Конструкторские разработки
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.67 (3 Голосов)

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

image001_6f72b95d5f798f0106b811ccb843ec15 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

d1 =g*m=12*4=48 мм

-  диаметр окружности выступов червяка:

da1 =m*(g+z1)=4*(12+1)=52 мм;

- диаметр впадин витка червяка:

df1 =m*(g-2.4)=4*(12-2.4)=38.4 мм;

- делительный диаметр червячного колеса:

d2 =m*z=4*68=272 мм;

- диаметр окружности выступов колеса:

dc2=(z2+2)*m=(68+2)*4=280 мм;

- диаметр окружности впадин колеса:

df2=(z2-2.4)*m=(68-2.4)*4=262.4 мм.

Ширина венца червячного колеса:

image002_0_c9863b68f72c592439e55ca682e11b8d Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС×

Длина нарезной части червяка:

image003_0_0e3c643f0f44f861f58dd2a5b72844eb Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

N=Qдвс*V

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

image004_0_bda5802537b6544691b3ac431af42a9b Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

image005_0_6f4e145cba106b78f5d78dce1b426c66 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

тогда N=1,2 кВт.

Рабочая мощность электродвигателя определяется как:

image006_0_a2b435d86097bb4ad1530d4e56518105 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

где hпр – к. п.д. привода стенда

hпр=hzp*hzo;

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

hzo=0.99 – к. п.д. грузовой опоры.

hпр=0,83.

Nр. эд=1,4 кВт.

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, [ ].

Условие работоспособности:

sк £ [ s ]

где [sк]=375 н/мм2-допускаемое контактное напряжениimage007_0_48eb5771da3f972b19df2eefd37e4a66 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВСе для чугуна С421-40 из которого изготовлено червячное колеса, [ ].

Контактное напряжение в червячном зацеплении:

image007_0_48eb5771da3f972b19df2eefd37e4a66 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВСsimage008_0_d889ec299417b7ff469d1997f73b3d68 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

М2=R*Qдвс=300*530*9.8=1.6*106 H*мм;

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

Тогда:

sк=364,3 МПа;

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

image009_0_772271c741406de7f422506b7cc72e23 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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

image010_0_7d4f65cc18e115232dd562bbd936f2c0 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

ax=20° - угол профиля витка червяка;

Т=38223 н.

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.

image011_0_8652e3358cfbff98ca6b94f831a03d23 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

image012_0_fcd9e0ccf793b6a679c1b9d7b8ca55b7 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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

При симметричном расположении подшипниковых опор червяка:

Т¢1=Т1/2=38223/2=19112 н.

Угловая скорость:

image013_0_03ffd817fc43b144e42341300db91eb2 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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

Тогда:

Sопт=31,2 мкм;

Величина расчетного зазора:

Sрасч=Sопт-2*(RzD+Rzd);

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

Sрасч=21,6 мкм

Выбираю стандартную посадку по условию, [ ]:

Sсред ст.=Sрасч.

Этому условию соответствует посадка:

image007_0_48eb5771da3f972b19df2eefd37e4a66 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВСÆimage014_0_88580fc93557f046d1132dd81dcf3bba Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

у которой Smax cт=50 мкм;

Smin ст=9 мкм;

Sсред ст=image015_0_b0b1aae1f516ca5d12b4f087774cf89f Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

image016_0_15a8afeb29b4e286334680ad183af859 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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

[tср]=0,3*Sт=370*0,3=111 МПа;

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

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

М¢2=М2/2;

Напряжение среза в болте:

image017_0_cd0c950f437010e14ac65f9cf972f2fa Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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;

Тогда:

tср б=57,2 МПа;

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

image018_0_06df0b78fdb2d75c44c114778bab44e2 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

image019_0_8d7cd7e6370964c1d2c07c6973843687 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

image020_0_0e45318e226884292de47421f3e31cee Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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:

image021_0_72ab974bc39da9d84e9e6afd8f9d8a65 Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС

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

Конструкторская разработка стенд для разборки – сборки ДВС - 4.7 out of 5 based on 3 votes