Технология ремонта вала

Введение

В новых условиях хозяйствования, когда в производстве после капитального ремонта эксплуатируются  более 50 % тракторов и 75 % двигателей, необходимо увеличивать темпы технического перевооружения производственных, перерабатывающих и других отраслей. В связи с этим большое значение имеет повышение качества и надежности выпускаемых машин, уровня их технического обслуживания и ремонта, включая организацию и проектирование ремонтно-обслуживающего производства.    Однако с ростом балансовой стоимости сельскохозяйственной техники существенно увеличиваются и затраты на ее ремонт. Следовательно, встает задача снижения этих затрат за счет повышения качества и надежности изготовления и капитального ремонта машин.

         Наиболее важный фактор снижения  затрат – высокое качество  капитального ремонта машин. Улучшения качества ремонтных работ можно добиться, с одной стороны, за счет модернизации устаревшего ремонтно-технологического оборудования и совершенствования технологий ремонта на крупных предприятиях, а с другой – за счет увеличения уровня концентрации ремонта разномарочных агрегатов и машин, имеющих близкие по характеру дефекты и конструктивно-технологические свойства (использование принципов узловой и технологической специализации), и углубления профессиональной специализации.

         В системе мер по снижению  затрат на ремонт важное значение  имеет  рациональный выбор способа восстановления изношенных деталей. Как известно, в настоящее время существует огромное количество различных методов нанесения покрытий и их последующей обработки. Основная задача предприятий ремонтного производства – оснащение производственных подразделений современным энергосберегающим оборудованием и внедрением ресурсосберегающих технологий ремонта. При этом необходимо добиваться того, чтобы затраты на внедрение новых технологий не приводили бы к значительным экономическим издержкам. Этого можно достичь путем предварительной тщательной дефектации часто изнашиваемых деталей и последующим грамотным назначением всех операций технологического процесса восстановления. Кроме того, необходимо сочетать преимущества агрегатного (обезличенного) метода ремонта с необезличенным методом ремонта, когда не происходит раскомплектовки прецизионных пар трения. Это позволяет достичь наибольшего ресурсосбережения и высокой экономии денежных средств.

  1 Особенности конструкции детали

Коробка передач  предназначена для изменения  передаточных чисел трансмиссии и получения различных скоростей и тяговых усилий трактора, а также для изменения направления движения. Кроме того, через коробку передач обеспечивается привод заднего и бокового ВОМ, ходоуменьшителя, переднего ведущего моста трактора МТЗ-80.

Коробка передач (рисунок 1.1) – механическая с девятью передачами переднего хода и двумя заднего хода, с понижающим редуктором, включение которого удваивает число передач.

В корпусе 5 коробки  размещены соосные первичный 3 и  вторичный 10 валы, параллельно им расположены  промежуточный вал 2 и вал 58 пониженных передач и заднего хода, шестерни передач и двух ступеней редуктора, а также шестерни привода ходоуменьшителя и раздаточной коробки.

Первичный вал установлен на двух шариковых подшипниках. Передний подшипник размещен в стакане 6, вставленном в расточку стенки коробки передач; задний подшипник установлен в расточке переднего конца вторичного вала. От осевых перемещений первичный вал удерживает передний подшипник, фиксирующийся в стакане и на валу стопорными кольцами. На шлицах первичного вала установлены подвижные каретки двухвенцовой шестерни 7 четвертой и пятой передач и ведущей шестерни 8 третьей передачи, а также неподвижная шестерня 4 понижающего редуктора.

Промежуточный вал 2 пустотелый, внутри него проходит внутренний вал 33 привода ВОМ. Спереди промежуточный вал опирается на подшипник 45, установленный вместе со стаканом в расточку стенки коробки передач; задней опорой является бронзовая втулка 35, запрессованная в отверстие ступицы ведущей шестерни 36 второй ступени редуктора.

Вторичный вал 10, выполненный как одно целое с ведомой шестерней первой ступени редуктора, установлен на двух конических роликовых подшипниках 27 и 29. Наружная обойма переднего подшипника запрессована в расточку перегородки корпуса коробки, второй подшипник запрессован в стакан, установленный в расточку задней стенки коробки передач. На вторичном валу установлена ведомая шестерня 26 второй ступени редуктора и ведущая шестерня 25 главной передачи. Кроме того, передняя часть вторичного вала снабжена внутренним зубчатым венцом для соединения с ведущей шестерней 8 первичного вала. Подшипники и шестерни на валу стягиваются прорезной гайкой 24.

