АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 11
1. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 13
1.1. Анализ технического задания 13
1.2. Обзор аналогов 13
1.3. Патентный обзор 18
1.4. Применение планетарных механизмов 19
1.5. Устройство и принцип работы планетарных механизмов 20
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ 23
2.1. Принцип действия разрабатываемого стенда 23
2.2. Основные параметры планетарного механизма 24
2.3. Математическая модель стенда 28
3. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНДА 36
3.1 Выбор использующихся в стенде компонентов 36
3.2 Формирование 3D моделей основных узлов стенда 39
3.3 Разработка электрической схемы стенда 47
3.4 Разработка программного обеспечения стенда 47
4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ И
ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ 49
4.1. Исследование погрешностей объекта проектирования по
математической модели 49
4.2. Методика лабораторной работы 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 57
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Листинг программы для модуля считывания угловых
скоростей 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Стенд для исследования свойств планетарных механизмов. Спецификация, сборочный чертеж, деталировка 60
Планетарным называют зубчатый-рычажный механизм, в котором ось одного или нескольких колес подвижна, состоящий из солнечной шестерни с внешними зубьями, сателлитов с внешними зубьями, опорного колеса и водила. Планетарные механизмы - это редукторы, предназначенные для преобразования угловой скорости с соответствующим изменением моментов сил.
Механические передачи являются составной частью большинства механизмов, и, на данный момент, потребность в эффективных механических приводах возрастает с каждым годом. Наибольшее распространение среди них получили зубчатые передачи благодаря высокому КПД, долговечности и надежности в работе, постоянству передаточного отношения. В связи с этим особого внимания заслуживают планетарные передачи, обладающие высокой несущей способностью и хорошими массогабаритными показателями в сравнении с другими видами зубчатых передач. Планетарные механизмы широко используются в автомобилестроении и станкостроении.
Актуальность работы заключается необходимости использования стенда для практического и теоретического в ряде дисциплин, а также проведения исследований при выполнении выпускных и курсовых работ по изучению свойств планетарных механизмов.
На данный момент планетарные механизмы изучаются студентами ЮжноУральского государственного университета в курсе «Элементы приборных устройств».
Цель работы: разработать стенд для исследования свойств планетарных механизмов.
Основными свойствами планетарного механизма, которые можно изучать с помощью разрабатываемого в данной работе стенда являются коэффициент полезного действия и передаточное отношение.
Данные свойства являются основополагающими при выборе и использовании планетарных механизмов.
Задачи, которые требуется выполнить в выпускной квалификационной работе
для достижения цели:
• проведение информационного обзора для нахождения и анализ аналогов;
• SD-моделирование стенда;
• проектирование измерительной системы стенда;
• разработка программного обеспечения стенда;
• разработка методики проведения лабораторной работы.
Данная разработка поможет студентам при изучении планетарных передач, давая студентам возможность наглядно ознакомится с работой механизма, рассчитать его коэффициент полезного действия и передаточное отношение
В процессе проведения информационного поиска было найдено два аналога разрабатываемого стенда и выделены их недостатки:
В результате анализа патентов по планетарным механизмам был сделан вывод об актуальности исследования свойств планетарных механизмов и разработке лабораторного стенда.
Были сформированы требования к разрабатываемому стенду.
На этапе формирования математической модели разрабатываемого стенда были рассчитаны основные параметры, оказывающие влияние на работу стенда, такие как моменты инерции и моменты сопротивления основных узлов. Сформирована механическая характеристика используемого двигателя.
С помощью программы Mathcad был смоделирован процесс работы стенда, построены графики разгона двигателя и механической характеристики двигателя, приведенной к выходному валу при различных значениях КПД.
Установившееся значение скорости вращения вала составляет 106.31 рад/с. Время переходного процесса составляет 0.155 секунды.
Была сконструирована 30-модель стенда для исследования свойств планетарного механизма. В составе стенда имеется микроконтроллер Arduino Uno, Модуль считывания угловых скоростей с компаратором LM-393, шаговый двигатель FL28STH-0674.
Разработано программное обеспечение для микроконтроллера и электрическая схема стенда.
Проведено исследование по математической модели погрешностей объекта проектирования. Построен график угловой скорости вращения вала двигателя с учетом мультипликативной погрешности шагового двигателя.
Абсолютная погрешность измерения угла вращения выходного вала составила ±5,31 рад/с, относительная погрешность составила 5%. Рассчитана погрешность квантования АЦП микроконтроллера, возникающая при измерении силы тока, проходящего через датчик угловой скорости. Она составила 0.0488 А.
Разработана методика лабораторной работы на стенде состоящая из 12
пунктов.
Разработанный стенд полностью соответствует техническому заданию.
