Разработка стенда для сборки рулевого управления

Введение

 

Целью курсовой работы является разработка комплекта узлов стенда для сборки рулевого управления. В курсовой работе необходимо произвести описание конструкции и принципа действия разрабатываемого оборудования, его функциональной схемы. Произвести проектирование и расчёт пневмопривода, и расчёт наиболее нагруженного элемента конструкции.

В качестве прототипа рассматриваем  стенд модели ТР-6809/30.

 

1.Назначение разрабатываемого оборудования. описание  конструкции и принципа действия разрабатываемого оборудования, обоснование технических характеристик

 

Разрабатываемый стенд предназначен  для сборки рулевого управления автомобиля МАЗ-500. За основу взят прототип – стенд для сборки рулевого управления модели 6809/30 (рис.1.1).

 

Рис.1.1 Стенд для сборки рулевого управления,

модель ТР-6809/30

 

Стенд представляет собой  сварной стол-верстак 1, на котором  смонтированы поворотное приспособление 2 для подсборки рулевого механизма, пневматический пресс 3 для запрессовки подшипников в картер рулевого механизма и подставка 4 для сборки рулевой колонки. Стенд имеет выдвижные ящики для хранения сменной оснастки и инструмента.

 

Техническая характеристика прототипа

Тип стенда……………………...……………стационарный, пневматический,

       тупиковый, одноместный

Производительность, комплектов/смену………………………………….8-10

Давление воздуха в сети, МПа……………………………………………..0,63

Усилие на штоке пневмопресса, кН………………………………………..10

Ход штока, мм………………………………………………………………155

Габаритные размеры, мм………………………………………1220×600×1440

Масса, кг…………………………………………………………………….433

 

В ходе проектирования и  расчета силовых механизмов (расчете  пневмопривода) за основу принимаем стенд модели ТР-6809/30, при этом  требуемое усилие 24 кН, давление воздуха в сети 0,63 МПа, ход штока 210 мм (в соответствии с заданием).

 

2 Проектирование и расчет силовых механизмов и привода разрабатываемого узла

 

Исходные данные:

Давление воздуха р=0,63 МПа;

Требуемое усилие Q=10 кН;

Ход штока L=210 мм.

 

2.1 Расчет силового механизма и пневмопривода.

 

Для определение усилия на штоке пневмоцилиндра составим расчётную схему (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 – Расчётная  схема

 

Шток пневмоцилиндра напрямую воздействует на оправку, следовательно, усилие Q является расчетным для определения диаметра пневмоцилиндра.

 

2.2 Определение  диаметра пневмоцилиндра.

 

Диаметр цилиндра определяем согласно [1] по формуле, мм:

                                                                                                  (2.1)

где Q₂ – усилие на штоке пневмоцилиндра, Н;

       p – давление воздуха в пневматической системе, МПа;

   η – механический  КПД пневмоцилиндра, η=0,85…0,95.

Принимаем p=0,63 МПа, η=0,9. Тогда

 мм.

По [1] табл.137 принимаем  пневмоцилиндр с размерами D=250 мм, d=50 мм.

 

2.3 Определение  параметров пневмоцилиндра.

 

При расчёте пневмоцилиндра на прочность определяют толщину  стенок цилиндра, количество и диаметр  шпилек для крепления крышки, а  также диаметр резьбы на штоке. Величины данных параметров получаются незначительными, и конструкция обладает недостаточной жёсткостью. Поэтому рекомендуемые значения величин, полученных при расчёте, принимаем по [1] , табл. 135.

Проверяем усилие в надштоковой  полости. Усилие Q₂, Н, определяем по формуле:

 Н.                                  (2.3)

Полученное значение Q₂=26706 Н больше требуемого Q₂=24000 Н. Пневмоцилиндр с размерами D=250 мм, d=50 мм подходит.

 

Определяем площадь  поршня

 по формуле:

см²                                                          (2.4)

 

Определяем площадь штоковой полости по формуле:

 см²                 (2.5)

 

 

Определяем толкающее усилие пневмоцилиндра по формуле:

Н.                                   (2.6)

 

Для обеспечения безударной и плавной  работы пневмоцилиндра следует назначать рабочую скорость перемещения поршня в пределах υ=0,1…1 м/с. Принимаем скорость движения поршня υ=0,2 м/с. Тогда время движения поршня t определяем по формуле:

, с                                   (2.7)

где L -  ход поршня, мм.

 c          (2.8)

Определяем расход воздуха  за рабочий ход поршня пневмоцилиндра по формуле:

 л/мин        (2.9)

 

Определяем внутренний диаметр  трубопровода d_T по формуле:

, мм           (2.10)

где ω – скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с.

При проектном расчете  ω≈20 м/с. Тогда:

 мм

Принимаем d_T=25 мм.

 

Для подвода сжатого  воздуха применяем медные и латунные трубы ГОСТ 617-72. В качестве уплотнений поршня и штока пневмоцилиндра выбираем по [1] табл.151 манжеты резиновые уплотнительные для пневматических устройств ГОСТ 6678-72 применяемые при давлении р=0,005…1 МПа и скорости возвратно – поступательного движения поршня до 1 м/с.

По [5] табл.26 выбираем толщину стенки пневмоцилиндра. Для пневмоцилиндра из стали толщина стенки δ=9 мм.

По [5] табл.26 для пневмоцилиндра с размерами D=250 мм, d=50 мм принимаем:

резьба на штоке М42х3;

резьба на шпильках для крепления крышек М20;

число шпилек z=4;

резьба на штуцерах для подвода  воздуха М16´1,5.

 

2.4 Пневмоаппаратура.

 

Для надежной работы пневмопривода  необходимо обеспечить отделение влаги, возможность внесения смазочного материала, защиту от превышения или падения давления сжатого воздуха.

