Разработка конструкции и технология изготовления дублирующего устройства управления учебным автомобилем

усилия ноги на педаль идет на дополнительное закручивание пружины,

обозначим через Fпр эту часть усилия ноги.

Fпр = 0,25F = 0,25 ? 19 = 2,5 кГс = 25 Н

Вращающий момент ,который дополнительно закручивает возвратную пружину:

Тпр = Fпр ? L = 25 ? 0,28 = 7 Н?м

4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВАЛА.

Вал предназначен для передачи вращающего момента от дополнительных

педалей сцепления и тормоза к основным.

Валы предназначены для передачи вращающего момента и поддержания

деталей на них, в отличие от оси, которая вращающий момент не передаёт.

Валы работают на кручение и изгиб, оси только на изгиб.

При проектном расчете вала известны :

- крутящий момент Т или мощность Р ;

- частота вращения n ;

- нагрузка и размеры основных деталей, расположенных на валу

(например, зубчатых колёс ,а в данном случае дополнительных педалей).

Требуется определить размеры и материал вала.

Валы рассчитывают на прочность, жесткость и колебания. Основной

расчетной нагрузкой являются моменты Т и М , вызывающие кручение и изгиб.

Влияние сжимающих или растягивающих сил обычно мало и не учитывается.

Расчет осей является частным случаем расчета валов при Т = 0.

Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию (места

приложения нагрузки, расположения опор и т.п) В то же время разработка

конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра.

На практике обычно используют следующий порядок проектного расчета вала:

Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета на кручение

при пониженных допускаемых напряжениях :

d =3? (T/ (0,2[?]))

Обычно принимают [?] = ( 20 … 30 )МПа

Требуемый диаметр вала:

d ? 3?(65?103 / (0,2 ? 25)) = 23,513мм

Окончательный диаметр вала будет установлен при расчете шлицевого

соединения.

Проектный расчет вала.

d?23,513мм

4.3. РАСЧЕТ ШЛИЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ.

Задаемся для шлицевого соединения прямоугольного профиля числом зубьев

z = 36 ,так как наименьший диаметр вала должен быть больше или в крайнем

случае равен 23,513мм; то номинальный внутренний диаметр отверстия в

ступице должен быть около 24мм , а средний или делительный диаметры шлицов

будут лежать в пределах dср?d?=24,5 … 25,5мм при модулях m=0,2 … 1,5мм

принятых для шлицев треугольного профиля по нормам автомобильной и

тракторной промышленности.

Требуемый модуль для шлицев

m=d? /z=(24,5 … 25,5)/36=0,68 … 0,708мм

Принимаем для шлицевого соединения стандартный модуль m=0,7мм.

Номинальный делительный диаметр шлицов – зубьев треугольного профиля

d? =m·z=0,7 · 36=25,2

Угол впадин по нормам принимают d?b=90є ,так как передача вращения

осуществляется боковыми гранями шлицов ,по которым происходит центрирование

соединения, угол вершин зубьев по нормалям следует принять 2?=80є .

Шаг зацепления:

Pt= ?·m = 3.14·0,7 =2,199мм

Толщина зуба (шлица) по делительному диаметру при 2?=80є

St=(Pt ·2?)/(2?b+2?)=(2,199 ·80є)/(90є+80є)=1,0218мм

Ширину впадины втулки по делительному диаметру

Lt= PT - St = 2,199 – 1,0218 = 1.177мм

Диаметр впадин зубьев во втулке

dа2=d?+1,6m=25,2+(1,6 · 0,7)=26.31мм

Диаметр вершин зубьев вала

da1=d? +1,25m=25,2+(1,25·0,7)=26,05мм

Радиальный зазор между вершиной зуба и впадиной втулки

c1=0,5(dа2-dа1)=0,5(21,31-26,05)=0,13мм

Требование c?0,2m=0,2·0,7=0,14мм выполнено.

