Восстановление автомобильных деталей и их поверхностей

Московский Автомобильно-Дорожный Институт (Государственный Технический Университет) 
 
 
 
 

КАФЕДРА ПРОИЗВОДСТВА И РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ И ДОРОЖНЫХ МАШИН 

Курсовая  работа 

«Восстановление автомобильных деталей и их поверхностей» 
 
 
 

Задание: Фланец-вилка карданного вала; Вариант  №110 
 
 
 

Студент: Ковалёв Д.Ю. 

Группа: 4Дм3.

Преподаватель: Пегачков А.А.     
 
 
 
 

  
 
 
 
 

Москва 2007

Задание 

     
 

Производится  устранение дефектов №2,3,4. В случае износа отверстия под игольчатый подшипник применяем электроимпульсную микронаплавку. 
 
 
 
 
 

Описание  работы детали 

Фланец-вилка  карданного шарнира на автомобилях используется в составе карданной передачи. 

КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА

  Карданной называется передача, осуществляющая силовую связь механизмов автомобиля, валы которых несоосны или расположены под углом. Она служит для передачи крутящего момента между валами механизмов, взаимное положение которых может быть постоянным или меняться при движении автомобиля.

  В зависимости  от типа, компоновки и конструкции  автомобиля карданная передача может передавать крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста, от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов, между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов, от полуосей к передним ведущим и управляемым колесам, от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской. Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедке и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.

  Для соединения механизмов автомобиля применяют  различные карданные передачи (рис.2).

  Одновальную карданную передачу (рис. 1, а) применяют на легковых автомобилях с короткой базой (расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4x2 для соединения коробки передач 1 с задним ведущим мостом 4. Такая карданная передача состоит из карданного вала 3 и двух карданных шарниров 2. 

 
 
 
 

Рис. 1. Карданные передачи:

а - одновальная; б- двухвальная; в - три одновальные передачи; г - Дуальная с промежуточной опорой; д - одновальные; / - коробка передач 2 -карданный шарнир; 3 - карданный вал; 4, 7 и 9 - ведущие мосты 5 и 8 -промежуточные опоры; 6 - раздаточная коробка; 10 – редуктор 
 
 
 

Двухвальную карданную передачу (рис. 1, б) применяют на автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4x2 для связи коробки передач с задним ведущим мостом. В передаче имеются два карданных вала, три карданных шарнира и промежуточная опора 5. Эта карданная передача распространена на легковых, грузовых автомобилях и автобусах ограниченной проходимости.

  На  автомобилях повышенной проходимости с колесной формулой 4x4 используют три одновальных карданных передачи (рис. 1, в) для соединения коробки передач с раздаточной коробкой 6, а также раздаточной коробки с задним и передним 7 ведущими мостами.

  На  автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6x6 и индивидуальным приводом ведущих мостов раздаточная коробка соединяется с задним ведущим мостом двухвальной карданной передачей с промежуточной опорой 8 (рис.1, г). Связь коробки передач с раздаточной коробкой с передним и средним 9 ведущими мостами осуществляется одновальными карданными передачами.

  На  автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6x6 и средним проходным ведущим мостом для связи коробки передач с раздаточной коробкой и раздаточной коробки с ведущими мостами используют одновальные карданные передачи (рис. 1, д). При этом обеспечивается привод дополнительного редуктора 10 среднего моста.

  Одно- и двухвальные карданные передачи, используемые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяют для привода передних управляемых и одновременно ведущих колес

Карданные передачи

По  типу шарниров

 

По  числу валов

Одновальные

С шарнирами неравных угловых скоростей

По  числу шарниров

                                              

Без шарниров равных угловых скоростей

                                                         .                               Одношарнирные

Двухвальные

              Двухшарнирные

       Многошарнирные

Многовальные

Рис. 2. Типы карданных передач 

Карданные шарниры

  Карданным шарниром называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом.

