3     Конструкторская часть

Для расширения производственных возможностей ПТО и в целях экономии времени на техническое обслуживание и текущий ремонт, в конструкторской части мы предлагаем приспособление, которое позволит обслуживать автомобили ГАЗель на подъемнике П-97М, предназначенном для обслуживания легковых отечественных автомобилей.

В целях экономии времени на техническое обслуживание и текущий ремонт автомобилей ГАЗель, целесообразно использовать подъемник. Автомобиль ГАЗель невозможно поднимать для обслуживания под пороги как легковые автомобили, поэтому предлагаем поднимать автомобили такого типа за раму, для чего представляем следующее приспособление.

Приспособление для поднятия автомобиля ГАЗель за раму представляет собой составной металлический цилиндр переменного сечения с фрезерованным пазом с одного торца и резьбой с другого, и представлено на рисунке (1). Приспособление выполнено из Ст. 3 σ_т = 200 Н/мм² ; [σ_сж] = 157Н/мм²; ГОСТ 380–60.

 

Приспособление ввинчивается в подъемный рычаг подъемника. Нагрузка распределяется по оси цилиндра, поэтому поверять надежность приспособления будем следующими методами:

1)    Проверка цилиндра приспособления на сжатие;

2)    Проверка резьбы приспособления на смятие.

3.1.1  Проверка  цилиндра приспособления на сжатие

Определим наибольшую величину груза Q, который может быть поднят подъемником при помощи предложенного приспособления, не учитывая прочности самого подъемника.

Определим значение допустимых усилий в цилиндре приспособления:

N = S*[σ_сж]  ,                                                          (1)

где S – площадь поперечного сечения цилиндра приспособления, S = 7088,2мм²;

 [σ_сж] – допустимое напряжение при сжатии, для Ст 3     [σ_сж] = 157 Н/мм²;

N = 7088,2*157 = 1,1 МН = 110 т.

Из результата видно, что приспособление не только выдержит массу автомобиля ГАЗель (2,6 т.), но и имеет огромный ресурс работы.

3.1.2     Проверку  резьбы приспособления на смятие

Характеристика резьбы:

   –Резьба общего назначения, треугольная, однозаходная                                 ГОСТ 9150–59      

–шаг резьбы  Р = 3,5 мм

–наружный диаметр резьбы винта  d = 30 мм;

–внутренний диаметр резьбы винта  d₁ = 26,211 мм;

–средний диаметр резьбы винта и гайки  d₂ = 27,73 мм;

–высота гайки  Н = 100 мм;

–высота резьбы  h = 1,89 мм;

–материал – Ст 3

(2)

Из условия износостойкости резьбы по напряжениям смятия:

где F – сила, действующая на резьбу винта и гайки.

 Так как используем четыре приспособления к подъемнику П-97М то силу, действующую на резьбу винта и гайки, найдем следующим образом:

	(3)

 

где G – нагрузка, действующая на подъемник,               G = m*g =2600*9.8= 25480 Н.

d₂ – средний диаметр резьбы винта и гайки d₂ = 27,73 мм;

h – высота резьбы, h = 1,89 мм;

z – число рабочих витков.

Число рабочих витков находится следующим образом:

	(4)

 

где Н – высота гайки, или глубина ввинчивания винта в деталь,  Н = 100 мм;

P – шаг резьбы, для резьбы М30х3,5  р = 3,5 мм.

(5)

[σ_см] – допускаемое напряжение при смятии, допускаемое напряжение при смятии находится по формуле:

где [σ_т] – предел прочности материала, для Ст 3                [σ_т] = 200 Н/мм²;

n – коэффициент запаса, n = 1,5

Подставив данные в формулу (2) получим напряжениям смятия:

        1,41 ≤ [σ_см] = 133

Напряжение смятия полностью удовлетворяет условию износостойкости резьбы по напряжениям смятия и имеет достаточный ресурс работы.