Рисунок 1.1 – Коробка передач трактора МТЗ-80

1- гайка  промежуточного вала; 2 - промежуточный  вал; 3 - первичный вал; 4 - ведомая  шестерня понижающего редуктора; 5 - корпус коробки передач; 6 - стакан первичного вала; 7 - скользящая шестерня IV и V передач; 8 - скользящая шестерня III передачи; 9 - ползун; 10 - вторичный вал; 11 - шарик; 12 - крышка коробки передач; 13 - заливная пробка; 14 - Шаровая опора; 15 - рычаг переключения передач; 16 - чехол; 17 - штифт; 18 - рамка; 19 - валик рамки; 20 - шарик выключателя; 21 - выключатель ВК-403;22 - регулировочные прокладки выключателя; 23- регулировочные прокладки; 24 - гайка; 25 - ведущая шестерня; 26 - ведомая шестерня II ступени редуктора; 27 и 29 - конические подшипники; 28 - упорная шайба; 30 - крыльчатка; 31 - гнездо внутреннего вала; 32 - втулка; 33 - внутренний вал; 34 - подшипники; 35 - втулка; 36 - ведущая шестерня II ступени редуктора; 37 - ведущая шестерня I ступени редуктора; 38 - промежуточная шестерня; 39 - подшипник; 40 - ведомая шестерня III передачи; 41 - ведомая шестерня IV передачи; 42 - промежуточная шестерня заднего хода; 43 - ось промежуточной шестерни; 44 - ведомая шестерня V передачи; 45 - подшипник; 46 - переднее гнездо внутреннего вала; 47 - промежуточная шестерня понижающего редуктора; 48 - валик переключения редуктора; 49 - поводок; 50 - промежуточная шестерня; 51 - вилка; 52 - пружинное кольцо; 53 - упорное кольцо; 54 - ведомая шестерня включения ходоуменьшителя; 55 - крышка левого люка; 56 - ведомая шестерня I передачи и заднего хода; 57 - скользящая шестерня 1 передачи и заднего хода; 58 - вал I передачи и заднего хода.

Объектом технического контроля является вал I передачи и заднего хода (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Вал I передачи и заднего хода трактора МТЗ-80

Вал  первой передачи и заднего хода расположен в левой  части корпуса коробки передач. Опорами вала служат два шариковых подшипника, установленных в расточках корпуса. На шлицы вала установлены ведомая 56 и скользящая 57 шестерни первой передачи и заднего хода и шестерня 54 включения ходоуменьшителя.

Ведомая шестерня 56 посажена на валу свободно и может  вращаться относительно вала, постоянно зацепляясь с промежуточной шестерней 38 вторичного вала, которая, в свою очередь, находится в постоянном зацеплении с шестерней 8 первичного вала. Если шестерня 54 включения ходоуменьшителя сдвинута до упора в шестерню 56 и зафиксирована в этом положении пружинным кольцом 52 (как показано на рисунке), соединяясь своими внутренними шлицами С наружными шлицами ступицы шестерни 56, то обе шестерни и вал объединяются в одно целое и вращаются вместе. Это положение шестерен соответствует работе трактора без ходоуменьшителя.

Перед установкой ходоуменьшителя для обеспечения  перемещений шестерни 54 из канавки  извлекают кольцо 52 и отодвигают его до упора в бурт вала.

Промежуточная шестерня 42 вращается на втулке относительно неподвижной оси 43 и находится  в постоянном зацеплении с меньшим  зубчатым венцом шестерни 44.

Редуктор коробки  передач имеет две ступени. При помощи первой ступени включают первую, третью, четвертую и пятую передачи переднего хода и первую передачу заднего хода, а остальные передачи – при помощи второй ступени редуктора. При зацеплении шестерни 37 с наружным венцом вторичного вала включена первая ступень, при перемещении шестерни 37 назад до полного сцепления с внутренним венцом шестерни 36 включается вторая ступень редуктора

В зависимости  от ступени редуктора двухвенцовая шестерня 7, перемещаясь на первичном  валу, включает пятую или восьмую  передачу, а при перемещении назад – четвертую или седьмую. Шестерня 8, перемещаясь вперед, включает пятую или шестую передачу, а при перемещении назад соединяет первичный вал с внутренним зубчатым венцом вторичного вала и обеспечивает прямую девятую передачу. При перемещении шестерни 57 назад включаются первая и вторая передачи, а вперед – передачи заднего хода.

На верхней  плоскости коробки передач установлен корпус механизма переключения передач, в котором размешены прямоугольные валики – ползуны 9 с приваренными к ним вилками переключения. Положение вилок и переключаемых шестерен фиксируется шариками 11 пружинных фиксаторов. Переключение ступеней редуктора осуществляется ползуном, к которому приварен поводок 49, соединенный с валиком 48, на котором закреплена вилка 51, перемещающая шестерню 37 редуктора.