  Карданный шарнир неравных угловых  скоростей (асинхронный) состоит из вилки 1 (рис..3, а) ведущего вала, вилки 3 ведомого вала и крестовины 2, соединяющей вилки с помощью игольчатых подшипников. Вилка 3 может поворачиваться относительно оси 00 крестовины и одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси О_ХО_Х при передаче вращения с ведущего вала на ведомый и изменяющемся угле между валами. 

Рис. 3. Карданные  шарниры:

а — неравных угловых скоростей; б — равных угловых скоростей; / и 3 — вилки; 2 — крестовина; 4 и 5 — валы; 6 и 7 — шарики

  Следовательно, валы вращаются с разными угловыми скоростями (ш, * а>₂)> ^а ведомый вал — еще и неравномерно. Неравномерность вращения валов тем больше, чем больше угол у между валами. Неравномерное вращение валов вызывает дополнительную динамическую нагрузку на детали трансмиссии и увеличивает их износ.

  Для устранения неравномерного вращения на концах карданного вала устанавливают два карданных шарнира неравных угловых скоростей. Вилки карданных шарниров, соединенные с карданным валом, располагаются в одной плоскости. Тогда неравномерность вращения, создаваемая первым карданным шарниром, выравнивается вторым карданным шарниром, и ведомый вал вращается равномерно с частотой ведущего вала.

 . Карданные  шарниры неравных угловых скоростей  допускают передачу вращения  при углах между валами до 15...20°.

  Карданный шарнир равных угловых  скоростей (синхронный) состоит из фасонных вилок (рис. 3, б), изготовленных как одно целое с ведущим 4 и ведомым 5 валами. Вилки имеют овальные делительные канавки, в которых находятся рабочие шарики 6. Центрирование вилок осуществляется шариком 7, размещенным в сферических углублениях внутренних торцов вилок.

  Вращение  с вала 4 на вал 5 передается через рабочие шарики 6. Канавки вилок имеют специальную форму, которая независимо от изменения угла у между валами обеспечивает расположение рабочих шариков в плоскости АА, делящей угол 6 пополам. В результате этого оба вала вращаются с равными угловыми скоростями (со, = ш₂)-

  Шариковый шарнир такого типа может передавать вращение при углах у между валами, достигающими 30...32°.

  Шарнир  прост по конструкции и сравнительно недорог в изготовлении, однако он имеет ускоренное изнашивание из-за скольжения рабочих шариков относительно канавок и высокого давления между шариками и канавками. 

Конструкции карданных передач

  Карданная передача короткобазного автомобиля ограниченной проходимости (рис. 4) — одновальная, двухшарнирная, с карданными шарнирами неравных угловых скоростей. Передача состоит из трубчатого карданного вала 8, к одному концу которого приварена вилка 9, а к другому — наконечник 5 со шлицами. Наконечник соединен с подвижной в осевом направлении шлице -вой втулкой 4, приваренной к вилке 3 карданного шарнира. Такое подвижное шлицевое соединение называется компенсирующим устройством. Оно обеспечивает изменение длины карданной передачи при перемещении ведущего моста относительно коробки передач во время движения автомобиля. Шлицевое соединение смазывают через масленку. Оно уплотнено манжетой 6и защищено от грязи резиновым гофрированным чехлом 7.

  Вилки 3 и 9 соединены с вилками 1 и 10 карданных шарниров крестовинами 2 и игольчатыми подшипниками, которые смазывают через масленку в крестовине. Каждый подшипник состоит из стального стакана с иголками, закрепленного в проушине вилки и уплотненного манжетой для удержания смазочного материала и защиты от воды и грязи. Вилки 1 и 10 через свои фланцы болтами прикреплены к фланцам, которые установлены на концах валов коробки передач и главной передачи, соединяемых карданной передачей. Фланцевое крепление карданной передачи удобно для монтажа и демонтажа агрегатов автомобиля.

