Ремонт валов и осей
Валы служат для передачи крутящего момента от одной вращающейся детали машины к другой. Обычно на них насаживают ряд деталей механизма и они работают не только на кручение, но и на изгиб.
Оси не передают вращательного движения и крутящего момента, а воспринимают только изгибающий момент. Они поддерживают детали, закрепленные на них или вращающиеся относительно их. Оси бывают неподвижными и вращающимися. Различают также оси изогнутые и прямые.
При ремонте валов и осей чаще всего приходится устранять:
- износ шеек (нарушение цилиндрической формы) и потерю необходимой чистоты поверхности (задиры, царапины);
- изгиб или скручивание;
- нарушение крепления (поломки фиксирующих штифтов, винтов) и плотности посадки и пр.
1. Восстановительные работы
Перед началом восстановительных работ целесообразно произвести экспертную оценку причин, которые привели к необходимости ремонта вала или оси, и рассмотреть возможные пути восстановления вала или оси и возможные пути устранения причин, которые привели к необходимости ремонта вала. Если нет возможности заменить вал или ось новым, то рассматриваются возможные методы его восстановления.
Например, для быстроходных машин максимально допустимую овальность шеек валов определяют, исходя из условий вибрации машины. Обычно конусность шеек валов не должна превышать допусков на овальность, а конусность посадочных мест должна находиться в пределах допусков на посадку. Перед установкой деталей на станок для восстановительных работ необходимо проверить их центровые отверстия. Поврежденные центровые отверстия исправляют резцом, центровыми сверлами или карандашами для правки шлифовальных кругов. Для этого вал устанавливают на станке одним концом в универсальном четырехкулачковом патроне, другим — в люнете. Проверяют правильность установки рейсмусом или индикатором (в зависимости от требуемой точности) по поверхности неизношенных шеек вала.
Небольшие овальность (до 0,2 мм) и конусность, а также неглубокие задиры, риски и царапины на шейках вала устраняют наждачной шкуркой или пастой ГОИ при помощи деревянного хомута или притиров. При значительных отклонениях размеров (не менее 0,4 мм) шейки вала исправляют шлифованием или проточкой на токарном станке с последующей доводкой для восстановления шероховатости поверхности.
Для получения чистой и гладкой поверхности цапфы протачивают за два приема (черновое и чистовое протачивание), используя хорошо заточенный резец с максимальными передним углом и углом в плане и минимальным радиусом закругления. Такой резец создает наименьшее радиальное усилие и минимальный прогиб вала. После протачивания поверхность цапфы вала полируют на токарном станке, используя пасту ГОИ или тонкий наждачный порошок.
Для исправления закаленных поверхностей цапф валов их шлифуют или обтачивают резцами из твердых сплавов.
Посадочные поверхности и шейки под подшипники до номинального размера или размера, превышающего номинальный, восстанавливают электроискровой обработкой, гальваническими способами, металлизацией или электровибрационной (виброконтактной) наплавкой. После наращивания шейки валов их протачивают или шлифуют для получения номинального размера.
Обычно принято считать допустимым при ремонте уменьшение диаметра шеек вала не более, чем на 5% при ударной нагрузке, и не более, чем на 8–10% при спокойной нагрузке. Нельзя оставлять на галтелях задиры, риски, царапины или следы резца, а также уменьшать радиус галтелей, так как это ослабляет вал и может вызвать его поломку.
Повреждения на галтелях устраняют опиливанием или протачиванием с последующим шлифованием. При значительном износе галтели крупных тихоходных валов заваривают, после чего вал отжигают и протачивают.
Шейки работающих при спокойной нагрузке валов, имеющие значительный износ, иногда восстанавливают электровибрационной (виброконтактной) наплавкой или электронаплавкой. В последнем случае наваривают шейки вдоль оси вала, причем каждый навариваемый шов располагают на диаметрально противоположной стороне, так как непрерывная наплавка влечет за собой изгиб вала.
Наплавленный металл неоднороден по микроструктуре, химическим и физико-механическим свойствам. Наплавленные поверхности имеют неравномерный припуск при обработке (2–4 мм); неравномерную и повышенную твердость; пленку окислов и шлаковые включения. Твердость металла после наплавки под слоем легирующего флюса может достигать НВ=48 ÷ 51 HRC. Этим в процессе обработки создаются неблагоприятные условия резания. Резко изменяющиеся силы резания повышают вибрации резца и детали, что приводит к микровыкрашиваниям и микросколам рабочих поверхностей резца и повышенному его износу и снижает качество обработанной поверхности.
Для предварительной черновой обработки наплавленных поверхностей стальных деталей применяют резцы, оснащенные пластинками сплава Т5К10, обладающие высоким сопротивлением к ударам и вибрациям. Эти резцы (рис. 1, а) имеют отрицательный передний угол γ=8 ÷ 10°. При отрицательных передних углах часть пластинки резца у главной режущей кромки получается более прочной, чем при положительных углах.
Большие углы в плане (α=60 ÷ 75°) уменьшают радиальную составляющую силу резания, что облегчает условия работы вершины резца при неравномерном припуске на обработку детали. При положительном угле γ упрочняется вершина резца и улучшается отвод тепла (рис. 1, г). Для черновой обточки наплавленных поверхностей выбирают: скорость резания 60– 100 м/мин, глубину резания 2–4 мм, подачу 0,3–0,8 мин–1.
Рис. 1. Геометрия и форма заточки резцов с пластинками твердых сплавов: а — плоская отрицательная двойная; б — плоская с широкой отрицательной фаской; в — плоская с узкой отрицательной фаской; г — углы заточки резца
Для окончательной чистовой обточки стальных наплавленных поверхностей применяют резцы с пластинками из твердого сплава Т15К6. Этот сплав более износоустойчив, чем Т5К10, но и более хрупок. Резцы (рис. 1, б) выполняют с положительным передним углом, шириной фаски 1,5 мм; передним углом γ=–2° для мягких сталей и γ=–5° для твердых сталей. При чистовой обработке выбирают скорость резания 80–120 м/мин, глубину резания 0,3–0,8 мм, подачу 0,2–0,3 мин–1. При обработке основного металла скорость резания увеличивают до 200 м/мин.
При обработке деталей (например, при ремонте цилиндров) применяют тонкое точение, характеризующееся малой (0,1–0,2 мм) глубиной резания и подачей (0,03–0,2 мм/об) при больших скоростях резания (150–300 м/мин).
Большую роль при чистовой токарной обработке играют своевременная заточка на универсально-заточных станках и тщательная доводка на доводочных станках резцов мелкозернистыми кругами карбида бора.
При обработке чугунов широко применяют резцы с пластинками из твердых сплавов ВК8, ВК6 и ВКЗ. Резцы с пластинками сплава ВК8 применяют при прерывистом точении и переменном сечении стружки (ими же производят обдирочную обработку литых заготовок). Для чистовой обработки применяют резцы с пластинками твердого сплава ВК6, для отделочной – ВКЗ.
Заточка резцов отличается большим радиусным переходом r=3 ÷ 5 мм между главной и вспомогательной режущими кромками и малым (γ=±5°) передним углом. Отрицательный передний угол рекомендуется при обработке с ударами, неравномерными припусками и по корке; положительный передний угол применяют при чистовой обработке. В последнем случае делают маленькую отрицательную фаску f=0,3 ÷ 0,5 мм под отрицательным углом γ от –3 до –5° (рис. 1, в).
Чугун обрабатывают при скоростях резания 80–180 м/мин. Для получистовой обработки чугуна и углеродистой стали применяют также резцы с минералокерамическими пластинками ЦМ–332. При получистовой обработке чугуна и углеродистой стали этими резцами рекомендуют повышать скорость резания до 300 м/мин, глубину резания 0,5–2,0 мм, подачу 0,15– 0,4 мм/об.
Хрупкие минералокерамические пластинки не применяют для обработки поверхностей с прерывистым точением и с неравномерным припуском, а также редко применяют для черновой обработки.
У резцов с минералокерамическими пластинками делают отрицательный передний угол γ до 10° и главный угол в плане φ=30 ÷ 45°. Малые углы φ увеличивают ширину срезаемого слоя; усилия резания распределяются на более длинном участке режущей кромки. Такой резец отличается большей прочностью. Для предварительной заточки минералокерамических резцов применяют круги зеленого карбида кремния зернистостью 46, а для окончательной — зернистостью 80. Грани резцов доводят пастой карбида кремния зернистостью 220–280 или пастой карбида бора.
Величина подачи при черновой обработке ограничивается мощностью станка, прочностью пластинки твердого сплава, жесткостью детали, инструмента и станка, а при чистовой обработке — требованиями к шероховатости поверхности и точности обрабатываемой детали. Рекомендуемые величины подач даны в табл. 1.
Таблица 1. Рекомендации по выбору подач при черновом продольном и поперечном точении при глубине резания до 5 мм
Практика показала, что скорость резания при чистовом точении наплавленного металла составляет примерно 20–30% от скорости резания при точении стали 45.
Выбор марки твердого сплава для чистового и для чернового точения производят «по корке». При чистовом точении испытанию подвергались резцы, оснащенные пластинками твердого сплава следующих марок: ВКЗ, ВК8, Т14К8, Т15К6Т, Т30К4; при черновом точении: ВК6, ВК8, Т5К10, Т14К8, Т15К6Т. Рекомендации по режимам резания приведены в табл. 2.
Таблица 2. Рекомендации по выбору режимов резания для деталей, восстановленных электродуговой наплавкой
Источник
Дефект и ремонт валов
Текущий ремонт валов и осей
Основные дефекты валов и осей — изнашивание посадочных шеек, повреждение шпоночных канавок и шлицев, резьбы, скручивание, погнутость, трещины, изломы.
