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.

 Особое внимание  надо уделять исключению возможностей  раскрепления детали вовремя обработки из-за отказа силового привода, падения давления в пневмоприводе, отключения электроэнергии. С этой целью применяются самотормозящие механизмы, предохранительные устройства, исключающие возвратное движение зажимного элемента. В случае невозможности применения таких устройств, следует защищать  рабочую зону приспособления специальным экраном.

Пневматические устройства  должны быть испытаны под давлением  в 1,5 раза превышающем номинальное, с выдержкой не менее 5 минут. Пневмосистема  должна иметь паспорт, в котором указывается результаты испытаний и допускаемее сроки эксплуатации. Пневмопривод не должен  загрязнять атмосферу. Следует избегать выброса отработавшего сжатого воздуха в сторону рабочего, так как он может увлекать за собой частицы абразива. Пневмопривод должен быть оборудован устройством контроля давления воздуха и иметь опломбированные элементы, разрегулировка которых может привести к аварийной ситуации.

Уровень вибрации не должен превышать допустимые нормы. Категорически  запрещается выполнение накладных и ремонтных работ на приспособлении во время работы станка.

Особое внимание нужно  уделять защите вращающихся частей приспособления и станка от попадания на них одежды рабочего.

Государственная политика в области  охраны труда предусматривает совместные действия органов законодательной и исполнительной власти Республики Беларусь  в области охраны труда, предупреждению производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

Основными направлениями государственной  политики в области охраны труда  являются:

• признание и обеспечение приоритета жизни и здоровья работников по отношению к результатам производственной деятельности предприятия;
• координация деятельности в области охраны труда, в других областях экономической и социальной политики, а также в области охраны окружающей природной среды;
• установление единых нормативных требований по охране труда для предприятий всех форм собственности независимо от сферы хозяйственной деятельности и ведомственной подчиненности;
• государственное управление деятельностью в области охраны труда, включая государственный надзор и контроль за соблюдением законодательных и иных нормативных актов об охране труда;
• общественный контроль за соблюдением законных прав и интересов работников в области охраны труда на производстве, осуществляемый работниками через профессиональные союзы в лице их соответствующих органов и иные уполномоченные работниками представительные органы;
• взаимодействие и сотрудничество органов государственного управления, надзора и контроля с работодателями, профессиональными союзами в лице их соответствующих органов и иными уполномоченными работниками представительных органов, заинтересованными в разработке и практической реализации государственной политики в области охраны труда;
• проведение эффективной налоговой политики, стимулирующей создание здоровых и безопасных условий труда, разработку и внедрение безопасных техники и технологий, средств коллективной и индивидуальной защиты работников;
• применение экономических санкций в целях соблюдения предприятиями и работниками нормативных требований по охране труда;
• обеспечение работников специальной одеждой, специальной обувью, средствами коллективной и индивидуальной защиты, лечебно-профилактическим питанием, необходимыми профилактическими средствами за счет средств работодателей;
• обязательное расследование каждого несчастного случая и профессионального заболевания на производстве;
• установление компенсаций и льгот за тяжелые работы и работы с вредными и опасными условиями труда, не устранимыми при современном техническом уровне производства и организации труда;
• защита интересов работников, пострадавших от несчастных случаев на производстве или получивших профессиональные заболевания, а также членов их семей;
• подготовка специалистов в области охраны труда, в том числе в образовательных учреждениях высшего и среднего профессионального образования;
• установление государственной статистической отчетности об условиях труда, о несчастных случаях на производстве и профессиональных заболеваниях;
• информирование работников о состоянии условий и охраны труда на предприятиях;
• осуществление мероприятий по пропаганде передового опыта в области охраны труда;
• международное сотрудничество при решении проблем охраны труда.

Работник автомобильного транспорта имеет право по охране труда:

