В помощь студентам БНТУ - курсовые, рефераты, лабораторные !


Разработка конструкции пневматического реле

Разработка конструкции пневматического реле

Введение

С ростом уровня автоматизации и функциональным усложнением аппаратуры, с повышением плотности компоновки ее увеличивается число применяемых электрических устройств. К этим устройствам и их исполнительным элементам предъявляются все более высокие конструктивно-технологические, экономические и эксплуатационные требования (в частности, простоты и технологичности конструкций, уменьшения габаритных размеров, массы, потребляемой энергии, простоты обслуживания, удобства эксплуатации, сокращения сроков разработки).

Приборостроение, как одна из ведущих отраслей промышленности, приобретает в последнее время все возрастающее значение для развития науки и техники. Развитие и внедрение автоматизации производственных процессов и систем телеуправления и современные научные исследования в первую очередь базируются на наличии высокоточных приборов.

Целью данного курсового проекта является разработка конструкции пневматического реле.

 

1 Назначение и область применения конструкции

Реле предназначено для контроля давления рабочей среды в пневматических, гидравлических и смазочных системах с давлением до 10 кгс/см2 при температуре окружающей среды от 5 до 500 С и относительной влажности по ГОСТ 12434-73.

Реле должно работать на сжатом воздухе 10-го класса загрязненности по ГОСТ 17433-72. Реле должно также работать на минеральном масле с кинематической вязкостью от 4 до 400 сСт с номинальной тонкостью фильтрации не грубее 40 мкм (13-й класс чистоты по ГОСТ 17216-71).

Условия эксплуатации реле предполагают ее использование при температурах (-30÷+30)м/span>С, влажность 80%. Условия эксплуатации также накладывают требования к материалам конструкции, которые должны обеспечить надежную работу устройства в течение всего периода эксплуатации.

2 Техническая характеристика конструкции

1 Напряжение питания Uпит = 24В

2 Ток протекающий через контакты I = 10А

3 Давление на мембрану = 0,2 МПа

4 Давление окружающей среды = 70 МПа

3 Описание и обоснование выбранной конструкции реле

 

Реле применяется в пневматических системах и состоит из корпуса 4, крышки 11, колодки 1, электрического реле и других деталей. Внутри корпуса находятся гнездо 7 и мембрана 6, которую фиксируют гайка 3 и штифты 29 вместе со штуцером 5.

Электрическое реле состоит из контактов 2, пружин 12 , изоляционных колодок 18, 19 и других деталей. Регулируется реле посредством винта 22, установленного на скобе 8.

Колодка 7 отлита из пластмассы вместе с шестью выводами, выполненными из латуни марки Л68. Для установки колодки на стойках 9 ее завальцовывают в центральное отверстие фланца, изготовленного из стали. Крепится колодка к стойкам 9 винтами 24.

Контакт 2 состоит из контактной пружины и контакта-заклепки. Контактная пружина изготовлена из кремнистой стали У10А - высокопрочная углеродистая сталь. После термической обработки обладает высокими пружинящими свойствами и прочностью. Применяется для пластинчатых пружин любого типа.

Работа реле связана с перемещением мембраны, которая под действием точного давления толкателем 16 замыкает контакты 2 и подает сигнал к определенному управляющему воздействию.

Гайка 3, штуцер 5 - сталь 45 ГОСТ 1050-74 - среднеуглеродистая качественная сталь, свариваемость и пластичность - умеренные. Хорошо обрабатывается резанием, хорошо закаливается. Применяется для средненагруженных деталей.

Скоба 13, пластины стопорные 14, 17, скоба 8,толкатель 16 и пластина 20 – сталь Ст8кп ГОСТ 380-71 - малоуглеродистая качественная конструкционная сталь. Свариваемость и пластичность высокие. Применяется для изготовления конструкций с применением гибки в холодном состоянии, вырубки, штамповки.

Корпус 4, стойка 9, крышка 11 – сплав МА10 ГОСТ 14957-76 - магниевый литейный сплав. Малый вес, повышенная коррозионная стойкость, хорошая прочность, обрабатываемость резанием.

Мембрана 6 – сплав БрКМЦ3-1 ГОСТ 18175-78 – кремнемарганцовистая бронза обычной усталостной прочности. Применяется для изготовления плоских пружин любых типов.

Прокладка 10 – резина марки 51-2104 ГОСТ 18376-79 – для уплотнителей работающих в электрических и электронных приборах.

Изолятор 15 – фарфор 110 ГОСТ 20419-83 – обладает высокой твердостью, тепло- и изоляционными свойствами.