Валы и оси восстанавливают в такой последовательности: детали моют, очищают и дефектуют. Детали со скручиванием более 0,25° на 1 м выбраковывают и не восстанавливают. Погнутость валов исправляют способами холодной и горячей правки, описанными выше. Холодной правке подвергают валы, стрела прогиба которых не превышает 0,3 мм на всю длину при частоте их вращения до 500 мин-1 и 0,2 мм — при большей частоте. Если стрела прогиба больше, то правка сопровождается местным нагревом до температуры 500…600°С ацетилено-кислородным пламенем или пламенем паяльной лампы. При незначительном прогибе погнутость устраняют путем проточки или прошлифовки вала или оси.
Перед началом восстановления валов и осей у них очищают центровые отверстия с помощью шаберов или на сверлильном либо токарном станке.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Вал, предназначенный для правки, укладывают на установочные призмы вогнутым местом вверх, после чего с помощью нажимного устройства через мягкую прокладку вал изгибают в обратную сторону на величину, в несколько раз превышающую стрелу прогиба, и отпускают. Подобную операцию повторяют до тех пор, пока вал не будет выправлен. Погрешность правки валов изгибом достигает 20…30 мкм.
Тонкие и длинные валы правят на токарных станках: валы устанавливают в центрах и выгибают с помощью упора, закрепляемого в суппорте станка.
Форму вала исправляют наклепом. Для этого вал укладывают на поверочную плиту прогибом вниз и наносят по нему легкие удары бойком. В результате в наклепанном слое возникают остаточные напряжения, выправляющие форму вала и обеспечивающие его устойчивое состояние.
Правке наклепом подвергают детали с прогибом не более 0,02…0,4 % от их длины.
В процессе деформирования валов и осей могли возникнуть трещины. Поэтому места правки проверяют дефектоскопами. Для снятия образовавшихся в результате правки внутренних напряжений, которые с течением времени могут частично восстановить изгиб, рекомендуется производить термическую обработку путем выдерживания детали в течение 0,5… 1 ч при температуре 400…450 °С.
Выправленные валы термически обрабатывают также и для достижения хорошей соосности посадочных шеек, затем протачивают и шлифуют.
Деформацию вала исправляют путем нагрева следующим образом. Вал укладывают прогибом вверх и наиболее изогнутый его участок термоизолируют (например, с помощью закрепленных проволокой листов асбеста). В месте максимального прогиба оставляют незащищенными участок размером 0,1…0,12D вала вдоль его оси и 0,33 D по окружности. Этот участок быстро (за 3…5 мин), но равномерно нагревают до температуры 500…550°С с помощью газового пламени. Деформацию вала контролируют индикатором. Закалку предотвращают наложением на незащищенный участок листов асбеста. После 10…15 мин асбест снимают и участок охлаждают сжатым воздухом.
Посадочные шейки на цапфах ремонтируют как путем восстановления их до номинального размера, так и обработкой под ремонтный размер.
Мелкие трещины, задиры и риски на шейках устраняют доводкой пастами ГОИ или маслом с тонким наждачным порошком и притирами. С этой целью деталь закрепляют в токарном станке, на нее надевают жимки и деталь приводят во вращение.
При восстановлении шеек валов и осей до номинального размера в условиях ремонтных мастерских слои металла наращивают наплавкой, металлизацией и накаткой. Также возможна пластическая деформация посадочных мест для увеличения их диаметров за счет незначительного уменьшения длины.
При наплавке шеек следят за тем, чтобы валики перекрывались по ширине на 1/3. Марку электродов выбирают в зависимости от материала детали и метода ее обработки.
Наплавленную поверхность для снятия внутренних напряжений отжигают при температуре 800…850°С и обрабатывают резцами с пластинками Т5К.10 для черновой и Т15К.6 для чистовой обработки. Обработанные поверхности шлифуют кругами твердостью СМ1 и СМ2 с последующей полировкой тонким наждачным полотном с маслом или кожей с пастами ГОИ.
При осадке участок посадочного места вала нагревают до температуры 900…950°С, после чего торец вала охлаждают в воде на глубину 5…7 мм. По охлажденному торцу наносят удары, и вал увеличивается в диаметре на 0,2…0,4 мм. Для раздачи конца вала в его торце сверлят отверстие на длину посадочного места. После нагрева стенок отверстия до температуры 850….900 °С в него запрессовывают палец.
При некоторых методах ремонта цапф применяют втулки- компенсаторы. В этом случае цапфу протачивают на меньший размер, на нее напрессовывают стальную втулку, торцы которой приваривают к торцу цапфы. После закрепления втулки ее наружную поверхность обрабатывают под заданный размер.
Валы и оси восстанавливают под ремонтный размер путем механической обработки на токарных и шлифовальных станках.