 

Рисунок 2.3 – Типовая  схема включения пневмоцилиндра.

 

Пневмоцилиндр (рис. 2.3) работает следующим образом. Сжатый воздух из сети через вентиль 1 поступает в фильтр-влагоотделитель 2. Редукционный клапан 3 предназначен для понижения давления сжатого воздуха, поступающего из пневмосети, до заданного. С помощью манометра 4 осуществляется контроль давления сжатого воздуха, подаваемого в пневмоцилиндр. Маслораспылитель 5 обеспечивает подачу смазочной жидкости в поток сжатого воздуха. Реле 6 предназначено для контроля давления (0,1...0.63 МПа) сжатого воздуха и подачи сигнала при достижении заданного давления, а также для отключения электродвигателей станка при аварийном падении давления. Для защиты от аварийного падения давления в пневмосети предусмотрен обратный клапан 7.

Для управления подачей  сжатого воздуха в пневмоцилиндр 10 применяется пневмораспределитель 9. Отработавший сжатый воздух должен выбрасываться  в атмосферу через глушитель 8.

 

Выбираем редукционный пневмоклапан В57-16 (рис. 2.4), влагоотделитель В41-16 (рис.2.5) и маслораспылитель В44-26 (рис. 2.6) исходя из расхода воздуха за рабочий ход.

 

Рисунок 2.4 – Редукционный пневмоклапан

Рисунок 2.5 - Влагоотделитель

 

 

 

 

 

Рисунок 2.6 – Маслораспылитель.

 

3 РАСЧЁТ НАИБОЛЕЕ НАГРУЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ НА ПРОЧНОСТЬ

 

Наиболее нагруженными элементами конструкции являются резьбовые  соединения шпилек и штока.

 

3.1 Проверка  резьбовых соединений.

 

                                                      

Рисунок 3.1 Схема нагружения шпильки.

 

Количество шпилек для  крепления крышек пневмоцилиндра принимаем  равное z=4. Материал изготовления штока и шпилек принимаем сталь 45, вид термообработки – улучшение.

 

Таблица 3.1 – Механические свойства Стали 45 после улучшения

Параметр		Значение
Твердость		НВ 192…285
Временное сопротивление, МПа		798
Предел текучести, МПа		441
Допускаемые напряжения при статической нагрузке, МПа	при растяжении	235
	при изгибе	284
	при кручении	181
	при срезе	142
	при смятии	353

 

Расчёт резьбы шпилек производим по эквивалентным напряжениям на совместное растяжения и кручения.

Эквивалентное напряжение:

     s_экв = 1,3 [s], МПа ,                                                                           (3.1)    

Где

     а) F_р –– расчётная сила затяжки , Н;

         F_р = [ К_з (1-х)+х]F_в.

Здесь F_в – сила, воспринимаемая резьбой, F_в = Q/4;

          К_з – коэффициент затяжки, К_з = 3;

          х – коэффициент основной нагрузки, х = 0,2…0,3 – при соединении дета  

                лей без прокладок.

      б) А – площадь  опасного сечения, мм²:

А = , мм²                                                                                             (3.2)

         где d_р = d₁ – 0,94р – расчётный диаметр резьбы; d₁ – наружный диаметр

               резьбы; 

               р – шаг резьбы.

      в) [s] – допускаемое напряжение при неконтролируемой затяжке, МПа.

 

     Принимаем х = 0,3,  [s] = 120 МПа.

 

Тогда  F_р = [ К_з (1-х)+х]F_в = [ 3(1-0,3)+0,3]27817,7/4 = 16691 Н.

                d_р = d₁ - 0,94р = 20 – 0,94*1,5 = 18,59 мм.

            А =  = (3,14*18,59²)/4 = 271,3 мм².

  s_экв = 1,3 = 1,3*16691/271,3 = 79,9 МПа 120 МПа.

 

Рассчитаем резьбу на штоке на прочность:

, Р=Q₁                                                                   (3.3)

 

Рассчитаем резьбу на штоке на срез:

                                              (3.4)

 

i – число стыков в соединении.

 

 

4 Эксплуатация и техническое обслуживание оборудования, правила техники безопасности при работе

 

4.1 Требования  по технике безопасности. Государственная  политика в области охраны труда.

 

Приспособления, как любые  механизмы, являются источником повышенной опасности для окружающих. Поэтому  при проектировании необходимо обеспечить соблюдение ряда условий обеспечивающих удобную и безопасную работу при использовании приспособления.

Требования по технике  безопасности заключаются в том, что бы при использовании приспособлений были созданы такие условия работы, которые исключили бы возникновения травм рабочих при установке или съёме детали, а так же во время её обработки. Наружные элементы должны быть скруглены радиусами не менее 1 мм. Выступающие за габариты станка элементы приспособления не должны мешать его работе  и ограничивать доступ к органам управления. Шероховатость наружных поверхностей, вращающихся патронов, оправок, должна быть не грубее Rа=1,25 мкм. Для исключения травмирования рук при установке деталей предусматривается специальные нити для безопасного размещения руки, вводятся блокировочные устройства, не позволяющие включить привод зажима или других движущихся частей при нахождении в рабочей зоне рук рабочего. Зазоры между подвижными частями -  5 мм, что устраняет возможность попадания в зазор руки или пальцев.

Приспособление надёжно  закреплено, сбалансировано, а значения допускаемой неуравновешенности и частоты вращения указаны в эксплуатационной документации.

Ряд травм происходит от падения деталей или приспособлений во время установки их на станок. Поэтому должны быть предусмотрены устройства, исключающие самопроизвольное падение деталей с приспособления. В ручную допускается устанавливать детали массой не более 16кг. При этом должны быть обеспечены безопасная установка и снятие его со станка.