Материал: Проектирование часового механизма

Проектирование часового механизма

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Снежинский физико-технический институт -

Филиал Федерального государственного автономного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (СФТИ НИЯУ МИФИ)

Кафедра Технологии машиностроения

Курсовая работа

по курсу: Проектирование приборов времени

по теме : Проектирование часового механизма

Группа: ПБ40Д

Студент: Захаров Н.М.

Преподаватель: Румянцев П.О.

Снежинск

Содержание

Введение

1.       Кинематический расчет

2.      Определение основных размеров барабана

.        Плоскостная планировка часового механизма

.        Стрелочный механизм и механизм завода пружины и перевода стрелок

4.1 Стрелочный механизм

.2 Механизм завода пружины и перевода стрелок

5.       Построение равноплечего швейцарского хода

6.      Применяемые материалы

.        Применяемые опоры

.        Градусник

9.      Предохранительное устройство

Заключение

Приложения

Список используемой литературы

Введение

В данной курсовой работе предстоит спроектировать часовой механизм с целью закрепления теоретических сведений, полученных при прослушивании курса лекций, и получения практических навыков проектирования механизмов малогабаритных часов бытового назначения.

Основанием для проектирования являются исходные данные(вариант 6):

D=30 мм - калибр часов

tx=45 - заданная продолжительность хода часов от одного завода двигателя

Nоб=6 - число оборотов барабана за время tx=0,4с - период колебаний осциллятора

Zx=15 - число зубьев ходового колеса

Высота механизма С - не более 4,5 мм

Тип часового механизма: наручные с центральной секундной стрелкой

Тип хода: швейцарский равноплечий

Рассмотрим кинематическую схему часов с центральной секундной стрелкой (рисунок 1) [1]. Введем следующие обозначения основной зубчатой передачи часов и числа зубьев колёс и трибов:

z1 и z'1 - барабанное колесо и центральный триб;

z2 и z'2 - центральное колесо и промежуточный триб;

z3 и z'3 - промежуточное колесо и секундный триб;

z4 и z'4 - секундное колесо и ходовой (анкерный) триб.

Рисунок 1 - Кинематическая схема механических часов с центральной секундной стрелкой

Центральная ось выполняется полой, и через нее проходит ось секундного колеса. Здесь вращение от барабанного колеса z1 передается на центральный триб z'1, далее с центрального колеса z2 на промежуточный триб z'2 и с промежуточного колеса z3 на секундный триб z'3, расположенный в центре механизма. С секундного колеса z4 вращение передается на ходовой триб z'4.

Триб минутной стрелки z5 стрелочного механизма фрикционно посажен на центральную ось. Этот триб вращает переводное колесо z'5, с которым жестко соединен переводной триб z6. Переводной триб вращает часовое колесо z'6, свободно посаженное на втулку триба минутной стрелки. Часовая и минутная стрелки посажены на втулку часового колеса и на втулку триба минутной стрелки соответственно.

На цилиндрической шейке заводного валика свободно посажен заводной триб z9, а на квадратной части валика - кулачковая муфта 1, которая в показанном положении сцеплена с заводным трибом z9. Для перевода стрелок необходимо заводную головку 2 оттянуть до упора. При этом рычажная система (на рисунке 1 не показана) выводит кулачковую муфту из зацепления с заводным трибом и вводит ее в зацепление с трибом z7.

Имея все необходимые данные, приступим к расчету и составлению кинематической схемы часов.

1. Кинематический расчет

Находим передаточное отношение барабан - центральный триб

Передаточное отношение центральное колесо - секундный триб

Скорость вращения ходового колеса

.

Отсюда передаточное отношение секундное колесо - триб ходового колеса

Передаточное отношение центральное колесо - триб ходового колеса

Общее передаточное отношение механизма от заводного барабана до триба ходового колеса

Для часов с односуточной продолжительностью хода рекомендуется принимать ; тогда

Передаточное отношение i2=60 можно осуществить двумя парами колёс с близкими между собой передаточными отношениями

,

Пусть

Тогда

.

