Расчет подшипников скольжения

 

Так как скорость вращения катушки небольшая и носит временный характер, то расчет подшипников сводится к расчету по удельному давлению Р в подшипнике.

Удельное давление в подшипнике допускается для открытых тихоходных передач [23]:

[ Р]=(10…40)*10⁵ Н/м²

Удельное давление в подшипнике определяется по формуле [23]:

P = p /d*l ≤[ P], (3.3)

 

где d,l -диаметр и длина подшипника, м;

Р – сила, действующая на подшипник, Н.

Конструкция имеет два подшипника, поэтому

 

Р = 13000*2 / 2=13000 Н

Преобразив формулу (3.3), получим:

l ≥ p/d*[P], (3.4)

 

Подставив значение, получим:

 

l ≥ 13000 / (0,1 * 40 * 10⁵) = 0,0325 м

 

Принимаем длину подшипника l = 35мм.

 

Расчет храповика

 

В качестве исходных данных необходимо знать необходимый угол поворота храпового колеса λ и передаваемый крутящий момент на валу храпового колеса. Рис. 3.5.

Примем λ = 20⁰ [23]

M_кр =F_w * d/2, (3.5)

 

где F_w – окружное усилие, действующее на вал, Н;

d – диаметр вала, м.

 

M_кр = 26000 * 0,05 = 1300 Н*м

 

Предварительно число зубьев колеса (храпового) принимаем:

 

Z_пр = 360⁰/20⁰=18

 

Модуль храпового колеса для наружного зацепления определяется по формуле [23]:

m =1,75 ³√M/Z*ψ [σ_и], (3.7)

 

где ψ - коэффициент учитывающий ширину колеса к модулю;ψ = 4 [σ_и] -допускаемое напряжение на изгиб для серого чугуна С4-15

Рассчитываем допускаемое напряжение на изгиб по формуле [23]

[ σ_и ] = σ_В / [ n ], (3.8)

 

где σ_В – предел выносливости,σ_В = 3200 кг./см²; σ =3,2 Н/мм²

[ n ] – коэффициент запаса прочности, [ n ]=5

 

[ σ_и ] = 3200/5 = 640 кг./см² = 0,64 Н/мм²

 

Подставим численные значения в формулу (3.7) и получим:

 

M=1,75*³√ 13000 / (18*4*640)= 1,157см=11,57 мм

 

Принимаем модуль m = 12мм

Проверку линейного удельного давления проводят по формуле [23]

2М_кр / m*z*в ≤ q, (3.9)

 

где в – ширина зуба, мм;

q – допускаемое удельное давление на единицу длины зуба, кгс/мм;

кгс/см, [q]=190..270 кгс/см

F_w =q*в, (3.10)

 

где q - удельное давление на единицу длины зуба, кгс./см, [q]=190..270 кгс./см

в – ширина зуба, мм;

в = F_w /q= 1300 / 270 = 4,814 см. = 48 мм

 

Проверим выполнения условия(3.9):

 

2*13000 / 1,2*18*4,8 ≤ 270

250,77 ≤ 270

 

Условия выполняется, расчеты произведены правильно. Рис. 3.6.

 

Расчет болтового соединения

 

Зубчатое колесо храпового механизма крепится жестко к катушке с помощью болтов. Болты поставлены без зазора (плотно с небольшим натягом). Болт работает на срез и на смятие. Рис. 3.7.

На срез болт рассчитывается по формуле [23]:

τ_ср=р/ F_ср =4р/Пd²z ≤ [τ_ср], (3.11)

 

где z – число болтов;

d – внутренний диаметр резьбы, м;

[τ_ср] =[0,2 …0,3] σ_т - допускаемое напряжения на срез, н/м²

Задаемся числом болтов z=4 и выразим его из формулы 3.11 диаметр болта и вычислим его

d =√4р/П * [τ_ср]* z, (3.12)

 

где Р – сила действующая попрек болта, Н.

d=√ (4*26000) / (3,14*4*0,2*180) = 15,165 мм

 

Принимаем диаметр болта М16 для крепления звездочки (зубчатое колесо храпового колеса) к катушке.

На смятие болт рассчитывают по формуле:

z d h [σ_см ] ≥ р, (3.13)

 

откуда

h ≥ р / z d [σ_см ], (3.14)

 

где h – высота участка смятия, м;

[σ_см] – допускаемое значение на смятие, Н/м²

 

h ≥ 26000 / 4*16*270*10⁴*10^-2 = 0,01504 м

 

принимаем высоту участка смятия h= 15 мм

 

Расчет поворотной катушки подъёмника

 

Расчет катушки подъёмника сводится к выбору её конструктивных параметров (размеров). Для того чтобы использовать подъёмник для нескольких марок автомобилей, таких как ЗИЛ-130,КАМАЗ-5320,ГАЗ-3307 необходимо разбить поворотную катушку на три сектора по 120⁰ одна относительно другой. Секторы катушки должны иметь разные диаметры, так как расстояние от плоскости до передней балки автомобиля у каждого разное. Их можно отнести к исходным данным и показать на рисунке (схеме): Рис.3.8.

