Практика эксплуатации автомобилей на разных дорогах и в любое время года доказала необходимость периодической разборки карданных шарниров для замены или пополнения смазки в подшипниках, проверки и восстановления защитных свойств резиновых уплотнителей и их обойм. На МУП «ХПАТП №1» традиционно для выпрессовки подшипников крестовин карданных передач используют, молотки и кувалды, что может привести к деформации и разрушению детали.

Целью настоящего раздела выпускной квалификационной работы является совершенствование стенда для выпрессовки подшипников крестовин карданных передач на основе проведенного анализа существующих конструкций.

4.1 Анализ существующих конструкций

Разборочно-сборочное оборудование значительно облегчает труд рабочих при разборке агрегатов, узлов и целого ряда соединений и сопряжений, трудно поддающихся разборке после их эксплуатации. Эти стенды и механизмы, обеспечивают удобное и безопасное выполнение тяжелых работ, способствуют снижению трудоемкости этих работ и повышению производительности труда.

4.1.1 Стенд для разборки рулевых механизмов и карданных валов, модель 3025

Стенд предназначен для разборки и сборки рулевых механизмов и карданных валов автомобилей ГАЗ-51, ЗИЛ-164А и МАЗ-200 (рисунок 4.1).

В конструкции стенда имеются два пневматических устройства для зажима разбираемых (собираемых) изделий, состоящих из пневматического цилиндра 8 и Г-образного механизма 5. Разбираемое (собираемое) изделие 4 устанавливается на неподвижные призмы 6 и прижимается к ним прижимом 5, который жестко соединены штоком пневматического цилиндра 8.

1 – поперечина; 2 – стойка; 3 – поперечина; 4 – изделие;

5 – прижим; 6 – призма; 7 – пневматический кран;

8 – пневмоцилиндр; 9 - поддон

Рисунок 4.1 – Стенд модель 3025

Пневматическая система стенда соединяется с воздушной магистралью гибким шлангом. Подача воздуха в цилиндры осуществляется поворотом рукоятки пневматического крана 7.

Основанием стенда является каркас сварной конструкции. Две его стойки соединены между собой поперечинами 1 и 3. Во избежание опрокидывания стенда в нижней части стоек 2 приварены уголки 10. На верхних поперечинах размещен поддон 9 для инструмента и запасных частей.

Достоинства:

1. стенд не крепится к фундаменту;

2. простота устройства;

3. неограниченный запас воздуха и несложность его транспортировки в сжатом состоянии;

4. плавность передачи усилия.

Недостатки:

1. малое давление в сети и в связи с этим громоздкость исполнительных цилиндров, затрудненность передачи по указанной причине большой мощности;

2. повышенный нагрев воздуха при сжатии;

3. значительный расход электроэнергии на получение сжатого воздуха;

4. низкий КПД.

Техническая характеристика стенда

Способ зажима - пневматический

Число прижимов - 2 шт.

Усилие зажима - 500 кгс

Давление воздуха в системе - 0,4(4) мПа(кгс/см²)

Габаритные размеры - 883×650×1100 мм

4.1.2 Пресс гидравлический с передвижной головкой, ПГП-20

Пресс гидравлический ПГП-20, усилие 20 т. Пресс с ручным перемещением стола и подвижной кареткой, исполь­зуется для выполнения работ по выпрессовке, запрес­совке, правке и гибке разных деталей в авторемонтных мастерских и станциях технического обслуживания.

1 – опорная плита; 2 - рама; 3 - гидроцилиндр;

4 - насосная станция

Рисунок 4.2 - Пресс модель ПГП-20

Стенд состоит из рамы 2, в верхней части которой закреплен гидроцилиндр 3, а в нижней части, меняющаяся по высоте опорная плита 1. Насосная станция 4 закреплена на правой стенке и приводится в действие рукояткой.

К прессу подводится деталь, регулируется необходимая высота плиты и устанавливается необходимая насадка на гидроцилиндр (рисунок 4.2).

Техническая характеристика пресса:

Усилие – 20 т

Ход штока – 130 мм

Расстояние между столом и штоком – 800 мм

Высота подъёма стола – 600 мм

Давление масла в гидросистеме - 38,2(382) МПа (кгс/см²)

Габаритные размеры - 600×800×1700 мм

Масса – 120 кг

Достоинства:

1. высокая производительность, экономичность;

2. простота конструкции;

3. высокий КПД;

4. небольшой износ механизмов системы, отсутствие коррозии механизмов;

5. бесшумность работы.

Недостатки:

1. необходимость снятия деталей с автомобиля;

2. возможность утечки жидкости, что может ухудшить характеристику работы стенда;

3. большая вероятность изменения свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры, приводящая к изменению характеристики работы;

4. высокая стоимость;

5. необходимость квалифицированного обслуживания.

4.1.3 Стенд для ремонта карданных валов Р-223

Стенд для ремонта карданных валов, предназначен для сборки-разборки карданных валов. Принцип работы гидравлический.

