Proiectarea unui comparator cu o treapta de amplificare
Tema de proiectare
Să se proiecteze un comparator cu o treaptă de amplificare având următoarele caracteristici tehnico-funcţionale:
- - valoarea diviziunii: vd =0,01[mm]
- – domeniul de desfăşurare: 0÷3[mm]
- – diametrul cadranului: 0=40 [mm]
- – forta de palpare: 1,5 [N]
- – cursa de rotatie a acului indicator: 1 [mm].
Cuprinsul proiectului
I. Introducere:
1.1. Prezentarea generală a clasei de aparate din care face parte aparatul de proiectat. Clasificare.
1.2. Domeniul de utilizare a aparatului.
1.3. Studiul asimilării în ţară. Alţi producători.
II. Memoriu de prezentare:
2.1. Caracteristici tehnico-funcţionale generale. Destinaţia aparatului.
2.2. Studiul de soluţie. Variante constructive funcţionale posibile. Justificarea soluţiei alese.
III. Brevior de calcul:
3.1. Schema generală a aparatului. Funcţionarea.
3.2. Determinarea parametrilor schemei cinematice a aparatului:
3.2.1. Calculul geometric şi cinematic.
3.2.2. Calculul cinetostatic.
3.2.3. Calculul elementului de comparaţie.
3.2.4. Calculul erorilor geometrice.
3.3. Parametrii constructivi ai aparatului:
3.3.1. Soluţii constructive ale elementelor aparatului.
3.3.2. Calculul de rezistenţă.
3.3.3. Proiectarea elementelor de redare-vizualizare.
3.3.4. Proiectarea formei geometrice a aparatului.
IV. Elemente privind tehnologia de execuţie:
4.1. Alegerea materialului.
4.2. Indicarea proceselor tehnologice de execuţie şi montare a principalelor repere.
V. Documentaţia desenată:
5.1. Desen de execuţie.
5.2. Desen de ansamblu.
VI. Bibliografie.
- Prezentarea generală a clasei de aparate din care face parte aparatul proiectat. Clasificare.
Totalitatea metodelor şi mijloacelor necesare să asigure respectarea aplicării corecte a prescripţiilor şi recomandărilor prevăzute de documentaţia tehnică generală şi de execuţie a proceselor de elemente constructive ca şi în ansamblul lor, constituie tehnic: verificări şi măsurări.
Conform definiţiei STAS 4201-68, aparatul de măsurat lungimi este aparatul realizat pe principii mecanice, optice, optico-mecanice, electrice, pneumatice etc., care sunt măsurători directe, indirecte sau combinate, serveşte la transformarea lungimii măsurate într-o informaţie sau o indicaţie echivalentă exprimată în unităţi de lungime.
Mijloacele de măsurare a lungimilor cu amplificare mecanică,evidenţiază deplasarea palpatorului prin deplasarea unui ac indicator în dreptul unei scări gradate.
Amplificarea şi deplasarea palpatorului se realizează prin intermediul unor mecanisme de amplificare care pot fi:
- mecanisme cu bare
- mecanisme cu roţi dinţate sau o combinaţie a acestora
- mecanisme cu bandă răsucită şi cu bare.
Valoarea diviziunii acestora poate să fie de la 0,1 µm până la 10µm. Domeniul de măsurare poate să fie de la ± 0,05 mm până la ±50 mm.
În vederea efectuării măsurătorilor, aceste mijloace de măsurare se poziţionează corespunzător în raport cu măsurandul prin intermediul unor dispozitive prin intermediul unor dispozitive specializate care pot fi de mai multe tipuri: de exterior . de interior, de înălţime sau adâncime, de rugozitate pentru filete sau roţi dinţate.