Диаметр впадин зубьев (шлицов) у вала

df z=d?-1,8m=25,2-1,8?0,7=23,917мм

Диаметр вершин зубьев у втулки

df 2=d?-1,5m=25,2-1,5?0,7=24,15мм

Радиальный зазор между вершенной зуба втулки и впадиной вала

c2=0,5(df 2-df 1)=0,5(24,15-23,9)=0,125мм

Уточняем средний расчетный диаметр зуба

dср=(da1 -da2)/2=(26,05+24,15)/2=25,1мм

Длина поверхности контакта зубьев принимаем равной длине ступицы

втулки

lст=31мм

За расчетную длину принимаем

lр=31мм

Шлицевые соединения выходят из строя из за повреждений рабочих

поверхностей : износа, смятия, заедания. Основными напряжениями,

разрушающими шлицы являются напряжения смятия. Условием прочности

соединения будет

ссм ? [?см]

Допускаемые напряжения [?см] зависят от материалов вала и втулки, их

термической обработки

Расчет шлицевых соединений проводят обычно как проверочный.

?см=2Т/(de?z?h?L??)

Где h – высота поверхности шлицев.

h = (dа1 - df2)/2 = (26,05 – 24,15)/2 = 0,9мм ,

? – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между

шлицами

? = 0,7 … 0,8

Длярасчетов принимаем среднее значение ? = 0,75

?см = (2 ?65?103)/(25,1?36?0,95?30?0,75) = 67,3 МПа

Условие прочности выполнено:

?см<[?см] = 110МПа

Расчет шлицевых соединений регламентирован ГОСТ 21425 – 75 , Которым

следует пользоваться при более точных расчетах.

4.4. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЗВРАТНЫХ ПРУЖИН.

Материал для пружин должен иметь высокие и стабильные свойства. Делать

пружины из материалов низкой прочности нецелесообразно. Масса геометрически

подобных пружин при заданной нагрузке и упругом закручивании обратно

пропорциональна квадрату допускаемого напряжения. Это связано с тем, что

пружины из менее прочного материала в целях сохранения заданной жесткости

приходится делать повышенных диаметров и, следовательно, витки их нагружены

большими моментами, чем пружины из более прочных материалов. Эффективность

применения высокопрочных материалов для пружин связана также с меньшей

концентрацией напряжений в пружинах, чем в деталях с различными переходами,

и меньшими размерами сечений витков.

Основными материалами для пружин являются: высокоуглеродистые стали 65,

70, 75, 80; марганцовистые 55ГС, 65Г; кремнистые 50С2, 60С2, 60С2А, 70С3А;

хромомарганцовистые40ХГ, 50ХГА; хромованадиевая 50ХФА; кремневольфрамистая

65С2ВА и кремнийникелевая 60С2Н2А.

Для пружин, работающих в химически активной среде, применяют проволоку из

бронз ,БрКЗМц1, БрО4ц3.

Диаметры проволоки стандартизированы ГОСТ 14958 – 75, материал для пружин

оговорен ГОСТ 14959 – 75.

Высокоуглеродистые стали наиболее дешевы и имеют широкое распространение

для пружин с размерами до 15мм. Марганцовистые,.кремнистые и

хромомарганцовистые стали обладают более высокими механическими свойствами,

лучшей прокатываемостью, что позволяет их успешно использовать для пужин с

размерами сечений витков до 20мм, а хромомарганцовистые – до 30мм.

Хромованадиевая сталь характеризуется высокими механическими свойствами,

особенно высоким пределом выносливости, теплостойкостью и хорошими

технологическими свойствами, поэтому ее применяют для особенно

ответственных пружин, в частности для клапанных пружин двигателей

внутреннего сгорания. Во избежании коррозии пружины кадмируют или покрывают

другой коррозийно стойкой пленкой.

Пружины с небольшим размером сечения проволоки до 8мм изготавливают

холодной навивкой, пружины с большим сечением проволоки навивают в горячем

состоянии.

Большинство пружин холодной навивки изготавливают из проволоки, прошедшей

термическую обработку до навивки, а после навивки пружину подвергают только

отпуску. Все пружины горячей навивки и наиболее ответственные пружины

холодной навивки, в частности, из большинства легированных сталей,

подвергают закалке в горячем состоянии.

Проволока стальная углеродистая для пружин холодной навивки без

последующей закалки, имеющая наибольшее применение в машиностроении,

регламентирована по ГОСТ 9383-75, проволоку диаметром до 8мм выпускают трех

основных классов: нормальной прочности-3 класс; повышенной прочности-2

класс; высокой прочности- 1 класс.

Возвратные пружины будут находиться на валах, связывающие дополнительные

педали тормоза и сцепления с основными.

