Гайковёрт -Новиков / разделы / 03 конструкторская

3 Конструкторская часть

3.1 Анализ существующих конструкций гайковертов.

Модель И330 – гайковерт для гаек колес. Гайковерт предназначен для гаек колес грузовых автомобилей и автобусов. Тип гайковерта – передвижной, электромеханический, реверсивный, ударно-инерционный. Гайковерт состоит из четырехколесной тележки со стойкой для перемещении каретки. На каретке крепится плита со смонтированным на ней двигателем и ударно-силовым механизмом, имеющим на конус четырехгранником для ключей, подбираемым в зависимости от размера отвертываемой (завертываемой) гайки.

Характеристики гайковерта И330 указаны в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Техническая характеристика

Наибольший крутящий момент, Н*м	1200
Пределы установки ключа по высоте, мм:	300-800
Мощность электродвигателя, кВт:	0,65.
Габаритные размеры, мм	1250*650*1100.
Масса, кг	95

Недостатки:

Ручной привод тележки, быстрый износ соударяющихся деталей, сложность конструкции, большие габаритные размеры, высокая стоимость.

Гайковерт И322 – гайковерт для гаек стремянок рессор. трехосный автомобилей с нормированным крутящим моментом.

Тип гайковерта – передвижной электромеханический, реверсивный.

Гайковерт имеет тележку со стойкой, к которой прикреплена болтами плита с установленными на ней электродвигателем и редуктором. Передача вращения от редуктора к ключу осуществляется через кулоиновую муфту, вал, пару конических и пару цилиндрических шестерен. Управление электродвигателем и редуктором производится двумя кнопками по рукоятке. Пружина служит опорой для плиты и дает возможность смещать ключ вниз при нажатии ногой на педаль.

Характеристики гайковерта И322 указаны в таблице 3.2

Таблица 3.2 - Техническая характеристика

Регулируемый момент затяжки гаек, Н*м	150-700
Частота вращения ключа, об/мин	21
Величина смещения ключа по вертикали при регулировке, мм	180
Габаритные размеры, мм	1300*740*1130
Масса, кг	120

Недостатки:

Не большая частота вращения ключа, большая масса, большие габаритные размеры, привод тележки ручной.

Гайковерт 2460М для гаек колес грузовых автомобилей и футорок колес.

Гайковерт представляет собой двухколесную передвижную установку с торцовым ключом под гайки колес автомобилей. Торцовый ключ приводиться во вращение от электродвигателя двумя клиновыми ремнями через однонулоиновую муфту сцепления.

Подъем или пускание гайковерта производиться винтовым телескопическим механизмом подъема.

Переставлять ключ от одной гайки к другой можно как за счет вертикального перемещения механизма гайковерта, так и с помощью вращения колеса автомобиля.

Характеристики гайковерта 2460М указаны в таблице 3.3

Недостатки;

Ручной привод тележки, компактность, большая масса.

Таблица 3.3 - Техническая характеристика

Пределы установки ключа по высоте, мм	350-720
Крутящий момент затяжки гайки за один удар, кРм	35-40
Размеры ключа, мм	38
Число оборотов маховика об/мин	470
Мощность электродвигателя, к Вт	1
Габаритные размеры, мм	1275*670*925
Масса, кг	87

Гайковерт собственного изготовления.

Рисунок 1 – Разрабатываемый гайковерт

Универсальный с электромеханическим приводом. Предназначен для гаек колес легковых и грузовых автомобилей, ступичных гаек, гаек стремянок колес.

Гайковерт содержит раму (4), установленный на ней привод, пневматически связанный с электродвигателем (8), редуктор (9), на валу которого установлена муфта предельного момента с механизмом управления, опору в виде трубы, размещенный в ней приводной вал, связанный одним концом с муфтой предельного момента и имеющий на другом конце коническое зубчатое колесо, рабочую головку (1). Механизм регулировки пневматики (7). Механизма поворота рабочей головки.

3.2 Расчёт проектируемой конструкции гайковёрта

3.2.1 Выбор электродвигателя

Максимальный момент затяжки колёсных гаек равен 300 н м. однако за счёт трения в резьбе крутящий момент необходимо брать с запасом.