Mijloacele de măsurat lungimi realizate pe principiul mecanic de amplificare se numesc aparate mecanice de măsurat lungimi şi cuprind următoarea gamă sortimentală:
- mijloace de măsurare cu amplificare cu roţi dinţate:
- comparatoare cu cadran
- şubler cu cadran
- mijloace pentru măsurarea lungimilor cu amplificare mecanică prin intermediul mecanismelor cu bare şi roţi dinţate:
- micrometrul
- ortotestul
- micrometrul cu bare şi roţi dinţate
- pasametrul
- mijloace de măsurare cu amplificare cu mecanisme cu bare:
- minimetrul
- mijloace cu amplificare cu bandă răsucită:
- la acest tip de aparate elementul sesizor-traductor primar, este o bandă răsucită stânga-dreapta, ce asigură atât transformarea deplasării liniare în mişcare de rotaţie cât şi amplificarea canalului de intrare
1.2. Domeniul de utilizare a aparatului
Domeniul de utilizare a mijlocului de măsurare a lungimilor de amplificare mecanică poate să fie de la ± 0,05 mm la ±50 mm. În general cu aceste mijloace de măsurare se efectuează măsurători comparative ale dimensiunilor, adică se evidenţiază variaţii dimensionale egale sau mai mici cu domeniul de măsurare.
Astfel, comparatorul cu o treaptă sau două de amplificare are domeniul de măsurare de 5 mm respectiv de 2÷3 mm şi se măsoară abaterea de la dimensiunea nominală.
1.3. Studiul asimilării în ţară. Alţi producători.
În ţară astfel de aparte se produc la I.M.T. Bucureşti, I.M.E. Sinaia, Balanţa Sibiu, I.O.R. Bucureşti iar în străinătate la Carl-Zeiss Germania, Tisa Elveţia, Mitutoia Japonia etc. Cea mai importantă întreprindere de la noi din ţară, este Întreprinderea de Mecanică Fină din Bucureşti, unde sunt proiectate şi construite o serie de mijloace de verificat şi măsurat începând de la cele mai simple şi până la cele mai complicate. Pe lângă aceste există şi întreprinderi specializate în construcţia aparatelor de verificat şi măsurat cum ar fi: I.M.F. Sinaia, Balanţa Sibiu. În unele întreprinderi şi uzine mari se găsesc ateliere de S.D.V.-uri unde mijloacele de verificat şi măsurat, sunt controlate şi verificate periodic.
Pe plan internaţional există bineînţeles o serie de întreprinderi specializate în construcţia aparatelor de verificat şi măsurat. Între acestea există o luptă continuă în sensul că fiecare doreşte să realizeze un aparat cât mai competitiv pe piaţa de desfacere.
Dintre cele mai semnificative firme ce concurează sunt: Tesa din Elveţia, Mitutoia din Japonia, Carl-zeiss din Germania, Censor Instruments Limited din Anglia.
II. MEMORIU DE PREZENTARE
2.1. Caracteristicile tehnico-funcţionale. Destinaţie.
Aparatele se utilizează la măsurarea prin comparaţie şi sunt comparatore cu cadran şi are valoarea diviziunii de 0,01 mm.
Caracteristicele tehnico-funcţionale:
- valoarea diviziunii reprezintă valoarea mărimii măsurate corespunzătoare unor diviziuni, acest indice se înscrie pe cadranul scalei gradate, el poate fi cuprins între 0,01÷0,05mm, în cazul de faţă are valoarea de 0,01 mm.
- forţa de măsurare reprezintă forţa cu care vârful de măsurare al aparatului funcţionează pe suprafaţa presei de contact şi are valoare de F=1,5 N.
- domeniul de măsurare reprezintă valorile minime şi maxime ale mărimii ce se poate determina cu ajutorul aparatului şi este cuprins între 0÷3 mm.
- cursa de rotaţie a acului indicator este un mm.
- diametrul cadranului este 0=40 mm.
Funcţionarea comparatoarelor, se bazează pe transformarea mişcării de translaţie în mişcare de rotaţie prin intermediul unor mecanisme amplificatoare cu roţi dinţate.