Колодки 18, 19 – поликарбонат ПК3-ОМ6 ГОСТ 6-05-1762-81 – обладает высокой ударостойкостью, стойкостью к маслу и воде, применяется для конструкционных и электроизоляционных деталей.

4 Расчеты подтверждающие работоспособность и надежность конструкции

4.1 Расчет параметров контактов

1 Исходными данными для расчета являются:

напряжение питания U = 24В;

ток протекающий через контакты I = 10А

В качестве материала для контактов выбираемСрМ900 (серебро, медь) имеющую следующее параметры:

Плотность ρ=10,36⋅103 кг/м3;

Температура плавления tпл = 779 м/span>С;

Удельное сопротивление ρуд = 2⋅10-6 Ом⋅см;

Удельная теплопроводность Cуд = 3,45 Вт/смм/span>С;

Твердость по Бринеллю (HB) = 35..125 Н/м2;

Температурный коэффициент сопротивления ТКС =0,37 1/м/span>С⋅10-3;

Модуль упругости E = 8,6 Н/м2.

2. Исходя из значения тока определяем из таблицы 1 выбираем диаметр контакта и высоту контакта:

Таблица 1 – Размеры цилиндрических контактов

Номинальный ток, А

Диаметр контакта D, мм

Высота контакта h, мм

до 2

2-5

5-10

10-20

20-40

1-2

2-4

3-5

5-8

8-12

0,3-1,0

0,6-1,2

0,8-1,6

1,0-2,0

1,2-2,2

Диаметр контакта D = 5 мм;

Высота контакта h = 1,5 мм;

Радиус закругления r = 10мм.

3. Поверхность охлаждения определяется по формуле

 

м2.        (4.1.1)

 

4. Рассчитываем контактное сопротивление

,        (4.1.2)

 

где        с – коэффициент охлаждения (при естественном охлаждении С=0,48);

Δt – допустимое превышение температуры (для неокисляющихся контактов Δt=50..75 м/span>С).

Ом.

5. Величину контактного усилия определяем по формуле

 

,        (4.1.3)

где        b – коэффициент, зависящий от характера деформации, вида и формы зоны контактирования (b=3);

с – коэффициент шероховатости поверхности (для чистообработанной поверхности с =1);

ρ - удельное сопротивление контакта. Определяется по формуле

 

,        (4.1.4)

где        ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления контактов.

(НВ) – твердость по Бринеллю наиболее мягкого контактного материала;

6. Определяем Pmin констр

,        (4.1.5)

где        kзап – коэффициент запаса, учитывающий износостойкость и изменение усилия Р от допусков на контактонесущую систему, а также статическую и динамическую стабильность RК (kзап=1,5..5);

kf – коэффициент частоты тока (при f = 0..2 кГц, kf = 1);

kT – температурный коэффициент, учитывающий уменьшение усилия Р от изменения жесткости контактирующей системы при колебаниях температуры (kT ≈ 1).

Н.

7. Находим верхнюю границу усилия Рмах

,        (4.1.6)

где        σk- определяется из условия σk<|σ|k/k (при I<0,35 А k=1, |σ|k = 20..25(НВ)), т.е. σk <25⋅60 =1500 Н/м2. Возьмем σk = 300;

rk – радиус контакта (rk = 10⋅10-3м).

Н.

8. Величина  минимального контактного зазора равна

       (4.1.7)

Выбираем контактный зазор 4 мм

9. Определяем повышение температуры контактной площадки контакта

,        (4.1.8)

где        Uk – падение напряжения на контакте. Uk = I⋅RK = 10⋅5,9⋅10-5 = 5,9⋅10-4 В.

м/span>С.

Повышение температуры составляет 0,0063м/span>С, что является незначительным.

В результате расчетов определили размеры контактов:

Диаметр контакта D = 5 мм;

Высота контакта h = 1,5 мм;

Радиус закругления r = 10мм.

4.2 Расчет пружины

 

Исходными данными для расчета пружины является:

 

       Прикладываемое усилие – Р = 0,2 МПа

 

Материал пружины кремнистая сталь У10А по ГОСТ 2614-75.

  1. Определяем допускаемое напряжение [σ].

 

               (4.2.1)

где σт – предел текучести;

nт - коэффициент запаса текучести

 

  1. Вычисляем отношение

 

       (4.2.2)

где Pmax – максимальная нагрузка/

 

  1. Вычисляем отношение

       (4.2.3)

где к – жесткость пружины;

Е – модуль упругости;

Pmax – наибольшая нагрузка;

λmax – максимальный ход.

 

 

4. Задаемся рядом значений l / h и по формулам 4.2.4 и 4.2.5 определяем b, h, и l.

