Разработка конструкции люфт-детектора для диагностирования подвески и рулевого управления легкового автомобиля

3 Конструкторская часть

 

3.1 Описание и анализ  конструкции

Люфт-детектор состоит из следующих сборочных единиц:

1. Неподвижная рама, состоящая из пластины и усиливающих уголков;
2. Подвижная платформа;
3. Пневмомускулы в количестве 4 штук;
4. Подушки из капролона в количестве 8 штук.

Площадка люфт-детектора  приводится в движение при помощи пневмомускулов, которые в отличие от пневмоцилиндров имеют большие усилия, вследствие чего отсутствует необходимость в рычагах (в результате чего уменьшается общая стоимость).

При работе люфт-детектора подвижная площадка скользит в продольном и поперечном направлении по опорам трения из капролона, установленных на неподвижной раме, которая является основанием.

Особенностью данного  люфт-детектора является наличие  четырех пневмомускул, с помощью которых можно совершать движения площадки в 8-ми направлениях (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Движения площадки

На сегодняшний день на рынке появилось новое изделие  пневмомускул, который развивает очень большие усилия. Известны применения его в конструкции новых люфт-детекторов «Boston», подробности конструкции не известны. Также пневмомускул применяется во многих конструкциях не  
автомобильного оборудования.

 

3.2 Пневмомускул

Принцип действия

Так как пневмомускул новое изделие на рынке пневмопривода, дадим подробную информацию.

Рисунок 3.2 – Пневмомускул

 

Пневмомускул (рисунок 3.2) является приводом напряжения, повторяющим поведение настоящего мускула. Он состоит из приводной мембраны и соединительных элементов. Мембрана представляет собой герметичный резиновый шланг, усиленный стальными волокнами. Волокно формируют трехмерную сетку с ромбовидными ячейками. Если внутрь мускула подать давление, он раздувается, сокращаясь в продольном направлении, развивая при этом значительное усилие. Это усилие максимально в начале хода, а затем уменьшается практически линейно по мере увеличения хода. Пневмомускул обеспечивает полезный ход примерно в 25% от своей номинальной длины. Пневмомускул можно использовать как привод одностороннего действия.

В простейшем случае пневмомускул работает как цилиндр одностороннего действия. Если к мускулу подвесить  груз, он при отсутствии давления внутри растянется по сравнению с исходным положением. Это состояние идеально подходит к свойствам пневмомускула: если внутрь подать давление, мускул раздуется, развивая максимальное усилие при оптимальной динамике и минимальном потреблении воздуха. В этом случае полезное усилие также максимально. Если требуется, чтобы мускул сохранял исходное положение под нагрузкой, в него нужно подать удерживающее давление (нагрузка = Constant), оставляя для подъема только часть развиваемого усилия.

При изменении внешней  силы мускул ведет себя как пружина: он повторяет действие нагрузки. Можно  регулировать как усилие предварительного сжатия этой ''пневматической пружины", так и ее жесткость. В качестве пружины пневмомускул может работать с постоянным давлением или с постоянным объемом. При этом получаются разные характеристики, что позволяет отлично их сочетать с условиями конкретного применения.

Достоинства пневмомускула:

• большое ускорение в начале хода;
• начальное усилие в 10 раз больше, чем у обычного цилиндра такого же диаметра;
• отличная динамика, даже при больших нагрузках;
• плавное перемещение;
• нет подвижных механических частей;
• движение без рывков, даже на малых скоростях;
• простое позиционирование;
• использует самую простую технику без датчика перемещения;
• герметичная конструкция;
• разделение приводного воздуха и окружающего;
• прочная конструкция.

Ресурс работы пневмомускула  составляет от 100 000 до 10 млн циклов переключений при обычном применении. Идеален для пыльных и грязных мест.

 

Конструкция пневмомускула

Рисунок 3.3 – Продольный разрез

 

Таблица 3.1

Цилиндр
1 Гайка	Алюминиевый сплав, анодированный
2 Фланец	Алюминиевый сплав, анодированный  голубым
3 Внутренний конус	Алюминиевый сплав, анодированный
4 Чашечная пружина	Сталь
5 Уплотнительное кольцо	NBR
6 Шланг	Арамид, CR
– Клей	Loctite 243 (для блокировки резьбы)
– Смазка	Klueberplex BE 31-222

 

Примечание

Долговечность пневмомускула  зависит от режима работы, особенно если имеет место нагрев, вызванный  деформацией и дополнительной нагрузкой.