• на рабочее место, защищенное от воздействий вредных или опасных производственных факторов, которые могут вызвать производственную травму, профессиональное заболевание или снижение работоспособности;
• на возмещение вреда, причиненного ему увечьем, профессиональным заболеванием либо иным повреждением здоровья, связанными с исполнением им трудовых обязанностей;
• на получение достоверной информации от работодателей или государственных и общественных органов о состоянии условий и охраны труда на рабочем месте работника, о существующем риске повреждения здоровья, а также о принятых мерах по его защите от воздействия вредных или опасных производственных факторов;
• на отказ без каких-либо необоснованных последствий для него от выполнения работ, в случае возникновения непосредственной опасности для его жизни и здоровья до устранения этой опасности;
• на обеспечение средствами коллективной и индивидуальной защиты в соответствии с требованиями законодательных и иных нормативных актов об охране труда за счет средств работодателя;
• на обучение безопасным методам и приемам труда за счет средств работодателя;
• на профессиональную переподготовку за счет средств работодателя в случае приостановки деятельности или закрытия предприятия, цеха, участка либо ликвидации рабочего места вследствие неудовлетворительных условий труда, а также в случае потери трудоспособности в связи с несчастным случаем на производстве или профессиональным заболеванием;
• на проведение инспектирования органами государственного надзора и контроля или общественного контроля условий и охраны труда, в том числе по запросу работника на его рабочем месте;
• на обращение с жалобой в соответствующие органы государственной власти, а также в профессиональные союзы и иные уполномоченные работниками представительные органы в связи с неудовлетворительными условиями и охраной труда;
• на участие в проверке и рассмотрении вопросов, связанных с улучшением условий и охраны труда.

4.2  Общие положения по ТО и ТР технологического оборудования. Виды технических воздействий.

 

Любой механизм или устройство в составе производственно-технической базы АТП или СТОА представляет собой некоторую систему, совокупность совместно действующих элементов-агрегатов, узлов и деталей, обеспечивающих выполнение ими заданной функции. Поэтому для каждой единицы технологического оборудования характерны известные закономерности, определяющие изменение ее технического состояния, в процессе эксплуатации, в том числе и понятие надежности. На наш взгляд, показатели надежности, и в первую очередь, такие, как долговечность и ремонтопригодность для технологического оборудования, должны быть не ниже и даже более жесткими, чем даже для самого объекта обслуживания автомобиля, так как частые отказы и неисправности технологического оборудование приведут к неоправданным дополнительным простоям автомобилей в зонах ТО и ТР, снижению качества выполняемых работ, снижению технико-экономических показателей работы и деятельности АТП в целом.

Например, из-за дефектов в работе диагностического оборудования будут допущены к эксплуатации неисправные автомобили, что приведет к снижению безопасности их движения, уменьшению надежности агрегатов и узлов, перерасходу топлива, повышенному износу шин и т.п.

Эффективность использования  технологического оборудования определяется его техническим состоянием, которое зависит от своевременного его обслуживания и ремонта. Это может быть достигнуто только путем внедрения системы ТО и ремонта, учитывающей работоспособность и долговечность образцов технологического оборудования в течение всего срока службы при соблюдении условий эксплуатации, установленных заводами-изготовителями. Система должна регламентировать объемы труда и периодичность работ, направленных на поддержание оборудования в исправном состоянии на достаточно высоком уровне, обеспечивать минимальные простои оборудования в ТО и ремонте и давать наибольший эффект при минимальных материальных и энергетических затратах.

В настоящее время  вопрос о системе ТО и ремонта  технологического оборудования, методах, видах и организации выполнения работ не имеет достаточной проработки. В связи с этим ТО и ремонт оборудования, выполняемые в АТП, носят случайный характер, осуществляются без определенной периодичности и строгого соблюдения технологии. Это приводит к неудовлетворительному состоянию технологического оборудования, снижает качество и безопасность проведения работ по ТО и ТР автомобилей, обуславливает потребность в увеличении численности ремонтных рабочих и, в конечном итоге, отрицательно влияет на общие показатели производительности и рентабельности работы АТП.

Рекомендуемая к внедрению  в АТП планово-предупредительная  система ТО и ремонта технологического оборудования включает в себя следующие технические воздействия: каждосменное техническое обслуживание, профилактический ремонт, первый ремонт, второй ремонт. При этом все указанные виды технических воздействий являются плановыми и обязательными.

Каждосменное обслуживание (СО) включает работы по подготовке и использованию оборудования - обтирка, подключение к источнику питания, установка сборочных единиц, снятых после прошедшей смены, обеспечение необходимыми инструментами, приспособлениями, материалами, дозаправка смазочными материалами и рабочими жидкостями, проверка работоспособности и т. п.

Профилактический ремонт (ПР) включает комплекс операций ТО профилактического назначения и ремонтные работы по устранению отдельных неисправностей оборудования: смазочно-очистительные и регулировочные работы; контроль технического состояния агрегатов и образца в целом в статическом состоянии и динамическом режиме; крепежные работы; наладка и юстировка диагностического оборудования.