       (4.2.4)

 

       (4.2.5)

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.

Таблица 2

l / h

b

h

1

60

5,4

0,4

2

70

8,6

0,3

3

75

10,5

0,26

4

80

12,8

0,23

5

90

18,3

0,18

Выбираем вариант 3.

  1. Подсчитаем размеры h, b, l и определим σmax для пружин из ленты стандартных сечений.

Из ряда стандартных значений толщин /  / выбираем толщину h = 0,25 мм.

Определяем ширину b:

 

       (4.2.6)

 

 

Из ряда стандартных значений для ширины /  / выбираем ширину b = 12 мм.

  1. Рассчитываем длину пружины l:

       (4.2.7)

 

 

Проверяем величину напряжения

 

       (4.2.8)

В результате расчетов определили размеры пружины:

b = 12 мм;

h = 0,25 мм;

l = 77 мм.

 

4.3 Расчет прочности и жесткости конструкции

4.3.1 Расчет прочности и жесткости крышки

При расчете нужной толщины стенок в качестве расчетной модели принимается прямоугольная пластина размерами a×b постоянной толщины h с жесткой заделкой пластины по контуру и нагруженной по всей поверхности равномерно распределением давлением P(Па).

Определяем давление Р по формуле:

       (4.3.1)

где m – масса, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

       (4.3.2)

При соотношении a / b ≤ 3 – для случая защемления пластины по контуру определяются коэффициенты С1 и С2.

       (4.3.3)

       (4.3.4)

Определяем действующий в сечении пластины максимально распределенный изгибающий момент Мmax, Па∙м2:

       Мmax=C2∙P∙b2        (4.3.5)

 

Мmax=5,7∙10-2∙7625∙(240∙10-3)2=25,04 Па∙м2

Определяем допускаемое напряжение [σ], Па

 

[σ]= σт/[n]        (4.3.6)

где σт – предел текучести, Па;

[n] – запас прочности.

[σ]= 200∙106/2=100 МПа

Из условий прочности минимальная толщина пластины, в мм, при допускаемом напряжении [σ], определяется по формуле:

       (4.3.7)

Определяем цилиндрическую жесткость D:

       (4.3.8)

где E – модуль упругости, Па;

μ – коэффициент Пуассона.

Определяем максимальный прогиб в центре пластины ωmax в метрах:

       (4.3.9)

м

В результате расчетов определили:

D = 848 Па/мм2

h = 1,3 мм

 

4.3.2 Расчет прочности и жесткости корпуса

При расчете нужной толщины стенок в качестве расчетной модели принимается прямоугольная пластина размерами a×b постоянной толщины h с жесткой заделкой пластины по контуру и нагруженной по всей поверхности равномерно распределением давлением P(Па).

Определяем давление Р по формуле:

       (4.3.10)

где m – масса, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

При соотношении a / b ≤ 3 – для случая защемления пластины по контуру определяются коэффициенты С1 и С2.

       (4.3.11)

       (4.3.12)

Определяем действующий в сечении пластины максимально распределенный изгибающий момент Мmax, Па∙м2:

Мmax=C2∙P∙b2        (4.3.14)

Мmax=9,3∙10-2∙33276∙(110∙10-3)2=38,6 Па∙м2

Определяем допускаемое напряжение [σ], П

 

[σ]= σт/[n]        (4.3.15)

 

где σт – предел текучести, Па;

[n] – запас прочности.

[σ]= 200∙106/2=100 МПа

Из условий прочности минимальная толщина пластины, в мм, при допускаемом напряжении [σ], определяется по формуле:

       (4.3.16)

Определяем цилиндрическую жесткость D:

       (4.3.17

 

где E – модуль упругости, Па;

μ – коэффициент Пуассона.

 

Определяем максимальный прогиб в центре пластины ωmax в метрах:

       (4.3.18)

В результате расчетов определили:

D = 1303 Па/мм2

h = 1,5 мм

Заключение

В курсовом проекте разработана конструкция пневматического реле, рассчитана прочность и жесткость корпуса и крышки, площадь контакта, плоская пружина, выбраны материалы деталей в зависимости от ус

 

@reg

@support17

Сейчас 35 гостей онлайн

@(c)

Copyright © 2009-2011 Support17.com
Любое использование материалов, опубликованных на support17,
разрешается только в случае указания гиперссылки на Support17.com

@s

Родоначальницей всех приборостроительных специальностей явилась кафедра «Приборы точной механики», которая была открыта в 1961 г. на машиностроительном факультете.
В 1976 г. был организован оптико-механический факультет.