателя, кг м

число оборотов в минуту

номинальный момент, Н мм

пусковой момент, Н мм

Номинальная мощность двигателя, Вт

угловая скрость вращения, рад/с

передаточное отношение цепи двигатель -выходной вал
Предварительная проверка двигателя по статическому и динамическому моментам:

статический момент нагрузки, приведенный к валу двигателя, Н мм

коэффициент, учитывающий инерционность собственного зубчатого механизма принимаем максимально возможным.
формула для предварительного расчета динамического момента на валу двигателя, Н мм

суммарный момент, приведенный к валу двигателя, Н мм
Теперь можно выполнить предварительную проверку правильности выбора двигателя. Проверку будем проводить, учитывая возможность частых пусков и реверса. Получаем Мп>МS - двигатель проходит. 
7.2 Расчет кинематических цепей.
	В предварительных расчетах мы уже вычислили все передаточные отношения, поэтому сейчас нам остается только собрать их вместе.

Определение числа элементарных передач.
	Существуют различные способы разбиения передаточного отношения, которые зависят от требований, предъявляемых к конструкции. Для нашего привода мы можем назвать следующие: точность, так как нам необходимо фиксировать найденное положение объекта, быстродействие, так как привод реверсивный. В нашем случае довольно сложно отдать предпочтение какому-либо одному критерию, поэтому воспользуемся рекомендацией о том, что при наличии нескольких критериев, надо разбивать передаточное отношене по принципу мининмизации погрешности, а остальные требования обеспечивать за счет конструктивно-технологических мероприятий. Поэтому: 

- зададимся максимальным передаточным отношением одной ступени

количество ступеней редуктора
Примем количество ступеней n=3
Разбивку отношения по ступеням произведем так, чтобы уменьшить риведенный момент инерции редуктора.

Определение параметров элементарных передач.
	Необходимо назначить число зубьев для всех шестерен. Мы будем выбирать из диапазона 17..28, учитывая, что нижний предел -- малые габариты, верхний предел -- высокая точность. Нумерация колес и шестерен идет от входного вала к выходному. 

Число зубьев колес определяется как zколеса=zшестерни*iшк, где iшк - передаточное отношение рассчитываемой элементарной передачи.
Полученные значения необходимо заменить ближайшими из стандартных рядов. После замены изменятся расчетные передаточные отношения, поэтому мы проведем проверку и вычислим появившиеся отклонения Di. Чаще всего эти отклонения допускаются в пределах +2,5..5%

полученное значение общего передаточного отношения

исходное значение общего передаточного отношения

- для передачи предвыходной вал - потенциометр
Кинематическая схема привода:

7.4. Расчет моментов и усилий в кинематических цепях.
Расчет моментов, действующих на валах.
	Значения моментов необходимы для того, чтобы правильно определить размеры зубчатых колес и валов, а также тип и размеры опор. Определим крутящие моменты (статический и суммарный), действующие на каждом валу. У нас имеется два выходных вала, поэтому приведение моментов выполняется по отдельным участкам передачи, начиная от наиболее удаленных до места суммирования нагрузок, а потом суммарный момент приводится к валу двигателя.

частота вращения выходного вала, об/мин

Динамический момент нагрузки, н*м

Определим КПД элементарной цилиндрической передачи.

Валы нумеруются от двигателя к выходному валу (см. схему).

Значение момента на выходном валу, н*мм

Значение момента на предвыходном валу, н*мм

Общая расчетная формула момента на валу.

Значения моментов, действующих на валах, н*мм

7.5 Выбор материалов и допускаемых напряжений.
	Cначала назначим материалы для колес. Рекомендуется резко ограничивать количество материалов, используемых в разрабатываемом приводе, поэтому назначаем одинаковые материалы для всех колес и шестерен соответственно. При этом соблюдаем рекомендацию для прирабатываемых зубчатых передач: НВш>НВк+20...30 с целью выравнивания срока службы.
Шестерня:сталь 45Х, термоулучшение
Колесо: сталь 45, нормализация
Здесь же отметим следующее: моменты, действующие на колесах и шестернях, получились небольшие, поэтому следует рассмотреть возможность крепления колес на валах развальцовкой, что обычно сопровождается изготовлением шестерен вместе с валами. Поэтому предварительно назначим материал для валов сталь 45Х.
Твердости материалов шестерни и колеса

Предел выносливости при изгибе для выбранных материалов и обработки, МПа
шестерня
колесо

Базовое число циклов перемены напряжений
	для шестерни (улучшение)

	для колеса (нормализация)

Предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений Nно, МПа

для шестерни
для колеса
Плотности материалов шестерни и колеса, г/см

Пределы текучести материалов шестерни и колеса, МПа

Значения предельно допустимого контактного напряжения. Для нормализации и улучшения

Коэффициент линейного расширения зубчатых колес, 1/ С

Модули упругости первого рода, МПа

Предел выносливости для стали 45Х (улучшение) при симметричном знакопеременном цикле нагружения, МПа

7.6 Расчет на прочность элементов ЭМП.
Расчет на прочность зубчатых передач.
	В приборостроении проектировочным (основным) расчетом зубчатых передач является расчет на изгибную прочность (выносливость), так как для нас самое страшное -- поломка зуба. Задачей расчета является определение модуля и, как следствие, размеров зубчатых колес, при которых изделие будет сохранять свою работоспособность в течение заданного срока службы. Начинать проводить расчет на изгибную прочность надо с наиболее нагруженных передач.
-Коэффициент, учитывающий цикл нагружения колеса.У нас реверс, поэтому

-Коэффициент запаса прочности принимаем для обычных условий работы

-Рассчитаем коэффициент долговечночти Kfl:

число колес, одновременно находящихся в зацеплении с рассчитываемым
Частота вращения
Число циклов нагружения:

показатель степени при НВ<350, так как у нас прирабатываемая передача

формула для коэффициента долговечности

т. к. Kfl<1, то

Допускаемое напряжение изгиба, МПа

Коэффициент формы зуба (определяем по таблице или графику в зависимости от числа зубьев)

Составляем отношения для шестерен и колес
Для всех пар отношение получилось большим для колеса, значит расчет на прочность будем вести по нему, так как оно менее прочное.

Коэффициент ширины зубчатого венца

Коэффициент расчетной нагрузки

Число зубьев колес

Крутящий момент, действующий на рассчитываемое колесо, н*мм

Теперь у нас есть все данные, чтобы рассчитать модуль зацепления, мм

Модули получились малыми (за исключением 3). Рекомендуемый в приборостроении модуль - 0.3 (более мелкие модули значительно повышают себестоимость изделия). Согласно рассчетам назначим:
Для шестерен:

Для колес:

7.7 Определение размеров элементов передач.
	Имея теперь в своем распоряжении число зубьев и модуль, мы можем определить размеры зубчатых колес. На этом этапе окончательно принимаем решение о том, что все колеса крепятся развальцовкой и не имеют ступиц, за исключением последнего, которое должно иметь ступицу для крепления на вал потенциометра. Размеры этой ступицы будут определены ниже.

делительный диаметр, мм

диаметр вершин зубьев, мм

диаметр впадин, мм

ширина колес, мм 

делительное межосевое расстояние, мм

В направлении от двигателя к выходному валу:

7.8 Проектировочный расчет валов.
	Расчет начнем с последнего вала. Целью расчета является получение размеров вала, которые позволяют ему работать при заданных нагрузках. 
Выходной вал.
Проведем поректировочный расчет вала по крутящему моменту.
Крутящий момент Мкр, Н*мм

Для стали 45Х:

Назначим коэфициент запаса 

Назначим диаметры валов:

7.9 Выбор типа и материала корпуса.
	В связи с тем, что производство мелкосерийное, мы не рассматриваем возможность использования цельных и разъемных корпусов, а также сборных корпусов коробчатого типа. Последние применять нецелесообразно, так как привод работает в условиях условно чистой атмосферы, и коробчатые корпуса не смогут в этих условиях значительно улучшить защищенность прибора, однако они заметно повысят себестоимость изделия. Наиболее привлекательным является вариант применения двухплатного корпуса, в котором платы расположены параллельно и соединены между собой стойками с помощью винтов. Конструкция подобного ттипа имеет достаточную прочность и жесткость и допускает возможность узловой сборки. Заметим, что одновременная обработка отверстий в обеих платах, позволяет получить высокую точность их взаимного расположения. Материалом корпуса назначим алюминиевый сплав Д16, так как он достаточно дешев, легко обрабатывается, имеет хорошие механические характеристики и малую массу.
7.10 Выбор и обоснование выбора опор.
	Учитывая высокие моменты на ступенях,а также повышенные требования к быстродействию (в данном случае к времени разгона), выберем подшипники качения. Они обладают высокой нагрузочной способностью, малыми моментами трения, особенно при трогании, высокой точностью центрирования. Большой срок службы опор позволит повысить срок службы прибора. Постараемся выбрать подшипники с наименьшими габаритами.
	Для расчета подшипников необходимо сначала вычислить реакции в опорах.