  Карданная передача грузового  автомобиля ЗИЛ ограниченной проходимости (рис. 5) — двухвальная, трехшарнирная, с карданными шарнирами неравных угловых скоростей. Передача включает основной 6 и промежуточный 1 карданные валы, соединенные между собой, с коробкой передач и задним мостом карданными шарнирами 5; промежуточную опору 3 и компенсирующее устройство 10. Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник 8, установленный на промежуточном карданном валу.

     Рис.4. Карданная передача короткобазного автомобиля: /, 3, 9 и 10 — вилки; 2 — крестовина; 4 — втулка; 5 — наконечник; 6 — манжета;

7 — чехол;  8 — вал 

Рис. 5. Карданная  передача грузового автомобиля ЗИЛ  ограниченной

проходимости:

1

1  и  6— карданные валы; 2 — втулка; 3 — промежуточная опора; 4 — кронштейн; — карданный шарнир; 7 — обойма; 8 — подшипник; 9 — крышка; 10 — компенсирующее устройство

Подшипник, закрытый двумя крышками 9 с войлочными манжетами, находится в упругой резиновой обойме 7, которая размещена в кронштейне 4, закрепленном на раме автомобиля. Резиновая обойма подшипника уменьшает вибрации и исключает воз-никновение в промежуточном карданном валу нагрузок, обусловленных неточностью монтажа опоры и деформациями рамы автомобиля.

 Компенсирующее  устройство 10 карданной передачи представляет собой подвижное в осевом направлении соединение. Оно состоит из шлицевой втулки 2, приваренной к промежуточному карданному валу, и шлицевого наконечника вилки карданного шарнира 5, соединяющего карданные валы. Компенсирующее устройство смазывается при сборке, уплотняется войлочной манжетой и защищается резиновым гофрированным чехлом.

   Карданная передача легкового  автомобиля ВАЗ  (рис. 6) состоит из переднего 3 и заднего 7 карданных валов, двух карданных шарниров 6, эластичной муфты 1 и промежуточной опоры 4. Резиновая эластичная муфта соединяет вторичный вал коробки передач с передним карданным валом. Передний фланец 8 муфты установлен на шлицах вторичного вала 14 коробки передач и закреплен на нем гайкой 13, а задний фланец 9 — на шлицах наконечника 11 переднего карданного вала. Шлицевое соединение наконечника и фланца компенсирует изменение длины карданной передачи при движении автомобиля. Для смазывания оно имеет резьбовое отверстие с пробкой 12 и защищено манжетой 10.

     

   Рис. 6. Карданная передача легкового автомобиля ВАЗ: а - общий вид; б - эластичная муфта; в - промежуточная опора; 1 - муфта-2- кронштейн; Зи7- карданные валы; 4 - промежуточная опора; 5- поперечина; 6 - карданный шарнир; 8 и 9- фланцы; 10 - манжета; 11 - наконечник; 12 - пробка; 13 - гайка; 14 - вал; 15 - обойма; 16 и 20 - вилки- 17 -кольцо; 18 и 22 - подшипники; /9 - манжета; 21 - крестовина 

   Передний  3 и задний 7 карданные валы изготовлены из тонкостенной стальной трубы. У переднего карданного вала с обоих концов приварены шлицевые наконечники, а у заднего — вилки карданных шарниров. Задний наконечник переднего карданного вала установлен в шариковом подшипнике 22, размещенном в стальном корпусе, который завулканизирован в резиновой обойме промежуточной опоры 4. Резиновая обойма 15 привулканизи-рована к кронштейну промежуточной опоры, который крепится К поперечине 5, связанной с полом кузова автомобиля. Форма резиновой обоймы обеспечивает переднему карданному валу некоторое осевое перемещение в промежуточной опоре. Резиновая обойма поглощает также вибрации карданной передачи, возникающие при ее работе. На шлицах заднего наконечника переднего карданного вала закреплена вилка 16 карданного шарнира 6. Под передним карданным валом установлен кронштейн безопасности 2, исключающий падение вала при разрушении эластичной муфты 1 и повышающий безопасность движения автомобиля. Задний карданный вал 7 соединен с передним карданным валом и ведущей шестерней главной передачи с помощью карданных шарниров 6. Карданный шарнир состоит из двух вилок 16 и 20, крестовины 21, игольчатых подшипников 18, а также уплотнительных 19 и стопорных 17 деталей. Подшипники крестовины смазывают при сборке, а во время эксплуатации в смазке не нуждаются. 
 
