Операции испытаний, разборки и сборки автомобильных рессор сопряжены с необходимостью предварительного сжатия пакета пружинных листов, что при использовании примитивных приспособлений малопроизводительно и небезопасно. Станина стенда сварена из швеллеров, которые является основанием. Основание установлено на бетонном полу при помощи четырех анкерных болтов. Стойки сварные из двух полос и усилителя, которые образуют вертикальные пазы, ширина которых рассчитана на самые широкие из испытуемых рессор, к стойкам приварены две плиты на которых расположены подвижные опоры предназначенные для установки рессор на стенде.

3.6 Технологические и прочностные расчеты конструкции

3.6.1 Расчет резьбовых соединений

В разработанной конструкции стенда для сборки и разборки рессор имеются несколько ответственных резьбовых соединений, которые необходимо рассчитать. Такие соединения имеют важное значение в обеспечении безопасной работы стенда.

Нужно определить силу затяжки, которую необходимо приложить к стандартному ключу при заворачивании гайки до появления в стержни болта напряжения, равному пределу текучести у= 200Мпа для Ст 10, а также напряжения смятия у см и среза Lср в резьбе. Длина ручки стандартного ключа принимается в среднем из расчета l = 15d. Коэффициент трения в резьбе [] и на торце гайки в = 0,15.

Для расчета будет использоваться таблица 3.1.

Таблица 3.1

Основные размеры крепежных деталей

Все основные размеры крепежных деталей. Определим силу затяжки винта М6, при котором эквивалентное напряжение в стержне винта будет равно пределу текучести по выражению:

F_зат = , (3.1)

где: d₁ - внутренний диаметр резьбы;

у_эк - эквивалентное напряжение в стержне болта, у_эк =200МПа.

F_зат =

Напряжение в резьбе определяется из выражения:

у_см = , (3.2)

где: F - сила затяжки;

d₂ - высота профиля резьбы;

Z - число витков.

у_см =

Допустимое напряжение смятия [у_см] определяется по формуле:

[у_см] = 0,8 у_т, (3.3)

[у_см] =

Проверяем условия прочности:

б_см

22,8 МПа

Условия выполняется.

Напряжение среза в резьбе определяется по формуле:

L_cр = , (3.4)

где: F - сила затяжки, Н;

d₁ - внутренний диаметр резьбы, мм;

Н - глубина завинчивания, мм;

К - коэффициент полноты резьбы, К = 0,87;

К_м - коэффициент неравномерности нагрузки по винтам резьбы, К_м = 0,6.

L_cр =

Допустимое напряжение среза в резьбе находится по формуле:

[L_cр] = 0,4 у_т.

[L_cр] = 0,4

Проверяем условие прочности:

L_cр ? L_ср

25,7МПа ? 80МПа

Условия выполняется.

Исходя из расчетов винт М6 ГОСТ 7798-70 при затяжки с силой F =2900 H сможет выдержать напряжение смятия у_см = 22,8 МПа и напряжения среза у_р = 25,7Мпа, значение которых находятся в пределах допустимого. Следовательно винт М6 удовлетворяет условиям прочности.

Аналогично выполняется расчет для резьбового соединения М24Ч120,46 ГОСТ 15591-70.

Сила затяжки определяется по формуле (3.1)

F_зат =

Напряжение в стержне болта определяется по формуле (3.2)

у_см =

Проверяем условие прочности на смятие

73 МПа ? 160 МПа

Условие выполняется.

Напряжение среза в резьбе определяется по формуле (3.4)

L_cр =

Проверяем условие прочности на срез

78,9 МПа ? 80 МПа

Условие выполняется.

Таким образом, резьбовое соединение М24 выдержит напряжение смятия б_cм = 73Мпа и напряжение среза L_cр = 78,9Мпа, значение допустимого напряжения которых удовлетворяет условиям прочности силе затяжки F = 52009 Н.

Расчет болта М12 выполняется аналогично.

Напряжение смятия определяется по формуле:

у_cм =, (3.5)

где: Р - сила, приходящая на 1 опорный болт, Р = 0,3Н;

S - площадь сечения болта.

S = , (3.6)

где: d₁ - внутренний диаметр болта, мм.

S =

у_см =

Проверка условия прочности на смятие

3,75 МПа ? 160 МПа

Условие выполняется. Усилия среза в болте рассчитываем по формуле:

L_cр = , (3.7)

где: F - действующее усилие, Н;

d_ср - диаметр резьбы, мм.