Переключение  передач осуществляется рычагом 15, установленным на шаровой опоре 14 в верхней крышке 12 коробки передач и уплотненным резиновым чехлом 16. Нижний конец рычага 15 заходит в пазы ползунов вилок и при переключении передач перемещает необходимый ползун.

Вал изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050–74.

  2 Условия работы детали при эксплуатации

Вал I передачи и заднего хода трактора МТЗ–80 может иметь поломки из-за ненормальных условий эксплуатации, работы в зоне критической частоты вращения, неправильной укладки, нарушении технологии при его изготовлении или усталости металла и чрезмерного изнашивания подшипников.

Недостаточность жесткость корпуса  вала приводит к тому, что во время  работы он подвергается непрерывным изгибам, что вызывает усталость материала и появления трещин, приводящих к усталостному разрушению.

Вал должен лежать на всех подшипниках качения и обеспечивать максимальное значение передачи крутящего момента.

Основными причинами отказов такого рода деталей является износ наружных поверхностей, износ шлицевого и шпоночного соединения, перераспределение остаточных напряжений, биение наружных поверхностей, приводящие к потере геометрической точности детали, а также усталостные разрушения в материале, и, как следствие, поломка детали.

Поэтому при изготовлении детали важно  учитывать механические, физические, химические свойства материала изготовления.

3 Механические свойства материала  детали

Вал I передачи и  заднего хода трактора МТЗ–80 изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050–74.

Одной из самых  стойких конструкционных углеродистых качественных сталей, считается сталь 45, так как она обеспечивает нормализование, улучшение и подвергаемость поверхностной термической обработке изделия из стали 45. В производстве шестерен, бандажей, вал, шестеренок, коленчатых валов, распределительных валов, шпинделей, фрикционных дисков, зубчатых реек, прокатных валков, и многих других не ответственных деталей сталь 45 считается лучшим исходным материалом. Широко применяется сталь 45 в производстве режущих инструментов.

Назначение: пальцы, коленчатые и распределительные  валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностей термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность.

Химический состав представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Химический состав стали 45

Технологические свойства:

Температура ковки  – начала 1250, конца 700. Сечения до 400 мм охлаждаются на воздухе;

Свариваемость –  трудносвариваемая. Способы сварки: РДС и КТС. Необходим подогрев и последующая термообработка;

Обрабатываемость  – резанием;

Склонность к  отпускной способности – не склонна;

Флокеночувствительность – малочувствительна;

Механические свойства представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Механические свойства стали 45

Коэффициент точности шероховатости определяется по формуле

                                                    ,                                               (3.1)

где  – средняя точность поверхности детали.

Тогда

4 Выбор рациональных способов восстановления детали и установочных баз

Основные  дефекты вала I передачи и заднего хода МТЗ–80 приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Основные дефекты вала I передачи и заднего хода МТЗ–80

Наиболее  эффективным способом устранения дефекта №1 является контактная сварка.

Контактная – сварка  процесс образования неразъёмного сварного соединения путём нагрева металла, проходящим через него электрическим током и пластической деформации зоны соединения под действием сжимающего усилия.

Контактная сварка преимущественно используется в  промышленном массовом или серийном производстве однотипных изделий. Применяется  на предприятиях машиностроения, в  авиационной промышленности.

Различают следующие основные виды контактной сварки:

Точечная контактная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках. Прочность соединения определяется размером и структурой сварной точки, которые зависят от формы и размеров контактной поверхности электродов, силы сварочного тока, времени его протекания через заготовки, усилия сжатия и состояния поверхностей свариваемых деталей. С помощью точечной сварки можно создавать до 600 соединений за 1 минуту. Применяется для соединения тончайших деталей (до 0,02 мкм) электронных приборов, для сварки стальных конструкций из листов толщиной до 20 мм в автомобиле-, самолёто- и судостроении, в сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях промышленности.  

Рельефная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно нескольких точках, имеющих специально подготовленные выступы-рельефы. Этот способ аналогичен точечной контактной сварке. Главное отличие: контакт между деталями определяется формой их поверхности в месте соединения, а не формой рабочей части электродов, как при точечной сварке. Выступы-рельефы заранее подготавливаются штамповкой или иным способом и могут присутствовать на одной или обеих свариваемых деталях. Рельефная сварка применяется в автомобилестроении для крепления кронштейнов к листовым деталям (например, для крепления скоб к капоту автомобиля, для крепления петель для навески дверей к кабине); для соединения крепежных деталей – болтов, гаек и шпилек. В радиоэлектронике применяется для присоединения проволоки к тонким деталям.

