Восстановление червячного вала

Восстановление червячного вала

1. Введение

Ремонт автомобилей является объективной необходимостью, которая обусловлена техническими и экономическими причинами, а именно:

1.   Потребность в автомобилях частично удовлетворяется путем эксплуатации отремонтированных автомобилей.

2.   Ремонт обеспечивает дальнейшее использование тех элементов автомобиля, которые ещё не полностью изношены.

Использование в процессе ремонта восстановленных деталей позволяет значительно снизить стоимость ремонта. Стоимость восстановления деталей значительно ниже стоимости их изготовления и составляют 10...50 % стоимости новых деталей. Например, при производстве автомобильных деталей расходы на материалы и изготовление заготовок (отливок, поковок, штамповок) составляют 70...75 % их стоимости, а при восстановлении деталей в зависимости от способа восстановления эти затраты составляют 6...8 %, так как заготовкой является сама деталь и при этом обрабатываются только те поверхности, которые имеют дефекты. При этом чем сложнее деталь и, следовательно, чем дороже она в изготовлении, тем ниже относительные затраты на ее восстановление.

2.Общие сведения о детали

.1 Назначение

Колесо червячное входит в зацепление с червячным валом редуктора. Крутящий момент от электродвигателя передается редуктору через муфту и тормозное устройство. В редукторе колесо червячное установлено на валу с помощью шпонки. Вал вращается на подшипниках, запрессованных в корпус редуктора. Колесо червячное передает крутящий момент.

.2 Сведения о детали

Данная деталь относится к классу «колесо». Сердечник изготавливается из серого чугуна СЧ-40, венец из бронзы Бр010Н1Ф1. Колесо имеет 1 шпоночный паз для сегментной шпонки. Колесо соединяется с ведомым валом редуктора. На валу есть шпонка, шпонка нужна для того чтобы исключить проскальзывания червячного колеса относительно вала.
При эксплуатации деталь работает в закрытом корпусе с наличием смазки, испытывая большие термические и динамические нагрузки.

.3 Дефектовка

Дефект 1.

Износ контактирующей поверхности колеса.

Износ контактирующей поверхности колеса получаются вследствие трения относительно других поверхностей и попадания между этими поверхностями каких-либо частиц износа. Износ контактирующей поверхности вала устраняют хромированием в саморегулирующемся электролите. В процесс восстановления детали входят: подготовка детали к нанесению покрытия, нанесение покрытия и обработка детали. Анодную обработку производят в основном электролите. Деталь завешивают в ванну для хромирования и подогрева, выдерживают 1-2 мин. Без тока, а затем подвергают обработке на аноде в течении 30-40 сек. После этого наносят покрытие. Далее обрабатывают деталь с помощью токарного станка.

Дефект 2.

Износ шпоночного паза.

Способ восстановления - ручная электродуговая наплавка. Изношенный шпоночный паз наплавляют с помощью электродуговой наплавки. Сущность дуговой наплавки состоит в том, что поверхность детали и конец электрода разогревается мощным источником тепла - электрической дугой, возникающей между электродом и наплавляемой деталью. В результате этого образуется ванна из жидкого металла, образованного металлом наплавляемой поверхности и материалом электрода. Жидкий металл после остывания образует шов (валик). Для защиты жидкого металла от вредного воздействия окружающей атмосферы электроды покрывают специальными обмазками.

Расплавленный металл всегда переносится с электрода на основную деталь, что объясняется воздействием электромагнитных сил, направленного движения газов, и поверхностного натяжения.

В процессе наплавки наблюдается неравномерный нагрев и охлаждение шва и околошовной зоны, что приводит к появлению трещин. Для предупреждения образования трещин применяют предварительный прогрев детали и медленное охлаждение после наплавки, назначают оптимальный режим наплавки. Излишки металла убираем токарно-винторезным станком, после чего долбим паз и проводим контроль.

Дефект 3

Износ зубьев колеса.

