Характеристика и область применения стенда для разборки и сборки коробок передач автомобилей ЗИЛ-130. Цель и назначение разработки, источники, технические требования. Техническое предложение: подбор вариантов, материалов. Составление эскизного портрета.
Аннотация к работе
Данный стенд предназначен для облегчения работ по разборке и сборке коробок передач автомобилей ЗИЛ-130. Стенд призван облегчить работу технического персонала в процессе ремонта коробок передач, создать более высокие условия труда и повысить эффективность сборки и разборки коробок передач. К стенду прилагаются сменные установочные плиты 3 с подставками и зажимными устройствами, соответствующими конфигурациям картерам ремонтируемых коробок для установки и фиксации коробок передач и их надежного крепления на стенде. Стенд модели Р636, обладает рядом преимуществ по сравнению со стендами моделей 2365 и 2218, во первых имеется возможность поворота коробки передач в вертикальной плоскости на любой угол при помощи электропривода, это улучшает условия труда технического персонала, вторым преимуществом является высокая степень унификации стенда. Принцип работы стенда таков: от трехфазного двигателя 4, рисунок 3.2 имеющего возможность изменять направление вращения, крутящий момент передается через клиноременную передачу 5 на входной вал червячного редуктора 6, выходной вал червячного редуктора соединен через фланцевую муфту 11 с выходным валом редуктора 8 и поворотной рамой 10 для крепления коробки передач.
Введение
Автомобильный транспорт играет существенную роль в транспортном комплексе страны. Регулярно обслуживая более 1,1 миллиона предприятий организаций, колхозов, совхозов и других коллективных клиентов народного хозяйства, а также населения страны.
Для повышения эффективности транспорта необходимо ускорять создание и внедрение передовых технологий, улучшать условия труда и быта персоонала, повышать его квалификацию и заинтересованность в результатах труда, развивать новые виды транспорта, повышать темпы обновления подвижного состава и других технических средств, укреплять материально техническую и ремонтные базы, повышать уровень комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и ремонтных работ. Одновременно надо повышать безопасность движения, снижать отрицательное воздействие на окружающую среду
Одной из важнейших проблем стоящих перед автотранспортом является создание прогрессивного ресурсосберегающего и технологичного оборудования для технического обслуживания и ремонта автомобилей.
В связи с выше сказанным в данной работе осуществлена разработка стенда для разборки и сборки коробок передач автомобиля ЗИЛ-130 его преимуществами являются низкая себестоимость простота конструкции высокая степень унификации по сравнению с аналогичными конструкциями.
1. Техническое задание
1.1 Наименование и область применения
Проектируемое изделие - стенд для разборки и сборки коробок передач автомобилей ЗИЛ-130. Условное обозначение изделия не предусмотрено. Данный стенд предназначен для облегчения работ по разборке и сборке коробок передач автомобилей ЗИЛ-130. Стенд может быть рекомендован к использованию в агрегатных цехах средних и крупных предприятий. Проектируемое оборудование ориентированно преимущественно на Российский рынок.
Обоснование для разработки
Изделие разрабатывается на основании задания на выполнение проектировочных работ, выданное доцентом кафедры эксплуатации автомобилей и машин лесного комплекса АГТУ Чаусовым А.А. Тема разработки «Проектирование стенда для разборки и сборки коробок передач автомобилей ЗИЛ-130».
Цель и назначение разработки
Стенд призван облегчить работу технического персонала в процессе ремонта коробок передач, создать более высокие условия труда и повысить эффективность сборки и разборки коробок передач.
Источники разработок
При проектировании руководствуюсь технической литературой по данной тематике и пособиями, предоставленными кафедрой эксплуатации автомобилей и машин лесного комплекса.
Технические требования
К стенду предъявляется ряд требований. Использование в условиях ремонтного производства требует обеспечения необходимой надежности то есть безотказную работу до следующей аттестации. Для повышения уровня технологичности и унификации за основу будут взяты образцы аналогичного оборудования уже освоенные отечественной промышленностью. Учитывая возможность использования стенда персоналом без определенных навыков к нему предъявляются повышенные требования по технике безопасности.
Стадии и этапы разработки
Предусмотрено разбиение работ по проектированию на три этапа. Первый этап предполагает подготовку технического задания. Во второй части будет изложено техническое предложение. Третий раздел эскизный проект. Практическая работа предъявляется на проверку после оформления пояснительной записки.
2. Техническое предложение
Подбор материала
Разработка изделия будет произведена на основе аналога выбранного из ряда стендов выпускаемых отечественной промышленностью как для ремонта автомобильных коробок передач, так и для ремонта коробок передач тракторов. Варианты наиболее часто встречающихся стендов, краткое приводится ниже. Стенд модель 2365, стенд модель 2218, стенд модель Р636.
