Проектирование стенда для разборки-сборки двигателя автомобиля

СибАДИ
Кафедры «Автомобили и Тракторы»
Курсовой проект по дисциплине «Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования»
На тему: «Проектирование стенда для разборки-сборки двигателя»
г. Омск, 2018

1 Тип Подвижный
2 Грузоподъемность, кг 500
3 Способ поворота Вручную, через червячный редуктор
4 Габаритные размеры, мм:
длина 935
ширина 863
высота 900
6 Масса, кг, не более 90

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 5
1.1 Общая характеристика изделия 5
1.2 Характеристика объекта технического воздействия 6
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ 12
2.1 Анализ существующих конструкций 12
2.2 Выбор вариантов изделия и его разработки 16
2.3 Техническое обоснование выбранного варианта изделия 17
3. ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ ИЗДЕЛИЯ 18
4. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ ИЗДЕЛИЯ 19
4.1 Разработка структуры изделия 19
4.2 Обоснование выбора (расчет) элементов изделия 19
5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКИХ ДОКУМЕНТОВ 22
5.1 Проработка комплектности конструкторских документов 22
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 24

Состав: Стенд СРСД 00.00.00 (СБ), Деталировка (ступица, рукоятка), Спецификация, Редуктор Ч-100-31,5-52 (ВО)

3Конструкторская разработка Стенд для разборки – сборки ДВС

Проведенный обзор и анализ технической литературы, патентной документации и периодически издаваемой научно – технической документации показал, что машиностроительной промышленностью Украины типовые стенды для разборки – сборки ДВС серийно не выпускаются.

В сельских ремонтных предприятиях встречаются стенды 1960 – 70 годов выпуска модели ОПР – 989. Однако они имеют ручной привод изменения положения ремонтируемого двигателя и предназначены для установки на них двигателя не большого веса – до 270 кг.

На специализированных ремонтных предприятиях имеются разборочные стенды, изготовленные по заказу предприятия и по технической документации разработанной предприятием. Эти стенды обычно предназначены для установки на них одной – двух моделей тракторных двигателей, т. е. не обладают универсальностью.

В связи с этим в настоящем разделе выполнена разработка стенда, обладающего повышенной универсальностью, т. е. позволяющего устанавливать на себе автотракторные и комбайновые ДВС любых моделей весом до 530 кг.

Конструкция предлагаемого стенда выбрана с позиции высокой механизации рабочего процесса, простоты, удобство и безопасность эксплуатации, а также энергоэкономична.

3.1 Устройство и работа стенда

Общий вид конструкции стенда представлен на листе 4 графической части. Основой стенда является рама (поз. ) крестообразной формы. Рама представляет собой сварную конструкцию из металлопроката стандартного профиля. Размеры рамы приняты такими, что при перемещении двигателя установленного на стенде, центр тяжести первого не выходит за контуры рамы, т. е. обеспечивается неопрокидываемость и устойчивость стенда. На раме установлены две несущие стойки (поз. , ) на каждой из которых размещены узлы привода перемещения ремонтируемого двигателя. Стойки симметричны и имеют изогнутую форму, что уменьшает плечо действия силы веса двигателя относительно стыка крепление стоек к раме и тем уменьшает нагрузку на крепежные болты (поз. ).

На левой стойке стенда установлен механический привод (поз. ). Он состоит из электрического двигателя 4А80В, имеющего мощность 5,5 кВт и частоту вращения 700 об/мин; червячного редуктора с боковым расположением червяка. Такая компоновка редуктора принята для достижения малых габаритов привода в целом. Электродвигатель присоединяется к редуктору с помощью муфты, а их валы соединяются втулочной муфтой (поз. ).

Редуктор для привода спроектирован при разработке конструкции стенда. Он имеет самотормозящуюся червячную передачу, чтобы исключить вращение валов стенда под действием веса ремонтируемого ДВС при выключении электродвигателя. Корпус редуктора выполнен сварным из листового проката.

Особенностью редуктора является то, что одна из опор его выходного вала выполнена усиленной, что позволяет ее также использовать в качестве опоры для вращающегося кронштейна. Этот конструкторский вариант дает улучшение компактности привода, исключение из привода соединительной муфты, что в результате повышает надежность и удобство эксплуатации привода.

Для удобства сборки редуктора в нем в качестве нижней опоры червячного вала применен подшипник скольжения. С целью удешевления конструкции редуктора и учитывая то, что его работа кратковременна, червячное колесо в нем выполнено из антифрикционного чугуна. Смазывание червячной пары выполняется консистентной смазкой. На конец выходного вала редуктора насажена полумуфта-фланец (поз. ).

Она служит для присоединения к приводу левого кронштейна (поз. ). На конце кронштейна приварен брус (поз. ). На брус помещены два ползуна (поз. ), с отверстиями для крепления к ним двигателя.

