Средства технического диагностирования

Глава 3. Расчетно -конструкторская часть

3.1 Анализ существующих конструкций и приспособлений для обкатки и испытания двигателей внутреннего сгорания

Приработка и испытания двигателей внутреннего сгорания производятся на обкаточно-тормозных стендах переменного тока, включающих устройство для вращения двигателя в период холодной обкатки и для поглощения мощности двигателя

во время горячей обкатки и испытания, а также дополнительное оборудование, обеспечивающее двигатель топливом, охлаждающей водой и смазкой. Стенд состоит из асинхронной электрической машины АБК, которая при холодной обкатке работает в режиме двигателя. Во время горячей обкатки электрическая машина работает в режиме генератора, отдавая ток в электрическую сеть.

Известен стенд для обкатки двигателя внутреннего сгорания, содержащий электропривод, карданный вал, отключающее устройство с шлицевой втулкой и опоры для размещения двигателя. Вал электропривода соединен с храповиком двигателя внутреннего сгорания через карданный вал, отключающее устройство, шлицевую втулку и зацепляющее устройство. Отключающее устройство выполнено в виде фланца, установленного на шлицевой втулке и снабженного ступенчатым выступом с зацепляющим элементом, причем последний снабжен храповиком. Между электроприводом и двигателем внутреннего сгорания установлена подшипниковая опора, на которую опирается карданный вал своей средней частью. Испытуемый двигатель устанавливают на опоры соосно карданному валу. Перемещением отключающего устройства по шлицам карданного вала соединяют зацепляющее устройство с храповиком двигателя, после чего производят обкатку двигателя.

Стенд рассчитан на обкатку двигателей только определенного типоразмера, в связи с чем имеет узкие функциональные возможности.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый за прототип, известный стенд для обкатки и испытания двигателя внутреннего сгорания (КИ-2139Б). Стенд содержит основание, продольные направляющие, закрепленные на основании, и установленный на основании тормоз, выполняющий функции нагрузочного устройства. На продольных направляющих установлена тележка, имеющая раму, ложементы для размещения двигателя, механизм фиксирования тележки от осевого перемещения и опрокидывания. Вал двигателя соединен с валом тормоза посредством соединительного устройства. Стенд имеет съемные ложементы разной формы и размеров для установки двигателей различных типоразмеров. Ложементы накладываются непосредственно на раму тележки.

Этот стенд более универсальный в сравнении вышеописанным стендом, поскольку позволяет обкатывать двигатели различных типоразмеров. В зависимости от вылета вала двигателя тележку фиксируют на соответствующем расстоянии до тормоза, а в зависимости от расположения опор двигателя и расположения вала двигателя по высоте подбирают ложементы соответствующей формы и размеров.

Недостатком стенда является низкая универсальность.

В данном дипломном проекте предлагается повысить степень универсальности последнего предложенного стенда, являющаяся наиболее близкой к изобретению.

3.2 Расчет массы рамы стенда для обкатки двигателей внутреннего сгорания

Рама стенда является сварной конструкцией и состоит из различных составных элементов, массу которых будем находить по отдельности:

Балка поперечная (швеллер № 14), 3 штуки:

m1 = 1,070 · 3 · 12,3 = 39,483 кг

Балка продольная (швеллер № 16), 2 штуки:

m2 = 3,740 · 2 · 14,2 = 106,216 кг

Плита:

m3 = 0,830 · 0,860 · 0,015 · 7800 =83,515 кг

Опора передняя:

m4 = 0,322 · 0,860 · 0,015 · 7800 = 32,399 кг

Опора задняя:

m5 = 0,200 · 0,860 · 0,015 · 7800 = 20,124 кг

Общая масса рамы равна

m = m1 + m2 + m3 + m4 + m5,

m = 39,483 + 106,216 + 83,515 + 32,399 + 20,124 = 282 кг

3.3 Расчет вала на кручение

Условие прочности

τкр = Мкр/(0,2 · d3) ≤ [τкр],

где Мкр – крутящий момент, Н·мм;

d – диаметр вала, мм;

[τкр] – допускаемое напряжение на кручение, [τкр] = 12…20 МПа (Н/мм2).

τкр = (400 · 103)/(0,2 · 803) = 4 ≤ 12 МПа

3.4 Расчет шлицевого соединения

Определим силу, действующую на шлиц

F = 2Мкр/(d · z · ψ),

где Мкр – крутящий момент, Н·мм;

d – диаметр вала, мм;

z – число шлиц;

ψ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между шлицами, ψ = 0,7…0,8.

F = (2 · 400 · 103)/(80 · 14 · 0,75) = 952,4 Н

Запишем условие прочности на смятие

σсм = F/(h · l) ≤ [σсм],

где l – длина шлица, мм;

h – высота шлица, мм;

F – сила, действующая на шлиц, Н.

[σсм] – допускаемое напряжение на смятие, [σсм] = 100…140 МПа (Н/мм2).

σсм = 952,4/(4 · 130) = 1,83 МПа ≤ 100 МПа

3.5 Расчет шпонки на смятие

Условие прочности на смятие

σсм = 2Мкр/(dэ · t · l) ≤ [σсм],

где Мкр – крутящий момент, Н·мм;

dэ – диаметр вала электротормозного устройства, мм;

t – высота сопротивления шпонки со ступицы, мм;

l – длина шпонки, мм.

σсм = (2 · 400 · 103)/(108 · 6,4 · 100) = 11,57 МПа ≤ 100 МПа

Запишем условие прочности на срез

τср = 2Мкр/(dэ · b · l) ≤ [τср],

где [τср] – допускаемое напряжение на срез, [τср] = 60…90 МПа;

dэ – диаметр вала электротормозного устройства, мм;

b – ширина шпонки, мм;

l – длина шпонки, мм.

τср = (2 · 400 · 103)/(108 · 28 · 100) = 2,6 МПа ≤ 60 МПа

3.6 Технико-экономическая эффективность конструкторской разработки

3.6.1 Расчет массы и стоимости конструкции

Масса конструкции определяется по формуле:

G = (Gк + Gг) · k,

где Gк – масса сконструированных деталей, узлов и агрегатов, кг;

Gг – масса готовых деталей, узлов и агрегатов, кг;

k – коэффициент, учитывающий массу расходуемых на изготовление конструкции монтажных материалов, k = 1,05…1,15.

G1 = (440 + 1000) · 1,1 = 1584 кг

Для определения стоимости конструкции стенда применим способ аналогии, где определение балансовой стоимости новой конструкции производится на основе сопоставимости массы по формуле:

Сб1 = (Сб0 · G1 · Iц · R)/G0,

где Сб0 – балансовая стоимость базовой конструкции, руб.;

G0 и G1 – масса базовой и новой конструкции соответственно, кг;

Iц – коэффициент, учитывающий изменение цен в изучаемом периоде;

R – коэффициент, учитывающий удешевление или удорожание новой конструкции в зависимости от сложности изготовления, R = 0,95…1,05.

Сб1 = (300000 · 1584 · 1,5 ·1,05)/2000 = 374220 руб.

3.6.2 Расчет технико-экономических показателей эффективности конструкции и их сравнение

Определим часовую производительность на стационарных работах периодического действия по формуле:

Wч = (60 · t)/Тц,

где t – коэффициент использования рабочего времени смены, t = 0,60…0,95;

Тц – время одного рабочего цикла, мин.

а) для базового варианта:

Wч0 = (60 · 0,6)/200 = 0,18 ед./ч

 Скачать реферат