[L_cр] = (0,6…0,8) б_в, (3.8)

где: б_в - предел прочности для материала.

Поскольку прижимной кронштейн закреплен на двух болтах, то принимается d_ср = 36 мм

L_cр =

[L_cр] = (0,6…0,8) 58 = 34,8 МПа

Проверка условия прочности.

15,6 МПа ? 34,8 МПа

Условие выполняется.

3.6.2 Выбор гидроцилиндра

Исходя из анализа существующих конструкций нам известно, что достаточно усилия на шток гидроцилиндра. Цилиндр выбираем по усилию на шток гидроцилиндра и не обходимому ходу штока.

Принимаем гидроцилиндр марка Ц-110 технической характеристикой

Номинальное давление, МПа 10

Максимальное давление, МПа 14

Диаметр поршня, мм 110

Полный ход поршня, МП 250

Наименьшее расстояние между осями отверстий в задней крышки и головки шатуна, мм 560.

Усилия на шток при номинальном давлении кН:

Толкающее 90

Тянущее 82

Диаметр штока, мм 40

3.6.3 Расчет и выбор насоса

Так как выбранный гидроцилиндр работает на выталкивание, то из выражения

- находим необходимое номинальное давление насоса P

(3.9)

где: d - диаметр поршня, см. d=11см;

Р₁=90 Н - усилие действующие на шток гидроцилиндра.

Выбираем насос НШ - 10Е с технической характеристикой

Рабочий объем, см³/об 10

Давление, МПа

Номинальное 10

Максимальное 14

Частота вращения об/ мин

Номинальная 1500

Максимальное 2200

Номинальный объем подачи л/мин 16,2

Общей КПД 0,85

Определяем объемную подачи насоса:

л/мин (3.10)

где: q = 10 см³ рабочий объем насоса;

n =1420 мин^-1 частота вращения вала насоса;

1000 - переводной коэффициент из см³ в литры.

л/мин

Скорость опережения поршня в силовом цилиндре при нагнетании жидкости в подпоршневое (бесштоковое) пространства:

. л/ мин (3.11)

При нагнетании рабочей жидкости в подпоршневое пространство (в полость со стороны штока).

л/ мин (3.12)

где: Q=14,2 л/мин объемная подача насоса;

dп = 11,0 см диаметр поршня;

dш - 4,0 см диаметр штока;

л/мин

л/мин

Время полного хода

; (3.13)

, (3.14)

где: S= 0,25 м. ход штока.

мин.

мин.

Вывод: выбранный гидроцилиндр отвечает поставленным требованиям, т.е. а гидронасос НШ-10 Е обеспечивает работу гидроцилиндра.

3.6.4 Расчет и выбор электродвигателя

Определяем мощность необходимую для привода насоса по формуле:

, (3.15)

где:

Q = 16.2 л/мин объемная подача насоса;

Р=10 МПА - номинальные рабочие давления;

r= 0,85 общий КПД насоса

Выбираем электродвигатель марка 4А100МЧУС с технической характеристикой

Мощность 4 кВт

Частота вращения 1420 об/мин.

3.6.5 Расчет трубопроводов

Рассчитаем трубопровод, расчет состоит из гидравлического расчета и расчета на прочность. При гидравлическом расчете определяем внутренний диаметр трубопровода:

(3.16)

где: - номинальная подача насоса, м³/с;

= 3 м/с - скорость потока жидкости в напорном трубопроводе.

Трубу для изготовления трубопровода возьмем бесшовную холоднодеформированную из стали 20 диаметром d = 15 мм с толщиной стенки 0,3…4 мм.

Рассчитаем толщину стенки трубы:

, (3.17)

где: - давление настройки предохранительного клапана, МПа;

- внутренний диаметр трубопровода, м;

- допустимое напряжение на разрыв, МПа.

Стенку трубы примем равной = 1 мм, отсюда наружный диаметр трубы будет: мм

Рукава низкого и высокого давления не рассчитываем. Распределитель возьмем электромеханический золотникового типа двухсекционный.

Фильтр рассчитаем по площади:

, (3.18)

где:

- величина потока рабочей жидкости, проходящей через фильтр, дм³/с;

К - коэффициент пропорциональности дм³/см²;

- динамическая вязкость фильтруемой жидкости, Па·с;

?с_ф - перепад давления на фильтре МПа.

Па•с (3.19)

где: - кинематическая вязкость, м²/с;

_м-8в = 52•10^-6 м²/с;

- плотность кг/м³; _м-8в = 886 кг/м³.