Подвод/отвод воздуха с двух сторон значительно снижает нагрев мускула и увеличивает срок его службы.

Пневмомускул (см. рисунок 3.4) спроектирован только как привод напряжения. Радиальное расширение мускула нельзя использовать для зажима, поскольку силы наружного трения могут его повредить.

 

 

 

Номенклатура и характеристики производимых пневмомускулов

Рисунок 3.4 – Пневмомускулы

 

Диаметр 10…40 мм, ход 40…9000 мм, усилие 0…5700 Н.

Сопротивление коррозии класс 2 по стандарту Festo 940 070.

Элементы, требующие умеренной  защиты от коррозии. Элементы с декоративным покрытием открытых поверхностей, которые  контактируют с окружающей промышленной атмосферой, с охлаждающими или смазывающими жидкостями

Таблица 3.2 – Технические характеристики пневмомускула

Размер	10	20	40
Теоретическое усилие	650	1,600	5,700
Усилие, требуемое для  пред. напряжения	300	800	2,500
Компенсация усилия	400	1,200	4,000

 

Таблица 3.3 - Технические характеристики пневмомускула

Размер	10	20	40
Вес продукта при 0 м длины, гр	76	235	673
Дополнительный вес  на 1 м длины, гр	93	160	360
Присоединение Открыт с одной стороны (МС)	38	112	331
Открыт с двух сторон (МО)	38	123	342

 

 

 

 

 

 

 

 

Рабочий диапазон MAS-40

Рисунок 3.5 – Рабочий диапазон MAS-40

Рабочий диапазон MAS-20

Рисунок 3.6 – Рабочий диапазон MAS-20

где Н – максимально возможная сила, Н;

h – перемещение, %.

Дополнительные узлы

 

Рисунок 3.7 – Дополнительные узлы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.4- Дополнительные узлы

Наименование	Краткое описание
1 Шланговые штуцеры	для подключения шлангов  со стандартным внутренним диаметром
2 Шланговые штуцеры QS	для подключения шлангов сжатого воздуха со стандартным наружным диаметром по CETOP RP 54 P
3 Быстроразъемные соединения CK	для подключения шлангов  со стандартным внутренним диаметром
4 Дроссели с обратным клапаном GRLA	для регулировки скорости
5 Вилка SG	позволяет мускулу перемещаться в одной плоскости
6 Шарнирная головка  SGS	со сферическим подшипником
7 Соединительная деталь KSG/KSZ	для компенсации радиальных отклонений
8 Резьбовой стержень MXAD-T	для крепления принадлежностей
9 Радиальный адаптер MXAD-R	для присоединения принадлежностей и подвода воздуха в радиальном направлении
10 Вилка SGA	с наружной резьбой для  присоединения к пневмомускулу  напрямую
11 Осевой адаптер MXAD-A	для присоединения принадлежностей  и подвода воздуха в осевом направлении

 

 

Расчет усилия необходимого для движения площадки

Максимальная нагрузка на переднюю ось составляет 1750кг.

Нагрузка на одну площадку:

1750 : 2 = 875кг.

Статический вес на одну площадку составляет:

875 х 9,8 = 8575Н

Максимальное усилие необходимое для перемещения  площадки:

где F_a – сила действующая на площадку, кг;

φ_сц – сцепление колеса с площадкой.

Коэффициент сцепления  колеса с площадкой (резина со сталью) φ_сц =0,6, но учитывая реальные условия эксплуатации (влажное колесо и площадка; пыль, песок и грязь на колесе и площадке) коэффициент φ_сц = 0,3...0,4.

Fmax = 8575x0,32=2744 Н

Усилие необходимое  для перемещения площадки с учетом трения в опорах:

где f – коэффициент трения в опорах трения площадок люфт-детектора, сталь по текстолит равняется 0,032.