Червячный редуктор обладает низким КПД, а следственно и большими температурами в зоне контакта «червяка» с «червячным колесом». В следствии этого характерным дефектом этой передачи является износ зубъев червячного колеса. Восстановление изношенной поверхности осуществляется наплавкой нового материала Бр010Н1Ф1 на изношенные зубья. После наплавки, излишки металла удаляются точением на токарно-винторезном станке 16К20. После обработки точением идет фрезерная операция: нарезание с радиальной подачей осуществляется на зубофрезерных станках цилиндрической фрезой, ось которой устанавливают горизонтально, симметрично оси колеса. В процессе резания фреза подается радиально на глубину зуба с подачей 0,08-0,50 мм/об стола и скоростью резания 20-25 м/мин. Чтобы зубья колеса были нарезаны полностью по всей окружности, после достижения полной высоты и выключения радиальной подачи необходим еще один полный оборот детали, прежде чем следует остановить станок. Из зацепления с колесом фрезу следует выводить до выключения работы станка, чтобы не повреждать профиль зубьев колеса. При фрезеровании с радиальной подачей параметр шероховатости поверхности зависит от числа зубьев и заходов фрезы, а также диаметра колеса. Если диаметр колеса мал, а фреза имеет небольшое число зубьев, на профиле зубьев колеса остаются широкие следы огибающих резов. Для снижения параметра шероховатости по окончании радиальной подачи целесообразно применять чистовую обработку с тангенциальной подачей. Число резов на боковой поверхности зуба можно регулировать путем изменения тангенциальной подачи. Путь тангенциальной подачи в этом случае равен примерно одному осевому шагу червячной фрезы. Метод обработки с радиальной подачей обладает высокой производительностью; его применяют для обработки червячных колес невысокого качества и колес с относительно небольшим углом подъема зубьев.

3.Технологический маршрут ремонта детали

Восстановление шпоночного паза:

Операция 005-Наплавочная.

. Установить деталь на приспособление.

.Наплавить поверхность шпоночного паза.

.Снять деталь.

Оборудование: Сварочный преобразователь ПСО-300-2.

Инструмент: Проволока ЭН-15ГЗ-25.

Операция 010-Токарно-винторезная.

1.      Установить в трехкулачковый патрон станка.

2.      Точить поверхность до диаметра 72, выдерживая шероховатость 0,63.

.        Снять деталь.

Оборудование: станок токарно-винторезный 16К20

Инструмент: Приспособление оправка концевая, резец токарный проходной прямой ГОСТ 18869-73.

Операция 015- Долбежная.

.Закрепить деталь на станке.

.Долбить шпоночный паз на глубину 7 мм.

.Снять деталь.

Оборудование: долбежный станок ГД-200, станочные приспособления.

Инструмент: Насадка пазовальная для долбежных станков, длина 10мм ГОСТ 6648-79.

Операция 020-Контрольная.

.Произвести контроль восстановленной шпонки

Оборудование: Гладкие калибры.

4. Разработка технологического процесса на восстановление поверхности

.1 Выбор режущего инструмента

Выбор режущего инструмента.

Резец токарный проходной прямой ГОСТ 18869-73

Н - 25 мм.

В - 16 мм.

L - 140 мм.

c - 8.

.2 Выбор металлорежущего оборудования

Принимаю токарно-винторезный станок модели 16К20.

Наибольшее перемещение стола

Продольное 645 мм

Поперечное 300 мм

Число оборотов шпинделя в минуту: 1600

Мощность электродвигателя - 11 кВт.

.3 Выбор и расчет режимов резания

Принимаем:

Подача Sz=0,5 мм/зуб

Глубина резания: t=6 мм

1.      Скорость резания.

= (Cv / (Тm * tx * Sy ))* Kv

Период стойкости Т=50 мин.

Коэффициенты Cv =350

Показатели степени x=0,15 y=0,35 m=0,2

=Кмv*Кпv*Киv

Поправочный коэффициент, учитывающие физико-механические свойства материала детали:

Кмv=(750 / δ) n

Кмv=(750/1200)1 = 0,625

Коэффициент, учитывающий состояние поверхности

Кnv=0,9

Коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

Киv=1.

Кv=0,625*0,9*1=0,5625

Vр=(350) / (500,2 * 0,50,35 * 60,15 )* 0,5625= 91,2 м/мин

Частота вращения шпинделя:

  об/мин

Используя техническую характеристику станка принимаем:  об/мин

Действительная скорость резания:

 м/мин

4.4 Расчет технической нормы времени

Норма штучного времени:

 мин.

Основное время:

мин,

где -рабочий ход инструмента мм; -длина обрабатываемой поверхности, мм; -величина пути перебега, подвода, мм; ( -припуск на обработку, мм; - глубина резания, мм).

Вспомогательное время:

 мин,

где -время на установку и снятие детали, мин; -время на закрепление и открепление детали, мин; - время на приемы управления, мин; -время на измерение детали, мин.