Пружины имеют особые прицепы для придания пружине закручивающего момента.

По своей конструкции пружины кручения аналогичны пружинам растяжения и

сжатия; только их во избежание трения навивают с небольшим просветом между

витками в пределах 0,4 … 1,5мм.

При нагружении пружины в каждом сечении действует момент М , равный

внешнему моменту Т , закручивающему пружену. Вектор этого момента направлен

вдоль оси пружины, который раскладывается на момент, изгибающий виток

МИ=М?cos ?, и момент Т=М?sin ?.

В связи с тем, что в пружинах кручения также , как и в пружинах

растяжения и сжатия, угол подъема витков мал, обычно менее 12 …15є ,

поэтому допустимо вести расчет витков только на изгиб с моментом МИ = Т и

пренебречь кручением.

Наибольшее напряжение изгиба витков, имеющее место на внутренней

поверхности. и условие прочности:

?мах=(K?M)/ WИ ? [?И]

Коэффициент К учитывает кривизну витков, то есть учитывает поправку к

формулам изгиба прямого бруса.

Приближенно поправку на кривизну для пружин с витками круглого сечения

К=(4?С – 1) / (4?С - 4) ;

где С – индекс пружины, отношение среднего диаметра пружины D к диаметру

проволоки d.

Податливость пружины прямопропорциональна ее индексу С, поэтому для

увеличения податливости пружины следует принимать индекс возможно большим;

практически, для расчетов назначают в пределах

С = 4 … 12

Для расчетов принимаем среднее значение С = 7.

Поправка на кривизну пружины

К = (4?С - 1) /(4?С - 4) = (4?7 - 1) / (4?7 - 4) = 1,125

Для навивки пружины используем проволоку из качественной горячекатаной

рессорно-пружинной стали 60С2ВА, с содержанием 0,2% кремния, 0,6%углерода,

1% вольфрама. Температура закалки 850єС, среда охлаждения - масло,

температура отпуска 420єС.

Механические характеристики:

-предел прочности ?в=1900МПа,

-предел текучести ?т=1700МПа,

-относительное сужение ?=20%,

-относительное удлинение ?=5%.

Допускаемое напряжение на изгиб принимаем с коэффициентом запаса

прочности s=1,2 по отношению к пределу текучести

[?И]=?т /s =1700/1,2=1416МПа?1400Мпа

Момент сопротивления изгибу для проволоки круглого сечения

WИ=?d3 /32?0,1d3

Требуемый диаметр проволоки для пружины определим из условия прочности на

изгиб.

?И=(К?М)/0,1d3 ?[?И],

Откуда

d?3?((к?М)/(0,1?[?И]))=3?((1,125?7?103)/(0,1?1400))=3,83мм

По ГОСТ 14958-75 принимаем проволоку диаметром 4мм.

Угол закручивания пружины в радианах может быть определен как угол

взаимного упругого наклона концевых сечений бруса длиной L, равной

суммарной длине витков пружины под действием чистого изгиба моментом М.

?=(М?L)/(E?J)=(М???D?i)/(E?J)

Основной момент инерции площади сучения проволоки

J=(??d4)/64=(3,14?44)/64=12,566мм

Средний диаметр пружины

D=c?d=7?4=28мм

Модуль упругости первого рода для сталей Е=2,1?105 МПа.

Задаемся углом закручивания пружины ? = 30° при расчетном моменте М=7·103

Н·мм

Величина закручивания пружины в градусах

? = ?·? / 180 = (3,14·30°) / 180=0,524 рад.

Потребное число витков пружины определим по условию, что при возрастании

момента от установочного Mmin до Мmax пружина должна получить заданный угол

? = 30°.

Величина установочного момента – момента предварительного закручивания

пружины при установке механизма на автомобиль

M min? 0.75 M max=0.75·7=5.25Н·м

Требуемое число витков пружины

i = (?·E·J) / (?·D(М мах – M min)) =

= (0.524 ·2.1·103·12.566) / (3.14·28(7·103 – 5.25·103))=9.76

Принимаем число витков пружины i = 10.

Длина развернутой пружины без учета зацепов

L ? 3,2D·i = 3,2·2,8·10=898мм.

Длина пружины :

L0=i·t=10·5,5=55мм ,

где t – шаг витков пружины

t = d+?= 4+1,5=5,5мм.