3.2  Проверочный расчет подъемника

Так как масса автомобиля ГАЗель примерно в полтора раза больше массы среднестатистического легкового отечественного автомобиля, необходимо произвести проверочный расчет подъемного рычага и винта подъемного механизма подъемника П-97М, а так же анкерных болтов.

Так же планируется использование подъемника для снятия двигателей с автомобилей. Использование подъемника для снятия двигателей в нашем случае весьма целесообразно, так как в данном помещении отсутствует подъемно-транспортное оборудование, а приобретение и установка его обойдется очень дорого. Но так как вес самого тяжелого силового агрегата автомобиля, планируемого для обслуживания и ремонта (а/м ГАЗель G_ДВ = 4700 H) меньше максимальной нагрузки на один подъемный рычаг подъемника, то дополнительный проверочный расчет проводить не будем.

3.2.1  Проверочный расчет подъемного рычага подъемника на изгиб

Проверочный расчет подъемного рычага подъемника на изгиб ведем по расчету балки.

(6)

Из условия прочности балки:

(7)

где М_и.мах – наибольший изгибающий момент;

М_и.мах = М_и*n  ,

где М_и – изгибающий момент;

n – коэффициент запаса, n = 1,5;

Из определения изгибающий момент находим по формуле:

(8)

М_и = G*l  ,

где G – сила, прикладываемая к балке; 

(9)

сила, действующая на подъемник равна произведению массы  автомобиля на ускорение свободного падения

G =m*g ,

m = 2600 кг

g = 9.8 м/с²

G = 2600*9,8 = 25400 Н

Так как у подъемника 4 подъемных рычага  то сила действующая на 1 подъемный рычаг будет равна:

G₁ =G/4 = 25400/4 = 6370 Н;

l  – плечо, равное длине подъемного рычага подъемника, l = 1,5 м.

Подставив данные в формулу (3) получим:

М_и = 6370*1,5 = 9555 Н*м = 9555000 Н*мм

Подставив данные в формулу (2) получим наибольший изгибающий момент:

М_и.мах = 9555000*1,5 = 143322500 Н*мм

(10)

W_x –  момент сопротивления; так как сечение балки – полый прямоугольный брус, то расчет момента сопротивления ведем по формуле:       

где b – ширина наружной стенки бруса,  = 150 м;

h – высота наружной стенки бруса,  = 100 м;

b₀ – ширина внутренней стенки бруса, b₀ = 140 м;

h₀ – высота внутренней стенки бруса, h₀ = 90 м.

Подставив данные в формулу (5) получим момент сопротивления:

Подставив данные в формулу (6) получим напряжение при изгибе: 

[σ_u] – допускаемое напряжение при изгибе;

(11)

Допускаемое напряжение при изгибе находим по формуле:

где σ_ол – предельное (опасное) напряжение, т.к. балка выполнена из металла Сталь 45 (σ_т = 360 Н/мм², σ_в = 610 Н/мм²) и испытывает деформацию – изгиб то предельное напряжение будет равно:

[σ] = 1,2 σ_т  ,

де σ_т – предел текучести материала из которого выполнена балка, σ_т = 360 Н/мм²;

[σ] = 1,2*360 = 432 Н/мм²;

n – коэффициент запаса, n = 1,5;

Подставив данные в формулу (11) получим допускаемое напряжение при изгибе:

Допускаемое напряжение удовлетворяет условию и даже имеет небольшой запас:

                        

         234,96 Н/мм² ≤ 288 Н/мм²

Следовательно, подъемник выдержит массу автомобиля ГАЗель, и будет обладать достаточным ресурсом работы.

3.2.2  Проверочный расчет винта подъемного механизма

При увеличении нагрузки на подъемный рычаг подъемника, увеличивается нагрузка и на винт подъемного механизма. Поэтому необходимо произвести проверочный расчет резьбы  винта подъемного механизма.

