4467
.pdfМинистерство науки и высшего образования РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Детали мехатронных модулей, роботов и их конструирование
Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов по направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника
Воронеж 2018
УДК 681.323-181.4
Детали мехатронных модулей, роботов и их конструирование:
Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов по
направлению подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника / А. А.
Грибанов ; ВГЛТУ. – Воронеж, 2018. – 8 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Афоничев Д.Н.
В данных методических указаниях даны все необходимые пояснения, обеспечивающие самостоятельную работу студента.
Общая тематика курсового проекта: “Конструирование мехатронного модуля с поступательным движением выходного звена”.
Основная цель, решаемая в проекте, заключается в конструировании мехатронного модуля (ММ) с заданными техническими характеристиками. Требуемые технические характеристики модуля, а также вид движения его выходного звена, содержатся в задании,
выдаваемом студенту.
Варианты заданий
№ |
Максимальное |
Частота вращения |
Линейная скорость |
Длина винта |
варианта |
усилие передачи |
вала двигателя ММ |
выходного звена ММ |
ШВП lв, мм |
|
Fнагр, Н |
n, об/мин |
вых, м/с |
|
1 |
25 |
1000 |
0,085 |
1100 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
2 |
40 |
1500 |
0,1 |
900 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
3 |
50 |
750 |
0,04 |
1250 |
|
|
|
|
|
4 |
60 |
1500 |
0,13 |
1000 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
5 |
100 |
750 |
0,05 |
1500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
110 |
1500 |
0,15 |
1300 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
7 |
140 |
750 |
0,1 |
2000 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
8 |
150 |
1000 |
0,053 |
1200 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
9 |
200 |
1000 |
0,065 |
1600 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
10 |
250 |
750 |
0,04 |
1900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
270 |
1000 |
0,1 |
1800 |
|
||||
|
|
|
|
|
12 |
350 |
1500 |
0,2 |
1700 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
13 |
600 |
1500 |
0,1 |
1400 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
14 |
650 |
1000 |
0,17 |
2300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
700 |
750 |
0,075 |
2200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
900 |
1000 |
0,085 |
2100 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
17 |
1250 |
750 |
0,064 |
2400 |
|
|
|
|
|
18 |
1500 |
1500 |
0,147 |
1850 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
1700 |
1500 |
0,25 |
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
2200 |
750 |
0,1 |
3000 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
21 |
2300 |
1000 |
0,1 |
2700 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
22 |
2800 |
1000 |
0,2 |
2900 |
|
||||
|
|
|
|
|
23 |
3000 |
750 |
0,127 |
3300 |
|
|
|
|
|
24 |
3200 |
1500 |
0,3 |
2400 |
|
|
|
|
|
25 |
3240 |
750 |
0,15 |
3500 |
|
|
|
|
|
26 |
3300 |
1000 |
0,17 |
2800 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
27 |
3400 |
750 |
0,2 |
3800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
3500 |
1000 |
0,25 |
3200 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
29 |
3700 |
750 |
0,16 |
3900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
5000 |
750 |
0,12 |
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для всех вариантов расположение винта ШВП - горизонтальное.
Состав пояснительной записки (общее содержание)
Введение
В нем может быть представлена общая информация по мехатронным устройствам, преимуществам их использования, области применения конструируемого мехатронного модуля и т.д.
1.Обзор существующих мехатронных модулей
Раздел подразделяется на пункты, количество которых зависит от числа видов рассматриваемых мехатронных модулей.
Содержание раздела:
-классификация мехатронных модулей движения;
-общая информация и технические характеристики существующих мехатронных модулей движения;
-описание компонентов ММ (исполнительный привод, подшипники, преобразователь движения, датчики, ЦАП, АЦП, микроконтроллер, направляющие, тормозное устройство и т.д.).
2. Расчетно-конструкторская часть
Содержание раздела:
-расчет шарико-винтовой передачи с обязательными тремя проверочными расчетами;
-расчет требуемой мощности двигателя;
-определение главных размеров сердечников статора и ротора двигателя для получения полной информации об элементах ММ при работе над его сборочным чертежом;
-расчет элементов тормозного устройства;
-описание состава и принципа работы предлагаемого ММ;
-в зависимости от подхода к проектированию могут добавляться, как пример, расчеты привода ММ, направляющих, выбор подшипников и т.д.
3. Информационная подсистема мехатронного модуля
Содержание раздела:
-выбор датчиков для ММ, обоснование выбора, их описание;
-выбор микроконтроллера для управления ММ;
-определение задач микроконтроллера;
-разработка модуля связи с компьютером;
- разработка алгоритма работы ММ.
Заключение
Оценка объема и выводы по проделанной работе.
Список использованных источников Спецификация к сборочному чертежу Приложения
Рекомендуемый объем пояснительной записки типового курсового проекта 50-60 страниц. Шифр в рамке: ДММР.ХХ0000.000ПЗ (ХХ - две последние цифры в зачетке).
Состав графической части типового курсового проекта
1 лист (общий вид или габаритный чертеж), формат А1
Название (пример): “Модуль мехатронный поступательного движения”. Цель данного чертежа: показать общий вид, поясняющий принцип
работы конструи руемого модуля, взаимное расположение ММ, каретки и направляющих,
способ соединения ММ с кареткой. Использовать на чертеже минимум два вида, например: вид сбоку и вид сверху.
2 лист (сборочный чертеж), формат А1
Название (пример): “Модуль мехатронный поступательного движения”.
