Конструкторская разработка - Стенд для расточки подшипниковых гнезд в блоке ДВС
Разработке стенда предшествовал аналитический обзор учебной и инженерно - технической литературы, специальных периодических изданий, патентной и рекламной информации. Проведенный обзор показал, что стенды такого назначения машиностроительными предприятиями серийно производятся. Наиболее современный из них горизонтально-расточной станок модели ОР14553и расточной станок РР-4А,.
Одним из эксплуатационных недостатков указанного стенда являет его не универсальность, а также низкий уровень механизации установки и снятия ремонтируемого блок-картера на горизонтально расточный станок. Для устранения указанных недостатков и повышения уровня безопасности работ на станке. В настоящем разделе выполнен проект модернизации горизонтально-расточного станка ОР14553, который включает разработку конструкции подающего рольганга и конструкции приспособления для расточки на указанном станке блок картеров дизельного ДВС СМД-60 и СМД-62.
Устройство и работа стенда
Горизонтально-расточный станок ОР14553 предназначен для расточки горизонтально расположенных отверстий в блоках ДВС, СМД-14 и СМД-17. Таким образом, геометрические оси шпинделей борштанг для расточки отверстий под вкладыш коренных подшипников коленчатого вала и подшипников распределительного вала имеют между собой расстояние, соответствующее двигателем указанных моделей.
Основные узлы станка следующие. Массивная плита – стол, расположенная на раме. Внутри рамы расположена гидронапорная станция для привода механизма продольной подачи (перемещение) борштанг при расточке и для управления гидравлической муфтой.
Движение от основного приводного электродвигателя к шпинделям станка передается ременными передачами. Для управления движением, т. е. включением первого и второго шпинделей используется гидравлически управляемая муфта. Приводной электрический двигатель, как и муфта, размещены внутри рамы (под столом).
На столе размещены два опорных узла (левый и правый). Правый опорный узел содержит два подшипниковых узла, которые служат опорами свободных концов борштанг. Левый опорный узел содержит шпиндельные валы с устройствами для соединения с борштангами. Шпиндельные валы имеют возможность осевого горизонтального перемещения и через передающую пластину соединены со штоком гидроцилиндра. Гидроцилиндр размещен также на столе. Выдвижение штока гидроцилиндра через пластину перемещают вдоль оси шпиндельные валы и соответственно борштанги, обеспечивая горизонтальную подачу резцов, при расточке отверстий.
Для снижения трудоемкости подачи ремонтируемого блока на стол расточного станка предлагается конструкция роликового приводного конвейера. Привод роликов осуществляется цепной передачей. Для этого каждый ролик снабжен цепной звездочкой. Привод конвейера состоит из асинхронного электродвигателя АО2-11-6 N = 0,35 кВт; n = 960 об./мин.; и червичного редуктора ip = 17; цепная передача между редуктором и рамками имеет передаточное число iц = 1,47.
Для плавного перемещения блок картера с конвейера на станок на нижней поверхности плиты приспособления предусмотрены подпружиненные "утаплеваемые" роликооопоры. Пружина роликооопор рассчитана так, что силы веса блок картера с приспособлением, неустойчивого для их сжатия и они свободно перемещаются по роликам. Однако под воздействием усилия затяжки крепящих приспособлений пружины сжимаются; опорные ролики опускаются ("утапливаются"), а опорная поверхность приспособления с блок-картером устанавливается на стол станка.
Рабочий процесс расточки на станке состоит в следующем. После разборки ремонтируемого двигателя на разборочном стенде, блок картер устанавливается в приспособление для расточки и по роликовому транспортеру подается на стол расточного станка. Там блок картер центрируется относительно осей обрабатывающего инструмента и жестко закрепляется с помощью крепежного приспособления. Расточка отверстий выполняется борштангами, конструкции которых показана на листе ….
Для расточки отверстий под вкладыши коленчатого вала борштанга, с установленными на ней резцами, подается через посадочное отверстие правого опорного узла. Левым концом, имеющим шрифт, борштанга соединяется со шпиндельным валом станка, размещенном на левой опоре. Для прохода резцов борштанги через посадочное отверстие правого подшипника в его втулке имеется прямоугольный паз. После расточки первого (правого) отверстия борштангу останавливают и извлекают из приспособления, а на ее место помещают другую с резцом, установленным для следующего отверстия. После расточки следующего отверстия операции повторяют до завершения расточки.
Расточку отверстий под распределительный вал выполняю одной борштангой, т. к. их размеры последовательно уменьшаются. Для этого вторую борштангу соединяют с верхним шпиндельным валом. Подача движения от приводного двигателя на тот или другой шпиндельный вал осуществляется переключением гидравлически управляемой муфты.
Расчеты, подтверждающие работоспособность стенда.
Расчет привода роликового конвейера.
Исходные данные для расчета:
- длина конвейера L=10м;
- вес транспортируемого блок-картера с технологической оснасткой G = 3500 Н;
- скорость транспортировки блок-картера конвейером V = 0,2 м/с;
- размер приспособления, в котором находится блок-картер.
По рекомендациям [ ] принимаю диаметр ролика D = 100 мм.
Расстояние между роликами:
;
мм.
мм – размер груза.
Число роликов у конвейера:
ролика.
Сопротивление передвижения блок-картеров по конвейеру:
Н.
где n = 1 – количество блок-картеров, находящихся на конвейере при транспортировке;
Gp=210 Н – вес вращающейся части ролика;
d =30 мм – диаметр ………..ролика;
f = 0,015 – коэффициент трения, качения;
= 0,85 – К. П.Д. привода.