3.2.2.1          Проверочный расчет резьбового соединения подъемного механизма на смятие

Характеристика резьбового соединения подъемного механизма подъемника       П-97М:

–Резьба винта прямоугольная, однозаходная

–шаг резьбы  Р = 8 мм

–наружный диаметр резьбы винта  d = 52 мм;

–внутренний диаметр резьбы винта  d₁ = 43 мм;

–средний диаметр резьбы винта и гайки  d₂ = 48 мм;

–наружный диаметр резьбы гайки  d’= 53 мм;

–внутренний диаметр резьбы гайки  d’₁ = 44 мм;

–высота гайки  Н = 64 мм;

–высота резьбы  h = 4 мм;

–площадь сечения стержня винта  S = 14,52 см²;

–материал – Сталь 40Х

Гайка изготовлена из литейной латуни марки ЛАЖМц66-6-3-2, σ_в =  700 Н/мм²; δ = 7 %; НВ = 160 кг/мм². Прямоугольная резьба не стандартизирована. Так же как и трапецеидальная, она предназначена для передачи движения. Диаметры и шаг прямоугольной резьбы рекомендуется принимать по ряду диаметров и шагов трапецеидальных резьб.

Проведем проверочный расчет резьбы на смятие.

Из условия износостойкости ходовой резьбы по напряжениям смятия:

(12)

 

где F – сила, действующая на резьбу винта и гайки.

(14)

 Так как подъемник П-97М имеет два винта то силу, действующую на резьбу винта и гайки, найдем следующим образом:

(13)

 

где G – нагрузка, действующая на подъемник, G = 25480 Н.

d₂ – средний диаметр резьбы винта и гайки d₂ = 48 мм;

h – высота резьбы, h = 4 мм;

z – число рабочих витков.

Число рабочих витков находится следующим образом:

	(15)

 

где Н – высота гайки, Н = 64 мм;

P – шаг резьбы, P = 8 мм.

[σ_см] – допускаемое напряжение при смятии,  в сопряжении сталь–латунь допускаемое напряжение при смятии принимается равным допускаемому напряжению латуни [σ_см] = σ_в /n =700/3.5=200 Н/мм².

Подставив данные в формулу (12) получим

Напряжение смятия полностью удовлетворяет условию износостойкости ходовой резьбы по напряжениям смятия, более того имеет запас более 100%.

3.2.2.2  Проверочный расчет резьбового соединения подъемного механизма на растяжение

Расчет на прочность резьбовых соединений выполняют следующим образом. Площадь поперечного сечения стержня болта по заданному внешнему усилию определяют по формуле:

где d₁ – внутренний диаметр резьбы винта,  d₁ = 43 мм;

Р – растягивающее усилие, действующее на винт подъемного механизма;

(16)

Так как подъемник П-97М имеет два винта, то растягивающее усилие, действующее на один винт подъемного механизма, найдем следующим образом:

 где G – нагрузка, действующая на подъемник,              G = 25480 Н.

Подставив данные в формулу, получим:

(17)

 [σ_в]_р – допускаемое напряжение на растяжение; допускаемое напряжение при растяжении находится по формуле:

[σ_в]_р= σ_в/n ,

где σ_в – предел прочности материала винта,                σ_в = 980 Н/мм²;

n – коэффициент запаса, для статически нагруженного хрупкого материала n = 3,2.

[σ_в]_р= 980/3,2 = 300 Н/мм²

Подставим данные в формулу (15) и получим:

 

Из результатов расчета видно, что площадь поперечного сечения стержня болта гораздо больше площади, необходимой для сохранения целостности винта   при нагрузке  Р = 12740 Н. Это означает, что прочность при растяжении анкерного болта удовлетворяет условию прочности при данных условиях эксплуатации.

3.3    Проверочный расчет анкерных болтов

Анкерные болты – это болты крепления стойки подъемника к полу производственного корпуса ПТО.