2.2 Выявление вариантов передача автомобиль стенд эскизный
Стенд универсальный для разборки и сборки коробок передач грузовых автомобилей модель 2365.
Стенд предназначен для разборки и сборки при ремонте коробок передач автомобилей ГАЗ-53, ЗИЛ-130 и МАЗ-200.
Стенд представленный на рисунке 2.1 состоит из сварной стойки 1, на которой укреплен поворотный стол 2. К стенду прилагаются сменные установочные плиты 3 с подставками и зажимными устройствами, соответствующими конфигурациям картерам ремонтируемых коробок для установки и фиксации коробок передач и их надежного крепления на стенде. Сменные плиты крепятся к поворотному столу стенда тремя болтами, проходящими через фигурные прорези плит.
Стенд для разборки и сборки коробки передач модель 2218
Предназначен для разборки и сборки коробок передач автомобилей ГАЗ-53 и ЗИЛ-130. Стенд рисунок 2.2 состоит из стойки жестко связанной с спортом. Спорт имеет два поворотных зажима крепления коробки. Стойка имеет возможность регулироваться по высоте, также на стойке установлены стеллажи для деталей и инструментов.
Стенд для разборки и сборки гидромеханической передачи. Модель Р636.
Предназначен для сборки и разборки гидромеханической передачи автобусов.
Стенд рисунок 2.3 состоит из стойки 1, поворотной рамы 2 и поддона 3. На стойке закреплен редуктор и электродвигатель, связанные между собой клиноременной передачей, а также магнитный пускатель.
Гидромеханическая передача с помощью подъемного устройства устанавливается на поворотную раму и закрепляется винтовым зажимом.
Рисунок 2.3. Стенд модели Р636.
1-стойка; 2-поворотная рама; 3-поддон
Для удобства сборки и разборки ГМП может поворачиваться относительно горизонтальной оси на любой угол.
Устанавливаемый на полу поддон служит для сбора остатков масла при разборке ГМП.
Выявленные варианты стендов для разборки и сборки коробок передач соответствуют нормам техники безопасности и производственной санитарии.
Оценка вариантов
Стенд модели 2365 имеет простую конструкцию, не требующую больших производственных затрат, прост в эксплуатации, не требует специальной подготовки персонала. К минусам прежде всего следует отнести низкий уровень механизации, что влечет за собой ухудшение условий труда технического персонала.
Стенд модели 2218, также прост в своей конструкции, позволяет обслуживать сразу две коробки передач, но в тоже время недостаточно механизирован.
Стенд модели Р636, обладает рядом преимуществ по сравнению со стендами моделей 2365 и 2218, во первых имеется возможность поворота коробки передач в вертикальной плоскости на любой угол при помощи электропривода, это улучшает условия труда технического персонала, вторым преимуществом является высокая степень унификации стенда. Минусами данной конструкции является более высокая стоимость и эксплуатационные затраты.
Выбор оптимального варианта
На основе анализа вариантов примем за прототип стенд модели Р636. Данный стенд имеет хорошие технико-экономические показатели, и минимальное количество отрицательных черт. Кинематическая схема стенда Р636 обладает высокой компактностью и достаточно проста, поэтому она будет принята за основу без особых изменений. Данный стенд дает возможность повышения производительности разборочно-сборочных работ за счет возможности поворота коробки передач в вертикальной плоскости на любой угол. Электропривод хоть и повышает стоимость конструкции, но является необходимой частью стенда, так как его установка улучшает условия работы персонала. При необходимости имея соответствующий кронштейн, его можно закрепить на выходной вал стенда и использовать стенд к примеру для разборки двигателей легковых автомобилей, это является показателем высокой унификации данной модели стенда.
3. Эскизный проект
Принципиальные конструктивные решения
При разработке изделия за основу будет принята кинематическая схема представленная на рисунке 3.1
Данная схема удовлетворяет требованиям компактности, одним из важнейших на данном этапе проектирования.
Принцип работы стенда таков: от трехфазного двигателя 4, рисунок 3.2 имеющего возможность изменять направление вращения, крутящий момент передается через клиноременную передачу 5 на входной вал червячного редуктора 6, выходной вал червячного редуктора соединен через фланцевую муфту 11 с выходным валом редуктора 8 и поворотной рамой 10 для крепления коробки передач. Все эти составляющие размещены в каркасе 9, который имеет коробчатую сварную конструкцию. Также в каркасе расположен электромагнитный пускатель 3, служащий для пуска двигателя и изменения направления его вращения. Каркас 9 опирается на основание 1, которое в свою очередь должно жестко крепиться к полу помещения, для придания устойчивости стенду.