На правой стойке (поз. ) размещен механизм перемещения (поз. ) правого кронштейна.

Устройство механизма показано на листе 6. Перемещение кронштейна осуществляется винтовой парой (используется трапециидальная ходовая резьба) путем вращения винта. При этом перемещаются правая грузовая опора и соответственно правый кронштейн. Величина перемещения составляет 300 мм.

Перемещением правого кронштейна изменяем расстояние между брусьями, которые являются опорными базами для установки на стенд ремонтируемого ДВС. Т. о. имея возможность менять расстояние между опорными базами (брусьями) и возможность перемещать по ним ползуны с крепежными отверстиями под двигатель, получаем возможность устанавливать (крепить) на стенд тракторные и комбайновые двигатели различных моделей.

Таким образом. стенд имеет определенную универсальность.

Работает стенд следующим образом. Разместив крепежные отверстия на стенде соответственно отверстиям двигателя устанавливаем его на стенд и прикрепляем с помощью болтов.

В процессе разборки – сборки ДВС, для обеспечения наилучшего доступа к определенным местам двигателя возникает необходимость его перемещения. На стенде это осуществляется включением привода, который начинает вращать вал грузовой опоры и соответственно привод (левый) кронштейн. В месте с кронштейном в нужное положение поворачивается закрепленный на нем ДВС.

Пульт управления стендом имеет одну кнопку пуска с пружинным возвратом. Таким образом электродвигатель привода пребывает включенным только во время нажатия кнопки, после отпускания ее электродвигатель обесточивается.

Неподвижное пребывание ремонтируемого двигателя в любом положении кронштейнов обеспечивает самотормозящимся свойством червячного редуктора.

3.2 Кинематический расчет, определение рабочих нагрузок

Кинематический расчет стенда состоит в определении скоростей вращения его элементов и частоты вращения вала электродвигателя, характеристик редуктора.

Исходя из безопасности работы со стендом, (подразумевается момент поворота установленного на стенде ДВС, осуществляемого при находящимся вблизи рабочем и без механического ограждения зоны вращения) при радиусе поворота ремонтируемого ДВС = 300мм (см. чертеж, лист ) частота вращения кронштейна, а соответственно и вала грузовой опоры должна быть 9…10 об/мин. Т. к. вал грузовой опоры вращаем непосредственно выходным валом червячного редуктора данное значение частоты вращения является исходным для расчета кинематических параметров редуктора.

Ориентируясь на стандартную частоту вращения асинхронных трехфазных электродвигателей, например 730 об/мин, ориентировочно определено необходимое передаточное число редуктора

где: nэд. –номинальная частота вращения вала электродвигателя;

n кр. –частота вращения кронштейна из условия безопасной эксплуатации стенда.

Ориентируясь на расчетное значение передаточного числа значение передаточного числа по ГОСТ 2144-96 применяю основные параметры червячного редуктора:

m=4 мм — модуль зацепления:

g=12 – относительный диаметр червяка;

z1=1 – число заходов червяка;

z2=68 – число зубьев червячного колеса;

aw =160мм – межосевое расстояние червячной пары;

g=4°5¢49¢¢- делительный угол подъема линии витка червяка.

Основные геометрические параметры червячной пары:

— делительный диаметр червяка:

— диаметр окружности выступов червяка:

da1 =m*(g+z1)=4*(12+1)=52 мм;

— диаметр впадин витка червяка:

— делительный диаметр червячного колеса:

— диаметр окружности выступов колеса:

— диаметр окружности впадин колеса:

Ширина венца червячного колеса:

×

Длина нарезной части червяка:

принимаю l=65 мм.

Рабочие нагрузки на узлы и детали конструкции стенда, исходя из принципа работы стенда, обусловлены силой веса установленного на нем для разборки ДВС. Схема нагружения стенда приведена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1- Схема нагружения стенда

Т. к. проектируемый стенд универсальный, т. е. на него могут быть помещены ДВС различных моделей, имеющих различный вес Qдвс в качестве расчетной рабочей нагрузки принимаю вес наиболее тяжелого ДВС, который может быть на него помещен. Это двигатель трактора ДТ-75, А41, СМД 66, имеющий вес Qдвс=530 кг.

3.3 Расчет и выбор электродвигателя

Мощность необходимая для поворота кронштейнов стенда с установленным на них ДВС определяется как:

где V – окружная скорость вращения центра тяжести ДВС, м/сек.

Рабочая мощность электродвигателя определяется как:

где hпр – к. п.д. привода стенда

где hzp=0,85 – к. п.д. червячного редуктора;

hzo=0.99 – к. п.д. грузовой опоры.