?=1,5мм – зазор между витками пружины.

Полная длина пружины с учетом зацепов

L = 62мм.

Длин развернутой пружины с учетом длин зацепов

L = 978мм.

После навивки пружины заневоливают. Для этого их подвергают пластическому

деформированию под нагрузкой того же знака, что и рабочая, но вызывающая

напряжения выше предела упругости. В результате заневоливания нагруженные

волокна получают остаточные деформации.

В свободном состоянии пружины наружные волокна, взаимодействуя с

внутренними, получают остаточные напряжения обратного знака по отношению к

рабочим, что повышает несущую способность пружины на 20-25%.

4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ РЫЧАГА ПЕДАЛЕЙ.

Рычаги педалей будут изготовлены из стального листа толщиной 6мм.

Лист 6 ГОСТ 19903-78; лист 35 ГОСТ 1050-74.

Механические характеристики тали 35 после термической обработки:

Предел прочности ?в=560МПа

Прел текучести ?т=280МПа

Твердость НВ 156

Относительное удлинение ?=15%

Относительное сужение ?=45%

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба

?-1=0,43?в=0,43·560=240МПа

Допускаемые напряжения на изгиб при коэффициенте запаса прочности на

выносливость при изгибе s=1,5

[?]=?-1/s=240/1,5=160МПа

Максимальная допустимая ширина листа для изготовления рычагов педалей из

условия прочности на изгиб

?и=М/W?[?]

Изгибающий момент на рычаге педали

Ми=F·L= 100·0,28=28Н·м

Момент сопротивления изгибу для прямоугольного сечения

W=b·h2 /6

Где h=6мм – толщина листа для изготовления рычагов.

?и=M/W=6М/(b·h2)?[?]

откуда, требуемая минимальная ширина листа:

b?6М/(h2[?])=(6·28·103)/(62·160)=23мм.

В наиболее опасном сечении рычаги педалей имеют ширину 46мм, то есть

рычаги педалей достаточно прочны.

4.6.ЭКСПЛУАТАЦИЯ И МОНТАЖ

Назначение изделия

1. Дополнительные педали предназначены для учебной езды и сдачи

квалификационного экзамена в ГИБДД МВД России на получение права управления

автотранспортным средством.

2. Дополнительные педали устанавливаются в правой части автомобиля и

предназначены для инструктора учебной езды. Технические характеристики

1. Вес, кг 5,5

2. Габаритные размеры, мм

высота 160 ширина 200 длина 956

3. Максимальное усилие на дополнительную педаль тормоза, 20кгс

4 Основные размеры и составная часть дополнительных педалей (на чертеже)

Состав изделия

1. В комплект дополнительных педалей входит оборудование с таблицей

2. Возможна замена отдельных комплектующих изделий на аналогичные по

техническим параметрам.

|Наименование |Кол. на один |Примечание |

| |учебный автомобиль| |

|Сборная часть | 1 | |

|конструкции |компл. | |

|Кронштейн к рулевой | 1 | левый |

|колонке | | |

|Кронштейн к перегородке | 1 | правый |

|моторн. отсека | | |

|Выключатель ВК 343 ТУ | 1 | |

|37.701-75 | | |

|Выключатель ВК 407 ТУ | 2 | |

|37.003.477-76 | | |

|Звуковая сигнализация РС| 1 | |

|508 ТУ 37.003.074-76 | | |

|Провод ПГВА-1,5 ОСТ | 3м | |

|6.05.05.003 | | |

|Болт М6х20.58.016 ГОСТ | 3 | |

|7798-70 | | |

|Шайба 6.02.016 ГОСТ | 3 | |

|11371-70 | | |

Устройство, работа и монтаж.

1. Дополнительные педали состоят из педалей, валов, передающих вращение от

этих педалей, кронштейнов крепления к кузову, нажимных элементов на штатные

педали.

2. При нажатии штатных педалей автомобиля дополнительные педали остаются

неподвижными.

3. Дополнительные педали фиксируются на валах стопором, позволяющим быстрое

снятие их с вала.

4. На передающих вращение валах установлены концевые выключатели, которые

включают и выключают плафон салона и звуковую сигнализацию. Данная

сигнализация применяется при сдаче квалификационного экзамена в ГИБДД.