 

   Эскиз детали с обозначением ее дефектов 

   

 

1 – Износ отверстия  под болты крепления

2 – Повреждение   резьбы в отверстиях  под болты крепления  крышек игольчатого  подшипника.

3 – Износ отверстия  под игольчатый  подшипник. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Разработка  общей последовательности технических операций и маршрута восстановления. 

Конструкторско-технологические  характеристики фланца-вилки  карданного шарнира: 

1. материал  – Ст. 35;

2. поверхность  – сложной формы;

3. соединение  с др. деталями – подвижное;

4. нагрузки  – значительные знакопеременные.

 

  По заданию имеются три дефекта: повреждение резьбы, износ отверстий под игольчатый подшипник, износ отверстия под болты крепления. Произведено заключение об их ремонтопригодности и оговорены предпочтительные способы восстановления: 

1. Повреждение резьбы в отверстиях под болты крепления крышек игольчатых подшипников восстанавливается рассверливанием с полной заваркой отверстия и последующим сверлением нового и нарезкой резьбы. Применение другого способа восстановления невозможно, ввиду малого диаметра отверстия (ремонтируется поврежденная резьба М8). 

2. Отверстия под игольчатый подшипник рекомендуется восстанавливать электроимпульсной микронаплавкой. Этот способ выбран, как наиболее подходящий, ибо именно этим способом рекомендуется восстанавливать посадочные места под подшипники диаметром менее 40 мм. Способ подходит для деталей с любыми нагрузками и для неподвижных посадок. 

3. Износ  отверстия под болты крепления  целесообразно восстанавливать,  заварив полностью отверстие  и просверлив его заново. Заваривать  отверстие приходится в виду его маленького диаметра (d=12мм). 
 
 

Последовательность  устранения дефектов: 

Работы, связанные  со сваркой и наплавкой производим перед началом финишной механической обработки, т.к. в процессе сварки и наплавки разбрызгиваются капли металла. 

1). Проводим необходимую предварительную обработку отверстий.

2). Завариваем  отверстия, которые в этом нуждаются.

3). Наплавляем  отверстие под игольчатый подшипник.

4). Сверлим новые отверстия.

5). Нарезаем  резьбу.

6). Проводим  окончательную мех. обработку поверхностей. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема технологического процесса изготовления зубчатого колеса. 

 

Выбор режимов и условий  восстановления. 

1. Заваривать отверстия будем электродом Э-10Г2 ОЗН-250У, диаметром d=5мм, с силой тока I=180А.

2. Для наплавки отверстия под игольчатый подшипник будем использовать наплавочный аппарат А-580М. 

Условия: 

При заварке отверстия подложить неметаллическую пластину (керамическую).

Для удобства оператора  и большей точности, все работы производятся на детали, установленной в специальное приспособление.

 
 
 

Нормирование  операций, связанных  с восстановлением  детали. 
 

25. Сварочная. Заварка отверстия под болт крепления. 

Основное время:        

где V- объем металла  на заваривание отверстия, мм²;

      g-плотность наплавляемого металла, г/см³ ;

       Кп- коэффициент разбрызгивания  металла(к=0,9);

       а_н- коэффициент расплавления(а_н =8 г/А*ч);

        I-сварочный ток;

        Кс- коэффициент сложности (Кс=1). 

V=pR²h=3.14*7.5²*10=1766.25 мм³,

где R-радиус отверстия. 

 
 

Вспомогательное время определяем из таблицы в  методичке t_в=0,35мин; 

   Дополнительное  время t_обс+t_от=0,05(t₀+ t_в)=0,05(0,52+0,35)=0,044мин; 

   Подготовительно-заключительное время  при партии в 100 штук равно  

          t_п-з/n=20/100=0,2мин; 

Штучно-калькуляционное  время t_шк=0,52+0,35+0,044+0,2=1.1мин. 
 
 

30. Сверлильная. Рассверливание отверстия под резьбу – удаление остатков старой резьбы. 

Основное  время: 

Длина L = 20 мм

Кол-во проходов i = 1

Подача S = 0.2 мм/об

Число оборотов

Скорость резания  V = 15 м/мин

Диаметр сверла D = 8 мм

Вспомогательное время: 

tуст – вспомогательное время на установку детали = 0,35мин

tпер – вспомогательное время на переход = 0,11мин

tизм – вспомогательное время на измерение детали = 0,08мин

Операционное  время: tоп = tо + tв=0,209+0,54=0,749 мин

Время на отдых:  6% от (tо + tв) =0,06*0,749=0,045мин

Время на обслуживание:   3,5% от tоп=0,035*0,749=0,026 мин

Штучное время:

Подготовительно-заключительное время:  tп-з на партию 100шт. = 20мин.

 tп-з = 0,2 мин.

Время штучно-калькуляционное:  
 

35. Сварочная. Заварка отверстия под болт крепления крышки игольчатого подшипника. 

Основное время:        

где V- объем металла  на заваривание отверстия, мм²;

      g-плотность наплавляемого металла,  г/см³ ;

       Кп- коэффициент разбрызгивания металла(к=0,9);

       а_н- коэффициент расплавления(а_н =8 г/А*ч);

        I-сварочный ток;

        Кс- коэффициент сложности (Кс=1). 

V=pR²h=3.14*4²*10=502,4 мм³,

где R-радиус отверстия. 

 
 

Вспомогательное время определяем из таблицы в методичке t_в=0,35мин; 

   Дополнительное  время t_обс+t_от=0,05(t₀+ t_в)=0,05(0,15+0,35)=0,025мин; 

   Подготовительно-заключительное время  при партии в 100 штук равно  

          t_п-з/n=20/100=0,2мин; 

Штучно-калькуляционное  время t_шк=0,15+0,35+0,025+0,2=0,725мин.

40. Шлифовальная. Шлифовка отверстия под игольчатый подшипник до d=40мм.

Основное  время: 

Длина L = 20мм

Кол-во проходов i = 1

Подача S = 0.2мм/об

Число оборотов

Скорость резания V = 10 м/мин

Диаметр отв. заготовки  D = 39.1 мм

Вспомогательное время: 

tуст – вспомогательное время на установку детали = 0,4мин

tпер – вспомогательное время на переход = 1мин

tизм – вспомогательное время на измерение детали = 0,08мин

Операционное  время: tоп = tо + tв=1,23+1,48=2,71 мин

Время на обслуживание:   3,5% от tоп, t_обс =0,095мин

Штучное время:

Подготовительно-заключительное время:  tп-з на партию 100шт. = 10мин.

 tп-з = 0,1 мин.

Время штучно-калькуляционное:  

45. Наплавочная. Наплавка отверстия под игольчатый подшипник. 

Основное время:        

где F- площадь поперечного сечения наплавляемого материала (вдоль оси отв-я), мм²;

     L - глубина наплавляемого отв-я (20мм), мм;  

      g - плотность наплавляемого металла, г/см³ ;

       Кп - коэффициент разбрызгивания металла(к=0,9);

       а_н - коэффициент расплавления(а_н =12 г/А*ч);

        I – сварочный ток;

        Кс - коэффициент сложности (Кс=1);

        Кпер – коэффициент перекрытия  наплавочной проволоки (1,2). 

F=(pR1² – pR2²) = 3.14*(20²-19²) = 122,46 мм²,