2.2.Studiu de soluţie. Variante constructive funcţionale posibile.
Comparatoarele se utilizează la măsurări de lungimi prin comparaţie în limitele domeniului de măsurare. Valorile diviziunii acestor aparate sunt de două tipuri: cu 0 60 sau cu 0 42. Comparatoarele se utilizează în două variante constructive: cu o treaptă de amplificare sau cu două trepte de amplificare.
Comparator cu o treaptă de amplificare:
- roata dinţată
- pinion
- roată pinion
- roată pinion
- arc elicoidal
- arc spiral
- tijă palpatoare
- ac indicator
Sensibilitatea reprezintă proprietatea de a sesiza unele variaţii ale mărimii de măsurare sau intrare şi este determinată pentru comparatorul cu o treaptă de precizie:
xi=γ2·φ2
γ1·φ2=γ3·φ3
γe=L·φ3
xe=L·γ1·xi/γ3·γ2
S=xe/xi=L·γ1/γ2·γ3=2·L·z1/m·z2·z3.
Comparator cu două trepte de amplificare:
1. tijă palpatoare,
2. roată pinion,
3. cremalieră,
Z4, Z5, Z6. roată pinion,
7. ac indicator,
8. arc spiral,
9. arc elicoidal.
Sensibilitatea este:
Xi=γ2.φ2=γ4.φ4
γ4’.φ4=γ5.φ5
γ5.φ5=γ6.φ6
γ5’.φ5=γ6.φ6 => γ6=φ5.γ5/γ6=φ4.γ4’.γ5’/γ5.γ6=xi.γ4’.γ5’/γ4.γ5.γ6
φe=z4’·z5’·2·L·xi/z4·z5.z6·m
xe=L·φe= z4’·z5’·2·L·xi/z4·z5.z6·m=>S=z4’·z5’·2L/z4·z5·z6·m
Crescând sensibilitatea creşte numărul de diviziuni de unde rezultă creşterea preciziei aparatului.
III.BREVIOR DE CALCUL
3.1. Schema generală a aparatului . Funcţionare.
După studiul efectuat asupra variantelor constructive prezentate anterior în continuare se va proiecta aparatul:
Principiul de funcţionare:
Mărimea de intrare xi, se transmite prin intermediul tijei palpatoare (1), care angrenează cu pinionul (2) şi cu cremaliera(3) astfel transformă mişcarea palpatoare într-o mişcare perpendiculară pe aceasta. Cremaliera (3) angrenează cu pinionul z5 solidar cu acul indicator (5) de lungime L. Pentru domeniul de măsurare se poate introduce roata z6 solidară cu arcul (6). Roata dinţată z6 este prevăzută cu un arc spiral (7) care limitează jocul de flanc în întregul sistem. Forţa de palpare este realizată prin intermediul arcului (6).
3.2. Determinarea parametrilor schemei cinematice a aparatului.
3.2.1. Calculul geometric şi cinematic.
S = domeniul xe/ domeniul xi=Δxe/Δxi=dxe/dxi
S = 1/0,01 = 100 => S = 100
xe = 1·φe= S·xi
φe= S/L=100/28=3,57 rad.
Φe= S·vd·n/L=100·0,1·1/28=0,357 rad
Constructiv:
z4'=z5'=30
z4=14, z5=18, z6=10, n=0,2
S=z4'·z5'·2·L/z4·z5·z6·n=30·30·2·28/14·18·10·0,2=900·280/2520=100
3.2.2. Calculul cinetostatic.
Se ştie forţa de măsurare are valoarea F =175 [CN]=1,75[N]
M4=F4·M4'=1,75·1,4=2,45[mm·N]
M4'=F4'·M4=>F4'=2,45/3=0,816[N]
M5= F5'·M5'=>F5'=1,468/3=0,489[N]
M7=F5·M7'=0,489·3=0,468 [mm·m]
3.2.3. Calculul elementului de comparaţie
Elementul de comparaţie este arcul spiral caracterizat prin acumularea de energie într-un gabarit mic. Arcurile spirale plane sunt solicitate la încovoiere, în secţiunea transversală a barelor iar efectul lor practic, se traduce printr-un moment de torsiune. Materialul folosit este alamă cu 37% Zn.
