Ремонт ДВС

 

.

 

Момент сопротивления  трубы кольцевого сечения равен [4]:

             (3.4)

 

где J_z – осевой момент сопротивления трубы кольцевого сечения;

      y_max – расстояние до наиболее удаленной точки, y_max = d = 10 см;

      d – наружний диаметр трубы, см;

      d_o – внутренний диаметр трубы, см.

Принимаем трубу 80 х 100 ГОСТ 8734-78.

На рисунке 5 представлена схема нагружения фланца и эпюра изгибающих моментов.

Рисунок 3.5. - Схема нагружения и эпюра изгибающих моментов фланца

 

2. Расчет сварного шва

 

Труба фланца со специальной  косынкой и захват соединена сваркой (рисунок 3.6). Данные два шва одинаковы, но на шов, соединяющий трубу с пластиной, действует больший момент, поэтому необходимо произвести расчет для данного шва.

 

Рисунок 3.6. - Схема сварного шва

 

На рассматриваемый  шов действует изгибающий момент М_и и срезающая сила F. Напряжение в шве определяем по формуле [4]:

 

                                   (3.5)

 

где [τ] – допускаемое напряжение среза, Мпа.

 

 

Напряжение, возникающее  в сварном шве под действием силы F равно [4]:

                                    (3.6)

где F – сила, действующая в сварном шве, Н;

       l_m – длина сварного шва, м;

                 k – катет шва, мм.

 

    

.

 

Напряжение от изгибающего момента [4]:

 

                                (3.7)

 

где М – изгибающий момент, Н·м;

       l – длина сварного шва, l = 0,314 м;

       k – катет сварного шва, м.

 

Тогда имеем следующее  выражение:

 

                (3.8)

 

 

 

 

 

Принимаем  k = 5 мм, т.е. катет сварного шва равен 5 мм.

 

3.  Расчет соединения съемного фланца и фланца стенда

 

После соединения фланца с кожухом сцепления, двигатель  навешивают на стенд. На это соединение действует сила, равная весу двигателя, которая создает изгибающий момент на плече l. В точке А и точке В возникают реакции R_A и R_B. Схема нагружения и реакции представлены на рисунке 3.7.

 

Рисунок 3.7. - Схема нагружения соединения

Данная  система находится  в равновесии, если выполняется уравнение:

 

                                                  (3.9)

 

где М_и – изгибающий момент, Н·м.

 

                                          (3.10)

 

где h – длина плеча силы G_дв с учетом толщины пластины (δ = 10 мм);

      G_дв – усилие от двигателя, Н.

 

 

Принимаем В = 23 см = 0,23 м – высота пластин фланца.

 

                                             (3.11)

 

где R – реакция всех сил воздействия в соединении

 

 

Рассмотрим силы, возникающие  в изогнутых концах фланца (рисунок. 3.8). Изгибающий момент в точке 2 равен:

 

                                                (3.12)

 

где r – радиус закругления, м (r = 5,5 мм = 0,0055 м);

 

Рисунок 3.8. - Соединение фланцев

 

Условие прочности при изгибе [9]:

 

                                           (3.13)

 

где W_и – момент сопротивления данного профиля по линии действия R_А.

                                            (3.14)

 

где В – длина линии  действия, В = 0,150 м.

 

. 

 

Определим выполнение условия:

 – условие прочности выполняется

 

Расчет нижней части  фланцев аналогичен, поэтому в  данных расчетах не приводится.

 

4. Расчет механизма поворота

 

Вал механизма поворота предназначен для передачи крутящего  момента от червячного редуктора к двигателю и удержания двигателя на стенде.

Вал работает на изгиб  и кручение, поэтому необходимо провести соответствующие расчеты.

Рассмотрим схему нагружения вала (рисунок 3.9).

 

Рисунок 3.9.   Схема нагружения вала и эпюра  изгибающих и

                         крутящих моментов

Определим изгибающий момент на валу, для чего необходимо составить уравнение моментов:

 

                                                  (3.15)

 

Составим уравнение  моментов относительно точки А.

 

                      (3.16)

 

   

  

.

 

Определим реакцию в  точке А из выражения:

 

,                                                (3.17)

 

,

 

.

 

Изгибающий момент в  точке В определим методом  сечений. Для первого сечения:

,

 

,

 

.

 

Для второго сечения:

 

,

 

.

 

Из условия прочности  при изгибе определим ориентировочный  диаметр вала:

  ,                              (3.18)

 

где  М_и – изгибающий момент на валу, Н×м;

        J_z – осевой момент инерции, м;

        y_max – расстояние от наиболее удаленной точки (диаметр вала), м.

[s] = 250 Мпа,

,

 

,

 

,

 

.

Принимаем d = 11 мм.

