Перспективное развитие шиномонтажного участка СТО1 ОАО КурганоблАТО (стр. 7 из 9)
Определим реакции опор принимая силу Р = Pш/2 = 268,.9892/2 = 1342,4946 Н, так как использовано два стержня; размеры а = 0,2 м, b =0,14 м:
R2 =P×a/b, Н (5.15)
R2 =1342,4946×0,2/0,14 = 1917,8494 Н,
R1 =P×(a+b)/b, Н (5.16)
R1 =1342,4946×(0,2+0,14)/0,14 = 3260,3440 Н.
Максимальный изгибающий момент:
М = Р×а, Н×м(5.17)
М = 1342,4946×0,2 = 268,4989 Нм.
Определим размеры поперечного сечения стержней, для изготовления которых использована Сталь 40 (ГОСТ 1050 – 88) [1], предел текучести которой sт = 340 МПа, определим допускаемые напряжения по формуле 5.11, задаваясь коэффициентом запаса прочности конструкции n = 2.
[s] = 340/2 = 170 МПа,
h = 3Ö 6×M/[s], м (5.18)
h = 3Ö 6×268,4989/170 = 0,02116 м,
Принимаем ближайший максимальный размер сечения квадратного стержня по ГОСТ 8559 – 57, h = 0.022 м. Определим напряжения которые возникают в стержнях с такой стороной поперечного сечения:
s = 6×М/h3 , Мпа <[s]. (5.19)
s = 6×268,4989/0,021163 = 151,2954 Мпа <[s].
Проведем расчет на жесткость стержней с полученной стороной поперечного сечения.
Определим прогиб в месте приложения силы Р (рисунок 5.4), по методу Верещагина, для этого приложим в этой же точке единичную безразмерную силу. Эпюра изгибающих моментов от приложенной силы будет такая же как на рисунке 5.4а, значение максимального изгибающего момента 0,2 прогиб рассчитаем по формуле:
d = åW×MC1/(E×Iн.о.), м (5.20)
где W - грузовая площадь эпюры изгибающих моментов от действия приложенной нагрузки,
МС1 – ордината изгибающего момента расположенная под центром тяжести грузовой площади от действия единичной нагрузки,
Е – модуль Юнга, для стали 2×105 МПа,
Iн.о. – момент инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси, для квадрата h4/12.
Подставляя данные для конкретного случая получим формулу:
d = 4×a×(P×a2 +R2×b2)/(E×h4), м (5.21)
d = 4×0,2×(1342,4946×0,22 + 1917,8494×0,142)/(2×1011×0,0224) = 0,0016, м
Определим угол наклона поперечного сечения в месте приложения силы Р (рисунок 5.5), для этого приложим в этой же точке единичную безразмерный изгибающий момент. Эпюра изгибающих моментов от приложенного момента изображена на рисунке 5б, значение максимального изгибающего момента 1. Угол наклона рассчитывается по такой же формуле, для конкретного случая она приобретает вид:
d = 12×(P×a2/2 + 2×R2×b2/3) /(E×h4), м (5.22)
d = 12×(1342,4946×0,22/2+ 1917,8494×0,32/3)/(2×1011×0,0224) = 0,7618, град
Рассчитаем на прочность точки опоры выше рассчитанных стержней , которые представляют собой валы, закрепленные на подшипникх скольжения. Расчеты проводим по наиболее нагруженному валу. Материал вала принимаем Сталь 40 (ГОСТ 1050 – 88) [1] допускаемые напряжения на изгиб у которой определены ранее [s] = 170 МПа. Из выше проведенного расчета Р = 3260,3440 Н, при этом расстояния принимаем равными: а = 60 мм, b = 60 мм.
Определим реакции опор (рисунок 5.5): т.к. схема нагрузки вала симметрична , то R = P= 3260,3440 H. Максимальный изгибающий момент М = R×a =195,6206Н.
Рассчитаем требуемый диаметр вала:
d = 3Ö32×М/(p×[s]), м (5.23)
d = 3Ö32×195,6206/(p×170×106) = 0,0227 м.
Принимаем диаметр вала d = 0,024 м.