Вконце методических указаний приведены примеры выполнения данного чертежа.
3 лист (деталировка к сборочному чертежу), формат А1
Должно быть представлено не менее двух элементов ММ.
У каждого из представленных элементов - индивидуальная рамка и соответствующее название согласно спецификации на сборочный чертеж.
Вконце методических указаний приведены примеры выполнения деталировки.
1.Расчет шарико-винтовой передачи
1.1.Расчёт геометрических параметров винта шарико-винтовой передачи
Для определения геометрических параметров звеньев механизма вначале задаемся некоторыми величинами в первом приближении.
Условие устойчивости винта определяется по формуле (данная формула предназначена для знакомства с ее элементами, входящими в условие устойчивости; для расчета не использовать):
(1.1)
где
nу – коэффициент запаса устойчивости (для вертикальных винтов ny = 2, для горизонтальных ny = 4; значение принимать в соответствии с заданием варианта);
Fнагр – максимальное усилие передачи (значение усилия передачи принимать в соответствии с заданием варианта), Н;
lр.г. – рабочая длина гайки (принимают равной 3 шагам винта), мм; q – коэффициент закрепления винта, q=40;
Еу – модуль упругости первого рода материала винта, Еу = 2,1*1011 Па;
Jрасч – приведенный к винту момент инерции поступательно
перемещающихся масс, мм4.
Угловая скорость гайки (винта) определяется по формуле:
(1.2)
где
n – частота вращения вала двигателя ММ (входит в состав исходных данных для определения главных размеров статора и ротора асинхронного двигателя мехатронного модуля, значение частоты вращения принимать в соответствии с заданием варианта).
Передаточное отношение ШВП определяется по формуле:
(1.3)
где увых - линейная скорость винта (гайки), т.е. выходного звена ММ
(значение линейной скорости принимать в соответствии с заданием варианта). Значение Ивп рекомендуется принимать в пределах от 300 до 2000 м-1. Шаг резьбы определяется по формуле:
(1.4)
где К - число заходов резьбы (обычно ШВП выполняются однозаходными,
т.е. К=1).
Результат вычисления шага резьбы, полученный в мм, округляем до ближайшего стандартного числа из ряда:
1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 24.
Полученное значение шага резьбы используется для определения рабочей длины гайки 1р.г.
На основании зависимости (1.1), приведенный к винту (валу) момент инерции поступательно перемещающихся масс равен, мм :
(1.5)
Средний диаметр винта определяют по формуле:
(1.6)
Значение диаметра винта посредством формулы (1.6) получаем в метрах, для удобства дальнейшей работы переводим в миллиметры и округляем до ближайшего большего стандартного значения из ряда:
3,5; 4; 4,5; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100
Диаметр шариков равен, мм:
(1.7)
где Кр - коэффициент шага резьбы, равный 0,6.
Результат dш округляют до ближайшего большего стандартного значения:
0,25; 0,30; 0,36; 0,635; 0,68; 0,7; 0,8; 0,84; 0,85; 1,0; 1,2; 1,3; 1,5; 1,558; 1,984; 2,0; 2,381; 2,5; 2,778; 3,0; 3,175; 3,5; 3,572; 4,0; 4,366; 4,5; 4,763; 5,0; 5,159; 5,5; 5,556; 5,8; 6,0; 6,35; 6,5; 6,747; 7,0; 7,144; 7,5; 7,938; 8,0; 8,334; 8,5; 8,731; 9,0; 9,575; 9,992; 10,0; 10,319; 10,716; 11,0; 11,112; 11,5; 11,509; 11,906; 12,0
Определяем угол подъема винтовой линии на среднем радиусе ходового винта по формуле:
(1.8)
где
d0 - диаметр окружности, на которой располагаются центры шариков (рис. 1.1); d0 считать равное dqi.
Приведенный угол трения качения определяется по формуле:
(1.9)
где
fk - приведенный коэффициент трения качения (при закаленных винтовых поверхностях HRC > 58 и стальных шариков твердостью HRC > 63
принимают fk 0,007.. .0,01 мм);
β - угол контакта шариков с винтом и гайкой; для круглой канавки β =300.
Рисунок 1.1 - Геометрия шарико-винтовой передачи
Коэффициент полезного действия винтовой пары:
(1.10)
Длина развертки рабочей части винтовой шариковой канавки определяется как:
(1.11)
Расчетное количество шариков:
(1.12)
Полученный результат округляют до ближайшего большего целого
значения.
Уточнение длины гайки производят по формулам:
(1.13)
(1.14)
Зазор между винтом (гайкой) и шариком:
(1.15)
Радиус канавки (радиус профиля резьбы винта и гайки) определяется из выражений:
при dш < 8мм
(1.16)
при dш > 8мм
(1.17)
Внутренний диаметр винта:
(1.18)
Внешний диаметр винта:
(1.19)
где
h1 - глубина профиля резьбы у винта и гайки; V (0,3...0,35)· d„.
1.2 Расчёт геометрических параметров гайки шарико-винтовой передачи Смещение профиля резьбы в радиальном направлении, мм:
(1.20)
Внутренний диаметр гайки, мм:
(1.21)
Диаметр окружности, по которой происходит контакт шариков с гайкой,
мм:
(1.22)
Внешний диаметр гайки, мм:
(1.23)
Наружный диаметр гайки при расположении в ней возвратного канала,
мм:
(1.24)
Наружный диаметр гайки при расположении возвратного канала вне гайки, мм:
(1.25)