Caracteristicile arcului sunt:
E=10000 [daN/mm2]
G=3700 [daN/mm2]
Ђr.=28[daN/mm2]
Γa=24÷28[daN/mm2]
Momentul de torsiune al arcului de valoare Mt=1,468. Acest moment de torsiune solicită arcul la încovoiere prin momentul încovoierii : Mt=Mi.
Efortul unitar de încovoiere în secţiunea arcului este:
Γi=Mt/W=Me/W=6·Mt/b·h2
Valoarea lui b se allege constructiv, rezultă B=1mm.
l=φe·E·b·h3/12·Mt
l-lungimea arcului desfăşurat.
l=3,75·10000·1(0,1877)3/12·1,468=13,368 [mm]
- lungimea arcului desfăşurat la care se mai adaugă şi partea de prindere are valoarea de 15 mm. Momentul de torsiune al arcului dat de relaţie
Mt= F·γ2=1,75·6=10,5[mm·N]
Acest moment de torsiune solicită arcul la încovoiere prin momentul de încovoiere Mi.
3.2.4. Calculul erorilor geometrice
Calculul angrenajului:
Calculul geometric al angrenajelor articulate exterior realizate cu scule tip cremaliră:
Date iniţiale:
- numărul de dinţi z6=10; z5=18,
- unghiul de înclinare al dintelui β6=0; β5=0
- modulul n=0,2
- modulul frontal şi normal mf=mn=0,2
- profilul de referinţă standardizat αn=200; h0=61 şi c=0,5.
tr.·αt=tgαn/c·n·β=0,36=>αt=200.
Deplasările specifice de profil: x6=0; x7=0; x8=0
Parametrii de bază ai angrenajului
Distanţa dintre axe a angrenajului a:
a= m(z1+z2)/2=0,2·(10+12)/2=28
Unghiul de antrenare αw:
Cosαw=a·cosαt/aw=2,8·cos200/2,8=> αw=200.
Distanţele dintre axe (aw=a)
aw=a{cosαw)=21
Diametrul de divizare: de
d6=m·z6=0,2·10=2
d5=m·z5=0,2·18=3,6
Înălţimiema dinţilor: h
h=aw-m·e-0,5(df6-df5)
h=21·0,2·0,5-0,5(1,36+2,96) => h=0,54
Scurtarea dinţilor diametrelor de cap: da
da6=df6+2·h=1,36·2·0,54=1,46
da5=df5+2·h=2,39·2·0,54=3,19
Diametrele de bază: db
db6=d6·cosαt=1,90
db7=d7·cosαt=3,42
Calculul angrenajelor cu cremaliera.
Se va folosi angrenajul cilindric cu roţi drepte fără deplasare de profil: ha*=1; c*=0,25; r=0,38.
- unghiul de presiune (de referinţă): α0=20o
- pasul de referinţă p0=π·m=3,14·0,2=0,62
- înălţimea capului de referinţă hr=ha*·m=1·0,2=0,2
- înălţimea piciorului de referinţă haf=haj*·m=1,5·0,2=0,3
- înălţimea dintelui h0=h0a+h0f=0,2+0,3=0,5
- raza de racordare de referinţă la piciorul dintelui l0f=l0f*·m=0,4·0,2=0,8
- ax de referinţă la picior l0=l0*·m=0,5·0,2=0,1
- roata dinţată (2) are diametrul 12mm
- raportul de transmisie între cele două cremaliere este 1
Alegem poziţia iniţială a cremalierei b=2 mm
Pasul cremalierei p=m·π=0,2·3,14=0,62.