Шовная сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются швом, состоящим из ряда отдельных сварных точек (литых зон), частично перекрывающих или не перекрывающих одна другую. В первом случае шов будет герметичным. Во втором случае шовная сварка, выполненная отдельными точками без перекрытия практически не будет отличаться от ряда точек, полученных при точечной сварке. Процесс шовной сварки осуществляется на специальных сварочных станках с двумя (или одним) вращающимися дисковыми роликами-электродами, которые плотно сжимают, прокатывают и сваривают соединяемые детали. Толщина свариваемых листов колеблется в пределах 0,2–3 мм. Применяется при изготовлении различных емкостей, где требуются герметичные швы – бензобаки, трубы, бочки, сильфоны и др.

Стыковая сварка – сварочный процесс, при котором детали соединяются по всей плоскости их касания, в результате нагрева. В зависимости от марки металла, площади сечения соединяемых деталей и требований к качеству соединения стыковую сварку можно выполнять несколькими способами: сопротивлением, непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.Сварка сопротивлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 200 мм. Применяется в основном при сварке проволоки, стержней и труб из низкоуглеродистой стали относительно малых сечений. Сварка оплавлением используется для соединения деталей с площадью сечения до 100000 мм, таких как трубопроводы, арматура железобетонных изделий, стыковые соединения профильной стали. Применяется для соединения железнодорожных рельсов на бесстыковых путях, для производства длинноразмерных заготовок из сталей, сплавов и цветных металлов. В судостроении используется для изготовления якорных цепей, змеевиков холодильников рефрижераторных судов. Также сварка оплавлением используется в производстве режущего инструмента (например, для сварки рабочей части сверла из инструментальной стали с хвостовой частью из обычной стали).

Электроконтактная наварка лентой  (ЭКНЛ) является одним из перспективных способов формирования на рабочих поверхностях деталей машин металлопокрытий со специальными эксплуатационными свойствами. По сравнению с широко применяющимися технологиями восстановления и поверхностного упрочнения деталей машин (дуговая наплавка, напыление, гальваническое осаждение) способ электроконтактной наварки лентой имеет ряд преимуществ, которые позволяют осуществлять наращивание слоя металла различной толщины и твердости на детали различного диаметра при невысоких материальных затратах.

Процесс осуществляется следующим образом.

Концы присадочных  лент 1 зажимаются между роликовыми электродами 2 и деталью 3, образуя электрическую цепь 4 вторичного контура сварочного трансформатора Тр. При пропускании во вторичном контуре импульсов сварочного тока I большой величины и малого напряжения происходит приварка ленты к поверхности детали. Сплошной валик наваренного металла образуется при вращении детали с угловой скоростью  так, чтобы единичные объемы наваренного металла перекрывали друг друга. Восстановление всей поверхности осуществляется наваркой по винтовой линии за счет продольной подачи S роликовых электродов. Толщина слоя зависит от количества проходов. Подача в зону наварки охлаждающей воды 5 приводит к закалке углеродистого наваренного металла и предотвращает перегрев всей детали.

Рисунок 4.1 – Процесс осуществления электроконтактной наварки

1 – присадочная лента; 2 – роликовый электрод; 3 – вал (деталь);

4 – электрическая цепь; 5 – подача охлаждающей жидкости

В качестве допускаемого способа устранения дефекта №1 является вибродуговая наплавка в среде водяного пара.

Ее  особенности – вибрация электродной проволоки и подача охлаждающей жидкости, в нашем случае водяного пара в зону горения. Частота вибрации составляет 50-100 Гц (амплитуда 1…3 мм) и достигается электромагнитным или механическим вибраторами.

Вибродуговую  наплавку проводят с помощью автоматической вибродуговой головки, которую устанавливают  на суппорте токарного станка. Она  подает проволоку в зону наплавки и осуществляет вибрирование.

С помощью охлаждающей жидкости (водяного пара) закаливают наплавленный слой без дополнительной термической обработки, защищают расплав металла от О₂ и N воздуха и предотвращают нагрев детали.

Твердость и износостойкость покрытия при  вибродуговой наплавке имеют высокие  значения без термической обработки. Вибрация позволят производить капельный  перенос наплавляемого материала.

Наиболее  эффективным способом устранения дефекта №3 является рихтовка.

Рихтовка (правка) представляет собой операцию по выправке металла, заготовок и деталей, имеющих вмятины, волнистость, коробление, искривление и др. Правка и рихтовка имеют одно и то же назначение, но отличаются приемами выполнения и применяемыми инструментами и приспособлениями.

