Курсовое проектирование деталей машин

Введение
Инженер-конструктор является творцом новой техники, и уровнем его творческой работы в большей степени определяются темпы научно-технического прогресса. Деятельность конструктора принадлежит к числу наиболее сложных проявлений человеческого разума. Решающая роль успеха при создании новой техники определяется тем, что заложено на чертеже конструктора. С развитием науки и техники проблемные вопросы решаются с учетом все возрастающего числа факторов, базирующихся на данных различных наук. При выполнении проекта используются математические модели, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях, относящихся к объемной и контактной прочности, материаловедению, теплотехнике, гидравлике, теории упругости, строительной механике. Широко используются сведения из курсов сопротивления материалов, теоретической механики, машиностроительного черчения и т. д. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.
При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.
Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. Эти свойства обеспечили большое распространение зубчатых передач; они применяются для мощностей, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт.
К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.
Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения - свыше 30% объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.
Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.
Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.
При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения - 85%, в дорожных машинах - 75%, в автомобилях - 10% и т. д.
Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.
Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.
2. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

По табл. 1.1[1] примем следующие значения КПД:
- для ременной передачи с поликлиновым ремнем: оп = 0,96
- для закрытой червячной передачи: зп = 0,95

Общий КПД привода будет:
 = оп x зп x м x пк2x пс = 0,96 x 0,95 x 0,98 x 0,992x0,98 =0,876
где
оп. = 0,96 – КПД открытой передачи
зп = 0,95 - КПД закрытой передачи
м. = 0,98 - КПД муфты.
пк = 0,99 – КПД подшипника качения (2пары)
пс = 0,98 - КПД подшипника скольжения (пара)

Делительный диаметр тяговой звёздочки:
D = t / sin(180 o / Z) = 100 / sin(180 o / 11) = 354,947 мм

где t - шаг зубьев тяговой звёздочки, Z - количество зубьев тяговой звёздочки.
Угловая скорость на выходном валу будет:
вых. = 2 x V / D = 2 x 0,8 x 10 3 / 354,947 = 4,508 рад/с

Требуемая мощность двигателя будет:
Pтреб. = F x V /  = 2,2 x 0,8 / 0,876 = 2,009 кВт

В таблице П.1[1](см. приложение) по требуемой мощности выбираем электродвигатель 100L6, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин, с параметрами: Pдвиг.=2,2 кВт и скольжением 5,1% (ГОСТ 19523-81). Номинальная частота вращения nдвиг.=1000-1000x5,1/100=949 об/мин,угловая скорость двиг. =  x nдвиг. / 30 = 3,14 x 949 / 30 = 99,379 рад/с.

Oбщее передаточное отношение:

U = вход. / вых. = 99,379 / 4,508 = 22,045
Для червячного редуктора выбираем передаточное число U2=8
Определяем передаточное число передачи U1

Для передач выбрали следующие передаточные числа:
U1=(2 4)
U1 = 2,76 – (для ременной)
U2 = 8 – (для червячной) по стандартному ряду
Рассчитанные частоты и угловые скорости вращения валов сведены ниже в таблицу :

3. Выбор материалов зубчатых передач
Число витков червяка z1 принимаем в зависимости от передаточного числа: при U=8 принимаем z1=4 (см. с.55[1]). Число зубьев червячного колеса:
z2 = z1 x U = 4 x 8 = 32

Принимаем стандартное значение z2 = 32
При этом фактическое передаточное число Uф = z2 /z1 =32/4 = 8
Отличие от заданного:
(Uф - U) x 100 / U = (8 - 8) x 100 / 8 = 0%

По ГОСТ 2144-76 допустимо отклонение не более 4%.
Выбираем материал червяка и венца червячного колеса.
Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой менее HRC 45 и последующим шлифованием.