Lungimea de deplasare a cremalierei este di=2 mm.
e=R-h0-di-b=6·0,5·2-2=1,5 mm.
Calculul arcului elicoidal
Arcurile elicoidale se execută din bare din diferite secţiuni înfăşurate în formă de elice pe o suprafaţă directoare. Ele au o largă utilizare în toate domeniile construcţiei de aparate dar se folosesc cu precădere atunci când se cere un efect relativ constant al forţei la o cursă mai mare şi în toate cazurile unde există spaţiul necesar în direcţia forţei de tracţiune la compresiune. Arcul este confecţionat din Cu, Zn 8 cu următoarele caracteristici:
E=1,17·105[N\mm2]
σi=600÷1000[N\mm2] => σi=700[N\mm2]
Indicele arcului: I=Dnom/d;i=4÷16
S-a ales i=10
d=0,073 [mm], k=1+1,6/1=d+1,6/10=>k=1,16
k-coeficient de forma
d=0,073 [mm] si se alege d=0,8[mm]
Diametrul mediu al spirei:
Dm=d·i=0,8·10=8[mm]
Diametrul exterior al spirei D:
D=Dm+d=8·0,8=6,4[mm]
Diametrul interior al spirei
Cursa f=F\k=1,75/1,16=1,508
Numarul spirelor active
n=k·d4·f/8·Dn3·F=7,43=>n=7(spire)
Numarul total de spire
n1=n+nr; nr=1,5 pentru n=7
n1=7+1,5=8,5
Hr=ni·d=8,5·1,6=13,6[mm]
Pasul spirelor 0,2+Dn/4<t<Dn·2\3
t>1,5·d+2,35
2,2<t<5,35=>t=3[mm]
Inaltimea arcului in stare libera H0[mm]
H0=n·t+d=7·3+0,8=21,8[mm]
Sageata arcului de blocare fb:
fb=H0-Hb=21,8-5,1=16,7[mm]
Unghiul de inclinare α0;α0<10o
α0=arctg t/π·Dn=5,72o=>α0=10o
Lungimea semifabricatului ls=π·Dn·ni/cosα0=215,02[mm]
3.3. Proiectarea elementelor de redare vizualizare
Elementele de redare vizualizare au rolul de a prezenta informaţia sub formă inteligibilă pentru observatorul uman.
Elementele de redare vizualizare se pot prezenta sun formă de scară gradată şi ac indicator. În funcţie de principiul de acţionare pot fi mecanice, optice, electromecanice. Dispozitivul de citire poate fi înglobat în aceeaşi carcasă cu elemente de măsurat sau poate forma un bloc separat cu elemente de măsurare.
Totalitatea reperelor înscrise duc o anumită curbă în concordanţă cu mărimile de măsurat reprezintă scara care se găseşte aşezată pe o baza cadran. După forma cadranelor pot fi: plane, cilindrice, conice, fixe şi mobile. Ca indice se poate utiliza: ac indicator, reper, spot luminos sau spot de electroni. Scara gradată se realizează în funcţie de specificul şi construcţia aparatului. Ca materiale folosite pentru cadran amintim: aluminiu, alamă, bronz, sticlă, oţel, mase plastice.
Sistemul de redare vizualizare se compune din acul indicator şi scară gradată. Scara gradată are următoarele caracteristici:
- nr. de repere:
n=xi/xd=1/0,01=100.
- lungimea scării gradate:
Ls=2·π·R=2·3,14·33=208[mm]
- distanta dintre doua diviziuni :
d=Ls/n=208/100=2,08[mm]
- grosimea reperului :
δ=d/10=1,04/10=0,104[mm]
- distanta de citire :
D=500[mm]
- lungimea reperului mare :
LM=D/90=5,55[mm]
- lungimea reperului mijlociu :
Lm=D/125=4[mm]
- lungimea reperului mic :
L0=D/200=2,5[mm]
Ls=φ·R=2,34·10=23,4 mm.