Шпоночную канавку ремонтируют как под номинальный, так и под ремонтный размер. В первом случае ее заплавляют и снова нарезают под номинальный размер, во втором (при износе менее чем на 15% от ширины паза) —расширяют до ремонтного размера путем шабрения и опиливания или фрезерования и строгания. Если положение шпоночной канавки не фиксировано по отношению к оси детали, то канавку переносят, смещая на 120° относительно первого положения. Старую канавку заплавляют и запиливают. Новую шпоночную канавку нарезают на фрезерных и строгальных станках (в этом случае в конце канавки высверливают отверстие), а также с помощью слесарных методов. Высверливают металл по контуру шпонки и снимают его зубилом и шабером.
При ремонте больших шпоночных канавок допускается односторонняя наплавка с последующей механической обработкой под номинальный размер. Наплавляют сторону канавки, противоположную изношенной, так как наплавленный металл отличается несколько худшими, чем у основного металла детали, про- тивоизносными свойствами. Наплавка же износостойкого металла затрудняет механическую обработку канавки под заданный размер.
Рис. 88. Ремонт шлицев на токарном станке:
1 — шлицевой валик, 2 — накаточный ролик, 3 — оправка, 4 — суппорт, 5 — патрон
Шлицевые части валов и осей при незначительном износе восстанавливают раздачей тупым зубилом или остроконечным роликом на 0,1… 1 мм с последующей механической обработкой под номинальный размер (рис. 88).
Перед раздачей шлицы отжигают, после раздачи образовавшиеся вдоль шлицев канавки заваривают дуговой электросваркой и зачищают. При большом износе шлицев их наплавляют как частично по боковым граням, так и сплошь, затем заново нарезают под номинальный размер на фрезерных и шлице- нарезных станках методом копирования или обкатки. После этого шлицы шлифуют.
Шлицевые втулки ремонтируют путем наплавки или обжатия с последующей механической обработкой на долбежных, протяжных и шлифовальных станках.
Иногда старые шлицевые концы отрезают и приваривают новые как с помощью сварки трением, так и (для больших диаметров) электрошлаковой сварки. Концы нарезают, после чего деталь правится и проходит термическую и механическую обработку.
Поврежденную резьбу восстанавливают при незначительных неисправностях путем ее прогонки на токарных и фрезерных станках или с помощью слесарных инструментов. При сорванной или сильно изношенной резьбе ее восстанавливают путем сплошной наплавки с последующим нарезанием вручную или на токарных станках.
В отдельных случаях перерезают резьбу на меньший диаметр, что требует соответствующего изменения резьбы и у сопрягаемой детали. В результате этого метод применяют исключительно при ремонте сложных и дорогих валов и осей, сопрягаемых с простыми деталями.
В неответственных деталях можно разделывать трещины на всю глубину с последующей заваркой путем дуговой сварки. Допускаемая глубина трещины на валах—10% от диаметра, при больших глубинах вал бракуют. После заварки трещин валы правят.
Сломанные неответственные валы и оси ремонтируют путем электрошлаковой сварки, а т.акже кольцевой дуговой сварки с постановкой соединительных пальцев и упрочняющих втулок (рис. 89).
Рис. 89. Ремонт вала: а — при изломе концевой шейки, б — шпилькой при изломе по середине вала, в — соединительной муфтой при изломе по середине вала; 1 — глубина ввертывания соединительного пальца
Галтели ремонтируют путем их слесарной опиловки и проточки на станках с последующим шлифованием.
Шпоночные и шлице- вые соединения можно ремонтировать постановкой конических зажимных колец. Ремонт этим способом сводится к расточке отверстия ступицы до размеров, позволяющих вставлять конические зажимные кольца, к изготовлению самих колец и их постановке. Комплект зажимных колец состоит из двух колец: внутреннего с цилиндрической внутренней поверхностью и конической наружной и внешнего с цилиндрической наружной и конической внутренней поверхностями.
После постановки одной или нескольких пар (кольца монтируют в пазу между валом и втулкой на подвижных посадках) в соединение их опрессовывают силой Р. При этом происходит пластическое деформирование в радиальном направлении, в результате чего наружные кольца прижимаются к отверстию втулки, а внутренние — к поверхности вала.
Данный способ не требует специальных приспособлений и пригоночных работ, технологически прост, обеспечивает герметичность и хорошее центрирование деталей, а его стоимость на 30…50 % ниже стоимости других способов ремонта. С помощью этого способа можно надежно соединить тонкостенные ступицы и полые валы, в которых нельзя применять шпоночные и шли- цевые соединения.
Источник
Ремонт валов
Валы и оси могут иметь в результате эксплуатации следующие дефекты: износ и задиры посадочных шеек под подшипники; износ и смятие рабочих поверхностей, шпоночных канавок, шлицев, резьбы и т.п.; погнутость и скручивание вала; трещины и изломы. Существуют различные способы ремонта валов и осей, которые зависят от вида дефекта детали.
Перед началом ремонта вала следует проверить состояние центровых отверстий на торцах и при необходимости восстановить их точением на токарном станке.
Скрученность вала более 0,25° на длине 1000 мм считается недопустимым и вал выбраковывается. Валы, оси и цилиндрические гладкие толкатели с дефектами в виде трещин, отколов, выкрашивания, больших задиров также выбраковываются.
