Проектирование и расчет основных механизмов гаражного оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование и расчет основных механизмов гаражного оборудования

Введение

Целью расчётно-графической работы по дисциплине «Типаж и эксплуатация гаражного оборудования» является получение навыков по разработке комплекта узлов гаражного оборудования.

Основные задачи, решаемые в процессе выполнения расчётно-графической работы:

1) Анализ конструкции, принципа действия и технических характеристик разрабатываемого оборудования.

2) Расчет силовых механизмов (передача винт-гайка) и привода (электродвигатель, механическая передача) электромеханического подъемника.

3) Разработка структурных, компоновочных и кинематических схем проектируемого оборудования.

электромеханический подъемник гаражный оборудование

1. Расчет основных механизмов электромеханического подъемника

1.1 Назначение, особенности конструкции и принцип действия разрабатываемого оборудования

Автомобильный подъёмник является универсальным устройством, позволяющим выполнять работы, связанные с сервисным обслуживанием.

Основной рабочей функцией подъемников является поднятие и удержание автомобиля на определенной высоте при его техническом обслуживании и ремонте. При этом должен обеспечиваться максимальный доступ к обслуживаемым узлам автомобиля. Соответственно в зависимости от вида работ, выполняемых в той или иной технологической зоне СТО и АТП, к подъемникам предъявляются те или иные технические требования.

Классификация подъемников приведена на рис. 1, а их основные схемы - на рис. 2.

Особенности оборудования рассмотрим на примере электромеханического двухстоечного подъёмника П-133 (рис. 3).



Рис. 1. Классификация подъемников

Рис. 2. Основные схемы гаражных подъемников

Подъемник П-133 (рис. 3) состоит из двух стоек С-образного профиля (цельных или сварных). По внутренней поверхности стойки на восьми катках 10 свободно перемещается каретка 11. Своей опорой каретка садится на грузовую гайку 9.

Грузовой винт 8 подвешен к опорной крышке на верхнем конце стойки и связан через цепную двухступенчатую передачу 7 с электродвигателем 6. Под защитным кожухом установлен клеммник 4, к которому присоединяются при монтаже силовые электропроводы и цепи управления.

Под грузовой гайкой 9 с зазором 16-18 мм по винту 8 перемещается страхующая гайка 3. Последняя предназначена для механической страховки в случае износа и обрыва резьбы грузовой гайки и позволяет только опускать каретку в крайнее нижнее положение, отключая по ходу движения аварийный выключатель 1 - это исключает возможность дальнейшего использования подъемника.

В основании каретки шарнирно крепятся балки 13 подхватов (короткая и длинная) по которым перемещаются и фиксируются в нужном направлении подхваты 12.

Перемещение каретки вверх и вниз в крайних положениях ограничивается конечными выключателями 5 и 2, а в аварийном положении - выключателем 1.

Подъемник П-133 устанавливается на ровную поверхность непосредственно на грунт или межэтажное перекрытие и крепится с помощью анкерных болтов или шпилек.

Другие модели подъемников имеют аналогичную конструкцию и отличаются:

- по способу передачи крутящего момента от электродвигателя к грузовому винту (клиноременная передача, шестеренчатый или червячный редуктор, мотор-редуктор);

- по способу синхронизации работы стоек (с электрической синхронизацией путем установки на каждую стойку электродвигателя и редуктора и механической синхронизацией посредством цепной или зубчатой конической передач, размещаемых либо внизу, либо вверху стоек);

- по способу размещения стоек относительно автомобиля (с симметричным или несимметричным расположением);

- по конструкции подхватов.

Рис. 3. Подъёмник П-133: 1 - выключатель аварийного положения; 2,5 - конечные выключатели; 3 - страхующая гайка; 4 - клеммник; 6 - электродвигатель; 7 - цепная двухступенчатая передача; 8 - грузовой винт; 9 - грузовая гайка; 10 - катки; 11 - каретка; 12 - подхваты; 13 - балки подхватов

1.2 Исходные данные для проектирования и расчёта

К исходным данным для расчёта электромеханического подъёмника относятся:

- количество стоек и приводных электродвигателей, шт;

- масса поднимаемого груза (грузоподъёмность) , кг;

- высота подъема (рабочий ход выходного звена) , м;

- скорость подъема автомобиля , м/с;

- материалы деталей винтовой пары.