Передаточное отношение i4=600 принято считать неизменным для всех анкерных ходов с периодом колебаний Т=0,4 с, независимо от того, имеется ли секундная стрелка или она отсутствует. В последнем случае условие i3=10 не является обязательным.

Таким образом, получаем основные параметры зубчатых передач в таблице 1

Таблица 1. Основные параметры зубчатых передач

2. Определение основных размеров барабана

Модуль зацепления барабана

 мм

По таблице значений модулей по ГОСТ 13678-73, находим минимальный ближайший модуль

мм

Определяем радиус расточки барабана

Остальные размеры пружинных двигателей для малогабаритных часов (рисунок 2) могут быть получены с помощью их предельных значений, указанных в таблице 2 [4].

Значение h' должно быть больше той величины, которая получается путем расчёта на прочность первой зубчатой пары. В предварительных расчётах, как показывает практика, значение этого параметра может быть определено по формуле h'=kD1н, где k=0,03¸0,04, D1н - наружный диаметр зучатого венца барабана.

Таблица 2. Основные размеры барабана

Рисунок 2. Основные размеры барабана

Положение зубчатого венца на барабане может быть произвольным. Целесообразно его размещать в середине. Тогда усилие, возникающее в зацеплении, будет равномерно распределяться на обе цапфы вала.

3. Плоскостная планировка часового механизма

Используем метод для расчета колес и трибов, по которому модули всех зубчатых пар основной передачи определяют по модулю первой зубчатой пары барабан - триб центрального колеса через коэффициент измельчения ε, под которым подразумевается отношение модуля последующей пары к модулю предыдущей.

Определим модуль зацепления и диаметры начальной, выступов и впадин окружностей колёс и трибов основной передачи, если m1 = 0,150 мм, ε ≈ 0,9. Числа зубьев колёс и трибов берутся из таблицы 1.

. Определяем диаметры окружностей колеса и триба первой пары зацепления барабан - центральный триб:

D1t=z1·m1 = 90·0,150=13,5 мм;    d1t =z¢1·m1=12·0,150=1,8 мм;

D1н=(z1+3)·m1=93·0,150=13,95 мм;      d1н=(z¢1+2)·m1=14*0,150=2,1 мм;

D1в=(z1-3)·m1==87*0,150=13,05 мм;    d1в=(z¢1-3,8)·m1=8,2·0,150=1,23 мм.

Межосевое расстояние первой пары

Затем определяем модули зацепления остальных пар основной передачи с учетом таблицы стандартных модулей:

центральное колесо - промежуточный триб:

m2 = ε m1 = 0,9·0,150 = 0,135 мм;

. Определяем диаметры окружностей колеса и триба второй пары зацепления центральное колесо - промежуточный триб:

D2t=z2·m2 = 75·0,135=10,125 мм;         d2t =z¢2·m2=10·0,135=1,35 мм;

D2н=(z2+3)·m2=78·0,135=10,53 мм;      d2н=(z¢2+2)·m2=12*0,135=1,62 мм;

D2в=(z2-3)·m2==72*0,135=9,72 мм;      d2в=(z¢2-3,8)·m2=6,2·0,135=0,837 мм.

Межосевое расстояние второй пары

Как уже было отмечено, допускается применение модулей, не предусмотренных стандартом для зубчатых передач соосных механизмов. Такой случай имеет место в часах с центральной секундной стрелкой, где на двух параллельных осях располагаются две пары зацепления: центральное колесо - промежуточный триб и промежуточное колесо - секундный триб.

Пусть модуль зацепления первой из названных пар равен m2, тогда межцентровое расстояние для нее будет

A2 = (z2 + z¢2)·m2/2.

Такое же межцентровое расстояние будет иметь место и для другой соосной пары, т.е.

A3 = (z3 + z¢3)·m3/2.