4.1. Принципиальная электрическая схема световой и звуковой сигнализации и

подключение ее к бортовой сети автомобиля показаны на рисунке

[pic]

|Поз. обознач |Наименование |Количество |Примеча-ние |

|EL1 |Плафон ПК 140-Б ТУ |1 |Входит в |

| |337.003028-88 | |комплект |

| | | |автомобиля |

|HA |Звуковая |1 | |

| |сигнализация РС508 | | |

| |ТУ 337.003.074-76 | | |

|SA1 |Выключатель ВК343 ТУ|1 | |

| |37.003.701-76 | | |

|SB1,SB2 |Выключатель ВК407 | | |

| |ТУ37.003.477-76 | | |

|SB3 |Выключатель ВК407 | | |

| |ТУ37.003.477-76 | | |

Устройство и работа

Механизм дополнительных педалей состоит из корпусов 1 и 2 соответственно, с

прикрепленными к ним кронштейнами 3 и 4. В корпусах шарнирно установлены

оси 5, 6 и 7, на которых расположены пружины кручения, один конец которых

установлен в корпус 2, а другой во втулки 8, вращением которых производится

натяжение пружин, при этом втулки 8 закрепляются шплинтами с осями 5, 6 и

7. Для ограничения вращательного движения оси снабжены упорными болтами 9,

контактирующие с упорами 10 корпуса 1.

На штатную педаль сцепления 11 крепится сухарь 12, снабженный роликом

13, который контактирует с профильным рычагом 14, установленным через

шлицевое соединение на валу 5.

На штатную педаль тормоза 15 крепится компенсатор 16 посредством

планок 17 так, чтобы ролик 18, закрепленный на рычаге 19 и установленный

через шлицевое соединение на валу 6, располагался на нижней части

компенсатора 16.

На концах осей 5 и 6 в правой части механизма через шлицевое

соединение устанавливаются дополнительные быстросъемные от нажатия пружин

21 педали сцепления 1 и тормоза 2.

В исходном положении дополнительных педалей выключатель 4 должен быть

нажат кулачком 23.

Монтаж

Механизм дополнительных педалей корпусами 1 и 2 устанавливается

соответственно на кронштейны 3 и 4, при этом кронштейн 3 крепится одним

отверстием к оси штатных педалей, а другим отверстием к корпусу кронштейна

рулевой колонки. Корпус 2 крепится к кронштейну 4, а тот, за кожухом

отопителя салона, крепится к перегородке моторного отсека болтом М6 через

предварительно просверленное отверстие 0,7 мм.

Техническое обслуживание

1. Техническое обслуживание конструктивных элементов дополнительных

педалей проводится одновременно с проведением плановых технических

обслуживании учебного автомобиля (а также, по мере необходимости) и

заключается в:

• периодической обработке графитовой смазкой отверстий для валов в

кронштейнах крепления к кузову;

• проверке и регулировании зазора между штатными педалями и приводом

от дополнительных педалей;

• проверке работоспособности световой и звуковой сигнализации.

5. КОНТРОЛЬНЫЙ ОСМОТР ПЕРЕД ВЫЕЗДОМ

И ЕЖЕДНЕВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

УЧЕБНОГО АВТОМОБИЛЯ

Контрольный осмотр перед выездом и ежедневное техническое обслуживание

автомобиля проводится в целях обеспечения исправного состояния и

надлежащего внешнего вида автомобиля.

При контрольном осмотре выявляются неисправности, оказывающие влияние

на безопасность движения автомобиля, причем особое внимание уделяется

выявлению таких неисправностей, при кторых эксплуатация автомобиля

запрещена. Перечень неисправностей и условий, при которых запрещена

эксплуатация транспортных средств приведен в Приложении к утвержденным

постановлением Правительства Российской Федерации совместно с Правилами

дорожного движения Основным положениям по допуску транспортных средств к

эксплуатации и обязанностям должностных лиц по обеспечению безопасности

дорожного движения.

Правилами дорожного движения запрещено движение автомобиля при

неисправности рабочей тормозной системы, рулевого управления, сцепного

устройства (при движении с прицепом), негорящих фарах и задних габаритных

огнях на дорогах без искусственного освещения в темное время суток или в

условиях недостаточной видимости, а также при недействующем со стороны

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6