Так как расстояние от стремянок (крепящих между собой листы рессор) до корпуса редуктора в среднем колеблется от 200мм и более, то ширину поворотной катушки примем равной 50мм. Для смягчения наезда на катушку, на её поверхность необходимо установить резино - волокнистую ленту толщиной 10..15 мм, а ширину 50 мм, для этой операции, то есть установки ленты на катушку применим специальный резиновый клей под маркой 88Н для чего необходимо зачистить и обезжирить склеиваемые поверхности.

Так как катушка имеет сложную форму (три сектора разных диаметров), то её необходимо изготовить из чугуна способом отливки, что позволяет обеспечить плавность перехода между секторами. После отливки деталь обрабатывается на шлифовальном станке (её цилиндрическая часть) по внешней поверхности для того, чтобы расточить внутренней отверстие под подшипник скольжения и трубу, на которую устанавливается катушка (колесо).

Эскиз готовой катушки приведен на Рис.3.9.

 

Оценка технико-экономических показателей конструкции

 

Для технико-экономической оценки конструкции необходимо определить её массу и стоимость.

Масса конструкции определяется по формуле:

G=(G_K +G_R)*K, (3.15)

 

где G_K – масса сконструированных деталей, узлов, агрегатов, кг.

G_R – масса готовых деталей, узлов и агрегатов, кг.

K – коэффициент, учитывающий массу расходуемых на изготовление конструкции монтажных материалов (принимаем К=1,1)

Массу сконструированных деталей, узлов, агрегатов сведем в табл.

Таблица 3.1 Расчет массы сконструированных деталей

Наименование детали,	Объём детали,	Удельный вес,	Масса детали,	Кол-во деталей,	Общая масса
	См3.	Кг/см3.	Кг.	шт.	Кг.
1	2	3	4	5	6
Опора	8242,5	0,0079	7,9	2	15,8
Ось	1000	0,0079	65	1	65
Труба Ø125	1881,64	0,0079	14,86	1	14,86
Болт спец.	20,096	0,0079	0,158	1	0,158
Втулка расп.	678,24	0,0079	5,358	1	5,358
Втулка	11,304	0,0079	0,089	1	0,089
Швеллер	-	0,0079	56,7	2	113,4
Рычаг	787,5	0,0079	6,22	1	6,22
Собачка	107,59	0,0079	0,850	1	0,850
Колесо храповое	1205,76	0,0079	9,52	1	9,52
Колесо катушки:
левое	4145,78	0,0079	32,34	1	32,34
правое	4094,91	0,0079	32,75	1	32,75
Шайба регулир-я	123,41	0,0079	0,975	1	0,975
Итого					297,2

 

Рассчитываем массу конструкции по формуле 3.15:

 

G = (297,2+ 6,03) = 303,23 кг.

 

Балансовая стоимость определяется по формуле:

С_б =Ц_уд * G * к_нц, (3.16)

 

где Ц_уд – удельная оптовая цена одного килограмма массы конструкции, руб.

G – масса конструкции, кг;

к_нц – коэффициент учитывающий торговую наценку, налог на добавленную стоимость, принимаем к_нц =1,5 [21]

С_б = 25 * 303,24 * 1,5 = 11372руб

 

Для того чтобы приступить к расчету технико-экономических показателей, необходимо собрать исходные данные, которые сведем в табл.3.2

 

Таблица 3.2 Исходные данные для расчета технико-экономических показателей

Наименование	Вариант базовый	Вариант проект
Масса конструкции, кг.	520	304
Балансовая стоимость,р.	19450	11372
Потребляемая мощность, кВт	-	-
Кол-во обслуживаемого персонала, чел.	2	2
Разряд работы	5	5
Тарифная ставка, р./чел.	8,19	8,19
Норма амортизации, %	5	5
Норма затрат на ремонт и ТО,%	10	8
Годовая загрузка конструкции, ч.	2440	2440

 

При расчетах показатели базового варианта обозначают как Х₀, а проектируемого, как Х₁.

Расчет технико-экономических показателей проводится в следующей последовательности:

Определим часовую производительность на стационарных работах периодического действия по формуле:

W_ч=60t / T_ц, (3.17)

 

где t –коэффициент использования рабочего времени, принимаем t = 0,8

T_ц – время одного рабочего цикла, мин.

W_ч0 = 60*0,8 / 240 = 0,20 ед. /ч.

W_ч1 = 60*0,8 / 180 = 0,266 ед. /ч.

 

Определим металлоёмкость процесса по формуле:

М_е= G / W_Ч*Т_Г*Т_СЛ, (3.18)

 

где G – масса конструкции, кг;

Т_Г – годовая загрузка конструкции, ч.

Т_СЛ – срок службы, лет.

 

М_е0 = 520 / 0,2*2440*10 = 0,1065 кг./ед.

М_е1= 304 / 0,266*2440*10 = 0,0468 кг./ед.