Техническая характеристика пресса:

Максимальное усилие выпрессовки - 4000 Н

Усилие зажима - 200 кГс

Рабочее давление в сети - 10(100) МПа (кгс/см²)

Габаритные размеры - 920×1150×650 мм

Стенд состоит из рамы 5, гидравлического цилиндра 3 и насосной станции 4, тисков 1 и держателя 2.

1 – тиски; 2 –держатель;

3 - гидроцилиндр; 4 – насосная станция;

5 – рама

Рисунок 4.3 – Стенд для ремонта карданных валов, Р-223

Достоинства:

1. простота конструкции;

2. небольшой износ механизмов системы, отсутствие коррозии механизмов;

3. бесшумность работы.

Недостатки:

1. необходимость снятия деталей с автомобиля;

2. возможность утечки жидкости, что может ухудшить характеристику работы стенда;

3. большая вероятность изменения свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры, приводящая к изменению характеристики работы, высокая стоимость;

4. необходимость квалифицированного обслуживания.

4.1.4 Съемник крестовин карданных валов СВК1

Данное устройство представляет собой компактный механический съемник. Минимальное усилие на рукоятке позволяет эффективно использовать съемник для выпрессовки небольших сборочных единиц, его можно использовать как струбцину и винтовой пресс при проведении ремонтных работ. Может также использоваться для разборки крестовин карданных валов при выполнении ремонта трансмиссий грузовых автомобилей.

1 – рукоятка; 2 – корпус; 3 – винт нажимной

Рисунок 4.4 – Съемник крестовин карданных валов СВК1

Достоинства:

1. легкая фиксация на снимаемой детали;

2. сверхпрочная металлическая конструкция;

3. высокая надежность;

4. простота конструкции;

5. малые габариты и масса.

Недостатки:

1. Небольшое усилие, создаваемое съемником.

Технические характеристики съемника:

Усилие – 1 т

Ход винта - 60...160 мм

Рабочее пространство - 125×160 мм

Габариты (Ш х Д х В) - 114×315×180 мм

Масса - 5,3 кг

4.1.5 Выбор прототипа и обоснование путей его совершенствования

Прототипом конструируемого стенда для выпрессовки игольчатых подшипников крестовин карданного вала, на основании проведенного анализа конструкций, принимаем установку Р-223. Данный стенд наиболее прост и удобен в использовании, компактен, прост в обслуживании.

Одним из недостатков стенда является повышенные требования герметичности, так как используется гидравлическая установка.

Для совершенствования конструкции предлагается гидравлическую передачу заменить на механическую. Механическая передача проста в обслуживании и изготовлении имеет больший КПД (коэффициент полезного действия), меньшие габариты и имеет низкую себестоимость.

Предлагается для наибольшей универсальности стенда, увеличиваем зазор между держателем и тисками, что позволит производить выпрессовку игольчатых подшипников крестовин карданных передач легковых и грузовых автомобилей разных моделей.

Для облегчения центровки карданных валов устанавливаем самоцентрирующиеся губки на зажимные тисы, что сократит время установки карданного вала.

Для передачи крутящего момента с вала двигателя на грузовой винт используем ременную передачу. Ременная передача с клиновыми ремнями гарантирует плавную и тихую работу. Способность к смягчению сильных изменений нагрузки и гашению колебаний является её достоинством. Благодаря простой и дешёвой конструкции (без корпуса и смазывания), которая не требует специального обслуживания и содержания, получается уменьшение эксплуатационных расходов. Изношенные клиновые ремни можно быстро и легко заменить с минимальным временем простоя машины. Передаточное отношение можно легко изменить, применяя ступенчатые шкивы и перекладывая ремень с одних ступеней на другие. Достоинством ременной передачи является также отсутствие перекоса привода во время кратковременных перегрузок, что не обеспечивают другие механизмы. В результате может произойти их повреждение. Ременные передачи мало чувствительны к неточностям центровки валов. Ременные приводы делают возможным разделение мощности, то есть перенос привода с одного вала на другие.

Для выпрессовки игольчатых подшипников различных диаметров необходимо использовать соответствующие насадки и стаканы.

К преимуществам передачи «винт-гайка» относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений. Недостатки этой передачи: большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Для повышения надежности, во-первых, устанавливаем два выключателя предельного положения, во-вторых, работу стенда будем производить при постоянном нажатии кнопки «назад - вперед» и, в-третьих, оснастим рабочий орган и ременную передачу защитным кожухом.

4.2 Разработка технического задания и кинематической схемы проектируемого стенда

Техническое задание это документ, предназначенный для специалиста, в котором отражаются цели, требования к проекту и основные исходные данные, необходимые для разработки, а также сведения, относящиеся к деятельности заказчика или свойства продукта.