Металл подвергается рихтовке, как в холодном, так и в нагретом состоянии. Выбор способа зависит от величины прогиба, размеров и материала изделия.

Рихтовка может выполняться ручным способом – на стальной или чугунной плите, или на наковальне – и машинным – на правильных вальцах, прессах.

Кривизну деталей  и заготовок определяют на глаз или  по зазору между плитой и уложенной  на нее деталью. Края изогнутых мест отмечают мелом.

При рихтовке важно правильно выбирать места, по которым следует наносить удары. Сила ударов должна быть соразмерна с величиной кривизны и постепенно уменьшаться по мере перехода от наибольшего изгиба к наименьшему. Во избежание образования трещин и наклепа материала нельзя наносить повторные удары по одному и тому же, месту заготовки. Правку выполняют на наковальне, правильной плите или надежных подкладках, исключающих возможность соскальзывания с них детали при ударе. Правильные плиты изготавливают из стали или серого чугуна монолитными или с ребрами жесткости, они должны быть достаточно массивны – масса их не менее чем в 80 – 150 раз больше массы молотка. Рабочая поверхность плиты должна быть ровной и чистой. Устанавливают плиты на металлические или деревянные подставки, обеспечивающие, кроме устойчивости, и горизонтальность положения.

Рихтовка считается законченной, когда все неровности исчезнут и деталь станет прямой, что можно определить наложением линейки.

5 Составление плана технологических  операций с подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструмента

5.1 Составление  схем технологического процесса устранения группы дефектов

Схема технологического процесса устранения дефектов представлена в таблице 5.1

Таблица 5.1 – План технологических  операций на устранение группы дефектов

5.2 Составление плана технологических операций на устранение группы дефектов с подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструментов

План технологический  операций на устранение дефектов с  подбором необходимого оборудования, приспособлений, инструментов приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – План технологических  операций на устранение группы дефектов

Далее назначаются  припуски на механическую обработку, и  производится расчет режимов резания.

В качестве основного  документа технической документации представляется маршрутная карта (приложение А),где указаны все операции и  переходы, а также оборудование, приспособление, режущий и измерительный  инструмент, количество рабочих.

Вторым технологическим  документом является операционная карта (приложение Б), где указаны переходы на одну операцию, указан ее номер и материал заготовки, ее масса и твердость детали.

6 Расчет припусков на обработку

Вал I передачи и  заднего хода трактора МТЗ–80 изготовлен из стали 45 ГОСТ 1050–74.

Сталь 45 относится  к качественным углеродистым сталям. Эти стали (ГОСТ 1050 - 74) выплавляют с  соблюдением более строгих условий  в отношении состава шихты и ведения плавки и разливки чем стали обыкновенного качества. К ним предъявляют более высокие требования по химическому составу и структуре: содержание S ≤ 0,04 %, P ≤ 0,035 – 0,04 %, а также меньше количество неметаллических включений, регламентированные макро- и микроструктура.

Качественные  углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, … , 85, которые указывают  среднее содержание углерода в сотых  долях процента.

 Сталь 45 относится  к среднеуглеродистой стали (0,3 – 0,5 % С), применяют после нормализации, улучшения и поверхностной закалки.  Эта сталь в нормализованном состоянии по сравнению с низкоуглеродистыми имеет более высокую прочность при более низкой пластичности ( МПа, МПа, ). Сталь в отожженном состоянии хорошо обрабатывается резанием. После улучшения сталь 45 имеет следующие механические свойства: МПа, МПа, и KCU = 0,4 – 0,5 МДж/м². Прокаливаемость стали невелика; критический диаметр после закалки в воде не превышает 10 – 12 мм (95 % мартенсита). В связи с этим ее следует для деталей не требующих большой прокаливаемости. Для повышения прокаливаемости стали обычно легируют марганцем (40Г, 50Г).

Исходя из назначенных операций ремонта вала I передачи, назначаем следующие припуски:

Припуск на шлифовальную операцию вала (черновое шлифование) a = 0,4 мм;

Припуск на шлифовальную операцию вала (предварительное шлифование) a = 0,4 мм;

Припуск на шлифовальную операцию вала (чистовое шлифование) a = 0,06 мм;

Глубина дефектного слоя h = 0,4 мм;

Правка вала проводится до получения прямолинейности. Прямолинейность проверяется индикатором. 

7 Расчет режимов обработки и  норм времени по операциям

7.1 Шлифовальная  операция 

Глубина резания (поперечная подача) при наружном черновом круглом шлифовании: t = 0,015…0,05 мм/ход, а при чистовом – t = 0,005…0,015 мм/ход.