Мкр= Мзат * φ кр= 250 * 1.2 = 300 н м. (3.1)

Где : φ кр=1.2 коэффициент ,учитывающий трение в резьбе

3.2.2 Определяем момент на передающем валу редуктора. Для проектируемого гайковёрта используем редуктор Ч-100-16-51-У2.

М_пр= М_в /(i_m ∙η) = 400 / (16 · 0,96) = 26,0 н м. (3.2)

Где: i_m = 16 – передаточное число редуктора.

η = 0,96 – КПД редуктора.

3.2.3 Определяем мощность на валу двигателя

N_дв. = М /(i_р · η_r) = 26/(3 · 0,98) = 8,8 Вт (3.3)

Где : i_р = 3 – перед число ременной передачи;

η_r – КПД ременной передачи.

Мощность двигателя определяем по формуле:

N_дв.= N_дв.∙ ω, (3.4)

Где: ω = п- угловая частота вращения вала двигателя

ω = 3.14 · 960/30 = 100 рад/с;

N_дв = 8,8 ∙ 100 = 880 Вт = 0,88 кВт.

Выбираем электродвигатель:

АИУР90L6 N_дв = 1 кВт, п = 960 об/мин.

3.2.4 Расчёт ремённой передачи

N электродвигателя = 1,0 кВт;

п = 960 мин^-1 – число оборотов в минуту;

i_пр. = 3 – передаточное число.

Расчет ременной передачи начинаем с выбора ремня.

Принимаем клиноременную передачу по ГОСТ 1284-78.

Тип ремня

ширина ремня в = 13 мм;

толщина h = 13 мм;

ρ поперечного сечения ρ= 81 кв мм;

диаметр малого шкива D₁ = 80 мм.

Определяем диаметр большого шкива D₂:

D₂ = D₁ · i_р = 80 · 3 = 240 мм, (3.5)

Где: D₁ = 80 мм.- диаметр малого шкива

i_р- передаточное отношение

По ГОСТ-1284-78 округляем диаметр большого шкива до стандартного: D₂ = 250 мм.

Уточняем передаточное отношение:

i_р = D₂/ D₁ = 250/80 = 3,13 (3.6)

Изменение передаточного отношения равно 4,3 %, что не превышает допустимого в 5 % норматива отношения.

Принимаем межосевое расстояние равным 250 мм.

Расчетная длина ремня:

L_р = ; (3.7)

L_р = = 1647 мм,

Где: А – межосевое расстояние

D1 , D2- диаметры шкивов

П= 3.14

Округляем длину ремня до ближайшего целого числа

L_р.= 1600 мм.

Уточняем межосевое расстояние:

; (3.8)

Проверка на долговечность ремня:

D = ;

где б = П ∙ D м/60 = [3,14 ∙ 80 ∙ 260/60] ∙ 10^-3 = 4 м/с;

D = 4/1,6 = 3,79

Определяем угол обхвата:

α = 180^о (Д₂ – Д₁) × 57^о/А = [α] – 120^о; (3.9)

α = 180^о (250 – 80) × 57^о/257 = 142,3.

Принимаем:

С_р = 0,8 – коэффициент режима

L_о = 1320 –длина ремня;

С_α = 0,9 – коэффициент угла обхвата;

N_о = 0,6 кВт – исходная мощность;

Т_i = 12·10² – поправка к моменту на передаточное отношение.

Определяем поправку к мощности:

N_i = 10^-3 · Т_i · п₁ = 10^-3· 12 · 96 = 0,12 кВт.

Допустимая мощность на один ремень:

[N] = (N_o· C_α· C_u + N₁) Cр = (0,6 · 0,9 · 0,9 + 0,12) 0,8 = 0,59 кВт.(3.10)

Определяем число ремней:

Z¹= N/[N] = 1,7/0.59 = 2,9 примем Z = 3. (3.11)

Определяем силу предварительного натяжения ремня:

Р_о = [780 · N/(δ · C_α ∙ C_р · z)] + g_m · δ²

где gm = 0,105 кг/м – масса 1 м д-ы.