Восстановление и правка валов
Прогиб вала или оси устраняют правкой в холодном состоянии или с нагревом. Валы диаметром до 60-80 мм с прогибом до 6-8 мм на 1000 мм длины правят в холодном состоянии с применением винтовых скоб либо под прессом. Валы большого диаметра и с большим прогибом правят в нагретом состоянии (Т=500-650°C). При прогибе вала до 2-4 мм на длине 1000 мм возможна правка способом местного наклепа. Незначительные прогнутости обточенных валов (0,1-0,2 мм на 1000 мм длины) устраняют шлифованием. После правки для снятия внутренних напряжений вал подвергают термической обработке (нагреву до Т=400-450°C с последующей выдержкой в печи при этой температуре в течении 0,5-1 часа).
Посадочные шейки валов восстанавливают до номинальных размеров путем наращивания наплавкой, металлизацией, электролитическим покрытием, полимерами, способами пластического деформирования, точением на ремонтный размер и напрессовкой втулки.
Наиболее распространен метод восстановления размеров шеек вала наплавкой слоя металла. Наплавка в большинстве случаев выполняется по винтовой линии. Не жесткие валы наплавляются продольно, реже наплавка ведется крест-накрест. После наплавки вал очищают от шлака, правят и подвергают термической обработке. Затем вал точится и шлифуется до номинального размера.
При восстановлении шейки вала напрессовкой втулки необходимо предварительно обточить вал так, чтобы толщина стенок втулки была не менее 3 мм.
Шлицевые поверхности валов могут иметь износ, смятие и выкрашивание рабочих поверхностей. Шлицевую часть вала диаметром более 80 мм наплавляют ручной или автоматической наплавкой продольными валиками. Для уменьшения деформаций вала наплавку ведут крест-накрест. Шлицевые поверхности с шириной шлиц до 5 мм чаще заваривают сплошь.
При незначительном износе по ширине (0,1-0,2 мм) шлицы валов восстанавливают раздачей шлицев или электроискровым наращиванием боковых поверхностей с последующим их шлифованием. В отдельных случаях сильно изношенную шлицевую часть вала отрезают, приваривают новый конец заготовки с большим диаметром, обтачивают и нарезают новые шлицы методом обкатки. При любом способе ремонта окончательные размеры шлицев получают механической обработкой.
Шпоночные пазы валов могут иметь такие же неисправности, как и шлицы. Шпоночный паз при износе менее 15% его ширины можно расширить под ремонтный размер фрезерованием. Если геометрическая форма шпоночного паза не восстанавливается фрезерованием, то фрезеруют новый паз, смещенный на 90-120° по отношению к поврежденному, а старый заваривают. На валах крупных размеров изношенный паз заваривают с одной стороны, а затем фрезеруют с противоположной стороны.
Резьба. При незначительном смятии витков и наличии заусенцев, резьбы исправляют прогонкой плашкой на токарном станке или слесарной обработкой вручную. При значительном износе профиля резьбы или при срыве витков резьбовую часть наплавляют с последующей механической обработкой шеек вала резанием и нарезанием новой резьбы номинального размера. В отдельных случаях старую резьбу срезают и на этом месте нарезается резьба меньшего диаметра.
Источник
Дефекты и ремонт валов
У валов электрических машин встречаются следующие дефекты: повреждение приводного конца, износ шеек под подшипники, искривление оси, ослабление посадки сердечника, излом.
Неглубокие забоины на торце вала устраняют, снимая слой металла на токарном станке. Если уменьшение длины недопустимо, на торец электросваркой сначала наплавляют слой металла. Наплавку ведут от оси вала по спирали (рис. 1, а), чтобы уменьшить влияние термических напряжений. Забоины и вмятины на витках резьбы устраняют плашками или резцом на токарном станке. Сорванную резьбу наплавляют и нарезают заново.
Износ посадочных поверхностей и задиры на них происходят при съеме напрессованных на вал деталей. Износ может появиться также из-за свободной посадки на вал сопрягаемой детали. При небольшом количестве забоин и задиров выступающие места сошлифовывают. Если дефекты превышают 20% посадочной поверхности, вал ремонтируют, наплавляя металл электросваркой или методом металлизации. При сварке, если наплавляемая поверхность заканчивается высоким уступом, его стачивают на конус (рис. 1, б). Без такой подготовки в месте перехода при сварке возникают значительные термические напряжения, которые могут привести к поломке вала при эксплуатации. Для уменьшения коробления вала наплавляемые валики располагают параллельно оси, и каждый последующий валик 1 и 2, 3 и 4 накладывают диаметрально противоположно предыдущему. После наварки вал обрабатывают на токарном станке и шлифуют.
Шейки валов изнашиваются при монтаже и демонтаже подшипников, а также при проворачивании внутреннего кольца подшипника на валу. Интенсивный износ с задирами происходит при заклинивании подшипника. На износ большое влияние оказывают шероховатость и твердость поверхности. Шероховатость поверхности характеризуется высотой неровностей Rz и средним арифметическим отклонением профиля Ra.