 

Фондоёмкость процесса определяется из формулы:

F_е =C_б /W_ч *T_год, (3.19)

 

где C_б – балансовая себестоимость конструкции, руб.

T_год – годовая загрузка, ч.

 

F_е0 = 19450 / 2440*0,2 = 39,86 руб./ед.

F_е1 = 11372 / 2440*0,266 = 17,52 руб./ед.

 

Определим трудоёмкость процесса по формуле:

T_Е =N_ОБСЛ / W_Ч, (3.20)

 

где N_ОБСЛ – количество обслуживаемого персонала, чел

T_Е0 = 2 / 0,2 = 10 чел.*ч

T_Е1 = 2 / 0,266 = 7,518 чел.*ч

 

Себестоимость работы (руб./ед.) выполняемой с помощью спроектированной конструкции и в исходном варианте, находят из выражения:

S_ЭКСП=С_ЗП +С_Э +С_РТО+А +П_Р, (3.21)

 

где С_ЗП – затраты на оплату труда с единым социальным налогом, руб./ед.

С_ЗП =Z *T_е *K_соц, (3.22)

 

где Z – часовая тарифная ставка рабочих, руб./ед.

K_соц – коэффициент, учитывающий единый социальный налог, К_соц= 1,356[ ]

 

С_ЗП0 = 8,19*1,356*10 = 111,056 руб./ед.

С_ЗП1 =8,19*1,356*7,518 = 83,49 руб./ед.

 

Затраты на ТСМ или электроэнергию, руб./ед: С_Э = 0

Затраты на ремонт и техническое обслуживание, руб./ед:

С_РТО= C_б * Н_РТО /100 * W_ч* T_год, (3.23)

 

где Н_РТО – норма затрат на ремонт и обслуживание, %

 

С_{РТО 0}= (19450*10) / (100*0,2*2440) = 3,985 руб./ед.

С_{РТО 1}= (11372*8) / (100*0,266*2440) = 1,401 руб./ед.

Амортизационные отчисления находят по формуле [21]:

А= C_б * а /100 * W_ч* T_год, (3.24)

 

где а – норма амортизации, %

 

А₀= (19450*5) / (100*0,2*2440) = 1,992 руб.ед.

А₁= (11372*5) / (100*0,266*2440) = 0,876 руб.ед.

 

Определим прочие расходы:

П_р – прочие затраты, составляют S…10% от суммы предыдущих элементов.

 

П_р0 = 0,06 (111,056 + 3,985 +1,992) = 7,022

П_р1 = 0,06 (83,49 + 1,401 + 0,876) = 5,146

 

Подставим все полученные значения в формулу 3.21 и вычислим:

 

S_ЭКСП0 = 111,056 + 3,985 + 1,992 + 7,022 = 124,055 руб./ед.

S_ЭКСП1 = 83,49 + 1,401 + 0,876 + 5,146 = 90,913 руб./ед.

 

Уровень приведенных затрат (руб. ед.) на работу конструкции определяется по формуле:

С_ПР= S_ЭКСП +Е_Н+К_УД, (3.25)

 

где Е_Н – нормативный коэффициент, учитывающий эффективность капитальных вложений, Е_н=0,15[21]

К_УД – удельные капитальные вложения или фондоёмкость процесса, руб./ед.

С_ПР0= 124,055 + 0,15*39,86 = 130,034 руб./ед.

С_ПР1= 90,913 + 0,15*17,52 = 93,541 руб./ед.

 

Определим годовую экономию в рублях:

Э_год =(S₀ – S₁)*W _ч * Т_{год 1} , (3.26)

 

где Т_{год 1} – годовая нормативная загрузка конструкции, ч.

 

Э_год = (124,055 – 90,913)*0,266 * 2440 = 21510,48 руб.

 

Для определения годового экономического эффекта воспользуемся формулой [21]:

Е_год= Э_год - Е_н * К_ДОП, (3.27)

 

где К_ДОП – дополнительные вложения, равные балансовой стоимости конструкции, руб.

 

Е_год = 21510,48 – 0,15*11372 = 19804,68

 

Срок окупаемости дополнительных вложений определяется по формуле [21]:

Т_ок=С_б1 / Э_год, (3.28)

 

где С_б1 – балансовая стоимость спроектированной конструкции, руб.

 

Т_ок = 11372 / 21510,48 = 0,528 лет

Если перевести срок окупаемости в месяцы, то получим 6,4 месяца.

После всех вычислений необходимо определить коэффициент эффективности дополнительных капитальных вложений по формуле:

Е_эф=Э_год / С_б1 = 1/ Т_ок, (3.29)

 

где С_б1 – балансовая стоимость спроектированной конструкции, руб.

 

Е_эф= 21510,48 / 11372 = 1/ 0,528 = 1,893

 

Экономически эффективной считается конструкция срок окупаемости, которой менее 7 лет и фактический коэффициент эффективности капитальных дополнительных вложений более 0,15. При расчетах эти условия выполняются, значит, конструкцию можно считать экономически эффективной.