Проектирование механизмов антенны радиолокатора (В№13-2)

13-2 (Титул).doc

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ
Кафедра “Прикладная механика”
АНТЕННА РАДИОЛОКАТОРА
Курсовой проект по предмету “Теория механизмов и машин”
Пояснительная записка
Руководитель:Филимонов И.Е.
Студент:Скороходов К. О.

13-2(Антенна радиолокатора).doc

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ .. .3
СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ЗУБЧАТОГО МЕХАНИЗМА 5
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ 12
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ КУЛАЧКОВОГО МЕХАНИЗМА 15
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО
СИЛОВОЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 28
Наименование параметра
Угол отклонения облучателя от
Расстояние между точками О и С механизма секторного обзора
Вертикальная проекция межосевого расстояния
Вес кривошипа с валом
Вес рефлектора с облучателем
Отношение расстояния от точки A до центра масс S2 шатуна к общей длине шатуна
Отношение расстояния от точки B до центра масс S3 рефлектора к длине lBC
Момент инерции кривошипа 1 редуктора 11 ротора двигателя 10 относительно оси вала О
Момент инерции шатуна относительно оси проходящей через его центр тяжести
Момент инерции платформы 9 (вместе с двигателем 10 редуктором 11 механизмом секторного обзора и рефлектором) относительно оси вращения платформы
Момент инерции колеса 8 относительно оси вращения
Момент инерции колеса 7 и планетарного редуктора 6 относительно оси вращения колеса 7
Маховой момент ротора двигателя 5
Коэффициент неравномерности вращения платформы антенны
Число зубьев колеса 7
Число зубьев колеса 8
Модуль зубчатых колес 7 и 8
Угол наклона зубьев для колес 7 и 8
СИНТЕЗ И АНАЛИЗ ЗУБЧАТОГО МЕХАНИЗМА
Коэффициенты смещения:
Параметры исходного торцового контура: ; ; ;
Делительные диаметры:
Угол зацепления в торцовой плоскости:
Делительное межосевое расстояние:
Межосевое расстояние:
Передаточное число:
Начальные диаметры:
Коэффициент воспринимаемого смещения:
Коэффициент уравнительного смещения:
Диаметры вершин зубьев:
Окружной делительный шаг:
Окружные делительные толщины зубьев:
Начальные окружные толщины зубьев:
Угол профиля зуба на окружности вершин:
Окружные толщины зубьев по вершинам:
Заострение отсутствует.
Радиусы кривизны эвольвенты на вершине зуба:
Длина линии зацепления:
Длина активной линии зацепления:
Коэффициент перекрытия:
Коэффициент торцового перекрытия:
Коэффициент осевого перекрытия:
Радиус кривизны эвольвенты в нижней точке активного
Радиус кривизны эвольвенты в граничной точке эвольвенты:
2 Вычисление профиля зуба
Для расчета профиля зуба вычислим ширину зуба по восьми различным окружностям.
Расчетная формула для нахождения ширины зуба:
где S d S1 – толщина зуба по делительной окружности зубчатого колеса мм; d1 – делительный диаметр зубчатого колеса мм; db – диаметр основной окружности зубчатого колеса мм.
Построение эвольвенты производилось путем поворота точки лежащей на пересечении окружности с диаметром dx и оси симметрии зуба относительно последней на угол и .
Расчетная формула для нахождения :
Для примера когда d S1=8.35 мм; d1=41.41 мм; db1=38.75 мм; α=20º:
Результаты расчетов приведены в табл. 1 для шестерни и в табл. 2 для колеса.