Ориентируясь на расчетную мощность электродвигателя по каталогу выбираю для привода стенда асинхронный электродвигатель 4А80В N=1.5кВт, n=700 об/мин.

Для компактности привода использую электродвигатель с фланцевым способом крепления. Т. О. двигатель крепится непосредственно к редуктору.(см. лист графической части).

3.4 Прочностные расчеты, подтверждающие работоспособность стенда

Необходимо проверить работоспособность червячной передачи, т. к. размеры, определяющие ее прочность, были приняты на основании кинематического расчета, [ ].

где [sк]=375 н/мм2-допускаемое контактное напряжение для чугуна С421-40 из которого изготовлено червячное колеса, [ ].

Контактное напряжение в червячном зацеплении:

s

где М2- вращающий момент на валу червячного колеса, МПа;

d1- делительный диаметр червяка, мм;

d2- делительный диаметр червячного колеса, мм;

к=1,3 коэффициент нагрузки, [ ].

Вращающий момент зависит от силы веса ремонтируемого двигателя:

R= 300 мм – радиус вращения центра тяжести ДВС, установленного на стенде, (см. рис. 3.1).

Т. О. условие контактной прочности червячной пары выполняется, т. е.

Для дальнейших расчетов потребуется значение радиальной нагрузки, возникающей в зацеплении. [ ].

ax=20° — угол профиля витка червяка;

Расчет посадки для подшипника скольжения являющегося опорой червячного вала выполняется с целью обеспечения надежности этого узла.

Предварительно определяется оптимальный зазор в подшипнике, при котором обеспечивается наилучший тепловой режим работы.

где: d – номинальный диаметр сопряжения, м (см. чертеж узла, лист );

h =0,02 – динамическая вязкость смазки, Па;

l – длина подшипниковой втулки, м;

g – удельное давление в сопряжении, МПа;

w — угловая скорость вращения вала, с-1.

Удельное давление в сопряжении определяется как:

где: Т¢1- радиальная нагрузка воспринимающая подшипником скольжения, Н.

При симметричном расположении подшипниковых опор червяка:

где: V1 – линейная скорость вращения вала, мм/сек.

Величина расчетного зазора:

где: RzD и Rzd – шероховатость поверхности отверстия втулки и вала в месте сопряжения.

Выбираю стандартную посадку по условию, [ ]:

Этому условию соответствует посадка:

Æ

у которой Smax cт=50 мкм;

Sсред ст=

Прочность соединения кронштейна с валом грузовой опоры определяет надежность и безопасность эксплуатации стенда, поэтому ее целесообразно проверить.

Данное соединение представляет собой стык поверхностей двух деталей стянутых шестью болтами размером М12. Болты изготовлены из стали 45. Рассматривая различные состояния данного соединения по степени затяжки болтов, следует выделить наиболее опасное, при котором сила затяжки болтов такова, что позволяет рабочему усилию сдвинуть кронштейн в плоскости стыка, т. е. сдвигающая нагрузка от веса ДВС будет восприниматься болтами в плоскости стыка. Болты при этом будут испытывать срезающую деформацию. Схема соединения приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 –Схема нагружения соединительного узла, число болтов – 6

Условие прочности соединения:

где: [tср] – допустимое напряжение среза мдля стали 45, МПа.

где: sт=370 МПа – предел текучести стали 45.

Напряжение среза в болте от действия вращающего (сдвигающего) момента М¢2, создаваемого сила веса груза:

Напряжение среза в болте:

где: D — диаметр окружностей расположения центров болтов, мм (см. рис. 3.2.)

z – число болтов соединения;

i – число плоскостей среза болтов;

d2= 10.86 мм – средний диаметр болта М12;

Т. о. условие прочности соединения выполняется, т. е.:

Прочность сварного соединения несущего бруса с кронштейном (лист 6) определяет надежность закрепления ДВС. Схема нагружения сварного соединения приведена на рисунке 3,3. Сварка выполнена вручную электродом Э50.

Рирунок 3.3 – Схема нагружения сварного соединения

Как видно из схемы, рис 3,3 сварной шов выполнен по замкнутому прямоугольному контуру, т. е. имеется четыре участка шва.

Все участки шва имеют простое нагружение и испытывают деформацию сдвига.

Условие прочности сварного соединения:

где: [tср] – допускаемое напряжение среза в сварном шве;

[tср] =0.65*[sp]=0.65*160=104 МПа.

Действительное напряжение среза в сварном шве определяется как:

где: к=4 мм – размер катета шва;

l= 580 мм – общая длина сварного шва, см. рис. 3,3.

Таким образом прочность сварного шва достаточна, т. к. выполняется условие прочности:

Выводы. Выполненные расчеты кинематических параметров, потребляемой мощности электродвигателем, прочностные расчеты ответственных узлов конструкции подтверждают работоспособность стенда.