Numărul de repere care se pot forma:
n=Ls/d=24/1,1=21,8=>n=22.
Valorile diviziunii reprezintă valoarea mărimii măsurate corespunzătoare unei diviziuni, acest indice se înscrie pe cadranul scării gradate şi are valoarea de 0,01 mm.
Precizia citire scara aparatului poate ajunge la ¼ din valoarea diviziunii în condiţii de laborator, la ½ în condiţii de atelier. Limitele de măsurare reprezintă valorile minime şi maxime ale mărimii care se pot determina cu ajutorul aparatului. Pentru scara în arc de care lungimea scării va fi egală cu lungimea arcului de cerc pe care se dispune diviziunile.
Scara aparatului:
Proiectarea formei geometrice a aparatului
Proiectarea formei exterioare a aparatului este importantă pentru faptul că aceasta trebuie să aibă un design plăcut şi o formă foarte bine determinată. Prin proiectarea formei exterioare a aparatului se înţelege de fapt proiectarea carcasei aparatului.
Carcasa aparatului se proiectează ţinând cont de faptul că elementele componente ale aparatului trebuie să ocupe poziţii bine determinate deoarece este un aparat de precizie.
În proiectul de faţă carcasa nu este calculată, ci se adaptează conform mecanismului de acţionare al acesteia.
IV. ELEMENTE PRIVIND TEHNOLOGIA DE EXECUŢIE
4.1. Alegerea materialului şi a semifabricatului
Desfăşurarea procesului de producţie trebuie să urmărească operaţiile precise şi recomandate în documentaţia tehnică a produselor. Astfel mijloacele de măsurat şi verificat sunt elemente indispensabile procesului de producţie. În alegerea materialelor pentru aparatele de măsură şi control un rol important îl ocupă nevoia de a cunoaşte la ce vor fi folosite materialele i în ce condiţii.
1.- tija cremalierei are diametrul О 10mm; materialul fiind oţel de uz general OL37
2.- bucşa acului indicator are ca semifabricat sârmă rotundă de uz general cu diametrul
O 4 STAS 5678-80.
3.- acul indicator se obţine din ştanţarea unei table de aluminiu 2,3 Mg de grosimea 0,1 mm STAS 4380-80
4.- bila palpatorului este bilă de rulment cu diametrul O 2 din Rul 3 STAS 11250-80
5.- arcul elicoidal are ca semifabricat sârmă trefilată la diametrul dorit, alamă cu un procentaj de 37 % Zn
6.- roţile dinţate se execută din aliaj Cu Zn 40 Pb
4.2. Indicarea proceselor tehnologice de realizare şi montare a principalelor repere
Cadranul se execută prin ştanţare fină din fâşii de tablă prin operaţia de decupare, cifrele şi diviziunile sunt dispuse prin metoda stenografică. Acele indicatoare sunt executate prin tăiere fină, sunt montate pe ax prin strângere. Carcasa de protecţie se obţine prin operaţii de decupare şi ambutisare din fâşii de tablă sau prin turnare de precizie. Tija palpatoare se obţine prin strunjire pe un strung de mecanică fină sau prin broşare, găurire interioară şi retezare. Palpatorul se execută prin strunjire, tratament termic şi rectificare.
VI. Bibliografie
- L. Huidor, I. Bodog – îndrumător de proiectare a aparatelor de mecanică fină
- D. Pourje – Aparate şi sisteme mecanice.
Tipografia Timişoara 1989
- T. Demian – Elemente constructive de mecanică fină.
Editura Bucureşti 1981
- T. Demian – Bazele proiectării aparatelor de mecanică fină
- T. Demian – Aplicaţii pentru elementele constructive de mecanică fină
- C.Nicu – Aparate şi sisteme de măsurare în construcţia de maşini.
Editura Bucureşti 1980
|
Varianta Printabila 
Free Download Referat Word
Free Download Referat PDF