Исходные данные для расчёта принимаются в соответствии с номером варианта по таблице П1 (см. Приложение 1).

1.3 Расчет электромеханического подъёмника

При расчёте механизмов и узлов электромеханического подъёмника могут использоваться методики, описанные в [1,7,10,12].

Последовательность проведения расчёта сводится к следующему:

1. Проработка технического задания.

2. Выбор кинематической схемы и материалов передачи.

3. Определение среднего диаметра резьбы из условия износостойкости винтовой пары.

4. Выбор параметров резьбы по ГОСТу. Проверка условия самоторможения. Окончательный выбор параметров резьбы по ГОСТу. Определение высоты гайки и числа витков резьбы.

5. Проверка винта на устойчивость.

6. Определение КПД передачи, требуемой мощности и крутящего момента, выбор электродвигателя и передаточного отношения редуктора.

7. Предварительная конструктивная проработка передачи.

1.3.1 Выбор кинематической схемы и материала передачи

Кинематическая схема выбирается самостоятельно в соответствии с типом подъёмника (количеством стоек) и количеством приводных электродвигателей.

На рисунке 2 представлен пример изображения кинематической схемы винтового подъемника с электромеханическим приводом подъемника.

Рис. 2. Кинематическая схема винтового подъемника с электромеханическим приводом: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - грузовой винт; 5 - стойка; 6 - каретка с гайкой и механизмом подхвата

Для уменьшения потерь мощности на трение в винтовой паре винты изготавливают из сталей: 45, 50, А45, А50 (нормализованные или улучшенные); У10, 65Г, 40Х, 40ХГ, подвергаемых объемной или поверхностной закалке; 38Х2МЮА, 18ХГТ, 40ХФА, подвергаемых азотированию. Гайки - из бронз БрОФ10-1, БрОЦС6-6-3, БрА9Мц2Л, БрА9Ж3Л, БрА10Ж3Мц2, из латуней ЛЦ23А6ЖЗМц2, ЛЦ38Мц2С2 или антифрикционных чугунов АЧС-1...АЧС-6, АЧК-1, АЧК-2, АЧВ-1, АЧВ-2. В настоящее для изготовления гаек винтовых передач широкое применение получили износостойкие полиамиды.

Выбор материалов и вида термообработки производиться самостоятельно в соответствии с заданием.

1.3.2 Определение среднего диаметра резьбы из условия износостойкости винтовой пары

Расчёт начинают с определения нагрузки, приходящейся на каждую из ходовых гаек.

Вес поднимаемого груза определяется по формуле:

, Н

где - масса поднимаемого груза (автомобиля), кг.

Максимальное значение расчетной силы определяется по формуле:

где - коэффициент перегрузки, для механизмов равен 1,1.

Нагрузка на ходовую гайку:

где - число гаек, которое зависит от типа подъёмника.

Перед нахождением диаметра резьбы выбирается её профиль. В передачах «винт-гайка» с трением скольжения применяют обычно трапецеидальную резьбу ГОСТ 9484-81 и ГОСТ 24793-81 (СТ СЭВ 185-79). Параметры данной резьбы приведены в машиностроительных справочниках [1].

Средний диаметр резьбы определяется по критерию работоспособности - среднему давлению между рабочими поверхностями резьбы винта и гайки:

где - коэффициент высоты гайки;

- коэффициент высоты профиля резьбы;

(для цельной гайки);

(для трапецеидальной резьбы);

- допустимое давление в резьбе, определяемое материалами деталей передачи (табл. 1), МПа;

- высота профиля резьбы, мм;

- высота гайки, мм;

- шаг резьбы, мм.

Таблица 1. Значения допускаемого давления в винтовых парах скольжения

Материалы винтовой пары	, МПа
Закаленная сталь - бронза	12…13
Незакаленная сталь - бронза	8…10
Закаленная сталь - антифрикционный чугун АЧВ-1, АЧК-1	7…9
Незакаленная сталь - антифрикционный чугун АЧВ-2, АЧК-2	6…7
Незакаленная сталь - чугун СЧ 18, СЧ 21	5

По вычисленному значению выбирают ближайшее большее значение по ГОСТу. По среднему диаметру определяют все остальные параметры резьбы.