F_o = [780 · 1,7 / (4,09 · 0,8 · 8)] + 0,105 · 4² = 153,2 Н;

Определяем усилие на ось:

Q = 2 · F_o · Z · sin (D/2) = 2 · 153,2 · 3 · sin (142/2) = 881,3 н. (3.12)

Расчет соединений:

d_е.г = 3 · 72 ,

где [δ _н] = 2,75 ∙ НВ = 2,75 · 220 = 605 мПа;

НВ = 220 – тв. стали 40 х.

Округляем до стандартного d_е.г = 80 мм.

3.2.5 Расчет шлицевого соединения

Шлицевые соединения проверяем на степень работы граней шлицев в предположении, что по рабочим поверхностям (Р) усилие распределено равномерно.

В передаче усилия участвует 75 % от общей площади поверхности шлицев:

Т_ом = М/(0,75 · z · Р · R_ср) ≤ [6 ] (3.13)

Где: R_ср – средний радиус соединения;

[6 ] = 0 ÷ 100 МПа - допустимое напряжение.

С = (Д-d)/(2-2) ∙ l, (3.14)

Где: l = 0,06 м – длина муфты

по ГОСТ = 113972, выбираем:

D = 32 мм – наружный диаметр,

d = 26 мм – внутренний диаметр;

z = 6 – число зубьев;

l = 6 мм – толщина зуба, f = 0,4 мм, Г = 0,3 мм;

Р = (0,032 – 0,026)·(2 – 2 · 0,0004) · 0,06 = 132 · 10^-4 м²;

R_ср. = (Д · 6)/(0,032 · 0,026)/4 = 0,0145 м

284/(0,75 · 6 · 1,32 · 10^-4 · 0,0145) = 32,8 мПа < [σ_м].

Требования выполняются.

3.2.6 Расчет конической зубчатой передачи.

Передаточное число U_ред=3

Общее передаточное число U_общ = U_ред.

Диаметр внешней денительной окружности колеса.

Коэффициент υ_н принимаем υ_н = 0,85Коэфициент ширины ψ_d зуба определяем по формуле

, (3.15)

Где U – передаточное число; U=2;

, (3.16)

Диаметр внешней ? окружности определяется по формуле:

(3.17)

Где: К_{нβ –}коэффициент для прирабатывания колес.

Принимаем К_нβ = 1

σ_{н –}контактное напряжение.

Т₂ – момент вращения на выходном валу.

Т₂ – 25.

,

Внешний окружной модуль m = 2,5

Число зубьев шестерни определяется по формуле:

(3.18)

Принимаем Z₂ = 21/

Число зубьев шестерни определяется по формуле

, (3.19)

где U – передаточное число: U = 2.

,

Фактическое передаточное число определяется по формуле:

(3.20)

Отклонения от заданного передаточного числа не должно превышать 4%.

Диаметры колес определяются по формуле:

(3.21)

Где Z₁ –число зубьев шестерни =11

m_e – внешний модуль 2

,

(3.22)

Где Z₂ – зубьев колеса.

Напряжение изгиба должно быть σ_F = 1.7

Контактное напряжение σ_н =1,03.

3.2.7 Расчет передающего вала

Проведем приблизительный расчет. Определяем момент на валу двигателя

M_дв = N_дв/ω_дв = 1000/100 = 10 Н·м (3.23)

N_дв – мощность двигателя

ω_дв –угловая частота вращения вала двигателя

Крутящий момент на пер. валу

M_п.в = M_дв·i_рп·η_пп·i_кп· η_п = 307 Н·м (3.24)

Определяем диаметр вала

d ≥ , м (3.25)

Где :[τ]_к – 2,5-3,5 МПа допускаемое напряжение

Значение диаметра вала определяем по ГОСТу 3336-79

Принимаем d = 25 мм

Производим проверочный расчет

(3.26)

Где: - запас прочности на изгиб

- запас прочности на кручение

Допускаемый запас прочности на кручение n = 2,5÷3

n = nτ = τ-1/Rτ · τ_a(ετ · ψτ·τ_m) (3.27)

Где: τ - предел надежности материала

Rτ – коэффициент концентрации напряжения кручения

ετ - фактор

τ_a – напряжение кручения

τ_m – среднее напряжение

τ-1 = 0,58 – δ₁

где δ₁ –вязкость при изгибе

τ-1 = 0,43·Т_В

Где: Т_В - пред. вязкость при растяжении

Т_В = 610 МПа – для стали 35

τ-1 = 0,43·610 = 262 МПа

τ-1 = 0,58·262 = 152 МПа

τ_m = 0 так как часто подвергается реверсированию

Принимаем

ετ = 0,77; Rτ = 2,4

τ_a = М_кр/ω_к = 124/(1,64·10^-5) = 17249757 Па = 17,2 МПа,

где ω_к = 2·ω = 2·ε·d³/3 = 2·12·3·111·(0,032)²/32,

тогда а = 152/(·17,2) = 2,7.