Для обеспечения нормальной работы насоса уровень жидкости должен быть выше трубопровода всасывания на 15 см.

дм³ (3.20)

Проверочный расчет гидропривода.

Путевые потери давления на прямолинейных участках нагнетательного трубопровода высчитываем при оптимальной температуре гидросистемы 50°С.

Число Рейнольдса:

(3.21)

где: (3.22)

Полученное значение меньше критического следовательно режим ламинарный.

(3.23)

Длину трубопровода примем за 2,5 м.

Потери давления на напорном трубопроводе будут:

, (3.24)

где: = 2,43 м/с; = 0,016 м; = 886 кг/м³

Потери в резиновых рукавах напорного трубопровода:

(3.24)

, (3.25)

где: L_H = 1,5 - длина напорного трубопровода.

Местные потери давления на нагнетательном трубопроводе:

(3.26)

где: = 4,6 - коэффициент местного сопротивления нагнетательной магистрали; V² - средняя скорость движения жидкости в нагнетательном трубопроводе.

Потери давления в гидроагрегатах:

, (3.27)

где: = 4 - для золотникового распределителя;

= 3 - для фильтра.

Что составляет 4,2 % и находится в допустимых пределах.

Найдем объемный КПД гидропривода:

(3.28)

где:

- КПД насоса;

- КПД распределителя;

- КПД гидроцилиндра.

Общий КПД гидропривода:

(3.29)

Диаметр цилиндра с учетом потерь давления в напорной линии уточняем по формуле:

, (3.30)

где: - механический КПД гидроцилиндра.

Толщина стенок гидроцилиндра:

, (3.31)

где

= 120 мПа;

= 0,3.

Примем = 0,01 м

Напряжение на стенке цилиндра при:

(3.32)

Толщина плоского дна цилиндра:

(3.33)

м.

Чтобы уточнить рабочее давление в гидросистеме, определяем следующие величины:

Сила трения в уплотнениях штока:

, (3.34)

где: f = 0,13 - коэффициент трения;

b= 0,08 - высота уплотнения по оси цилиндра;

p_к = p_ном.

Сила трения в уплотнениях поршня:

(3.35)

Сила трения в уплотнениях гидроцилиндра:

(3.36)

Сила противодавления:

(3.37)

где: p_с = 0,3 - давление слива.

(3.38)

Расчетное рабочее давление:

(3.39)

где: м²

Что не превышает давления принятого за номинальное.

Подача насоса:

(3.40)

Полученное давление удовлетворяет условию.

Полезная мощность насоса:

(3.41)

Приводная мощность:

, (3.42)

где: = 0,72

Скорость перемещения штока:

(3.43)

Потери мощности в гидроприводе переходящие в теплоту:

(3.44)

Проверим достаточность напора на входе насоса для обеспечения нормального всасывания:

(3.45)

где - минимальное допустимое давление на входе насоса при расчетной максимальной подаче, МПа;

- местные потери напора во всасывающей магистрали, МПа;

- давление на рабочей поверхности жидкости, МПа;

- удельный вес рабочей жидкости, Н/м³;

- минимальное превышение верхнего уровня жидкости над выходным патрубком, м.

(3.46)

(3.47)

Па

Па (3.48)

т.к. 8876,3<99232,9, то неразрывность потока обеспечивается.

3.6.6 Расчет пальца на срез

Примем максимальный вес автомобиля 20000 Н.

Найдем проектный расчет диаметра пальца:

, (3.49)

где:

= 0,6· [у] _p-допустимое напряжение на срез;

i = 2 - количество плоскостей среза.

Палец возьмем d = 15 мм, изготовленный из стали Ст.3 ГОСТ 380-88.

Кроме среза нормальная эксплуатация соединения может нарушатся в результате смятия на поверхности контакта пальца с лапкой и ушками кронштейна.

Найдем толщину лапки:

(3.50)

где:

n - число листов;

d - диаметр пальца;

[у] _см = 2…2,5 [у] _с = 240 МПа - допустимое напряжение на смятие.

Возьмем = 8 мм; ширина в = 20 мм,

Рассчитаем толщину ушка кронштейна:

(3.51)

Проверим на разрыв по ослабленному отверстием сечению:

(3.52)

3.4.7 Расчет балки на изгиб

Проектируемым объектом является кузнечно-рессорный участок.