Так как вал установлен на подшипниках скольжения, то определим диаметр вала под подшипник dП, и отношение b = LП/dП, где LП – длинна вала в подшипнике. Материал подшипника скольжения принимаем бронзу, для которой допускаемое удельное давления [p] = 8,5 МПа.
b = Ö0.2×[s]/[p], м (5.24)
b = Ö0,2×170/8,5 = 2,
dП = Öb×R/(0.2×[s]), м (5.25)
dП = Öb×3260,3440/(0,2×170) = 0,0138 м,
Принимаем dП = 0,014 м.
Перемещение стержней крепления пневмоцилиндра, а следовательно и вращение валов опор будет осуществляться усилием руки человека, поэтому тепловой расчет подшипников скольжения проводить нецелесообразно.
Рассчитаем болты крепления опор с подшипниками скольжения к раме. Принимаем для расчета, что болты изготовлены из Стали 40 (ГОСТ 1050 – 88) [1] и на каждую опору ставиться по 3 болта без зазора. Условие прочности болта на срез:
tср = 4×Q/(i×p×z×d2) <[tср] (5.26)
где tср – расчетное напряжение на срез, МПа;
[tср] = 0,2×sт, допускаемые напряжения на срез, МПа;
Q – сила действующая на соединение, Н;
i – число плоскостей среза;
d – диаметр не нарезанной части болта;
z – число болтов.
Для принятых болтов [tср] = 0,2×340 = 68 МПа,
Определим диаметр болтов:
d = Ö4×Q/(i×p×z×[tср]), м (5.27)
d = Ö4×3260,3440/(1×p×3×68×106) = 0,0045, м;
принимаем ближайший больший диаметр d = 0,006 м.
Определим силу трения скольжения в подшипниках, для расчета передачи «винт – гайка». По рисунку 5.4а суммарная сила трения в подшипниках:
Fтр = f×(R1 + R2), Н (5.28)
где f – коэффициент трения скольжения между сталью и бронзой 0,12.
Fтр = 0,12×(3260,3440 + 1917,8494) = 621,3832 Н,
Рассчитаем передачу «винт – гайка» [4]. В процессу работы винт подвергается сжатию и кручения, поэтому принимаем за расчетную силу Fв = 1.2×Fтр = 1,2×621,3832 = 745,6599 Н.
Для винта принимаем Сталь 10 (ГОСТ 1050 – 88) [1], предел текучести которой sт = 210 МПа, определим допускаемые напряжения, задаваясь коэффициентом запаса прочности конструкции n = 2.
[s] = 210/2 = 105 МПа,
Внутренний диаметр винта
d1 = Ö4×Fв/(p×[s]), м (5.29)
d1 = Ö4×745,6599/(p×105×106) = 0,003, м
принимаем d1 = 0,012 м, т.к. увеличили диаметр в несколько раз расчеты на прочность проводить нет необходимости.
Шаг резьбы:
S = d1/4, м (5.30)
S = 0,012/4 = 0,003 м.
Наружный диаметр резьбы:
d = 5/4×d1, м (5.31)
d= 5×0,012/4 = 0,015 м.
Средний диаметр резьбы винта:
d2 = (d + d1)/2, м (5.32)
d2 = (d + d1)/2 = (0,012 + 0,015)/2 = 0,0135 м.
Ход винта принимаем равным L = 0,16 м.
Рассматривая винт как стрежень с шарнирным креплением концов, необходимо проверить его на продольную устойчивость:
Радиус инерции круглого сечения:
i = d1/4, м (5.33)
i = 0,012/4 = 0,003, м.
Гибкость винта
j = L/i <100 (5.34)
j = 0,16/0,003 = 53,3333 <100.
Определим необходимый вращающий момент:
М = 0,088×Fв×d2, Нм (5.35)
М = 0,088×451,0782×0,00135 = 0,0536 Нм.
Выполнение соотношение tgl <f – обеспечивает самоторможение винта при нагрузке его силой Fв, где f = 0.1– коэффициент трения поверхностей скольжения стального винта и бронзовой гайки.
tgl = S/pd2 < f (5.36)
tgl = 0,003/p0,0135 = 0,0708 < f.
Для гайки берем бронзу Бр. ОЦС5-5-5 ГОСТ 613–50 с пределом прочности sв = 180 МПа. Число витков резьбы гайки при допускаемом удельном давлении [p] = 8 Мпа, принимаем равным z = 2.
Высота гайки:
Н = S×z, м (5.37)
Н = 0,003×2 = 0,006 м.