Для увеличения стандартизации изделия можно использовать стандартный червячный редуктор выпускаемый отечественной промышленностью. У стенда прототипа рисунок 3.3 червячный редуктор 2 был оригинального исполнения и изготовлен таким образом, что выходной вал стенда и вал червячного колеса 3 редуктора представлял собой одну деталь.
Для использования стандартного червячного редуктора (рисунок 3.4) необходимо удлинить выходной вал 5 редуктора 2 с помощью дополнительного вала 6. Соединение осуществляется с посредством фланцевой муфты 8. Дополнительный вал будет опираться на бронзовую втулку 7, которая в свою очередь запрессована в стакан 9, крепящийся к каркасу 3 стенда с помощью шести болтов. Такое конструктивное решение, как говорилось выше позволит использовать стандартный редуктор, что повлечет удешевление конструкции и также позволит облегчить сборку стенда.
Червячный редуктор крепится при помощи четырех болтов на двух горизонтальных поперечинах приваренных к каркасу стенда.
Для крепления коробки передач на рабочий вал 6 стенда устанавливается поворотная рама 5. Коробка передач устанавливается в поворотную раму и фиксируется с помощью зажимного винта. Поворотная рама на выходном валу закреплена с помощью цилиндрической посадки со шпонкой.
Рисунок 3.4. Схема рабочего вала проектируемого стенда.
Расчет привода начинаем с определения мощности на рабочем валу стенда. Исходные данные для расчета включают нагружение рабочего вала, его скоростные и геометрические параметры.
Расчетная схема приведена на рисунке 3.5:
Рисунок 3.5. Расчетная схема нагружения.
1-коробка передач; 2-поворотная рама.
Исходные данные: вес коробки передач Gk равен 1176 н, частота вращения n1 принимаем равной 5 об/мин, максимальное расстояние A между центром тяжести коробки ак и центром вращения св 0.15 м.
Энергетический и кинематический расчеты привода производятся согласно [4] и сводятся к выбору электродвигателя, к определению мощностей, угловых скоростей и крутящих моментов на валах.
Мощность на рабочем валу стенда, КВТ: , (3.1) где Gk - вес коробки передач, Н;
А - максимальное расстояние между центром вращения и центром тяжести, м;
w4-угловая скорость рабочего вала, с-1;
np.в-частота вращения рабочего вала, об/мин;
p - число равное 3.14.
.
Потребляемая мощность на первом валу привода, КВТ: , (3.2) где hпр - коэффициент полезного действия привода, [4]
, (3.3) где hk.п - кпд клиноременной передачи, равен 0,94;
hч.р - кпд червячного редуктора, равен 0,5;
hп.с. - кпд подшипника скольжения, равен 0,98.
;
.
Выбираем электродвигатель марки ЧАС71В8У3, согласно [5], Техническая характеристика электродвигателя ЧАС71В8У3: Мощность Nэл.д., КВТ……………………………………………0,3
Частота вращения nэл.д., мин -1……………………………….750
М пуск / М ном……………………………………………………….. 1,9
М макс / М ном……………………………………………………….. 2,0
Передаточное число червячного редуктора принимаем равным 40, тогда передаточное число клиноременной передачи определяем по формуле 3.4: , (3.4) где u ч.р. - передаточное число червячного редуктора.
.
Определяем частоты вращения валов по формуле 3.5, мин -1: , (3.5) где ni - определяемая частота вращения, мин -1;
n i-1 - частота вращения предыдущего вала, мин -1;
u - передаточное число между валами.
Угловые скорости валов определяем по формуле 3.6, рад/с: , (3.6) где w i - определяемая угловая скорость, рад/с.
Мощности на валах определяем по формуле 3.7, КВТ: , (3.7) где h звен - коэффициент полезного действия звена.
Крутящие моменты определяем по формуле 3.8, Нм: . (3.8)
Результаты кинематического расчета сведены в таблицу 3.1.
Таблица 3.1. Результаты кинематического расчета n, мин -1 w, рад/с N, КВТ Т, н*м вал двигателя 750 78,5 0,3 3,82 входной вал редуктора 200 20,9 0,282 13,5 рабочий вал стенда 5 0,52 0,141 269,4
Червячный редуктор выбираем, согласно [5], на основе необходимого передаточного числа и номинального крутящего момента: Техническая характеристика редуктора Ч-80
Передаточное число………………………………………………40
Номинальный крутящий момент на выходе, н*м………………………………………….250
Исходными данными для расчета клиноременной передачи являются: мощность на ведущем шкиву N1, равная 0.3 КВТ; передаточное число u к.п. равное 3.75, угловые скорости валов w1 и w2, рад/с.