Пример обозначения трапецеидальной однозаходной резьбы:

Tr 28x3 - 7H/7e,

где 28 - наружный диаметр трапецеидальной резьбы, мм; 3 - шаг, мм; 7Н/7е - посадка болтового соединения с зазором; 7 - класс точности резьбы.

Для того чтобы не происходило самопроизвольного опускания, должно выполняться условие самоторможения:

где - угол подъема винтовой линии по среднему диаметру резьбы, град.;

- приведенный угол трения, град.;

Угол подъема винтовой линии по среднему диаметру:

, град.,

где - шаг резьбы, мм; - средний диаметр резьбы, мм.

Приведенный угол трения вычисляется по формуле:

, град.

где - приведенный коэффициент трения.

Приведенный коэффициент трения можно определить следующим образом:

;

где - коэффициент трения (таблица 2);

- угол профиля резьбы, для трапецеидальной резьбы .

В случае если условие самоторможения не выполняется, то принимают меньшее значение шага резьбы или переходят на больший диаметр .

Таблица 2. Значения коэффициента трения скольжения

Материалы винтовой пары
Сталь - бронза оловянно-фосфорная	0,1
Сталь - бронза безоловянная	0,12
Сталь - антифрикционный чугун	0,13
Сталь - серый чугун	0,2

Высота гайки :

Рабочая высота профиля резьбы :

;

Число витков в гайке:

.

1.3.3 Проверка винта на устойчивость

Тело винта проверяют на устойчивость по условию:

где - критическая осевая сила, Н;

- допустимый коэффициент запаса устойчивости, .

;

где - модуль упругости материала винта, для стали ;

- момент инерции поперечного сечения винта, мм4;

- длина винта, мм;

- коэффициент длины, - для одного защемлённого конца винта и второго конца в шарнирной опоре, который может смещаться в осевом направлении.

Момент инерции поперечного сечения:

где d3 - диаметр впадин резьбы винта, мм.

Длина винта:

;

где - высота подъема, мм;

- высота гайки, мм.

Если при расчете на устойчивость , то выбирают большее значение и повторяют расчеты.

1.3.4 Расчёт привода

КПД передачи болт-гайка определяется в зависимости от назначения передачи. В нашем случае вращательное движение преобразовывается в поступательное:

,

где - коэффициент, учитывающий потери мощности на трение в опорах, = 0,8…0,95;

Время подъема:

;

где - высота подъема, м;

- скорость подъема, м/с.

Мощность на ведущем звене при известных значениях осевой силы (Н) и скорости поступательного движения (м/с) выходного (ведомого) звена определяется по зависимости:

Мощность на всех ходовых гайках равна:

;

где - число ходовых гаек.

Требуемая мощность электродвигателя определяется следующим образом:

,

где - КПД механической передачи (табл. 3); - КПД механизма синхронизации (в случае механической синхронизации работы стоек); - количество приводных двигателей.

Частота вращения ходового винта определяется по следующей формуле:

;

где - шаг резьбы, мм;

- число заходов резьбы, .

Требуемое передаточное число передачи, устанавливаемой между винтом и электродвигателем (табл. 4):

;

где - частота вращения двигателя, мин-1;

- частота вращения ходового винта, мин-1 .

Таблица 3. Коэффициенты полезного действия различных механических передач

Таблица 4. Передаточные числа механических передач

Вид передачи	Передаточное число
	среднее	рекомендуемое	наибольшее
Редуктор цилиндрический	3…6	3…4,5	12,5
Редуктор конический	2…4	2,5…3,5	6,3
Редуктор червячный	10…40	12,5…20	80
Цепная	2…6	2,5…4	8
Клиноременная	2…5	2…4	7

Крутящий момент на ведущем звене определяется из выражения:

- средний диаметр резьбы, мм.