Первый ремонт (Р-1) включает работы, проводимые с разборкой и  капитальным ремонтом отдельных узлов и механизмов оборудования, заменой некоторых деталей, углубленной проверкой технического состояния и регулировкой, устранением неисправностей, сборкой и испытанием оборудования.

Второй ремонт (Р-2) включает работы по капитальному ремонту всех основных агрегатов и частей оборудования, в том числе демонтажно-монтажные, слесарно-механические, сварочные, кузнечные, электротехнические и другие, и предназначен для полного восстановления надежности и работоспособности оборудования до уровня, установленного нормативно-техническими показателями нового оборудования.

Классификация оборудования для составления системы его ТО и ремонта.

Приведенная выше характеристика системы и видов технических  воздействий имеет лишь приблизительный характер. Составление же конкретной системы обслуживания и ремонта однотипных групп и образцов оборудования требует индивидуального подхода. Так, например, инструмент или простейшее приспособление вообще не требует системы обслуживания, и иначе дело обстоит с дорогостоящим диагностическим оборудованием или с автоматической установкой для мойки автомобилей с конвейерной линией.

На первом этапе составляют перечень оборудования, подлежащего включению в систему обслуживания и ремонта. Затем устанавливают перечень, характер, частоту повторяемости основных неисправностей и отказов, содержание и трудоемкость работ по их устранению. Далее разрабатывают состав системы ТО и ремонта, т.е. перечень и периодичность каждого вида технического воздействия.

При составлении классификации  оборудования, подлежащего включению в систему обслуживания и ремонта, учитывают:

1. значимость образца для производственного процесса АТП;
2. сложность его устройства и работы, с индивидуальной оценкой по этому признаку его механической, гидропневматической и электрической частей;
3. трудоемкость и сложность работ по устранению отказов и неисправностей;
4. первоначальная стоимость образца, сложность его монтажа, затраты на эксплуатацию;
5. надежность работы образца;
6. интенсивность использования.

Под значимостью образца подразумевается прежде всего его влияние на производительность и качество проведения ТО и ТР автомобилей, а также тяжесть последствий его отказа, трудность замены неисправного образца новым из-за сложности приобретения последнего, его монтажа, подключения к системам энерго-, водоснабжения и т.п.

По значимости и сложности  оборудование и инструмент подразделяют на три группы:

1. простейшее, состоящее из одного или нескольких элементов, при повреждении которых образец заменяется новым или восстанавливается на ЛТП; эти образцы не имеют большого влияния на технологический процесс ТО и ТР автомобилей;
2. средней сложности, состоящие из нескольких специализированных узлов и механизмов, в том числе относительно простых рабочих органов, электро-, иневмо-, гидроприводов; отсутствие их заметно сказывается на условиях, качестве и производительности труда рабочих органов при выполнении комплекса операций ТО и ТР автомобилей;
3. большой сложности, имеющие многокомпонентную конструкцию, в том числе систему специализированного управления, приводы и др.; эти образцы существенно влияют на производительность и условия труда, качество работ, на технологию и организацию ТО ремонта автомобилей.

По степени сложности  восстановления (СВ) технологическое  оборудование делится на следующие категории:

1. малая СВ, при которой для восстановления работоспособности образца достаточно выполнить по потребности смазочно-регулировочные, крепежные работы, изготовить детали на обычных металлорежущих станках или с помощью слесарных инструментов;

2) средняя СВ, характеризующаяся необходимостью выполнения точной сварки, запрессовки деталей, притирочных и других работ с применением специализированного или точного оборудования;

3) большая СВ, при которой приходится  выполнять ряд специальных регулировочных, юстировочных и других работ, изготовлять прецизионные пары деталей или сложные узлы, применять специальную технологию, дефицитные материалы и металл, производить операции с применением точных приборов, металлорежущих станков и т.п.

С учетом представленных критериев и результатов обобщенной оценки оборудования и работ по его обслуживанию и ремонту разработана классификация всего перечня образцов технологического оборудования, согласно которой разрабатываемое оборудование принадлежит ко второй группе.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы описана конструкция  и принцип действия стенда для сборки рулевого управления, прототип модели ТР-6809/30, указана его функциональная схема и технические характеристики.

Произведён расчёт пневмопривода  стенда, а также расчёт наиболее нагруженного элемента конструкции на прочность.