Так как А2=А3, то приравнивая правые части формул, получим модуль зацепления соосной пары

=0,159 - не округляем до стандартного

. Определяем диаметры окружностей колеса и триба третьей пары зацепления промежуточное колесо - секундный триб:

D3t=z3·m3 = 64·0,159=10,176 мм;         d3t =z¢3·m3=8·0,159=1,272 мм;

D3н=(z3+3)·m3=67·0,159=10,653 мм; d3н=(z¢3+2)·m3=10*0,159=1,59 мм;

D3в=(z3-3)·m3==61*0,159=9,699 мм; d3в=(z¢3-3,8)·m3=4,2·0,159=0,667 мм.

Межосевое расстояние третьей пары

. Определяем диаметры окружностей колеса и триба четвертой пары зацепления секундное колесо - триб ходового колеса:

m4 = ε m3 = 0,9·0,159 = 0,145 мм.

D4t=z4·m4 = 60·0,145=8,7 мм;      d4t =z¢4·m4=6·0,145=0,87 мм;

D4н=(z4+3)·m4=63·0,145=9,135 мм;      d4н=(z¢4+2)·m4=8·0,145=1,16 мм;

D4в=(z4-3)·m4==57*0,145=8,265 мм;    d4в=(z¢4-3,8)·m4=2,2·0,145=0,319 мм.

Межосевое расстояние четвертой пары

Компоновка механизма производится после того, как выполнен кинематический расчёт и определены размеры колёс и трибов.

Компоновку механизма выполним в увеличенном масштабе 10:1.

H1=0,42*D=12,6 мм

Положение промежуточного колеса z10 (VIII) не связано с диаметром барабана z1 и его выбирают в зависимости от размера H1, определяющего положение заводного триба z9 в вырезе платины. Желательно увеличение размера H1, что при выбранном отношении z10/z11 позволяет увеличить размеры колёс, а главное увеличить размеры деталей заводного механизма, из которых наиболее сложной в изготовлении является кулачковая муфта.

Весьма важным является размещение на платине центров вращения ходового колеса, вилки и баланса (V, VI, VII). В случае дисковой формы платины обычно применяют прямую вилку, когда все указанные точки располагаются на одной прямой. Расстояние между точками (V), (VI) и (VII), а также размеры деталей спускового регулятора выбирают в зависимости от диаметра платины, используя следующие соотношения:

dx = (0,18 ÷ 0,2)·D = k1D,

dx = (0,75 ÷ 0,8)·L = k2L,

dx = (0,42 ÷ 0,47)·Dб = k3Dб,

где    dx - диаметр действующей окружности ходового колеса;

D- калибр механизма

L - расстояние между осями ходового колеса и баланса;

Dб - диаметр внешней окружности баланса (с винтами).

dx = (0,18 ÷ 0,2)·30 = 0,2*30=6 мм,

L= dx/0,8=6/0,8=7,5 мм

Dб= dx/0,47=12,76 мм

В схеме часов применяется пять мостов: мост барабана и механизма заводки пружины; мост промежуточной, секундной и ходовой осей; мост вилки; мост узла баланса и промежуточный мост центральной оси.

Промежуточный мост служит верхней опорой цапфы центрального триба. Центральный узел в целом усложняет сборку механизма и установку зазоров.

При компоновке оказалось, что диаметры триба z¢4 и колеса z4, подсчитанные с использованием коэффициента ε, не удовлетворяют требованиям удачного расположения других деталей при компоновке механизма. Тогда корректируем диаметры колеса и триба данной пары, принимая новое значение модуля так, чтобы он удовлетворял рекомендуемому ряду:

m=(Dt+dt)/(zk+zt)=(11,24+1,15)/(60+6)=0,148 мм, округляем до 0,15 мм.

Одновременно с плоскостной планировкой механизма выполняют его пространственную компоновку, назначение которой состоит в выборе оптимального расположения деталей и узлов часов по высоте механизма.

4. Стрелочный механизм и механизм завода пружины и перевода стрелок

.1 Стрелочный механизм

Наиболее распространенные варианты чисел зубьев трибов и колёс стрелочного механизма представлены в таблице 3.

Таблица 3. Варианты чисел зубьев трибов и колес стрелочного механизма