Результаты вычисления профиля зуба шестерни.
Результат вычисления профиля зуба колеса.
3 Вычисление коэффициентов удельных скольжений для шестерни и колеса
Удельные скольжения λ1 и λ2 характеризуют изнашивание активных профилей зубьев.
Длина линии зацепления:
Формула для вычисления коэффициента удельных скольжений для шестерни [1]:
где ρk1 – радиус кривизны эвольвенты шестерни в точке контакта.
Так как фактически зацепление происходит по активной линии зацепления то удельные скольжения целесообразно исследовать лишь в пределах g. Поэтому разобьем линию зацепления на 12 интервалов с началом координат в точке .
Для примера когда g=27.44 мм U=1.8 ρk1=2.3 мм:
Формула для вычисления коэффициента удельных скольжений для колеса [1]:
Результаты расчетов коэффициентов удельных скольжений для шестерни и колеса приведены в табл. 3.
Результаты расчета коэффициентов удельных скольжений для шестерни и колеса.
4 Определение скорости скольжения в зацеплении
Величину скорости скольжения в зацеплении можно определить по формуле:
где VS – скорость скольжения в зацеплении ммс; – длина отрезка РP1 мм; 1 – угловая скорость шестерни радс; 2 – угловая скорость колеса радс.
Вычислим угловую скорость колеса:
- угловая скорость платформы 9; - число оборотов платформы.
Зная угловую скорость колеса и передаточное число найдем угловую скорость шестерни:
Подставив в исходное уравнение вычисленные значения угловых скоростей а также измерив на чертеже длину отрезка РP1 получим:
5 Построение графика зон двухпарного зацепления.
Для построения данного графика вычислим величину шага зацепления по основной окружности P:
6 Масштабные коэффициенты
Масштабный коэффициент для построения зубчатого зацепления профиля зубьев а также для изображения зоны двухпарного зацепления:
Масштабный коэффициент для построения графика скорости скольжения в зацеплении:
Масштабный коэффициент для построения графика коэффициентов удельных скольжений:
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Определим передаточное отношение планетарной передачи:
где и - частота вращения зубчатого колеса и передаточное отношение зубчатой передачи определенное в первой части курсового проекта.
Для данного значения передаточного отношения подходит следующая схема редуктора:
Примем более удобное для расчетов округленное значение передаточного отношения планетарной передачи:
Уточним величины угловых скоростей для платформы 9 колеса 8 и шестерни 7:
Угловая скорость двигателя 5:(радс).
Угловая скорость шестерни 7: (радс).
Угловая скорость колеса 8 и платформы 9: (радс).
Число оборотов платформы 9: (обмин).
На основании уточненных данных заново определим скорость скольжения в зубчатом зацеплении 7-8 и вновь вычертим график скоростей скольжения.
Обращенное передаточное отношение равно:
Определим числа зубьев:
Проверим условие соосности:
Так как суммы зубьев одинаковые то условие соосности выполняется.
Определим действительные числа зубьев приняв:
Проверим условие сборки где — некоторое целое число учитывая что число сателлитов равняется 2-м:
т.е. передачи собираются без натягов. Условие сборки выполняется.
Также проверим условие соседства пары колес :
- условие соседства выполняется.
Проверим передаточное отношение планетарной передачи:
