Проект совершенствования технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей в строительной фирме "Агровод" г. Ижевска (стр. 9 из 13)
Найдем усилие действующее в точке А по формуле:
РА =
(3.2)где Р – давление, Па;
d – диаметр клапана, м.
РА =
= 1130 (Н)Для нахождении усилия руки РС составляем уравнение моментов относительно точки В.
Σ МВ = 0 (3.3)
РС (l1+l2) – PAl2 = 0 (3.4)
РС = РАl2/(l1+l2) (3.5)
где l1 – расстояние между точками А и С, м;
l2 – расстояние между точками А и В, м.
РС = 1130×0,032/0,244 = 148,2 (Н)
По результатам расчета видим, что усилие на рукоятке составляет приблизительно 15 кг, это в пределах допустимой нормы от 15 до 20 кг.
3.4.3 Расчет на прочность сварных швов
В первом случае рассчитываем, сварной шов [15] между корпусом и кронштейном, он испытывает растягивающее усилие и при этом работает на срез.
Для определения прочности нам необходимо знать реакцию в точке В, которую мы находим по выше приведенной схеме на рис. 3.1. Составим уравнение моментов относительно точки А.
РСl1 – RBl2 = 0 (3.6)
RB = РСl1/l2 (3.7)
где RВ – реакция в точке В, Н.
RB = 148,2×0,212/0,032 = 981,8 (Н)
Условие прочности на срез имеет вид:
(3.8)где Fшва – площадь шва, м;
τ – касательное напряжение, которое материал способен выдерживать длительное время, МПа.
Касательное напряжение находим по формуле:
(3.9)где σ – допустимое нормальное напряжение, МПа.
Находим допустимое нормальное напряжение по формуле:
(3.10)где σТ – предел текучести материала, МПа, для стали 45 σТ = 340 МПа;
n – коэффициент запаса, принимаем 2,125
σ= 340/2,125 = 160 (МПа)
τ = 160/2 = 80 (МПа)
Площадь сварного шва находим по следующей формуле:
Fшва = 2×a×β×hшва + 2×b×β×hшва (3.11)
где а – ширина провариваемого элемента, м;
b – длина провариваемого элемента, м;
β – коэффициент зависящий от способа сварки, для ручной однопроходной сварки β = 0,8;
hшва – высота катета углового шва, м.
Fшва = 2×10-4×0,8×4×10-3+ 2×37×10-3×0,8×4×10-3 = 300,8×10-6
Проводим проверку на прочность
τср = 981,8/ 0,0003 = 3,27 ≤ 80 (МПа)
Условие прочности выполняется, значит, данный шов выдержит нагрузки.
Расчет шва толкателя на разрыв производим, прибегнув к некоторым упрощения, будем считать, что толкатель жестко закреплен и на него действует сила РА.
Используем формулы (3.8) и (3.11), но при этом вместо RB подставляем РА и получаем:
Fшва = 2×11,5×10-3×0,8×4×10-3+ 2×10×10-3×0,8×4×10-3 = 137,6×10-6
τср = 1130/ 0,0001378 = 8,21 ≤ 80 (МПа)
Условие прочности выполняется.
Расчет сварных швов рычага выполняем по той же методике, но для этого необходимо найти реакцию в точке сварки К.
Находим значение реакции по пропорции:
RK= RAl1/ l3 (3.12)
где l3 – расстояние от точки В до точки К, м.
RK= 1130×0,032/0,044 = 822 (Н)
Fшва = 2×18×10-3×0,8×3×10-3+ 2×5×10-3×0,8×3×10-3 = 110,4×10-6
В условие прочности подставляем удвоенную площадь шва, т. к. на рычаг приварены две пластины, нагрузка между которыми поделена поровну.
τср = 822/ 0,00022 = 3,7 ≤ 80 (МПа)
Условие прочности выполняется с большим запасом, что гарантирует надежность и работоспособность разработки.
3.4.4 Расчет оси шарнира на срез
Ось шарнира, крепящая рычаг к корпусу имеет две перерезывающие плоскости. Необходимо выполнение условия прочности на срез:
(3.13)где F1 – площадь перерезывающей плоскости, м2.
Площадь находим по формуле:
(3.14)где d – диаметр перерезывающей плоскости, м2.
F1 = 3,14×82×10-3/4 = 10-4
Проверяем по условию прочности (3.13):
Условие прочности выполняется.
3.4.5 Расчет усилия затяжки
Наиболее ответственные резьбовые соединения необходимо рассчитывать. Для нахождения момента затяжки [27] необходимо найти силу затяжки.
Расчет момента затяжки резьбового наконечника.