Рис. 1. Исправление дефектов валов: а — наплавка торца, б — наплавка посадочной поверхности, в — ремонт шпоночного соединения, г — правка вала
Высота неровностей Ra для шеек валов под подшипники качения в соответствии со стандартом должна быть не более 2,5 мкм * для подшипников нулевого класса при внутренних диаметрах подшипников выше 80 мм и 1,25 мкм ** при диаметрах до 80 мм. Для более высоких классов подшипников высота неровностей должна быть еще меньше. Неровности при монтаже подшипников сминаются, что приводит к ослаблению посадки.
*Соответствует шероховатости поверхности V 6 по старому обозначению. **Соответствует шероховатости поверхности V7 по старому обозначению.
Для шеек валов под подшипники скольжения характерно появление задиров из-за плохой подачи смазки к поверхностям скольжения и попадания в подшипник мелких твердых частиц.
Изношенные поверхности валов восстанавливают металлизацией с последующей механической обработкой. Для валов машин, работающих со значительными знакопеременными и ударными нагрузками, применяют вибродуговую наплавку, которая обеспечивает более прочное сцепление наращиваемого слоя с основным металлом.
Рис. 2. Прямая накатка на валах
В шпоночных соединениях изнашиваются как сами шпонки, так и пазы под них. Наиболее вероятная причина — ослабление посадки охватывающей детали (шкива, муфты) на валу машины. Боковые поверхности шпоночных пазов разрабатываются чаще всего у двигателей, работающих с частыми реверсами.
Изношенные шпонки заменяют новыми, пазы обычно восстанавливают электродуговой сваркой. На боковых стенках наваривают слой металла, затем производят механическую обработку (фрезерование, строжку), выдерживая точные размеры. Иногда ремонт осуществляют без наварки, расширяя и углубляя паз, переходя на больший размер шпонки и дорабатывая паз в ответной детали. Применяя специально изготовленную ступенчатую шпонку (рис. 1, в) и прорезая новую шпоночную канавку, паз в ответной детали можно сохранить. Новый паз в валу смещают на четверть окружности относительно старого.
Искривление валов встречается обычно у электродвигателей малой мощности. Валы правят на тихоходном гидравлическом или винтовом прессе после выпрессовки из сердечника или без разборки ротора. Вал 1 (рис. 1, г) концами кладут на призмы 4, установленные на столе 5 пресса, и, поворачивая его вокруг оси, устанавливают с помощью индикатора 2 выпуклостью вверх против штока 3 пресса. Правку производят в несколько приемов, контролируя биение после каждого нажима пресса.
Роторы с ослабленной посадкой сердечника ремонтируют, заменяя изношенный вал новым или восстановленным. Изношенные поверхности вала восстанавливают напылением или накаткой зубчатым роликом на токарном станке. Накатка необходима для увеличения диаметра, поэтому ее делают с достаточно большой глубиной. Шаг накатки t выбирается в зависимости от диаметра вала. После накатки первоначальный диаметр D (рис. 2) увеличивается на Д(0,25-0.5)t. После накатки поверхность шлифуют, снимая неровности и выдерживая заданный размер. На вал в процессе накатки передаются значительные радиальные усилия, поэтому недостаточно жесткий вал накатывают с люнетами, которые предохраняют его от изгиба.
Источник
Анализ основных дефектов и способов восстановления деталей автомобилей типа «вал» и «ось»
Захаров, Ю. А. Анализ основных дефектов и способов восстановления деталей автомобилей типа «вал» и «ось» / Ю. А. Захаров, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 20 (79). — С. 138-140. — URL: https://moluch.ru/archive/79/14046/ (дата обращения: 19.06.2021).
Детали типа «вал» или «ось» присутствуют в любом механизме и играют важную роль в обеспечении функциональной работоспособности узлов и агрегатов. В процессе работы валы и оси подвергаются эксплуатационным нагрузкам, в результате чего могут возникать дефекты, основные из которых приведены в статье. Существующие способы устранения дефектов валов и осей имеют свои особенности, которые необходимо учитывать при выборе технологии ремонта и восстановления.
Ключевые слова: дефект, ремонт, восстановление, наплавка, напыление, гальваническое осаждение, полимерные композиции.
К деталям типа «вал» относят детали машин, предназначенные для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор. На валу закрепляются шкивы, зубчатые колеса, маховики и т. п. Некоторые из этих деталей, называемые ведущими, получают вращательное движение от постороннего источника энергии (двигателя). К другим деталям вращение передается валом. Они называются ведомыми. Таким образом, вал при своем движении обязательно передает усилие (вращающий момент), а поэтому испытывает деформации кручения и изгиба. Валы по форме разделяются на прямые или изогнутые (коленчатые), целые или составные (собранные из нескольких частей), сплошные или полые (пустотелые).
