Содержание
1 .Назначение ихарактеристика кривошипно — шатунного механизма двигателя Д – 240
2 .Назначение, устройство,анализ условий работы и дефекты коленчатого вала двигателя марки Д-240
3 .Применяемые способывосстановления коленчатого вала
4 . Проектированиетехнологического процесса восстановления коленчатого вала
4.1 Обоснованиеспособов восстановления. Выбор рационального способа восстановления
4.2 Определениережимов нанесения покрытия, выбор материалов и технологического оборудования,механической обработки и норм времени выполняемых операций
4.3 Технико- экономическое обоснование проекта
Заключение
Списокиспользуемой литературы
1 Назначение сборочнойединицы (кривошипно-шатунного механизма двигателя Д-240)
Кривошипно-шатунныймеханизм является основным механизмом поршневого двигателя. Он служит длявосприятия давления газов в такте рабочего хода и преобразованиявозвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатоговала. Он состоит из блок-картера, гильз и головок цилиндров, поршней с кольцамии поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала, коренных и шатунныхподшипников и маховика.
Во время работыдвигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют давление газов,силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, инерции неуравновешенныхвращающихся масс, тяжести и трения. Все эти силы, за исключением силы тяжести,изменяют значение и направление рассматриваемых величин в зависимости от углаповорота коленчатого вала и процессов, происходящих в цилиндре двигателя.
2 Назначение,устройство, анализ условий работы и дефекты коленчатого вала двигателя маркиД-240
Коленчатыйвал — одна из основных деталей двигателя, определяющая вместе с другимидеталями цилиндропоршневой группы его ресурс. Ресурс коленчатого валахарактеризуется двумя показателями: усталостной прочностью и износостойкостью. Коленчатыйвал воспринимает через шатуны усилия, действующие на поршни, и передает ихмеханизмам трансмиссии. От него приводятся в действие различные механизмыдвигателя.
Коленчатыйвал (рисунок 1.1) состоит из следующих основных элементов:
а)коренных шеек 1, которыми вал опирается на коренные подшипники,расположенные в картере;
б)шатунных шеек 11;
в) щек2 и 12, связывающих коренные и шатунные шейки; дляуменьшенияконцентрации напряжений, места перехода шеек в щекивыполненыв виде закруглений 13, называемых галтелями;
г) носка(переднего конца);
д)хвостовика (заднего конца).
/>
Рисунок1.1- Коленчатый вал дизеля Д-240:
1 — коренная шейка; 2 — щека; 3 — упорные полукольца; 4 — нижний вкладыш пятого коренного подшипника; 5 — маховик; 6 — маслоотражатель; 7 -установочный штифт; 8 — болт креплениямаховика; 9 — зубчатый венец; 10 — верхний вкладыш пятогокоренного подшипника; 11 — шатунная шейка; 12 — щека; 13 — галтель; 14 — противовес; 15 — болт крепления противовеса; 16 — замковая шайба; 17 -шестерня коленчатого вала; 18 — ведущаяшестерня привода масляного насоса; 19 -упорная шайба; 20 — болт; 21 — шкив; 22 — канал подвода масла в полость шатунной шейки; 23 — пробка; 24 — полость в шатунной шейке; 25 — трубка длячистого масла.
Приэксплуатации двигателя в результате действия высоких и непостоянныхдинамических нагрузок от давления газов и сил инерции возвратно-поступательнодвижущихся и вращающихся частей вал подвергается кручению и изгибу, отдельныеповерхности (шатунные и коренные шейки и др.) — изнашиванию. В структуреметалла накапливаются усталостные повреждения, возникают микротрещины и другиедефекты. Износ элементов определяют, используя универсальный и специальныймерительный инструмент. Для обнаружения трещин используют магнитные дефектоскопы. Приэксплуатации у коленчатых валов возникает, как правило, много дефектов,основные из которых приведены в таблице 1.1.