Пользуясь таблицей 5[1] определяем значения:

 мин,  мин,  мин, мин.

Оперативное время:

 мин.

Время на обслуживание рабочего места:

 мин.

Время на техническое обслуживание:

 мин,

где -затраты на техническое обслуживание рабочего места в процентах от основного.

Время на организационное обслуживание рабочего места:

 мин.

Время перерывов на отдых:

 мин.

5.1 Выбор режущего и мерительного оборудования

1.      Фрезерная операция.

Принимаю универсально-фрезерный станок модели 6Н81. Размеры рабочей поверхности стола 250*1000 мм.

Наибольшее перемещение стола

Продольное 600 мм

Поперечное 200 мм

Вертикальное 340 мм.

Число оборотов шпинделя в минуту: 65-1800

Мощность электродвигателя - 1,7 кВт.

Выбор режущего инструмента.

Фреза для сегментных шпонок ГОСТ 6648-79

Диаметр фрезы - 25 мм.

Толщина фрезы - 6 мм.

Диаметр отверстия под вал - 12 мм.

Число зубьев - 8.

.2 Выбор и расчет режимов резания

1. Фрезерная операция.

1. Глубина фрезерования.

t=0,4 мм / сторону.

Ширина фрезерования.

В=Ддет=6 мм.

2.      Подача.

При чистовом фрезеровании принимается подача на оборот фрезы в зависимости от шероховатости, типа фрезы и материала зубьев.

Sо=0,036 мм/об.

Подача на зуб

= So / z

=0,036 / 8 =0,0045 мм / зуб

3.      Скорость резания.

= (Cv*Dфq * Kv) / (Тm * tx * Sy * By * Zp)

Период стойкости фрезы Т=50 мин.

Коэффициенты Cv =53

Показатели степени q=0,26. x=0,3 y=0,2 u=0.2 p=0,1 m=0,2

Поправочный коэффициент на скорость резания.

Поправочный коэффициент, учитывающие физико-механические свойства материала детали:

Кмv=(750 / δ*В) n

Кмv=(750/450*6)1 = 0,27

Коэффициент, учитывающий состояние поверхности

Кnv=1

Коэффициент, учитывающий влияние инструментального материала на скорость резания.

Киv=1.

Кv=0,27*1*1=0,27

Vр=(53*2080,26 * 0,27) / (500,2 * 0,40,3 * 0,0360,2 * 60,2 * 80,1) = 42 м/мин

Частота вращения шпинделя:  об/мин

.3 Расчет технической нормы времени

Норма штучного времени:

 мин.

Основное время:

мин,

где -рабочий ход инструмента мм; -длина обрабатываемой поверхности, мм; -величина пути перебега, подвода, мм; ( -припуск на обработку, мм; - глубина резания, мм).

Вспомогательное время:

 мин,

где -время на установку и снятие детали, мин; -время на закрепление и открепление детали, мин; - время на приемы управления, мин; -время на измерение детали, мин.

Пользуясь таблицей 5[1] определяем значения:

 мин,  мин,  мин, мин.

Оперативное время:

 мин.

Время на обслуживание рабочего места:

 мин.

Время на техническое обслуживание:

 мин,

где -затраты на техническое обслуживание рабочего места в процентах от основного.

Время на организационное обслуживание рабочего места:

 мин.

Время перерывов на отдых:

 мин.

6.1 Выберем необходимое оборудование для наплавочной операции

Для питания сварочного тока выбираем сварочный преобразователь ПСО-300-2. Преобразователь предназначен для ручной сварки и наплавки. Краткая техническая характеристика приведена ниже.

Сила номинального тока - 300 А.

Пределы регулирования силы тока - 75-320 А.

Напряжение холостого хода - 75 В.

Номинальное напряжение - 30 В.

Мощность генератора - 9 кВ·А.

Мощность преобразователя - 14 кВ·А.

Внешняя характеристика - падающая.

Масса - 430 кг.

Для установки детали выбираем также стол для электросварочных работ ОРГ-1468-04-340. Техническая характеристика стола:

Габаритные размеры, мм:

длина - 1155.

ширина - 745.

высота - 645.

Масса - 122 кг.

Стол оснащен ящиками для инструментов и электродов.

Для проведения наплавочных работ необходим ткаже электродержатель и щиток. Выбираем электродержатель ЭДВ-300 и щиток НН-Э-105-У1.