Крутящий момент на валу электродвигателя рассчитывают по формуле:



По требуемой мощности, крутящему моменту и частоте вращения выбирается электродвигатель [3], подбирается передача и соединительные муфты [2].

1.3.5 Проектный расчет гайки

Наружный диаметр гайки:

где - расчетная сила с учетом действия растяжения и кручения, Н;

- диаметр впадин резьбы гайки, мм;

- допустимое напряжение растяжения, МПа.

Для трапецеидальной резьбы:

Наружный диаметр гайки с учетом фланца:

где - допустимое напряжение смятия.

Высота буртика гайки определяется из расчёта на срез по формуле:



где - допустимое напряжение среза.

Для удержания гайки от проворачивания используются стопорные винты с потайной головкой (ГОСТ 1478-93).

Проверка среднего давления в резьбе:

,

где - допустимое среднее давление в резьбе.

2. Состав расчётной и графической части

1. Произвести в соответствии с заданием (Приложение 1) кинематический и силовой расчет передачи "винт-гайка". Недостающие исходные данные студент выбирает самостоятельно.

2. По результатам расчета определить параметры резьбы, подобрать передачу, электродвигатель, соединительные муфты.

3. Разработать структурную схему подъемника (приложение 2).

4. Разработать кинематическую схему подъемника (приложение 3).

5. Разработать компоновочную схему с указанием габаритных и присоединительных размеров (приложение 4).

6. Разработать эскизный чертёж передачи "винт-гайка" с указанием основных размеров деталей и параметров резьбы (приложение 5).

7. Составить перечень основных работ по техническому обслуживанию и ремонту подъёмников, а также перечень основных неисправностей и способов их устранения.

Библиографический список

1. Аверьянова Г.А. Рачеты на прочность, жесткость и устойчивость деталей машин. - Великие Луки: ВГСХА, 1995.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.1. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

3. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2001. - 912 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.3. - 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 864 с.

5. ГОСТ 4.112-89. Оборудование гаражное. Номенклатура показателей. - М.: Издательство стандартов, 1990 - 12 с.

6. Грибков В.М. Справочник по оборудованию для технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей / В.М. Грибков, П.А. Карпенкин - М.: Россельхозиздат, 1984. - 223 с.

7. Карнаухов И.Е. Детали машин, подъемно-транспортные машины и основы конструирования. - М.: ВСХИЗО, 1992.

8. Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин: Справ. пособие / А.В. Кузьмин, И.М. Чернин, Б.С. Козинцов. - 3-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Выш.шк., 1986. - 400 с.

9. Табель гаражного и технологического оборудования для автотранспортных предприятий различной мощности / А.Н. Ременцов, С.А. Невский, В.Н. Назаров и др. - М.: Центроргтрудавтотранс, 2001.

10. Технологическое оборудование для технического обслуживания и ремонта легковых автомобилей: Справочник / Р.А. Попржедзинский, А.М. Харазов, В.Г. Карцев, З.Г.Евсеева. - М.: Транспорт, 1988. - 176 с.

