Разработка конструкции стенда для сборки и разборки головок блока цилиндров

Таблица 3 –  Просмотренная   научно-техническая  литература и

                         техническая документация

Поиск проводился по фондам Курганской областной библиотеки им. Югова А.К. и библиотеки Курганского Государственного Университета.

1.3  Предложения по совершенствованию конструкции стенда  

          для разборки - сборки головок блока цилиндров

В результате анализа существующих конструкций  стендов выбираем для дальнейшей модернизации стенд модели Р-721.

Предлагаются следующие изменения в конструкции стенда:

-         для расширения возможностей стенда выполнить сменной пово­ротную плиту, на которую устанавливается головка блока цилин­дров; или эту плиту оставить постоянной, но на неё устанавли­вать плиту, размеры и расположение установочных пальцев ко­торой соответствуют головкам разных двигателей, что сделает стенд универсальным;

-         Изменить механизм фиксации данной поворотной плиты, снаб­див его делительным диском, в пазы которого входит конец ры­чага,  тем  самым фиксируя поворотную плиту;  делительный диск может фиксироваться через 60°, для удобства снятия - ус­тановки головки блока цилиндров и удобства установки клапанов и элементов клапанной группы;

-         предлагается  в пневмопривод данного  стенда включить устрой­ства для влагоотделения и маслораспыления и наиболее опти­мально расположить их на стенде.

2  Расчёты конструкции стенда для разборки- сборки головок  

       блока цилиндров

Расчёты конструкции необходимы для проверки работоспособности предлагаемой конструкции, для выбора материалов стенда, для проверки особо нагруженных деталей, для уточнения размеров стенда.

В зависимости от места в процессе проектирования все виды рас­чёта делят на проектные и проверочные.

Проектные расчёты применяют для определения исходных данных, установления размеров узлов и деталей, подбора стандартных из­делий.

Проверочные расчёты применяют для определения запаса прочно­сти в опасных сечениях и особо нагруженных деталях и сравнения их с допустимыми.

2.1 Проектные расчёты конструкции стенда для разборки и

         сборки головок блока цилиндров

В качестве проектных расчётов проектных расчётов для расчёта конструкции стенда необходимо произвести:

-  расчёт величины потребного усилия сжатия пружин клапанов на штоке пневмоцилиндра;

-  расчёт пневмоцилиндра;

-  геометрический расчёт (расчёт основных размеров стенда).

2.1.1  Расчёт величины потребного усилия сжатия клапанов на штоке пневмоцилиндра

Расчёт величины потребного усилия на штоке пневмоцилиндра не­обходимо начинать с определения схемы базирования головки блока цилиндров на поворотной плите и выбора установочных эле­ментов.

Выбираем схему базирования по плоскости и отверстиям с применением установочных пальцев. Главной базирующей поверхностью является плоскость плиты. При установке  деталей по плоскости и двум отверстиям необходимо выполнить расчёты, связанные с установкой на пальцы.

Условия возможности установки деталей на два цилиндрических пальца выглядит следующим образом:

                           S1min + S2min δо + δи                                     (1)

S1min – минимальный зазор в сопряжении первого отверстия с  

              пальцем;

S2min - минимальный зазор в сопряжении второго отверстия с         

              пальцем;

      δо – допуск на межцентровое расстояние;

     δи - допуск на межцентровое расстояние установочных пальцев.

Для определения условия возможности установки головки блока на два цилиндрических пальца  введём следующие обозначения:

L – межцентровое расстояние, минимальный размер, мм;

DГ – Диаметр отверстий в головке блока цилиндров, мм;

dn   - диаметр установочных пальцев, мм; 

По техническим условиям межцентровое расстояние:

                                L ± δо = 495 0,025 мм,

L ± δп принимаем = 495 + 0,025 мм;

Таким образом, условия постановки будет выглядеть следующим об­разом:

                                S1min+S2min 0,05 мм.

Диаметр отверстий в головке под установочные пальцы   DГ = 12 мм, в соответствии с этим принимаем диаметр установочных пальцев

dn   = 11,9 + 0,03 мм, т.е. условие установки:

                     S1min + S2 min = 0,06 0,05 мм,

Из рекомендаций [1] подбираем исполнение, конструктивные раз­меры и допуски установочных пальцев. Для dn = 10 мм выбираем по ГОСТ 3128-70 штифты цилиндрические.