=22 – передаточное отношение выбрано верно.
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ КУЛАЧКОВОГО МЕХАНИЗМА
1 Схема исследуемого кулачкового механизма и
В конструктивную схему механизма антенны кулачковый механизм не входит. Он задан отдельно поэтому некоторые его параметры в дальнейшем будут определены произвольно.
Схема кулачкового механизма с вращающимся толкателем снабженным роликом:
Число оборотов кулачка
Угол рабочего профиля кулачка
Перемещение толкателя
Длина рычага толкателя
Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме
фффффффффффффффффффффффф
2 Определение фазовых углов кулачкового механизма.
Фазовый угол удаления и сближения:
Фазовый угол дальнего стояния:
φд.с. = φр. –φс. –φу.=96º –40º –40º = 16º.
Фазовый угол ближнего стояния:
φб.с. = 360º – = 360º –96º = 264º.
3 Вычисление графиков функций отражающих зависимость перемещения толкателя от угла поворота аналога скорости толкателя от угла поворота и аналога ускорения толкателя от угла поворота.
Определим угловую скорость кулачка :
Полученное значение лежит в средних пределах поэтому оптимальным для коромысла будет параболический закон движения с мягкими ударами.
Согласно закону движения толкателя при удалении формулы для вычисления перемещения аналога скорости и аналога ускорения толкателя имеют вид:
где φc – фазовый угол сближения толкателя выраженный в радианах; φу – фазовый угол удаления толкателя выраженный в радианах; φ – угол поворота кулачка в пределах фазового угла выраженный в радианах; h – ход толкателя.
Таблица значений графиков:
Продолжение таблицы:
Масштабные коэффициенты для построения графиков:
радмм; мммм; мммм; мммм; радмм.
2 Определение основных размеров кулачкового механизма
Минимальный угол передачи движения:
Минимальный радиус кулачка:
Межосевое расстояние:
Начальное угловое перемещение коромысла:
3 Построение профиля кулачка
Для построения профиля кулачка воспользуемся аналитическим методом. Для вычисления центрового профиля кулачка воспользуемся следующими формулами:
где — угол поворота коромысла О1А в — угол характеризующий начальное положение коромысла;
Для примера приведен расчет точки центрового профиля при угле поворота кулачка мм мм мм :
Результаты вычисления остальных точек центрового профиля кулачка приведены в таблице:
Таблица значений полярных координат центрового профиля кулачка
Построение действительного профиля производится также по полярным координатам которые определяются по формулам:
где Rp — радиус ролика.
Полярный угол для которого вычислен в обращенном движении
Для примера определим полярную координату точки 2 мм мм мм мм:
Таблица значений полярных координат действительного профиля кулачка
Угол давления вычислялся по формуле:
Результаты приведены в таблице:
КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА
1 Определение размеров звеньев кривошипно-коромыслового механизма.
Определим размеры звеньев механизма. По условию:
CO = 1 м; COy = 055 м; BC = 075 м; AS2AB = 025; BS3BC = 04;γ = 10о
В произвольно выбранной точке строим опору C и угол качения выходного звена γ = 10о; придерживаясь условия на заданном расстоянии изобразим опору O. Определим размеры кривошипа и коромысла из системы:
Двенадцать положений механизма изобразим с масштабным коэффициентом