Характеристика резьбы:

–Резьба общего назначения, треугольная, однозаходная М14х2      ГОСТ 9150–59                                                

–шаг резьбы  P = 2 мм

–наружный диаметр резьбы болта d = 14 мм;

–внутренний диаметр резьбы болта d₁ = 11,84 мм;

–средний диаметр резьбы болта и гайки  d₂ = 12,7 мм;

–высота гайки  Н = 11 мм;

–высота резьбы  h = 1,082 мм;

– площадь сечения стержня винта  A = 110.05 мм²;

–материал – автоматная сталь А12  σ_в = 420 Мпа, δ = 22 %,  НВ =  160

Каждая стойка подъемника крепится четырьмя болтами. При не нагруженном подъемнике будем считать болты ненагруженными. Рассмотрим одну стойку: при подъеме подъемником автомобиля ГАЗель нагруженными будут два внешних болта, поэтому необходимо произвести проверочный расчет анкерных болтов на прочность и смятие резьбы. 

 

3.3.1   Проверочный расчет анкерного болта на прочность

(18)

Расчет на прочность резьбовых соединений выполняют следующим образом. Площадь поперечного сечения стержня болта по заданному внешнему усилию определяют по формуле:

где d₁ – внутренний диаметр резьбы винта,  d₁ = 11,84 мм;

Р – растягивающее усилие, действующее на болт,

(19)

   растягивающее усилие, действующее на один болт, найдем следующим образом:

 где G – нагрузка, действующая на подъемник,              G = 25480 Н.

Подставив данные в формулу, получим:

 [σ_в]_р – допускаемое напряжение на растяжение, допускаемое напряжение при растяжении находится по формуле:

	(20)

 

[σ_в]_р= σ_в/n ,

где σ_в – предел прочности материала болта,                σ_в = 420 Н/мм²;

n – коэффициент запаса, для статически нагруженного пластичного материала n = 2,5.

[σ_в]_р= 420/2,5 = 168 Н/мм²

Подставим данные в формулу (18) и получим:

 

Из результатов расчета видно, что площадь поперечного сечения стержня болта гораздо больше площади, необходимой для сохранения целостности болта  при нагрузке  Р = 6370 Н. Это означает, что прочность при растяжении анкерного болта удовлетворяет условию прочности при данных условиях эксплуатации.

3.3.2     Проверочный расчет анкерного болта на смятие

Из условия износостойкости резьбы по напряжениям смятия:

(21)

где F – сила, действующая на резьбу винта и гайки.

 Так как подъемник П-97М имеет четыре нагруженных анкерных болта то силу, действующую на резьбу болта и гайки, найдем следующим образом:

	(22)

 

где G – нагрузка, действующая на подъемник,              G = 25480 Н.

d₂ – средний диаметр резьбы винта и гайки d₂ = 48 мм;

h – высота резьбы, h = 4 мм;

z – число рабочих витков.

Число рабочих витков находится следующим образом:

	(23)

 

где Н – высота гайки, Н = 11 мм;

(24)

Р – шаг резьбы, Р = 2 мм.

[σ_см] – допускаемое напряжение при смятии, допускаемое напряжение при смятии находится по формуле:

[σ_см]  = σ_в/n ,

где σ_в – предел прочности материала болта,                σ_в = 420 Н/мм²;

n – коэффициент запаса, для статически нагруженного пластичного материала n = 2,5.

[σ_см] = 420/2,5 = 168 Н/мм²

Подставив данные в формулу (21) получим

Напряжение смятия полностью удовлетворяет условию износостойкости ходовой резьбы по напряжениям смятия, более того имеет запас более 100%.

 

Вывод

Предложенное приспособление просто в использовании, функционально и имеет огромный ресурс работы. Оно позволит расширить производственные возможности ПТО и сократить время на ТО и ТР автомобилей ГАЗель.