Конструкции прессов для правки коленчатых валов

     2.2 Конструкции прессов для правки коленчатых валов

     Кроме исследовании патентного поиска было проведено исследование в области существующих конструкций. Технологической единицей оборудования для восстановления коленчатых валов является пресс для правки модели CP 150 компании «AZspa», который уже используется в области ремонтного оборудования. Имея простую конструкцию, компактность и неприхотливость в использовании, этот пресс является довольно эффективным в своей области эксплуатации.

     Привод  данной конструкции осуществляется гидравлическим цилиндром , который создает усилие в 8000 кгс. К тому же, давление в гидросистеме создается механическим гидронасосом.

     Общий вид пресса CP 150 представлен на рис. 2, а технические характеристики приведены в таблице 15.

 

     

     Рис.1. Общий вид пресса CP 150 компании «AZspa»

     Таблица 15.

     Технические характеристики пресса CP 150 для правки коленчатых валов

 

     Так же, наиболее интересной конструкцией считаю пресс для правки коленчатых валов двигателей автомобилей опубликованного  в 2003 г.

     Авторами  этого изобретения являются: Г.А. Боровиков, Д.Н. Панкратов.

     Изобретение относится к обработке металлов давлением и касается правки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания автомобилей различных марок.

     Цель  изобретения – эффективность, универсальность  и простота эксплуатации.

     Пресс состоит (рис. 1) из сварной станины с направляющими для двух пар тяг с перекладинами и установочных призм, силового механизма, в основу конструкции которого положен принцип червячно-винтового редуктора с ручным приводом и клинового механизма, а так же измерительно-контрольного узла.

     Конструкция червячно-винтового редуктора состоит  из корпуса, в котором расположены  червячное колесо с винтовой втулкой. Червяк, изготовленный за одно целое с валом, установленным на двух шариковых радиально-упорных подшипниках по схеме «в распор». Венец червячного колеса конструктивно должен быть изготовлен методом литья в форму с предварительно установленной в нее стальной винтовой втулкой. Опорами винтовой втулки червячного колеса являются роликовые радиально-упорные подшипники. Получение необходимого натяга в этих подшипниках, а также регулирование осевого положения червячного колеса относительно оси червяка обеспечивается двумя кольцами-компенсаторами, расположенными между наружными кольцами роликовых подшипников и упорными фланцами. 

     

     Рисунок 2. Пресс для правки коленчатых валов. 

     Для правки коленчатый вал устанавливают  крайними опорными шейками на двух призмах и закрепляют двумя перекладинами  при помощи гаек. Затем, вращая рукоятку червячного винта приводят во вращение червячное колесо, в котором в осевом направлении перемешается винт с клином, по наклонной поверхности которого перемещается вверх ролик с направляющей штока, который и осуществляет давление на среднюю коренную опорную шейку коленчатого вала, изгибая при этом его на величину до 3 мм. После этого снимают давление штока на коленчатый вал и производят контроль величины изгиба измерительным блоком с точностью 0,01 мм. Подобные переходы операции правки коленчатого вала осуществляют до тех пор, пока величина изгиба по средней опорной шейке будет не более 0.02 мм.

     В качестве прототипа, для дальнейшего  использования в конструкционной  части дипломного проекта, принимаем  конструкцию пресса для правки коленчатых валов двигателей автомобилей авторами изобретения которого являются: Г.А. Боровиков, Д.Н. Панкратов и пресс СР 150 компании «AZspa». Данные конструкции считаю самыми оптимальными, так как они обладают эффективностью, универсальностью и простотой эксплуатации и конструкции.

 

     III. Конструкторская часть 

    3. Разработка элементов  конструкции пресса для правки коленчатых валов 

    3.1 Назначение, описание  конструкции, принцип  работы и техническая характеристика пресса

     Пресс состоит (рис. 3) из сварной станины  с двумя парами тяг, которые можно  передвигать относительно оси коленчатого  вала, что позволит править коленчатые валы различных автомобилей. В основе конструкции лежит принцип передачи усилия шейки коленчатого вала от гидроцилиндра через клиновый механизм.