Таблица1.1 — Основные возможные неисправности коленчатых валов испособы их устраненияДефект Основные способы устранения
Износ:
коренных и шатунных шеек; овальность, конусность, задиры
Шлифование под ремонтный размер. Нанесение покрытий
наплавкой, электроконтактной приваркой ленты, газотермическим напылением порошковых материалов, металлизацией. Постановка полуколец, пластинирование. посадочных мест под распределительную шестерню, шкив и маховик Наплавка, электроконтактная приварка ленты, металлизация. маслосгонной резьбы Углубление резьбы резцом до нормального профиля поверхности фланца под маховик Наплавка, металлизация штифтов под маховик Замена штифтов шпоночных канавок Фрезерование под увеличенный размер шпонок, новой шпоночной канавки. Наплавка с последующим фрезерованием шпоночной канавки посадочного места наружного кольца шарикоподшипника в торце вала Растачивание посадочного места. Запрессовка втулки Отверстий под штифты крепления маховика Развертывание под ремонтный размер; заварка Резьбы (срыв более двух ниток резьбы) Растачивание или зенкерование с последующим нарезанием резьбы увеличенного размера; углубление резьбовых отверстий с последующим нарезанием такой же резьбы под удлиненные болты (пробки). Постановка резьбовых спиральных вставок Скручивание вала (нарушение расположения кривошипов) Шлифование шеек под ремонтный размер; наплавка шеек с последующей обработкой Торцовое биение фланца Подрезание торца фланца точением или шлифованием Изгиб вала: до 0,15…0,20 мм до 0,20…1,20 мм
Шлифование под ремонтный размер
Правка под прессом или чеканка щек Трещины на шейках вала Шлифование под ремонтный размер. Разделка трещин с помощью абразивного инструмента, заварка
3Применяемые способы восстановления коленчатого вала
Основнойдефект коленчатых валов — износ коренных и шатунных шеек. Износ шеек устраняютшлифованием их под ремонтный размер. Для шлифования валов служат станки ЗА423или ЗВ423. Шейки вала шлифуют электрокорундовыми кругами на керамической связкезернистостью 16...60 мкм, твердостью СМ2, CI,С2, СТ1 и СТ2. При восстановлении коленчатых валов перешлифовкой под ремонтныйразмер шеек практически невозможно обеспечить их 100%-й ресурс, и он уменьшаетсятем больше, чем больше номер ремонтного размера. Это объясняется тем, чтотвердость закаленных ТВЧ шеек уменьшается от поверхности по сечению вала и пришлифовании удаляется наиболее твердый слой. Некоторые ремонтные предприятия дляобеспечения высокой износостойкости и ресурса валов после перешлифовки шееквыполняют их закалку ТВЧ, лазерное упрочнение и др.
Коренныеи шатунные шейки, вышедшие за ремонтные размеры, восстанавливают наращиваниемразличными методами: наплавкой (под флюсом, плазменной, в среде защитных газов,широкослойной и др.); гальваническими покрытиями (железнением, хромированием);металлизацией; напеканием порошков; электроконтактной приваркой ленты;приваркой или приклеиванием полуколец; пластинированием и др.
Более85 % объема восстановления шеек коленчатых валов выполняют наплавочнымиспособами и прежде всего наплавляют под слоем флюса. При этом можно выделитьследующие основные варианты технологических процессов: наплавка без термическойобработки; наплавка с последующей термической обработкой; термическаяобработка, наплавка, термическая обработка; наплавка, упрочнение.
Наиболеераспространенной считают наплавку пружинной проволокой второго класса под слоемлегированного флюса, представляющего собой смесь, состоящую из плавленногофлюса АН-348А (93,2 %), феррохрома (2,2 %), графита (2,3 %) и жидкогостекла (2,5 %). Этот метод резко снижает усталостную прочность наплавленныхколенчатых валов из-за наличия огромного количества трещин.