 

F = 2744 + 8575 х 0,032 = 3018 Н. Из расчета необходимого усилия подходит пневмомускул MAS-40 с техническими характеристиками (таблица 3.5)

 

Таблица 3.5 – технические характеристики МАS-40

Размер, d	40
Теоретическое усилие	5,700
Усилие, требуемое для  пред. напряжения	2,500
Компенсация усилия	4,000

 

Пневматический расчет

Люфт-детектор состоит  из двух площадок, устанавливаемых  на канаве, или подъемнике. Привод каждой из подвижных платформ осуществляется четырьмя пневмомускулами одностороннего действия.

Форма, размеры, пневмомускула  обеспечивают перемещение платформы относительно основания  влево-вправо на 50 мм и  по диагонали на 35мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.8 – Пневмосхема: 1-пневмомускул; 2-пневмораспределитель;        3-пневмостанция; 4-пульт управления.

 

Пневмораспределители

При эксплуатации пневмосистем возникает необходимость изменения  направления потока рабочего воздуха на отдельных его участках с целью изменения направления движения исполнительных механизмов машины, требуется обеспечивать нужную последовательность включения в работу этих механизмов, производить разгрузку насоса и пневмосистемы от давления и т.п.

Эти и некоторые другие функции могут выполняться специальными пневмоаппаратами – направляющими пневмораспределителями. При изготовлении пневмораспределителей в качестве конструктивных материалов применяют стальное литье, модифицированный чугун, высоко- и низкоуглеродистые марки сталей, бронзу. Для защиты отдельных элементов распределителей от абразивного износа, поверхности скольжения цементируют, азотируют и т.п. Размеры и масса пневмораспределителей (таблица 3.6) зависят от расхода воздуха через них, с увеличением которого они увеличиваются. По способу присоединения к пневмосистеме пневмораспределители выпускают в трех исполнениях: резьбового, фланцевого и стыкового присоединения. Выбор способа присоединения зависит от назначения пневмораспределителя (рисунок 3.9) и расхода через него рабочего воздуха.

Рисунок 3.9 – Пневмораспределитель

Распределители с электропневматическим управлением серии 3 и 4:

• Серия 3: G1/8 и G1/4, 3/2, 5/2 трех- и пятилинейные, двухпозиционные;
• Серия 4: G1/8, G1/4 и G1/2, 3/2, 5/2 трех- и пятилинейные, двухпозиционные, 5/3 пятилинейные трехпозиционные.

Электропневматические распределители Серии 3 и 4 с присоединением G1/8, G1/4 и G1/2, исполнением 3/2, 2х3/2, 5/2 и 5/3 лин./поз. разработаны в двух основных версиях: с электропневматическим управлением и пружинным возвратом; с двухсторонним электропневматическим управлением.

Новые распределители с присоединением G1/4 дополнили Серию 3. Распределители Серии 3 и 4 управляются электрическими катушками Серий U и G с размерами 22х22 мм, за исключением G1/2, для которых используются катушки Серии 6 (32х32). Новая конфигурация 2х3/2 дает больше возможностей в реализации пневматических схем.

Эти распределители дополняют  Серию 4. Основное их преимущество - это  малые размеры, они удобны для  установки в ограниченном пространстве.

В распределителях Серии 3 и 4, G1/8 и G1/4, есть два дополнительных отверстия для крепления на плите CNVL без использования пустотелого болта.

Таблица 3.6 – Технические  характеристики пневмораспределителя

Характеристики
Конструкция	золотникового типа (с  пилотным управлением)
Тип распределителя	3/2, 2х3/2, 5/2 и 5/3 лин/поз
Материалы	алюминиевый корпус, золотник из нержавеющей стали, NBR уплотнения
Крепление	через сквозные отверстия  в корпусе
Присоединение	G1/8 - G1/4 - G1/2
Установка	в любом положении
Рабочая температура	от 0 до 60°С (при сухом  воздухе -20°С)
Рабочее давление	см. таблицы
Смазка	Масло совместимое с NBR (3° - 10° E)
Рабочее тело	Фильтрованный воздух, без  смазки*

 

2.6 Прочностной расчет

 

2.6.1 Расчет опоры скольжения на смятие

Наиболее нагруженным  узлом являются подушки из капролона, исполняющие роль опор скольжения платформы (рисунок 3.10).

 

Рисунок 3.10 – Опора скольжения: 1-подушка из капролона

Наиболее опасным напряжением  является напряжение смятия.