     Для правки, коленчатый вал устанавливают  крайними опорными шейками на крепление  и фиксируют при помощи гаек. При  включении станка, гидроцилиндр начинает поступательное движение вдоль оси направляющей приводя в действие клиновый механизм, по наклонной поверхности которого перемещается вверх шток, который и осуществляет давление на среднюю коренную опорную шейку коленчатого вала, изгибая при этом его на величину до 5 мм. После этого снимают давление штока на коленчатый вал и производят контроль величины изгиба измерительным блоком с точностью 0,01 мм. Подобные переходы операции правки коленчатого вала осуществляют до тех пор, пока величина изгиба по средней опорной шейке будет не более 0.02 мм. 

     

     Рисунок 3. Пресс для правки коленчатых валов.

 

     3.2 Расчет клинового механизма 

    “А” - Клин, “Б” - Ползун, “В”- Основание. 

    

    Рисунок 4. Клиновый механизм. 

    Сила действующая со стороны клина на шейку коленчатого вала равна:  

     , (32) 

    где - угол трения скольжения на поверхности клина.

    а - угол трения скольжения на основании “В” (рисунок 4).

     – угол клина.

    Исходное  усилие:  

      

    3.3 Расчет на смятие  коренной шейки  коленчатого вала и штока

    Коленчатый  вал выполнен из Стали 50Г с закалкой с охлаждением в воде:

 

      (33) 

    Находим площадь смятия для шейки: 

      (34)

      

    Отсюда  по формуле (34) находим: 

      

    что значительно меньше допустимого [σ_см] = 4100 кг/см².

    Шток  выполнен из Стали 45 с закалкой с  охлаждением в воде до

    HRC 48: 

      

    Находим площадь смятия для штока: 

      (35)

      

    Отсюда  находим:

 

      

    что меньше допустимого [σ_см] = 6000 кг/см². 

    3.4 Расчет направляющих скольжения

    Исходные  данные (рисунок 5): ширина рабочих граней

     расстояние  между серединами граней длина стола расстояния

      коэффициент трения сил

     сила  тяжести подвижных частей  

     

     Рисунок 5. Направляющая. 

     Уравнения равновесия подвижного узла: 

     

     

       (36)

     

     

     

 

      Из первых четырех уравнений находим  реакции граней направляющих и тяговую  силу: 

     

     

       

     Определяем  средние давления на направляющих: 

       (37)

     

       (38)

       

     Максимальные  давления могут быть определены зная координаты равнодействующих реакций. Для их определения используется два последних уравнения равновесия стола и дополнительное уравнение перемещений, являющихся результатом деформирования поверхностей рабочих граней. Это уравнение следует из предположения, что момент внешних сил относительно оси Y: 

       (39) 

     равный моменту реакций направляющих относительно той же оси

 

       (40) 

     распределяется  между направляющими пропорционально  их жесткости, которая сама пропорциональна  их ширине. Следовательно, уравнение  перемещений имеет вид: 

        (41) 

     Теперь  находим координаты : 

       (42)

     

       (43)

       

     Максимальное давления на направляющие определяют по зависимостям: 

      ; (44)

     

     

     что меньше допустимого 2,5-3 МПа.

     Расчет  направляющих на жесткость включает определение контактных деформаций их рабочих граней в предположении, что они пропорциональны давлениям на гранях: 

       (45)

       

     3.5 Расчет силового  цилиндра

     Силовой цилиндр изготовляется из толстостенной  бесшовной стальной трубы (выполненной  из Стали 45 с закалкой с охлаждением  в воде до HRC 48) (рисунок 6.).

     Величину  давления выбираем в зависимости  от требуемого тягового усилия [8]:

     Так как необходимое усилие Р = 100 кН , то принимаем значение давления р = 60 н/м².

     Подобрав  значение р ,определяем площадь поршня и диаметр цилиндра: 

      ; (46) 

     где F- площадь поршня