Разработананаиболее прогрессивная технология наплавки изношенных коленчатых валов. Онапредусматривает наплавку шеек валов проволокой Нп-30ХГСА под флюсом АН-348А споследующей механической обработкой и полным повторным циклом термическойобработки (нормализация и закалка ТВЧ). Эта технология требует специальноготермического оборудования и целесообразна при большой производственнойпрограмме восстановления.
Длявосстановления шеек валов используют электроконтактную припайку стальной лентыиз стали 50ХФА, дуговую металлизацию порошковой проволокой ПП-ОМ-2.
Коленчатыевалы некоторых двигателей (типа ЗМЗ и др.) изготавливают из высокопрочногомагниевого чугуна ВЧ50 и ВЧ45. Их износостойкость и усталостная прочностьпримерно одинаковы с соответствующими показателями валов, выполненных из стали45, но себестоимость получения заготовок отливкой в 2,0...2,5 раза нижеполучения поковок. В то же время чугун относится к трудно-свариваемымматериалам. Поэтому рассмотренные выше способы наплавки не дают хорошихрезультатов при восстановлении чугунных валов.
Длявосстановления чугунных коленчатых валов применяют следующие способы дуговойнаплавки: по стальной оболочке; двухслойную наплавку; наплавку с последующейнормализацией; наплавку проволокой Нп-15 СТЮЦА под слоем флюса АН-348А;широкослойную наплавку малоуглеродистой проволокой марки 08А с добавлением взону горения дуги ферромагнитной шихты и др.
Привосстановлении валов дуговой наплавкой усталостная прочность валов достигает 80% новых, но процесс сложен и трудоемок.
Придвухслойной наплавке оболочкой служит первый наплавленный слой, которыйполучают с помощью малоуглеродистой порошковой проволоки под слоем
флюсаАН-348А. Второй слой наплавляют как бы по стальной поверхности обычнымиметодами. Однако усталостная прочность таких валов составляет всего около 70 %новых.Наплавкус последующей нормализацией применяют для восстановления чугунных коленчатыхвалов двигателя ЗМЗ-53, которые разрушаются из-за усталости после наплавки пошатунным шейкам. При нормализации твердость наплавленных шатунных шеекуменьшается до HRC 25...30,снижаются внутренние напряжения, и в итоге усталостная прочность повышается до85 % уровня новых валов. Некоторое снижение износостойкости шатунных шееккомпенсируется ее запасом по сравнению с коренными шейками.Кперспективным и эффективным способам восстановления стальных и чугунныхколенчатых валов относится плазменная наплавка. Рекомендуют комбинированныйспособ наплавки, предусматривающий одновременную подачу проволоки и порошка.Привосстановлении коленчатых валов, изготовленных из стали 45 (СМД-14, А-41 идр.), шейки наплавляют композицией проволока Св-08МХ или Св-08Г2С (85 %) +порошок ПГ-СР4 (15 %), а галтели — той же композицией, но в соотношении 75 и 25%. Валы из стали 50Г (ЯМЗ-238НБ и др.) наплавляют проволокой Св-15ГСТЮЦА(75...80 %) и порошком ПГ-СР4 или ПГ-СРЗ (20...25%). При восстановлениичугунных валов применяют проволоку Св-15ГСТЮЦА (70%) и порошок ПР-Н70Х17 СЧР4 (30%).
Длявосстановления чугунных коленчатых валов разработано и внедрено два способа:постановка полуколец и пластинирование. Пределвыносливости методом постановкой полуколец коленчатого вала такой же, как инового (рисунок 1.3). Метод восстановления шеек валов пластинированиемзаключается в установке с последующим механическим креплением на шейках валов стальнойхолоднокатаной термообработанной полированной ленты, изготовленной изпружинистой стали типа 65Г (рисунок 1.2).
/>
140°
Рисунок1.2 — Схема восстановления шеек коленчатого вала пластинированием
/>
Рисунок 1.3 — Схема восстановления шеек коленчатого вала двигателя ЗМЗ-53 приваркой стальных полуколец
Прииспользовании данного метода можно существенно упростить технологическийпроцесс и оснастку для восстановления валов, полностью исключитьсварочно-термическое воздействие на вал, отказаться от шлифования и полированиявосстановленных валов, в 4...5 раз сократить расход металла и в 3 раза повыситьпроизводительность процесса по сравнению с наплавкой. Метод успешно апробированпри восстановлении чугунных валов двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-24.