Выбираем тип ремня, согласно [3], по передаваемой мощности 0.3 КВТ, ремень типа 0 и ремень типа А. Для выбора наиболее оптимального решения расчет ведем для двух ремней параллельно. Результаты расчета сводим в таблицу 3.2. На основе этого расчета делаем вывод, что первый вариант наиболее приемлем, так как габариты передачи значительно меньше, чем у второго варианта. В тоже время использование более легкого ремня не скажется на долговечности передачи.
Таблица 3.2. Данные расчета клиноременной передачи
Параметр Обозначение Расчетная формула Размерность вариант
1 2
Тип ремня Ширина ремня Толщина ремня Расчетный диаметр ведущего шкива Диаметр ведомого шкива Расчетный диаметр ведомого шкива Скорость ремня Минимальное межосевое расстояние Максимальное межосевое расстояние Предварительное межосевое расстояние Расчетная длинна ремня Стандартная длина ремня Окончательное межосевое расстояние Угол обхвата меньшего шкива Число пробегов ремня Мощность передаваемая одним ремнем Коэфициент угла обхвата Расчетное число ремней Принятое число ремней Окружная сила Начальное напряжение ремня Площадь сечения ремня Начальное натяжение ремня - bo h dp1 d 2 d p2 u a min a max a` L` L a a 1 i No ka z` z Ft so S Fo d2 = d p1 u (1 - e) u = w1 (d p1: 2) a min = 0.55 (d p1 d p2) h a max = 2 (d p1 d p2) L` = 2 a` 0.5 p (d p1 d p2) (d p2 - dp1) 2 a = 0.25 (L - 0.5 p (d p1 d p2) (L - 0.5 p (d p1 d p2))2 - 8 (d p2 - d p1)2) a 1 = 180 - 57 d p2 - d p1 i = u / L z` = N1: (N0 k a) F t = N1: u F o = so S мм мм мм мм мм м / с мм мм мм мм мм мм град 1 / с КВТ шт. шт. Н МПА мм2 Н 0 10 6 63 233.8 240 2.472 172.6 606 180 879.2 900 191.7 127.4 2.74 1.01 0.83 0.35 1 12.1 1.47 47 69.09 A 13 8 90 334.1 340 3.53 244.5 860 280 1290 1400 339.4 138 2.52 1.2 0.87 0.287 1 8.49 1.47 81 119.1
Выписываем условное обозначение принятого ремня: 0-900 Т ГОСТ 1284-85.
Определяем размеры шкивов, мм (рисунок 3.6)
Рисунок 3.6. Схема шкива.
Ширину шкивов, мм определяем по формуле 3.9: , (3.9) где z - количество ремней;
e - принимаем согласно [3], равной 12 мм;
f - принимаем согласно [3], равной 8 мм.
Наружные диаметры шкивов, мм определяем по формуле 3.9:
(3.10) где b - принимаем согласно [3], равным 2,5 мм.
, .
Диаметры по дну канавки, мм определяем по формуле 3.11:
(3.11) где Н - принимаем согласно [3], равным 10 мм. d j1 = 68 - 2 * 10 = 48 d j2 = 245 - 2 * 10 = 225
Диаметры ободов, мм определяем по формуле 3.12 d обі = d Ii - 2d (3.12) где d-принимаем согласно [3], равной 6 мм. d об1 = 48 - 2 * 6 = 36 d об2 = 225 - 2 * 6 = 213
Исходными данными для расчета вала являются крутящий момент на валу Т3, равный 262 н*м и вес коробки передач равный 1176 Н, схема нагружения представлена на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 - Схема нагружения рабочего вала
Принимаем расстояния L1 равным 150 мм, расстояние L2 равным 200 мм, расстояние L3 равным 200 мм.
Подбираем материал вала, согласно [2] и определяем допускаемые напряжения. Для изготовления вала принимаем сталь 45 с пределом прочности sв равным 510 МПА, ГОСТ 1050-88.
Допускаемые напряжения на изгиб, МПА находим по формуле 3.13
[sи] = s -1: ([n] K б), (3.13) где s-1 - предел выносливости, равен 219 МПА;
[n] - коэффициент запаса прочности, принимаем 2;
К б - коэффициент концентрации напряжений равен 2.2.