Усилие затяжки находим по формуле:
Fзат = ν (1 – χ) Fвн (3.15)
где ν – коэффициент затяжки, для герметичных соединений с мягкими прокладками [27], принимаем ν = 1,9;
χ – коэффициент внешней нагрузки [27], принимаем χ = 0,25;
Fвн – внешняя нагрузка, в нашем случае таковой является давление жидкости.
Переводим давление в силу:
F =
(3.16)где Р – давление, Па;
d – диаметр на который оказывается давление, м.
F =
= 4522 (Н)Находим усилие затяжки:
Fзат = 1,9×(1 – 0,25)×4522 = 6014 (Н)
Для нахождения момента необходимо знать радиус затягиваемой детали и подставить в формулу:
Мзат = Fзат×R(3.17)
где R – радиус затягиваемой детали, в нашем случае 0,018 м.
Мзат = 6014×0,018 = 108 (Нм)
Расчет момента затяжки манометра производим по аналогичной технологии с применением формул (3.15), (3.16), (3.17).
F =
= 502,4 (Н)Fзат = 1,9×(1 – 0,25)×502,4 = 716 (Н)
Мзат = 716×0,007 = 5 (Нм)
3.5 Технико-экономическая оценка конструкторской разработки
3.5.1 Расчет массы и стоимости конструкции
Масса конструкции [8] определяется по формуле
G = (Gk + Gг)×К, (3.18)
где Gk – масса сконструированных деталей, кг;
Gг – масса готовых деталей, узлов и агрегатов, кг;
К – коэффициент, учитывающий массу расходуемых на изготовление монтажных материалов, К = 1,1.
Массу сконструированных деталей определяем в форме таблицы 3.1.
Таблица 3.1 – Расчет массы сконструированных деталей
| Наименование детали | Объемдетали,см3 | Удельный вес,кг/см3 | Массадетали,кг | Кол-водеталей,шт. | Общая масса,кг |
| Дроссель | 40 | 0,002 | 0,08 | 1 | 0,08 |
| Корпус | 150 | 0,002 | 0,3 | 1 | 0,3 |
| Рычаг | 175 | 0,002 | 0,35 | 1 | 0,35 |
| Наконечник резьбовой | 65 | 0,002 | 0,13 | 1 | 0,13 |
| Крышка | 30 | 0,002 | 0,06 | 1 | 0,06 |
| Переходник | 10 | 0,002 | 0,02 | 1 | 0,02 |
| Пробка | 5 | 0,002 | 0,01 | 1 | 0,01 |
| Тарелка | 7,5 | 0,002 | 0,015 | 1 | 0,015 |
| Трубопровод | 10,7 | 0,0014 | 0,015 | 1 | 0,015 |
| Итого | - | - | 0,98 | 9 | 0,98 |
Масса конструкции
G = (0,98 + 0,55)×1,1 = 1,68 ≈ 1,7 (кг)
Стоимость разработки определим по формуле:
СБ1 = СБ0 × G1 × Jц × R/G0,(3.19)
где СБ0 – балансовая стоимость базовой конструкции, руб.;
G1 и G0 – масса новой и базовой конструкции, кг;
Jц – коэффициент, учитывающий изменение цен в изучаемом периоде;
R – коэффициент, учитывающий удорожание или удешевление новой конструкции в зависимости от сложности изготовления (R = 1,05).
СБ1 = 1300 × 1,7 × 1,08 × 1,05/2,3 = 1090 (руб.)
3.5.2 Расчет технико-экономических показателей
Для дальнейшего расчета составим табл. 3.2. В качестве базовой модели для сравнения бралось приспособление для проверки форсунок и прецизионных пар топливного насоса КИ – 16301А.
Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета технико-экономических показателей
| Наименование | Вариант | |
| Базовый | Проектируемый | |
| 1. Масса конструкции, кг. | 2,3 | 1,7 |
| 2. Балансовая стоимость, руб. | 1300 | 1090 |
| 3. Потребляемая мощность, кВт. | – | – |
| 4. Количество обслуживающего персонала, чел. | 1 | 1 |
| 5. Разряд работы | 3 | 3 |
| 6. Тарифная ставка, руб./чел.-ч. | 36 | 36 |
| 7. Норма амортизации, %. | 14,2 | 14,2 |
| 8. Норма затрат на ремонт и обслуживание, %. | 7,1 | 7,1 |
| 9. Годовая загрузка конструкции, ч. | 23 | 38 |
Расчет ведем для проектируемого приспособления. Часовая производительность определяется:
(3.20)где t – коэффициент использования рабочего времени смены (0,6…0,9)
ТЦ – время одного рабочего цикла, мин.
(шт./ч)Металлоемкость процесса:
(3.21)где Gi – масса машины, кг;
Тгод – годовая загрузка машины, ч;
Тсл – срок службы машины, лет.
Ме = 1,7 / (2,5×38×5) = 0,004 кг/шт.
Фондоемкость процесса:
(3.22)