2 Построение плана скоростей и ускорений для выбранного положения механизма
Для подробного анализа выберем положение 5 находящееся на рабочем ходу.
)Расчет скорости точки B
)Расчет угловой скорости кривошипа OA
)Расчет скорости точки A
)Расчет скорости точки S2
)Расчет скорости точки S3
)Расчет скорости коромысла AB
)Расчет угловой скорости коромысла AB
)Расчет ускорения точки A
)Расчет ускорения точки B
)Расчет ускорения точки S2
)Расчет ускорения точки S3
)Расчет углового ускорения коромысла AB
)Расчет углового ускорения кривошипа BC
3 Аналитический расчет.
******************** КИНЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ********************
Пользователь: Скороходов К.О.
Руководитель: Филимонов И.Е.
*********************** Исходные данные ************************
Длина кривошипа L= 0063 м
Начальный угол поворота кривошипа FIO= -77300 (град.)
способ сборки = 1 Х=00000 Y=00000
звено присоединения =0 ХF=-08352YF=05500
L1 = 04937;тета1 = 000;L2 = 07500;тета2 = 000
***********************************************************************
В программе приняты следующие обозначения:
AJ - точка А j-ой группы BJ - точка B j-ой группы
FJ - угол FI1 j-ой группы PJ - угол FI2 j-ой группы
V и W - символы аналога скорости и ускорения таким образом:
VXA1 - проекция аналога скорости точки A1 1-ой группы на ось Х
MU1 и MU2 - углы передачи
*********************** Расчетные данные ************************
Векторные кинематические параметры получены в виде проекций на оси координат
Все угловые кинематические характеристики получены в градусах !
Точка M 11 : № группы =1 № звена = 1 ХM= 0123 YM= 0000
XM 1 1 -001377 000819 002210 002399 001320 -000728 -003166 -006016 -006656 -006813 -005766 -003783
YM 1 1 005896 007231 009875 013146 016157 018070 018347 015842 014195 010942 008025 006190
VXM 1 1 004599 003592 001590 -000888 -003136 -004495 -004600 -002717 -001478 000888 003025 004383
VYM 1 1 001030 003965 005913 006291 004934 002195 -001158 -005117 -005983 -006161 -004736 -002124
WXM 1 1 -000778 -002995 -004485 -004748 -003619 -001452 001035 003775 004356 004491 003491 001578
WYM 1 1 006066 004893 002353 -000965 -004102 -006111 -006381 --003726 -001970 001272 004033 005737
Точка M 12 : № группы =1 № звена = 2 ХM= 0750 YM= 0000
XM 1 2 -009654 -009518 -009171 -008804 -008583 -008520 -008516 -008548 -008614 -008852 -009201 -009520
YM 1 2 041984 042783 045107 048435 051833 054265 054983 052822 051168 047910 044890 042767
VXM 1 2 -000005 000507 000751 000594 000248 000031 000000 --000144 -000303 -000593 -000691 -000477
VYM 1 2 -000026 003068 005642 006761 005874 003169 -000486 -004941 -005921 -006243 -005083 -002887
WXM 1 2 001033 000812 000070 -000591 -000614 -000197 -000005 -000448 -000585 -000437 000100 000701
WYM 1 2 005864 005710 003803 000286 -003613 -006433 -007123 -004195 -002269 000940 003339 004938
Точка M1 12 : № группы =1 № звена = 2 ХM= 0450 YM= 0000
X M1 1 2 -039199 -039117 -038909 -038689 -038556 -038518 -038516 -038535 -038575 -038718 -038927 -039119
Y M1 1 2 047190 047670 049064 051061 053100 054559 054990 053693 052701 050746 048934 047660
VX M1 1 2 -000003 000304 000450 000356 000149 000019 000000 -000086 -000182 -000356 -000415 -000286