Характеристики разрабатываемого гайковерта указаны в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Техническая характеристика

Пределы установки ключа по высоте, мм	220-550
Крутящий момент затяжки гайки за один удар, кРм	25-35
Мощность электродвигателя, к Вт	1
Габаритные размеры, мм	1260*600*700
Масса, кг	70

Достоинства:

Изобретение позволяет снизить трудоемкость по перекладки рабочей головки особенно при работе с резьбовыми соединениями, оси которых расположены под разными углами, значительно упростить конструкцию устройства, уменьшены габариты и массу изделия.

Недостатки: Малый предел установки ключа по высоте, ручной привод тележки.

3.3 Назначение устройства и работа гайковерта.

Гайковерт предназначен для отвинчивания и завинчивания резьбовых соединений расположенных под разным углом при проведении ТО ТР автомобилей.

Устройство гайковерта: Гайковерт содержит раму установленную на тележке с возможностью поворота относительно оси. На раме установлен привод, связанный ременной передачей с редуктором, на выходном валу, которого установлена муфта предельного момента, состоящая из предельной муфтой и ведомой муфты снабженной кулонками с механизмом управления. Механизм управления включает и регулятор давления с манометром и краном, трубопровод связывающий регулятор давления с цилиндром.

На раме закреплена опора в виде трубы, в которой размешен приводной вал, связанный одним концом с муфтой предельного момента и имеющей на другом конце трубы с возможность поворота размещена рабочая головка включающая промежуточный вал с коническим зубчатым колесом, и поводок в виде П- образной скобы, концы которой установлены с возможность поворота на противоположный конус промежуточного вала и имеют расположенные относительно поворота радиальные пазы. В средней части П-образной скобы жестко закреплена подшипниковая втулка в которой размещен ведомый вал, имеющий на одном конце головку под ключ, на другом коническое колесо, которое взаимодействует с коническим зубчатым колесом. На конце подшипниковой втулки, размещен механизм поворота рабочей головки, представляющим собой жестко связанную с подшипниковой втулкой цангу с резьбой и накидную гайку, взаимодействующую с резьбой и конусом цанги. Гайковерт содержит также устройство фиска углового положения рабочей головки, которые связаны рукояткой управления тросом.

Гайковерт работает следующим образом. Для завинчивания гаек включается кран управления работой цилиндра муфты предельного момента. Регулятором давления устанавливается сила прижатия полумуфт по показаниям манометра, т.е. устанавливается требуемая величина момента затяжки.

Вращением накидной гайки снимется цанга, находящаяся на конце подшипниковой втулки. Ведомый вал оказывается заторможенным.

Рама поворачивается вокруг оси, подводится к резьбовому соединению. Нажимается рукоятка управления, при этом трос натягивается, поворачивает фиксатор, который выходит из пазов П-образной скобы. При выключении привода начинает вращаться приводной вал и конические зубчатые колеса. Поскольку ведомый вал заторможен, то коническое зубчатое колесо начинает обкатываться по коническому зубчатому колесу, поворачивая П-образную, а вместе с ней и ведомый вал до совмещения оси ведомого вала с осью резьбового соединения. Выключатся привод и опускается рукоятка управления. При этом фиксаторы под действием пружин входит в соответствующие пазы П-образной скобы и последнюю. В связи с тем, что посредством накидной гайки величина силы трения между цангой и ведомым валом установлена достаточной лишь для обкатывания колеса вокруг конического колеса и поворота растопоренной П-образной скобы, то как только последняя окажется застопоренной, выходной вал начинает вращаться, преодолевая силу трения, и происходит заворачивание гайки.

№ докум.

Подпись

Изм.

Лист

Дата

Лист

ВГСХА.099.00.00.00ПЗ