Таблица 4.1 – Техническое задание

Раздел	Содержание
Основание для разработки	Задание, полученное на кафедре ТЭРА ТОГУ
Источники разработки	Информационно-поисковая система «Мимоза», учебно-методическая, справочная литература, труды отечественных и зарубежных авторов, посвященных расчетам деталей машин, патенты, авторские свидетельства, прайс-листы оборудования для автосервисов, Internet
Цель, назначение, производительность стенда	Улучшение технических показателей, повышение производительности труда Снижение времени на выпрессовку и увеличение производительности обслуживания и ремонта карданных передач

Продолжение таблицы 4.1 – Техническое задание

Раздел	Содержание
Конструктивные требования	Скорость подачи - 0,02 м/с Максимальное усилие, создаваемое стендом – 5 000 Н
Порядок работы	Изделие устанавливается в тиски Включается После выпрессовки стенд выключается
Требования надёжности	Стенд должен работать безотказно в течение 5 суток при круглосуточной работе, совершая 25-30 операций в смену
Требования стойкости к внешним воздействиям	Стенд должен быть стойким к воздействию климатических факторов Стенд должен быть устойчив к воздействию механических факторов, свойственных при транспортировании автотранспортом Эксплуатация стенда в закрытом отапливаемом помещение (температура воздуха 15-20 С, влажность воздуха 75-100%)
Требования к конструкторской документации (КД) и эксплуатационной документации (ЭД)	КД, в том числе и ЭД, должна быть выполнена в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД КД должна быть пригодна к пересылке электронной почтой или передаче на иных носителях информации Технологическая документация должна быть выполнена в соответствии с требованиями стандартов ЕСТД
Требования технологичности	При разработке КД несущих конструкций стенда должно отдаваться предпочтение применению стандартизированных покупных изделий по каталогам изготовителей и ранее разработанных и успешно применяемых изделий. Разработка оригинальных составных частей должна производиться только в технических и (или) экономически обоснованных случаях Материалы и комплектующие изделия должны использоваться в условиях и режимах, указанных в соответствующих стандартах (ТУ)
Требования безопасности и охраны окружающей среды	Стенд должен соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003-91 и обеспечивать безопасность работающих при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации при соблюдении требований, предусмотренных в эксплуатационной документации (ЭД) По способу защиты человека от поражения электрическим током стенд должен соответствовать классу 01 по ГОСТ 12.2.007.0

Окончание таблицы 4.1 – Техническое задание

Раздел	Содержание
	В конструкторской документации (КД), включая ЭД, должны быть учтены распространяющиеся на стенд требования стандартов системы стандартов безопасности труда Стенд в процессе эксплуатации не должен загрязнять природную среду выбросами вредных веществ в количествах выше допустимых значений, установленных соответствующими стандартами и санитарными нормами
Требования к взаимозаменяемости и унификации	Сменные элементы из состава запасных частей и принадлежностей должны быть взаимозаменяемыми
Требования эргономики	Стенд и его составные части должен соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования
Требования к техническому обслуживанию и ремонту	Конструкция стенда должна обеспечить возможность проведения профилактических и регламентных работ
Требования к маркировке и упаковке	Маркировку следует наносить в соответствии с ГОСТ 26828-86 на несъёмных частях стенда, доступных для обзора Маркировка транспортной тары должна соответствовать требованиям ГОСТ14192 – 77 Упаковка составных частей стенда должна обеспечить их сохраняемость при хранении и транспортировании
Стадии, этапы разработки	Анализ существующих аналогов и прототипов Разработка технического задания Эскизы проекта Расчеты составных частей конструкции Проверочные расчеты на прочность

Кинематическая схема проектируемого стенда представка на рисунке 4.5. Даная кинематическая схема показывает принцип работы стенда. От двигателя момент передается на ведущий шкив 1, затем через ременную передачу 2 на ведомый шкив 1, затем через передачу винт-гайка - 4 воздействует на изделие, которое крепится в тисках 5.

Рисунок 4.5 – Кинематическая схема

4.3 Проектный расчет стенда

Цель проектного расчета ориентировочно определить геометрические размеры проектируемого стенда.

4.3.1 Кинематический расчет стенда

Определить силу F, необходимую для выпрессовки. На крестовину должна действовать сила:

, (4.1)

где – предел прочности на смятие стали. Полагаем /16/;

 – площадь среза. Возьмем крестовину автобуса НЕФАЗ и посчитаем площадь среза - 80 мм².

Н ≈ 5000 Н

Выбор электродвигателя. Определим потребную мощность двигателя, которая позволит производить выпрессовку.

, (4.2)

где , поступательная скорость движения звена /15/;

− общий КПД, учитывающий все потери /15, таблица 1.1/.

кВт.

По ГОСТ 19523-74 согласно [c. 563, T.3, 3] выбираем асинхронный двигатель 80А6/920 с частотой вращения , мощностью кВт.

Определим частоту вращения винта:

, (4.3)

− шаг резьбы, м.