Величину потребного усилия сжатия пружин на штоке пневмоцилин­дра можно определить, решив задачу статики на равновесие твердого тела под действием всех приложенных сил и моментов, необходимо решить шесть уравнений статики:

Σ Рх = 0;                                                                                    (2)

Σ Ру = 0;                                                                                    (3)

Σ Рz = 0;                                                                                    (4)

Σ Мх = 0;                                                                                   (5)

Σ Му = 0;                                                                                   (6)

Σ Мz = 0;                                                                                    (7)

Для данной конструкции стенда основные силы действуют вдоль оси ОZ (Рz) и оси ОХ (Рх).

Сила вдоль оси ОУ не значительна и в расчётах ею можно пренебречь. Моментами, действующими вокруг осей можно также пренебречь, так как они незначительны, или уравновешивают друг друга.

Таким образом, для данной конструкции необходимо рассмотреть уравнение ΣРz = 0, так как из него мы можем определить величину требуемого усилия на штоке пневмоцилиндра (см. рисунок 1).

ΣРZ=0;    -Р потр/2-Рпотр/2 + 8 Рпр + 2 Рст = 0;                            (8)

Рпотр. – потребное усилие сжатия пружин головки блока

                      цилиндров на штоке пневмоцилиндра, Н;

Рпр. – потребное усилие сжатия одной пружины клапана,

            необходимое для разборки или установки втулки тарелки

            клапана, Н;

Рст. – потребное усилие для сжатия пружин стоек на величину,

           необходимую для сжатия пружин клапанов, Н.

Из уравнения равновесия сил, действующих вдоль оси ОΖ  выражаем

Рпотр.:

          Рпотр. = 8 Рпр. + 2 Рст.;                                                    (9)

Согласно характеристики пружины клапана  (см. график 1) принимаем усилие сжатия одной пружины клапана, необходимое для разборки или установки втулки тарелки клапана равным:

Рпр. = 750 Н.

Потребное усилие для сжатия пружин стоек на величину, необходимую для сжатия пружин клапанов принимаем согласно характеристики пружины стойки (см. график 2).

Рст. = 150 Н.

Тогда

Рпотр.= 8 · 750 + 2 · 150 = 6000 + 300 = 6300 Н.

Таким образом, величина потребного усилия на штоке пневмоцилин­дра составляет 6300 Н.

2.1.2  Расчёт пневмоцилиндра

Пневматический привод является важным элементом механизма дан­ного стенда. В состав пневмопривода  входят пневмодвигатель (пнев­моцилиндр), пневмоаппаратура (распределительный кран, манометр, влагоотделитель, маслораспылитель) и  воздухопроводы.

Проектный расчёт пневмопривода сводится к определению диаметра пневмоцилиндра и хода штока при известном потребном усилии на штоке и давлении воздуха в сети, а также подбор по данным запча­стям известных стандартных пневмоцилиндров.

Принимаем давление воздуха в сети равным р = 0,4 МПа.

Если известно требуемое усилие на штоке, то можно определить диа­метр пневмоцилиндра по следующей формуле:

                                                                                  (10)

где

РШ – усилие на штоке пневмоцилиндра, Н;

P – давление сжатого воздуха в сети, МПа;

- к.п.д. пневмоцилиндра;

              - суммарные потери в уплотнениях, Н.;

К.п.д. пневмоцилиндра обычно принимается в пределах 0,85 – 0,9, а суммарные потери в уплотнениях с применением резиновых манжет:

                                                                               (11)

где l – длина манжета, м;

       f – коэффициент трения (0,01…0,02 - для резины).

Суммарные потери складываются из потерь между стенкой пневмоци­линдра и поршнем (Т1) и потерь в уплотнениях между крышкой  пнев­моцилиндра и штоком (Т2).

Т=3,14·0,16·0,015·0,4·0,015·106 = 45,2 Н;

Т=3,14·0,04·0,006·0,4·0,015·106  = 4,5 Н;

Определяем диаметр пневмоцилиндра:

По рекомендациям  [3] найденный диаметр необходимо округлить до ближайшего значения из таблицы «Основные размеры нормализо­ванных, стационарных пневмоцилиндров двухстороннего действия»: D=160 мм  и  d = 40  мм, где

d – диаметр штока пневмоцилиндра.

Исходя из этих значений, необходимо уточнить величину давления:

РШ = 0,785 х 160² х 0,4 х 0,85– 49,7 = 6782,94 Н;

              Для дальнейших расчетов принимаем РШ = 7000 Н.

Время срабатывания пневмопривода с пневмоцилиндром можно определить по формуле:

                                                        (12)