4.2 Производственная санитария

4.2.1 Оздоровление воздушной среды

Проектируемое предприятие находится в III климатической зоне, где средняя зимняя температура воздуха составляет - 5 ⁰ С. В соответствии с ГОСТ - 12.1.005-88 в теплый период времени температура воздуха в зонах обслуживания поддерживается в пределах 20-23 ⁰ С, а в холодный и переходный периоды - в пределах 17 - 19 ⁰ С.

Относительная влажность воздуха при этих условиях 40-60% в любое время года и скорость движения воздуха в холодный и переходный период - 0,3м/с, в теплый период - 0,4 м/с, - не более.

Для поддержания температуры воздуха в зимнее время года в заданных пределах предусмотрено центральное отопление с питанием горячей водой, температурой 150 ⁰ С. Для уменьшения влияния холодного наружного воздуха на температуру воздуха в помещении участков при открывании ворот, предусмотрено создание воздушно - тепловой завесы.

Вентиляция должна обеспечивать должную чистоту воздуха и комфортность работы в зонах обслуживания. Естественная вентиляция осуществляется путем аэрации через открытые ворота боксов. Предусматривается также механическая приточно-вытяжная вентиляция и местная (местные отсосы) - для удаления выхлопных газов автомобилей.

Общеобменная вентиляция на участках выполнена по следующей схеме:

вентиляция воздуха производится из верхней зоны над постами, приток воздуха - в рабочую зону.

забор приточного воздуха производится в местах удаленных и защищенных от выброса загрязненного воздуха.

При работах связанных с выделением пыли предусмотрено использование средств индивидуальной защиты.

4.2.2 Производственное освещение

Одним из элементов, влияющих на комфортные условия работающих, является производственное освещение. К системам производственного освещения предъявляются следующие основные требования:

соответствие уровня освещенности рабочих мест характеру выполняемой зрительной работы;

достаточно равномерное распределение яркости на рабочих поверхностях и в окружающем пространстве;

отсутствие резких теней, прямой и отраженной блесткости (повышенной яркости светящихся поверхностей, вызывающей ослепленность);

постоянство освещенности во времени;

оптимальная направленность излучаемого осветительными приборами светового потока;

долговечность, экономичность, электро- и пожаробезопасность, эстетичность, удобство и простота эксплуатации. Освещение помещений предприятия ИО подразделяется на естественное, искусственное и совмещенное.

Естественное освещение помещений предприятия ИО проектируется в соответствии с действующими Строительными нормами и правилами (СНиП). Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, и обеспечивать

коэффициент естественной освещенности (КЕО) не ниже 1,2% в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5% на остальной территории. Указанные значения КЕО нормируются для зданий, расположенных в III световом климатическом поясе. Расчет КЕО для других поясов светового климата проводится по общепринятой методике согласно СНиП "Естественное и искусственное освещение".

Расположение рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ для взрослых пользователей в подвальных помещениях не допускается. В случаях производственной необходимости эксплуатация ВДТ и ПЭВМ в помещениях без естественного освещения может проводиться только по согласованию с органами и учреждениями Государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

Площадь на одно рабочее место с ВДТ или ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6,0 м2, а объем - не менее 20,0 м3.

Расположение здания предприятия ИО и планировка его производственных помещений должны исключать чрезмерное поступление тепла от солнечной радиации через окна и прямое попадание солнечных лучей на устройства ЭВМ и носители информации.

Искусственное освещение помещений в зависимости от производственной необходимости подразделяется на общее, местное, аварийное и комбинированное.

При общем освещении в административных помещениях светильники устанавливаются в верхней части помещения параллельно стене с оконными проемами, что позволяет отключать их последовательно в зависимости от изменения естественного освещения.

В помещениях эксплуатации ВДТ и ПЭВМ общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении ВДТ и ПЭВМ. При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом, ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.

Выполнение таких работ, как, например, осмотр и ремонт вычислительных машин, обработка документов, требует дополнительного местного освещения, концентрирующего световой поток непосредственно на орудия и предметы труда. Обычно оно применяется в комбинации с общим освещением, что исключает затемнение, повышает контрастность предметов в поле зрения, снижает утомляемость зрения производственного персонала ИО.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк.

Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. Местное освещение не должно создавать блики на поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

Следует ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2.

Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ВДТ и ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м2 и яркость потолка при применении системы отраженного освещения не должна превышать 200 кд/м2.

Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях должен быть не более 20, показатель дискомфорта в административно-общественных помещениях - не более 40, в дошкольных и учебных помещениях - не более 25.

Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ВДТ и ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3: 1 - 5: 1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования 10: 1.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп мощностью до 250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.