5.3 Устройство и работа стенда
Стенд для ошиповки шин (рисунок 5.6) представляет собой сварную металлическую конструкцию, на которой закреплено два пневмоцилиндра, установленных так, что они действуют навстречу друг другу. Для управления работой цилиндра используются двухпозиционные четырехлинейные воздухораспределители с двусторонним электропневматическим управлением типа БВ64-1. Питание пневмоцилиндров осуществляется от магистрали 6 – 8 кгс/см2, питание воздухораспределителей – от электросети 220 В, 50 Гц.
Стенд предназначен для ошиповки шин с подготовленными отверстиями под шипы. Стенд имеет опору 5 для установи шипуемой шины. Для возможности установки и снятия шины, а также для удобства позиционирования шины предусмотрен механизм передвижения нижнего пневмоцилинда 6 приводимый в движение вращением маховичка 7. Для установки шины по уровню 4 (что дает возможность регулировку глубины заделки шипа) опора имеет возможность изменения своего положения относительно нижнего пневмоцилиндра, путем ее вращения, для этого на опоре предусмотрена насечка. Во избежание изменения положения опоры во время изменения положения шины используется крепежная гайка, которая также имеет насечку.
Возможность регулировки глубины заделки шипа предусмотрено перемещение рабочего наконечника 3 вдоль оси верхнего пневмоцилиндра 2, путем его вращения. Для более точной установки глубины заделки шипа имеется проградуированная шкала.
Двухпозиционные пневмораспределители, которые используются для изменения направления подачи воздуха в пневмоцилиндры, управляются посредством микропереключателей МП-11, установленных на верхнем и нижнем пневомцилиндрах. Подача напряжения на воздухораспределители осуществляется нажатием на педаль 8. Для исключения случайного воздействия на педаль предусмотрен защитный экран. Для временного отключения стенда от электрической сети имеется выключатель расположен на верхней панели стенда. В целях электробезопасности на задней панели стенда предусмотрено крепление заземляющего элемента.
В процессе работы стенда шина под действием нижнего пневмоцилиндра насаживается на разжимные элементы 2 наконечника 1 (рисунок 5.7а). Шток верхнего пневмоцилиндра 3, действуя на заранее опущенный в наконечник шип 4, разводит разжимные элементы и внедряет шип в покрышку (рисунок 5.7б). Шина опускается увлекая за собой вставленный в нее шип. Шток верхнего цилиндра поднимается освобождая место для другого шипа.
Рассмотрим схему управления работой стенда (рисунок 5.8). При включении стенда в электрическую сеть подключаются электромагнит в воздухораспределителе 8, так как контакты переключателя 6 замкнуты. Под действием электромагнита воздухораспределитель переключается в положение, при котором сжатый воздух поступает в пространство со штоком верхнего цилиндра 2. Тем самым, поднимая шток цилиндра, освобождая место под шип. При замыкании контактов выключателя 1 посредством педали, подключаются электромагнит в воздухораспределителе 9, так как контакты переключателя 3 находятся в замкнутом состоянии. Воздухораспределитель переключается в положение, при котором сжатый воздух поступает в бесштоковое пространство нижнего цилиндра 7. Шток нижнего пневмоцилиндра начинает подниматься и размыкает контакты переключателя 6, подготавливая, распределитель 8 к дальнейшей работе, в конце своего хода шток замыкает контакты переключателя 5. Под действием электромагнита распределитель 8 направит сжатый воздух в бесштоковую полость цилиндра 2 и соединит его под поршневое пространство с атмосферой, поршень начинает перемещаться вниз. Шток цилиндра 2 размыкает контакты переключателя 3 и в конце своего хода замыкает контакты переключателя 4. Воздухораспределитель 9 переключится и под поршневая полость нижнего цилиндра 7 соединится с атмосферой, а в пространство над поршнем начнет поступать сжатый воздух и поршень начнет опускаться. Шток цилиндра 7 вначале размыкает контакты переключателя 5, а затем замкнет переключатель 6. Распределитель 8 переключится, и поршень верхнего цилиндра начнет подниматься. Шток цилиндра 2 в процессе своего движения разомкнет и затем замкнет контакты переключателей 4 и 3 соответственно. В дальнейшем, при замыкании контактов выключателя 1 цикл повториться.