4Проектирование технологического процесса восстановления коленчатого вала
/>
Привосстановлении коленчатых валов применяют маршрутную технологию. Примернаясхема маршрутов 1… Ш восстановления стальных коленчатых валовпредставлена на рисунке 4.22
4.1 Обоснованиеспособов восстановления. Выбор рационального способа восстановления
Известно, чтоизношенные поверхности деталей могут быть восстановлены, как правило,несколькими способами. Для обеспечения наилучших экономических показателей вкаждом конкретном случае необходимо выбрать наиболее рациональный способвосстановления.
Выборрационального способа восстановления зависит от конструктивно-технологическихособенностей детали (формы и размера, материала и термообработки), от условийее работы (характера нагрузки, рода и вида трения) и величины износа, а такжестоимости восстановления.
Для учета всех этихфакторов рекомендуется последовательно пользоваться тремя критериями:
— технологическимкритерием или критерием применимости;
— критериемдолговечности;
— технико-экономическимкритерием (отношение себестоимости восстановления к коэффициентудолговечности).
Технологическийкритерий (критерий применимости) учитывает, с одной стороны, особенностиподлежащих восстановлению поверхностей деталей, а с другой технологическиевозможности соответствующих способов восстановления.
На основаниитехнологических характеристик способов восстановления, устанавливаютсявозможные способы восстановления различных поверхностей детали потехнологическому критерию.
После отбора способов,которые могут быть применены для восстановления той или иной изношеннойповерхности детали, исходя из технологических соображений, отбирают те из них,которые обеспечивают наибольший межремонтный ресурс этих поверхностей, т.е.удовлетворяют требуемому значению коэффициента долговечности.
Коэффициентдолговечности в общем случае является функцией трех других компонентов:коэффициента износостойкости, коэффициента выносливости и коэффициентасцепляемости:
КД=f(КИ,КВ, КСЦ), (1)
где КИ –коэффициент износостойкости;
КВ –коэффициент выносливости;
КСЦ –коэффициент сцепляемости.
Численные значениякоэффициентов-аргументов определяются на основании стендовых и эксплуатационныхиспытаний новых и восстановленных деталей. Коэффициент долговечности численнопринимается равным значению того коэффициента, который имеет наименьшуювеличину. Из числа способов отработанных по технологическому критерию, кдальнейшему анализу принимаются те, которые обеспечивают коэффициентдолговечности восстановленных поверхностей не менее 0,8.
При выборе способоввосстановления применительно к деталям, не испытывающим в процессе работызначительных динамических и знакопеременных нагрузок, численное значениекоэффициента долговечности определяется только численным значением коэффициентаизносостойкости.
Если установлено, чтотребуемому значению долговечности для данной поверхности детали удовлетворяютдва или несколько способов восстановления, то выбор из них оптимальногопроводится по технико-экономическому показателю, численно равному отношениюсебестоимости восстановления к коэффициенту долговечности для этих способов.Окончательному выбору подлежит тот способ, который обеспечивает минимальноезначение этого отношения:
КД= СВ/КД min(2)
где КД –коэффициент долговечности восстановленной поверхности;
СВ – себестоимостьвосстановления соответствующей поверхности, руб.
При обоснованииспособов восстановления поверхностей значение себестоимости восстановления СВопределяется из выражения
СВ= СУ*S,(3)
где СУ –удельная себестоимость восстановления, руб./см2;
S– площадь восстанавливаемой поверхности, см2.
Выберем рациональныйспособ восстановления шатунных и коренных шеек коленчатого вала.