VY M1 1 2 -000015 001841 003385 004057 003524 001902 -000292 -002965 -003552 -003746 -003050 -001732
WX M1 1 2 000620 000487 000042 -000355 -000368 -000118 -000003 -000269 -000351 -000262 000060 000420
WY M1 1 2 003518 003426 002282 000172 -002168 -003860 -004274 -002517 -001361 000564 002004 002963
Исследуем дапазон изменения угла кривошипа в интервале от -773 до 2827 градусов
FI 1 2827 3127 3427 127 427 727 1027 1454 1627 1927 2227 2527
XA 1 001382 004265 006004 006134 004621 001870 -001382 -005176 -006004 -006134 -004621 -001870
YA 1 -006134 -004621 -001870 001382 004265 006004 006134 003570 001870 -001382 -004265 -006004
VXA 1 006134 004621 001870 -001382 -004265 -006004 -006134 -003570 -001870 001382 004265 006004
VYA 1 001382 004265 006004 006134 004621 001870 -001382 -005176 -006004 -006134 -004621 -001870
WXA 1 -001382 -004265 -006004 -006134 -004621 -001870 001382 005176 006004 006134 004621 001870
WYA 1 006134 004621 001870 -001382 -004265 -006004 -006134 -003570 -001870 001382 004265 006004
F 1 1029 1062 1079 1076 1055 1021 983 939 930 932 953 989
P 1 -02 -02 -01 -01 00 00 00 00 -01 -01 -01 -02
VF 1 012757 008680 002382 -004200 -009487 -012504 -012557 -006958 -003179 004007 010083 013289
VP 1 -000035 004146 007589 009050 007839 004226 -000648 -006591 -007905 -008361 -006839 -003901
WF 1 -004647 -010490 -012912 -011723 -008174 -003130 003069 011451 013371 013340 009292 002675
WP 1 007939 007688 005038 000311 -004848 -008580 -009497 -005608 -003061 001193 004430 006648
MU 1 671 644 645 674 721 773 817 844 840 814 769 717
Fmax= 628312 Fmin= 610875
Для сравнительной таблицы:
СИЛОВОЙ АНАЛИЗ ПЛОСКОГО РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА
1 Определение недостающих значений необходимых для силового анализа
Нагрузка на механизм со стороны ветра:
Эту нагрузку принимает на себя стойка на которой закреплен рефлектор поэтому в дальнейшем ее учитывать не будем.
2 Построение плана сил для выбранного положения механизма. Метод Планов
Составим уравнение моментов относительно точки B:
Найдем давление в шарнире B:
Значит действительное направление противоплоложно указанному на рисунке.
Определим силу зацепления Fn в червячной передаче:
Параметры червячной передачи:
α = 20о – угол зацепления;
m = 4 – модуль червячной передачи;
U =25 – передаточное число;
U ≤ 30 значит z1 = 2 – число заходов червяка;
z2= U z1= 25 2 = 50 – число зубьев червячного колеса;
d2 = m z2= 4 50 = 200(мм) – диаметр делительной окружности червячного колеса;
Fn = MВР r2 = 13.39 0.1 = 133.9 Н
Fa1 – осевая сила червяка (горизонтальная составляющая силы зацепления);
Fr – радиальная сила червяка (вертикальная составляющая силы зацепления);
α – угол зацепления.
Fa1 = Fn cos 20о = 125.83 H;
Fr = Fn sin 20о = 45.8 H
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Курсовое проектирование по теории механизмов и машин Акулич В.К. Анципорович П.П. Астахов Э.И. и др. под редакцией Девойно Г.Н. – Минск: Высшая школа 1986. 285 с.
Юдин В.А. Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. 2-е издание переработанное и дополненное. М.: Высшая школа 1977. 527 с.
Теория механизмов и машин. Учебник для вузов Фролов К.В. Попов С.А. Мусатов А.К. и др. под редакцией Фролова К.В. – М.: Высшая школа 1987. 496 с.
Методическое руководство к курсовому проектированию.