Определим сечение вала в месте посадки соединяющей  муфты. Крутящий момент на валу будет равен моменту сопротивления подшипников при вращении вала [11]:

 

                                         (3.19)

 

где  R_i – сумма реакций в подшипниках, Н;

       f – коэффициент трения скольжения, f = 0,2;

       d – диаметр вала, м.

Так как неизвестны диаметры посадочных мест под подшипники, то необходимо предварительно сделать расчет подшипников вала.

 

5.  Подбор подшипников

 

Принимаем подшипники скольжения, т. к. в данном случае скорость вращения вала невелика, а статическая нагрузка вала значительна.

Материал – бронза Бр ОФ 10–1, который высокоэффективно работает при малых скоростях  и высоких удельных давлениях.

Расчет подшипников  производят, как правило,  по допускаемым  давлениям в подшипниках [4]:

 

                                         (3.20)

 

где  R_B – радиальная нагрузка в подшипниках, Н;

        d – диаметр подшипника, м;

        l – длина подшипника, м;

       [Р] – допускаемое давление в подшипнике, Мпа.

 

,

 

                                              (3.21)

 

.

Принимаем l = 55 мм.

 

6.  Подбор редуктора

 

Так как скорость вращения вала невелика, а согласно условиям работы необходимо только вращение в  одном направлении, то принимаем  червячный редуктор. Передаваемый крутящий момент от редуктора на вал определяем по формуле:

 

                                                     (3.19)

 

.

 

Момент на червячном  валу:

 

                                               (3.22)

 

где Т_кр – крутящий момент на валу червячного редуктора, Н×м;

       i – передаточное соотношение;

       h – КПД червячного редуктора, h =0,75 – 0,82.

По нормам РосГортехнадзора [18] частота вращения рукоятки не более n = 50 мин ^–1. Принимаем  n = 30 мин ^–1 (v = 0,7 м/с).

Передаточное отношение  принимаем i = 30.

 

По данным расчетов выбираем червячный редуктор ЧДП 180/360 [4], передаточное отношение которого i = 30, частота вращения рукоятки (n = 30 мин ^–1), v = 0,7 м/с.

 

7.  Подбор муфты

 

Для соединения выходного вала редуктора с валом  стенда необходимо принять муфту. В данном случае можно применить фланцевую муфту.

Данные муфты передают значительные крутящие моменты на валах  диаметром до 200 мм.

Определим посадочный диаметр  вала:

Т_кр = 1313,066  Н×м – крутящий момент на валу стенда.

Диаметр вала можно определить по формуле [9]:

 

                                             (3.23)

 

где [t] – допустимое касательное напряжение на валу, [t] = 250 МПа [9].

 

м.

 

Принимаем диаметр вала 30 мм.

Диаметр выходного вала редуктора 30 мм.

Принимаем муфту МФО 1-30 2726-61 ГОСТ 2524-96 [4].

 

 

 

 

8. Расчет шпоночных соединений

 

Соединение вал-муфта  и выходной вал редуктора осуществляется с помощью призматических шпонок. Расчет шпонок ведут по напряжению смятия, в зависимости от передаваемого крутящего момента. Момент передается от вала на ступицу узкими боковыми гранями шпонки. При этом на них воздействуют напряжения смятия s_см и напряжение среза t_ср. Расчет шпонки ведется по двум данным параметрам.

Определим длину шпонки из расчета прочности на смятие [9] по формуле:

                                       (3.24)

 

где Т – передаваемый крутящий момент, Н×м;

      h – высота шпонки, h = 0,007 м;

      l_p – длина шпонки, м;

      d – диаметр вала, d =0,03 м.

 

                                           (3.25)

Допустимое напряжение смятию составляет 150 МПа.

 

.

 

Определим длину шпонки из условия прочности на срез [9]:

 

                                                 (3.26)

 

где [t] – допускаемое касательное напряжение, [t] =140 МПа;

b – высота шпонки, b = 0,008 м.

 

                                         (3.27)

 

  

.

Принимаем призматическую шпонку [9] с параметрами b = 8 мм, h = 7 мм, l_p  = 25 мм.

 

9. Расчет болтовых соединений

 

Определим диаметр болта  крепления фальца к валу стенда. Расчет болтовых соединений производим по напряжениям среза и смятия.

Условия прочности на напряжение среза [11]:

 

                                 (3.28)

 

где [t] – допускаемое касательное напряжение, [t] = 160 МПа [11];

       D_в – диаметр вала, D_в = 0,11 м;

       d – диаметр болта, м;

       i - число плоскостей среза, i = 2.

 

 

                                            (3.29)

.

 

Принимаем болт диаметром 8 мм – по условию прочности на срез.

По условию прочности  на смятие [9]: