Восстановление карданного вала

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

УЧРЕЖДЕНИЕ  «КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА И ТРАНСПОРТА»

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По ремонту  строительно-дорожных машин, автомобилей  и тракторов 

На тему:

Восстановление  карданного вала

 

 

 

 

Выполнил учащийся КСиТ гр. 11МТ-2

Колесников  К.А. __ ______

Принял преподаватель  КСиТ:

Макеев В.В. __ ______

 

 

г. Зыряновск

2013 г.

Содержание

Введение

1.Назначение  и устройство

2.Возможные  неисправности

3.Дефектовка  карданной передачи

4.Выбор рациональных  способов восстановления детали

4.1 Возможные  способы восстановления

4.2 Выбор рациональных  способов восстановления различных  поверхностей деталей

5.Проектирование  маршрутов и операций по восстановлению  деталей.

5.1 Порядок вибродуговой  наплавки

5.2 Плазменная  наплавка

5.3 Процесс гальванического наращивания (железнение)

5.4 Обработка  деталей после наплавки

5.5 Обработка  деталей после гальванического  наращивания

6.Ремонт карданной  передачи

6.1 Проверка  технического состояния карданов

6.2 Шприцевание  карданных валов

6.3 Балансировка  карданных валов

Заключение

Список используемой литературы

        

Введение

Постоянная  необеспеченность ремонтного производства запасными частями является серьезным  фактором снижения технической готовности автомобильного парка . Расширение их производства, новых запасных частей связано с увеличением материальных и трудовых затрат . Вместе с тем около 75% деталей выбрасываются при первом капитальном ремонте автомобилей , являются ремонтно-пригодными, либо могут быть использованы вообще без восстановления . Поэтому целесообразной альтернативой расширению производства запасных частей являются вторичное использование изношенных деталей , восстанавливаемых в процессе ремонта автомобиля и его агрегатов.

Из ремонтной  практике известно , что большинство  выбракованных по износ деталей теряют не более 1-2% исходной массы . при этом прочность деталей практически сохраняется .

С позиции воспроизводства  машин экономическая целесообразность ремонта обусловлена возможностью повторного использования большинства  деталей как годных , так и предельно изношенных после восстановления . Это позволяет осуществить ремонт в более короткие сроки с меньшими затратами металла по сравнению с затратами при изготовлению новых деталей.

Высокое качество отремонтированных автомобилей  и агрегатов предъявляет повышение требования к ресурсу восстановленных деталей. Известно , что в автомобилях и агрегатах после капитального ремонта детали работают , как правило в значительно худших условиях , чем в новых , что связано с изменением базисных размеров , смещением осей в корпусных деталях , изменение условий задачи смазки и пр. В этой связи технология восстановления деталей должна базироваться на таких способах нанесения покрытий и последующей обработки , которые позволили бы не только сохранить , но и увеличить ресурс отремонтированных деталей .

1.Назначение  и устройство

Карданная передача предназначена для передачи крутящего  момента от одного механизма к  другому . Карданная передача чаще всего  соединяе ведомый вал коробки  передач или раздаточной коробки с ведущим валом главной передачи моста .

Устройство  карданной передачи:

§ вал карданный;

§ карданный шарнир;

§ промежуточная опора.

- Карданный  вал - это труба, по обеим  сторонам которой имеются шарниры.  Труба очень прочная, так как  по ней передается все усилие от коробки передач. Карданные шарниры позволяют этому усилию проходить без изменений к ведущему мосту при вертикальных перемещениях колес.

- Карданный  шарнир состоит из двух вилок,  которые соединены так называемой  крестовиной. Она действительно  представляет собой крест. На окончания этого креста надеты маленькие подшипники с роликами.

- Корпуса подшипников  находятся в отверстиях вилок.  Таким образом, соединение получается  очень подвижное. Две вилки  карданного шарнира могут вращаться  относительно друг друга. Правда, на небольшие углы. Но и этого хватает, так как ведущие колеса все-таки не очень высоко подпрыгивают на неровностях дороги.

На конце  вала, который выходит из коробки  передач, жестко закреплена деталь, называемая «звездочкой».

Она действительно похожа на звездочку. На ее поверхности имеются канавки, по которым перекатываются шарики. Шарики с внешней стороны как бы охватывают корпус шарнира.

На внутренней поверхности корпуса также есть канавки. Получается, что каждый шарик  расположен с одной стороны в канавке, соединенной с валом, а с другой стороны - в канавке, соединенной с корпусом и колесом автомобиля.

При вращении вала шарики выполняют роль шлицев и передают весь крутящий момент, или усилие, на колесо. Но как только колесо поворачивается, шарик просто перекатывается по канавкам звездочки и корпуса, не переставая передавать крутящий момент на колеса.

Скорость вращения вала при этом всегда равна скорости вращения колеса. Поэтому такие шарниры  и называют шарнирами равных угловых  скоростей. Причем углы поворота колеса могут быть очень большими. Шарики смазываются специальной смазкой. Весь шарнир закрыт прочным резиновым чехлом, который защищает его от повреждения

 

 

2.Возможные  неисправности

 

 

3.Дефектовка  деталей карданной передачи

 

потребуются

-индикатор часового  типа

-нутромер

Рекомендация

Перед осмотром тщательно очистите детали щеткой.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ.

1.Проверьте  состояние сварных швов, шлицевых  частей и трубы переднего карданного  вала. Шлицевые части не должны  иметь следов видимого износа.

 

 

2.Для заднего  вала проверьте наличие балансировочных  грузиков, состояние сварных швов  и измерьте диаметр отверстия  вилки под игольчатый подшипник.  Вмятины на трубах,погнутость  вилок (несоосность отверстий  вилок) не допускаются.  

Предупреждение к операции 2

Диаметр отверстия  вилки карданного шарнира под  обойму игольчатого подшипника не должен превышать 23,825 мм. Измерения проводите  нутромером с индикатором часового типа.

 

 

3.Проверьте  состояние корпусов подшипников  крестовины, шипов крестовины, сальников, обойм и крестовины. Повреждения, следы значительного видимого износа не допускаются.

 

 

4.Проверьте  состояние эластичной муфты. Механические  повреждения, трещины и отслоения  резины от металлических вкладышей  не допускаются. 

 

 

5.Промежуточная опора карданной передачи не должна иметь деформаций.Дефектную опору замените в сборе. Трещины и разрывы эластичной обоймы, отслоения резины не допускаются.

 

 

6. Проверьте  состояние подшипника промежуточной  опоры, проворачивая его внутреннее  кольцо в обоих направлениях и при этом прижимая к наружному кольцу (внутреннее кольцо должно вращаться плавно). Уплотнители подшипника не должны иметь механических повреждений (место возможного повреждения уплотнителя указано стрелкой).

 

 

 

4.Выбор рациональных способов восстановления

 

4.1 Возможные  способы восстановления

 

Целью ремонта  деталей является восстановление всех геометрических размеров детали, формы  и расположения поверхностей и обеспечение  физико-механических свойств в соответствии с техническими условиями на изготовление новой детали.

Кроме того, при  ремонте очень часто решается и задача повышения долговечности  и работоспособности деталей  за счет применения новых материалов, новых технологий и более прогрессивных  способов выполнения работ с минимальными трудозатратами.

При ремонте  автомобилей широкое применение находят следующие способы восстановления изношенных деталей: механическая обработка; сварка, наплавка и напыление металлов, гальваническая и химическая обработка.

Выбор того или  иного способа зависит от многих факторов, таких как технические возможности предприятия, объем ремонтных работ, сложность конфигурации детали, технические условия на изготовление детали и др. Предпочтение отдается тому способу, который обеспечит выполнение ремонтных работ с наибольшей экономической эффективностью.

Механическая  обработка при ремонте применяется:

• для снятия припуска на обработку после наплавки, сварки, напыления и др. и придания детали заданных геометрических размеров, формы;
• для обработки одной из сопряженных деталей при ремонте под ремонтные размеры;
• для установки дополнительных ремонтных деталей.

После снятия наплавленного  металла деталь обычно имеет заданные по чертежу размеры и форму, но не обладает требуемыми физико-механическими  свойствами. Поэтому ответственные детали (коленчатый вал, распределительный вал и др.) после предварительной механической обработки проходят термическую обработку для получения необходимых физико-механических свойств (обычно твердости). После термообработки проводят окончательную механическую обработку детали с целью получения требуемой шероховатости (шлифование).

Вместо процесса термической обработки и последующего шлифования иногда выполняется накатывание (раскатывание) поверхности шариком  или роликом. Такая обработка  увеличивает твердость и чистоту поверхности.

При ремонте  пар трения поршень - цилиндр, коленчатый вал - вкладыш и др. применяется  метод механической обработки под  ремонтные размеры. Ремонтным называют заранее установленный размер, отличный от номинального, под который ремонтируется деталь. Обработка под ремонтный размер ведется обычно для более сложной детали: цилиндра (гильза цилиндра), коленчатого вала и др. Ответные детали - поршневое кольцо, вкладыш и др. - изготовляются заранее под ближайший ремонтный размер и поставляются ремонтными предприятиями отдельно.

Количество  ремонтных размеров бывает от 1 до 3 и ограничивается прочностью деталей. Например, при проточке шеек коленчатого  вала под ремонтный размер теряется его прочность.

К достоинствам метода относятся простота технологического процесса, высокая экономическая эффективность. Недостатком метода считаются увеличение номенклатуры запасных частей одного наименования и усложнение организации процесса комплектования деталей и хранения их на складах.

Наплавочные работы широко применяют при восстановлении изношенных деталей. Применение наплавки рабочих поверхностей позволяет не только восстановить размеры детали, но и повысить их долговечность и износостойкость путем нанесения металла соответствующих химического состава и физико-механических свойств.

Процесс наплавки имеет достаточно высокую производительность, прост по техническому исполнению, обеспечивает высокую прочность  соединения наплавленного металла  с основным.

Сущность процесса наплавки состоит в том, что одним из источников нагрева присадочный металл расплавляется и переносится на наплавляемую поверхность. При этом расплавляется металл поверхностного слоя основного металла и вместе с расплавленным присадочным металлом образует слой наплавленного металла.

Напыление металла  представляет собой перенос расплавленного металла на предварительно подготовленную поверхность потоком сжатого  воздуха. Расплавленный металл распыляется  потоком воздуха на мелкие частицы, которые ударяются о поверхность  детали и соединяются с ней, образуя слой покрытия. Соединение с поверхностью носит в основном механический характер, реже - сварочно-наплавочный.

В зависимости  от источника нагрева напыление  бывает газопламенным, электродуговым, плазменным и др.

Наибольшее  применение в ремонтном деле находит плазменное напыление. Источником для расплавления наплавочных материалов служит высокотемпературная плазма.

В качестве напыляемых материалов применяются наплавочные  проволоки сплошного сечения, порошковые проволоки или порошки.

Высокое качество напыленного слоя достигается применением аргона или азота для транспортировки порошка в зону плазмы и распыления расплавленного металла. Аргон обеспечивает защиту расплавленного металла от окисления. Для процесса плазменного напыления применяются специальные установки, включающие в себя источник постоянного тока (чаще выпрямитель), плазмотрон и шкаф управления.

Процесс плазменного  напыления применяется для восстановления размеров шеек коленчатых валов и  других деталей цилиндрической формы.

Достоинства плазменного напыления состоят в следующем: высокое качество покрытия, высокая производительность, возможность регулирования параметров процесса напыления.

К недостаткам  необходимо отнести более высокую  электроопасность из-за повышенного  напряжения дежурной дуги, невысокий к.п.д. процесса.

Гальванические  покрытия получают в результате переноса металла из электролита на деталь при пропускании через него постоянного  тока. Катодом при этом служит деталь, анодом - металлическая пластина. Электролит представляет собой водный раствор солей металла, осаждаемого на деталь.

Технологический процесс нанесения покрытий состоит  из трех периодов: подготовка деталей  к нанесению покрытия, нанесение  покрытия и обработка детали после  покрытия.

При выполнении ремонтных работ восстановление размеров деталей гальваническим наращиванием проводится многими способами, из которых широко применяется осталивание, хромирование, никелирование, цинкование. Из химических способов применение находят оксидирование и фосфатирование.

Осталивание (железнение) представляет собой процесс нанесения железных покрытий на изношенные детали из хлористых электролитов. Электролит состоит из водного раствора хлористого железа 200-680 г/л и небольшого количества соляной кислоты 1-3 г/л. Железные покрытия имеют твердость, близкую к твердости стали.

К достоинствам гальванического наращивания стального  покрытия относятся большая скорость нанесения покрытия 0,3 - 0,5 мм/ч, возможность  получения слоев высотой 1-5 мм, отсутствие коробления деталей.

Весьма эффективно осталивание применяется при восстановлении посадочных мест под подшипники корпусных деталей: коробка скоростей, корпус двигателя и др.

Способ может  быть применен для восстановления посадочных мест зубчатых колес, втулок и т. д.

Могут быть восстановлены шейки коленчатых валов.

Хромирование  рабочих поверхностей деталей. В  качестве электролита используется водный раствор хромового ангидрида 150- 400 г/л с содержанием 2-3 г/л серной кислоты.

Аноды выполняются  из пластин свинца.

Режим хромирования определяется плотностью тока А/дм2 и температурой электролита. При температуре электролита 60-70°С и плотности тока больше 15 А/дм2 получают молочные хромовые покрытия, имеющие низкую твердость и высокую плотность. Такие слои хорошо работают при чисто коррозионном изнашивании. При низкой температуре электролита до 40° С и высокой плотности тока получают матовые хромовые покрытия высокой твердости с тончайшей сеткой трещин. Слои имеют высокую износостойкость. Нанесение твердых матовых хромовых покрытий применяется при ремонте цилиндров двигателей, плунжерных пар топливных насосов дизелей и других деталей. Покрытия компенсируют износ деталей и увеличивают их долговечность.

Для удержания  смазки на поверхности цилиндра хромирование должно быть пористым, что обеспечивается специальной технологией.

Коленчатые  валы, валы коробок передач и другие детали автомобиля хромируют в ваннах при средней плотности тока 45-60 А/дм2 и температуре электролита 55°С (блестящее хромирование).

К числу недостатков  хромирования относятся низкая производительность процесса, невозможность восстановления сильно изношенных деталей, так как хромовые покрытия толщиной более 0,3-0,4 мм имеют низкую прочность сцепления с металлом детали, высокая стоимость покрытий.

Защита крепежных  деталей - болтов, гаек, шайб и др. - осуществляется способом цинкования, который вьшолняется в специальных вращающихся барабанах в среде электролита. В состав электролита входят сернокислый натрий, сернокислый цинк, сернокислый аммоний, декстрин.

Оксидирование - процесс получения оксидных пленок толщиной более 0,06 мм с высокой твердостью и износостойкостью. Оксидирование защищает от коррозии.

В состав электролита  входят водные растворы едкого натра, азотнокислого натрия.

Из числа  химических способов защиты от атмосферной  коррозии стальных деталей используется фосфатирование. Защитная пленка состоит из сложных солей фосфора, марганца, железа.

Проводят фосфатирование в водных растворах солей марганца, фосфора.

 

4.2 Выбор  рациональных способов восстановления  различных поверхностей деталей

 

Для восстановления шлицов возможно применение способов наплавки и постановки дополнительной ремонтной детали.

Из рассмотренных  методов наплавки метод вибродуговай наплаки дает возможность получения  высокой твердости наплавленного  слоя при незначительном нагреве детали , в отличии от метода ручной дуговой наплавки . Поэтому для восстановления шлицев применяется метод вибродуговой наплавки.

Для восстановления крестовины используем метод плазменной наплавки, такой способ более производительнее(13 мин) по сравнению с СО2(17,3 мин).Припуск на механическую обработку уменьшается в 1,5-2 раза , Что позволяет экономить наплавочный металл , ресурс восстановления плазменной наплавкой крестовин соответствует ресурсу новых .

Для износа отверстий  в вилке под подшипник выберем железнение.

 

5.Проектирование  маршрутов и операций по восстановлению  деталей.

 

5.1 Порядок  вибродуговой наплавки

 

При разработке вибродуговой наплавки необходимо :

1.Подготовить  деталь к наплавке

2.Выбрать тип  и марку проволоки

3.выбрать толщину наплавляемого слоя

4.Выбрать положение  электродной проволоки относительно  наплавляемой детали

5.Выбрать величину  сварочного тока

6.Выбрать величину  расхода охлаждающей жидкости

7.Выбрать источник  тока

8.выбрать головку  для наплавки

Сталь из которой  изготавливается деталь 35Х имеет удовлитварительную проваренность температура предварительного подогрева 100С .

При подогреве  детали к наплавке необходимо тщательно  очистить поверхность от смазки и  других загрязнений .

Деталь очищается  от масленой пленки и механических загрязнений . Поэтому возможна очистка методом погружения . Для этого применяется синтетически моющее средство МС-11 . Для достижения требуемой частоты поверхности концентрация раствора должна быть 20-30 г/л , температура раствора 80-100 С , а время очистки 2 минуты .

Электродная проволока  выбирается в зависимости от требуемой  твердости наплавленного слоя (твердость  поверхности шлицев 50 HRC) , поэтому выбираемая проволока Нл-65Г по ГОСТ 10543-63. Она имеет твердость при наплавке в жидкости 36-52 HRC.

Для достижения наибольшей производительности и наивысшей  стабильности процесса , наплавка производится проволокой диаметром 1,6-2,5 мм . Принимаем 2мм.

Толщина слоя , подлежащего наплавке , определяется величиной износа, так же учитывается  припуск на механическую обработку наплавленного слоя. Т.о. толщина слоя принимается 0,5 мм.

Скорость подачи электродной проволоки для получения  оптимальной величины сварочного тока и необходимого количества расплавляемого электродного металла скорость подачи равна 0,017 м/с .

Скорость наплавки для наилучшего формирования и необходимой  толщины наплавляемого слоя равна 1,6 м/ч.

Положение электрода  относительно детали определяется следующим  параметрами : вылетом электрода ,углом  подхода электрода к детали , углом  наклона электрода к детали , углом подхода электрода к детали , частотой амплитудой вибрации.

Вылет электродной  проволоки должен быть 8-12 мм , для  предотвращения приваривания проволоки  к мундштуку при малом вылете и плохой направляемости проволоки  относительно детали при большем вылете.

Угол подхода  электрода к детали, для наилучшего формирования наплавляемого слоя и  его качества , этот угол должен быть примерно перпендикулярен касательной  плоскости к наплавляемой поверхности .

Угол наклона  электрода детали, для улучшения сцепления с основным металлом и валиком между собой оптимальная величина этого угла 70-80 С

Амплитуда вибрации электрода. При малой амплитуде  повышается шероховатость и образуются наплывы, при увеличении амплитуды  повышается интенсивность плавления и разбрызгивания электродной проволоки. Оптимальная амплитуда колебаний проволоки 1,8-2,0 мм .

Величина сварочного тока 10-0-110 а , т.к. напряжение сварки 18-19 В и скорость подачи 0,017 м/с

Частота колебаний  проволоки влияет на величину холостого тока . Наименьшая величина холостого хода получается при частоте колебаний 50-100 Гц.

Расход охлаждающей  жидкости влияет на величину деформации детали, на скорость охлаждения металла , на степень защиты металла от окисления  и азотирования и на устойчивость процесса наплавки . Оптимальный расход составляет 0,7-0,2 л/мин . В качестве охлаждающей жидкости используется 4%-ый водный раствор кальцинированной соды .Жидкость подается на расстоянии 15 мм от места наплавки .

Источник тока . Для получения наилучшего результата вибродуговой наплавки используется источник тока обратной полярности постоянного тока, три съемных выпрямителя соединены последовательно .

Головка для  вибродуговой наплавки должна обеспечить постоянство скорости подачи проволоки , стабильность процесса вибрации , сохранение постоянства настройки . Наплавка производится головкой с механической вибрацией ГМВК-1 .

 

5.2 Плазменная  наплавка

 

Крестовины  карданных шарниров и сателлитов дифференциала автомобилей и  тракторов работают в тяжелых  условиях абразивной среды и сравнительно быстро выходят из строя.

В зависимости от характера  износа крестовины распределяются по следующим дефектам: крестовины, имеющие  только размерный износ, - 30%; крестовины, имеющие размерный износ в  сочетании со смятием шипов,- 52%; крестовины, имеющие размерный износ в сочетании со смятием и объемной деформацией (овальность, конусность), - 6%; крестовины, не подлежащие восстановлению,- 12%.

Размерный износ составляет 0,05-0,15 мм, глубина вмятин - 0,1-0,6 мм. Поскольку  крестовины установлены в вилках шарниров карданного вала на игольчатых подшипниках, то вмятины на поверхности образуются от игольчатых роликов.

К крестовинам карданного вала, сдаваемым в ремонт, предъявляются  следующие технические требования. Крестовины не принимаются в ремонт при наличии одного из следующих дефектов: трещин; выкрашивания; овальности и конусности свыше 1 мм; при износе шипов более 1,3 мм на диаметр. Для наплавки крестовин исследованы следующие твердые сплавы на основе железа: ПГ-С1, ПГ-УС25 с добавлением 6-8% Аl.

В качестве плазмообразующего  газа можно использовать аргон, защитного  газа - аргон, азот, углекислый газ. Для  транспортирования порошка и  защиты сварочной ванны с точки  зрения технико-экономических соображений  наиболее целесообразно применять технический азот. При использовании для защиты сварочной ванны углекислого газа качество наплавки ниже, чем при использовании азота: формирование валиков более грубое, деталь перегревается, и после наплавки каждого шипа необходимо охлаждение.

Плазменную наплавку крестовин выполняли на токарном станке плазмотроном конструкции ВСХИЗО, расположенным под углом 10-15° относительно вертикальной оси и смещенным с зенита на 4-6 мм по ходу наплавки.

Наплавку шипов различных  крестовин диаметром 11-25 мм выполняли  по винтовой линии при следующих режимах:

Сила тока, А 90-140

Напряжение, В 35-45

Скорость наплавки, см/с 1,6-1,7

Расход газа, л/мин:

плазмообразующего (аргона) 1,5-2

защитного (азота) 10-12

Расход порошка, г/мин 34-40

Плазменная наплавка крестовин  на указанных режимах обеспечила толщину слоя 1,6-1,9 мм при глубине проплавления 0,4-0,6 мм. Твердость поверхности, наплавленной сплавом ПГ-УС25 + 8% Al HRC 52-56, а сплавом ПГ-С1+8% Аl HRC 46-52.

В настоящее  время на ряде ремонтных предприятий крестовины восстанавливают вибродуговой наплавкой, наплавкой в среде СО2 с использованием наплавочных проволок Нп-65Г, Нп-30ХГСА (рис. ).

 

Рис. Крестовины после  наплавки

 

В табл. приведены  сравнительные данные технологического процесса восстановления крестовин автомобиля ЗИЛ-130 в в среде СО2 и плазменной наплавкой

Таблица. Технология восстановления крестовин автомобиля ЗИЛ-130

 

Способ восстановления крестовин плазменной наплавкой  более производительный (13 мин) по сравнению  с наплавкой в СО2 (17,3 мин). Припуск на механическую обработку при плазменной наплавке уменьшается в 1,5-2 раза, что позволяет экономить наплавочный металл. Ресурс восстановленных плазменной наплавкой крестовин соответствует ресурсу новых.

 

5.3 Процесс  гальванического наращивания (железнение)

 

Технологический процесс нанесения гальванического  покрытия предусматривает выполнение операций :

1.Подготовка  и нанесение покрытия

2.Нанесение  покрытия

3.Завершающая  обработка после покрытия 

Подготовка  состоит из следующих операций

1.Механическая  обработка поверхностей , подлежащих  наращиванию