Широкое распространение в автомобилестроении получили коленчатые, распределительные и карданные валы [1]. Они применяются в двигателях внутреннего сгорания, в паровых машинах, поршневых насосах (компрессорах). Длинные валы, например гребные валы кораблей, из-за сложности их изготовления делают составными (разъемными). Полые, или трубчатые, валы применяют тогда, когда необходимо уменьшить их все ли пропустить через внутреннее отверстие вала другие детали.
Если вал не передает вращательного движения, а только поддерживает вращающиеся части, его называют осью. Таким образом, ось в отличие от вала не испытывает кручения, а подвергается лишь изгибу. Оси делятся на неподвижные (например, оси колес велосипеда, мотоцикла, автомобиля и т. д.) и подвижные, которые вращаются вместе с закрепленными на них деталями (например, оси железнодорожных и трамвайных прицепных вагонов).
Валы и оси воспринимают во время работы большие нагрузки. Поэтому их изготавливают из углеродистой конструкционной стали, подвергают обработке давлением, поверхностной цементации, закалке и проверяют на прочность.
Формы валов и осей весьма многообразны от простейших цилиндров до сложных коленчатых конструкций. Форма вала определяется распределением изгибающих и крутящих моментов по его длине. Правильно спроектированный вал представляет собой балку равного сопротивления. Валы и оси вращаются, а, следовательно, испытывают знакопеременные нагрузки, напряжения и деформации. Поэтому поломки валов и осей имеют усталостный характер. К основным дефектам валов и осей относят [1–3]:
— Износы и задиры опорных шеек. В основном возникают при недостатке смазки между поверхностями терния при высокой частоте вращения.
— Прогибы, изгибы и скручивание. Образуются при превышении предельных нагрузок на вал или ось, или перегреве их во время работы.
— Трещины. Возникают в основном от воздействия ударных и вибрационных нагрузок, достаточно сложно выявляются и могут привести к аварийному износу и выходу из строя узла или механизма.
— Разрушение резьбовых поверхностей. Чаще всего встречается срез и смятие резьбы в результате воздействия резкого осевого нагружения или при возникновении повышенного крутящего момента на резьбовом соединении.
— Разрушение шпоночных или шлицевых пазов. Происходит так же при ударных и вибрационных нагрузках или при превышении допустимых значений крутящих моментов на шпоночном или шлицевом соединении.
— Выработка поверхностей под резиновые армированные манжеты (сальники). Происходит в результате механического, абразивного или эрозионного воздействия.
Дефектация и восстановление валов и осей проводится при капитальном или текущем ремонте автомобилей. Выбраковка валов и осей осуществляется по результатам измерений, по визуальному осмотру и по результатам металлографических исследований (при необходимости). При наличии возможности восстановления вала или оси принимают решение по выбору способа восстановления и ремонта [1, 4–6].
Основные способы восстановления валов и осей, применяемые в авторемонтном производстве можно условно разделить на способы позволяющие восстановить номинальный размер и исходную геометрию вала или оси и способы, использующие восстановление под «ремонтный размер», то есть под размер, для которого существует возможность применения «ремонтных» деталей.
«Ремонтной» деталью считается дополнительная деталь, изготовленная или восстановленная по «ремонтным» размерам. Ремонтные размеры определяться с учетом припусков на обработку для устранения дефектов формы поверхности, макро и макрогеометрии. Например, коренные шейки коленчатых валов подвергают механической обработке, протачивая их или шлифуя. При этом уменьшается номинальный диаметр коренной шейки, а коленчатый вал комплектуется «ремонтными» вкладышами увеличенной толщины.
В настоящее время восстановление способом «ремонтных размеров» применяется редко, так как, несмотря на все его положительные моменты (упрощение ремонта, возможность повторного восстановления) присутствуют и недостатки: необходимость наличия «ремонтных» запасных частей, снижение прочности ввиду съема слоя материала, снижение микротвердости поверхностей, а также значительное снижение взаимозаменяемости, так как отремонтированные таким способом детали становятся оригинальными.
Восстановление посадочных поверхностей валов и осей под номинальный размер может осуществляться следующими способами [1–7]:
1. Напылением — нанесение под высоким давлением воздуха расплавленного металла на поверхность вала или оси. По способу расплавления металла различают электродуговое, газопламенное, высокочастотное, плазменное и детонационное напыление. Наполненное таким образом покрытие имеет низкую прочность сцепления с основой, но при этом не происходит высокого нагрева поверхности, изменения структуры материала детали, не возникает коробление, не снижается усталостная прочность.
2. Наплавкой — в отличие от напыления наплавка осуществляется путем формирования слоя металла, расплавляемого непосредственно на поверхности вала или оси. Различают наплавку под слоем флюса, в среде защитных газов, газовую, вибродуговую и электродуговую. Можно наносить слои металла практически любой толщины, нанесенный слой отличается высокой твердостью, но при этом происходит сильный нагрев вала или оси, вызывающий коробление и изменение структуры поверхностного слоя металла, появляются затруднения в последующей механической обработке осажденного слоя ввиду его высокой твёрдости.