[sи] = 219: (2 * 2.2) = 50
Допускаемые напряжения на кручение, МПА определяем используя формулу 3.14
[t] = 0.5 [sи] (3.14)
[t] = 0.5 * 50 = 25
Строим расчетную схему сил, действующих в вертикальной плоскости рисунок 3.8.а.
Рисунок 3.8. Расчетные схемы рабочего вала стенда а-силы действующие на вал в в вертикальной плоскости; б-эпюра изгибающих моментов в ветикальной плоскости; в-эпюра крутящего момента; г-эпюра эквивалентного момента.
Определяем реакции на опорах, Н от сил в вертикальной плоскости используя рисунок 3.8.а: ;
;
.
;
;
.
Определяем изгибающие моменты от сил, действующих в вертикальной плоскости, Нмм: в сечении 1-1
M u1 = Gk (L1 L4)
M u1 = 1176 * (150 58) = 244608 в сечении 2-2
M u2 = Gk (L1 L2)
M u2 = 1176 * (150 100) = 294000
По найденным значениям строим эпюру изгибающих моментов представленную на рисунке 3.8.б.
Рассматривать вал в горизонтальной плоскости не имеет смысла так как силы действующие на вал в этой плоскости незначительны по сравнению с вертикальными и ими можно принебречь.
Строим эпюру крутящего момента, действующего на весь вал и имеющего постоянное значение, рисунок 3.8.в.
Определяем эквивалентные моменты, Нмм: в сечении 1-1
;
. в сечении 2-2
;
.
Определяем диаметры вала, мм: в сечении 1-1
;
. в сечении 2-2
;
.
Так как рабочий вал стенда имеет концентраторы напряжений, такие как место перехода одного диаметра в другой или шпоночные канавки, то диаметры необходимо принять несколько больше расчетных. Диаметр в сечении 1-1 принимаем равным 42 мм, а в сечении 2-2 равным 45 мм.
Проверочный расчет вала. Расчет сводится к определению фактического коэффициента запаса прочности в опасном сечении вала. Расчет проводим в сечении 1-1 ослабленном переходом диаметров.
Общий коэффициент запаса прочности находим по формуле 3,15
, (3.15) где ns, n t - коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям соответственно;
; (3.16)
. (3.17)
[n] - коэффициент запаса прочности, равен 2,5…3;
s-1-предел выносливости при симметричном цикле изгиба, равен 219 МПА;
t-1 - предел выносливости на кручение равен 127 МПА;
Ks, Kt - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении принимаем 2,34 и 1,59 соответственно;
Es, Et - масштабные факторы для нормальных и касательных напряжений, принимаем 0.88 и 0,77 соответственно;
Ys,Yt - коэффициенты характеризующие чувствительность материала к асимметрии цикла напряжений принимаем 0,05 и 0 соответственно;
sa,ta - амплитуды циклов нормальных и касательных напряжений, МПА;
; (3.18)
. (3.19)
Ми, Т - изгибающий и крутящий моменты в рассматриваемом сечении, Нмм;
W - момент сопротивления изгибу, мм3;
; (3.20)
Wp - момент сопротивления кручению, мм3;
; (3.21)
.
;
. sm,tm - средние напряжения циклов при изгибе и кручении, принимаем sm равно 0, tm равно ta.
;
;
.
Общий коэффициент запаса прочности лежит в пределах необходимого.
Для соединения рабочего вала и соединения рабочего вала стенда и выходного вала редуктора используем фланцевую открытую муфту. Выбор муфты осуществляем по передаваемому крутящему моменту и диаметру посадочных отверстий валов [1]. Используя принимаем: Муфта фланцевая 250-42-11-32-11 ГОСТ 20761-87, муфта фланцевая с номинальным крутящим моментом Мкр 250 Нм, диаметром посадочного отверстия с одной стороны d 42 мм, исполнение 1, материал сталь, диаметром d 32 мм с другой.
Список литературы
передача автомобиль стенд эскизный
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т. 2. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 559 с., ил.
2. Перевязкин Ю.Д. Валы, подшипники, муфты: Методическое указание к курсовому проектированию. - Архангельск: РИО АЛТИ, 1987. - 36 с.
3. Бачин В.А. Расчет открытых передач: Методическое указание к выполнению заданий по курсу «Детали машин». - РИО АЛТИ, 1998. - 40 с.
4. Сметанин А.С., Дундин Н.И., Костулева Н.Н. Энергетический и кинематические расчеты привода: Задания и методические указания к курсовому проектированию. Архангельск: РИО АЛТИ, 1990. - 32 с.
5. Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций: Учеб. пособие для студентов втузов/М.П. Александров, Д.Н. Решетов, Б.А. Байков и др,; - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 122 с.: ил.