Нормирование операции, связанной с восстановлением поверхности детали

Определим штучно-калькуляционное время на операцию, при выполнении наплавки поверхности отверстия под вал сцепления и шпоночного паза.

Расчет основного времени to проводим по формуле:

где F - площадь поперечного сечения шва (валика), мм2;- длина шва, мм;

ρ - плотность наплавляемого металла, г/см3 (для стали ? =7,8);п - коэффициент разбрызгивания металла (kп=0,90);

Кн - коэффициент расплавления (при ручной наплавке Кн= 8 г/А·ч);- сварочный ток, А;

Кс - коэффициент учитывающий сложность работы (Кс= 1,5).

Площадь поперечного сечения шва: F=Π·r2=3,14·22= 12,6 мм2; длина шва l

Π ·d·n=3,14·25·4= 314,2 мм (d=25 мм; n=4).

.2 Вспомогательное время tв

в = 0,36 мин.

Дополнительное время складывается из времени организационного и технологического обслуживания рабочего места и времени на отдых и личные надобности (tобс+ tот) и составляет 5% от оперативного времени (tо+ tв).

(tобс + tот)=0,05(tо+ tв)=0,05(1,84+0,36)=0,11 мин.

Подготовительно-заключительное время tп-з принимаем равным 15 мин на партию деталей.

Выбор режущего и мерительного оборудования.

Принимаю круглошлифовальный станок модели 3М150.

Число оборотов шпинделя в минуту: 100-1000

Мощность электродвигателя - 4 кВт.

Выбор режущего инструмента.

Шлифовальный круг ГОСТ 2424-83

D=50

T=40

H=20

Выбор режимов резания.

Допускаемая скорость вращения круга 35 м/сек.

Фактическая скорость:

 м/сек

частотой вращения nК=1000 об/мин.

Скорость резания принимается

Vкр=31,4 м/мин

Расчетное число оборотов детали:

 об/мин

Принимаю по паспорту nn=150 об/мин, тогда фактическая скорость резания:

 м/мин.

Продольная подача.

 мм/об;

где: ВК - ширина круга, мм.

Глубина шлифования (поперечная подача в мм/ход стола).

SПОП=0,005…0,015 мм/ход стола.

По паспорту SПОП=0,015 мм/ход стола.

Длина рабочего хода круга.

РХ1=l02+ВК - при выходе круга в обе стороны;

LРХ2,3=l01+0,5ВК - при выходе круга в одну сторону;

LРХ1=36+20=56 мм.

LРХ2=18+0,5 20=28 мм;

LРХ3=62+0,5 20=72 мм.

Нормирование труда.

Основное время.

;

где: КТ - коэффициент точности.

 мин;

 мин;

 мин.

 мин.

Вспомогательное время.

;

где: tУСТ=0,62 мин. - время на установку и снятие детали;

tПЕР=0,37х2=0,74 мин. - время, связанное со шлифованием одной поверхности;

tИЗМ=0,16 мин. - время изменения.

 мин.

Оперативное время.

 мин.

Штучное время.

 мин.

Штучно-калькуляционное время.

 мин/деталь.

Выводы по работе

червячный колесо редуктор восстановление

В процессе выполнения курсовой работы был спроектирован технологический процесс по восстановлению «червячного колеса» редуктора. В процессе восстановления данных дефектов в реальном производстве экономия (по сравнению с изготовлением новых деталей) ресурсов может достигнуть 70%, затраты на материалы уменьшаются на 30%.

Список используемой литературы

1. Горбацевич А. Ф., Шкред В. А.Курсовое проектирование по технологии машиностроения: [Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов].- 4-е изд., нерераб. и доп.- Мн.; Выш. школа, 1983.- 255 с.

. Справочник технолога- машиностроителя / Под ред. А.Г.Косиловой, Р.К.Мещерекова.- М:.Машиностроение, 1972.

. Режимы резания металлов. Справочник / Под ред. Ю.В.Барановского.- М:. Машиностроение, 1972.

. Карагодин В.И., Митрохин Н.Н. Ремонт автомобилей и двигателей: Учеб. для студ. сред. проф. учеб. заведений. - М.: Мастерство; Высш. школа, 2001. - 496 с.

. Дюмин И.Е., Трегуб Г.Г. Ремонт автомобилей / Под ред. И.Е. Дюмина.- М.: Транспорт, 1999.-280с.