3. Термопластическим деформированием — изменением геометрических размеров оказывая механическое воздействие (осадка, вытяжка, высадка, протяжка, правка и так далее) на предварительно разогретую деталь. Таким способом можно проводить правку осевых деформаций валов и осей, а также устранять некоторые погрешности формы поверхностей. Способ весьма ограничен в применении ввиду его технологического несовершенства и трудностями в обеспечении требуемых результатов.
4. Гальваническим осаждением — формирование слоя металла на восстанавливаемой поверхности путем электрохимического осаждения из электролита. Способ обладает рядом преимуществ, такими как отсутствие нагрева детали, возможность нанесения слоя любого металла или их комбинации с заданными свойствами и требуемой толщины, возможность нанесения слоев металла с различными свойствами [1–3, 6–9]. Но технологический процесс восстановления поверхностей гальваническим осаждением достаточно сложен, ввиду чего имеется некоторая нестабильность получаемых результатов. Кроме того, реактивы для осуществления этого способа достаточно дороги и присутствует необходимость применения мер экологической безопасности для очистки сточных вод и улавливания испарений электролитов и кислот. Но, тем не менее, в ряде конкретных случаев, гальванические методы восстановления и защиты от коррозии изношенных поверхностей являются наиболее рациональными и дают отличные результаты. Так, например, восстановление отверстий небольшого диаметра особенно в тонкостенных деталях, боящихся перегрева и механического повреждения — гальваническое осаждения является приоритетным.
5. Полимерно-композитными материалами — формируется на предварительно подготовленной восстанавливаемой поверхности слой полимерной композиции с последующим ее отверждением [1–3, 10]. При необходимости отвержденный слой подвергают механической обработке. Свойства полимерно-композитного слоя можно формировать путем добавления различных наполнителей или их сочетания, образуя при этом полимерную композицию. Например, в эпоксидную смолу добавляют металлическую пудру или мелкую стружку, с последующим введением отвердителя и эластомера. При этом улучшаются прочностные характеристики и теплопроводность формируемого слоя композиции. Такие композиции имеют достаточную твердость и прочность сцепления с восстанавливаемой поверхностью, но плохо переносят нагрев и ударные нагрузки, кроме того нанесенный слой плохо отводит тепло и имеет невысокую износостойкость в парах трения.
Ремонтное производство в настоящее время располагает достаточным количеством способов, чтобы восстановить практически любую изношенную и поврежденную деталь. Но для практического использования необходимо выбрать один, применение которого технически возможно и экономически наиболее целесообразно. Выбор эффективного способа восстановления деталей является важной задачей совершенствования организации ремонтного производства.
На выбор способа восстановления деталей оказывает влияние: вид дефекта и величина износа; материал, размер, форма и масса детали; точность и вид обработки; специализация производства, обеспеченность оборудованием; себестоимость восстановления, и долговечность работы восстановленных деталей.
1. Захаров, Ю. А. Совершенствование технологии восстановления посадочных отверстий корпусных деталей проточным электролитическим цинкованием: дис. … канд. техн. наук [Текст] / Ю. А. Захаров. — Пенза, 2001. — 170 с.
2. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления посадочных отверстий корпусных деталей машин [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, А. В. Лахно // Молодой ученый. — 2014. — № 16. — С. 68–71.
3. Захаров Ю. А. Восстановление посадочных поверхностей корпусных деталей машин проточным гальваническим цинкованием [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 58–62.
4. Рылякин, Е. Г. Повышение работоспособности гидропривода транспортно-технологических машин в условиях низких температур [Текст] / Е. Г. Рылякин, Ю. А. Захаров // Мир транспорта и технологических машин. — № 1 (44). — Январь-Март 2014. – С. 69–72.
5. Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур [Текст] / Ю. А. Захаров, Е. Г. Рылякин, И. Н. Семов [и др.] // Молодой ученый. — 2014. — № 17. — С. 56–58.
6. Захаров, Ю. А. Восстановление металлизацией деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 199–201.
7. Захаров, Ю. А. Анализ способов восстановления корпусных деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е. В. Ремизов, Г. А. Мусатов // Молодой ученый. — 2014. — № 19. — С. 202–204.
8. Пат. 2155827 РФ, МПК: 7C 25D 5/06 A. Устройство для электролитического нанесения покрытий [Текст] / И. А. Спицын, Ю. А. Захаров // заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (РФ). — № 99115796/02, Заявлено 16.07.1999; Опубл. 10.09.2000.
9. Пат. 2503753 Российская Федерация, МПК: C25D19/00. Устройство для гальваномеханического осаждения покрытий [Текст] / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» (RU). — № 2012149639/02, заявл. 21.11.2012; опубл. 10.01.2014, Бюл. № 1. — 9 с.
10. Лахно, А. В. Восстановление деталей машин из полимерных материалов / А. В. Лахно, Е. Г. Рылякин // Молодой ученый. — 2014. — № 8. — С.196–199.
Источник