Приложение 1

Таблица П1. Исходные данные для выполнения расчётно-графической работы

№ варианта	Вид гаражного оборудования
	Электромеханический подъёмник
	Грузоподъём-ность, т	Число стоек /эл.двиг, шт	Скорость подъёма, мм/с	Высота подъёма, м	Материалы деталей винтовой пары
1	2	3	4	5	6
1	0,5	1/1	45	0,7	Закаленная сталь - бронза
2	1	1/1	45	0,8	Незакаленная сталь - бронза
3	1,5	1/1	45	0,9	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
4	2	2/1	45	1,5	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
5	2	2/2	45	1,6	Незакаленная сталь - чугун СЧ
6	2,5	2/1	45	1,7	Закаленная сталь - бронза
7	2,5	2/2	45	1,8	Незакаленная сталь - бронза
8	3	2/1	45	1,9	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
9	3	2/2	45	2,0	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
10	3,5	2/1	45	2,1	Незакаленная сталь - чугун СЧ
11	3,5	2/2	40	1,5	Закаленная сталь - бронза
12	4	2/1	40	1,6	Незакаленная сталь - бронза
13	4	2/2	40	1,7	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
14	4,5	2/1	40	1,8	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
15	4,5	2/2	40	1,9	Незакаленная сталь - чугун СЧ
16	5	2/1	40	2,0	Закаленная сталь - бронза
17	5	2/2	40	2,1	Незакаленная сталь - бронза
18	4	4/1	40	1,5	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
19	4	4/2	40	1,6	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
20	4	4/4	40	1,7	Незакаленная сталь - чугун СЧ
21	6	4/1	35	1,8	Закаленная сталь - бронза
22	6	4/2	35	1,9	Незакаленная сталь - бронза
23	6	4/4	35	2,0	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
24	8	4/1	35	2,1	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
25	8	4/2	35	1,5	Незакаленная сталь - чугун СЧ
26	8	4/4	35	1,6	Закаленная сталь - бронза
27	10	4/1	35	1,7	Незакаленная сталь - бронза
28	10	4/2	35	1,8	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
29	10	4/4	35	1,9	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
30	12	4/1	35	2,0	Незакаленная сталь - чугун СЧ
31	12	4/2	30	2,1	Закаленная сталь - бронза
32	12	4/4	30	1,5	Незакаленная сталь - бронза
33	14	4/1	30	1,6	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
34	14	4/2	30	1,7	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
35	14	4/4	30	1,8	Незакаленная сталь - чугун СЧ
36	16	4/1	30	1,9	Закаленная сталь - бронза
37	16	4/2	30	2,0	Незакаленная сталь - бронза
38	16	4/4	30	2,1	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
39	12	6/2	30	1,5	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
40	12	6/6	30	1,6	Незакаленная сталь - чугун СЧ
41	16	6/2	25	1,7	Закаленная сталь - бронза
42	16	6/6	25	1,8	Незакаленная сталь - бронза
43	20	6/2	25	1,9	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
44	20	6/6	25	2,0	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
45	24	6/2	25	2,1	Незакаленная сталь - чугун СЧ
46	24	6/6	25	1,5	Закаленная сталь - бронза
47	26	8/8	25	1,6	Незакаленная сталь - бронза
48	28	8/8	25	1,7	Закаленная сталь - антифрикционный чугун
49	30	8/8	25	1,8	Незакаленная сталь - антифрикционный чугун
50	32	8/8	25	1,9	Незакаленная сталь - чугун СЧ

Приложение 2

Рис. 3. Структурная кинематическая схема типовой технологической машины с электромеханическим приводом: а -- с однодвигательным приводом; б -- с многодвигательным приводом; ЭД -- электродвигатель; ПМ -- передаточный механизм; MB -- механизм включения рабочих органов; ИМ -- исполнительный механизм; РО -- рабочий орган; ГВ -- главный вал; РВ -- распределительный вал

Приложение 3

Рис. 4. Схема кинематическая принципиальная электромеханического двухстоечного подъемника с однодвигательным приводом: 1 -- электродвигатель; 2 -- передача ременная клиновым ремнем (примечание: электродвигатель 1 и ременная передача 2 могут быть заменены на компактный мотор-редуктор); 3 -- упорный подшипник; 4 -- радиальный подшипник (примечание: вместо двух подшипников в верхней подвеске винта может устанавливаться один -- радиально-упорный, внизу устанавливается только радиальный подшипник); 5-- несущий грузовой винт (материал -- сталь); 6-- каретка с направляющими роликами; 7 -- грузовая гайка (материал -- бронза); 8 -- подхваты; 9 -- страховочная гайка (материал -- сталь); 10 -- передача цепная (в других моделях подъемников может быть карданная или зубчатая коническая); 11, 12, 13, 14-- конечные выключатели; 15 -- стойка; 16 -- страховочная гайка; 17-- консоль телескопическая; 18-- фиксирующий болт с рукояткой; 19 -- упор.

Приложение 4

Рис. 5. Конструктивное исполнение и варианты компоновки стоек и консольных лап в различных моделях подъемников: а -- общий вид; б -- симметричная схема; в -- асимметричная схема; г -- асимметричная схема со смещенными стойками

электромеханический подъемник гаражный оборудование

Приложение 5

Рис.6

Размещено на Allbest.ru

...