Л-3 (кинем. анализ рычаж. мех.).cdw

Л-4 (силовой анализ рычаж. мех.).cdw

Силовой анализ плоских
План сил для группы 2-3
План сил для ведущего звена

Л-2 (кулачковый механизм).cdw

График изменения угла давления
Определение минимального радиуса кулачка
Профилирование кулачка

Резензия.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ
на курсовой проект (работу)
Тема курсового проекта (работы)
Качественный уровень курсового проекта (работы)
Ритмичность выполнения проекта
Правильность выполнения расчетов
Правильность и качество выполнения графической части
Полнота и качество оформления пояснительной записки
Степень самостоятельности при проектировании
Вопросы и замечания
курсового проекта (работы) Филимонов И.Е.
(Подпись дата Ф.И.О.)
Факультет бщего и специального машиностроения
Кафедра “Прикладная механика”
по курсовому проектированию
Студент группы специальность
Фамилия Имя Отчество
Руководитель курсового проектирования
Содержание проектаработы (какие граф. работы и расчеты должны быть выполнены)
Особые дополнительные сведения
План выполнения курсового проекта (работы)
Наименование элементов курсовой работы (проекта)
Отметка о выполнении

13-2(Задание).doc

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПРИВОДА АНТЕННЫ РАДИОЛОКАТОРА
Антенна радиолокатора предназначена для обнаружения какой-либо цели в атмосфере. Рефлектор 3 антенны с облучателем 4 (рис. 13 - 1) совершает два основных движения: вращение вокруг вертикальной оси и одновременно колебание вокруг горизонтальной оси.
Рефлектор укреплен на платформе 9 вращение которой вокруг вертикальной оси осуществляется механизмом кругового обзора включающим электродвигатель 5 планетарный редуктор 6 и цилиндрическую зубчатую передачу 7-8. Колебание рефлектора антенны вокруг горизонтальной оси осуществляется механизмом векторного обзора установленным на платформе. Механизм секторного обзора антенны имеет самостоятельный электродвигатель 10 который передает вращение кривошипу 1 через планетарный редуктор 11 и червячную передачу. При помощи шатуна 2 движение от кривошипа 1 передается рефлектору который совершает колебательные движения отклоняясь от горизонтальной оси на угол . При движении механизмов кругового и секторного обзора в опорах вращения платформы а также рефлектора преодолеваются силы трения величина которых пропорциональна ветровой нагрузке.
Момент сопротивления вращению платформы антенны (момент трения в опорах) приближенно определяется по формуле:
Mc9=Mc9пр =0.002· V2· F· cos [Н· м] где
V - скорость ветра [мс]
F= · D24 - площадь рефлектора воспринимающего силу ветра [м2]
- угол поворота платформы антенны по отношению к начальному положению в котором направление ветра перпендикулярно плоскости рефлектора.
При проектировании и исследовании механизмов антенны радиолокатора считать известными параметры приведенные в табл. 13 -1.
В радиолокационной установке отсутствует кулачковый механизм. Проектирование этого механизма провести по дополнительному заданию.
Считать что закон изменения приведенного к валу О момента сопротивления Мс3пр (момента трения при повороте рефлектора вокруг опор С) за один оборот кривошипа ОА аналогичен закону изменения момента сопротивления Мc9 за один оборот платформы антенны. Величина момента Мc3пр составляет 20% от величины Мc9.
При построении диаграммы (Мc3пр 1) за начальное положение механизма принять то положение при котором 1=0.
Момент инерции рефлектора относительно оси проходящей через его центр тяжести определяется по формуле:
JS3=m3· D216 [кг· м2 ]
При определении сил в кинематических парах механизма условно считать что опоры С расположены в плоскости механизма.
Исходные данные Таблица 13-1
Наименование параметра
Численные значения для вариантов
Угол отклонения облучателя от
Расстояние между точками О и С механизма секторного обзора
Вертикальная проекция межосевого расстояния
Вес кривошипа с валом
Вес рефлектора с облучателем
Отношение расстояния от точки A до центра масс S2 шатуна к общей длине шатуна
Отношение расстояния от точки B до центра масс S3 рефлектора к длине lBC
Момент инерции кривошипа 1 редуктора 11 ротора двигателя 10 относительно оси вала О
Момент инерции шатуна относительно оси проходящей через его центр тяжести
Момент инерции платформы 9 (вместе с двигателем 10 редуктором 11 механизмом секторного обзора и рефлектором) относительно оси вращения платформы
Момент инерции колеса 8 относительно оси вращения
Момент инерции колеса 7 и планетарного редуктора 6 относительно оси вращения колеса 7
Маховой момент ротора двигателя 5
Коэффициент неравномерности вращения платформы антенны
Число зубьев колеса 7
Число зубьев колеса 8
Модуль зубчатых колес 7 и 8
Угол наклона зубьев для колес 7 и 8
Исходные данные к рис. 13 - 2.
Угол рабочего профиля кулачка
Максимально допустимый угол давления в кулачковом механизме
Исходные данные к рис. 13 - 3.

Л-1 (зубчатое зацепление).cdw

Основная окружность R
Делительная окружность R
Начальная окружность R
Эвольвентное зубчатое
Схема зубчатого зацепления
График зон двухпарного зацепления
График скоростей скольжения
Диаграммы коэффициентов удельных скольжений