По групповойноменклатуре деталей коленчатый вал относится к классу деталей круглые стержни.Детали данного класса характеризуются цилиндрической формой при длине,значительно превышающей их диаметр. Материалом для них чаще всего служитуглеродистая или высококачественная легированная сталь. Рабочие поверхностиподвергают термической или химико-термической наплавкой, наплавкой под слоемфлюса, в среде углекислого газа или электроконтактной приваркой ленты.
Рассчитаем стоимостьвосстановления каждого способа по формуле (3), учитывая, что удельнаясебестоимость восстановления составляет (руб./см2): вибродуговаянаплавка – 0,8; наплавка под слоем флюса – 1,2; наплавка в среде углекислогогаза – 0,6; электроконтактная приварка ленты – 0,85.
Произведем расчетплощадей шеек вала (SШ)по формуле ( всего восстановлению подвергают три шейки):
SШ= π∙Di∙bi(4)
где Di– диаметр i-ой шейки;
bi– ширина i-ой шейки.
SШ= 3,14∙(78,25∙40+88,25∙44,1)=22048,5 мм2 =220,485 см2.
Рассчитываем стоимостьдля вибродуговой наплавки
СВ1 = 220,485∙0,8= 176,388 руб.
Для наплавки под слоемфлюса
СВ2 =220,485∙1,2 = 264,582 руб.
Для наплавки в средеуглекислого газа
СВ3 =220,485∙0,6 = 132,291 руб.
Для электроконтактнойприварки ленты
СВ4 =220,485∙0,85 = 187,412 руб.
Целесообразность тогоили иного метода определим из выражения (2).
Для вибродуговойнаплавки
176,388/0,85 = 208,515руб.
Для наплавки под слоемфлюса
264,582/0,9 = 293,98руб.
Для наплавки в средеуглекислого газа
132,291/0,85 = 155,636руб.
Для электроконтактнойприварки ленты
187,412/0,9 = 208,235руб.
Из сделанных расчетоввидно, что самыми целесообразными методами восстановления коренных и шатунныхшеек коленчатого вала будут наплавка в среде углекислого газа иэлектроконтактная приварка лентой. При наличии на предприятии оборудования дляэлектроконтактной приварки ленты возможно избежать затрат на приобретение новогооборудования. Поэтому принимаем для восстановления шеек вала электроконтактнуюприварку ленты. С точки зрения организации производства, чем меньше количествоспособов, используемых для восстановления различных изнашиваемых поверхностейдетали, тем меньше требуется видов оборудования, выше его загрузка, аследовательно, и выше эффективность производства.
4.2 Определение режимовнанесения покрытия, выбор материалов и технологического оборудования,механической обработки и норм времени выполняемых операций
4.2.1 Электроконтактнаяприварка ленты и напекание порошков.
Для приварки ленты кдетали необходимы импульсы сварочного тока следующих параметров (обеспечивающие6…7 сварных точек на 1см длины сварного шва):
а) для ленты толщиной0,3 мм амплитуда импульса сварочного тока 14500…15900 А, длительность импульсовтока 0,008…0,009 с;
б) для ленты толщиной0,4 мм амплитуда импульса сварочного тока 16000…17500 А, длительность импульсовтока 0,0085…0,01 с;
в) для ленты толщиной0,4 мм, привариваемой в два слоя одновременно, амплитуда импульса тока18000…19500 А, длительность импульсов тока 0,009…0,011 с.
Усилие сжатияэлектродов QСЖ,Н и сила сварочного IСВ,А тока имеют следующую зависимость
QСЖ= 0,64√IСВ
Силу сварочного тока, Аопределяют из следующего выражения:
IСВ= 40/> = 40/> = 40∙4,27=171А
где D– диаметр шейки вала.
Напряжение источника питания,В
U=21+0,04∙I = 21+0.04∙171= 28 В
Скорость наплавки, м/ч
/> = /> = />
где /> – коэффициентнаплавки, при наплавке постоянным током обратной полярности (/> = 11…14 г/А∙ч)принимаем />=12 г/А∙ч;
h– толщина наплавленного слоя, мм;
S– шаг наплавки, мм/об.;