Расчетная мощность двигателя:
Вт.
По каталогу выбираю электродвигатель: асинхронный трехфазный 380 V, тип АО2-11-6. Его мощность Nq = 0,35 кВт; n = 960 об/мин.; диаметр вала – 18 мм.
Частота вращения роликов для обеспечения требуемой скорости передвижения блок-картера:
об/мин.
Передаточное число механизма привода:
.
В качестве передающих механизмов привода принимаю червячный реверсивный редуктор и цепную передачу.
Ориентировочная разбивка передаточного числа по передачам:
Принимаю значение передаточного числа цепной передачи:
.
Тогда значение передаточного числа редуктора должно быть:
.
По каталогу выбираю червячный редуктор ЧР-А 0,7-200- 35
Уточненное передаточное число цепной передачи
.
Расчет и выбор посадки для сопряжения «борштанга-втулка».
При расточке отверстий режущий инструмент –борштанга опирается на опоры и вращается в них. Для достижения высокой точности расточки в опорах применены подшипники скольжения, цапфой которого является одна из шеек борштанги, а подшипниковой втулкой – специальная съемная втулка.
Исходные данные для расчета параметров посадки подшипника скольжения:
- номинальный диаметр соединения d = 70 мм = 0,07 м;
- длина соединения l = 210 мм = 0, 21 м;
- средняя угловая скорость вращения ролика при перемещении блок – картера w = 96 c-1;
- динамическая вязкость смазки 
;
- шероховатость поверхности вала Rzd = 0,4 мкм;
- шероховатость поверхности отверстия RzD = 0,4 мкм;
Условие выбора стандартной посадки
(3.1)
Величина расчетного зазора
Оптимальный зазор в сопряжении
где 
Мпа – удельное давление.
Вышеприведенному условию (3.1) соответствует посадка:
Æ70
у которой Smax..ст.= 31 мкм;
Smin..ст.= 10 мм;
Толщина смазочного слоя в сопряжении при наибольшем зазоре принятой посадки
Проверка достаточности толщины смазочного слоя по условию
Т. е. сопряжение, представляющее собой подшипник скольжения с принятой посадкой – работоспособно.
Расчет пружин роликоопор приспособления для расточки.
Как указывалось ранее, в конструкции приспособления для расточки предусмотрены роликоопоры, обеспечивающие легкое перемещение приспособления с установленным в нем блок-картером на плите расточного стола. Роликоопоры способные «утапливаться» под воздействием усилия крепления приспособления и тем самым создавать жесткую опору приспособлению на расточном столе.
Как видно из конструкции роликоопоры (лист 5), способность «утапливаться», придает ей пружина сжатия цилиндрическая.
Исходя из функционального назначения подвижной роликоопоры и из принципа ее действия предполагаю, что величина ее жесткости должна обеспечивать удержание ролика в рабочем состоянии, в верхнем крайнем положении, т. е. противостоять распределенному весу приспособления с блок – картером и сжиматься, т. е. позволить «утонуть» ролику при начале действия усилия закрепления.
Из анализа процесса перемещения блок – картера в приспособление с катков рольганга на стол расточного стола, видно, что вес блок – картера с подставкой распределяется на 4 роликоопоры. Т. е. распределенный вес блок – картера на одну роликоопору равен:
|
где |
|
- вес блока – картера до выпрессовки гильз [ ]; |
|
|
- вес приспособлиния. |
Дальнейший расчет пружины выполняю по методике [ ].
Предварительно задаюсь конструктивными параметрами пружины:
- наружный диаметр D = 35¸39 мм;
- высота пружины при предварительной деформации Н1= 50 мм.;
- рабочий ход из условия работы роликоопоры h = 15 мм.
Для изготовления пружины назначаю сталь 60С2А с пределом прочности 
и пределом текучести при кручении 
Сила пружины при предварительной деформации 
;
Сила пружины при рабочей деформации, т. е. соответствующая началу действия закрепляющего усилия 
;
По условию и режиму работы рассчитываемую пружину следует отнести ко II классу. Для данного класса пружины относительный инерционный зазор d от 0,05 до 0,25.
Сила пружины при максимальной деформации:
;
Диаметр проволоки пружины из условий деформации при кручении:
где 
- допускаемое напряжение при предельном усилии;
(предварительно);
- коэффициент кривизны.
По таблице (ГОСТ 13767-88) принимаю пружину № 111, с наружным диаметром D = 38 мм; диаметр проволоки d = 3 мм; сила P3 = 1060 Н; жесткость одного витка z1 = 217,5 Н/мм; наибольший прогиб одного витка f3 = 4,5 мм.
Жесткость пружины
Число рабочих витков пружины
Уточненная жесткость пружины
При полутора нерабочих витка, полное число витков пружины
Средний диаметр пружины
Предварительная деформация пружины
Рабочая деформация (допустимая)
Максимальная деформация
Высота пружины при предварительной деформации
|
где |
|
- высота пружины в свободном состоянии (конструктивно); |
соответствует начальным техническим требованиям т. е. 
Высота пружины при максимальной деформации
Высота пружины при рабочей деформации
Т. е. 
, что соответствует нормальным условиям эксплуатации пружины.
Шаг пружины
Рассчитанные размеры пружины, ее эксплуатационная характеристика (жесткость) соответствуют конструктивным размерам узла и эксплуатационным требованиям стенда.
Выводы. Выполненные, силовые, прочностные расчеты подтверждают работоспособность, надежность и безопасность модернезированной конструкции стенда для расточки подшипниковых отверстий в блок-картере ДВС.
